KR101761887B1

KR101761887B1 - 3차원 카메라를 이용한 차륜 정렬 요소 측정용 타겟보드 및 이를 이용한 차륜 정렬 요소 측정 시스템

Info

Publication number: KR101761887B1
Application number: KR1020150132860A
Authority: KR
Inventors: 김건하
Original assignee: 김건하
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-07-26
Also published as: KR20160137313A

Abstract

본 발명은 차륜 정렬 요소 측정을 위한 타겟보드 및 이를 이용한 차륜 정렬 요소 측정 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 타겟보드에 구비된 발광부에서 직접 발광된 빛을 취득하여 차륜 정렬 요소를 분석함으로써, 반사광을 이용할 때 발생할 수 있는 측정 오류 우려를 해소할 수 있다.

Description

3차원 카메라를 이용한 차륜 정렬 요소 측정용 타겟보드 및 이를 이용한 차륜 정렬 요소 측정 시스템{Target board for measuring wheel alignment factor using 3D camera and wheel alignment factor measuring system using the target board}

본 발명은 차륜 정렬 요소를 측정하는 기술에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 반사광이 아닌 직사광을 취득하여 차륜 정렬 요소를 분석함으로써, 반사광 측정 방식에서 발생할 수 있는 측정 오류의 가능성을 현저하게 낮출 수 있도록 하는 기술에 대한 것이다.

차량 바퀴(차륜 또는 휠)는 주행성, 안전성 및 조종성 등을 고려하여 기하학적으로 특정 각도를 가지고 차축에 설치되는데, 이와 같은 차륜의 위치와 관련된 기하학적인 관계를 차륜 정렬 요소, 즉 휠 얼라인먼트(wheel alignment) 요소라고 한다.

휠 얼라인먼트 요소로는 토우(toe), 캠버(camber), 캐스터(caster), 킹핀경사각(S.A.I), 인크루드 앵글(included), 셋백(setback), 스러스트(thrust), 축간거리, 윤간거리, 트렉오프셋 등 다양하게 존재하며, 각 요소들은 차량 종류에 따라 소정의 값으로 조정된다.

하지만 자동차 생산 초기 세팅 이후 각 요소들은 주행조건과 환경 및 시간에 따라 원래 세팅값에서 벗어나 틀어지게 되며, 이를 위해 정기적인 휠 얼라인먼트 작업이 필요하다. 따라서 휠 얼라인먼트 작업을 위해서는 각 요소들의 변화된 값을 측정하기 위한 장치가 필요하며, 이러한 계측장비를 '휠 얼라이너'라고도 한다.

휠 얼라인먼트 요소를 측정하기 위한 가장 원시적인 방법으로는 줄자를 이용한 방법이 있으며, 바퀴에 측정부를 직접 밀착시켜 측정하는 헤드방식, CCD 이미지 센서를 이용한 방식, 3차원 카메라를 이용한 방식 등 다양하다.

이중 3차원 카메라를 이용한 방식은 바퀴에 반사판을 설치하고 2대의 카메라를 이용하여 반사판에 대한 이미지를 스캔하는 과정으로 이루어지는데, 한국등록특허 제10-0367124호 또는 한국등록특허 제10-1286096호 등에서 다루어진 바 있다.

종래의 3차원 카메라를 이용한 방식에서는 외부의 광원이나 태양광의 빛이 물체(반사판)에 반사되어 CCD 이미지 센서에 의하여 얻어지면 이를 분석하여 휠 얼라인먼트 요소를 분석하는 방식을 적용하였다.

하지만 이러한 기존 방식에서는 반사판에 먼지나 기름, 스크래치 등이 발생하였을 시, 획득된 영상에서 원의 엣지 부분이 명확하지 못하여 정밀도가 떨어진다는 단점이 있다.

또한 카메라 모듈 앞에서 빛을 발광할 시 다이오드의 특성변화 및 레벨이 낮아질 경우 측정 정밀도가 낮아지고, 강한 외부의 외란광에 영향을 받아 측정 오류가 발생할 가능성이 크다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 반사된 빛이 아닌 직접 조사된 빛을 취득하여 차륜 정렬 요소를 측정함으로써, 측정 오류를 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차륜 정렬 요소 측정을 위한 타겟보드는, 클램프를 통해 차량바퀴에 장착되는 보드본체; 상기 보드본체에 설치되며 빛을 반사시키는 특정 패턴부를 갖는 패턴광발산수단; 및 상기 패턴광발산수단의 특정 패턴부 상에 설치되며 빛을 발광하는 발광부;를 포함함으로써, 상기 발광부에서 발광된 빛이 상기 패턴광발산수단의 패턴부에 반사되어 상기 패턴부에 대응하는 형상의 빛이 출사되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 패턴광발산수단은, 빛을 반사시키는 베이스판; 및 상기 베이스판의 전면에 설치되며 일정 지점이 타공되어 특정 패턴부가 형성되어 있는 덧판;을 포함함으로써, 상기 발광부에서 발광되어 상기 베이스판에서 반사된 빛이 상기 덧판에서는 차단되고, 상기 타공된 패턴부를 통해서만 출사될 수 있다.

또한, 상기 패턴광발산수단의 전면에 설치되어 상기 패턴광발산수단을 보호하는 보호판;을 더 포함하되, 상기 보호판의 양면 중 상기 패턴광발산수단에 대향하는 안쪽면은 샌딩 처리되어 있어서, 상기 보호판의 안쪽면으로 입사된 빛이 서로 다른 각도로 분산됨으로써, 상기 보호판의 반대쪽 면으로 출사되는 빛의 광량이 증가될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차륜 정렬 요소 측정 시스템은, 클램프를 통해 차량바퀴에 장착되며, 특정 패턴의 빛이 출사되는 타겟보드; 상기 타겟보드에서 출사되는 특정 패턴의 빛을 촬영하는 촬영수단; 및 상기 촬영수단에서 촬영된 영상에서 상기 특정 패턴의 변화를 분석하여 휠 얼라인먼트 요소를 연산 및 출력하는 분석수단;을 포함한다.

본 발명에서는 타겟보드에 설치된 발광부의 빛을 직접 취득하는 방식을 이용하기 때문에 측정 오류의 가능성을 현저히 낮출 수 있다. 즉 기존에는 외부 광원이나 태양광이 타겟보드에서 반사되면 이를 취득하여 분석하였는데, 이 경우 타겟보드에 먼지나 기름, 스크래치 등이 발생하면 오염된 부분에서 외부 광이 입사할 때나 반사되어 나올 때 굴절되어, 촬영된 영상에서 패턴 이미지의 왜곡이 심하여 정밀도가 떨어졌다. 하지만 본 발명에서는 외부광원을 이용하는 것이 아니고, 타겟보드의 패턴부 내에 설치된 발광부에서 조사되는 빛을 3D카메라에서 직접 취득하는 방식이기 때문에 타겟보드가 일부 오염되더라도 패턴부의 경계면을 선명하게 취득하여 측정 정밀도를 높일 수가 있다. 쉬운 예시로, 유리에 흠집을 낸 후 유리를 향해 관찰자가 손전등을 비추었을 시 관찰자는 흠집 부분을 명확하게 확인할 수 있지만, 유리 바로 뒤에서 관찰자를 향해 손전등을 비추면, 유리의 흠집이 강한 빛에 묻혀 버리기 때문에 관찰자가 흠집을 거의 확인 할 수 없는 것과 같은 이치이다.

또한 기존의 반사되는 빛을 취득하는 방식에서는, 반사되는 빛의 광량을 측정하는 것이 매우 어려웠는데, 이 때문에 다이오드의 특성변화가 발생한다거나 레벨이 낮아 진 것을 즉시 인지할 수가 없었고, 그 상태에서 부정확하게 측정 작업이 진행되었다. 하지만 본 발명에서는 타겟보드에서 직접 발광된 빛을 취득하기 때문에 광량 측정이 용이하고, 이에 따라 기준 광량을 설정한 후, 직광되는 빛의 세기가 낮아지면 다이오드 특성이 저하되었음을 즉시 인지하고, 경고 또는 알림이 가능함으로써 부정확한 측정 작업을 사전에 방지할 수가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 차륜 정렬 요소 측정 시스템을 설명하기 위한 사시도.
도2는 도1에 도시된 차륜 정렬 요소 측정 시스템에서 타겟보드를 설명하기 위한 도면.
도3은 타겟보드의 발광부에서 발광된 빛이 출사되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도4는 도1에 도시된 차륜 정렬 요소 측정 시스템에서 촬영수단을 설명하기 위한 도면.
도5는 타겟보드에서 출사된 빛이 촬영수단에서 촬영되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도6은 촬영수단에서 촬영된 타겟보드의 패턴부가 분석수단에서 출력된 예시를 설명하기 위한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 차륜 정렬 요소 측정 시스템을 설명하기 위한 사시도이다. 도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차륜 정렬 요소 측정 시스템은 타겟보드(40), 촬영수단(50) 및 분석수단(70)을 포함한다.

타겟보드(40)는 클램프(30)를 통해 차량바퀴(20)에 장착되며, 특정 패턴의 빛을 출사시킨다. 도2 및 도3을 통해 타겟보드(40)를 살펴보면, 타겟보드(40)는 보드본체(41), 패턴광발산수단(42), 발광부(45) 및 보호판(46)을 포함한다.

보드본체(41)는 클램프(30)를 통해 차량바퀴(20)에 장착되며 패턴광발산수단(42)과 보호판(46)을 지지하기 위해 마련된다.

패턴광발산수단(42)은 보드본체(41)에 설치되며 빛을 반사시키는 특정 패턴부(44a)를 갖는다. 본 실시예에서 패턴광발산수단(42)은 베이스판(43) 및 덧판(44)을 포함한다.

베이스판(43)은 보드본체(41)에 설치되어 고정되되, 촬영수단(50)을 향하는 면에 반사물질이 도포되어 있다.

덧판(44)은 베이스판(43)의 전면, 즉 촬영수단(50)을 향하는 면에 설치되며, 일정 지점이 타공되어 특정 패턴부(44a)가 형성된다. 즉 덧판(44)은 빛을 차단하는 부품이며, 특정 형태로 타공된 패턴부(44a)를 통해서만 빛이 통과할 수 있다. 또한 패턴부(44a)의 타공 형태는 원형 또는 타원형일 수 있다.

발광부(45)는 패턴광발산수단(42)의 패턴부(44a) 중심에 설치되며 별도의 제어수단(미도시)의 제어신호에 의해 전원을 공급받아 빛을 발산한다. 본 실시예에서 발광부(45)는 적외선LED가 사용될 수 있다. 따라서 발광부(45)에서 방출된 적외선 광이 베이스판(43)에 반사되어 촬영수단(50)을 향해 출사된다. 이때 베이스판(43)에 덧대어 덧판(44)이 설치되어 있는데, 덧판(44)은 베이스판(43)의 대부분의 영역을 가리고 있고, 패턴부(44a)만 타공되어 있어서 베이스판(43)에서 반사되는 빛은 타공된 패턴부(44a)를 통해서만 출사된다.

한편 본 실시예에서는 베이스판(43) 전면에 특정 패턴의 타공이 형성된 덧판(44)을 설치함으로써, 베이스판(43)에서 반사되는 빛이 덧판(44)에 타공된 패턴부(44a)를 통해서만 출사되도록 하였지만, 실시하기에 따라 별도의 덧판(44) 없이 베이스판(43)에서 패턴부(44a)의 형상에 대응하는 위치에만 반사물질을 도포하고, 그 중심에 발광부(45)가 설치되도록 할 수도 있다. 이 경우 발광부(45)의 빛은 베이스판(43)에서 반사물질이 도포된 부분에서만 반사되어 출사되고, 그 형상은 덧판(44)의 패턴부(44a) 형상과 같다. 따라서 패턴부(44a)란 본 실시예에서와 같이 덧판(44)의 타공된 부분을 지칭하는 것일 수도 있고, 베이스판(43)에서 빛이 반사될 수 있도록 반사물질이 도포된 부분을 지칭하는 것일 수도 있다. 어느 경우가 되더라도 패턴부(44a)에서 빛이 반사되어 출사되는 형태는 동일하다.

보호판(46)은 패턴광발산수단(42)의 전면에 설치되어 패턴광발산수단(42)을 보호한다. 즉 보호판(46)은 패턴광발산수단(42)의 덧판(44) 전면에 위치한 상태에서 보드본체(41)에 설치된다. 또한 보호판(46)은 강화유리로 제작되어 빛의 투과가 가능하다. 이때 보호판(46)의 바깥면(촬영수단 방향)(48)은 일반적인 유리 표면으로 매끄럽게 가공되어 있지만, 안쪽면(덧판 방향)(47)은 샌딩(sanding) 처리되어 있다. 보호판(46)의 안쪽면(47)을 샌딩 처리한 것은 출사되는 적외선의 광량을 증가시키기 위한 것이다.

도3을 참조하면, 발광부(45)에서 발광된 적외선 광 중 일부는 보호판(46)을 투과하여 촬영수단(50)으로 향한다. 또한 광의 일부는 보호판(46)의 안쪽면(47)에서 반사되어 베이스판(43)을 향하게 된다. 이때 보호판(46)의 안쪽면(47)은 샌딩 처리가 되어 있어서, 안쪽면(47)에 부딪친 적외선 광은 여러 각도로 분산되어 베이스판(43)을 향하게 되고, 베이스판(43)에서 다시 반사된 빛이 보호판(46)을 투과하게 된다. 즉 보호판(46)의 샌딩 처리된 안쪽면(47)에 의해 적외선 광이 여러 각도로 분산되어 발광부(45)에서 비교적 멀리 떨어져 있는 부분까지 빛이 도달하여 베이스판(43)에서 반사될 수 있고, 이에 따라 패턴부(44a)의 경계선까지 뚜렷하게 광 출사가 가능하다.

촬영수단(50)은 타겟보드(40)에서 출사되는 특정 패턴의 빛을 촬영하기 위해 마련되며, 분석수단(70)은 촬영수단(50)에서 촬영된 영상에서 특정 패턴의 변화를 분석하여 휠 얼라인먼트 요소(차륜 정렬 요소)를 연산하고 출력하기 위해 마련된다.

촬영수단(50)은 세로빔(61) 및 가로빔(62)으로 이루어진 카메라고정수단에 설치된다. 즉 도1을 참조하면, 차륜 정렬을 위해서는 대상 차량이 리프트(10) 위에 올려지는데, 리프트(10) 전방에 세로빔(61)이 고정되어 있고, 세로빔(61)의 양 방향으로 길게 가로빔(62)이 설치된다. 실시하기에 따라 가로빔(62)의 높이가 조절될 수도 있다. 촬영수단(50)은 이러한 가로빔(62)의 양 끝에 설치된다.

도4를 참조하면 촬영수단(50)은 3D카메라(51)와 상태표시부(52)를 포함한다. 3D카메라(51)는 타겟보드(40)의 영상을 촬영하며, 촬영 데이터를 분석수단(70)으로 전송한다. 상태표시부(52)는 다양한 형태 및 색상의 LED를 포함할 수 있다. 즉 차량의 전후, 좌우 이동 방향이나 작동 상태 등이 상태표시부(52)를 통해 출력된다.

분석수단(70)은 3D카메라(51)에서 촬영한 영상으로부터 자동차 휠의 3차원 이미지를 구성하고, 이를 토대로 휠 얼라인먼트 요소를 연산하고 모니터로 출력한다.

이하에서는 도5 및 도6을 참조하여 차륜 정렬 요소를 측정하는 과정을 설명하도록 한다.

먼저 검사 대상 차량이 리프트(10)에 올려지면 각각의 차량바퀴(20)에 타겟보드(40)를 설치한다. 타겟보드(40)는 클램프(30)에 의해 차량바퀴(20)에 견고하게 고정된다. 이후 타겟보드(40)의 발광부(45)를 제어하여 적외선 빛을 발광시키고 3D카메라(51)는 타겟보드(40)를 촬영한다. 이후 자동차를 앞, 뒤로 이동시키거나 핸들을 좌우로 돌리면서 연속 촬영이 이루어지도록 한다.

3D카메라(51)를 통해 촬영된 영상의 예시가 도6에 도시되어 있다. 도6을 참조하면 촬영된 타겟보드(40)에서 패턴부(44a)가 형성된 부분은 녹색(색상은 바뀔 수 있음)으로 표시되고 나머지 부분은 어둡게 표시된다. 차량을 이동시키거나 핸들을 꺽으면 촬영된 영상의 패턴부(44a)의 형상 및 크기도 변하게 되는데, 분석수단(70)은 이러한 패턴부(44a)의 형상 및 크기 변화를 기 구축된 알고리즘에 따라 분석하여 토우, 캠버, 캐스터, 킹핀경사각 등의 휠 얼라인먼트 요소를 연산한다.

원형 또는 타원형의 패턴부(44a)의 변화를 이용하여 휠 얼라인먼트 요소를 연산하는 알고리즘은 기 공지된 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략토록 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에서는 타겟보드(40)에 설치된 발광부(45)의 빛을 직접 취득하는 방식을 이용하기 때문에 측정 오류의 가능성을 현저히 낮출 수 있다. 즉 기존에는 외부 광원이나 태양광이 타겟보드에서 반사되면 이를 취득하여 분석하였는데, 이 경우 타겟보드에 먼지나 기름, 스크래치 등이 발생하면 오염된 부분에서 외부 광이 입사할 때나 반사되어 나올 때 굴절되어, 촬영된 영상에서 패턴 이미지의 왜곡이 심하여 정밀도가 떨어졌다. 하지만 본 발명에서는 외부광원을 이용하는 것이 아니고, 타겟보드(40)의 패턴부(44a) 내에 설치된 발광부(45)에서 조사되는 빛을 3D카메라(51)에서 직접 취득하는 방식이기 때문에 타겟보드(40)가 일부 오염되더라도 패턴부(44a)의 경계면을 선명하게 취득하여 측정 정밀도를 높일 수가 있다. 쉬운 예시로, 유리에 흠집을 낸 후 유리를 향해 관찰자가 손전등을 비추었을 시 관찰자는 흠집 부분을 명확하게 확인할 수 있지만, 유리 바로 뒤에서 관찰자를 향해 손전등을 비추면, 유리의 흠집이 강한 빛에 묻혀 버리기 때문에 관찰자가 흠집을 거의 확인 할 수 없는 것과 같은 이치이다.

또한 기존의 반사되는 빛을 취득하는 방식에서는, 반사되는 빛의 광량을 측정하는 것이 매우 어려웠는데, 이 때문에 다이오드의 특성변화가 발생한다거나 레벨이 낮아 진 것을 즉시 인지할 수가 없었고, 그 상태에서 부정확하게 측정 작업이 진행되었다. 하지만 본 발명에서는 타겟보드(40)에서 직접 발광된 빛을 취득하기 때문에 광량 측정이 용이하고, 이에 따라 기준 광량을 설정한 후, 직광되는 빛의 세기가 낮아지면 다이오드 특성이 저하되었음을 즉시 인지하고, 경고 또는 알림이 가능함으로써 부정확한 측정 작업을 사전에 방지할 수가 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 리프트
20 : 차량바퀴
30 : 클램프
40 : 타겟보드
41 : 보드본체
42 : 패턴광발산수단
43 : 베이스판
44 : 덧판
44a : 패턴부
45 : 발광부
46 : 보호판
47 : 안쪽면
48 : 바깥면
50 : 촬영수단
51 : 3D카메라
52 : 상태표시부
61 : 세로빔
62 : 가로빔
70 : 분석수단

Claims

클램프를 통해 차량바퀴에 장착되는 보드본체;
상기 보드본체에 설치되며 빛을 반사시키는 특정 패턴부를 갖는 패턴광발산수단; 및
상기 패턴광발산수단의 특정 패턴부 상에 설치되며 빛을 발광하는 발광부를 포함함으로써,
상기 발광부에서 발광된 빛이 상기 패턴광발산수단의 패턴부에 반사되어 상기 패턴부에 대응하는 형상의 빛이 출사되며,
상기 패턴광발산수단의 전면에 설치되어 상기 패턴광발산수단을 보호하는 보호판을 더 포함하되,
상기 보호판의 양면 중 상기 패턴광발산수단에 대향하는 안쪽면은 샌딩 처리되어 있어서, 상기 보호판의 안쪽면으로 입사된 빛이 서로 다른 각도로 분산됨으로써, 상기 보호판의 반대쪽 면으로 출사되는 빛의 광량이 증가되는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬 요소 측정을 위한 타겟보드.
제1항에 있어서,
상기 패턴광발산수단은,
빛을 반사시키는 베이스판; 및
상기 베이스판의 전면에 설치되며 일정 지점이 타공되어 특정 패턴부가 형성되어 있는 덧판;을 포함함으로써,
상기 발광부에서 발광되어 상기 베이스판에서 반사된 빛이 상기 덧판에서는 차단되고, 상기 타공된 패턴부를 통해서만 출사되는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬 요소 측정을 위한 타겟보드.
삭제
클램프를 통해 차량바퀴에 장착되며, 특정 패턴의 빛이 출사되는 타겟보드;
상기 타겟보드에서 출사되는 특정 패턴의 빛을 촬영하는 촬영수단; 및
상기 촬영수단에서 촬영된 영상에서 상기 특정 패턴의 변화를 분석하여 휠 얼라인먼트 요소를 연산 및 출력하는 분석수단;을 포함하며,
상기 타켓보드는,
상기 클램프를 통해 상기 차량바퀴에 장착되는 보드본체;
상기 보드본체에 설치되며 빛을 반사시키는 특정 패턴부를 갖는 패턴광발산수단; 및
상기 패턴광발산수단의 특정 패턴부 상에 설치되며 빛을 발광하는 발광부를 포함함으로써,
상기 발광부에서 발광된 빛이 상기 패턴광발산수단의 패턴부에 반사되어 상기 패턴부에 대응하는 형상의 빛이 출사되며,
상기 패턴광발산수단의 전면에 설치되어 상기 패턴광발산수단을 보호하는 보호판을 더 포함하되,
상기 보호판의 양면 중 상기 패턴광발산수단에 대향하는 안쪽면은 샌딩 처리되어 있어서, 상기 보호판의 안쪽면으로 입사된 빛이 서로 다른 각도로 분산됨으로써, 상기 보호판의 반대쪽 면으로 출사되는 빛의 광량이 증가되는 것을 특징으로 하는 차륜 정렬 요소 측정 시스템.
삭제