KR101763811B1

KR101763811B1 - 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법

Info

Publication number: KR101763811B1
Application number: KR1020150117918A
Authority: KR
Inventors: 김성한; 강태선; 이정태; 표진휘
Original assignee: 삼성중공업(주)
Priority date: 2015-08-21
Filing date: 2015-08-21
Publication date: 2017-08-01
Also published as: KR20170022649A

Abstract

본 발명은 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 스캐닝 장치는 계측기; 및 계측기를 이동시키는 이동 로봇을 포함하며, 상기 이동 로봇은 피계측 구조물의 설계 모델에 따라 계측기의 이동 경로 및 스캔 조건을 설정하는 경로 설정부; 및 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 이동 로봇의 이동을 제어하는 구동 제어부를 포함한다.

Description

스캐닝 장치 및 스캐닝 방법{SCANNING APPARATUS AND SCANNING METHOD}

본 발명은 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계측기의 이동 경로를 설정하여 자동으로 구조물을 스캔하는 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법에 관한 것이다.

조선 해양 산업에 있어 모든 생산 과정에서 대형 구조물의 제작은 필수적이다. 이러한 대형 구조물 생산의 품질을 향상시키기 위하여 계측기를 이용하여 구조물 일부의 3D 형상을 그대로 측정하는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 계측기를 이용하여 대형 구조물의 3D 형상을 측정시, 작업자가 스캐너를 직접 들고 측정 위치들로 이동시키면서 스캐닝 작업을 하고 있다. 이러한 일련의 과정을 반복하여야만 대형 구조물을 모두 스캐닝할 수 있게 된다. 종래에는 작업자가 현장 상황을 파악하여 스캔 위치를 대략적으로 설정한 다음, 스캐너를 직접 들고 스캔 위치로 이동시켜 스캔 작업을 수행하는 것으로, 스캔 작업의 효율성이 낮은 문제점이 있었다.

본 발명은 자동으로 계측기를 스캔 위치로 이동시켜 스캐닝 작업을 수행할 수 있는 스캐닝 장치 및 스캐닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 스캐닝 장치는 계측기; 및 상기 계측기를 이동시키는 이동 로봇을 포함하며, 상기 이동 로봇은 피계측 구조물의 설계 모델에 따라 상기 계측기의 이동 경로 및 스캔 조건을 설정하는 경로 설정부; 및 상기 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 구동 제어부를 포함한다.

상기 경로 설정부는 상기 계측기의 스캔 위치 및 스캔 시점을 산출할 수 있다.

상기 스캐닝 장치는 장애물을 인식하는 장애물 인식 센서; 및 인식한 장애물을 회피하도록 상기 계측기의 이동 경로를 조정하는 경로 조정부를 더 포함할 수 있다.

상기 스캐닝 장치는 상기 계측기의 수평 자세를 자동으로 조절하는 자세 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 피계측 구조물의 설계 모델에 따라 계측기의 이동 경로 및 스캔 조건을 설정하는 단계; 및 상기 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 상기 계측기를 이동시키는 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계를 포함하는 스캐닝 방법이 제공된다.

상기 스캐너의 이동 경로 및 스캔 조건을 설정하는 단계는 상기 계측기의 스캔 위치 및 스캔 시점을 산출할 수 있다.

상기 스캐닝 방법은 장애물을 인식하는 단계; 및 인식한 장애물을 회피하도록 상기 계측기의 이동 경로를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 스캐닝 방법은 상기 계측기의 수평 자세를 자동으로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면 자동으로 계측기를 스캔 위치로 이동시켜 스캐닝 작업을 수행할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치(100)를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치(100)를 구성하는 이동 로봇(200)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 스캐닝 장치(100)를 구성하는 계측기(120)의 위치를 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 실시 예에 따라 여러 스캔 지점에서 획득된 복수의 점군 데이터를 하나의 좌표계로 정합하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 스캐닝 장치를 구성하는 센서부의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 스캐닝 장치(100)를 구성하는 계측기(120)의 위치를 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치는 피계측 구조물의 설계 모델에 따라 계측기의 이동 경로 및 스캔 조건을 설정하고, 설정된 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 이동 로봇의 이동을 제어하여 계측기를 이동시키면서 구조물의 3D 형상을 측정한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치(100)를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 스캐닝 장치(100)는 계측기(120), 이동 로봇(200)을 포함한다.

계측기(120)는 구조물의 형상 정보를 측정한다. 계측기(120)는 3차원 레이저 스캐너로 제공될 수 있다. 계측기(120)는 구조물에 대해 계측 데이터(점군 데이터)를 획득한다. 계측기(120)는 예를 들어 3차원 레이저 스캐너로 제공될 수 있다. 점군 데이터는 구조물(10)의 다수의 면을 이루는 점들에 대한 3차원 좌표 정보를 포함하고 있다. 계측기(120)는 구조물(10)의 전체 형상에 대해 3D 모델을 얻기 위하여, 여러 스캔 위치에서 점군 데이터를 획득할 수 있다.

이동 로봇(200)은 계측기(120)를 이동시킨다. 계측기(120)는 이동 로봇(200)에 의해 설정된 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 이동하면서 스캔 위치에서 구조물을 계측한다. 이동 로봇(200)은 일 예로 구동모터에 의해 구동휠을 구동하여 계측기(120)를 스캔 위치로 이동시킬 수 있으나, 그 밖의 구동방식에 의하여 계측기(120)를 이동시키는 것도 가능하다.

계측기(120)의 자세를 측정하기 위해 관성 센서(예컨대 IMU 센서)(122)가 제공될 수 있다. 관성 센서(122)는 계측기(120)에 제공될 수도 있고, 이동 로봇(200)에 제공될 수도 있다.

계측기(120)는 자세 조절부(126)를 구비할 수 있다. 자세 조절부(126)는 계측기(120)의 수평 자세를 자동으로 조절할 수 있다. 자세 조절부(126)는 이동 로봇(200)이 자율 주행 또는 경로를 따라 이동하여 계측기(120)를 자동으로 이동 시키는 과정에서 계측기(120)가 안정된 자세를 유지하도록 계측기(120)의 설치 자세를 안정화하는 장치를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치(100)를 구성하는 이동 로봇(200)의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 이동 로봇(200)은 사용자 인터페이스부(210), 구동 제어부(220), 메모리(230), 경로 설정부(240), 센서부(250), 정합부(260) 및 제어부(270)를 포함한다.

사용자 인터페이스부(210)는 작업자가 구조물의 3차원 형상 정보를 측정하는 명령을 입력하기 위해 제공된다. 사용자 인터페이스부(210)는 버튼식 입력부, 터치 패널 등의 다양한 형태로 제공될 수 있다. 스캐닝 장치(100)가 작업자가 소지한 휴대형 단말과 무선 통신에 의해 연동되어 동작하는 경우, 사용자 인터페이스부(210)는 휴대형 단말에 제공될 수도 있다. 이동 로봇(200)이 계측기(120)와 유/무선 통신에 의해 연동되어 동작하는 경우, 사용자 인터페이스부(210)는 계측기(120)에 제공될 수도 있다.

구동 제어부(220)는 이동 로봇(200)의 이동을 제어한다. 구동 제어부(220)는 설정된 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 계측기(120)를 이동시키도록 이동 로봇(200)의 이동을 제어한다.

메모리(230)는 이동 경로 및 스캔 조건에 따라 스캐닝 장치(100)를 이동시키고, 스캔 위치에서 구조물의 3D 형상을 측정하고, 계측기(120)의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하여 점군 데이터를 정합하는 프로그램, 계측기(120)에 의해 획득된 데이터 등을 저장한다. 스캔 위치에서 구조물의 3D 형상을 측정하고 계측기(120)의 스캔 위치 및 스캔 자세를 측정하여 점군 데이터를 정합하는 프로그램과, 계측기(120)에 의해 획득된 데이터 등은 계측기(120)에 제공된 저장부에 저장될 수도 있다.

경로 설정부(240)는 피계측 구조물의 설계 모델에 따라 계측기(120)의 이동 경로 및 스캔 조건을 설정한다. 경로 설정부(240)는 계측기(120)의 스캔 위치 및 스캔 시점을 산출할 수 있다.

센서부(250)는 장애물을 인식하는 장애물 인식 센서를 포함할 수 있다. 구동 제어부(220)는 센서부(250)에 의하여 인식한 장애물을 회피하도록 계측기(120)의 이동 경로를 조정할 수 있다. 정합부(260)는 여러 스캔 지점에서 획득된 복수의 점군 데이터를 하나의 좌표계로 정합하여 통합 점군 데이터를 생성한다. 이동 로봇(200)과 계측기(120)가 유/무선 통신으로 연동되어 있는 경우, 정합부(260)는 계측기(120)에 제공될 수도 있다.

본 실시 예에 따른 스캐닝 장치(100)는 사전에 스캐닝 대상 구조물의 3D 모델을 검토하고, 이를 이용하여 계측기(120)에 의하여 스캐닝할 위치와, 이동 로봇(200)의 이동 경로를 설정하고, 스캐닝 조건도 설정한 후, 계측기(120)를 스캐닝 장소로 이동하여 대형 구조물을 자동으로 간편히 스캐닝할 수 있다.

이때 스캐닝 장치(100)는 이동 로봇(200)의 이동 경로에 대해 장애물을 사전에 인식하여 회피하는 기능을 구비하여, 이동 로봇(200)을 이동 경로를 따라 원활하게 주행시킬 수 있다. 또한 스캐닝 장치(100)의 자세 조절부(126)는 계측기(120)의 자세를 자동으로 수평으로 조절하여 계측기(120)의 측정 정확도를 높일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캐닝 방법의 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 경로 설정부(240)는 계측 작업을 수행하기 전에 미리 3D 모델의 환경 정보와, 구조물의 크기, 형상 등을 바탕으로 스캐닝 장치(100)의 이동 경로를 설정하고, 스캐닝 장치(100)의 이동 경로를 고려하여 구조물의 스캔 영역을 검토하고 스캔 지점을 설정한다(S10, S20).

다음으로, 이동 로봇(200)은 계측기(120)를 스캔 장소로 이동시키며, 구조물과 이동 로봇(200)의 위치가 동기화되면, 이동 로봇(200)의 자세를 보정한 후, 계측기(120)를 이용하여 스캐닝을 수행한다(S30~S60). 이러한 스캐닝 작업은 구조물의 전체 형상에 대하여 모든 스캔 위치에서 스캔이 완료될 때까지 수행된다(S70,S80). 계측기(120)에 의해 여러 스캔 지점에서 얻은 스캔 데이터를 정합하여 3D 형상을 생성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법은 예를 들어 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.

컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 스캐닝 장치(100)를 구성하는 계측기(120)의 위치를 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 계측기(120)에 구비된 관성 측정 장치(IMU; Inertial Measurement Unit)(122)를 포함할 수 있다. 스캐닝 장치(100)는 계측기(120)에서 타겟(T)을 측정한 정보를 이용하여 계측기(120)의 위치를 계측할 수 있다. 타겟(T)은 정합할 복수의 점군 데이터에 공통으로 포함되는 위치에 설치될 수 있다.

관성 측정 장치(122)는 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120a)의 자세 [Rx0, Ry0, Rz0]와, 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120b)의 자세 [Rx1, Ry1, Rz1]를 측정한다. 스캐닝 장치(100)는 제1 점군 데이터를 획득한 위치 및 자세에서, 계측기(120a)에 의해 얻은 타겟(T)의 위치 정보 [X0, Y0, Z0]와, 제2 점군 데이터를 획득한 위치 및 자세에서, 계측기(120b)에 의해 얻은 타겟(T)의 위치 정보 [X1, Y1, Z1]를 이용하여, 계측기(120)의 위치 이동을 인식할 수 있다.

도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 실시 예에 따라 여러 스캔 지점에서 획득된 복수의 점군 데이터를 하나의 좌표계로 정합하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 도 5는 제1 점군 데이터(PC1)를 획득한 위치 및 자세에서 계측기(120a)에 의해 얻은 제1 점군 데이터(PC1)와 타겟(T)을 보여주는 예시도이고, 도 6은 제2 점군 데이터(PC2)를 획득한 위치 및 자세에서 계측기(120b)에 의해 얻은 제2 점군 데이터(PC2)와 타겟(T)을 보여주는 예시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 점군 데이터(PC2)는 관성 측정 장치(122)에 의해 획득된 제1 점군 데이터 획득 시점의 계측기(120a)의 자세 [Rx0, Ry0, Rz0]와, 제2 점군 데이터 획득 시점의 계측기(120b)의 자세 [Rx1, Ry1, Rz1]를 이용하여 회전 변환된다. 계측기(120)의 자세 정보를 이용하여 회전 변환된 제2 점군 데이터(PC3)는 제1 점군 데이터 획득 시점에 계측된 타겟(T)의 위치 정보 [X0, Y0, Z0]와, 제2 점군 데이터 획득 시점에 계측된 타겟(T)의 위치 정보 [X1, Y1, Z1]를 이용하여, 고정된 자세를 가진 채로 이동 변환된다.

도 4의 실시 예에 의하면, 외부 계측 장치 없이, 관성 측정 장치(122)에 의해 획득한 계측기(120)의 자세 정보와, 공통 타겟(T)의 위치 정보를 이용하여, 자동으로 초기 정합을 수행할 수 있다. 도 4의 예에서는 하나의 공통 타겟(T)을 계측하여 점군 데이터의 초기 정합을 수행하고 있으나, 계측기(120)의 위치 측정 신뢰도를 높이기 위하여, 공통 타겟을 추가로 설치하고, 복수의 타겟을 이용하여 계측기(120)의 스캔 위치를 측정하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 스캐닝 장치를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 스캐닝 장치(100)는 계측기(120)의 타겟 고정부에 부착된 복수의 타겟(182, 184, 186)과, 복수의 타겟(182, 184, 186)을 추종하면서 영상을 획득하는 센서부(161, 162)를 포함한다. 타겟(182, 184, 186)은 계측기(120)의 상부 측에 적어도 3개 이상 설치될 수 있다.

도 10은 도 9에 도시된 센서부(161, 162)의 구성도이다. 도 10을 참조하면, 센서부(161, 162)는 영상 촬영부(163), 메모리(164), 추종부(165), 통신부(166) 및 센서부(161, 162)의 기능을 제어하기 위한 제어부(167)를 포함한다.

이동 로봇(200)의 위치는 이동 로봇(200)의 구동부에 제공된 엔코더(encoder)에 의해 측정될 수 있다. 센서부(161, 162)는 엔코더를 이용한 위치 계산의 부정확성을 보완해주기 위한 외부 계측 장치로서, 스테레오 카메라를 이용하여 타겟(182, 184, 186)을 인식하여 계측기(120)와 이동 로봇(200)의 위치를 측정할 수 있다. 타겟(182, 184, 186)의 3차원 정보를 정확하게 측정하기 위하여, 센서부(161, 162)는 서로 다른 위치에 2개 이상 설치될 수 있다. 타겟(182, 184, 186)의 검출 확률을 높이고, 복수의 타겟(182, 184, 186)의 기하학적 특성을 이용하여 위치 측정 신뢰도를 높이기 위해, 적어도 3개의 타겟(182, 184, 186)이 스캐닝 장치(100)에 부착될 수 있다.

영상 촬영부(163)는 복수의 타겟(182, 184, 186)에 대해 영상을 촬영한다. 영상 촬영부(163)는 타겟(182, 184, 186)의 3차원 정보를 측정하기 위하여 스테레오 카메라로 제공될 수 있다. 메모리(164)는 복수의 타겟(182, 184, 186)을 추종하면서 영상을 촬영하기 위한 프로그램, 영상 촬영부(163)에 의해 촬영된 영상 및 각종 데이터를 저장한다.

추종부(165)는 영상 촬영부(163)가 복수의 타겟(182, 184, 186)을 추종하도록 영상 촬영부(163)의 자세를 제어한다. 추종부(165)는 영상 처리를 통해 객체를 인식하고, 객체의 픽셀 위치와 움직임을 파악하여, 객체가 영상 내에 위치하도록 영상 촬영부(163)의 촬영 방향을 제어할 수 있다. 추종부(165)는 센서부(161, 162)의 휴대성을 확보하기 위하여 소형의 구동부로 구성될 수 있다. 일 실시 예로, 추종부(165)는 팬틸트(pan/tilt) 구동 장치로 제공될 수 있다.

통신부(166)는 영상 촬영부(163)에 의해 촬영된 영상 데이터, 영상 촬영부(163)의 자세 정보를 계측기(120) 측으로 전송한다. 영상 촬영부(163)의 자세 정보는 추종부(165)의 회동 각도를 기반으로 산출될 수 있다. 스캐닝 장치(100)는 영상 촬영부(163)에 의해 촬영된 영상 프레임들과, 각 영상 프레임에 대응하는 영상 촬영부(163)의 자세 정보를 이용하여 계측기(120)의 위치 및 자세를 측정할 수 있다.

스캐닝 장치(100)는 센서부(161, 162)로부터 전송된 영상을 분석하여 복수의 타겟(182, 184, 186)을 인식하고, 영상 촬영부(163)의 자세 정보 및 영상에서의 복수의 타겟(182, 184, 186)의 좌표 정보를 이용하여 계측기(120)의 위치 및 자세 정보를 산출한다.

계측기(120)의 위치 및 자세 정보는 계측기(120)를 미리 계획된 스캔 위치 및 스캔 자세로 설정하기 위하여 활용될 수 있다. 또한, 계측기(120)의 스캔 위치 및 스캔 자세 정보는 여러 지점에서 획득된 복수의 점군 데이터를 정합하는데 활용될 수 있다.

센서부(161, 162)에는 관성 센서(예컨대 IMU 센서)(161a, 162a)가 구비될 수 있다. 관성 센서(161a, 162a)는 센서부(161, 162)의 자세를 측정할 수 있다. 계측기(120)의 위치 및 자세 정보는 계측기(120) 또는 이동 로봇(200)에 제공된 관성 센서(예컨대 IMU 센서)(122)에 의해 측정될 수도 있다. 관성 센서(122)는 가속도 센서 및 각속도 센서에 의해 계측기(120)와 이동 로봇(200)의 위치 및 자세를 측정할 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 스캐닝 장치(100)를 구성하는 계측기(120)의 위치를 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조하면, 스캐닝 장치(100)는 계측기(120)에 구비된 관성 측정 장치(122)와, 계측기(120) 외부에 구비되어 계측기(120)의 위치를 계측하는 계측 장치(124)를 포함할 수 있다. 도 4의 실시 예에서와 같이, 관성 측정 장치(122)는 점군 데이터를 획득한 시점별로 계측기(120)의 자세 [Rx, Ry, Rz]를 계측한다. 계측 장치(124)는 계측기(120) 또는 이동 로봇(200)에 부착된 타겟(M)을 계측하여, 점군 데이터를 획득한 시점의 계측기(120)의 위치 [X, Y, Z]를 측정한다. 일 실시 예로, 계측 장치(124)는 정확한 위치를 측정할 수 있는 토탈스테이션(total station)으로 제공될 수 있다. 도 9의 실시 예에 의하면, 계측 장치(124)에 의해 획득한 계측기(120)의 위치 정보와, 관성 측정 장치(122)에 의해 획득한 계측기(120)의 자세 정보를 이용하여, 자동으로 복수의 점군 데이터의 초기 정합을 수행할 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

10: 구조물 100: 스캐닝 장치
120: 계측기 126: 자세 조절부
161,162: 센서부 163: 영상 촬영부
164: 메모리 165: 추종부
166: 통신부 167: 제어부
182,184,186: 타겟 200: 이동 로봇
210: 사용자 인터페이스부 220: 구동 제어부
230: 메모리 240: 경로 설정부
250: 센서부 260: 정합부
270: 제어부

Claims

계측기;
상기 계측기를 이동시키는 이동 로봇;
상기 계측기의 자세를 측정하는 관성 측정 장치;를 포함하고,
상기 이동 로봇은,
피계측 구조물의 설계 모델에 따라 구조물의 3D 형상을 측정하기 위한 상기 계측기의 스캔 위치들, 스캔 시점들, 및 이동 경로를 산출하는 경로 설정부; 및
상기 스캔 위치들 및 상기 이동 경로에 따라 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 구동 제어부를 포함하며,
상기 계측기는, 상기 스캔 위치들 중 제1 스캔 위치에서 상기 구조물의 제1 점군 데이터를 획득하고, 상기 스캔 위치들 중 제2 스캔 위치에서 상기 구조물의 제2 점군 데이터를 획득하며,
상기 관성 측정 장치는,
상기 계측기에 의해 상기 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제1 자세 정보와, 상기 계측기에 의해 상기 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제2 자세 정보를 측정하고,
상기 제1 점군 데이터에 포함된 공통 타겟의 위치 정보와, 상기 제2 점군 데이터에 포함된 상기 공통 타겟의 위치 정보, 그리고 상기 관성 측정 장치에 의해 획득한 상기 제1 자세 정보 및 상기 제2 자세 정보를 기반으로, 상기 제1 점군 데이터와 상기 제2 점군 데이터를 정합하는 정합부;를 더 포함하는 스캐닝 장치.
계측기;
상기 계측기를 이동시키는 이동 로봇;
상기 계측기의 타겟 고정부에 부착된 복수의 타겟; 및
상기 복수의 타겟을 추종하면서 영상을 획득하고, 상기 복수의 타겟을 인식하여 상기 계측기의 위치 및 방향을 측정하는 센서부;를 포함하며,
상기 이동 로봇은,
피계측 구조물의 설계 모델에 따라 구조물의 3D 형상을 측정하기 위한 상기 계측기의 스캔 위치들, 스캔 시점들, 및 이동 경로를 산출하는 경로 설정부; 및
상기 스캔 위치들 및 상기 이동 경로에 따라 상기 이동 로봇의 이동을 제어하는 구동 제어부를 포함하며,
상기 센서부는,
상기 복수의 타겟의 3차원 정보를 측정하기 위해 상기 복수의 타겟에 대한 영상을 촬영하는 영상 촬영부; 및 상기 영상 촬영부가 상기 복수의 타겟을 추종하도록 상기 영상 촬영부의 자세를 제어하는 추종부;를 포함하며, 상기 영상 촬영부의 자세 정보 및 상기 영상 촬영부에 의해 촬영된 영상에서의 상기 복수의 타겟의 좌표 정보를 이용하여, 상기 계측기의 위치 및 자세 정보를 산출하고,
상기 계측기는, 상기 스캔 위치들 중 제1 스캔 위치에서 상기 구조물의 제1 점군 데이터를 획득하고, 상기 스캔 위치들 중 제2 스캔 위치에서 상기 구조물의 제2 점군 데이터를 획득하며,
상기 센서부는, 상기 계측기에 의해 상기 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제1 위치 및 자세 정보를 측정하고, 상기 계측기에 의해 상기 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제2 위치 및 자세 정보를 측정하며,
상기 센서부에 의해 획득한 상기 제1 위치 및 자세 정보, 그리고 상기 제2 위치 및 자세 정보를 기반으로, 상기 제1 점군 데이터와 상기 제2 점군 데이터를 정합하는 정합부;를 더 포함하는 스캐닝 장치.
제1 항에 있어서,
장애물을 인식하는 장애물 인식 센서; 및
인식한 장애물을 회피하도록 상기 계측기의 이동 경로를 조정하는 경로 조정부를 더 포함하는 스캐닝 장치.
제1 항에 있어서,
상기 계측기의 수평 자세를 자동으로 조절하는 자세 조절부를 더 포함하는 스캐닝 장치.
피계측 구조물의 설계 모델에 따라 구조물의 3D 형상을 측정하기 위한 계측기의 스캔 위치들, 스캔 시점들, 및 이동 경로를 산출하는 단계;
상기 스캔 위치들 및 상기 이동 경로에 따라 상기 계측기를 이동시키는 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계;
상기 스캔 위치들 중 제1 스캔 위치에서 상기 구조물의 제1 점군 데이터를 획득하고, 상기 스캔 위치들 중 제2 스캔 위치에서 상기 구조물의 제2 점군 데이터를 획득하는 단계;
상기 계측기의 관성 측정 장치를 이용하여, 상기 계측기에 의해 상기 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제1 자세 정보와, 상기 계측기에 의해 상기 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제2 자세 정보를 측정하는 단계; 및
상기 제1 점군 데이터에 포함된 공통 타겟의 위치 정보와, 상기 제2 점군 데이터에 포함된 상기 공통 타겟의 위치 정보, 그리고 상기 관성 측정 장치에 의해 획득한 상기 제1 자세 정보 및 상기 제2 자세 정보를 기반으로, 상기 제1 점군 데이터와 상기 제2 점군 데이터를 정합하는 단계;를 포함하는 스캐닝 방법.
피계측 구조물의 설계 모델에 따라 구조물의 3D 형상을 측정하기 위한 계측기의 스캔 위치들, 스캔 시점들, 및 이동 경로를 산출하는 단계;
상기 스캔 위치들 및 상기 이동 경로에 따라 상기 계측기를 이동시키는 이동 로봇의 이동을 제어하는 단계;
상기 스캔 위치들 중 제1 스캔 위치에서 상기 구조물의 제1 점군 데이터를 획득하고, 상기 스캔 위치들 중 제2 스캔 위치에서 상기 구조물의 제2 점군 데이터를 획득하는 단계;
상기 계측기의 타겟 고정부에 부착된 복수의 타겟의 3차원 정보를 측정하기 위해, 영상 촬영부에 의해, 상기 복수의 타겟에 대한 영상을 촬영하는 단계;
상기 영상 촬영부가 상기 복수의 타겟을 추종하도록 상기 영상 촬영부의 자세를 제어하는 단계;
상기 제1 점군 데이터 및 상기 제2 점군 데이터를 획득한 각 시점에서, 상기 영상 촬영부의 자세 정보 및 상기 영상 촬영부에 의해 촬영된 영상에서의 상기 복수의 타겟의 좌표 정보를 이용하여, 상기 계측기의 위치 및 자세 정보를 산출하는 단계; 및
상기 제1 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제1 위치 및 자세 정보, 및 상기 제2 점군 데이터를 획득한 시점의 상기 계측기의 제2 위치 및 자세 정보를 기반으로, 상기 제1 점군 데이터와 상기 제2 점군 데이터를 정합하는 단계;를 포함하는 스캐닝 방법.
제5 항에 있어서,
장애물을 인식하는 단계; 및
인식한 장애물을 회피하도록 상기 계측기의 이동 경로를 조정하는 단계를 더 포함하는 스캐닝 방법.
제5 항에 있어서,
상기 계측기의 수평 자세를 자동으로 조절하는 단계를 더 포함하는 스캐닝 방법.