KR101985724B1 - 가속도계를 갖는 3d 스캐너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대상물(9) 표면의 3차원(3D) 좌표를 얻기 위한 적어도 하나의 스캐닝 모듈(2, 7) 및 상부에 상기 대상물(9)을 위치 또는 고정시킬 수 있는 포지셔닝 장치(1)를 포함하는 3D 스캐너에 관한 것으로, 상기 포지셔닝 장치(1)는 상기 적어도 하나의 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 이동 가능하고, 상기 3D 스캐너는 상기 포지셔닝 장치(1)의 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대한 위치 변화를 측정하는 적어도 하나의 가속도계와 상기 적어도 하나의 스캐닝 모듈(2, 7) 및 상기 포지셔닝 장치(1)에 연결되어 데이터를 수신하는 제 1 프로세싱 유닛을 더 포함한다. 본 발명은 또한 대상물 표면의 3차원(3D) 좌표를 얻기 위하여 대상물(9) 표면을 스캔하는 방법에 관한 것이다.

Description

가속도계를 갖는 3D 스캐너{3D scanner with accelerometer}
본 발명은 대상물(object)의 표면의 3D 좌표를 얻기 위한 적어도 하나의 스캐닝 모듈(scanning module)을 포함하는 3D 스캐너에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 표면의 3차원(3D) 좌표들을 얻기 위한 대상물 표면을 스캐닝하는 방법에 관한 것이다.
대상물(objects)의 3D 표면들을 스캐닝하기 위한 3차원 스캐너들(3D 스캐너들)이 광범위하게 사용되고 있다. 3D 스캐너는 한 대상물 표면의 각 지점 또는 다수의 지점들의 좌표(X, Y, Z)를 측정하는 장치이다. 유럽특허 3 081 980 A1에는 간섭광 빔이 이방성 확산 표면에 조사되는 동안 이방성 확산 표면을 회전하는 회전축을 사용하는 광학 스캔 장치 및 조명 장치가 개시되어 있다. 레이저를 이용한 대상물 표면 3D 좌표 획득 방법 및 시스템이 미국특허 2016/169 659　A1에 개시되어 있다. 적어도 하나의 가속도계 및 자이로스코프를 포함하여 두 위치에서 3D 좌표를 측정하는 레이저 스캐너가 미국특허 2016/245 918　A1에 공지되어 있다. 이러한 3D 스캐너들은 환경 내의 거리가 먼 물체를 스캔하는 용도로만 사용될 수 있다. 이러한 스캐너들은 대상물 표면의 세밀한 구조를 정확하게 스캔하는 데 사용될 수 없기 때문에 대상물 표면의 정확한 측정이 불가능하다. 미국특허 2016/173 855 A1에는 구조광 프로젝터(structured-light projector)를 포함하는 3D 스캐너가 공지되어 있다. 상기 3D 스캐너는 스펙트럼 분해를 이용하여 접촉 없이 대상물 표면을 정밀하게 측정할 수 있다. 그렇지만, 그러한 장치는 설치 비용이 높고, 모든 부분이 작동에 필요함에도 불구하고 그러한 장치에 의해 복잡한 표면이 쉽게 측정될 수 없다.
이러한 측정 결과는, 이미지를 데카르트 좌표계에서 위치(X, Y)를 기반으로 깊이(또는 거리, Z)로 표현하므로, 소위 표면의 “깊이”지도(depth map)로 간주될 수 있다. 이렇게 수집된 깊이 지도들은 다양한 목적을 위한 3차원 합성 이미지(디지털 대상물)를 생성하는 데 사용될 수 있다.
비접촉식(contact free) 3D 스캐너들은 예를 들어 두 개의 카메라를 스캐닝 모듈로 사용하는 분광(spectroscopic) 시스템으로서, 카메라들이 서로 조금 이격되어 같은 장면을 향하도록 위치되어 두 이미지들 사이의 기하학적 변형으로부터 깊이가 추정된다.
소위 “구조광(structured-light)” 3D 스캐너는 비접촉식 3D 스캐너의 한 종류이다. 이 스캐너는, 일반적으로 비디오 프로젝터의 원리로 제작되거나 간섭 무늬(소위 “이상(phase-shifting)” 기술을 위한)를 발생하는 레이저 시스템으로 구성된 투광기, 및 입체적 형태를 생성하기 위해 상기 투광기와 기하학적으로 이격되어 스캐닝 모듈로 기능하는 적어도 하나의 카메라를 포함한다. 상기 투광기는 측정 표면에 컬러로 표현될 수 있는 1차원 또는 2차원(예를 들어 선 또는 이미지)을 갖는 이른바 “구조화된(structured)” 광패턴을 투사한다. “스테레오 베이스(stereo basis)”로 불리는 투광기(light projector)로부터 이격되어 위치한 상기 카메라는 상기 장면 이미지를 획득하고 기록한다. 투사된 구조화된 패턴은 획득된 이미지에서 인식될 수 있도록 적절하게 선택된 성분 패턴들(“구조화 성분들”으로도 불림)로 구성된다.
이 시스템들의 가장 큰 단점은 스캔될 대상물의 많은 부분이 3D로 기록되어야 하거나 언더컷(undercuts)을 포함하는 복잡한 표면을 스캔해야 하는 경우, 사용하기 복잡하고 좌표를 얻기 위해 서로 다른 각도에서 복수의 스캔이 필요하다는 것이다. 상기 대상물이 수동으로 위치 변경되거나 상기 스캐닝 모듈이 상기 대상물 주위를 이동하거나 상기 대상물을 서로 다른 각도에서 스캔할 수 있도록 상기 3D 스캐너가 복수의 스캐닝 모듈을 가져야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 것은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점들이다. 특히, 표면이 복잡할 때, 비교적 작은 대상물의 표면의 많은 부분을 정밀하게 스캔할 수 있는 3D 스캐너가 필요하다. 상기 3D 스캐너는 가능한 한 사용하기 쉽고, 설치가 간단하며, 저가여야 한다. 또한, 상기 3D 스캐너는 융통성 있게 사용되어 사용자 각각의 요구를 충족시킬 수 있어야 한다.
상기의 과제는 본 발명의 3D 스캐너에 의해 해결될 수 있는데, 본 발명의 3D 스캐너는,
대상물 표면의 3차원(3D) 좌표를 얻기 위한 적어도 하나의 스캐닝 모듈, 및
상기 적어도 하나의 스캐닝 모듈에 대하여 이동 가능한, 대상물을 위치시키거나 고정할 수 있는 포지셔닝 장치(positioning device)를 포함하고,
상기 3D 스캐너는,
상기 스캐닝 모듈에 대한 포지셔닝 장치의 위치 변화를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 가속도계,
상기 적어도 하나의 스캐닝 모듈 및 상기 포지셔닝 장치에 연결되어 데이터를 수신하도록 구성되는 제 1 프로세싱 유닛을 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 가속도계 중 하나의 가속도계가 상기 포지셔닝 장치에 위치하거나, 또는 상기 적어도 하나의 가속도계 중 하나의 가속도계는 상기 포지셔닝 장치에 위치하고 다른 하나는 스캐닝 모듈에 위치한다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 가속도계는 하나의 가속도계이다(즉, 단일 가속도계이다). 특히 바람직하게는, 상기 하나의 가속도계는 3D 스캐너의 다른 고정된 부품에 대한 포지셔닝 장치의 움직임을 감지하기 위하여 이동 가능한 포지셔닝 장치에 위치한다. 제 1 프로세싱 유닛은 상기 스캐닝 모듈 밍 상기 가속도계로부터 데이터를 수신한다. 보다 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 가속도계는 적어도 하나의 자이로스코프 센서이다. 자이로스코프 센서는 비싸지 않고, 본 발명에 따라 스캐너에 구현하기에도 용이하다. 또한, 센서 부품들의 위치를 우수하고 충분한 정확도로 측정할 수 있는 충분한 데이터를 제공한다.
상기 적어도 하나의 가속도계는 관성 측정 유닛(inertial measurement unit, IMU)의 일부일 수 있다. 그러나 바람직하게는, 3D 스캐너를 단순화하기 위해 하나의 가속도계만으로 충분하다.
본 발명에 따르면, 포지셔닝 장치는 두 개의 서로 다른 축(X, Y), 바람직하게는 두 직각 축(X, Y) 또는 세 개의 서로 다른 축(X, Y, Z), 바람직하게는 세 직각 축(X, Y, Z)을 중심으로 스캐닝 모듈에 대하여 회전되고, 적어도 하나의 가속도계가 상기 축들((X, Y) 또는 (X, Y, Z))을 중심으로 하는 상기 스캐닝 모듈에 대한 상기 포지셔닝 장치의 회전을 측정하도록 구성된다.
이와 같은 구성에 따라, 스캐닝 모듈을 이동시키지 않고도 대상물의 서로 다른 면들을 스캔하는 것이 가능하여 대상물의 거의 전체 면적을 스캔할 수 있고, 복잡한 표면 구조 역시 스캔할 수 있다.
상기 하나 이상의 가속도계 중 하나의 가속도계가 상기 포지셔닝 장치에 위치하거나, 또는 상기 하나 이상의 가속도계 중 하나의 가속도계는 상기 포지셔닝 장치에 위치하고, 다른 하나는 상기 스캐닝 모듈에 위치하는 것이 제안된다.
이것은 상기 스캐닝 모듈 및 상기 포지셔닝 장치 사이의 상대적 움직임을 정밀하게 측정할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 스캐닝 모듈의 상기 대상물에 대한 정확한 관점이 결정될 수 있고, 서로 다른 스캔들로부터 상기 대상물 표면의 좌표들이 산출될 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 가속도계는 규정 및 설정된(defined and set) 자유도에 따라 스캐닝 모듈에 대한 포지셔닝 장치의 어떠한 위치 변화도 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
상대적 움직임에 대한 규정 및 설정된 자유도를 사용함으로써, 상기 포지셔닝 장치의 스캐닝 모듈에 대한 상대적 위치 변화를 쉽고 정확하게 결정할 수 있다.
본 발명의 추가적인 개선은 또한, 제 1 프로세싱 유닛 또는 제 2 프로세싱 유닛이 상기 스캐닝 모듈로부터 수신한 3D 좌표들을 상기 적어도 하나의 가속도계로부터 수신한 위치 데이터와 연관시키도록, 그리고/또는 상기 대상물의 서로 다른 위치들의 3D 좌표들을 서로 연관시키도록, 그리고/또는 서로 다른 위치에서 획득된 대상물의 3D 좌표들을 중첩(superimposing)하고, 대상물의 위치 변화를 반영함으로써 3D 좌표들의 조합을 산출하도록 구성되는 것을 제안한다.
이로써, 결과의 전체 표면 좌표들의 산출이 본 발명에 따른 3D 스캐너에 의해 광범위하게 자동화되어 수행된다. 상기 3D 스캐너는 3D 좌표들을 계산할 기회를 제공할 뿐 아니라 결과로 얻어진 대상물의 3D 표면 좌표들을 용이하게 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 3D 스캐너는 또한, 연관 데이터가 저장되는 메모리 소자를 더 포함하도록 설계되고, 상기 제 1 또는 제 2 프로세싱 유닛은, 획득된 상기 대상물의 표면 좌표들을 가속도계에 의해 측정된 위치 데이터의 변화에 대하여 매칭함으로써 상기 대상물의 전체 표면을 산출하기 위해 구성되도록 설계될 수 있다.
이러한 방법에 의하여, 상기 3D 스캐너로 상기 대상물 표면의 좌표들을 완전히 계산할 수 있는 가능성이 더 커진다.
상기 3D 스캐너의 또 다른 구체예에서, 상기 포지셔닝 장치는 스캐닝 모듈에 대하여 서로 다른 두 방향 또는 세 방향을 따라 이동할 수 있고, 상기 3D 스캐너는 선형 가속도계 및 적어도 하나의 가속도계 중 하나로서 자이로스코프 센서를 포함하며, 상기 선형 가속도계는 상기 포지셔닝 장치가 스캐닝 모듈에 대해 움직임으로써 발생하는 포지셔닝 장치의 위치 변화를 측정하도록 구성되고, 상기 자이로스코프 센서는 상기 포지셔닝 장치가 스캐닝 모듈에 대해 회전함으로써 발생하는 포지셔닝 장치의 회전각의 변화를 측정하도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 3D 스캐너는 상기 자이로스코프 센서 및 상기 선형 가속도계를 포함하는 IMU를 포함한다.
이로써, 본 발명에 따른 소형(compact) 3D 스캐너에 의해 크거나 긴 대상물들도 스캔할 수 있다.
본 발명의 추가적인 개선은, 상기 3D 스캐너가 치과용 3D 스캐너이며, 보철 치아, 보철 치아 세트, 부분 의치, 전체 의치, 의치상, 치과인상, 환자의 부분 구강 모형 중 적어도 하나가 대상물로서 상기 포지셔닝 장치 상에 위치되거나 상기 포지셔닝 장치에 고정될 수 있는 것을 제안한다.
본 발명에 따른 상기 3D 스캐너는 소형이면서 다양한 위치에서 대상물을 스캔할 수 있어 생치나 보철 치아를 그대로 스캐닝하는 데 특히 유용하다. 상기 부분 구강은 일반적으로 의치상이 위치하거나, 크라운 또는 브리지가 위치하거나, 또는 임플란트가 삽입되는 잔존 생치를 포함하거나 포함하지 않는 구강 점막 모형이다.
바람직한 3D 스캐너에서, 상기 포지셔닝 장치는 상기 스캐닝 모듈에 대하여 수동으로 회전 가능하거나, 회전 및 선형 이동 가능하거나, 또는 상기 스캐닝 모듈에 대하여 정해진 자유도에 따라 수동으로 회전 가능하거나, 회전 및 선형 이동 가능하다.
이로써, 대상물은 서로 다른 각도로 스캔되기 위해 수동으로 이동되는 한편 고정식 스캐닝 모듈이 사용될 수 있다. 상기 3D 스캐너의 작동자(operator)는 종종 관련 표면을 빠르고 효율적으로 측정하기 위해서는 어떤 관점이 필요한지 또는 특히 유리한지 가장 잘 알고 있다. 따라서, 수동으로 움직일 수 있는 포지셔닝 장치는 사용자의 이해 관점에서 장점을 제공하는데 유용할 수 있다. 이와 같이, 상기 스캐닝 프로세스는 보다 쉽고 시간을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 3D 스캐너가 스캐닝 모듈에 대하여 포지셔닝 장치를 이동시키기 위한 모터와 같은 액추에이터를 포함하지 않는 것이 제안된다.
모터와 같은 액추에이터를 사용하지 않도록 함으로써, 본 발명의 3D 스캐너는 보다 저렴하면서도 대상물의 모든 접근 가능한 표면들을 완전히 스캔하는 데 적합하다. 또한, 스캐닝 과정에서 문제를 일으켜 고장 수리를 요할 수 있는 부품이 적어지게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 3D 스캐너는 타이머를 포함하고, 상기 제 1 프로세싱 유닛은, 적어도 하나의 가속도계 또는 적어도 하나의 가속도계를 포함하는 IMU에 의해 측정된 위치 변화를 결정함으로써, 스캐닝 모듈에 대한 포지셔닝 장치의 움직임이 있는지, 또는 그 움직임이 기정의 각속도 및/또는 선속도 제한을 초과하는지를 결정하도록 구성된다.
이로써, 상기 3D 스캐너는 수행된 스캔이 사용 가능한지를 판단할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 대상물의 이동 중에 수행된 스캔은 보다 정확한 결과를 얻을 수 있도록 계산상 보정될 수 있다.
상기 3D 스캐너의 바람직한 구체예에서, 상기 제 1 프로세싱 유닛은 상기 포지셔닝 장치의 움직임에 대한 결정을 기반으로 하여 스캐닝 프로세스를 시작하고 정지하도록, 그리고/또는 대상물의 3D 좌표들이 메모리에 저장되었는지 여부를 결정하도록 구성된다.
이로써, 상기 3D 스캐너는 스캐닝 프로세스가 시작될 수 있는지를 결정할 수 있다. 대안적 또는 추가적으로, 대상물의 이동 중에 수행된 스캔은 보다 정확한 결과를 얻을 수 있도록 계산상 보정될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따르면, 상기 스캐닝 모듈은 구조광 스캐닝 모듈일 수 있다.
구조광 스캐닝 모듈은 단파장 광선을 3차원 표면에 조사함으로써 작동하며, 투광기 관점과 다른 관점에서는 왜곡되게 보이는 광선(a line of illumination)을 생성한다. 본 발명에 따르면, 이는 대상물의 표면 형태를 정확하게 기하학적으로 재현하는 데 사용될 수 있다. 많은 선들(stripes)로 구성된 패턴 또는 임의의 간섭 무늬를 한번에 투사하는 것은 복수의 샘플을 동시에 획득할 수 있어 보다 빠르고 다용도인 방법이다. 서로 다른 관점들로부터 보여지므로, 상기 패턴은 대상물의 표면 형태로 인해 기하학적으로 왜곡되게 나타난다. 구조광 투사의 많은 다른 형태가 가능하고, 그들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되나, 평행한 선들의 패턴 또는 격자 패턴이 본 발명에서 바람직하게 사용된다. 선들 혹은 격자의 변위는 대상물 표면의 임의의 세부 형태들의 3D 좌표들을 정확하게 추출할 수 있도록 한다.
또한, 포지셔닝 장치의 무게중심 또는 상기 포지셔닝 장치와 대상물을 포함하는 시스템의 무게중심이 상기 포지셔닝 장치의 수평 회전의 중심이 되는 적어도 두 축이 교차하는 교차점 또는 상기 교차점에서 상기 포지셔닝 장치의 최대 지름의 약 10% 이내에 있도록, 상기 포지셔닝 장치의 무게 분포가 균형을 이루는 것도 가능하다.
이로써, 상기 포지셔닝 장치가 이동된 위치 또는 회전된 위치에 있을 때, 상기 포지셔닝 장치에 작용하는 토크 모멘트가 없거나 낮은 수준에서 상기 포지셔닝 장치를 회전시키는 것이 가능하다. 이러한 설정에 의해, 상기 포지셔닝 장치의 회전 위치가 기계적으로 안정화된다.
본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 상기 포지셔닝 장치는, 상기 포지셔닝 장치의 무게중심 또는 상기 포지셔닝 장치와 대상물을 포함하는 시스템의 무게중심이 상기 포지셔닝 장치의 회전 중심이 되는 적어도 두 축이 교차하는 교차점 또는 상기 교차점 인근으로 이동하게 하는 중량물(weight) 또는 교체 가능한 중량물을 포함한다.
이로써, 스캔 대상물이 바뀌는 경우에도, 상기 포지셔닝 장치가 이동 위치 또는 회전 위치에 있을 때 상기 포지셔닝 장치에 작용하는 토크 모멘트 없이 상기 포지셔닝 장치를 회전시킬 수 있다. 이러한 설정에 의해, 상기 포지셔닝 장치의 회전 위치가 기계적으로 안정화된다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 가속도계로부터의 위치 데이터는 무선 기술에 의해 상기 제 1 프로세싱 유닛으로 전송된다. 따라서, 상기 3D 스캐너는, 상기 적어도 하나의 가속도계에 연결되어 무선으로 상기 가속도계로부터의 상기 위치 데이터를 연결된 수신기 및 상기 수신기에 연결된 상기 제 1 프로세싱 유닛에 전송하도록 배치되는 무선 데이터 전송 모듈을 포함할 수 있다. 상기 수신기는 제 1 프로세싱 유닛을 포함하는 마더보드에 배치될 수 있다.
상기 제 1 프로세싱 유닛은 바람직하게는 중앙 처리 장치이다.
본 발명에 따르면, 상기 포지셔닝 장치는 구형 테이블(spherical table)로서 구현될 수 있고, 상기 구형 테이블은 3개의 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 지지 구조체 내에 포함된다. 상기 구형 테이블의 하부면은 상기 구(sphere)의 중심에 대하여 회전 가능한 구형 표면, 구체적으로는 반구형으로 구현된다. 물론, 상기 테이블의 구형 표면은 구형 세그먼트 또는 구형 섹터와 같은 구형 영역일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 포지셔닝 장치는 볼 베어링 또는 적어도 하나의 볼 캐스터에 의해 지지된다. 상기 볼 베어링 또는 적어도 하나의 볼 캐스터는 상기 지지 구조체 또는 상기 포지셔닝 장치 자체에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한, 바람직하게는 본 발명에 따른 3D 스캐너를 이용하여 3차원(3D) 좌표를 획득할 수 있도록 대상물 표면을 스캔하기 위한 다음의 순차적 단계들을 포함하는 방법에 의해 달성될 수 있다:
A) 대상물을 포지셔닝 장치 상에 위치시키거나 또는 포지셔닝 장치에 고정시키는 단계;
B) 적어도 하나의 가속도계에 의해 상기 포지셔닝 장치의 제 1 위치가 측정하는 단계;
C) 스캐닝 모듈에 의해 상기 대상물의 표면을 스캔하는 단계;
D) 바람직하게는 상기 대상물 또는 상기 포지셔닝 장치를 수동으로 움직여서, 상기 포지셔닝 장치를 상기 스캐닝 모듈에 대하여 적어도 한 번 회전시켜 적어도 하나의 제 2 위치로 이동시키는 단계,
E) 상기 적어도 하나의 가속도계에 의해 상기 적어도 하나의 제 2 위치를 결정하는 단계;
F) 상기 적어도 하나의 제 2 위치의 각각에서 상기 스캐닝 모듈에 의해 상기 대상물 표면을 스캔하는 단계; 및
G) 적어도 두 위치에서의 표면 스캔을 상기 적어도 하나의 가속도계에 의해 결정된 위치들과 연관시킴으로써 상기 대상물 표면의 3D 좌표 데이터를 획득하는 단계.
상기 적어도 하나의 제 2 위치는 상기 제 1 위치와 상이하다. 바람직하게는, 상기 연관 데이터는 메모리에 저장된다.
바람직한 방법에서, 서로 다른 위치에서의 표면 스캔의 연관된 좌표들을 중첩함으로써 상기 대상물의 전체 3D 좌표 표면 데이터가 산출된다.
이로써 대상물의 전체 표면의 3D 좌표를 산출하는 쉬운 방법이 사용된다.
본 발명은 스캔될 대상물이 상부에 고정되거나 위치되는 포지셔닝 장치의, 고정되도록 설계될 수 있는 스캐닝 모듈에 대한 상대적 위치를 결정함으로써, 상기 포지셔닝 장치의 임의의 회전을 결정하기 위해 가속도계를 사용하여 서로 다른 각도에서 대상물 표면의 3D 좌표를 스캔하는 것이 가능하고, 따라서 해당 대상물 표면의 많은 부분을 측정하는 것이 가능하다고 하는 놀라운 발견을 기초로 한다. 추가의 장점은 상기 스캐닝 모듈이 이동할 필요가 없어 3D 스캐너의 고정된 본체에 고정될 수 있다는 것이다. 본 발명은 또한 수동으로 움직이는 포지셔닝 장치를 구현하여 상기 포지셔닝 장치의 3D 스캐너의 다른 부품들 또는 고정된 스캐닝 모듈에 대한 위치 변화를 측정하여 3D 스캐너의 사용자가 대상물의 어떤 각도에서 스캔을 수행할지를 결정할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 저가의 3D 스캐너가 구축될 수 있다. 보철 치아, 부분 또는 전체 의치, 치과인상 또는 환자의 구강 모형 등의 작은 대상물에 대하여, 본 발명에 따라 상기 포지셔닝 장치의 회전만을 허용하고, 상기 대상물 또는 상기 포지셔닝 장치 각각의 상기 스캐닝 모듈에 대한 둘 또는 셋 이상의 축을 중심으로 하는 회전의 서로 다른 회전각에서 적어도 하나의 가속도계에 의한 측정을 수행하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 적어도 하나의 가속도계를 상기 포지셔닝 장치의 일부로서 위치시키는 것이 바람직하다. 대상물 표면이 언더컷이나 홀(holes)과 같은 복잡한 형태를 가지고 있는 경우에도 대상물 표면의 3D 좌표를 측정하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 상기 3D 센서 및 상기 방법은 기계적 구조의 복잡성을 감소시키고, 추가의 세 번째 축에 대한 움직임을 장점으로 가지는데, 이는 대상물의 스캐닝 정확도를 개선한다. 이 효과는 상기 포지셔닝 장치가 모든 방향으로 자유롭게 회전할 수 있을 때, 일부 방향에 제한이 있는 경우에도 강력한 영향력을 가진다. 상기 움직임이 모터와 제어 전자 기기를 사용하는 대신에 수동으로 이루어지면, 완전 자동화된 3D 스캐너에 비해 3D 스캐너의 제작, 구동 및 서비스에 필요한 비용이 현저하게 감소한다. 또한, 본 발명에 따른 상기 3D 스캐너는 스캐닝 과정에서 개별적으로 관점을 선택할 수 있어 대상물의 스캔될 외부 형태 및/또는 일부 표면에 따라 조절될 수 있으므로 스캐닝 과정이 최적화될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 본 발명에 따른 3D 스캐너의 포지셔닝 장치를 구현하기 위하여 이동 가능한 구형 테이블이 사용된다. 구체적으로, 상기 포지셔닝 장치를 구현하기 위해 구(sphere)의 자유롭게 움직이는 부분이 사용될 수 있다. 상기 포지셔닝 장치의 이동 가능한 구형 또는 섹션화된 구형 테이블은 상기 구형 테이블을 지지하는 지지 구조체가 3 방향 모두에서 이동이 가능하다면 X, Y, Z 방향 선형 이동 및 X, Y, Z 축 회전의 자유도 6을 가져 이론적으로 무한대의 지지 위치를 구현할 수 있다. 대상물을 스캔할 때, 소프트웨어 프로그램은 규정된 시작점이 필요하고, 측정된 대상물 표면의 3D 좌표를 계산하기 위한 결과의 메시(mesh) 데이터를 정확하게 조정하기 위해 추가의 스캔마다 추가의 위치가 필요하다.
상기 구형 테이블의 위치가 무한하고, 구형 테이블의 움직임은 정상적 작동을 위해 구형 테이블의 중단되지 않는 기하학적 구형 표면이 필요하기 때문에 홀 효과 센서, 일부 광학 센서, 및 다른 센서들과 같이 기계적으로 장착(mount)되는 종래의 센서들은 장착되거나 사용될 수 없다. 스캔 도중 위치 추적을 위해 관성계(inertial system)를 추가함으로써 종래의 2축 이동에 추가의 회전축을 추가하여 스캐닝 모델이 구형 기하학을 이용해 움직일 수 있다. 위치 데이터(한 번의 스캔으로 측정된 3D 좌표들)는 케이블, 와이파이(WIFI), 블루투스 또는 다른 메시 데이터 기술에 의해 전송된다. 상기 구형 테이블은 수동으로 또는 스텝퍼 모터나 다른 유사 기술을 이용해 자동으로 작동될 수 있다.
위치 측정의 목적은 두 기본적인 방법들에 의해 대안적으로 달성될 수 있다. 첫째, 기계적 방법으로: 상기 이동식 테이블의 각 자유도마다 특정 센서(인코더)가 사용될 수 있다. 이러한 구체예는 기계적으로 복잡하다. 둘째, 광학적 방법으로: 상기 이동식 테이블에 특별한 태그를 추가한다. 스테레오 스캐너 카메라와 같은 상기 스캐닝 모듈이 테이블 위치에서 상기 태그를 인식하고 특정한 컴퓨터 소프트웨어가 상기 테이블 위치를 산출한다. 이러한 태그들은 어떤 조건에서도 스캐닝 모듈에 의해 인식 가능하도록 선명하게 유지되어야 한다. 스캔될 대상물이 상기 태그를 가리거나 먼지가 태그를 완전히 혹은 부분적으로 가려 측정을 방해할 수 있다. 따라서, 두 방법 모두 본 발명에 따른 가속도계를 사용함으로써 극복될 수 있는 단점을 가지고 있다.
바람직한 구체예에 따르면, 일련의 집적 전자회로 기판들이 상기 구형 테이블 내부에 장착되어 3D 공간의 위치를 무선 또는 유선으로 상기 스캐닝 컴퓨터에 전송한다. 이 데이터는 다음의 스캔에서 측정된 좌표들의 메시 데이터를 정확하게 조정하는 데 사용된다.
본 발명에 의하면, 특히 표면이 복잡할 때, 비교적 작은 대상물의 표면의 많은 부분을 정밀하게 스캔할 수 있는 3D 스캐너가 제공된다. 본 발명의 3D 스캐너는 사용하기 쉽고, 설치가 간단하며, 저가이다. 또한, 상기 3D 스캐너는 융통성 있게 사용되어 사용자 각각의 요구를 충족시킬 수 있다.
본 발명의 다른 구체예들이 아래의 5개 도면을 참조하여 설명될 것이나, 이들은 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 3D 스캐너의 평면도를 도식적으로 나타낸다.
도 2는 도 1에 따른 3D 스캐너 본체의 단면도를 포함하는 정면도를 도식적으로 나타낸다.
도 3은 도 1과 도 2에 따른 3D 스캐너의 측면도를 도식적으로 나타낸다.
도 4는 도 1의 3D 스캐너의 포지셔닝 장치를 절단면 B를 따라 절단한 단면도를 도식적으로 나타낸다.
도 5는 도 1의 3D 스캐너의 포지셔닝 장치를 절단면 A를 따라 절단한 단면도를 도식적으로 나타낸다.
도 1, 2 및 3은 본 발명에 따른 3D 스캐너의 평면도, 정면도 및 측면도를 도식적으로 나타낸다. 상기 3D 스캐너는 포지셔닝 장치로 기능하는 구형 테이블(1)을 포함한다. 상기 구형 테이블(1)의 외부 형태는 사실 완전한 구가 아닌 반구이며, 3개의 직교하는 축들을 중심으로 상기 3D 스캐너의 나머지 부분에 대하여 자유롭게 회전할 수 있다. 최대 회전 각도는 상기 구형 테이블(1)의 상단(상기 도 2 내지 도 5에서 상부, 도 1에서 관찰자 방향에서의 이미지 평면의 외부)에 의해 규정된다. 따라서, 상기 구형 표면 너머로 초과되는 테이블 플레이트(plate)는 상기 구형 테이블(1)이 두 수평 축들 주위로 최대 90° 이상 회전하는 것을 방지한다. 상기 3D 스캐너는 또한 상기 구형 테이블(1) 상면(top)으로부터 입체 이미지를 기록할 수 있는 두 개의 카메라들(2)을 포함한다. 본체(3)는 상기 3D 스캐너의 전자 부품들을 포함한다. 상기 본체(3)에서 지지암(4)과 플레이트(5)가 상기 카메라들(2)을 지지하고 포지셔닝한다. 바람직하게는, 상기 카메라들(2) 및 따라서 상기 지지암(4)과 플레이트(5)는 본체(3)에 움직이지 않게 연결되어 있다. 대안적으로, 상기 지지암(4)은 본체(3)에 선형 이동 및/또는 회전 가능하게 장착되어 스캐닝 각도를 스캐닝 목적에 맞게 조절할 수도 있다.
상기 구형 테이블(1)은 지주(6; strut)에 의해 본체(3)에 움직이지 않게 연결된 지지 구조체(22)에 의해 지지된다(도 2 및 도 3 참조). 상기 구형 테이블(1)은 상기 지지 구조체(22)에 대하여 3개의 축을 중심으로 회전될 수 있다. 프로젝터(7)가 상기 지지암(4)에 연결되어 있다. 상기 프로젝터(7)는 구조광으로 상기 구형 테이블(1)의 상면을 비춘다. 상기 카메라들(2)과 상기 프로젝터(7)는 상기 지지암(4) 및 플레이트(5)에 의해 서로 움직이지 않게 고정된다. 상기 두 개의 카메라들(2)과 상기 프로젝터(7)는 본 발명에 따른 3D 스캐너의 스캐닝 모듈(2, 7)을 구축한다. 상기 프로젝터(7)가 구조광을 송출하므로, 상기 스캐닝 모듈(2, 7)은 구조광 스캐닝 모듈(2, 7)로 이해된다.
상기 지주(6)는 추가의 두 스탠드(8)와 함께 상기 구형 테이블(1)을 운반(carry) 또는 지지한다. 세 번째 스탠드(8)는 상기 3D 스캐너 본체(3)에 고정된다. 따라서 전체 3D 스캐너는 평평한 표면에 세 개의 스탠드들(8)로 안정적으로 위치 또는 장착될 수 있다. 약간 평평하지 않은 것은 상기 스탠드들(8)의 다리 높이를 조절함으로써 평평하게 될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 상기 다리는 바람직하게는 상기 스탠드(8)의 암(arm)과 수나사 및 암나사로 연결된다.
스캔될 대상물(9)은 상기 구형 테이블(1) 상에 위치되거나 또는 그에 고정되고, 거기에서 상기 프로젝터(7)의 구조광에 의해 조명될 수 있다. 상기 구조광의 반사가 상기 대상물(9) 표면의 입체 이미지를 생성하는 상기 입체 카메라들(2)에 의해 측정될 수 있다. 상기 구형 테이블(1)이 상기 지지 구조체(22) 내의 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 이동시, 상기 대상물(9)이 상기 구형 테이블(1)에 대하여 움직이지 않도록 고정 수단(미도시) 또는 마그네틱 테이블(1)을 사용하여 상기 대상물(9)을 상기 구형 테이블(1)에 고정할 수 있다.
상기 카메라들(2)로부터의 그래픽 신호들을 평가하여 상기 대상물(9)의 스캔된 표면의 3D 좌표를 생성하기 위해 그래픽 카드(10)가 사용된다. 상기 그래픽 카드(10)는 이러한 목적을 위한 3D 그래픽 칩을 포함한다. 상기 그래픽 카드(10)는 본체(3)의 하우징 내부에 위치한다. 실제로, 도 1에 도시된 것과 같이, 본체(3)의 하우징이 상기 그래픽 카드(10) 영역 내의 상부에서 투명한 경우에만 상기 그래픽 카드(10)가 보일 수 있다.
제 1 스위치(12)가 상기 3D 스캐너 후방에 위치하여 상기 3D 스캐너를 켜고 끌 수 있도록 구성된다. 제 2 스위치(14)는 상기 프로젝터(7)에 구비되어, 상기 프로젝터(7) 또는 상기 프로젝터(7)와 상기 카메라들(2)로 구성되는 스캐닝 모듈(2, 7)을 각각 켜고 끌 수 있다.
상기 지지암(4)의 두 카메라들(2) 사이에 위치하는 거울(15)은 상기 프로젝터(7)가 상기 대상물(9)을 적절한 각도의 구조광으로 조명할 수 있도록 상기 프로젝터(7)의 광 경로를 변경하는 데 사용된다. 이로써, 상기 프로젝터(7)가 상기 카메라들(2)에 대하여 바람직하지 않은 각도로 대상물(9)을 조명하지 않고도 적절한 위치에 구비될 수 있다.
도 2는 3D 스캐너 본체(3)의 단면도를 포함하는 정면도를 도식적으로 나타낸다. 이로써 상기 본체(3) 및 그 안에 있는 모든 전자 부품들을 관찰할 수 있다. 그래픽 카드(10) 이외에 상기 본체는 전자 부품으로서 전원 공급부(16), 마더보드(18) 및 하드 디스크(20) 또는 반도체 디스크(solid state disk, 20)를 포함한다. 상기 마더보드(18)는 본 발명에 따른 방법을 실행하도록, 또는 다시 말해 상기 대상물(9) 표면의 전체 3D 좌표 세트를 산출하도록 서로 다른 위치들로부터의 3D 좌표들을 조합하도록 프로그램된 적어도 하나의 중앙 처리 유닛(CPU; central processing unit)을 구비한다.
도 4는 3D 스캐너의 포지셔닝 장치(1)의 단면도를 도식적으로 나타낸다. 절단면 B는 도 1에서 B선으로 나타나 있다. 도 5는 도 1의 3D 스캐너의 포지셔닝 장치의 단면도를 도식적으로 나타낸다. 절단면 A는 도 1에서 A선으로 나타나 있다.
상기 구형 테이블(1)은 상기 구형 테이블(1)의 무게 중심을 아래쪽으로 이동시키는 중량물(24)을 포함한다(도 2 내지 도 5에서 하부, 도 1에서 이미지 평면 내). 이로써, 상기 구형 테이블(1)의 중앙 위치 및 모든 다른 가능한 위치들이 안정화된다. 상기 중앙 위치는 바닥면과 평행한, 대상물(9)이 놓여지거나 고정되는 상면으로 특징된다. 다시 말해: 상기 테이블(1)의 표면이 중력과 수직하게 되도록 배치된다. 상기 중량물(24)은 서로 다른 스캔 대상물의 무게 중심에 따라 다른 중량물들로 교체 및/또는 측면으로 이동될 수 있다. 이러한 목적으로, 상기 중량물(24)은 상기 구형 테이블(1)에 나사(38)로 고정된다. 상기 중량물(24)을 교체함으로써, 상기 구형 테이블(1)의 위치와 무관하게 상기 대상물(9)을 포함하는 상기 구형 테이블(1)의 무게 중심을 유지할 수 있다. 다시 말해: 상기 중량물(24)을 조절함으로써, 상기 테이블(1)과 대상물(9)을 포함하는 시스템의 무게중심이 상기 구형 테이블(1)의 구형 표면에 의해 규정되는 구의 중심으로 이동될 수 있고, 따라서 상기 구형 테이블이 회전하는 경우 상기 구형 테이블(1)에 토크 모멘트가 작용하지 않을 수 있다. 이로써, 상기 구형 테이블(1) 또는 상기 테이블(1)과 대상물(9)을 포함하는 시스템의 무게중심이 상기 구형 테이블(1)이 회전할 수 있는 중심이 되는 3개의 축들의 교차점 또는 상기 교차점 인근으로 이동된다.
상기 구형 테이블(1) 내부에는 가속도계로서 자이로스코프 센서(26)가 장착된다. 상기 자이로스코프 센서(26)는 적어도 하나의 자이로스코프 센서(26) 및 선형 가속도계를 포함하는 관성 측정 유닛(IMU)의 일부일 수 있다. 상기 자이로스코프 센서(26)는 상기 구형 테이블(1)의 모든 회전을 측정할 수 있다. 또한, 상기 구형 테이블(1) 내부에는 전력 공급부(28) 및 와이파이 모듈(30)을 구비한다. 상기 와이파이 모듈(30)은 상기 자이로스코프 센서(26)에 연결되어, 측정된 상기 구형 테이블(1)의 위치 변화를 상기 본체(3)의 마더보드(18) 상의 CPU에 전송할 수 있다.
상기 구형 테이블(1)은 상기 테이블(1)에 공급되는 전력을 독립적으로 켜거나 끌 수 있는 분리 스위치(32)를 가진다. 상기 구형 테이블(1)은 상기 구형 테이블(1)의 구형 표면이 상기 3개의 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 상기 구형 테이블(1)의 구형 표면을 수용하는 중공형 리세스를 갖는 지지부(34)에 의해 지지된다. 상기 지지부(34)는 상기 두 개의 스탠드(8) 및 상기 지주(6)에 의해 지지된다. 상기 구형 테이블(1)의 지지부(34)는 두 개의 나사(36)로 상기 지주(6)에 고정된다. 상기 중량물(24)은 나사(38)로 상기 구형 테이블(1)의 내부면에 고정된다. 상기 구형 테이블(1)을 이동 가능하게 지지하기 위해 상기 구형 테이블(1)에 적어도 하나의 볼 캐스터(40)가 중심을 벗어나(acentric) 장착된다. 상기 적어도 하나의 볼 캐스터(40)는 또한 상기 볼 캐스터(40)가 모터(미도시)에 의해 구동되면 상기 지지 구조체(22) 내부에서 상기 구형 테이블(1)의 회전을 측정 및/또는 구동하는 데 사용될 수 있다.
상기 본체(3)의 전력 공급부(16)는 상기 지지 구조체(22)와 더불어 모든 다른 전자 부품들, 프로젝터(7), 카메라들(2) 및 상기 구형 테이블(1)의 전력 공급부(28)에 전력을 공급한다. 상기 구형 테이블(1)의 전력 공급부는 이동가능한 구형 테이블(1)의 회전을 제한하거나 방해하지 않도록 상기 전력 공급부(16)와 독립적으로 구비될 수 있다. 이러한 목적으로, 전원으로서 배터리 또는 축전지가 사용될 수 있다. 마더보드(18)는 적어도 하나의 처리 제어 유닛(CPU)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 CPU를 그래픽 카드(10) 및 하드 디스크(20) 또는 반도체 디스크(20)에 연결하고, 간접적으로는 상기 구형 테이블(1)의 카메라들(2), 프로젝터(7) 및 와이파이 모듈(30)에 연결한다. 상기 하드 디스크(20) 또는 반도체 디스크(20)는 모든 데이터를 임시적으로 및 영구적으로 저장한다. 이 데이터는, 예를 들어 상기 카메라들(2)로부터의 미가공 데이터뿐 아니라 상기 자이로스코프 센서(26)에 의해 측정된 회전 얼라인먼트(alignment) 또는 IMU에 의해 측정된 회전 및 선형 얼라인먼트를 고려하여 상기 미가공 데이터들로부터 CPU에 의해 산출된 대상물의 3D 좌표일 수 있다. 따라서, 상기 본체(3)는 3D 스캐너의 컴퓨터 시스템으로 간주될 수 있다.
상기 대상물(9) 표면의 측정은, 예를 들어 다음과 같이 수행될 수 있다: 대상물(9)이 구형 테이블(1)의 상부 평면 상에 위치 또는 상부 평면에 고정된다. 상기 대상물(9) 및 상기 구형 테이블(1)의 위치가 처음에는 변경없이 유지되고, 이는 상기 대상물(9)의 제 1 위치를 규정한다. 시작 위치가 자이로스코프 센서(26) 또는 적어도 하나의 자이로스코프 센서(26)를 포함하는 IMU에 의해 측정되고, 해당 정보는 와이파이 모듈에 의해 데이터를 마더보드(18) 및 따라서 상기 마더보드(18) 상의 CPU에 연결되는 수신기(미도시)로 전송함으로써 전달된다. 프로젝터(7)는 상기 대상물(9)에 구조광을 조사한다. 카메라들(2)은 두 개의 서로 다른 각도로부터 반사광을 수신한다. 그래픽 카드(10)는 구형 테이블(1)의 제 1 위치에 있는 상기 대상물(9)의 조명된 표면의 3D 좌표들을 산출한다. 이 3D 좌표들은 하드 디스크(20) 또는 반도체 디스크(20)에 위치 데이터와 함께 저장된다.
상기 구형 테이블(1)의 자전, 기울임 또는 회전에 의해 상기 구형 테이블(1)의 위치가 변화하고, 따라서 그 위에 있는 대상물(9)의 위치도 변화한다. 상기 위치 변화가 자이로스코프 센서(26) 또는 IMU에 의해 측정된다. 상기 위치 변화는 수동으로 또는 적어도 하나의 볼 캐스터(40)에 의해서 또는 모터(미도시)를 사용해서 수행될 수 있다. 구형 테이블(1)이 이동을 멈추거나 수동 또는 자동으로 생성된 신호가 시작되면 바로 상기 구형 테이블(1) 및 그위의 대상물(9)의 제 2 위치에 도달되고, 상기 제 2 위치가 상기 자이로스코프 센서(26) 또는 IMU에 의해 측정되고, 얻어진 데이터가 상술한 바와 같이 와이파이 모듈(30)에 의해 전송된다. 상기 제 2 위치에서 상기 대상물(9)의 표면이 프로젝터(7)에 의해 조명되고, 상기 대상물(9)로부터의 반사광이 카메라들(2)에 의해 기록되고, 상기 제 2 위치에서의 대상물(9)의 표면 좌표가 상술한 바와 같이 생성되어 새로운 위치 데이터와 함께 하드 디스크(20) 또는 반도체 디스크(20)에 저장된다. 상기 측정은 상기 테이블(1)과 대상물(9)의 하나 이상의 추가 위치들에 대하여 같은 방법으로 반복될 수 있다.
상기 마더보드(18) 상의 CPU는 하드 디스크(20) 또는 반도체 디스크(20)에 저장된 3D 좌표들을 조합하고, 스캐닝 모듈(2, 7)이 상기 대상물(9) 주위를 이동한 것처럼 상기 대상물의 서로 다른 위치들을 고려함으로써, 상기 대상물 표면의 조합된 최종 3D 좌표 세트를 산출한다. 상기 조합된 3D 좌표 세트는 상기 하드 디스크(20) 또는 상기 반도체 디스크(20)에 저장 및/또는 지속적인 사용을 위해 외부 컴퓨터(미도시)로 전송된다. 바람직하게는, 상기 조합된 3D 좌표 세트는 CAD-CAM-시스템에서 사용될 수 있는 CAD-포맷으로 저장 및/또는 전송된다.
상기의 설명, 청구범위, 도면들 및 예시적인 구체예들에 개시된 본 발명의 특징들은 본 발명의 다양한 구체예들의 구현을 위하여 단독으로 그리고 임의의 조합에서 필수적일 수 있다.
1 포지셔닝 장치 / 구형 테이블
2 카메라 / 스캐닝 모듈
3 본체
4 지지암
5 플레이트
6 지주
7 프로젝터 / 스캐닝 모듈
8 스탠드
9 대상물
10 그래픽 카드 / 전자 부품
12 스위치
14 스위치
15 거울
16 전력 공급부
18 마더보드
20 하드 디스크 / 반도체 디스크
22 지지 구조체
24 중량물
26 자이로스코프 센서 / 가속도계
28 전력 공급 모듈
30 와이파이 모듈
32 스위치
34 센서 지지부
36 나사
38 나사
40 포지셔닝 장치의 볼 캐스터

Claims (18)

  1. 대상물(9) 표면의 3차원(3D) 좌표를 얻기 위한 적어도 하나의 스캐닝 모듈(2, 7), 및
    상기 적어도 하나의 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 수동으로 이동 가능한, 대상물(9)을 위치시키거나 고정할 수 있는 포지셔닝 장치(1)를 포함하는 3D 스캐너로서,
    상기 3D 스캐너는,
    상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대한 포지셔닝 장치(1)의 위치 변화를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 가속도계(26),
    상기 적어도 하나의 스캐닝 모듈(2, 7) 및 상기 포지셔닝 장치(1)에 연결되어 데이터를 수신하도록 구성되는 제 1 프로세싱 유닛을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 가속도계(26) 중 하나의 가속도계(26)는 상기 포지셔닝 장치(1)에 위치하거나, 또는 상기 적어도 하나의 가속도계(26) 중 하나의 가속도계(26)는 상기 포지셔닝 장치(1)에 위치하고 다른 하나는 스캐닝 모듈(2, 7)에 위치하는 3D 스캐너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(1)는 두 개의 서로 다른 축(X, Y) 또는 세 개의 서로 다른 축(X, Y, Z)을 중심으로 스캐닝 모듈에 대하여 회전되고, 적어도 하나의 가속도계(26)가 상기 축들((X, Y) 또는 (X, Y, Z))을 중심으로 하는 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대한 상기 포지셔닝 장치(1)의 회전을 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가속도계(26)는 적어도 하나의 자이로스코프 센서(26)인 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가속도계(26)는 규정 및 설정된 자유도에 따라 스캐닝 모듈(2, 7)에 대한 포지셔닝 장치(1)의 임의의 위치 변화를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  5. 제1항에 있어서,
    제 1 프로세싱 유닛 또는 제 2 프로세싱 유닛은 다음 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너:
    상기 스캐닝 모듈(2, 7)로부터 획득한 3D 좌표들을 상기 적어도 하나의 가속도계(26)로부터 수신한 위치 데이터와 연관시킨다;
    상기 대상물(9)의 서로 다른 위치들의 3D 좌표들을 서로 연관시킨다; 및
    서로 다른 위치에서 획득된 대상물(9)의 3D 좌표들을 중첩하고, 대상물(9)의 위치 변화를 반영함으로써 3D 좌표들의 조합을 산출한다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는 연관 데이터가 저장되는 메모리 소자(20)를 더 포함하고, 상기 제 1 또는 제 2 프로세싱 유닛은, 획득된 상기 대상물(9)의 표면 좌표들을 가속도계(26)에 의해 측정된 위치 데이터의 변화에 대하여 매칭함으로써 상기 대상물(9)의 전체 표면을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(1)는 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 서로 다른 두 방향 또는 세 방향을 따라 이동할 수 있고, 상기 3D 스캐너는, 상기 포지셔닝 장치(1)가 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대해 움직임으로써 발생하는 포지셔닝 장치(1)의 위치 변화를 측정하도록 구성되는 선형 가속도계(26) 및 상기 포지셔닝 장치(1)가 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대해 회전함으로써 발생하는 포지셔닝 장치(1)의 각도 변화를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 가속도계(26) 중 하나로서 자이로스코프 센서(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는 치과용 3D 스캐너이며, 상기 대상물(9)은 보철 치아, 보철 치아 세트, 부분 의치, 전체 의치, 의치상, 치과인상, 및 환자의 부분 구강 모형 중 적어도 하나이며, 상기 포지셔닝 장치(1) 상에 위치되거나 상기 포지셔닝 장치(1)에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(1)는 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 수동으로 회전 가능하거나, 회전 및 선형 이동 가능하거나, 또는 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 정해진 자유도에 따라 수동으로 회전 가능하거나 회전 및 선형 이동 가능한 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는 상기 포지셔닝 장치(1)를 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 이동시키기 위한 모터와 같은 액추에이터를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너는 타이머를 더 포함하고, 제 1 프로세싱 유닛은, 적어도 하나의 가속도계(26) 또는 적어도 하나의 가속도계(26)를 포함하는 IMU에 의해 측정된 위치 변화를 결정함으로써, 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대한 상기 포지셔닝 장치(1)의 움직임이 있는지, 또는 상기 움직임이 기정의 각속도 및 선속도 제한 중 적어도 하나를 초과하는지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 프로세싱 유닛은 다음 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너:
    상기 포지셔닝 장치(1)의 움직임에 대한 결정을 기반으로 하여 스캐닝 프로세스를 시작하고 정지한다; 및
    대상물(9)의 3D 좌표들이 메모리에 저장되었는지 여부를 결정한다.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스캐닝 모듈(2, 7)이 구조광 스캐닝 모듈(2, 7)인 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(1)는, 상기 포지셔닝 장치(1)의 무게중심 또는 상기 포지셔닝 장치(1)와 대상물(9)을 포함하는 시스템의 무게중심이 상기 포지셔닝 장치(1)의 수평 회전의 중심이 되는 적어도 두 축이 교차하는 교차점 또는 상기 교차점에서 상기 포지셔닝 장치(1)의 최대 지름의 10% 이내에 있도록, 상기 포지셔닝 장치의 무게 분포가 균형을 이루는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치(1)는, 상기 포지셔닝 장치(1)의 무게중심 또는 상기 포지셔닝 장치(1)와 대상물(9)을 포함하는 시스템의 무게중심이 상기 포지셔닝 장치(1)의 회전 중심이 되는 적어도 두 축이 교차하는 교차점 또는 상기 교차점 인근으로 이동하게 하는 중량물(24) 또는 교체 가능한 중량물(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 스캐너.
  16. 다음의 순차적 단계들을 포함하는, 대상물(9)의 표면의 3차원(3D) 좌표를 획득하기 위해 상기 대상물(9)의 표면을 스캔하는 방법:
    상기 대상물(9)을 포지셔닝 장치(1) 상에 위치시키거나 또는 포지셔닝 장치에 고정시키는 단계;
    적어도 하나의 가속도계(26)에 의해 상기 포지셔닝 장치(1)의 제 1 위치를 측정하는 단계;
    스캐닝 모듈(2, 7)에 의해 상기 대상물(9)의 표면을 스캔하는 단계;
    상기 대상물(9) 또는 상기 포지셔닝 장치(1)를 수동으로 움직여서, 상기 포지셔닝 장치(1)를 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 대하여 적어도 한 번 회전시켜 적어도 하나의 제 2 위치로 이동시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 가속도계(26)에 의해 상기 적어도 하나의 제 2 위치를 결정하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제 2 위치의 각각에서 상기 스캐닝 모듈(2, 7)에 의해 상기 대상물(9)의 표면을 스캔하는 단계; 및
    상기 적어도 두 위치의 표면 스캔을 상기 적어도 하나의 가속도계(26)에 의해 결정된 위치들과 연관시킴으로써 상기 대상물(9)의 표면의 3D 좌표 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    서로 다른 위치에서의 표면 스캔의 연관된 좌표들을 중첩함으로써 상기 대상물(9)의 전체 3D 좌표 표면 데이터가 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 방법은 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 3D 스캐너에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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