KR102049847B1 - 3D scanner - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 예를 들면 치아 모형과 같은 피사체의 형상을 측정하여 3차원 데이터를 수집하는 3차원 스캐너에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional scanner that collects three-dimensional data by measuring the shape of a subject such as, for example, a tooth model.
종래의 치과 기공물 제작 방식은, 치과에서 인상재를 이용하여 환자의 구강의 본을 뜨고, 본을 뜬 인상체를 치과 기공소로 보내면 기공소에서는 음형으로 된 인상체에 석고를 부어 그 형상을 양형으로 만든 후, 양형으로 만들어진 형상 위에 작업자가 직접 왁스 코핑을 제작하는 것이다.In the conventional dental pore production method, the impression material of the patient is made in the dentist's mouth and the impression impression is sent to the dental laboratory, the laboratory pours plaster on the negative impression body to make the shape into a positive After that, the worker directly manufactures the wax coping on the shape made in the mold.
이러한 왁스 코핑을 제작하기 위해서는 먼저 프렙(치아 삭제)된 치아 위에 왁스를 도포하고, 이 왁스 코핑을 매몰제에 넣고 고온의 온도로 가열시키면, 왁스는 연소되어 없어져 버리고 빈 공간이 생기게 되는데 이 공간에 주조기를 이용해서 메탈을 주입시켜 코핑을 완성하게 된다. 이후 완성된 코핑 위에 여러 가지 과정을 거치고 파우더를 축성하고 도재로에 구워주면 최종 포세린(사기 치아) 보철물이 완성된다.In order to make such a wax coping, wax is first applied to a prep (tooth removed) tooth, and the wax coping is placed in an investing agent and heated to a high temperature. Coping is completed by injecting metal using a casting machine. After the various coping process is completed on the finished coping, the powder is built up and baked in a ceramic furnace to complete the final porcelain (fraud teeth) prosthesis.
그러나, 이러한 종래의 치과 기공물 제작 방식은 실제 치아와 기공물 사이에 오차가 큰 편이고, 시간 및 비용이 많이 든다는 단점이 있다.However, this conventional dental pore manufacturing method has a disadvantage that a large error between the actual tooth and the pore, and takes a lot of time and money.
최근에는 이러한 아날로그 방식을 개선한 CAD/CAM 치과 기공물 제작 방식이 사용되고 있으며, 이러한 디지털 제작 방식은 치아 모형을 스캔하기 위해 3차원 스캐너를 사용한다.Recently, the CAD / CAM dental pore fabrication method that has improved the analog method has been used, and this digital fabrication method uses a three-dimensional scanner to scan the tooth model.
도 1을 참조하면, 종래의 치과용 3차원 스캐너는 치아 모형을 촬영하기 위한 프로젝터(103)와 카메라(104), 스캔 대상물인 치아 모형(105)을 고정하는 지그, 치아 모형를 회전시키는 촬영 스테이지(106) 및 스테이지 회전유동부(107)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, a conventional dental three-dimensional scanner includes a
그런데, 이러한 종래의 치과용 3차원 스캐너는 피사체, 즉 치과 모형을 스테이지에 고정해야 하므로 치아 모형이나 교합기마다 별도의 지그를 필요로 한다. 또한, 스테이지의 회전시 피사체의 흔들림으로 인해 스캔 품질이 저하되는 문제가 있다.However, such a conventional dental three-dimensional scanner requires a separate jig for each dental model or articulator because the subject, that is, the dental model must be fixed to the stage. In addition, there is a problem that the scan quality is degraded due to the shaking of the subject during the rotation of the stage.
이러한 문제를 해소하기 위해 등록특허 제10-1358631호(도 2 참조)는 촬영 스테이지(106)에 수평인 회전 중심축(102)을 따라 회전 운동하는 카메라(104)와 프로젝터(103)를 수평축 회전유동부(107)에 구비한 치과용 데스크탑 3차원 스캐너를 개시한다. 이에 따라, 위 선행문헌에 개시된 3차원 스캐너는 피사체를 스테이지에 고정할 필요가 없으므로 다양한 치아 모형이나 교합기에 대응 가능하고, 피사체의 흔들림을 최소화할 수 있다.In order to solve this problem, Patent No. 10-1358631 (see FIG. 2) rotates a horizontal axis of the
그러나, 위 선행문헌에 개시된 3차원 스캐너는 수평축 회전유동부(107)가 수평 회전 중심축(102)을 중심으로 선회하도록 구성되므로, 제품의 크기가 상당히 크다는 문제가 있다. However, the three-dimensional scanner disclosed in the above prior document has a problem that the size of the product is considerably large because the horizontal axis
또한, 위 선행문헌에 개시된 3차원 스캐너는 수평축 회전유동부가 선회 작동하는 2개의 선회 프레임을 구비하므로, 도 3에 도시된 것처럼, 선회 프레임이 외부로 노출되지 않도록 본체(10)의 일면(11)만이 개방된 형태로 제조되어야 한다. 따라서, 피사체를 스테이지에 안착시키거나 인출하기 위한 작업이 불편하였다.In addition, since the three-dimensional scanner disclosed in the prior document has two pivoting frames in which the horizontal axis rotating flow unit pivots, as shown in FIG. 3, one
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 다양한 형상의 피사체에 대응 가능하고, 피사체의 흔들림 및 제품 크기를 최소화할 수 있으며, 스테이지의 노출 면적을 증가시킬 수 있는 3차원 스캐너를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been invented to solve the above problems, and can provide a three-dimensional scanner that can cope with various shapes of the subject, minimize the shaking of the subject and the product size, and increase the exposure area of the stage. It aims to do it.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 소정의 수용 공간을 구비하고, 전면 및 측면 중 적어도 하나 이상이 개방되어 있는 본체; 상기 본체의 전방측 저면에 구비되고, 수직 회전축을 중심으로 회전 가능한 회전 스테이지; 상기 본체의 내측에서 수평 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 피사체를 촬영하여 3차원 데이터를 수집하기 위한 프로젝터와 카메라를 구비한 헤드 유닛; 상기 회전 스테이지의 상부 및 후방에서 선회 가능하게 설치되고, 상기 프로젝터의 빔을 피사체에 반사시키고 피사체의 상을 상기 카메라에 반사시키는 미러 유닛; 및 상기 헤드 유닛을 회전시키고, 상기 미러 유닛을 선회시키도록 구성된 구동부를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a main body having a predetermined receiving space therein, at least one of the front and side surfaces are opened; A rotation stage provided on the front bottom surface of the main body and rotatable about a vertical rotation axis; A head unit rotatably installed around a horizontal axis of rotation inside the main body, the head unit including a projector and a camera for capturing a 3D data by photographing a subject; A mirror unit rotatably installed at upper and rear sides of the rotation stage, the mirror unit reflecting a beam of the projector to a subject and reflecting an image of the subject to the camera; And a drive configured to rotate the head unit and to pivot the mirror unit.
바람직하게는, 상기 구동부는, 상기 본체의 후방측 저면으로부터 상방으로 연장되어 서로 이격되어 배치되고, 상기 수평 회전축을 중심으로 상기 헤드 유닛이 회전 가능하게 상기 헤드 유닛과 결합되는 한 쌍의 수직 프레임; 상기 수평 회전축의 주변에 유선형으로 형성되어 서로 이격되어 배치되고, 상기 미러 유닛과 연결되어 상기 미러 유닛의 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드 레일; 길이방향을 따라 연장되어 상기 수평 회전축 상에서 상기 헤드 유닛과 연결되는 이동 슬릿을 구비하고, 일단이 상기 미러 유닛과 연결되어, 상기 헤드 유닛의 회전 및 상기 미러 유닛의 선회 작동을 연동시키는 링크 부재; 상기 헤드 유닛의 일측에 탑재되는 구동 모터; 및 상기 수평 회전축을 중심으로 회전하고 외주에 기어부가 형성된 원형 디스크를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the drive unit, a pair of vertical frame extending upward from the rear bottom surface of the main body and spaced apart from each other, the head unit is rotatably coupled to the head unit around the horizontal rotation axis; A pair of guide rails formed in a streamlined shape and spaced apart from each other, connected to the mirror unit, and guiding movement of the mirror unit; A link member having a moving slit extending in a longitudinal direction and connected to the head unit on the horizontal rotation axis, and having one end connected to the mirror unit to interlock rotation of the head unit and turning operation of the mirror unit; A drive motor mounted to one side of the head unit; And a circular disk rotating around the horizontal axis of rotation and having a gear portion formed on an outer circumference thereof.
여기서, 상기 헤드 유닛은 함체 형상으로 형성되어 내부에 상기 프로젝터와 카메라가 탑재되고, 상기 원형 디스크의 기어부는 상기 구동 모터의 회전축 기어와 연결되는 것을 특징으로 한다.Here, the head unit is formed in a housing shape, the projector and the camera is mounted therein, the gear portion of the circular disk is characterized in that connected to the rotary shaft gear of the drive motor.
더 바람직하게는, 상기 미러 유닛은, 판형 베이스; 상기 판형 베이스의 양측 단부에 구비되고 상기 링크 부재의 이동 슬릿과 상기 가이드 레일에 삽입되어 슬라이딩 이동 가능한 슬라이딩 돌기; 및 상기 판형 베이스의 중앙에 배치된 미러를 포함하는 것을 특징으로 한다.More preferably, the mirror unit comprises a plate-shaped base; Sliding projections provided at both ends of the plate-shaped base and inserted into the moving slits of the link member and the guide rail to be slidably moved; And a mirror disposed at the center of the plate-shaped base.
바람직하게는, 상기 구동 모터의 구동시 상기 구동 모터는 상기 수평 회전축을 중심으로 상기 원형 디스크의 둘레를 회전하면서 상기 링크 부재를 이동시켜 상기 미러 유닛이 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when driving the drive motor, the drive motor is characterized in that the mirror unit moves along the guide rail by moving the link member while rotating the circumference of the circular disk around the horizontal rotation axis.
더 바람직하게는, 상기 가이드 레일은 상기 회전 스테이지 측으로 개방된 반타원형으로 형성되고, 상기 헤드 유닛의 좌우 양측에는 각각 상기 원형 디스크와 결합되어 회전하는 가림판이 구비되고, 상기 가림판은 중심으로부터 반경방향으로 연장된 슬릿을 구비하고, 상기 헤드 유닛의 수평 회전축은 상기 가림판의 슬릿과 결합되고, 상기 구동 모터의 구동시 상기 헤드 유닛은 상기 슬릿을 따라 소정길이 직선 운동 가능하여 상기 헤드 유닛으로부터 상기 미러 유닛을 거쳐 상기 피사체에 도달하는 광학 거리는 상기 헤드 유닛과 상기 미러 유닛의 위치에 관계없이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.More preferably, the guide rail is formed in a semi-elliptic shape that is open toward the rotating stage side, and the left and right sides of the head unit are provided with a shielding plate which rotates in combination with the circular disk, respectively, the shielding plate is radial from the center And a slit extending from the head unit, and a horizontal axis of rotation of the head unit is coupled to a slit of the shielding plate, and when the driving motor is driven, the head unit is capable of linearly moving a predetermined length along the slit so that the mirror from the head unit The optical distance reaching the subject through the unit is kept constant regardless of the position of the head unit and the mirror unit.
대안적으로, 상기 구동부는, 상기 본체의 후방측 저면으로부터 상방으로 연장되어 서로 이격되어 배치되고, 상기 수평 회전축을 중심으로 상기 헤드 유닛이 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 수직 프레임; 상기 수평 회전축의 주변에 반타원형으로 형성되어 서로 이격되어 배치되고, 상기 미러 유닛과 연결되어 상기 미러 유닛의 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드 레일; 상기 수평 회전축을 중심으로 상기 헤드 유닛을 회전시키는 제1 구동 모터; 및 상기 가이드 레일을 따라 상기 미러 유닛을 이동시키는 제2 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the driving unit may include a pair of vertical frames extending upwardly from the rear bottom surface of the main body and spaced apart from each other, the head unit being rotatably coupled around the horizontal rotation axis; A pair of guide rails formed in a semi-ellipse shape around the horizontal rotating shaft and spaced apart from each other, and connected to the mirror unit to guide the movement of the mirror unit; A first drive motor rotating the head unit about the horizontal rotation axis; And a second driving motor for moving the mirror unit along the guide rail.
본 발명에 따르면, 회전 스테이지가 수직 회전축을 중심으로만 회전하도록 구성되므로 피사체의 흔들림이 거의 없고, 피사체를 고정하는 지그가 필요없어 다양한 치아 모형에 대응 가능하다. According to the present invention, since the rotation stage is configured to rotate only about the vertical rotation axis, there is almost no shaking of the subject, and a jig for fixing the subject is not required, so that it is possible to cope with various dental models.
또한, 본 발명에 따르면, 헤드 유닛 및 미러 유닛 등을 포함하는 부품들이 본체의 후방 및 상부에만 배치되기 때문에, 제품의 크기를 줄일 수 있고, 본체의 전면 및 일측면이 개방되더라도 부품들이 외부로 노출되지 않는다. In addition, according to the present invention, since parts including the head unit and the mirror unit are disposed only at the rear and the upper part of the main body, the size of the product can be reduced, and the parts are exposed to the outside even when the front and one side of the main body are opened. It doesn't work.
도 1은 종래의 치과용 3차원 스캐너의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 종래의 치과용 3차원 스캐너의 또 하나의 예를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 치과용 3차원 스캐너의 본체를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 3차원 스캐너를 개략적으로 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 내부 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 6은 도 5를 분해 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 헤드 유닛을 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 요부 확대 사시도,
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 작동 예를 도시한 사시도,
도 10은 프로젝터, 미러 유닛 및 피사체 사이의 광학 거리를 도식화한 도면,
도 11a 내지 11d는 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 작동 예를 순차적으로 도시한 측면도,
도 12a 내지 12d는 도 11a 내지 11d에 따른 3차원 스캐너의 광학 경로를 도식화한 도면. 1 is a view showing an example of a conventional dental three-dimensional scanner,
2 is a view showing another example of a conventional dental three-dimensional scanner,
3 is a schematic view of the main body of the dental three-dimensional scanner of FIG.
4 is a perspective view schematically showing a three-dimensional scanner according to the present invention;
5 is a perspective view schematically showing an internal configuration of a three-dimensional scanner according to the present invention;
6 is an exploded perspective view of FIG. 5;
7 is a perspective view showing a head unit of a three-dimensional scanner according to the present invention;
8 is an enlarged perspective view of main parts of a three-dimensional scanner according to the present invention;
9a and 9b are perspective views showing an operation example of the three-dimensional scanner according to the present invention;
10 is a diagram illustrating an optical distance between a projector, a mirror unit, and a subject;
11A to 11D are side views sequentially showing an example of the operation of the three-dimensional scanner according to the present invention;
12A-12D diagrammatically illustrate the optical path of a three-dimensional scanner according to FIGS. 11A-11D.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the three-dimensional scanner according to the present invention. For reference, in the following description of the present invention, terms referring to the components of the present invention are named in consideration of the function of each component, and should not be understood as a meaning of limiting the technical components of the present invention. Will be.
도 4 내지 7을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 피사체, 예를 들면 치아 모형 등을 촬영하여 3차원 데이터를 수집하는 장치로서, 본체(100), 회전 스테이지(110), 헤드 유닛(120), 미러 유닛(130) 및 구동부를 포함하여 구성된다.4 to 7, the three-dimensional scanner according to the present invention is a device for collecting three-dimensional data by photographing a subject, for example, a tooth model, the
본체(100)는 내부에 회전 스테이지(110), 헤드 유닛(120), 미러 유닛(130) 및 구동부 등의 부품을 수용하기 위한 소정의 수용 공간을 구비한다. 그리고, 본체(100)는 전면 및 이와 인접한 일측면이 개방되어 있는 구조를 갖는다.The
회전 스테이지(110)는 본체(110)의 전방측 저면(101)에 구비되고, 수직 회전축(Y; 도 9a 및 9b 참조)을 중심으로 회전 가능하게 구성된다. 이 회전 스테이지(110) 상에는 치아 모형 등의 피사체가 안착된다.The
헤드 유닛(120)은 본체(110)의 내측에서 수평 회전축(X; 도 9a 및 9b 참조)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 피사체를 촬영하여 3차원 데이터를 수집하기 위한 프로젝터(121)와 한 쌍의 카메라(122)를 구비한다. 이 헤드 유닛(120)은 함체 형상으로 형성되어 내부에 프로젝터(121)와 한 쌍의 카메라(122)가 탑재된다. 또한, 헤드 유닛(120)의 전면에는 프로젝터(121)용의 빔 투과공(121a)과 카메라(122)용의 한 쌍의 광 투과공(122a)이 형성된다. 그리고, 헤드 유닛(120)은 좌우 양측에 각각 원형 가림판(123)을 구비한다.The
미러 유닛(130)은 회전 스테이지(110)의 상부 및 후방에서 선회 가능하게 설치되어 회전 스테이지(110) 상에 안착된 피사체 주변을 투영한다. 즉, 미러 유닛(130)은 프로젝터(121)의 빔을 피사체에 반사시키고, 피사체의 상을 카메라(122)에 반사시키는 역할을 한다.The
구동부는 헤드 유닛(120)을 회전시키기 위한 구동력을 발생시킨다. 또한, 구동부는 미러 유닛(130)을 선회시키키 위한 구동력을 발생시킨다.The driving unit generates a driving force for rotating the
구체적으로, 구동부는 본체(100)의 폭만큼 서로 이격되어 나란하게 배치되는 한 쌍의 수직 프레임(141), 본체(100)의 폭만큼 서로 이격되어 나란하게 배치되는 한 쌍의 가이드 레일(142), 헤드 유닛(120)과 미러 유닛(130)을 연동시키는 한 쌍의 링크 부재(143) 및 헤드 유닛(120)을 회전시키는 구동 모터(144)를 포함한다.Specifically, the driving unit is a pair of
수직 프레임(141)은 본체(100)의 후방측 저면으로부터 상방으로 연장되고, 수평 회전축(X)을 중심으로 헤드 유닛(120)이 회전 가능하도록 헤드 유닛(120)과 결합된다. 즉, 헤드 유닛(120)은 한 쌍의 수직 프레임(141) 사이에서 회전 가능하게 설치된다.The
가이드 레일(142)은 수평 회전축(X)의 주변에 유선형으로 형성되어 미러 유닛(130)이 회전 스테이지(110) 상의 피사체 주변을 이동할 수 있게 미러 유닛(130)을 안내하는 역할을 한다. 이 가이드 레일(142)은 미러 유닛(130)이 가이드 레일(142)을 따라 이동하도록 미러 유닛(130)과 연결된다. 즉, 미러 유닛(130)은 한 쌍의 가이드 레일(142) 사이에서 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다.The
링크 부재(143)는 길이방향을 따라 연장된 막대 형상 부재로서, 길이방향을 따라 절개된 이동 슬릿(143a)을 구비한다. 그리고, 헤드 유닛(120)은 수평 회전축(X) 상에서 이동 슬릿(143a)과 연결된다. 또한, 링크 부재(143)는 일단이 미러 유닛(130)과 연결된다. 따라서, 링크 부재(143)는 헤드 유닛(120)과 미러 유닛(130)을 연동시켜 헤드 유닛(120)의 회전시에 미러 유닛(130)이 가이드 레일(142)을 따라 선회 작동할 수 있게 한다.The
구동 모터(144)는 수평 회전축(X)을 중심으로 헤드 유닛(120)이 회전될 수 있도록 하는 구동력을 발생시킨다. 이 구동 모터(144)는 헤드 유닛(120)의 일측에 치우쳐 탑재된다.The
이와 같은 구성에 의해, 구동 모터(144)가 구동되면 헤드 유닛(120)이 수평 중심축(X)을 중심으로 회전하고, 링크 부재(143)의 연동에 의해 미러 유닛(130)이 가이드 레일(142)을 따라 이동하게 된다. 따라서, 헤드 유닛(120)의 프로젝터(121)로부터 조사되는 빔은 미러 유닛(130)에 반사되어 회전 스테이지(110) 상의 피사체의 외면에 전체적으로 조사될 수 있다.In this configuration, when the driving
이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 회전 스테이지(110)가 수직 회전축(Y)을 중심으로만 회전하도록 구성되므로 피사체의 흔들림이 거의 없고, 피사체를 고정하는 지그가 필요없어 다양한 치아 모형에 대응 가능하다. 또한, 헤드 유닛(120) 및 미러 유닛(130) 등을 포함하는 부품들이 본체(100)의 후방 및 상부에만 배치되기 때문에, 제품의 크기를 줄일 수 있고, 본체의 전면 및 일측면이 개방되더라도 부품들이 외부로 노출되지 않는다. As described above, the three-dimensional scanner according to the present invention is configured such that the
도 5과 6을 참조하면, 좌측의 수직프레임(141)은 수평 회전축(X)에 해당하는 부분에 고정된 원형 디스크(145)를 구비한다. 이 원형 디스크(145)의 외주면에는 기어부(145a)가 형성된다. 또한, 원형 디스크(145)의 기어부(145a)는 구동 모터(144)의 회전축 기어(144a)와 연결된다. 따라서, 구동 모터(144)가 구동되면, 구동 모터(144)의 회전축이 원형 디스크(145)의 외주면을 따라 선회하게 되어, 헤드 유닛(120) 내부의 구동 모터(144)는 원형 디스크(145)를 중심으로 공전하고, 그 결과로 헤드 유닛(120)은 수평 회전축(X)을 중심으로 자전하게 된다.5 and 6, the
이에 따라, 헤드 유닛(120)의 프로젝터(121)로부터 조사되는 빔은 다양한 각도로 미러 유닛(130)을 향해 조사될 수 있다.Accordingly, the beam irradiated from the
도 6, 9a 및 9b를 참조하면, 미러 유닛(130)은 판형 베이스(131), 슬라이딩 돌기(132, 133) 및 미러(134)를 포함하여 구성된다. 판형 베이스(131)는 한 쌍의 가이드 레일(142) 사이에 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다. 슬라이딩 돌기(132, 133)는 판형 베이스(131)의 양측 단부에 구비되고, 링크 부재(143)의 이동 슬릿(143a)과 가이드 레일(142)에 삽입된다. 6, 9A and 9B, the
여기서, 슬라이딩 돌기(132, 133)는 판형 베이스(131)의 측면 양단에 각각 구비되는 제1 슬라이딩 돌기들(132)과 판형 베이스(131)의 측면 중앙에 구비되는 제2 슬라이딩 돌기(133)를 포함한다. 제1 슬라이딩 돌기들(132)은 가이드 레일(142)과 슬라이딩 가능하게 연결되고, 제2 슬라이딩 돌기(133)는 링크 부재(143)와 회동 가능하게 연결된다.Here, the sliding
미러(133)는 판형 베이스(131)의 중앙에 배치되어 프로젝터(121)의 빔 및 피사체의 상을 반사시킨다.The
바람직하게는, 구동 모터(144)의 구동시에 헤드 유닛(120)은 수평 회전축(X)을 중심으로 원형 디스크(145)의 둘레를 따라 선회하면서 헤드 유닛(120)을 수평 중심축(X)을 중심으로 회전시키고 헤드 유닛(120)과 연결된 링크 부재(143)를 이동시켜 미러 유닛(130)이 가이드 레일(142)을 따라 이동할 수 있게 한다.Preferably, when the
이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 구동 모터(144)를 이용하여 헤드 유닛(120)을 회전시키고, 헤드 유닛(120)과 미러 유닛(130) 사이에 연결된 링크 부재(143)를 이용하여 미러 유닛(120)을 이동시킴으로써, 하나의 구동 모터(144)를 이용하여 2개의 이동 유닛(헤드 유닛(120)과 미러 유닛(130))을 모두 구동할 수 있다.As described above, the three-dimensional scanner according to the present invention rotates the
대안적으로, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 헤드 유닛(120)을 회전시키기 위한 구동 모터(제1 구동 모터)와 미러 유닛(130)을 이동시키기 위한 별도의 구동 모터(제2 구동 모터)를 구비하여 각각의 이동 유닛을 구동할 수도 있다.Alternatively, the three-dimensional scanner according to the present invention uses a drive motor (first drive motor) for rotating the
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 헤드 유닛(120)으로부터 미러 유닛(130)을 거쳐 피사체에 도달하는 광학 거리가 일정하게 유지되도록 구성되어, 정밀한 3차원 데이터를 얻을 수 있다.More preferably, the three-dimensional scanner according to the present invention is configured such that the optical distance reaching the subject from the
이를 위해, 가이드 레일(142)은 회전 스테이지(110) 측으로 개방된 반타원형으로 형성된다. 또한, 헤드 유닛(120)의 좌우 가림판(123)은 그 중심으로부터 반경방향으로 연장된 슬릿(123b)을 구비한다. 그리고, 이 가림판들(123) 중 하나는 원형 디스크(145)와 결합되어 회전 가능하게 설치된다. 이에 따라, 헤드 유닛(120)은 구동 모터(144)의 구동 시에 가림판(123)의 슬릿(123b)을 따라 소정길이 직선 운동을 할 수 있다. 이러한 헤드 유닛(120)의 직선 운동은 가이드 레일(142)이 타원형으로 형성됨으로 인해 헤드 유닛(120)의 회전 작동과 미러 유닛(130)의 선회 작동 시에 링크 부재(143)가 작동되지 않을 수 있는 문제를 해결하여 링크 부재(143)가 원활하게 연동될 수 있게 한다.To this end, the
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 헤드 유닛(120)으로부터 미러 유닛(130)을 거쳐 피사체(10)에 도달하는 광학 거리(l1+l2)는 헤드 유닛(120)과 미러 유닛(130)의 위치에 관계없이 일정하게 유지될 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 10, the optical distance l 1 + l 2 reaching the
이하, 도 11a 내지 11d, 도 12a 내지 12d를 참조하여 본 발명에 따른 3차원 스캐너의 작동을 설명한다.Hereinafter, the operation of the 3D scanner according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11A to 11D and 12A to 12D.
먼저, 도 11a 및 12a에 도시된 것처럼, 링크 부재(143)가 수직방향으로 배치되어 헤드 유닛(120)의 프로젝터(121)가 수직하방으로 빔을 조사하도록 배치되고 미러 유닛(130)은 수평방향으로 피사체(10)를 향하여 빔을 반사시키도록 배치되면, 프로젝터(121)로부터 조사된 빔은 미러(133)를 거쳐 피사체(10)의 후방을 조사하여 카메라(122)가 상을 촬영하게 된다. 이때, 피사체(10)에 조사되는 빔은 수평방향을 기준으로 0도의 각도를 갖는다.First, as shown in FIGS. 11A and 12A, the
이어서, 구동 모터(144)가 소정시간 구동되면, 도 11b 및 12b에 도시된 것처럼, 헤드 유닛(120)의 회전에 의해 링크 부재(143)가 사선방향으로 이동하고, 링크 부재(143)와 연결된 미러 유닛(130)이 가이드 레일(142)의 후방측으로 이동한다. 그러면, 프로젝터(121)로부터 조사된 빔은 미러(133)를 거쳐 피사체(10)의 후방 상부를 조사하여 카메라(122)가 상을 촬영하게 된다. 이때, 피사체에 조사되는 빔은 수평방향을 기준으로 30도의 각도를 갖는다.Subsequently, when the driving
계속해서, 구동 모터(144)가 소정시간 구동되면, 도 11c 및 12c에 도시된 것처럼, 헤드 유닛(120)의 회전에 의해 링크 부재(143)가 사선방향으로 이동하고, 이때 링크 부재(143)는 좌우 가림판(123)의 슬릿(123b)을 따라 소정거리 직선 운동하게 되어, 링크 부재(143)와 연결된 미러 유닛(130)이 가이드 레일(142)의 상부측으로 이동한다. 그러면, 프로젝터(121)로부터 조사된 빔은 미러(133)를 거쳐 피사체(10)의 후방 상부를 조사하여 카메라(122)가 상을 촬영하게 된다. 이때, 피사체에 조사되는 빔은 수평방향을 기준으로 60도의 각도를 갖는다.Subsequently, when the
이어서, 구동 모터(144)가 소정시간 구동되면, 도 11d 및 12d에 도시된 것처럼, 헤드 유닛(120)의 회전에 의해 링크 부재(143)가 수평방향으로 이동하고, 링크 부재(143)와 연결된 미러 유닛(130)이 가이드 레일(120)의 전방 상부측으로 이동한다. 그러면, 프로젝터(121)로부터 조사된 빔은 미러(133)를 거쳐 피사체(10)의 상부를 조사하여 카메라(122)가 상을 촬영하게 된다. 이때, 피사체에 조사되는 빔은 수평방향을 기준으로 90도의 각도를 갖는다.Subsequently, when the driving
이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 스캐너는 회전 스테이지(110)가 수직 회전축을 중심으로만 회전하도록 구성되므로 피사체의 흔들림이 거의 없고, 피사체를 고정하는 지그가 필요없어 다양한 치아 모형에 대응 가능하다. As described above, the three-dimensional scanner according to the present invention is configured such that the
또한, 헤드 유닛(120) 및 미러 유닛(130)을 포함하는 부품들이 본체(100)의 후방 및 상부에만 배치되기 때문에, 제품의 크기를 줄일 수 있고, 본체(100)의 전면 및 일측면이 개방되더라도 부품들이 외부로 노출되지 않는다. In addition, since parts including the
더욱이, 헤드 유닛(120)으로부터 미러 유닛(130)을 거쳐 피사체에 도달하는 광학 거리(l1+l2)는 헤드 유닛(120)과 미러 유닛(130)의 위치에 관계없이 일정하게 유지될 수 있어, 정밀한 3차원 데이터를 수집할 수 있다.Furthermore, the optical distance l 1 + l 2 reaching the subject from the
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and the protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims. In addition, one of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be capable of various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention, all technical ideas within the scope equivalent to the present invention of the present invention It should be interpreted as being included in the scope of rights.
100: 본체 110: 회전 스테이지
120: 헤드 유닛 121: 프로젝터
122: 카메라 123: 가림판
123b: 슬릿 130: 미러 유닛
131: 판형 베이스 132, 133: 슬라이딩 돌기
134: 미러 141: 수직 프레임
142: 가이드 레일 143: 링크 부재
144: 구동 모터 145: 원형 디스크
145a: 기어부100: main body 110: rotation stage
120: head unit 121: projector
122: camera 123: obstruction plate
123b: slit 130: mirror unit
131:
134: mirror 141: vertical frame
142: guide rail 143: link member
144: drive motor 145: circular disk
145a: gear portion
Claims (7)
상기 본체의 전방측 저면에 구비되고, 수직 회전축을 중심으로 회전 가능한 회전 스테이지;
상기 본체의 내측에서 수평 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 피사체를 촬영하여 3차원 데이터를 수집하기 위한 프로젝터와 카메라를 구비한 헤드 유닛;
상기 회전 스테이지의 상부 및 후방에서 선회 가능하게 설치되고, 상기 프로젝터의 빔을 피사체에 반사시키고 피사체의 상을 상기 카메라에 반사시키는 미러 유닛; 및
상기 헤드 유닛을 회전시키고, 상기 미러 유닛을 선회시키도록 구성된 구동부를 포함하고, 상기 구동부는:
상기 본체의 후방측 저면으로부터 상방으로 연장되어 서로 이격되어 배치되고, 상기 수평 회전축을 중심으로 상기 헤드 유닛이 회전 가능하게 상기 헤드 유닛과 결합되는 한 쌍의 수직 프레임;
상기 수평 회전축의 주변에 유선형으로 형성되어 서로 이격되어 배치되고, 상기 미러 유닛과 연결되어 상기 미러 유닛의 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드 레일;
길이방향을 따라 연장되어 상기 수평 회전축 상에서 상기 헤드 유닛과 연결되는 이동 슬릿을 구비하고, 일단이 상기 미러 유닛과 연결되어, 상기 헤드 유닛의 회전 및 상기 미러 유닛의 선회 작동을 연동시키는 링크 부재;
상기 헤드 유닛의 일측에 탑재되는 구동 모터; 및
상기 수평 회전축을 중심으로 회전하고 외주에 기어부가 형성된 원형 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
A main body having a predetermined accommodation space therein and having at least one of a front side and a side open;
A rotation stage provided on the front bottom surface of the main body and rotatable about a vertical rotation axis;
A head unit rotatably installed around a horizontal axis of rotation inside the main body, the head unit including a projector and a camera for capturing a 3D data by photographing a subject;
A mirror unit rotatably installed at upper and rear sides of the rotation stage, the mirror unit reflecting a beam of the projector to a subject and reflecting an image of the subject to the camera; And
A drive configured to rotate the head unit and to pivot the mirror unit, the drive comprising:
A pair of vertical frames extending upwardly from a rear bottom surface of the main body and spaced apart from each other, the head unit being rotatably coupled to the head unit about the horizontal rotation axis;
A pair of guide rails formed in a streamlined shape and spaced apart from each other, connected to the mirror unit to guide the movement of the mirror unit;
A link member having a moving slit extending in a longitudinal direction and connected to the head unit on the horizontal rotation axis, and having one end connected to the mirror unit to interlock rotation of the head unit and pivoting operation of the mirror unit;
A drive motor mounted on one side of the head unit; And
And a circular disk having a gear part formed on an outer circumference thereof and rotating about the horizontal axis of rotation.
상기 헤드 유닛은 함체 형상으로 형성되어 내부에 상기 프로젝터와 카메라가 탑재되고,
상기 원형 디스크의 기어부는 상기 구동 모터의 회전축 기어와 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
The method of claim 1,
The head unit is formed in a housing shape is mounted inside the projector and the camera,
3D scanner, characterized in that the gear portion of the circular disk is connected to the rotary shaft gear of the drive motor.
상기 미러 유닛은,
판형 베이스;
상기 판형 베이스의 양측 단부에 구비되고 상기 링크 부재의 이동 슬릿과 상기 가이드 레일에 삽입되어 슬라이딩 이동 가능한 슬라이딩 돌기; 및
상기 판형 베이스의 중앙에 배치된 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
The method of claim 2,
The mirror unit,
Plate-shaped base;
Sliding protrusions provided at both ends of the plate-shaped base and inserted into the moving slits and the guide rails of the link member to be slidable; And
And a mirror disposed at the center of the plate-shaped base.
상기 구동 모터의 구동시 상기 구동 모터는 상기 수평 회전축을 중심으로 상기 원형 디스크의 둘레를 회전하면서 상기 링크 부재를 이동시켜 상기 미러 유닛이 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.
The method of claim 3,
And the mirror unit moves along the guide rail by moving the link member while rotating the circular disk around the horizontal rotation axis when the driving motor is driven.
상기 가이드 레일은 상기 회전 스테이지 측으로 개방된 반타원형으로 형성되고, 상기 헤드 유닛의 좌우 양측에는 각각 가림판이 구비되고, 상기 가림판은 중심으로부터 반경방향으로 연장된 슬릿을 구비하고, 상기 헤드 유닛의 수평 회전축은 상기 가림판의 슬릿과 결합되고, 상기 구동 모터의 구동시 상기 헤드 유닛은 상기 슬릿을 따라 소정길이 직선 운동 가능하여 상기 헤드 유닛으로부터 상기 미러 유닛을 거쳐 상기 피사체에 도달하는 광학 거리는 상기 헤드 유닛과 상기 미러 유닛의 위치에 관계없이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너.The method of claim 4, wherein
The guide rail is formed in a semi-elliptic shape open to the rotating stage side, and each of the left and right sides of the head unit is provided with a shielding plate, the shielding plate has a slit extending radially from the center, the horizontal of the head unit The rotating shaft is coupled to the slit of the shielding plate, and when the driving motor is driven, the head unit can linearly move a predetermined length along the slit such that an optical distance from the head unit to the object through the mirror unit is the head unit. And is kept constant irrespective of the position of the mirror unit.
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KR101484560B1 (en) * | 2013-12-31 | 2015-01-20 | 주식회사 메디트 | Three dimensional shape measurement apparatus |
CN206618393U (en) * | 2017-04-12 | 2017-11-07 | 北方民族大学 | Rotating disk adds rail type 3D scanners |
KR20180077986A (en) * | 2016-12-29 | 2018-07-09 | 전자부품연구원 | Scanner apparatus and the Scanning method |
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- 2018-11-21 KR KR1020180144723A patent/KR102049847B1/en active IP Right Grant
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