KR102528433B1 - 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치를 제공할 수 있되, 곡부재용 원자재의 형상 또는 상기 원자재로 가공한 곡부재를 계측하기 위한 복수개의 실제카메라의 설치를 위해서, 복수개의 가상카메라로 시뮬레이션 블록을 가상 촬영 및 보정하여 실제와 같은 이미지 정보를 만들고, 상기 실제와 같은 이미지 정보를 미리 계측해둔 곡부재용 계측 정보와 상호 비교하는 카메라 시뮬레이션을 수행하거나, 갠트리 및 엔드이펙터 위치별 가상 이미지를 생성 및 복원하여 갠트리 및 엔드이펙터 위치를 산출하는 갠트리 시뮬레이션을 수행하는 제어장치; 및 상기 제어장치의 상기 카메라 시뮬레이션을 통해 확정된 카메라 설치위치, 카메라 포즈, 카메라 규격 및 렌즈 규격을 갖는 복수개의 실제카메라와, 상기 실제카메라를 통해 계측 및 복원한 3차원 계측 모델을 기초로 상기 원자재 또는 상기 곡부재를 가공하는 엔드이펙터와, 상기 엔드이펙터를 이동시키기 위한 이송장치와, 상기 이송장치를 운반 가능하게 지지하도록 정반을 기준으로 양측에 배치된 레일부를 따라 구동하는 몸통부를 구비한 갠트리를 포함할 수 있다.

Description

갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING CURVED SURFACE OF PLATE USING GANTRY MOUNTED TYPE CAMERA}

본 발명은 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박, 해양구조물, 부유식구조물 등의 실선의 제작 과정 중에는 다양한 규격 및 사이즈의 곡판 또는 곡부재가 사용되고 있다.

곡부재는 선체 외판 곡면 가공 방법에 의해 제작될 수 있다.

통상적인 곡면 가공 방법은 선체 곡형 외판의 냉간가공된 부재의 형상을 계측하여 데이타베이스화하고, 설계 형상과, 계측형상과, 강재의 열변형 특성 정보에 대한 데이터등의 파일을 읽어들여서, 곡부재의 곡면형상을 자동으로 모델링하여 설계형상과 계측형상의 각각의 3차원 곡면을 생성할 수 있다.

또한, 곡면 가공 방법에서는 생성된 2개의 곡면을 사용하여 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과, 계측형상과의 형상차이를 계산하고, 강재의 열변형 특성 정보에 근거하여 통합된 가공정보를 생성하고, 가열작업후 재계측을 수행하여 추가적인 가열정보를 계산함과 동시에 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)를 계산하여 완성 조건이 아닌 경우에는 가공 필요 여부 또는 부재 뒤집기(Turn Over) 여부가 결정될 수 있다.

또한, 곡면 가공 방법에서는 실제로 뒤집기 후 추가의 가공을 행한 후, 강판의 여유치를 계산하여 여유 마진(Margin)의 절단량을 계산하고, 이에 따라 그 절단량에 대응한 값을 마진 절단량 표시 시스템에 제공하여 강판에 마킹(Marking)을 하거나, 절단 시스템을 통하여 절단이 이루어질 수 있다.

이러한 계측, 가공, 가열, 마킹, 절단은 갠트리형 장치에 의해 이루어지고, 갠트리 장치의 정밀도는 실제 곡부재의 계측 및 제작에 큰 영향을 주고 있다.

특히, 종래 기술에 따른 계측 장치는 곡부재용 강판에 레이저를 조사하도록 갠트리의 주행유닛에 결합되는 발광유닛(예: 레이저빔 발생장치)과, 강판으로부터 반사되는 레이저를 수광하도록 갠트리의 주행유닛에 결합되는 수광유닛(예: 레이저빔 인식 카메라)을 포함하여 구성될 수 있다.

그러나, 곡부재의 계측 또는 제작 장치용 갠트리는 그의 크기와 높이가 다르기 때문에 설치해야 하는 계측용 발광유닛 또는 수광유닛의 개수와 위치가 상이하다.

이러한 이유로 계측용 발광유닛 및 수광유닛별 파라미터를 각각 별도로 반복 시도를 통해 적용해야 하고, 이 과정에서 매우 복잡하고 정밀한 캘리브레이션이 요구된다.

또한, 갠트리는 레일을 따라 이동하는 장치로서 흔들림, 유격 등으로 오차가 발생되어 계측 신뢰도를 저하시킬 수 있다.

또한, 매번 복수개의 카메라, 갠트리 및 그 갠트리에 장착된 장치들에 대한 복잡하고 정밀한 캘리브레이션의 수행은 매우 불편하고, 생산성을 떨어뜨리는 단점이 있고, 이에 따라서, 신뢰성 있는 계측을 신속하게 수행하기 위한 카메라 배치 및 개수의 분석 수단과 신뢰성 있는 갠트리 모션 제어 수단 혹은 신속하고 정확한 계측 및 가공을 위한 새로운 장치에 대한 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 상황이다.

본 발명에서는 실제 계측전 시뮬레이션을 통해 복수개의 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈를 파악하여 최적화된 카메라 위치에 복수개의 카메라를 장착시킴으로써, 매번 갠트리 및 그 갠트리에 부착할 계측 수단에 대한 정밀한 캘리브레이션을 수행할 필요 없이 곡부재에 대한 정밀 계측 및 가공을 수행할 수 있고 곡부재 제작의 제작의 생산성을 증대시킬 수 있는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치를 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 곡부재용 원자재의 형상 또는 상기 원자재로 가공한 곡부재를 계측하기 위한 복수개의 실제카메라의 설치를 위해서, 복수개의 가상카메라로 시뮬레이션 블록을 가상 촬영 및 보정하여 실제와 같은 이미지 정보를 만들고, 상기 실제와 같은 이미지 정보를 미리 계측해둔 곡부재용 계측 정보와 상호 비교하는 카메라 시뮬레이션을 수행하거나, 갠트리 및 엔드이펙터 위치별 가상 이미지를 생성 및 복원하여 갠트리 및 엔드이펙터 위치를 산출하는 갠트리 시뮬레이션을 수행하는 제어장치; 및 상기 제어장치의 상기 카메라 시뮬레이션을 통해 확정된 카메라 설치위치, 카메라 포즈, 카메라 규격 및 렌즈 규격을 갖는 복수개의 실제카메라와, 상기 실제카메라를 통해 계측 및 복원한 3차원 계측 모델을 기초로 상기 원자재 또는 상기 곡부재를 가공하는 엔드이펙터와, 상기 엔드이펙터를 이동시키기 위한 이송장치와, 상기 이송장치를 운반 가능하게 지지하도록 정반을 기준으로 양측에 배치된 레일부를 따라 구동하는 몸통부를 구비한 갠트리를 포함하는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제어장치는, 상기 가상카메라를 복수개로 상기 시뮬레이션 블록의 주변에 배치하고, 상기 보정을 위해 가상카메라별 왜곡 파라미터를 상기 가상카메라별 가상 촬영값에 적용하여 상기 실제와 같은 이미지 정보를 획득한 후, 상기 곡부재용 계측 정보와 상기 실제와 같은 이미지 정보를 상호 비교하는 정확도 비교판단부로 상기 곡부재용 계측 정보와 상기 실제와 같은 이미지 정보간 오차 범위 내에서 상기 가상카메라의 개수를 가감함으로써, 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈를 출력하는 시뮬레이션모듈; 상기 카메라 시뮬레이션을 통해 출력된 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈에 대응하게 설치된 실제카메라의 촬상 및 전송을 제어하는 실제카메라 제어모듈; 상기 실제카메라로 상기 원자재 또는 상기 곡부재의 형상과 상기 원자재 또는 상기 곡부재에 부착된 코드타겟을 촬영하여서, 계측이미지와 복원이미지를 생성하는 계측모듈; 및 상기 계측모듈에서 생성한 복원이미지를 기초로 상기 갠트리와 엔드이펙터의 작동을 제어하는 갠트리 제어모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어장치에서 상기 카메라 시뮬레이션을 위한 시뮬레이션모듈은, 상기 시뮬레이션 블록을 가상카메라 입력창의 가상공간에 로딩하는 모델링부; 상기 가상공간에서 상기 시뮬레이션 블록의 표면에 복수개의 계측타겟과 더미타겟을 배치하는 가상타겟 제어기; 상기 계측타겟과 상기 더미타겟의 사이 위치를 기준으로 상기 시뮬레이션 블록의 표면에 스케일바를 배치하는 스케일바 설정부; 상기 가상카메라를 상기 시뮬레이션 블록의 주변을 기준으로 상기 가상공간에 추가, 삭제, 편집 초기화시키는 가상카메라 제어기; 상기 가상카메라 및 상기 가상카메라에 조합된 렌즈에 대하여, 방사왜곡(radial distortion), 접선왜곡(tangential distortion), 영상좌표왜곡, 가상카메라별 내부 파라미터(intrinsic parameter), 가상카메라별 외부 파라미터(extrinsic parameter) 중 적어도 1개 이상인 왜곡 파라미터를 상기 가상카메라에 의해 생성된 가상 촬영값에 적용하여 실제와 같은 이미지 정보를 출력시키는 왜곡 파라미터 적용부; 및 상기 카메라 시뮬레이션모듈을 통해 얻을 수 있는 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈를 출력하거나, 프로젝트 파일 형태로 저장하는 가상카메라 위치 및 포즈 출력부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어장치에서 상기 갠트리 시뮬레이션을 위한 시뮬레이션모듈은, 상기 갠트리 및 엔드이펙터 위치별 가상 이미지를 생성 및 복원하거나, 갠트리 및 엔드이펙터 위치를 산출하기 위하여, 갠트리 시뮬레이션 모델을 로딩하고, 상기 갠트리 시뮬레이션 모델에 계측타겟을 배치하고, 갠트리 시뮬레이션 모델용 가상정반에 가상정반구역별로 가상초기위치타겟을 배치하고, 복수개의 가상카메라를 상기 갠트리 시뮬레이션 모델에 배치하여서, 상기 갠트리 시뮬레이션 모델 및 가상엔드이펙터의 모션을 제어하는 모션 실행부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 정반은, 상기 가상초기위치타겟의 위치값을 기준으로 정반구역별로 상기 정반에 부착된 실제초기위치타겟을 포함하고, 상기 제어장치가 상기 갠트리에 부착된 실제카메라로 상기 실제초기위치타겟을 인식하여 상기 원자재 또는 상기 곡부재가 배치된 해당 정반구역까지 상기 갠트리를 이동시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치에 의하면, 시뮬레이션을 통해 계측 수단인 복수개의 카메라의 규격, 렌즈 규격, 설치 위치 등의 왜곡 파라미터를 신속하게 정밀하게 적용시켜서, 곡부재 제작 효율성을 증대시키고, 곡부재 제작에 필요한 각종 설정 조건을 세팅하는 시간을 절약할 수 있고, 불편한 캘리브레이션 등과 같은 각종 생산성 저하 원인을 제거할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치에 의하면, 갠트리용 정반 내 여려 구역으로 나누어 부재를 놓을 수 있으며, 부재 위치에 대한 사용자 지정에 따라 해당 초기위치로 이동하여 해당 구역에서의 부재위치를 찾아 정밀하게 계측할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치에 의하면, 정밀하게 계측하기 위한 갠트리 모션은 사전에 갠트리 시뮬레이션을 통해서 최적화되어 있으므로 갠트리 모션에 따른 계측 오차, 가공 오차를 제거하거나 최소화할 수 있는 장점이 있다.

이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치는 갠트리에 설치된 복수개의 카메라를 이용하여 자동 계측 및 분석과 곡부재 마킹, 가공(예: 곡형상 포밍, 가열, 절단)을 효율적으로 수행할 수 있는 장점을 가진다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제어장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제어장치를 통한 카메라 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면 대용 가상카메라 입력창의 화면 캡쳐도이다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 제어장치를 통한 갠트리 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면 대용 갠트리 모션 입력창의 화면 캡쳐도이다.
도 6은 도 1에 도시된 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치의 곡부재 제작 과정을 설명하기 위한 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치(10)는 제어장치(100)와, 갠트리(200), 복수개의 실제카메라(300), 정반(400), 레일부(500)를 포함할 수 있다.

제어장치(100)는 제작하려는 곡부재용 원자재(20)(도 2 참조)의 형상 또는 상기 원자재로 가공한 곡부재(22)(도 6 참조)를 계측하기 위한 복수개의 실제카메라의 설치를 위하여, 필요 카메라개수, 카메라 포즈, 렌즈 등에 대응하여 필요한 만큼의 설치를 미리 시뮬레이션을 통해 파악할 수 있는 장치일 수 있다.

여기서, 원자재(20)는 선박 블록 제작용 강판, 철판, 빌트업 부재 등을 의미할 수 있다.

또한, 곡부재(22)는 원자재(20)에 대하여 가열, 절단 등의 가공을 수행하여 곡면 형상을 갖도록 성형한 성형품을 의미할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 제어장치의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제어장치를 통한 카메라 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면 대용 가상카메라 입력창의 화면 캡쳐도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어장치(100)는 후술될 바와 같이, 복수개의 가상카메라(600)로 시뮬레이션 블록(700)을 가상 촬영 및 보정하여 실제와 같은 이미지 정보를 만들고, 상기 실제와 같은 이미지 정보를 미리 계측해둔 곡부재용 계측 정보와 상호 비교하는 카메라 시뮬레이션을 수행하거나, 갠트리(200) 및 엔드이펙터(210) 위치별 가상 이미지를 생성 및 복원하여 갠트리 및 엔드이펙터 위치를 산출하는 갠트리 시뮬레이션을 수행하도록 구성된 소프트웨어 및 하드웨어를 의미할 수 있다.

여기서, 시뮬레이션 블록(700)은 도 1의 곡부재용 원자재(20)의 형상, 또는 도 6의 곡부재(22)의 형상 각각에 상응하는 3차원 캐드값으로 랜더링한 형상 또는 기타 다양한 형상 중 하나일 수 있고, 특정 형상으로 한정될 필요는 없을 수 있다.

또한, 하드웨어는 컴퓨터, 서버, 제어반, 통신장치, 센서 등을 의미할 수 있고, 소프트웨어는 제어 및 시뮬레이션 프로그램 또는 후술되는 내용에 대응하는 알고리즘에 따라 하드웨어를 제어하는 프로그램을 의미할 수 있다.

또한, 엔드이펙터(210)는 원자재(20)에 가열선을 마킹하는 마킹프린터, 곡부재(22)용 곡면을 형성하도록 원자재(20) 또는 곡부재(22)별 가열선을 따라 가열을 수행하는 토치, 곡부재(22)의 곡면을 추종하기 위한 곡면추종 기구장치, 또는 기타 곡부재 제작에 필요한 해당 가공 수단을 통칭할 수 있다.

갠트리(200)는 제어장치(100)의 카메라 시뮬레이션을 통해 확정된 카메라 설치위치, 카메라 포즈, 카메라 규격 및 렌즈 규격을 갖는 복수개의 실제카메라(300)를 탑재하고 있을 수 있다.

복수개의 실제카메라(300)는 시뮬레이션 결과에 따라 갠트리(200)의 엔드이펙터(210) 주변, 이송장치(220), 몸통부(230)에 탑재되거나, 갠트리 규격 변경 또는 카메라 규격 변경에 따른 다른 카메라 시뮬레이션 결과에 따라 선택적으로 레일부(500)의 외곽 위치 중에서 상기 다른 카메라 시뮬레이션을 통해 확정될 수 있는 카메라 설치위치상의 카메라장착대 또는 서포트(미도시)에 더 장착될 수 있다.

갠트리(200)는 실제카메라(300)를 통해 계측 및 복원한 3차원 계측 모델을 기초로 원자재(20) 또는 곡부재(22)를 가공하는 엔드이펙터(210)와, 그 엔드이펙터(210)를 이동시키기 위한 이송장치(220), 및 그 이송장치(220)를 운반 가능하게 지지하도록 정반(400)을 기준으로 양측에 배치된 레일부(500)를 따라 구동하는 몸통부(230)를 구비할 수 있다.

특히, 정반(400)은 복수개의 정반구역(410, 420, 430)으로 구분되어 있을 수 있다.

정반(400)의 각각의 정반구역(410, 420, 430)에는 실제카메라(300)에 의해 인식될 수 있고, 갠트리(200)의 몸통부(230)의 초기위치의 기준점이 될 수 있는 실제위치타겟(411, 421, 431)이 마련되어 있을 수 있다.

또한, 정반(400) 위에 놓여질 원자재(20) 또는 곡부재(22)에는 복수개의 코드타겟(21)(예: 복수개의 실계측을 위해 광학인식코드를 갖는 계측타겟 및 더미타겟)이 부착되어 있을 수 있다.

이를 통해서, 제어장치(100)에 의해 제어되는 갠트리(200)용 정반(400)의 정반구역(410, 420, 430)별 실제초기위치타겟(411, 421, 431)은 이후에 상술되는 내용의 갠트리 시뮬레이션을 통해 얻은 가상초기위치타겟(682)(도 4 또는 도 5 참조)의 위치값을 기준으로 정반(400)위에 부착될 수 있다.

따라서, 제어장치(100)는 갠트리(200)에 부착된 실제카메라(300)로 실제초기위치타겟(411, 42, 431)을 인식하여 원자재(20) 또는 곡부재(22)가 배치된 해당 정반구역까지 갠트리(200)를 이동시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다.

도 2를 참조하면, 제어장치(100)는 소프트웨어 및 하드웨어로 이루어진 시뮬레이션모듈(110), 실제카메라 제어모듈(120), 계측모듈(130) 및 갠트리 제어모듈(140)을 포함할 수 있다.

예컨대, 시뮬레이션모듈(110)은 앞서 언급한 가상카메라(600)를 단수개 또는 복수개로 시뮬레이션 블록(700)의 주변(예: 시뮬레이션모듈(110)에 의해 구현되는 가상공간)에 배치하는 역할을 담당할 수 있다.

또한, 시뮬레이션모듈(110)은 가상카메라(600)에 의해 가상 촬영된 가상 촬영값의 보정을 위해 가상카메라(600)별 왜곡 파라미터를 가상 촬영값에 적용하여 실제와 같은 이미지 정보를 획득하는 역할을 담당할 수 있다.

또한, 시뮬레이션모듈(110)은 시뮬레이션모듈(110)에 입력된 시뮬레이션 블록(700)에 상응하는 곡부재용 계측 정보와 실제와 같은 이미지 정보를 상호 비교하는 정확도 비교판단부(117)를 포함할 수 있다.

즉, 시뮬레이션모듈(110)은 정확도 비교판단부(117)로 곡부재용 계측 정보와 실제와 같은 이미지 정보간 오차 범위 내에서 가상카메라(600)의 개수를 가감함으로써, 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈를 출력 또는 저장하는 역할도 담당할 수 있다.

이렇게 출력된 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈에 관한 좌표값 및 위치 정보 등은 실제 갠트리(200)의 좌표값 및 위치 정보로 변환 및 적용될 수 있고, 실제카메라(300)의 설치시에 세팅값으로 활용될 수 있다.

실제카메라 제어모듈(120)은 시뮬레이션모듈(110)에 의한 카메라 시뮬레이션을 통해 출력된 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈에 대응하게 설치된 실제카메라(300)의 촬상 및 전송을 제어하는 역할을 담당할 수 있다.

만일 실제카메라(300)가 디지털카메라이고, 그 실제카메라(300)의 내부에 GPS(global positioning system)칩 또는 수신기 및 통신장치(미도시)가 내장되어 있는 경우, 실제카메라 제어모듈(120)은 사용자에 의해 설치된 실제카메라(300)의 실제세팅 또는 실제설치값을 카메라 시뮬레이션을 통해 출력된 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈에 관련된 값과 비교하여, 정위치 설치 및 세팅 유무, 오류 등을 판단하는 역할도 수행할 수 있도록 프로그래밍 되어 있을 수 있다.

예컨대, 실제카메라 제어모듈(120)은 실제카메라(300)에 전기 및 통신 회로적으로 접속되어 있을 수 있고, 실제카메라(300)를 통해 계측이미지를 획득하도록 제어하는 계측이미지 촬상부(121)와, 계측이미지를 계측모듈(130) 쪽으로 전송하는 계측이미지 전송부(122)를 포함할 수 있다.

계측모듈(130)은 실제카메라(300)로 원자재(20) 또는 곡부재(22)의 형상과 원자재(20) 또는 곡부재(22)에 부착된 코드타겟(21)을 촬영하여서, 계측이미지와 복원이미지(예: 계측 및 복원한 3차원 계측 모델)를 생성하는 역할을 담당할 수 있다.

예컨대, 계측모듈(130)은 실제카메라 제어모듈(120)과 통신하여 제어신호를 송수신하는 카메라제어기(131)와, 계측이미지 전송부(122)로부터 계측이미지를 전송받아 메모리(미도시)에 저장하는 계측이미지 저장부(132)를 포함할 수 있다.

또한, 계측모듈(130)은 계측이미지를 3차원 복원하여서, 갠트리(200) 및 엔드이펙터(210)의 제어에 사용할 형상 정보(예: 원자재(20), 곡부재(22), 갠트리(200) 각각의 형상 정보) 및 위치 정보(예: 원자재(20), 곡부재(22), 갠트리(200), 엔드이펙터(210) 각각의 위치 정보)를 획득하는데 필요한 복원이미지를 생성하는 역할을 수행하는 계측이미지 복원부(133)를 포함할 수 있다.

또한, 계측모듈(130)은 실제카메라(300)의 카메라 좌표계를 글로벌 좌표계로 변환 후, 갠트리(200), 엔드이펙터(210)용 엔드이펙터 좌표계로 변환하는 좌표계 변환부(134)를 포함할 수 있다.

또한, 계측모듈(130)은 정반구역(410, 420, 430)별 실제초기위치타겟(411, 421, 431)을 인식하여, 해당 정반구역(410, 420, 430) 중 어느 하나의 초기위치로 갠트리(200)의 몸통부(230)를 이동시키는데 필요한 인식 정보를 생성하는 위치 식별부(135)를 포함할 수 있다.

또한, 계측모듈(130)은 상기 인식 정보 또는 제어장치(100)에 기 설정된 각종 제어 신호를 토대로 갠트리(200) 및 엔드이펙터(210)를 구동시키는 로봇 제어기(136)를 포함할 수 있다.

한편, 갠트리 제어모듈(140)은 계측모듈(130)에서 생성한 복원이미지를 기초로 갠트리(200)와 엔드이펙터(210)의 구동 또는 작동을 제어하는 역할을 담당할 수 있다.

예컨대, 갠트리 제어모듈(140)에는 계측모듈(130)과 연동하는 갠트리 구동부(141) 및 엔드이펙터 구동부(142)가 마련되어 있을 수 있다.

이러한 갠트리 제어모듈(140)은 설계 형상과, 계측형상과, 강재의 열변형 특성 정보에 대한 데이터를 관리하거나 3차원 곡면을 생성하거나, 곡면간 정합을 통하여 목적형상과 계측형상과의 형상차이를 계산하거나, 열변형 특성 정보에 근거하여 통합된 가공정보를 생성하거나, 여유 마진의 절단량을 계산하거나, 가열선 마킹 및 가열 혹은 절단 등과 같은 일련의 곡부재 실제 가공을 수해하는 역할을 담당할 수 있다.

이를 위해서, 갠트리 제어모듈(140)의 갠트리 구동부(141) 및 엔드이펙터 구동부(142)는 갠트리(200)와 엔드이펙터(210)별 서보모터 또는 동력 장치 또는 센서에 접속되어서, 자동화된 일반적인 선체 외판 곡면 가공 방법을 수행할 수 있다.

한편, 제어장치(100)에서 카메라 시뮬레이션을 위한 시뮬레이션모듈(110)은 도 3에 도시된 시뮬레이션 블록(700)을 가상카메라 입력창(101)의 가상공간(610)에 로딩하는 모델링부(111)를 포함할 수 있다.

여기서, 모델링부(111)는 가상카메라 입력창(101)의 블록 로딩 버튼(620)에 의해 연동될 수 있다.

시뮬레이션모듈(110)은 가상공간(610)에서 시뮬레이션 블록(700)의 표면에 복수개의 계측타겟(701)과 더미타겟(702)을 배치하는 가상타겟 제어기(112)를 포함할 수 있다.

가상타겟 제어기(112)는 가상카메라 입력창(101)에서 가상공간(610)의 아래쪽에 배열된 계측타겟 로딩 버튼(630), 더미타겟 로딩 버튼(631), 더미타겟 세팅 버튼(632), 더미타겟 저장 버튼(633)의 마우스 클릭 신호 또는 마우스 이동 제어 신호에 연동되어 있을 수 있다.

또한, 시뮬레이션모듈(110)은 계측타겟(701)과 더미타겟(702)의 사이 위치 혹은 계측타겟(701)과 더미타겟(702)에 겹치지 않는 위치를 기준으로 시뮬레이션 블록(700)의 표면에 스케일바(703)를 배치하는 스케일바 설정부(113)를 포함할 수 있다.

가상카메라(600)는 계측타겟(701)과 더미타겟(702) 뿐만 아니라 스케일바(703)를 가상 촬영할 수 있다.

그 결과, 가상카메라(600)에 의해 생성된 가상 촬영값의 스케일은 스케일바(703)를 기준으로 스케일바 설정부(113)에 의해 실제와 같은 이미지 정보의 스케일로 변환될 수 있다.

이러한 스케일바 설정부(113)는 가상카메라 입력창(101)의 블록 로딩 버튼(620)과 더미타겟 세팅 버튼(632)의 사이에 배치된 스케일바 로딩 버튼(640)의 마우스 클릭 신호 또는 마우스 이동 제어 신호에 연동되어 있을 수 있다.

또한, 시뮬레이션모듈(110)은 복수개의 가상카메라(600)를 시뮬레이션 블록(700)의 주변을 기준으로 가상공간(610)에 추가, 삭제, 편집, 초기화시키는 가상카메라 제어기(114)를 포함할 수 있다.

가상카메라 제어기(114)를 조작하기 위한 수단은 가상카메라 입력창(101)의 각종 가상카메라 버튼(650)을 통해 이루어질 수 있다.

여기서, 각종 가상카메라 버튼(650)은 예컨대, 가상카메라 추가 버튼(Add Camera), 가상카메라 삭제 버튼(Del Camera), 가상카메라 편집 버튼(Edit Camera), 가상카메라 초기화 버튼(Clear Camera)으로 이루어질 수 있다.

또한, 사용자의 마우스 조작에 따라서, 가상카메라(600)들은 개별적으로 각각 가상공간(610) 내에서 이동될 수 있다.

이때, 해당 가상카메라(600)별 카메라 위치에 해당하는 직선 좌표값(Trans X, Trans Y, Trans Z)은 가상카메라 입력창(101)의 직선 좌표란(651)에 표시되거나 메모리에 저장될 수 있다.

이와 함께, 각 가상카메라(600)별 카메라 포즈에 해당하는 회전 좌표값(Rot X, Rot Y, Rot Z)은 가상카메라 입력창(101)의 회전 좌표란(652)에 표시되거나 메모리에 저장될 수 있다.

그리고, 모든 로딩된 가상카메라 리스트(653)는 스크롤바 형식으로 가상카메라 입력창(101)에 표출될 수 있다.

또한, 시뮬레이션모듈(110)은 가상카메라 입력창(101)의 왜곡적용 체크 박스 및 카메라 종류와 렌즈 종류 선택용 드롭창 영역(654)을 통해서, 카메라 종류와 렌즈 종류별 선택적 적용 또는 비적용 가능한 왜곡 파라미터 적용부(115)를 포함할 수 있다.

왜곡 파라미터 적용부(115)는 가상카메라(600) 및 그 가상카메라(600)에 조합된 렌즈에 대하여, 방사왜곡(radial distortion), 접선왜곡(tangential distortion), 영상좌표왜곡, 가상카메라별 내부 파라미터(intrinsic parameter), 가상카메라별 외부 파라미터(extrinsic parameter) 중 적어도 1개 이상인 왜곡 파라미터를 상기 가상카메라(600)에 의해 생성된 가상 촬영값에 적용하여 실제와 같은 이미지 정보를 출력시키는 역할을 담당할 수 있다.

또한, 가상카메라 입력창(101)에는 가상카메라(600)에 의한 가상 촬영값 또는 실제와 같은 이미지 정보를 저장하는 이미지 저장 버튼(655)이 더 마련되어 있을 수 있다.

또한, 시뮬레이션모듈(110)은 카메라 시뮬레이션모듈을 통해 얻을 수 있는 카메라 설치 위치, 카메라 및 렌즈 규격, 카메라 개수 및 카메라 포즈를 출력하거나, 프로젝트 파일 형태로 저장하는 가상카메라 위치 및 포즈 출력부(116)를 포함할 수 있다.

여기서, 가상카메라 위치 및 포즈 출력부(116)는 가상카메라 입력창(101)의 프로젝션(Projection) 체크 박스와 저장 버튼 및 로드 버튼 영역(660)을 통해 파일 또는 데이터 형태로 관리될 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 제어장치를 통한 갠트리 시뮬레이션을 설명하기 위한 도면 대용 갠트리 모션 입력창의 화면 캡쳐도이다.

도 2, 도 4, 도 5를 참조하면, 도 2에서 사용된 가상카메라(600)는 도 4에 미 도시되어 있지만, 도 4의 갠트리 모델 세팅창(102)의 카메라 입력부(670)의 복수개의 버튼(예: 카메라1 버튼, 카메라2 버튼, 카메라 3버튼)을 통해 알 수 있듯이, 갠트리 모션을 시뮬레이션할 수 있는 가상공간 또는 갠트리 시뮬레이션 모델(680)의 몸통부 또는 엔드이펙터부(예: 토치부)에 복수개로 배치되고, 해당 갠트리 시뮬레이션 모델(680)을 가상 촬영하여 가상 촬영값을 생성할 수 있다.

갠트리 모션의 정확도 판단도 역시 앞서 설명한 시뮬레이션 블록(700)에 관련된 설명과 유사하게 이루어질 수 있다.

즉, 가상카메라(600)이 가상 촬영 및 보정하여 만든 실제와 같은 라이브 정보(예: 동영상 데이터)와 기준 데이터(예: 정밀한 캘리브레이션이 선행된 갠트리를 촬영한 라이브 정보)와 상호 비교하는 방식으로 이루어질 수 있다.

이러한 가상카메라(600), 갠트리 시뮬레이션 모델(680)의 이동 또는 회전은 제어장치(100)에서 갠트리 시뮬레이션을 위한 시뮬레이션모듈(110)에 포함된 도 4의 갠트리 모델 세팅창(102)과 도 5의 미리 보기 겸용 가상카메라 조작창(103)을 통해 실행될 수 있다.

이를 위해서, 도 2의 시뮬레이션모듈(110)은 갠트리 및 엔드이펙터 위치 산출 기능을 구비한 모션 실행부(118)를 포함할 수 있다.

예컨대, 모션 실행부(118)는 갠트리 및 엔드이펙터 위치별 가상 이미지 또는 라이브 정보를 생성 및 복원하거나 갠트리 및 엔드이펙터 위치를 산출하기 위하여, 갠트리 시뮬레이션 모델(680)을 시뮬레이션용 가상공간에 로딩하고, 상기 갠트리 시뮬레이션 모델(680)에 계측타겟(201)을 배치하고, 갠트리 시뮬레이션 모델(680)용 가상정반(681)에 가상정반구역별로 가상초기위치타겟(682)을 배치하고, 복수개의 가상카메라(600)를 상기 갠트리 시뮬레이션 모델(680) 또는 그 주변에 배치하여서, 상기 갠트리 시뮬레이션 모델(680) 및 가상엔드이펙터(683)의 모션을 제어하는 역할을 담당할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치의 곡부재 제작 과정을 설명하기 위한 사시도이다.

도 6을 참조하면, 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치는 앞서 설명한 제어장치(100)의 시뮬레이션모듈(110)을 통해서, 카메라위치 및 카메라포즈와, 카메라 종류, 렌즈 종류, 카메라 개수 등이 확정된 상태의 실제카메라(300)를 장착하고 있으므로, 별도의 정밀한 캘리블레이션이 필요하지 않게 되어 생산성을 증대시킬 수 있다.

또한, 갠트리(200)는 각종 엔드이펙터(210)를 장착하여 자동화된 일반적인 선체 외판 곡면 가공 방법을 수행할 때, 곡부재 제작 정밀도 및 신뢰성을 증대시킬 수 있고, 곡부재(22)가 위치한 초기위치까지 자동 인식으로 이동할 수 있다.

특히, 제어장치(100)는 선행 카메라 시뮬레이션이후 후행 설치된 복수개의 실제카메라(300)로부터 최적의 파라미터를 자동으로 얻을 수 있도록 구성되어 있을 수 있다.

이후, 제어장치(100)는 자동화 제작 프로세스에 대응하게 곡부재(22)와 갠트리(200)(예: 갠트리 모션)를 동시 촬영하면서, 계측, 3차원 복원을 수행할 수 있다.

예컨대, 제어장치(100)는 앞서 설명한 바와 같이, 제어장치(100)의 계측이미지 복원부(133)에 의해서, 복수개의 실제카메라(300)들로부터 유사 또는 서로 다른 계측이미지를 획득하고, 각 계측이미지의 노이즈 제거, 에지 검출, 타원 추출, 그룹핑, 타겟아이디 검출을 통해 각 계측이미지에서 타겟 인식 정보 및 결과를 생성한다.

또한, 계측이미지 복원부(133)는 타겟 인식 정보 및 결과를 기반으로 3차원 복원 및 카메라 파라미터 보정을 수행하여 복원이미지(예: 계측 및 복원한 3차원 계측 모델)을 만들 수 있다.

이후, 제어장치(100)는 상기 복원이미지를 기반으로 곡량 분석, 절단값 산출, 좌표계 변환(카메라 좌표계를 글로벌 좌표계로 변환 후 엔드이펙터 좌표계로 변환), 절단선 마킹, 가열 등의 곡부재 제작 프로세스를 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 제어장치 110 : 시뮬레이션모듈
120 : 실제카메라 제어모듈 130 : 계측모듈
140 : 갠트리 제어모듈 200 : 겐트리
210 : 엔드이펙터 300 : 실제카메라
400 : 정반 500 : 레일부
600 : 가상카메라 700 : 시뮬레이션 블록

Claims (5)

1. 카메라를 통해 원자재 또는 상기 원자재를 가공한 곡부재를 촬영하여 계측 모델을 생성하고, 생성된 계측 모델에 기초하여 상기 원자재 또는 곡부재의 계측 또는 가공을 수행하는 곡부재 제작 장치에 있어서,
   상기 원자재 또는 곡부재가 배치되는 정반;
   상기 정반을 따라 이동 가능하게 구비되고, 상기 원자재 또는 곡부재를 가공하는 엔드이펙터를 포함하는 갠트리;
   상기 갠트리에 설치되고, 상기 원자재 또는 곡부재를 촬영하는 복수의 실제카메라;
   상기 갠트리와 상기 복수의 실제카메라를 제어하고, 상기 복수의 실제카메라에 의해 촬영된 상기 원자재 또는 곡부재의 계측 모델을 생성하는 제어장치를 포함하되,
   상기 제어장치는,
   시뮬레이션 기능을 구비하여, 가상의 공간에서 복수의 가상카메라로 상기 원자재 또는 곡부재의 형상과 대응하는 시뮬레이션 블록을 촬영 및 보정하여 이미지 정보를 생성하고, 상기 이미지 정보를 기 저장된 상기 원자재 또는 곡부재의 계측 정보와 비교하여, 오차 범위 이내에서 상기 가상카메라의 개수, 설치 위치, 포즈, 규격 및 렌즈 규격 중 적어도 하나를 설정하고, 설정된 정보를 상기 갠트리에 설치되는 상기 복수의 실제카메라의 세팅 정보로 제공하는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어장치는,
   상기 갠트리에 설치되는 상기 복수의 실제카메라에 대해 세팅 정보를 제공하기 위하여 카메라 시뮬레이션을 수행하는 시뮬레이션모듈;
   상기 복수의 실제카메라의 촬영 및 데이터 전송 제어하는 실제카메라 제어모듈;
   상기 원자재 또는 곡부재의 형상과, 상기 원자재 또는 곡부재에 부착된 코드타겟을 촬영하여, 상기 원자재 또는 곡부재에 대한 계측 모델을 생성하는 계측모듈; 및
   상기 계측 모델에 기초하여 상기 원자재 또는 곡부재를 계측 또는 가공하도록 상기 갠트리를 동작시키는 제어모듈을 포함하는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 시뮬레이션모듈은,
   상기 시뮬레이션 블록을 가상의 공간에 로딩하는 모델링부;
   상기 시뮬레이션 블록의 표면에 상기 가상카메라에 의해 촬영되는 복수개의 타겟을 배치하는 가상타겟 제어기;
   스케일 변환을 위해 상기 시뮬레이션 블록의 표면에 스케일바를 배치하는 스케일바 설정부;
   상기 시뮬레이션 블록의 주변에 배치되는 상기 가상카메라를 선택적으로 상기 가상의 공간에 추가, 삭제, 편집 또는 초기화시키는 가상카메라 제어기;
   왜곡이 보정된 상기 이미지 정보를 생성하도록, 기 설정된 왜곡 파라미터를 상기 가상카메라에 의해 생성된 가상 촬영값에 적용하는 왜곡 파라미터 적용부; 및
   상기 가상카메라의 개수, 설치 위치, 포즈, 규격 및 렌즈 규격 중 적어도 하나를 출력하거나, 파일 형태로 저장하는 가상카메라 위치 및 포즈 출력부를 포함하는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어장치는,
   상기 갠트리의 모션에 대한 정확도를 판단하기 위하여 갠트리 시뮬레이션을 수행하되,
   상기 갠트리와 대응되는 형상의 갠트리 시뮬레이션 모델을 가상의 공간에 로딩하고, 복수의 가상카메라를 통해 상기 갠트리 시뮬레이션 모델의 동작을 촬영하여, 촬영된 동영상 데이터를 기 저장된 기준 데이터와 비교하여, 상기 갠트리의 모션에 대한 정확도를 판단하는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 정반은,
   복수의 정반구역으로 구분되고, 각각의 정반구역에는 상기 정반을 따라 이동하는 갠트리의 초기위치의 기준점이 되는 실제초기위치타겟이 구비되며,
   상기 제어장치는,
   상기 실제카메라를 통해 상기 실제초기위치타겟을 인식하여, 상기 정반 상에서 상기 원자재 또는 곡부재가 배치된 정반구역으로 상기 갠트리를 이동시키는 갠트리탑재형 카메라를 이용한 곡부재 제작 장치.

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