KR20000000530A - 카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 전면과 후면을 이루고 있는 곡면의 형상을 단시간내에 측정하기 위한 카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 선박용 비접촉식 곡판 부재 계측장치에 관한 것으로, 측정부는 카메라(1)와 이 카메라를 360도 회전시키기 위한 모터(2), 레이저 변위 센서(3)로 구성되며, 이들 측정부를 높이 방향으로 이동시키기 위한 Z축 이동장치(4), 좌우방향으로 이동시키기 위한 Y축 이동장치(5), 그리고 전후 방향으로 움직이기 위한 X축 이동장치(6)와 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터(7) 혹은 이와 유사한 데이터 연산 처리기로 구성된다.

Description

카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치

본 발명은 선박의 전면과 후면을 이루고 있는 곡판 부재의 형상을 짧은 시간내에 정밀하게 자동으로 측정하기 위한 카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치에 관한 것이다.

선박의 곡면을 제작하기 위해서는 평판에 열을 가하여 원하는 곡면을 얻게 된다. 이렇게 제작된 곡판 부재는 설계에서 의도한 곡면과 동일한 형상을 이루어야 하며, 이를 위해 제작시 계속적으로 곡면의 형상을 측정할 필요가 있다.

종래의 곡면측정에서는 설계도면을 이용하여 가상의 곡판을 등간격으로 분리하고 각 등간격의 단면을 이루는 곡형상을 목재나 플라스틱을 이용하여 임시의 형틀(10)을 다수개 만든 다음, 곡판 제작시 그 형틀을 이용하여 도1에 도시된 바와 같이 곡판 부재(8)의 형상을 측정하였다. 그러나 이 방법은 작업자가 수공작업에 의해 직접 눈으로 형상을 측정하기 때문에 측정 결과가 부정확하고, 또한 선박마다 많은 수의 임시 형틀을 만들어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 수공작업에 따른 문제점을 해소하는 동시에, 장래 숙련된 곡판 제작자 없이도 곡판 가공이 가능하도록 곡판 가공 자동화에 활용하기 위한 곡판 부재 계측장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 곡판 부재 계측장치는 선박부재용 곡판을 짧은 시간내에 정밀하게 자동적으로 측정할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 곡판 부재 계측장치는 카메라와 이 카메라를 360도 회전하기 위한 모터, 그리고 레이저 변위 센서로 구성된 측정부가 있으며, 이 측정부를 이용하여 곡판 전체를 측정하기 위해 곡판의 폭방향 및 길이방향으로 이동시키기 위한 높이 방향의 Z축 이동장치, 좌우방향의 Y축 이동장치, 전후방향의 X축 이동장치, 그리고 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터 혹은 이와 유사한 데이터 연산 처리기로 구성된다.

따라서, 본 발명은 선박의 곡면을 이루는 곡면 부재의 형상을 정밀하고, 자동적으로 측정할 수 있는 유용성이 있다.

도1은 종래에 곡판측정방법을 도시하는 도면

도2는 본 발명의 곡판 부재 계측장치의 구성을 도시하는 도면

도3은 본 발명의 곡판 부재 계측장치를 이용한 외곽에지 검출방법을 도시하는 도면

도4는 본 발명의 곡판 부재 계측장치를 이용한 곡면 측정방법을 도시하는 도면

<도면의 부호에 대한 설명>

1: 카메라 2: 모터 3: 레이저 변위 센서

4: Z축 이동장치 5: Y축 이동장치 6: X축 이동장치

7: 컴퓨터 8: 계측 대상 곡판 부재

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2에는 본 발명의 곡판 부재 계측장치의 구성이 도시되는데, 곡판의 외곽선 추출 수단인 카메라(1)와 이 카메라를 360도 회전하기 위한 모터(2), 그리고 변위 측정 수단인 레이저 변위 센서(3)로 구성된 측정부가 있으며, 이 측정부를 이용하여 곡판 전체를 측정하기 위해 곡판의 폭방향 및 길이방향으로 이동시키기 위한 높이 방향의 Z축 이동장치(4), 좌우방향의 Y축 이동장치(5), 전후방향의 X축 이동장치(6), 그리고 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터(7) 혹은 이와 유사한 데이터 연산 처리기로 구성된다.

Z축 이동장치(4)는 Y축 이동장치(5)에 고정된 칼럼에서 스크류를 이용하여 측정부를 높이방향으로 이동시킬 수 있는 공지의 수단으로 이루어 질 수 있으며, Y축 이동장치(5)는 X축 이동장치(6)상에서 이동가능하며 Z축 이동장치(4)는 좌우로 이동시키는 공지의 수단으로 이루어 질 수 있고, X축 이동장치(6)는 레일과 같은 공지 수단으로 이루어 질 수 있다.

본 발명의 곡판 부재 계측장치는 먼저 측정하고자 하는 임의의 곡판 부재(8)를 측정 위치에 배열시키고, 본 발명의 장치의 X축 이동장치(6)를 이용하여 측정부를 측정위치로 이동시킨다.

그 후 카메라(1)는 Y축 이동장치(5)를 이용하여 곡판 부재(8)에 접근하면서 곡판의 외곽부를 찾아낸다. 곡판의 외곽부를 찾기 위해 본 발명의 카메라(1)를 사용하였으나, 레이저 광선을 동시에 사용하면 정확성을 더욱더 높힐 수 있다.

카메라를 이용하여 외곽선을 찾는 기본적인 알고리즘은 곡면의 외곽선이 전체 측정 정반에서 음영이 가장 많이 변한다는 사실을 이용하는 것이며, 이에 대한 정확도를 높이기 위해 높이방향의 Z축 이동부(4)를 이용한다.

곡판은 최소한 2차원 평면을 이루고 있으므로 카메라를 360도 회전시키기 위한 모터(2)를 이용하여 가로 방향의 외곽선과 세로 방향의 외곽선을 찾을 수 있게 구성된다.

곡판의 최초 정보는 카메라를 이용하여 외곽선 추출에 사용된 Z축 높이를 기준으로 하여, 레이저 변위 센서(3)를 통해 먼저 Y축 이동장치(5)를 이동시키면서 이동거리에 따른 상대 위치차를 구하며, 곡판의 끝점에 도달하면 X축 이동장치(6)를 이용하여 측정부를 곡판의 전후방향으로 일정한 거리 만큼 이동시킨 후 다시 Y축 이동장치(5)를 움직여 곡판의 상대 높이를 구한다. 이와 같이 X축과 Y축을 반복해서 움직이면서 전체 곡판을 측정하며, 측정된 결과를 컴퓨터(7)에 저장한다.

측정이 끝나면 컴퓨터(7)에 저장된 측정 결과를 연산처리하여 전체 곡판의 형상을 구하게 된다. 컴퓨터(7)는 외곽 에지 및 곡면 보간 데이터를 저장하고 설계자료와 비교하며 오차검출 및 왜곡검출을 행한다.

본 발명의 실시예에서는 곡판의 외곽선을 추출하기 위하여 카메라를 이용하였으나, 다른 실시예에서는 접촉식 스위치 혹은 근접 센서 등을 사용하여 외곽선을 찾을 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에서는 외곽선을 찾은 다음, 레이저 변위 센서를 이용하였으나, 다른 실시예에서는 변위를 측정하기 위해 레이저 변위 센서 뿐만 아니라 초음파 등을 사용할 수 있다.

곡판의 계측이 필요한 것은 궁극적으로는 설계 정보와 비교하고 이를 바탕으로 목적 형상과의 오차를 검출하기 위함이다. 또한 다음 단계의 가공 경로 및 가공 방법을 결정하기 위한 공정상의 한 단계로도 볼 수 있다. 곡판의 3차원 측정 시스템은 이러한 과정에서 나오는 계측 자료를 바탕으로 곡판의 정보를 정량화하기 때문에 데이터베이스 구축에 유리하며, 나아가 전문가 시스템이나 기타의 지능형 시스템 구축이 가능하게 되어 사용 기간이 늘어날수록 가공시스템의 성능이 향상되는 시스템을 구축할 수 있도록 해 준다.

도3에는 본 발명의 곡판 부재 계측장치를 이용한 외곽에지 검출방법이 도시되는데, 외곽 추출은 카메라(1)를 이용하여 측정한다. X축, Y축, Z축으로 움직일 수 있는 3축 구동 시스템에 카메라가 부착되어 외곽을 추출하므로, 카메라는 X-Y-Z 공간상의 임의의 위치로 이동할 수 있다. 여기서 X축 및 Y축은 곡판의 X-Y 평면상의 임의의 위치로 이동할 수 있으므로 평면상의 임의의 위치에 있는 곡판 부재(8)의 경계점을 추적하는데 매우 유리하며, Z축은 카메라의 높낮이를 조절함으로써 측정시의 정밀도를 확보하고 공간상의 왜곡을 보정하는 역할을 수행한다.

그러나 곡판은 주로 사각형의 형태를 가지고 있으므로, 사각형을 일정한 자세로 추적하기 위해서는 곡판의 각 모서리에서 회전할 수 있는 기구부의 부착이 필요하며 이를 위해 본 발명에서는 기어 및 엔코더가 장착된 모터(2)를 사용하여 카메라(1)가 360도 의 임의의 각으로 회전할 수 있게 한다. 따라서 본 발명은 곡판의 외곽 에지 추출에 총 4축의 기구부 제어가 필요하다.

도4에는 본 발명의 곡판 부재 계측장치를 이용한 곡면 측정방법이 도시되는데, 설계 정보에는 목적형상에 대한 정보와 가공에 필요한 최소한의 정보만이 포함되어 있기 때문에, 가공중의 형상과 직접 일대일로 비교하기 어렵다.

따라서 본 발명에서는 설계 정보를 이용하여 3차원 곡면으로 생성한 다음, 가공이 진행됨에 따라 계측된 곡판 부재(8)의 형상도 3차원 곡면으로 추출하며 이를 직접 비교하는 방법을 취한다. 곡판의 계측을 통하여 3차원 곡면을 생성하기 위해서, 일정간격으로 X-Y 평면상에서 구동할 수 있는 기구부에 레이저 화상처리 센서나 레이저 변위 센서(3)를 부착하여 곡면의 형상을 계측한다.

이러한 방법으로 계측한 곡판의 외곽 에지나 곡면 정보는 측정시의 외부 환경 조건이나 센서 자체에서 발생하는 오차로 인하여 실제값과는 다르게 조금씩 오차를 가지고 있다. 이러한 오차를 줄이고 설계자료와 비교하기 쉽도록 하기 위하여 각각 정보를 보정하고 보간하여 설계 정보와 비교하게 된다.

상기와 같이 구성된 카메라와 레이저 변위 센서를 혼합한 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치는 카메라(1)를 이용하여 곡판의 최초 정보는 외곽선 추출에 사용된 Z축 높이를 기준으로 하여, 레이저 변위 센서(3)를 통해 먼저 Y축 이동장치(5)를 이동시키면서 이동거리에 따른 상대 위치차를 구하며, 곡판의 끝점에 도달하면 X축 이동장치(6)를 이용하여 측정부를 곡판의 전후방향으로 일정한 거리 만큼 이동시킨 후 다시 Y축 이동장치(5)를 움직여 곡판의 상대 높이를 구하고, 이와 같이 X축과 Y축을 반복해서 움직이면서 전체 곡판을 측정하며, 측정된 결과를 컴퓨터(7)에 저장하고, 측정이 끝나면 컴퓨터(7)에 저장된 측정 결과를 연산처리하여 전체 곡판의 형상을 구하게 되므로 곡판 부재의 곡면 형상을 3차원적으로 단시간내에 측정하는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 곡판 외곽선 추출 수단인 카메라(1)와 이 카메라를 360도 회전하기 위한 모터(2), 그리고 변위 측정 수단인 레이저 변위 센서(3)로 구성된 측정부가 있으며, 이 측정부를 이용하여 곡판 전체를 측정하기 위해 곡판의 폭방향 및 길이방향으로 이동시키기 위한 높이 방향의 Z축 이동장치(4), 좌우방향의 Y축 이동장치(5), 전후방향의 X축 이동장치(6), 그리고 측정부에서 얻어진 데이터를 처리하기 위한 컴퓨터(7) 혹은 이와 유사한 데이터 연산 처리기로 구성된 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치.
2. 제1항에 있어서, 곡판의 외곽선 추출 수단은 접촉식 스위치와 근접 센서, 카메라, 레이저 화상처리 센서를 포함하는 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치.
3. 제1항에 있어서, 변위 측정 수단은 초음파 변위 센서와 레이저 변위 센서를 포함하는 비접촉식 선박용 곡판 부재 계측장치.