KR20010076853A - 3차원 스캐너 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정 대상물에 대한 3차원 스캐너 기구에 관한 것이다. 본 발명의 3차원 스캐너 기구는, 측정 대상물을 지지하면서, 제1평면상에서 일정한 각속도로 회전하는 제1회전기구와; 상기 지지 및 회전수단의 범위 내에서, 제1평면과는 수직인 제2평면상을 시계 초침과 같이 단속적으로 회전하는 제2회전기구; 그리고 상기 제2회전기구에 장착되어, 측정 대상물의 표면 정보를 읽어내는 거리센서를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 제1회전기구가 회전함에 따라, 제2회전기구의 단부에 설치된 거리센서가, 그와 수직인 평면을 회전하면서 측정 대상물의 3차원 정보를 얻을 수 있게 된다.

Description

3차원 스캐너 기구{Three-dimensional scanner device}

본 발명은 3차원스캐너 기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2축 회전이 가능하도록 구성되는 기구를 이용하여 3차원 스캐닝을 수행하는 3차원 스캐너 기구에 관한 것이다.

일반적으로 측정 대상물에 대한 3차원 정보를 얻기 위해서는 3차원 측정기를사용하고 있다. 이러한 3차원 측정기는 통상 접촉식 프로브(probe)를 이용하여, 측정하고자 하는 대상물의 각각의 점에 대한 정보를 반복하여 획득함으로써, 측정물의 3차원 정보를 얻을 수 있도록 하고 있다.

이와 같은 3차원 측정기는 원리적으로 한번에 일 점에 국한하여, 이의 3차원 좌표를 얻게 되는 제한성을 가지며 매 측정점을 대상으로 기계 구동축의 이송을 필요로 한다. 이러한 이유로 측정점의 수가 많이 요구되는 디지타이징(DIGITIZING)의 경우 장시간의 측정시간이 소요되는 단점이 있다. 따라서 측정물의 전체적인 3차원 정보를 얻기 위한 시간이 길게 되는, 정보 처리상의 문제점이 제기된다. 또한 측정물의 각각의 점을 접촉에 의하여 측정하기 위한 기구적인 구성이 복잡하기 때문에, 실질적으로 제품의 단가가 높아지는 단점이 있음은 물론이다.

그리고 측정물에 대한 3차원 정보를 얻기 위한 다른 것으로, 슬릿빔(SLIT BEAM)과 카메라를 이용하는 3차원 스캐너를 들 수 있다. 이러한 3차원 스캐너는, 한번의 주사에 의하여 측정물의 단면 형상을 선형으로 얻을 수 있으며, 이러한 선형 데이터를 반복하여 얻은 다음 연산에 의하여 측정물의 3차원 정보를 얻게 된다. 그러나 이러한 방식의 3차원 스캐너에 의하면, 얻게 된 정보가 많으므로 이를 처리하기 위해 복잡한 연산과정을 거쳐야 하기 때문에 고성능의 데이터 처리 시스템이 요구하게 되고, 한정된 화소수에 의해 분해능이 상대적으로 떨어지기 때문에 데이터의 신뢰도에도 좋지 않을 뿐만 아니라, 시스템 전체가 고가가 되는 단점이 지적된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 단점을 해결하기 위한 것으로, 보다 간단한 구조를 가지는 3차원 스캐너기구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스캐너 기구의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 3차원 스캐너의 기본적인 동작 원리를 설명하는 설명도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ..... 회전판 12 ..... 구동모터

14 ..... 회전축 18 ..... 엔코더

20 ..... 거리센서 20a ..... 회전판

21 ..... 아암 22 ..... 구동모터

28 ..... 엔코더 29 ..... 무게추

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 3차원 스캐너 기구는, 측정 대상물을 지지하면서, 제1평면상에서 일정한 각속도로 회전하는 제1회전기구와; 상기 지지 및 회전수단의 범위 내에서, 제1평면과는 수직인 제2평면상을 시계 초침과 같이 단속적으로 회전하는 제2회전기구; 그리고 상기 제2회전기구에 장착되어, 측정 대상물의 표면 정보를 읽어내는 거리센서를 포함하고 있다.

그리고 제1회전기구에 대한 일실시예에 의하면, 측정물을 올려놓는 회전판과; 회전판의 1회전을 감지하는 근접센서와; 출력 회전축이 상기 회전판을 회전시키는 구동모터; 그리고 상기 구동모터의 회전축의 회전량을 감지하기 위한 엔코더를 포함하여 구성된다.

그리고 제2회전기구에 대한 일실시예에 의하면, 구동모터와; 상기 구동모터의 회전력을 회전판에 전달하는 마찰링; 회전축에 연결되어 회전하는 회전판과; 상기 회전판에는 위치 이동이 가능한 아암과 무게추를 포함하고; 상기 거리센서는 아암의 단부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

먼저 도 1에는 본 발명에 의한 3차원 스캐너 기구의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 스캐너 기구는, 측정물을 올려놓고일정한 회전속도로 회전하는 회전판(10)을 포함하고 있다.

상기 회전판(10)은, 하나의 평면(예를 들면 x축 및 y축에 의하여 만들어지는 평면)상에서 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 회전판(10)은 구동모터(12)와 연결되는 회전축(14)에 의하여 회전할 수 있도록 구성된다. 그리고 상기 구동모터(12)에서의 출력은 커플러(16)를 통하여 상기 회전축(14)으로 전달된다.

상기 구동모터(12)는 출력을 일정한 속도로 감속하는 감속기가 내장되어 있는 것이 바람직하다. 그리고 상기 회전축(14)의 회전을 지지하기 위한 한쌍의 베어링(17a,17b)이 상기 회전축(14)의 외주면을 지지할 수 있도록 개재되어 있다. 또한 상기 회전축(14)에는, 그 회전량을 감지할 수 있는 엔코더(18)가 장착되어 있다.

그리고 상술한 바와 같이 측정물을 올려놓고 지지하는 회전판(10)을, 지지하기 위한 여러가지 부품은, 실질적으로 본 발명에 의한 스캐너기구의 프레임(F)에 의하여 지지되고 있다. 또한 이 프레임(F)에는 회전판(10)의 1회전을 감지하는 근접센서(19)가 장착되어 있다.

다음에는 상기 회전판(10)의 상부에 올려져 있는 측정물의 정보를 획득하기 위한 거리센서(20)의 구성 및 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

도시한 바와 같이, 거리센서(20)는, 예를 들면 레이저센서와 같이 발광부 및 수광부로 구성되는 센서를 사용하는 것에 의하여, 측정물과 센서와의 거리정보를 얻을 수 있는 것이다. 그리고 상기 거리센서(20)는, y축 및 z축에 의하여 형성되는 평면상에서 회전할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 거리센서(20)는 아암(21)에 의하여 회전판(20a)와 연결된다. 상기 회전판(20a)은, 상술한 바와 같이 y축 및 z축에 의하여 형성되는 평면상에서 회전하는 것이다. 즉, 측정물을 올려놓기 위한 회전판(10)은 x축 및 y축에 의하여 형성되는 평면상에서 회전하고 있으며, 거리센서(20)를 구비하는 회전판(20a)은 y축 및 z축에 의하여 형성되는 평면상에서 회전하고 있음을 알 수 있다.

따라서 상기 회전판(20a)은, 실질적으로 측정물을 올려놓는 회전판(10)에 대하여 수직인 평면 상을 회전하게 되는 것임을 알 수 있다.

상기 회전축(24)은 회전판(20a)에 의해 회전하게 된다. 상기 회전판(20a)은, 구동모터(22)의 출력축에 연결된 마찰링(26)이 회전판(20a)의 외주면에 접촉하면서 마찰에 의해 회전한다.

구동모터(22)는 회전판(10)의 회전량에 따라 단속적으로 회전하게 된다. 회전판(10)의 저면 일측에 감지턱을 설치하고 회전판(10)이 1회전할 때 마다 근접센서(19)가 이 턱이 통과하는 것을 감지하고, 이 감지 시간동안 구동신호가 발생하고, 이 신호에 의해 구동모터(22)가 단속적으로 동작한다.

그리고 이러한 회전판(20a)은, 상기 거리센서(20)와 아암(21)과 무게추(29)를 지지하고 회전축(24)과 함께 단속적으로 회전하게 될 것이다.

여기에서 아암(21)은 측정하고자 하는 대상에 따라 측정범위를 변경하기 위하여 그 위치를 조절할 수 있으며, 또한 무게추(29)는 조절된 아암(21)과 무게 중심을 유지하도록 그 위치를 조절한다.

상기 회전축(24)의 회전을 지지하기 위한 한쌍의 베어링(27a,27b)이 상기회전축(24)의 외주면을 지지할 수 있도록 개재되어 있다. 또한 상기 회전축(24)에는 그 회전량을 감지할 수 있는 엔코더(28)가 장착되어 있다.

다음에는 도 2에 기초하면서 본 발명에 의한 3차원 스캐너기구의 동작에 대하여 살펴보기로 한다.

도 2는 도 1을 왼쪽에서 본 것으로 측정 대상물(Ob)과 회전판(10) 그리고 거리센서(20)의 관계로써 3차원 정보를 획득하기 위한 기본적인 원리를 설명하는 설명도이다.

회전판(10)의 상부에는 홀더(H)를 통하여, 측정하고자 하는 대상물(Ob)가 지지되고 있다. 상기 회전판(10)은 도 1에서 도시한 부품 들에 의하여 일정한 각속도를 가지고 회전하게 된다.

그리고 이에 대하여 거리센서(20)는, 도 1에 도시한 회전판(20a)에 의하여 상기 회전판(10)의 평면에 대하여 수직인 상태로 회전하게 된다. 이 때 상기 거리센서(20)가 대상물(Ob)을 측정하기 위한 빔의 송수신 상태를 도시하고 있다. 즉, 상기 거리센서(20)가 수직인 상부위치(a)에서, 수평인 측면위치(b)로 회전하면서, 대상물(Ob)의 중심상부에서 측면까지 단속적으로 회전하게 된다. 그리고 이러한 회전 과정동안 거리센서(20)에서 발생하는 빔이 대상물에 주사되면서, 대상물(Ob)의 중앙상부에서 측면에 해당하는 위치정보를 얻을 수 있게 된다.

이렇게 얻어지는 측정 대상물(Ob)의 3차원 정보는, 상기 회전판(10)이 회전하고 있기 때문에, 실질적으로 상기 대상물의 전체에 대한 정보가 얻어질 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 거리센서(20)의 회전속도는, 회전판(10)의 회전량에 따라 단속적으로 회전함으로써, 측정 대상물을 올려놓기 위한 회전판(10)의 회전속도에 비하여 현저하게 저속으로 회전하는 효과를 갖도록 하여, 대상물의 정보를 얻을 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

여기서 대상물(Ob)가 올려지는 회전판(10)과, 상기 거리센서(20)의 회전량은, 각각 그 회전축(14,24)에 설치되어 있는 엔코더(18,28)에 의하여 검출될 수 있다. 그리고 상기 엔코더(18,28)에 의하여 검출되는 각각의 회전축의 회전량과, 상기 거리센서(20)에 의하여 획득되는 거리정보에 의한, 대상물의 일점의 3차원 정보는, 예를 들면 PC에 입력된다. 즉, 상기 거리센서(20)에 의하여 얻어지는 대상물의 각각의 점에 대한 거리정보는, 상기 엔코더(18,28)에 의하여 얻어지는 각각의 회전량에 대한 정보와 함께, PC의 중앙처리장치 내부로 입력된다. 그리고 PC의 중앙처리장치는, 이러한 정보에 기초하면서 소정의 연산을 반복적으로 수행하는 것에 의하여, 대상물(Ob)의 3차원위치정보를 얻을 수 있게 될 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 대상물(Ob)은 xy축에 의하여 형성되는 평면상을 회전하고 있으며, 이와 동시에 거리센서(20)는 그와 수직인 평면상을 회전하면서, 측정하고자 하는 대상물(Ob)의 3차원정보를 얻을 수 있게 되는 것임을 알 수 있다.

그리고 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 거리센서(20)는, 대상물(Ob)의 상면에서 측면을 경유하여 하면까지 회전할 수 있도록 구성하는 것에 의하여, 대상물(Ob)의 전체적인 3차원정보를 얻을 수 있도록 구성하고 있음을 알 수 있다. 이러한 거리센서(20)의 측정범위는, 도 1에 도시한 아암(21) 및 무게추(29)의 적절한 조절에 의하여 충분히 조정 가능할 것이다.

상기 아암(21)의 회전각도에 의하여, 실질적으로 스캐닝하고자 하는 대상물의 표면에 대하여, 거리센서(20)가 이동할 수 있는 범위가 결정되는 것은 당연하다.

그리고 본 발명은, 상술한 바와 같은 3차원 스캐너의 기구적인 구성에 대한 것이기 때문에, 상기 거리센서에서 얻어진, 대상물의 일점에 대한 3차원정보에 대한 신호처리 등에 대해서는 자세한 설명은 생략한다. 그리고 예를 들면 레이저센서 등을 이용하여 대상물의 일점에 대한 위치정보를 획득하는 자체에 대한 것은, 이미 공지된 것이고 스캐닝 분야에서 널리 이용되고 있는 것임은 자명하다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 측정하고자 하는 대상물의 3차원정보를 얻기 위하여, 대상물(Ob)은 일평면상에서 회전하도록 지지하고, 거리센서는 상기 평면과는 수직인 평면상을 회전하도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 요지로 하고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명은, 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 이하에서는 본 발명의 다른 변형 가능한 실시예에 대하여 살펴보기로 한다.

대상물(Ob)을 올려놓고 지지하기 위한 회전판(10)은, 실질적으로 대상물(Ob)을 수평면에서 회전시키기 위한 것임을 알 수 있다. 즉, 상기 회전판(10)은 대상물(Ob)을 지지하면서 xy평면으로 회전시키기 위한 기본적인 기능을 수행하는 하나의 실시예임을 알 수 있다. 따라서 상기 회전판(10)은, xy평면 상으로 회전시킬 수 있는 구조 내에서 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

그리고 본 발명에 의하면 거리센서(20)는, 상기 회전판(10)이 가지는 평면에 대하여 수직인 평면상에서 회전하도록 구성되고 있다. 따라서 상기 회전판(10)에 대하여 수직인 평면상을 회전하는 범위 내에서, 상기 거리센서(20)를 회전시키는 구성에는 도 1에 도시한 것 이외에도 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다. 즉, 도시한 실시예에 있어서는 상기 회전축(24)은, 구동모터(22)에 의한 회전판(20a)에 의하여 회전하고 있지만, 이러한 회전 구조에 의하여 본 발명이 제한될 수는 없는 것이다.

예를 들면 상기 회전판(20a)과, 구동모타(22)를 벨트와 풀리로 연결하여 회전판(20a)을 회전시키는 구성도 가능함은 물론이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 스캐너기구는, 일정한 평면상에서 회전하는 대상물(Ob)에 대하여, 거리센서(20)가 그와 수직인 평면을 회전하도록 구성되어 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명에 의한 스캐너기구는, 종래의 3차원 측정기 또는 3차원 스캐너에 비하여 기구적으로 현저하게 간단해지는 잇점을 가질 수 있게 됨을 알 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 측정 대상물을 지지하면서, 제1평면상에서 일정한 각속도로 회전하는 제1회전기구와;

   상기 지지 및 회전수단의 범위 내에서, 제1평면과는 수직인 제2평면상을 시계 초침과 같이 단속적으로 회전하는 제2회전기구; 그리고

   상기 제2회전기구에 장착되어, 측정 대상물의 표면 정보를 읽어내는 거리센서를 포함하여 구성되는 3차원 스캐너 기구.
2. 제1항에 있어서, 제1회전기구는;

   측정물을 올려놓는 회전판(10)과;

   회전판의 1회전을 감지하는 근접센서(19)와;

   출력 회전축(14)이 상기 회전판(10)을 회전시키는 구동모터(12); 그리고

   상기 구동모터의 회전축의 회전량을 감지하기 위한 엔코더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너 기구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2회전기구는;

   구동모터(22)와;

   상기 구동모터의 동력을 회전판(20a)에 전달하는 마찰링(26)과;

   회전판(20a)에 연결되어 회전하는 회전축(24)과;

   회전판(20a)에 위치 조절이 가능한 아암(21)과 무게추(29)를 포함하고;

   상기 거리센서는 아암의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐너 기구.