KR20030010057A - 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핸드-아이 로봇을 이용하여 넓은 작업 공간에서 고 정밀도를 보장하며 다중 독취가 가능한 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템은 미리 설정된 평형도를 제공하는 테이블과; 상기 테이블의 상부에 위치하도록 상기 테이블의 구조적인 지지를 받으며, 제어신호에 따라 설정된 좌표위치로 이동하는 로봇과; 상기 로봇의 끝단에 상기 테이블과 평행하게 설치되는 촬영장치와; 상기 로봇 및 촬영장치를 보정하기 위하여 상기 촬영장치로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치의 상기 테이블 상에 위치한 그리드 지그와; 모니터 및 마우스를 구비하며, 상기 테이블 상에 위치하는 지적도를 상기 모니터 상에 전역 좌표계 및/또는 국소 좌표계 방식으로 표시하고, 상기 마우스의 조작에 따라 상기 로봇을 원하는 좌표위치로 이동시켜 상기 지적도의 국소 좌표영역을 독취할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공하는 단말기를 포함하여 구성된다.

Description

다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법{MULTI-CADASTRAL INFORMATION SCANING SYSTEM AND METHOD OF SCANING USING THE SAME OF}

본 발명은 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 개인용 컴퓨터를 기반으로 하고, 핸드-아이 로봇을 이용한 다중 지적정보 독취 시스템에 관한 것이다.

세계 각국들은 자체적으로 여러 종류의 지적도를 도면 상태로 보관 및 관리하고 있다. 그러나, 21세기에 들어서면서 지적 정보의 전자화 및 상업화에 따라 지적 정보를 디지털 정보의 형태로 데이터 베이스화하고 있는 추세이다.

이러한 방대한 양의 지적도 자료를 수작업으로 정보화 한다는 것은 매우 힘든 작업이기 때문에 디지털 카메라와 같은 센서와 로봇을 활용한 자동화 독취장치를 이용하여 작업하는 추세이다.

현재 국내에 사용중인 독취 장치는 크게 일본식과 대만식 독취장치가 시판되고 있다. 일본식 독취기는 돋보기와 기계식 엔코더를 사용하는 방식으로, 수작업자가 기계 몸체를 직접 조그하면서 이용하여야 했으므로 높은 노동 강도를 필요로 하는 단점이 있었다. 반면, 대만식 독취기는 카메라와 XY 테이블을 사용하는 방식으로, 일본식 독취기에 비하여 노동 강도는 줄었으나, 한번에 한 점만을 독취하는 방식으로 시간적, 공간적 소모가 많았고 넓은 시야 범위를 제공하지는 못하는 단점이 있었다. 또한, 이러한 수입품의 독취기들은 시스템 보정 문제가 발생하는 경우, 높은 A/S 비용이 요구된다.

따라서, 2차원 도면의 인식 및 판단 등의 작업을 효율적으로 실시하기 위하여 2축 XY 로봇에 비젼 센서를 부착하여 사용하는 방식이 제시되었다. 이와 같은 2축 XY 로봇과 같은 시각 로봇은 인간이 조작하는 데로 허용 정밀도 내에서 인간의 행동을 대체 해줄 뿐만 아니라 인간의 시각 보조 기능으로 정밀한 작업을 가능하게 해준다. 이러한 기능은 고 정밀도와 많은 수작업을 요하는 도면의 전산화 작업이나 지적도 제작업체에서는 그 필요성이 날로 증가하고 있다. 특히, 지적도는 축적으로 그려져 있기 때문에 도면상의 1mm 굵기의 선은 축적 비에 따라서 실제 거리상으로는 1m 또는 2m가 될 수도 있으므로 판독 시 세심한 주의가 필요하다.

이와 같이 2축 XY 로봇에 비젼 센서를 부착하여 사용하는 방식으로 한국의 대우 전자에서 출원한 마운트 좌표 작성장치가 있다. 여기에서는 카메라가 중심점만을 이용하였고, 실제 좌표 값은 XY로봇의 좌표 값을 그대로 이용하였다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 카메라 중심선(9a,9b)의 교차점(렌즈중심)에 측정하고자 하는 점을 맞추고, 실제 좌표 값은 X,Y로봇의 위치 값을 읽는 방식이다. 이와 같은 독취 방식은 카메라 중심에 독취하고자 하는 점을 완전히 일치시키고 그때의 로봇 좌표 값을 읽어서 그 점의 좌표 값을 알아내기 때문에 한 점을 독취할 때마다 카메라가 부착된 로봇을 움직이고 다녀야 한다. 결국, 대우전자의 특허출원건은 대만식 독취기와 거의 유사한 방식이다.

또한, 로봇에 장착되는 비젼 센서의 사양이나 부착용 지그의 설계도로부터 직접 보정 변수를 알아내는 기술도 제시되었다. 또한, 이미 알고 있는 접촉점을 사용하여 이곳에 센서를 접촉 시켜보고 역으로 보정변수를 계산하는 기술도 제시되었다. 그러나, 이런 기술들은 지그의 가공오차나 부착 방식에 따라 달라 정밀도에 영향을 끼치며, 작업자가 직접 접촉점에 비젼 센서를 접촉시켜야 하므로 센서의 오동작 또는 파손 우려가 있었다. 따라서, 이러한 작업은 주로 로봇과 비젼 센서간의 보정에만 초점을 맞추어졌으므로 독취 작업이 일정한 구속된 공간에서만 유용한 보상이 될 수 있었고, 넓은 작업 공간에서는 정밀도의 신뢰성이 보장되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 종래의 하드웨어 조그식의 독취 장치를 개선하여, 마우스를 구비한 개인용 컴퓨터를 기반으로 하여 모니터 화면상에서 독취대상인 지적 정보를 편리하게 독취할 수 있는 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전체 지적도를 절대 좌표계와 상대 좌표계로 구분하여 다수의 독취 점들의 동적 연결을 가능하게 하며, 한번에 다중 독취가 가능한 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템은 미리 설정된 평형도를 제공하는 테이블과; 상기 테이블의 상부에 위치하도록 상기 테이블의 구조적인 지지를 받으며, 제어신호에 따라 설정된 좌표위치로 이동하는 로봇과; 상기 로봇의 끝단에 상기 테이블과 평행하게 설치되는 촬영장치와; 상기 로봇 및 촬영장치를 보정하기 위하여 상기 촬영장치로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치의 상기 테이블 상에 위치한 그리드 지그와; 모니터 및 마우스를 구비하며, 상기 테이블 상에 위치하는 지적도를 상기 모니터 상에 전역 좌표계 및/또는 국소 좌표계 방식으로 표시하고, 상기 마우스의 조작에 따라 상기 로봇을 원하는 좌표위치로 이동시켜 상기 지적도의 국소 좌표영역을 독취할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공하는 단말기를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취방법은, 촬영장치, 로봇 및 그리드 지그가 위치할 지그 좌표계 사이의 보정 작업을 실행하는 단계와; 사용자가 상기 마우스를 조작하여 상기 로봇을 지적도의 특정 국소좌표영역으로 이동시키는 단계와; 상기 사용자가 상기 마우스를 조작하여 상기 지적도의 특정 국소좌표영역에 있는 좌표점들을 독취하는 단계와; 상기 독최값들을 지적도 원점 좌표계 값으로 변환하는 단계와; 상기 변환된 값들을 데이터 베이스에 저장하는 단계로 이루어진다.

이상에서 언급한 본 발명의 특징에 따르면, 비젼 센서를 구비한 로봇 자체의 신뢰성 있는 정밀도 보상을 위한 절대 좌표계 방식의 이동량 보정과 로봇의 끝단 좌표계와 비젼 센서의 원점 좌표계를 일치시키기 위한 기구학적 보정, 비젼 센서로부터 입력된 화상과 그에 대응되는 도면상의 점들이 이루는 함수 관계를 규정하기 위한 카메라 보정을 각각 실행하여, 화상으로부터 마우스로 측정된 점들이 지적도의 기준 좌표계로 정보화하고, 이를 바탕으로 전역 좌표계와 국소 좌표계 방식의 작업 환경의 제공 및 전체 지적도에 대한 동적 작업을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 로봇과 고해상도 디지털 카메라에 전체 좌표계와 국소 좌표계 개념을 도입하여 넓은 화각 범위와 동적 화상을 제공하면서 시야를 극대화 시켜 작업의 효율성과 편리성을 향상시키며, 고 정밀도를 보장하기 위한 절대 좌표계 방식의 로봇 보정과 디지털 카메라의 왜곡과 센서와 로봇간의 상대적인 위치 및 방향 변환을 특정한 그리드를 이용하여 8점으로 보상한다. 이와 같은 본 발명은 기존의 독취기에서 야기되는 문제점을 모두 해결 할 뿐만 아니라 조작의 간편성과 정확성이 보장될 수 있다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템의 블럭구성도.

도 2는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 절차를 설명하기 위한 제어 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 이동 좌표계를 이용한 동적 이미지를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 각 좌표계를 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 8점을 이용하여 디지털 카메라를 보정하는 것을 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 로봇 좌표계와 지그 좌표계 간의 변환을 설명하기 위한 그래프.

도 7은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 절대 좌표계 방식의 로봇을 자체적으로 보정하는 것을 설명하기 위한 도면.

도 8은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 국소 좌표계 및 전역 좌표계로 구성된 사용자 인터페이스 화면을 보이기 위한 도면.

도 9는 종래의 지적정보 독취 절차를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11,11a,11b : 2축 XY 로봇 12 : 석정반 테이블

13 : 디지털 카메라 14 : PCB 에칭 그리드 지그

15 : 모터 제어부 16 : 주 제어부

81 : 좌표(이미지/절대) 표시창 82 : 작업 상태 표시창

83 : 전체 작업 공간(전역 좌표계) 84 : 독취 작업 공간 (국소 좌표계)

85 : 지정값 자동 로봇 이동 버튼 86 : 소재지,축적,지번,도각 입력을 위한 GUI

87: 지적도 독취 및 삽입 수정등의 메뉴

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법의 구성 및 동작을 설명한다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템의 블럭구성도 이다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템은 평형도가 보장되며, 2축 XY로봇(11)을 구조적으로 지지하는 석정반 테이블(12)과; 석정반 테이블(12) 상에 위치하며 1/100mm 정밀도를 보장하며, 제어 소프트웨어의 조정(modification)이 가능하도록 RS232C통신 모듈이 제공되는 로봇 제어기(15)를 구비한 2축 XY로봇(11)과; 2축 XY로봇(11)의 끝단에 설치된 0.04mm 정밀도를 갖는 디지털 카메라(13)와; 2축 XY로봇(11) 및 디지털 카메라(13)를 보정하기 위하여 디지털 카메라(13)로부터 소정 거리만큼 스탠드 오프된 위치의 석정반 테이블(12) 상에 위치한 PCB 에칭 그리드 지그(14)와; 석정반 테이블(12)상에 위치한 지적도를 전역 좌표계 및 국소 좌표계가 표시되도록 운영하고, 구비된 마우스를 이용하여 2축 XY로봇(11)을 원하는 위치로 이동시켜 지적도의 특정 부분을 독취할 수 있도록 사용자 인터페이스를 개인용 컴퓨터(16)로 구성된다.

여기서, 도 1b에 보인 프레임 그래버(17a)는 디지털 카메라(13)로부터 획득된 영상신호를 개인용 컴퓨터(16)의 주제어부(16a)로 이동하는 역할을 하며, 로봇 제어기(15)는 원하는 지적도 상의 좌표로 2축 XY로봇(11)을 이동시키기 위해 제공되는 RS232C 통신 프로토콜을 제공하는 역할을 한다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취절차를 설명하기 위한 제어 흐름도이다.

먼저, 개인용 컴퓨터 기반의 한 화면 안에서 많은 지적도의 많은 점들을 독취하기 위해서는 디지털 카메라(13), 2축 XY로봇(11), 및 지적도가 위치할 지그 좌표계 사이의 정확한 보정 작업들이 이루어져야한다(S1,S2).

이러한 보정작업이 완료되어야만 한 화면 안의 모든 지적점들을 독취할 수 있으며, 이러한 보정(Calibration)과정들은 시스템의 환경 조건이 바뀔 때 또는 운영자가 필요하다고 판단되는 경우마다 수행할 수 있다(S3).

이때, 사용자는 이러한 보정(Calibration)과정을 거쳐서 충분한 시스템 정밀도를 시뮬레이션으로 확인한 후, 후술될 보정 방정식을 실제 지적도 독취에 적용하는 것이 바람직하다.

이어, 사용자는 개인용 컴퓨터(16)에 부착된 마우스를 이용하여 개인용 컴퓨터(16)의 화면에 제공되는 지적도에서 2축 XY로봇(11)을 원하는 국소좌표영역으로 이동시키고, 지적도의 국소좌표영역을 독취한다(S4~S17).

개인용 컴퓨터(16)의 주제어부(16a)는 화면상에 마우스를 제어하여 2축 XY로봇(11)을 X축 및 Y축으로 이동시킬 수 있는 로봇 이동 모드와 원하는 지적점을 독취하기 위한 독취 모드 기능을 제공하며, 사용자는 로봇 이동 모드/독취 모드 전환버튼을 조작하여 원하는 모드를 선택할 수도 있고, 키보드의 스페이스 바를 눌러 원하는 모드를 선택할 수 있도록 소프트웨어적으로 지원한다. 본 발명의 실시 예에서는 기본적으로 개인용 컴퓨터(16)의 화면에 확대, 로봇 일정 거리 이동, 로봇 원점 복귀, 독취점 수정, 삭제, 삽입 등의 기능이 실행되는 버튼 또는 메뉴가 제공되며, 주제어부(16a)는 선택된 기능이 실행될 수 있도록 해당 프로그램이 저장되어 있다.

사용자가 원하는 지적도를 독취하기 위해서는 먼저, 지적도 도각의 원점을 찾아야하고, 이어서 도각점을 독취하여야 한다(S4,S5). 즉, 도각의 원점은 사용자가 마우스로 2축 XY로봇(11)을 도각의 원점이 위치한 곳으로서 도각 원점의 근처로 이용할 수 있다(S4). 또한, 도각 원점이 화각(컴퓨터 모니터 상에 나타나는 지적도의 카메라 영상)에 나타나면, 사용자는 마우스를 독취 모드로 전환하여 도각 원점을 찍으면, 입력된 점이 지적도 전역 좌표계의 원점으로 작용된다(S5). 이어서 다시 같은 방법으로 3개의 도각점들을 독취한다(S6). 이들 4개의 도각점(도각 원점+3개의 도각점)은 전체 좌표영역으로 도 8에 도시된 바와 같이 개인용 컴퓨터(16)의 화면의 좌하단에 나타난다. 이어, 마지막 도각점이 정해지면, 2축 XY로봇(11)은 자동으로 도각의 원점으로 이동하고(S7), 국소좌표영역을 독취하기 위한 마우스 독취 모드로 전환된 상태로 대기한다(S8). 만일, 주제어부(16a)는 오독취가 발생한 것으로 판단되면, 독취점을 삭제하고 앞에서 설명한 재 독취를 실행한다(S10,S11). 그러나, 주제어부(16a)는 오독취가 발생하지 않은 것으로 판단되면, 화각 범위를 벗어나는 연결된 지적선인지를 판단하고(S12), 그 판단 결과 화각 범위를 벗어나면 사용자는 다시 현재 모드를 로봇 이동모드로 전환하고(S13), 마우스로 2축 XY로봇(11)을 이용하여 화각을 팬(Pan)하여 새로운 지적점들을 독취한다(S14). 전역 좌표계 개념에서 생각 할 때 국소 화각 자체는 국소 좌표계가 되며, 또한 이동 좌표계가 된다. 하지만 2축 XY로봇(11)과 디지털 카메라(13) 도각 원점(또는 지그좌표계) 간의 정확한 보정이 이루어져 있으므로 상호간의 좌표 변환은 쉽게 이루어 질 수 있다.

그러나, 화각 범위를 벗어나지 않는 것으로 판단되면, 주제어부(16a)는 독취된 정보를 자동으로 저장할 것인지를 판단하고(S15), 후술될 보정 방정식들을 이용하여 지적도 원점(도각 원점)좌표계 값으로 변환된 후 개인용 컴퓨터(16)에 구비된 데이터베이스에 업그레이드시킨다(S16). 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 화각범위내의 모든 점들이 로봇의 이동없이 모두 독취가 가능하며, 전역 지적도 영역은 전체 영역에 대한 연속된 국소 화각 영역의 적분으로 생각할 수 있으므로 전체 범위의 독취가 가능하다.

이와 같이 국소 화각 독취가 끝나면, 사용자는 다음 단계로 왼쪽 하단의 전역 좌표계 영역에서 원하는 곳을 마우스로 선택하여 빠뜨린 지적점의 독취 및 지적점의 삭제, 수정, 지적선의 수정등의 보완 작업을 수행할 수 있다(S19~S22).

도 3은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 이동 좌표계를 이용한 동적 이미지를 제공하는 것을 설명하기 위한 도면으로서, 전체 지적도 영역을 유연하게 독취할 수 있도록 이동 좌표계 개념을 도입한 독취 시스템의 원리를 설명하고 있다.

도 4는 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 각 좌표계를 설명하기 위한 도면으로서, 2축 XY로봇(11) 및 디지털 카메라(13)간의 상호 상관 관계 규정을 위한 좌표계 원점들을 표시하고 있다. 도 4에서 (Xr,Yr,Zr)좌표계는 로봇 좌표계를 표시하며, (Xs,Ys,Zs)는 카메라 좌표계이며 본 발명의 실시 예에서는 국소 좌표계가 된다. U,V는 영상 좌표계를 나타내며, (u,v)는 독취점을 표시하고 있다. (Xd,Yd,Zd)는 보정용 지그의 도각 원점이나, 지적도의 도각 원점 좌표계를 나타내며 본 발명의 실시 예에서는 전역 좌표계의 원점이 된다. 이들 3개의 좌표계 사이의 변환 관계를 정확히 규명하기 위해서, 먼저 로봇 좌표계와 카메라 좌표계간의 변환 관계를 구하여야 하며, 변환 관계식으로부터 마우스로 독취된 (u,v)를 좌표계로 옮길 수 있고, 고정도 PCB 에칭 그리드 지그(14)를 이용한 2축 XY로봇(11)의 보정이 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 2축 XY로봇(11)에 부착된 디지털 카메라(13)의 위치 및 자세 보정의 원리를 설명한다. 앞에서 설명한 바와 같이 고해상도를 갖는 디지털 카메라(13)을 2축 XY로봇(11)의 끝단에 장착하였을 때, 구하고자 하는 로봇 좌표계와 디지털 카메라(13)의 상대적인 좌표계는 회전 변환과 병진 변환 행렬로 나타낼 수 있다. 회전 변환 행렬은 3*3행렬이고, 병진 변환은 3*1행렬이라고 할 경우, 아래와 같이 수학식 1a 및 1b가 성립된다.

그리고, 표준 핀홀 모델의 카메라를 가정하고, 초점 거리 f라 가정 하였을 때는 (Xs,Ys,Zs)와 (u,v)관계식은 수학식 2a 및 2b와 같이 나타낼 수 있고, 스케일 인자 Su,Sv를 고려하면 수학식 3a 및 3b가 성립한다.

이어, 수학식 3a, 3b에 수학식 1을 대입하여 정리 하면 아래와 같이 수학식 4a 및 4b를 얻을 수 있다.

위의 수학식 4a 및 4b를 풀기 위해서는 3개의 회전 파라미터와 3개의 병진 이동량 및 카메라 내부 파라미터인 fx,fy를 구하여야 한다. 이를 위해서는 2번이상의 2축 XY로봇(11)의 움직임이 필요하며 비 선형 인자인 회전 행렬의 고유 벡터를 이용한 선형화 알고리즘이 요구되며, 복잡한 수학 계산식이 필요하다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 정확도를 향상 시키기 위한 적당한 디자인 파라미터를 이용한 최소 자승형태의 선형화 규명법을 이용한다. 즉, 위의 수학식 4a 및 4b는 다음의 수학식 5a 및 5b와 같이 다시 쓸수 있다.

수학식 5a 및 5b에서, a11에서 a13 는 카메라 내부 파라미터인 f,Su,Sv를 포함하며, 또한 회전 인자 r1에서 r9 및 t1,t2,t3를 포함하는 선형화 인자로 생각할 수 있다. a34를 1로 두고 행렬 형태로 바꾸면 수학식 5a 및 5b는 다음의 수학식 6으로 표시할 수 있다.

위의 식은 미지수가 11가 이고 식이 2개이므로 최소한 6점의 보정 방법이 요구된다. 이와 같은 관계식을 간략히 쓰면,로 나타낼 수 있다. 이 식에서의 행렬 K는 2n*11로 정방 행렬이 아니므로 역행렬은 존재 하지 않는다. 원하는를 구하기 위해서는 아래의 수학식 7의 최소 자승해를 구해야 한다.

따라서, 수학식 7로부터 로봇 좌표계와 카메라 좌표계 사이의 관계를 규명할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 도 5과 같이 8점을 사용하여 2축 XY로봇(11)과 디지탈 카메라(13)의 보정을 수행하였다.

이상의 설명에서 로봇 좌표계와 카메라 좌표계 사이의 관계식을 규명하였다. 즉, 카메라 이미지로부터 독취된 점의 (국소)좌표값을 로봇 좌표계로 변환 할 수 있었다. 이를 다시 전역(지그) 좌표계 값으로 변환하기 위해서는 다음의 2축 XY로봇(11)과 PCB 에칭 그리드 지그(14)간의 보정이 이루어 져야 하며, 이로부터 다시 2축 XY로봇(11)을 보정한다.

도 6은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 로봇 좌표계와 지그 좌표계 간의 변환을 설명하기 위한 그래프이다. 도 6의 로봇 좌표계에서 지그 좌표계간의 변환 관계인또는는 석정반 테이블(12)에 평형하게 설치된 디지털 카메라(13)의 영상상의 3점으로부터 간단히 구할 수 있다. 2축 XY로봇(11)의 z축은 석정반 테이블(12) 위에 설치되었으므로 지그 좌표계의 z축과 같은 방향을 가지므로 x,y에 대한 회전량은 존재하지 않으며, z축에 대한 회전량과 x,y축에 대한 병진 이동량만 구하면 된다. 도 4의 P0는 알고 있으므로 로봇 좌표계에서 보았을 때 지그좌표계의 원점을 P1(x1,y1), 지그 좌표계 x축 상의 한점 P2(x2,y2)라하고, 로봇 좌표계 x축상의 임의의 한점을 P3(x3,0)라 하면 두 좌표계 간의 변환은 아래의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.

위의 수학식 8에서 두 좌표계 사이의 Z 축에 대한 회전각은 P2(x2,y2)와 P3(x3,0) 좌표점으로 부터 두 벡터의 내적 관계식을 이용하여 쉽게 구할 수 있고, 병진 이동량은 로봇 원점에 대한 지그 원점의 상대 좌표값으로 아래의 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 9를 간단한 형태로 표현하면 아래의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.

이상의 과정을 정리하여 카메라 좌표계(국소 좌표계)와 지그 좌표계(전역 좌표계) 간의 변환 관계식을 아래의 수학식 11과 같이 정리 하여 나타낼 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 절대 좌표계 방식의 로봇을 자체적으로 보정하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서는 2축 XY로봇(11) 보정을 위해서는 이상에서 설명한 바와 같이 먼저 카메라의 좌표계와 로봇 좌표계간의 정확한 변환이 이루어져야 하며, 이로부터 디지털 카메라(13)를 이용한 지그 좌표계의 좌표축 방향 일치가 이루어져야 한다.

도 5에 도시된 PCB 에칭 그리드 지그(14)는 PCB 에칭으로 정밀도 1/1000mm 가지므로 2축 XY로봇(11) 자체의 보정은 PCB 에칭 그리드 지그(14)가 기준이 되며, 지적도를 독취하는 경우에는 지적도가 될수도 있다. 즉, 먼저, X축 방향으로 작업 한계 값이 300mm(2축 XY로봇 기준)를 움직였을 때 에러값을 구하고, Y방향에 대해서는 400mm움직였을 때의 에러값을 구하여 아래의 수학식 12a 및 12b와 같은 절대 좌표값 기준 보정식을 적용한다.

위의 수학식 12a 및 12b는 1mm에 대한 2축 XY로봇(11)의 에러값이므로 이를 움직이고자 하는 절대 좌표계 기준 로봇 데이터에 곱하여 소프트 웨어 보정을 실행한다.

이상과 같은 과정에서 독취점들의 정밀도 0.04mm 보장을 위한 2축 XY로봇(11), 디지털 카메라(13), PCB 에칭 그리드 지그(14), 석정반 테이블(12)간의 변환 관계를 정확히 규명하였다. 따라서, 2축 XY로봇(11)의 작업 공간 영역 전부를 정밀도 0.04mm 범위 안에서 독취 가능한 독취 시스템을 제공할 수 있다. 이것은 PCB 에칭 그리드 지그(14)를 정밀도 기준으로 봤을 때의 정밀도이므로 2축 XY로봇(11)의 움직임에 대한 최대 에러가 1/100mm보다 적음을 알 수 있다. 보다 중요한 에러 즉, 0.04mm 오차는 카메라 이미지로부터 사용자가 독취 할 때 발생하는 오차이다. 사용자의 눈의 한계 및 컴퓨터 모니터의 해상도 한계로 인한 오차이다. 이와 같은 오차를 최소화 하기 위해서는 우선 편리한 사용자 인터페이스가 제공되어야 하며, 사용자의 피로감이나 확대/축소 기능에 의한 사용자 편의 기능이 제공되어야 한다.

도 8은 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취시 국소 좌표계 및 전역 좌표계로 구성된 사용자 인터페이스 화면을 보이기 위한 도면이다. 도 8에서, 참조번호 83은 전역 좌표계를 표시하고 있으며, 마우스 클릭으로 원하는 위치를 한번에 움직일 수 있고, 동적 작업 영역을 나타내는 전체 작업 공간을 나타낸다. 82는 독취모드/로봇이동모드를 나타내는 작업 상태 표시창이다. 81은 현재의 이미지상의 좌표값과 그때의 절대 좌표계 상의 좌표값을 동시에 나타내는 좌표 표시창이다. 84는 국소 좌표계를 의미하는 실제 독취 작업 공간을 나타낸다. 독취 중 다음 작업 공간으로의 공간 이동은 데이터 베이스 연동에 의한 연속 작업을 실행한다. 85는 독취 중 주로 사용되는 2축 XY로봇(11)이동을 설정하여 간단히 작업 영역을 변환할 수 있도록 하는 지정값 자동 로봇 이동 버튼이다. 86은 확대/축소 기능으로 독취시 독취선이나 점을 최대 4배 까지 확대 하여 사용자가 쉽게 독취하고, 정밀도 향상시키는 소재지,축적,지번,도각 입력을 위한 GUI이다. 2축 XY로봇(11)의 움직임이 곧 팬(pan)기능이 되고, 2축 XY로봇(11)/디지털 카메라(13)/전역 좌표계간의 보정이 이루어져 있으므로 좌표 변환과 정밀도는 자유롭게 보장된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 지적도의 독취 공정 중 가장 중요하면서 번거로운 작업인 2축 XY로봇의 보정 및 카메라 보정 공정을 8점을 이용한 최소 자승해 형태의 단순화하여 실행할 수 있다. 따라서, 기존의 기계식 독취장치로 실행할 경우에 발생하는 시간 소모나 오차 등의 문제점들을 간단히 해결할 수 있다.

둘째, 전체 지적도에 전체 좌표계와 국소 좌표계 개념을 도입하여 2축 XY로봇,디지털 카메라,PCB 에칭 그리드 지그 좌표계간의 정확한 변환 규명에 의한 다중 지적 좌표의 독취가 가능하여 시간의 소모를 최소화하고 효율성을 크게 증대시킬 수 있다. 즉, 본 발명에서는 디지털 카메라의 화각 범위내에 들어 오는 모든 점은 다 독취할 수 가 있다. 만일, 한 화각안에 점1, 점2 뿐만 아니라 100개의 점이 있었을 경우, 종래의 중심선 맞추기 방식으로는 100번의 로봇 이동이 필요하나, 본 발명에서는 로봇의 이동 없이 100개의 점을 모두 독취할 수 가 있다.

셋째, 사용자의 시각 보조 기능을 최대화하고 많은 작업량을 감안하여 동적 화상의 제공과 넓은 화각으로 능동적 작업이 가능하다.

이상의 효과들을 종합하여 볼때, 본 발명에 따른 다중 지적정보 독취 시스템 및 이를 이용한 독취방법은 전체 지적도 공간에서도 정밀도가 균일하게 보장되며, 사용자가 쉽게 보정할 수 있는 보다 편리하고 효율적인 작업 환경을 제공한다.

Claims (9)

1. 미리 설정된 평형도를 제공하는 테이블과;

   상기 테이블의 상부에 위치하도록 상기 테이블의 구조적인 지지를 받으며, 제어신호에 따라 설정된 좌표위치로 이동하는 로봇과;

   상기 로봇의 끝단에 상기 테이블과 평행하게 설치되는 촬영장치와;

   상기 로봇 및 촬영장치를 보정하기 위하여 상기 촬영장치로부터 소정 거리 만큼 떨어진 위치의 상기 테이블 상에 위치한 그리드 지그와;

   모니터 및 마우스를 구비하며, 상기 테이블상에 위치하는 지적도를 상기 모니터 상에 전역 좌표계 및/또는 국소 좌표계 방식으로 표시하고, 상기 마우스의 조작에 따라 상기 로봇을 원하는 좌표위치로 이동시켜 상기 지적도의 국소 좌표영역을 독취할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공하는 단말기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 단말기는 상기 모니터의 화면상에 마우스를 조작하여 상기 로봇을 2차원 좌표점으로 이동시킬 수 있는 로봇 이동 모드와, 사용자가 원하는 좌표점을 독취하기 위한 독취 모드를 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 그리드 지그의 도각 원점에 절대 좌표 원점을 두고상기 로봇의 원점에 로봇 좌표계 및 상기 촬영장치의 이미지 중심점에 카메라 좌표계를 설치하는 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취 시스템.
4. 상기 단말기는 좌표점의 확대, 상기 로봇의 일정 거리 이동, 상기 로봇의 원점 복귀, 독취점 수정, 독취점 삭제, 독취점 삽입 기능을 선택적으로 조합하여 제공하는 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취 시스템.
5. 적어도 하나의 촬영장치, 로봇, 그리드 지그, 및 마우스를 구비한 단말기를 갖는 다중 지적 정보 독취 시스템에 있어서,

   상기 촬영장치, 상기 로봇 및 상기 그리드 지그가 위치할 지그 좌표계 사이의 보정 작업을 실행하는 단계와;

   사용자가 상기 마우스를 조작하여 상기 로봇을 지적도의 특정 국소좌표영역으로 이동시키는 단계와;

   상기 사용자가 상기 마우스를 조작하여 상기 지적도의 특정 국소좌표영역에 있는 좌표점들을 독취하는 단계와;

   상기 독최값들을 지적도 원점 좌표계 값으로 변환하는 단계와;

   상기 변환된 값들을 데이터 베이스에 저장하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 좌표점들이 복수개 이상있는 경우에 상기 로봇의 움직임이 없이 상기 좌표점들을 설정된 순서로 독취하는 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 보정작업은

   상기 로봇 좌표계와 카메라 좌표계를 일치 시키는 단계와;

   상기 일치된 카메라 좌표계로부터 도각 절대 좌표계의 방향 벡터와 로봇 좌표계의 방향 벡터들 간에 평형이 이루어지도록 내적 값이 영이 되도록 지적도 단위 벡터를 조정하는 단계와;

   상기 로봇 좌표계와 일치된 촬영장치를 이용하여 상기 로봇의 운동을 보정하는 단계와;

   평면형 지적도 좌표계와 카메라 사이의 변환 관계를 규명하기 위한 평면형 지적도 좌표계 상의 최소 개수 n점 그리드를 독취 하는 단계와;

   상기 독취점을 이용하여 적당한 카메라 내부, 외부 파라미터 및 카메라 왜곡을 보정할 수 있는 최소 자승 해를 계산하는 단계와;

   상기 계산값을 이용하여 비선형 화상 데이터를 최적의 선형화 데이터로 변환 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취방법.
8. 제 5항에 있어서, 상기 독취 단계는

   상기 지적도의 도각의 원점을 찾고, 상기 지적도의 제1 도각점을 독취하는 단계와;

   상기 지적도의 다른 도각점을 설정된 횟수동안 반복하여 독취하는 단계와;

   상기 다른 도각점중 마지막 도각점이 정해지면, 상기 로봇을 상기 도각의 원점으로 자동으로 이동시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취방법.
9. 제 5항에 있어서, 상기 단말기는 상기 독취단계에서 오독취가 발생하지 않은 것으로 판단되면, 독취된 좌표점이 화각 범위를 벗어나는 연결된 지적선인지를 판단하는 단계와;

   상기 판단 결과 상기 좌표점이 상기 화각 범위를 벗어나는 것으로 판단되면, 상기 사용자는 상기 마우스를 조작하여 상기 로봇을 이동하여 새로운 좌표점들을 독취하는 단계와;

   상기 판단 결과 상기 좌표점이 상기 화각 범위를 벗어나지 않는 것으로 판단되면, 상기 단말기는 독취된 정보를 자동으로 저장하고, 상기 지적도 원점 좌표계 값으로 변환하고, 상기 단말기에 구비된 데이터베이스에 업그레이드 시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 지적정보 독취방법.