KR200446878Y1 - 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 멀티 레이저 비젼 시스템의 얼라인 장치는 겐트리 로봇(200)의 수평 거더의 하부면에 곡판 부재(206)를 스캐닝하고자 등간격으로 부착된 복수개의 레이저 비전 시스템(202)들과; X-스테이지의 축이 고정블록에 직선 모션이 가능하도록 체결되는 레일방향(X) 직선이동부(222)와, 요잉 모션(Yawing Motion)을 위한 Z축 기준 회전 정밀조정부(224)와, 피치 모션(Pitch Motion)을 위한 Y축 기준 회전 정밀조정부(226)로 구성되어 레이저 비전 시스템의 각각에 부착되는 레이저 다이오드 조정블록(228)과; 상기 각각의 레이저 다이오드 조정블록의 얼라인 기준으로 사용되도록 상기 겐트리 로봇의 수평거더의 중앙부에 설치되는 기준용 레이저 다이오드(260)와; 상기 레이저 비젼 시스템들의 각각의 레이저 띠들이 일직선으로 정렬되고 수평으로 조사되도록 상면에 횡방향 슬릿이 형성된 슬릿 구조물(270)을 포함한다.

본 고안에 의하면, 공간상에서 2축 틸트 조정나사와 X축 직선이동 스테이지가 구비된 레이저 다이오드 조정블록과 슬릿구조물을 사용하여 정밀 조정가능하므로, 4개의 실린더형 레이저 다이오드를 정밀하게 얼라인할 수 있는 효과가 있다.

곡판, 3차원 형상, 계측, MLVS, 얼라인, 슬릿 구조물

Description

멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치{APPARATUS FOR AN ALIGNMENT OF THE MULTI LASER VISION SYSTEM}

본 고안은 비접촉식 3차원 형상 계측 및 가공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멀티 레이저 비전 시스템(Multi Laser Vision System: 멀티-LVS)을 구비한 3차원 형상 계측 및 가공장치에서 복수개의 실린더형 레이저 다이오드를 정밀하게 얼라인할 수 있는 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 선박의 외부 패널은 추진저항을 감소시켜 수중을 효율적으로 항해하도록 하기 위해 복잡한 3차원 형상을 갖는 약 10mm 내지 40mm 두께의 곡판 부재로 구성되며, 이러한 곡면의 외부 패널을 형성하기 위해서는 일반적으로 선형 가열이라고 하는 가공법을 통해 가스 버너 등을 이용하여 강판의 표면을 국부적으로 가열해서 발생되는 소성변형으로 인한 강판의 면외각변형 또는 면내수축변형을 통해 원하는 3차원 목적 형상으로 가공하고 있다.

또한, 위와 같이 가공되는 선박 등의 곡판 부재로 가공되는 피가공 부재에 대해서는 원하는 형태로 정확한 가공이 되었는지 여부에 대한 계측이 필요한데, 종래 이러한 피가공 부재의 계측 및 제작에는 줄자, 수공구, 나무재질의 상형곡형 등 을 이용한 사람에 의한 계측이 수행되고 있어 선박의 곡판 부재 계측 및 목형 제작에 많은 시간이 소요되며, 계측에 대한 정확성도 떨어지는 등 많은 어려움이 있었다.

특히, 선박의 선수미 부분에 사용되는 곡판 부재로 가공되는 피가공 부재는 그 형상이 더욱 다양하여 부위별로 사전 제작된 나무 재질의 상형곡형을 이용하여 가공하고, 계측하게 되는데, 상기 상형곡형의 재질이 대부분 나무로 제작되며 원하는 곡면 형상 부재로의 정확한 가공을 위해 하나의 곡판 부재가 완성될 때까지 다수번 반복적으로 사용됨에 따라, 온도 및 습도에 의한 환경변화와, 작업자의 관리 소홀 등과 같은 여러 가지 주변 요인에 의하여 소성변형이 일어나게 되어 형상 오차가 유발되는 등, 정확한 가공 및 계측이 어려운 문제점이 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 기반 멀티 레이저 비전 시스템을 이용한 3차원 형상 계측 및 가공 장치가 개발되어 있다. 도시된 바와 같은 비접촉식 3차원 형상 계측 및 가공 장치에 있어서, 피가공 부재인 곡판 부재(206)는 바닥 플레이트(208) 양측에 일정한 길이의 레일(210)이 형성되어 있으며, 이 레일(210)의 상부에는 상기 레일(210)을 따라 전후로 이동할 수 있도록 수직 프레임과 이 수직 프레임을 연결하는 수평 거더로 구성된 겐트리 로봇(200)이 형성된다.

이와 같이 겐트리 로봇(200)의 수평 거더의 하부면에는 피가공 부재인 곡판 부재(206)의 3차원 영상을 스캐닝하기 위한 복수개의 레이저 비전 시스템(202)들이 등간격으로 부착된 멀티 레이저 비전 시스템이 장착된다. 즉, 각각의 레이저 비전 시스템(202)은 레이저빔(205)을 출사하는 레이저빔 출사부(204)와 피가공 부재인 곡판 부재(206)에 조사되어 나타나는 레이저빔 영상을 촬영하는 카메라(220)로 구성되며, 이러한 구성의 레이저 비전 시스템(202)의 다수개가 등 간격으로 조합되어 멀티 레이저 비전 시스템을 구성함을 의미한다.

하지만, 상술한 바와 같은 3차원 형상 계측 장치의 멀티 레이저 비전 시스템은 그 레이저 다이오드 유닛이 고정 프레임상에 X-스테이지가 체결된 뒤, 케이스가 체결되는 구조로서, 이러한 레이저 다이오드 유닛은 X축(레일축) 상으로의 병진 운동과, Z축을 기준으로 하는 회전운동의 2축 자유도를 가지는 구조이기 때문에, 공간상에서 1개의 라인 소스를 방출하는 실린더 레이저 다이오드를 얼라인한다 하더라도 그 얼라인이 정확하게 이루어지지 못하게 된다. 이에 따라 mm 이하 수준으로 여러 대의 레이저 다이오드를 얼라인할 수 없는 문제가 있었다.

더구나, 서로 인접하는 레이저빔 출사부(204)로부터 레이저빔(205)이 조사되었을 때, 바닥 플레이트(208)에 조사되는 레이저빔(205)의 레이저 띠를 도 2a에서와 같이 정면에서 보았을 때에는 일직선으로 잘 정렬된 것처럼 보인다 하더라도, 도 2b에서와 같이 측면에서 보았을 때에는 서로 일직선으로 정렬되지 않는 경우가 발생하는 문제가 있었다.

본 고안은 이에 따라 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 멀티 레이저 비전 시스템의 4개의 실린더형 레이저 다이오드를 정밀하게 얼라인할 수 있도록 슬릿 구조물을 이용하는 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치를 제공함에 있다.

상술한 본 고안의 멀티 레이저 비젼 시스템의 얼라인 장치는 겐트리 로봇의 수평 거더의 하부면에 피가공부재인 곡판 부재를 스캐닝하고자 등간격으로 부착된 복수개의 레이저 비전 시스템들과; X-스테이지의 축이 프레임에 체결되는 고정블록에 수직하되 직선 모션이 가능하도록 체결되는 레일방향(X) 직선이동부와, 요잉 모션(Yawing Motion)을 위한 Z축 기준 회전 정밀조정부와, 피치 모션(Pitch Motion)을 위한 Y축 기준 회전 정밀조정부로 구성되어 레이저 비전 시스템의 각각에 부착되는 레이저 다이오드 조정블록과; 상기 각각의 레이저 다이오드 조정블록의 얼라인 기준으로 사용되도록 상기 겐트리 로봇의 수평거더의 중앙부에 설치되는 기준용 레이저 다이오드와; 상기 레이저 비젼 시스템들의 각각의 레이저 띠들이 일직선으로 정렬되고 수평으로 조사되도록 상면에 횡방향 슬릿이 형성된 슬릿 구조물을 포함한다.

본 고안의 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치는 공간상에서 2축 틸트 조정나사와 레일방향(X) 직선이동부가 구비된 레이저 다이오드 조정블록과 슬릿구 조물을 사용하여 정밀하게 조정할 수 있음으로서, 4개의 실린더형 레이저 다이오드를 정밀하게 얼라인 조정할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 동작 원리를 상세히 설명한다.

본 고안의 구체적인 핵심 기술요지를 살펴보면, 기준용 레이저 다이오드를 이용하여 기준 레이저띠를 겐트리의 Y축과 평행하게 세팅시킨 후, 레이저 다이오드 조정블록의 2축 틸트 조정나사를 이용하여 각각의 레이저 비전 시스템의 레이저띠들을 겐트리의 Z축에 수평으로 조정한 후, 레이저 다이오드 조정블록의 레일방향(X) 직선이동부와 슬릿 구조물을 이용하여 레이띠들을 하나의 레이저띠로 정밀하게 얼라인을 맞추게 된다.

도 3 및 도 4에는 도 1의 멀티 레이저 비전 시스템에 본 고안의 얼라인 장치로서 기준용 레이저 다이오드가 부착된 구성과, 얼라인용 레이저 다이오드 조정블록의 구성을 각각 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 레이저 비전 시스템(202)의 각각에는 도 4에 도시된 바와 같은 레이저 다이오드 조정블록(228)이 부착되며, 이와 같은 레이저 다이오드 조정블록(228)은 X-스테이지(X-stage)의 축이 프레임에 체결되는 고정블록에 수직하되 레일방향(X방향)으로 직선 모션이 가능하도록 체결되는 레일방향(X) 직선이동부(222)와, Z축에 대해 회전하는 요잉 모션(Yawing Motion)을 위한 Z축 기준 회전 정밀조정부(224)와, Y축에 대해 회전하는 피치 모션(Pitch Motion)을 위한 Y축 기준 회전 정밀조정부(226)로 이루어진다.

한편 겐트리 로봇(200)의 수평거더의 중앙부에는 하부면에 장착되는 4개의 레이저 다이오드 조정블록(228)을 정밀하게 얼라인하기 위한 기준으로서 사용되는 기준용 레이저 다이오드(260)가 설치되고, 이 기준용 레이저 다이오드(260)는 얼라인 작업시에만 작동하도록 제어된다.

이와 같이 구성된 멀티 레이저 비전 시스템을 구비한 비접촉식 3차원 형상 계측 및 가공장치는 레일(210)사이의 바닥 플레이트(208)상에 3차원 형상 피가공 부재로서의 곡판 부재(206)가 놓이게 되면, 겐트리 로봇(200)은 레일(210)을 따라 전후로 이동하게 되고, 이와 동시에, 겐트리 로봇(20)에 장착된 멀티 레이저 비전 시스템(202)의 레이저빔 출사부(204)는 레이저 다이오드(laser diode)로 구성됨에 따라, 레이저빔(205)를 조사하게 되며, 이 레이저빔 출사부(204)로부터 조사되는 레이저빔(205)을 이용하여 곡판 부재(206)의 3차원 형상을 스캐닝하고, 이 스캐닝된 영상 데이터를 통해 곡판 부재(206)의 3차원 형상을 계측하게 된다.

한편 도 5에는 도 1의 각각의 레이저 비전 시스템(202)의 레이저띠들을 하나의 레이저띠로 얼라인하기 위한 슬릿구조물을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 슬릿구조물(270)은 직사각형 형상으로, 그 상하면에 슬릿(272)이 횡방향으로 형성되어, 겐트리 로봇(200)의 Z축과 수직으로 정렬된 각각의 레이저띠들을 하나의 레이저띠로 얼라인하는데 사용된다. 즉, 슬릿구조물(270)을 바닥플레이트(208)에 놓고, 각각의 레이저띠들이 슬릿구조물(270)의 상하면에 형성된 슬릿(272)을 투과되도록 레이저 다이오드 조정블록(228)을 조정하면, 레이저띠들을 하나의 레이저띠로 편리하고 정밀하게 얼라인할 수 있다.

이와 같이 구성된 로봇 기반 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 90도 이상의 화각(viewing angle)과 라인 타입 기준용 레이저 다이오드 (reference laser diode)(260)을 이용하여 기준 레이저띠를 겐트리 로봇(200)의 Y축과 평행하게 세팅하고, 이어서, 상기 세팅이 완료된 기준용 레이저 다이오드(260)의 세팅 라인을 기준으로 레이저 비전 시스템(202)의 각각의 레이저띠들을 레이저 다이오드 조정블록(228)의 2축 틸트 조정나사, 즉 Z축에 대해 회전하는 요잉 모션(Yawing Motion)을 위한 Z축 기준 회전 정밀조정부(224)와, Y축에 대해 회전하는 피치 모션(Pitch Motion)을 위한 Y축 기준 회전 정밀조정부(226)를 조정하여 상기 겐트리 로봇(200)의 Z축에 정확하게 수평이 되도록 조정한다.

이때, 2축 틸트 조정나사의 조정 시, 기준용 레이저 다이오드(260)의 기준 레이저띠와 각각의 레이저 비전 시스템(202)의 레이저띠가 서로 평행하도록 레이저 다이오드 조정블록(228)을 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 각각의 레이저띠 모두가 겐트리 로봇(200)의 Z축에 정확하게 수평이 되도록 레이저 다이오드 조정블록(228)이 조정되면, 도 5에 도시된 바와 같이 상하면에 슬릿(272)이 각각 횡방향으로 형성되어 있는 슬릿구조물(270)을 이용하여 레이저띠가 슬릿(272)을 정확하게 투과될 수 있도록 각각의 레이저 다이오드 조정블록(228)에 설치된 레일방향(X) 직선이동부(222)를 이동하여 X축을 따라 일정 간격을 가지는 레이저띠들을 하나의 레이저띠로 얼라인하게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 로봇 기반 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치 에 의하면, 기준용 레이저 다이오드(260)를 세팅시킨 후, 2축 틸트 조정나사의 Z축 및 Y축 기준 회전 정밀조정부(224,226)로 레이저띠들을 겐트리 로봇(200)의 Z축에 수평으로 조정한 후, Y축 틸트용 지그(도시하지 않음)를 상하로 이동하면서 틸트방향 기준으로 틸트각도를 조정하고, 슬릿구조물(270)과 레일방향(X) 직선이동부(222)를 이용하여 레이저띠를 하나의 레이저띠로 정밀하게 얼라인을 맞추게 된다.

한편 상술한 본 고안의 설명에서는 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치에 대한 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 고안의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 고안의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 실용신안등록청구범위에 의해 정하여져야 한다.

도 1은 멀티 레이저 비전 시스템을 이용한 3차원 계측 장치를 나타내는 사시도이고,

도 2는 도 1의 계측 장치의 레이저 정렬을 나타내는 개략도이고,

도 3은 도 1의 멀티 레이저 비전 시스템에 본 고안의 얼라인 장치로서 기준용 레이저 다이오드가 부착된 구성을 나타내는 사시도이고,

도 4는 본 고안의 일실시예에 따른 멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치로서 얼라인용 레이저 다이오드 조정블록의 구성을 나타내는 구성도이고,

도 5는 각각의 레이저 비전 시스템의 레이저띠들을 하나의 레이저띠로 얼라인하기 위한 슬릿구조물을 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

200 : 겐트리 로봇 202 : 레이저 비전 시스템

204 : 레이저빔 출사부 205 : 레이저빔

206 : 곡판 부재 210 : 레일

220 : 카메라 222 : 레일방향(X) 직선이동부

224 : Z축 기준 회전 정밀조정부 226 : Y축 기준 회전 정밀조정부

228 : 레이저 다이오드 조정블록 260 : 기준용 레이저 다이오드

270 : 슬릿구조물 272 : 슬릿

Claims (2)

1. 피가공 부재인 곡판 부재가 놓이는 바닥 플레이트 양측에 일정한 길이로 형성된 레일과, 상기 레일의 상부에 상기 레일을 따라 전후로 이동할 수 있도록 설치되는 수직 프레임과 이 수직 프레임을 연결하는 수평 거더로 구성된 겐트리 로봇;

   상기 겐트리 로봇의 수평 거더의 하부면에 상기 곡판 부재를 스캐닝하고자 등간격으로 부착된 복수개의 레이저 비전 시스템들;

   X-스테이지(X-stage)의 축이 프레임에 체결되는 고정블록에 수직하되 레일방향(X방향)으로 직선 모션이 가능하도록 체결되는 레일방향(X) 직선이동부와, Z축에 대해 회전하는 요잉 모션(Yawing Motion)을 위한 Z축 기준 회전 정밀조정부와, Y축에 대해 회전하는 피치 모션(Pitch Motion)을 위한 Y축 기준 회전 정밀조정부로 구성되어, 상기 레이저 비전 시스템의 각각에 부착되는 레이저 다이오드 조정블록;

   상기 각각의 레이저 다이오드 조정블록의 얼라인하는 기준으로 사용되도록 상기 겐트리 로봇의 수평거더의 중앙부에 설치되는 기준용 레이저 다이오드; 및

   상기 레이저 비젼 시스템들의 각각의 레이저 띠들이 일직선으로 정렬되고 수평으로 조사되도록 상면에 횡방향 슬릿이 형성된 슬릿 구조물을 포함하는

   멀티 레이저 비전 시스템의 얼라인 장치.
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