KR20090032496A - 원통형 빔생성기 및 원통형 빔생성방법 - Google Patents

원통형 빔생성기 및 원통형 빔생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통형 빔생성기 및 원통형 빔생성방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 원통형 빔생성기는 레이저빔을 주사하기 위한 빔생성기; 상기 빔생성기 일측에 마련되어 상기 빔생성기에서 나온 빛이 원을 형성하도록 투과시키는 필터; 및 상기 필터를 투과하여 나온 빛이 상기 빔생성기와 주사표면을 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 상기 필터와 이격되어 마련되는 렌즈;를 포함한다. 이러한 원통형 빔생성기를 이용하여 빔생성기에서 레이저빔을 주사하는 주사단계; 상기 주사단계에서 주사되어 나온 빛이 원을 형성하도록 필터로 투과시키는 투과단계; 및 상기 투과단계에서 나온 빛이 상기 빔생성기와 주사표면을 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 렌즈로 통과시키는 렌즈통과단계;를 포함해 원통형 빔을 생성하여 산업현장에서의 심트레킹(seam tracking) 작업을 정확하게 할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

Description

원통형 빔생성기 및 원통형 빔생성방법{CYLINDER TYPE BEAM GENERATOR AND CYLINDER TYPE BEAM GENERATING METHOD}
본 발명은 원통형 빔생성기 및 원통형 빔생성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업현장에서의 심트레킹(seam tracking) 작업에 있어 원통형 빔을 이용하는 기술에 관한 것이다.
시각 센서를 이용한 산업용 로봇의 작업은 보통 로봇의 end-effector에 카메라를 장착하여 작업 대상과 end-effector사이의 상대적인 위치 및 방향정보를 얻음으로써 이루어진다. 이러한 대상물체의 정보를 인식하는 대표적인 방식으로는 2대의 카메라를 이용한 stereo vision system과 특정한 패턴의 광원과 한대의 카메라로 구성되는 structured light system을 들 수 있다.
그 중에서 structured light system은 시스템 구성이 간단하고 처리시간이 빨라 산업용 로봇의 응용작업분야인 심트레킹(seam tracking), 도장(spray painting), 거리측정(range measurement), 결함검출(defect detection), 물체의 취급(object handling) 등 여러 분야에 사용된다. 이러한 structured light system은 포인트, 라인, 격자, 원 등 다양한 패턴의 광원을 사용하는데, 그 중에서도 원형패 턴은 패쇄형(closed shape)으로 대상의 불연속면을 인식하여 결함이나 seam 검출이 가능하며 측정면의 3차원 거리 및 방향정보를 모두 알 수 있고, dot나 line과 같이 단일 수식으로 표현이 가능해 3차원 정보의 계산시간이 빠르다는 장점이 있다.
이와 같은 장점으로 인해 종래에는 원형패턴을 주로 사용하여 결함이나 seam검출을 하였고, 특히 원형패턴을 원뿔형(cone)으로 주사하는 빔생성기를 이용하여 심트레킹(seam tracking)을 실시하였다.
여기서 종래의 원형패턴을 원뿔형으로 주사하는 빔 생성기에 대해 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
종래의 원뿔형으로 주사하는 빔 생성기는 빔생성기(101)와 필터(102)로 이루어져 있다. 빔생성기(101)에서 레이저빔을 주사하면 레이저빔이 빔생성기(101) 전단에 구비된 필터(102)를 투과하면서 원뿔형으로 주사표면(이하, 'seam 측정대상'을 지칭함)(103)에 주사되는 것이다. 여기서, 레이저빔이 원뿔형으로 주사될 수 있는 것은 필터(102)를 투과하기 때문이다.
그런데, 이러한 종래의 원형패턴을 원뿔형으로 주사하는 빔생성기를 이용하여 심트레킹(seam tracking)을 하면 다음과 같은 문제점이 있었다.
빔생성기(101)에서 주사되는 레이저빔이 필터(102)를 투과하여 원뿔형으로 주사되어 주사표면(103)에 링형태를 형성함에 있어 왜곡이 일어나 링두께가 일정하지 않고 퍼지게 되는 문제점이 있었다. 이런한 문제점을 해결하기 위해 필터(102)를 보완하여 왜곡현상을 개선하였지만, 개선하기 위해서는 고가의 장비가 요구되어 경제적인 부담을 주는 문제점이 발생하게 되었다.
또한, 원뿔형으로 주사하는 빔생성기를 이용하여 심트레킹(seam tracking)을 하면 seam 측정대상의 2차원 정보는 파악이 가능했지만 3차원 정보(예를 들면, 경사면의 seam 측정)를 파악하면 오차가 크게 발생하여 seam을 정확하게 측정하지 못하는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고가의 장비를 사용하지 않아도 왜곡이 거의 일어나지 않으며, 3차원 정보 파악이 용이하여 seam을 정확하게 측정할 수 있는 원통형 빔생성기 및 빔생성방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 빔생성기는, 레이저빔을 주사하기 위한 빔생성기; 상기 빔생성기 일측에 마련되어 상기 빔생성기에서 나온 빛이 원을 형성하도록 투과시키는 필터; 및 상기 필터를 투과하여 나온 빛이 상기 빔생성기와 주사표면을 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 상기 필터와 이격되어 마련되는 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 렌즈는 상기 빔생성기측으로 볼록한 반볼록렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 원통형 빔은, 빔생성기에서 레이저빔을 주사하는 주사단계; 상기 주사단계에서 주사되어 나온 빛이 원을 형성하도록 필터로 투과시키는 투과단계; 및 상기 투과단계에서 나온 빛이 상기 빔생성기와 주사표면을 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 렌즈로 통과시키는 렌즈통과단계;를 포함하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 렌즈는 상기 빔생성기측으로 볼록한 반볼록렌즈를 사용하는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 본 발명에 따른 원통형 빔생성기 및 빔생성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 고가의 장비를 사용하지 않아도 왜곡현상을 개선하여 심트레킹(seam tracking)을 할 수 있으므로 경제적이다.
둘째, seam 측정대상의 3차원 정보를 파악할 수 있으므로 평면 및 경사면 등의 seam도 정확하게 측정할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 원통형 빔생성기 및 빔생성방법에 대한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 빔생성기의 단면도이다.
도2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 원통형 빔생성기는 빔생성기(201), 필터(202), 렌즈(203), 경통(204)을 포함하여 구성된다.
빔생성기(201)는 레이저빔을 주사하기 위한 것으로 레이저빔은 99% 이상의 정원도를 갖는 dot레이저를 사용한다.
필터(202)는 빔생성기(201)에서 주사되는 레이저빔을 투과시켜 원하는 직경의 원뿔형 빔을 형성하기 위해 구성된다. 즉, dot레이저가 필터(202)를 통과함으로써 원뿔형 빔이 형성되는 것이다. 본 발명에서는 이러한 원뿔형 빔을 형성하기 위해 회절필터(diffraction filter)를 사용한다. 한편, 도2에서는 필터(202)가 빔생 성기(201)의 전단에 마련되어 빔생성기(201)와 필터(202)가 모듈화된 것을 도시하였지만, 빔생성기(201)와 필터(202)는 각각 독자적으로 마련될 수도 있다.
렌즈(203)는 필터(202)를 통과한 원뿔형 빔이 빔생성기(201)와 주사표면을 수직으로 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 하기 위해 구성된다. 즉, 원뿔형 빔이 렌즈(203)를 통과함으로써 원통형 빔이 형성되는 것이다. 원뿔형 빔만을 사용하여 주사표면에 주사시키면 링형태를 형성함에 있어, 빛의 왜곡이 일어나 링두께가 일정하지 않고 퍼지게 되는데, 렌즈(203)를 구성시킴으로써 이러한 현상을 개선할 수 있게 되는 것이다. 또한, 원뿔형 빔만을 이용하여 심트레킹(seam tracking)을 하면 seam 측정대상의 3차원 정보 파악이 어렵지만, 렌즈(203)를 통해 원통형 빔을 형성하여 심트레킹(seam tracking)을 하면 빛이 평행하게 주사표면에 주사되어 3차원 정보를 정확하게 파악할 수 있게 된다. 이러한 효과를 가져오는 렌즈(203)는 반볼록렌즈를 사용하는 것이 바람직한데, 볼록렌즈를 사용하면 빛이 평행하게 이동할 수 없기 때문이다. 또한, 반볼록렌즈의 볼록한 면이 빔생성기(201)측을 향하도록 배치하는 것이 바람직하다.
경통(204)은 빔생성기(201)에 렌즈(203)를 연결하기 위해 구성되는 것으로 경통(204)의 전단에 렌즈(203)를 구비하는 것이 바람직하며, 경통(204)의 길이에 따라 필터(202)와 렌즈(203) 사이의 거리 또는 렌즈(203)와 주사표면 사이의 거리 등을 조절할 수 있다.
참고적으로 본 발명에서는 빛이 렌즈(203)를 통과하면 구면수차(구면 거울이 나 렌즈 따위에서, 한 점에서 반사되거나 굴절된 빛이 곡률 때문에 다시 한 점에 모이지 않는 현상)가 발생할 수 있는데, 이러한 구면수차 발생을 줄이기 위해 상기한 렌즈(203)와 이격되어 또 다른 렌즈를 더 구성시켜 구면수차를 줄일 수도 있다.
도3은 원통형 빔생성기의 작동상태도이고, 도4는 주사표면에 원통형 빔이 주사된 상태를 도시한 것이다.
도3을 참조하여 살펴보면, 빔생성기(201)에서 레이저빔이 주사되어 필터(202)를 투과하면, dot레이저가 경통(204)의 전단에 구비된 렌즈(203)를 통과하지 전까지는 원뿔형을 형성하며 주사된다. dot레이저가 필터(202)를 투과함으로써 원뿔형 빔을 형성하게 되는 것이다. 형성된 원뿔형 빔이 렌즈(203)을 통과하게 되면 원뿔형을 형성하며 주사되던 빛이 원통형을 형성하게 된다. 여기서, 렌즈(203)는 빔생성기(201)측으로 볼록한 반볼록렌즈를 사용함으로써 렌즈(203)를 통과한 빛이 빔생성기(201)와 주사표면(205)을 수직으로 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있게 되어, 원통형 빔을 형성하게 되는 것이다. 렌즈(203)를 통과하여 나온 원통형 빔이 주사표면(205)에 주사되면, 도4에서와 같이 주사표면(205)의 seam에 링형태를 형성하게 된다.
도5는 경사면(205´)에 원통형 빔을 주사하는 원통형 빔생성기의 작동상태도이다. 작동상태에 대한 상세설명은 상술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 원통형 빔생성기에 의한 빔생성방법을 도6의 흐름도를 참조하여 설명하되, 편의상 순서를 붙여 설명한다.
1. 주사단계<S101>
빔생성기(201)를 통해 레이저빔을 주사한다. 이때, 주사되는 레이저빔은 99%의 정원도를 갖는 dot레이저이다.
2. 투과단계<S102>
주사단계에서 주사된 빛은 dot레이저이므로 dot레이저를 이용하여 심트레킹(seam tracking)을 하게되면 dot레이저가 주사표면에 주사되었을 때, seam을 측정할 수 있는 범위가 아주 좁아지게 된다. 따라서, 주사되는 빛이 원하는 직경으로 주사될 수 있도록 필터(202)로 투과시킨다. 이때, 빛이 필터(202)를 투과하면 원뿔형 빔이 형성된다.
3. 렌즈통과단계<S103>
투과단계에서 투과한 빛이 빔생성기(201)와 주사표면을 수직으로 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 렌즈(203)로 통과시킨다. 이렇게 원뿔형 빔이 렌즈(203)를 통과하면 원통형 빔이 생성된다. 여기서, 원통형 빔을 생성하기 위한 렌즈(203)는 빔생성기(201)측으로 볼록한 반볼록렌즈를 사용하는 것이 바람직하다. 볼록렌즈를 사용하면 빛이 평행하게 이동하지 못해 원통형 빔을 생성할 수 없기 때문이다.
이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
도1은 종래기술의 원뿔형 빔생성기에 대한 작동상태도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 빔생성기에 대한 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 빔생성기에 대한 작동상태도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 빔생성기에서 주사된 레이저빔이 주사표면에 주사된 상태를 도시한 것이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 경사면에 원통형 빔을 주사하는 원통형 빔생성기에 대한 작동상태도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 원통형 빔생성방법에 대한 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
201 : 빔생성기
202 : 필터
203 : 렌즈
204 : 경통

Claims (4)

  1. 레이저빔을 주사하기 위한 빔생성기;
    상기 빔생성기 일측에 마련되어 상기 빔생성기에서 나온 빛이 원을 형성하도록 투과시키는 필터; 및
    상기 필터를 투과하여 나온 빛이 상기 빔생성기와 주사표면을 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 상기 필터와 이격되어 마련되는 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 빔생성기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 빔생성기측으로 볼록한 반볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 원통형 빔생성기.
  3. 빔생성기에서 레이저빔을 주사하는 주사단계;
    상기 주사단계에서 주사되어 나온 빛이 원을 형성하도록 필터로 투과시키는 투과단계; 및
    상기 투과단계에서 나온 빛이 상기 빔생성기와 주사표면을 잇는 선에 평행하게 이동할 수 있도록 렌즈로 통과시키는 렌즈통과단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 빔 생성방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 빔생성기측으로 볼록한 반볼록렌즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 원통형 빔 생성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108414052A (zh) * 2018-03-09 2018-08-17 上海华测创时测控科技有限公司 基于红外激光的物位计

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