KR20100028391A - 곡면 부재 계측 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 곡면 부재 계측 시스템은, 갠트리의 이동을 통해 십자 레이저 빔 계측기의 X, Y 및 Z축 방향 이동을 제어하는 이동 제어부와, 곡면 부재의 꼭지점 정보 및 곡면 부재의 경계 계측 결과를 토대로 경계 계측 이동 방향을 결정하는 경계 추적 제어부와, 경계 추적 제어부에 의해 결정된 경계 계측 이동 방향을 토대로 이동 제어부에 의해 제어되는 갠트리의 위치 정보 및 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 곡면 부재의 경계면에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 경계 계측 데이터 생성부와, 곡면 부재의 경계 계측 데이터를 토대로 곡면 부재 내에서 내부 계측을 위한 양 축의 경로를 생성하는 내부 경로 생성부와, 내부 계측 경로 및 내부 계측 결과를 토대로 내부 계측 이동 방향을 결정하는 내부 높이 추적 제어부와, 내부 높이 추적 제어부에 의해 결정된 이동 방향을 토대로 이동 제어부에 의해 제어되는 갠트리의 위치 정보 및 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 곡면 부재의 내부에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 내부 계측 데이터 생성부와, 경계 계측 데이터와 내부 계측 데이터를 이용하여 곡면 부재의 3차원 형상 데이터를 생성하는 3차원 곡면 생성부를 포함한다.
십자 레이저 빔, 곡면, 경계면, 높이

Description

곡면 부재 계측 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING A CURVED SURFACE}
본 발명은 곡면 부재 계측에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 십자 레이저 빔을 이용한 곡면 부재 계측 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 선박의 외부 패널은 추진저항을 감소시켜 수중을 효율적으로 항해하도록 하기 위해 복잡한 비전개성 곡면을 가지는 약 10mm 내지 30mm 두께의 곡판부재로 구성되며, 이러한 곡면의 외부 패널을 형성하기 위해서는 일반적으로 선형 가열이라고 하는 가공법을 통해 가스 버너 등을 이용하여 강판의 표면을 국부적으로 가열해서 발생되는 소성 변형으로 인한 강판의 면외각변형 또는 면내수축변형을 통해 소망하는 형상으로 가공하고 있다.
또한, 위와 같이 가공된 선박의 곡판부재 등과 같은 공작물에 대해서는 원하는 형태로 정확한 가공이 되었는지 여부에 대한 계측이 필요한데, 이러한 선박용 곡판부재의 계측 및 제작에는 줄자, 수공구, 나무재질의 상형곡형 등을 이용한 사 람에 의한 계측이 수행되었다.
이러한 곡판부재의 계측은 가공 완료 평가, 가열선 생성 및 가공이 완료된 후에 절단선 마킹 작업에 이용된다.
그런데, 사람에 의해 수작업으로 수행되는 계측 기술에 의하면 대형 곡판부재의 계측을 수작업에 의존함에 따라 계측 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 계측 데이터의 정확도가 떨어지는 등 많은 문제점이 있었다. 특히, 선박의 선수미 부분에 사용되는 곡판부재는 그 형상이 더욱 다양하여 부위별로 사전 제작된 나무 재질의 상형곡형을 이용하여 가공 및 계측하는데, 상형곡형의 재질이 대부분 나무로 제작되며 원하는 곡면 형상 부재로의 정확한 가공을 위해 하나의 곡판부재가 완성될 때까지 다수 번 반복적으로 사용됨에 따라, 주변 온도와 작업자의 관리 소홀 등과 같은 여러 가지 주변 요인에 의하여 소성변형이 일어나게 되어 형상 오차가 유발되는 등, 정확한 가공 및 계측에 어려운 문제점이 있었다.
한편, 이러한 수작업 계측 기술의 문제점을 해결하기 위해 피 계측부재에 대해 비접촉 방식으로 형상을 계측하는 비접촉 계측 장치 및 방법이 제안되었다.
비접촉 계측 방법으로는 곡면에 레이저를 수직으로 조사한 후 반사되는 레이저의 도달 시간을 토대로 높이를 측정하는 레이저 거리 센서(LDS : Laser Distance Sensor)를 이용한 계측 방식과, 레이저를 일축으로 조사한 후 이를 카메라로 촬영하여 카메라에 의해 촬영된 영상을 분석하여 3차원 상의 높이값을 알아내는 레이저 비전 시스템을 이용한 계측 방식과, 변위 센서를 곡면에 물리적으로 접촉해서 곡면을 따라 이동함에 따른 높이 값을 측정하는 방식 등이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 비접촉 계측 방식 중 하나인 레이저 비젼 시스템을 이용하여 곡판부재의 형상을 계측하는 상황을 나타내고 있다.
피 계측부재인 사각형 또는 이와 유사한 형태의 곡판부재(10)의 형상을 계측할 때에 곡판부재(10)의 가장자리(edge)면을 계측하기 위해서는 먼저 곡판부재(10)의 일측 방향으로 레이저 발생기(20)에 의한 라인형의 레이저빔(21)을 조사한 상태에서 카메라(도시 생략됨)를 이용하여 곡판부재(10)에 조사된 레이저빔 영상을 촬영하며, 레이저 발생기(20)를 기계적으로 회전시켜서 곡판부재(10)의 타측 방향으로 레이저 발생기(20)에 의한 라인형의 레이저빔(21)을 조사한 상태에서 카메라(도시 생략됨)를 이용하여 곡판부재(10)에 조사된 레이저빔 영상을 촬영한다. 여기서 레이저 발생기(20)를 회전시킨다 함은 레이저 발생기(20)와 카메라가 모듈화된 레이저 비전 모듈을 기계적으로 회전시키는 것을 의미한다.
이와 같이 카메라를 통해 획득한 영상으로부터 소정의 계측점 데이터들을 추출하며, 계측점 데이터들은 모델링(modeling)을 통해 곡면으로 표현되어 곡판부재(10)의 3차원 형상 계측 데이터의 생성 시에 레이저 비전 모듈의 회전 정보와 함께 사용된다.
종래의 곡판 부재의 형상을 계측하는 방법은 곡면의 많은 부분을 촬영하기 위한 카메라를 곡면과 먼 거리에 위치시키기 때문에 촬영한 곡면의 해상도가 떨어져 측정 데이터의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 레이저 비전 시스템은 계측 시 1축(X축)으로 이동을 하기 때문에 부재의 경계면이 Y축에 평행하게 놓인 경우 레이저가 부재 경계면과 평행하게 조사되면서 경계면 계측이 정확하게 이루어지지 않는 문제점이 있다. 특히, 후공저을 위해 정확한 경계면 추출이 요구되는 개선 부재의 경우 경계면을 정확하게 계측하지 못함에 따라 후공정에서 큰 문제점을 일으킬 수 있다.
본 발명은 십자 레이저 빔 계측기를 이용하여 곡면 부재와 십자 레이저 빔 계측기간의 높이 추적을 통해 곡면 부재의 경계부의 계측 데이터 및 경계부 내부의 계측 데이터를 측정함으로서, 곡면 부재에 대한 계측 정확도를 향상시킨다.
본 발명의 곡면 부재 계측 시스템은, 십자 레이저 빔 계측기가 장착되며, 상기 십자 레이저 빔 계측기를 X, Y 및 Z축 방향으로 이동시키는 갠트리를 구비한 곡면 부재 계측 시스템으로서, 상기 갠트리의 이동을 통해 상기 십자 레이저 빔 계측기의 X, Y 및 Z축 방향 이동을 제어하는 이동 제어부와, 상기 곡면 부재의 꼭지점 정보 및 상기 곡면 부재의 경계 계측 결과를 토대로 경계 계측 이동 방향을 결정하 는 경계 추적 제어부와, 상기 경계 추적 제어부에 의해 결정된 상기 경계 계측 이동 방향을 토대로 상기 이동 제어부에 의해 제어되는 상기 갠트리의 위치 정보 및 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 상기 곡면 부재의 경계면에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 경계 계측 데이터 생성부와, 상기 곡면 부재의 경계 계측 데이터를 토대로 상기 곡면 부재 내에서 내부 계측을 위한 양 축(X축, Y축)의 경로를 생성하는 내부 경로 생성부와, 상기 내부 계측 경로 및 내부 계측 결과를 토대로 내부 계측 이동 방향을 결정하는 내부 높이 추적 제어부와, 상기 내부 높이 추적 제어부에 의해 결정된 상기 이동 방향을 토대로 상기 이동 제어부에 의해 제어되는 상기 갠트리의 위치 정보 및 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 상기 곡면 부재의 내부에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 내부 계측 데이터 생성부와, 상기 경계 계측 데이터와 내부 계측 데이터를 이용하여 상기 곡면 부재의 3차원 형상 데이터를 생성하는 3차원 곡면 생성부를 포함한다.
본 발명은, 십자 레이저 빔 계측기가 장착되며, 상기 십자 레이저 빔 계측기를 X, Y 및 Z축 방향으로 이동시키는 갠트리를 구비한 곡면 부재 계측 시스템을 이용한 곡면 부재 계측 방법으로서, 상기 곡면 부재의 꼭지점을 계측하는 단계와, 상기 곡면 부재의 꼭지점 및 상기 곡면 부재의 경계 계측 결과를 토대로 경계 계측 이동 방향을 결정하는 단계와, 상기 경계 계측 이동 방향에 따라 상기 갠트리를 이동시킴에 따른 상기 갠트리의 위치 정보 및 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 상기 곡면 부재의 경계면에 대한 3차원 계측 데이터를 산 출하는 단계와, 상기 3차원 경계 계측 데이터를 이용하여 내부 계측 경로를 생성하는 단계와, 상기 내부 계측 경로 및 계측 결과의 높이값을 토대로 내부 계측 이동 방향을 결정하는 단계와, 상기 내부 계측 이동 방향을 토대로 상기 십자 레이저 빔 계측기를 이동시키면서 계측을 실시하여 3차원 내부 계측 데이터를 생성하는 단계와, 상기 3차원 경계 계측 데이터와 상기 3차원 내부 계측 데이터를 이용하여 상기 곡면 부재의 3차원 형상 곡면을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 십자 레이저 빔 계측기를 이용하여 곡면 부재의 형상을 계측함으로서, 곡면 부재의 계측 정확도를 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 곡면 부재 계측 시스템을 제어하는 제어 장치를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 도 2의 곡면 부재 계측 시스템을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 곡면 부재 계측 시스템의 제어 장치는 선행 계측 부(200), 경계 추적 제어부(202), 경계 계측 데이터 생성부(204), 이동 제어부(206), 십자 레이저 빔 계측기(208), 내부 경로 생성부(210), 내부 높이 추적 제어부(212), 내부 계측 데이터 생성부(214), 3차원 곡면 생성부(216) 및 갠트리(218)를 포함한다.
선행 계측부(200)는 곡면 부재의 꼭지점 정보를 획득하기 위해 곡면 부재에 대한 선행 계측을 수행하는 수단으로써, 그 예로 종래의 레이저 비전 모듈(도 1) 또는 인도어(Indoor) GPS 계측 장치 등을 들 수 있으며, 레이저 비전 모듈 또는 인도어 GPS 계측 장치를 이용하여 곡면 부재에 대한 선행 계측을 실시함으로써, 선행 계측 데이터를 생성하여 경계 추적 제어부(202)에 제공한다.
경계 추적 제어부(202)는 선행 계측부(200)에서 제공받은 선행 계측 데이터로부터 추출한 꼭지점 및 경계 계측 데이터 생성부(204)에서 제공받은 계측 결과를 토대로 실시간 경계 추적을 위한 이동 방향을 결정하여 이동 제어부(206)에 제공한다.
내부 높이 추적 제어부(212)는 내부 경로 생성부(210)에서 제공받은 내부 계측 경로 및 내부 계측 데이터 생성부(214)에서 제공받은 계측 높이값을 토대로 내부 이동 및 높이 추적을 위한 이동 방향을 결정하여 이동 제어부(206)에 제공한다.
이동 제어부(206)는 경계 추적 제어부(202) 및 내부 높이 추적 제어부(212)에서 제공받은 이동 방향으로 십자 레이저 빔 계측기(208)를 전진시키는데, 즉 갠트리(218)를 XYZ축 방향으로 이동시켜 십자 레이저 빔 계측기(208)를 이동시킨다.
내부 경로 생성부(210)는 경계 계측 데이터 생성부(204)에서 제공받은 곡면 부재의 3차원 경계 데이터를 이용하여 곡면 부재의 경계 범위 내에서 부재 내부를 아우르는 2축(X축, Y축)의 내부 계측 이동 경로를 생성한다.
십자 레이저 빔 계측기(208)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 캔트리(218) 상에 설치되어 갠트리(218)의 X축 및 Y축 방향의 이동을 통해 X축 및 Y축 방향의 이동을 통해 X축 및 Y축 방향으로 움직이며, 상하 이동을 통해 Z축 방향으로 움직인다. 이때, 십자 레이저 빔 계측기(208)의 이동은 이동 제어부(204)에 의해 제어된다. 곡면 부재의 경계면에 대한 데이터를 추출할 때 십자 레이저 빔 계측기(208)는 갠트리(218)에 장착되어 곡면 부재와 일정 높이를 유지하면서 곡면 부재면을 계측한다.
곡면 부재의 경계면에 대한 데이터를 추출할 때 십자 레이저 빔 계측기(208)는 갠트리(218)에 장착되어 곡면 부재와 일정 높이를 유지하면서 곡면 부재면을 계측하는데, 갠트리(218) 상에 설치된 십자 레이저 빔 계측기(208)를 X축 방향으로 이동시키거나 갠트리(218)를 Y축 방향으로 이동시켜 십자 레이저 빔 계측기(208)를 Y축 방향으로 이동시키거나 십자 레이저 빔 계측기(208)를 Z축 방향으로 이동시킨다.
본 발명에서 경계 계측 데이터 생성부(204)는 십자 레이저 빔 계측기(208)가 설치된 갠트리(218)의 위치 정보에 십자 레이저 빔 계측기(208)의 계측 결과를 더해 곡면 부재의 3차원 경계 계측 데이터를 생성한다.
한편, 경계 추적 제어부(202)는 선행 계측부(200)에서 제공된 선행 계측 데 이터로부터 추출한 꼭지점 및 십자 레이저 빔 계측기(208)에 의해 계측된 경계 계측 데이터를 토대로 계측기의 이동 방향을 결정하여 이동 제어부(206)에 제공한다. 즉, 경계 추적 제어부(202)는 곡면 부재의 경계 계측을 위해서 임의의 꼭지점을 시작점으로 하고, 다음 인접한 꼭지점을 목표점으로 하여 제어를 시작하는데, 계측 결과로부터 부재의 경계에 해당되는 점을 추출하여, 계측기가 부재 경계 면으로부터 일정한 높이를 유지하고 십자 레이저 빔의 교차점이 부재의 경계 면에 맺힐 수 있도록 하는 다음 이동 방향을 결정하며, 이 방향 정보를 이동 제어부(206)에 제공하여 십자 레이저 빔 계측기(208)의 위치를 제어한다.
본 발명에 이용되는 십자 레이저 빔 계측기(208)는 이동 제어부(206)에 의해 이동되어 해당 위치에서의 곡면 부재에 대한 계측을 수행하는 수단으로써, 십자 레이저 빔 계측기(208)를 X, Y, Z축 상으로 이동시킬 수 있는 갠트리(218) 상에 설치될 수 있다. 즉, 십자 레이저 빔 계측기(208)는 이동 제어부(206)의 제어에 따라 X, Y, Z축으로 이동하면서 해당 위치에서의 곡면 부재에 대한 계측을 수행하여 3차원 계측 데이터를 생성한다.
이러한 십자 레이저 빔 계측기(208)에 대한 설명은 도 4를 참조하여 설명한다.
본 발명에 적용되는 십자 레이저 빔 계측기(208)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 십자형 레이저빔(311)을 피 계측부재에 조사하는 레이저 발생기(310)와, 피 계측부재에 조사된 십자형 레이저빔(311)에 의한 레이저빔 영상(321, 331)을 촬영하는 한 쌍의 카메라(320, 330)와, 레이저 발생기(310)와 한 쌍의 카메라(320, 330) 가 일체로 설치된 단일의 고정체(340)를 포함한다. 레이저 발생기(310)는 고정체(340)에 일체로 결합된 케이스(350)의 내부에 십자형 레이저빔(311)의 교차축을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 한 쌍의 카메라(320, 330)는 각각의 광축이 상호 직교하도록 고정체(340)에 설치된다.
이와 같은 십자 레이저 빔 계측기(208)에 의하면 피 측정부재인 곡면 부재에는 레이저 발생기(310)에 의해 십자형 레이저빔(311)이 조사된다. 여기서 레이저 발생기(310)로부터 조사된 십자형 레이저빔(311)을 수직 라인빔과 수평 라인빔으로 분리하여 칭할 때에 한 쌍의 카메라(320, 330) 중에서 어느 한 카메라는 수직 라인빔에 의한 레이저빔 영상을 획득하기 위한 수단이며, 다른 한 카메라는 수평 라인빔에 의한 레이저빔 영상을 획득하기 위한 수단이다. 아울러 이를 위해서는 수직 라인빔 성분과 수평 라인빔 성분 중에서 어느 한 성분을 선택적으로 필터링하여야 한다.
이러한 필터링을 위해서는 카메라(320, 330)에 의한 영상 획득 경로 상에 필터링 수단을 구비하거나 카메라(320, 330)에 의해 획득된 영상 데이터를 필터링 처리하여야 한다.
또한, 본 발명에서는 한 쌍의 카메라(320, 330)가 상호 광축이 직교하도록 고정체(340)에 설치되어 있으므로 어느 한 카메라에 십자형 레이저빔(311)의 수직 라인빔이 수직 영상 성분으로 획득되고 수평 라인빔이 수평 영상 성분으로 획득되면 다른 한 카메라에는 십자형 레이저빔(311)의 수직 라인빔이 수평 영상 성분으로 획득되고 수평 라인빔이 수직 영상 성분으로 획득된다.
따라서 한 쌍의 카메라(320, 330)에 의해 획득된 영상 데이터를 필터링 처리할 때에 한 쌍의 카메라(320, 330)를 기준으로 보면 공통적으로 수직 영상 성분을 필터링하여 제거하면 곡면 부재에 대한 3차원 계측 데이터 중 Z축 좌표값을 얻을 수 있다.
내부 경로 생성부(210)는 경계 계측 데이터 생성부(204)로부터 제공받은 경계 계측 데이터를 토대로 내부 계측 경로를 생성하는데, 앞 단계에서 추출한 부개 경계 데이터를 토대로 계측 경로가 부재 내부에 생성되도록 하며, 이때 부재 가장 자리의 굴곡 정보를 고려하여 굴곡이 심한 경우에는 영역을 재귀적으로 분할해가며 부재의 전역을 균등하게 아우를 수 있는 내부 계측 경로를 생성한다. 내부 경로는 X축, Y축 정보로 구성되며, 내부 높이 추적 제어부(212)에 제공된다.
내부 높이 추적 제어부(212)는 내부 경로 생성부(210)에서 제공된 계측 경로 데이터와 십자 레이저 빔 계측기(208)에 의해 계측된 내부 계측 데이터를 토대로 계측기의 이동 방향을 결정하여, 이동 제어부(208)에 제공한다. 즉, 내부 높이 추적 제어부 (212)는 곡면 부재의 내부 계측을 위해서 내부 계측 경로에 의거하여 X축, Y축 방향으로 이동시킴과 더불어 레이저 촬영을 실시하고, 촬영된 영상을 분석하여 높이값을 계측한 후, 계측기가 부재 상면으로부터 일정한 높이를 유지하도록 계측기의 다음 이동 방향을 결정한다. 이 방향 정보를 이동 제어부(206)에 제공하여 십자 레이저 빔 계측기(208)의 위치를 제어한다.
이와 같이, 내부 계측 경로에 의거하여 십자 레이저 빔 계측기(208)의 이동과 레이저 촬영 및 십자 레이저 빔 계측기(208)의 높이 방향의 조정을 반복 실시함 으로써, 내부 계측 경로에 대응되는 높이값 및 갠트리(218)의 위치 정보가 내부계측 데이터 생성부(214)에 제공되며, 내부 계측 데이터 생성부(214)는 갠트리 위치 정보 및 높이값을 이용하여 내부 계측 경로에 대응되는 3차원 내부 계측 데이터를 산출한다.
모델링 곡면 생성부(216)는 3차원 내부 계측 데이터와 3차원 경계 계측 데이터를 이용해 수학적 모델링을 실시하여, 피 계측 곡면 부재에 대한 수학적 곡면을 생성한다. 이로써 곡면 부재에 대한 캐드 데이터와 비교 및 정도 산출이 가능해진다.
상기와 같은 구성을 갖는 곡면 부재 계측 장치가 동작하는 과정에 대해 도 5및 도 6a 내지 도 6f를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 곡면 부재 계측 과정을 도시한 흐름도이며, 도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계측 과정에 따른 곡판 부재의 형상을 계측하는 상황을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 선행 계측부(200)는 도 6a에 도시된 바와 같은 곡면 부재의 꼭지점(A, B, C, D)을 계측한다(S500).
그런 다음, 경계 추적 제어부(202)는 곡면 부재의 꼭지점(A, B, C, D)을 이용하여 경계 계측의 최초 이동 방향을 결정(S502)하는데, 즉 도 6b에 도시된 바와 같이, A 꼭지점을 시작으로 B 꼭지 점까지를 제 1 이동방향(600)으로 설정하고, B 꼭지 점을 시작으로 C 꼭지 점까지를 제 2 이동방향(602)으로 설정하며, C 꼭지 점을 시작으로 D 꼭지 점까지를 제 3 이동방향(604)으로 설정하며, D 꼭지 점을 시작 으로 A 꼭지 점까지를 제 4 이동방향(606)으로 설정한다.
이후, 도 6c에 도시된 바와 같이, 경계 추적 제어부(202)는 상기에서 설정한 것과 같이 최초 이동 방향을 결정하고, 이 후에는 십자 레이저 빔 계측기(208)를 이동시키면서 계측한 계측 결과로부터 이미지 프로세싱을 통해 경계점을 산출하고, 십자 레이저 빔 계측기(208)의 양 축 레이저 빔의 교차점이 경계면에 조사되고, 기 설정한 일정한 높이값을 유지하도록 다음 이동 방향을 결정하여 이동 제어부(206)에 제공한다. 다시 말해서, 최초 이동 방향에 의거하여 갠트리(218)를 이동시키면서 경계 계측을 실시하는데, 즉 최초 이동 방향에 의거한 이동 갠트리(218)의 위치 정보 및 십자 레이저 빔 계측기(208)에서 계측된 계측 결과를 이용하여 경계 계측을 실시(S504)한 다음, 경계 계측이 완료되었는지를 판단(S506)하고, S506의 판단 결과 경계 계측이 완료되지 않은 경우 경계 계측 결과에 의거하여 다음 이동 방향을 결정(S508)하며, 결정된 다음 이동 방향을 이동 제어부(206)에 제공한 후 S504로 진행한다.
S506의 판단 결과, 경계 계측이 완료되면, 도 6d에 도시된 바와 같이, 경계 계측 데이터 생성부(204)는 S504에 의해 계측된 경계 계측 데이터, 즉 결정된 이동 방향에 의거하여 갠트리(218)를 이동시키며, 이에 따른 갠트리(218)의 위치 정보와 십자 레이저 빔 계측기(208)로부터 제공받은 계측 결과를 이용하여 부재 경계면에 대한 3차원 계측 데이터를 생성한다.
이후, 내부 경로 생성부(210)는 3차원 경계 계측 데이터를 이용하여 도 6e와 같은 곡면 부재의 내부 계측 경로(L)를 생성한다(S510). 이때, 내부 계측 경로(L) 는 부재 경계의 내부에 생성되고, 경계의 굴곡 정도를 판단하여, 굴곡이 심한 경우에는 영역을 재귀적으로 분할해 가면서 부재 전 영역을 균등하게 아우를 수 있는 내부 계측 경로(L)를 생성한다.
십자 레이저 빔 계측기(208) 및 갠트리(218)는 S510에 의해 설정된 내부 계측 경로(L)를 토대로 이동 제어부(206)에 의해 이동되어 곡면 부재의 내부에 대한 계측을 실시함으로써, 도 6f에 도시된 바와 같은 내부 계측 경로(L)에 따른 3차원 계측 데이터를 생성한다(S512). 즉, 내부 계측 경로(L)를 토대로 갠트리(218)는 X축 및 Y축 방향으로 이동된다. 이에 따라 십자 레이저 빔 계측기(208)는 촬영된 레이저 영상을 통해 높이값을 계측하여 내부 높이 추적 제어부(212)에 제공하며, 내부 높이 추적 제어부(212)는 계측기가 부재 상면으로부터 일정한 높이를 유지할 수 있도록 하는 이동 방향을 계산하여 이동 제어부(206)에 제공한다.
내부 계측 데이터 생성부(214)는 갠트리(218)의 위치 정보 및 계측된 높이값을 토대로 내부 계측 경로(L)에 대응되는 3차원 내부 계측 데이터를 생성한다.
모델링 곡면 생성부(216)는 경계 계측 데이터와 내부 계측 데이터를 필터링 한 후, 곡면 모델링을 실시하여, 도 6g에 도시된 바와 같은 곡면으로 표현되는 3차원 형상 데이터를 생성한다(S514).
지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 비접촉 계측 장치를 이용하여 곡면 부재의 형상을 계측하는 상황을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 곡면 부재 계측을 위한 제어 장치를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 곡면 부재 계측 시스템을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명에 이용되는 십자 레이저 빔 계측기를 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 곡면 부재 계측 과정을 도시한 흐름도이며,
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 계측 과정에 따른 곡판 부재의 형상을 계측하는 상황을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
200 : 선행 계측부 202 : 경계 추적 제어부
204 : 경계 계측 데이터 생성부 206 : 이동 제어부
208 : 십자 레이저 빔 계측기 210 : 내부 경로 생성부
212 : 내부 높이 추적 제어부 214 : 내부 계측 데이터 생성부
216 : 모델링 곡면 생성부 218 : 갠트리

Claims (7)

  1. 십자 레이저 빔 계측기가 장착되며, 상기 십자 레이저 빔 계측기를 X, Y 및 Z축 방향으로 이동시키는 갠트리를 구비한 곡면 부재 계측 시스템으로서,
    상기 갠트리의 이동을 통해 상기 십자 레이저 빔 계측기의 X, Y 및 Z축 방향 이동을 제어하는 이동 제어부와,
    상기 곡면 부재의 꼭지점 정보 및 상기 곡면 부재의 경계 계측 결과를 토대로 경계 계측 이동 방향을 결정하는 경계 추적 제어부와,
    상기 경계 추적 제어부에 의해 결정된 상기 경계 계측 이동 방향을 토대로 상기 이동 제어부에 의해 제어되는 상기 갠트리의 위치 정보 및 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 상기 곡면 부재의 경계면에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 경계 계측 데이터 생성부와,
    상기 곡면 부재의 경계 계측 데이터를 토대로 상기 곡면 부재 내에서 내부 계측을 위한 양 축(X축, Y축)의 경로를 생성하는 내부 경로 생성부와,
    상기 내부 계측 경로 및 내부 계측 결과를 토대로 내부 계측 이동 방향을 결정하는 내부 높이 추적 제어부와,
    상기 내부 높이 추적 제어부에 의해 결정된 상기 이동 방향을 토대로 상기 이동 제어부에 의해 제어되는 상기 갠트리의 위치 정보 및 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 상기 곡면 부재의 내부에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 내부 계측 데이터 생성부와,
    상기 경계 계측 데이터와 내부 계측 데이터를 이용하여 상기 곡면 부재의 3차원 형상 데이터를 생성하는 3차원 곡면 생성부
    를 포함하는 곡면 부재 계측 시스템
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경계 추적 제어부는, 상기 곡면 부재의 꼭지점 정보를 이용해 최초 이동 방향을 결정하고, 이후에는 상기 경계 계측 데이터 생성부에서 산출되는 경계 계측 결과로부터 경계점을 추출하여 상기 십자 레이저 빔 계측기의 레이저 빔 교차점이 상기 부재 경계면에 조사되도록 하며, 상기 십자 레이저 빔 계측기와 상기 곡면 부재 사이의 거리가 기 설정된 값이 되도록 이동 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 곡면 부재 계측 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 높이 추적 제어부는, 상기 내부 계측 경로에 따라 상기 갠트리의 이동을 통해 획득한 내부 계측 결과로부터 상기 십자 레이저 빔 계측기의 높이값을 산출하며, 상기 십자 레이저 빔 계측기와 상기 곡면 부재 사이의 거리가 기 설정된 값이 되도록 이동 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 곡면 부재 계측 시스템.
  4. 십자 레이저 빔 계측기가 장착되며, 상기 십자 레이저 빔 계측기를 X. Y 및 Z축 방향으로 이동시키는 갠트리를 구비한 곡면 부재 계측 시스템을 이용한 곡면 부재 계측 방법으로서,
    상기 곡면 부재의 꼭지점을 계측하는 단계와,
    상기 곡면 부재의 꼭지점 및 상기 곡면 부재의 경계 계측 결과를 토대로 경계 계측 이동 방향을 결정하는 단계와,
    상기 경계 계측 이동 방향에 따라 상기 갠트리를 이동시킴에 따른 상기 갠트리의 위치 정보 및 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 계측 값을 이용하여 상기 곡면 부재의 경계면에 대한 3차원 계측 데이터를 산출하는 단계와,
    상기 3차원 경계 계측 데이터를 이용하여 내부 계측 경로를 생성하는 단계와,
    상기 내부 계측 경로 및 계측 결과의 높이값을 토대로 내부 계측 이동 방향을 결정하는 단계와,
    상기 내부 계측 이동 방향을 토대로 상기 십자 레이저 빔 계측기를 이동시키면서 계측을 실시하여 3차원 내부 계측 데이터를 생성하는 단계와,
    상기 3차원 경계 계측 데이터와 상기 3차원 내부 계측 데이터를 이용하여 상기 곡면 부재의 3차원 형상 곡면을 생성하는 단계
    를 포함하는 곡면 부재 계측 방법
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 계측 경로를 생성하는 단계는, 상기 경계 계측 데이터를 토대로 상기 곡면 부재 가장자리의 굴곡 정도를 고려하여, 굴곡이 심한 경우에는 영역을 재귀적으로 분할하여 부재의 전역을 균등하게 아우를 수 있는 상기 내부 계측 경로를 부재의 내부에 생성하는 것을 특징으로 하는 십자 레이저 빔을 이용한 곡면 부재 계측 방법
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 경계 계측 데이터를 생성하는 단계는, 상기 경계 계측 시 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 높이 값을 이용하여 상기 십자 레이저 빔 계측기와 상기 곡면 부재 사이의 거리가 기 설정된 값이 되도록 상기 십자 레이저 빔 계측기의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 곡면 부재 계측 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 계측 데이터를 생성하는 단계는, 상기 십자 레이저 빔 계측기에서 출력되는 높이 값을 이용하여 상기 십자 레이저 빔 계측기와 상기 곡면 부재 사이의 거리가 기 설정된 값이 되도록 상기 십자 레이저 빔 계측기의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 곡면 부재 계측 방법.
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