KR20100033741A

KR20100033741A - Ｃｃｄ 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템

Info

Publication number: KR20100033741A
Application number: KR1020080092755A
Authority: KR
Inventors: 송시명; 양종수; 김호경
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-03-31
Also published as: KR100986505B1

Abstract

본 발명은 위치 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박과 같이 거대한 구조물에 부착된 대상물(로봇이나 장비 등)의 위치를 측정함에 있어서 가볍고 이동성이 용이하며 작업자가 안전하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라 열악한 현장 환경이나 소음, 태양광 등의 영향을 받지 아니하고 정밀하게 위치를 측정할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.

선박, 위치 측정, 크로스 라인 레이저(cross line laser), CCD(charge coupled device) 카메라, 레이저 변위센서

Description

ＣＣＤ 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템{TOUCHLESS POSITIONING SYSTEM USING CCD CAMERA}

본 발명은 조선업 및 조선기자재 관련 기술에 속하는 것으로서, 선박과 같이 거대한 구조물에 부착된 대상물(로봇이나 장비 등)의 위치를 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.

현재 선박과 같이 거대한 구조물의 경우에는 광파기를 이용하여 구조물에 부착된 대상물(로봇이나 장비 등)의 위치를 측정한다.

그렇지만 이러한 장비는 고가이며 중량 또한 무거워 이동성이 용이하지 않다. 그리고 열악한 현장 환경이나 소음, 태양광 등 측정에 걸림돌이 되는 것이 많아 센서의 위치 측정 정도가 떨어지고 오차가 많이 발생한다.

또한 선체 외판에 위치 측정 시스템을 설치하는 작업은 상당히 위험하다. 즉, 선체 외판의 위치 기준점 설치 및 위치 측정 장비 설치는 선박이 계류된 상태 또는 선체 블록이 총조립(P.E)장에 거치된 상태에서 이루어지게 되므로 고소 작업에 따른 위험이 따르는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 선박과 같이 거대한 구조물에 부착된 대상물(로봇이나 장비 등)의 위치를 측정함에 있어서 가볍고 이동성이 용이하며 작업자가 안전하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라 열악한 현장 환경이나 소음, 태양광 등의 영향을 받지 아니하고 정밀하게 위치를 측정할 수 있도록 하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 측정 영역인 선체 외판에 한 쌍의 라인 레이저를 직교하도록 조사하여 기준점을 구현하는 크로스 라인 레이저(100); 측정 영역과의 거리를 레이저로 계측한 후 당해 거리에 따라 CCD 카메라(300)의 좌표를 현실 좌표로 보정하는 레이저 변위센서(200); 선체 외판에 장착된 대상물(1)을 측정하여 좌표에 표시하는 한편, 무선랜(310)을 통하여 측정된 대상물(1)의 위치 정보를 제어컴퓨터(400)로 전송하는 CCD 카메라(300); 및 CCD 카메라(300)로부터 수신한 대상물(1)의 위치 정보에 기초하여 대상물(1)의 위치 변화를 제어하는 제어컴퓨터(400)를 포함하는 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시 스템을 제시한다.

본 발명에 따른 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템은 가볍고 이동성이 용이하며 작업자가 안전하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 조선소의 열악한 현장 환경이나 소음, 태양광 등의 영향을 받지 아니하고 정밀하게 선체 외판에 장착된 대상물의 위치를 측정할 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템의 전체적인 구성을 나타내고 있는데, 본 발명은 크로스 라인 레이저(100), 레이저 변위센서(200), CCD 카메라(300) 및 제어컴퓨터(400)를 포함하여 이루어진다.

크로스 라인 레이저(cross line laser)(100)는 측정 영역인 선체 외판에 한 쌍의 라인 레이저를 직교하도록 조사하여 기준점을 구현하는 역할을 한다(도 2 참조). 이처럼 한 쌍의 라인 레이저가 직교하면서 구현하는 기준점은 추후 CCD 카메라(300)의 좌표에서 원점으로 지정된다.

이처럼 본 발명에 따른 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템은 종래와 같이 지형지물이나 별도의 센서 및 GPS를 사용하지 않아도 시스템 자체 내에서 기준점을 구현할 수 있어 작업의 신속성 및 신뢰성을 획득할 수 있다.

레이저 변위센서(200)는 측정 영역과의 거리를 레이저로 계측한 후 당해 거리에 따라 CCD 카메라(300)의 좌표(camera pixel)를 현실 좌표(real coordinate)로 보정하는 역할을 한다. 즉, CCD 카메라(300)로 대상물(1)(선체 외판에 부착된 로봇이나 장비 등)을 측정하는 경우 CCD 카메라(300)와 대상물(1) 간의 거리에 따라서 CCD 카메라(300)의 좌표와 현실 좌표가 달라지기 때문에 이것을 보정할 필요가 있으며(예를 들어, 선체 외판 상 임의의 두 점의 간격이 1미터(현실 좌표)이지만 CCD 카메라(300)의 좌표 상으로는 대응하는 두 점의 간격이 50센티미터로 나타나면 정확한 위치 측정이 불가능하게 된다), 이를 위하여 레이저 변위센서(200)를 사용하 여 CCD 카메라(300)와 대상물(1) 간의 거리를 측정하여 거리에 따라 달라지는 CCD 카메라(300)의 좌표와 현실 좌표 간의 차이를 없애고 CCD 카메라(300)의 좌표와 현실 좌표가 일치하게 되도록 하는 것이다(즉, 위의 예에서 선체 외판 상 임의의 두 점의 간격(현실 좌표)과 CCD 카메라(300)의 좌표 상에서 대응하는 두 점의 간격이 모두 1미터로 일치하게 되도록 하는 것이다).

이러한 레이저 변위센서(200)는 레이저를 이용해 변위(거리)를 측정하는 센서로서, 분해능이 0.01㎛에 달하는 등 매우 정밀한 측정이 가능하여 노광기의 정밀구동부 제어 등에 활용된다. 레이저 변위센서(200)가 검출체의 변위(거리)를 측정하는 원리는 다음과 같다. 레이저 변위센서(200)가 레이저를 발생시켜 검출체에 주사하면 검출체 표면에서 다양한 각도의 반사광이 발생하게 되는데, 이러한 반사광의 특성은 검출체의 표면 거칠기 등에 의존한다. 반사광은 레이저 변위센서(200)의 수광렌즈로 입사하게 되며, 이때 레이저 변위센서(200)의 광위치 검출소자에 도달한 반사광의 위치를 검출하면 반사광의 각을 알게 되고 따라서 검출체의 위치(거리)를 검출할 수 있게 되는 것이다.

이처럼 본 발명에 따른 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템은 레이저 변위센서(200)가 대상물(1)과 CCD 카메라(300) 사이의 거리에 따라 측정 영역을 자동으로 보정해 주기 때문에, 종래와 같이 작업자가 위험한 작업 영역에서 대상물을 직접 측정하지 않아도 되므로 작업자의 안전이 우선적으로 보장될 수 있다.

CCD 카메라(300)는 선체 외판에 장착된 대상물(1)을 측정하여 좌표에 표시하는 한편, 무선랜(310)을 통하여 측정된 대상물(1)의 위치 정보를 제어컴퓨터(400)로 전송하는 역할을 한다. 이때, CCD 카메라(300)의 좌표에 표시되어 있는 대상물(1)의 위치 및 이동 거리 등은 실제 선체 외판에서의 그것과 동일하다.

CCD(charge coupled device) 카메라(300)는 빛을 전하로 변환시켜 화상(畵像)을 얻어내는 장치이다. CCD는 여러 개의 축전기(condenser)가 쌍으로 상호 연결되어 있는 회로로 구성되어 있고, 회로 내의 각 축전기는 자신 주변의 축전지로 충적된 전하를 전달한다. CCD는 일반적으로 디지털 스틸 카메라, 광학 스캐너, 디지털 비디오 카메라와 같은 장치의 주요 부품으로 사용된다.

CCD 칩은 많은 포토다이오드들이 모여 있는 칩이다. 각각의 포토다이오드에 빛이 비추어지면 빛의 알갱이, 즉 photon의 양에 따라 전자가 생기고 해당 포토다이오드의 전자량이 각각 빛의 밝기를 뜻하게 되어 이 정보를 재구성함으로써 화면을 이루는 이미지 정보가 만들어진다. 각각의 포토다이오드에 생성된 전자의 양을 전달하기 위해서 여러 가지 방법이 쓰이는데, 크게 interline transfer, frame transfer, frame-interline transfer, fullframe 등의 방법이 있다.

한편, CCD 카메라(300)는 패턴 매칭을 이용하여 선체 외판 상을 이동하는 대상물(1)을 계속적으로 추적하면서 자동으로 측정한다.

패턴 매칭(pattern matching)이란 두 도형의 패턴에서 특정 벡터 간의 상이도나 유사도를 비교하여 일치 혹은 유사 여부를 판정하는 것으로, 어떤 일정한 형상이 입력되면 그 형상과 일치하거나 유사한 형상을 계속적으로 찾아서 match 시켜 주는 방법을 말한다. 패턴 매칭은 예를 들어 어떤 문자열 중에서 특정한 부분 문자열을 찾아내는 처리 등을 수행하는 데 매우 효과적으로 적용될 수 있다.

즉, CCD 카메라(300)는 미리 입력되어 있는 대상물(1)의 형상을 기억하고 있다가 대상물(1)이 이동하는 순간 선체 외판 상에서 이와 동일한 형상을 계속적으로 따라가면서 대상물(1)을 측정하게 되는 것이다. CCD 카메라(300)는 무선랜(310)을 통하여 이와 같이 측정된 대상물(1)의 위치 정보를 연속적으로 제어컴퓨터(400)로 전송한다.

그 결과 본 발명에 따르면 작업자가 선체 외판 상을 이동하는 대상물(1)을 일일이 쫓아가면서 측정할 필요가 없게 되므로 위치 측정 작업이 매우 쉽고 간편해진다. 또한 대상물(1)의 이동을 따라 개별적으로 측정하는 데서 유발되는 위치 측정 오차도 상당히 줄일 수 있다.

제어컴퓨터(400)는 CCD 카메라(300)로부터 수신한 대상물(1)의 위치 정보에 기초하여 대상물(1)의 위치 변화를 제어하는 역할을 한다.

즉, 제어컴퓨터(400)는 CCD 카메라(300)의 좌표계에 기초하여 대상물(1)의 위치를 정밀하게 파악하는 한편, 적극적으로는 대상물(1)의 정확한 이동 경로 및 목적 위치를 지정하여 이에 따라 대상물(1)이 이동하도록 명령함으로써 대상물(1)의 위치 변화를 정밀하게 제어하는 것이다. 이처럼 CCD 카메라(300)와 제어컴퓨터(400)가 실시간으로 상호 교신하는 결과 대상물(1)의 위치 측정 및 제어가 동시에 가능해지게 된다.

본 발명에 따른 제어컴퓨터(400)의 경우 그 크기에 대하여 특별한 제한을 두지는 아니하나, 가능하다면 소형으로 하여 제어컴퓨터(400)가 대상물(1)의 일부로 포함됨으로써 대상물(1)이 CCD 카메라(300)와 교신하면서 자신의 위치 변화를 스스로 제어할 수 있도록 하는 것이 좋다. 이로써 시스템이 보다 가벼워지고 이동 및 설치가 더욱 용이해질 수 있기 때문이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템의 전체적인 구성을 나타내고 있다.

도 2는 크로스 라인 레이저가 측정 영역의 기준점을 형성하는 상황을 나타내고 있다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1 : 대상물

100 : 크로스 라인 레이저

200 : 레이저 변위센서

300 : CCD 카메라

310 : 무선랜

400 : 제어컴퓨터

Claims

측정 영역인 선체 외판에 한 쌍의 라인 레이저를 직교하도록 조사하여 기준점을 구현하는 크로스 라인 레이저(100);

측정 영역과의 거리를 레이저로 계측한 후 당해 거리에 따라 CCD 카메라(300)의 좌표를 현실 좌표로 보정하는 레이저 변위센서(200);

선체 외판에 장착된 대상물(1)을 측정하여 좌표에 표시하는 한편, 무선랜(310)을 통하여 측정된 대상물(1)의 위치 정보를 제어컴퓨터(400)로 전송하는 CCD 카메라(300); 및

CCD 카메라(300)로부터 수신한 대상물(1)의 위치 정보에 기초하여 대상물(1)의 위치 변화를 제어하는 제어컴퓨터(400)

를 포함하는 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 CCD 카메라(300)는,

패턴 매칭을 이용하여 선체 외판 상을 이동하는 대상물(1)을 계속적으로 추적하면서 자동으로 측정하는 것을 특징으로 하는 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 제어컴퓨터(400)는,

대상물(1)의 일부로 포함됨으로써 대상물(1)이 CCD 카메라(300)와 교신하면서 자신의 위치 변화를 스스로 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 CCD 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템.