KR20100122419A

KR20100122419A - 발의 3차원 검사장치 및 검사방법

Info

Publication number: KR20100122419A
Application number: KR1020090041447A
Authority: KR
Inventors: 강철권
Original assignee: 강철권
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-22

Abstract

본 발명은 종래 기술에 있어서 3차원 측정장치로 발바닥을 측정할 때 최적의 거리 설정이 필요한데 매촬영시마다 거리조절을 해야하는 번거로움이 있었던 단점과 발바닥의 압력분포를 분석하는 족압분석장치는 육안으로만 판독하므로 기록을 남기지 못하는 문제점이 있었던 바, 이를 해결하기 위해 3차원 측정장치와 족압분석장치를 결합함으로써 족압분석결과를 컴퓨터에 이미지 파일로 기록하고, 족압분석장치에 의해 3차원 측정 거리도 쉽게 결정이 되어 3차원 측정의 거리조절을 용이하게 하는 발의 3차원 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 응용분야는 맞춤 신발창 및 신발 제작, 의료분야 등이 있다.

3차원 측정, 족압분석, 발 검사

Description

발의 3차원 검사장치 및 검사방법 {DEVICE FOR INSPECTING 3-D SHAPE OF FOOT AND METHOD FOR THE SAME}

도 1은 종래의 족압분석장치의 일예를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 필수구성요소를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2의 구성요소에 발꿈치 촬영수단이 추가된 필수구성요소를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5는 도 2와 도 3에 대한 본 발명의 일실시예를 나타낸 도면이다.

도 6은 발바닥 반사 거울이 없는 경우의 실시예로서 발꿈치 뒤쪽 위치에서 바라본 도면이다.

도 7은 3차원 측정장치로 줄무늬 양말을 이용한 3차원 측정장치를 구성요소로한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 8은 3차원 측정장치로 줄무늬 투사 프로젝터를 이용한 3차원 측정장치를 구성요소로한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 9는 족압분석장치를 통해 본 발바닥의 이미지를 도시한 도면이다.

도 10은 종골이분선 각도 계산을 하는 발꿈치의 이미지를 도시한 도면이다.

본 발명은 발의 3차원 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발바닥의 표면의 3차원 형상데이터를 획득하고, 아울러 발바닥의 압력분포형태(압력분포모양)를 촬영하여 그 이미지를 저장한 후, 이러한 디지털 데이터들로부터 맞춤 신발창의 제조에 유용한 정보를 제공하기 위함이다.

맞춤 신발창을 제조하기 위해 먼저 고객의 발을 검사해야 하는데 이러한 검사단계에서 종래 기술의 일예로서, 3차원 측정장치 또는 족압분석장치가 각각 제안된 바 있다.

(1) 3차원 측정장치(3D Scanner)

3차원 형상을 측정하는 장치로서, 이러한 3차원 형상 데이터는 (x,y,z)의 좌표값들로 이루어진다. 3차원 측정장치를 이용해 발바닥을 촬영하면 발바닥의 3차원 형상에 대한 좌표값들이 나오는 바, 이를 3D 소프트웨어에서 편집하여 3차원의 맞춤 신발창 데이터를 만들어낼 수 있다.

(2) 족압분석장치(족저경;Podoscope)

도 1에 도시한 바와 같이 발바닥 압력분포를 알아볼 수 있는 장치로서, 조명(11)이 일측면에 부착된 투명 유리 위에 발을 올려놓으면 바닥에 부착된 거울(12)을 통해 발의 무게중심과 압력을 볼 수 있도록 되어 있다. 발바닥에서 밝게 보이는 부분은 압력이 높은 경우이다. 바닥의 거울에 비친 발바닥 압력으로부터 정상인의 발, 요족, 평발, 선상족, 첨족, 외반모지발 등 발의 상태를 판단할 수 있다.

이러한 종래 기술은 맞춤 신발창을 제작하려는 고객의 발 검사에 상당한 기여를 해왔으나, 각각 따로따로 이용되고 있어 고객이 여러 장비에서 따로 검사를 해야하는 불편함이 있었다. 예컨대, 3차원 측정 장치만을 사용할 경우 3차원 측정시 최적의 거리 설정이 필요한데 매촬영시마다 거리조절을 해야하는 번거로움이 있었고, 발바닥의 압력분포를 분석하는 족압분석장치는 육안으로만 판독하므로 기록을 남기지 못하는 문제점으로 인해 그 결과를 저장할 방법이 없어 추후 고객의 재방문시 예전 발바닥 압력분포결과와 비교하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 3차원 측정장치와, 발바닥의 압력분포형태를 촬영(확인)하는 족압분석장치를 결합한 발의 3차원 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 3차원 측정장치와, 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 족압분석장치와, 상기 3차원 측정장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치를 포함한다.

보다 바람직하게, 상기 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 수단으로 상기 3차원 측정장치에 포함된 카메라를 이용하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치를 포함한다.

보다 바람직하게, 상기 제어부에 연결하여(부가하여) 종골이분선의 각도 계산을 위해 발꿈치의 영상을 획득하는 촬영수단을 포함한다.

또 다른 측면에 의한 본 발명은, 족압분석장치를 이용하여 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 단계와, 제어부로 3차원 측정장치를 제어하여 발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 단계와, 상기 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 수단으로 상기 3차원 측정장치에 포함된 카메라를 이용하는 단계를 포함하여 구성된다.

보다 바람직하게, 상기 제어부에 연결한(부가한) 촬영수단을 이용하여 종골이분선의 각도 계산을 위해 발꿈치의 영상을 획득하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 단계와 발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 단계는 순서를 바꾸어도 무방하다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 필수구성요소를 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 도 2및 도 3에 대하여 본 발명의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 2, 도 3에서 (A)는 본 발명인 발의 3차원 검사장치의 평면도이고, (B)는 우측면도이며, (C)는 아래측면도이다. 도 4, 도 5의 도면 배치도 이와 동일하다.

도 2는 발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 3차원 측정장치(23, 24)와, 발바닥의 압력분포형태를 촬영(확인)하는 족압분석장치(21, 22; 25, 26)와, 상기 3차원 측정장치를 제어하는 제어부(27)가 구비된다. 도 3은 상기 제어부(27)에 부가하여(연결되어; 32) 종골이분선의 각도 계산을 위해 발꿈치의 영상을 획득하는 촬영수단(31)을 포함하여 구비된다.

먼저, 3차원 측정장치(23, 24)에 대하여 설명한다.

도 2 내지 도 5에 예시된 3차원 측정장치는 2개의 카메라(23, 24) 또는 1개의 카메라(24) 및 1개의 프로젝터(23)로 구성된다. 등록특허(10-0764419)인 '불규칙패턴을 이용한 3차원 형상측정장치 및 측정방법'을 참고하면 2개의 카메라와 줄무늬 양말 또는 1개의 카메라 1개의 프로젝터(줄무늬 투사 프로젝터)를 사용하는 것을 확인할 수 있다.

일반적으로 3차원 측정장치는 측정 정밀도, 측정 반복성을 보장하기 위해 스테레오 비전(stereo vision : 2개의 카메라, 또는 1개의 카메라 및 1개의 프로젝터)으로 구성된다. 스테레오 비전이 아닌 싱글 비전(단지 1개의 카메라만 사용)방식으로 이미지의 초점, 농도 값을 분석하여 3차원 측정(거리값 측정)을 하는 경우가 있으나, 초점 및 농도는 조명 밝기와 같은 주위환경에 민감하고 사람의 육안을 이용하는 경우가 많아 정밀도 및 측정 반복성을 보장하지 못하는 단점이 있다. 본 발명의 구성요소인 3차원 측정장치는 정밀도, 측정 반복성이 보장되는 스테레오 비전 방식을 의미한다. 3차원 측정장치의 일예로 상기 등록특허(10-0764419)의 발명 을 사용할 경우 3차원 측정 결과값은 발바닥 표면에 밀착된 줄무늬 선들에 대한 (x, y, z) 좌표값들이다.

이 3차원 측정장치만으로 자유로운 상태에서 발바닥을 3차원으로 측정할 경우 사용자가 자의적으로 정한 임의의 거리(3차원 측정장치와 발바닥간의 거리)와 임의의 각도(3차원 측정장치가 발바닥을 바라보는 각도)에서 측정하게 되는데, 거리가 멀면 해상도가 낮아지고 거리가 가까우면 해상도가 높아지게 되어 사용자에 따라 매번 데이터의 해상도와 발의 촬영 각도가 달라지게 되어 상당히 불편한 문제가 있었다.

이의 해결을 위해 도 4에서 보면 본 발명인 발의 3차원 검사장치의 내부에서 발바닥 측정경로(41)를 통해서 발바닥을 촬영하여 발바닥의 3차원 형상(도 7, 도 8 참조)을 구하게 되는데, 아래에서 설명할 발바닥 밀착용 투명유리를 포함하는 족압분석장치(21, 22; 25, 26)가 결합이 되면서 측정거리(발바닥 측정경로(41)의 거리와 동일: 3차원 측정장치 앞면에서 투명 유리까지의 거리)가 도 4에서 보는 바와 같이 기구적으로 고정되게 된다. 즉, 본 발명인 발의 3차원 검사장치의 전체 하우징(housing, 덮개, 케이스) 크기(가로, 세로, 높이)에 따라서 3차원 측정 거리값(41의 길이)이 고정되고, 양산할 경우 모든 3차원 측정장치에 대하여 동일한 측정 거리값을 설정할 수 있다. 또한, 발바닥을 투명 유리(또는 투명 아크릴; 25)에 붙인 상태에서 촬영할 때, 발바닥의 각도도 일정하게 유지할 수 있다. 사용자의 선택에 따라 발바닥을 1발만 올리거나 양발을 모두 투명 유리에 밀착하여 3차원 측정(촬영)이 가능하다.

다음으로, 족압분석장치(21, 22; 25, 26)에 대하여 설명한다.

도 2에서 족압분석장치(족저경;Podoscope)는 종래 기술과 관련하여 설명하면, 발바닥을 밀착시킬 투명 유리(또는 투명 아크릴; 25)위에 맨발을 올려놓고, 상기 투명유리 측면에 부착한 LED, 형광등 기타 이와 유사한 것을 사용한 조명수단(21)에 전원을 연결(22)하여 조명수단을 켠 상태에서, 발바닥 아래의 반사거울(26)을 통해 육안으로 발바닥의 압력을 분석하는 것이 일반적이었고, 육안으로 분석하는 족압분석장치(족저경)는 도 1에 도시되어 있다.

본 발명에서는 육안으로 족압을 분석하는 대신에 상기 3차원 측정장치(23, 24)의 구성요소인 카메라(24)로 발바닥의 압력분포(압력상태)를 촬영하여 이미지 파일 형태로 제어부(27)에 저장하게 된다. 따라서, 고객 발바닥의 압력분포를 날짜를 달리하여 여러번 촬영한 이미지 데이터를 서로 비교해 볼 수 있다.

별도의 카메라를 제어부에 연결하여 발바닥의 압력분포를 촬영하는 것도 가능하지만, 3차원 측정장치에 포함된 카메라를 재이용함이 더 경제적이다. 3차원 측정장치에 포함된 카메라는 3차원 측정에도 사용되고, 발바닥 압력분포 촬영에도 사용된다.

그리고, 육안으로 족압을 분석하는 경우 발바닥 반사거울이 필요하지만, 본 발명에서와 같이 카메라(24)로 발바닥의 압력분포(압력상태)를 촬영하는 경우 반사거울은 필수가 아니다. 반사거울이 없는 경우의 실시예는 도 6에 도시되어 있는 바, 3차원 측정장치가 측면이 아닌 바닥면에 부착되어 위를 향해 바라보는 구조로 되어 있다.

다음으로, 제어부(27)에 대하여 설명한다.

제어부(27)는 데스크탑 컴퓨터, 노트북, 마이크로 프로세서 또는 이와 동일한 기능을 수행하는 장치가 사용될 수 있다. 제어부(27)는 3차원 측정장치(23, 24)를 제어하며, 아래에서 설명할 종골이분선의 각도 계산을 위해 발꿈치의 영상을 획득하는 촬영수단(31)을 제어하여 발꿈치의 영상을 촬영하고 그 이미지 데이터를 저장한다.

또한 사용자의 선택에 따라 족압분석장치의 조명수단(21)을 제어부에 연결(22)하는 경우, 제어부에서 자동으로 조명수단의 켜기/끄기 제어가 가능하다. 제어부에 연결되지 않은 경우 스위치를 달아 수동으로 조명수단을 켜고, 끌 수 있다.

마지막으로, 발꿈치의 영상을 획득하는 촬영수단(31)에 대하여 설명한다.

도 3 및 도 5에서 촬영수단(31)은 제어부(27)에 연결(32)하어 제어부에 의해 발꿈치 영상을 촬영(51)하며, 발 검사시 발꿈치 방향에 부착되어 있다. 도 10에서와 같이 종골이분선(101, 102)의 각도(103)를 계산하기 위한 발꿈치 영상을 촬영한다. 이러한 촬영수단으로는 CCD카메라, CMOS카메라, 화상카메라, 웹카메라, 디지털카메라 등이 사용된다.

종골이분선(Calcaneal bisection line 또는 Heel bisection line)은 발꿈치의 중심선으로 그 각도는 맞춤 깔창을 제조함에 있어서 중요하다. 종골이분선의 기 울어진 방향에 따라 고객이 발이 평발인지 요족인지를 판별할 수 있고, 종골이분선의 각도는 맞춤 깔창의 경사 각도에 반영되고, 나아가 그 각도를 기록하여 객관적인 데이터를 남길 수 있으므로 중요한 기준이 된다.

도 4는 본 발명의 실시예로서, 발바닥의 3차원 측정장치와 족압분석장치, 상기 3차원 측정장치를 제어하는 제어부가 도시되며, 상기 3차원 측정장치에 포함된 카메라로 발바닥의 압력분포형태를 촬영(41)하는 모습이 도시 되어 있다.

도 5는 본 발명의 실시예로서, 도 4의 제어부에 부가하여 종골이분선의 각도를 계산하기 위한 발꿈치 영상을 촬영(51)하는 촬영수단을 포함하여 도시되어 있다.

도 6은 본 발명의 실시예로서, 도 3의 구성요소인 발바닥의 3차원 측정장치와 족압분석장치, 상기 3차원 측정장치를 제어하는 제어부와, 제어부에 부가된 발꿈치 영상을 촬영하는 촬영수단으로 구성되어 있으나, 필수구성요소가 아닌 발바닥 영상을 반사하는 반사거울(26)이 빠져있다. 반사거울이 없는 경우 3차원 측정장치가 반사거울을 통하지 않고, 직접 발바닥을 바라보게 되어 도시된 바와 같이 장치가 높아지게 된다.

도 7은 2개의 카메라를 포함한 3차원 측정장치로 왼발에 대하여 줄무늬 양말을 신고 발바닥을 측정한 3차원 발바닥 데이터가 도시되어 있다.

도 8은 1개의 카메라와 1개의 줄무늬 투사 프로젝터를 이용한 3차원 측정장치로 오른발에 대하여 맨발바닥을 측정한 3차원 발바닥 데이터가 도시되어 있다.

도 9는 본 발명의 구성요소인 족압분석장치를 통해 획득한 발바닥의 영상을 도시하고 있다. (A)는 족압분석장치의 투명유리위에 1개의 발을 올렸을 경우이고, (B)는 투명유리위에 두 발을 모두 올렸을 경우이다. 발바닥 영상에서 밝은 부분은 압력이 높은 영역이고, 어두운 부분은 압력이 낮은 영역이다. 이러한 촬영 이미지는 이미지 파일로 저장되어 영구 보존이 가능하다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

본 발명의 구성요소인 3차원 측정장치의 경우 단독 사용시 측정거리 및 측정각도 조절에 어려움이 있었던 바, 본 발명인 발의 3차원 검사장치의 전체 하우징(housing) 크기에 따라서 측정거리값이 고정되고, 양산할 경우 모든 3차원 측정장치에 대하여 동일한 측정 거리값을 설정할 수 있게 되었다.

족압분석장치는 육안으로 족압을 분석하는 대신에 상기 3차원 측정 장치의 구성요소인 카메라로 발바닥의 압력 상태를 촬영하여 디지털 데이터 형태로 제어부에 저장하게 되므로 고객 발바닥의 압력 상태를 여러번 촬영한 것을 서로 비교해 볼 수 있다.

그 결과 본 발명의 1개의 장치만으로도 발에 관해 여러가지 3차원 검사(발바 닥의 3차원 측정, 족압분석, 종골이분선 각도 측정)를 하고 그 측정한 3차원 데이터를 이용하여 CNC 가공을 하여 맞춤 신발창을 제작할 수 있고, 맞춤 신발 제작에도 이용할 수 있다. 발의 3차원 데이터를 이용하여 발이 불편한 환자를 대상으로 하는 의료분야(예컨대, 보행분석 등)에도 활용할 수 있다.

Claims

발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 3차원 측정장치와,

발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 족압분석장치와,

상기 3차원 측정장치를 제어하는 제어부를 포함하며,

상기 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 수단으로 상기 3차원 측정장치에 포함된 카메라를 이용하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부에 연결하여 종골이분선의 각도 계산을 위해 발꿈치의 영상을 획득하는 촬영수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 3차원 측정장치는 그 내부에 적어도 2대의 카메라를 사용하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
제1항에 있어서,

상기 3차원 측정장치는 그 내부에 적어도 1대의 카메라와 적어도 1대의 프로젝터를 사용하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
제2항에 있어서,

상기 3차원 측정장치는 그 내부에 적어도 2대의 카메라를 사용하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
제2항에 있어서,

상기 3차원 측정장치는 그 내부에 적어도 1대의 카메라와 적어도 1대의 프로젝터를 사용하는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 3차원 측정장치는 발의 3차원 검사장치의 전체 하우징 크기에 따라서 측정거리값이 고정되는 것을 특징으로 하는 발의 3차원 검사장치.
족압분석장치를 이용하여 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 단계와,

제어부로 3차원 측정장치를 제어하여 발바닥의 표면형상을 3차원으로 측정하는 단계와,

상기 발바닥의 압력분포형태를 촬영하는 수단으로 상기 3차원 측정장치에 포함된 카메라를 이용하는 단계를 포함하여 구성된 발의 3차원 검사방법.
제8항에 있어서,

상기 제어부에 연결한 촬영수단을 이용하여 종골이분선의 각도 계산을 위해 발꿈치의 영상을 획득하는 단계를 포함하여 구성된 발의 3차원 검사방법.