KR20110131789A

KR20110131789A - 3차원 공간인식센서

Info

Publication number: KR20110131789A
Application number: KR1020100051413A
Authority: KR
Inventors: 신혜진
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-07

Abstract

3차원 공간인식센서는 미러를 틸팅 가능하게 지지하는 미러 지지대를 포함하는 미러 어셈블리; 상기 미러 지지대와 결합 되며 중공이 형성된 회전체; 베이스에 설치되어 상기 회전체를 지지 및 회전시키는 수평 구동모터; 상기 미러에 연결되어 상기 미러를 틸팅 시키기 위한 링크 기구; 및 상기 베이스에 배치되며 상기 링크 기구를 승하강 시키기 위한 제1 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생 유닛 및 상기 제1 자기장 발생 유닛을 감싸며 제1 자기장과 작용하는 제2 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생 유닛을 포함하는 수직 구동 장치를 포함한다.

Description

3차원 공간인식센서{3D LASER RANGE FINDER SENSOR}

본 발명은 3차원 공간인식센서에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 공간인식센서는 광원, 회전체, 신호 처리부 등으로 구성되며, 광원으로부터 방출된 광이 물체에 부딪혀서 다시 되돌아왔을 때 그 신호를 검출하여 일련의 수치적 계산을 하여 거리 등을 판단하는 센서 중 하나이다.

3차원 공간인식센서의 회전체는 방출광 및 입사광의 각도를 변경시킴으로써 주어진 각도 범위 내에서 물체의 거리를 판단할 수 있도록 한다.

3차원 공간인식센서는 회전체에 배치된 미러, 미러를 틸팅 시키는 링크 기구를 포함한다. 3차원 공간인식센서는 링크 기구를 상하 운동시키기 위한 하나의 스텝핑 모터 및 회전체를 회전시키는 스핀들 모터를 포함한다. 스텝핑 모터는 리드 스크류를 회전시키고 리드 스크류의 회전에 의하여 링크 기구가 업-다운된다.

그러나, 종래 3차원 공간인식센서는 링크 기구를 업-다운 시키기 위해 스텝핑 모터 및 리드 스크류를 이용하기 때문에 리드 스크류로부터 소음이 발생 되고, 구조가 복잡하며, 용도에 따라 센서의 크기 제약으로 인하여 소형 스텝핑 모터를 사용할 수밖에 없기 때문에 링크 기구를 구동하기에 충분한 토크를 얻을 수 없으며, 리드 스크류의 제조 공차 및 구동 시 발생되는 편차로 인해 링크 기구를 정밀하게 제어하기 어려운 문제점을 갖는다.

본 발명은 소음 발생을 최소화하고, 보다 단순한 구조를 갖고, 링크 기구를 구동하기에 충분한 구동 토크를 갖고 링크 기구를 정밀하게 제어할 수 있는 3차원 공간인식센서를 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일실시예로서, 3차원 공간인식센서는 미러를 틸팅 가능하게 지지하는 미러 지지대를 포함하는 미러 어셈블리; 상기 미러 지지대와 결합 되며 중공이 형성된 회전체; 베이스에 설치되어 상기 회전체를 지지 및 회전시키는 수평 구동모터; 상기 미러에 연결되어 상기 미러를 틸팅 시키기 위한 링크 기구; 및 상기 베이스에 배치되며 상기 링크 기구를 승하강 시키기 위한 제1 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생 유닛 및 상기 제1 자기장 발생 유닛을 감싸며 제1 자기장과 작용하는 제2 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생 유닛을 포함하는 수직 구동 장치를 포함한다.

본 발명에 따른 3차원 공간인식센서에 의하면, 3차원 공간인식센서의 수직 구동 장치가 제1 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생 유닛 및 제1 자기장과 작용하는 제2 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생 유닛을 포함할 경우, 구동 소음을 크게 감소시킬 수 있고, 매우 큰 토크로 링크 기구를 구동할 수 있고 링크 기구를 매우 정밀하게 구동할 수 있어 3차원 공간인식센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간인식센서를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 3차원 공간인식센서를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 3차원 공간인식센서 중 수직 구동 장치 부분을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 3차원 공간인식센서 중 수직 구동 장치 부분의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 공간인식센서를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 3차원 공간인식센서를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 3차원 공간인식센서 중 수직 구동 장치 부분을 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 4을 참조하면, 3차원 공간인식센서(100)는 미러 어셈블리(130), 회전체(140), 수평 구동 모터(150), 링크 기구(134), 수직 구동 장치(160)를 포함한다.

3차원 공간인식센서(100)는 미러 어셈블리(130), 회전체(140), 수평 구동 모터(150), 링크 기구(134), 수직 구동 장치(160) 이외에 본체(110) 및 베이스(111)를 더 포함할 수 있다.

본체(110)는 입사광을 광신호로 센싱하는 수광소자, 상기 입사광을 상기 수광소자로 집광하는 집광렌즈, 레이저를 이용하여 광을 방출하는 발광소자 등을 포함할 수 있다.

본체(110)의 발광소자에서 발생 된 광은 후술될 미러에 의해 반사되어 외부로 방출된다. 방출되는 광의 방향은 미러의 회전 위치 및 기울기에 따라 변경된다. 또한, 대상 물체에 반사되어 되돌아온 광은 미러에 의해 반사된 후 본체(110)의 내부의 집광렌즈를 거쳐 상기 수광소자로 입사되고, 수광 소자로 입사된 광에 의하여 3차원 공간 또는 대상 물체와 이루는 거리를 인식할 수 있다.

미러 어셈블리(130)는 미러(131) 및 미러 지지대(132)를 포함한다. 미러 어셈블리(130)는 후술 될 회전체(140)의 상부에 결합 되어 회전체(140)와 함께 회전할 수 있다.

미러(131)는 미러(131)의 대향 하는 양쪽 측면들로부터 돌출된 미러 지지축(133)들을 갖는다. 한 쌍의 미러 지지축(133)들은 각각 미러 지지대(132)에 틸팅 가능하게 힌지 결합 된다. 미러 지지대(132)는 브라켓 형상을 갖는다.

회전체(140)는 중공을 갖는 원통체(141)와 미러 지지체(142)를 포함한다.

원통체(141)는 중공이 형성된 원통 형상을 갖고, 미러 지지체(142)는 플랜지 형상으로 원통체(141)의 상단에 결합되고, 미러 지지체(142)에는 미러 지지대(132)의 하단이 고정된다.

링크 기구(134)는 미러(131)에 일측 단부가 결합 되고, 링크 기구(134)의 상기 일측 단부와 대향 하는 타측 단부는 미러 베이스(135)와 결합된다. 승강 베어링(166)은 회전체(140)의 원통체(141)의 길이 방향을 따라 업-다운된다. 또한, 미러 베이스(135)는 미러(131)와 링크 기구(134)가 결합 되어 있기 때문에 회전체(140)의 회전에 따라 회전체(140)의 원주 방향으로 회전된다.

승강 베어링(166)의 외주면에는 플랜지 형상을 갖는 수직 이동체(162)가 결합되고, 수직 이동체(162)에는 수직 이동체(162)로부터 돌출된 브라켓(163)이 형성된다. 수직 이동체(162)의 업-다운에 따라서 승강 베어링(166) 및 미러 베이스(135)에 결합 된 링크 기구(134) 역시 업-다운된다.

브라켓(163)에는 브라켓(163)의 상면 및 상면과 대향 하는 하면을 관통하는 관통홀이 형성된다. 본 발명의 일실시예에서, 브라켓(163)은 회전체(140)를 중심으로 회전체(140)의 양쪽에 대칭 형상으로 형성된다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 수직 구동 장치(160)는 링크 기구(134)를 업-다운시켜 미러(131)를 틸팅 시킨다.

수직 구동 장치(160)는 제1 자기장 발생 유닛(160a) 및 제2 자기장 발생 유닛(160b)을 포함한다.

제1 자기장 발생 유닛(160a)은, 예를 들어, 원통체(141)의 길이 방향으로 형성되며 원통체(141)의 외주면과 평행하게 배치된 샤프트 형상을 갖는 마그네트일 수 있다. 샤프트 형상을 갖는 마그네트인 제1 자기장 발생 유닛(160a)으로부터는 제1 자기장이 발생 된다. 본 발명의 일실시예에서, 제1 자기장 발생 유닛(160a)은 소결 마그네트 또는 전자석일 수 있다. 제1 자기장 발생 유닛(160a)의 일측 단부는 베이스(111) 상에 고정된다.

제2 자기장 발생 유닛(160b)은 제1 자기장 발생 유닛(160a)을 감싼다. 제2 자기장 발생 유닛(160b)은 제1 자기장과 작용하여 링크 기구(134)를 상부로 상승 또는 링크 기구(134)를 하부로 하강시키는 제2 자기장을 발생시킨다.

제2 자기장 발생 유닛(160b)은 상기 제1 자기장 발생 유닛(160a)의 외측면을 따라 권취된 코일을 포함할 수 있다. 제2 자기장 발생 유닛(160b) 및 제1 자기장 발생 유닛(160a)이 상호 상대 운동할 수 있도록 제2 자기장 발생 유닛(160b) 및 제1 자기장 발생 유닛(160a)은 상호 소정 간격 이격 된다.

제2 자기장 발생 유닛(160b)에 포함된 코일에 전류를 인가하여 제2 자기장 발생 유닛(160b)으로부터 제2 자기장을 발생시키기 위해 베이스(111) 상에는 회로기판(113)이 배치된다. 회로 기판(113)은 코일에 순방향 전류 또는 역방향 전류를 인가할 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 3차원 공간인식센서 중 수직 구동 장치 부분의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 수직 구동 장치(160)는 링크 기구(134)를 업-다운시켜 미러(131)를 틸팅 시킨다.

제1 자기장 발생 유닛(160a)은, 예를 들어, 원통체(141)의 길이 방향으로 형성되며 원통체(141)의 외주면과 평행하게 배치된 샤프트(160c) 및 샤프트(160c)의 외주면에 권취된 코일일 수 있다. 샤프트(160c)에 권취된 코일을 포함하는 제1 자기장 발생 유닛(160a)으로부터는 제1 자기장이 발생 된다. 제1 자기장 발생 유닛(160a)의 샤프트(160c)의 일측 단부는 베이스(111) 상에 고정된다.

샤프트(160c)에 권취된 코일로부터 제1 자기장을 발생시키기 위해 제1 자기장 발생 유닛(160a)의 코일은 베이스(111)에 형성된 회로 기판(113)과 전기적으로 연결되며, 회로 기판(113)은 코일에 순방향 전류 또는 역방향 전류를 인가한다.

제2 자기장 발생 유닛(160b)은 제1 자기장 발생 유닛(160b)을 감싸며, 제2 자기장 발생 유닛(160b)은 제1 자기장 발생 유닛(160a)을 수납하기에 적합한 중공을 갖는 마그네트를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 제2 자기장 발생 유닛(160b)은 소결 마그네트 또는 전자석일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 수직 구동 장치(160)가 제1 자기장 발생 유닛(160a) 및 제2 자기장 발생 유닛(160b)을 포함할 경우, 구동 소음을 크게 감소시킬 수 있고, 매우 큰 토크로 링크 기구(134)를 구동할 수 있을 뿐만 아니라 링크 기구(134)를 매우 정밀하게 구동할 수 있어 3차원 공간인식센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예와 같이 제1 및 제2 자기장을 이용하여 링크 기구(134)를 업-다운하는 수직 구동 장치(160)를 구현할 경우, 모터를 사용하여 링크 기구(134)를 업-다운할 때 필수적인 동력 전달 유닛을 필요로 하지 않기 때문에 3차원 공간인식센서의 구조를 보다 컴팩트하게 구현할 수 있다.

수평 구동 모터(150)는 베이스(111)에 설치되어 회전체(140)의 원통체(141)를 지지 및 회전시킨다. 본 실시예에서, 수평 구동 모터(150)는, 예를 들어, 스핀들 모터일 수 있다.

수평 구동 모터(150)는 모터 지지체(151)에 의해 지지 되고, 모터 지지체(151)는 도 1에 도시된 베이스(111)에 배치 된 고정체(112)와 결합 된다. 모터 지지체(151)의 내측에는 회전체 지지 베어링(153)이 설치되어 원통체(141)를 회전 가능하게 지지한다. 수평 구동모터(150)는 원통체(141)의 외주면을 따라 배치되어 원통체(141)를 회전시킨다. 모터 지지체(151) 상에는 수평 구동모터(150)를 덮는 모터 상측 케이스(152)가 배치된다.

본 발명의 일실시예에서, 수직 구동 장치(160) 및 수평 구동 모터(150)는 독립적으로 제어되고, 이로 인해 수직 구동 장치(160) 및 수평 구동모터(150)의 회전각 제어에 따라 미러(131)의 회전 및 미러(131)의 틸팅을 동시에 수행할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 3차원 공간인식센서(100)는 리니어 가이드 유닛(164c,164e)들을 더 포함할 수 있고, 리니어 가이드 유닛(164c,164e)들은 각각 리니어 가이드(164a,164d) 및 리니어 가이드 블록(165a,165d)을 포함한다.

리니어 가이드 유닛(164c,164e)들은 회전체(140)를 기준으로 회전체(140)의 양쪽에 각각 배치되며, 한 쌍의 리니어 가이드 유닛(164c,164e)들은 회전체(140)를 기준으로 대칭되게 배치된 수직 구동 유닛(160)들 사이에 배치된다. 리니어 가이드 유닛(164c,164e)들은 원통체(141)와 평행하게 배치된다.

리니어 가이드(164a,164d)들은 수평 구동 모터(150)를 지지하는 모터 지지체(151) 상에 배치되며, 각 리니어 가이드 블록(165a,165d)들은 리니어 가이드(164a,164d)들과 슬라이드 가능하게 결합 된다.

리니어 가이드 유닛(164c,164e)들의 리니어 가이드 블록(165a,165d)들 및 리니어 가이드(164a,164d)들 사이에는 볼(ball)이 개재되어 보다 정밀한 슬라이드 운동을 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 한 쌍의 리니어 가이드 유닛(164c,164e)들을 사용할 경우, 축 공을 갖는 리니어 부시 및 리니어 부시에 끼워져 가이드 되는 리니어 축을 갖는 리니어 가이드 기구에 비하여 보다 안정적으로 링크 기구(134)를 수직 이동시킬 수 있다.

베이스(111) 상에서 보았을 때, 리니어 가이드 유닛(164c,164e) 및 수직 구동 장치(160)들은 각각 90˚직교하는 방향으로 배치 및 교대로 배치된다.

수직 이동체(162)는 모터 지지체(151)에 결합 된 복수개의 리니어 가이드 유닛(164c,164e)들 및 수직 구동 장치(160)의 제1 및 제2 자기장 발생 유닛(160a,160b)들에 의하여 상하로 슬라이드 이동된다.

제1 및 제2 자기장 발생 유닛(160a,160b)들은 비 접촉 방식으로 링크 기구(134)를 업-다운 시키기 때문에 소음이 발생 되지 않고 매우 큰 토크에 의하여 링크 기구(134)를 업-다운 시킬 수 있고, 매우 정밀하게 링크 기구(134)를 업-다운 시켜 미러(131)에 의한 광의 출사 및 입사 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 미러 어셈블리(130)를 지지하는 회전체(140)가 수평 구동모터(150)에 의하여 회전 및 수직 구동 장치(160)에 의해 링크 기구(134)가 회전체(140)에 대해 상하 이동함으로써, 미러(131)는 360° 회전 및 상하 이동하면서 광을 방출 및 광을 입사 받을 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 3차원 공간인식센서의 수직 구동 장치가 제1 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생 유닛 및 제1 자기장과 작용하는 제2 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생 유닛을 포함할 경우, 구동 소음을 크게 감소시킬 수 있고, 매우 큰 토크로 링크 기구를 구동할 수 있고 링크 기구를 매우 정밀하게 구동할 수 있어 3차원 공간인식센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100...3차원 공간인식센서 130...미러 어셈블리
140...회전체 150...수평 구동 모터
134...링크 기구 160...수직 구동 장치

Claims

미러를 틸팅 가능하게 지지하는 미러 지지대를 포함하는 미러 어셈블리;
상기 미러 지지대와 결합 되며 중공이 형성된 회전체;
베이스에 설치되어 상기 회전체를 지지 및 회전시키는 수평 구동모터;
상기 미러에 연결되어 상기 미러를 틸팅 시키기 위한 링크 기구; 및
상기 베이스에 배치되며 상기 링크 기구를 승하강 시키기 위한 제1 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생 유닛 및 상기 제1 자기장 발생 유닛을 감싸며 제1 자기장과 작용하는 제2 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생 유닛을 포함하는 수직 구동 장치를 포함하는 3차원 공간인식센서.
제1항에 있어서,
상기 수직 구동 장치는 상기 회전체를 기준으로 상기 회전체의 양쪽에 한 쌍이 배치된 3차원 공간인식센서.
제1항에 있어서,
상기 제1 자기장 발생 유닛은 상기 베이스에 고정되며 상기 회전체의 외주면과 평행하게 배치된 샤프트 형상의 마그네트를 포함하고, 상기 제2 자기장 발생 유닛은 상기 마그네트의 외주면을 감싸는 코일을 포함하는 3차원 공간인식센서.
제3항에 있어서,
상기 코일에 전류를 제공하여 상기 코일에 상기 제2 자기장을 발생시키는 회로 기판을 더 포함하는 3차원 공간인식센서.
제1항에 있어서,
상기 제1 자기장 발생 유닛은 상기 베이스에 고정되며 상기 회전체의 외주면과 평행하게 배치된 샤프트에 권취된 코일을 포함하고, 상기 제2 자기장 발생 유닛은 상기 코일이 삽입되는 중공을 갖는 중공 마그네트를 포함하는 3차원 공간인식센서.
제5항에 있어서,
상기 코일에 전류를 제공하여 상기 코일에 상기 제1 자기장을 발생시키는 회로 기판을 더 포함하는 3차원 공간인식센서.