KR20110136232A - 에어백의 팽창형상 측정시스템 및 측정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명, 에어백의 내부 또는 외부에 부착되는 복수 개의 마커들(Markers); 에어백이 팽창하여 에어백의 형상이 변화하는 동안 마커들의 위치를 추적하여 마커들의 연속적인 영상을 촬영하고, 각각 서로 다른 위치에 설치되어 서로 다른 방향에서 영상을 촬영하는 복수 개의 촬영장치들; 이러한 촬영장치들로부터 제공받은 영상들을 분석하여, 팽창하면서 형상이 변화하는 에어백의 3차원 연속이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 에어백의 팽창형상 측정시스템을 제공한다.
따라서 순간적으로 급격히 팽창하는 에어백의 형상변화를 연속적인 3차원 이미지로 구현하고, 나아가 에어백의 팽창속도와 변형되는 형상 등을 측정 및 추적하고 이를 정량화 하여, 에어백에 있어서 최적의 형상을 개발 및 설계할 수 있는 등 에어백의 제품개발에 주요한 정보를 제공할 수 있다.

Description

에어백의 팽창형상 측정시스템 및 측정방법 {Measurement system for inflation profile of air bag and method thereof}
본 발명은 에어백(Air bag)의 팽창형상 측정시스템 및 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어백이 팽창하면서 연속적으로 변화하는 형상을 3차원의 연속적인 이미지로 구현하고 나아가 팽창속도 등을 측정하고 정량화할 수 있는 에어백의 팽창형상 측정시스템 및 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 안전장치로서, 운전자와 스티어링 휠(Steering wheel) 사이, 또는 조수석의 승객과 대시 패널(Dash panel) 사이에 설치되어, 충돌 순간 팽창함으로써 충돌 시 운전자에게 가해지는 충격을 완화하여 운전자의 부상 등을 방지하는 에어백이 장착되어 있다. 이러한 에어백은 센서 등에 의하여 충돌 상태를 감지하면 ECU(Electronic Control Unit) 등의 제어부에서 상기 에어백으로 가스가 공급되도록 하여, 순간적으로 팽창(Inflation)한다. 즉, 상기 에어백은 운전자의 생명과 직결되는 중요한 안전장치로서 자동차의 성능만큼이나 중요한 개발요소이기도 하다.
그런데, 종래에는 순간적으로 급격히 팽창하는 에어백의 팽창형상을 정확히 측정하고 추적하기가 쉽지 않았기 때문에, 가스가 공급되는 유로의 설계, 에어백의 접는 방법 및 시간에 따라 팽창하는 모습 등과 같은 에어백의 전반적인 설계 및 디자인의 개발이 어려운 현실적인 문제를 내포하고 있었다.
본 발명은, 순간적으로 급격히 팽창하는 에어백의 형상변화를 연속적인 3차원 이미지로 구현하고, 나아가 에어백의 팽창속도와 변형되는 형상 등을 측정 및 추적하여 그 데이터를 정량화 할 수 있는 에어백의 팽창형상 측정시스템 및 측정방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 에어백의 내부 또는 외부에 부착되는 복수 개의 마커들(Markers); 상기 에어백이 팽창하여 상기 에어백의 형상이 변화하는 동안 상기 마커들의 위치를 추적하여 상기 마커들의 연속적인 영상을 촬영하고, 각각 서로 다른 위치에 설치되어 서로 다른 방향에서 상기 에어백을 촬영하는 복수 개의 촬영장치들; 및 상기 촬영장치들로부터 제공받은 상기 영상들을 분석하여, 팽창하면서 형상이 변화하는 상기 에어백의 3차원 연속이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 에어백의 팽창형상 측정시스템을 제공한다.
여기서, 상기 촬영장치는, 투시성 광(X-ray)을 이용하여 상기 마커들을 촬영하는 투시촬영기(Fluoroscopy)와, 상기 마커들을 사이에 두고 상기 투시촬영기의 대면하는 방향에 설치되어 상기 투시촬영기에서 상기 마커들을 투시한 상기 영상을 투영하는 스크린을 포함하며, 이때 상기 마커는, 상기 투시성 광(X-ray)이 투시하지 못하는 금속재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, RSA(Radiostereometric Analysis)방법을 이용하여 상기 영상들을 분석할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은, 에어백의 내부 또는 표면에 복수 개의 마커들을 부착하는 단계, 상기 에어백의 일방향 및 타방향에 각각 설치되며 상기 마커들을 투시하여 상기 마커들의 위치를 추적하여 상기 마커들의 연속적인 영상을 촬영하는 촬영장치들을 통하여, 상기 에어백이 팽창하는 동안 상기 에어백이 팽창하는 형상을 상기 일방향 및 타방향에서 각각 촬영하는 단계 및 상기 촬영장치들에 의하여 상기 에어백의 상기 일방향 및 타방향에서 각각 촬영된 상기 영상들을 제어부가 RSA(Radiostereometric Analysis)방법으로 분석하여, 팽창하면서 형상이 변화하는 상기 에어백의 3차원 연속이미지를 구현하는 단계를 포함하는 에어백의 팽창형상 측정방법을 제공한다. 이때, 상기 촬영장치는, 투시성 광(X-ray)을 이용하여 상기 마커들을 투시하는 투시촬영기와, 상기 마커들을 사이에 두고 상기 투시촬영기의 대면하는 방향에 설치되어 상기 투시촬영기에서 상기 마커들을 투시한 영상을 투영하고, 투영된 상기 영상을 상기 제어부로 제공하는 스크린을 포함한다.
본 발명에 따른 에어백의 팽창형상 측정시스템 및 측정방법에 의하면, 순간적으로 급격히 팽창하는 에어백의 형상변화를 연속적인 3차원 이미지로 구현하고, 나아가 에어백의 팽창속도와 변형되는 형상 등을 측정 및 추적하고 이를 정량화 하여, 에어백에 있어서 최적의 형상을 개발 및 설계할 수 있는 등 에어백의 제품개발의 주요정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어백의 팽창형상을 시간차를 두고 촬영한 사진들이다.
도 2는 도 1의 에어백의 팽창형상 측정시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 에어백의 팽창형상 측정시스템의 원리를 각각 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 에어백의 팽창형상 측정시스템에서 사용하는 RSA를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어백의 팽창형상 측정방법을 나타내는 절차도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에어백의 팽창형상을 시간차를 두고 촬영한 사진들이고, 도 2는 도 1의 에어백의 팽창형상 측정시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 도 2의 에어백의 팽창형상 측정시스템의 원리를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4a 내지 도 4c는 도 2의 에어백의 팽창형상 측정시스템에서 사용하는 RSA(Radiostereometric Analysis)를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 에어백의 팽창형상 측정시스템은, 도 1의 (a) 내지 (f)와 같이 팽창하는 에어백(10a,10b)에 있어서, 상기 에어백(10a,10b)의 팽창형상을 3차원 이미지로 구현하는 측정시스템으로서, 에어백(10a,10b)에 복수 개의 마커들(Markers;100)을 부착하고, 복수 개의 촬영장치(200; 도 3a참조)들을 이용하여 상기 에어백(10a,10b)에 대하여 각각 다른 방향을 향하도록 한 다음 상기 에어백(10a,10b)의 팽창형상을 연속적으로 투시촬영하여 복수 개의 영상을 얻은 후, 이를 RSA를 통하여 분석하여 상기 에어백(10a,10b)의 팽창형상을 연속적인 3차원 이미지로 구현하는 팽창형상 측정시스템이다.
이에 본 실시예의 구성을 도 2를 참조하여 상세히 살펴보면, 본 실시예는 에어백(10a,10b)에 부착되는 복수 개의 마커들(100)과, 복수 대의 촬영장치(200)들과, 제어부(300)를 포함한다.
상기 마커(100)는 복수 개가 상기 에어백(10a,10b)에 서로 이격되게 부착된다. 이때, 부착되는 상기 마커(100)들끼리의 간격은 상기 에어백(10a,10b)의 크기와 해석하고자 하는 이미지정도에 따라 그 간격을 설정할 수 있으며, 중점적으로 구현하고자 하는 에어백(10a,10b)의 부위에 따라 그 분포정도를 달리하여 부착시킬 수 있는 등 사용자에 따라 다양하게 할 수 있다.
또한, 상기 마커(100)는 상기 에어백(10a,10b)의 외부표면 뿐만 아니라, 필요에 따라서는 내부에도 선택적으로 부착될 수 있다. 이는 상기 촬영장치(200)가 대면하여 보이는 부분의 마커(100)뿐만 아니라 보이지 않는 마커(100)까지도 투시하여 촬영할 수 있기 때문이며, 이로 인하여 본 실시예는 최소한의 촬영장치(200)로 입체적인 에어백(10a,10b)의 외부 및 내부 변형을 추적하고 측정할 수 있게 된다.
한편, 상기 마커(100)는 상기 촬영장치(200)가 투시하지 못하는 재질의 금속재질로 형성되어, 후술하는 투시성 광이 투시될 때 스크린(212,222)으로 상기 마커(100)의 위치가 투영될 수 있도록 한다.
상기 촬영장치(200)는, 상기 에어백(10a,10b)이 팽창(Inflation)하여 상기 에어백(10a,10b)의 형상이 변화하는 동안 상기 마커(100)들의 위치를 연속적으로 추적하여 상기 마커(100)들의 연속적인 영상을 촬영하는 역할을 한다.
상세하게는, 상기 촬영장치(200)는, 투시성 광을 이용하여 상기 마커(100)들을 투시 촬영하는 고속 투시촬영기(Fluoroscopy;210,220)와, 상기 마커(100)들을 사이에 두고 상기 투시촬영기(210,220)의 대면하는 방향에 설치되어 상기 투시촬영기(210,220)에서 상기 마커(100)들을 투시한 상기 영상을 투영하고, 투영된 상기 영상을 상기 제어부(300)로 제공하는 스크린(212,222)을 포함한다. 여기서, 상기 투시성 광은 엑스레이(X-ray)를 적용할 수 있다. 하지만, 이는 일 실시예로 상기 투시성 광은 이외 상기 에어백(10a,10b)을 투시하여 상기 마커(100)들의 위치를 투영할 수 있는 투시성 광이라면 모두 가능하다고 볼 것이다.
한편, 상기 촬영장치(200)는, 복수 개의 투시촬영기(210,220)를 각각 서로 다른 위치에 설치되고 상기 에어백(10a,10b)과 상기 마커(100)들을 서로 다른 방향에서 촬영하여, 팽창 변화하는 상기 에어백(10a,10b)의 팽창형상을 다각도에서 입체적으로 촬영한다.
상기 제어부(300)는 상기 촬영장치(200)들로부터 제공받은 상기 영상들을 분석하여, 팽창하면서 형상이 변화하는 상기 에어백(10a,10b)의 3차원 연속이미지를 구현한다. 상세하게는, 상기 제어부(300)는 RSA(Radiostereometric Analysis)방법을 이용하여 상기 영상들을 분석하며, RSA방법에 있어서 후술되는 캘리브레이션 케이지를 이용하여 상기 투시촬영기(210,220)로부터 투시되는 투시성 광(X-ray 소스)과 상기 스크린(212,222)의 위치를 계산한다.
여기서, 상기 RSA방법의 원리에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
상기 RSA는 도 3a 및 도 3b에 나타난 바와 같이, 두개의 투시성 광(이하, X-ray 소스라고 한다)과, 두 대의 X-ray 이미징 장비(이하, 스크린이라 한다)를 이용하여 3차원에 있는 마커의 위치를 계산하는 방법이다. 먼저, 일측 방향으로 상기 X-Ray 소스로부터 스크린으로 X-Ray가 방출이 되는데, 이때 상기 X-ray소스와 스크린 사이에 마커가 있어, 상기 마커의 투영 이미지가 스크린에 맺히게 된다. 이를 이용, 두 개의 X-Ray 소스의 위치와 두 개의 스크린의 위치를 알게 되면, 스크린에 맺힌 마커의 위치로부터 3차원 마커의 위치를 역계산 할 수 있다.
한편, 상기한 RSA 계산에서는 X-ray 소스와 스크린의 위치를 정확히 계산하는 것이 중요한데, 이에 대하여 정육면체 형상의 캘리브레이션 케이지(calibration cage)의 전면과 후면에 구슬을 일정하게 배치한 경우를 예로 하여 살펴보기로 한다. 먼저, 도 4a를 참조하면, 상기 X-ray 소스와 스크린을 이용하여 상기 캘리브레이션 케이지의 X-Ray 이미지를 얻으면 이것으로부터 X-Ray 소스와 스크린 사이의 관계를 계산할 수 있다. 이 때 상기 캘리브레이션 케이지의 각 면에는 최소한 일직선상에 있지 않은 네 개의 마커가 있어야 하며, 또한 기준(Fiducial)평면 위에 상기 캘리브레이션 케이지의 기준 좌표계를 잡았을 때 기준평면과 컨트롤(Control)평면 위에 있는 모든 마커의 좌표를 정확히 알고 있어야 한다. 여기서, 상기 컨트롤평면은 상기 캘리브레이션 케이지에서 X-ray 소스와 대면하는 쪽의 면이고, 상기 기준평면은 상기 컨트롤평면과 대향되며 상기 스크린 쪽의 면이다.
이에, 상기 X-Ray 이미지로부터 X-Ray소스와 스크린의 관계를 찾는 캘리브레이션(Calibration)에 대하여 살펴보면, 상기 캘리브레이션은 두 단계로 이루어져 있다. 먼저, 도 4b를 참조하면 1단계에서는 스크린에 투영되어 맺힌 마커 중에 기준평면위에 있는 마커를 사용한다. 이 단계에서는 기준평면의 2D 좌표계에서, 이 평면 위의 네 마커의 좌표를 알고 있고, 스크린의 2D 좌표계에서 이 평면에 맺힌 네 개의 마커의 좌표를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 네 쌍의 좌표를 이용하여, 기준평면의 2D 좌표계가 스크린의 2D 좌표계에 매핑(Mapping)되는 2D-2D 변환식(매트릭스)을 계산할 수 있고, 역으로 스크린의 2D 좌표계가 기준평면의 2D 좌표계에 매핑되는 변환식도 계산할 수 있다. 이때 상기 RSA에서는 후자의 매핑식을 사용한다. 다음으로, 도 4c를 참조하면, 2단계에서는 컨트롤평면 위의 마커와 1단계에서 구한 매핑식을 이용한다. 여기서, 컨트롤평면 위의 네 개의 마커가 스크린 위에 투영하여 맺히면, 이 네 개의 마커의 스크린에서의 좌표를 1단계에서 구한 매핑식을 통하여 기준평면 위의 좌표로 변환할 수 있다. 또한 기준평면 위의 기준 좌표계에서 컨트롤평면 위에 있는 네 개의 마커의 좌표를 알고 있다. 이때, 상기 네 개의 좌표 쌍으로부터 네 직선을 만들 수 있고, 네 직선의 교차점이 X-Ray 소스의 위치가 된다.
상기 RSA에서는 두 쌍의 X-Ray 소스와 스크린이 있기 때문에 캘리브레이션 케이지의 네 면을 이용한다. 즉 두 면은 한 쌍의 X-Ray 소스와 스크린을 캘리브레이션하기 위해 쓰이고, 다른 두 면은 나머지 한 쌍을 캘리브레이션하기 위해 쓰인다. 이 때 네 면 중 한 면에 이 캘리브레이션 케이지의 기준 좌표계를 만들고, 캘리브레이션 케이지 위의 모든 마커의 좌표를 알고 있어야 한다. 이 방법을 통하여 캘리브레이션 케이지 위의 좌표계를 기준으로 두 X-Ray 소스의 위치 그리고, 두 이미징 평면을 두 기준평면으로 매핑식을 계산할 수 있다. 이 계산이 끝나면 임의의 마커가 두 개의 스크린에 맺혔을 때 캘리브레이션 케이지 위의 좌표계를 기준으로 3차원 위치를 계산할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 3차원 연속이미지를 구현하기 위한 대상으로 자동차에 적용되는 상기 에어백(10a,10b)을 예로 하였지만, 이는 일 실시예로서 상기한 에어백(10a,10b) 외에 상기 마커(100)의 부착이 가능하고 형상이 변화하는 대상이라면 모두 적용 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어백의 팽창형상 측정방법을 나타내는 절차도이다. 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 에어백의 팽창형상 측정방법은, 마커들(100)을 부착하는 단계(S10)와, 촬영하는 단계(S20)와, 영상을 분석하는 단계(S30)와, 3차원 연속이미지를 구현하는 단계(S40)를 포함한다.
먼저, 상기 마커(100)들을 부착하는 단계(S10)는, 상기 에어백(10a,10b)을 접어서 스티어링 휠에 넣기 전에 상기 에어백(10a)의 내부 또는 표면에 복수 개의 마커(100)들을 견고하게 부착하는 단계이다. 이때, 상기 마커(100)들은 상기 에어백(10a,10b)에 서로 이격되게 부착하며 이때의 이격거리는 해석하고자 하는 영상 및 설계 등에 따라 다양하게 할 수 있다.
상기 촬영하는 단계(S20)는, 상기 마커(100)들이 부착된 에어백(10a,10b)이 팽창할 시 상기 에어백(10a,10b)의 변화하는 팽창형상을 촬영장치(200)들을 이용하여 연속적으로 촬영하는 단계이다. 여기서, 상기 촬영장치(200)는 한 쌍이 구비되어 상기 에어백(10a,10b)의 일방향 및 타방향에 각각 설치되고, 상기 에어백(10a,10b)이 팽창하는 동안 상기 마커(100)들을 투시하여 상기 에어백(10a,10b)이 팽창하는 형상을 상기 일방향 및 타방향에서 연속적으로 각각 촬영한다.
상기 3차원 연속이미지를 구현하는 단계(S40)는, 상기 촬영장치(200)들에 의하여 상기 에어백(10a,10b)의 일방향 및 타방향에서 각각 촬영된 상기 영상들을 제어부(300)가 RSA(Radiostereometric Analysis)방법으로 분석하는 단계(S30)를 거친후, 팽창하면서 형상이 변화하는 상기 에어백(10a,10b)의 3차원 연속이미지를 구현하는 단계(S40)이다. 여기서, 상기 촬영장치(200)를 포함하는 각 구성에 대한 상세한 설명과, RSA에 대한 내용은 전술한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이, 본 실시예는 에어백(10a,10b)에 복수 개의 마커(100)들을 부착하고, 상기 에어백(10a,10b)을 복수 개의 촬영장치(200)들을 통하여 다각도로 촬영하여 여러 각도에 대한 복수 개의 영상을 얻고, 이렇게 획득한 영상들을 RSA를 통하여 상기 마커(100)들의 3차원 운동을 계산하며, 이로부터 연속된 에어백(10a,10b)의 팽창속도와 형상 등 상기 에어백(10a,10b)의 3차원 연속이미지를 구현하고 정량화할 수 있다. 이 때문에, 본 실시예는 에어백(10a,10b)에 있어서 가스가 주입되는 유로의 디자인, 에어백(10a,10b)을 스티어링 휠에 접어서 넣는 방법 및 시간경과에 따른 팽창형상 등 에어백(10a,10b)의 전반적인 설계에 필요한 중요한 정보를 제공할 수 있으며, 이에 따라 최적의 에어백(10a,10b)을 개발할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10a,10b... 에어백 100... 마커
200... 촬영장치 210,220... 투시촬영기
212,222... 스크린 300... 제어부

Claims (6)

  1. 에어백의 내부 또는 외부에 부착되는 복수 개의 마커들(Markers);
    상기 에어백이 팽창하여 상기 에어백의 형상이 변화하는 동안 상기 마커들의 위치를 추적하여 상기 마커들의 연속적인 영상을 촬영하고, 각각 서로 다른 위치에 설치되어 서로 다른 방향에서 상기 에어백을 촬영하는 복수 개의 촬영장치들; 및
    상기 촬영장치들로부터 제공받은 상기 영상들을 분석하여, 팽창하면서 형상이 변화하는 상기 에어백의 3차원 연속이미지를 구현하는 제어부를 포함하는 에어백의 팽창형상 측정시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 촬영장치는,
    투시성 광(X-ray)을 이용하여 상기 마커들을 촬영하는 투시촬영기(Fluoroscopy)와,
    상기 마커들을 사이에 두고 상기 투시촬영기의 대면하는 방향에 설치되어 상기 투시촬영기에서 상기 마커들을 투시한 상기 영상을 투영하는 스크린을 포함하는 에어백의 팽창형상 측정시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마커는, 상기 투시성 광(X-ray)이 투시하지 못하는 금속재질로 형성된 에어백의 팽창형상 측정시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    RSA(Radiostereometric Analysis)방법을 이용하여 상기 영상들을 분석하는 에어백의 팽창형상 측정시스템.
  5. 에어백의 내부 또는 표면에 복수 개의 마커들을 부착하는 단계;
    상기 에어백의 일방향 및 타방향에 각각 설치되며 상기 마커들을 투시하여 상기 마커들의 위치를 추적하여 상기 마커들의 연속적인 영상을 촬영하는 촬영장치들을 통하여, 상기 에어백이 팽창하는 동안 상기 에어백이 팽창하는 형상을 상기 일방향 및 타방향에서 각각 촬영하는 단계; 및
    상기 촬영장치들에 의하여 상기 에어백의 상기 일방향 및 타방향에서 각각 촬영된 상기 영상들을 제어부가 RSA(Radiostereometric Analysis)방법으로 분석하여, 팽창하면서 형상이 변화하는 상기 에어백의 3차원 연속이미지를 구현하는 단계를 포함하는 에어백의 팽창형상 측정방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 촬영장치는,
    투시성 광(X-ray)을 이용하여 상기 마커들을 투시하는 투시촬영기와,
    상기 마커들을 사이에 두고 상기 투시촬영기의 대면하는 방향에 설치되어 상기 투시촬영기에서 상기 마커들을 투시한 영상을 투영하고, 투영된 상기 영상을 상기 제어부로 제공하는 스크린을 포함하는 에어백의 팽창형상 측정방법.
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