KR20120009162A - 블록 정합 방법 - Google Patents

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Abstract

블록 정합 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박 블록을 조립하기 위해서 선체의 일부를 구성하는 복수의 조립 대상 블록을 정합하는 방법에 따르면, 조립 대상 블록을 스캔하여 좌표값을 가지는 계측 데이터를 수집한다. 이때, 좌표값 중 기 정의된 방향의 좌표에 대한 가중치를 할당한다. 그리고 이와 같이 할당된 가중치를 적용하여 기 설정된 설계 데이터와 계측 데이터의 정합을 수행한다.

Description

블록 정합 방법{METHDO OF BLOCK MATCHING}
본 발명은 블록 정합 방법에 관한 것이다.
선박의 건조는 선체를 구성하는 여러 개의 블록으로 나누고, 각 블록을 별도로 제작한 후, 선체를 구성하는 각 블록을 조립 및 탑재하는 과정을 통해 이루어진다.
선박 블록을 조립하기 위해서는 조립 대상 블록의 조립 면에서 블록과 블록 간의 정확한 정합이 요구되며, 정합된 블록들은 용접을 사용하여 점진적으로 대형 블록으로 결합되고, 최종적으로 전체적인 선박의 조립이 완성된다.
선박 블록의 조립에 적용되는 기술로, 선박의 건조는 선체의 일부를 구성하는 여러 개의 블록으로 나누고, 각 블록을 별도로 제작한 후, 선체를 구성하는 각 블록을 조립하는 과정으로 통해 이루어진다. 이때, 선박 블록을 조립하기 위해서는 블록과 블록 간의 정확한 정합이 요구되며, 정합된 블록들은 용접을 사용하여 점진적으로 대형 블록으로 결합되고, 최종적으로 전체적인 선박의 조립이 완성된다.
만일, 선박 블록의 조립 과정에서 두 선박 블록의 정합이 정확하지 않은 경우, 잉여 부분을 절삭 또는 연마하여 잘라내거나 부족한 부분을 용접 등의 방법으로 채우는 과정이 추가적으로 요구된다. 이러한 과정은 선박 블록 조립 과정의 시간 및 비용을 증가시키는 요인이 된다.
따라서, 일반적으로 블록의 조립 정도 및 의장품들의 설치 정도를 체크하기 위해 측정한 포인트들과 정규값(혹은 설계값)을 비교하여 파악한다.
이때, 측정 데이터는 임의의 좌표계에서 생성되어 있으므로 설계값과 비교하기 위해서는 매핑 작업이 필요하다.
이러한 측정 데이터에는 계측기의 에러와 작업자의 측정 에러가 포함되어 있어 잘못된 매핑 결과를 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해 최대한 많은 점들을 활용하여 정합에 이용하고 있다. 여기서, 정합은 블록의 측정 데이터와 설계 데이터 간의 x, y, z 방향의 거리의 합이 최소가 되는 위치를 찾는 것이다.
그런데 종래에는 일부 블록과 의장품에서 더 중요한 의미를 갖는 방향이 있지만, 이를 정합시 전혀 고려하지 않고 있다.
본 발명의 일 실시예는 특정 방향으로의 오차를 최소화할 수 있는 블록 정합 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 한 특징에 따르면 블록 정합 방법이 제공된다. 이 방법은, 선박 블록을 조립하기 위해서 선체의 일부를 구성하는 복수의 조립 대상 블록을 정합하는 방법에 있어서, 상기 조립 대상 블록을 스캔하여 좌표값을 가지는 계측 데이터를 수집하는 단계; 상기 계측 데이터의 좌표값 중 기 정의된 방향의 좌표에 대한 가중치를 할당하는 단계; 및 상기 가중치를 적용하여 기 설정된 상기 조립 대상 블록에 대한 설계 데이터와 상기 계측 데이터의 정합을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 블록 조립이나 의장품 등의 설치에 있어서 특정한 방향이 중요할 때 이에 대한 가중치를 부여하여 특정 방향에 대한 정합 에러를 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블록 정합 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
도 3은 가중치를 부여하지 않은 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가중치를 부여한 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 블록 정합 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블록 정합 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 블록 계측 시스템이 계측 데이터를 수집한다(S101).
이때, 블록 계측 시스템은 선박 블록을 조립하기 위해서 조립 대상 블록의 조립 면에서 블록과 블록 간의 정합을 수행하는 시스템으로서, 계측 동작을 통해 블록에 대한 계측 데이터를 수집한다. 이러한 블록 계측 시스템은 선박의 조립 대상 블록 앞에서 정해진 레일을 따라 이동하는 멀티 레이저 비전 시스템이 장착된 겐트리 로봇을 구비하여 조립 대상 블록에 대한 스캐닝을 수행하는 3차원 형상 계측 시스템일 수 있다.
여기서, 계측 데이터는 x, y, z 방향의 좌표값으로 이루어진 복수의 포인트(또는 점)를 의미한다. 물론, 기 설정된 설계 데이터 역시 y, z 방향의 좌표값으로 이루어진 복수의 포인트(또는 점)를 의미한다.
이하, 계측 데이터의 포인트는 '계측 포인트'라 통칭하여 기술하고, 설계 데이터의 포인트는 '설계 포인트' 라 통칭하여 기술한다.
이때, 블록 계측 시스템은 특정 방향에 가중치를 부여(S103)하여 계측 데이터와 설계 데이터를 정합한다(S105). 이러한 정합 과정은 계측 데이터와 설계 데이터 간의 조립 지점을 일치시키는 작업 즉 설계 데이터 위로 계측 데이터를 매칭하는 작업으로 이루어진다.
여기서, S105 단계는 다점 정합이 수행되며, 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서, p' 은 이동후의 포인트를 의미하고, p는 이동전의 포인트 즉 설계 포인트와 매칭된 계측 포인트를 의미한다. 또한, 변수's'는 스케일링 값으로서 크기 변화가 없이 항상 1이다. 또한,'R'은 회전 행렬로서 변수 x, y, z 방향의 회전 각도를 의미한다. 또한,'T'는 이동 행렬로서 변수 x, y, z 방향의 이동 변위를 의미한다.
이때, 블록 정합시 가중치를 부여하므로, 이동후의 계측 포인트와 이에 가장 가까운 설계 포인트에 대한 거리가 최소가 되기 위해 각 x, y, z방향에 가중치를 부여한 아래 수학식의 목적 함수가 최소가 되도록 회전/이동 행렬을 계산한다. 그리고 이러한 목적 함수가 최소가 되도록 하는 변수 6개를 찾는다.
Figure pat00002
Pi는 설계 데이터의 좌표값을 의미하고, P'i는 이동후의 계측 데이터의 포인트를 의미한다.
이와 같이, 블록 정합은 모든 계측 포인트와 설계 포인트 간의 거리의 차의 제곱의 합이 최소가 되도록 하는 과정이다.
이후, 블록 계측 시스템은 S105 단계에서의 정합 결과, 정합 에러가 기준값 미만인지를 판단(S107)하여 기 정의된 임계값 이상인 경우, 해당되는 계측 포인트를 삭제(S109)하고 S105 단계를 다시 수행한다.
그리고 정합 에러가 기 정의된 임계값 미만인 경우, 정합이 정상적으로 완료되었다고 판단하여 정합 과정을 종료한다.
여기서, 임계값은 작업마다 다르게 설정되며, 정밀한 작업을 수행할 때에는 매우 작게 설정되고, 비교적 정밀하지 않은 작업을 수행할 때에는 크게 설정된다.
또한, 가중치는 조립 대상 블록 별로 의미있는 방향이 다르므로, 각각의 조립 대상 블록에 대한 계측 데이터 별로 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 어떤 조립 대상 블록에는 X 축 방향이 의미가 있으므로, 이럴 경우 가중치는 X 방향으로 할당되지만, 어떤 조립 대상 블록에는 Z 축 방향이 더 의미가 있으므로, 이럴 경우 가중치는 Z 방향으로 할당하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 블록 계측 시스템의 에러 또는 작업자에 의한 에러로 인해 발생하는 이상치가 존재하는 경우, 블록 정합 결과를 나타낸다.
도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 이상치를 제거한 후의 블록 정합 결과를 나타낸다.
도 2의 (a)와 (b)를 비교해보면, 이상치가 존재하는 경우 계측 포인트와 설계 포인트 간의 거리 차가 이상치를 제거한 경우의 계측 포인트와 설계 포인트 간의 거리 차보다 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 계측 포인트와 설계 포인트 간의 거리 차가 기 정의된 기준값보다 크게 나올 경우, 이상치로 보이는 계측 포인트(101)를 제거해버리면 계측 포인트와 설계 포인트 간의 거리 차를 줄일 수 있어 궁극적으로 블록 정합 에러를 최소화할 수 있게 된다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가중치를 부여한 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
이때, 계측 포인트 및 설계 포인트는 x, y, z 방향의 좌표로 표시되는데, 여기서 z 방향의 좌표는 0이고, 총 네개의 계측 포인트(M1, M2, M3, M4) 및 설계 포인트(C1, C2, C3, C4)의 정합을 수행한다.
먼저, 도 3은 가중치를 부여하지 않은 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, x, y 방향에 가중치를 두지 않고 종래처럼 블록 정합을 수행한 결과를 나타낸다. 즉 전체 에러가 최소가 되는 위치를 매칭하는 과정을 나타낸다.
M1과 C1의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -14.5, Y 방향의 오차는 -7.0이다.
M2와 C2의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -3.7, Y 방향의 오차는 6.4이다.
M3과 C3의 정합 오차는 X 방향의 오차는 14.5, Y 방향의 오차는 7.0이다.
M4와 C4의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -3.7, Y 방향의 오차는 -6.4이다.
이때, XY 방향의 전체 오차는 8.6이고, X 방향의 오차는 10.6이다.
다음, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가중치를 부여한 블록의 다점 정합예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, x 방향에 가중치 값을'3'으로 설정하여 블록 정합을 수행한 결과를 나타낸다.
이때, M1과 C1의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -13.7, Y 방향의 오차는 -7.5이다.
M2와 C2의 정합 오차는 X 방향의 오차는 4.7, Y 방향의 오차는 7.1이다.
M3과 C3의 정합 오차는 X 방향의 오차는 13.7, Y 방향의 오차는 7.5이다.
M4와 C4의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -4.7, Y 방향의 오차는 -7.1이다.
이때, XY 방향의 전체 오차는 8.8이고, X 방향의 오차는 10.2이다.
즉 도 3과 비교해보면, X 방향에 가중치를 두어 정합한 결과, Y 방향의 오차가 증가하여 전체 오차는 증가하였으나, X 방향의 오차는 감소함을 알 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, x 방향에 가중치 값을'10'으로 설정하여 블록 정합을 수행한 결과를 나타낸다.
이때, M1과 C1의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -11.3, Y 방향의 오차는 -9.0이다.
M2와 C2의 정합 오차는 X 방향의 오차는 8.1, Y 방향의 오차는 9.0이다.
M3과 C3의 정합 오차는 X 방향의 오차는 11.3, Y 방향의 오차는 9.0이다.
M4와 C4의 정합 오차는 X 방향의 오차는 -8.1, Y 방향의 오차는 -9.0이다.
이때, XY 방향의 전체 오차는 9.4이고, X 방향의 오차는 9.8이다.
즉 도 4와 비교해보면, X 방향에 설정한 가중치를 증가시켜 정합한 결과, Y 방향의 오차는 더욱 증가하여 전체 오차는 증가하였으나, X 방향의 오차는 더욱 감소함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 선박 블록을 조립하기 위해서 선체의 일부를 구성하는 복수의 조립 대상 블록을 정합하는 방법에 있어서,
    상기 조립 대상 블록을 스캔하여 좌표값을 가지는 계측 데이터를 수집하는 단계;
    상기 계측 데이터의 좌표값 중 기 정의된 방향의 좌표에 대한 가중치를 할당하는 단계; 및
    상기 가중치를 적용하여 기 설정된 상기 조립 대상 블록에 대한 설계 데이터와 상기 계측 데이터의 정합을 수행하는 단계
    를 포함하는 블록 정합 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정합을 수행하는 단계는,
    상기 가중치를 부여하여 상기 복수의 계측 포인트 중에서 하나의 계측 포인트와 상기 하나의 계측 포인트에 대응하는 설계 포인트 간에 정합을 수행하는 단계;
    상기 정합의 오차가 기 정의된 임계값을 초과하는 경우, 상기 계측 포인트를 삭제하는 단계; 및
    상기 복수의 계측 포인트 중에서 다른 계측 포인트에 대해 상기 정합을 수행하는 단계부터 다시 시작하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 블록 정합 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정합을 수행하는 단계는,
    상기 가중치를 적용한 계산한 상기 복수의 계측 포인트 및 상기 복수의 계측 포인트에 대응되는 복수의 설계 포인트 간의 거리의 차이의 제곱의 합이 상기 임계값 이하인 경우, 상기 정합을 종료하는 것을 특징으로 하는 블록 정합 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가중치는,
    상기 조립 대상 블록에 대한 계측 데이터 별로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 블록 정합 방법.
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