KR20140031744A

KR20140031744A - 수직 점 검출 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140031744A
Application number: KR1020120098448A
Authority: KR
Inventors: 옥진성; 시대엽; 김상준
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-13

Abstract

본 발명은 수직 점 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 블록 상부의 한 지점에서 수직 즉, 아래 방향으로 만나는 지점을 단시간에 표기할 수 있으며, 또한 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 장치는 지면으로부터 위쪽으로 소정의 지점에 설치된 설치대에 일단이 고정되고 타단이 레이저를 방사하는 레이저 장치가 결합되어 있는 로프에 연결된 레이저 추; 상기 레이저 추로부터 방사된 레이저 빛이 비치거나 진자 운동의 중심 좌표를 표시하는 디스플레이 장치; 상기 레이저 추로부터 방사된 레이저 빛이 디스플레이 장치에서 반사된 진자 운동하는 상기 레이저 빛을 촬영하는 비전 장치; 및 상기 디스플레이 장치로부터 반사되어 표시되는 레이저 빛을 처리하는 이미지 프로세싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 점 검출 장치를 제공한다.

Description

수직 점 검출 장치 및 방법{Apparatus and Method for Detecting Perpendicular Point}

본 발명은 수직 점 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 블록 상부의 한 지점에서 수직 즉, 아래 방향으로 만나는 지점을 단시간에 표기할 수 있으며, 또한 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

조선소에서는 다양한 형태의 작업을 수행하게 되는데, 일례로서 필요에 따라 수직 점을 검출하는 작업을 수행한다.

종래에는 상부의 한 지점에서 실에 추를 매달아서 추가 움직이지 않을 때까지 기다린 후 추가 가리키는 지점을 표기하였다. 이러한 방식은 작업 높이가 낮은 경우에는 추의 진자 운동 주기가 짧으나 높은 곳에서는 주기가 길어져 많은 작업 시간이 소요되어 생산성 저하의 요인이 되고 있다.

도 1은 종래 기술의 수직 점 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 먼저 수직 점을 검출하고자 하는 상부의 한 지점에서 로프(1)에 추(2)를 매달아 수직 즉 아래 방향으로 내리면서 추(2)가 내려오는 부분에 물(3)이 담긴 용기(4)를 설치한다. 그리고, 물(3)이 담긴 용기(4)에 추(2)를 침지시킨 후 추(2)가 멈출 때까지 기다린다. 그 다음에, 추(2)가 멈추면 물(3) 및 용기(4)를 제거한 후, 추(2)가 가리키는 바닥면(B)의 포인트에 수직 점을 표시하고 로프(1)와 추(2)를 제거한다. 그런데, 이러한 수직 점 검출방법은 추(2)가 멈추는데 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 물(3) 및 용기(4)를 제거하면서 추(2)의 흔들림 발생으로 인해 수직 점을 정확하게 표시하는데 상당한 어려움이 있다.

선행기술문헌 없음

본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로, 레이저 추와 비전 센서를 이용하여서 쉽게 진자 운동의 중심을 찾을 수 있도록 하고, 또한, 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 블록 상부의 한 지점에서 수직 방향으로 만나는 지점을 단시간에 표기할 수 있으며 또한 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 장치로서,

지면으로부터 위쪽으로 소정의 지점에 설치된 설치대에 일단이 고정되고 타단이 레이저를 방사하는 레이저 장치가 결합되어 있는 로프에 연결된 레이저 추;

상기 레이저 추로부터 방사된 레이저 빛이 비치거나 진자 운동의 중심 좌표를 표시하는 디스플레이 장치;

상기 레이저 추로부터 방사된 레이저 빛이 디스플레이 장치에서 반사된 진자 운동하는 상기 레이저 빛을 촬영하는 비전 장치; 및

상기 디스플레이 장치로부터 반사되어 표시되는 레이저 빛을 처리하는 이미지 프로세싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 점 검출 장치를 제공한다.

상기 일 실시예에 있어서, 상기 이미지 프로세싱 장치의 상기 이미지 프로세싱 과정은 타원방정식을 구하기 위해 최소 5개 이상의 이미지를 획득하고, 상기 획득한 이미지에서 레이저의 명암을 통한 노이즈 제거 후 레이저 중심 좌표를 계산하고, 계산된 각각의 레이저 좌표를 최소자승법(Method of Least Squares)을 이용하여 타원방정식 계수를 구하고, 추정된 계수를 통하여 타원방정식의 해를 구하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은, 블록 상부의 한 지점에서 수직 방향으로 만나는 지점을 단시간에 표기할 수 있으며 또한 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 방법으로서,

설치대의 한 지점에서 로프에 상기 레이저 추를 매달고, 상기 레이저 추를 수직 방향으로 내리고, 상기 레이저 추가 위치한 부분에 상기 디스플레이 장치와 비전장치를 설치하고, 상기 디스플레이 장치에서 반사된 진자 운동하는 레이저 빛을 비전장치에서 일정시간 동안 촬영하고, 이미지 프로세싱 과정을 통해 진자 운동의 중심을 찾고 디스플레이 장치에서 중심을 점, 숫자를 표시하는 단계를 포함하고,

상기 이미지 프로세싱 과정은 xy 좌표 상의 소정의 타원의 다수의 인수의 점들의 좌표를 획득하고, 한 인수인 θ를 θ₀= 90(θ: 타원이 x축으로부터 경사진 정도)으로 하고, 최소자승법을 이용하여 θ를 제외한 나머지 인수를 구하고, 상기 획득한 측정 좌표와의 편차를 계산하고, θ_i= 0도(i는 0부터 90까지의 변수)가 되기까지 1도씩 내려서 측정 좌표와의 편차를 계산하고, 최소 편차가 되는 인덱스를 구하여 최적의 인수를 구하는 과정에 의해 타원방정식의 해를 구하여 이미지 처리를 함으로써 진자 운동의 중심점을 찾아 수직 점을 검출하는 것을 특징으로 하는 수직 점 검출 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 레이저 추가 진자 운동을 하는 도중에 중심을 알 수 있기 때문에 작업 높이와 무관하게 레이저 추의 진자 운동의 중심을 표시할 수 있어서 생산성 향상에 기여할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술의 수직 점 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 점 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 타원 방정식을 구하기 위해 x, y 축 상에 나타낸 타원을 도시한다.
도 4는 타원방정식을 구하기 위해 최적의 인수를 구하기 위한 프로세스를 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 방식으로 구한 타원의 각 점을 표시한 도면이다.
도 6을 최소자승법을 이용하여 타원의 해를 구하여 좌표축 상에 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 점 검출 장치 및 방법을 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에 있어서 동일 또는 유사의 부분에 대해서는 동일 또는 유사의 도면 부호를 부여하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 점 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 수직 점 검출장치(1000)는 지면으로부터 위쪽으로 소정의 지점에 설치된 설치대(140)에 일단이 고정되고 타단이 레이저를 방사하는 레이저 장치(도시 않음)가 결합된 레이저 추(40)에 고정되는 로프(20), 상기 레이저 추(40)로부터 방사된 레이저 빛이 후술하는 디스플레이 장치(80)에서 반사된 진자 운동하는 상기 레이저 빛을 촬영하는 비전 장치(100), 상기 레이저 추(40)로부터 방사된 레이저(60) 빛이 비치거나 진자 운동의 중심 좌표를 표시하는 디스플레이 장치(80)를 포함한다. 또한 상기 수직 점 검출장치(1000)는 상기 디스플레이 장치(80)로부터 반사되어 표시되는 레이저 빛을 처리하는 이미지 프로세싱 장치(120)를 포함한다.

본 발명의 수직 점 검출장치에 의한 수직 점 검출방법은, 먼저 도면에 도시된 바와 같이, 설치대(140)의 한 지점에서 로프(20)에 상기 레이저 추(40)를 매달고, 수직 방향으로 내린다. 이어, 상기 레이저 추(40)가 위치한 부분에 상기 디스플레이 장치(80)와 비전장치(100)를 설치하고 상기 디스플레이 장치(80)에서 반사된 진자 운동하는 레이저 빛을 비전장치(100)에서 일정시간 동안 촬영하고 이하 상세히 설명하는 이미지 프로세싱 과정을 통해 진자 운동의 중심을 찾고 디스플레이 장치(80)에서 중심을 점, 숫자 등을 이용하여 표시하는 프로세스를 거친다.

상기 이미지 프로세싱 과정은 타원방정식을 구하기 위해 최소 5개 이상의 이미지를 획득하고, 상기 획득한 이미지에서 레이저의 명암을 통한 노이즈 제거 후 레이저 중심 좌표를 계산하고, 계산된 각각의 레이저 좌표를 최소자승법(Method of Least Squares)을 이용하여 타원방정식 계수를 구하고, 추정된 계수를 통하여 타원방정식의 해를 구하는 과정으로 이루어진다.

상기 이미지 프로세싱 과정을 좀더 상세히 설명하면,

먼저, 다수의 이미지를 획득하는데 최소한 5개의 점이 필요하다. 따라서 최소한 점의 개수는 5개이지만 정확성을 높이기 위해서는 최대한 많은 이미지가 있어야 한다.

또한, 이미지를 획득할 경우, 상기 비전장치(100)가 흔들려서는 안되며 사람이 인위적으로 외력을 가하게 되면 타원이 형상이 유지되지 않으므로 문제가 발생할 수 있다. 이어 최소자승법을 이용하여 타원 방정식의 계수를 생성한다.

도 3은 타원 방정식을 구하기 위해 x, y 축 상에 나타낸 타원을 도시한다.

도면에서, a(장축), b(단축), x0, y0, θ가 일반 타원방정식을 구하기 위한 5개의 인수이다. 여기서, 인수 각각은 다음과 같다.

2a: 장축의 길이

2b: 단축의 길이

x0: 타원 방정식의 x축의 중심점

y0: 타원 방정식의 y축의 중심점

θ: x축 기준으로 경사진 정도

상기 θ가 있는 경우는 비선형 방정식이 되므로 선형 최소자승법을 사용하기 힘들다. 따라서 θ는 90도부터 1도 내려서 0도까지 한 단계씩 계산하여서 에러가 가장 작은 경우를 해로 선택하게 된다.

도 4는 타원방정식을 구하기 위해 최적의 인수를 구하기 위한 프로세스를 도시한 흐름도이다.

상기 5개의 인수의 점들의 좌표를 획득하고(S20) θ₀= 90으로 한다(S40). 다음 최소자승법을 이용하여 나머지 인수(a_i, b_i, x0_i, y0_i)를 구한다(S60). 최소자승법은 주지하다시피 두 개의 변수 사이에 함수관계가 있는 경우 그 인과관계를 파악하는데 일반적으로 사용되는 방식을 말한다. 여기서 i는 90도부터 0도까지의 변량을 나타내는 변수이다.

이어서 상기 단계 S20에서 획득한 측정 좌표와의 편차(S_i)를 계산하고, θ_i= 0도가 되기까지 편차를 계산한다(S80, S100). 즉 θ_i= 0도가 아닌 경우는 단계 S40으로 리턴한다.

상기 θ_i= 0도가 되기까지 편차를 계산하여 최소 편차가 되는 인덱스를 구하여 최적의 인수 즉, a_m, b_m, x0_m, y0_m, θ_m을 구한다.

여기서 m은 최소 편차 인덱스가 되는 각도를 나타낸다.

한편, 타원의 방정식의 경우, 주지하다시피 타원방정식의 일반형은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Ax² + By² + Cx² + Dy + E = 0

(여기서, A, B, C, D, E는 계수이고, A≠B, AB > 0이다.)

따라서 x²을 비교할 부분으로 하여서 계산을 하면 계수를 구할 수 있다.

식 (1)

위 식 (1)을 B, C, D, E을 구하면 다음과 같이 계수를 구할 수 있다.

식 (2)

또한, 위의 식 (2)를 이용하여서 각 계수를 구하고 역으로 y값을 구하면 편차를 구할 수 있다.

이어, 최종으로 x0, y0 구하는데, 각각의 각도마다 즉, 0도~90도마다 편차를 구한 뒤에는 편차가 가장 작은 곳을 구한다. 편차가 가장 작은 곳의 인덱스를 이용하여 x0, y0, a, b, θ를 구하여서 화면에 표시하면 된다.

도 5는 본 발명의 방식으로 구한 타원의 각 점을 표시한 도면이다.

도 6을 최소자승법을 이용하여 타원의 해를 구하여 좌표축 상에 나타낸 도면이다.

도면에서, 빨간 점선이 True 값이고 검은 선이 추측되는 인수들의 값을 나타내는데, 그래프를 보면 약간의 오차가 발생하지만 거의 정확한 인수가 추출되는 것을 알 수 있다.

이상 기술한 바와 같은 본 발명에 의하면 레이저 추가 진자 운동을 하는 도중에 중심을 알 수 있기 때문에 작업 높이와 무관하게 레이저 추의 진자 운동의 중심을 표시할 수 있어서 생산성 향상에 기여할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 점 검출 장치 및 방법을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

20: 로프 40: 레이저 추
60: 레이저 80: 디스플레이 장치
100: 비전장치 120: 이미지 프로세싱 장치
140: 설치대 1000: 수직 점 검출 장치

Claims

블록 상부의 한 지점에서 수직 방향으로 만나는 지점을 단시간에 표기할 수 있으며 또한 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 장치로서,
지면으로부터 위쪽으로 소정의 지점에 설치된 설치대에 일단이 고정되고 타단이 레이저를 방사하는 레이저 장치가 결합되어 있는 로프에 연결된 레이저 추;
상기 레이저 추로부터 방사된 레이저 빛이 비치거나 진자 운동의 중심 좌표를 표시하는 디스플레이 장치;
상기 레이저 추로부터 방사된 레이저 빛이 디스플레이 장치에서 반사된 진자 운동하는 상기 레이저 빛을 촬영하는 비전 장치; 및
상기 디스플레이 장치로부터 반사되어 표시되는 레이저 빛을 처리하는 이미지 프로세싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 점 검출 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이미지 프로세싱 장치의 상기 이미지 프로세싱 과정은 타원방정식을 구하기 위해 최소 5개 이상의 이미지를 획득하고, 상기 획득한 이미지에서 레이저의 명암을 통한 노이즈 제거 후 레이저 중심 좌표를 계산하고, 계산된 각각의 레이저 좌표를 최소자승법(Method of Least Squares)을 이용하여 타원방정식 계수를 구하고, 추정된 계수를 통하여 타원방정식의 해를 구하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직 점 검출 장치.
블록 상부의 한 지점에서 수직 방향으로 만나는 지점을 단시간에 표기할 수 있으며 또한 진자 운동의 중심을 표시할 수 있는 수직 점 검출 방법으로서,
설치대의 한 지점에서 로프에 상기 레이저 추를 매달고, 상기 레이저 추를 수직 방향으로 내리고, 상기 레이저 추가 위치한 부분에 상기 디스플레이 장치와 비전장치를 설치하고, 상기 디스플레이 장치에서 반사된 진자 운동하는 레이저 빛을 비전장치에서 일정시간 동안 촬영하고, 이미지 프로세싱 과정을 통해 진자 운동의 중심을 찾고 디스플레이 장치에서 중심을 점, 숫자를 표시하는 단계를 포함하고,
상기 이미지 프로세싱 과정은 xy 좌표 상의 소정의 타원의 다수의 인수의 점들의 좌표를 획득하고, 한 인수인 θ를 θ₀= 90(θ: 타원이 x축으로부터 경사진 정도)으로 하고, 최소자승법을 이용하여 θ를 제외한 나머지 인수를 구하고, 상기 획득한 측정 좌표와의 편차를 계산하고, θ_i= 0도(i는 0부터 90까지의 변수)가 되기까지 1도씩 내려서 측정 좌표와의 편차를 계산하고, 최소 편차가 되는 인덱스를 구하여 최적의 인수를 구하는 과정에 의해 타원방정식의 해를 구하여 이미지 처리를 함으로써 진자 운동의 중심점을 찾아 수직 점을 검출하는 것을 특징으로 하는 수직 점 검출 방법.