KR20140131865A

KR20140131865A - 기계 부재의 위치를 판정하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20140131865A
Application number: KR1020140047303A
Authority: KR
Inventors: 롤란드 횔츨
Original assignee: 프루프테크닉 디터 부시 아게
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2014-11-14
Also published as: CN104142132A; JP2014219393A; MX2014005445A; US20140327761A1; DE102013007662A1; BR102014010808A2; IN2014MU01520A; RU2014117572A; MX338030B; EP2801788B1; US9506746B2; SG10201401467VA; CA2848879A1; EP2801788A1

Abstract

본 발명은, 제1 기계 부재(10)와 제2 기계 부재(12)의 서로에 대한 위치를 판정하기 위한 장치에 있어서, 상기 제1 기계 부재에 위치되기 위한 제1 측정 유닛(14), 상기 제2 기계 부재에 위치되기 위한 제2 측정 유닛(18), 및 분석 유닛(22)을 구비하고 있으며, 상기 제1 측정 유닛은, 하나 이상의 광 빔 번들(28, 30)을 생성하기 위한 수단(24), 분산 표면에 충돌하는 광(WV, PV)을 분산시키기 위한 분산 표면(34), 및 상기 분산 표면의 이미지를 취하기 위한 카메라(36)를 구비하고 있고, 상기 제2 측정 유닛은, 상기 측정 유닛들이 각각의 상기 기계 부재에 위치될 때, 상기 광 빔 번들(28', 28")을 상기 분산 표면으로 반사시키기 위해 상기 제1 측정 유닛과 대면한 반사기(38)를 구비하고 있으며, 상기 분석 유닛은, 상기 카메라에 의해 공급되는 이미지 데이터로부터, 상기 반사기에서 반사되는 상기 광 빔 번들이 상기 분산 표면에 충돌하는 충돌 위치를 판정하고, 상기 충돌 위치로부터, 상기 제1 기계 부재와 상기 제2 기계 부재의 서로에 대한 위치를 판정하도록 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

기계 부재의 위치를 판정하기 위한 장치{DEVICE FOR DETERMINING THE LOCATION OF MECHANICAL ELEMENTS}

본 발명은, 제1 기계 부재에 위치되기 위한 제1 측정 유닛, 제2 기계 부재에 위치되기 위한 제2 측정 유닛, 및 분석 유닛을 구비하는, 제1 기계 부재와 제2 기계 부재의 서로에 대한 위치를 판정하기 위한 장치에 관한 것이다.

그러한 장치는 예를 들면 2개의 샤프트의 서로에 대한 정렬을 판정하기 위해 디자인될 수 있다.

통상적으로, 그러한 정렬 측정 장치의 경우에, 2개의 측정 유닛 중의 하나 이상의 측정 유닛은 광 빔을 생성하기 위한 광원을 구비하며, 다른 측정 유닛에 있는 1개 또는 복수의 검출기에 대한 광 빔의 충돌 지점이 판정되거나, 광원이 구비되는 측정 유닛에 있는 검출기에 대한 광 빔의 충돌 지점이 판정되며, 후자의 경우에 다른 측정 유닛은 광 빔을 되돌려 반사한다. 통상적으로, 샤프트들의 서로에 대한 정렬을 판정하기 위해, 광 빔의 충돌 지점의 위치는 복수의 회전 각도 위치에서 판정되며, 그러한 목적을 위해, 측정 유닛은 샤프트의 원주면을 따라 이격되거나, 샤프트는 원주면에 위치되는 측정 유닛과 함께 회전된다.

샤프트 정렬 측정 장치가 DE 33 20 163 A1 및 DE 39 11 307 A1에 기술되어 있으며, 제1 측정 유닛은 광 빔을 방출하고, 광 빔은 제2 측정 유닛의 거울 프리즘으로부터 제1 측정 유닛의 광학적 검출기로 되돌려 반사된다.

샤프트 정렬 측정 장치가 DE 33 35 336 A1에 기술되어 있으며, 제1 측정 유닛과 제2 측정 유닛 각각은 광 빔을 방출하고, 각각 광학적 검출기를 구비하며, 각각의 광 빔은 다른 측정 유닛의 검출기를 향한다.

이러한 원리에 따라 작동하는 샤프트 정렬 측정 장치가 또한 US 6,873,931 B1에 기술되어 있으며, 2개의 측정 유닛 각각에 샤프트의 회전 각도를 자동 검출하기 위한 2개의 2축 가속 센서가 구비된다.

DE 38 14 466 A1로부터 샤프트 정렬 측정 장치가 공지되어 있으며, 제1 측정 유닛은 광 빔을 방출하고, 광 빔은, 축 방향으로 서로 뒤에 배치되는 제2 측정 유닛의 2개의 광학 검출기에 충돌한다.

WO 23/067187 A1로부터 샤프트 정렬 측정 장치가 공지되어 있으며, 제1 측정 유닛은 팬 형상(fan-shaped) 빔을 방출하고, 팬 형상 빔은, 축 방향으로 서로 뒤에 배치되는 제2 측정 유닛의 2개의 광학 검출기에 충돌한다.

WO 00/28275 A1로부터 샤프트 정렬 측정 장치가 공지되어 있으며, 2개의 측정 유닛은 2개의 샤프트 중 각각의 샤프트의 전방 측에 부착되며, 제1 측정 유닛은 팬 형상 광 빔을 방출하고, 팬 형상 광 빔은, 제2 측정 장치의 평면에 배치되는 3개의 마커 핀에 측 방향으로 충돌한다.

샤프트 정렬 측정 장치가 EP 0 962 746 A2에 기술되어 있으며, 제1 유닛은, 제1 색의 광 빔을 위한 소스, 빔 스플리터, 색 민감 CCD 검출기를 구비하며, 제2 유닛은, 제2 색의 광 빔을 위한 소스, 및 색 분리기(색 선택 빔 스플리터)를 구비하고, 색 분리기는 제1 색을 반사시키며 제2 색을 전달하고, 제2 유닛의 광원은 제1 유닛으로부터 볼 때 색 분리기 뒤에 배치되며, 제1 유닛의 광원은 제2 유닛으로부터 볼 때 빔 스플리터 뒤에 배치된다. 제1 유닛으로부터 방출되는 광 빔은 초기에 제1 유닛의 빔 스플리터를 통과하고, 다음에는 제2 유닛의 색 분리기에서 반사되며, 이러한 반사된 빔은 검출기에 도달하기 위해 제1 유닛의 빔 스플리터에서 반사된다. 제2 유닛으로부터 방출되는 광 빔은 초기에 제2 유닛의 색 분리기를 통과하고, 제1 유닛의 빔 스플리터에 의해 검출기로 반사된다.

샤프트 정렬 측정 장치가 EP 2 093 537 A1에 기술되어 있으며, 제1 측정 유닛은 팬드-아웃(fanned-out) 광 빔을 방출하며, 팬드-아웃 광 빔은 제2 측정 유닛의 2개의 광학 스트립 검출기에 충돌하고, 2개의 광학 스트립 검출기는 서로에 대해 측 방향으로 이격되며 평행하게 배치되고, 검출기의 길이 방향은 광 빔의 팬드(fanned) 평면에 대해 직각으로 배치된다.

여기에서 평가되는 모든 샤프트 정렬 측정 장치를 위해, 검출기 표면에 대한 광 빔의 충돌 지점이 각각의 경우에 판정되고 분석된다.

보어의 전진을 안내 및 제어하기 위해 기준점에 대해 측정점의 위치를 판정하기 위한 장치가 DE 40 41 723 A1로부터 공지되어 있으며, 상기 장치는 복수의 측정 스테이션을 가지며, 측정 스테이션은 보어 내에 또는 보어 헤드에 배치되고, 측정 스테이션 각각은 마킹을 가진 카메라를 가지며, 각각의 카메라는 인접 카메라 또는 측정 스테이션의 마킹을 기록한다.

샤프트 정렬 측정 장치가 WO 2010/042039 A1로부터 공지되어 있으며, 2개의 측정 유닛 각각에 하우징 내에 배치되는 카메라가 구비되고, 다른 유닛과 대면하는 하우징의 쪽에 광학 패턴이 구비되며, 광학 패턴은 반대쪽에 놓이는 카메라에 의해 기록된다. 패턴이 구비되는 하우징의 쪽에 각각의 경우에 개구가 구비되며, 개구를 통해 반대쪽에 놓이는 패턴이 결상된다(imaged). 다른 디자인에서, 2개의 유닛 중의 하나에 카메라만 구비되고 패턴은 구비되지 않으며, 다른 유닛은 카메라를 가지지 않고 3차원 패턴이 구비된다.

샤프트 정렬 측정 장치가 EP 1 211 480 A2에 기술되어 있으며, 제1 측정 유닛에 광원이 구비되고, 광원은 광 빔을 매트 스크린이 구비되는 제2 측정 유닛으로 향하게 하며, 제1 측정 유닛으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 매트 스크린의 쪽은, 적절한 광학 장치에 의해, 역시 제2 측정 유닛의 일부를 형성하는 이미지 검출기에 결상된다.

샤프트 정렬 측정 장치가 DE 101 43 812 A1 및 DE 101 17 390 A1에 기술되어 있으며, 제1 측정 유닛은 팬드-아웃 빔을 생성하기 위한 광원을 구비하고, 반대로 놓이는 제2 측정 유닛은 후방 매트 스크린과 카메라를 가지는 부분 반사 광학 시스템을 구비하며, 카메라는, 제1 측정 유닛으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 매트 스크린 쪽을 기록하고, 빔의 1차 광 스폿은 광원으로부터 직접 오며, 빔의 2차 광 스폿은 제2 측정 유닛의 부분 반사 광학 시스템 및 제1 측정 유닛의 전방 쪽의 반사기로부터 반사된다.

기계 측정을 위한 카메라를 가진 레이저 수신기는 독일 연방 공화국, 38108 브라운쉬베이크, 컴퍼니 벤테 캄소리크 게엠베하로부터 상표명 LaserTrac 하에 이용 가능하다.

본 발명의 목적은, 디자인이 특히 간단하고 신축성이 있으며 비용이 낮은, 2개의 기계 부재의 서로에 대한 위치를 판정하기 위한 장치, 특히 샤프트 정렬 측정을 위한 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 대응 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1 및 청구항 7에 따른 장치, 및 청구항 26에 따른 방법에 의해 본 발명에 따라 해결된다.

본 발명에 따른 해결 방안에서, 반사된 광 빔 번들이 직접 충돌하는 광학 검출기를 사용하는 대신에, 카메라 및 카메라에 결상되는 분산 표면을 사용하여, 특히 간단하고 신축성 있는 시스템이 실현될 수 있다는 이점이 있다. 특히, 비교적 낮은 비용으로 얻을 수 있거나 다른 이유로 유저에게 이미 이용 가능한 예를 들면 사진 카메라 또는 스마트폰과 같은 엔드 유저를 위해 디자인되는 대량 생산 제품을 카메라로서 사용하는 것이 가능하다.

바람직하게, 상기 장치는, 카메라가 반사기와 대면하는 분산 표면 쪽을 향하도록, 디자인된다.

본 발명의 실시예에 따라, 카메라는, 예를 들면 분산 표면을 카메라에 결상하기 위해, 2개의 측정 유닛에 대해 자유롭게 이동할 수 있고 편리하게 사용할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 카메라는, 역시 광 빔 번들을 생성하기 위한 수단을 가지는 측정 유닛의 일부로서 디자인될 수 있거나, 이러한 측정 유닛에 부착될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속항으로부터 명백하게 된다.

본 발명을 아래에서 첨부된 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 위치 판정 장치의 제1 실시예의 측 방향 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치의 분산 표면의 정면도이다.
도 3은 실제 사용시에 분산 표면이 구비되는 도 1의 장치의 측정 유닛의 사시도이다.
도 4는 위치 판정 장치의 다른 실시예의 측면도이다.
도 5는 카메라 상의 분산 표면의 영상의 사시 왜곡(perspective distortion)을 교정하기 위해 인터셉트 정리가 사용되는 방법을 도시하는 도면이다.
도 6은 4개의 QR 코드가 구비되는 분산 표면의 실시예의 도면이다.

기계(도시되지 않음)의 제1 샤프트(10)와 기계(도시되지 않음)의 제2 샤프트(12)의 서로에 대한 정렬을 판정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다. 장치는, 제1 샤프트(10)의 원주면에 위치시키기 위한 부재(16)를 가진 제1 측정 유닛(14), 및 제2 샤프트(12)의 원주면에 위치시키기 위한 부재(20)를 가진 제2 측정 유닛(18)을 포함한다.

2개의 샤프트(10, 12)는 기준 축(26)에 대해 가능한 한 정렬되어 연속으로 배치되며, 장치는, 기준 축(26) 또는 서로에 대한 임의의 각도 옵셋 및/또는 평행 옵셋을 판정하는 작용을 하는 2개의 측정 유닛(14, 18)을 가진다. 통상적으로, 장치는 또한 각도 옵셋 또는 평행 옵셋(도면에 도시되지 않음)에 관한 결과를 표시하기 위한 수단을 포함한다.

제1 측정 유닛(14)은, 광 빔 번들(28)을 발생시키기 위한 광원(24), 광 빔 번들(28)을 시준하기 위한 시준기(도시되지 않음), 분산 표면(34), 및 분산 표면(34)을 촬영하기 위한 카메라(36)를 포함한다.

카메라(36)는 분산 표면(34)을 카메라 센서(도시되지 않음)에 결상하기 위한 광학 장치(35)를 가진다. 카메라(36)는, 예를 들면 제2 측정 유닛(18)에서 반사되는 광 빔이 분산 표면(34)의 적어도 중앙 영역에 충돌하는 것을 막지 않기 위해, 분산 표면(34)에 대해 경사져 측 방향 각도로 부착될 수 있다.

분산 표면(34)은, 2개의 측정 유닛(14, 18)이 측정 위치에 위치될 때, 제2 측정 유닛(18)과 대면한다. 광원(24)은 예를 들면 제2 측정 유닛(18)으로부터 볼 때 분산 표면(34) 뒤에 배치될 수 있고, 광 빔 번들(28)은 분산 표면(34) 내의 대응 개구를 통해 방사될 수 있다.

제2 측정 유닛(18)은 반사기(38)를 가지며, 반사기는, 제1 측정 유닛(14)과 대면하는 전방면(40), 제1 후방면(42), 및 제2 후방면(44)을 가지고, 후방면(42, 44)은 소정 각도 통상적으로 서로에 대해 직각으로 배치되어 그들 사이에 지붕형 에지(46)를 형성하며, 도시된 실시예에서, 반사기는 소위 포로 프리즘(Porro prism)(또한 "지붕 프리즘"이라고도 지칭됨)으로서 디자인되고, 프리즘의 2개의 평행 측면은 합동 직각 삼각형에 의해 형성되며, 삼각형 면에 대해 직각으로 놓이는 경계면에 의해 결합된다. 지붕형 에지(46)는 기본적으로 샤프트(10, 12)의 원주면에 접한다.

전방면(40)은 광 빔 번들(28)을 위한 부분적으로 반사하는 표면으로서 디자인되고, 광 빔 번들의 제1 부분(28')은 분산 표면(34)의 방향으로 전방면(40)에 의해 반사되며, 광 빔 번들의 제2 부분(28")은 전방면(40)을 통해 제1 후방면(42)의 방향으로 전달되어, 제1 후방면(42)에서 제2 후방면(44)을 향해 반사되고, 제2 후방면(44)으로부터 전방면(40)을 통해 분산 표면(34)의 방향으로 전달된다.

도 1 및 도 2의 실시예에서, 분산 표면(34) 상의 광 빔 번들(28' 또는 28")의 충돌의 지점(즉, 광 스폿)은 각각 WV 또는 PV로 표시된다. 바람직하게, 광 빔 번들(28)을 위한 전방면(40)의 반사율은, 2개의 반사된 광 빔 번들(28', 28")의 강도가 상이하여, 2개의 충돌 지점(WV, PV)은 분산 표면(34) 상에서 구별될 수 있다.

수정된 실시예에 따라, 도 1 및 도 2의 장치에 광원(24)이 장착될 수 있으며, 광원은 제1 광 빔 번들(28)에 더해 제2 광 빔 번들(30)(도 1에서 점선으로 표시됨)을 방출할 수 있고, 2개의 광 빔 번들(28, 30)은 기본적으로 동일한 방향으로 방사되지만 스펙트럼은 상이하다(예를 들면, 광원(24)은, 적색 영역에서 약 660 nm에서의 광 빔 번들 및 자외선 영역에서 약 780 nm에서의 광 빔 번들을 방출하는 이중 파 레이저 다이오드로서 디자인될 수 있거나, 또한 2개의 다른 색의 레이저 다이오드를 가질 수도 있음).

이러한 경우에, 반사기(38)의 전방면(40)은 색 분리기로서 디자인되며, 색 분리기를 제2 광 빔 번들(30)보다 제1 광 빔 번들(28)을 위해 더 강하게 반사하고, 그에 대응하여 제1 광 빔 번들(28)보다 제2 광 빔 번들(30)을 위해 더 강하게 전달하도록 디자인할 수 있다. 그러면, 도 1에서 28"로 표시된 반사된 광 빔 번들은, 제2 광 빔 번들(30)이 일단 전방면(40)에 의해 전달되고 2개의 후방면(42, 44)에 의해 반사되면, 제2 광 빔 번들(30)에 대응한다. 도 1에서 28'로 표시된 광 빔 번들은, 전방면(40)에서 반사된 제1 광 빔 번들(28)에 대응한다.

이러한 방식으로, 2개의 충돌 지점(WV, PV)은 스펙트럼 성분이 다르며, 색 감지 카메라(36)에 의해 용이하게 구별될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 장치에서, 전방면(40)에서 반사된 광 빔 번들(28')의 충돌 지점(WV)은 2개의 샤프트(10, 12)의 각도 옵셋의 척도이고, 2개의 후방면(42, 44)에서 반사된 광 빔 번들(28")의 충돌 지점(PV)은 2개의 샤프트(10, 12)의 평행 옵셋의 척도이다.

분산 표면(34) 뒤에(제2 측정 유닛(18)으로부터 볼 때), 제1 측정 유닛(14)은, 광원(24) 및 관련 전자 장치를 포함하는 하우징(32)을 포함한다. 광원(24)은 바람직하게 임의의 진동 감도를 최소화하기 위해 무작위로 펄스를 발생시킨다. 또한, 하우징(32)은 적절한 파워 관리 전자장치에 더하여 광원(24)을 위한 파워 소스(전지 또는 재충전 가능 전지)를 포함한다. 전체적으로, 하우징(32)은 위치 설정 부재(16)(도 1에 도시되지 않음)에 대한 부착을 위해 통상적으로 구비되는 유지 로드보다 현저하게 두껍지 않아야 한다.

제1 측정 유닛(14)은 바람직하게, 제1 측정 유닛(14)의 경사각 및 따라서 제1 측정 유닛(14)이 구비되는 샤프트(10)의 회전 각도 위치를 판정하기 위한 경사계를 가진다. 그러한 경사계(31)는 디스플레이(33)와 함께 예를 들면 도 1 및 도 2에서 하우징(32)에 통합될 수 있다. 이러한 경우에, 경사계(31)는 예를 들면 MEMS 경사계로서 디자인될 수 있다.

제1 측정 유닛(14)은 바람직하게, 광 빔 번들 또는 광 빔 번들(28, 30)이 반사 부재의 삽입 없이 제2 측정 유닛(18)의 반사기(38)를 향하도록, 디자인되며, 즉 광원(24)과 반사기(38) 사이에 반사 부재가 배치되지 않는다.

도 2에 따라, 분산 표면(34)에 측정 마커(50)가 구비되며, 마커는, 예를 들면 카메라(36)에 의해 취해지는 분산 표면(34)의 이미지의 분석을 용이하게 하기 위해, 십자형으로 디자인될 수 있다. 마커(50)가 어두운 환경에서도 보일 수 있도록, 카메라(36)에 예를 들면 LED(23)와 같은 외부 광원을 구비하는 것도 가능하다. 또는, 분산 표면(34)의 백라이트(25)가 구비될 수 있다. 이러한 경우에, 적절한 절결부를 가진 금속박이 우유 유리 표면(유리 또는 플라스틱으로 이루어짐)에 접착제에 의해 접착되고, 확산 백색광이 하우징(32)을 통해 주입될 수 있다.

바람직하게, 분산 표면(34)은 기본적으로 평평하게 디자인된다. 도 1 및 도 3에 따라, 카메라(36)는 분산 표면(34)에 대해 측 방향으로 이격되고 경사져 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 카메라(36)는 또한 예를 들면 위치 설정 부재(16)(예를 들면, 체인 인장 디바이스일 수 있음) 상에 장착될 수 있다. 카메라(36)는, 카메라가 이러한 경우에 카메라 센서에 가능한 한 완전히 분산 표면(34)을 결상시키지만 반사된 광 빔 번들(28', 28")은 그늘지지 않도록, 향한다. 이러한 경우에, 바람직하게 카메라(36) 및 분산 표면(34)의 기계적 안정을 위해서도 사용될 수 있는 분산된 광 애퍼처(도시되지 않음)도 구비될 수 있다.

카메라(36)는 예를 들면 컴팩트 카메라 또는 스마트폰 또는 모바일 폰 카메라로서 디자인될 수 있다. 바람직하게, 광학 장치(35)는 고정된 렌즈를 포함할 수 있는데, 그것은 그러한 렌즈가 줌 렌즈보다 더 안정되기 때문이다. 바람직하게, 카메라 센서의 해상도는 8 메가픽셀 이상이다. 카메라는 바람직하게 매크로 세팅으로 작동된다.

카메라가 스마트폰으로서 디자인되는 한, 스마트폰의 디스플레이는 바람직하게 그래픽 유저 인터페이스(GUI)로서 사용될 수 있고, 그렇지 않으면, 예를 들면 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 이러한 종류의 추가적 디바이스가 유저 제어를 위해 추가로 사용될 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 예를 들면 헤드셋 또는 2013년에 예상되는 "구글 글라스"를 가진 음성 컨트롤을 사용하는 것도 가능하다.

카메라에 의해 취해진 이미지의 분석은 다음과 같이 수행될 수 있는데, 분석의 목적은, 반사된 광 빔 번들(28', 28") 각각의 충돌 지점(BV, PV)의 각각의 중앙 지점 좌표를 판정하는 것이다. 이러한 프로세스에서, 취해진 이미지는 초기에 정류되고, 즉, 카메라(36)의 측 방향으로 경사진 배치에 의해 발생되는 광학 시스템의 사시 왜곡 및 임의의 왜곡이 보상될 것이다. 이것은 예를 들면 "글로벌 좌표"가 완전히 공지된 측정 마커(50)에 기초하여 발생할 것이다. 광 스트림 번들(28', 28")의 충돌 지점은 색에 기초하여 배경으로부터 분리될 수 있어, 중앙 지점 판정을 위한 영역은 제한된다. 그러면 무게 중심 추정에 의한 중앙점 판정이 일어난다. 측정 마커(50)의 글로벌 좌표는 정확히 공지되었기 때문에, 화소 좌표가 계산될 수 있어, 광 빔 번들의 충돌 지점(WV, PV)의 중앙점은 글로벌 좌표에서 판정될 수 있다.

다른 가능성은, 도 5에서 충돌 지점(PV)을 위해 개략적으로 표시되었듯이 충돌 지점의 좌표를 계산하기 위해 인터셉트 정리를 사용하는 것이다. 이러한 경우에, 수평 소멸점(VPH) 및 수직 소멸점(VPV)이 사용된다.

또한, 충돌 지점(PV, WV)의 평균 직경을 판정하여, 이들 평균 직경을 광원과 반사기 사이의 거리 즉 제1 측정 유닛(14)과 제2 측정 유닛(18) 사이의 거리를 추정하는 데에 사용하는 것도 가능하다.

제1 측정 유닛(14)이 경사계(31)에 의해 측정된 경사각을 위한 디스플레이(33)를 가지는 한, 카메라(36)에 바람직하게 이러한 각도의 값을 등록하기 위한 OCR 기능이 구비되거나, 카메라(36)에 대한 각도 값의 직접적인 전송은 예를 들면 블루투스 링크를 통해 일어날 수 있다.

카메라(36)가 스마트폰인 한, 카메라에 통상적으로 통합되는 경사계(29) 역시 경사각을 판정하기 위해 사용될 수 있다.

카메라에 의해 취해진 사진의 분석시에, 또한, 예를 들면 프리즘 에지(46)에 의해 발생되는 것과 같은 체계적 왜곡을 교정하는 것도 가능하다.

이미지의 분석은 도면 부호 22로 개략적으로 표시된 분석 유닛에서 수행될 수 있으며, 분석 유닛은 특히, 비교적 큰 계산 파워를 가지고 어쨌든 고유하게 이미 공장에서 장착되는 스마트폰이 관련될 때, 카메라의 일부를 구성할 수 있다.

측정의 시작 전에, 2개의 측정 유닛(14, 18)은, 반사된 광 빔 번들(28', 28")이 대략 분산 표면(34)의 중심에 충돌하도록, 서로에 대해 초기에 조절된다. 이러한 목적을 위해, 제2 측정 유닛(18)에, 예를 들면 샤프트(12)에 대해 반경 방향으로 제2 측정 유닛(18)의 위치를 시프팅하기 위한 높이 조절기(도시되지 않음), 및 샤프트(12)의 반경 방향에 대해 제2 측정 유닛(18)을 경사시키고 반경 방향 둘레의 제2 측정 유닛(18)의 조절을 위한 각도 조절기가 구비될 수 있다.

2개의 측정 유닛(14, 18)의 서로에 대한 조절이 일단 완료되면, 반사된 빔 번들(28', 28")의 충돌 지점은 원리상, 2개의 샤프트(10, 12)가 샤프트들에 위치되는 측정 유닛(14, 18)과 함께 축(26) 둘레로 회전될 때, 2개의 샤프트(10, 12)의 서로에 대한 오정렬을 나타내며, 그러면, 각각의 충돌 지점의 코스가 회전 각도(경사계 기능에 의해 판정될 수 있음)에 의존하여 추적되고, 샤프트(10, 12)의 수직 옵셋, 수평 옵셋, 및 각도 옵셋을 판정하기 위해 공지된 방식으로 분석된다(그러한 방법은 예를 들면 단일 빔 번들을 위해 DE 39 11 307 A1에 기술됨).

반사기(38)가 삼중 프리즘으로서 디자인되면, 후방면(42, 44)에서 반사되는 빔 번들(28")의 충돌 지점은 양쪽 방향에서의 평행 옵셋을 나타낸다.

오정렬의 판정 후에, 샤프트(10, 12)의 조절은 특정 각도 위치에서 수행되며, 측정은, 오정렬이 가장 양호하게 교정되었을 때를 설정하기 위해 샤프트 조절 동안에 수행된다. 그러한 방법 역시 예를 들면 DE 39 11 307 A1에 기술되어 있다.

삼중 프리즘이 사용될 때, 샤프트의 조절은 예를 들면 2개의 측정 유닛(14, 18)의 "12시" 위치에서 일어날 수 있다. 포로 프리즘("지붕 프리즘"이라고도 지칭됨)이 사용될 때, 조절은 예를 들면 3시 또는 9시 위치에서 일어날 수 있다.

통상적으로, 정렬 측정시 및 샤프트의 조절시에, 분산 표면(34)의 이미지는 비교적 높은 속도로 카메라에 의해 연속적으로 취해지고 분석되어, 예를 들면 1초당 5개의 이미지를 생성 및 프로세싱할 수 있다. 카메라가 스마트폰인 한, 이미지의 취함 및 분석은 예를 들면 적절한 앱(app)의 형태로 수행될 수 있다.

연속적으로 이미지를 취하는 것에 대한 대안으로서, 예를 들면 각도가 특정 증분 예를 들면 1° 만큼 변경될 때마다 현재의 경사각에 의존하여 이미지가 취해지도록, 이미지 취하기 모드를 선택할 수도 있다.

정렬 디바이스는 옵션으로서 블루투스 헤드셋을 포함할 수 있고, 블루투스 헤드셋은 조절시에 샤프트의 조절을 수행하는 오퍼레이터가 착용하며, 샤프트의 조절을 수행하는 인원에게 청각 면에서 보조하기 위해 스마트폰으로서 디자인되는 카메라(36)의 분석 유닛(22)에 의해 판정되는 현재의 옵셋 값의 무선 수신 작용을 한다. 이것은, 조절시에, 오퍼레이터가 스마트폰(36)의 디스플레이를 판독하는 것이 통상적으로 어려울 때, 이점을 가진다. 이러한 경우에, 헤드셋은 또한 스마트폰(36)의 음성 제어를 위해 블루투스 링크를 사용하기 위해 사용될 수 있다.

또는, 제2 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터가, 오퍼레이터에 의해 더 양호하게 판독될 수 있는 형태로 블루투스 링크를 통해(예를 들면, VNC에 의해) 카메라로서 작용하는 스마트폰(36)의 디스플레이를 제공하기 위해 오퍼레이터에 의해 사용될 수 있고, 또한 터치 디스플레이에 의해 제2 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터를 통해 스마트폰(36)을 제어하는 것도 가능하다(또한 WO 97/36146을 참조).

통상적으로, 결상된 표면은 약 40 × 40 mm의 사이즈를 가지며, 그러한 경우에 1개의 화소는 카메라의 해상도가 8 메가픽셀(약 2500 픽셀의 수직 해상도에 대응함)일 때 약 20 μm에 대응한다. 예를 들면 16 메가픽셀을 가진 컴팩트 카메라가 사용될 때, 약 7 μm의 해상도가 얻어질 수 있다.

기본적으로, 특수 광학 장치를 가진 카메라를 사용하거나, 스마트폰의 경우에 삽입된 확대경을 사용하는 것도 가능하다. 결상될 분산 표면(34)의 크기는 또한 예를 들면 20 × 20 mm 내지 30 × 30 mm 감소될 수 있다.

이러한 경우에, 기본적으로, 카메라의 이미지가 예를 들면 모바일 플랫폼으로 무선으로(예를 들면, WLAN을 통해) 전송되는 것을 생각할 수 있다. 여기에서 예를 들면 특수 SD 카드를 사용하는 것이 가능하다.

도 1 내지 도 3의 실시예의 수정예에 따라, 카메라(36)는 "자유 카메라"로서 디자인될 수 있으며, "자유 카메라"는 2개의 측정 유닛(14, 18)에 대해 자유롭게 이동할 수 있고, 예를 들면 분산 표면(34)의 사진을 찍기 위해 오퍼레이터의 손에 유지되거나 다르게 삼각대에 장착된다. 이러한 경우에, 카메라는 사진이 찍힐 때 매크로 셋팅으로 작동되고 분산 표면(34)에 적절히 가깝게 위치될 수 있거나, 다르게는, 이것이 가능하지 않거나 바람직하지 않을 때, 카메라는 망원렌즈를 가지고 작동되어, 이미지는 또한 예를 들면 1 m보다 큰 거리에서 취해질 수 있다.

도 1 내지 도 3의 실시예의 다른 수정예가 도 4에 도시되어 있으며, 분산 표면(134)은 매트 스크린으로서 디자인되고, 카메라(36)는 도 1 내지 도 3의 실시예의 경우에서와 같이 제2 측정 유닛(18)과 대면하는 분산 표면의 쪽을 기록하지 않고, 오히려 제2 측정 유닛(18)으로부터 멀어지는 쪽으로 향한 분산 표면(134)의 쪽을 기록한다. 이러한 경우에, 카메라(36)는, 제2 측정 유닛(18)으로부터 볼 때, 매트 스크린(134) 뒤에 배치된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 카메라(36)는 제1 측정 유닛(14)의 하우징(32)에서 정위치에 고정된다. 시판중인 스마트폰의 경우에, 이것은 약 50 내지 60 mm의 카메라와 매트 스크린 사이의 최소 거리를 발생시킬 것이다. 이러한 거리는 카메라에 보조 렌즈(광각 또는 확대경)가 구비되면 짧아질 수 있다.

여기에서, 또한, 예를 들면 블루투스와 같은 무선 접속을 통한 모바일 작동 부재는 카메라(36)와 통신할 수 있다. 또한 도 4의 실시예의 경우에도, 분산된 광 애퍼처(도시되지 않음)를 사용하는 것이 가능하다.

바람직하게, 도 4의 실시예의 경우에, 광원(24)은 2-색이며, 전방면(40)은, 도 1 내지 도 3과 관련하여 이미 설명하였듯이, 색 분리기로서 디자인된다.

기본적으로, 카메라는 기록시에 제1 측정 유닛(14)에 고정 위치에 장착되는 경우에도, 정렬 측정 및 조절이 완료된 후에 제1 측정 유닛(14)으로부터 분리되어 다른 곳에 사용될 수 있도록, 제1 측정 유닛(14)에 결합될 수 있다. 이것은 카메라가 스마트폰인 경우에 특히 이점을 가진다.

기본적으로, 스마트폰을 카메라로서 사용하면 많은 이점이 얻어지는데, 즉, 그러한 디바이스는 그래픽 유저 인터페이스의 프로그래밍 및 디자인의 면에서 매우 신축성 있고 강력하며, 특히 제스처 인식, 키보드 오버레이 및 국부화와 같은 것이 가능하다. 또한, 정렬 측정을 수행하는 사용자는 자기가 작동법을 이미 기본적으로 알고 있는 디바이스를 사용할 수 있다. 또한, 스마트폰은 예를 들면 메인테이너(maintainer) 데이터베이스에서의 인터페이스와 같은 많은 인터페이스를 제공하며, 특히 이러한 경우에, 다른 모바일 작동 플랫폼, 헤드셋(에코 및 노이즈 억제 기능을 가짐), 구글 글래스, 진동 벨트 등에 링킹하기 위해 사용될 수 있는 무선 인터페이스가 이용될 수 있다. 또한, 스마트폰은 정렬 측정을 위해 사용되지 않을 때 통상적인 방식으로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 분산 표면에 예를 들면 QR 코드와 같은 복수의 2차원 광학 코드가 구비될 수 있으며, 2차원 광학 코드는 통상적으로 격자 방식으로 분산 표면에 분포되고, 분산 표면에 프린트되며, 분산 표면 또는 분산 표면이 구비되는 측정 유닛에 관한 정보/데이터를 코딩하기 위한 작용을 하고, 정보/데이터는, 예를 들면, 측정 유닛의 일련 번호, x 및 y 방향의 분산 표면의 크기(예를 들면, mm로 표시됨), 분산 표면에 프린팅하기 위해 사용되는 프린터의 정밀도 또는 에러에 관한 교정 계수(예를 들면, x 및 y 방향으로의 연장량 또는 압축량), 분산 표면상의 코드의 수, 격자 내의 각각의 코드의 위치(로우 번호, 칼럼 번호), 분산 표면의 좌표 시스템의 원점으로부터 각각의 코드의 거리(예를 들면, μm로 표시됨)이다. 이러한 경우에, 개별 코드는 예를 들면 분산 표면 전체를 덮기 위해 서로 인접하도록 배치될 수 있으며, 예를 들면 4개의 코드(60A, 60B, 60C, 60D)가 도시되어 있는 도 6을 참조하기 바란다. 코드의 수 및 해상도는 프린터 및 카메라의 해상도에 대응하여 최적화되어야 한다. QR 코드 대신에, 기본적으로, 다른 독점 그래픽 코드를 사용하는 것도 가능하다.

분산 표면에 그래픽 코드를 구비하면 다음의 이점을 가진다. 전체 반사기 표면은 보호 에지와 함께 촬영될 필요가 없으며, 그것은 사용자에게 편리하게 하는 것을 뜻한다. 코드는 타겟 이미지를 생성하도록 재구성될 수 있어, 분산 표면의 이미지의 선형화를 위해 충분한 점들이 이용될 수 있다(내부 및 외부 변수). 분산 표면상의 코드는 특수 마킹에 기초한 것으로 인식될 수 있다. 프린트의 위치를 판정함에 있어서 더 높은 정밀도가 얻어질 수 있다. 분산 표면은 분산 표면을 프린팅하기 위해 사용된 프린터의 정밀도에 대해 교정될 수 있다.

Claims

제1 기계 부재(10)와 제2 기계 부재(12)의 서로에 대한 위치를 판정하기 위한 장치에 있어서,
상기 제1 기계 부재에 위치되기 위한 제1 측정 유닛(14),
상기 제2 기계 부재에 위치되기 위한 제2 측정 유닛(18), 및
분석 유닛(22)
을 구비하고 있으며,
상기 제1 측정 유닛은, 하나 이상의 광 빔 번들(28, 30)을 생성하기 위한 수단(24), 분산 표면에 충돌하는 광(WV, PV)을 분산시키기 위한 분산 표면(34), 및 상기 분산 표면의 이미지를 취하기 위한 카메라(36)를 구비하고 있고,
상기 제2 측정 유닛은, 상기 측정 유닛들이 각각의 상기 기계 부재에 위치될 때, 상기 광 빔 번들(28', 28")을 상기 분산 표면으로 반사시키기 위해 상기 제1 측정 유닛과 대면한 반사기(38)를 구비하고 있으며,
상기 분석 유닛은, 상기 카메라에 의해 공급되는 이미지 데이터로부터, 상기 반사기에서 반사되는 상기 광 빔 번들이 상기 분산 표면에 충돌하는 충돌 위치를 판정하고, 상기 충돌 위치로부터, 상기 제1 기계 부재와 상기 제2 기계 부재의 서로에 대한 위치를 판정하도록 설계되어 있는,
위치를 판정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 카메라(36)는, 상기 반사기(38)와 대면하는 상기 분산 표면(34)의 쪽을 향하고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제2항에 있어서,
상기 카메라(36)는 상기 분산 표면(34)에 대해 측 방향으로 이격되어 배치되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제3항에 있어서,
상기 카메라(36)는 상기 분산 표면(34)에 대해 경사져 배치되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 분산 표면(34)은 매트 스크린(134)으로서 설계되어 있고,
상기 카메라(36)는, 상기 반사기로부터 멀어지는 방향으로 향한 상기 매트 스크린의 쪽을 향하고 있는,
위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 측정 유닛(14)은, 상기 카메라(36)를 착탈 가능하게 고정하기 위한 수단(33)을 구비하고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1 기계 부재(10)와 제2 기계 부재(12)의 서로에 대한 위치를 판정하기 위한 장치에 있어서,
상기 제1 기계 부재에 위치되기 위한 제1 측정 유닛(14),
상기 제2 기계 부재에 위치되기 위한 제2 측정 유닛(18),
카메라(36), 및
분석 유닛(22)
을 구비하고 있으며,
상기 제1 측정 유닛은, 하나 이상의 광 빔 번들(28, 30)을 생성하기 위한 수단(24), 및 분산 표면에 충돌하는 광(WV, PV)을 분산시키기 위한 분산 표면(34)을 구비하고 있고,
상기 제2 측정 유닛은, 상기 측정 유닛들이 각각의 상기 기계 부재에 위치될 때, 상기 광 빔 번들을 상기 분산 표면으로 반사시키기 위해 상기 제1 측정 유닛과 대면한 반사기(38)를 구비하고 있으며,
상기 카메라는 2개의 상기 측정 유닛에 대해 자유롭게 이동할 수 있고, 상기 분산 표면의 이미지를 취하도록 설계되어 있으며,
상기 분석 유닛은, 상기 카메라에 의해 공급되는 이미지 데이터로부터, 상기 반사기에서 반사되는 상기 광 빔 번들(28', 28")이 상기 분산 표면에 충돌하는 충돌 위치를 판정하고, 상기 충돌 위치로부터, 상기 제1 기계 부재와 상기 제2 기계 부재의 서로에 대한 위치를 판정하도록 설계되어 있는,
위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사기(38)는 제1 후방면(42) 및 제2 후방면(44)을 구비하고 있으며,
상기 제1 후방면 및 상기 제2 후방면은, 상기 광 빔 번들을 상기 제1 후방면으로부터 상기 제2 후방면으로 또한 상기 제2 후방면으로부터 상기 분산 표면(34)의 방향으로 반사시키도록, 서로에 대해 소정 각도로 배치되어 있는,
위치를 판정하기 위한 장치.
제8항에 있어서,
상기 반사기(38)의 상기 제1 후방면(42) 및 상기 제2 후방면(44)은 대체로 서로에 대해 직각인, 위치를 판정하기 위한 장치.
제9항에 있어서,
상기 반사기(38)는 프리즘으로서 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제10항에 있어서,
상기 반사기(38)는 포로(Porro) 프리즘 또는 삼중 프리즘으로서 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 측정 유닛(14)과 대면하고 있는 상기 반사기(38)의 표면(40)은, 상기 광 빔 번들(28)의 일부를 상기 분산 표면(34)으로 반사시키고, 상기 광 빔 번들의 일부를 상기 제1 후방면으로 전달하도록 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 빔 번들은 제1 광 빔 번들(28)이고,
상기 제1 광 빔 번들을 생성하기 위한 수단은 또한 제2 광 빔 번들(30)을 생성하도록 설계되어 있으며,
2개의 상기 광 빔 번들은 기본적으로 동일한 방향으로 방사되지만 스펙트럼이 상이하고,
상기 제1 측정 유닛과 대면하고 있는 상기 반사기(38)의 표면(40)은 색 분리기로서 설계되어 있어, 상기 제1 광 빔 번들을 상기 제2 광 빔 번들보다 강하게 반사시키며, 상기 제2 광 빔 번들을 상기 제1 광 빔 번들보다 강하게 전달하고,
상기 반사기의 하나 이상의 상기 후방면(42)은, 전달된 상기 제2 광 빔 번들을, 상기 제1 측정 유닛과 대면하고 있는 표면을 통해 반사하기 위해 구비되어 있는,
위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 기계 부재는 제1 샤프트(10)이고,
상기 제2 기계 부재는 제2 샤프트(12)이며,
상기 제1 측정 유닛(14)은 상기 제1 샤프트의 원주면에 위치되기 위해 설계되어 있고,
상기 제2 측정 유닛(18)은 상기 제2 샤프트의 원주면에 위치되기 위해 설계되어 있는,
위치를 판정하기 위한 장치.
제14항에 있어서,
상기 분석 유닛(22)은 샤프트(10, 12)의 여러 가지 회전 각도 위치에서 기록된 이미지 데이터로부터 샤프트의 각도 옵셋, 및 수직 및 수평 옵셋을 판정하도록 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제11항 또는 제15항에 있어서,
상기 프리즘(38)의 지붕형 에지(46)는 상기 샤프트의 원주면에 대해 실질적으로 접하도록 향한, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라는 고정 초점을 가진 렌즈(35)를 가지고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 표면(34)에 측정 마커(50)가 구비되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분석 유닛(22)은, 상기 카메라(36)에 의해 공급된 이미지 데이터를 상기 분산 표면(34)의 경사에 대해 교정하도록 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 측정 유닛(14)은 경사계(27)를 구비하고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라(36)는 경사계(29)를 구비하고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 측정 유닛(14)은 상기 분산 표면(34)을 위한 백라이트(25)를 구비하고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라(36)는 상기 분산 표면(34)을 조명하기 위한 수단(23)을 구비하고 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카메라(36)는 스마트폰으로서 설계되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분산 표면(34)에, 상기 분산 표면 및/또는 상기 분산 표면이 구비된 상기 측정 유닛에 관한 데이터를 코딩하기 위해, 상기 분산 표면에 분포된 복수의 그래픽 코드(60A, 60B, 60C, 60D)가 구비되어 있는, 위치를 판정하기 위한 장치.
제1 기계 부재(10)와 제2 기계 부재(12)의 서로에 대한 위치를 판정하기 위한 방법에 있어서,
제1 측정 유닛(14)이 상기 제1 기계 부재에 위치되고, 제2 측정 유닛(18)이 상기 제2 기계 부재에 위치되는 단계,
광 빔 번들(28, 30)이 상기 제1 측정 유닛에 의해 생성되는 단계,
상기 광 빔 번들은 상기 제2 측정 유닛의 반사기(38)에 의해 상기 제1 측정 유닛의 분산 표면(134)으로 반사되는 단계,
2개의 상기 측정 유닛에 대해 자유롭게 이동할 수 있는 카메라(36)가 소정의 위치에 배치되어, 상기 분산 표면의 하나 이상의 이미지가 취해지는 단계, 및
상기 하나 이상의 이미지는, 상기 반사기에서 반사되는 상기 광 빔 번들이 상기 분산 표면에 충돌하는 충돌 위치(WV, PV)를 판정하고, 상기 충돌 위치로부터, 상기 제1 기계 부재와 상기 제2 기계 부재의 서로에 대한 위치를 판정하기 위해 분석되는 단계
를 포함하는, 위치를 판정하기 위한 방법.
제26항에 있어서,
상기 카메라(36)는, 상기 반사기(38)와 대면하는 상기 분산 표면(34) 쪽을 향하는, 위치를 판정하기 위한 방법.
제26항에 있어서,
상기 분산 표면(34)은 매트 스크린으로서 설계되고,
상기 카메라(36)는, 상기 반사기(38)로부터 멀어지는 방향으로 향한 상기 매트 스크린 쪽을 향하는,
위치를 판정하기 위한 방법.