KR20160096000A - 2개의 물체의 목표 위치 편차를 결정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

2개의 물체의 목표 위치 편차를 결정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개의 물체(10, 12)의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치(8)에 관한 것으로서, 상기 장치는 제1 물체(10) 상에 배치하기 위한 제1 측정 유닛(14), 제2 물체(12) 상에 배치하기 위한 제2 측정 유닛(18), 및 평가 유닛(22)을 포함한다. 제1 측정 유닛(14)은 적어도 한 다발의 광빔(28)을 생성하기 위한 수단(24) 및 산란 영역을 타격하는 광(WV, PV)을 산란시키기 위한 산란 영역(34)을 가지고, 제2 측정 유닛(18)은 산란 영역(34) 상으로 광빔 다발(28)을 반사하기 위한 반사 장치(38)를 가진다. 제2 측정 유닛(18)은 산란 영역(34)의 이미지를 기록하기 위한 카메라(36)를 가진다. 평가 유닛(22)은 상기 이미지로부터 물체(10, 12)의 목표 위치 편차를 탐지하도록 구성된다. 본 발명은 또한 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

2개의 물체의 목표 위치 편차를 결정하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING THE TARGET POSITION DEVIATION OF TWO BODIES}
본 발명은 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상기 장치는 제1 물체 상에 배치되는 제1 측정 유닛, 제2 물체 상에 배치되는 제2 측정 유닛, 및 평가 유닛을 가진다.
이러한 장치는 대안적으로 또는 추가적으로 2개의 물체의 배향, 특히 서로에 대한 배향을 결정하는데 사용되도록 설계될 수도 있다.
전술한 유형의 장치에서, 2개의 측정 유닛 중 적어도 하나는 일반적으로 광빔을 생성하는 광원을 가지고, 광빔의 충돌 위치는 다른 측정 유닛 상의 하나 이상의 탐지기 상에서 결정되거나, 또는 광원이 설치된 측정 유닛 상의 탐지기 상에서 결정되고, 후자의 경우 다른 측정 유닛은 광빔을 반사시킨다. 일반적으로, 물체들, 예컨대 샤프트들의 서로에 대한 배향을 결정하기 위하여, 광빔의 충돌 지점의 위치가 다양한 회전 각도 위치에서 결정된다. 이것을 달성하기 위하여, 측정 유닛은 샤프트의 외주면을 따라 이동되거나, 또는 샤프트가 외주면 상에 위치한 측정 유닛으로 회전된다.
DE 33 20 163 A1 및 DE 39 11 307 A1에서 샤프트 위치 측정 장치는, 제1 측정 유닛이 광빔을 방사하고, 이 광빔은 제2 측정 유닛의 미러 프리즘에 의해 제1 측정 유닛 상의 광학적 탐지기로 다시 반사된다고 기술되어 있다.
DE 33 35 336 A1에서, 샤프트 위치 측정 장치는, 제1 및 제2 측정 유닛 모두가 광빔을 각각 방사하고, 각각이 광학적 탐지기를 가지며, 각각의 광빔이 다른 측정 유닛 상의 탐지기에 투사된다고 기술되어 있다.
이러한 원리에 따른 샤프트 위치 측정 장치는 또한 US 6,873,931 B1에 기술되어 있는데, 여기에서는 2개의 측정 유닛 각각에 샤프트의 회전각을 자동으로 측정하기 위한 한 쌍의 이중 축(dual-axis) 가속도 센서가 설치되어 있다.
샤프트 위치 측정 장치가 DE 38 14 466 A1에 공지되어 있는데, 여기에서 제1 측정 유닛은 광빔을 방사하고, 이 광빔은 제2 측정 유닛 상에서 축방향으로 줄지어 배치된 2개의 광학적 탐지기를 타격한다.
샤프트 위치 측정 장치가 WO 03/067187 A에 공지되어 있는데, 여기에서 제1 측정 유닛은 부채꼴 형상의 빔을 방사하고, 이 빔은 제2 측정 유닛 상에서 축방향으로 줄지어 배치된 2개의 광학적 탐지기를 타격한다.
샤프트 위치 측정 장치가 WO 00/28275 A1에 공지되어 있는데, 여기에서 2개의 측정 유닛은 2개의 샤프트 중 하나의 각각의 단부에 부착되어 있고, 제1 측정 유닛은 부채꼴 형상의 광빔을 방사하고, 이 광빔은 제2 측정 유닛의 평면 상에 배치된 3개의 마커 핀(marker pin)을 측면에서 타격한다.
EP 0 962 746 A2에서, 샤프트 위치 측정 장치는, 제1 유닛이 제1 색상의 광빔을 위한 소스, 빔 스플리터, 및 색상 감지(color-sensitive) CCD 탐지기를 가지고, 제2 유닛은 제2 색상의 광빔을 위한 소스 및 제1 색상을 반사하고 제2 색상을 투과하는 컬러 스플리터(색상 감지 빔 스플리터)를 가지며, 제2 유닛의 광원은 제1 유닛의 관점에서 컬러 스플리터의 후방에 배치되고, 제1 유닛의 광원은 제2 유닛의 관점에서 빔 스플리터의 후방에 배치되는 것으로 기술되어 있다. 제1 유닛에 의해 방사된 광빔은 먼저 제1 유닛의 빔 스플리터를 통과한 다음, 제2 유닛의 컬러 스플리터에 의해 반사된다. 이러한 반사된 빔은 다시 제1 유닛의 빔 스플리터에서 반사되어 탐지기를 타격한다. 제2 유닛으로부터의 광빔은 제2 유닛의 컬러 스플리터를 통과한 다음, 제1 유닛의 빔 스플리터에 의해 탐지기 쪽으로 반사된다.
EP 2 093 537 A1에서, 샤프트 위치 측정 장치는, 제1 측정 유닛이 부채꼴 형상의 광빔을 방사하고, 이 광빔은 서로에 대해 소정의 거리에 측면으로 평행하게 배치된 제2 측정 장치의 2개의 광학적 스트립 탐지기를 타격하고, 탐지기의 길이방향은 부채꼴 형상의 광빔의 평면에 수직한 것으로 기술되어 있다.
전술한 모든 샤프트 위치 특정 장치에서, 탐지기 표면 상의 광빔 충돌 지점이 결정되고 평가된다.
DE 40 41 723 A1에는 드릴 구멍의 전방 이동을 제어하거나 관리하기 위하여 기준점에 대한 측정점의 위치를 결정하기 위한 장치가 공지되어 있는데, 이러한 장치는 드릴 구멍에 또는 드릴 헤드 상에 배치된 복수의 측정 스테이션을 가지고, 각각의 스테이션은 마커를 구비한 카메라를 가지고, 각각의 카메라는 인접한 카메라 또는 측정 스테이션의 마커를 기록한다.
WO 2010/042039 A1에는 샤프트 정렬 측정 장치가 공지되어 있는데, 여기에서 2개의 측정 유닛 각각에 하우징에 위치한 카메라가 설치되어 있고, 다른 유닛과 대면하는 하우징 측에는 반대편 카메라에 의해 기록된 광학적 패턴이 제공된다. 이러한 패턴을 지닌 하우징 측에는 각각의 경우에 개구가 구비되고, 이 개구를 통해 반대편 패턴이 투영된다. 대안적 실시예에서, 2개의 유닛 중 하나에는 카메라만 설치되고, 패턴을 설치되는 않는 반면, 다른 유닛은 카메라를 구비하지 않지만 3차원 패턴이 구비된다.
EP 1 211 480 A2는 샤프트 정렬 측정 장치를 기술하고 있는데, 여기에서 제1 측정 유닛에는 매트 스크린(matte screen)이 설치된 제2 측정 유닛에서 광빔을 지향하는 광원이 구비되고, 제1 측정 유닛으로부터 멀어지는 방향의 매트 스크린 측은 제2 측정 유닛의 일부이기도 한 이미지 탐지기 상의 적절한 광학장치에 의해 그려진다.
DE 101 43 812 A1 및 DE 10117390 A1에는 샤프트 정렬 측정 장치가 기술되어 있는데, 여기에서 제1 측정 유닛은 부채꼴로 펼쳐진 빔을 생성하기 위한 광원을 가지고, 반대편 제2 측정 유닛은, 광원으로부터 직접 오는 빔의 1차 광점 및 제2 측정 유닛의 부분 반사 광학 시스템으로부터 반사된 빔의 2차 광점을 가진 제1 측정 유닛으로부터 멀어지는 방향의 매트 스크린 측을 기록하는 카메라 및 제1 측정 유닛의 전방측 상의 반사기뿐만 아니라 후방 매트 스크린을 가진 부분 반사 광학 시스템을 가진다.
기계 측정을 위한 카메라를 가진 레이저 리시버는 LaserTrac이라는 상표명으로 판매하고 있는 독일, 38108 Braunschweig, Wente CamSorik GmbH 社로부터 입수가능하다.
2개의 기계 요소 또는 물체의 서로에 대한 위치를 결정하기 위한 장치가 EP 2 801 788 A1에 공지되어 있는데, 여기에서 2개의 기계 요소 또는 물체 중 제1 기계 요소 또는 제1 물체 상에 위치하는 제1 측정 유닛은 적어도 한 다발의 광빔을 생성하기 위한 수단, 산란 영역을 타격하는 광을 산란시키기 위한 산란 영역, 및 산란 영역의 이미지를 기록하기 위한 카메라를 가진다. 이러한 공지된 장치는 추가적으로 또는 대안적으로 목표 위치로부터 물체의 목표 위치 편차를 탐지 또는 결정하기에 적절하다. 이러한 공지된 솔루션에서, 카메라는 소정의 각도로 산란 영역의 측면에 부착되고, 카메라의 광축은 각각 산란 영역에 수직하게 배향되지 않는다. 제2 기계 요소 또는 제2 물체 상에 위치하는 제2 측정 유닛은 반사 장치를 가지고, 이 반사 장치는 광빔 다발을 산란 영역 상으로 반사하기 위하여 측정 유닛들이 관련 기계 요소 또는 물체에 부착될 때 제1 측정 유닛과 대면한다. 또한, 이러한 공지된 솔루션에 구비된 처리 유닛은, 카메라에 의해 공급된 이미지 데이터를 이용하여 반사 장치로부터 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 충돌 지점을 식별하고, 제1 물체와 제2 물체의 서로에 대한 이러한 위치로부터 결정하거나, 추가적으로 또는 대안적으로 각각의 목표 위치로부터 물체의 목표 위치 편차를 탐지 또는 결정하도록 구성된다.
본 발명의 목적은 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지 또는 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것으로서, 목표 위치 편차가 산란 영역 상의 광빔 다발의 충돌 지점의 카메라 이미지에 기초하여 간단하고 실용적으로 결정될 수 있다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가진 장치 및 청구항 10의 특징을 가진 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
2개의 물체의 목표 위치 편차를 결정 또는 탐지하기 위한 본 발명에 따른 장치는 특히, 제2 측정 유닛, 즉 반사 장치를 가진 측정 유닛이 산란 영역의 이미지를 기록하기 위한 카메라를 가진다는 점에서 구별된다. EP 2 801 788 A1에 공지된 솔루션에 대비할 때, 본 발명에 따른 솔루션에서는 산란 영역의 이미지를 기록하기 위한 카메라가 제1 측정 유닛에 구비되지 않는데, 즉 적어도 한 다발의 광빔을 생성하기 위한 수단 및 산란 표면을 타격하는 광을 산란시키기 위한 산란 영역을 가진 측정 유닛 상에 구비되지 않는다. 이것은 측정 유닛이 물체 상에 위치하는 상태에서 카메라의 광축이 산란 영역에 수직하게 또는 거의 수직하게 배향될 수 있는 이점을 가진다. 이것은 EP 2 801 788 A1에 공지된 솔루션에서는 불가능한데, 그 이유는 이것이 광빔 다발의 빔 경로를 차단할 수 있기 때문이다. 카메라의 광축의 산란 영역에 대한 수직 또는 본질적으로 수직인 배향은, 관점의 왜곡(distortion)이 발생하지 않는다는 이점을 가지는데, 이러한 왜곡은 EP 2 801 788 A1에 공지된 솔루션에서는 카메라에 의해 기록된 이미지 또는 이미지 데이터를 분석하여 많은 노력을 들여 보상되어야 한다.
전체적으로 보아 본 발명에 따른 장치에서는, 물체들의 목표 위치 편차가 산란 영역의 카메라 이미지에 기초하고, 특히 산란 영역 상의 광빔 다발의 충돌 위치에 각각 기초하여 산란 영역 상의 광빔 다발의 충돌 지점으로부터 간단하고 실용적으로 결정될 수 있다.
평가 유닛은 카메라에 의해 제공된 이미지 데이터를 이용하여 반사 장치로부터 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 적어도 하나의 충돌 지점을 결정하고, 충돌 지점으로부터 제1 물체의 목표 위치로부터 제1 물체의 위치의 편차 및/또는 제2 물체의 목표 위치로부터 제2 물체의 위치의 편차를 탐지 또는 결정하도록 구성된다. 충돌 지점으로부터 제1 물체의 목표 위치로부터 제1 물체의 위치의 편차 및 제2 물체의 목표 위치로부터 제2 물체의 위치의 편차를 탐지 또는 결정하기 위하여, 평가 유닛은 기준 위치 또는 목표 위치로부터 반사 장치에서 반사된 광빔 다발의 산란 영역 상의 충돌 지점의 편차 또는 시프팅을 결정하도록 구성될 수 있고, 기준 또는 목표 위치는 제1 물체가 제1 물체를 위한 목표 위치에 있고, 제2 물체가 제2 물체를 위한 목표 위치에 있을 때 광빔의 반사된 다발의 위치이다. 편차 또는 시프트는 예컨대 기준 또는 목표 위치로부터 산란 영역 상의 반사된 광빔의 위치의 편차를 정량화하는 좌표계 차이의 형태로 표현될 수 있다. 목표 위치 또는 위치들로부터 물체 또는 물체들의 편차를 탐지하기 위하여, 평가 유닛이, 반사 장치로부터 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 충돌 지점의 기준 또는 목표 위치로부터의 편차의 경우, 이러한 편차 또는 시프트를 디스플레이하거나, 또는 예컨대 경고 또는 통지 신호를 발하여 그러한 편차 또는 시프트를 가리키도록 구성되는 것으로 충분할 수 있다. 제1 또는 제2 물체의 위치는 특히 예컨대 제1 또는 제2 물체의 체축(body axis)에 의해 특징지어지거나 정의될 수 있어서, 제1 물체 또는 제2 물체의 위치를 기준으로 할 때, 예컨대 미리 정의된 3차원 좌표계에서 제1 또는 제2 물체의 체축의 위치를 의미하는 것으로 이해된다. 체축은 예컨대 물체의 종축 또는 물체를 관통하는 다른 임의의 축일 수 있다.
제1 물체 및/또는 제2 물체는 어떤 임의의 물체를 포함할 수 있고, 3차원 좌표계 또는 3차원 공간계에서 목표 위치로부터 물체의 편차가 본 발명에 따른 장치를 이용하여 탐지 또는 결정될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 물체는 커플링에 의해 서로 연결된 샤프트일 수 있고, 목표 위치에 있는 샤프트는, 정렬된 배향으로부터 바람직하지 않은 편차가 본 발명에 따른 장치를 이용하여 유리하게 결정될 수 있도록 서로에 대해 정렬된다. 물체 또는 물체들의 편차는 예컨대 열팽창으로부터 기인할 수 있다. 예컨대 사프트의 작동 시 열팽창의 결과로서 서로에 대해 정렬된 배향으로부터 샤프트의 변위를 생각할 수도 있다. 기술적 시스템을 위하여, 본 발명에 따른 장치는, 적어도 하나의 물체가 자신의 목표 위치로부터 벗어나거나, 또는 적어도 하나의 특정 공간 방향으로 적어도 특정의 크기만큼 자신의 목표 위치로부터 벗어나자마자, 특히 경고음을 내는 모니터링 설비에 사용될 수 있다. 특히, 예컨대 해양 추진 시스템과 같은 변화하는 외부 영향을 받는 2개의 물체를 가진 기술적 시스템은 본 발명에 따른 장치를 이용하여 매우 효율적으로 유리하게 모니터링될 수 있다.
사용의 편의성을 향상시키기 위하여, 실용적인 일실시예에서 카메라가 반사 장치 상에 분리가능하게, 또는 반사 장치 상에 수동으로 분리가능하게 장착된다.
특히 바람직하게는, 카메라가 마운팅 브라켓을 통해 반사 장치 상에 분리가능하게 장착되고, 각각의 카메라는 반사 장치에 부착된 마운팅 브라켓 상에 분리가능하게 장착된다. 또한, 마운팅 브라켓은 이러한 경우 산란 영역으로부터 멀어지는 방향의 반사 장치의 일측에 부착된다. 마운팅 브라켓은 매우 안정적이고 강건한 장착을 달성할 수 있게 해준다. 마운팅 브라켓을 산란 영역으로부터 멀어지는 방향의 반사 장치의 일측에 부착하기 때문에, 광빔 다발 경로를 방해하는 영향이 간단하고 실용적으로 회피된다.
추가적 실용적 실시예에서, 제2 측정 유닛은 스마트폰을 가지고, 카메라가 스마트폰에 구비되고, 각각 스마트폰의 카메라가 구비된다. 유리하게는, 대중 시장 소비자 제품으로서 스마트폰은 상대적으로 합리적인 가격으로 입수될 수 있거나, 또는 다른 이유로 사용자가 이미 소유하고 있다.
스마트폰은 또한 유리하게는 반사 장치에 부착된 마운팅 브라켓을 통해 반사 장치 상에 장착될 수도 있고, 마운팅 브라켓은 산란 영역으로부터 멀어지는 방향의 반사 장치의 일측에 부착될 수 있어서, 전술한 이점을 가진다.
목표 위치 편차를 탐지함에 있어서 사용의 용이성을 보장하기 위하여, 바람직하게는 스마트폰이 마운팅 브라켓 상에 탈부착가능하게 장착되거나, 또는 바람직하게는 마운팅 브라켓에 탈부착가능하고 회전가능하게 장착된다. 물론 스마트폰은 대안적으로 마운팅 브라켓을 제공하지 않고 반사 장치 상에 탈부착가능하게, 또는 탈부착가능하고 회전가능하게 장착될 수 있다. 사용의 용이성은 특히 "이동(move)"에서 유리한데, 스마트폰의 디스플레이는 사용자가 볼 수 있도록 의도된다. 짧은 샤프트를 가진 대형 기계에서, 시스템은 기계 하우징에 매우 근접하여 장착되어, 특히 스마트폰이 일직선으로 장착될 때 디스플레이를 알아보기 어렵다. 이러한 이유로, 회전가능성은 매우 유리하다. 스마트폰은 특히, 더 큰 범위의 회전가능성을 얻을 수 있도록 횡방향으로 장착되면 유리하다.
바람직한 실시예에서, 스마트폰은 평가 유닛을 포함할 수 있다. 대안적으로, 평가 유닛은 스마트폰과 분리된 데이터 분석기로서 형성될 수 있거나, 또는 분석 시스템의 분석 모듈의 형태 또는 통상의 기술자에게 알려진 다른 형태로 제공될 수 있다. 카메라에 의해 공급된 이미지 데이터는 임의 유형의 데이터 연결을 통해, 예컨대 블루투스 데이터 연결 또는 표준 데이터 전송 케이블, 또는 통상의 기술자에게 알려진 다른 표준 데이터 전송 연결을 통해서, 평가 유닛으로 전송될 수 있다.
본 장치의 특히 실용적인 실시예에서, 제1 물체는 제1 샤프트이고, 제2 물체는 제2 샤프트이며, 제1 측정 유닛은 제1 샤프트의 외주면에 위치하도록 설계되고, 제2 측정 유닛은 제2 샤프트의 외주면에 위치하도록 설계된다. 본 장치는 제1 샤프트 및/또는 제2 샤프트의 회전된 위치의 회전각을 측정하기 위한 적어도 하나의 경사계를 가진다. 평가 유닛은, 제1 및/또는 제2 샤프트의 여러 가지 회전된 위치에서 측정된 회전각에 기초하고, 또한 이러한 회전된 위치에서 반사 장치로부터 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 충돌 지점(지점들)에 기초하여, 제1 및 제2 샤프트의 목표 위치에 대한 제1 및 제2 샤프트의 수평 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 결정하도록 구성된다.
제1 및 제2 샤프트의 목표 위치에 대한 제1 및 제2 샤프트의 수평 각도 오정렬 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 탐지 또는 결정하기 위해 필요한, 각각의 샤프트의 회전축 주위로의 제1 및/또는 제2 샤프트의 여러 가지 회전된 위치의 개수는, 샤프트 중 오직 하나만 다양한 다른 회전 위치로 이동되면 단일의 샤프트에 대하여 적어도 5개이거나, 또는 2개의 샤프트 각각이 다양한 다른 회전 위치로 이동되면 적어도 3개이다.
상기 특히 실용적인 실시예에서, 제1 측정 유닛은 바람직하게는 제1 샤프트의 회전된 위치의 회전각을 측정하기 위한 제1 경사계 및 제2 샤프트의 회전된 위치의 회전각을 측정하기 위한 제2 경사계를 가질 수 있고, 제1 또는 제2 경사계는 특히 2개의 샤프트를 서로 연결하는 커플링에서 유격(소위 "백래시(backlash)")을 측정하는데 사용될 수 있다.
제2 측정 유닛이 카메라가 구비된 스마트폰을 가지면(전술한 내용 참조), 적어도 하나의 경사계 또는 제2 경사계는 스마트폰 상에 각각 제공될 수 있고, 적어도 하나의 경사계 또는 제2 경사계는 스마트폰의 경사계일 수 있다. 이러한 방식으로, 현존하는 스마트폰에서 이미 이용가능한 경사계를 이용한 경사 측정 기능이 유리하게 사용의 용이성을 향상시키는데 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 방법에서, 제1 측정 유닛이 2개의 물체 중 제1 물체 상에 위치하고, 제2 측정 유닛이 2개의 물체 중 제2 물체 상에 위치한다. 그리고, 광빔 다발이 제1 측정 유닛에 의해 생성되고, 제2 측정 유닛 상의 반사 장치에 의해 제1 측정 유닛의 산란 영역 상으로 반사되고, 산란 영역의 적어도 하나의 이미지가 제2 측정 유닛의 카메라에 의해 기록된다. 적어도 하나의 이미지는, 반사 장치에 의해 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 적어도 하나의 충돌 지점(WV, PV)을 결정하고, 이것으로부터 제1 물체의 목표 위치로부터의 제1 물체의 위치의 편차 및 제2 물체의 목표 위치로부터의 제2 물체의 위치의 편차를 탐지하도록 평가된다.
본 발명에 따른 방법은 EP 2 801 788 A1에 공지된 솔루션에 대비할 때 특히, 제2 측정 유닛, 즉 반사 장치를 가진 측정 유닛이 산란 영역의 이미지를 기록하기 위한 카메라를 가지거나, 또는 산란 영역의 적어도 하나의 이미지가 제2 측정 유닛의 카메라에 의해 기록되어, 이미 전술한 이점을 가진다.
적어도 하나의 충돌 지점으로부터, 제1 물체의 목표 위치로부터 제1 물체의 위치의 편차 및/또는 제1 물체의 목표 위치로부터 제1 물체의 위치의 편차를 탐지 또는 결정하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 산란 영역 상의 기준 또는 목표 위치로부터 반사 장치에서 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 변위(각각의 변위)를 결정 또는 탐지한다. 사용된 반사 광빔 다발의 기준 또는 목표 위치는, 제1 물체가 제1 물체를 위한 목표 위치에 있고 제2 물체가 제2 물체를 위한 목표 위치에 있을 때 제공된다. 일단 제1 측정 유닛이 제1 물체 상에 위치하고 제2 측정 유닛이 제2 물체 상에 위치하고 나면, 기준 또는 목표 위치를 결정하기 위하여, 제2 측정 유닛의 카메라는, 제1 물체가 제1 물체를 위한 목표 위치에 있고 제2 물체가 제2 물체를 위한 목표 위치에 있을 때 산란 영역의 적어도 하나의 이미지를 기록하고, 이러한 이미지는 산란 영역 상의 목표 또는 기준 위치를 결정 또는 탐지하기 위하여 평가된다. 물체들이 자신의 목표 위치에 아직 위치하지 않은 한, 이러한 목적으로 그러한 목표 위치로 이동된다.
편차 또는 변위는 예컨대 산란 영역 상의 반사된 광빔의 위치와 기준 또는 목표 위치 사이의 편차를 정량화하는 좌표계 차이의 형태로 서술될 수 있다. 물체 또는 물체들의 목표 위치 또는 위치들로부터의 편차를 탐지하기 위하여, 기준 또는 목표 영역으로부터 반사 장치에서 반사된 광빔 다발의 산란 영역 상의 충돌 지점의 편차 또는 변위를 표시하거나, 또는 그러한 편차를 예컨대 경고 신호 또는 통지 신호를 출력함으로써 표시하는 것으로 충분할 수 있다.
본 발명에 따른 솔루션에서, 반사된 광빔 다발이 직접 타격하는 광학 탐지기를 이용하기 보다는 카메라 및 카메라 상에 투영된 산란 영역을 이용함으로써, 특히 간단하고 유연한 시스템이 구현될 수 있다는 점이 유리하다. 특히, 본 솔루션에서 사용된 카메라는 사진용 카메라 또는 스마트폰과 같은 소비자용으로 설계된 대중 시장 제품일 수 있고, 이것은 입수하기에 상대적으로 저렴하거나 또는 다른 이유로 사용자가 이미 보유하고 있다.
실용적이 일실시예에서, 반사 장치는, 산란 영역의 방향으로 제1 후방면에서 제2 후방면으로 광빔 다발을 반사하기 위하여, 서로에 대해 소정의 각도로 배치된 제1 후방면 및 제2 후방면을 가진다.
바람직하게는, 반사 장치의 제1 및 제2 후방면은 서로를 향해 대략 직각으로 배치되거나, 또는 반사 장치의 제1 및 제2 후방면은 서로를 향해 대략 연직으로 배치되고, 반사 장치는 프리즘 또는 포로 프리즘(Porro prism) 또는 트리플 프리즘으로 형성된다.
특히 바람직하게는, 제1 측정 유닛을 대면하는 반사 장치의 표면 중 하나는 광빔 다발의 일부를 산란 영역 상으로 반사하고, 광빔 다발의 다른 일부를 제1 후방면으로 투과하도록 형성된다.
추가 실용적 실시예에서, 광빔 다발은 광빔의 제1 다발이고, 광빔의 제1 다발을 생성하기 위한 수단은 광빔의 제2 다발을 생성하도록 설계된다. 광빔의 2개의 다발은 본질적으로 동일한 방향으로 방사되지만, 스펙트럼이 다르다. 제1 측정 유닛을 대면하는 반사 장치의 표면은 컬러 스플리터로서 형성되어서, 광빔의 제2 다발보다 제1 다발에 대해 더 반사적이고, 광빔의 제1 다발보다 제2 다발에 대해 더 투과적이다. 반사 장치의 적어도 하나의 제1 후방면은, 제1 측정 유닛을 대면하는 표면을 통해서 광빔의 투과된 제2 다발을 반사하도록 제공된다.
프리즘의 에지는 바람직하게는 샤프트의 외주면에 대하여 본질적으로 접하도록 배향된다.
바람직한 일실시예에서, 산란 영역에는 기준 마크가 설치되고/설치되거나, 산란 영역에는, 산란 영역 및/또는 산란 영역에 설치된 측정 유닛에 관련된 데이터를 코드화하기 위하여, 산란 영역(60A, 60B, 60C, 60D)에 걸쳐 분포된 복수의 그래픽 코드가 제공된다.
카메라는 바람직하게는 고정된 초점 거리를 가진 렌즈를 가질 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예는 이하 첨부된 도면을 기초로 하여 더 상세하게 설명된다. 구체적으로, 도면은 후술하는 바를 보여준다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 예시적 제1 실시예의 개략적 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 예시적 제2 실시예의 측면도이다.
도 3은 도 1 및 2에 따른 장치의 산란 영역의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 예시적 추가 실시예의 제1 측정 유닛의 사시도이다.
도 5는 QR 코드가 설치된 산란 영역의 예시이다.
샤프트(10) 형태의 제1 물체(10)와 샤프트(12) 형태의 제2 기계 물체(12)의 서로에 대한 위치를 결정하기 위한 도 1에 따른 장치(8)는, 제1 물체(10) 상에 배치하기 위한 제1 측정 유닛(14), 제2 물체(12) 상에 배치하기 위한 제2 측정 유닛(18), 및 평가 유닛(22)을 포함한다. 제1 측정 유닛(14)은 샤프트(10)의 외주면 상에 배치하기 위한 요소(16)를 가지고, 제2 측정 유닛(18)은 샤프트(12)의 외주면 상에 배치하기 위한 요소(20)를 가진다. 이러한 요소(16, 20)는 또한 유리한 높이 조절을 위한 막대기(9)(도 4 참조, 여기에서 요소(16)에 대해서만 도시됨)를 가진다. 특히 반사 장치(38)는 반사 장치의 높이가 조절될 수 있도록 이러한 막대기(9) 상에 장착된다.
제1 측정 유닛(14)은 광빔 다발(28)을 생성하기 위한 수단(24)을 가지고, 이 수단(24)은 레이저광을 생성하는 광원(24)의 형태로 구현된다. 또한, 제1 측정 유닛(14)은 산란 영역(34)을 타격하는 광(WV, PV - 도 3 참조)을 산란시키기 위한 산란 영역(34)을 가진다.
제2 측정 유닛(18)은, 광빔 다발(28)을 산란 영역(34) 상으로 반사시키기 위하여, 측정 유닛들(14, 18)이 대응하는 물체에 배치될 때 제1 측정 유닛(14)과 대면하는 반사 장치(38)를 가진다.
또한, 제2 측정 유닛(18)은 산란 영역(34)의 이미지를 기록하는 카메라(36)를 가진다.
제2 측정 유닛(18)은 또한 스마트폰(15)을 가지고, 카메라(36)는 스마트폰(15) 상에 구비된다.
스마트폰(15)은 반사 장치(38)에 부착된 마운팅 브라켓(11)에 의해 반사 장치(38)에 부착된다. 마운팅 브라켓(11)은 산란 영역(34)으로부터 멀어지는 방향의 반사 장치(38)의 일측(13)에 부착된다. 스마트폰(15)은 마운팅 브라켓(11) 상에 탈부착가능하고 회전가능하게 장착된다.
제1 물체(10)는 제1 샤프트(10)이고, 제2 물체(12)는 제2 샤프트(12)이다.
제1 측정 유닛(14)은 제1 샤프트(10)의 외주면에 배치되도록 설계되고, 제2 측정 유닛(18)은 제2 샤프트(12)의 외주면에 배치되도록 설계된다.
제1 측정 유닛(14)은 제1 샤프트(10)의 회전된 위치의 회전각을 측정하기 위한 제1 경사계(17)를 가지고, 제2 측정 유닛(18)은 제2 샤프트(12)의 회전된 위치의 회전각을 측정하기 위한 제2 경사계(19)를 가진다. 따라서, 대응하는 회전각의 측정은 관련 경사계(17, 19)에 의해 대응하는 측정 유닛(14, 18)의 경사각을 측정함으로써 수행된다. 평가 유닛(22)이 실행되거나 스마트폰(15)에 설치되는 한, 경사계(17, 19)의 각도값이 블루투스를 통해 스마트폰(15)으로 평가 유닛(22)으로 각각 전송된다. 대응하는 앱(app)이 블루투스 통신에 의해 보호될 수 있는데, 왜냐하면 그렇지 않으면 레이저 포인터와 금속 시트를 가진 어떤 임의의 사용자가 권한없이 측정을 수행하도록 이 앱을 사용할 수도 있기 때문이다. 이 앱은 일단 치수가 입력되면, "시작(START)"을 눌러서(또는 아마 음성 안내 이후에) 측정이 수행되도록 설계될 수 있다.
평가 유닛(22)은, 카메라(36)에 의해 공급된 이미지 데이터로부터, 제1 및/또는 제2 샤프트(10, 12)의 다양한 회전 위치에서 반사 장치(38)에 의해 산란 영역(34) 상으로 반사된 광빔 다발(28)의 적어도 하나의 충돌 지점을 결정하고, 또한 충돌 지점으로부터, 제1 샤프트(10)의 목표 위치로부터 제1 샤프트(10)의 위치의 편차 및 제2 샤프트(12)의 목표 위치로부터 제2 샤프트(12)의 위치의 편차를 탐지하도록 구성된다. 샤프트(10, 12)가 자신의 목표 위치에 위치하면, 샤프트(10, 12)는 서로 정렬되도록 배향되어, 각각의 샤프트(10, 12)가 자신의 목표 위치에 서로에 대해 정렬된다.
평가 유닛(22)은 또한, 여러 가지 회전된 위치에서 측정된 제1 및/또는 제2 샤프트의 회전각에 기초하고, 또한 이러한 회전된 위치에서 반사 장치(38)로부터 산란 영역 상으로 반사된 광빔 다발의 충돌 지점(지점들)에 기초하여, 제1 및/또는 제2 샤프트(10, 12)의 목표 위치에 대비한, 제1 및 제2 샤프트(10, 12)의 수평 각도 오정렬 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 결정하도록 설계된다.
광원(24)은 위아래로 회전가능하도록(도시되지 않음) 장착된다.
2개의 샤프트(10, 12)의 서로에 대한 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 방법의 예시적 일실시예(도 1 참조)에서, 제1 측정 유닛(14)은 제1 샤프트(10) 상에 배치되고, 제2 측정 유닛(18)은 제2 샤프트(12) 상에 배치된다. 또한, 광빔 다발(28)은 제1 측정 유닛(14)을 이용하여 생성되고, 이 광빔 다발(28)은 제2 측정 유닛(18)의 반사 장치(38)로부터 제1 측정 유닛(14)의 산란 영역(34) 상으로 반사된다. 산란 영역(34)의 적어도 하나의 이미지가 제2 측정 유닛(18)의 카메라(36)에 의해 만들어지고, 이 적어도 하나의 이미지는, 반사 장치로부터 반사된 광빔 다발의 산란 영역(34) 상의 적어도 하나의 충돌 지점(WV, PV)을 식별하고, 이것으로부터 제1 물체의 목표 위치로부터의 제1 물체의 위치의 편차 및 제2 물체의 목표 위치로부터의 제2 물체의 위치의 편차를 결정하기 위하여 분석된다.
특히, 산란 영역(34)의 이미지는 또한 샤프트(10, 12)의 여러 가지 회전된 위치에서 캡쳐될 수 있고, 이러한 이미지는, 반사 장치(38)로부터 산란 영역(34) 상으로 반사된 광빔 다발(28)의 이러한 다양한 회전 위치에서의 충돌 지점을 식별하고, 이것으로부터 및 경사계(17, 19)에 의해 측정된 다양한 회전 위치의 회전각으로부터, 제1 및/또는 제2 샤프트(10, 12)의 목표 위치에 대한 제1 및 제2 샤프트의 수평 각도 오정렬 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 결정하기 위하여 평가될 수 있다.
스마트폰과 카메라 광학장치에 따라, 산란 영역(34)과 카메라(36) 사이의 최소 거리는, 카메라(36)가 적절히 포커싱될 수 있도록 유지되어야 한다. 이러한 거리는 클 수 있다.
측정 유닛(14, 18)가 샤프트(10, 12) 상에 배치되면, 카메라(36)의 광축(39)은 산란 영역(34)에 수직하게 또는 본질적으로 수직하게 배향된다.
자신의 목표 위치에서, 2개의 샤프트(10, 12)는, 서로 일렬로 정렬되거나 또는 기준축(26)에 대하여 가능한 한 가깝게 정렬되도록 위치되고, 2개의 측정 유닛(14, 18)을 가진 본 장치(8)는 특히 기준축(26)에 대한 가능한 수평 각도 오정렬 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 탐지 또는 결정하는 역할을 한다. 본 장치는 전형적으로 특히 각도 오정렬 또는 평행 오정렬(도면에 도시되지 않음)에 대한 결과를 나타내는 수단을 포함한다.
광빔 다발(28)을 생성하는 광원(24)에 추가하여, 제1 측정 유닛(14)은 또한 광빔 다발(28)을 시준하는 시준기(collimator)(미도시)를 포함한다.
카메라(36)는 산란 영역(34)을 카메라 센서(미도시) 상에 투영하기 위한 광학장치(미도시)를 가진다. 산란 영역(34)은, 2개의 측정 유닛(14, 18)이 측정 위치에 있을 때 제2 측정 유닛(18)과 대면한다. 광원(24)은 또한 제2 측정 유닛(18)에서 보았을 때 산란 영역(34)의 후방에 배치되어(미도시), 산란 영역(34)에서의 대응 개구를 통해 광빔 다발(28)을 방사할 수 있다.
반사 장치(38)는 제1 후방면(42) 및 제2 후방면(44)을 가지고, 이 후방면들(42, 44)은 서로에 대해 소정의 각도로, 일반적으로 직각으로 배치되어, 그 사이에 에지(46)를 형성하고, 도시된 예시에서 반사 장치는 포로 프리즘("루프 프리즘(roof prism)"으로도 지칭됨)으로서 형성되는데, 여기에서 프리즘의 2개의 평행한 측면은 직각으로 배치된 경계면에 의해 삼각형 표면으로 연결된 합동 직각 삼각형으로 형성되어 있다. 에지(46)는 본질적으로 샤프트(10, 12)의 외주면에 접하도록 배치된다.
산란 영역(34)의 뒤로(제2 측정 유닛(18)에서 봤을 때), 제1 측정 유닛(14)은 광원(24)과 관련 전자장치를 수용하는 하우징(32)을 가진다. 광원(24)은 바람직하게는 진동 민감성을 최소화하기 위하여 랜덤하게 펄스를 생성한다. 또한, 하우징(32)은 광원(24)과 적절한 전력 관리 전자장치를 위한 전력원(배터리 또는 배터리 팩)을 수용한다. 전체적으로, 하우징(32)은 위치결정 요소(16)(도 4 참조)에 연결하기 위해 제공되는 막대기(9)보다 많이 두껍지 않아야 한다.
디스플레이(33)를 가진 경사계(17)는 예컨대 하우징(32)에 통할될 수 있다(도 1 및 2 참조). 경사계(17)는 예컨대 MEMS 경사계로서 형성될 수 있다.
제1 측정 유닛(14)은 바람직하게는, 광빔의 다발 또는 다발들(28, 30)이 반사 요소의 중첩 없이 제2 측정 유닛(18)의 반사 장치(38)에 직접 조준되도록, 즉 광원(24)과 반사 장치(38) 사이에 반사 요소가 배치되지 않도록 형성된다.
도 2에 따른 예시적 실시예는, 반사 장치(38)가 전방면(40)을 가진다는 점에서 도 1에 따른 예시적 실시예와 구분된다. 이러한 전방면(40)은 광빔 다발(28)에 대해 부분 반사 표면으로서 형성되고, 광빔 다발의 제1 부분(28')은 산란 영역(34)의 방향으로 전방면(40)에서 반사되고, 광빔 다발의 제2 부분(28")은 제2 후방면(44)의 방향으로 전방면(40)을 통해 투과되어 제2 후방면(44)에서 제1 후방면(42)으로 반사되며, 거기로부터 산란 영역(34)의 방향으로 전방면(40)을 통해 투과된다.
예시적 실시예에서, 산란 영역(34) 상의 광빔 다발(28', 28")의 충돌 지점(즉, 광점)은 WV 및 PV로 표시되어 있다. 광빔 다발(28)에 대한 전방면(40)의 반사도는 바람직하게는 광빔의 2개의 반사 다발(28', 28")의 세기가 다르도록 선택되어, 산란 영역(34) 상의 2개의 충돌 지점(WV, PV)이 서로 구분되게 할 수 있다.
수정된 실시예에 따르면, 도 2에 따른 배치에는 광빔의 제1 다발(28)에 추가하여 광빔의 제2 다발(30)(도 2에서 쇄선으로 표시됨)을 방사할 수 있는 광원(24)이 설치될 수 있어서, 광빔의 2개 다발(28, 30)은 대체적으로 동일한 방향으로 방사되지만, 스펙트럼의 관점에서 서로 다르다(예컨대, 광원(24)은 대략 660 nm 파장에서 적색 스펙트럼의 광빔 다발 및 대략 780 nm 파장에서 적외선 스펙트럼의 광빔 다발을 방사하는 이중 웨이브 레이저 다이오드로서 형성될 수 있고, 대안적으로 광원(24)은 서로 다른 색상의 2개의 레이저 다이오드를 가질 수도 있음).
이러한 경우에, 반사 장치(38)의 전방면(40)은 컬러 스플리터로서 형성되고, 예컨대 광빔의 제2 다발(30)보다 광빔의 제1 다발(28)에 대해서 더 강하게 반사적이고, 이에 대응하여 광빔의 제1 다발(28)보다 광빔의 제2 다발(30)에 대해서 더 투과적이도록 형성될 수 있다. 도 2에서 28"로 표시된 광빔 다발은, 전방면(40)으로부터 투과되어 2개의 후방면(42, 44)에 의해 반사된 이후 광빔의 제2 다발(30)에 대응된다. 도 2에서 28'로 표시된 광빔 다발은 전방면(40) 상에서 반사된 광빔의 제1 다발(28)에 대응된다.
따라서, 2개의 충돌 지점(WV, PV)은 스펙트럼 구성에서 이러한 방식으로 다르고, 색상 민감성 카메라(36)를 이용하여 쉽게 구별될 수 있다.
도 2에 도시된 배치에서, 전방면(40)에서 반사된 광빔 다발(28')의 충돌 지점(WV)(도 3 참조)은 2개의 샤프트(10, 12)의 각도 오정렬의 측정을 나타내고, 2개의 후방면(42, 44)에서 반사된 광빔 다발(28")의 충돌 지점(PV)은 2개의 샤프트(10, 12)의 평행 오정렬의 측정을 나타낸다.
산란 영역(34)(도 3 참조)에는 측정 마크(50)가 구비되고, 이것은 카메라(36)에 의해 기록된 산란 영역(34)의 이미지의 평가를 단순화하기 위하여 예컨대 십자가로서 형성될 수 있다. LED(미도시)와 같은 외부 광원이 제공될 수 있어서, 마크(50)를 어두운 환경에서도 볼 수 있다. 산란 영역을 조명하는 LED를 가진 외부 광원은 특히 스마트폰(15) 상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 산란 영역(34)의 백그라운드 조명(미도시)이 제공될 수 있다. 예컨대, 적절한 절결부를 가진 시트 메탈 포일이 광택 제거 유리면(frosted glass surface)(유리 또는 플라스틱으로 만들어짐)에 접착될 수 있어서, 하우징(32)을 통해서 백색광을 분산시킨다. 산란 영역(34)은 바람직하게는 평평하게 또는 본질적으로 평평하게 형성된다.
산란 영역(34)은 인장 장치에 대하여 중량을 더 잘 전달하도록 후방에 배치될 수 있다(도 4 참조). 또한, 회로 보드(미도시)에는 광센서를 위한 구멍(맨 밑에 - 미도시) 및 블루투스가 제공된다. 광센서는 레이저 출력을 주변광 수준으로 조절하는데 사용된다.
도 1 및 2에 따른 장치에서, 카메라(36)는 산란 영역(34)을 카메라 센서 상에 완전하게 또는 가능한 한 완전하게 표시하도록 배치되고 설치된다.
바람직하게는, 카메라(36)의 광학장치는 고정 렌즈를 포함한다. 대안적으로, 스마트폰(15)의 카메라(36)는 줌 렌즈를 가질 수도 있다. 카메라의 해상도는 바람직하게는 적어도 8 메가픽셀이다. 카메라는 바람직하게는 매크로 모드로 동작된다.
카메라(36)가 스마트폰(15)으로서 형성되거나 또는 카메라(36)가 스마트폰(15)의 카메라(36)이기 때문에, 스마트폰의 디스플레이가 유리하게는 그래픽 유저 인터페이스(GUI)로서 사용될 수 있고, 그렇지 않으면 예컨대 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 이러한 유형의 추가 장치가 작업자 제어를 위해 추가적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 헤드셋 또는 "구글 글래스"로 음성 동작이 사용될 수도 있다.
도 1 및 2에 따른 장치의 카메라(36)는 바람직하게는 경사계(17 또는 19)의 디스플레이 상에 표시되는 경사각을 탐지하는 OCR 기능이 구비되고, 대안적으로 각도값이 예컨대 블루투스 링크를 통해 카메라(36)로 직접 전송될 수 있다.
카메라(36)는 스마트폰(15)의 카메라(36)이기 때문에, 일반적으로 거기에 통합된 경사계는 경사각을 결정하는데 사용될 수도 있다.
카메라(36)에 의해 기록된 이미지를 평가함에 있어서, 예컨대 프리즘 에지(46)에 의해 발생될 수 있는 유형의 시스템 이미지 에러의 보정이 수행될 수 있다.
이미지의 평가는 개략적으로 도시된 평가 유닛(22)에서 수행되는데, 이 평가 유닛은 특히 카메라(36)가 상대적으로 큰 연산 능력을 본질적으로 제공하는 스마트폰(15) 상에 제공되면, 카메라의 일부분을 포함할 수 있다.
도 2에 따른 장치를 사용하여 측정을 시작하기 전에, 2개의 측정 유닛(14, 18)은, 광빔의 반사된 다발(28', 28")이 대략적으로 산란 영역(34)의 중앙에 충돌하도록 서로에 대해 먼저 조절된다. 이러한 목적으로, 예컨대 제2 측정 유닛(18)에는 샤프트(12)에 대하여 반경방향으로 제2 측정 유닛(18)의 위치를 조절하기 위한 높이 조절 메커니즘(미도시) 및 샤프트(12)의 반경방향에 대하여 제2 측정 유닛(18)를 기울이기 위한 각도 조절 메커니즘 및 반경방향에 대한 제2 측정 유닛(18)의 조절이 제공될 수 있다.
일단 2개의 측정 유닛(14, 18)은 서로에 대해 조절되면, 광빔의 반사된 다발(28', 28")의 충돌 지점은 원칙적으로, 측정 유닛(10, 12)과 함께 2개의 샤프트(10, 12)가 축(26)에 대해 회전될 때, 2개의 샤프트(10, 12)의 서로에 대한 오정렬을 가리키고, 회전각(이것은 경사계 기능을 이용하여 결정될 수 있음)에 따른 각각의 충돌 지점의 경로는 특히 제1 및 제2 샤프트(10, 12)의 목표 위치에 대한 샤프트(10, 12)의 수평 각도 오정렬 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 결정하기 위하여 일반적인 방식으로 관측되고 분석될 수 있다(그러한 방법은 예컨대 단일의 광빔 다발에 대하여 DE 39 11 307 A1에 설명되어 있음).
도 2에 따른 장치의 반사 장치(38)가 트리플 프리즘으로 구성되면, 후방면(42, 44)에 의해 반사된 광빔 다발(28")의 충돌 지점은 양방향의 평행 오정렬을 가리킨다.
오정렬 또는 목표 위치 편차가 결정된 다음, 샤프트(10, 12)의 조절이 특정한 각도 위치에서 수행되고, 오정렬이 가장 효과적으로 보정되었을 때 설정되도록 이러한 조절 시 측정이 수행된다. 그러한 방법은 예컨대 DE 39 11 307 A1에 설명되어 있다.
트리플 프리즘이 사용되면, 샤프트의 조절은 예컨대 2개의 측정 유닛(14, 18)의 "12시" 위치에서 수행될 수 있다. 포로 프리즘("루프 프리즘"으로도 알려짐)인 경우, 조절은 예컨대 3시 또는 9시 위치에서 수행될 수 있다.
배향 측정 과정 및 샤프트 조절 시, 카메라는 일반적으로 산란 영역(34)의 이미지를 연속적이고 상대적으로 높은 속도로 기록하는데, 예컨대 초당 5개의 이미지가 기록되고 처리될 수 있다. 카메라가 스마트폰이거나 카메라가 스마트폰의 카메라이기 때문에, 이미지의 생성 및 평가는 예컨대 적절한 앱(전술한 내용 참조)의 형태로 수행될 수 있다.
연속적이 이미지 기록에 대한 대안으로서, 예컨대, 각도가 일정량만큼, 예컨대 1도만큼 변할 때면 언제나, 현재 경사각에 기초해 이미지가 촬영되도록 기록 모드가 선택될 수 있다.
도 1 및 2에 따른 장치는 선택적으로 블루투스 헤드셋을 포함할 수 있고, 이 블루투스 헤드셋은 샤프트를 정렬하는 업무를 맡은 작업자가 정렬 과정 동안 착용하고, 조절을 수행하는 사람에게 오정렬값을 음향 형태로 제공하기 위하여, 평가 유닛(22)에 의해 계산되는 오정렬값을 무선으로 수신하는 역할을 한다. 이것은 작업자가 일반적으로 조절 과정 동안 스마트폰(15) 상의 디스플레이를 읽기 어렵기 때문에 유리하다. 헤드셋은 스마트폰(15)의 음성 제어를 위한 블루투스 연결을 활용하는데 사용될 수도 있다.
대안적으로, 작업자는 작업자가 더욱 쉽게 읽을 수 있는 방식으로 블루투스 연결(예컨대, VNC를 이용하여)을 통해 카메라로서 역할하는 스마트폰(15)의 디스플레이를 보여주기 위한 제2 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터를 이용할 수 있고, 스마트폰(15)은 또한 터치 스크린을 작동하여 제2 스마트폰 또는 태플리 컴퓨터를 통해 제어될 수 있다(WO 97/36146 참조).
투영된 면은 일반적으로 대략 40 × 40 mm이고, 따라서 카메라의 해상도가 8 메가픽셀(대략 2500 픽셀의 수직 해상도에 대응)이면 하나의 픽셀은 약 20 ㎛에 대응된다. 대안적으로, 예컨대 16 메가픽셀의 컴팩트 카메라가 사용되면, 약 7 ㎛의 해상도를 얻을 수 있다.
대안적으로, 기본적으로 특수 렌즈를 가진 카메라가 사용될 수 있고, 또는 여기에서 사용되는 스마트폰의 경우 확대 렌즈가 스마트폰의 전방에 배치될 수 있다. 디스플레이되는 산란 영역(34)의 치수는 예컨대 20 × 20 mm 내지 30 × 30 mm의 범위로 줄어들 수 있다.
카메라(36)로부터의 이미지가 예컨대 모바일 플랫폼으로 무선으로 전송되는 것을 기본적으로 생각할 수 있다. 이러한 경우 예컨대 특수 SD 카트가 사용될 수 있다.
카메라로서 스마트폰을 사용하는 것은 기본적으로 많은 이점을 제공하는데, 이러한 장치는 그래픽 유저 인터페이스를 프로그래밍하고 디자인하는데 매우 유연하고 강력하며, 특히 동작 인식, 키보드 표시, 및 로컬라이제이션(localization)과 같은 것이 가능하다. 또한, 배향 측정을 수행하는 사용자는 이미 자신에게 매우 친숙한 장치의 조작을 사용할 수 있다. 스마트폰은 또한 예컨대 유지보수 데이터베이스에서 많은 인터페이스를 제공하고, 특히 추가의 모바일 운영 플랫폼, 헤드셋(에코 및 노이즈 억제를 가진), 구글 글래스, 진동 벨트 등에 연결하는데 사용될 수 있는 무선 인터페이스가 이용가능하다. 또한, 스마트폰은 배향 측정을 위해 사용되지 않는 기간 동안에 일반적인 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 산란 영역(34)에는 복수의 2차원 광학적 코드, 예컨대 일반적으로 그리드 패턴으로 산란 영역에 걸쳐 분포된 QR 코드가 구비되고, 이러한 코드는 산란 영역 상에 프린트되어, 측정 유닛의 시리얼 넘버, 산란 영역의 X와 Y 축의 치수(예컨대 mm로), 산란 영역을 프린트하기 위해 사용된 프린터의 정밀도 또는 오차에 관한 보정 인자(예컨대, X와 Y 방향으로의 신장 또는 압축에 대한 값), 산란 영역 상의 코드의 개수, 그리드에서 각각의 코드의 위치(행과 열의 개수), 및 각각의 코드의 산란 영역의 좌표계의 기준점으로부터 거리(예컨대, ㎛로)와 같은 산란 영역 또는 산란 영역이 구비된 측정 유닛에 대한 정보/데이터를 인코딩하는 역할을 한다. 개개의 코드가 예컨대 서로 접촉하여 전체 산란 영역을 커버하도록 배치될 수 있다(예컨대, 4개의 코드 60A, 60B, 60C, 60D가 도시된 도 5 참조). 코드의 개수와 해상도는 프린트와 카메라의 해상도를 반영하도록 최적화되어야 한다. 원칙적으로 QR 코드가 아닌 다른 등록 그래픽 코드도 사용될 수 있다.
산란 영역(34) 상에 그래픽 코드를 제공하는 것은 다음과 같은 이점을 가진다: 안전 마진을 가지고 전체 반사면의 사진을 찍을 필요가 없어서, 작업자의 업무를 단순화시킴. 이러한 코드는 산란 영역의 이미지를 선형화하기 위해 충분한 포인트값(내부 및 외부 파라미터)을 이용할 수 있도록 목표 이미지를 생성하기 위하여 재구성될 수 있다. 따라서, 산란 영역 상의 코드는 특정 마크에 기초하여 식별될 수 있다. 충돌 지점의 결정함에 있어서 더 많은 위치가 획득될 수 있다. 산란 영역은 산란 영역 상에 프린트하는데 사용된 프린터의 정밀도와 관련하여 보정될 수 있다.

Claims (10)

  1. 2개의 물체(10, 12)의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치(8)로서,
    제1 물체(10) 상에 배치되는 제1 측정 유닛(14), 제2 물체(12) 상에 배치되는 제2 측정 유닛(18), 및 평가 유닛(22)을 포함하고,
    상기 제1 측정 유닛(14)은 적어도 한 다발의 광빔(28)을 생성하기 위한 수단(24) 및 산란 영역을 타격하는 광(WV, PV)을 산란시키기 위한 산란 영역(34)을 가지고,
    상기 제2 측정 유닛(18)은, 상기 산란 영역(34) 상으로 상기 광빔 다발(28)을 반사하기 위하여, 측정 유닛(14, 18)이 대응되는 물체(10, 12) 상에 배치될 때 상기 제1 측정 유닛(14)과 대면하는 반사 장치(38)를 가지며, 상기 제2 측정 유닛(18)은 상기 산란 영역(34)의 이미지를 기록하기 위한 카메라(36)를 가지고,
    상기 평가 유닛(22)은, 상기 카메라(36)에 의해 제공된 이미지 데이터로부터, 상기 반사 장치(38)에서 반사된 상기 광빔 다발(28)의 산란 영역(34) 상의 적어도 하나의 충돌 지점을 결정하고, 또한 상기 충돌 지점으로부터, 상기 제1 물체(10)의 목표 위치로부터의 상기 제1 물체(10)의 위치의 편차 및 상기 제2 물체(12)의 목표 위치로부터의 상기 제2 물체(12)의 위치의 편차를 탐지하도록 구성되어 있는,
    2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라(36)는 상기 반사 장치(38) 상에 탈부착가능하게 장착되어 있는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 카메라(36)는 상기 반사 장치(38)에 부착된 마운팅 브라켓에 의해 상기 반사 장치(38) 상에 탈부착가능하게 장착되어 있고, 상기 마운팅 브라켓은 상기 산란 영역(34)으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반사 장치(38)의 일측에 부착되어 있는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 측정 유닛(18)은 스마트폰(15)을 가지고, 상기 카메라(36)는 상기 스마트폰(15) 상에 구비되는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스마트폰(15)은 상기 반사 장치(38)에 부착된 마운팅 브라켓(11)에 의해 상기 반사 장치(38) 상에 장착되어 있고, 상기 마운팅 브라켓(11)은 상기 산란 영역(34)으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반사 장치(38)의 일측(13)에 부착되어 있는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스마트폰(15)은 상기 마운팅 브라켓(11) 상에 탈부착가능하게 장착되어 있는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스마트폰(15)은 상기 마운팅 브라켓(11) 상에 탈부착가능하고 회전가능하게 장착되어 있는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스마트폰(15)은 상기 평가 유닛(22)을 포함하는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 물체(10)는 제1 샤프트(10)이고, 상기 제2 물체(12)는 제2 샤프트(12)이며,
    상기 제1 측정 유닛(14)은 상기 제1 샤프트(10)의 외주면 상에 배치되도록 구성되고, 상기 제2 측정 유닛(18)은 상기 제2 샤프트(12)의 외주면 상에 배치되도록 구성되고,
    2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 상기 장치는, 상기 제1 샤프트(10) 및/또는 상기 제2 샤프트(12)의 회전된 위치의 회전각을 측정하기 위한 적어도 하나의 경사계(17, 19)를 가지고,
    상기 측정 유닛(22)은, 상기 제1 및/또는 제2 샤프트의 여러 가지 회전된 위치에서 측정된 회전각에 기초하고, 또한 이러한 회전된 위치에서 상기 반사 장치(38)로부터 반사된 광빔 다발의 산란 영역(34) 상의 충돌 지점에 기초하여, 상기 제1 및 제2 샤프트(10, 12)의 목표 위치에 대한 상기 제1 및 제2 샤프트의 수평 각도 오정렬 및/또는 수직 각도 오정렬 및/또는 수평 평행 오정렬 및/또는 수직 평행 오정렬을 결정하도록 구성되어 있는, 2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 장치.
  10. 2개의 물체(10, 12)의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 방법으로서,
    제1 측정 유닛(14)이 2개의 물체(10, 12) 중 제1 물체(10) 상에 배치되고, 제2 측정 유닛(18)이 2개의 물체(10, 12) 중 제2 물체(12) 상에 배치되고,
    광빔 다발(28)이 상기 제1 측정 유닛(14)에 의해 생성되고, 상기 광빔 다발(28)은 상기 제2 측정 유닛(18)의 반사 장치(38)에 의해 상기 제1 측정 유닛(14)의 산란 영역(34) 상으로 반사되고,
    상기 산란 영역(34)의 적어도 하나의 이미지가 상기 제2 측정 유닛(18)의 카메라(36)에 의해 기록되고,
    상기 적어도 하나의 이미지는, 상기 반사 장치로부터 반사된 상기 광빔 다발의 상기 산란 영역(34) 상의 적어도 하나의 충돌 지점(WV, PV)을 결정하여 이것으로부터 상기 제1 물체의 목표 위치로부터의 상기 제1 물체의 위치의 편차 및 상기 제2 물체의 목표 위치로부터의 상기 제2 물체의 위치의 편차를 탐지하기 위하여 평가되는,
    2개의 물체의 목표 위치 편차를 탐지하기 위한 방법.
KR1020150061198A 2015-02-04 2015-04-30 2개의 물체의 목표 위치 편차를 결정하기 위한 장치 및 방법 KR20160096000A (ko)

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