KR20170089079A

KR20170089079A - 3차원 스캐닝 장치 및 3차원 스캐닝 방법

Info

Publication number: KR20170089079A
Application number: KR1020160008792A
Authority: KR
Inventors: 이동훈; 정강훈
Original assignee: 주식회사 쓰리디시스템즈코리아
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US9835443B2; JP2017134050A; CN106996752A; US20170211930A1; DE102016119098A1; KR101811696B1

Abstract

본 발명은 측정 대상물을 거치시키고, 상기 측정 대상물이 회전되도록 회전축을 중심으로 360도 회전 가능한 턴 테이블; 상기 턴 테이블로부터 일정거리 떨어진 위치에 설치되고, 상기 턴 테이블 상의 측정 대상물을 스캔하여 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터를 획득하는 3차원 스캐너; 및 상기 턴 테이블을 360도 회전시키고, 상기 턴 테이블의 회전 각도별로 상기 측정 대상물을 스캔하도록 상기 3차원 스캐너를 작동시키고, 상기 3차원 스캐너로 측정되지 않은 상기 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하여 미측정 부분을 추가 측정하도록 상기 턴 테이블의 회전 및 상기 3차원 스캐너의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 스캐닝 장치 및 3차원 스캐닝 방법에 관한 것이다.

Description

3차원 스캐닝 장치 및 3차원 스캐닝 방법{3D scanning Apparatus and 3D scanning method}

본 발명은 측정 대상물을 회전시키면서 3차원 스캐너를 이용하여 측정 대상물의 형상을 측정하는 3차원 스캐닝 장치 및 3차원 스캐닝 방법에 관한 것이다.

실물을 측정하여 3차원 스캔 데이터를 생성하는 작업을 3차원 스캐닝(3D scanning)이라 한다. 이러한 3차원 스캐닝은 일반적으로 회전 가능한 턴테이블 상에 측정 대상물을 놓고, 턴테이블을 360도 회전시키면서 3차원 스캐너로 측정 대상물을 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 생성하는 작업을 통해 이루어진다.

공개특허공보 제10-2014-0002270호는 자동차 섀시 부품을 고정시키고 회전운동을 수행하여 3차원 스캐너로 자동차 섀시 부품을 스캔할 수 있게 하는 3차원 스캐너 지그 장치를 개시한다. 또한, 등록특허 제10-1477185호는 스캐너 플랫폼에 측정 대상물을 놓고 스캐너 플랫폼을 회전시키면서 스캐너를 이용하여 측정 대상물을 3차원 측정하는 3차원 스캐너 플랫폼 및 이를 구비한 3차원 스캔 장치를 개시한다.

전술한 선행문헌에 따른 3차원 스캔 방법들은 측정 대상물의 전체 형상을 측정하기 위해 측정 대상물을 회전시키면서 스캐너를 이용하여 여러 방향에서 측정 데이터를 취득하고 이 데이터들을 취합하는 과정을 수행한다. 여기서, 측정 대상물을 360도 회전시켜 측정 대상물을 스캔할 때, 측정 대상물의 완전한 측정 데이터를 얻기 위해서는 측정 대상물의 회전 각도를 매우 작게 설정하여 무수히 많은 방향(각도)들에서 측정 대상물을 스캔해야 하지만, 이 경우 측정되는 데이터의 양이 매우 많아지고 측정 시간이 길어지기 때문에 측정 대상물의 완전한 측정 데이터를 얻는 것은 현실적으로 불가능하다.

따라서, 일반적인 3차원 스캔 방법을 이용하여 측정 대상물을 스캔하게 되면, 결국 측정되지 않은 영역이 발생하고 되고, 작업자는 측정 결과물을 육안으로 확인하여 측정 대상물의 추가 측정이 필요한 부분을 찾아서 추가 측정을 수행하여야 했다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 측정 대상물의 추가 측정 작업을 수행할 필요가 없고 측정 시간을 단축하면서도 측정 대상물의 정밀한 측정이 가능한 3차원 스캐닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 측정 대상물을 거치시키고, 상기 측정 대상물이 회전되도록 회전축을 중심으로 360도 회전 가능한 턴 테이블; 상기 턴 테이블로부터 일정거리 떨어진 위치에 설치되고, 상기 턴 테이블 상의 측정 대상물을 스캔하여 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터를 획득하는 3차원 스캐너; 및 상기 턴 테이블을 360도 회전시키고, 상기 턴 테이블의 회전 각도별로 상기 측정 대상물을 스캔하도록 상기 3차원 스캐너를 작동시키고, 상기 3차원 스캐너로 측정되지 않은 상기 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하여 미측정 부분을 재측정하도록 상기 턴 테이블의 회전 및 상기 3차원 스캐너의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 스캐닝 장치를 제안한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 3차원 스캐너로부터 획득한 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터들을 병합하는 스캔 데이터 병합부; 상기 스캔 데이터 병합부로부터의 결과값을 기초로 상기 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하는 미측정 부분 판별부; 및 상기 3차원 스캐너와 상기 턴 테이블 사이의 상대 위치 정보 및 상기 턴 테이블의 회전 각도 정보를 획득하고, 상기 미측정 부분 판별부로부터 획득한 상기 미측정 부분에 대응하도록 상기 3차원 스캐너에 대한 상기 턴 테이블의 회전 각도를 조정하는 위치 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 미측정 부분 판별부는 스캔 데이터에서 스캔된 부위와 스캔되지 않은 미측정 부분의 경계선을 판별하고, 상기 미측정 부분 판별부는 스캔된 데이터의 삼각형 메시의 3개의 변 중에서 이웃하는 삼각형이 없는 변을 상기 경계선으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 미측정 부분의 경계선들에서의 법선 방향들을 계산하고, 상기 법선 방향들의 평균 방향을 계산하고, 상기 미측정 부분의 경계선들을 상기 평균 방향으로 가상의 스캔 데이터 투영면에 투영한 후 상기 스캔 데이터 투영면 상에서 경계선들로 구성된 면적을 계산하여 계산된 면적을 초기값으로 설정하고, 상기 턴 테이블의 회전축을 중심으로 미측정 부분의 스캔 데이터를 가상으로 회전시키면서 상기 스캔 데이터 투영면 상에서의 경계선들의 최대 면적을 갖는 방향을 계산하여 스캔 방향으로 설정하는 스캔 방향 판별부를 더 포함하고, 여기서 상기 위치 보정부는 상기 스캔 방향 판별부로부터 계산된 스캔 방향으로 상기 턴 테이블을 회전시키고, 상기 3차원 스캐너는 상기 스캔 방향에서 측정 대상물을 추가 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 추가 측정 전에 계산된 경계선들의 투영 면적과 추가 측정 후에 계산된 경계선들의 투영 면적의 차이값과 사용자가 정의한 설정값을 비교하여 스캔 작업의 완료 여부를 판별하는 작업 완료 판별부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

부가적으로, 상기 3차원 스캐너는 로봇 암에 연결된 이동식 스캐너이고, 상기 위치 보정부는 상기 스캔 방향 판별부로부터 계산된 스캔 방향을 기초로 상기 로봇 암의 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3차원 스캐닝 방법은 a) 턴 테이블 상에 측정 대상물을 거치시킨 후, 상기 턴 테이블을 360도 회전시키면서 3차원 스캐너로 상기 측정 대상물을 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 획득하는 단계; b) 상기 3차원 스캐너로부터 획득한 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터들을 병합하는 단계; c) 병합된 스캔 데이터의 결과값에서 스캔된 부분과 스캔되지 않은 부분의 경계선을 구하여 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하는 단계; d) 상기 측정 대상물의 미측정 부분에 대응하도록 상기 3차원 스캐너에 대한 상기 턴 테이블의 회전 각도를 조정하는 단계; 및 e) 상기 3차원 스캐너로 상기 측정 대상물을 추가 스캔하여 추가 스캔 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 c) 단계에서, 상기 경계선은 스캔 데이터의 삼각형 메시들의 3개의 변 중에서 이웃하는 삼각형이 없는 변으로 정의되고, 상기 경계선을 기준으로 삼각형 메시들이 존재하지 않는 부분이 스캔 데이터의 미측정 부분으로 판별되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 d) 단계에서, 상기 미측정 부분의 경계선들에서의 법선 방향들을 계산하고, 상기 법선 방향들의 평균 방향을 계산하고, 상기 미측정 부분의 경계선들을 상기 평균 방향으로 가상의 스캔 데이터 투영면에 투영한 후 상기 스캔 데이터 투영면 상에서 경계선들로 구성된 면적을 계산하여 계산된 면적을 초기값으로 설정하고, 상기 턴 테이블의 회전축을 중심으로 미측정 부분의 스캔 데이터를 가상으로 회전시키면서 상기 스캔 데이터 투영면 상에서의 경계선들의 최대 면적을 갖는 방향을 구하여 이 방향을 스캔 방향으로 설정하고, 설정된 상기 스캔 방향으로 상기 턴 테이블을 회전시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 e) 단계의 추가 측정 전에 계산된 경계선들의 투영 면적과 상기 e) 단계의 추가 측정 후에 계산된 경계선들의 투영 면적의 차이값을 사용자가 미리 정의한 설정값과 비교하는 단계를 더 포함하고, 상기 비교 결과, 차이값이 설정값 미만인 경우에 스캔 작업이 완료된 것으로 판별하고, 차이값이 설정값 이상인 경우에 상기 e) 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 한다.

부가적으로, 상기 3차원 스캐너는 로봇 암에 연결된 이동식 스캐너이고, 상기 d) 단계에서 상기 위치 보정부는 상기 스캔 방향 판별부로부터 계산된 스캔 방향을 기초로 상기 로봇 암의 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 측정 대상물의 미측정 부분을 찾아서 미측정 부분을 추가 측정하는 일련의 과정들이 자동으로 수행될 수 있어, 측정 대상물을 단시간에 정밀하게 스캔할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치를 예시적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 방법의 일련의 단계들을 개략적으로 나타낸 플로우차트,
도 4a 내지 4g는 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 방법의 프로세스들을 설명하기 위해 도식화한 도면들.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치 및 3차원 스캐닝 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치는 측정 대상물(10)이 거치되는 턴 테이블(10), 턴 테이블(10) 상의 측정 대상물(20)을 스캔, 즉 측정하는 3차원 스캐너(30) 및 턴 테이블(10)과 3차원 스캐너(30)의 작동을 제어하는 제어부(100)를 포함한다.

턴 테이블(10)은 측정 대상물(20)을 거치시킬 수 있는 평평한 거치부를 구비하고, 이 거치부는 중심에 마련된 회전축을 중심으로 360도 회전 가능하게 구성된다. 또한, 측정 대상물(20)을 거치시키기 위해, 턴 테이블 대신에 팬 틸트 유닛(Pan tilt unit)과 같은 다축 장비가 사용될 수도 있다.

3차원 스캐너(30)는 턴 테이블(10)로부터 일정거리 떨어진 위치에 설치되고, 턴 테이블(10) 상의 거치부에 거치된 측정 대상물(20)을 스캔하여 측정 대상물(20)의 3차원 스캔 데이터를 획득한다. 여기서, 3차원 스캐너(30)는 턴 테이블(10)로부터 소정 위치에 고정된 고정식 스캐너일 수 있다. 또는 3차원 스캐너(30)는 턴 테이블(10)로부터 소정 위치에 설치되고, 이동 가능한 로봇 암에 설치된 이동식 스캐너일 수 있다.

제어부(100)는 측정 대상물(20)을 스캔하기 위한 일련의 프로세스들을 수행하는 프로세서들을 포함하는 컴퓨팅 장치로 구성될 수 있다. 이 컴퓨팅 장치는 상기한 프로세서들을 지원할 수 있는 워크스테이션(workstation), 서버(server), 랩탑(laptop), 메인프레임(mainframe), PDA, 함께 작동하는 장치들의 클러스터(cluster), 가상 장치(virtual device) 또는 다른 컴퓨팅 장치일 수 있다.

여기서, 제어부(100)는 턴 테이블(10)의 회전 작동 및 3차원 스캐너(30)의 스캔 작동을 제어한다. 제어부(100)는 스캔 작업이 시작되면 턴 테이블(10)을 360도 회전시킨다. 이와 동시에, 제어부(100)는 턴 테이블(10)의 회전 각도별로 측정 대상물(20)을 스캔하도록 3차원 스캐너(30)의 작동을 제어한다. 예를 들면, 3차원 스캐너(30)는 턴 테이블(10)이 10도씩 회전할 때마다 측정 대상물(20)을 스캔하여 총 36개의 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

또한, 제어부(100)는 3차원 스캐너(30)로 측정되지 않은 측정 대상물(20)의 미측정 부분을 판별하고, 이 판별 결과에 따라 미측정 부분을 추가 측정, 즉 추가 스캔하도록 턴 테이블(10)의 회전 작동 및 3차원 스캐너(30)의 스캔 작동을 제어한다. 즉, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치는 측정 대상물(20)을 360도 회전시키면서 전체 형상을 측정하고, 이 후 미측정 부분을 찾아서 추가 측정을 수행함으로써 정밀한 3차원 스캔 데이터를 획득할 수 있다.

바람직하게는, 제어부(100)는 스캔 데이터 병합부(110), 미측정 부분 판별부(120), 위치 보정부(130), 스캔 방향 판별부(140) 및 작업 완료 판별부(150)를 포함한다.

스캔 데이터 병합부(110)는 3차원 스캐너(30)로부터 획득한 측정 대상물(20)의 3차원 스캔 데이터들을 병합하여 측정 대상물(20)의 전체 형상을 나타내는 스캔 데이터를 구하는 역할을 한다. 이 스캔 데이터들의 병합 방법은 공지의 데이터 병합 방법들 중 하나일 수 있다.

미측정 부분 판별부(120)는 스캔 데이터 병합부(110)로부터 얻은 결과값, 즉 측정 대상물(20)의 전체 형상에 대한 스캔 데이터를 기초로 측정 대상물(20)의 측정되지 않은 미측정 부분, 즉 스캔되지 않은 부분을 판별한다.

바람직하게는, 미측정 부분 판별부(120)는 스캔 데이터 병합부(110)에 의해 병합된 스캔 데이터에서 스캔된 부위와 스캔되지 않은 부분의 경계선(B; 도 4a 참조)을 판별한다. 이때, 병합된 스캔 데이터에서 스캔된 부분의 데이터는 삼각형 메시들(M)의 집합으로 표시되고, 스캔되지 않은 부분은 빈 공간으로 표시된다. 여기서, 미측정 부분 판별부(120)는 스캔 데이터의 삼각형 메시의 3개의 변 중에서 이웃하는 삼각형이 없는 변을 경계선(B)으로 판단한다.

따라서, 미측정 부분 판별부(120)는 경계선(B)을 중심으로 삼각형 메시들(M)이 존재하는 부분은 스캔된 부분(O)으로 판단하고, 삼각형 메시들(M)이 존재하지 않는 부분은 미측정 부분(X)으로 판단한다.

위치 보정부(130)는 3차원 스캐너(30)와 턴 테이블(10) 사이의 상대적인 위치 정보 및 턴 테이블(10)의 회전 각도 정보를 획득한다. 이러한 상대 위치 정보 및 회전 각도 정보는 스캔된 데이터를 3차원 스캐너(30)의 좌표 공간에 정렬하는데 이용된다. 여기서 턴 테이블(10)과 3차원 스캐너(30)의 상대 위치 정보는 캘리브레이션(calibration) 등의 공지의 방법을 통해 얻을 수 있다.

또한, 위치 보정부(130)는 미측정 부분 판별부(120)로부터 획득한 미측정 부분에 대응하도록 3차원 스캐너(30)에 대한 턴 테이블(10)의 회전 각도를 조정한다. 즉, 위치 보정부(130)는 3차원 스캐너(30)가 측정 대상물(20)의 미측정 부분을 향하여 있도록 턴 테이블(10)의 회전 각도를 조정한다.

스캔 방향 판별부(140)는 미측정 부분 판별부(120)에서 구해진 스캔 데이터의 미측정 부분(X)의 경계선들(B)에서의 노말(normal) 방향들, 즉 법선 방향들(N)을 계산한다. 도 4b를 참조하면, 법선 방향들(N)은 스캔 데이터의 임의의 위치에서 측정 대상물(20)의 외측으로 향하는 방향들로 정의되고, 붉은색 화살표로 표시되어 있다. 또한, 스캔 방향 판별부(140)는 이 법선 방향들(N)의 평균 방향을 계산한다.

그리고, 도 4c를 참조하면, 스캔 방향 판별부(140)는 미측정 부분(X)의 경계선들(B)을 법선 방향들(N)의 평균 방향으로 가상의 스캔 데이터 투영면(P)에 투영한 후에 스캔 데이터 투영면(P) 상에서 경계선들(B)로 구성된 면적(미측정 부분의 면적)을 계산하여 이 계산값을 초기값으로 설정한다. 즉, 스캔 방향 판별부(140)는 미측정 부분 판별부(120)에서 판별한 미측정 부분(X)에 관한 정보(경계선 정보)를 기초로 스캔된 부분으로부터 법선 방향들(N)의 평균 방향이 3차원 스캐너가 위치할 수 있는 방향이라 가정하고, 이 가상의 3차원 스캐너(30)와 측정 대상물(20) 사이에 가상의 스캔 데이터 투영면(P)을 설정한 후, 스캔 데이터 투영면(P)에 투영된 스캔 데이터의 경계선들로 구성된 면적을 계산한다. 도 4c에서, 도면부호 20으로 도시된 측정 대상물은 실물을 나타낸 것이 아니라 스캔된 데이터를 도식화한 것이다. 도 4d에는 가상의 스캔 데이터 투영면에 스캔 데이터를 투영한 모습을 나타내며, 붉은 선으로 표시된 경계선(B)으로 구성되는 면적이 구하고자 하는 값이다.

또한, 스캔 방향 판별부(140)는 턴 테이블(10)의 회전축을 중심으로 미측정 부분(X)의 스캔 데이터를 가상으로 회전시키면서 스캔 데이터 투영면 상에서 경계선들(B)이 최대 면적을 갖는 방향을 계산하고, 이 방향을 스캔 방향(SD)으로 설정한다. 스캔 방향(SD)이 설정되면, 위치 보정부(130)는 스캔 방향 판별부(140)에서 설정된 스캔 방향(SD)으로 턴 테이블(10)을 회전시키고(도 4e 참조), 3차원 스캐너(30)는 스캔 방향에서 측정 대상물(20)을 추가 측정하게 된다.

부가적으로, 3차원 스캐너(30)가 로봇 암에 연결된 이동식 스캐너인 경우, 위치 보정부(130)는 스캔 방향 판별부(140)로부터 계산된 스캔 방향(SD)을 기초로 로봇 암의 위치를 보정하고, 이 상태에서 3차원 스캐너(30)는 측정 대상물(20)을 추가 측정할 수 있다.

작업 완료 판별부(150)는 3차원 스캐너(30)의 추가 측정 전에 계산된 미측정 부분의 경계선들의 투영 면적과 추가 측정 후에 계산된 미측정 부분의 경계선들의 투영 면적의 차이값과 사용자가 미리 정의한 설정값을 비교하여 스캔 작업의 완료 여부를 판별한다. 여기서, 작업 완료 판별부(150)는 상기한 차이값이 설정값보다 작으면 스캔 작업이 완료되었다고 판단하고, 상기한 차이값이 설정값 이상이면 추가 스캔 작업이 수행되도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 장치는 측정 대상물의 미측정 부분을 찾아서 미측정 부분을 추가 측정하는 일련의 과정들이 자동으로 수행될 수 있어, 단시간에 정밀한 측정이 가능하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 방법을 설명한다.

먼저, 턴 테이블(10) 상에 측정 대상물(20)을 거치시킨 후, 스캔 작업이 시작되면, 제어부(100)는 턴 테이블(10)을 360도 회전시키면서 3차원 스캐너(30)로 측정 대상물(20)을 스캔하여 측정 대상물(20)의 3차원 스캔 데이터를 획득한다(S100). 여기서, 3차원 스캐너(30)의 스캔 작동 및 턴 테이블(10)의 회전 작동은 제어부(100)에 의해 제어되고, 3차원 스캐너(30)는 턴 테이블(10)의 회전 각도별로 측정 대상물(20)을 스캔하여 복수의 3차원 스캔 데이터들을 획득한다.

이어서, 제어부(100)의 스캔 데이터 병합부(110)는 3차원 스캐너(30)로부터 획득한 측정 대상물(20)의 3차원 스캔 데이터들을 병합하여, 측정 대상물(20)의 전체 형상에 대한 스캔 데이터를 구한다(S200).

그러면, 제어부(100)의 미측정 부분 판별부(120)는 스캔 데이터 병합부(110)로부터 얻은 결과값에서 스캔된 부분(O)과 스캔되지 않은 부분(X)의 경계선(B)을 구하여 측정 대상물(20)의 미측정 부분(X)을 판별한다(S300). 즉, 미측정 부분 판별부(120)는 측정 대상물(20)의 전체 형상에 대한 스캔 데이터를 기초로 측정 대상물(20)의 측정되지 않은 미측정 부분(X), 즉 스캔되지 않은 부분을 판별한다.

여기서, 미측정 부분 판별부(120)는 스캔 데이터 병합부(110)에 의해 병합된 스캔 데이터에서 스캔된 부위와 스캔되지 않은 부분의 경계선(B)을 판별한다. 이때, 병합된 스캔 데이터에서 스캔된 부분(O)의 데이터는 삼각형 메시들(M)의 집합으로 표시되고, 스캔되지 않은 부분(X)은 빈 공간으로 표시된다. 여기서, 미측정 부분 판별부(120)는 스캔 데이터의 삼각형 메시(M)의 3개의 변 중에서 이웃하는 삼각형이 없는 변을 경계선(B)으로 판단한다. 따라서, 미측정 부분 판별부(120)는 경계선(B)을 중심으로 삼각형 메시들(M)이 존재하는 부분은 스캔된 부분(O)으로 판단하고, 삼각형 메시들이 존재하지 않는 부분은 미측정 부분(X)으로 판단한다.

미측정 부분 판별부(120)를 통해 측정 대상물(20)의 미측정 부분(X)이 판별되면, 제어부(100)의 위치 보정부(130)는 측정 대상물(20)의 미측정 부분(X)에 대응하도록 3차원 스캐너(30)에 대한 턴 테이블(10)의 회전 각도를 조정한다(S400). 즉, 위치 보정부(130)는 3차원 스캐너(30)가 측정 대상물(20)의 미측정 부분(X)을 향하여 있도록 턴 테이블(10)의 회전 각도를 조정한다.

이때, 스캔 방향 판별부(140)는 미측정 부분(X)의 경계선들(B)을 법선 방향들(N)의 평균 방향으로 가상의 스캔 데이터 투영면(P)에 투영한 후에 스캔 데이터 투영면(P) 상에서 경계선들(B)로 구성된 면적(미측정 부분의 면적)을 계산하여 이 계산값을 초기값으로 설정한다. 즉, 스캔 방향 판별부(140)는 미측정 부분 판별부(120)에서 판별한 미측정 부분(X)에 관한 정보(경계선 정보)를 기초로 스캔된 부분으로부터 법선 방향들(N)의 평균 방향이 3차원 스캐너(30)가 위치할 수 있는 방향이라 가정하고, 이 가상의 3차원 스캐너(30)와 측정 대상물(20) 사이에 가상의 스캔 데이터 투영면(P)을 설정한 후, 스캔 데이터 투영면(P)에 투영된 스캔 데이터의 경계선들(B)로 구성된 면적을 계산한다.

또한, 스캔 방향 판별부(140)는 턴 테이블(10)의 회전축을 중심으로 미측정 부분(X)의 스캔 데이터를 가상으로 회전시키면서 스캔 데이터 투영면(P) 상에서 경계선들(B)이 최대 면적을 갖는 방향을 계산하고, 이 방향을 스캔 방향(SD)으로 설정한다. 스캔 방향(SD)이 설정되면, 위치 보정부(130)는 스캔 방향 판별부(140)에서 설정된 스캔 방향(SD)으로 턴 테이블(10)을 회전시킨다.

그러면, 제어부(100)는 3차원 스캐너(30)로 측정 대상물(20)을 추가 스캔하여 추가 스캔 데이터를 획득한다(S500). 이때, 3차원 스캐너(30)는 스캔 방향 판별부(140)에서 설정된 스캔 방향(SD)에서 측정 대상물(20)을 추가 측정하게 된다.

한편, 스캔하고자 하는 측정 대상물에 대한 CAD 데이터가 있다면, 스캔 과정에서 해당 CAD 데이터를 사용하여 스캔 데이터의 미측정 부분을 판별할 수 있다. 도 4f와 4g를 참조하면, 도 4f는 CAD 데이터를 나타내며, 도 4g는 취득된 스캔 데이터가 CAD 데이터와 중첩되어 있는 모습을 나타낸다. 도 4g에서 회색으로 표시된 부분이 스캔 데이터가 없는 미측정 부분(X)에 해당한다. 이 미측정 부분(X)에 해당하는 CAD 데이터 부분의 법선 방향의 평균값으로 스캔 방향의 초기값을 계산하고, 이로부터 스캔 데이터 투영면에 투영된 면적이 최대가 되는 방향을 구하여 스캔 방향을 설정한다. 그리고 이 CAD 데이터 부분의 법선 방향의 평균값을 계산할 때는 해당 부분의 요소의 면적을 고려하여 넓은 면적의 요소가 법선 방향의 평균값에 더 많은 영향을 미치도록 함으로써, 미측정 부분의 스캔 방향을 구할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 방법은 스캔 작업 완료 여부를 판단하는 단계(S600)를 더 포함한다. 구체적으로, 이 단계에서 제어부(100)의 작업 완료 판별부(150)는 전술한 S500 단계의 추가 측정 전에 계산된 경계선들의 투영 면적과 S500 단계의 추가 측정 후에 계산된 경계선들의 투영 면적의 차이값을 사용자가 미리 정의한 설정값과 비교한다. 그리고, 작업 완료 판별부(150)는 상기 비교 결과, 차이값이 설정값 미만인 경우에 스캔 작업이 완료된 것으로 판별하고, 차이값이 설정값 이상인 경우에 상기 S500 단계를 추가로 수행하도록 텐 테이블(10) 및 3차원 스캐너(30)의 작동을 제어한다.

부가적으로, 3차원 스캐너(30)가 로봇 암에 연결된 이동식 스캐너인 경우, 상기 S400 단계에서 위치 보정부(130)는 스캔 방향 판별부(140)로부터 계산된 스캔 방향(SD)을 기초로 로봇 암의 위치를 보정하고, 이 상태에서 3차원 스캐너(30)는 측정 대상물(20)을 추가 측정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 방법은 측정 대상물의 미측정 부분을 찾아서 미측정 부분을 추가 측정하는 일련의 과정들이 자동으로 수행될 수 있어, 단시간에 정밀한 측정이 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

측정 대상물을 거치시키고, 상기 측정 대상물이 회전되도록 회전축을 중심으로 360도 회전 가능한 턴 테이블;
상기 턴 테이블로부터 일정거리 떨어진 위치에 설치되고, 상기 턴 테이블 상의 측정 대상물을 스캔하여 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터를 획득하는 3차원 스캐너; 및
상기 턴 테이블을 360도 회전시키고, 상기 턴 테이블의 회전 각도별로 상기 측정 대상물을 스캔하도록 상기 3차원 스캐너를 작동시키고, 상기 3차원 스캐너로 측정되지 않은 상기 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하여 미측정 부분을 추가 측정하도록 상기 턴 테이블의 회전 및 상기 3차원 스캐너의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 스캐닝 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 3차원 스캐너로부터 획득한 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터들을 병합하는 스캔 데이터 병합부;
상기 스캔 데이터 병합부로부터의 결과값을 기초로 상기 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하는 미측정 부분 판별부; 및
상기 3차원 스캐너와 상기 턴 테이블 사이의 상대 위치 정보 및 상기 턴 테이블의 회전 각도 정보를 획득하고, 상기 미측정 부분 판별부로부터 획득한 상기 미측정 부분에 대응하도록 상기 3차원 스캐너에 대한 상기 턴 테이블의 회전 각도를 조정하는 위치 보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
제2항에 있어서,
상기 미측정 부분 판별부는 스캔 데이터에서 스캔된 부위와 스캔되지 않은 미측정 부분의 경계선을 판별하고, 상기 미측정 부분 판별부는 스캔된 데이터의 삼각형 메시의 3개의 변 중에서 이웃하는 삼각형이 없는 변을 상기 경계선으로 판단하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 미측정 부분의 경계선들에서의 법선 방향들을 계산하고, 상기 법선 방향들의 평균 방향을 계산하고, 상기 미측정 부분의 경계선들을 상기 평균 방향으로 가상의 스캔 데이터 투영면에 투영한 후 상기 스캔 데이터 투영면 상에서 경계선들로 구성된 면적을 계산하여 계산된 면적을 초기값으로 설정하고, 상기 턴 테이블의 회전축을 중심으로 미측정 부분의 스캔 데이터를 가상으로 회전시키면서 상기 스캔 데이터 투영면 상에서의 경계선들의 최대 면적을 갖는 방향을 계산하여 스캔 방향으로 설정하는 스캔 방향 판별부를 더 포함하고,
상기 위치 보정부는 상기 스캔 방향 판별부로부터 계산된 스캔 방향으로 상기 턴 테이블을 회전시키고, 상기 3차원 스캐너는 상기 스캔 방향에서 측정 대상물을 추가 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 추가 측정 전에 계산된 경계선들의 투영 면적과 추가 측정 후에 계산된 경계선들의 투영 면적의 차이값과 사용자가 정의한 설정값을 비교하여 스캔 작업의 완료 여부를 판별하는 작업 완료 판별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
제4항에 있어서,
상기 3차원 스캐너는 로봇 암에 연결된 이동식 스캐너이고, 상기 위치 보정부는 상기 스캔 방향 판별부로부터 계산된 스캔 방향을 기초로 상기 로봇 암의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.
a) 턴 테이블 상에 측정 대상물을 거치시킨 후, 상기 턴 테이블을 360도 회전시키면서 3차원 스캐너로 상기 측정 대상물을 스캔하여 3차원 스캔 데이터를 획득하는 단계;
b) 상기 3차원 스캐너로부터 획득한 상기 측정 대상물의 3차원 스캔 데이터들을 병합하는 단계;
c) 병합된 스캔 데이터의 결과값에서 스캔된 부분과 스캔되지 않은 부분의 경계선을 구하여 측정 대상물의 미측정 부분을 판별하는 단계;
d) 상기 측정 대상물의 미측정 부분에 대응하도록 상기 3차원 스캐너에 대한 상기 턴 테이블의 회전 각도를 조정하는 단계; 및
e) 상기 3차원 스캐너로 상기 측정 대상물을 추가 스캔하여 추가 스캔 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 3차원 스캐닝 방법.
제7항에 있어서,
상기 c) 단계에서, 상기 경계선은 스캔 데이터의 삼각형 메시들의 3개의 변 중에서 이웃하는 삼각형이 없는 변으로 정의되고, 상기 경계선을 기준으로 삼각형 메시들이 존재하지 않는 부분이 스캔 데이터의 미측정 부분으로 판별되는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
제8항에 있어서,
상기 d) 단계에서, 상기 미측정 부분의 경계선들에서의 법선 방향들을 계산하고, 상기 법선 방향들의 평균 방향을 계산하고, 상기 미측정 부분의 경계선들을 상기 평균 방향으로 가상의 스캔 데이터 투영면에 투영한 후 상기 스캔 데이터 투영면 상에서 경계선들로 구성된 면적을 계산하여 계산된 면적을 초기값으로 설정하고, 상기 턴 테이블의 회전축을 중심으로 미측정 부분의 스캔 데이터를 가상으로 회전시키면서 상기 스캔 데이터 투영면 상에서의 경계선들의 최대 면적을 갖는 방향을 구하여 이 방향을 스캔 방향으로 설정하고, 설정된 상기 스캔 방향으로 상기 턴 테이블을 회전시키는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
제9항에 있어서,
상기 e) 단계의 추가 측정 전에 계산된 경계선들의 투영 면적과 상기 e) 단계의 추가 측정 후에 계산된 경계선들의 투영 면적의 차이값을 사용자가 미리 정의한 설정값과 비교하는 단계를 더 포함하고,
상기 비교 결과, 차이값이 설정값 미만인 경우에 스캔 작업이 완료된 것으로 판별하고, 차이값이 설정값 이상인 경우에 상기 e) 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 방법.
제9항에 있어서,
상기 3차원 스캐너는 로봇 암에 연결된 이동식 스캐너이고, 상기 d) 단계에서 상기 위치 보정부는 상기 스캔 방향 판별부로부터 계산된 스캔 방향을 기초로 상기 로봇 암의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 장치.