KR20170136206A - 3차원 입체 스캐너와 ｎｃ 가공머신을 이용한 인체용 보조기 임시모형 제작 시스템 및 인체용 보조기 임시모형 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의족(義足), 의수(義手) 또는 허리 지지구 등과 같이 인체의 외측면에 밀착되게 사용되는 인체용 보조기를 제작하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에서 제공하는 인체용 보조기 제작 시스템은, 보조기를 제작하고자 하는 인체
의 소정부위에 대하여 광학적 촬영을 통해 서로 다른 각도로부터 복수개의 스캔 화상을 얻어내는 3차원 입체스캐너와, 상기 3차원 입체스캐너에서 얻어진 복수개의 스캔 화상들을 정합하여 해당 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 얻어내는 3D모델링컴퓨터를 포함하는 3D데이터스캐닝부;
상기 3D데이터스캐닝부로부터 전달받은 3차원 기초그래픽데이터를 변형하여 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 만들어 내고, 이 최종 3차원 가공형상데이터를 NC가공을 위한 CAM 코드로 변환하는 형상가공서버;
및, 마이크로컴퓨터를 내장하여 수치제어 방식에 의해 일정한 가공물을 제작하는 공작기계로서 상기 형상가공서버와는 유/무선 통신망을 통해 정보 전달이 가능하도록 연결되며, 상기 형상가공서버로부터 전달받은 3차원 가공형상데이터에 따라 인체 보조기 제조를 위한 임시모형을 제작하는 NC가공머신;
을 포함함을 그 기본적인 구성상의 특징으로 한다.

Description

3차원 입체 스캐너와 ＮＣ 가공머신을 이용한 인체용 보조기 임시모형 제작 시스템 및 인체용 보조기 임시모형 제작 방법{PROSTHESIS MANUFACTURING SYSTEM USING N/C MACHINE AND 3D DIGITIZER}

본 발명은 의족(義足), 의수(義手) 또는 허리 지지구 등과 같이 인체의 외측면에 밀착되게 사용되는 인체용 보조기를 제작하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신체의 외곽 형상에 맞게 맞춤 제작되는 인체측정 기반의 보조기 분

야에 있어, 수공업적인 생산방식에 의존하였던 기존의 제작방식에서 벗어나 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용 함으로써 원하는 신체 형상에 정확히 맞는 보조기를 제작할 수 있으므로 재(再)제작 빈도를 현저하게 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 생산 효율의 향상 및 제작비용과 제작기간 절감의 효과를 얻을 수 있는 개선된 인체용 보조기의 제작 시스템 및 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 의족(義足) 또는 의수(義手)와 같이 신체에 착용하여 인공적으로 손실된 신체 일부의 기능을 대신하게 하거나, 예컨대 허리 지지구와 같이 신체의 약한 부분을 지지하기 위해 보조적으로 착용하는 신체용 보조기의 경우, 착용시 사용자

의 몸과 밀착되어 일체를 이룰 수 있도록 사람의 신체 외면 형상에 맞게 제작되어야 한다. 따라서, 이러한 신체용 보조기들은 개인마다 신체 치수와 형상이 다르다는 점을 감안, 각각의 사용자별로 개별적인 맞춤 제작 방식에 의해 제조됨이 일반

적이며, 이에 기존에 신체용 지지구를 제작하는 통상적인 방식을 개략적으로 살펴 보면 다음과 같다.

먼저, 보조기를 제작하고자 하는 환자의 신체 부위의 외면에 열경화성 석고 테이프를 감싸거나, 또는 미경화 상태의 석고를 발라 경화시킨 다음, 이를 신체로부터 분리하여 보조기를 착용할 신체 부위에 대한 임시몰드(mold)를 제작한다. 다음으로, 이 임시몰드 내에 미경화 상태의 석고를 부어 넣은 뒤, 채워진 석고가 경화되면 상기 임시몰드를 제거하고, 이렇게 함으로써 사용자의 해당 신체 부위와 거의 동일한 형태를 갖는 석고 모형을 제작하게 된다. 이렇게 제작된 석고 모형은 보조기 제작자에 의해 실제로 신체에 착용될 보조기 제작에 적합하도록 일부를 깎아내거나 덧

붙임 한 뒤, 표면 다듬기 작업을 거쳐 최종 모형으로 만들어지며, 이와 같이 제작된 최종 모형 위에 폴리프로필렌(PP)과 같은 졸 상태의 합성수지를 도포하여 경화시킨 다음, 이를 분리하여 사용자의 신체부위와 밀착 접촉되는 고정내피를 제작하

게 된다. 이 고정내피는 의족/의수 등에 있어 사용자의 신체가 끼워져 밀착 고정되는 부위로서, 상기와 같이 제작된 고정내피는 사용자에게 보내져 사용자가 직접 착용해 본 후, 느슨하거나 지나치게 조임되지 않는지, 움직일 때 불편함이 없는지

등을 테스트하여 이상이 없음을 확인한 다음, 그 위에 보조기의 종류에 따라 사람의 손이나 다리 등과 유사한 외관을 갖는 인공수족 등을 부착함으로써 의족이나 의수, 지지구 등의 신체용 보조기를 완성하게 된다. 그런데, 상기와 같은 종래의 신체용 보조기 제작 방식에는 다음과 같은 문제점 및 비효율적인 측면들이 있어 제작기간 및 비용을 불필요하게 증대시킴과 동시에 사용자의 불편을 발생시키고 있었는바, 이에 대한 개선이 절실하게 필요한 실정이었다.

첫째, 상기 종래의 신체 보조기 제작 방식에 의하면, 처음 사용자의 신체 부위 형상을 본 떠 임시모형을 제작함에 있어 사용자의 신체 외부에 직접 석고를 바르거나 경화성 석고 테이프를 두르고 경화시키는 방식에 따르고 있는바, 사용자는 상기

생석고 또는 석고 테이프가 경화될 때까지 기다려야 하는 불편이 있었다.

둘째, 전술과 같이 석고 도포나 석고 테이프를 사용하여 사용자의 신체 부위에 대한 외형을 본 뜨는 과정에 있어서 유연성 있는 피부가 석고에 의해 눌려짐으로써 평상시의 신체부위 형태와는 다소 차이가 있는 모형이 제작될 수 있다. 따라서 상

기와 같은 모형을 기초로 하여 제작된 고정내피의 경우 실제로 착용시에 신체 부위 외형과 맞지 않아 여러 번 재(再)제작되는 경우가 빈번하였는바, 제작 기간이 길어지고 제조 단가가 상승하게 되는 문제가 있었다.

셋째, 실제 사용에 적합한 고정내피의 제작을 위해서는 신체형상을 본 떠 만든 임시 석고모형을 그대로 사용할 수는 없고, 이 석고모형에 부가적인 가공작업을 하여 일정하게 변형하는 작업을 하여야 하며, 이러한 부가 작업으로는 에어홀(airhole) 부위를 돌출시킨다든지 관절 부위와 같이 타부위에 비해 돌출된 부위가 고정홀더에 마찰되지 않도록 그 부위의 사이즈를 키우는 작업 등을 들 수 있다. 그런데, 기존에는 상기와 같은 부가 작업의 경우 오로지 작업자의 경험에 따라 해당 부위에 대해 석고를 다소 덧붙이거나 깎아내는 수작업적인 공정에 의해 대략적으로 이루어지고 있었으며, 이로 인하여, 제작된 고정내피의 시착용에서 사용자의 신체와 맞지 않아 폐기되는 경우가 매우 빈번하였다. 이러한 경우, 종래의 방식에 의하면, 불편함을 호소하는 위치에 해당하는 석고모형 부위에 석고를 덧붙이거나 깎아낸 다음, 다시 고정내피를 제작하여 시착용하는 과정을 사용자가 만족하는 제품이 나올 때까지 계속해서 반복하여야 했는바, 이로 인하여 재료의 낭비가 많아지고 제작 기간이 많이 소요되는 등 대단히 비경제적인 면이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 신체용 보조기 제작 방식에 있어서의 비효율성을 극복하고자 안출된 것으로서, 구체적으로 본 발명은 의족(義足), 의수(義手) 또는 허리 지지구 등과 같이 신체의 외곽 형상에 맞게 맞춤 제작되는 인체측정 기반

의 보조기 분야에 있어, 수공업적인 생산방식에 의존하였던 기존의 제작방식에서 벗어나 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용함으로써 원하는 신체 형상에 정확히 맞는 보조기를 제작할 수 있으므로 재(再)제작 빈도를 현저하게 감소시킬 수

있을 뿐 아니라, 생산 효율의 향상 및 제작비용과 제작기간 절감의 효과를 얻을 수 있는 개선된 인체용 보조기의 제작 시스템 및 제작 방법을 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 인체용 보조기 제작 시스템은, 보조기를 제작하고자 하는 인체의 소정부위에 대하여 광학적 촬영을 통해 서로 다른 각도로부터 복수개의 스캔 화상을 얻어내는 3차원 입체스캐

너와, 상기 3차원 입체스캐너에서 얻어진 복수개의 스캔 화상들을 정합하여 해당 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 얻어내는 3D모델링컴퓨터를 포함하는 3D데이터스캐닝부; 상기 3D데이터스캐닝부로부터 전달받은 3차원 기초그래

픽데이터를 변형하여 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 만들어 내고, 이 최종 3차원 가공형상데이터를 NC가공을 위한 CAM 코드로 변환하는 형상가공서버; 및, 마이크로컴퓨터를 내장하여 수치제어 방식에 의해 일정한 가공물을 제작하는 공작기계로서 상기 형상가공서버와는 유/무선 통신망을 통해 정보 전달이 가능하도록 연결되며, 상기 형상가공서버로부터 전달받은 CAM 코드에 따라 인체 보조기 제조를 위한 임시모형을 제작하는 NC가공머신;을 포함함을 그 기본적인 구성상의 특징으로 한다.

이상에서 상세하게 설명한 본 발명에 따르면, 의족(義足), 의수(義手) 또는 허리 지지구 등과 같이 신체의 외곽 형상에 맞게 맞춤 제작되는 인체측정 기반의 보조기 분야에 있어, 수공업적인 생산방식에 의존하였던 기존의 제작방식에서 벗어나 3차

원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용함으로써 원하는 신체 형상에 정확히 맞는 보조기를 제작할 수 있으므로 재(再)제작빈도를 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에서 제공하는 인체용 보조기 제작 시스템 및 방법에 의하면, 보조기 사용자의 환부 측정에서부터 실제 보조기 제작을 위한 모형 제작까지의 전 과정이 자동화된 프로세스에 의해 진행되므로 생산 효율을 향상시켜 제작비용과 제작기간 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.

도1은 본 발명의 인체용 보조기 제작 시스템의 전체적인 구성 및 동작 과정을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 인체용 보조기 제작 시스템에서 형상가공서버의 각 요소별 기능 구성을 도시한 블럭도이다.
도3은 본 발명에 대한 시험 실시예로서 NC 밀링머신을 사용하여 석고 블럭을 성형하는 상태를 보여주는 사진이다.
도4는 본 발명에 의해 제조된 고정내피의 형상을 보여주는 사진이다.

상기와 같은 본 발명에 있어서, 상기 형상가공서버는 인체 보조기의 특정 부분들에 대한 그래픽 데이터를 저장하고 있는 부분형상 데이터베이스와; 상기 전달받은 3차원 기초그래픽데이터의 일부분을 상기 부분형상 데이터베이스에 저장된 그래픽 데이터로 치환 연산하는 형상치환모듈; 을 포함하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 부분형상 데이터베이스를 더욱 포함함으로써, 신체부위에 대한 촬영을 통해 얻어진 기초 그래픽데이터를 가공하여 보조기의 실제 제작에 적합한 형상으로 변형하는 과정에 있어, 상기 기초 그래픽데이터 중의 일부분을 미리 저장된 부분형상 데이터로 치환하는 것에 의해 보조기의 제작에 필요한 형상 변형 작업을 간편하게 수행할 수 있게 되는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 형상가공서버는, 전달받은 3차원 기초그래픽데이터의 일부분에 대해 단면 사이즈를 확대하는 사이즈확장모듈을 포함하고 있도록 구성함이 더욱 바람직하다. 이로 인하여, 본 발명은 신체부위에 대한 측정을 통해 얻어진 기초 그래픽데이터를 가공하여 보조기의 실제 제작에 적합한 형상으로 변형하는 과정에 있어, 상기 기초 그래픽데이터 중의 일부분의 단면 크기를 확장하는 연산을 통해 보조기의 제작에 필요한 형상 변형 작업을 간편하게 수행할 수 있게 되는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 인체용 보조기 제작 시스템을 이용하여 의족/의수와 같은 보조기를 제작하는 방법으로서,

(a) 인체의 소정부위에 대해 3차원 입체스캐너에 의하여 서로 다른 각도로부터 촬영된 복수개의 스캔 화상들을 정합하여 해당 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 얻어내는 단계;

(b) 상기 (a)단계에서 얻어진 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 변형하여 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 만들어 내고, 이 최종 3차원 가공형상데이터를 NC가공을 위한 CAM 코드로 변환하는 단계;

(c) 상기 (b)단계에서 얻어진 CAM 코드를 유선 또는 무선 통신망을 통해 수치제어가 가능한 NC가공머신으로 전송하는 단계;

(d) 상기 NC가공머신이 상기 (c)단계에서 전송된 CAM 코드를 기초로 인체 보조기의 외형과 동일한 형상의 임시모형을 제작하는 단계;

를 포함하는 인체용 보조기의 제작 방법을 본 발명에 대한 또 다른 형태로서 제공한다.

이상과 같이, 본 발명은 의족/의수, 기타 인체용 보조기 제조에 있어서, 특히 사용자의 신체와 밀착되게 착용되므로 환부형태를 반영해야하는 고정내피의 제조를 자동화하기 위한 것으로서, 본 발명은 사용자의 신체 부위를 3차원 입체 스캐너로 촬영하고 이 촬영된 영상을 컴퓨터로 처리하여 CAD와 같은 디지털 데이터 형태의 3차원 기초그래픽데이터를 얻어내고, 이와 같이 얻어진 3차원 기초그래픽데이터를 다시 컴퓨터로 처리하여 일정하게 변형함과 함께 CAM 명령으로 코딩한 다음, 이 CAM 명령에 의해 NC가공머신을 가동하여 고정내피 제조를 위한 모형을 제조한다는 점에서 수공업적인 생산 방식에 의존하였던 종래의 보조기 생산 방법과는 차별화되는 주요한 기술적인 특징을 나타낸다. 그리고, 본 발명은 상기와 같은 특징에 따라 인체용 보조기, 특히 고정내피에 있어서의 재(再)제작 빈도를 현저하게 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 사용자의 환부 측정에서부터 보조기 제작을 위한 모형 제작까지의 전 과정이 자동화된 프로세스에 의해 진행되므로 생산 효율을 향상시켜 제작비용과 제작기간 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 인체용 보조기 제작 시스템의 전체적인 구성 및 동작 과정을 도시한 도면이고, 도2는 본 발명의 인체용 보조기 제작 시스템에서 형상가공서버의 각 요소별 기능 구성을 도시한 블럭도이다. 상기 도면들에 도시된 바와 같이 본 발

명은 전체적으로, 3D데이터스캐닝부(10)와, 형상가공서버(20)와, NC가공머신(30)을 포함하여 이루어지며, 상기 3D데이터스캐닝부(10)는 다시 3차원 입체스캐너(11)와 3D모델링컴퓨터(12)를 포함하여 구성되어 있다.

먼저, 상기 3D데이터스캐닝부(10)는 보조기를 제작하고자 하는 인체의 소정부위에 대해 기초적인 외형 정보를 전산화된 데이터로 얻어내는 역할을 하는 부분으로서, 이 3D데이터스캐닝부(10)는 크게 사용자의 인체부위에 대한 촬영을 통해 스캔화상을 얻어내는 3차원 입체 스캐너(11)와 상기 3차원 입체 스캐너(11)로부터 얻어진 스캔 화상을 자동 정합하여 3차원적인 그래픽 데이터로 모델링하는 3D모델링컴퓨터(12)를 포함하여 이루어진다.

상기 3차원 입체 스캐너(11)는 입체 형상을 얻고자 하는 대상물을 레이저 등을 사용해 여러 각도에서 3차원적으로 촬영(스캔)하고, 이 촬영된 복수개의 스캔 영상들을 컴퓨터 프로그램에 의한 처리를 통해 대상물에 대한 디지털화된 3차원 입체 그래픽 데이터를 출력해 주는 비접촉식 측정장비에 해당한다. 이와 같은 3차원 입체 스캐너(11)는 현재 각종 산업용 디자인, 리버스 엔지니어링, 신속 시제품 제작을 위한 디자인 검수, 다이/몰드 등의 마스터 금형 검사, 문화재의 복원/복제 등

다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 상기와 같은 3차원 입체 스캐너는 현재 다수의 제조업체에서 생산/판매되고 있으며, 본 발명의 경우, 미놀타(MINOLTA) 사에서 생산되는 비접촉식 3차원 레이저 스캐너인 VIVID 9i 또는 VIVID 910 모델의 장비가 적합하게 사용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 3D데이터스캐닝부(10)에서 3D모델링컴퓨터(12)는 상기한 3차원 입체 스캐너(11)와 연결되어 상기 3차원 입체 스캐너(11)에서 촬영된 다수개(본 발명의 경우 3개 내지 4개 정도가 적당하다)의 스캔 화상들을 정합 프로세싱하여 사용자의 신체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 디지털화된 데이터 형태로 출력해 준다. 이를 위해 상기 3D모델링컴퓨터(12) 내에는 영상 자동 정합을 통해 3차원 좌표 정보를 연산하고 이를 CAD와 같은 그래픽 데이터로 구현할 수 있는 모델링 프로그램이 내장되어 있으며, 이러한 모델링 프로그램은 통상 상기 3차원 입체 스캐너(11)의 제조업체에 의해 패키지 소프트웨어의 형태로 제공된다. 상기와 같은 3D모델링컴퓨터(12)의 사양은 현재 일반적으로 사용되고 있는 개인용 컴퓨터 정도의 사양에서 크게 벗어나지 않으며, 데스크탑 컴퓨터 뿐 아니라 노트북 컴퓨터로도 충분히 구현이 가능하다.

상기와 같이 3D데이터스캐닝부(10)에서 생성된 3차원 기초그래픽데이터는 형상가공서버(20)로 전달된다. 상기 형상가공서버(20)는 전달받은 3차원 기초그래픽데이터를 그래픽 처리 프로세스를 통해 실제 보조기 생산에 필요한 요소들을 부가하거나(예컨대 에어홀 돌출부) 단면 사이즈를 확대 변경하는 등의 변형 처리를 수행한 다음, 이 데이터를 NC(NumericControl) 가공장치를 제어할 수 있는 NC 명령코드로 변환하여 후술하는 NC가공머신으로 전송하는 역할을 수행한다.

상기 형상가공서버(20)는 정보처리 능력을 갖는 컴퓨터 시스템을 이용하여 구현되는데, 이는 통상의 개인용 데스크탑 컴퓨터를 비롯하여 노트북 컴퓨터, 서버용 컴퓨터 등을 사용하여 독립적인 시스템으로서 구현될 수 있다. 이 때, 상기 형상가

공서버(20)는 전술한 3D모델링컴퓨터(12)와 데이터 통신이 가능하게 연결되어 있으며, 그 연결 방식으로는 직접 LAN 케이블을 통해 연결되거나 인터넷 통신망을 통해 네트워크로 연결되는 등의 다양한 방식이 적용될 수 있다.

또한, 경우에 따라서는 상기 형상가공서버(20)는 별도의 독립적인 컴퓨터 시스템을 사용하지 않고 상기한 3D모델링컴퓨터(12)로 사용된 컴퓨터 내에 변형 프로그램을 로딩하여 구현할 수도 있다. 이 경우 하나의 컴퓨터 시스템 내에 모델링 프로그램과 변형프로그램을 함께 탑재함으로써 3D모델링컴퓨터(12)와 형상가공서버(20)의 두 가지 기능을 겸용하도록 운영하게 된다.

한편, 상기 형상가공서버(20)는 전술한 바와 같이, 상기 3D데이터스캐닝부로부터 전달받은 3차원 기초그래픽데이터에, 실제 보조기의 생산에 있어 필요한 요소들을 부가하거나 일부 단면 사이즈를 확대하는 등의 변형 처리 작업을 수행함으로

써 제작될 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 생성하는데, 이와 같은 형상 변형 작업은 미리 프로그램되어 시스템 내에 로딩된 변형 소프트웨어에 의해 처리되어 진다. 본 발명에서 상기와 같은 변형 프로그램이 3차원 기초그래픽데이터에 대한 형상 변형을 수행하는 방식은 다양한 알고리즘에 의해 구현될 수 있지만, 본 발명에서는 상기 3차원 기초그래픽데이터의 일부 부분을 미리 저장된 부분 형상 그래픽 데이터로 치환하는 방식에 의해 구현되도록 한 것을 특히 바람직한 방식으로서 제안한다. 이를 위해 본 발명에서의 형상가공서버(20)는 도2에 도시된 것과 같이 인체 보조기의 특정 부분들에 대한 그래픽 데이터를 저장하고 있는 부분형상 데이터베이스(26)를 포함하여 구성되며, 이와 함께 상기 부분형상 데이터베이스(21)에 저장된 자료를 원 그래픽 데이터에 치환연산하기 위한 형상치환모듈(22)을 포함하여 구성된다. 상기 부분형상 데이터베이스(21)에는 실제로 보조기를 생산하기 위해 부가되는 부분들, 예컨대 에어홀 형성을 위한 돌출부(A)나, 고정홀더의 입구부 처리를 위한 나팔모양의 확경부(T) 등의 기본 형상이 미리 그래픽 데이터의 형태로 저장되어 있으며, 상기 형상치환모듈(22)은 상기 부분형상 데이터베이스(21)에 저장된 부분형상 세그먼트 데이터들을 가져온 다음, 이 부분형상 세그먼트들을 상기 전달받은 3차원 기초그래픽데이터에 치환 또는 부가함으로써 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 형상을 가공해 낸다. 상기와 같은 형상치환모듈(22)에서의 치환 작업은 CAD와 같이 그래픽 데이터 처리가 가능한 프로그램을 사용하여 소프트웨어적으로 구현될 수 있다. 나아가, 상기 본 발명의 형상가공서버(20)에는 전달받은 3차원 기초그래픽데이터의 일부분에 대해 단면 사이즈를 확대하는 단면사이즈확장모듈(23)이 더욱 포함되어 구성될 수 있다.

통상적으로 보조기에 사용되는 포켓 형태의 고정내피의 경우 사용자의 신체부위 형상에 맞추어 제작되어야 하는 것이지만, 만일 고정내피가 신체부위 형상과 거의 완전히 동일하게 제작되게 되면 여유 공간이 없게 되어 착용시에 불편함이 있

을 뿐 아니라 신체에 착용하거나 벗을 때 어려움이 있게 된다. 따라서, 본 발명에서는 사용자의 신체 형상을 그대로 반영하고 있는 3차원 기초그래픽데이터에 대해 일부 부분의 단면 사이즈를 확대하는 단면사이즈확장모듈(23)을 더욱 구비함으

로써 생산된 고정 내피에서 사용자의 신체와 접촉되지 않는 여유 공간이 형성될 수 있도록 구성하고 있으며, 상기와 같은 단면사이즈확장모듈(23)에서의 단면확대 작업은 CAD와 같이 그래픽 데이터 처리가 가능한 프로그램을 사용하여 소프트웨어적으로 구현될 수 있다.

이 때, 상기 단면사이즈확장모듈(23)에서 3차원 기초그래픽데이터의 일부 단면을 확장함에 있어서는, 고정내피의 입구측사이즈는 그대로 유지하고 안쪽 단부측의 사이즈 단면을 확장함으로써, 제조된 포켓형의 고정내피를 사용자가 착용한 경우 팔이나 다리의 끝 부분에 여유공간이 생기게 함과 동시에 입구측은 사용자의 신체와 밀착될 수 있게 하여 쉽사리 빠지지 않도록 함이 바람직하다. 여기서, 단면 사이즈의 확장 정도는 단부측에서 대략 4mm 정도의 여유 간격이 생기도록 하는

것이 적당하다.상기와 같은 형상가공서버(20)에서의 형상변형 프로세스에 의하여 원래의 3차원 기초그래픽데이터(사용자의 신체부위 형상을 그대로 반영하고 있다)는 제작하고자 하는 인체 보조기의 실제적인 가공형상을 나타내는 최종 3차원 가공형상데이터로 변형되며, 이렇게 변형된 최종 3차원 가공형상데이터는 다시 형상가공서버(20) 내에서 NC(Numeric Control) 가공을 위한 CAM(Computer Aided Manufacturing) 코드로 변환된다. 이와 같이 그래픽 데이터를 CAM 코드로 변환하는 과정은 형상가공서버(20)의 컴퓨터 시스템 내에 CAD / CAM 변환 프로그램을 탑재하는 것에 이루어질 수 있으며, 이러한 CAD / CAM 변환용 프로그램은 이미 다양하게 상용화되어 있으므로 적당한 프로그램을 선택하여 사용하면 된다.

다음으로, 본 발명의 인체용 보조기 제작 시스템에 있어 NC가공머신(30)은 일반적인 의미에서와 같이 내부에 마이크로 컴퓨터를 내장하고 있으면서 NC 명령코드를 제어신호로서 입력받아 수치제어 방식(NC)에 의해 일정한 가공물을 제작하는

공작기계에 해당한다. 본 발명에 있어 이와 같은 NC가공머신(30)의 구동 제어를 위해 입력되는 NC 명령코드는 상기한 형상가공서버(20)으로부터 전달되며, 이를 위해 상기 형상가공서버(20)와 NC가공머신(30)은 서로 정보 전달이 가능하도록

연결되어 있다. 이 때, 상기 형상가공서버(20)와 NC가공머신(30)간의 연결은 인터넷 망을 통해 이루어질 수 있으며, 그 방식면에 있어서도 유선은 물론 무선 통신망을 통해 연결되는 것도 가능하다.

상기와 같이 형상가공서버(20)에서 생성된 CAM 코드는 유/무선 통신망을 통해 NC가공머신(30)에 전달되며, 상기 NC가 공머신(30)은 이 전달받은 CAM 코드에 따라 인체 보조기(특히, 고정내피) 제조를 위한 임시모형을 제작하게 된다. 이 때,

상기 임시모형의 재료로는 기본적으로 석고를 사용할 수 있으며, 이외에도 필요에 따라 스틸이나 동과 같은 금속재료 및 목재를 포함하여 기타 다양한 재질로 제작되는 것이 가능하다. 실제 제조에 있어서는 육면체 혹은 원통형의 석고 블럭(또

는 다른 재질의 블럭)을 상기 NC가공머신(30) 상에 지그(jig)를 사용하여 세팅한 후 기기를 동작시키게 되면, 상기 NC가공머신(30)이 입력받은 CAM 코드에 의한 제어를 받아 석고 블럭에 대해 연마 가공을 하게 되며, 그 결과 상기 형상가공서버

(20)에서 생성된 최종 3차원 가공형상과 동일한 형태의 석고 임시모형이 완성된다.

여기서, 상기 NC가공머신(30)으로는 NC 밀링머신이 적합하게 사용될 수 있으며, 상기 NC 밀링머신에 장착되는 가공 공구로서는 곡면 가공을 위한 볼 엔드밀이 사용됨이 바람직하다. 도3은 본 발명에 대한 시험 실시예로서 NC 밀링머신을 사용하여 석고 블럭을 가공하여 석고 임시블럭을 제조하는 상태를 보여주는 사진이다.

상기와 같이 NC가공머신(30)에 의해 제작된 임시모형은 생산하고자 하는 보조구 고정내피의 형상과 동일한 형태를 가지게 되며, 이후로는 보조기 생산을 위한 후속 공정으로서 상기와 같이 생산된 임시모형을 이용하여 고정내피를 제작하게 된

다. 즉, 상기 임시모형의 외부에 폴리프로필렌과 같은 합성수지를 입혀 경화시킨 후 임시모형으로부터 분리함에 의해 고정내피의 제조가 완료되며, 이와 같이 하여 완성된 고정 내피의 일예가 도4에 도시되어 있다.

상기와 같이 제조된 고정내피는 사용자에 의해 시착용되어 이상 유무를 확인받게 되며, 이상이 없을 경우 상기 고정내피의 표면에 외부로 노출되는 각종 보조물을 장착함으로써 최종적으로 보조기 제품이 완성된다.

10 : 3D데이터스캐닝부 11 : 3차원 입체스캐너
12 : 3D모델링컴퓨터 20 : 형상가공서버
21 : 부분형상 데이터베이스 22 : 형상치환모듈
23 : 단면사이즈 확장모듈 30 : NC가공머신

Claims (6)

1. 보조기를 제작하고자 하는 인체의 소정부위에 대하여 광학적 촬영을 통해 서로 다른 각도로부터 복수개의 스캔 화상을 얻어내는 3차원 입체스캐너와; 상기 3차원 입체스캐너에서 얻어진 복수개의 스캔 화상들을 정합하여 해당 인체부위에 대한
   3차원 기초그래픽데이터를 얻어내는 3D모델링컴퓨터;를 포함하는 3D데이터스캐닝부;
   상기 3D데이터스캐닝부로부터 전달받은 3차원 기초그래픽데이터를 변형하여 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 만들어 내고, 이 최종 3차원 가공형상데이터를 NC가공을 위한 CAM 코드로 변환하는 형상가공서버;
   마이크로컴퓨터를 내장하여 수치제어 방식에 의해 일정한 가공물을 제작하는 공작기계로서, 상기 형상가공서버와는 유/무선 통신망을 통해 정보 전달이 가능하도록 연결되며, 상기 형상가공서버로부터 전달받은 CAM 코드에 따라 인체 보조기
   제조를 위한 임시모형을 제작하는 NC가공머신;
   을 포함하여 이루어진 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용한 인체용 보조기 제작 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 형상가공서버는, 인체 보조기의 특정 부분들에 대한 그래픽 데이터를 저장하고 있는 부분형상 데이터베이스와;
   상기 전달받은 3차원 기초그래픽데이터의 일부분을 상기 부분형상 데이터베이스에 저장된 그래픽 데이터로 치환 연산하는 형상치환모듈;
   을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용한 인체용 보조기 제작 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 형상가공서버는, 상기 전달받은 3차원 기초그래픽데이터의 일부분에 대해 단면 사이즈를 확대하는 사이즈확장모듈을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용한 인체용 보조기 제작 시스템.
4. (a) 인체의 소정부위에 대해 3차원 입체스캐너에 의하여 서로 다른 각도로부터 촬영된 복수개의 스캔 화상들을 정합하여 해당 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 얻어내는 단계;
   (b) 상기 (a)단계에서 얻어진 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 변형하여 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 만들어 내고, 이 최종 3차원 가공형상데이터를 NC가공을 위한 CAM 코드로 변환하는 단계;
   (c) 상기 (b)단계에서 얻어진 CAM 코드를 유선 또는 무선 통신망을 통해 수치제어가 가능한 NC가공머신으로 전송하는 단계;
   (d) 상기 NC가공머신이 상기 (c)단계에서 전송된 CAM 코드를 기초로 인체 보조기의 외형과 동일한 형상의 임시모형을 제작하는 단계;
   를 포함하는 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용한 인체용 보조기 제작 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 (b)단계는 (a)단계에서 얻어진 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 변형함에 있어 상기 3차원 기초그래픽데이터의 일부분을 미리 설정된 부분형상 그래픽데이터로 치환하여 제작하고자 하는 인체 보조기의 최종 3차원 가공형상데이터를 만들어 내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용한 인체용 보조기 제작 방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 (b)단계는 (a)단계에서 얻어진 인체부위에 대한 3차원 기초그래픽데이터를 변형함에 있어 상기 3차원 기초그래픽데이터의 일부분에 대한 단면 사이즈를 확대하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 차원 입체스캐너와 NC가공머신을 이용한 인체용 보조기 제작 방법.

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