KR20180107324A - 3차원 비접촉 스캐닝 시스템의 현장 교정 - Google Patents

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Abstract

3차원 비접촉 스캐닝 시스템(100)이 제공된다. 시스템(100)은 스테이지(110) 및 스테이지(110) 상의 대상물(112)을 스캔하는 적어도 하나의 스캐너를 포함한다. 모션 제어 시스템은 적어도 하나의 스캐너(102)와 스테이지(110) 사이의 상대적인 모션을 생성한다. 제어기(118)는 적어도 하나의 스캐너(102)와 모션 제어 시스템에 결합된다. 제어기(118)는 알려진 위치 관계에 있는 구성물(features)을 갖는 인공물(artifact)이 복수의 다른 방향에서 적어도 하나의 스캐너(102)에 의해 스캔되어 구성물에 대응하는 감지된 측정 데이터(120)를 생성하는 현장 교정을 수행한다. 감지된 측정 데이터(120) 및 기지의 위치 관계 사이의 편차가 결정된다. 결정된 편차를 기반으로, 적어도 하나의 스캐너(102) 각각에 대해 좌표 변환(124)이 계산되고, 그 좌표 변환(124)은 결정된 편차를 감소시킨다.

Description

3차원 비접촉 스캐닝 시스템의 현장 교정
본 발명은 3차원 비접촉 스캐닝 시스템의 현장 교정에 관한 것이다.
3차원 공간에서 정확하게 물품의 외면을 복제하는 능력은 다양한 분야에서 점점 더 유용해지고 있다. 산업용 및 상업용 응용분야는 리버스 엔지니어링(reverse engineering), 부품 검사 및 품질 제어를 포함하고, 컴퓨터 지원설계(CAD) 및 자동 제조와 같은 응용분야에서 추가 처리에 적합한 디지털 데이터를 제공한다. 교육 및 문화 응용분야는 3차원 예술품, 박물관 공예품 및 역사적 유물의 복제를 포함하고, 가치있고 잘 깨지는 대상물을 물리적으로 취급할 필요 없이 세밀한 연구를 용이하게 한다. 상품의 고해상도 3D 표현을 인터넷 소매(retail) 카탈로그로 제공하는 상업적 응용뿐만 아니라 인체에 대한 전체 혹은 부분 스캐닝을 위한 의료 분야도 계속해서 확장되고 있다.
일반적으로, 3차원 비접촉 스캐닝은 복사(radiant) 에너지, 예를 들어, 레이저광 또는 패턴화된 투사(projected) 백색광을 대상물의 외면에 투사하고, 다음 CCD 어레이(array), CMOS 어레이, 또는 다른 적절한 감지 장치(sensing device)를 사용하여 외면에서 반사된 복사 에너지를 검출한다. 에너지원 및 에너지 검출기(detector)는 보통 서로 고정되어 있고, 기지의 거리만큼 분리되어 삼각법에 의해 반사점의 위치 파악을 용이하게 한다. 레이저 선(line) 스캐닝으로 알려진 방법에서, 레이저 에너지의 평면 시트(planar sheet)가 대상물의 외면에 선으로 투사된다. 대상물 또는 스캐너는 표면에 대하여 선을 스윕하도록(slweep) 이동되어 정의된 표면 영역 위로 에너지를 투사할 수 있다. 백색광 투사 또는 더 넓게는 구조화 광(structured light)으로 인용되는 다른 방법에서, 광 패턴(보통 패턴화 백색광 줄무늬(stripes))이 대상물에 투사되어, 대상물과 스캐너의 상대적인 움직임을 필요로 하지 않고 표면 영역을 정의한다.
3차원 비접촉 스캐닝 시스템은 마이크론(micron) 크기로 제조된 부품과 같은 대상물에 대한 측정값을 얻는다. 그러한 3차원 비접촉 스캐닝 시스템의 일례로, 미국 미네소타주 골든 밸리에 있는 사이버옵틱스 코포레이션(CyberOptics Corp.)의 사업 단위(business unit)인 레이저 디자인(LaserDesign) 사의 사이버게이지(CyberGage®) 360이 상품 명칭(trade designation)으로 판매되고 있다. 이들 및 다른 스캐닝 시스템들이 측정 안정성을 제공하는 것은 바람직하다. 그러나 현재로서는 빈번한 촬영, 노후된 부품, 그리고 미세 입도(fine granularity) 촬영에서 발생하는 수많은 난관에 대처하면서 계속하여 정확한 측정값을 발생하는 3차원, 비접촉 스캐닝 시스템을 개발하는 것은 어렵다. 스캐너 및 카메라와 프로젝터 같은 스캐너의 부품들은 흔히 공장 설치(factory settings)에서 기계적인 변이(drift)가 발생한다. 카메라와 프로젝터 모두에 대한 온도 및 노후의 영향으로 정확성에 상당한 영향이 있을 수 있다. 예를 들어, 온도는 카메라의 확대 기능에 영향을 주어 측정값의 기하학적 정확성에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 이들 및 다른 센서의 광기계적(opto-mechanical) 변이는 결국 스캐닝 시스템으로 침투해 촬영 성능에 영향을 준다. 또한, 기계적 변이의 영향은 다중 센서를 사용하는 시스템에서 악화된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3차원 비접촉 스캐닝 시스템 및 시스템의 현장 교정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 3차원 비접촉 스캐닝 시스템 및 시스템의 현장 교정 방법을 제공한다. 본 발명의 3차원 비접촉 스캐닝 시스템은 스테이지(stage) 및 스테이지 상의 대상물을 스캔하는 적어도 하나의 스캐너를 포함한다.
모션 제어 시스템은 적어도 하나의 스캐너와 스테이지 사이의 상대 모션(relatavie motion)을 생성한다.
제어기는 적어도 하나의 스캐너와 모션 제어 시스템에 결합된다. 제어기는 기지의 위치 관계에 있는 구성물(features)을 갖는 인공물(artifact)이 복수의 다른 방향에서 적어도 하나의 스캐너에 의해 스캔되어 구성물에 대응하는 감지된 측정값을 생성하는 현장 교정을 수행하도록 구성된다.
상기 감지된 측정 데이터 및 기지의 위치 관계 사이의 편차가 결정된다. 결정된 편차를 기반으로, 적어도 하나의 스캐너 각각에 대해 좌표 변환(transform)이 계산되고, 좌표 변환은 결정된 편차를 감소시킨다.
본 발명의 3차원 비접촉 스캐닝 시스템은 좌표 변환을 수행하여 기계적 변이 및 다른 측정 부정확성으로 인한 오차를 감소시킨다.
도 1a는 본 발명의 실시예가 특별히 유용한 3차원 비접촉 스캐닝 시스템의 단순화된 블록도를 예시적으로 보여준다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 개선된 교정 구성물을 위한 교정 인공물을 갖는 회전 스테이지에 대한 예시적인 개략도이다.
도 1c 내지 도 1f는 교정시 어떻게 오차가 관찰될 수 있는지를 예시적으로 보여준다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템용 개선된 교정 인공물에 대한 예시적인 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 비접촉 스캐닝 시스템 교정용 회전 스테이지에 놓인 볼 플레이트(ball plate) 교정 인공물을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐닝 시스템 교정 방법에 대한 블록도를 보여준다.
도 1a는 본 발명의 실시예가 특별히 유용한 3차원 비접촉 스캐닝 시스템(100)의 단순화된 블록도를 보여준다. 시스템(100)은 예시적으로 한 쌍의 스캐너(102(a), 102(b)), 제어기(116) 및 데이터 프로세서(118)를 포함한다.
한 쌍의 스캐너(102(a), 102(b))에 대해서는 많은 설명을 하겠지만, 본 발명의 실시예는 단일 스캐너 또는 둘 이상의 스캐너로 실시될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 스캐너(들)가 제한 없이 위상 표면 계측(profilometry), 입체상(stereovision), 비행 시간법(time-of-flight) 범위 감지 또는 다른 적절한 기술을 포함하여 임의의 적절한 비접촉 감지 기술을 사용하는 곳에 실시될 수 있다. 참조번호 102는 스캐너들 (102(a), 102(b)) 모두 또는 어느 하나의 특징을 포함하는 스캐너의 지칭에 사용될 것이다.
도 1은 대상물(112)이 회전 스테이지(110) 상에 지지되는 것을 보여준다. 회전 스테이지(110)는 대상물(112) 및 스캐너들(102(a), 102(b)) 사이의 상대 모션을 생성할 수 있는 모션 제어 시스템의 일례이다. 일부 실시예에서, 모션 제어 시스템은 X-Y 테이블을 사용하는 카테시안(Cartesian) 시스템일 수 있다. 또한, 일부 실시예는 스테이지(110)와 결합된 모션 제어 시스템 대신에 또는 그에 추가하여 스캐너(들) 상에 모션 제어 시스템을 채용할 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 스테이지(110)는 하나 또는 두 스캐너(102(a), 102(b))에서 사용되는 전자기파 복사(raidation)에 투명할 수 있다. 예를 들어, 스캐너가 가시 스펙트럼 광을 채용하는 실시예에서, 회전 스테이지(110)는 유리 또는 다른 적절한 투명한 물질로 만들어질 수 있다. 작동시, 회전 스테이지(110)는 회전축에 대해 다양한 위치로 이동하도록 구성되고, 회전축은 일반적으로 화살표(126)로 표시된다.
시스템(100)은 또한 예시적으로 회전축(126)에 대해 회전 스테이지(110)의 정확한 각 위치(angular position)를 측정하는 위치 엔코더(114)를 포함한다. 회전 스테이지(110)의 회전으로 대상물(112)이 스캐닝 시스템(100) 내에서 정확하게 알려진 다양한 위치로 이동하고, 그 위치들은 회전 스테이지(110)의 정밀한 각 위치를 기반으로 결정된다. 또한, 회전 스테이지(110)는 스테이지가 낮게 흔들리도록(wobble)(예를 들어, 회전축(126)으로부터의 최소 편차) 정확한 회전을 제공하게 구성된다. 따라서, 시스템(100)은 회전 스테이지(110)의 정확하게 알려진 복수의 위치로부터 대상물을 스캔하도록 구성된다. 이는 다양한 촬영 각도에서 대상물의 전체 표면 영역에 대한 3차원 표면 데이터(120)를 제공한다.
본 발명의 실시예는 일반적으로 좌표 변환을 수행하여 기계적 변이 및 다른 측정 부정확성으로 인한 오차를 감소시킨다.
다수의 스캐너들(예를 들어, 스캐너들(102(a) 및 (102(b))이 사용되는 본 발명의 특징에서, 좌표 변환은 스캐너 좌표계 각각을 월드 좌표계(world coordinate system)로 변환한다. 더 상세하게, 그러나 제한적이지 않게, 교정 인공물이 센서 광기계(opto-mechanical) 변이의 영향의 측정에 사용된다. 각 스캐너의 보고된 측정값과 교정 인공물에 대한 기지의 정보 사이의 차이는 그 차이를 줄이는 각 스캐너의 좌표 변환 생성에 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 프로세서(118)는 현장 변환(field transform) 로직(122)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 현장 변환 로직(122)은 데이터 시스템(100)이 각 스캐너에 대한 좌표 변환(124)을 생성하도록 프로세서(118)에 의해 실행 가능한 지시를 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 강체(rigid body) 변환은 x, y, z의 조정 및 회전을 포함한다. 또한,“아핀 변환(affine transform)”은 직선을 보존하고 평행선을 평행하게 유지하는 변환이다. 또한 “투사 변환”은 선을 선으로 변환하지만, 평행성을 유지할 필요는 없다. 강체 및 아핀 변환과 같은 변환은 기계적 변이 및 그와 관련된 수정이 상대적으로 작은 시스템에 유리하다는 것이 알려져 있다. 일 실시예에서, 그러나 제한적이지는 않게, 다수의 스캐너 및 큰 기계적 변이에는 투사 변환이 필요하다. 현장 변환 로직(122)은 일반적으로 시스템(100)의 동작중 3차원 비접촉 스캐닝 시스템의 제작 및 초기 특성화 이후 발생한 기계적 변이를 수정하기 위해 실행된다.
본 발명에서 제공되는 특별한 실시예들은, 일반적으로 데이터를 각 스캐너 좌표계에서 회전 스테이지(110)와 관련된 좌표계로 매핑하는(map), 현장 변환 로직(122)을 사용하여 스캐닝 시스템(100)을 교정한다. 특히, 회전 스테이지에 놓인 교정 인공물에 대한 측정값은 정확하게 그 교정물의 기지의 기하학적 구조와 비교된다. 현장 변환 로직(122)을 사용하는 하나의 특별한 시스템은 또한 하나 이상의 볼 바(ball bar)를 사용하여 회전 스테이지(110)의 축 직교성(axis orthogonality)을 교정하고 수정 결과를 생성한다. 예를 들어, 측정 체적이 정의될 수 있고, 정확한, 기지의 기하학적 구조를 갖는 하나 이상의 볼 바가 정의된 입체 공간(volumetric space)에 놓일 수 있다. 스캐닝 시스템이 스케일 오차 혹은 변이가 발생하지 않고 시스템 축이 직교할 때, 볼 바의 길이가 올바르게 보고된다.
도 1b는 참조번호 130으로 도시된 볼 바가 있는 회전 스테이지(110)에 대한 일 실시예를 도시한다. 볼 바는 두 개의 볼(202)과 단단한 스페이서(203)로 구성된다. 좌표 측정 시스템에서 볼 바를 사용하는 일례가 ASME standard B89.4.10360.2에 개시되어 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 볼 바(130)는 세 곳(이상의) 다른 위치로 이동되어 회전 스테이지(110)의 세 곳(이상의) 다른 각 위치에서 바를 촬영한다. 더욱 상세하게, 그러나 제한적이지는 않게, 스테이지(110)가 다른 각 위치로 회전하는 동안, 볼 바(130)는 측정 체적 내 여러 위치에서 측정된다. 스캐너(102)의 측정 체적은 예시적으로 참조번호 136으로 표시된 실린더로 도시되어 있다.
볼 바(130(a))는 예시적으로 측정 체적(136)의 상부 가장자리 근처에서 방사상으로 위치하는 것으로 도시되어 있다. 또한, 볼 바(130(b))는 예시적으로 측정 체적(136)의 하부 가장자리 근처에서 방사상으로 위치하는 것으로 도시되어 있다. 또한, 볼 바(130(c))는 측정 체적(136)을 정의하는 실린더의 수직 가장자리 근처에 수직으로 위치한 것으로 도시되어 있다. 현장 교정을 하는 동안, 사용자는 수 개의 위치(a, b, c)에 순차적으로 위치하는 단일 볼 바를 사용하거나, 세 개의 볼 바(130(a,b,c))를 동시에 사용할 수 있다. 볼 바는 회전 스테이지(110)에 상대적으로 정확하게 위치할 필요는 없다. 따라서, 사용자는 감지 체적 내 임의의 위치에 교정 인공물을 놓을 수 있고, 시스템은 대부분의, 그러나 전부는 아닌, 감지 체적을 통해 여러 번 스캔하여 교정 인공물을 스윕할 것이다. 이는 교정 인공물이 효과적인 교정을 위해 스테이지 상의 미리 정해진 위치 또는 방향에 놓일 필요가 없다는 것을 의미한다.
시스템(100)의 동작에서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 첫번째 스캔이 수행되어 각각의 볼 바(130)와 이들의 회전 스테이지(110) 상의 해당 위치에 대한 제1 측정 데이터(120)가 생성된다. 몇 개의 다른 스테이지(110) 위치에서 볼 바(130)를 측정하여, 측정 체적(136)의 다수의 곳에서 데이터를 수집할 수 있다. 스캐너(들)(120)이 원래의 공장 교정된 상태에서 교란된 경우(즉, 스케일 또는 축 직교성에서 오차), 측정 데이터(120)에서 일부 편차(anomalies)가 있을 수 있다; 예를 들어, 볼 바(130)의 길이가 부정확하거나 스테이지(110)가 회전함에 따라 변하는 것처럼 보일 수 있고, 각각의 볼이 회전 축(126)에 대해 타원으로 회전 궤도를 그리고, 볼이 회전 스테이지 축을 벗어난 축에 대해 돌고, 또는 볼이 축(126) 주변 궤도에서 흔들리게 보일 수 있다. 이러한 오차를 발견하면, 데이터 프로세서(118)는 스캐너(102) 측정 공간에서 수정된 월드 좌표계로 (투사 변환과 같은) 공간 매핑을 산출할 수 있다.
여기서 설명된 특징에 따라 사용되는 볼 바는 강건하고 비싸지 않다는 이점이 있다. 예를 들어, 기지의 측정값을 갖고, 회전 스테이지(110)에 대해 임의의 방향에 있는 수 개의 볼 바가 사용될 수 있다. 그러나 볼 바의 사용은 완전한 측정 데이터를 적절하게 얻기 위해 이 볼 바의 위치 재조정을 필요로 할 수 있다.
도 1c는 진짜 회전축(126)에서 오프셋된(offset), 잘못 추정된 회전축(127)을 예시적으로 보여준다. 볼(202)이 축(126) 주위를 돌기 때문에, 볼은 (회전 스테이지의 흔들림이 적기 때문에) 거의 완전한 원을 추종할 것이다. 시스템 교정 오차에 의해 추정된 회전축(127)의 위치가 진짜 축(126)에서 오프셋 되었다면, 추정된 회전 반경은 스테이지가 회전할 때 변할 것이다. 이러한 회전축 변화는 최고의 현장 교정 수정치를 계산할 때 포함될 것이다.
도 1d는 진짜 회전축(126)으로부터 기울어진 잘못 추정된 회전축(127)을 예시적으로 보여준다. 축(126)에 대한 볼(202)의 궤도는 축(126)에 수직인 평면을 형성한다. 시스템 교정 오차로 인해, 추정된 회전축(127)의 각도가 진짜 축(126)에서 오프셋(offset) 되었다면, 회전 평면은 추정된 축(127)에 대해 기울어진 것으로 나타날 수 있다. 회전축을 따르는 볼(202)의 위치는 스테이지가 회전할 때 변하는 것처럼 보인다. 회전축을 따라 변하는 위치(129)는 최고의 현장 교정 수정치를 계산할 때 포함될 것이다.
도 1e는 축들 사이의 스케일 차이 또는 축들 사이의 직교성 오차를 일으키는 교정 오차를 예시적으로 보여준다. 이 오차는 축(126)에 대해 회전하는 볼(202)이 원 궤도가 아닌 타원 궤도를 따르는 것으로 보이게 할 것이다.
도 1f는 현(chord)의 길이, 즉, 회전 스테이지 각의 변화로 인해 볼(202)이 스테이지 위치 θ1에서 스테이지 위치 θ2로 이동한 거리의 계산을 예시적으로 보여준다. 볼이 두 스테이지 각도 사이를 이동한 측정 거리는 간단히 볼의 측정된 중심 위치들 사이의 유클리드(Euclidean) 거리이다. 볼이 이동한 진짜 거리는 회전반경과 스테이지 각도의 차로 계산될 수 있다:
Figure pct00001
. 회전축(126)의 추정 오차 또는 축 스케일링(scaling) 또는 직교성 오차로 인해 측정값과 진짜 값이 일치하지 않는다. 진짜와 측정 거리의 차는 최고의 현장 교정 수정값 계산시 포함될 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 교정 시스템(100)에서 사용되는 볼 플레이트(ball plate, 200) 형태로 된 교정 인공물을 예시적으로 보여준다. 위에서 설명한 바와 같이, 볼 바는 스캐닝 시스템에서 사용이 제한된다. 볼 플레이트(200)는 그러한 볼 바의 한계를 제거한다.
볼 플레이트(200)는 예시적으로 임의의 수의 구체(spheres, 202(n1),(n2), (n3)..(ni))을 포함한다. 도시된 예에서, 볼 플레이트(200)는 플레이트(200)의 양쪽으로 돌출한 10개의 구체(202)를 포함한다. 구체(202)는 예를 들어, 감지 어셈블리(102(a), 102(b))를 갖는 볼 플레이트(200)를 볼 때, 모든 각도에서 볼 수 있다. 일 실시예에서, 구체의 중심은 실질적으로 동일 평면상에 있다. 그러나 본 발명의 실시예는 교정 인공물이 플레이트는 아니고 실제로 동일 평면상 중심을 갖지 않는 볼 배열(constellation)로 실시될 수 있다. 플레이트(200)의 각 구체(202)는 플레이트(200) 제조시 정밀하게 측정된다. 따라서 각 구체(202)의 측정된 직경 및 X, Y, Z 중심 위치가 시스템(100)의 현장 교정 수행시 기지의 데이터로 사용될 수 있다.
후술되는 알고리듬(algorithm)은 볼 플레이트를 볼 바의 집합(set)으로 처리하고, 임의의 볼 쌍은 별도의 볼 바로 동작한다. 효과적으로, 예시된 볼 플레이트(200)는 45개의 볼 쌍(예를 들어, 제조된 45개의 볼 바를 효과적으로 플레이트(200)에 제공하여 45개의 구체 중심 사이의 거리를 측정)을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 스캔 데이터에서 볼 플레이트 방향을 명확하게 결정하기 위해, 볼 플레이트(200)는 제1 직경을 갖는 복수의 제1 볼 및 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 복수의 제2 볼을 포함한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 볼 플레이트(200)는 회전 스테이지(110) 상에 놓인다. 위에서 논의된 바와 같이, 시스템(100)은 스캐너를 사용하여 다수의 회전위치에서 스테이지(110) 상의 대상물(이 경우, 볼 플레이트(200))을 스캔하고, 구체(202) 사이의 거리에 대응하는 측정값을 계산한다. 이와 같이, 볼 플레이트(200)는 효과적으로 스캐너(들)(102)의 전체 측정 체적을 스윕한다. 볼 플레이트(200)가 다소 변형되더라도, 볼들 사이의 거리는 상대적으로 안정하다. 볼 플레이트(200)를 스캔하기 위해, 첫번째 스캔이 회전축(126)을 중심으로 제1 각 위치에서 일어날 수 있고, 그 각 위치는 위치 엔코더(114, 도 1에 도시)에 의해 정밀하게 측정될 수 있다. 볼 바의 용도와 달리, 볼 플레이트(200)는 수동 개입(intervention) 없이 촬영과 데이터 수집을 위해 시스템(100)에 위치하도록 구성된다. 또한, 일부 볼 바는 측정을 위해 기능이 제한되는 반면(예를 들어, 세 개의 볼 바가 사용되는 경우, 교정용으로 수집될 수 있는 유일한 데이터는 그 세 위치에 대한 측정 데이터이다), 볼 플레이트(200)는 조밀한 표면 특성을 제공하고, 그에 따라 미세한 단위의 교정 측정값을 제공한다.
또한, 본 발명은 교정 인공물에 대한 기지의, 정확한 측정값을 얻는 향상된 특징을 제공한다. 교정 인공물이 볼 플레이트(200)인 실시예에서, 볼 플레이트(200)는 도 2a 및 2b에 도시된 것과 같이 기계가 판독할 수 있는 가시 표지(visible indicia, 204)를 포함할 수 있다. 기계가 판독 가능한 가시 표지(204)는 시스템(100)에 구체(202)의 기지의, 정확한 위치를 제공하도록 시스템(100)에 의해 감지되는 다양한 가시 표지들 중 어느 것일 수 있다. 일 실시예에서, 제한적이지 않게, 가시 지표(204)는 빠른 응답 코드(QR Code®)와 같은 매트릭스 바코드를 포함한다. 가시 지표(204)의 촬영 및 처리시, 시스템(100)은 특정 볼 플레이트 및 구체 위치를 설명하는 정보를 얻을 수 있도록 구성될 수 있다. 이는 직접 QR Code®에 부호화되거나 또는 지표(204)와 일치하는 데이터 및/또는 메타데이터에 대한 데이터베이스에 대한 질의어(query)를 통해 사용 가능하다. 예를 들어, 시스템(100)은 국부적, 원격 또는 시스템(100)으로부터 분산된 데이터베이스로부터 가시 지표(204)를 감지하여 식별되는 특별한 인공물에 해당하는 교정 인공물 측정값을 얻을 수 있다. 다른 실시예에서, 볼 바(130)는 볼 플레이트(200) 및 가시 지표(204)에 대해 논의된 것과 유사한 가시 지표를 포함한다. 더욱 상세하게, 그러나 제한적이지 않게, 스캐너들(102(a) 또는 102(b))은 가시 지표(204)를 검출하여 제어기(116)로 출력하고, 더욱이 감지된 출력을 다시 데이터 프로세서(118)로 출력한다. 데이터 프로세서(118)는 시스템이 데이터베이스에 질의하여 감지된 가시 지표(204)에 대응하는 측정값을 식별하고, 그에 따라 볼 플레이트(200)의 정확한 측정값을 식별하는 지시를 포함한다.
위에서 논의된 바와 같이, 시스템(100)은 다양한 변환을 수행하여 수정되지 않은 공간을 수정된 공간으로 매핑한다. 이 변환과 그에 관련된 시스템(100)의 동작들은 하기 도 3을 참조하여 논의된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법을 도시한 블록도이다.
참조번호 302 블록에서, 본 발명의 교정 방법은 예시적으로 스캐닝 시스템에서 촬영을 위한 교정 인공물을 구성하는 단계를 포함한다. 스캐닝 시스템에서 교정 인공물(예를 들어, 볼 플레이트(200) 및/또는 볼 바(103))을 구성하는 단계는, 316 블록에 나타낸 바와 같이, 인공물(들)을 스테이지에 위치시키는 단계를 포함한다.
304 블록에서, 교정 방법은 스캐너 좌표에 해당하는 비가공 데이터(raw data)의 수집을 포함한다. 비가공 데이터 수집은 보통 스캐너에서 하나 이상의 카메라로 촬영되거나 검출된 대상물의 표면 특성을 감지하는 것을 말한다. 위에서 설명한 바와 같이, 각 스캐너는 자신의 좌표계가 있고, 따라서 비가공 측정 데이터는 그 좌표계에 의존한다. 320 블록에 나타낸 바와 같이, 비가공 데이터를 수집하는 것은 스캐너(102(a) 및/또는 102(b))와 같은 스캐너로 교정 인공물을 스캐닝하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 시스템(100)은 특별한 스캐너 좌표계에 상대적인 교정 대상물을 감지한다. 비가공 데이터를 수집하는 단계는 또한 예시적으로 다수의 스테이지 위치에서 데이터를 수집하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 회전 스테이지는 다양한 각 위치로 회전된다. 회전 스테이지의 회전으로 대상물의 모든 표면 특징을 볼 수 있다. 또한, 회전 스테이지의 정밀한 위치는 스테이지에 결합되는 위치 엔코더로 결정된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 비가공 데이터를 수집하는 단계는 촬영되는 교정 인공물의 다수의 다른 위치에 대응하는 데이터를 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 볼 바와 같은 교정 인공물은 정의된 측정 영역 내의 다양한 위치로 이동될 수 있고, 그에 따라 더욱 조밀한 데이터 수집을 제공할 수 있다. 비가공 데이터를 수집하는 단계는 326 블록에 나타낸 바와 같이, 각기 다른 스캐너를 선택하여 서로 다른 시야각에서 다수의 스캐너로부터 비가공 측정 데이터를 수집하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 하나의 스캐너는 교정 인공물 상부에서 반사된 빛을 볼 수 있도록 구성된 반면, 다른 스캐너는 그 대상물의 하부에서 반사된 빛을 볼 수 있도록 구성될 수 있다. 상하위 스캐너를 구비한 장치의 예가 미국 특허번호 8,526,012 호에 개시되어 있다. 또한, 다른 단계(328)는 대안적으로 스캐너 시스템 좌표 내에서 비가공 데이터 수집을 용이하게 하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 수집된 다른 데이터(328)는 구체 측정값, 일련 번호, 시간, 온도, 날짜 등에서 임의의 것을 포함한다.
306 블록에서, 교정 방법은 예시적으로 기지의 인공물 측정 데이터를 얻는 단계를 포함한다. 기지의 인공물 측정 데이터는 정확한 것으로 명백하게 알려진 (예를 들어, 인공물 제조시 정확한 기구로 측정된) 인공물에 대한 임의의 측정 데이터를 포함할 수 있다. 330 블록의 일례에서, QR Code®은 스캐닝 시스템에 의하여 감지된다. 감지된 QR Code® 를 기반으로, 촬영되고 있는 현재의 인공물이 식별된다. QR Code®가 감지를 위해 교정 인공물 표면에 제공될 수 있는 가시 지표의 하나의 형태인 반면, 다양한 다른 가시 지표도 또한 대안적으로 사용될 수 있다. (QR Code® 와 같은) 매트릭스 코드는 인공물 식별 정보 및 실제 인공물 측정 데이터(볼의 X,Y, Z 위치 및 직경)를 포함할 수 있다. 또한, RFID 태그(tag)와 같은 다른 형태의 식별 지표도 본 발명의 실시예에 따라 사용될 수 있다. 330 블록은, 332블록에 예시적으로 도시된 바와 같이, 식별된 교정 인공물에 대응하는 기지의 인공물 측정 데이터를 데이터베이스에 질의하는 단계를 포함한다. 블록 334에서, 기지의 인공물 측정 데이터를 얻는 다른 메커니즘이 위에서 논의된 것에 추가하여 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 작동자가 촬영되고 있는 인공물에 대한 기지의 측정 데이터를 수동으로 입력할 수 있다. 특별한 실시예에서, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템은 감지된 가시 지표(예를 들어, QR Code®)를 기반으로 인공물을 자동으로 식별하고, 자동으로 관련 데이터를 더 검색할 수 있다.
308 블록으로 진행하여, 교정 방법은 수집된 비가공 데이터(예를 들어, 스캐너 좌표 시스템을 사용하여 감지된 비가공 데이터)를 얻어진 기지의 교정 가공물 측정 데이터와 비교하는 단계를 포함한다. 물론, 다양한 비교가 두 데이터 세트에 대해 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 310 블록에 따라 스캐닝 시스템의 자유도(degrees of freedom)가 식별되어 수집된 비가공 데이터와 기지의 인공물 데이터 사이의 오차 계산에 사용된다. 또한, 예를 들어, 하나 이상의 포인트 클라우드가 생성될 수 있다. 여기서 사용되는 포인트 클라우드는 보통 촬영된 대상물 표면에 대한 측정값 특성을 수집한 것이다. 이 표면 측정값이 3차원 공간으로 변환되어 포인트 클라우드를 생성한다. 생성된 포인트 클라우드는 각 감지 시스템에 상대적이다. 예를 들어, 특히 시스템이 노후되어 기계적 변이가 발생하면서, 스캐너 좌표계(예를 들어, 스캐너의 시계(field of view) 내 3차원 공간 좌표계)는 변할 수 있다. 그러한 경우, 측정된 표면 위치와 기대(expected) 표면 위치 사이의 계산 편차가 발생하고, 이러한 계산 편차는 (스캐너 중 하나의) 특별 좌표계가 시간에 따라 변이되어 시스템이 현장에서 재교정할 필요가 있다는 것을 나타낸다.
310 블록에 도시된 바와 같이, 오차를 계산하는 단계는 보통 스캐너 좌표계에 연결된 스캐너 데이터와 스캐너 시스템 내에서 촬영되고 있는 교정 인공물에 대한 기지의 측정 데이터 사이의 편차(variation)를 계산하는 단계를 포함한다. 310 블록에 따라 수행될 수 있는 오차 계산의 일부 예들이 설명된다. 336 블록에서, 거리 오차가 계산된다. 거리 오차는 보통 수집된 미가공 측정 거리(예를 들어, 볼 플레이트(200) 내 두 구체(202)의 중심 사이의 감지된 거리)와 얻어진 정확한 측정 거리 사이의 계산 차이를 포함한다. 오차 계산은 또한 예시적으로 338 블록에 도시된 바와 같이 회전반경 오차를 계산하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 교정 인공물의 구체 또는 볼은 스캐닝 시스템 내에서 일정한 반경(예를 들어, 최소 요동이 있는 스테이지 상에서)으로 회전할 것이다. 기계적 변이에 의해 교정 오차가 발생할 때, 예를 들어, 338 블록은 회전 스테이지 주변의 각 회전각에서 각 인공물(예를 들어, 구체 또는 볼)에 대한 반경 편차를 계산하는 단계를 포함한다.
또한, 교정 방법은 인공물 대상의 회전축을 따르는 방향으로 편차를 식별하는 단계를 포함한다. 340 블록에 따라, 오차를 계산하는 단계는 예시적으로 교정 인공물이 스테이지에서 회전하면서, 교정 인공물의 회전축(예를 따라, Y 회전축 (126))을 따라 위치에서의 오차 또는 위치 변이를 계산하는 단계를 포함한다. 교정 인공물이 회전축에 대해 회전함에 따라, 교정 인공물은, 측정 체적으로 부분적으로 정의된 회전 궤도 주변을 통과한다. 교정 방법은 예시적으로 342 블록에 나타낸 것처럼, 교정 인공물의 구성물이 궤도 주위를 회전할 때 그 구성물의 현(chord) 길이 오차를 계산하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 기계적인 변이 또는 다른 측정 부정확성이 없이 회전할 때, 교정 인공물이 주행한 전체 궤도 거리는 측정된 볼의 현 길이와 일치해야 한다. 본 발명을 제한하지 않고, 단지 예로서만, 측정된 현 길이는 알려진 측정값과 비교되어 다음의 수학식에 따라 오차를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
오차 = 측정된 현
Figure pct00002
물론, 다양한 추가 또는 대안적인 오차 계산법이 사용될 수 있다. 다른 오차 계산법은 344 블록에 나타난다.
312 블록으로 진행하여, 교정 방법은 예시적으로 투사 변환과 같은 공간 매핑을 생성하여 계산된 오차의 합을 최소화하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따라 좌표 변환 생성에 다양한 기법이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 312 블록은 적절한 알고리듬을 결정하여 좌표 변환 생성에 사용하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 교정 방법은 310 블록에서, 계산된 오차가 상대적으로 작으면, 좌표 변환은 강체 또는 아핀 변환을 사용하여 스캐너 좌표 내 점을 월드 좌표 내 점으로 변환할 수 있다. 수학식 2a는 아핀 변환 매트릭스 어레이의 예이다:
[수학식 2a]
Figure pct00003
오차가 크면, 수학식 2b에 보인 투사 어레이가 사용될 수 있다:
[수학식 2b]
Figure pct00004
수학식 2에 보인 바와 같이, Xw가 월드 위치(즉, 회전 스테이지와 관련된 위치)이고 Xc가 스캐너 좌표계의 점 위치 [x,y,z, l]T 이면, 수학식 2는 Xc를 Xw로 매핑한다.
변환 매트릭스에서 값은 348 블록에 도시된 것처럼 최소 제곱(least squre) 알고리듬을 사용하여 계산될 수 있다. 312 블록에 따라 사용될 수 있는 최소 제곱 알고리듬의 일례가 레벤버그-마쿼트(Levenberg-Marquardt) 알고리듬이다. 이것 및 유사한 알고리듬에서, 감지된 측정값과 얻어진 기지의 교정 측정값 사이의 편차 (예를 들어, 오차)의 제곱 합이 최소화된다.
또한, 기계적 변이가 크다고(예를 들어, 오차 계산이 스캐너 좌표계의 측정 출력과 기지의 측정값 사이의 편차가 큰 것을 나타낸다) 판단되는 예시적인 시스템에서, 좌표 변환을 생성하는 단계는 예시적으로 다항식과 같은 삼-변수(tri-variate) 함수를 사용하는 단계를 포함한다. 다항식은 감지 시스템에서 기계적 변화가 크면 일어날 수 있는 비선형(non-linear) 오차의 수정에 사용된다. 이는 350 블록에 도시되어 있다. 그러한 경우, 투사 변환은 더 이상 선형 대수(algebraic) 방정식이 아니다. 오히려, 본 발명의 일례에서, 다음의 함수를 갖는 세 개 다항식 세트가 사용되고, 여기서, 아래 첨자 W는 월드 좌표를 나타내고, 아래 첨자 C는 스캐너 좌표를 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pct00005
[수학식 4]
Figure pct00006
[수학식 5]
Figure pct00007
314 블록에서, 교정 방법은 예시적으로 생성된 좌표 변환을 기반으로 스캐닝 시스템을 수정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 314 블록은 스캐너 좌표계(예를 들어, 310 블록에서 좌표계가 측정값 부정확성을 유발한다고 판단되는)를 사용하여 얻어진 데이터를 투사 변환을 사용하여 회전 스테이지와 연관된 월드 좌표계로 매핑하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 공장 교정 스캐너 좌표계로 감지된 측정값과 스테이지의 여러 정밀한 위치에서 정확한 것으로 알려진 측정값 사이의 편차(예를 들어 오차)를 결정하는 단계에 더하여, 본 실시예에 따른 시스템 및 방법은 좌표 변환을 사용하여 현장에서 스캐너 좌표계를 교정한다. 그러한 편차는 각 좌표계가 개별적으로 변할 때 각 스캐너 좌표계 내의 기계적 변이 수정에 사용될 수 있다. 스캐너 좌표 시스템을 변환을 기반으로 월드 시스템으로 매핑하는 단계는 352블록에 나타나 있다.
각 스캐너에 대해 결정된 좌표 변환으로, 시스템은 그 변환을 사용하여 스캐닝 체적 내에 위치한 대상물을 더 정확하게 감지할 수 있다. 따라서, 좌표 변환이 결정된 후, 감지 체적 내에 위치한 대상물이 더 정확하게 스캔될 수 있다. 상술한 현장 교정은 일정 수의 대상물이 스캔된 후, 시프트 전 또는 후와 같이 적절한 간격으로 수행될 수 있다.
지금까지 기술한 실시예들이 각 스캐너가 좌표계를 수정하는 필수적인 공간 매핑을 얻는 단일 동작에 초점이 맞춰진 반면, 본 발명의 실시예는 또한 그 방법을 반복하는 단계도 포함한다. 예를 들어, 방법 과정의 일반적인 결과는 스캐너 좌표(수정되지 않음)에서 월드 좌표(수정됨)로의 공간 매핑을 얻는 것이다. 예를 들어, 수학식: Xw = PXc는 투사 변환을 제공하고, 여기에서 P는 스캐너 좌표(Xc)에서 월드 좌표(Xw)로의 매핑을 나타낸다.
P의 계산은 일 실시예에서, 수많은 구체의 측정된 중심 위치에 기반한다. 먼저, 스캐너 좌표계 내의 구체의 표면상의 점이 측정되고, 여전히 스캐너 좌표계에서 구체 중심이 계산된다. 이 구체 중심 위치는 P를 구하는 순서에서 오차를 최소화하기 위하여 최소 제곱 계산기에 제공된다. 일반적으로, 이 방법은 스캐너 좌표계 내 구체의 표면을 찾는 것으로 시작된다. 다음으로, 각 구체에 대해, 스캐너 좌표계에서 식별된 표면의 중심이 계산된다. 이어서, 구체 중심이 P의 계산에 사용된다. 일부 예에서, 스캐너 교정 또는 수정은 구체의 표면이 왜곡되어 진짜 구체 중심을 찾는데 작지만 중요한 오차를 일으킬 만큼 충분히 클 수 있다. 반복 기법은 이 문제를 해결한다.
반복 기법은 다음과 같이 진행된다. 먼저, (1) 스캐너 좌표계에서 구체 표면을 찾는다. 다시 (2) 각 구체에서, 스캐너 좌표계에서 중심을 계산한다. 다음으로, (3) 구체 중심을 사용하여 P를 계산한다. 첫 반복에서 P는 거의 맞지만 정확하지는 않다. 다음으로, (4) P를 단계 (1)에서 찾아진 구체 표면에 적용한다(표면은 이제 거의 상관된다). 다음으로, (5) 수정된 구체 표면의 중심을 찾는다. 다음으로, (6) 구체의 수정된 중심 위치를 스캐너 좌표계로 다시 이동한다: Xc = P_ 1Xw, 여기서 P_1 는 P의 역변환이다. 다음으로, P에 대한 더 나은 추정치를 얻기 위해 더 정확하게 추정된 구체 중심을 이용하여 3-6 단계를 반복한다.

Claims (29)

  1. 스테이지;
    스테이지 상의 대상물을 스캔하는 적어도 하나의 스캐너;
    상기 적어도 하나의 스캐너와 스테이지 사이의 상대 모션을 생성하는 모션 제어 시스템;
    상기 적어도 하나의 스캐너와 모션 제어 시스템에 결합되어 현장 교정을 수행하는 제어기를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 스캐너로 기지의 위치 관계를 갖는 구성물을 포함하는 인공물을 복수의 다른 방향으로 스캔하여, 구성물에 대응하는 감지된 측정 데이터를 생성하고,
    상기 감지된 측정 데이터 및 기지의 위치 관계 사이의 편차가 결정되고; 그리고
    상기 결정된 편차를 기반으로, 적어도 하나의 스캐너 각각에 대해 좌표 변환이 계산되고, 상기 좌표 변환은 결정된 편차를 감소시키는 것을 특징으로 하는,
    3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스테이지는 회전 스테이지이고, 모션 제어 시스템은 회전축에 대해 회전 스테이지를 복수의 정밀한 각 위치로 회전시키는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전 스테이지에 작동 가능하게 결합되어, 회전 스테이지의 복수의 정밀한 각 위치를 감지하는 위치 엔코더를 더 포함하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인공물은 비-동일 평면 중심을 갖는 구체 배열인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 인공물은 볼 플레이트인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 볼 플레이트에 해당하는 감지된 가시 표지의 표시를 수신하는 것을 더 수행하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어기는 감지된 가시 표지의 표시를 기반으로 교정 인공물을 식별하고, 식별된 인공물의 구성물에 대응하는 기지의 위치 관계에 대해 데이터베이스에 질의하는 것을 더 수행하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어기는 교정 인공물과 가시 표지에서 부호화된 식별된 인공물의 구성물에 대응하는 기지의 위치 관계를 식별하는 것을 더 수행하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 감지된 가시 표지는 인공물의 표면상에 위치한 매트릭스 코드를 포함하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 스캐너는 매트릭스 코드를 감지하여 감지된 매트릭스 코드의 표시를 제어기로 제공하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  11. 제5항에 있어서, 상기 볼 플레이트는 서로 상대적으로 고정된 복수의 볼을 포함하고, 각 볼이 플레이트의 반대 표면으로부터 확장하도록 플레이트에 장착되는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 볼 플레이트는 제1 직경을 갖는 제1 복수의 볼 및 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖는 제2 복수의 볼을 포함하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 볼 플레이트는 수직으로 배향된 플레이트의 평면과 일치하는(stand with), 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스캐너는 제1 앙각(elevation angle)으로부터 대상물을 스캔하는 제1 스캐너 및 제1 앙각과 다른 제2 앙각으로부터 대상물을 스캔하는 제2 스캐너를 포함하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어기는:
    제1 스캐너 좌표계에서 감지된 측정 데이터를 포함하는 복수의 제1 스캔을 생성하고;
    제2 스캐너 좌표계에서 감지된 측정 데이터를 포함하는 복수의 제2 스캔을 생성하고; 그리고
    상기 제1 스캐너 좌표계에서 스테이지 공간으로 매핑하는 제1 변환 및 제2 스캐너 좌표계에서 스테이지 공간으로 매핑하는 제2 변환을 생성하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 하나의 스캐너의 각각에 상대적인 좌표 변환을 사용하여 후속 대상물을 스캔하여, 후속 대상물에 대한 교정된 스캔을 제공하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
  17. 스캐닝 시스템의 감지 체적에 기지의 위치 관계에 있는 복수의 구성물을 갖는 인공물을 위치하는 단계;
    상기 인공물을 적어도 하나의 스캐너로 복수의 다른 방향에서 스캔하여 개별 스캐너의 좌표계에 기준이 되는 감지된 측정 데이터를 구하는 단계;
    상기 복수의 구성물에 대한 감지된 측정 데이터 및 기지의 위치 관계 사이의 편차를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 편차를 기반으로, 개별 스캐너 좌표계를 월드 좌표계로 매핑하여 결정된 편차를 감소시키는, 적어도 하나의 스캐너에 대한 개별 좌표 변환을 생성하는 단계를 포함하는,
    3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 좌표 변환의 형태는 결정된 편차의 크기를 기반으로 선택되는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 좌표 변환은 강체 변환인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 좌표 변환은 투사 변환인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 좌표 변환은 아핀 변환인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 좌표 변환은 다항식 변환인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  23. 제18항에 있어서, 상기 편차는 현(chord) 길이 편차인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  24. 제17항에 있어서, 상기 편차는 잘못 추정된 회전축을 기반으로 한 것인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  25. 제17항에 있어서, 상기 편차는 축들 사이의 직교성 오차를 기반으로 한 것인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  26. 제17항에 있어서, 상기 편차는 볼 바의 길이인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  27. 제17항에 있어서, 상기 편차는 볼 직경인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  28. 제17항에 있어서, 상기 편차는 다른 형태의 편차의 합인, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템을 교정하는 방법.
  29. 스캔할 대상물을 수용하는 스테이지;
    제1 앙각에서 대상물을 스캔하는 제1 스캐너;
    상기 제1 앙각과 다른 제2 앙각에서 대상물을 스캔하는 제2 스캐너;
    상기 스테이지와 제1 및 제2 스캐너 사이의 상대 모션을 생성하는 모션 제어 시스템;
    상기 모션 제어 시스템에 결합되어 제1 및 제2 스캐너에 대해 상대적인 스테이지의 위치 표시를 제공하는 위치 검출 시스템;
    상기 제1 스캐너, 제2 스캐너, 모션 제어 시스템 및 위치 검출 시스템과 결합되는 제어기를 포함하고;
    상기 제어기는:
    상기 제1 및 제2 스캐너 중 적어도 하나가 서로 다른 위치 세트 각각에서 스테이지 상의 기지의 위치 관계에 있는 복수의 구성물을 갖는 볼 플레이트를 스캔하고;
    일련의 측정을 생성하고, 상기 일련의 측정 중 각각의 측정은 위치 세트 내 특별 위치에 해당하고;
    상기 제1 스캐너의 좌표계를 스테이지의 좌표계로 매핑하는 제1 좌표 변환 및 제2 스캐너의 좌표계를 스테이지의 좌표계로 매핑하는 제2 좌표 변환을 생성하는, 3차원 비접촉 스캐닝 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200099999A (ko) * 2019-02-15 2020-08-25 주식회사 메디트 스캔 과정 재생 방법

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107560547A (zh) * 2017-10-11 2018-01-09 杭州非白三维科技有限公司 一种扫描系统及扫描方法
CN108480871A (zh) * 2018-03-13 2018-09-04 武汉逸飞激光设备有限公司 一种电池模组焊接方法及系统
US11468590B2 (en) 2018-04-24 2022-10-11 Cyberoptics Corporation Wireless substrate-like teaching sensor for semiconductor processing
CN110440708A (zh) * 2018-05-04 2019-11-12 苏州玻色智能科技有限公司 一种用于三维白光扫描设备的标准件及其标定方法
CN108805976B (zh) * 2018-05-31 2022-05-13 武汉中观自动化科技有限公司 一种三维扫描系统及方法
CN108765500A (zh) * 2018-08-27 2018-11-06 深圳市寒武纪智能科技有限公司 一种旋转台及机器人相机标定系统
US11630083B2 (en) * 2018-12-21 2023-04-18 The Boeing Company Location-based scanner repositioning using non-destructive inspection
NL2022874B1 (en) * 2019-04-05 2020-10-08 Vmi Holland Bv Calibration tool and method
US11144037B2 (en) * 2019-04-15 2021-10-12 The Boeing Company Methods, systems, and header structures for tooling fixture and post-cure fixture calibration
CN110456827B (zh) * 2019-07-31 2022-09-27 南京理工大学 一种大型工件包装箱数字化对接系统及方法
WO2021101525A1 (en) * 2019-11-19 2021-05-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Generating error data
KR102166301B1 (ko) * 2019-11-29 2020-10-15 서동환 객체 인식 방법 및 장치
JP7041828B2 (ja) * 2020-06-05 2022-03-25 株式会社Xtia 光学式三次元形状測定装置の空間測定誤差検査器、空間測定誤差検出方法、及び、補正方法、光学式三次元形状測定装置、光学式三次元形状測定装置の空間測定誤差校正方法、並びに、光学式三次元形状測定装置のプロービング性能検査用平面標準器
JP7435945B2 (ja) 2020-07-03 2024-02-21 株式会社OptoComb 光学式三次元形状測定装置の補正方法及び補正用基準器、並びに、光学式三次元形状測定装置
CN112179291B (zh) * 2020-09-23 2022-03-29 中国科学院光电技术研究所 一种自旋转扫描式线结构光三维测量装置标定方法
CN114001696B (zh) * 2021-12-31 2022-04-12 杭州思看科技有限公司 三维扫描系统、工作精度监控方法及三维扫描平台
CN114543673B (zh) * 2022-02-14 2023-12-08 湖北工业大学 一种飞机起落架用视觉测量平台及其测量方法
CN114322847B (zh) * 2022-03-15 2022-05-31 北京精雕科技集团有限公司 单方向扫描传感器测量数据矢量化方法及装置
WO2023235804A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Proprio, Inc. Methods and systems for calibrating and/or verifying a calibration of an imaging system such as a surgical imaging system
CN115752293B (zh) * 2022-11-22 2023-11-14 哈尔滨工业大学 一种航空发动机封严篦齿盘测量系统标定方法
CN115795579B (zh) * 2022-12-23 2023-06-27 岭南师范学院 无特征复杂曲面测量误差分析的快速坐标对齐方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003107389A (ja) * 2001-10-01 2003-04-09 Minolta Co Ltd スキャナ駆動装置、スキャナ及び三次元計測装置
KR20110027767A (ko) * 2008-06-12 2011-03-16 어드밴스드 트렉 앤드 트레이스 식별 대상에서의 물리적 특징을 판독하기 위한 방법 및 장치
US8526012B1 (en) * 2012-04-17 2013-09-03 Laser Design, Inc. Noncontact scanning system
KR20130143137A (ko) * 2011-05-13 2013-12-30 헥사곤 테크놀로지 센터 게엠베하 스캔 기능을 가지는 장치에 대한 교정 방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3637410A1 (de) * 1986-11-03 1988-05-11 Zeiss Carl Fa Verfahren zur messung von drehtischabweichungen
JP4423811B2 (ja) * 2001-04-27 2010-03-03 コニカミノルタセンシング株式会社 三次元形状測定システム及び三次元形状測定方法
FI111755B (fi) * 2001-11-23 2003-09-15 Mapvision Oy Ltd Menetelmä ja järjestelmä konenäköjärjestelmän kalibroimiseksi
US7280710B1 (en) * 2002-05-24 2007-10-09 Cleveland Clinic Foundation Architecture for real-time 3D image registration
JP3944091B2 (ja) * 2003-02-06 2007-07-11 パルステック工業株式会社 ３次元画像データ生成方法
DE10350861A1 (de) * 2003-10-31 2005-06-02 Steinbichler Optotechnik Gmbh Verfahren zur Kalibrierung eines 3D-Meßgerätes
JP2007232649A (ja) * 2006-03-02 2007-09-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 平板平面度測定方法及び装置
JP5310402B2 (ja) * 2009-09-02 2013-10-09 日本電気株式会社 画像変換パラメータ算出装置、画像変換パラメータ算出方法およびプログラム
CN101882306B (zh) * 2010-06-13 2011-12-21 浙江大学 一种表面凹凸物体照片的高精度拼接方法
US20130278725A1 (en) * 2012-04-24 2013-10-24 Connecticut Center for Advanced Technology, Inc. Integrated Structured Light 3D Scanner
KR101418462B1 (ko) * 2013-02-26 2014-07-14 애니모션텍 주식회사 3차원 측정기를 이용한 스테이지 캘리브레이션 방법
JP6253368B2 (ja) * 2013-11-25 2017-12-27 キヤノン株式会社 三次元形状計測装置およびその制御方法
KR101553598B1 (ko) * 2014-02-14 2015-09-17 충북대학교 산학협력단 스테레오비전 3차원 영상생성장치 및 방법
JP6289283B2 (ja) * 2014-06-20 2018-03-07 株式会社ブリヂストン 円環状回転体の表面形状データの補正方法、及び、円環状回転体の外観検査装置
CN104765915B (zh) * 2015-03-30 2017-08-04 中南大学 三维激光扫描数据建模方法及系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003107389A (ja) * 2001-10-01 2003-04-09 Minolta Co Ltd スキャナ駆動装置、スキャナ及び三次元計測装置
KR20110027767A (ko) * 2008-06-12 2011-03-16 어드밴스드 트렉 앤드 트레이스 식별 대상에서의 물리적 특징을 판독하기 위한 방법 및 장치
KR20130143137A (ko) * 2011-05-13 2013-12-30 헥사곤 테크놀로지 센터 게엠베하 스캔 기능을 가지는 장치에 대한 교정 방법
US8526012B1 (en) * 2012-04-17 2013-09-03 Laser Design, Inc. Noncontact scanning system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Calibration of a 3D-ball plate(Precision Engineering, 2009.01.공개) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200099999A (ko) * 2019-02-15 2020-08-25 주식회사 메디트 스캔 과정 재생 방법

Also Published As

Publication number Publication date
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EP3427070A1 (en) 2019-01-16

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Altuntas et al. The Registration of Laser Scanner Three-dimensional Point Clouds Using Two-dimensional Images Recorded With a Sensor Combination Camera.

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