KR20200141274A - 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법 - Google Patents

스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 팩토리의 가상설계 과정에서 현실 공장에 설비를 배치하기 위한 설비위치를 나타내는 위치표시물의 위치와 방향이 레이아웃 도면 상의 설비위치와 일치하는 지를 검증하여 후속 설계 공정에 반영할 수 있도록 함과 아울러 설비 시공의 정확도를 향상시켜 제품을 원활하게 생산할 수 있도록 한 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 관한 것으로,
스마트 팩토리의 가상설계 후 2D 형태의 레이아웃 도면에 따라 실제 공장에 설비를 배치하기 위한 위치 설정시 각 설비의 배치위치 모서리 부분에 각각 대응하도록 공장 바닥에 부착되는 위치표시물의 위치를 검증하기 위한 방법에 있어서, 설비위치에 대응하도록 위치표시물이 부착된 공장 바닥을 영상 촬영하는 영상촬영 단계와; 공장 바닥의 위치표시선 및 위치표시물을 검출하는 표시검출 단계와; 최초 촬영 여부를 판단하여 최초 촬영인 경우 위치정보 데이터베이스를 초기화한 후 영상촬영 단계로 되돌아가고 최초 촬영이 아닌 경우 기 설정된 위치정보 데이터베이스를 기준으로 위치표시선의 교차점과 현재 영상에서 추출한 교차점을 매칭하여 카메라 위치를 추정하는 카메라추적 단계와; 추정된 카메라 위치를 기반으로 새로 검출된 교차점과 위치표시선 및 위치표시물의 위치의 좌표를 계산하고 그 정보를 데이터베이스에서 확인하여 데이터베이스의 위치정보를 갱신하는 위치정보 데이터베이스 갱신단계와; 일정 영역에 존재하는 복수개의 위치표시물을 묶어 그룹화하는 위치표시물 그룹화 단계와; 그룹화된 위치표시물들을 이상 여부를 진단하는 위치표시물진단 단계와; 기준점과 각 위치표시물 사이의 거리를 측정하는 위치표시물 거리측정 단계와; 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물의 위치를 대비하여 검증하는 위치검증 단계와; 상기 위치검증 단계에서 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물 위치가 일치하면 인증을 완료하고 그렇지 않으면 상기 카메라추적 단계로 되돌아가는 인증단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법{Position Verification Method for Equipment Layout at 3D Design of Smart Factory}
본 발명은 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 팩토리의 가상설계 과정에서 현실 공장에 설비를 배치하기 위한 설비위치를 나타내는 위치표시물의 위치와 방향이 레이아웃 도면 상의 설비위치와 일치하는 지를 검증하여 후속 설계 공정에 반영할 수 있도록 함과 아울러 설비 시공의 정확도를 향상시켜 제품을 원활하게 생산할 수 있도록 한 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 관한 것이다.
스마트 팩토리(Smart Factory)란, 설계, 개발, 제조 및 유통, 물류 등 생산과정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술(ICT)을 적용하여 생산성과 품질 및 고객만족도를 향상시킬 수 있도록 한 지능형 생산공장을 의미한다. 이러한 스마트 팩토리는 공장 내 설비와 기계에 사물인터넷(IoT)를 설치하여 공정 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 분석하여 목적에 따라 스스로 제어할 수 있도록 구성된다.
구체적으로, 스마트 팩토리는 설비나 재료, 환경 등의 상태에 따라 통신에 의한 자율 판단 및 수행을 통해 실시간 자율화에 의한 생산이 이루어지고, 시뮬레이션이나 모델링 기법 등을 통해 수직 및 수평적인 통합 연결을 통한 초연결을 이룬다는 점에서 사전 프로그래밍이나 명령에 의한 생산으로 인해 공정에 따른 변경이 필요하고 수직적 연결을 통해 통합 운영하는 기존의 공장 자동화 시스템과 구별되고 있다.
또한, 스마트 팩토리는 디지털 데이터 및 정보를 기반으로 데이터를 수집/저장/분석하고, 데이터를 기반으로 스스로 판단하여 AI를 활용한 자율제어가 가능한 지능화(Intelligence); 센서와 통신 기술을 활용하여 공장 내부에 존재하는 사람이나 설비, 부품, 재료, 공정 및 공장 간의 연결이 가능한 연결화(Connectivity); 및, 가상물리시스템(CPS : Cyber Physical System)와 디지털 트윈(Digital-Twin) 개념의 적용을 통해 물리적인 현실의 공장과 가상 공장 사이의 생산 운영을 연계시키는 가상화(Virtualization);의 특징을 구비하고 있다.
참고로, CPS 기반의 스마트 팩토리는 AI와 딥 러닝 기술 등을 적용하여 설비와 품질을 관리하는 지능화 및 IoT나 빅데이터, 5G 등의 기술을 이용한 설비간 통신에 따른 연결화가 구비된 실제 공장과 가상화를 위한 시뮬레이션과 AI, AR(증강현실), VR(가상현실) 등의 기술이 적용된 가상 공장을 동기화(Synchronize)하여 서로 연결하는 형태로 구성된다.
그리고, 디지털 트윈 방식의 스마트 팩토리는 설계와 생산 계획은 가상의 공간에서 진행하고, 공장의 시공이 완료된 후 생산과 판매 및 서비스는 현실의 공간에서 이루어지도록, 가상 공간과 현실 공간을 디지털 트윈 방식으로 동기화시켜 구성한다.
여기서, '디지털 트윈'이란, 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들어, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 그 결과를 예측할 수 있도록 하는 기술로서, 제조업 뿐만 아니라 다양한 산업 및 사회적 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 이러한 디지털 트윈 기술은 다양한 물리적 시스템의 구조와 맥락, 작동을 나타내는 데이터와 정보의 조합을 통해 과거와 현재의 운용 상태를 이해하고 미래를 예측할 수 있는 인터페이스라 할 수 있다.
디지털 트윈 기술에서는 가상 세계와 현실 세계의 상호 작용을 중요시하는데, 이는 현실 세계가 복제된 가상 세계에 영향을 끼침은 물론 가상 세계의 변화에 실제 세계에도 영향을 주기 때문이다. 따라서, 디지털 트윈 기술에서는 현실 세계와 가상 세계를 동기화하는 연결성에 주목할 필요가 있다.
한편, 디지털 트윈 기술을 이용한 스마트 팩토리의 설계 및 시공절차는 도 1에 도시된 바와 같이, 건축물의 설계와 생산설비의 배치설계 및 배관설계는 가상 공장에서 이루어지고, 건축물 정보의 현장검증과 설비배치 위치의 표시 및 검증, 그리고 배관 설계에 따른 시공도면에 대한 현장검증은 현실 공장에서 이루어진다.
구체적으로, 가상 공장에서 건축물의 3차원 설계가 완료되면 설계된 건축물의 정보에 따라 현실 공장에서 건축물 정보의 현장검증을 실시하고, 이어 가상공장에서 생산설비의 배치와 관련한 배치설계를 수행하여 설비배치에 대한 레이아웃 도면을 출력한다. 그리고, 설비배치에 대한 레이아웃 도면을 근거로 하여 현실 공장에 설비배치 위치를 나타내는 위치표시물을 부착한 후, 현실 공장에 부차된 위치표시물을 통해 설비배치 위치에 대한 검증을 수행한다. 설비배치 위치에 대한 검증이 완료되면 그 결과에 따라 가상공장에서 배관설계를 수행하고, 배관설계에 따른 시공도면을 출력한다. 그리고, 배관설계에 따른 시공도면을 근거로 하여 시공도면에 대한 현장검증을 수행한후, 실제 설비와 배관을 시공하게 된다.
상기한 스마트 팩토리의 설계 및 시공절차에 있어서 가장 중요한 것 중 하나가 설비배치 위치에 대한 현장검증이다. 이는 현실공장에 생산설비가 정확하게 설치되어야만 그에 따른 배관설계 및 시공의 정확도가 높아지고, 생산성 역시 결정될 수 있기 때문이다.
이러한 설비배치 위치에 대한 검증절차는 도 2에 도시된 바와 같이, 생산설비의 배치설계를 위하여 가상 공장에 설비 모델을 배치하는 단계와; 설비배치에 따른 레이아웃 도면을 출력하는 단계와; 레이아웃 도면에 따라 현실 공장에 위치표시물을 부착하는 단계와; 위치표시물의 부착이 완료되면 이에 대한 인증을 요청하는 단계와; 현실 공장에 부착된 위치표시물의 위치를 검증하는 단계와; 위치검증이 완료되면 위치표시물의 위치를 인증하는 단계;를 포함한다.
가상 공장에 설비 모델을 배치하는 단계는 3D로 제작된 설비 모델을 3D로 제작된 건축물에 배치하는 단계로서, 설비 모델 사이의 겹침이나 간섭이 발생하지 않고 설비간 이동이 자유롭게 배치한다. 그리고, 레이아웃 도면을 출력하는 단계는 가상의 건축물에 배치된 설비 모델이 포함되는 2D의 레이아웃 도면을 출력하는 단계로서, 평면도 형태의 도면을 출력하게 된다.
위치표시물을 부착하는 단계에서는 작업자가 레이아웃 도면을 확인한 후 현실에 존재하는 실제 건축물의 바닥에 해당 설비가 설치되는 위치에 대응하도록 해당 설비의 네 모서리에 각각 위치표시물을 부착한다. 그리고, 인증요청 단계에서는 위치표시물의 부착이 끝나면 해당 위치표시물이 정확하게 부착되어 있는지 확인하도? 인증을 요청한다.
또, 위치표시물의 위치를 검증하는 단계에서는 레이아웃 도면상에 나타난 설비위치와 건축물의 바닥에 설치된 위치표시물의 위치를 비교하여 검증하고, 위치표시물의 위치를 인증하는 단계에서는 레이아웃 도면상에 나타난 설비위치와 건축물의 바닥에 설치된 위치표시물의 위치가 일치하는 경우 인증을 완료하고 그렇지 않으면 위치표시물의 부착 위치를 변경하도록 위치 인증을 보류하게 된다.
상기 위치표시물은 해당 설비의 가로 길이와 세로 길이를 각각 측정한 후 해당 설비의 모서리 부분에 대응하도록 건축물의 바닥에 부착한다. 그리고, 위치표시물의 위치를 검증할 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 건축물의 바닥에 그레이팅 방식으로 표시된 위치표시선을 기준으로 위치표시물과 기준선 사이의 거리를 측정하는 방법으로 이루어진다. 즉, 두 사람의 작업자가 조를 이루어 이동하면서 줄자를 이용하여 건축물의 바닥에 부착된 위치표시물의 거리를 측정함으로써 위치표시물의 위치를 검증하게 되는 것이다. 이에 따라 건축물 하나의 설비위치 검증을 위해서는 최소 12명이 필요하고, 수작업으로 설비위치를 검증함에 따라 검증 작업의 신뢰도가 저하될 수 있다.
다시 말해서, 종래의 설비배치 위치 검증방법은 위치표시물의 위치를 수작업으로 측정하는 방식으로 이루어짐에 따라 검증에 따른 시간과 인력이 많이 필요하고, 검증 신뢰도가 높지 않은 문제점이 있다.
한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 유사한 특허문헌을 찾지 못하였으며, 관련 분야의 특허문헌을 조사한 결과 다음의 특허문헌이 검색되었다.
특허문헌 1은, 데이터 수집장치에 의해 수집된 수집 데이터를 데이터 송수신 인터페이스 별로 정해진 수신 단위에 따라 수신하는 수신유닛; 상기 수집 데이터의 수신시간이 기록된 수신로그가 상기 데이터 송수신 인터페이스 별로 저장되는 로그저장소; 및상기 수신로그에 기록된 상기 수집 데이터의 수신시간을 기초로 상기 수집 데이터의 정상 수신여부를 모니터링하는 모니터링 유닛을 포함하며, 짧은 주기로 발생되는 대용량 데이터의 정상적인 수신여부를 모니터링할 수 있는 스마트팩토리 플랫폼을 위한 인터페이스 미들웨어 시스템을 개시하고 있다.
특허문헌 2는, 스마트팩토리의 제조 자원들에 상응하는 데이터를 이용하여 메타데이터를 생성하는 메타데이터 생성 모듈; 상기 메타데이터 각각에 상응하는 데이터 모델들을 생성하는 데이터 모델 생성 모듈; 상기 스마트팩토리의 설비들로부터 실제 설비 데이터를 수집하는 설비 데이터 수집 모듈; 및 서로 상응하는 상기 실제 설비 데이터와 상기 메타데이터를 연동하는 설비 데이터 연동 모듈;을 포함하는, 스마트팩토리용 데이터 모델 생성 장치를 개시하고 있다.
KR 10-2018-0077948 A KR 10-2018-0120454 A
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 증강현실을 이용하여 공장 바닥에 부착된 위치표시물의 위치를 실시간으로 검증함으로써 검증 인력의 최소화 및 검증 시간의 단축이 가능하고 검증 결과에 대한 신뢰도가 향상되도록 한, 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태블릿 PC의 카메라를 이용하여 공장 바닥을 촬영한 후 기준점을 기준으로 하는 위치표시물의 위치정보를 실시간으로 검증할 수 있도록 하여 누구라도 공장 바닥에 설치된 위치표시물의 위치인증을 수행할 수 있도록 한, 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스마트 팩토리의 가상설계 후 2D 형태의 레이아웃 도면에 따라 실제 공장에 설비를 배치하기 위한 위치 설정시 각 설비의 배치위치 모서리 부분에 각각 대응하도록 공장 바닥에 부착되는 위치표시물의 위치를 검증하기 위한 방법에 있어서, 설비위치에 대응하도록 위치표시물이 부착된 공장 바닥을 영상 촬영하는 영상촬영 단계와; 공장 바닥의 위치표시선 및 위치표시물을 검출하는 표시검출 단계와; 최초 촬영 여부를 판단하여 최초 촬영인 경우 위치정보 데이터베이스를 초기화한 후 영상촬영 단계로 되돌아가고 최초 촬영이 아닌 경우 기 설정된 위치정보 데이터베이스를 기준으로 위치표시선의 교차점과 현재 영상에서 추출한 교차점을 매칭하여 카메라 위치를 추정하는 카메라추적 단계와; 추정된 카메라 위치를 기반으로 새로 검출된 교차점과 위치표시선 및 위치표시물의 위치의 좌표를 계산하고 그 정보를 데이터베이스에서 확인하여 데이터베이스의 위치정보를 갱신하는 위치정보 데이터베이스 갱신단계와; 일정 영역에 존재하는 복수개의 위치표시물을 묶어 그룹화하는 위치표시물 그룹화 단계와; 그룹화된 위치표시물들을 이상 여부를 진단하는 위치표시물진단 단계와; 기준점과 각 위치표시물 사이의 거리를 측정하는 위치표시물 거리측정 단계와; 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물의 위치를 대비하여 검증하는 위치검증 단계와; 상기 위치검증 단계에서 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물 위치가 일치하면 인증을 완료하고 그렇지 않으면 상기 카메라추적 단계로 되돌아가는 인증단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 따르면, 상기 인증단계를 수행한 후 위치표시물의 위치와 관련한 리포트를 작성하는 리포트 작성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 따르면, 상기 위치표시물진단 단계는 위치표시물 그룹 내에 존재하는 위치표시물의 내측 모서리 위치를 파악하여 위치표시물들의 상태를 진단하되, 동일한 위치표시물 그룹 내에 4개의 위치표시물이 존재하는 경우에는 정상으로 진단하고, 동일한 위치표시물 그룹 내에 3개의 위치표시물이 존재하는 경우에는 나머지 위치표시물의 위치를 추정하여 추정위치에 위치표시물이 존재하면 그 상태를 검사하여 위치표시물의 위치에 이상이 있으면 이탈, 위치표시물의 방향에 이상이 회전으로 진단하며, 추정 위치에 위치표시물이 존재하지 않을 경우 누락으로 진단하고, 그룹화된 위치표시물들의 범위 내에 2개 이상의 위치표시물이 존재하는 경우에는 미완성 그룹으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 따르면, 상기 위치표시물 거리 측정 단계는 공장 바닥의 위치표시선과 그룹화된 위치표시물 사이의 거리를 각각 측정한 후, 위치정보 데이터베이스에 저장된 각 위치표시선의 위치와 측정된 거리 정보를 이용하여 위치표시물들과 기준점까지의 거리를 XY 좌표의 형태로 계산한 후 위치정보 데이터베이스에 그룹별로 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 따르면, 상기 위치검증단계는 레이아웃 도면의 데이터를 통해 설비를 인식하고 해당 정보를 추출하는 단계와, 레이아웃 도면과 공장 바닥을 촬영한 카메라 영상으로부터 위치표시물의 위치와 방향정보를 추출하여 저장한 위치표시물 정보지도에 나타난 설비위치 데이터를 정규화하는 단계와, 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도를 대비하여 위치표시물 정보지도의 회전관계를 추정하는 단계와, 추정된 회전관계를 기반으로 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도를 대비하여 이동관계를 추정하는 단계와, 추정된 위치표시물 정보지도의 회전관계 및 이동관계에 따라 위치표시물 정보지도를 회전 및 이동시키는 단계와, 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도의 위치 오차가 임계값 미만인지 확인하여 오차가 임계값 이상이면 위 과정을 반복하고 임계값 미만이면 레이아웃 도면의 설비위치와 공장 바닥에 부착된 위치표시물의 위치가 일치하는 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법은 공장 바닥에 부착된 위치표시물의 위치를 작업자가 직접 측정하지 않고 태블릿 PC 등에 구비된 카메라 영상을 통해 기준점에 대한 위치표시물의 위치를 실시간으로 검증할 수 있도록 하므로, 검증 인원을 최소화하고 검증 시간을 단축할 수 있음은 물론 위치표시물의 위치를 자동으로 확인함에 따라 검증 결과에 대한 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 따르면, 태블릿 PC의 화면상에 나나탄 설비 영역을 인식하고 인식된 설비의 위치표시물에 대한 인증상태를 누구라도 쉽게 확인할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 스마트 팩토리에 대한 디지털 트윈 방식의 가상설계 절차를 나타낸 개념도.
도 2는 디지털 트윈 방식의 가상설계에 따른 설비 배치의 위치 검증 절차를 나타낸 순서도.
도 3은 종래의 설비 배치의 위치 검증 방식을 나타낸 참고도.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 설비위치 검증 방식을 나타낸 참고도.
도 6은 본 발명에 따른 표시검출 단계에서 위치표시선 및 위치표시물의 검출 형태를 나타낸 참고도.
도 7은 본 발명에 따른 위치표시물의 그룹 상태를 나타낸 참고도.
도 8은 본 발명에 따른 위치표시물진단 단계를 나타낸 플로우차트.
도 9는 본 발명에 따른 위치표시물의 위치검증 형태를 나타낸 참고도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 설비위치 검증 방식을 나타낸 참고도이며, 도 6은 본 발명에 따른 표시검출 단계에서 위치표시선 및 위치표시물의 검출 형태를 나타낸 참고도이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 위치표시물의 그룹 상태를 나타낸 참고도이고, 도 8은 본 발명에 따른 위치표시물진단 단계를 나타낸 플로우차트이며, 도 9는 본 발명에 따른 위치표시물의 위치검증 형태를 나타낸 참고도이다.
본 발명에 따른 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법은 스마트 팩토리의 가상설계 후 2D 형태의 레이아웃 도면에 따라 실제 공장에 설비를 배치하기 위한 위치 설정시 각 설비의 배치위치 모서리 부분에 각각 대응하도록 공장 바닥에 부착되는 위치표시물의 위치를 검증하기 위한 방법이며, 구체적으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 설비위치에 대응하도록 위치표시물이 부착된 공장 바닥을 영상 촬영하는 영상촬영 단계와; 공장 바닥의 위치표시선 및 위치표시물을 검출하는 표시검출 단계와; 최초 촬영 여부를 판단하여 최초 촬영인 경우 위치정보 데이터베이스를 초기화한 후 영상촬영 단계로 되돌아가고 최초 촬영이 아닌 경우 기 설정된 위치정보 데이터베이스를 기준으로 위치표시선의 교차점과 현재 영상에서 추출한 교차점을 매칭하여 카메라 위치를 추정하는 카메라추적 단계와; 추정된 카메라 위치를 기반으로 새로 검출된 교차점과 위치표시선 및 위치표시물의 위치의 좌표를 계산하고 그 정보를 데이터베이스에서 확인하여 데이터베이스의 위치정보를 갱신하는 위치정보 데이터베이스 갱신단계와; 일정 영역에 존재하는 복수개의 위치표시물을 묶어 그룹화하는 위치표시물 그룹화 단계와; 그룹화된 위치표시물들을 이상 여부를 진단하는 위치표시물진단 단계와; 기준점과 각 위치표시물 사이의 거리를 측정하는 위치표시물 거리측정 단계와; 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물의 위치를 대비하여 검증하는 위치검증 단계와; 상기 위치검증 단계에서 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물 위치가 일치하면 인증을 완료하고 그렇지 않으면 상기 카메라추적 단계로 되돌아가는 인증단계와; 상기 인증단계를 수행한 후 위치표시물의 위치와 관련한 리포트를 작성하는 리포트 작성 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 영상촬영 단계는 공장 바닥에 부착된 위치표시물을 태블릿 PC의 카메라 영상으로 촬영하는 단계로서, 촬영된 영상은 AR 방식으로 위치표시물의 위치를 검증하는데 사용된다. 즉, 공장 바닥을 촬영함과 동시에 공장 바닥에 그려진 그레이팅 등이 위치표시선을 인식하여 특정 지점을 기준으로 하는 위치표시물의 위치 정보를 구성하는 것이다.
그리고, 상기 표시 검출단계는 위치표시선과 위치표시물을 검출하는 단계로서, 도 6에 도시된 바와 같이 위치표시선을 먼저 검출하고, 위치표시선 중 가로선과 세로선이 만나는 교차점과 위치표시선 위의 점을 추출하며, 위치표시물을 검출하는 단계이다. 구체적으로, 도 6의 (a)와 같이 카메라가 촬영한 장면으로부터 위치표시선을 검출하여, 각각의 선을 원점으로부터의 거리와 회전각으로 나타내며, 가로선과 세로선의 두 그룹으로 분류한다. 이어, 도 6의 (b)와 같이 선형 시스템을 통해 가로선과 세로선이 만나는 교차점의 위치를 계산하여 XY좌표로 기억하고, 도 6의 (c)와 같이 검출된 위치표시선을 일정한 길이로 분할하여 위치표시선 위의 점들을 추출한다. 마지막으로, 도 6의 (d)와 같이, 카메라가 촬영한 영상으로부터 위치표시물을 나타내도록 정의된 색상영역을 추출하되, 추출한 영역을 감싸는 다각형으로 계산한다.
상기 카메라 추적 단계에서는 카메라에 의해 촬영된 영상이 최초 촬영인지를 학인하여 최초 촬영인 경우에는 위치정보 데이터베이스를 초기화하고, 그렇지 않으면 카메라 위치를 추정하게 된다. 위치정보 데이터 베이스를 초기화할 때에는 위치표시선의 간격에 대한 평균과 분산을 계산하여 현재 장면이 균일한 격자모양을 이루고 있는지 판별하여 균일한 격자모양을 이루도록 하고, 위치표시선들이 균일한 격자모양을 이루게 되면 임의의 교차점을 원점(기준점)으로 하여 모든 교차점의 3D 좌표를 정의한다. 그리고, 각 교차점에 대한 2D-3D 대응 관계를 통해 초기 카메라 위치를 추정한다.
카메라 추적시에는 이전 장면의 교차점과 위치표시선 상의 점들이 현재 장면의 어디 위치하는지를 계산하는 특징점 추적과, 교차점 추적 결과와 현재 장면에서 추출한 교차점을 매칭한 후, 이전 장면에서 계산한 교차점의 3D 좌표를 현재 장면으로 가져와 동일한 교차점들이 겹쳐지도록 장면을 연결하는 교차점 매칭 및 교차점과 위치표시선상의 점들에 대한 2D-3D 대응 관계를 통해 현재 카메라 위치를 추정하게 된다.
상기 위치정보 데이터베이스 갱신단계에서는 선형 시스템을 통해 추정한 카메라 위치를 기반으로 새로 추출한 교차점과 위치표시선성의 점 및 새로 검출한 위치표시물의 3D 좌표를 계산하고, 새로 검출된 위치표시물이 위치정보 데이터베이스에 이미 기록되어 있는지를 판별하여 위치표시물에 대한 정보를 새로 추가하거나 갱신하게 된다.
상기 위치표시물 그룹화 단계에서는 설비에 대응하는 일정 영역에 존재하는 복수개의 위치표시물들을 하나의 그룹으로 묶는 단계로서, 2~4개의 위치표시물이 하나의 위치표시물 그룹으로 묶이게 된다.
상기 위치표시물진단 단계는 위치표시물 그룹 내에 존재하는 위치표시물의 내측 모서리 위치를 파악하여 위치표시물들의 상태를 진단하게 된다. 이때, 위치표시물 그룹의 상태는 도 7에 도시된 바와 같이 나타난다. 즉, 도 7의 (a) 와 같이 한 그룹에 속하는 4개의 위치표시물들이 모두 올바르게 배치된 정상 상태와, 도 7의 (b)와 같이 3개의 위치표시물들은 올바르게 배치되었으나 나머지 하나의 위치표시물이 외측 또는 내측으로 이동되어 위치가 올바르지 않은 이탈 상태, 도 7의 (c)와 같이 3개의 위치표시물들은 올바르게 배치되었으나 나머지 하나의 위치표시물은 방향이 올바르지 않은 회전 상태, 도 7의 (d)와 같이 3개의 위치표시물만 올바르게 배치되고 나머지 하나의 위치표시물은 나타나지 않은 누락 상태로 나타나는 것이다.
상기 위치표시물진단 단계는 도 8에 도시된 바와 같이, 동일한 위치표시물 그룹 내의 위치표시물의 숫자에 따라 위치표시물들의 상태를 진단한다. 즉, 동일한 위치표시물 그룹 내에 4개의 위치표시물이 존재하는 경우에는 정상으로 진단하고, 동일한 위치표시물 그룹 내에 3개의 위치표시물이 존재하는 경우에는 나머지 위치표시물의 위치를 추정하여 추정위치에 위치표시물이 존재하면 그 상태를 검사하여 위치표시물의 위치에 이상이 있으면 이탈, 위치표시물의 방향에 이상이 회전으로 진단하며, 추정 위치에 위치표시물이 존재하지 않을 경우 누락으로 진단하고, 그룹화된 위치표시물들의 범위 내에 2개 이상의 위치표시물이 존재하는 경우에는 미완성 그룹으로 판단하게 된다.
상기 위치표시물 거리 측정 단계에서는 공장 바닥의 위치표시선과 그룹화된 위치표시물 사이의 거리를 각각 측정한 후, 위치정보 데이터베이스에 저장된 각 위치표시선의 위치와 측정된 거리 정보를 이용하여 위치표시물들과 기준점까지의 거리를 XY 좌표의 형태로 계산한 후 위치정보 데이터베이스에 그룹별로 저장하게 된다.
또, 상기 위치검증단계는 레이아웃 도면의 데이터를 통해 설비를 인식하고 해당 정보를 추출하는 단계와, 레이아웃 도면과 공장 바닥을 촬영한 카메라 영상으로부터 위치표시물의 위치와 방향정보를 추출하여 저장한 위치표시물 정보지도에 나타난 설비위치 데이터를 정규화하는 단계와, 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도를 대비하여 위치표시물 정보지도의 회전관계를 추정하는 단계와, 추정된 회전관계를 기반으로 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도를 대비하여 이동관계를 추정하는 단계와, 추정된 위치표시물 정보지도의 회전관계 및 이동관계에 따라 위치표시물 정보지도를 회전 및 이동시키는 단계와, 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도의 위치 오차가 임계값 미만인지 확인하여 오차가 임계값 이상이면 위 과정을 반복하고 임계값 미만이면 레이아웃 도면의 설비위치와 공장 바닥에 부착된 위치표시물의 위치가 일치하는 것으로 판정하는 단계를 포함한다. 이때, 임계값은 대략 30~50㎜인 것이 바람직하다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 실시 예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 스마트 팩토리의 가상설계 후 2D 형태의 레이아웃 도면에 따라 실제 공장에 설비를 배치하기 위한 위치 설정시 각 설비의 배치위치 모서리 부분에 각각 대응하도록 공장 바닥에 부착되는 위치표시물의 위치를 검증하기 위한 방법에 있어서,
    설비위치에 대응하도록 위치표시물이 부착된 공장 바닥을 영상 촬영하는 영상촬영 단계와;
    공장 바닥의 위치표시선 및 위치표시물을 검출하는 표시검출 단계와;
    최초 촬영 여부를 판단하여 최초 촬영인 경우 위치정보 데이터베이스를 초기화한 후 영상촬영 단계로 되돌아가고 최초 촬영이 아닌 경우 기 설정된 위치정보 데이터베이스를 기준으로 위치표시선의 교차점과 현재 영상에서 추출한 교차점을 매칭하여 카메라 위치를 추정하는 카메라추적 단계와;
    추정된 카메라 위치를 기반으로 새로 검출된 교차점과 위치표시선 및 위치표시물의 위치의 좌표를 계산하고 그 정보를 데이터베이스에서 확인하여 데이터베이스의 위치정보를 갱신하는 위치정보 데이터베이스 갱신단계와;
    일정 영역에 존재하는 복수개의 위치표시물을 묶어 그룹화하는 위치표시물 그룹화 단계와;
    그룹화된 위치표시물들을 이상 여부를 진단하는 위치표시물진단 단계와;
    기준점과 각 위치표시물 사이의 거리를 측정하는 위치표시물 거리측정 단계와;
    레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물의 위치를 대비하여 검증하는 위치검증 단계와;
    상기 위치검증 단계에서 레이아웃 도면의 위치 정보와 실제 위치표시물 위치가 일치하면 인증을 완료하고 그렇지 않으면 상기 카메라추적 단계로 되돌아가는 인증단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인증단계를 수행한 후 위치표시물의 위치와 관련한 리포트를 작성하는 리포트 작성 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치표시물진단 단계는 위치표시물 그룹 내에 존재하는 위치표시물의 내측 모서리 위치를 파악하여 위치표시물들의 상태를 진단하되, 동일한 위치표시물 그룹 내에 4개의 위치표시물이 존재하는 경우에는 정상으로 진단하고, 동일한 위치표시물 그룹 내에 3개의 위치표시물이 존재하는 경우에는 나머지 위치표시물의 위치를 추정하여 추정위치에 위치표시물이 존재하면 그 상태를 검사하여 위치표시물의 위치에 이상이 있으면 이탈, 위치표시물의 방향에 이상이 회전으로 진단하며, 추정 위치에 위치표시물이 존재하지 않을 경우 누락으로 진단하고, 그룹화된 위치표시물들의 범위 내에 2개 이상의 위치표시물이 존재하는 경우에는 미완성 그룹으로 판단하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치표시물 거리 측정 단계는 공장 바닥의 위치표시선과 그룹화된 위치표시물 사이의 거리를 각각 측정한 후, 위치정보 데이터베이스에 저장된 각 위치표시선의 위치와 측정된 거리 정보를 이용하여 위치표시물들과 기준점까지의 거리를 XY 좌표의 형태로 계산한 후 위치정보 데이터베이스에 그룹별로 저장하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위치검증단계는 레이아웃 도면의 데이터를 통해 설비를 인식하고 해당 정보를 추출하는 단계와, 레이아웃 도면과 공장 바닥을 촬영한 카메라 영상으로부터 위치표시물의 위치와 방향정보를 추출하여 저장한 위치표시물 정보지도에 나타난 설비위치 데이터를 정규화하는 단계와, 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도를 대비하여 위치표시물 정보지도의 회전관계를 추정하는 단계와, 추정된 회전관계를 기반으로 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도를 대비하여 이동관계를 추정하는 단계와, 추정된 위치표시물 정보지도의 회전관계 및 이동관계에 따라 위치표시물 정보지도를 회전 및 이동시키는 단계와, 레이아웃 도면과 위치표시물 정보지도의 위치 오차가 임계값 미만인지 확인하여 오차가 임계값 이상이면 위 과정을 반복하고 임계값 미만이면 레이아웃 도면의 설비위치와 공장 바닥에 부착된 위치표시물의 위치가 일치하는 것으로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리 가상설계에 따른 설비배치에 대한 설비위치 검증방법.
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