KR20220133232A - 점등 장치를 갖춘 로프용 3차원 광학 측정 이동식 기기 - Google Patents

Abstract

"점등 장치를 갖춘 로프용 3차원 광학 측정 기기"
로프(2)의 기하학적인 파라미터의 3차원 측정을 위한, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1)는 로프 수용 공동(29) 주위에 규정되고 배열된 프레임(3')을 포함한다. 복수의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 상기 로프(2)의 외부 표면(21)의 적어도 한 영역의 복수의 디지털 이미지를 획득하도록 구성된다. 상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 상기 프레임(3')에 고정되고 상기 3차원 광학 측정 기기(1)가 로프 수용 공동(29) 내에 로프(2)를 수용할 때 로프(2) 주위에 배열된다. 전기 디지털 이미지 처리 장치는 다수의 디지털 이미지를 처리하고 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)에 의해 획득된 로프의 디지털 이미지의 포인트의 3차원 사진 측량 재구성을 얻도록 구성된다. 뿐만아니라, 로프(2)의 주 연장 축 주위에 이어지고 로프(2)의 주 연장 축에 입사되거나 수직인 평면(P)에 놓이는 원주 방향(C)을 규정하여, 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 상기 원주 방향(C)을 따라 서로 원주 방향으로 이격된 프레임(3')에 배열된다. 로프(2)의 적어도 한 영역을 조명하도록 구성된 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 한 쌍의 인접한 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3) 사이에서 원주 방향(C)을 따라 배열된다.

Description

점등 장치를 갖춘 로프용 3차원 광학 측정 이동식 기기

본 발명은 일반적으로 비-파괴 및 비-접촉 기술을 통한, 고정 또는 이동 로프 또는 케이블의 측정 및 점검 시스템 내에 놓인다.

특히, 본 발명은 로프 또는 케이블의 외부 표면의 디지털 이미지의 획득을 통한, 교정된(calibrated) 3차원 광학 측정 기기 및 로프의 기하학적 파라미터의 3차원 광학 측정을 위한 방법에 대한 것이다. 이러한 방법의 적용 실시예는 로프 또는 케이블의 연속 측정에 대한 것이며, 그렇지 않으면 측정 대상의 움직임으로 인해 접촉 방법으로 구현할 수 없다. 예를 들어, 그러한 측정은 작동 중 체어리프트(chairlifts) 및/또는 케이블 카(cable cars)의 로프 또는 케이블의 점검에 대한 것이다. 더욱이, 본 발명은 작동 중 품질 제어 또는 정기 점검을 위해, 생산 라인의 로프 또는 케이블의 연속 측정에 대한 것이다. 알려진 측정 및 점검 기술은 많은 경우 화학 약품에 의해 오염된 환경 또는 매달린 로프에서의 측정과 같이, 어렵고 및/또는 위험한 환경 조건에 작업자가 존재하는 것을 포함한다. 더욱이, 바람직하지 않게, 많은 경우, 측정을 수행하기 위해 생산 또는 취급 공장을 중지해야 한다.

로프의 2차원(2D) 이미지를 처리하여 로프의 기하학적 파라미터를 측정하기 위한 기술이 알려져 있다.

예를 들어, EP2383566A1는 로프의 일부분의 2차원 이미지를 획득하고 2D 이미지에서 가닥(strand)의 연장을 측정하기 위한 방법을 설명한다; 상기 방법은 기준 목표 값에 대해 계산된 가닥의 길이방향 연장의 함수로서 품질 값을 측정하는 것을 포함한다.

바람직하지 않게도, 2D 처리 기술은 로프와 카메라 사이의 원근법적 위치 측정으로 인해 측정 오류가 생긴다.

더욱이, 특히 더러운 로프 또는 그리스가 있는 경우, 쉽게 분석할 수 있는 이미지를 얻기 매우 어려울 수 있다.

로프의 기하학적 파라미터를 측정하는 기술은 또한 선형 센서(즉, 단일 선의 픽셀에 기반한 센서)를 통한 카메라의 사용을 통해 또한 알려져 있지만, 그러한 기술은 센서를 통해 지나가는 평면과 로프 축 사이에 불완전한 직각도를 가진 경우 오류가 발생하는 것뿐만 아니라, 측정 동안 로프에 가해지는 진동으로 인한 오류에 의해 또한 영향을 받는다.

더욱이, 종래 기술의 시스템은 종종 부피가 크고, 운송이 어려우며 이미지 획득 품질을 손상시키는 주변 환경의 점등 조건(lighting conditions)에 의해 영향을 받는다.

본 발명의 목적은 전술한 단점을 극복할 수 있는 로프 또는 강성 또는 유연한 케이블의 기하학적 파라미터의 3차원 광학 측정을 위한 기기 및 방법을 제공한다.

그러한 목적은 첨부된 독립 청구항에 따라, 로프(또는 케이블의 동등한 방식으로)의 기하학적 파라미터의 광학 3차원 측정을 위한 기기 및 방법에 의해 달성되며; 이에 종속된 청구항들은 대안 구현예를 설명한다.

바람직하게는, 3차원 광학 측정 기기에 의해 분석될 수 있는 로프 및 케이블의 유형은 철, 강철, 천연 또는 합성 섬유, 탄소 섬유 등과 같은 모든 유형의 재료로 만들어진 강성 및 유연한 로프를 모두 포함한다. 다시 말해서, 로프는 다른 두 치수보다 훨씬 더 큰 바람직한 연장 치수(길이)를 갖는 축 대칭 대상으로 이해될 수 있으며, 예를 들어, 바람직한 연장 치수는 다른 두 치수보다 100배 이상 더 길다.

바람직하게는, 로프 또는 케이블은 다음 특징 중 하나 이상을 갖는 외부 표면을 갖는다:

- 예를 들어 매끄럽거나 표면에 홈이 있는 연속적이거나 적어도 연속적인 단면(sections);

- 단단한 나선, 예컨대 나선 막대(bars);

- 하나 이상의 나선형으로 감긴 하위 부분, 예를 들어 나선형 또는 꼬인(stranded) 케이블 또는 로프로 구성됨.

예를 들어, 로프는 단일 스레드(thread), 또는 소위 가닥을 형성하는 여러 개의 얽힌(intertwined) 스레드로 구성되거나, 또는 여러 개의 얽힌 가닥으로 구성되어, 로프가 단일 가닥을 형성하도록 얽힌 여러 스레드로 구성되며, 후자는 결국 서로 얽혀 있다.

로프 또는 케이블은 또한 얽힌 섬유로 구성될 수 있다.

로프의 기하학적 파라미터를 측정하기 위한 교정된 3차원 광학 측정 기기는 로프의 외부 표면의 적어도 하나의 영역의 다수의 디지털 이미지를 획득하도록 구성된 복수의 디지털 이미지 획득 장치를 포함한다.

바람직하게는, 디지털 이미지 획득 장치는 매트릭스(matrix) 유형(즉, 픽셀(pixels)의 매트릭스 상의 디지털 이미지를 획득할 수 있는)의 이미지 센서를 갖는 카메라이다. 더욱이, 시스템은 본 문서에서 계속해서 상세히 설명될 로프의 이러한 기하학적 파라미터를 측정하기 위한 방법의 단계를 수행하도록 배열된 디지털 이미지 처리 장치를 포함한다.

요약하면, 하나의 구현예에서, 3차원 광학 측정 기기는 3차원 공간에서 각각의 디지털 이미지 상에 상응하는 포인트에서 시작하는 로프의 외부 표면의 적어도 하나의 영역의 복수의 포인트를 사진 측량으로(photogrammetrically) 재구성하고 이후 복수의 3차원 포인트에 의해 기하학적 파라미터를 계산할 수 있게 한다.

바람직하게는 광학 시스템에 의해 측정된 기하학적 파라미터는 다음의 측정 중 적어도 하나에 대한 것이다:

- 로프의 포인트 직경 또는 로프에 근접하거나 외접하는 회전 바디의 평균 직경;

- 로프의 포인트 진원도(roundness) 또는 로프에 근접하거나 외접하는 회전 바디의 평균 진원도;

- 로프 또는 로프에 근접하거나 외접하는 회전 바디의 축의 위치, 배향, 및 직선성;

- 로프 또는 케이블 또는 로프 또는 케이블에 근접하거나 외접하는 회전 바디의 축을 따라 측정된 로프의 길이;

- 로프의 피치(pich), 즉, 외부 표면이 고체 나선형이거나 또는 하나 이상의 나선형으로 감긴 하위 부분으로 구성되는, 샘플에 대한 인접한 코일 또는 나선 사이의 거리. 예를 들어, 로프의 피치는 로프를 형성하는 인접한 가닥 또는 스레드로 구성되는 코일 또는 나선들 사이에서 계산된다.

본 발명에 따른 로프 또는 케이블의 기하학적 파라미터를 측정하기 위한 교정된 광학 시스템 및 방법의 특성 및 이점은 첨부된 도면들에 따라, 제한이 아니라 설명의 방식으로 주어진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 구현예에 따라 그리고 로프 상에 설치된 교정된 3차 광학 측정 기기를 나타낸다.
도 2는 프레임(3')이 디스플레이의 명확성을 위해 인위적으로 제거된, 도 1의 교정된 3차원 광학 측정 기기의 부분의 사시도를 나타낸다.
도 3은 로프의 최대 연장의 치수에 수직한 단면 평면을 따라 도 1의 교정된 3차원 광학 측정 기기의 단면도이다.
도 4는 도 1의 교정된 3차원 광학 측정 기기의 상세도이다.
도 5는 본 발명의 구현예에 따른 교정된 3차원 광학 측정 기기의 다이어그램을 나타내고, 여기에서 상기 디지털 이미지 획득 장치(C0 ...C3) 및 로프가 나타난다.
도 6은 도 5의 대표적인 다이아그램의 일부를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 구현예에 따른 교정된 3차원 광학 측정 기기의 다이어그램을 나타내며, 여기에서 로프의 일부는 각 디지털 이미지 검출 장치에 근접하여 가상으로 나타낸다(각 이미지 획득 장치 및 두 장치에서 볼 수 있는 공통 영역이 웹 포인트로 나타냄).
도 8은 본 발명의 구현예의 단계에 따라 획득되고 처리된 한 쌍의 디지털 이미지를 나타내며, 여기에서 한 쌍의 이미지는 다음 도 9에 나타낸 바와 같이, 직경방향으로(diametrically) 대향 위치에서 배열된 한 쌍의 이미지 획득 장치에 의해 획득된다.
도 8a는 본 발명의 구현예의 추가 단계에 따라 획득되고 처리된 한 쌍의 디지털 이미지를 나타내며, 여기에서 한 쌍의 이미지는 예를 들어 실질적으로 로프 축을 중심으로 하고 90°까지 오프셋된 원주를 따라 배열된 두 개의 인접한 디지털 이미지 획득 장치에 의해 획득된다.
도 9는 본 발명의 구현예에 따른 교정된 3차원 광학 측정 기기의 대표적인 다이어그램의 세부사항을 나타내며, 여기에서 한 쌍의 이미지 획득 시스템의 각 시야에 공통된 로프의 윤곽선이 더 두꺼운 선으로 나타나고, 여기에서 각각의 디지털 장치는 로프 축에 수직인 축을 따라 직경방향으로 대향 위치에 배열된다.
도 10은 디지털 이미지 획득 장치의 이미지 평면(즉, 이미지를 획득하도록 구성된 센서 평면) 상의 포인트로부터 시작하여, 본 발명의 구현예에 따른 로프 축의 포인트의 재구성을 위한 방법의 개념도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 로프(또는 케이블)의 3차원 공간에서 축의 포인트 및 보간된 3D 평균 축의 3D 윤곽선의 재구성을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 구현예에 따른 3차원 공간에서 3차원 윤곽선, 보간된 3차원 평균 축 및 로프(또는 케이블)의 직경의 재구성을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 3차원 공간에서 보간 곡선으로 포인트를 보간함으로써 얻은 이상적인 3D 평균 축 및 실제 축의 재구성을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 하나의 구현예에 따라 획득되고 처리된 나선형 표면 로프의 디지털 이미지를 예시한다.
도 15는 나선형 표면을 갖는 로프(또는 케이블)의 경우, 본 발명의 대안적인 구현예의 추가 단계에 따라 획득 및 처리된 한 쌍의 디지털 이미지를 나타내며, 여기에서 코일의 윤곽과 각 이미지의 평균 축 사이의 교차점이 얻어진다.
도 16은 본 발명의 구현예에 따른 3차원 공간에서 나선 또는 코일의 피치를 계산하기 위한 로프(또는 케이블)의 나선 또는 나선 표면의 축, 및 포인트의 재구성을 예시한다.

로프(2)의 기하학적 파라미터의 3차원 측정을 위한, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1)는 로프 수용 공동(29)을 규정하고 주위에 배열된 프레임(3')을 포함한다. 더욱이, 복수의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 로프(2)의 외부 표면(21)의 적어도 하나의 영역의 다수의 디지털 이미지를 획득하도록 구성된다. 그러한 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 3차원 광학 측정 기기(1)가 로프 수용 공동(29) 내에 로프(2)를 수용할 때 프레임(3')에 고정되고 로프(2) 주위에 배열된다.

교정된 3차원 광학 측정 기기(1)는 또한 다수의 디지털 이미지를 처리하고 상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)에 의해 획득된 로프의 디지털 이미지 포인트의 3차원 사진 측량 재구성을 획득하도록 구성된, 전자 디지털 이미지 처리 장치를 포함한다.

더욱이, 로프(2)의 주 연장 축 주위를 지나고 로프(2)의 주 연장 축에 입사하거나 수직하는 평면(P)에 놓인 원주 방향(C)을 규정하여, 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 그러한 원주 장치(C)를 따라 서로 원주방향으로 이격된 프레임(3') 상에 배열된다.

로프(2)의 적어도 하나의 영역을 조명하도록 구성된 점등 장치(I0, I1, I2, I3)(lighting device)는 원주 방향(C)을 따라 한 쌍의 인접한 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1) 사이에 배열된다.

바람직하게는, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 원주 방향(C)을 따라 바로 인접한 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1)로부터 원주방향으로 이격되어 배열된다.

특히, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1) 주위에 배열되지 않는다, 즉, 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1)의 이미지 센서 주위에 동심으로 배열되지 않는다.

바람직하게, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 로프(2)의 주 연장 방향에 평행한 방향을 따라 주로 연장된다.

바람직하게, 전자 디지털 이미지 처리 장치는 각각의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 내적(intrinsic) 및 외적(extrinsic) 교정 파라미터(calibration parameters)가 저장되는 저장 유닛을 포함한다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 3차원 광학 측정 기기(1)는 로프(2)에 대해 상대적으로 병진 가능한 방식으로 로프로 상기 3차원 광학 측정 기기(1)를 구속하도록 구성된 부착 장치(4')를 포함한다. 바람직하게, 그러한 부착 장치(4')는 프레임(3')에 연결되고 로프(2)를 슬라이딩 가능하게 잡도록 구성된 복수의 회전 표면(예를 들어 휠(wheels))을 포함한다. 이는 로프(2) 상에 슬라이딩 가능하게 자체 지지하는 3차원 광학 측정 기기를 얻게 한다.

상대적으로 병진 가능하다는 용어는 기기가 로프(2) 상에서 슬라이딩할 수 있다는 것 또는 선택된 기준 시스템에 대해 대신 고정되는 기기에 대해 로프가 이동되는 것을 의미한다.

복수의 회전 표면의 각각의 회전 표면은 로프(2)의 주 연장 축에 대해 횡단 또는 수직하는 평면을 따라 조정 가능하게 이격되도록 구성되어, 때때로 복수의 회전 표면들 사이에 상이한 직경의 로프를 수용할 수 있다.

본 발명의 구현예에 따라, 프레임(3')은 상기 로프 수용 공동(29) 주위에 배열되고 규정된 케이싱(3) 및 상기 케이싱(3)에 연결된 지지 구조물(10)을 포함한다. 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 지지 구조물(10) 상에 고정된다.

바람직하게, 지지 구조물(10)은 케이싱(3)에 해제 가능하게 연결된 연결 영역(11)을 포함한다.

바람직하게, 지지 구조물(10)은 연결 영역(11)과 상이한 지지 구조물의 남아있는 부분에서 케이싱(3)으로부터 이격된다.

본 발명의 구현예에 따라, 지지 구조물(10)과 케이싱(3) 사이에, 댐프닝 요소(5, dampening element)가 삽입되고, 케이싱(3)으로부터 지지 구조물(10)로 진동의 전달을 감쇠시키도록 구성된 재료, 예를 들어 고무 또는 가요성 재료와 같은 재료로 만들어진다. 이는 케이싱(3)에 적용되는 어떤 진동도 지지 구조물(10)로 전달되는 것을 방지하여, 이미지 획득 장치 상에서 원치 않는 진동을 발생하는 것을 방지한다.

본 발명의 대안 구현예에 따라, 케이싱(3)과 지지 구조물(10)은 단일 피스를 형성하거나 단일 피스의 일부를 형성하도록 연결된다.

바람직한 구현예에 따르면, 지지 구조물(10)은 개방 환형 형상을 가지며 케이싱(3)은 박스형 형상을 갖는다. 이 구현예에서, 케이싱(3)은 지지 구조물(10)의 내부 또는 외부 주위에 배열된다.

바람직하게, 지지 구조물은 축방향(X')으로 이격된 두 개의 개방 환형 부분을 포함하고, 이는 그 사이에 이미지 획득 장치를 수용한다.

대안 구현예에서, 지지 구조물(10)은 케이싱(3)의 외부 주위에 배열되고, 케이싱(3)은 로프(2)의 주 연장 축에 평행한 축방향(X')을 따라 헤드 단부(32, head end) 및 테일 단부(33, tail end) 사이에서 연장되는 케이싱 측벽(31)을 포함한다. 그러한 케이싱 측벽(31)은 3차원 광학 측정 기기(1)가 로프(2)에 대해 상대적으로 슬라이딩할 때 로프(2)로부터 이격되어 배열되도록 구성된다. 적어도 하나의 뷰잉 윈도우(V0, V1, V2, V3)(viewing window)는 이미지 획득 장치가 상기 뷰잉 윈도우(V0, V1, V2, V3)를 통해 로프의 디지털 이미지를 검출할 수 있도록 각각의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)를 위한 케이싱 측벽(31)에서 얻어진다.

바람직하게, 케이싱(3)은 케이싱 테일 벽(331)(tail wall) 및 케이싱 헤드 벽(321)(head wall)을 포함하고, 이들은 테일 단부(33)와 헤드 단부(32) 각각에 근접하여 케이싱 측벽(31)을 폐쇄한다. 로프(2)가 횡단 가능한 적어도 하나의 통행 개구(6, 6')는 그러한 헤드 벽(321)과 테일 벽(331) 각각에서 얻어진다. 더욱이, 테일 벽(331)과 헤드 벽(321)은 적어도 각각 케이싱 측벽(31)에 고정되고 통합되는 제1 벽 부분(321', 331') 및 상기 벽 부분(321', 331')으로 해제 가능하게 고정된 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')을 포함한다. 이로써, 로프 삽입 구조에서, 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')은 제1 벽 부분(321', 331')으로 고정되지 않으므로, 테일 벽(331) 및/또는 헤드 벽(321)에 로프 삽입 개구(61)를 남긴다. 로프 삽입 개구(61)는 또한 축방향(X')에 수직한 로프(2)와 케이싱(3) 사이에서 상대적인 이동에 의해 통행 개구(6, 6')로 로프(2)의 삽입을 허용하도록 통행 개구(6)와 연통한다. 더욱이, 로프 설치 구조에서, 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')은 로프 삽입 개구(61)을 폐쇄하기 위해 제1 벽 부분(321', 331')으로 고정된다.

바람직하게, 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')은 통행 개구(6, 6')를 적어도 부분적으로 규정한다.

본 발명의 구현예에 따르면, 제1 벽 부분(321', 331')은 적어도 하나의 슬라이딩 가이드(sliding guide)를 포함하고, 여기에서 제거 가능한 벽 부분(331'', 321'')은 로프 삽입 개구(61)가 노출되는 추출된 구조로부터 제거 가능한 벽 부분이 로프 삽입 개구(61)를 폐쇄하는 삽입된 구조로 전환되도록 슬라이딩 가능하게 맞물린다.

바람직하게, 케이싱 측벽(31)은 헤드 단부(32)와 테일 단부(33) 사이에서 축방향(X')을 따라 주로 연장되는 축방향 개구(28)를 규정하는 고정 부분(31')을 포함한다. 더욱이, 케이싱 측벽(31)은 도어(door)와 같은 이동 가능한 부분(31'')을 포함하며, 이는 이동 가능한 부분이 축방향 개구(28)를 폐쇄하는 폐쇄된 구조 및 이동 가능한 부분(31'')이 축방향 개구(28)에 접근하게 하는 위치에 있는 개방 구조를 취하도록 구성된다. 이로써, 축방향 개구(28)는 축방향(X')에 수직한 로프(2)와 케이싱(3) 사이에서 상대적인 이동으로 로프에 의해 횡단 가능하다.

축방향 개구(28)는 로프 상에 기기의 설치를 용이하게 하여, 로프의 삽입 작업을 특히 쉽게 수행하고 복잡한 고정 작업 없이 하나의 로프에서 빠르고 효율적으로 다른 로프로 기기를 설치하게 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 각각의 로프 통행 개구(6, 6')에 근접하여, 3차 광학 측정 기기(1)는 헤드 벽(321) 또는 테일 벽(331)으로부터 돌출되고 로프 수용 공동(29)을 향해 내부로 연장되는 차폐 벽(65)을 포함하여, 로프 수용 공동(29)을 향해 케이싱 외부로부터 광의 입구를 적어도 부분적으로 차폐한다. 이는 로프 수용 공동(29)을 향해 외부 광의 가능한 간섭을 더욱 감소시키게 하여, 더 큰 견고성, 정밀도, 및 3D 재구성 신뢰성을 보장한다.

바람직한 구현예에 따르면, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 정점 각도(α0, α1, α2, α3)(vertex angle)로 개구 원뿔(opening cone)을 갖는 광 빔(B0, B1, B2, B3)(light beam)을 투사하여, 광 빔이 적어도 미리 정해진 거리(D)에 대해 각 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 시야 원뿔(w0, w1, w2, w3)을 가로막는 것을 방지한다. 그러한 미리 정해진 거리(D)는 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 이미지 센서 평면(Π)으로부터 시작하여 상기 이미지 센서 평면(Π)에 수직한 방향을 따라, 로프 수용 공동(29)을 향해 측정된 거리로서 계산된다. 이로써, 적어도 미리 정해진 거리(D)에 대해, 각각의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 시야 원뿔(w0, w1, w2, w3)은 점등 장치(I0, I1, I2, I3)의 어떤 광 빔에 의해서도 영향을 받지 않는다. 더욱이, 특히 바람직하게, 점등 장치의 광 빔은 로프(2)에 대해 대향 측면 상에 배열된 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 이미지 센서 평면(Π)에 직접 영향을 미치지 않는다.

이는 로프의 적절한 광을 유지하게 하며, 가능한 한 임의의 점등 아티팩트(lighting artifacts)를 최소화한다.

바람직하게, 검정 페인트와 같은, 전자기 방사선을 흡수하고 반사를 감소시키도록 구성된 재료는 케이싱 측벽(31)의 내부 표면(310) 상에 배열된다. 그러한 내부 표면(310)은 로프 수용 공동(29)을 향한다.

대안 구현예에 따르면, 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 적어도 제1 쌍의 이미지 획득 장치(C0, C2) 및 제2 쌍의 이미지 획득 장치(C1, C3)를 포함한다. 그러한 구현예에서, 제1 쌍의 이미지 획득 장치(C0, C2)는 직경방향으로 대향 방식으로 배열되고 제2 쌍의 이미지 획득 장치(C1, C3)는 직경방향으로 대향 방식으로 배열되고 제1 쌍의 이미지 획득 장치의 정렬 방향에 대해 수직한 방향을 따라 정렬된다. 더욱이, 이미지 획득 장치의 제1 쌍(C0, C2)과 제2 쌍(C1, C3) 사이에서, 적어도 하나의 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 원주방향(C)을 따라 삽입되고 이미지 획득 장치에서 원주방향으로 이격된다. 다시 말해서, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 각각의 제1 또는 제2 쌍의 이미지 획득 장치 사이에 삽입되고 각 쌍의 그러한 이미지 획득 장치 각각으로부터 원주방향으로 이격된다.

본 발명은 또한 로프(2)의 기하학적 파라미터의 3차원 측정을 위한 3차원 광학 측정 방법에 대한 것이다. 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다:

a) 예를 들어 본 발명에서 설명되는 3차원 광학 측정 기기(1)와 같은 3차원 광학 기기(1)를 제공하는 단계, 상기 3차원 광학 측정 기기(1)는 프레임(3')에 고정되고 로프(2)의 주 연장 축 주위를 지나고 로프(2)의 주 연장 축에 입사되거나 수직하는 평면(P) 상에 놓인 원주방향(C)을 따라 로프(2) 주위에 이격되어 배열된 복수의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)를 포함하고,

여기에서 로프(2)의 적어도 하나의 영역을 조명하도록 구성된 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 한 쌍의 인접한 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1;) 사이에서 원주 방향(C)을 따라 배열됨;

b) 상기 로프(2)와 3차원 광학 측정 기기(1) 사이에서 상대적인 이동을 수행하는 단계;

c) 상기 단계 b)의 상대적인 이동 동안, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)에 의해 로프를 조명하고 로프(2)의 외부 표면(21)의 적어도 하나의 영역의 복수의 디지털 이미지를 획득하는 단계;

e) 전자 장치에 의해 다수의 디지털 이미지를 처리하고 이미지 획득 장치에 의해 획득된 로프(2)의 디지털 이미지의 포인트의 3차원 사진 측량 재구성을 얻는 단계.

바람직한 구현예에서, 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 매트릭스(2-차원) 이미지 센서를 가진 카메라이다. 바람직하게, 카메라의 광학기(400, optics)는 90°만큼 오프셋된(offset) 원주 상에 놓이는 광학 초점을 가지며 각각의 광학기(400)는 원주의 중심을 향한다. 오른쪽 직교 축(Xi, Yi, Zi)의 시스템은 각각의 n-번째 카메라와 통합되는, 예를 들어 i = {0,1,2,3}으로 각 카메라 상에서 식별될 수 있으며, 광학기의 초점에서 비롯되어, 각각의 카메라 이미지 센서의 X 및 Y 축과 일치하는 방향 및 배향을 가진 Xi 및 Yi를 가진다; 바람직하게, 그러한 카메라(C0, C1, C2, C3)는 축(Xi)이 원주를 포함하는 평면에 수직하고 모두 동일한 배향으로 배향되고, 축(Zi)이 원주의 중심을 향해 배향되도록 배향된다. 카메라(C0)의 3차원 공간(X0, Y0, Z0)은 바람직하게 절대 3차원 기준 시스템으로서 취해진다.

바람직하게, 로프는 시스템 내에 적절하게 위치되어, 각각의 카메라의 시야 내에 그리고 카메라가 배치된 원주의 반경 치수 내에 포함되고, 광학기의 초점 거리 내에 포함되어, 카메라 센서의 치수는 축을 따라 측정된 샘플의 길이, 최대 측정 가능한 직경, 또는 측정 시스템에 대해 얻어질 분해능에 맞게 조정된다.

바람직하게, 시스템은, 예를 들어 이미지 획득 장치의 조립 단계가 완료되자마자, 교정을 받게 되어, 획득된 이미지의 포인트의 3차원 사진 측량 재구성을 위한 추후 단계에 필요한 각 장치의 내적 및 외적 파라미터(intrinsic and extrinsic parameters)를 얻고, 따라서 내적으로(intrinsically) 교정된 시스템을 얻는다.

(두 카메라에 의해 캡처된 동일한 3D 장면의 두 개의 2D 이미지를 묶는 기하학적 관계와 제약을 설명하는) 에피폴라 기하구조(epipolar geometry)의 에피폴라 라인의 잘 알려진 정의를 참조하면, 이미지 상의 포인트가 세계의 라인에 대응하고, 상이한 시점에 놓인 카메라에 의해 획득된, 다른 이미지 상에 투영된 세계의 직선 라인은 제1 이미지의 포인트의 상동체(homologue)가 놓이는 에피폴라 라인을 나타내는 것으로 알려져 있다. 상동 포인트들, 에피폴라 라인들 및 이미지 획득 시스템의 기하학 사이의 관계는 적절한 알려진 대수적 관계에 의해 설명된다. 에피폴라 기하학의 상기 개념을 활용하기 위해, 예를 들어, 이미지 획득 장치가 카메라인 경우, 다음이 계산된다:

- 내적(또는 교정) 매트릭스;

- n번째 카메라의 왜곡 함수 fi(r) = (1 + di1r + di2r2 + di3r3 + di4r4 + di5r5 + di6r6)의 dix 파라미터, 여기서 r은 센서의 중심에서 디지털 이미지 상의 포인트의 거리를 나타내고, 여기에서 이러한 파라미터는 광학기의 내적 왜곡의 영향으로부터 이미지를 수정하게 함;

- 각 카메라의 직교 시스템들 사이의 회전 병진 매트릭스(rototranslation matrix);

- 필수 매트릭스;

- 기본 매트릭스;

- 정류 매트릭스;

- 3D 공간 수정 평면으로부터의 투영 매트릭스.

바람직하게, 전술한 파라미터 및 전술한 매트릭스를 계산한 교정 이후, 예를 들어, 로프에 속한 임의의 포인트는 로프 또는 케이블의 그러한 포인트를 구성하는 두 개의 상이한 이미지 획득 장치에 의해 획득된 두 이미지로부터 시작하여 3차원 공간에서 사진 측정으로 재구성된다.

더욱 구체적으로, 바람직한 구현예에서, 예를 들어 전술한 3차원 광학 측정 기기(1)에 의해 로프(2)의 기하학적 파라미터의 3차원 광학 측정을 위한 방법은 또한 다음 단계를 포함한다:

a1) 로프의 외부 표면의 제1 영역(11')의 제1 디지털 이미지(10', 10'')를 획득하는 단계;

b1) 로프(2)의 외부 표면의 제2 영역(21')의 제2 디지털 이미지(20', 20'')를 획득하는 단계, 상기 제2 영역(21')은 상기 제1 영역(11')으로부터 적어도 부분적으로 구별됨;

c1) 로프의 외부 표면의 상기 제1 영역(11') 및 상기 제2 영역(21')의 각각의 상기 제1 디지털 이미지(10', 10'') 및 상기 제2 디지털 이미지(20', 20'') 상의 제1(12, 12') 및 제2(22, 22') 일련의 윤곽선을 결정하는 단계, 여기에서 상기 제1(12, 12') 및 상기 제2(22, 22') 일련의 윤곽선은 각각 제1 복수의 이미지 윤곽 포인트 및 제2 복수의 이미지 윤곽 포인트를 포함함;

d1) 제1 윤곽 포인트(16, 16a, 16', 16a')와 제2 윤곽 포인트(26, 26a, 26', 26a')가 상동 포인트 또는 동일한 에피폴라 라인에 속하는 포인트가 되도록 그리고 각각이 표면 포인트(50, 51, 52)의 이미지를 나타내도록, 상기 제1 복수의 이미지 윤곽 포인트 및 상기 제2 복수의 이미지 윤곽 포인트 각각에 속하는 제1 윤곽 포인트(16, 16a, 16', 16a') 및 제2 윤곽 포인트(26, 26a, 26', 26a')를 찾는 단계, 상기 표면 포인트(50, 51, 52)는 로프(2)의 외부 표면의 제1 영역(11') 및 제2 영역(21')에 의해 공유되는 포인트임;

e1) 상기 3차원 공간(40)을 지칭하는 3D 윤곽 포인트(60', 61', 62')를 얻기 위해, 3차원 공간(40)의 제1 윤곽 포인트(16, 16a, 16', 16a') 및 제2 윤곽 포인트(26, 26a, 26', 26a')를 사진 측량적으로 역투영(back-projecting)하는 단계;

f1) 상기 3차원 공간(40)을 지칭하는 적어도 제1 복수의 3D 윤곽 포인트(60') 및 제2 복수의 3D 윤곽 포인트(61', 62')의 3차원 표현을 얻을 때까지 단계 a1) 내지 e1)를 복수 회 반복하는 단계;

g1) 적어도 제1 복수의 3D 윤곽 포인트(로프 직경(80, 81) 또는 로프 진원도, 또는 로프 축(30)) 및/또는 제2 복수의 3D 윤곽 포인트에 의해 로프의 다음 기하학적 파라미터 중 적어도 하나를 계산하는 단계.

진원도가 또한 로프 진원도의 인덱스(index)를 의미하는 것이 명백하다.

예를 들어, 제1 일련의 윤곽선(12)은 제1 디지털 이미지 획득 장치(C1)에 의해 보여진, 로프 또는 케이블의 외부 표면(11')의 제1 영역의 윤곽선의 디지털 이미지에 대한 묘사이지만, 제2 일련의 윤곽선(22)은 제2 디지털 이미지 획득 장치(C0)에 의해 보여진 로프 또는 케이블의 외부 표면(21')의 제2 영역의 윤곽선의 디지털 이미지에 대한 묘사이다.

바람직하게, 로프 또는 케이블의 축을 계산하는 작업은 축 및 그 배향의 길이를 계산하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 전술한 단계에 더해, 로프 또는 케이블의 외부 표면의 3D 윤곽선(70a, 70b, 70c, 70d)이 계산되고, 여기에서 각각의 3D 윤곽선(70a, 70b, 70c, 70d)은 제1 복수의 3D 윤곽 포인트(60') 또는 제2 복수의 3D 윤곽 포인트(61', 62')에 가장 근접한 회귀(regression)로서 얻어진다.

그러므로, 로프 또는 케이블의 전체 표면의 적어도 두 개 및 바람직하게 4개의 3D 윤곽선은 바람직하게 얻어진다.

임의의 3D-다중-카메라-재구성 알고리즘(3D-multi-camera-reconstruction algorithms)이 3차원 공간의 포인트의 사진 측량 역투영을 위해 사용되고, 일부 비-포괄적인 실시예는 3D 알고리즘 또는 그 조합에 대한 삼각 측량 알고리즘 또는 변위 지도 재투영(Disparity Map reprojection)이다.

방법의 하나의 구현예에서, 카메라에 대한 이동하는 샘플 또는 고정 샘플의 각각의 디지털 이미지가 검출된다. 각각의 디지털 이미지는 이후 위에서 설명한 fi(r) 함수, 각 포인트의 정확한 위치의 도움으로, 재구성에 의한 광학 왜곡의 효과로부터 수정되고(corrected) 정제된다.

다음의 설명에서, 상동 포인트들(homologous points)은 실제 3차원 세계의 동일한 포인트를 나타내는 각각의 디지털 이미지 획득 시스템에 의해 획득된 디지털 이미지 상의 각각의 포인트를 의미한다. 예를 들어, 그러한 상동 포인트들은 이미지 상관 기반, 에지 기반, 세그먼트 기반, 적응형 윈도우, 거친-고운(Coarse-to-fine), 동적 프로그래밍, 마코브 랜덤 필드(Markov random fields), 그래프 컷(graph cuts) - 다중 기준선 또는 이들의 조합과 같은, 상동 포인트들의 검색을 위한 알려진 알고리즘에 의해 이미지에 대해 검색될 수 있다.

방법의 하나의 구현예에서, 적어도 제1 일련의 윤곽선(12)의 일부 및 제2 일련의 윤곽선(22)의 일부는 예를 들어 전술한 단계 a1) 내지 c1)로부터 얻어진 제1 디지털 이미지(10') 및 제2 디지털 이미지(20') 각각의 디지털 이미지의 제1 구역(13) 및 제2 구역(23)을 한정하고, 로프 축(30)을 나타내는 3D 중간 포인트(32')는 바람직하게 다음 단계에 따라 얻어진다:

c2) 제1 일련의 윤곽선(12) 및 제2 일련의 윤곽선(22)의 제1 평균 축(14) 및 제2 평균 축(24)을 계산하는 단계, 여기에서 상기 제1 및 제2 평균 축(14, 24)은 제1 복수의 이미지 윤곽 포인트 중 적어도 일부 및 제2 복수의 이미지 윤곽 포인트 중 적어도 일부 각각에 가장 인접하는 회귀로서 얻어지고,

여기에서 상기 제1 및 제2 평균 축(14, 24)은 디지털 이미지의 제1 및 제2 구역(13, 23) 각각을 각각의 제1 하위 구역(13a, 23a) 및 제2 하위 구역(13b, 23b)으로 분할함;

d2) 제1 중간 포인트(15)가 제2 중간 포인트(25)와 같은 에피폴라 라인에 속하고 제1 및 제2 중간 포인트가 로프 또는 케이블(2)의 3D 평균 축(30)에 속하는 포인트(31a)의 가상 이미지를 나타내도록, 제1 및 제2 평균 축(14, 24) 각각에 속하는 제1 중간 포인트(15) 및 제2 중간 포인트(25)를 검색하는 단계;

e2) 상기 3차원 공간(40)을 지칭하는 3D 중간 포인트(32')를 얻기 위해, 3차원 공간(40)에 제1 및 제2 중간 포인트(15, 25)를 사진 측량으로 역투영하는 단계;

f2) 로프 축(30)의 포인트를 나타내는 복수의 3D 중간 포인트(32')의 3차원 표현을 얻을 때까지 단계 c2) 내지 e2)를 복수 회 반복하는 단계. 그러므로, 그러한 중간 포인트는 바람직하게 3개의 직교 좌표에 의해 식별된 일련의 포인트이고 그러한 로프의 우선적인 방향을 따라 전체 로프의 또는 일부 축의 포인트별 추세를 설명한다.

바람직하게, 전술한 단계에 더해, 단계는 복수의 3D 중간 포인트(32')에 가장 근접한 회귀로서 얻어진 보간된 3D 평균 축(33')을 계산하기 위해 포함된다. 예를 들어, 그러한 복귀는 임의의 복귀 곡선 및 바람직하게 회귀 라인이다.

방법의 추가 구현예에서, 다음의 단계에 따라, 로프 또는 케이블의 직경을 또한 측정할 수 있다:

- 상기 보간된 3D 평균 축(33')에 속하는 복수의 샘플링된 3D 축방향 포인트를 얻기 위해 보간된 3D 평균 축(33')을 샘플링하는 단계;

- 상기 복수의 샘플링된 3D 축방향 포인트의 축방향 포인트(34)를 통해 지나가는 보간된 3D 평균 축(33')에 수직한 평면과 3D 윤곽선(70a, 70b, 70c, 70d) 사이의 교차로서 적어도 제1(72), 제2(74), 제3(71), 및 제4(73) 윤곽 교차 포인트를 계산하는 단계;

- 각각, 제1 윤곽 교차 포인트(72)와 축 포인트(34) 사이의 거리, 제2 윤곽 교차 포인트(74)와 축 포인트(34) 사이의 거리, 제3 윤곽 교차 포인트(71)와 축 포인트(34) 사이의 거리, 및 제4 윤곽 교차 포인트(73)와 축 포인트(34) 사이의 거리로서, 적어도 제1 축 거리(82), 제2 축 거리(83), 제3 축 거리(84), 및 제4 축 거리(85)를 계산하는 단계;

- 각각, 제1 축 거리(82)와 제2 축 거리(83)의 합으로서, 그리고 제3 축 거리(84)와 제4 축 거리(85)의 합으로서, 적어도 제1 직경(80)과 제2 직경(81)을 계산하는 단계.

바람직하게, 로프 또는 케이블의 포인트 진원도는 적어도 제1 직경(80)과 제2 직경(81) 사이의 비율로 측정된다.

더욱이, 방법의 대안으로, 충분히 축방향-대칭 로프 또는 케이블의 경우, 로프 직경은 제1 윤곽 포인트와 제2 윤곽 포인트 사이의 거리로서 계산된다.

추후, 예를 들어, 평균 진원도, 포인트 진원도의 평균 또는 포인트 진원도의 분산으로서, 계산된 포인트 진원도의 샘플 모집단에 기초하여 통계적 변수를 또한 계산할 수 있다.

더욱이, 본 발명의 방법은 로프 또는 케이블의 파형을 계산하는 단계, 즉, 로프의 표면 균질성의 측정을 포함한다.

로프의 외부 표면의 파형을 계산하기 위해, 방법은 다음 단계를 포함한다:

w1) 적어도 제1 축 거리(82) 또는 예를 들어, 제1 축 거리(82), 제2 축 거리(83), 제3 축 거리(84), 및 제4 축 거리(85)와 같은, 복수의 축 거리를 계산하는 단계;

w2) 주어진 로프의 길이 또는 로프의 전체 길이를 위해 단계 w1)의 계산을 반복하는 단계;

w3) 예를 들어 제1 축 거리(82)의 샘플 표준 편차와 같은, 단계 w2)에서 획득된 복수의 제1 축 거리(82)의 샘플 모집단 또는 복수의 축 거리(82, 83, 84, 85)의 샘플 모집단에 기초하여 적어도 하나의 통계적 변수를 계산하거나, 복수의 축 거리(82, 83, 84, 85)의 샘플 표준 편차의 처리, 또는 복수의 축 거리(82, 83, 84, 85)의 샘플 표준 편차의 평균 값을 계산하는 단계.

복수의 축 거리(82, 83, 84, 85)의 샘플 표준 편차의 평균 값은 외부 표면의 파형의 평가를 위한 바람직한 인덱스이다.

방법의 하나의 구현예에서, 적어도 한 쌍의 디지털 이미지를 획득하고 로프 또는 케이블의 각 쌍의 이미지가 다음의 작동을 수행하는 것이 바람직하다:

a3) 수정 매트릭스에 의해, 이미지의 포인트는 카메라 센서의 각각의 2D 평면으로부터, 제1 보정 이미지와 제2 보정 이미지를 얻는, 보정된 2D 평면으로 변환됨;

b3) 각각의 보정 이미지에서, 샘플의 이미지는 배경으로부터 격리되고, 로프 또는 케이블 프로파일의 윤곽선을 식별하는 포인트들이 추출되고 보정된 이미지의 축에 가장 근접한 회귀 라인은 계산되며; 예를 들어, 프로파일의 윤곽선이 상부 라인(12a, 22a) 및 하부 라인(12b, 22b)으로 구성되는 경우, 예를 들어 센서의 우선적인 방향에 평행하게 배열되는 경우, 샘플의 보정 이미지의 축에 가장 근접한 회귀 라인은 상부 라인(12a, 22a)과 하부 라인(12b, 22b)에 속하는 포인트들의 좌표의 평균으로부터 얻어진 포인트들의 회귀 라인으로서 계산됨;

c3) 제1 보정 이미지(rectified image)의 상부 라인(12a)의 각 포인트에 대해, 제2 보정 이미지의 상동 포인트들이 검색됨;

d3) 제2 보정 이미지의 하부 라인(22b)의 각 포인트에 대해, 제1 보정 이미지의 상동 포인트들이 검색됨;

e3) 제1 보정 이미지의 축의 각 포인트에 대해, 동일한 에피폴라 라인에 속하는 제2 보정 이미지의 축의 포인트가 검색됨;

f3) 상기 쌍의 카메라의 각 카메라가 로프 또는 케이블의 축에 대해 직경방향으로 대향하게 위치되는 경우, 제1 보정 이미지 상에 상부 라인(12a')의 각각의 포인트에 대해, 두 카메라로부터 보여지는 로프의 외부 표면(11', 21')의 영역의 동일한 공동 구역(4) 및 동일한 에피폴라 라인에 속하는 제2 보정 이미지의 상부 라인(22a') 또는 하부 라인(22b')의 포인트가 검색되고, 제1 보정 이미지 상의 하부 라인(12b')의 각 포인트에 대해, 두 카메라로부터 보여지는 로프의 외부 표면(11', 21')의 영역의 동일한 구역(4) 및 동일한 에피폴라 라인에 속하는 제2 보정 이미지의 하부 라인(22b') 또는 상부 라인(22a')의 포인트가 검색되며, 제1 보정 이미지(14')의 축의 각 포인트에 대해, 동일한 에피폴라 라인에 속하는 제2 보정 이미지(24')의 축의 포인트가 검색됨;

g3) 로프의 윤곽선에 속하는 상응하는 쌍의 포인트의 제1 세트, 로프의 윤곽선에 속하는 상응하는 쌍의 포인트의 제2 세트, 및 보정 이미지의 축에 속하는 상응하는 쌍의 포인트의 제3 세트가 얻어진다. 따라서, 상응하는 포인트는 상동 포인트 또는 동일한 에피폴라 라인에 속하는 포인트를 의미한다. 보정 이미지의 축에 속하는 모든 포인트들은 또한, 쌍의 카메라의 카메라 각각의 초점을 통과하는 평면 상에서 보여지는 로프의 이미지의 대칭축에 속하기 때문에, 이미지 축에 속하는 그러한 포인트들은 도 11에 나타낸 바와 같이, 로프 축에 속하는 포인트의 투영을 나타낸다.

그러므로, 바람직하게, 3차원 공간-보정 평면으로부터 투영 매트릭스에 의해, 로프 또는 케이블의 윤곽선에 속하고 3차원 공간의 보정 이미지의 축에 속하는 상응하는 쌍의 포인트의 세트가 역투영되어(back-projected), 3차원 공간에 대해 나타나는 로프 또는 케이블의 축 및 윤곽선의 포인트의 3차원 표현을 얻는다.

방법의 대안 구현예에서, 적어도 6개의 독립하는 쌍의 카메라를 형성하는 4개의 카메라가 포함되고, 여기에서 각 쌍의 카메라는 각 쌍의 디지털 이미지를 검출하고 제1 쌍의 카메라에 의해 획득된 두 이미지 중 적어도 하나는 제2 쌍의 카메라에 의해 획득된 두 이미지 중 적어도 하나와 상이하다.

본 발명의 다른 구현예에서, 예를 들어, 로프 또는 케이블의 축의 선형성이 바람직하게 전술한 교정된 3차원 광학 측정 기기(1)에 의해 측정되어, 로프 축의 포인트를 나타내는 복수의 3D 중간 포인트(32')를 재구성하기 위한 단계에 더해 다음 추가 단계를 수행한다:

- 보간 곡선(90)으로 복수의 3D 중간 포인트(32')를 보간하는 단계;

- 보간 곡선(90)에 속하는 3D 중간 포인트(32')와 보간된 3D 축(33') 사이의 거리를 계산하는 단계.

방법의 다른 구현예에서, 보간 곡선은 복수의 샘플링된 3D 중간 포인트를 얻도록 샘플링되고 이상적인 3D 평균 축(35)은 상기 복수의 샘플링된 3D 중간 포인트에 가장 근접한 회귀 라인으로서 계산되고 이후 이상적인 3D 평균 축(35)과 상기 복수의 샘플링된 3D 중간 포인트의 샘플링된 3D 중간 포인트(37) 사이의 거리로 계산된다.

예를 들어, 보간 곡선은 임의의 기하학적 곡선이거나, 또는 예를 들어, 3D 중간 포인트의 3D 보간에 의해 획득된 단면의 선형 곡선이다.

바람직하게, 상기 복수의 샘플링된 3D 중간 포인트의 샘플링된 3D 중간 포인트(37)와 이상적인 3D 평균 축(35) 사이의 거리(38)는 샘플링된 3D 중간 포인트(37)와 이상적인 3D 평균 축에 수직하고 샘플링된 3D 중간 포인트를 통과하는 평면과 이상적인 3D 평균 축 사이의 중간 포인트를 연결하는 선의 길이로서 계산된다.

방법의 다른 구현예에서, 로프의 나선 또는 코일의 피치는 또한 예를 들어 로프에 가닥이 제공된 경우 측정되고, 또는 스파이럴 또는 나선형 외부 표면을 갖는다. 바람직하게, 단계 a1), b1), c1) 및 c2)에 더해 또는 앞선 단락에서 설명된 단계 a1) 내지 g1) 및 c2)에 더해, 제1 평균 축(14) 및 제2 평균 축(24)이 계산되고, 추가 단계는 다음을 위해 포함된다:

a4) 로프의 외부 표면의 상기 제1 및 제2 영역(11', 21')의 제1 및 제2 디지털 이미지(10', 20') 상에서 개별 라인(100, 102, 104)을 식별하는 단계, 여기에서 개별 라인(100, 102, 104)은 제1 평균 축(14) 또는 제2 평균 축(24)에 대해 실질적으로 평행한 방향을 따라 서로를 따르고 제1 하위 구역(13a, 23a)으로부터 제2 하위 구역(13b, 23b)으로 제1 평균 축(14) 또는 제2 평균 축(24)을 가로지르는 제1 및 제2 디지털 이미지(10', 20')의 연속 구역(101, 103)을 한정함;

b4) 개별 라인(100, 102, 104)과 제1 평균 축(14) 및/또는 제2 평균 축(24) 사이에서 교차 포인트(200, 300)를 식별하는 단계;

c4) 상동 교차 포인트(200a, 300a)가 교차 포인트(200, 300)의 상동 포인트를 나타내고 상기 교차 포인트(200, 300)와 상동 교차 포인트(200a, 300a)가 각각 로프의 외부 표면의 제1 영역(11) 및 제2 영역(21)에 공통인 포인트의 이미지를 나타내도록, 상기 상동 교차 포인트(200a, 300a)를 검색하는 단계;

d4) 3차원 공간(40)을 지칭하는 3D 교차 포인트(210, 310)를 얻기 위해, 3차원 공간(40)에서 교차 포인트(200, 300) 및 상동 교차 포인트(200a, 300a)를 사진 측량으로 역투영하는 단계;

e4) 로프의 외부 표면의 제1 영역(11') 및 제2 영역(21')에 속한 복수의 3D 교차 포인트(210, 211, 310)의 3차원 표현을 얻을 때까지 단계 a4) 내지 d4)를 복수 회 반복하는 단계;

f4) 적어도 제1 3D 교차 포인트(210)와 적어도 제2 3D 교차 포인트(211) 사이의 거리를 계산하는 단계, 상기 제2 3D 교차 포인트(211)는 제1 3D 교차 포인트(210)에 상대적으로 인접하다. 바람직하게, 전술한 단계 f4)에서 계산된 상기 거리는 로프 또는 케이블의 코일 또는 나선의 상기 피치임.

바람직하게, 제1 3D 교차 포인트(210)와 제2 3D 교차 포인트(211) 사이의 거리는 나선 또는 스파이럴의 피치로서 규정된다.

코일의 피치를 계산하게 하는 복수의 3D 교차 포인트(210, 211)의 3차원 표현을 얻기 위해, 예를 들어, 로프의 윤곽선을 위해 이미 설명된 것과 같이 3차원 공간-보정된 평면으로부터 투영 매트릭스가 사용되는 단계에 의해 처리되어, 3차원 공간을 지칭하는 윤곽선의 3D 교차 포인트의 3차원 표현을 또한 얻을 수 있다.

방법의 다른 구현예에서, 고정 변수(평균, 분산, 백분위..)가 제1 3D 교차 포인트(210)와 제2 3D 교차 포인트(211) 사이의 거리(피치)의 모집단에 대해 계산되는 추가 단계가 포함되고, 평균 피치는 제1 3D 교차 포인트(210)와 제2 3D 교차 포인트(211) 사이의 거리의 평균으로서 얻어진다.

바람직하게, 본 발명의 하나의 구현예에서, 디지털 이미지는 사진 측량의 공지된 이미지 보정 기술에 따라, 교정된 이미지이다. 예를 들어, 카메라에 의해 획득된 이미지는 각 이미지의 원근 변형을 수정하는 표준 좌표 시스템을 통해, 공통 2차원 표면으로 다중 이미지를 투영하는 데 일반적으로 사용되는 변형 공정에 의해 보정을 겪는다.

바람직하게, 본 발명에 따른 방법은 로프(2)의 메인 치수에 평행한 방향(H-H')을 따라 단면에서 적어도 연속적인 로프(2)의 부분에 반복적으로 적용된다. 그러한 치수는 또한 무한한 길이를 가질 수 있고 그러한 방법은 그 결과 무한한 길이의 상기 치수를 따라 반복적으로 적용된다.

바람직하게, 본 발명에 따른 방법이, 각각 미리 정해진 길이의 로프의 일부분의, 각각의 디지털 이미지 획득 장치에 의해 획득된, 적어도 둘 이상의 디지털 이미지의 동시 획득을 포함하는 것이 명백하다. 그러므로, 로프의 단일 포인트 또는 단일 횡단 라인을 획득하는 것을 목표로 하지 않지만, 로프 축을 따라 미리 정의된 길이만큼 연장되는 로프의 일부가 획득된다.

바람직하게, 전술한 단락에 설명된 방법은 소프트웨어가 컴퓨터에서 실행될 때 지금까지 설명된 것에 따른 방법을 구현하도록 구성된 소프트웨어 코드의 일부분의 형태로 컴퓨터의 내부 메모리로 직접 로드될(loaded) 수 있다.

명백한 바와 같이, 혁신적으로, 본 발명에 따른 교정된 3차원 광학 측정 기기 및 3차원 광학 측정 방법은 로프 또는 케이블 또는 로프의 일부 또는 고정 또는 이동하는 케이블의 3차원 측정을 재구성하게 하여 그러므로 로프 또는 케이블의 움직임을 멈출 필요 없이 정확하고 정밀한 방식으로, 수동 측정을 수행할 필요 없이, 대상의 전체 길이를 따라 연속성으로, 로프 또는 케이블 상에서 비-침습적이고 비-파괴적인 방식으로 측정 및 품질 확인을 수행한다. 특히, 한 쌍의 인접한 이미지 획득 장치들 사이에 배열된 점등 장치의 존재로 인해, 바로 점등 장치와 이미지 획득 장치 사이에 삽입된 그러한 배열 덕분에, 기기의 적절한 소형화를 보장하고 가능한 반사 또는 아티팩트를 방지하게 하면서 로프를 적절하게 조명할 수 있다.

더욱이, 로프 주위의 디지털 이미지 획득 장치와 더불어 점등 장치의 특정 배열로 인해, 측정 정확도를 잃지 않으면서 특히 소형화하고 이송을 쉽게 하는 기기를 얻을 수 있다.

더욱이, 바람직하게, 로프(2)에 대해 상대적으로 병진 가능한 방식으로 로프에 3차원 광학 측정 기기를 구속하도록 구성된 부착 장치(4')의 존재는 전체 기기가 이동되게 하여, 기기가 로프를 따라 이동되면서 기하학적 3D 파라미터를 계산하게 한다. 카메라의 특정 배열과 함께, 이는 로프를 슬라이딩하는 것을 방지하여, 로프가 고정되거나(예를 들어, 브릿지 로프(bridge ropes)를 모니터링하거나 높은 고도 등에서 케이블웨이(cableways) 또는 케이블의 로프를 지지하기 위해) 또는 기기가 지면 상의 기준에 대해 고정된 상태로 유지되고 로프는 기기에 대해 슬라이딩(예를 들어, 케이블 카 등의 리프팅 로프 또는 운반 로프를 모니터링하기 위해)하는 다양한 상황에서 기기가 사용되게 한다.

더욱이, 바람직하게, 가능하게는 댐프닝 요소가 제공되고, 케이싱(3)에서 이격되어 연결 영역(11)에서만 연결된 지지 구조물(10)을 제공하는 것은 임의의 진동을 제한하게 하여, 로프에 대해 기기의 이동 동안 이미지 획득 장치를 향한 임의의 진동을 방지한다.

더욱이, 훨씬 더 바람직하게, 시스템은, 간단히 로프가 기기에 대해 상대적으로 이동하게 함으로써, 대상 자체의 외부 표면의 이미지로부터 그리고 무한한 길이에 대해 시작하여, 로프 또는 케이블의 축의 선형성, 회전 바디에 근접한 대상의 직경 및 진원도의 측정 및 로프 또는 케이블의 표면에 존재하는 코일의 피치의 측정을 얻게 한다. 예를 들어, 이는 고려할만한 길이의 로프 또는 케이블의 치수 검증에 유용하다.

더욱이, 기기는 매연(fumes), 가스, 먼지, 풍화로 오염된 환경에서의 측정과 같이 로프 광의 관점에서 어려운 환경 조건이 존재해도 기하학적 파라미터의 측정을 자동으로 수행할 수 있다. 더욱이, 시스템은 치수와 로프의 외부 및 내부 표면을 형성하는 재료와 관계없이 연속적으로 측정을 수행하게 한다.

더욱이, 내적으로 교정되므로, 상기 기기는 각각의 측정 전 추가 교정 작업을 필요로 하지 않고, 그러나 이는 비-교정된 광학 측정 시스템에 대해 바람직하지 않게 일어나기 때문이다.

더욱이, 복수의 윤곽 3D 포인트의 3차원 재구성, 및 이에 따른 로프 파라미터의 3차원 측정은 로프와 카메라 사이의 원근 위치 파악 문제를 극복하게 하며, 이는 로프 윤곽이 교정된 3차원 공간에서 항상 재구성될 것이고 이미지 획득 동안 카메라와 로프 사이의 상대적인 위치와 관계없이 파라미터를 항상 계산할 수 있기 때문이다.

더욱이, 바람직하게, 2차원 매트릭스 이미지 센서를 통해, 동기화된 카메라의 사용은 로프 축에 수직한 축 주위의, 로프의 임의의 진동으로 인한 측정 오류를 줄이거나 심지어 제거하는, 추후 사진 측량 재구성과 동시에 로프의 전체 부분의 이미지를 획득하게 한다.

더욱이, 점등 장치를 동반하는 매트릭스 센서를 가진 카메라의 사용은 매우 짧은 노출 시간으로 로프 샘플의 2D 이미지를 획득하게 하여, 대신 선형 센서가 사용된 경우 발생할 수 있는 로프의 진동으로 인한 오류의 임의의 가능성을 최소화한다.

우연한 필요를 충족시키기 위해, 당업자는 위에 설명된 발명을 변경할 수 있음이 명백하며, 이들 모두는 다음 청구범위에 정의된 보호 범위 내에 포함된다.

Claims (19)

1. 로프(2)의 기하학적 파라미터의 3차원 측정을 위한 교정된 3차원 광학 측정 기기(1)로서,
   - 로프 수용 공동(29) 주위에 배열되고 규정된 프레임(3');
   - 상기 로프(2)의 외부 표면(21)의 적어도 하나의 영역의 다수의 디지털 이미지를 획득하도록 구성되는 복수의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3), 상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 프레임(3')에 고정되고 상기 3차원 광학 측정 기기(1)가 로프 수용 공동(29)에 로프(2)를 수용할 때 로프(2) 주위에 배열되고;
   - 상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)에 의해 획득된 로프의 디지털 이미지의 포인트의 3차원 사진 측량 재구성을 얻기 위해 그리고 다수의 디지털 이미지를 처리하도록 구성된 전자 디지털 이미지 처리 장치;를 포함하고,
   여기서, 상기 로프(2)의 주 연장 축 주위를 지나는 원주 방향(C)을 규정하고 로프(2)의 주 연장 축에 입사하거나 수직하는 평면(P)에 놓이며, 상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 상기 원주 방향(C)을 따라 서로 원주방향으로 이격된 프레임(3') 상에 배열되고,
   여기서 상기 로프(2)의 적어도 하나의 영역을 조명하도록 구성된 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 한 쌍의 인접한 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1) 사이의 원주 방향(C)을 따라 배열되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전자 디지털 이미지 처리 장치는 각각의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 내적 및 외적 교정 파라미터가 저장되는 저장 유닛을 포함하는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 프레임(3')은 상기 로프 수용 공동(29) 주위에 배열되고 규정된 케이싱(3) 및 상기 케이싱(3)에 연결된 지지 구조물(10)을 포함하고, 상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 상기 지지 구조물(10)에 고정되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 지지 구조물(10)은 상기 케이싱(3)에 해제 가능하게 연결된 연결 영역(11)을 포함하는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
   상기 지지 구조물(10)은 상기 연결 영역(11)과 상이한 지지 구조물의 남아있는 부분에서 케이싱(3)으로부터 이격되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
6. 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 구조물(10)과 케이싱(3) 사이에, 케이싱(3)으로부터 지지 구조물(10)로의 진동의 전달을 감쇠하도록 구성된, 고무 또는 탄성중합체 재료와 같은, 재료로 만들어지는 댐프닝 요소(5, dampening element)가 삽입되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
7. 청구항 3에 있어서,
   상기 케이싱(3) 및 지지 구조물(10)은 단일 피스를 형성하거나 단일 피스의 일부를 형성하도록 연결되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
8. 청구항 3 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 구조물(10)은 개방 환형 형태를 갖고, 상기 케이싱(3)은 박스 형태를 갖고, 상기 케이싱(3)은 지지 구조물(10)의 내부 또는 외부 주위에 배열되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 지지 구조물(10)은 상기 케이싱(3)의 외부 주위에 배열되고 여기서 상기 케이싱(3)은 상기 로프(2)의 주 연장 축에 평행한 축방향(X')을 따라 헤드 단부(32)와 테일 단부(33) 사이에서 연장되는 케이싱 측벽(31)을 포함하고, 상기 케이싱 측벽(31)은 3차원 광학 측정 기기(1)가 로프(2)에 대해 상대적으로 슬라이딩될 때 로프(2)로부터 이격되어 배열되도록 구성되고, 적어도 하나의 뷰잉 윈도우(V0, V1, V2, V3)(viewing window)가 각각의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)에 대해 상기 케이싱 측벽(31) 상에서 얻어지므로 상기 이미지 획득 장치는 상기 뷰잉 윈도우(V0, V1, V2, V3)를 통해 로프(2)의 디지털 이미지를 감지할 수 있는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
10. 청구항 8 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱(3)은 상기 테일 단부(33)와 헤드 단부(32) 각각에 근접해 있는 케이싱 측벽(31)을 폐쇄하는 케이싱 테일 벽(331)과 케이싱 헤드 벽(321)을 포함하고, 여기서 상기 로프(2)에 의해 횡단 가능한 적어도 하나의 통행 개구(6, 6')는 상기 케이싱 헤드 벽(321)과 케이싱 테일 벽(331) 각각에서 얻어지며, 여기서 상기 테일 벽(331)과 헤드 벽(321) 각각은 상기 케이싱 측벽(31)에 고정되고 통합된 제1 벽 부분(321', 331') 및 상기 제1 벽 부분(321', 331')에 해제 가능하게 고정된 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')을 포함하여,
    로프 삽입 구조에서, 상기 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')은 상기 테일 벽(331) 및/또는 헤드 벽(321)에서 로프 삽입 개구(61)를 남기도록 제1 벽 부분(321', 331')에 고정되지 않고, 상기 로프 삽입 개구(61)는 축방향(X')에 수직하는 로프(2)와 케이싱(3) 사이에서 상대적인 이동에 의해 통행 개구(6, 6') 내에 로프(2)의 삽입을 허용하도록 통행 개구(6)와 연통하고,
    로프 삽입 구조에서, 상기 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')은 상기 로프 삽입 개구(61)를 폐쇄하도록 제1 벽 부분(321', 331')에 고정되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제거 가능한 벽 부분(321'', 331'')은 상기 통행 개구(6, 6')를 적어도 부분적으로 규정하는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
12. 청구항 10 또는 11에 있어서,
    상기 제1 벽 부분(321', 331')은 적어도 하나의 슬라이딩 가이드를 포함하고, 여기에서 상기 제거 가능한 벽 부분(331'', 321'')은 상기 로프 삽입 개구(61)가 노출되는 추출된 구조로부터 상기 제거 가능한 벽 부분이 상기 로프 삽입 개구(61)를 폐쇄하는 삽입된 구조로 전환되도록 슬라이딩 가능하게 맞물리는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
13. 청구항 9 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱 측벽(31)은 상기 헤드 단부(32)와 테일 단부(33) 사이에서 축방향(X')을 따라 주로 연장되는 축방향 개구(28)를 규정하는 고정 부분(31'),
    및 이동 부분이 축방향 개구(28)를 폐쇄하는 폐쇄 구조, 및 이동 부분(31'')이 상기 축방향 개구(28)로 접근 가능한 위치에 있는 개방 구조를 취하도록 구성된, 도어와 같은, 이동 부분(31'')을 포함하고,
    상기 축방향 개구(28)는 축방향(X')에 수직한 케이싱과 로프 사이에서 상대적인 이동 동안 로프에 의해 횡단 가능한, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
14. 청구항 10 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 로프 통행 개구(6, 6')에 근접하여, 상기 3차원 광학 측정 기기(1)는 헤드 벽(321) 또는 테일 벽(331)에서 돌출되고 상기 로프 수용 공동(29)을 향해 내부로 연장되는 차폐벽(65)을 포함하여, 상기 케이싱 외부로부터 로프 수용 공동(29)을 향해 광의 입구를 적어도 부분적으로 차폐하는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
15. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 정점 각도(α0, α1, α2, α3)로 개구 원뿔을 가진 조명 빔(B0, B1, B2, B3)을 투사하여, 광 빔이 적어도 미리 정해진 거리(D)에 대해 각각의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)의 시야 원뿔(w0, w1, w2, w3)을 가로막는 것을 방지하고, 상기 미리 정해진 거리(D)는 이미지 획득 장치의 이미지 센서 평면(Π)으로부터 시작하여 상기 이미지 센서 평면(Π)에 수직한 방향을 따라, 상기 로프 수용 공동(29)을 향하는 거리로서 계산되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
16. 청구항 9 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로프 수용 공동(29)을 향한, 상기 케이싱 측벽(31)의 내부 표면(310) 상에서, 광의 전자기 복사를 흡수하고 반사를 줄이도록 구성된, 검정색 페인트와 같은 재료가 배열되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
17. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)는 적어도 제1 쌍의 이미지 획득 장치(C0, C2) 및 제2 쌍의 이미지 획득 장치(C1, C3)를 포함하고, 여기서 상기 제1 쌍의 이미지 획득 장치(C0, C2)는 직경방향으로(diametrically) 대향 방식으로 배열되고 상기 제2 쌍의 이미지 획득 장치(C1, C3)는 직경방향으로 대향 방식으로 배열되며 상기 제1 쌍의 이미지 획득 장치의 정렬 방향에 대해 수직한 방향을 따라 정렬되며,
    여기서 적어도 하나의 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 원주 방향(C)을 따라 제1 및 제2 쌍의 이미지 획득 장치 사이에 삽입되고, 상기 이미지 획득 장치로부터 원주 방향으로 이격되는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
18. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로프(2)에 대해 상대적으로 병진 가능한 방식으로 로프에 대해 3차원 광학 측정 기기(1)를 구속하도록 구성된 부착 장치(4')를 포함하는, 교정된 3차원 광학 측정 기기(1).
19. 로프(2)의 기하학적 파라미터의 3차원 측정을 위한, 3차원 광학 측정 방법(1)은:
    a) 상기 로프(2)의 주 연장 축 주위에서 진행되고 로프(2)의 주 연장 축에 입사하거나 수직한 평면에 놓이는 원주방향(C)을 따라 로프(2) 주위에 이격되어 배열되고 프레임(3')에 고정되는 복수의 이미지 획득 장치(C0, C1, C2, C3)를 포함하는 3차원 광학 측정 기기(1)를 제공하는 단계;
    여기서 상기 로프(2)의 적어도 한 영역을 조명하도록 구성된 점등 장치(I0, I1, I2, I3)는 한 쌍의 인접한 이미지 획득 장치(C0, C1; C1, C2; C2, C3; C3, C1) 사이에서 원주 방향(C)을 따라 배열되고;
    b) 상기 로프(2)와 3차원 광학 측정 기기(1) 사이의 상대적 이동을 수행하는 단계;
    c) 상기 b) 단계의 상대적인 이동 동안, 점등 장치(I0, I1, I2, I3)에 의해 로프를 점등하고 로프(2)의 외부 표면(21)의 적어도 한 영역의 다수의 디지털 이미지를 획득하는 단계;
    e) 전자 장치에 의해 다수의 디지털 이미지를 처리하고 상기 이미지 획득 장치에 의해 획득된 로프(2)의 디지털 이미지의 포인트의 3차원 사진 측량 재구성을 얻는 단계;를 포함하는, 3차원 광학 측정 방법(1).

Images