KR101236933B1 - 곡면부재 계측 방법 - Google Patents

Abstract

곡면부재 계측 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 계측기를 이용하여 곡면부재의 계측 진행방향을 설정하는 단계와, 계측 시작점에서 계측 종료점을 향하여 계측기의 초기 계측 진행방향을 설정하는 단계와, 설정된 초기 계측 진행방향에 따라 계측기를 이동하며 곡면부재의 경계를 가측정하는 단계와, 가측정된 곡면부재의 경계에 계측기의 중심이 일치되도록 계측기의 진행방향을 보정하는 단계와, 보정된 계측기의 진행방향을 따라 계측기를 이동하며 곡면부재의 경계를 실측정하는 단계를 포함한다.

Description

곡면부재 계측 방법 {CURVED SURFACE MEASURING METHOD}

본 발명은 계측 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡면부재 계측 방법에 관한 것이다.

통상적으로 선박은 추진 저항을 감소시켜 수중을 효율적으로 항해하도록 하기 위해 복잡한 비전개성 곡면들을 가공 조립하여 형성한다.

이러한 곡면의 외부 패널을 형성하기 위해서는 일반적으로 선형 가열이라고 하는 가공법을 통해 가스버너 등을 이용하여 강판의 표면을 국부적으로 가열해서 발생되는 소성 변형으로 인한 강판의 면외각변형 또는 면내수축변형을 통해 소망하는 형상으로 가공하고 있다.

또한, 위와 같이 가공된 선박의 곡면부재 등과 같은 공작물에 대해서는 원하는 형태로 정확한 가공이 되었는지 여부에 대한 계측이 필요하다.

이러한 곡면부재의 계측은 가공 완료 평가, 가열선 생성 및 가공이 완료된 후의 절단선 마킹 작업 등에 이용된다.

그런데, 종래에는 곡면부재의 계측작업이 대부분 수작업으로 이루어지고 있으며, 이에 따라 곡면부재의 계측작업에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 계측 데이터의 정확도가 떨어지는 등 많은 문제가 있다.

이에 따라 최근에는 이러한 수작업 계측 기술의 문제점을 해결하기 위해 피 계측부재에 대해 비접촉 방식으로 형상을 계측하는 비접촉 계측 방법이 제안되었으나, 아직까지 개선의 여지가 있다.

본 발명의 일 실시예는 곡면부재의 경계 계측시 계측기의 중심을 곡면부재의 경계와 일치하도록 이동방향을 보정하여 계측정밀도를 향상시키는 곡면부재 계측방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 계측기를 이용하여 곡면부재의 계측 진행방향을 설정하는 단계와, 계측 시작점에서 계측 종료점을 향하여 계측기의 초기 계측 진행방향을 설정하는 단계와, 설정된 초기 계측 진행방향에 따라 계측기를 이동하며 곡면부재의 경계를 가측정하는 단계와, 가측정된 곡면부재의 경계에 계측기의 중심이 일치되도록 계측기의 진행방향을 보정하는 단계와, 보정된 계측기의 진행방향을 따라 계측기를 이동하며 곡면부재의 경계를 실측정하는 단계를 포함한다.

곡면부재의 경계를 실측정하는 단계는 계측기가 곡면부재의 경계영역을 이탈할 경우, 계측기를 이탈이전의 안전지점으로 이동하여 곡면부재의 경계를 계측하는 단계를 포함하되, 안전지점은 계측기의 중심과 곡면부재의 경계가 허용오차이내인 지점일 수 있다.

곡면부재의 경계를 실측정하는 단계는 계측기를 이탈이전의 안전지점으로 이동하여 곡면부재의 경계를 계측하는 경우, 계측기의 초기 이동속도를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.

곡면부재의 경계를 가측정하는 단계는 계측기가 미리 설정된 간격 마다 곡면부재의 경계를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

곡면부재의 경계를 가측정하는 단계에는 계측기가 이동 시작 구간 및 이동 종료 구간은 중간 구간에 비해 조밀한 간격으로 곡면부재의 경계를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

계측 진행방향을 보정하는 단계는 곡면부재의 경계를 가측정하는 단계에서 측정된 복수 측정점의 평균거리를 직선으로 연결하여 이동방향을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 곡면부재의 경계 계측시 계측기가 곡면부재의 경계를 따라 이동하며 곡면부재의 형상을 계측하도록 함으로써, 곡면부재의 계측 정확도를 향상시킬 수 있고, 계측기의 이동시 계측기의 중심이 곡면부재의 경계면과 일치하도록 이동경로를 보정함으로서 정확도를 증가시킬 수 있고, 계측의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 레이저 비전 시스템을 이용한 곡면부재의 계측장치를 간략하게 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 곡면부재의 계측과정을 도시한 순서도.
도 3의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 곡면부재의 계측과정을 도시한 공정도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 계측간격을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 코너 포인트의 계측과정을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법의 계측기 초기 진행방향을 나타낸 예시도.
도 7의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법의 계측기 초기 진행방향을 보정하는 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 계측기의 진행방향을 도시한 예시도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 곡면부재 계측 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 레이저 비전 시스템을 이용한 곡면부재의 계측장치를 간략하게 도시한 사시도이다.

도 1을 참고하면, 피 계측부재인 사각형 또는 이와 유사한 형태의 곡면부재(10)의 형상을 계측할 때에 곡면부재(10)의 가장자리(edge)면을 계측하기 위해서는 먼저 곡면부재(10)의 일측 방향으로 계측기(20)에 의한 라인형의 레이저빔(21)을 조사한 상태에서 카메라(도시 생략됨)를 이용하여 곡면부재(10)에 조사된 레이저빔 영상을 촬영하며, 계측기(20)를 기계적으로 회전시켜서 곡면부재(10)의 타측 방향으로 계측기(20)에 의한 라인형의 레이저빔(21)을 조사한 상태에서 카메라(도시 생략됨)를 이용하여 곡면부재(10)에 조사된 레이저빔 영상을 촬영한다.

이와 같이 카메라를 통해 획득한 영상은 제어부로 전달되며, 제어부로 전달된 영상으로부터 소정의 계측점에 대한 데이터들을 추출할 수 있다. 그리고, 제어부는 추출된 계측점의 데이터들을 토대로 모델링(modeling)을 실시하여 3차원 형상의 곡면을 생성할 수 있다. 이와 같이 추출된 데이터들을 이용한 곡면 계측시 레이저 비전 모듈의 회전 정보와 함께 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 곡면부재의 계측과정을 도시한 순서도이고, 도 3의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 곡면부재의 계측과정을 도시한 공정도이다.

먼저, 도 3의 (a)와 같이 계측기(20)를 이용하여 곡면부재(10)의 각 꼭지점(P₁, P₂, P₃, P₄)의 데이터를 계측하고, 이들 데이터를 제어부로 전송한다. 그리고, 제어부는 전송된 데이터들을 이용하여 계측 시작점 및 계측 종료점을 계측할 수 있다(S11 참조).

그리고, 도 3의 (b)와 같이, 제어부에서는 계측된 각 꼭지점들을 토대로 경계 계측시의 초기 진행 방향(D₁, D₂, D₃, D₄)을 설정할 수 있다(S12 참조).

즉, P1점을 시작으로 P2점까지를 D1방향으로 설정하고, P2점을 시작으로 P3점까지를 D2방향으로 설정할 수 있다. 그리고, P3점을 시작으로 P4점까지 D3방향으로 설정하고, P4점을 시작으로 다시 P1점까지를 D4으로 설정할 수 있다.

이와 같이 계측기(20)의 초기 진행 방향이 설정되면, 계측기(20)를 이동하며 경계값을 계측할 수 있다. 이때, 계측기(20)는 미리 설정된 간격마다 곡면부재(10)의 경계를 측정할 수 있다. 또한, 계측기(20)에 측정된 신호를 제어부에서 분석하여 곡면부재(10)의 경계면에 대한 데이터값을 추출할 수 있다.

즉, 계측기(20)는 초기 계측 진행방향에 따라 곡면부재(10)의 경계를 가측정하고(S13 참고), 가측정된 경계면의 데이터값을 실제 곡면부재(10)의 경계면과 비교하여 초기 설정된 계측 진행 방향을 보정한다(S14 참고).

그리고, 보정된 계측 진행 방향을 따라 곡면부재(10)의 경계를 실측정한다(S15 참고).

그리고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 곡면부재(10)의 경계점의 데이터값이 추출되면, 이를 이용하여 경계를 이루는 4개의 곡선을 생성할 수 있다.

이와 같이, 곡면부재(10)의 경계를 계측하여 4개의 곡선을 구하면, 이들을 이용하여 3차원적인 형상의 곡면을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 곡면은 실제 곡면부재(10)에 대해 근사하게 모델링될 수 있다.

한편, 곡면부재(10)의 내부 계측은 경계 계측의 과정과 동일한 방식으로 진행되며, 일례로 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이 계측기(20)를 이동시키면서 곡면부재(10)의 내부를 계측할 수 있다.

이를 위해 곡면부재(10)의 내부를 계측하기 위한 가상의 경로선을 생성할 수 있다(S16 참고). 내부 계측 경로(L)가 생성되면, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이 생성된 내부 계측 경로(L)를 따라 계측기(20)를 이동시켜 3차원 계측 데이터를 생성할 수 있다. 여기에서, 추출된 3차원 계측 데이터를 필터링 한 후, 곡면 모델링을 실시하면 곡면으로 표현되는 3차원 형상의 데이터를 추출할 수 있다(S17 참조).

그리고, 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이, 곡면부재(10)의 경계점에 대해 추출된 데이터값 및 내부 계측점에 대해 추출된 데이터값을 통해 곡면부재(10)의 계측을 실시할 수 있다(S18 참조).

한편, 본 실시예에서 곡면부재(10)의 경계를 가측정하고, 이를 보정하여 실제 데이터를 추출하는 과정에 대해 도 4 내지 도 8을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 계측간격을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 코너 포인트의 계측과정을 도시한 도면이다.

도 4와 도 5를 참고하면, 계측기(20)의 이동 시작 구간(A) 및 이동 종료 구간(C)은 이동 중간 구간(B)에 비해 조밀한 간격으로 곡면부재(10)의 경계를 측정할 수 있다. 즉, 이동 시작 구간(A) 및 이동 종료 구간(C)에서는 계측기(20)의 진행속도를 감속시켜 더 많은 계측점의 데이터를 측정할 수 있다. 또한, 이동 중간 구간(B)에서는 계측기(20)의 진행속도를 증속시켜 계측 소요 시간을 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시에에는 계측기(20)의 계측 구간에 따라 이동 속도를 조정하여 계측 정확도를 향상시키거나, 계측 소요 시간을 감소시키는 것이 가능하다.

더욱이, 도 5와 같이, 코너 포인트에서는 이동 시작 및 이동 종료가 함께 이루어지는 구간으로 코너 포인트에 근접할수록 더 많은 경계점을 측정하여 계측의 정확성을 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법의 계측기 초기 진행방향을 나타낸 예시도이고, 도 7의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법의 계측기 초기 진행방향을 보정하는 예시도이다.

도 6과 도 7을 참고하면, 초기 진행방향에 따라 가측정이 이루어지면 계측기(20)의 중심이 곡면부재(10)의 경계(L)와 일치하도록 이동 방향을 보정하여 곡면부재(10)의 경계를 재측정할 수 있다.

이때, 계측기(20)는 띠형의 레이저를 조사하여 대상물의 경계점을 측정하게 되며, 이 띠형 레이저에 감지된 곡면부재(10)의 경계가 레이저의 중심에 위치하도록 이동방향을 보정할 수 있다.

즉, 계측기(20)는 초기 이동방향(D₁)에서 측정된 경계값은 실제 곡면부재(10)의 경계값과 차이가 있으며, 계측기(20)의 이동시 계측점(P₁')과 경계값과의 차이에 해당되는 보정 거리(E)를 반영하여 다음 계측점(P₁")에 계측기(20)의 중심이 위치하도록 계측기(20)의 진행방향을 보정할 수 있다.

이와 같이 계측기(20)는 다음 계측지점으로 진행하는 과정에서 이동방향이 계속 보정되며, 이러한 과정에 반복됨에 따라 계측기(20)의 중심이 곡면부재(10)의 실제 경계지점과 일치하게 된다.

이때, 곡면부재(10)의 경계지점은 계측기(20)의 계측 에러 또는 곡면부재(10) 경계면의 노이즈로 인해 오차가 발생될 수 있으며, 수정된 계측기(20)의 진행 방향을 고려시, 도 8과 같이, 초기 이동시 측정된 복수개 측정점의 평균거리를 직선으로 연결하여 이동방향을 보정할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면부재 측정방법에 따른 계측기의 진행방향을 도시한 예시도이다.

한편, 곡면부재(10)의 경계를 측정하는 과정에서 곡면부재(10) 주변의 심한 노이즈 등으로 인해 계측기(20)가 진행방향을 잘못 예측하여 계측기(20)가 곡면부재(10)의 경계영역을 이탈할 수가 있다.

이와 같이 계측기(20)가 곡면부재(10)의 경계영역을 이탈하게 되면, 계측기(20)를 이탈 이전의 안전지점으로 이동한 후 곡면부재(10)의 계측을 계속 진행하게 된다.

여기서, 안전지점이란 계측기(20)의 중심과 곡면부재(10)의 경계가 허용오차 이내인 지점으로, 계측기(20)의 중심과 부재의 경계와 차이가 없는 지점으로 계측기(20)를 이동할 수 있다.

그리고, 계측기(20)를 다시 이동시키며 곡면부재(10)의 경계를 계측할 수 있다. 이때, 안전지점으로 이동후 곡면부재(10)의 경계를 재계측시, 계측기(20)를 천천히 이동하여 재시작 영역의 계측점에서 많은 양의 데이터가 측정되도록 할 수 있다.

지금까지, 본 발명의 실시예에 따른 곡면 부재의 계측 방법을 설명하였다. 본 발명의 실시예에 따른 곡면 부재의 계측 방법을 수행하는 장치는, 앞서 설명한 계측 방법을 수행하기 위해 다양한 구성부로 구성될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 곡면부재의 계측 방법을 수행하는 장치는, 레이저 비젼 시스템 및 제어부 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 곡면부재의 계측 방법을 수행하는 장치는, 도 2의 각 단계별 기능을 수행하기 위하여 다양한 구성으로 구현될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 곡면부재 20 : 레이저 발생기
21 : 레이저빔

Claims (6)

1. 계측기를 이용하여 곡면부재의 계측 진행방향을 설정하는 단계와,
   설정된 상기 초기 계측 진행방향에 따라 상기 계측기를 이동하며 미리 설정된 간격마다 상기 곡면부재의 경계를 가측정하는 단계와,
   가측정된 상기 곡면부재의 경계에 상기 계측기의 중심이 일치되도록 상기 계측기의 진행방향을 보정하는 단계와,
   보정된 상기 계측기의 진행방향을 따라 상기 계측기를 이동하며 상기 곡면부재의 경계를 실측정하는 단계를 포함하는 곡면부재 계측방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 곡면부재의 경계를 실측정하는 단계는 상기 계측기가 상기 곡면부재의 경계영역을 이탈할 경우, 상기 계측기를 이탈이전의 안전지점으로 이동하여 상기 곡면부재의 경계를 계측하는 단계를 포함하되,
   상기 안전지점은 상기 계측기의 중심과 상기 곡면부재의 경계가 허용오차이내인 지점인 것을 특징으로 하는 곡면부재의 계측방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 곡면부재의 경계를 실측정하는 단계는 상기 계측기를 이탈이전의 안전지점으로 이동하여 상기 곡면부재의 경계를 계측하는 경우, 상기 계측기의 초기 이동속도를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면부재의 계측방법.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 곡면부재의 경계를 가측정하는 단계에는 상기 계측기가 이동 시작 구간 및 이동 종료 구간은 중간 구간에 비해 조밀한 간격으로 상기 곡면부재의 경계를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면부재의 계측방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 계측 진행방향을 보정하는 단계는 상기 곡면부재의 경계를 가측정하는 단계에서 측정된 복수 측정점의 평균거리를 직선으로 연결하여 이동방향을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면부재 계측방법.
   

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