KR200482574Y1 - 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조 - Google Patents

선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조 Download PDF

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Abstract

본 고안에서 선박평형수 처리 시스템 설비를 위해 3D 레이저 스캐너가 이용되는 3차원 계측용 타겟 구조를 개시한다.
본 고안에 따른 타겟 구조는, 플렉시블한 재질의 자력수단의 상측 면으로 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표 인식을 위한 패턴이 도시된 패턴시트가 부착되며; 상기 패턴은 평형수의 흐름 방향을 도식화한 방향표시부와, 상기 방향표시부의 종단으로 인쇄되며, 기준 좌표를 정의하기 위해 상호 대향하도록 대비되는 컬러로 구성된 격자 모양의 격자패턴과, 상기 방향표시부의 임의 공간을 할애하여 관리자에 의해 임의 표시 또는 내용을 기재하는 안내 기재부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 고안에서는 선박 내 다량의 배관 중 선박평형수 배관은 쉽게 인식하고 협소한 장소에서 타겟이 용이하게 설치되도록 자력수단을 구비하고, 평형수의 흐름 방향을 지시하고, 기준 좌표를 인지할 수 있도록 자력수단의 일측 면으로 그래픽화된 패턴을 도식함으로써, 설치의 편의성 및 좌표 식별의 용이성을 부여할 수 있는 효과가 있다.

Description

선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조{TARGET STRUCTURE FOR 3D MEASUREMENT OF BWTS RETROFIT}
본 고안은 계측용 타겟 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 계측을 위한 광파기 또는 3차원 레이저 스캐너의 운용 과정에서 공간상의 기준점을 생성하고, 선박평형수 처리 시스템(BWTS: Ballast Water Treatment System)에서의 평형수 배출 배관의 흐름 시각적으로 인지할 수 있는 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조에 관한 것이다.
현재 국제해사기구(IMO)에서 2004년 채택된 선박평형수 관리협약의 발효를 앞두고 국내에서 개발된 선박평형수 처리시스템(BWTS)의 처리 효율을 극대화하고 기존선 적용이 가능한 다양한 제품 디자인이 요구되고 있다.
신조선 분야의 선박평형수 처리시스템(BWTS)은 설계단계에서 설치 공간 및 배관이 결정되어 설치에 문제가 없으나, 의무적으로 BWTS를 장착하도록 되어 있는 기존 운항선의 경우 BWTS를 설치하기 위하여 기존의 배관배선 및 공간구획에 대하여 3D 모델링을 통한 합리적 시뮬레이션 분석이 필수적이다.
이러한, 3D 모델링을 이용한 시뮬레이션은 기존 운항선에 선박평형수 처리 시스템을 설치하고 필요에 따라 기존 배관의 변경 및 신규 배관 개설 등에 대한 변경 사항을 위해 기존 운항선 내부 구조에 대한 정밀한 시뮬레이션이 필요하다. 이때, 사용되는 시뮬레이션 장치로써 3D 레이저 스캐너가 사용된다. 3D 레이저 스캐닝 기술은 오브젝트나 환경의 3차원 형상을 취득하는 기술이다. 대부분 물체는 오브젝트의 표면으로부터 형상 정보를 측정하여 점군(点群 point cloud) 데이터를 생성하게 되며, 동시에 표면의 컬러 정보도 함께 취득하게 된다.
또한, 일반적으로 3차원 형상을 취득하기 위해서는 한 번의 스캔으로는 대상물을 완전하게 스캔할 수가 없으며, 서로 다른 방향에서 여러 번 스캔을 하고 얻어진 데이터들을 공통의 좌표계로 정렬한 후 하나의 데이터로 병합한다. 3차원 스캐너는 스캔 방식에 따라 여러 가지로 구분할 수 있으며, 일반적으로 접촉식과 비접촉식의 두 가지 방식으로 분류할 수 있다.
상기한 3D 레이저 스캐너는 최근에 건축, 토목의 업무에서 점점 더 많이 활용되고 있다. 3D 레이저 스캐너는 구조물 표면에 있는 무수한 좌표정보를 자동으로 측량하는 기계이며 오래된 다리나 붕괴지 등의 현황 도면 외 유적, 플랜트 설비 현황 측량 등 폭넓게 사용되고 있다. 레이저 스캔 기술은 항공기 탑재용의 장거리용, 리버스 엔지니어링용의 단거리, 고정밀도용까지 실용화되어 폭넓게 산업현장에서 이용되고 있다. 최근에는 수십부터 수백 M의 거리에서도 측정이 가능한 지상형 레이저 스캔이 확산되고 있고 기존의 사회 인프라, 산업 인프라 등의 대형 구조물에서의 적용이 주목되고 있다.
최근 일본에서는 BWTS의 운항선 설치와 관련하여 새로운 기기를 설치할 경우 협소한 기관실 내부에 대하여 3D 레이저스캐너를 활용하여 설치에 필요한 정보를 획득하는 일련의 연구 활동이 진행되고 있는 실정이다.
그러나, 전술한 3D 레이저 스캐너를 통해 3차원적 구조물을 계측함에 있어, 종래에는 트랜시트(transit)나 줄자, 추 등을 이용한 2차원적인 측정 장치가 주로 이용되고 있는 실정이다. 이것에 대하여 최근 측량분야에서 발전해 온 삼각측량(三角測量)이나, 광파 거리계(光波距離計)를 이용한 거리 측정, 각도측정법에 의한 측량기를 이용한 3차원적인 측정장치에 의한 계측도 이루어지고 있다.
예컨대, 한 대의 계측기로 계측대상물(측정 대상물체) 위의 임의의 점에 대한 3차원 좌표를 계측할 수 있는 3차원 좌표 계측시스템이 3D 레이저 스캐너와 연동하는 프로그램에 의해 구현되고 있으며 이 시스템은, 미리 임의의 2점을 계측하여 3차원 좌표계를 설정한 후, 각 측정점에 설치된 반사 타겟을 시준(視準)하여 수평각, 연직각(鉛直角), 거리측정의 3요소를 동시에 계측하고, 좌표변환의 해석, 연산을 행하여 3차원 좌표를 구하는 것으로, 100m 떨어진 거리에서 ±1mm 이하의 높은 정밀도를 얻게 된다.
여기서, 반사 타겟은 어느 정도 크기를 갖는 반사면을 구비한 부재이고, 또한 계측 점인 타겟 점은 그 반사면 위에 마련된, 3차원 좌표 계측용 계측점이다. 또 반사 타겟은, 일정한 두께를 가지므로, 계측대상물 표면의 엄밀한 3차원 좌표를 얻기 위해, 계측치 및 반사 타겟 크기·형상에 기초한 소정의 연산을 행하게 된다.
따라서, 상기 3D 레이저 스캐너는 대부분 대상 오브젝트의 표면으로부터 형상 정보를 측정하여 점군(点群 point cloud) 데이터를 생성하며, 3차원 공간 계측시 물체 뒷면에 가려진 부분은 한 번의 스캔으로 대상물을 완전하게 스캔할 수가 없어 서로 다른 방향에서 여러 번 스캔을 하고 얻어진 각각의 데이터들을 공통의 좌표계로 정렬한 후 하나의 데이터로 병합하는 작업이 반드시 필요하다. 이러한 병합 작업을 위해서는 각각의 스캔 데이터에 대한 기준 좌표가 항시 준비되어야 한다.
결국, 기준 좌표를 설정하기 위한 타겟의 필요성이 충분히 요구되나 현재 운항선에 있어서 BWTS의 설치를 위한 3차원 공간 계측에 사용되는 기준 타겟 구조는 구(sphere) 형상의 타겟 및 선박내 설치된 형상물을 타겟으로 설정하거나, 구조물을 이용하고 있어 협소한 공간 및 배관들이 겹쳐있는 부분에 있어 기준 좌표 설정이 난해하다. 이에 작업자의 업무량이 증가 및 정밀도 저하에 많은 영향을 주어 시스템의 개선이 요구되고 있다.
대한민국 공개실용신안 20-2014-0006107, 공개일자 2014년 12월 05일, 고안의 명칭 '위치 측정용 반사 타겟'
본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 고안의 목적은 운항선에 있어 BWTS 설비를 위한 선박 내부 3차원 공간 계측시 사용되는 기준 좌표 설정용 타겟의 구조를 단순화하여 기존의 배관, 배선 및 공간구획에 대한 3D 모델링이 안정적이고 효율적으로 수행될 수 있는 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조를 제공함에 있다.
본 고안의 다른 목적은, 다량의 배관 중 임의 장소에 타겟이 용이하게 설치되도록 자력수단을 구비하고, 평형수의 흐름 방향을 지시하고, 기준 좌표를 인지할 수 있도록 자력수단의 일측 면으로 그래픽화된 패턴을 도식함으로써, 설치의 편의성 및 좌표 식별의 용이성을 부여할 수 있는 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조는, 플렉시블한 재질의 자력수단에 상측 면에는 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표 인식을 위한 패턴이 도시된 패턴시트가 부착되며; 상기 패턴은 평형수의 흐름 방향을 도식화한 방향표시부와, 상기 방향표시부의 종단으로 인쇄되며, 기준 좌표를 정의하기 위해 상호 대향하도록 대비되는 컬러로 구성된 격자 모양의 격자패턴과, 상기 방향표시부의 임의 공간을 할애하여 관리자에 의해 임의 표시 또는 내용을 기재하는 안내 기재부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 계측용 타겟 구조는, 선박평형수 처리 시스템(BWTS) 설비를 위해 3D 레이저 스캐너가 이용되는 3차원 공간 계측용 타겟 구조에 있어서, 플렉시블한 재질을 갖는 자력수단의 일측 면으로 음각을 형성하여 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표에 대한 그래픽을 도식화한 패턴 홈이 마련되며; 상기 패턴 홈은 평형서의 흐름 방향을 음각으로 표현되는 방향 표시 홈과, 상기 방향 표시 홈의 종단으로 음각에 의한 격자 모양의 격자패턴 홈을 형성하고, 상호 대향하도록 대비되는 컬러가 도포 되며, 상기 패턴 홈의 임의 공간을 할애하여 임의 표시 또는 내용을 기재하도록 안내 기재부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 선박평형수 처리 시스템의 설치를 위한 3차원 공간 계측용 타겟 구조는, 선박평형수 처리 시스템(BWTS) 설비를 위한 선박 내부의 3차원 공간 계측용 타겟 구조에 있어서, 평형수의 흐름 방향을 도식화한 방향표시부와, 상기 방향표시부의 종단으로 인쇄되며, 기준 좌표를 정의하기 위해 상호 대향하도록 대비되는 컬러로 구성된 격자 모양의 격자패턴과, 상기 방향표시부의 임의 공간을 할애하여 관리자에 의해 임의 표시 또는 내용을 기재하는 안내 기재부가 마련된 페이퍼 재질의 패턴 시트; 및 상기 패턴 시트의 하부로 자력을 발생하는 자력 도포수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 고안의 실시 예에 따른 상기 자력 도포수단은 액체 상태의 자석을 패턴 시트에 도포하는 것으로, 패턴 시트와 자력 도포수단을 일체화된 구조로 유지하기 위해 소정 두께의 코팅이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 고안에서 제시하는 선박평형수 처리 시스템의 설비를 위한 3차원 계측용 타겟 구조는, 운항선에 BWTS 설비시 선박 내부의 공간을 측정하기 위해 사용되는 3D 스캐너의 기준 좌표 설정용 타겟의 구조를 단순화하여, 기존의 배관, 배선 및 공간구획에 대한 3D 모델링이 안정적이고 효율적으로 수행될 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 협소한 공간에서 타겟이 용이하게 설치되도록 자력수단을 구비하고, 선박 평형수의 흐름 방향을 지시하고, 기준 좌표를 인지할 수 있도록 자력수단의 일측 면으로 그래픽화된 패턴을 도식함으로써, 설치의 편의성 및 선박평형수의 흐름방향, 기준 좌표 식별의 용이성을 부여할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 고안에 따른 3차원 계측용 타겟 구조를 제 1 실시 예로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 고안에 따른 3차원 계측용 타겟 구조를 제 2 실시 예로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 고안에 따른 3차원 계측용 타겟 구조를 제 3 실시 예로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 고안에 다른 타겟의 사용 상태를 나타낸 사진이다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 고안에서 제시하는 타겟 구조는 자력에 영향을 받는 금속 재질의 배관 특성상 용이하게 부착될 수 있는 자력수단을 구비하고, 자력수단의 일측 면으로 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표를 도식하기 위한 그래픽 패턴이 인쇄된다.
상기 그래픽 패턴은 자력수단의 일측 면으로 인쇄되거나, 그래픽 패턴이 인쇄된 페이퍼가 자력수단의 일측 면상으로 접합되는 구조가 가능하다. 또한, 상기 자력수단은 플렉시블한 구조를 갖는 고무자석이 바람직할 것이다.
도 1은 본 고안의 제1 실시 예에 따른 3차원 계측용 타겟 구조를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 플렉시블한 재질의 자력수단(101)의 상측 면으로 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표 인식을 위한 패턴(105)이 도시된 패턴시트(103)가 부착된다. 상기 패턴시트(103) 및 자력수단(101)은 임의 본딩 과정을 통해 상호 부착하는 것으로, BW(선박평형수) 배관의 진동이나 강풍에 의한 훼손 또는 설치위치의 변경 등이 없도록 한다.
본 고안에서 전술하는 자력수단(101)은 고무자석이 바람직하며, 페라이트 분말에 고무(NBR:Nitrile-Budadiene Rubber)혹은 플라스틱(CPE)를 혼합하여 제조되며, 이로부터 제조된 등방성의 고무자석 또는 이방성의 고무자석이 적용될 수 있을 것이다.
물론, 본 고안에서 적용되는 자력수단(101)을 패턴시트(103)의 하부에 고무자석이 아닌 일반 자석 또는 페라이트, 네오디움 자석 등을 소수 개 분산 부착할 수 있으나, 이는 자력의 강도가 높아 배관 상으로 부착이 강하여 기준 좌표의 변동이 없는 장점이 있는 반면, 기준 좌표의 위치를 변경하거나, 회수하는 과정에서 작업의 효율성이 저하된다.
따라서, 본 고안에서는 고무자석의 적용이 바람직하나, 고무자석의 자력 세기가 약한 경우에는 기준 좌표의 변동 우려가 발생한다. 즉, 평형수의 유출입이 이루어지는 배관 상으로 고무자석이 부착되는 경우, 배관의 진동 또는 풍력에 의해 이동 또는 이탈되어 기준 좌표의 설정이 어렵게 된다.
본 고안에서는 고무자석(101)의 자력을 2700G(가우스) 이상 3000G 미만으로 설정한다. 이는 자력이 2700G 미만인 경우에는 배관으로 도포된 강력 페인트 두께에 의해 부착력이 저하된다. 일반적으로 선박에 사용되는 강력 페인트는 해풍에 의한 부식을 방지하기 위해 전용 페인트가 사용되며 그 두께 또한 매우 높아 일반적인 고무자석의 자력으로는 정확한 계측이 불가능하다. 반면, 고무자석(101)의 자력이 3000G 이상인 경우에는 고무자석을 제조하기 위한 표면 다극 착자가 매우 조밀하게 이루어져야 하기 때문에, 제조의 어려움이 동반하는 문제가 있다.
한편, 상기 패턴(105)은 3D 레이저 스캐너에 의해 인식되는 다수의 컬러가 사용될 수 있으나, 검은색 및 흰색을 이용하여 대비가 명확하도록 함이 바람직할 것이다. 더욱이, 상기 패턴(105)은 평형수의 흐름 방향을 도식화한 방향표시부(113)와, 상기 방향표시부(113)의 종단으로 인쇄되며, 기준 좌표를 정의하기 위해 상호 대향하도록 대비되는 컬러로 구성된 격자 모양의 격자패턴(111)과, 상기 방향표시부(113)의 임의 공간을 할애하여 관리자에 의해 임의 표시 또는 내용을 기재하는 안내 기재부(115)가 마련된다.
이와 같이 상기 패턴시트(103) 상으로 패턴(105)이 인쇄되면, 상기 자력수단(101)을 패턴시트(103)의 하부로 접착함으로써 3차원 공간 계측용 타겟이 완성된다. 상기 타겟의 크기는 3D 레이저 스캐너에 의해 좌표 인식이 용이하고, 관리자에 의해 평형수의 흐름 방향을 쉽게 인지할 수 있도록, 상기 방향표시부(113)는 최소 150mm의 장축과 80mm의 단축을 갖고, 상기 격자패턴(111)은 가로 세로 각 40mm 이상으로 설계됨이 바람직할 것이다.
도 2는 본 고안에 따른 3차원 계측용 타겟 구조의 다른 실시 예로 나타낸 사시도이다.
도시한 바와 같이, 자력수단(101)의 일측 면으로 음각을 형성하여 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표에 대한 그래픽을 도식화한 패턴 홈(201)이 마련되며, 상기 패턴 홈(201)은 평형서의 흐름 방향을 음각으로 표현되는 방향 표시 홈(203)과, 상기 방향 표시 홈(203)의 종단으로 음각에 의한 격자 모양의 격자패턴 홈(205)을 형성하고, 상호 대향하도록 대비되는 컬러가 도포 되며, 상기 패턴 홈(201)의 임의 공간을 할애하여 임의 표시 또는 내용을 기재하도록 안내 기재부(207)가 돌출된다.
따라서, 본 실시 예에서는 자력수단(101)의 일측 면으로 상기 패턴 홈(201)을 가압하여 음각을 형성하며, 패턴 홈(201)을 구성하는 방향 표시 홈(203) 및 격자 패턴 홈(205), 안내 기재부(207) 상으로 임의 컬러를 도포한다.
이는 페이퍼 재질의 패턴 시트(103)를 사용하지 않는 것으로, 습도에 취약한 페이퍼의 물리적 훼손을 방지하기 위함이다.
상기 자력수단(101)은 이방성 구조를 갖도록 하여 상기 패턴 홈(201)의 대향 면으로 자력이 발생하도록 한다. 물론, 상기 자력수단(101)은 등방성 구조로 두 개의 면상으로 자력이 발생하도록 설계할 수 있으나, 상기 패턴 홈(201)을 가압 성형하는 과정에서 자력의 훼손이 우려되기 때문에, 상기 자력수단(101)은 이방성 구조가 바람직할 것이다.
도 3은 본 고안의 또 다른 실시 예로 나타낸 사시도이다.
도시한 바와 같이, 평형수의 흐름 방향을 도식화한 방향표시부(113)와, 상기 방향표시부(113)의 종단으로 인쇄되며, 기준 좌표를 정의하기 위해 상호 대향하도록 대비되는 컬러로 구성된 격자 모양의 격자패턴(111)과, 상기 방향표시부(113)의 임의 공간을 할애하여 관리자에 의해 임의 표시 또는 내용을 기재하는 안내 기재부(115)가 마련된 페이퍼 재질의 패턴 시트(103)를 형성하며, 상기 페터 시트(103)의 하부로 자력을 발생하는 자력 도포수단(301)이 구비된다.
상기 자력 도포수단(301)는 액체 상태의 자석을 패턴 시트(103)에 도포하는 것으로, 패턴 시트(103)와 자력 도포수단(301)은 일체화된 구조를 유지하기 위해 소정 두께의 코팅이 이루어짐이 바람직하다.
즉, 상기 자력 도포수단(301)으로 적용되는 액체 자석은 페이퍼 상으로 흡착 또는 증착되는 구조를 형성하지 못함에 따라, 페이퍼 재질의 패턴 시트(103) 하부로 액체 자석을 도포한 후, 비닐 재질로 코팅을 하는 것이다. 코팅이 이루어지면, 액체 자석 간의 인력 또는 척력에 의한 뭉침 또는 이동 등이 이루어지지 않아, 자력의 세기를 분산시키는 효과를 갖는다.
도 4는 본 고안에 따른 타겟의 설치 상태를 나타낸 사진이다. 인지되는 바와 같이, 배관 상으로 부착된 타겟을 3D 레이저 스캐너로 취득한 그래픽으로, 타겟을 구성하는 패턴의 일부(꼭지점 또는 격자의 경계선 등)를 인식함으로써 해당 위치에서의 기준 좌표로 활용한다.
이와 같이, 타겟을 이용한 기준 좌표가 명확하게 설정되면, 3D 계측 데이터 간의 기준 포인트를 중심으로 한 구조물의 위치, 크기, 방향 등을 인식하게 된다. 즉, 3D 스캐너로부터 획득한 디지털 공간정보는 디지털 디자인을 통하여 3D모델링된 BWTS 장치 및 신규로 설치된 배관과 결합하여 컴퓨터상에서 시뮬레이션을 진행하는데, 시뮬레이션을 통한 실측 데이터를 생성하기 위해 본 고안의 타겟이 기준 좌표로 사용되는 것이다. 따라서, 선박 내의 복잡한 구조물에 대한 정확한 3D 모델링을 수행함으로써, BWTS에 대한 설치 가능성 여부 및 최적의 모델을 연결한다.
101 : 자력 수단 103 : 패턴 시트
105 : 패턴 111 : 격자 패턴
113 : 방향 표시부 115, 207 : 안내 기재부
201 : 패턴 홈 203 : 방향 표시 홈
205 : 격자 패턴 홈 301 : 자력 도포 수단

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 선박평형수 처리 시스템(BWTS) 설비를 위해 3D 레이저 스캐너가 이용되는 3차원 계측용 타겟 구조에 있어서,
    플렉시블한 재질을 갖는 자력수단(101)의 일측 면으로 음각을 형성하여 평형수의 흐름 방향 및 기준 좌표에 대한 그래픽을 도식화한 패턴 홈(201)이 마련되며;
    상기 패턴 홈(201)은 평형수의 흐름 방향을 음각으로 표현되는 방향 표시 홈(203)과, 상기 방향 표시 홈(203)의 종단으로 음각에 의한 격자 모양의 격자패턴 홈(205)을 형성하고, 상호 대향하도록 대비되는 컬러가 도포 되며, 상기 패턴 홈(201)의 임의 공간을 할애하여 임의 표시 또는 내용을 기재하도록 안내 기재부(207)가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리 시스템의 설비를 위한 3차원 계측용 타겟 구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자력수단(101)은 페라이트 분말에 고무(NBR:Nitrile-Budadiene Rubber)혹은 플라스틱(CPE)를 혼합하여 제조되는 고무자석이고;
    상기 고무자석(101)의 자력은 2700G(가우스) 이상 3000G(가우스) 미만인 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리 시스템의 3차원 계측용 타겟 구조.
  4. 삭제
  5. 삭제
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