KR101005900B1 - 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내위치결정시스템(Indoor GPS)을 이용한 이동식 좌표측정기의 측정방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 다관절로 구성된 좌표측정기를 이동식 갠트리 구조물에 장착하여 광역 범위에서 운용 가능토록 하는 이동식 좌표측정장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 송신기(112)와 수신기(114)로 이루어진 실내위치결정시스템(110)을 구비하고, 상기 송신기(112)를 작업영역 내에 설치함과 더불어 상기 수신기(114)를 장착하고서 작업영역 내에서 이동 가능하게 설치되어 측정 대상물(10)의 위치정보를 검출하는 이동식 좌표측정기(100); 상기 실내위치결정시스템(110)을 통해 획득한 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 작업영역 내의 3차원 좌표계로 변환하는 위치정보 처리 모듈(120); 및 상기 위치정보 처리 모듈(120)을 통해 변환된 3차원 좌표계에 대한 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기(100)에 대한 정확한 위치를 획득하고, 작업영역 내에서 상기 이동식 좌표측정기(100)의 위치 변화를 고려한 상기 측정 대상물(10)의 위치정보를 최종적으로 획득하는 측정결과 가공/분석 모듈(200)을 구비하는 것을 특징으로 하는 이동식 좌표측정장치를 제시한다.

실내위치결정시스템, 이동식 좌표측정기, 위치정보, 좌표정보

Description

실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치 및 그 측정방법{System for a movable coordinate measurement system with indoor GPS and measurement method thereof}

본 발명은 실내위치결정시스템(Indoor GPS)을 이용한 이동식 좌표측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 다관절로 구성된 좌표측정기를 이동식 갠트리 구조물에 장착하여 광역 범위에서 운용 가능토록 하는 이동식 좌표측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 기계, 중공업 분야의 제조공정에서 구조물의 3차원 측정을 위해 고전적인 방법으로 줄자, 각도기 등을 사용하고 있다. 좀 더 진보된 측정기구로서 데오도라이트(Theodolite), 토탈스테이션(Total station), 레이저 트랙커(Laser tracker), 좌표측정기(CMM) 등도 사용되기도 한다.

이와 관련하여 최근 항법, 측량, 측지 등에 적용되고 있는 위치측정시스템(GPS; Global Position System)을 제조업 분야에 적용하는 사례도 나타나고 있는 데, 이 GPS는 3개 이상의 GPS 인공위성을 이용하여 GPS 수신기의 위치에 해당하는 3차원 좌표 값을 인식하여 위치를 결정하는 장치이다.

상기 개념을 확대하여 실내에 적용한 것이 실내위치결정시스템이라 할 수 있는 바, 종래 실내위치결정시스템은 GPS 인공위성에 해당하는 송신기와, GPS 수신기에 해당하는 수신기로 구성된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 광 송신기(1)와 수신기(2)를 포함한 실내위치결정시스템의 위치측정원리를 살펴보면, 상기 광 송신기(1)는 조사되는 빔의 위상각을 달리하는 것으로 2개의 회전하는 팬 빔(rotating fan beams)(3)(4)과 발광다이오드로부터 광 신호를 발산한다.

상기 광원들은 레이저 팬 빔 또는 다른 광 방출수단일 수 있다. 상기 수신기는 광 송신기에서 발산되는 광원을 수신하여 여러 광 송신기로부터의 상대적 위치를 파악할 수 있게 된다. 이때, 상기 팬 빔은 소정의 각도로 어긋나 있기 때문에 수신되는 주파수 신호의 시간차가 발생하게 되며 이를 통하여 수신하는 수신기의 고도를 측정할 수 있다.

그러나, 대형 구조물의 조립 및 제작 공정에 있어서 종래의 측정장치를 사용할 경우 측정 영역이 한정되어 있기 때문에 측정기를 이동하여 측정영역을 확장할 때 오차 누적으로 인하여 측정 정확도가 떨어지는 문제점이 발생되었다.

따라서, 실내위치결정시스템을 이용하여 대형 구조물의 조립 및 제작 공정에 적용하여 측정정확도를 향상시킬 필요성이 요구되었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 이동식 좌표측정기를 이송하기 위한 갠트리 구조물 형태의 이송장치와 접촉식 3차원 측정이 가능한 다관절 구조의 좌표측정기를 결합하여 확장된 영역에서 정확한 측정을 수행할 수 있는 이동식 좌표측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하면, 송신기와 수신기로 이루어진 실내위치결정시스템을 구비하고, 상기 송신기를 작업영역 내에 설치함과 더불어 상기 수신기를 장착하고서 작업영역 내에서 이동 가능하게 설치되어 측정 대상물의 위치정보를 검출하는 이동식 좌표측정기;

상기 실내위치결정시스템을 통해 획득한 상기 측정 대상물에 대한 위치정보를 작업영역 내의 3차원 좌표계로 변환하는 위치정보 처리 모듈; 및

상기 위치정보 처리 모듈을 통해 변환된 3차원 좌표계에 대한 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기에 대한 정확한 위치를 획득하고, 작업영역 내에서 상기 이동식 좌표측정기의 위치 변화를 고려한 상기 측정 대상물의 위치정보를 최종적으로 획득하는 측정결과 가공/분석 모듈을 구비하는 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치를 제시한다.

상기 측정결과 가공/분석 모듈에서 획득한 정보를 실시간으로 외부에 가시적으로 출력하는 실시간 위치 표시장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이동식 좌표측정기는 작업영역 내에 이동 가능하게 설치된 이송장치와, 상기 이송장치에 설치되는 다관절 장치 및, 상기 다관절 장치의 자유단부에 설치되어 상기 측정 대상물의 위치정보를 검출하는 프로브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 작업영역 내에 송신기를 설치하고, 이동식 좌표측정기에 수신기를 설치하는 단계;

상기 송신기와 상기 수신기를 매개로 획득한 위치정보를 작업영역 내의 3차원 좌표계로 변환하는 단계;

상기 3차원 좌표계로 변환된 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기에 대한 정확한 위치를 획득하고, 이를 매개로 작업영역 내에서 상기 측정 대상물에 대한 상기 이동식 좌표측정기의 상대적 위치 변화에 따른 상기 측정 대상물의 위치정보를 최종적으로 획득하는 단계; 및

상기 획득된 정보를 실시간으로 외부에 가시적으로 출력하는 단계를 포함하는 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정방법을 제시한다.

상기와 같이 본 발명은 좌표측정기를 이송할 수 있는 이송장치와 접촉식 3차원 측정이 가능한 다관절 구조의 좌표측정기를 결합하여 확장된 영역에서 정확한 측정을 수행함으로써 작업공간 내 다양한 측정장치를 대체하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명은 이송장치의 이동 가능 영역에 따라 측정 영역을 확장할 수 있고, 정확도/정밀도가 향상된 측정결과를 획득할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 이동식 좌표측정기(100)와 측정결과 가공/분석 모듈(200) 및 실시간 위치 표시장치(300)를 포함하여 구성된다.

상기 이동식 좌표측정기(100)는 작업영역 내에 설치되어 측정 대상물(10)의 위치정보를 검출하기 위해 실내위치결정시스템(110; Indoor GPS)과 위치정보 처리 모듈(120)을 구비한다.

상기 실내위치결정시스템(110)은 작업영역 내에 고정되도록 설치되는 다수의 송신기(112)와, 상기 송신기(112)와 통신하는 다수의 수신기(114)를 갖춘다. 이때, 상기 송신기(112)는 작업영역 내에 설치되는 고정 구조물(12)에 설치되고, 상기 수신기(114)는 상기 이동식 좌표측정기(100)에 설치되는 데, 상기 송신기(112)의 설치위치는 작업영역 내에서 상기 수신기(114)의 위치를 실시간으로 검출하는 데 용이하도록 최적의 위치로 분산시켜 설정되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 이동식 좌표측정기(100)는 상기 수신기(114)를 장착하고서 작업영역 내에서 이동 가능하게 설치되어 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치와 거리 및 각도 등과 같은 형상적 정보에 해당하는 위치정보를 검출하는 바, 이를 위해 상기 이동식 좌표측정기(100)는 작업영역 내에서 이동이 가능하게 설치되는 갠트리 구조물 형태의 이송장치(102)와, 상기 이송장치(102)에 설치되어 역시 이동이 가능 하게 설치되는 다관절 장치(104) 및, 상기 다관절 장치(104)의 자유단부에 설치되어 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 검출하는 프로브(106)를 구비한다.

그리고, 상기 위치정보 처리 모듈(120)은 상기 실내위치결정시스템(110)을 통해 획득한 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 기반으로 작업영역 내에서 X,Y,Z의 3축방향에 대한 3차원 좌표계로 변환한다. 즉, 상기 이동식 좌표측정기(100)는 상기 실내위치결정시스템(110)을 매개로 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 획득하고 획득된 위치좌표에 대한 정보를 기반으로 상기 위치정보 처리 모듈(120)을 매개로 3차원 좌표계로 변환한다.

또한, 상기 측정결과 가공/분석 모듈(200)은 상기 위치정보 처리 모듈(120)을 통해 변환된 3차원 좌표계에 대한 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기(100)의 상기 프로브(106)에 대한 정확한 위치를 획득하고, 이를 통해 작업영역 내에서 상기 측정 대상물(10)에 대한 상기 이동식 좌표측정기(100)의 상대적 위치 변화를 고려한 상기 측정 대상물(10)의 정확한 위치정보를 최종적으로 획득하게 된다.

이에 따라, 상기 이동식 좌표측정기(100)는 상기 실내위치결정시스템(110)과 상기 위치정보 처리 모듈(120) 및 상기 측정결과 가공/분석 모듈(200)을 매개로 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 획득함에 있어, 상기 이송장치(102)를 통해 작업영역 내에서 자유로운 이동이 가능하게 될 뿐만 아니라, 상기 실내위치결정시스템(110)에 의해 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보의 획득을 위한 운용의 영역을 이동하여 확대시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 이동식 좌표측정기(100)는 상기 실내위치결정시스템(110)과 상기 위치정보 처리 모듈(120) 및 상기 측정결과 가공/분석 모듈(200)을 매개로 작업영역 내에서 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 3차원 좌표계로 획득함과 더불어 획득된 3차원 좌표계에 대한 정보를 상기 실시간 위치 표시장치(300)를 매개로 실시간으로 외부에 가시적으로 출력할 수 있는 바, 상기 실시간 위치 표시장치(300)는 상기 측정 대상물(10)에 대한 실시간 위치정보를 3차원 좌표계를 통해 가시적으로 출력함으로써 작업자에게 편의를 제공하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정방법은 다음과 같은 단계를 통해 수행된다. 즉, 작업영역 내에 송신기(112)를 설치하고, 이동식 좌표측정기(100)에 수신기(114)를 각각 설치하는 단계(S110)와, 상기 송신기(112)와 상기 수신기(114)를 매개로 획득한 위치정보를 작업영역 내의 3차원 좌표계로 변환하는 단계(S120), 상기 3차원 좌표계로 변환된 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기(100)의 상기 프로브(106)에 대한 정확한 위치를 획득하고, 이를 매개로 작업영역 내에서 상기 측정 대상물(10)에 대한 상기 이동식 좌표측정기(100)의 상대적 위치 변화를 고려한 상기 측정 대상물(10)의 위치정보를 최종적으로 획득하는 단계(S130) 및, 상기 획득된 정보를 실시간으로 외부에 가시적으로 출력하는 단계(S140)를 포함한다.

따라서, 본 발명에 있어 상기 이동식 좌표측정기(100)는 상기 실내위치결정시스템(110)을 매개로 작업영역 내에서 그 운용의 영역을 이동하여 활용할 수 있는 바, 즉, 상기 이동식 좌표측정기(100)는 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보의 검출시 상기 실내위치결정시스템(110)을 통해 측정하고자 하는 영역을 확장시킬 수 있고, 이 경우 상기 이동식 좌표측정기(100)와 상기 이송장치(102) 사이의 연동시 발생하는 기계적 오차 요인은 상기 실내위치결정시스템(110)과 상기 위치정보 처리 모듈(120)에서 각각 상쇄될 수 있으므로, 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치와 거리 및 각도 등과 같은 형상적 정보에 해당하는 위치정보는 더욱 정밀하게 측정될 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 있어 상기 실시간 위치 표시장치(300)는 상기 이동식 좌표측정기(100)와 상기 측정결과 가공/분석 모듈(200)을 통해 획득된 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보와 그 정보들을 가공하여 구조물의 치수 및 각도 정보 등을 실시간으로 외부에 가시적으로 출력할 수 있게 되므로 장비의 사용에 있어 편의성을 제공할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치 및 그 측정방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1은 종래의 실내위치결정시스템의 광 송신기 및 수신기의 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치가 적용된 상태를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정방법을 나타낸 흐름도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10-측정 대상물 12-고정 구조물

100-이동식 좌표측정기 102-이송장치

104-다관절 장치 106-프로브

110-실내위치결정시스템 120-위치정보 처리 모듈

200-측정결과 가공/분석 모듈 300-실시간 위치 표시장치

Claims (5)

1. 송신기(112)와 수신기(114)로 이루어진 실내위치결정시스템(110)을 구비하고, 상기 송신기(112)를 작업영역 내에 설치함과 더불어 상기 수신기(114)를 장착하고서 작업영역 내에서 이동 가능하게 설치되어 측정 대상물(10)의 위치정보를 검출하는 이동식 좌표측정기(100);

   상기 실내위치결정시스템(110)을 통해 획득한 상기 측정 대상물(10)에 대한 위치정보를 작업영역 내의 3차원 좌표계로 변환하는 위치정보 처리 모듈(120); 및

   상기 위치정보 처리 모듈(120)을 통해 변환된 3차원 좌표계에 대한 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기(100)에 대한 정확한 위치를 획득하고, 작업영역 내에서 상기 이동식 좌표측정기(100)의 위치 변화를 고려한 상기 측정 대상물(10)의 위치정보를 최종적으로 획득하는 측정결과 가공/분석 모듈(200)을 구비하는 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 측정결과 가공/분석 모듈(200)에서 획득한 정보를 실시간으로 외부에 가시적으로 출력하는 실시간 위치 표시장치(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 이동식 좌표측정기(100)는 작업영역 내에 이동 가능하게 설치된 이송장치(102)와, 상기 이송장치(102)에 설치되는 다관절 장치(104) 및, 상기 다관절 장치(104)의 자유단부에 설치되어 상기 측정 대상물(10)의 위치정보를 검출하는 프로브(106)를 구비하는 것을 특징으로 하는 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 수신기(114)는 상기 다관절 장치(104)에 설치되는 것을 특징으로 하는 실내위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정장치.
5. 작업영역 내에 송신기(112)를 설치하고, 이동식 좌표측정기(100)에 수신기(114)를 설치하는 단계;

   상기 송신기(112)와 상기 수신기(114)를 매개로 획득한 위치정보를 작업영역 내의 3차원 좌표계로 변환하는 단계;

   상기 3차원 좌표계로 변환된 정보를 매개로 상기 이동식 좌표측정기(100)에 대한 정확한 위치를 획득하고, 이를 매개로 작업영역 내에서 상기 측정 대상물(10)에 대한 상기 이동식 좌표측정기(100)의 상대적 위치 변화에 따른 상기 측정 대상물(10)의 위치정보를 최종적으로 획득하는 단계; 및

   상기 획득된 정보를 실시간으로 외부에 가시적으로 출력하는 단계를 포함하는 실위치결정시스템을 이용한 이동식 좌표측정방법.

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