스티칭 캘리브레이션
개요
스티칭 캘리브레이션은 대형 또는 장척형 물체 측정 시나리오를 위한 고정밀 데이터 수집 및 처리 기술입니다. 이 방법은 캘리브레이션 블록에 대해 분할 데이터 수집을 수행하고, 여러 구간 데이터 사이의 상대 자세 관계를 계산하여 전체 데이터를 정밀하게 스티칭합니다.
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캘리브레이션 단계
캘리브레이션 파라미터를 생성할 때는 반드시 동일 방향 스캔(Z자형) 전략을 사용해야 합니다. 이후 실제 사용에서 어떤 경로를 사용하든, 캘리브레이션 시 두 번의 데이터 수집은 스캔 방향이 완전히 같아야 좌표계 변환 정확도를 보장할 수 있습니다.
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실제 적용
실제 측정에서는 필요에 따라 왕복 스캔(S자형) 또는 동일 방향 스캔(Z자형) 을 유연하게 선택할 수 있습니다. 시스템은 캘리브레이션 결과에 따라 스캔 방향을 자동으로 인식하고 해당 좌표 변환 전략(예: 미러 보정)을 적용하여 여러 구간의 데이터를 완전한 표면 데이터로 매끄럽게 스티칭합니다.
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S자형 스캔 |
Z자형 스캔 |
기능 진입
다음 방법으로 스티칭 캘리브레이션 창에 들어갈 수 있습니다.
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Mech-MSR 메인 화면에서 도구 모음의 프로파일러 캘리브레이션 버튼을 클릭하여 프로파일러 캘리브레이션 창으로 들어갑니다. 단일 장치를 선택한 뒤 단일 프로파일러 캘리브레이션 창에서 스티칭 캘리브레이션 시나리오를 선택합니다.
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메뉴 모음에서 을 차례로 선택하여 프로파일러 캘리브레이션 창으로 들어갑니다. 단일 장치를 선택한 뒤 단일 프로파일러 캘리브레이션 창에서 스티칭 캘리브레이션 시나리오를 선택합니다.
| 프로파일러 캘리브레이션 기능은 솔루션을 연 뒤 사용할 수 있으며, 캘리브레이션 결과는 해당 솔루션 아래의 모든 프로젝트에 적용됩니다. |
캘리브레이션 절차
준비 작업
캘리브레이션을 시작하기 전에 다음 준비가 완료되었는지 확인하세요.
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프로파일러가 단단히 설치되어 있으며, 설치 상태가 캘리브레이션 중과 실제 사용 중에 동일하게 유지되는지 확인합니다.
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캘리브레이션 블록 설계 및 가공 설명에 따라 현재 시나리오에 맞는 이중 절두체 캘리브레이션 블록을 가공했고, 캘리브레이션 블록 배치가 요구 사항을 만족하는지 확인합니다.
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캘리브레이션 단계에서 프로파일러의 스캔 방향이 완전히 동일하게 유지되는지 확인합니다. 실제 사용에서는 정방향과 역방향을 번갈아 사용하는 것이 허용됩니다.
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Mech-Eye Viewer와 Mech-MSR가 프로파일러에 정상적으로 연결될 수 있는지 확인합니다.
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Mech-Eye Viewer에서 파라미터 조정을 수행하여 최종 이미지 데이터에 뚜렷한 누락이 없고 노이즈가 적도록 한 뒤, 해당 파라미터 그룹을 캘리브레이션용 구성 파라미터 그룹으로 저장합니다.
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캘리브레이션 정밀도를 보장하기 위해 실제 사용 조건의 장치 파라미터로 전원 인가 후 1시간 이상 연속 데이터를 수집하여 워밍업을 수행합니다.
작업 단계
프로파일러 연결
장치 연결 영역에서 장치를 선택하여 연결할 수 있습니다.
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프로파일러를 연결한 뒤 다음 버튼을 클릭하면 축 방향 매핑 설정 페이지로 이동합니다.
축 방향 매핑 설정
축 방향 매핑은 장비 좌표계와 프로파일러가 수집한 표면 데이터 좌표계 사이의 정확한 대응 관계를 구축하기 위한 것입니다. 실제 설치 상태에 따라 장비 각 축과 프로파일러 각 축의 방향 매핑 관계를 설정하여, 장비 좌표계와 표면 데이터 좌표계의 데이터가 정확히 대응되도록 하고 좌표계 불일치로 인한 데이터 오류나 스티칭 실패를 방지해야 합니다.
| 아래 설정 절차는 일반적인 시나리오 예시를 기준으로 하며, 실제 설정값은 반드시 현장 장비의 설치 레이아웃에 따라 결정해야 합니다. |
프로파일러 자체의 Y축 방향은 고정되어 있으며, 센서 헤드의 레이저 방출기에서 수광 유닛으로 향하는 방향입니다. 다른 축 방향은 오른손 좌표계로 판단할 수 있습니다. 오른손 엄지는 X축 양의 방향, 검지는 Y축 양의 방향, 중지는 Z축 양의 방향을 가리킵니다.
설정 절차는 다음과 같습니다.
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프로파일러의 종속 이동 관계를 확인합니다.
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프로파일러 센서 헤드가 장비의 어떤 축을 따라 함께 이동하는지, 그리고 운동 방향이 어떻게 대응되는지 명확히 합니다.
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소프트웨어 설정 화면에서 장비 각 축(X, Y, Z)에 대응하는 설정 항목을 찾고 실제 상황에 따라 예 또는 아니오를 선택합니다.
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예로 설정된 장비 축에 대해서는 해당 축 좌표값이 증가할 때 프로파일러가 자체 어느 축의 어느 방향으로 이동하는지 확인합니다.
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목표 물체가 프로파일러에 대해 어떻게 움직이는지 확인합니다.
프로파일러 자체의 종속 이동 관계를 파악한 뒤에는 목표 물체의 상대 운동 논리도 확인해야 합니다.
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각 수집 시: 각 데이터 수집 시점, 즉 하나의 절두체를 스캔할 때 장비는 캘리브레이션 블록을 장비의 어느 한 축 방향으로 이동시키거나, 장비의 어느 한 축이 프로파일러를 자체 Y축 방향으로 이동시켜 현재 절두체 데이터를 수집합니다.
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두 번의 수집 사이: 두 절두체 각각의 데이터를 수집하기 위해 장비는 캘리브레이션 블록을 장비의 다른 축 방향으로 이동시키거나, 장비의 다른 축이 프로파일러를 다른 절두체 바로 위로 이동시켜 두 번의 수집 사이 위치 전환을 완료합니다.
- 예시 설명
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예시에서는 프로파일러 센서 헤드가 장비 Z축에 강체로 설치되어 Z축과 함께 승강합니다. 따라서 장비 Z축 설정에서 프로파일러가 장비 Z축을 따라 이동을 예로 설정하고, 장비 X축과 Y축의 해당 항목은 아니오로 설정하며, 프로파일러 이동 방향(장비 Z축 좌표 증가 시) 은 프로파일러 +Z 로 설정해야 합니다.
캘리브레이션 블록은 장비 X축과 Y축 방향으로 이동하여 프로파일러가 블록 위의 두 절두체를 각각 스캔하도록 합니다. 각 데이터 수집 시에는 장비가 캘리브레이션 블록을 Y축 방향으로 이동시키고, 두 번의 데이터 수집을 완료하기 위해서는 장비가 캘리브레이션 블록을 X축 방향으로도 이동시켜 수집 간 위치 전환을 완료합니다.
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확인 후 다음 버튼을 클릭하면 캘리브레이션 블록 설정 페이지로 이동합니다.
캘리브레이션 블록 설정
스티칭 캘리브레이션에는 이중 절두체 캘리브레이션 블록을 사용합니다. 실제 설계 및 가공한 캘리브레이션 블록에 따라 파라미터 값을 입력하세요.
| 파라미터 값은 반드시 정확하게 입력하세요. |
파라미터를 입력하고 이상이 없음을 확인한 뒤 다음 버튼을 클릭하면 캘리브레이션 페이지로 이동합니다.
캘리브레이션 계산
캘리브레이션 절차는 다음과 같습니다.
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데이터 수집 설정을 완료합니다.
파라미터 설명 장비 X/Y/Z축 좌표 변화(두 번의 수집 사이)
시스템이 앞선 설정에 따라 장비의 해당 축을 자동으로 결정합니다.
이때 첫 번째 데이터 수집과 두 번째 데이터 수집 사이에서 해당 장비 축 좌표가 증가하는지 또는 감소하는지를 관찰하여, 캘리브레이션 블록이 프로파일러에 대해 어떤 방향으로 움직이는지 판단해야 합니다.
장비 X/Y/Z축 좌표 변화(각 수집 시)
시스템이 앞선 설정에 따라 장비의 해당 축을 자동으로 결정합니다.
이때 각 데이터 수집 과정에서 해당 장비 축 좌표가 증가하는지 또는 감소하는지를 관찰하여, 프로파일러의 스캔 방향을 판단해야 합니다.
구성 파라미터 그룹
프로파일러가 데이터 수집 시 사용하는 파라미터 그룹입니다.
장비 X/Y/Z축 이동 거리
장비의 해당 축이 두 번의 데이터 수집 사이에서 이동하는 거리입니다. 즉, 하나의 절두체에서 다른 절두체로 이동하는 데 필요한 변위입니다.
이 값은 기본적으로 캘리브레이션 블록의 평행 이동 거리 파라미터값과 같습니다.
- 예시 설명
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예시에서는 장비 X축 좌표 변화(두 번의 수집 사이) 방향이 감소, 장비 Y축 좌표 변화(각 수집 시) 방향이 증가입니다. 캘리브레이션 블록의 평행 이동 거리가 83 mm이므로 장비 X축 이동 거리는 83 mm로 유지됩니다.
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데이터를 수집합니다.
두 번의 데이터 수집을 각각 완료합니다. 수집한 데이터는 다음 요구 사항을 만족해야 합니다.
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캘리브레이션 블록이 이미지 정중앙에 위치해야 합니다.
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이미지에는 캘리브레이션 블록의 6개 특징 면만 포함되어야 하며, 각 면의 영상이 완전해야 합니다.
다른 표면 데이터가 있으면 특징 영역 사용 스위치를 켠 뒤 특징 영역의 크기와 위치를 조정하여, 특징 영역 안에 캘리브레이션 블록의 6개 특징 면만 포함되도록 하세요. -
캘리브레이션 블록의 절두체는 센서 헤드를 최대한 정면으로 향해야 하며, X축, Y축, Z축을 기준으로 회전하지 않아야 합니다.
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이미지의 노이즈는 적어야 합니다.
양호 점 누락 심함 일부 특징 면이 불완전함 불필요한 표면 포함 노이즈 과다 
수집 데이터 품질이 요구 사항을 만족하지 않으면 Mech-Eye Viewer에서 파라미터를 다시 조정하여 이미지 품질이 요구 수준에 도달할 때까지 반복하고 파라미터 그룹을 저장하세요. 이후 1단계로 돌아가 구성 파라미터 그룹을 다시 선택합니다.
데이터 수집이 끝나면 다음 버튼을 클릭하여 캘리브레이션 계산을 시작합니다.
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캘리브레이션을 계산합니다.
캘리브레이션 시작 버튼을 클릭하면 캘리브레이션이 시작됩니다. 시스템은 두 번의 스캔 데이터 사이 상대 위치 관계를 자동으로 분석하여 여러 스캔 구간 사이의 스티칭 오차 보상 파라미터를 계산하고 캘리브레이션 결과를 생성합니다.
두 번의 데이터 수집에서 프로파일러 시야가 중첩될 경우 이미지 융합 스위치를 켜서 융합 후 이미지가 기대와 일치하는지 확인할 수 있습니다. 
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캘리브레이션 결과를 확인하여 정밀도가 요구 사항을 만족하는지 확인합니다.
문제가 없으면 저장 버튼을 클릭하고 팝업 창에서 이름과 경로를 설정하여 결과를 저장하면 캘리브레이션이 완료됩니다.
캘리브레이션 결과 적용
스티칭 캘리브레이션 결과는 솔루션 폴더 아래의 calibration 폴더에 저장되며, 현재 솔루션 아래 임의의 프로젝트에서 3D 레이저 프로파일러 스텝에 사용할 수 있습니다.
사용 절차는 다음과 같습니다.
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스텝의 파라미터 설정 영역에서 카메라 모드를 단일 장치로 변경합니다.
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S/Z자형 스캔 스티칭 파라미터를 선택하면 파라미터 영역에 캘리브레이션 결과 선택 파라미터가 표시되며, 드롭다운에서 사용할 결과를 선택합니다.
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스캔 구간 설정 아래의 편집기 열기 버튼을 클릭하여 여러 스캔 구간을 설정합니다.
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이 스텝의 다른 파라미터 구성을 완료한 뒤 스텝 실행을 수행하면 선택한 캘리브레이션 결과가 적용됩니다.
부록: 캘리브레이션 결과 설명
프로파일러가 수집한 데이터에서 점과 평면 번호는 아래 그림과 같이 정의됩니다. 그림은 평면도 기준이며, P1 ~ P8은 절두체의 8개 꼭짓점이고, ① ~ ⑥은 각 프로파일러가 수집한 데이터에 포함되어야 하는 6개 평면입니다.
이미지를 스티칭할 때는 여러 번 수집한 데이터를 모두 첫 번째 수집 데이터의 좌표계로 변환해야 합니다.
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장비 축 방향 벡터(프로파일러 대응 축 기준)
실제 시나리오 설정에 따라 장비 축과 프로파일러 좌표축 사이에는 대응 관계가 존재합니다. 일반적으로 대응되는 축들은 완전히 평행해야 정확한 캘리브레이션과 측정이 가능합니다.
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재투영 오차
절두체 8개 꼭짓점의 측정 좌표와 기준 좌표 사이 편차를 계산하여 재투영 오차를 구합니다. 단위는 밀리미터(mm)이며, 값이 작을수록 좋습니다.