미세 회전 운동 계측을 위한 비전 기반 고정밀 각도 측정 기술 개발

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확장요약문

비전 기반 측정 기술은 비접촉 방식으로 넓은 영역을 측정할 수 있다는 장점으로 다양한 기계 시스템의 상태 측정 및 모니터링에 활용되고 있다. 특히 기계 시스템의 안정적인 운용 및 모니터링을 위해서는 정밀한 위치 및 각도 측정이 필요하며, 운용 중 발생하는 미소한 각도 변화를 정확하게 검출하는 것이 요구된다. 그러나 비전 기반의 정밀 각도 측정에서는 높은 측정 정확도 확보를 위해 카메라와 측정 대상 간의 상대적인 배치 등 다양한 측정 조건의 영향을 고려가 필요하다. 이에 본 연구에서는 ArUco 마커와 다수의 원형 특징점을 결합한 하이브리드 마커 설계와 정밀 각도 측정 기법을 제안한다. 제안된 기법은 원형 특징점의 중심을 서브픽셀 수준으로 정밀하게 검출하고, 각 마커에 대해 산출한 호모그래피(Homography)와 특이값 분해 기반의 강체 정합을 통해 상대 회전각을 추정한다. 제안 기법은 정밀 각도 모사가 가능한 실험 장치를 통해 검증하였으며, 다양한 회전각 조건에서의 측정 정확도와 기준 마커의 설치 방향, 외부 진동 및 카메라의 설치 조건에 따른 측정 강건성을 평가하였다. 실험 결과, 기존 ArUco 마커 기반 각도 추정 방법과 비교하여 회전각 측정 오차가 크게 감소하였으며, 진동 및 카메라 설치 조건이 달라지는 경우에도 안정적인 측정 성능을 유지하였다. 이를 통해 제안된 기법이 다양한 측정 조건에서도 정밀한 회전각 측정이 가능하며, 실제 환경에서 기계 시스템의 미소 회전각 모니터링에 적용될 수 있음을 확인하였다.