KR101119876B1 - System for providing position of beam's axis and method for measuring displacement thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저와 같은 평행광을 이용하여 각종 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 레벨 측정, 3차원 정밀 측정과 같은 계측작업을 수행하거나, 측정대상물에 대한 얼라인먼트(alignment) 작업, 각종 정밀 공작기계에 대한 실시간 위치 보정작업 등이 수행될 수 있도록 하는 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법은 CCD 카메라와 같은 촬상소자를 측정대상물의 표면 상에 위치시켜 이동시키면서 정해진 위치에 고정된 평행광 발생기로부터 조사되는 기준용 평행광 다발에 대한 감광이미지를 촬영하여 감광이미지의 위치변동을 분석하여 기준용 평행광 다발 중심위치의 변위값(B)을 제공함으로써 촬상소자의 해상도와 촬상소자를 이루는 픽셀의 감도에 대응하여 측정단위가 마이크로미터 이하의 단위로 최소화될 수 있게 되고, 측정대상물에 대한 각종 측정작업과 얼라인먼트작업 시 정밀도가 높은 기준용 평행광 다발의 광축상 기준점을 제공함으로써 작업성과 정밀도를 크게 향상시킬 수 있게 된다.The present invention performs measurement operations such as straightness measurement, flatness measurement, level measurement, three-dimensional precision measurement of various measurement objects using parallel light such as a laser, alignment work on the measurement object, and various precisions. The present invention provides a system for providing a central position of an optical axis using parallel light and a displacement measuring method for performing a real-time position correction operation on a machine tool. Such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light and a displacement measuring method according to the present invention are based on a standard irradiated from a parallel light generator fixed at a predetermined position while moving an imaging device such as a CCD camera on a surface of a measurement object. By taking a photosensitive image of a bundle of parallel light beams, analyzing the positional variation of the photosensitive image, and providing a displacement value (B) of the center position of the parallel light bundle for reference, it corresponds to the resolution of the imaging device and the sensitivity of the pixels forming the imaging device. The unit of measurement can be minimized to a unit of micrometer or less, and the workability and precision can be greatly improved by providing a reference point on the optical axis of the parallel light bundle for high accuracy in various measuring and alignment operations on the measurement object. do.
특히, 본 발명은 평행광을 사용하고, 평행광의 감광이미지를 통해 중심위치의 변위값(B)을 산출하여 변위를 측정하는 것임에 따라 촬상소자에 초점을 맞춘 이미지를 맺히도록 하기 위한 초점 조정용 렌즈 다발로 이루어진 복잡한 광학계의 구성이 불필요해져 광학계에서 발생할 수 있는 불필요한 오차의 발생을 차단하게 되고, 평행광 발생기, 촬영기구, 컨트롤러만으로 시스템을 구성할 수 있게 됨으로써 시스템이 단순화되어 제조비용이 절감되고, 다양한 측정시스템에 간편하고 용이하게 적용될 수 있어 활용도가 증대되는 특징이 있다.In particular, the present invention uses a parallel light, and calculates the displacement value (B) of the center position through a photosensitive image of the parallel light to measure the displacement according to the focusing lens for forming an image focused on the image pickup device The complex configuration of bundles of optical systems is unnecessary, which prevents unnecessary errors that may occur in the optical system, and the system can be configured with only a parallel light generator, a photographing apparatus, and a controller, thereby simplifying the system and reducing manufacturing costs. It can be easily and easily applied to various measurement systems, which increases its utility.
본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템은 평행광 발생기, 촬영기구, 컨트롤러를 포함하여 이루어진다. 평행광 발생기는 정해진 위치에 고정되고, 정해진 단면 크기의 기준용 평행광 다발을 방출시키게 된다. 촬영기구는 평행광 발생기로부터 이격되어 기준용 평행광 다발의 경로 상에 설치되고, 기준용 평행광 다발의 경로를 따라 이동하면서 조사되는 기준용 평행광 다발의 감광이미지를 촬영하게 된다. 컨트롤러는 촬영기구로부터 감광이미지를 입력받게 되고, 입력된 감광이미지의 위치변동을 분석하여 기준용 평행광 다발 중심위치의 변위값(B)을 산출하게 된다.The system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention includes a parallel light generator, an imaging device, and a controller. The parallel light generator is fixed at a predetermined position and emits a standard parallel light bundle having a predetermined cross-sectional size. The photographing apparatus is installed on the path of the standard parallel light bundle spaced apart from the parallel light generator, and photographs the photosensitive image of the standard parallel light bundle irradiated while moving along the path of the standard parallel light bundle. The controller receives the photosensitive image from the photographing apparatus, and analyzes the positional variation of the input photosensitive image to calculate the displacement value B of the center position of the parallel light bundle for reference.
평행광, 레이저, 촬상소자, CCD, 확대렌즈, 하프미러, 반사거울 Parallel light, laser, image pickup device, CCD, magnifying lens, half mirror, reflecting mirror
Description
본 발명은 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 기준용 평행광 다발에 대한 감광이미지를 촬영하게 되는 촬상소자를 구비하여 진직도, 평탄도, 3차원 정밀 측정과 기계조립시의 얼라인먼트(alignment), 공작기계의 위치보정 등이 수행될 수 있도록 하는 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for providing a central position of an optical axis using parallel light and a displacement measuring method. More specifically, the present invention includes an image pickup device for photographing a photosensitive image of a standard parallel light bundle. The present invention relates to a system for providing a central position of an optical axis using parallel light and a displacement measuring method for performing dimensional precision measurement, alignment during assembly, and position correction of a machine tool.
각종 기계, 부품의 가공/조립 과정에서 기계, 부품의 설계치수를 구현하거나, 각종 기계, 부품의 제조 후 검사과정에서 기계, 부품이 설계치수를 구현하고 있는지 여부를 판별하기 위해서 진직도 측정, 레벨 측정, 3차원 정밀 측정 등의 계측작업을 수행하게 된다.Straightness measurement and level to implement the design dimensions of the machine and parts in the processing / assembly process of various machines and parts, or to determine whether the machine and parts are implementing the design dimensions during the post-manufacturing inspection of various machines and parts. Measurement work such as measurement and 3D precision measurement will be performed.
또한, LM가이드와 같은 레일 한쌍을 서로 평행하게 고정시키는 조립작업 시 의 LM가이드 얼라인먼트(alignment) 작업이나, 기계를 가공하기 위한 각종 정밀 공작기계에 대한 위치 보정작업 등을 수행할 시에도 진직도, 레벨 등의 측정이 필요하다.In addition, straightness is also used when LM guide alignment work is performed to fix a pair of rails such as LM guides in parallel to each other, or position correction work is performed on various precision machine tools for machining a machine. Measurement of the level is necessary.
이와 같은 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 레벨 측정, 3차원 정밀 측정과 같은 계측작업과 측정대상물에 대한 얼라인먼트(alignment) 작업, 각종 정밀 공작기계에 대한 실시간 위치 보정작업 등을 위해서 종래에는 다이얼 게이지와 같은 계측장치를 사용하거나, 계측장치를 조합한 구성의 장치를 사용하는 것이 일반적이었다.For the measurement work such as straightness measurement, flatness measurement, level measurement, three-dimensional precision measurement, alignment work on the measurement object, and real-time position correction for various precision machine tools, etc. It was common to use a measuring device such as a dial gauge or to use a device having a combination of measuring devices.
한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0479412호 "진직도 측정장치"는 광학적 원리를 이용한 것으로, 상기 "진직도 측정장치"는 측정물 위에 설치되어 측정물 표면을 수평 이동하는 이동부와; 상기 이동부 전면에 상하 이동이 자유롭게 설치되며, 입사광을 입사광과 평행한 경로로 반사시키는 역반사계를 구비하여 측정물의 표면 굴곡에 따라 상하 이동하는 탐침부와; 상기 측정물 외부에 고정되어 상기 역반사계로 빛을 제공하는 광원과; 상기 역반사계가 반사시킨 반사광 경로상에 위치하여 반사광을 확대시키는 광학계; 및 상기 광학계 다음에 배치되어 반사광의 위치 정보를 수집하고, 반사광의 위치 정보에 따라 측정물의 표면 진직도를 측정하는 분석기를 포함하는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.On the other hand, the Republic of Korea Patent Publication No. 10-0479412 "straightness measuring device" is to use the optical principle, the "straightness measuring device" is installed on the workpiece to move the horizontal surface of the workpiece; A probe which moves up and down freely in front of the moving part, and includes a retro-reflectometer reflecting incident light in a path parallel to the incident light and moving up and down according to the surface curvature of the workpiece; A light source fixed to the outside of the measurement object to provide light to the retroreflective system; An optical system positioned on the reflected light path reflected by the retroreflective system to enlarge the reflected light; And an analyzer disposed after the optical system to collect position information of the reflected light and to measure the surface straightness of the workpiece according to the position information of the reflected light.
그러나, 상기와 같은 광학적 원리를 이용한 종래의 측정장치는 광원과 광학 계의 구성이 복잡하여 제조 및 유지보수작업에 번거로움이 많았으며, 광의 이동경로가 복잡하여 측정오차가 발생될 가능성이 높은 문제점이 있었다.However, the conventional measuring device using the optical principle as described above has a lot of trouble in the manufacturing and maintenance work due to the complicated configuration of the light source and the optical system, and the measurement path is likely to occur due to the complicated movement path of the light. There was this.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, CCD 카메라와 같은 촬상소자를 측정대상물의 표면 상에 위치시켜 이동시키면서 정해진 위치에 고정된 평행광 발생기로부터 조사되는 기준용 평행광 다발에 대한 감광이미지를 촬영하여 감광이미지의 위치변동을 분석하여 기준용 평행광 다발 중심위치의 변위값(B)을 제공함으로써 촬상소자의 해상도와 촬상소자를 이루는 픽셀의 감도에 대응하여 측정단위가 마이크로미터 이하의 단위로 최소화될 수 있게 되고, 측정대상물에 대한 각종 측정작업과 얼라인먼트작업 시 정밀도가 높은 기준용 평행광 다발의 광축상 기준점을 제공하게 됨으로써 작업성과 정밀도를 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, the present invention improves such a problem of the prior art, so that an image pickup device such as a CCD camera is placed on the surface of the measurement object and exposed to a reference parallel light bundle irradiated from the parallel light generator fixed at a predetermined position. By taking an image and analyzing the positional variation of the photosensitive image, it provides the displacement value (B) of the center position of the parallel light bundle for reference. It can be minimized in units, and by using a new type of parallel light that can improve workability and accuracy by providing a reference point on the optical axis of the parallel light bundle for high accuracy in various measuring and alignment operations on the measurement object. To provide a system for providing the central position of the optical axis and a displacement measuring method. .
또한, 본 발명은 하프 미러와 반사거울로 이루어지는 광분리기구를 구비하여 기준용 평행광 다발이 서로 평행한 다수개의 기준용 평행광 다발로 분리되어 다수개의 감광이미지가 촬상소자에 촬영되도록 함으로써 감광이미지 간 회전각과 높이 편차의 검출을 통해 보정을 수행하여 측정대상물의 진직도, 평탄도 등을 측정하기 위한 촬영소자의 이동을 안내하게 되는 가이드레일의 진직도나 촬상소자의 정위치 여부에 관계없이 측정대상물에 대한 각종 계측 작업과 보정작업의 정밀도를 유지할 수 있는 새로운 형태의 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is provided with a light splitting mechanism consisting of a half mirror and a reflecting mirror is divided into a plurality of reference parallel light bundles parallel to each other, so that a plurality of photosensitive images to be photographed on the image pickup device Measurement is performed regardless of the straightness of the guide rail or the position of the image pickup device, which guides the movement of the photographing device to measure the straightness, flatness, etc. of the measurement target by performing correction by detecting the rotation angle and height deviation An object of the present invention is to provide a system for providing a central position of an optical axis and a displacement measuring method using a new type of parallel light that can maintain the accuracy of various measurement and correction operations on an object.
특히, 본 발명은 평행광을 사용하고, 평행광의 감광이미지를 통해 중심위치의 변위값(B)을 산출하여 변위를 측정하는 것임에 따라 촬상소자에 초점을 맞춘 이미지를 맺히도록 하기 위한 초점 조정용 렌즈 다발로 이루어진 복잡한 광학계의 구성이 불필요해져 광학계에서 발생할 수 있는 불필요한 오차의 발생을 차단할 수 있게 되고, 평행광 발생기, 촬영기구, 컨트롤러만으로 시스템을 구성할 수 있게 됨으로써 시스템이 단순화되는 새로운 형태의 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention uses a parallel light, and calculates the displacement value (B) of the center position through a photosensitive image of the parallel light to measure the displacement according to the focusing lens for forming an image focused on the image pickup device This eliminates the need for a complex optical system consisting of bundles, thus preventing unnecessary errors from occurring in the optical system, and simplifies the system by allowing the system to be configured with only parallel light generators, imaging devices, and controllers. An object of the present invention is to provide a system for providing a central position of an optical axis and a displacement measuring method.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 정해진 위치에 고정되고, 정해진 단면 크기의 기준용 평행광 다발을 방출시키게 되는 평행광 발생기와; 상기 평행광 발생기로부터 이격되어 상기 기준용 평행광 다발의 경로 상에 설치되고, 상기 기준용 평행광 다발의 경로를 따라 이동하면서 조사되는 상기 기준용 평행광 다발의 감광이미지를 촬영하게 되는 촬영기구 및; 상기 촬영기구로부터 감광이미지를 입력받게 되고, 입력된 감광이미지의 위치변동을 분석하여 상기 기준용 평행광 다발 중심위치의 변위값(B)을 산출하게 되는 컨트롤러를 포함하여 이루어지고, 상기 촬영기구는 다이얼 게이지, 비접촉 변위센서와 같은 높이를 측정할 수 있는 변위측정기와 결합되되 상기 변위측정기는 측정대상물에 대한 상기 촬영기구의 이격거리인 중앙위치값(A)을 검출하게 되고, 상기 컨트롤러는 상기 기준용 평행광 다발 중심위치의 변위값(B)과 상기 변위측정기로부터 검출되는 상기 촬영기구의 중앙위치값(A)을 통해 상기 기준용 평행광 다발의 광축과 측정대상물의 상대적 변위값이 산출하게 되는 것을 특징으로 한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a parallel light generator which is fixed at a predetermined position, and emits a parallel bundle of reference light having a predetermined cross-sectional size; A photographing apparatus spaced apart from the parallel light generator and installed on a path of the standard parallel light bundle, and photographing a photosensitive image of the standard parallel light bundle irradiated while moving along the path of the standard parallel light bundle; ; The controller is configured to receive a photosensitive image from the photographing apparatus, and to calculate a displacement value B of the center position of the parallel light bundle by analyzing the positional variation of the input photosensitive image. Combined with a displacement gauge capable of measuring a height such as a dial gauge and a non-contact displacement sensor, the displacement gauge detects a central position value A, which is a distance of the photographing apparatus with respect to a measurement object, and the controller determines the reference. The relative displacement value of the optical axis of the reference parallel light bundle and the measurement object are calculated through the displacement value B of the center position of the parallel light bundle and the central position value A of the imaging device detected by the displacement measuring instrument. It is characterized by.
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이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 촬영기구는 서로 일직선 상에 이격되어 설치되는 확대렌즈와 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the photographing mechanism is characterized in that it comprises an enlarged lens and an image pickup device which are installed spaced on a straight line with each other.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 평행광 발생기는 레이저 발생기가 사용되도록 하고, 상기 확대렌즈는 오목렌즈가 사용되며, 상기 촬상소자는 CCD카메라를 포함하는 디지털카메라가 사용되도록 하는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the parallel light generator allows a laser generator to be used, the magnifying lens is used as a concave lens, and the imaging device includes a digital camera including a CCD camera. It characterized in that to be used.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 촬영기구는 측정대상물의 상측으로 정해진 높이로 이동가능하게 설치되어 상기 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 3차원 정밀측정을 포함하는 계측작 업과, 측정대상물에 대한 얼라인먼트(alignment)가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the photographing mechanism is installed to be movable at a predetermined height to the upper side of the measurement object to measure the straightness of the measurement object, the flatness measurement, and the three-dimensional precision measurement. Measurement operation including a, characterized in that the alignment (alignment) to the measurement object is performed.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 평행광 발생기의 전방에 설치되어 상기 기준용 평행광 다발이 서로 평행하게 조사되는 다수개의 기준용 평행광 다발로 분리되도록 하는 광분리기구가 더 구비되고, 상기 촬영기구는 상기 다수개의 기준용 평행광 다발에 각각 대응하는 다수개의 촬상소자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the light is installed in front of the parallel light generator so that the standard parallel light bundle is separated into a plurality of standard parallel light bundles irradiated in parallel with each other. Separation mechanism is further provided, characterized in that the photographing mechanism is composed of a plurality of imaging elements respectively corresponding to the plurality of reference parallel light bundles.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 광분리기구는 상기 기준용 평행광 다발의 경로 상에 설치되는 하프 미러(half mirror)와; 상기 기준용 평행광 다발의 경로에서 이격된 위치에 설치되어 상기 하프 미러에 의해 분리되는 상기 기준용 평행광 다발을 반사시키게 되는 반사거울을 포함하는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the optical separation mechanism includes: a half mirror installed on a path of the standard parallel light bundle; And a reflection mirror installed at a position spaced apart from the path of the reference parallel bundle of light to reflect the reference parallel bundle of light separated by the half mirror.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 촬영기구의 전방에 서브 광분리기구가 설치되어 상기 기준용 평행광 다발이 서로 평행하게 조사되는 다수개의 기준용 평행광 다발로 분리되어 상기 촬영기구로 조사되도록 하는 것을 특징으로 한다.In the system for providing the central position of the optical axis using the parallel light according to the present invention, a plurality of reference parallel light bundles in which the sub-light splitting mechanism is installed in front of the photographing apparatus and the standard parallel light bundles are irradiated in parallel with each other are provided. It is characterized by being separated and irradiated with the photographing mechanism.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 서브 광분리기구는 상기 기준용 평행광 다발의 경로 상에 서로 이격되게 설치되는 하프 미러(half mirror)와, 반사거울을 포함하는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the sub-optical separation mechanism includes a half mirror and a reflection mirror spaced apart from each other on a path of the standard parallel light bundle. Characterized in that.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템에서 상기 촬영기구는 상기 기준용 평행광 다발의 경로 상에 서로 이격되게 위치되어 상기 기준용 평행광 다발이 통과하게 되는 반투명막와 볼록렌즈 및; 상기 반투명막와 볼록렌즈로부터 이격된 위치에 설치되어 상기 기준용 평행광 다발의 감광이미지를 촬영하게 되는 촬상소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In such a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to the present invention, the photographing apparatus is positioned to be spaced apart from each other on a path of the parallel light bundle for reference so that the standard parallel light bundle passes through and the convex lens. And; And an imaging device installed at a position spaced apart from the translucent film and the convex lens to capture a photosensitive image of the standard parallel light bundle.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 정해진 위치에 평행광 발생기를 정해진 높이로 고정시키고, 측정대상물의 표면 상에 촬영기구를 정해진 높이로 고정시킨 후, 상기 평행광 발생기로부터 방출되는 기준용 평행광 다발의 경로 상에 상기 촬영기구가 위치되도록 하는 단계와; 상기 기준용 평행광 다발의 경로를 따라 상기 측정대상물의 표면 상에 설치된 상기 촬영기구를 이동시키면서 상기 기준용 평행광 다발의 감광이미지를 촬영하여 컨트롤러에 입력시키는 단계와; 상기 컨트롤러로 입력되는 감광이미지의 위치변동에 따라 상기 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 3차원 정밀측정을 포함하는 계측작업과, 상기 측정대상물에 대한 얼라인먼트(alignment)를 수행하는 단계를 포함하되, 상기 촬영기구에 의해 촬영된 감광이미지는 다수개의 픽셀로 이루어지는 정해진 크기의 격자면에 배치되어 상기 컨트롤러로 입력되고, 상기 컨트롤러는 격자면 상에서 상기 감광이미지가 배치된 픽셀의 위치값을 평균하여 산출되는 중앙값의 변화에 따른 상기 기준용 평행광 다발의 중심위치의 변위값(B)을 산출하여 상기 측정대상물에 대한 계측작업과 얼라인먼트가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.According to another feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is to fix the parallel light generator to a predetermined height at a predetermined position, and to fix the photographing mechanism to a predetermined height on the surface of the measurement object, the parallel light Positioning the imaging device on a path of the reference parallel bundle of light emitted from the generator; Photographing a photosensitive image of the reference parallel light bundle and inputting the same to the controller while moving the photographing device installed on the surface of the measurement object along the path of the reference parallel light bundle; A measurement operation including straightness measurement, flatness measurement, and three-dimensional precision measurement according to the positional change of the photosensitive image input to the controller, and performing alignment of the measurement object. The photosensitive image photographed by the photographing apparatus is input to the controller by being disposed on a grid of a predetermined size consisting of a plurality of pixels, and the controller averages the position values of the pixels on which the photosensitive image is disposed on the grid surface. By calculating the displacement value (B) of the center position of the reference parallel bundle of light according to the change of the calculated median value, it is characterized in that the measurement operation and the alignment of the measurement object is performed.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법에서 상기 촬영기구와 결합되어 측정대상물에 대한 상기 촬영기구의 이격거리인 중앙위치값(A)을 검출하게 되는 변위측정기가 구비되도록 하고, 상기 컨트롤러는 상기 기준용 평행광 다발 중심위치의 변위값(B)과 상기 변위측정기로부터 검출되는 상기 촬영기구의 중앙위치값(A)을 합하여 상기 기준용 평행광 다발의 광축과 측정대상물의 상대적 변위값을 산출하는 것을 특징으로 한다.In the displacement measurement method using the parallel light according to the present invention, the displacement measuring device is coupled to the photographing device to detect a central position value A, which is a distance of the photographing device relative to a measurement object, and the controller. Is the relative displacement value of the optical axis of the reference parallel light bundle and the measurement object by summing the displacement value B of the center position of the reference parallel light bundle and the center position value A of the imaging device detected by the displacement measuring instrument. It is characterized by calculating.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법에서 상기 컨트롤러는 격자면 상에서 상기 감광이미지가 배치된 픽셀의 농도값을 검출하여 픽셀의 위치값과 픽셀의 농도값을 곱한 값을 모두 더하여 무게평균한 값을 중심위치값으로 산출하고, 산출된 중심위치값의 변동(중심위치의 변위값(B))을 수치로 산출하여 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 3차원 정밀측정을 포함하는 계측작업과, 상기 측정대상물에 대한 얼라인먼트작업이 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.In the displacement measurement method using the parallel light according to the present invention, the controller detects the density value of the pixel on which the photosensitive image is disposed on the lattice plane, and adds all the values obtained by multiplying the pixel position value and the pixel concentration value to obtain a weight average. One value is calculated as the center position value, and the calculated variation of the center position value (displacement value (B) of the center position) is calculated numerically to include the measurement of straightness of the measurement object, flatness measurement, and three-dimensional precision measurement. It is characterized in that the measurement operation and the alignment operation for the measurement object is performed.
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법에서 상기 평행광 발생기의 전방에 하프미러와 반사거울로 이루어진 광분리기구가 설치되어 상기 기준용 평행광 다발이 서로 평행한 제1평행광 다발과 제2평행광 다발로 분리되도록 하고, 상기 제1평행광 다발과 제2평행광 다발의 경로 상에 서로 이격되게 설치되는 하프 미러와 반사거울로 이루어지는 서브 광분리기구가 설치되어 상기 하프미러와 반사거울을 통해 제1평행광 다발과 제2평행광 다발은 각각 한쌍의 서브 제1평행광 다발과 한쌍의 서브 제2평행광 다발로 분리되어 한쌍의 촬상소자로 이루어진 촬영기구에 입사되어 각각의 촬상소자에 한쌍의 감광이미지가 촬영되도록 하여, 각각의 촬상소자에 촬영된 한쌍의 감광이미지 사이 회전각를 검출하여 광축에 대한 상기 촬상소자의 회전각을 검출하고, 한쌍의 촬상소자 간 감광이미지의 높이편차를 검출하여 광축에 대한 상기 촬상소자의 기울기를 검출하여 상기 촬상소자의 위치보정이 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In the displacement measuring method using the parallel light according to the present invention, a light splitting mechanism consisting of a half mirror and a reflection mirror is installed in front of the parallel light generator so that the standard parallel light bundles are parallel to each other. A sub-optical separation mechanism comprising a half mirror and a reflection mirror installed on the path of the first parallel light bundle and the second parallel light bundle to be separated from the second parallel light bundle. Through the mirror, the first parallel light bundle and the second parallel light bundle are respectively divided into a pair of sub first parallel light bundles and a pair of sub second parallel light bundles, and are incident on a photographing apparatus composed of a pair of image pickup elements, respectively. A pair of photosensitive images is taken on the device, the rotational angle between the pair of photosensitive images taken on each imaging device is detected and the rotation of the imaging device with respect to the optical axis It characterized in that to detect the angle, by detecting the variation in height between a pair of image pickup devices sensitive image detecting a tilt of the imaging device with respect to the optical axis be the position correction of the imaging device.
본 발명에 의한 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법에 의하면, 평행광 발생기와 촬영기구 및 컨트롤러의 단순한 구성으로도 각종 측정대상물에 대한 계측작업, 기계조립시의 얼라인먼트작업, 공작기계에 대한 보정작업 등이 간편하고 용이하게 이루어지는 효과가 있다.According to the system for providing the central position of the optical axis using the parallel light and the displacement measuring method according to the present invention, even with a simple configuration of the parallel light generator, the photographing mechanism and the controller, the measurement work for the various measurement objects, the alignment work during the assembly of the machine, the work There is an effect that the calibration operation for the machine is made simple and easy.
그리고, 상기와 같이 평행광 발생기, 촬영기구, 컨트롤러만으로 시스템을 구성할 수 있게 됨에 따라, 시스템이 단순화되어 제조비용이 절감되고, 다양한 측정시스템에 간편하고 용이하게 적용될 수 있어 활용도가 증대되는 효과도 동시에 가 지게 된다.In addition, as the system can be configured using only a parallel light generator, a photographing apparatus, and a controller as described above, the system is simplified to reduce manufacturing costs, and can be easily and easily applied to various measurement systems. At the same time.
또한, 본 발명은 평행광의 감광이미지를 촬영하게 되는 CCD카메라와 같은 촬상소자의 활용으로 촬상소자의 해상도와 촬상소자를 이루는 픽셀의 감도 만큼 극소단위의 측정단위를 설정할 수 있게 되어 각종 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 레벨 측정, 3차원 정밀 측정, 측정대상물에 대한 얼라인먼트(alignment) 작업, 각종 정밀 공작기계에 대한 실시간 위치 보정작업의 정밀도가 향상되는 효과를 가지게 된다.In addition, the present invention enables the use of an image pickup device such as a CCD camera that captures a photosensitive image of parallel light so that the unit of measurement can be set in the smallest unit as much as the resolution of the image pickup device and the sensitivity of the pixels constituting the image pickup device. The accuracy of the straightness measurement, flatness measurement, level measurement, three-dimensional precision measurement, alignment of the measurement object, and real-time position correction for various precision machine tools is improved.
특히, 본 발명은 초점 조정용 렌즈 다발로 이루어진 복잡한 광학계의 구성이 불필요해짐에 따라, 광학계에서 발생할 수 있는 불필요한 오차의 발생을 차단할 수 있어 정확도와 정밀도의 향상을 도모할 수 있게 된다.In particular, as the present invention eliminates the need for a complicated optical system composed of a lens bundle for focus adjustment, it is possible to block the occurrence of unnecessary errors that may occur in the optical system, thereby improving accuracy and precision.
본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100) 및 변위측정방법은 레이저와 같은 평행광을 이용하여 각종 측정대상물의 진직도 측정, 평탄도 측정, 레벨 측정, 3차원 정밀 측정과 같은 계측작업을 수행하거나, 측정대상물에 대한 얼라인먼트(alignment) 작업, 각종 정밀 공작기계에 대한 실시간 위치 보정작업 등이 수행될 수 있도록 하는 것이다. Center
이와 같은 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100) 및 변위측정방법은 CCD 카메라(222)와 같은 촬상소자(22)를 측정대상물(1)의 표면 상에 위치시켜 이동시키면서 정해진 위치에 고정된 평행광 발생기(10)로부 터 조사되는 기준용 평행광 다발(2)에 대한 감광이미지를 촬영하고, 컨트롤러(30)가 감광이미지의 위치변동을 분석하여 기준용 평행광 다발(2) 중심위치의 변위값(B)을 산출하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 촬상소자(22)의 해상도와 촬상소자(22)를 이루는 픽셀의 감도에 대응하여 측정단위가 마이크로미터(㎛) 이하의 단위로 최소화될 수 있게 된다.The center
이와 같이 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100) 및 변위측정방법은 측정대상물(1)에 대한 각종 측정작업과 얼라인먼트작업 시 정밀도가 높은 기준용 평행광 다발(2)의 광축상 기준점을 제공하게 됨에 따라 작업성과 정밀도가 크게 향상되게 된다.As described above, the
특히, 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100) 및 변위측정방법은 평행광을 사용하고, 평행광의 감광이미지를 통해 중심위치의 변위값(B)을 산출하여 변위를 측정하는 것임에 따라 촬상소자(22)에 초점을 맞춘 이미지를 맺히도록 하기 위한 초점 조정용 렌즈 다발로 이루어진 복잡한 광학계의 구성이 불필요해지게 되는데, 이에 따라 광학계에서 발생할 수 있는 불필요한 오차의 발생이 차단되어 정확하고 정밀한 측정이 이루어질 수 있게 되고, 평행광 발생기(10), 촬영기구(20), 컨트롤러(30)만으로 시스템(100)을 구성할 수 있게 됨으로써 시스템(100)이 단순화되어 제조비용이 절감되고, 다양한 측정시스템에 간편하고 용이하게 적용될 수 있어 활용도가 증대될 수 있게 된다.In particular, the center
여기서, 평행광 다발(2)은 수학적으로 엄밀하게 정의된 평행을 이루는 광선 다발을 의미하는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 평행광의 의미에 따라 평행에 가까운 광선의 다발을 의미하는 것이다.Here, the parallel
즉, 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100) 및 변위측정방법에서 평행광 발생기(10)는 측정하고자 하는 거리 범위 내에서 광선의 다발 폭이 촬상소자(22)의 크기를 벗어나지 않은 영역에서는 무게중심이 바뀌지 않도록 하기 때문에 근사적으로 평행광 다발(2)을 방출한다고 할 수 있는 것이다. That is, in the center
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 변위측정 시스템이나 변위측정방법으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. On the other hand, in the drawings and detailed description showing and referring to the configuration and operation easily understood by those skilled in the art from a general displacement measurement system or displacement measurement method is briefly or omitted. In particular, in the drawings and detailed description of the drawings, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and operations of elements not directly related to technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly shown or described. It was.
도 1의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 보여주기 위한 도면이고, 도 2의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 보여주기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 보여주기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법을 보 여주기 위한 도면이고, 도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템으로부터 촬영된 감광이미지의 위치변동을 보여주기 위한 도면이며, 도 6의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템으로부터 촬영된 감광이미지의 위치변동을 보여주기 위한 도면이다.1 (a) and (b) is a view showing a center position providing system of the optical axis using parallel light according to the present invention, Figures 2 (a) and (b) according to an embodiment of the present invention 3 is a view showing a center position providing system of an optical axis using parallel light, FIG. 3 is a view showing a center position providing system of an optical axis using parallel light according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view illustrating a displacement measuring method using parallel light according to the present invention, and FIGS. 5A to 5C illustrate photosensitized images taken from a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to an exemplary embodiment of the present invention. 6 (a) to (c) show the change in position of a photosensitive image photographed from a system for providing a center position of an optical axis using parallel light according to another embodiment of the present invention. It is for the drawing.
본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100)은 도 1에서와 같이 평행광 발생기(10), 촬영기구(20), 컨트롤러(30)를 포함하여 이루어진다.The central
평행광 발생기(10)는 정해진 위치에 고정되는 것으로, 이와 같은 평행광 발생기(10)는 정해진 단면 크기의 기준용 평행광 다발(2)을 외부로 방출시키게 되는데, 기준용 평행광 다발(2)은 진직도 측정, 평탄도 측정 등의 측정시 측정이 요구되는 방향으로 방출된다.The
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평행광 발생기(10)는 도 2와 도 3에서와 같이 레이저 발생기(12)가 사용된다.Here, in the
촬영기구(20)는 평행광 발생기(10)로부터 이격되어 기준용 평행광 다발(2)의 경로 상에 설치되는 것으로, 이와 같은 촬영기구(20)는 도 5의 (a) 내지 (c)에서와 같이 기준용 평행광 다발(2)의 경로를 따라 이동하면서 조사되는 기준용 평행광 다 발(2)의 감광이미지를 촬영하게 된다.The photographing
여기서, 도 5의 (a) 내지 (c)에서는 원형의 감광이미지가 도시되어 있으나, 감광이미지는 원형 이외의 다양한 형상을 가질 수 있다.Here, although circular photosensitive images are illustrated in FIGS. 5A to 5C, the photosensitive images may have various shapes other than circular.
이와 같은 본 발명의 변위측정 시스템(100)은 레이저와 같은 평행광을 이용하는 것임에 따라 거리에 따른 촬영기구(20)의 초점에 변동이 없으므로, 근/원거리에 관계없이 촬영기구(20)의 초점을 맞출 필요가 없어 변위측정 시스템(100)의 운용이 간편하게 이루어지게 되고, 촬상소자(22)에 초점을 맞춘 이미지를 맺히도록 하기 위한 초점 조정용 렌즈 다발로 이루어진 복잡한 광학계의 구성이 불필요해져 광학계에서 발생할 수 있는 불필요한 오차의 발생을 차단하게 되고, 평행광 발생기(10), 촬영기구(20), 컨트롤러(30)만으로 시스템(100)을 단순하게 구성할 수 있게 되는 것이다.Since the
본 발명의 실시예에 따른 촬영기구(20)는 도 2의 (a)에서와 같이 이동용 지지기구(40)에 고정되어 가이드레일(50)을 따라 이동하게 된다.The photographing
여기서, 이동용 지지기구(40)는 하단이 측정대상물(1)의 표면에 위치되어 측정대상물(1)의 표면을 따라 이동하게 되는 것으로, 이와 같은 이동용 지지기구(40)의 상단에 촬영기구(20)와 결합되면서 촬영기구(20)와 이동용 지지기구(40)가 일체로 측정대상물(1)의 표면을 따라 이동하게 된다.Here, the
가이드레일(50)은 기준용 평행광 다발(2)의 경로와 평행하게 설치되는 것으로, 이동용 지지기구(40)와 촬영기구(20) 중에서 선택된 어느 하나와 결합된다.The
한편, 도 2의 (b)에서와 같이 가이드레일(50) 없이 측정대상물(1)의 표면 상 에 촬영기구(20)가 바로 놓인 상태에서 촬영기구(20)가 이동하면서 기준용 평행광 다발(2)에 대한 감광이미지를 촬영하도록 할 수도 있다.On the other hand, as shown in (b) of Figure 2 without the guide rail (50) in the state in which the photographing
이와 같이 가이드레일(50)이 없는 시스템(100)은 공작기계의 작업용 베드와 같은 표면의 조도에 대한 정보를 가지고 있으나, 공작기계의 설치과정 상의 숙련도나 설치공간의 영향으로 작업용 베드가 비틀어지거나 배가 볼록하게 나오게 되는 경우에 적용될 수 있는데, 이 경우 상기와 같이 비틀어지고 배가 볼록하게 나온 정도를 측정하여 전체적인 진직도와 평탄도를 보정할 수 있게 된다.As such, the
물론, 이외의 다양한 측정대상물(1)이나 다양한 조건에서 적용될 수 있음은 물론이다.Of course, it can be applied in a variety of other measurement object (1) or a variety of conditions.
본 발명의 실시예에 따른 촬영기구(20)는 서로 일직선 상에 이격되어 설치되는 확대렌즈(24)와 촬상소자(22)로 이루어진다.The photographing
여기서, 확대렌즈(24)로는 오목렌즈(242)가 사용되는데, 이와 같은 확대렌즈(24)은 기준용 평행광 다발(2)의 크기를 확대하여 촬상소자(22)에 의해 촬영되는 감광이미지의 크기를 확대함으로써 측정 정밀도를 향상시키게 된다.Here, the
그리고, 촬상소자(22)로는 CCD카메라(222)가 사용되는데, CCD카메라(222) 이외의 디지털카메라가 사용될 수도 있다.In addition, a
이와 같은 촬상소자(22)는 기준용 평행광 다발(2)의 감광이 복수개의 픽셀(pixel)로 이루어진 정해진 해상도의 격자면(224)에서 이루어지도록 함으로써 감광이미지의 분석이 용이하게 이루어지도록 한다.Such an
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 촬영기구(20)는 다이얼 게이지(62)나 각종 비접촉 변위센서와 같은 변위측정기(60)와 결합되어 촬영기구(20)의 높이가 측정될 수 있도록 한다. 즉, 변위측정기(60)는 촬영기구(20)와 결합되어 측정대상물(1)에 대한 촬영기구(20)의 이격거리인 중앙위치값(A)을 검출하게 된다.Here, the photographing
한편, 도 1의 (b)에서와 같이 촬영기구(20)는 기준용 평행광 다발(2)의 경로 상에 서로 이격되게 위치되어 기준용 평행광 다발(2)이 통과하게 되는 반투명막(26)와 볼록렌즈(28) 및, 반투명막(26)와 볼록렌즈(28)로부터 이격된 위치에 설치되어 기준용 평행광 다발(2)의 감광이미지를 촬영하게 되는 촬상소자(22)로 구성할 수도 있다.On the other hand, as shown in (b) of FIG. 1, the photographing
컨트롤러(30)는 촬영기구(20)로부터 감광이미지를 입력받게 되고, 입력된 감광이미지의 위치변동을 분석하여 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)을 산출하게 된다.The
여기서, 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치는 기준용 평행광 다발(2)의 광축에 대응하고, 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)은 감광이미지가 촬영되는 촬영기구(20)의 규격화된 격자면(224) 중심과 기준용 평행광 다발(2)의 광축 간 이격거리를 지칭한다.Here, the center position of the reference parallel
이와 같은 컨트롤러(30)는 촬영기구(20)와 분리되어 별도의 공간에 설치될 수도 있고, 촬영기구(20)와 일체로 설치될 수도 있다.The
본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100)은 도 3에서와 같이 평행광 발생기(10)의 전방에 광분리기구(70)를 설치하고, 이에 대응하여 촬영기구(20)의 전방에 서브 광분리기구(80)를 설치한 것이다.In the
광분리기구(70)는 평행광 발생기(10)의 전방에 설치되어 기준용 평행광 다발(2)이 서로 평행하게 조사되는 다수개의 기준용 평행광 다발로 분리되도록 하는 것으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100)은 광분리기구(70)를 통해 하나의 기준용 평행광 다발이 서로 평행한 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)로 분리되도록 한다.The
광분리기구(70)는 서로 이격되게 설치되는 하프 미러(half mirror)(72)와 반사거울(74)로 이루어진다. The
하프 미러(72)는 평행광 발생기(10)의 전방으로 기준용 평행광 다발(2)의 경로 상에 설치되는 것으로, 기준용 평행광 다발(2) 중 일부는 그대로 통과시키게 되고, 나머지 일부는 반사거울(74) 방향으로 반사시키게 된다.The
반사거울(74)은 기준용 평행광 다발(2)의 경로에서 이격된 위치에 설치되어 하프 미러(72)에 의해 분리되어 반사되는 기준용 평행광 다발(2)을 다시 반사시켜 하나의 기준용 평행광 다발(2)이 서로 평행한 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)로 분리되도록 한다.The
그리고, 서브 광분리기구(80)는 촬영기구(20)의 전방에 설치되는 것으로, 이와 같은 서브 광분리기구(80)는 광분리기구(70)를 통해 분리된 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)의 경로 상에 위치되어 각각의 기준용 평행광 다발(2)을 다시 다수개의 기준용 평행광 다발(2)로 분리하여 촬영기구(20)로 조사시키게 된다.In addition, the sub
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100)은 서브 광분리기구(80)를 통해 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)이 각각으로부터 서로 평행한 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)을 분리시키게 된다.Here, in the
이와 같은 서브 광분리기구(80)는 서로 이격되게 설치되는 하프 미러(82)와 반사거울(84)로 이루어지는데, 서브 광분리기구(80)의 하프 미러(82)와 반사거울(84)은 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)의 경로 상에 이격되게 설치된다.The sub
여기서, 서브 광분리기구(80)의 하프 미러(82)와 반사거울(84)은 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)이 모두 수용될 수 있는 크기를 가진다.Here, the
이와 같은 서브 광분리기구(80)의 하프 미러(82)는 한쌍의 기준용 평행광 다발(2) 중 일부는 그대로 통과시켜 서브 광분리기구(80)의 반사거울(84)로 입사되도록 하고, 나머지 일부는 촬영기구(20) 방향으로 반사시키게 된다.The
그리고, 서브 광분리기구(80)의 반사거울(84)은 하프 미러(82)를 통과하여 전달되는 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)을 촬영기구(20) 방향으로 반사시키게 된다.The
이에 따라 광분리기구(70)를 통과한 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)은 서브 광분리기구(80)를 통과하면서 서로 평행한 두쌍의 기준용 평행광 다발(2)이 분리되어 촬영기구(20)로 입사되게 된다.Accordingly, the pair of reference
상기와 같이 서로 평행한 두쌍의 기준용 평행광 다발(2)에 대응하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100)의 촬영기구(20)는 한쌍의 확대렌즈(24)와 한쌍의 촬상소자(22)로 이루어지게 된다.The photographing
여기서, 각각의 확대렌즈(24)와 촬상소자(22)는 한쌍의 기준용 평행광 다발(2)에 대응하여 하나의 촬상소자(22)에 한쌍의 감광이미지가 촬영되게 된다.Here, each of the
상기와 같이 구성되는 본 발명의 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 이용한 변위측정 방법은 다음의 단계를 거쳐 이루어지게 된다.Displacement measuring method using the center position providing system of the optical axis using the parallel light of the present invention configured as described above is made through the following steps.
먼저, 정해진 위치에 평행광 발생기(10)를 정해진 높이로 고정시키고, 측정대상물(1)의 표면 상에 촬영기구(20)를 정해진 높이로 고정시킨 후, 평행광 발생기(10)로부터 방출되는 기준용 평행광 다발(2)의 경로 상에 촬영기구(20)가 위치되도록 한다.First, the
다음으로, 기준용 평행광 다발(2)의 경로를 따라 측정대상물(1)의 표면 상에 설치된 촬영기구(20)를 이동시키면서 기준용 평행광 다발(2)의 감광이미지를 촬영하여 컨트롤러(30)에 입력시키게 된다.Next, the
그리고, 컨트롤러(30)는 이와 같이 입력되는 감광이미지의 위치변동을 분석 하여 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)을 산출함으로써 측정대상물(1)의 진직도 측정, 평탄도 측정, 3차원 정밀측정을 포함하는 계측작업과, 측정대상물(1)에 대한 얼라인먼트(alignment)를 수행하게 된다.In addition, the
여기서, 촬영기구(20)에 의해 촬영된 감광이미지는 다수개의 픽셀로 이루어지는 정해진 크기의 격자면(224)에 배치되어 컨트롤러(30)로 입력되는데, 본 발명의 실시예에 따른 촬영기구(20)는 CCD카메라(222)가 사용되는 촬상소자(22)임에 따라 감광이미지 자체가 촬상소자(22)를 이루는 픽셀로 표현되게 된다.Here, the photosensitive image photographed by the photographing
그리고, 컨트롤러(30)는 격자면(224) 상에서 감광이미지가 배치된 픽셀의 위치값을 평균한 중앙값을 산출하게 되는데, 촬영기구(20)가 측정대상물(1)의 표면을 따라 이동하면서 변동되는 상기의 감광이미지 중앙값의 변동{촬영기구(20)의 규격화된 격자면(224) 중심에 대한 상기 중앙값의 변위, 즉 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)}를 수치로 산출함으로써 측정대상물의 진직도, 평탄도 등을 측정하거나, 얼라인먼트작업 등을 수행하게 된다.In addition, the
여기서, 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치는 기준용 평행광 다발(2)의 광축에 대응하고, 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)은 감광이미지가 촬영되는 촬영기구(20)의 규격화된 격자면(224) 중심과 기준용 평행광 다발(2)의 광축 간 이격거리를 지칭한다.Here, the center position of the reference parallel
이와 같이 감광이미지의 중앙값을 산출하여 중앙값의 변동을 검출하는 것임에 따라, 촬영기구(20)에 의해 촬영한 감광이미지의 화질이 떨어지거나 초점이 흐릴 경우에도 감광이미지의 위치 변동을 정확하게 산출할 수 있게 되어 측정대상 물(1)에 대한 각종 측정의 정확도가 향상될 수 있게 된다. Since the median value of the photosensitive image is calculated as described above to detect the variation of the median value, the positional variation of the photosensitive image can be accurately calculated even when the image quality of the photosensitive image photographed by the photographing
한편, 컨트롤러(30)는 감광이미지가 배치된 각 픽셀의 농도값(촬상소자(22)로서 CCD카메라(222)가 사용될 경우 각 픽셀의 농도값은 일반적으로 0~255의 값을 가지게 됨)을 검출하여 픽셀의 위치값과 픽셀의 농도값을 곱한 값을 모두 더하여 무게평균한 값을 중심위치값으로 산출하고, 산출된 중심위치값의 변동{촬영기구(20)의 규격화된 격자면(224) 중심에 대한 상기 중심위치값의 변위, 즉 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)}을 수치로 산출함으로써 측정대상물의 진직도, 평탄도 등을 측정하거나, 얼라인먼트작업 등을 수행할수도 있는데, 이와 같이 픽셀의 위치값과 농도값을 곱한 값의 무게평균을 중심위치값으로 하여 감광이미지의 위치변동을 산출할 경우 촬상소자(22)의 해상도와 픽셀이 농도를 표현할 수 있는 최대수치를 곱한 갓만큼 측정 정밀도가 더욱 향상되게 된다.On the other hand, the
즉, 예를 들어 촬상소자(22)를 이루는 CCD카메라(222)에서 감광이미지를 촬영하게 되는 격자면(224)을 이루는 CCD의 크기가 가로 10mm, 세로 8mm이고, 촬상소자(22)의 해상도가 가로 640픽셀, 세로 480픽셀이며, 각 픽셀이 0~255범위의 농도를 표현할 경우, 가로방향의 측정단위는 10mm÷(640×256)=0.000058mm=0.058㎛가 되고, 세로방향의 측정단위는 8mm÷(480×256)=0.000065mm=0.065㎛가 된다.That is, for example, the size of the CCD constituting the
이와 같이 촬상소자(22)의 해상도와 촬상소자(22)를 이루는 픽셀의 감도에 대응하여 측정단위가 마이크로미터 이하의 단위로 최소화될 수 있어 측정대상물에 대한 각종 측정작업과 얼라인먼트작업 시 정밀도가 향상되는 것이다.In this way, the measurement unit can be minimized to a micrometer or less unit corresponding to the resolution of the
여기서, 감광이미지에 대한 중심위치값은 다음의 <수식1>로 도출될 수 있다.Here, the central position value for the photosensitive image may be derived from
<수식 1><
(Xc는 X축 방향의 중심위치값이다. Yc는 상기의 <수식1>을 Y축 방향에 적용하여 구할 수 있다.)(Xc is the center position value in the X-axis direction. Yc can be obtained by applying the
그리고, 오목렌즈(242)와 같은 확대렌즈(24)를 촬상소자(22)의 전방에 배치시켜 확대렌즈(24)를 통해 확대된 감광이미지가 촬상소자(22)에 의해 촬영되도록 하면, 확대렌즈(24)의 확대배율만큼 더욱 높은 측정 정밀도를 가지게 되는데, 이와 같이 확대렌즈(24)가 적용된 변위측정 시스템(100)에서의 감광이미지에 대한 중심위치값은 다음의 <수식2>로 도출될 수 있다.Then, when the magnifying
<수식 2><
(Xc는 X축 방향의 중심위치값이며. Xo는 최초에 설정되는 기준 중심위치값이다.)(Xc is the center position value in the X axis direction. Xo is the reference center position value initially set.)
한편, 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법은 도 2의 (a)에서와 같이 서로 일체로 결합된 촬영기구(20)와 변위측정기(60)가 가이드레일(50)에 이동가능하게 고정되어 가이드레일(50)을 따라 이동하면서 감광이미지를 촬영하도록 한다.On the other hand, in the displacement measuring method using parallel light according to an embodiment of the present invention, as shown in (a) of Figure 2 the
이와 같은 가이드레일(50)은 기준용 평행광 다발(2)의 경로와 평행하게 설치되고, 다이얼게이지(62)와 같은 변위측정기(60)는 측정대상물(1) 표면을 측정하는 시점마다 촬영기구(20)의 중앙위치값(A)을 검출하게 된다.The
이와 같이 가이드레일(50)에 고정된 촬영기구(20)를 통한 감광이미지 분석으로부터 산출되는 중심위치값의 변동, 즉 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)과 다이얼게이지(62)와 같은 변위측정기(60)로부터 검출되는 가이드레일(50)에 고정된 촬영기구(20)의 중앙위치값(A)을 서로 더한 값이 기준용 평행광 다발(2)의 광축과 측정대상물(1) 사이 간격, 즉 광축에 대한 측정대상물(1)의 상대적 변위값(C)이 되므로써 진직도의 측정이 이루어지게 되는데, 도 4에는 상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법에서 진직도의 측정 원리가 도시되어 있다.The variation of the center position value calculated from the photosensitive image analysis through the photographing
이와 같은 도 4에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법은 광축에 대한 측정대상물(1)의 상대적 변위값(C)이 촬영기구(20)의 중앙위치값(A)과 기준용 평행광 다발(2)의 중심위치의 변위값(B)의 합으로 산출되도록 하는 것임에 따라, 가이드레일(50)이 경사지거나 휘어져 광축과 평행하지 않더라도 이에 관계없이 진직도의 측정이 정밀하게 이루어지게 되는 것이 다.As shown in FIG. 4, in the displacement measuring method using parallel light according to the embodiment of the present invention, the relative displacement value C of the
즉, 본 발명의 평행광을 이용한 변위측정방법에서는 가이드레일(50)의 진직도와 관계없이 측정대상물(1)에 대한 정밀한 측정이 이루어질 수 있게 된다.That is, in the displacement measuring method using the parallel light of the present invention, it is possible to precisely measure the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템(100)은 광분리기구(70)와 서브 광분리기구(80)가 추가적으로 구비되어 촬영기구(20)에 대한 위치보정이 수행되어 보다 정밀한 측정이 이루어질 수 있도록 한 것이다.On the other hand, the central
즉, 평행광 발생기(10)의 전방에 하프미러(72)와 반사거울(74)로 이루어진 광분리기구(70)가 설치되어 기준용 평행광 다발(2)이 서로 평행한 제1평행광 다발(2a)과 제2평행광 다발(2b)로 분리되도록 하고, 제1평행광 다발(2a)과 제2평행광 다발(2b)의 경로 상에 서로 이격되게 설치되는 하프 미러(82)와 반사거울(84)로 이루어지는 서브 광분리기구(80)가 설치되어 하프미러(82)와 반사거울(84)을 통해 제1평행광 다발(2a)과 제2평행광 다발(2b)은 각각 한쌍의 서브 제1평행광 다발(2c)과 한쌍의 서브 제2평행광 다발(2d)로 분리되어 한쌍의 촬상소자(22)로 이루어진 촬영기구(20)에 입사되어 각각의 촬상소자(22)에 한쌍의 감광이미지가 촬영되도록 한다.That is, the first parallel light bundle in which the
여기서, 도 6의 (b)에서와 같이 각 촬상소자(22)에 촬영된 한쌍의 감광이미지 사이 회전각를 검출함으로써, 광축에 대한 촬상소자(22)의 회전각을 검출할 수 있게 된다. 또한, 도 6의 (c)에서와 같이 한쌍의 촬상소자(22) 간 감광이미지의 높 이편차를 검출함으로써 광축에 대한 촬상소자(22)의 기울기를 검출할 수 있게 된다.Here, by detecting the rotation angle between the pair of photosensitive images captured by each
상기와 같이 검출되는 촬상소자(22)의 광축에 대한 촬상소자(22) 자체의 중심위치와 기울기에 대한 정보를 정밀하게 제공함으로써 보다 정확하고 정밀한 측정이 이루어질 수 있게 되는 것이다.More precise and accurate measurement can be made by precisely providing information on the center position and the tilt of the
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템 및 변위측정방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the center position providing system and the displacement measuring method of the optical axis using the parallel light according to the embodiment of the present invention has been shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described for example and the technical spirit of the present invention Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the scope of the invention.
도 1의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 보여주기 위한 도면;1 (a) and (b) are views for showing a center position providing system of an optical axis using parallel light according to the present invention;
도 2의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 보여주기 위한 도면;2 (a) and 2 (b) are diagrams for showing a system for providing a central position of an optical axis using parallel light according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템을 보여주기 위한 도면;3 is a view showing a center position providing system of an optical axis using parallel light according to another embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 평행광을 이용한 변위측정방법을 보여주기 위한 도면;4 is a view for showing a displacement measuring method using parallel light according to the present invention;
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템으로부터 촬영된 감광이미지의 위치변동을 보여주기 위한 도면;5 (a) to (c) is a view for showing the positional variation of the photosensitive image photographed from the system for providing the central position of the optical axis using parallel light according to an embodiment of the present invention;
도 6의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평행광을 이용한 광축의 중심위치 제공 시스템으로부터 촬영된 감광이미지의 위치변동을 보여주기 위한 도면이다.6 (a) to (c) is a view for showing the positional variation of the photosensitive image photographed from the system for providing the central position of the optical axis using parallel light according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 측정대상물 2 : 기준용 평행광 다발1: measuring object 2: parallel light bundle for reference
10 : 평행광 발생기 12 : 레이저 발생기10: parallel light generator 12: laser generator
20 : 촬영기구 22 : 촬상소자20: photographing mechanism 22: imaging device
222 : CCD카메라 224 : 격자면222: CCD camera 224: lattice plane
24 : 확대렌즈 242 : 오목렌즈24: magnifying lens 242: concave lens
26 : 반투명막 28 : 볼록렌즈26: translucent film 28: convex lens
30 : 컨트롤러 40 : 이동용 지지기구30
50 : 가이드레일 60 : 변위측정기50: guide rail 60: displacement measuring instrument
62 : 다이얼게이지 70 : 광분리기구62: dial gauge 70: optical separation mechanism
72 : 하프미러 74 : 반사거울72: half mirror 74: reflection mirror
80 : 서브 광분리기구 82 : 하프미러80: sub optical separation mechanism 82: half mirror
84 : 반사거울 100 : 변위측정 시스템84: reflection mirror 100: displacement measurement system
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