KR101415005B1 - 대상물 3차원 검사 장치 - Google Patents

대상물 3차원 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 격자무늬광을 출력하는 광출력 유닛; 상기 제1 격자무늬광을 반사하여 대상물을 향해 입사시키고 상기 제1 격자무늬광에 의해 상기 대상물에서 반사되어 진행하는 제2 격자무늬광을 다시 반사하는 폐루프형의 반사면을 구비하는 반사 유닛; 상기 폐루프형의 반사면에서 반사된 상기 대상물의 전둘레 영역에 대한 상기 제2 격자무늬광을 수광하여 간섭무늬광을 생성하고, 상기 간섭무늬광을 수광하여 상기 간섭무늬광에 관한 화상 정보를 생성하는 하나의 결상 유닛; 및 상기 화상 정보를 수신하여, 상기 대상물의 형상에 대한 3차원 정보를 생성하는 프로세싱 유닛을 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치를 제공한다.

Description

대상물 3차원 검사 장치{3-DIMENTIONAL APPARATUS FOR INSPECTING OBJECT}
본 발명은, 대상물의 형상에 대한 3차원 정보를 이용하여 대상물을 검사하기 위한, 3차원 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 대상물에 대한 3차원 정보를 획득하기 위한 방법으로서, 레이저 또는 모아레 간섭계 등을 활용하는 방식이 널리 이용되고 있다. 이중 모아레 간섭계를 이용하는 3차원 검사 장치는, 한국공개특허공보 제1997-0007797호(1998. 03.30.공개)에 개시된 것과 같이, 피측정 대상물에 격자무늬 형태의 광을 조사하고, 대상물의 표면에서 변형되는 격자무늬 광에 의한 모아레 무늬의 형상을 카메라로 획득하도록 구성된다.
이러한 3차원 검사 장치는 대체로 대상물의 일측면을 향해서만 격자무늬광을 조사하도록 구성된다. 이에 따라, 대상물의 일측면에 대해서만 3차원 정보를 획득할 수 있을 뿐, 대상물의 타측면에 대한 3차원 정보를 획득하기 어려워, 대상물의 전둘레 영역에 대한 3차원 정보를 획득하기가 곤란하다.
더불어 전자제품 등에 사용되는 정밀 체결요소의 경우, 최근 IT 전자제품의 고품질화 트렌드에 따라, 종래의 2차원 머신 비전을 이용한 결함 검출은 물론, 3차원 검사를 통해 그 라운딩 부위의 굴곡도 또는 깊이 정보와 같은 3차원 정보까지 획득하고자 하는 수요가 증가하고 있다. 이러한 정밀 체결요소는 통상 원통형의 3차원 입체 형상을 가지고 있는 바, 종래의 3차원 검사 장치로는 대상물의 전둘레 영역에 대한 3차원 정보를 획득하는데 한계가 있다.
본 발명의 목적은, 대상물의 전둘레 영역에 대한 3차원 정보를 간편하게 획득할 수 있게 하는, 대상물 3차원 검사 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 대상물 3차원 검사 장치는, 제1 격자무늬광을 출력하는 광출력 유닛; 상기 제1 격자무늬광을 반사하여 대상물을 향해 입사시키고 상기 제1 격자무늬광에 의해 상기 대상물에서 반사되어 진행하는 제2 격자무늬광을 다시 반사하는 폐루프형의 반사면을 구비하는 반사 유닛; 상기 폐루프형의 반사면에서 반사된 상기 대상물의 전둘레 영역에 대한 상기 제2 격자무늬광을 수광하여 간섭무늬광을 생성하고, 상기 간섭무늬광을 수광하여 상기 간섭무늬광에 관한 화상 정보를 생성하는 하나의 결상 유닛; 및 상기 화상 정보를 수신하여, 상기 대상물의 형상에 대한 3차원 정보를 생성하는 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반사 유닛은, 상기 결상 유닛 측으로 갈수록 단면적이 넓어지게 형성되는 광 투과성의 몸체; 및 상기 몸체의 측면을 이루는 상기 반사면을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 결상 유닛은, 상기 제2 격자무늬광을 수광하며, 복수의 격자를 갖는 기준격자필터; 및 상기 기준격자필터에서 상기 제2 격자무늬광이 상기 복수의 격자와 간섭되어 생성되는 상기 간섭무늬광을 수광하는 카메라를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광출력 유닛은, 광원; 및 상기 광원으로부터 출력된 광을 수광하여 상기 제1 격자무늬광을 생성하는 복수의 격자를 갖는 투영격자필터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 격자는, 상호 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
여기서, 상기 광출력 유닛은, 상기 격자를 이동시키기 위한 구동부; 및 상기 구동부를 제어하여 상기 격자를 설정된 위치에 위치시키기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 격자가 설정된 간격으로 이동하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 설정된 간격은, 상기 복수의 격자 사이의 간격의 1/4일 수 있다.
여기서, 상기 결상 유닛은, 상기 격자가 상기 설정된 간격으로 이동할 때마다 각각 상기 간섭무늬광을 수광하여, 상기 설정된 간격에 대한 상기 간섭무늬광의 개별 화상 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 프로세싱 유닛은, 상기 결상 유닛으로부터 수신된 상기 개별 화상 정보를 조합하여, 상기 대상물의 형상에 대한 3차원 정보를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 결상 유닛은, 상기 기준격자필터의 격자를 이동시키기 위한 구동부; 및 상기 구동부를 제어하여 상기 기준격자필터의 격자를 설정된 위치에 위치시키기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반사 유닛은, 상기 결상 유닛 측으로 벌어지게 형성되는 중공체; 및 상기 중공체의 내주면을 이루는 상기 반사면을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 대상물 3차원 검사 장치에 의하면, 폐루프형의 반사면이 제1 격자무늬광 및 제2 격자무늬광을 반사하도록 구성되므로, 하나의 결상 유닛으로도 대상물의 전둘레 영역에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라, 대상물의 전둘레 영역에 대한 3차원 정보를 획득하기 위하여 별도로 대상물을 회전시키거나 또는 결상 유닛을 회전시키기 위한 구성 등이 필요 없어 3차원 검사를 위한 구성을 간소화할 수 있다.
이와 함께, 하나의 결상 유닛을 통해 대상물의 전둘레 영역에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있어, 검사 소요 시간이 단축되며 검사 과정도 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 3차원 검사 장치(100)의 평면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 대상물 3차원 검사 장치(100)의 단면도이다.
도 4는 도 1의 대상물 3차원 검사 장치(100)의 개념적인 작동도이다.
도 5는 도 1의 대상물 3차원 검사 장치(100)의 카메라(161)를 통해 획득되는 이미지를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 점선 영역을 확대하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대상물 3차원 검사 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상물 3차원 검사 장치(100)의 평면도이다.
본 도면을 참조하면, 대상물 3차원 검사 장치(100)는, 공급 유닛(110), 이송 유닛(120), 대상물 감지 유닛(130), 반사 유닛(140), 광출력 유닛(150), 결상 유닛(160), 프로세싱 유닛(170), 형상 측정 유닛(180), 및 배출 유닛(190)을 포함할 수 있다.
공급 유닛(110)은 공급부(111) 및 정렬부(113)를 포함할 수 있다. 공급부(111)는 호퍼(hopper) 형태로 형성되며, 측정할 대상물(N)을 시간당 일정 양만큼 정렬부(113)에 공급한다. 여기서, 대상물(N)은 너트, 볼트, 또는 팬너트와 같은 나사류를 포함할 수 있다.
정렬부(113)는 서로 모여져 있는 대상물(N)을 겹치지 않게 낱개 단위로 분리하고 일정한 자세로 정렬시킨다. 구성적인 측면에 있어서, 정렬부(113)는 볼(bowl) 피더(115), 직선 피더(117), 및 스페이서(119)를 포함할 수 있다.
볼 피더(115)는 대상물(N)이 모여져 있는 상태에서 진동에 의하여 상호 분리되면서 특정 방향을 따라 안내되도록 구성된다. 볼 피더(115)는 대상물(N)을 이송하는 중에 가이드의 형상에 의하여 대상물(N)이 특정 자세를 갖도록 유도하거나 특정된 자세를 갖지 않는 대상물(N)을 탈락시킨다. 종류에 있어서 볼 피더(115)는 계단형, 원추형, 원통형, 접시형, 단종형 등 알려져 있는 다양한 타입으로 형성될 수 있다.
볼 피더(115)에 의해 일정 자세로 공급된 대상물(N)은 직선 피더(117)에 의해 일렬로 이송 유닛(120)에 정렬될 수 있도록 준비된다. 직선 피더(117)는 대상물(N)을 자중에 의해 자연적으로 이송되도록 하여 먼저 진행된 대상물(N)에 밀착시킨다. 공급 속도를 증대시키고 상호 간의 간격을 일정하게 유지하기 위해, 직선 피더(117)에는 공압 노즐과 같은 푸셔(pusher)가 구비될 수 있다. 직선 피더(117)의 끝단에는 한꺼번에 대상물(N)이 복수 개가 공급되는 것(잼)을 방지하기 위한 기계적 또는 전자적 장치가 구비될 수 있다. 그러한 잼 방지 장치로는 스프링에 의해 젖혀질 수 있는 암(arm) 또는 게이트(gate)나 롤러(roller) 등을 채택할 수 있다.
스페이서(119)는 직선 피더(117)에 의해 이송 유닛(120)에 놓여진 대상물(N)이 이송 유닛(120) 상에서 일정한 위치에 놓여 지도록 안내한다. 이송 유닛(120)에 놓여진 대상물(N)은 관성 또는 흔들림에 의해 설정된 위치에서 벗어나 있을 수 있다. 이를 맞추기 위해, 스페이서(119)는 대상물(N)과 접촉하여 대상물(N)을 이송 유닛(120)의 반경방향으로 이동할 수 있게 구성된다.
도 1에는 이송 유닛(120)의 상면에 대상물(N)이 '놓여 지는' 방식으로서 정렬부(113)도 그에 적용될 수 있는 일 예를 보인 것이나, 정렬을 위한 메커니즘은 대상물(N)에 따라 다양한 형태가 될 수 있다. 그러한 예로서, 정렬부(113)는 대상물(N)이 끼워지는 홈이 일정한 간격으로 외주 측면에 형성된 원형판을 포함할 수 있다.
이송 유닛(120)은 일정한 회전 속도를 갖는 원형의 회전판(121)을 구비할 수 있다. 대상물(N)은 회전판(121)에 놓여지게 되며, 이송 유닛(120)은 대상물(N)을 이송하는 동안 단계적으로 측정(검사)을 받도록 하고 측정이 마쳐진 후 배출되도록 한다. 회전판(121)의 구동을 위하여 회동부 및 속도 제어를 위한 감속 장치 등이 포함될 수 있다. 회전판(121)은 대상물(N)을 상면에 배치하고 회전판(121)의 저면에서도 측정이 가능하도록 투명 글라스 형태로 형성될 수 있다. 이외에도 회전판(121)은 외주의 측면에 대상물(N)이 끼워질 수 있는 홈이 일정 간격으로 형성된 타입으로 형성될 수도 있다.
대상물 감지 유닛(130)은 이송 유닛(120)에 옮겨진 대상물(N)을 감지한다. 대상물 감지 유닛(130)은 대상물(N)이 대상물 감지 유닛(130)을 지나쳐서 검사 영역으로 향하는지 감지하여 위치 및 대상물(N) 간의 간격에 관한 정보를 데이터 처리부에 전송한다. 대상물(N)의 감지를 위하여 광센서, 근접센서 등이 사용될 수 있다. 이외에도 대상물 감지 유닛(130)은 엔코더 형태로 구현될 수 있다.
반사 유닛(140), 광출력 유닛(150), 결상 유닛(160), 및 프로세싱 유닛(170)은 대상물(N)이 검사 영역 내에 왔을 때 대상물(N)의 표면에 대한 3차원 정보를 얻을 수 있게 구성된다. 얻어진 정보는 프로세싱 유닛(170, 도 2 참조)에 의해 대상물(N)에 대한 3차원 정보를 생성하는데 활용된다. 반사 유닛(140), 광출력 유닛(150), 결상 유닛(160), 및 프로세싱 유닛(170)의 상세한 구성 및 작동 방식에 대하여는 도 2 내지 도 6을 참조하여 후술한다.
다시 도 1을 참조하면, 형상 측정 유닛(180)은 대상물(N)의 헤드 규격, 바디의 직경, 바디의 길이 등 다양한 크기적 요소를 측정할 수 있게 구성된다. 형상 측정 유닛(180)은 대상물(N)의 일측에 배치되는 백라이트와, 백라이트의 반대쪽에 배치되는 촬영기를 갖춤으로써 대상물(N)의 실루엣을 검사할 수 있게 구성될 수 있다.
배출 유닛(190)은 검사가 완료되었거나 재검사가 필요한(측정되지 않은) 대상물(N)을 분류하여 배출시킨다. 배출 유닛(190)은 적어도 하나의 양품 배출부(191, 192), 불량품 배출부(193), 및 재검사품 배출부(194)를 포함할 수 있다. 정확한 배출을 위하여 배출 유닛(190)은 공압으로 대상물(N)을 이동시키는 공압 노즐을 포함할 수 있다.
이외에도 대상물 3차원 검사 장치(100)는 각 전자 부품들을 제어하거나 감지 또는 측정된 결과를 받는 데이터 처리부와, 검사 상태를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 데이터 처리부는 양품과 불량품, 및 재검사품을 구별하기 위한 알고리즘이 포함된 소프트웨어를 내장하고, 또한 사용자의 조작 또는 알림을 용이하게 하기 위한 시각적 사용자 인터페이스(graphic user interface: GUI)를 갖출 수 있다. 이하에서는, 상술한 대상물 3차원 검사 장치(100)의 반사 유닛(140), 광출력 유닛(150), 결상 유닛(160), 및 프로세싱 유닛(170)의 전체적인 구성에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2 및 도 3은 도 1의 대상물 3차원 검사 장치(100)의 단면도이다. 본 실시예에서, 대상물은 팬너트(N)일 수 있다. 팬너트(N)는 헤드부(NH) 및 몸체부(NB)를 가질 수 있다. 여기서, 몸체부(NB)는 중공부(NC)를 가질 수 있으며, 중공부(NC)의 내주면(NI)에는 나사산(NT)이 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 대상물 3차원 검사 장치(100)는 이송 유닛(120), 반사 유닛(140), 광출력 유닛(150), 결상 유닛(160), 및 프로세싱 유닛(170)을 포함할 수 있다.
이송 유닛(120)은 팬너트(N)를 이송하는 요소이다. 이송 유닛(120)은 회전판(121)을 포함할 수 있다. 여기서, 팬너트(N)는 그 헤드부(NH)가 회전판(121)에 놓여진 상태로 이송될 수 있다.
반사 유닛(140)은 후술하는 제1 격자무늬광(L1) 및 제2 격자무늬광(L2)을 반사시키기 위한 요소이다. 반사 유닛(140)은 광출력 유닛(150)과 대상물(N)의 사이에 배치될 수 있다. 반사 유닛(140)은 콘렌즈(141)를 포함할 수 있다.
콘렌즈(141)는 몸체(143), 및 반사면(145)을 포함할 수 있다. 몸체(143)는 결상 유닛(160) 측으로 갈수록 단면적이 넓어지게 형성될 수 있다. 반사면(145)은 몸체(143)의 측면을 이룰 수 있다. 또한, 반사면(145)은 제1 격자무늬광(L1) 및 제2 격자무늬광(L2)을 반사시킬 수 있도록, 결상 유닛(160)의 촬영축(X)과 경사지게 배치될 수 있다. 본 실시예에서 반사 유닛(140)은 유리 등의 매질로 구성되는 콘렌즈(141)로 이루어질 수 있으나, 이외에도 반사 유닛(140)은 중공형의 콘미러로 이루어질 수도 있다. 여기서, 콘미러는 결상 유닛(160) 측으로 벌어지게 형성되는 중공체와, 중공체의 내주면에 제1 격자무늬광(L1) 및 제2 격자무늬광(L2)을 반사시킬 수 있도록 결상 유닛(160)의 촬영축(X)과 경사지게 배치되는 반사면을 포함할 수 있다.
광출력 유닛(150)은 제1 격자무늬광(L1)을 출력하는 요소이다. 광출력 유닛(150)은 광원(151), 반사체(152), 및 투영격자필터(153)를 포함할 수 있다. 여기서, 반사체(152)는 광원(151)으로부터 출력된 광을 팬너트(N)의 중공부(NC)를 향해 반사시킬 수 있도록, 그 내부에 하프 미러(152a)를 포함할 수 있다. 투영격자필터(153)는 광원으로부터 광을 수광하여 줄무늬 형태의 제1 격자무늬광(L1)을 생성한다. 광출력 유닛(150)에 대해서는 도 4를 참조하여 구체적으로 후술한다.
도 3을 참조하면, 결상 유닛(160)은 팬너트(N)를 촬영하는 요소이다. 결상 유닛(160)은 콘렌즈(141)의 반사면(145)에서 반사되는 제2 격자무늬광(L2)을 수광하여 간섭무늬광(L3)을 생성하고, 이 간섭무늬광(L3)을 수광하여 간섭무늬광(L3)에 관한 화상 정보를 생성할 수 있다. 결상 유닛(160)에 대해서는 도 4를 참조하여 구체적으로 후술한다.
프로세싱 유닛(170)은 팬너트(N)에 대한 3차원 정보를 생성하는 요소이다. 이를 위해, 프로세싱 유닛(170)은 결상 유닛(160)으로부터 간섭무늬광(L3)에 대한 복수의 개별 화상 정보를 수신할 수 있다.
이하에서는, 상술한 대상물 3차원 검사 장치(100)의 작동 방식에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 팬너트(N)는 이송 유닛(120)에 의해 검사 영역 내에 진입할 수 있다. 팬너트(N)가 검사 영역에 진입하면, 이송 유닛(120)은 회전을 멈추고 팬너트(N)가 검사 영역 내에 정위치하도록 할 수 있다. 팬너트(N)가 검사 영역 내에 위치하면, 투영격자필터(153)는 광원(151)으로부터 광을 수광하여 복수의 줄무늬광으로 이루어지는 제1 격자무늬광(L1)을 생성하고, 이 제1 격자무늬광(L1)은 반사체(152)의 하프 미러(152a)에서 반사되어 콘렌즈(141)의 상측면을 향해 입사될 수 있다. 이러한 제1 격자무늬광(L1)은 콘렌즈(141)의 반사면(145)에서 반사되어 팬너트(N)의 내주면(NI)을 향해 입사되고, 팬너트(N)의 내주면(NI)에서 나사산(NT)의 굴곡 형태에 따라 변형될 수 있다. 여기서, 이와 같이 변형된 제1 격자무늬광(L1)은 제2 격자무늬광(L2)이라 칭할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제2 격자무늬광(L2)은 콘렌즈(141)의 반사면(145)에서 재반사되어 결상 유닛(160)으로 입사될 수 있다. 결상 유닛(160)으로 입사된 제2 격자무늬광(L2)은 간섭 현상에 의해 모아레 무늬와 같은 간섭무늬광(L3)으로 변형되고, 결상 유닛(160)은 이 간섭무늬광(L3)을 촬영하여 간섭무늬광(L3)에 관한 화상 정보를 생성할 수 있다. 이러한 화상 정보는 프로세싱 유닛(170)으로 송신되며, 프로세싱 유닛(170)은 이러한 화상 정보로부터 팬너트(N)의 나사산(NT)에 대한 깊이 정보 또는 굴곡도와 같은 3차원 정보를 생성할 수 있다.
상술한 구성에 의하면, 제1 격자무늬광(L1)을 팬너트(N)의 내주면(NI) 전둘레 영역에 맺히게 할 수 있다. 따라서, 제1 격자무늬광(L1)을 내주면(NI) 전둘레 영역에 맺히게 하기 위하여, 제1 격자무늬광(L1)을 팬너트(N)의 여러 방향에서 복수회 조사할 필요가 없어 검사 시간을 단축할 수 있음은 물론 그 검사를 위한 구성도 간소화할 수 있다. 또한, 내주면(NI)의 전둘레 영역에 관한 형상 정보를 가진 제2 격자무늬광(L2)이 콘렌즈(141)를 통해 하나의 결상 유닛(160)으로 입사될 수 있어, 결상 유닛(160)의 갯수 및 검사 소요 시간을 단축할 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 구체적으로 후술한다.
결상 유닛(160)이 팬너트(N) 내주면(NI)의 일정한 위치에서 반사되는 제2 격자무늬광(L2)을 수광하면, 이후 광출력 유닛(150)은 제1 격자무늬광(L1)을 가변시킬 수 있도록 구성될 수 있는 바, 이에 대해서는 도 6을 참조하여 구체적으로 후술한다.
이상에서는, 팬너트(N)를 대상물의 예시로 하여 대상물 3차원 검사 장치(100)를 설명하였으나, 여기서 대상물(N)은 볼트형 체결요소일 수도 있다. 이 경우, 제1 격자무늬광(L1)은 콘렌즈(141)에서 반사되어 볼트의 외주면에 형성된 나사산(NT)에 입사될 수 있고, 나사산(NT)에서 반사된 제2 격자무늬광(L2)은 다시 콘렌즈(141)의 반사면(145)에서 반사되어 결상 유닛(160)으로 입사될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 대상물 3차원 검사 장치(100)는 볼트의 외주면에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
도 4는 도 1의 대상물 3차원 검사 장치(100)의 개념적인 작동도이다.
본 도면을 참조하면, 광출력 유닛(150)은 광원(151), 반사체(152), 투영격자필터(153), 격자이동모듈(154), 집광렌즈(155), 및 투영렌즈(156)를 포함할 수 있다.
광원(151)은 광을 출력하는 요소이다. 광원(151)은 백색 조명원 등으로 구성될 수 있다. 투영격자필터(153)는 제1 격자무늬광(L1)을 생성하기 위한 요소이다. 투영격자필터(153)는 상호 등간격으로 이격된 직선 형태의 복수의 격자(153a)를 포함할 수 있다. 격자이동모듈(154)은 투영격자필터(153)를 이동시켜 격자(153a)의 위치를 가변시키기 위한 요소이다. 격자이동모듈(154)은 격자(153a)를 가변시키기 위한 구동부(154a)와, 구동부(154a)를 제어하여 격자(153a)를 설정된 위치에 위치시키기 위한 제어부(154b)를 구비할 수 있다.
결상 유닛(160)은 카메라(161), 기준격자필터(162), 결상렌즈(163), 및 릴레이렌즈(164)를 포함할 수 있다. 카메라(161)는 제2 격자무늬광(L2)에 의해 생성되는 간섭무늬광(L3)을 촬영하는 요소이다. 기준격자필터(162)는 제2 격자무늬광(L2)을 수광하여 간섭무늬광(L3)을 생성하기 위한 요소이다. 이를 위해, 기준격자필터(162)는 상호 동일한 간격으로 이격된 직선 형태의 복수의 격자(162a)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 격자(153a,162a)는 론끼-룰링(Ronchi-Rulling) 격자로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 상술한 대상물 3차원 검사 장치(100)의 작동 방식을 설명한다.
광원(151)에서 출력된 광은 집광렌즈(155)를 거치면서 투영격자필터(153)에 상대적으로 균일하게 입사된다. 투영격자필터(153)는 상술한 복수의 격자(153a)를 가지므로, 투영격자필터(153)를 거친 광은 상호 동일한 간격으로 이격된 복수의 줄무늬 형태의 제1 격자무늬광(L1)으로 변형된다. 이러한 제1 격자무늬광(L1)은 투영렌즈(156)를 거치면서 그 줄무늬의 명암이 보다 뚜렷해질 수 있다. 이러한 제1 격자무늬광(L1)은 반사 유닛으로 입사되고, 이후 팬너트(N)의 내주면(NI)을 향해 입사되어 내주면(NI)의 형상에 따라 변형될 수 있다. 이러한 변형된 제1 격자무늬광(L1)은 제2 격자무늬광(L2)이라 칭할 수 있다.
이후, 팬너트(N)에서 반사되는 제2 격자무늬광(L2)은 다시 반사 유닛(140)에서 반사되어 결상 유닛(160)으로 입사된다. 여기서, 제2 격자무늬광(L2)은 결상렌즈(163)를 거쳐 기준격자필터(162)에 결상되고, 기준격자필터(162)의 복수의 격자(162a)와 간섭되어 간섭무늬광(L3)으로 변형될 수 있다. 구체적으로, 기준격자필터(162)의 직선 형태의 복수의 격자(162a)는 상호 등간격으로 이격되어 배치될 수 있고, 제2 격자무늬광(L2)은 이들과 간섭되면서 모아레 무늬 형태의 간섭무늬광(L3)으로 변형될 수 있다. 여기서, 제2 격자무늬광(L2)은 상술한 것과 같이 내주면(NI)의 형상에 대한 정보를 포함하고 있으므로, 간섭무늬광(L3)도 내주면(NI)의 형상에 관한 정보를 포함하게 된다. 이에 대한 보다 구체적인 내용은 한국공개특허공보 제1997-0007797호(1998. 03.30.공개)를 참조할 수 있다.
이러한 간섭무늬광(L3)은 이후 릴레이렌즈(164)를 거쳐 카메라(161)에 결상될 수 있다. 카메라(161)는 간섭무늬광(L3)을 촬영하여 간섭무늬광(L3)에 관한 이미지를 획득할 수 있다. 여기서, 이러한 간섭무늬광(L3)에 관한 이미지는 간섭무늬광(L3)에 관한 화상 정보라 칭할 수 있다. 이러한 화상 정보는 프로세싱 유닛(170)으로 송신되며, 프로세싱 유닛(170)은 이에 기초하여 내주면(NI)의 형상에 대한 3차원 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 3차원 정보는 나사산(NT)의 깊이 정보 또는 굴곡도와 같이 2차원 이미지 만으로는 획득할 수 없는 정보를 의미한다. 이하에서는, 상술한 구성을 통해 카메라(161)에서 획득되는 이미지를 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 도 1의 대상물 3차원 검사 장치(100)의 카메라(161)를 통해 획득되는 이미지를 도시한 도면이다.
본 도면을 참조하면, 카메라(161)에 의해 획득되는 이미지에는 나선형태의 나사산(NT)과, 등고선 형태의 모아레 무늬인 간섭무늬광(L3)이 나타날 수 있다. 간섭무늬광(L3)은 대체로 원형으로 이루어진 팬너트(N)의 내주면(NI) 형상에 대응하여, 대략 동심을 이루는 복수의 원의 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 간섭무늬광(L3)은 나사산(NT)의 형상에 따라 조금씩 변형된 형상을 가질 수 있다. 또한, 간섭무늬광(L3)은 상호 동일한 간격으로 이격된 복수의 원형 광으로 이루어질 수 있다. 이러한 간섭무늬광(L3)의 형태는 투영격자필터(153) 및 기준격자필터(162)의 복수의 격자(153a,162a)가 각각 상호 동일한 간격으로 이격되어 배치되고, 이들간에 모아레 간섭 현상이 발생함으로써 생성되는 것이라 할 수 있다. 이에 대해서는 한국공개특허공보 제1997-0007797호, 및 최정표, "3차원 형상측정을 위한 영사식 무아레 방법에 관한 연구", 전북대학교, 2002.를 참조할 수 있다.
여기서, 간섭무늬광(L3)은 상술한 것과 같이 내주면(NI)의 형상에 관한 정보를 포함하고 있으므로, 이러한 간섭무늬광(L3)의 해석을 통해 내주면(NI)에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다. 이러한 간섭무늬광(L3)의 해석은 프로세싱 유닛(170)에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 해석 방법으로써, 연속적인 간섭무늬광(L3)의 중심을 추종하는 프린지 추적(fringe contouing) 기법, 또는 쿠자윈스카(Kujawinska)에 의해 제안된 기법, 기타 소프트웨어적인 처리를 통해 해석하는 기법 등이 알려져 있다. 프로세싱 유닛(170)은 이러한 기법 등을 통해 내주면(NI)에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
이러한 간섭무늬광(L3)은 가변되도록 제어될 수 있는 바, 이하에서는 도 6을 참조하여 팬너트(N)의 내주면(NI) 검사 과정을 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 5의 점선 영역(A)을 확대하여 도시한 도면이다.
본 도면[및 도 4]을 참조하면, 간섭무늬광(L3)은 상술한 것과 같이 상호 동일한 간격으로 이격된 복수의 줄무늬광으로 이루어질 수 있다. 여기서, 간섭무늬광(L3) 사이의 간격은 제1 간격(P1)일 수 있다. 이러한 간섭무늬광(L3)이 팬너트(N)의 내주면(NI)에서 제1 위치(S1)에 입사되면, 카메라(161)는 제1 위치(S1)에 대한 간섭무늬광(L3)을 수광하여 개별 화상 정보를 생성한다.
제1 위치(S1)에 대한 촬영이 종료되면, 간섭무늬광(L3)은 제2 위치(S2)로 이동할 수 있다. 여기서, 제2 위치(S2)는 제1 간격(P1)의 1/4에 해당하는 간격일 수 있고, 이러한 간격은 제2 간격(P2)이라 칭할 수 있다. 이러한 간섭무늬광(L3)의 이동은 제어부(154b)가 격자(153a)를 설정된 간격으로 이동하도록 제어함으로써 이루어질 수 있다. 구체적으로, 제어부(154b)는 격자(153a)를 복수의 격자(153a) 사이의 간격의 1/4에 대응하는 거리만큼 이동시킴으로써 간섭무늬광(L3)을 제2 위치(S2)로 이동시킬 수 있다. 이와 같이 간섭무늬광(L3)이 제2 위치(S2)로 이동하면, 카메라(161)는 제2 위치(S2)에 대한 간섭무늬광(L3)을 수광하여 이에 대한 또 다른 개별 화상 정보를 생성한다.
이러한 간섭무늬광(L3)의 이동은 제2 위치(S2)에서 제3 위치(S3)로, 또한 제3 위치(S3)에서 제4 위치(S4)까지 각각 제2 간격(P2)만큼 반복될 수 있다. 이와 같이 간섭무늬광(L3)이 이동할 때마다 카메라(161)는 각각의 위치에 대한 간섭무늬광(L3)을 수광함으로써 총 4개의 간섭무늬광(L3)에 대한 개별 화상 정보를 획득할 수 있다. 이러한 4개의 개별 화상 정보는 프로세싱 유닛(170)에 의해 조합됨으로써, 팬너트(N)의 내주면(NI)에 대한 보다 정확한 3차원 정보를 획득할 수 있다.
이상에서는, 투영격자필터(153)를 이동시키기 위한 구성을 중심으로 설명하였으나, 대상물 3차원 검사 장치는 기준격자필터(162)를 이동시키도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 결상 유닛(160)은 기준격자필터(162)의 격자(162a)를 이동시키기 위한 구동부와, 이 구동부를 제어하여 기준격자필터(162)의 격자(162a)를 설정된 위치에 위치시키기 위한 제어부를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 대상물 3차원 검사 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
100: 대상물 3차원 검사 장치
110: 공급 유닛
120: 이송 유닛
130: 대상물 감지 유닛
140: 반사 유닛
150: 광출력 유닛
160: 결상 유닛
170: 프로세싱 유닛
180: 형상 측정 유닛
190: 배출 유닛

Claims (12)

  1. 제1 격자무늬광을 출력하는 광출력 유닛;
    상기 제1 격자무늬광을 반사하여 대상물을 향해 입사시키고 상기 제1 격자무늬광에 의해 상기 대상물에서 반사되어 진행하는 제2 격자무늬광을 다시 반사하는 폐루프형의 반사면을 구비하는 반사 유닛;
    상기 폐루프형의 반사면에서 반사된 상기 대상물의 전둘레 영역에 대한 상기 제2 격자무늬광을 수광하여 간섭무늬광을 생성하고, 상기 간섭무늬광을 수광하여 상기 간섭무늬광에 관한 화상 정보를 생성하는 하나의 결상 유닛; 및
    상기 화상 정보를 수신하여, 상기 대상물의 형상에 대한 3차원 정보를 생성하는 프로세싱 유닛을 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 유닛은,
    상기 결상 유닛 측으로 갈수록 단면적이 넓어지게 형성되는 광 투과성의 몸체; 및
    상기 몸체의 측면을 이루는 상기 반사면을 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 결상 유닛은,
    상기 제2 격자무늬광을 수광하며, 복수의 격자를 갖는 기준격자필터; 및
    상기 기준격자필터에서 상기 제2 격자무늬광이 상기 복수의 격자와 간섭되어 생성되는 상기 간섭무늬광을 수광하는 카메라를 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광출력 유닛은,
    광원; 및
    상기 광원으로부터 출력된 광을 수광하여 상기 제1 격자무늬광을 생성하는 복수의 격자를 갖는 투영격자필터를 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 격자는,
    상호 동일한 간격으로 이격되어 배치되는, 대상물 3차원 검사 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광출력 유닛은,
    상기 격자를 이동시키기 위한 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하여 상기 격자를 설정된 위치에 위치시키기 위한 제어부를 더 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 격자가 설정된 간격으로 이동하도록 상기 구동부를 제어하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 설정된 간격은,
    상기 복수의 격자 사이의 간격의 1/4인, 대상물 3차원 검사 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 결상 유닛은,
    상기 격자가 상기 설정된 간격으로 이동할 때마다 각각 상기 간섭무늬광을 수광하여, 상기 설정된 간격에 대한 상기 간섭무늬광의 개별 화상 정보를 생성하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은,
    상기 결상 유닛으로부터 수신된 상기 개별 화상 정보를 조합하여, 상기 대상물의 형상에 대한 3차원 정보를 생성하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 결상 유닛은,
    상기 기준격자필터의 격자를 이동시키기 위한 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하여 상기 기준격자필터의 격자를 설정된 위치에 위치시키기 위한 제어부를 더 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 반사 유닛은,
    상기 결상 유닛 측으로 벌어지게 형성되는 중공체; 및
    상기 중공체의 내주면을 이루는 상기 반사면을 포함하는, 대상물 3차원 검사 장치.
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