KR101757240B1 - 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법 - Google Patents

3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101757240B1
KR101757240B1 KR1020150123925A KR20150123925A KR101757240B1 KR 101757240 B1 KR101757240 B1 KR 101757240B1 KR 1020150123925 A KR1020150123925 A KR 1020150123925A KR 20150123925 A KR20150123925 A KR 20150123925A KR 101757240 B1 KR101757240 B1 KR 101757240B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
calculating
image
dimensional shape
interval
Prior art date
Application number
KR1020150123925A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170027892A (ko
Inventor
박찬화
신나라
최경진
Original Assignee
주식회사 미르기술
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 미르기술 filed Critical 주식회사 미르기술
Priority to KR1020150123925A priority Critical patent/KR101757240B1/ko
Publication of KR20170027892A publication Critical patent/KR20170027892A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101757240B1 publication Critical patent/KR101757240B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2531—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object using several gratings, projected with variable angle of incidence on the object, and one detection device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image
    • G06T2207/10012—Stereo images

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법에 관한 것으로서, 복수의 프로젝터를 이용해 검사대상물에 패턴 조명을 조사한 후 반사되는 패턴 이미지를 이용하여 상기 검사대상물의 3차원 형상을 측정하는 3차원 형상 측정 장치에 의해 수행되는 기준패턴 생성 방법에 있어서, 상기 프로젝터에 의해 등간격의 패턴을 갖는 패턴 조명을 상기 검사 대상물에 조사되면, 카메라를 통해 촬영된 패턴 이미지를 획득하는 단계; 상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계; 상기 패턴 강도 프로파일에서 적어도 하나 이상의 제로 크로싱 포인트를 추출하고, 상기 제로 크로싱 포인트 사이의 포인트 간격을 계산하여 포인트 간격 데이터를 산출하는 단계; 및 상기 포인트 간격 데이터를 이용하여 상기 패턴에 대한 간격 변화량을 산출하고, 상기 간격 변화량을 역으로 상기 패턴에 적용하여 부등간격을 갖는 기준패턴을 생성하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 프로젝터의 장착 각도 또는 방향 등에 상관없이 비등간격의 패턴 조명이 조사된 영역에 대해 카메라의 시야각 촬영 범위에서 등간격의 패턴 이미지를 획득할 수 있고, 프로젝터와의 검사 대상물간의 거리에 따라 패턴 조명의 패턴간 간격이 넓어지거나 좁아지는 현상이 최소화됨으로써 3차원 형상 측정시 높이값에 대한 오차가 거의 없거나 최소화될 수 있어 3차원 형상의 측정 정확도를 높일 수 있다.

Description

3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법{Method for generating reference pattern of 3D shape measuring device}
본 발명은 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검사 대상물에 조사되는 패턴 조명의 기준 패턴을 비등간격으로 생성하여 패턴 조명이 조사되는 각도 또는 방향에 상관없이 등간격의 패턴 이미지를 획득할 수 있는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법에 관한 것이다.
정보통신의 급속한 발전으로 휴대전화, 노트북, 스마트폰, 태블릿 PC와 같은 전자기기를 더욱 소형화, 경량화, 고기능화시키는 기술이 요구되고 있다. 이러한 기술의 요구를 실현하기 위해서는 전자기기에 탑재되는 전자부품의 소형화, 고집적화뿐만 아니라 이에 대해 대응 실장설비, 운용기술, 검사기술, 불량수리기술 등 양품을 생산할 수 있는 고집적화에 대한 전반적인 인프라의 구축과 실장 요소 기술이 필요하게 되었다.
그 중에서, 비전 검사는 고속으로 이동하는 칩의 외관을 카메라를 이용하여 촬영한 이미지를 분석하여 제품의 외관에 불량이 있는지를 판단한다. 일반적으로 비전 검사는 10~20msec의 짧은 시간 내에 영상을 획득하고 분석하고 있다. 비전 검사 시간이 지연되는 경우, 전체 부품 생산 시간이 지연되므로 생산성이 저하된다. 따라서, 빠른 시간 내에 정확하게 제품의 외관 불량 여부를 판단하는 비전 검사 기술이 요구되고 있다.
이러한 비전 검사 장치는 통상 검사대상 쪽으로 광을 조명하기 위한 조명기구와, 조명을 받은 검사대상을 촬영하기 위한 카메라와, 카메라를 통해 촬영된 화면을 표준화면과 비교하여 검사대상의 제조 불량 내지 양호 상태를 판별하는 판별수단을 구비한다.
조명기구와 카메라의 경우 통상 검사대상물의 맞은편에 배치되어 검사대상물 쪽으로 광을 조사하고 조명된 검사대상물을 촬영하게 되며, 판별수단은 카메라에서 촬영된 화면을 출력하고 이를 정상 상태를 나타내고 있는 표준화면과 비교 연산하여 검사대상물이 바른 상태로 제조되었는가를 판별하게 된다.
검사대상물을 정확하게 검사하기 위해서는 검사대상물의 3차원 형상 특히 높이를 정확하게 측정하는 것이 중요하다.
검사대상물의 3차원 측정방법으로는 간섭계를 이용한 방식, 레이저 방식, 모아레 방식 등 다양한 방식이 있는데, 모아레 방식은 넓은 면적에서 물체의 높이를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.
모아레를 이용한 3차원 형상 측정 기술은 그림자식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 방식과 투영식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 방식을 사용하고 있다. 그 중 투영식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 방식은 대상물의 표면 형상을 정밀하게 측정하기 위하여 위상 천이 방법으로 모아레 형상을 측정한다.
즉, 위상 천이 투영식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 기술은 1/4 주기씩 격자를 위상 이동하면서 대상물의 형상을 측정하기 때문에 1주기 동안 4회의 영상을 촬영한다. 이때, 서로 다른 주기의 격자를 이용할 경우에는 큰 주기의 격자에서 4회 영상 촬영을 수행하고, 작은 주기의 격자에서 4회 영상을 촬영해야 하므로 격자무늬 조명을 조사하는 하나의 프로젝터당 총 8회의 영상을 촬영해야 한다.
선행 기술 자료로서, 한국공개특허 제10-2007-0115067호의 광학식 검사 방법은 정반사면의 정반사도를 낮춘 영상과 주변의 격자면이 잘 보이는 영상을 각각 획득하여 두 영상을 합성한 촬영 영상을 기준 영상과 촬영 영상을 비교하여 검사 대상의 결함 유무를 판단함으로써 정확한 영상 획득을 할 수 있도록 한다.
또한, 한국등록특허 제10-0663323호의 3차원 형상 측정 장치 및 그를 이용한 3차원 형상 측정 방법은 피사체로부터 반사되어 카메라를 통해 획득되는 격자 무늬로부터 변형 격자 데이터를 획득한 후 기저장된 기준 격자 데이터와 합성하여 모아레 무늬를 획득함으로써 모아레 무늬를 해석하여 3차원 형상을 해석한다.
이와 같은 선행 기술의 기준 영상 또는 기준 격자 데이터에서 사용하고 하는 격자 무늬의 기준 패턴에 대한 강도 프로파일을 측정하면 공간 주파수들을 가지는 사인파들(sinusoids) 성분들로 분리하여 시각정보를 분석할 수 있다.
격자 무늬의 공간 주파수(Spatial frequency)는 시각도당 격자무늬의 주기 횟수로서, 1주기는 밝은 라인 선분과 어두운 라인 선분이 한 번씩 있는 것이다. 따서, 가는 막대 선분일수록 더 높은 공간 주파수와 관련이 있고, 공간 주파수는 격자 무늬와 프로젝터 사이의 거리에 따라 달라진다.
도 1은 종래의 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 기술에서의 패턴 이미지에 대한 강도 프로파일을 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 기술은 기준 패턴 이미지로부터 픽셀 단위로 영상 강도를 측정하기 위해 강도 프로파일을 산출할 수 있고, 주기가 일정한 사인파 형태의 등간격을 가지는 기준 패턴을 사용한다.
종래의 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 기술은 특정 각도로 장착된 프로젝터에서 등간격의 기준 패턴을 투사할 경우에, 검사 대상물의 표면에 부등간격의 패턴이 생성된다. 즉, 프로젝터에 가까운 위치에 있는 검사 대상물의 표면에는 패턴의 주기 또는 피치(Pitch)가 좁고, 프로젝터와 멀리 떨어져 있는 위치의 검사 대상물이 표면에는 패턴 피치가 넓기 때문에 프로젝터와의 거리에 따라 패턴 피치가 서로 다른 부등간격의 패턴이 생성되는 것이다.
따라서, 종래의 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 기술은 검사 대상물의 3차원 형상 측정시 프로젝터와 검사 대상물의 거리에 따라 높이값에서 오차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 사인파 형태의 기준 패턴에 대한 패턴간 간격을 계산하기 위해서는 제로 크로싱 포인트 사이의 거리, 즉 픽셀 수를 측정해야 하지만, 패턴 이미지에 존재하는 노이즈로 인해 정확한 제로 크로싱 포인트를 찾기 어렵다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2007-0115067호 " 광학식 검사 방법 " 한국등록특허 제10-0663323호 " 3차원 형상 측정 장치 및 그를 이용한 3차원 형상 측정 방법 "
본 발명은 3차원 형상 측정을 위해 검사 대상물에 조사되는 패턴 조명의 기준 패턴을 비등간격으로 생성함으로써 패턴 조명이 조사되는 각도 또는 방향에 상관없이 비등간격의 패턴 조명이 조사된 영역에 대해 카메라의 시야각 범위에서 촬영된 패턴 이미지가 등간격의 패턴을 갖도록 하는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법을 제공한다.
실시예들 중에서, 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법은, 복수의 프로젝터를 이용해 검사대상물에 패턴 조명을 조사한 후 반사되는 패턴 이미지를 이용하여 상기 검사대상물의 3차원 형상을 측정하는 3차원 형상 측정 장치에 의해 수행되는 기준패턴 생성 방법에 있어서, 상기 프로젝터에 의해 등간격의 패턴을 갖는 패턴 조명을 상기 검사 대상물에 조사되면, 카메라를 통해 촬영된 패턴 이미지를 획득하는 단계; 상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계; 상기 패턴 강도 프로파일에서 적어도 하나 이상의 제로 크로싱 포인트를 추출하고, 상기 제로 크로싱 포인트 사이의 포인트 간격을 계산하여 포인트 간격 데이터를 산출하는 단계; 및 상기 포인트 간격 데이터를 이용하여 상기 패턴에 대한 간격 변화량을 산출하고, 상기 간격 변화량을 역으로 상기 패턴에 적용하여 부등간격을 갖는 기준패턴을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴 이미지는 제1 위상값을 갖는 적어도 하나 이상의 제1 패턴 이미지와 제2 위상값을 갖는 적어도 하나 이상의 제2 패턴 이미지를 포함하고, 상기 제1 패턴 이미지는 수평 패턴을 가지고, 상기 제2 패턴 이미지는 수직 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계는, 상기 제1 패턴 이미지를 기초로 하여 하기한 수학식 1을 적용하여 노이즈가 제거된 패턴 강도 프로파일(I')을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계는, 상기 제1 패턴 이미지의 기설정된 영역에 대해 예상된 강도(Projected Intensity)를 이용하여 노이즈가 제거된 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 포인트 간격 데이터를 이용하여 상기 패턴에 대한 간격 변화량을 산출하고, 상기 간격 변화량을 역으로 상기 패턴에 적용하여 부등간격을 갖는 기준패턴을 생성하는 단계는, 상기 간격 변화량을 상기 포인트 간격 데이터에 대해 선형 근사식 또는 2차 근사식을 구성하여 구하고, 상기 선형 근사식 또는 2차 근사식의 역함수를 구하여 부등간격을 갖는 기준 패턴을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법은 패턴 조명의 기준 패턴을 비등간격으로 생성함으로써 프로젝터의 장착 각도 또는 방향 등에 상관없이 비등간격의 패턴 조명이 조사된 영역에 대해 카메라의 시야각 촬영 범위에서 등간격의 패턴 이미지를 획득할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 프로젝터와의 검사 대상물간의 거리에 따라 패턴 조명의 패턴간 간격이 넓어지거나 좁아지는 현상이 최소화됨으로써 3차원 형상 측정시 높이값에 대한 오차가 거의 없거나 최소화될 수 있어 3차원 형상의 측정 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 장치의 패턴 이미지에 대한 강도 프로파일을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 구성을 설명하는 정면도이이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법을 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 4의 패턴 이미지 중 프로젝션된 패턴 이미지를 설명하는 도면이ㄷ다.
도 6은 도 5의 패턴 이미지에 대해 노이즈가 제거된 변형된 패턴 강도 프로파일을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 패턴 이미지에 대해 프로젝션 기법을 이용한 패턴 강도 프로파일을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 4의 패턴 강도 프로파일에서 추출한 포인트 간격 데이터를 설명하는 도면이다.
도 9는 도 8의 포인트 간격 데이터에 대한 근사식을 구성한 상태를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 구성을 설명하는 정면도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 3차원 형상 측정 장치(100)는, 스테이지(110), 복수의 조명(도시되지 않음), LED 구동부(120), 수직 카메라(130), 복수의 프로젝터(140), 프로젝터 구동부(145), 그래버(150), 영상 처리부(160) 및 인터페이스부(170)를 포함한다.
스테이지(110)는 검사 대상물을 지지하고, 영상 처리부(160)의 제어에 따라 이동하면서 검사 대상물을 검사 위치로 이송시킨다.
조명은 검사 대상물에 R, G, B의 컬러조명 또는 백색 조명을 위한 복수 개의 LED가 미리 설정된 방식으로 배치된다. 이러한 조명은 2개, 3개 또는 6개 등의 다양한 개수와 형태의 조명을 포함할 수 있다.
LED 구동부(120)는 조명 제어 신호에 따라 조명 또는 복수의 프로젝터(140)의 LED를 일정 시간 점등시키거나, 인터페이스부(170)를 통해 영상 처리부(160)에서 제공되는 각 LED의 점등 밝기 값에 따라 각 LED의 점등 밝기를 조절한다.
수직 카메라(130)는 스테이지(110)의 상부에 설치되어 검사 대상물의 이미지를 촬영하여 영상 신호를 출력한다. 이러한 수직 카메라(130)는 컬러 조명을 점등한 상태에서의 2차원 이미지를 획득하기 위한 카메라이며, 촬영된 컬러 이미지를 이용하여 2차원 검사를 수행한다. 여기서, 컬러 이미지는 3차원 데이터에 대한 텍스쳐링을 통해 3차원 이미지를 형상화하는데 사용된다.
또한, 수직 카메라(130)는 프로젝터(140)에 의해 수직 패턴 또는 수평 패턴의 조명 패턴이 조사되는 상태에서 패턴 이미지를 획득하고, 획득한 패턴 이미지를 이용하여 검사대상물의 3차원 형상을 산출하는 3차원 검사를 수행한다.
프로젝터(140)는 디지털 방식으로 비전 검사의 목적에 맞는 조명 패턴에 대한 조명 패턴 데이터를 로딩하여 검사 대상물에 특정한 조명 패턴을 투사할 수 있고, 영상 처리부(160)를 통해 소프트웨어적으로 패턴 주기 및 방향을 설정할 수 있다. 프로젝터(140)는 수직 패턴 또는 수평 패턴을 검사 대상물의 표면에 조사하는 3D 광학계로서 패턴의 주기는 영상 처리부(160)에서 제공받은 패턴 데이터에 따라 결정될 수 있다.
이러한 프로젝터(140)는 수직 카메라(130)의 주위에 상호 대향되게 복수 개가 배치된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 프로젝터(141) 및 제3 프로젝터(133)는 수직카메라(130)의 좌우측에 서로 대향되도록 설치되고, 제2 프로젝터(142) 및 제4 프로젝터(144)는 수직 카메라(130)의 상하측에 서로 대향되도록 설치된다. 제1 내지 제4 프로젝터(141, 142, 143, 1144)는 수직 카메라(130)를 중심으로 동일한 동심원 상에 배치될 수 있다.
프로젝터 구동부(145)는 영상 처리부(160)의 트리거 신호가 전송되면 조명 제어 신호에 따라 프로젝터(140)를 동작시키고, 조명 제어 신호와 동기화하여 수직 카메라(130)가 이미지를 촬상하기 위한 이미지 획득 신호를 발생하여 그래버(150)에 전송한다. 또한, 프로젝터 구동부(145)는 디지털 방식으로 비전 검사의 목적에 맞는 패턴에 대한 패턴 데이터를 로딩하여 저장하고 있다.
그래버(150)는 이미지 획득 신호에 따라 수직 카메라(130)의 촬영을 지시하고, 수직 카메라(130)의 연결 라인을 통해 전송되는 패턴 이미지에 대한 영상 신호를 디지털 신호로 변환하여 디지털 영상 신호를 영상 처리부(160)로 전송한다.
영상 처리부(160)는 그래버(150)에서 전송되는 디지털 영상 신호를 영상 처리하여 출력한다. 또한, 영상 처리부(160)는 스테이지(110), 조명, LED 구동부(120), 수직 카메라(130), 프로젝터(140) 및 그래버(150)의 동작을 전체적으로 제어한다.
그리고, 영상 처리부(160)는 수직 카메라(130)에서 촬영된 영상 신호들을 이용하여 검사 대상물의 검사 이미지 또는 검사 결과 데이터를 디스플레이 수단(도시되지 않음)으로 출력할 수 있고, 디스플레이 수단에 출력된 검사 이미지 또는 검사 결과 데이터를 통해 검사 대상물의 형상을 확인하거나 불량 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 영상 처리부(160)는 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 네트워크 접속이 가능한 통신 기기일 수 있으며, 3차원 형상 측정 장치에 관련한 알고리즘을 내장하여 영상 처리 및 비전 검사 등을 수행할 수 있는 단말로서, 그 종류에 제한이 없다.
인터페이스부(170)는 영상 처리부(160)에서 발생되는 트리거 신호를 전송받아 프로젝터 구동부(145)에 전송한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법을 설명하는 순서도이고, 도 5는 도 4의 패턴 이미지 중 프로젝션된 패턴 이미지를 설명하는 도면이며, 도 6은 도 5의 패턴 이미지에 대해 노이즈가 제거된 변형된 패턴 강도 프로파일을 설명하는 도면이고, 도 7은 도 5의 패턴 이미지에 대해 프로젝션 기법을 이용한 패턴 강도 프로파일을 설명하는 도면이다. 그리고, 도 8은 도 4의 패턴 강도 프로파일에서 추출한 포인트 간격 데이터를 설명하는 도면이고, 도 9는 도 8의 포인트 간격 데이터에 대한 근사식을 구성한 상태를 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법은 3차원 형상 측정 장치(100)에 의해 수행되는 것으로서, 영상 처리부(160)의 제어에 따라 기준 패턴 생성 기능들이 실행되는 애플리케이션 형태로 제공되어 필요에 따라 세부 기능들이 업데이트될 수 있다.
프로젝터(140)는 영상 처리부(160)의 제어에 따라 등간격의 패턴을 갖는 패턴 조명을 검사 대상물에 조사하고, 수직 카메라(130)는 검사 대상물을 촬영한 패턴 이미지를 영상 처리부(160)로 전송한다.(S1 및 S2) 이때, 패턴 이미지는 제1 위상값(π)을 갖는 적어도 하나 이상의 제1 패턴 이미지와 제2 위상값(π/2)을 갖는 적어도 하나 이상의 제2 패턴 이미지를 포함한다. 제1 패턴 이미지는 수평 패턴을 갖는 2장의 이미지이고, 제2 패턴 이미지는 수직 패턴을 갖는 4장의 이미지(I_1, I_2, I_3, I_4)이다.
영상 처리부(160)는 2장의 제1 패턴 이미지 또는 4장의 제2 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 명확히 계산할 수 있는 패턴 강도 프로파일(Intensity Profile)을 산출한다.(S3) 여기서, 패턴 강도 프로파일은 패턴의 주기를 피치(Pitch)로 하고, 픽셀 단위로 강도를 추출한다.
영상 처리부(160)는 도 6에 도시된 바와 같이 수평 패턴을 갖는 패턴 이미지를 이용하여 하기한 수학식 1을 적용하면 노이즈(E1, E3)가 제거된 패턴 강도 프로파일(I')을 산출하는데, I'은 In과 일치하는 특성을 가진다.
Figure 112015085153170-pat00001
수학식 1에서, n은 1이면 m은 3 또는 n이 2이면 m은 4이다.
한편, 영상 처리부(160)는 도 7에 도시된 바와 같이 패턴 이미지에 대한 원래의 이미지 특성을 유지하면서 노이즈가 제거된 패턴 강도 프로파일을 추출하기 위해 패턴 이미지의 기설정된 영역에 대한 예상된 강도(Projected Intensity)를 이용할 수 있다.
영상 처리부(160)는 도 8에 도시된 바와 같이 패턴 강도 프로파일에서 적어도 하나 이상의 제로 크로싱 포인트를 추출하고, 제로 크로싱 포인트 사이의 포인트 간격을 계산하여 포인트 간격 데이터를 산출한다.(S4) 포인트 간격 데이터에는 포인트 간격(픽셀 수)와 제로 크로싱 포인트 번호를 포함한다.
영상 처리부(160)는 포인트 간격 데이터를 이용하여 패턴에 대한 간격 변화량을 산출하고, 간격 변화량을 역으로 패턴에 적용하여 부등간격을 갖는 기준패턴을 생성한다.(S5 및 S6)
즉, 영상 처리부(160)는 도 9에 도시된 바와 같이 포인트 간격 데이터에 대해 선형 근사식 또는 2차 근사식을 구성하여 간격 변화량을 구하고, 선형 근사식 또는 2차 근사식의 역함수를 구하여 부등간격을 갖는 기준 패턴을 생성한다.
복수 개의 프로젝터(140)는 수직 카메라(130)를 중심으로 동일한 동심원 상에 배치되도록 특정 각도로 장착되어 있기 때문에, 등간격의 기준 패턴을 갖는 패턴 조명을 조사할 경우에 프로젝터(140)와 가까울수록 패턴 피치가 좁아지고, 멀수록 패턴 피치가 넓어지는 특성이 있다.
이러한 특성을 이용하여, 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법은 기준 패턴을 비등간격으로 생성하여 프로젝터(140)의 패턴 조명에 적용함으로써 카메라의 FOV(Field of View) 범위에서의 등간격을 갖는 패턴 이미지를 획득할 수 있다.
즉, 기준 패턴은 프로젝터와 가까울수록 패턴 피치가 좁아지는 특성을 역으로 이용하여 패턴 피치가 넓어지도록 기준 패턴에 적용하고, 프로젝터와 멀어질수록 패턴 피치가 넓어지는 특성을 역으로 히용하여 패턴 피치가 좁아지도록 기준 패턴에 적용한다. 따라서, 부등간격을 갖는 기준 패턴 조명이 검사 대상물에 조사되는 경우에, 수직 카메라(130)에서 촬영된 패턴 이미지는 등간격의 패턴 이미지가 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 스테이지 120 : LED 구동부
130 : 수직 카메라 140 : 복수의 프로젝터
145 : 프로젝터 구동부 150 : 그래버
160 : 영상 처리부 170 : 인터페이스부

Claims (5)

  1. 복수의 프로젝터를 이용해 검사대상물에 패턴 조명을 조사한 후 반사되는 패턴 이미지를 이용하여 상기 검사대상물의 3차원 형상을 측정하는 3차원 형상 측정 장치에 의해 수행되는 기준패턴 생성 방법에 있어서,
    상기 프로젝터에 의해 등간격의 패턴을 갖는 패턴 조명을 상기 검사 대상물에 조사되면, 카메라를 통해 촬영된 패턴 이미지를 획득하는 단계;
    상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계;
    상기 패턴 강도 프로파일에서 적어도 하나 이상의 제로 크로싱 포인트를 추출하고, 상기 제로 크로싱 포인트 사이의 포인트 간격을 계산하여 포인트 간격 데이터를 산출하는 단계; 및
    상기 포인트 간격 데이터를 이용하여 상기 패턴에 대한 간격 변화량을 산출하고, 상기 간격 변화량을 역으로 상기 패턴에 적용하여 부등간격을 갖는 기준패턴을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 이미지는 제1 위상값을 갖는 적어도 하나 이상의 제1 패턴 이미지와 제2 위상값을 갖는 적어도 하나 이상의 제2 패턴 이미지를 포함하고,
    상기 제1 패턴 이미지는 수평 패턴을 가지고, 상기 제2 패턴 이미지는 수직 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계는,
    상기 제1 패턴 이미지를 기초로 하여 하기한 수학식 1을 적용하여 노이즈가 제거된 패턴 강도 프로파일(I')을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법.
    수학식 1.
    Figure 112017014441039-pat00002

    여기서, n은 1이면 m은 3 또는 n이 2이면 m은 4임
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 패턴 이미지를 이용하여 패턴의 주기를 계산하기 위한 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계는,
    상기 제1 패턴 이미지의 기설정된 영역에 대해 예상된 강도(Projected Intensity)를 이용하여 노이즈가 제거된 패턴 강도 프로파일을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포인트 간격 데이터를 이용하여 상기 패턴에 대한 간격 변화량을 산출하고, 상기 간격 변화량을 역으로 상기 패턴에 적용하여 부등간격을 갖는 기준패턴을 생성하는 단계는
    상기 간격 변화량을 상기 포인트 간격 데이터에 대해 선형 근사식 또는 2차 근사식을 구성하여 구하고, 상기 선형 근사식 또는 2차 근사식의 역함수를 구하여 부등간격을 갖는 기준 패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 장치에서의 기준패턴 생성 방법.
KR1020150123925A 2015-09-02 2015-09-02 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법 KR101757240B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150123925A KR101757240B1 (ko) 2015-09-02 2015-09-02 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150123925A KR101757240B1 (ko) 2015-09-02 2015-09-02 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170027892A KR20170027892A (ko) 2017-03-13
KR101757240B1 true KR101757240B1 (ko) 2017-07-13

Family

ID=58411965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150123925A KR101757240B1 (ko) 2015-09-02 2015-09-02 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101757240B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200046789A (ko) 2018-10-25 2020-05-07 (주)에스아이에스 이동하는 물체의 3차원 데이터를 생성하는 방법 및 장치

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190025793A (ko) * 2017-09-01 2019-03-12 (주)비에스텍 비접촉 3차원 측정기를 위한 3차원 통합 광학측정 시스템 및 3차원 통합 광학측정 방법
KR102306848B1 (ko) * 2019-12-27 2021-09-29 (주) 인텍플러스 배터리 외관 검사장치
KR102366954B1 (ko) * 2020-04-20 2022-02-28 한국표준과학연구원 편향측정법을 이용한 자유곡면 3차원 형상측정시스템 및 형상측정방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100663323B1 (ko) 2005-11-07 2007-01-02 (주) 인텍플러스 3차원 형상 측정 장치 및 그를 이용한 3차원 형상 측정방법
JP2012211905A (ja) 2012-04-27 2012-11-01 Omron Corp 三次元形状計測装置、プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び三次元形状計測方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100862637B1 (ko) 2006-05-30 2008-10-09 (주) 인텍플러스 광학식 검사 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100663323B1 (ko) 2005-11-07 2007-01-02 (주) 인텍플러스 3차원 형상 측정 장치 및 그를 이용한 3차원 형상 측정방법
JP2012211905A (ja) 2012-04-27 2012-11-01 Omron Corp 三次元形状計測装置、プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、及び三次元形状計測方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200046789A (ko) 2018-10-25 2020-05-07 (주)에스아이에스 이동하는 물체의 3차원 데이터를 생성하는 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170027892A (ko) 2017-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI414749B (zh) 表面輪廓測量設備
CN101943572B (zh) 检测测量目标的方法
KR101705762B1 (ko) 3차원 형상 측정 장치의 틸트 교정 방법
CN105783784B (zh) 检查装置及检查装置的控制方法
KR101583659B1 (ko) 3차원 형상 측정 장치
KR101628158B1 (ko) 3차원 형상 측정 장치
KR101757240B1 (ko) 3차원 형상 측정 장치에서의 기준 패턴 생성 방법
EP2685208A2 (en) Vision testing device using multigrid pattern
US10648789B2 (en) Method for monitoring linear dimensions of three-dimensional objects
CN104335030A (zh) 基板的异物检测方法
JP5612969B2 (ja) 外観検査装置及び外観検査方法
JP6791631B2 (ja) 画像生成方法及び検査装置
JP5385703B2 (ja) 検査装置、検査方法および検査プログラム
KR101766468B1 (ko) 트리플 주파수 패턴을 이용한 3차원 형상 측정 방법
CN105372259A (zh) 测量装置、基板检查装置以及其控制方法
US10841561B2 (en) Apparatus and method for three-dimensional inspection
JP5566707B2 (ja) 外観検査装置及び外観検査方法
US10330609B2 (en) Method and apparatus of inspecting a substrate with a component mounted thereon
JP2018179665A (ja) 検査方法及び検査装置
KR101227110B1 (ko) 검사 장치의 진단 및 측정변수 설정 방법
KR101750883B1 (ko) 비전 검사 시스템의 3차원 형상 측정 방법
KR101017300B1 (ko) 표면형상 측정장치
KR101876391B1 (ko) 단색광 모아레의 다채널 이미지를 이용한 3차원 검사 장치
KR101653649B1 (ko) 균일도 보상 패턴광을 이용한 3차원 형상 측정 방법
TWI583932B (zh) 量測鏡頭光學品質的裝置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
GRNT Written decision to grant