KR102588957B1

KR102588957B1 - 이동형 3차원 정렬 좌표 제공 방법 및 좌표 측정 장치

Info

Publication number: KR102588957B1
Application number: KR1020210023737A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 신상섭; 김종안; 이재용
Original assignee: 한국표준과학연구원; (주)바투잼
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2023-10-13
Also published as: KR20220120075A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는, 케리어에 부착된 물체를 촬상하여 비전 이미지를 생성하는 비전 카메라; 상기 케리어에 부착된 2차원 스케일을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 생성하는 제1 스케일 센서; 및 상기 비전 카메라의 상기 비전 이미지와 상기 제1 스케일 센서의 상기 제1 스케일 이미지를 처리하는 데이터 처리부를 포함한다.

Description

이동형 3차원 정렬 좌표 제공 방법 및 좌표 측정 장치{Moving-type 3D Aligning Coordinate Providing Method And Position Measuring Apparatus}

본 발명은 2차원 절대 좌표 스케일을 사용하여 이동식으로 3차원 정렬 좌표를 제공하는 방법 및 좌표 측정 장치에 관한 것이다.

다양한 정밀 시스템(precision systems) 및 과학 기계(scientific instruments) 에서, 정밀한 위치 측정은 구동 시스템(actuating systems)을 모니터링하고 제어하는 기본 요소이다. 레이저 간섭계와 광학 인코더는 전형적인 위치 센서들이다. 레이저 간섭계는 간섭 무늬를 카운팅하고 서브-분할(sub-dividing)하여 서브-나노미터 해상도를 가지고 위치를 측정한다. 상기 간섭 무늬의 주기는 레이저 광원의 파장에 의하여 결정된다.

광학 인코더는 스케일을 사용한다. 상기 스케일은 균일하고 주기적인 패턴을 가진다. 상기 패턴은 수 내지 수십 마이크로 미터의 피치를 가진다. 상기 광학 인코더는 간섭 무늬 또는 강도 프로파일(intensity profile)을 처리하여 위치 값(position readouts)을 얻는다.

상기 레이저 간섭계는 높은 정밀도를 달성할 수 있다. 그러나, 상기 레이저 간섭계는 잘 제어된 환경 조건(well controlled environmental condition) 및 세심한 정렬(delicate alignment)이 필요하다.

광학인코더 중 증분 위치 측정(incremental position measurement) 방식에서, 위치 값은 초기 위치로부터 상대 변위를 누적하여 얻어진다. 상기 증분 위치 측정은 정밀 스테이지 및 위치 모니터링과 같은 많은 응용 분야에 적용되고 있다.

그러나, 상기 증분 위치 측정은 오직 상대 변위를 측정하고, 절대 위치를 측정하기 위하여 추가적인 센서를 사용한 초기화를 요구한다.

광학인코더 중 절대 위치 측정은 정밀 시스템의 효율성과 강건성(robustness)을 증가시킨다. 왜냐하면, 절대 위치 측정은 초기화를 요구하지 않고, 다양한 돌발 상황(emergency events)을 처리할 수 있다. 상기 절대 위치 측정은 전력 소모가 엄격하게 제어되어야하는 응용분야에서도 장점을 가진다.

광학 인코더는 비용 및 복잡성의 증가없이 구현될 수 있기 때문에, 광학 인코더는 절대 위치 측정에 널리 사용된다.

절대 인코더는 특별히 설계된 스케일을 요구한다. 절대 위치 이진 코드(absolute position binary code; APBC)는 상기 스케일에 인코딩된다. 초기에는, 상기 APBC는 멀티-트랙 코드(multi-track code)를 사용하여 인코딩되었고, 증분형 트랙(incremental track)이 높은 분해능을 위하여 추가되었다. 그러나, 인코더 헤드의 복잡한 구성(complex configuration)과 정렬 문제(alignment issue)는 상기 스케일의 멀티-트랙 구성에 기인하여 불가피하다.

인코더는 선형 운동을 측정하는 선형 인코더(linear encoder)와 회전 운동을 측정하는 로터리 인코더(Rotary encoder)로 구분된다.

따라서, 선형 운동에 따른 절대 위치와 회전 운동에 의한 회전각을 정확한 위치를 동시에 측정하는 새로운 구조의 고정밀 인코더가 요구된다.

본 발명의 발명자는 한국등록특허 (KR 10-2082476 B1)에서 직선 운동 및 회전 운동을 측정하는 절대 위치 측정 방법을 제안하였다. 절대 위치 측정 방법은 두 개의 1차원 절대 위치 이진 코드를 직교하여 매트릭스 형태로 배열된 2차원 절대 위치 스캐일을 사용한다. 1차원 절대 위치 이진 코드는 하나의 이진 상태 표현(one binary state representation)의 위상을 변화시켜 인코딩된다. 상기 2차원 절대 위치 스캐일은 광학적 및 구조적 성질을 사용하여 효율적으로 디코딩될 수 있다. 상기 2차원 절대 위치 스캐일은 2차원적 위치 및 회전각을 정밀하게 디코딩할 수 있다. 상기 2차원 절대 위치 이진 코드의 서브-분할(sub-division)은 절대 위치 인코딩을 위하여 사용되는 상기 이진 상태 표현의 상대 위치를 감지하여 가능하다. 따라서, 상기 절대 위치 인코딩은 서브-분할 과정과 간섭하지 않는다. 따라서, 어떠한 의사-랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)도 상기 절대 위치 코드로 사용될 수 있다.

한국등록특허 (KR 10-2082476 B1)는 정밀 다축 스테이지 시스템의 평면 모션 측정을 위한 절대 X-Y-Θ 위치 센서를 제공하였다. 2차원 위상 인코딩된 이진 스케일 (2D phase-encoded binary scale; 2D PEBS)의 회전된 관심 영역(ROI)의 이미지를 분석하여, 두 개의 분리된 점에서 절대 위치 값을 각각 얻는다. 이 값들을 결합하여, 절대 X-Y-Θ 위치를 계산할 수 있다. X-Y-Θ 위치 센서의 센서 헤드는 보드 레벨 카메라, 발광 다이오드 광원, 이미징 렌즈 및 큐브 빔 스플리터를 사용하여 구성될 수 있다. 2차원 위상 인코딩된 이진 스케일의 전부 또는 일부를 촬상한 스케일 이미지에서 균일한 공간 강도 프로파일을 얻기 위해, 의도적으로 평균화 또는 합산 방향이 선택된다. 또한, 관심 영역들(ROI) 사이의 허용 가능한 오프셋 크기(또는 거리)를 증가시킴으로써 각도 측정에서 더 높은 해상도가 얻을 수 있다.

반도체 기판은 케리어를 반도체 기판과 접합 후 그라인딩과 같은 다양한 공정을 수행한 후 케리어를 제거하여 생성된다.

반도체 패키지는 인쇄회로기판과 같은 케리어와 반도체 소자를 접합할 수 있다. 이러한 경우, 케리어 상에 반도체 소자를 가공 또는 배치하기 위한 정렬이 요구된다.

표면에 소정의 패턴을 형성하는 부품의 경우, 부품은 케리어를 통하여 가공 장치에 공급될 수 있다.

본 발명은 케리어를 사용하여 피가공 물체를 정렬하고 가공하기 위한 물체 정렬 및 가공 방법을 제공한다.

본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 여러 가공기가 협력해서 물체를 가공하는 상황에서 각각의 가공기에서 물체의 가공위치를 정확하게 찾는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 케리어에 2차원 스케일을 부착하여 물체의 위치를 측정하고 처리하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자하는 일 기술적 과제는 케리어에 2차원 스케일을 부착하여 물체의 위치를 측정하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법은, 케리어에 2차원 스케일을 배치하는 단계; 상기 캐리어에 물체를 위치시키고 고정하는 단계; 상기 케리어에 부착된 물체를 비전 카메라로 촬상한 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 측정하는 단계; 상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 측정하는 단계; 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하는 단계; 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))로 변환하는 단계; 상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_L)을 측정하는 단계; 및 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시키고 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하는 단계는:

로 주어지고, C_x는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))의 X축 좌표이고, C_y는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))의 Y축 좌표이고, x는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))의 X축 좌표이고, y는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))의 Y축 좌표일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))로 변환하는 단계는

로 주어지고, 회전각(θ)는 상기 물체의 제1 회전각(ω)에서 상기 2차원스케일의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 뺀 각도로 주어지고, a는 상기 스케일 좌표계에서 기준 위치(P(a,b))의 X축 좌표이고, b는 상기 스케일 좌표계에서 기준 위치(P(a,b))의 Y축 좌표이고, h1x는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))의 X축 좌표이고, h1y는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))의 Y축 좌표일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환하는 단계는:

h1xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 X축 좌표이고, h1ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 Y축 좌표이고, Lx는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 X축 좌표이고, Ly는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 Y축 좌표일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 스케일 센서와 상기 비전 카메라는 설정된 거리와 각도로 고정되고, 상기 제2 스케일 센서와 상기 제1 가공기는 설정된 거리와 각도로 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 가공기와 제3 스케일 카메라는 설정된 거리와 각도로 고정되고, 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제2 가공 위치(H2(h2x, h2y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))로 변환하는 단계; 상기 2차원 스케일을 측정하는 제3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 원점(D(Dx,Dy))을 산출하고 상기 3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제4 회전각(φ_D)을 측정하는 단계; 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))을 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 변환하는 단계; 및 제2 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(D)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 이동시키고 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 변환하는 단계는:

h2xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))의 X축 좌표이고, h2ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))의 Y축 좌표일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는, 케리어에 부착된 물체를 촬상하여 비전 이미지를 생성하는 비전 카메라; 상기 케리어에 부착된 2차원 스케일을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 생성하는 제1 스케일 센서; 및 상기 비전 카메라의 상기 비전 이미지와 상기 제1 스케일 센서의 상기 제1 스케일 이미지를 처리하는 데이터 처리부를 포함한다. 상기 데이터 처리부는 상기 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 산출하고, 상기 데이터 처리부는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 산출하고, 상기 데이터 처리부는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하고, 상기 데이터 처리부는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))로 변환한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))를 제1 가공기에 전송할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법은 케리어에 부착된 2차원 스케일과 물체를 스케일 센서와 비전 카메라로 각각 측정한 후, 다른 처리 장치에서 2차원 스케일만을 측정하여 물체의 위치를 정밀하게 산출하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 2차원 스케일이 부착된 케리어를 이용하여 물체 가공 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 2차원 스케일이 부착된 케리어를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체를 나타내는 평면도이다.
도 4는 케리어에 부착된 2차원 스케일과 물체를 나타내는 평면도이다.
도 5는 케리어에 부착된 2차원 스케일(10)을 촬상하는 제1 스케일 센서의 제1 스케일 이미지 영역과 비전 카메라가 촬상하는 비전 이미지 영역을 나타내는 평면도이다.
도 6은 제1 스케일 센서와 비전 카메라가 장착된 위치 측정 장치를 나타내는 개념도이다.
도 7은 물체를 가공하는 제1 가공기와 제2 스케일 센서를 나타내는 개념도이다.
도 8은 도 7에서 제2 스케일 센서의 제2 스케일 이미지 영역과 제1 가공기의 구동 좌표계를 나타내는 개념도이다.
도 9는 제1 가공기의 구동 좌표계의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시킨 것을 나타내는 평면도이다.
도 10은 물체를 가공하는 제2 가공기와 제3 스케일 센서를 나타내는 개념도이다.
도 11은 도 10에서 제3 스케일 센서의 스케일 이미지 영역과 제2 가공기의 구동 좌표계를 나타내는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일의 2차원 데이터 셀들을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치이진 코드 스케일을 나타내는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 관심 영역을 나타낸다.
도 17은 도 16의 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 공간 주파주 도메인(FX-FY)으로 푸리어 변환한 결과이다.
도 18은 도 17의 제2 예비 관심 영역(ROI2)의 예비 회전 각도(θ)로 회전과 회전된 예비 기준 좌표계(X''-Y'')에서 절단된 제2 관심 영역(ROI2') 및 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 Y'' 축 방향으로 합산한 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 나타낸다.
도 19는 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))의 일부, 이에 대응하는 스케일, 및 이에 대응하는 절대 위치 코드를 각각 표시한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 예비 관심영역, 및 관심 영역을 설명하는 개념도이다.
도 21은 도 20의 제1 관심 영역(ROI1') 및 제1 방향(X'')으로 합산된 제2 방향 강도 프로파일을 나타낸다.
도 22는 도 20의 제3 관심 영역(ROI3') 및 제2 방향(Y'')으로 합산된 제1 방향 강도 프로파일을 나타낸다.
도 23은 2차원 스케일을 나타내는 평면도이다.
도 24는 2차원 스케일 및 2차원 스케일 센서(카메라)를 나타내는 개념도이다.
도 25는 2차원 스케일의 y축을 중심으로 회전한 경우를 나타내는 개념도이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예예 따른 2차원 스케일이 부착된 케리어를 이용하여 물체 가공 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 27은 케리어에 부착된 2차원 스케일(10)을 촬상하는 제1 스케일 센서의 제1 스케일 이미지 영역과 비전 카메라가 촬상하는 비전 이미지 영역을 나타내는 평면도이다.
도 28은 제1 스케일 센서와 비전 카메라가 장착된 위치 측정 장치를 나타내는 개념도이다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법이 적용된 웨이퍼 레벨 패키징 가공 방법을 설명하는 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 물체 처리 방법은 한국등록특허 (KR 10-2082476 B1)는 절대 X-Y-Θ 위치 센서를 사용한다. 한국등록특허 (KR 10-2082476 B1)의 절대 X-Y-Θ 위치 센서는 본 발명의 일부로 포함된다.

물체를 가공하는 경우, 하나의 가공장치에서 필요한 가공이 모두 이뤄질 수 없으면 복수의 가공 장치가 협업해서 필요한 가공을 순차적으로 해야 한다. 이 경우, 가공 장치 각각은 자신의 좌표계에서 물체가 어디에 놓여 있는지를 인식한 후, 이전 가공기가 물체에 가공한 위치를 자신의 좌표계에서 정밀하게 알아야 한다. 그러므로 각각의 가공장치에서는 물체의 위치를 일정하게 유지하는 지그를 사용하거나 비전 카메라나 기타의 측정장치를 추가해서 물체의 위치와 방향을 측정하는 방식을 사용한다. 지그는 널리 사용되는 방법이지만 높은 정밀도가 필요한 경우에는 사용할 수 없다. 비전 카메라나 다른 측정 장치를 부가하는 방법은 고가의 비용이 필요할 뿐만 아니라 경우에 따라서는 구조적으로 적용이 불가능 할 수도 있어서 제한적으로만 사용된다. 따라서, 높은 정밀도를 가지고 쉽게 물체의 위치와 설치 방향(각도)를 인식하고 정렬하는 방법이 필요하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정렬 방법 또는 가공 방법은 케리어에 2차원 스케일 및 물체를 고정 부착한다. 위치 확인 장치는 스케일 센서 및 비전 카메라를 포함한다. 스케일 센서는 케리어에 부착된 2차원 스케일을 촬상하여 스케일 이미지를 분석하여 좌표 및 회전각을 산출한다. 또한, 비전 카메라는 케리어에 부착된 상기 물체를 촬상한 물체 이미지를 분석하여 물체의 기준 위치, 가공 위치, 및 회전각을 산출할 수 있다. 이에 따라, 스케일 좌표계에서 가공 위치가 산출된다. 스케일 좌표계의 가공 위치는 가공기에 제공된다.

케리어에 부착된 물체는 가공기로 이동한다. 가공기는 케리어에 부착된 2차원 스케일만을 촬상하고, 촬상된 스케일 이미지를 분석하여 가공기의 구동 좌표계의 원점과 회전각을 산출한다. 상기 가공기는 위치 확인 장치에서 제공된 스케일 좌표계의 가공 위치를 이용하여 구동 좌표계의 가공 위치를 산출한다. 이에 따라, 가공기는 구동 좌표계의 가공 위치로 이동하여 소정의 가공 공정을 수행할 수 있다. 2차원 스케일은 높은 위치 정밀도 및 회전각 정밀도를 제공하여, 가공기는 정밀한 가공 공정을 수행할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 2차원 스케일이 부착된 케리어를 이용하여 물체 가공 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 물체 가공 방법은, 케리어(20)에 2차원 스케일(10)을 배치하는 단계(S11); 상기 캐리어(20)에 물체(30)를 위치시키고 고정하는 단계(S12); 상기 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 비전 카메라(44)로 촬상한 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체(30)의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 측정하는 단계(S13); 상기 2차원 스케일(10)을 측정하는 제1 스케일 센서(42)로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 측정하는 단계(S14); 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하는 단계(S15); 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))로 변환하는 단계(S16); 상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_L)을 측정하는 단계(S17); 및 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환하는 단계(S18)를 포함한다.

이어서, 상기 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시키고 가공하는 단계(S19)를 더 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예예 따른 2차원 스케일이 부착된 케리어를 나타내는 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체를 나타내는 평면도이다.

도 4는 케리어에 부착된 2차원 스케일과 물체를 나타내는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 케리어(20)에 2차원 스케일(10)을 배치한다(S11). 케리어(20)는 유리, 수지 필름, 인쇄회로 기판, 반도체 기판, 또는 금속판일 수 있다. 상기 케리어(20)는 판형일 수 있으나 다양하게 변형될 수 있다.

2차원 스케일(10)은 2차원 절대 위치 스케일일 수 있다. 상기 2차원 스케일(10)은 상기 케리어의 일면에 부착되고, 2차원 스케일 좌표계(O_S)가 설정될 수 있다. 상기 2차원 스케일 좌표계(O_S)는 서로 직교하는 X축 방향과 Y축 방향을 가질 수 있다. 상기 2차원 스케일 좌표계(O_S)의 원점이 설정될 수 있다. 상기 2차원 스케일(10)은 스케일 베이스판에 크롬과 같은 금속 패턴으로 형성되거나, 레이저 프린터 또는 잉크젯 프린터로 인쇄될 수 있다. 또는, 상기 2차원 스케일(10)은 상기 케리어(20)에 크롬과 같은 금속 패턴으로 직접 형성되거나, 레이저 프린터 또는 잉크젯 프린터로 직접 인쇄될 수 있다.

상기 2차원 스케일(10)은 케리어(20)의 일면에 배치되고, 물체(30)는 케리어(20)의 일면 또는 타면에 배치될 수 있다.

상기 스케일 센서(42)는 상기 2차원 스케일(10)을 촬상하여 위치와 회전 각도를 측정할 수 있다. 2차원 스케일과 그 측정 방법은 후술한다.

도 3을 참조하면, 물체(30)는 2차원 형상 또는 3차원 형상일 수 있다. 상기 물체(30)은 별로 제작되어 상기 케리어에 부착되거나 상기 케리어 상에 직접 제작될 수 있다.

상기 물체(30)는 물체 좌표계(O_T)를 가질 수 있다. 상기 물체 좌표계(O_T)를 기준으로 기준 위치(P), 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y)) 및 제2 가공 위치(H2(h2x,h2y))를 가질 수 있다. 상기 기준 위치(P)는 상기 물체 좌표계(O_T)의 원점과 일치할 수 있다. 예를 들어, 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y)) 및 제2 가공 위치(H2(h2x,h2y))는 레이저에 의하여 드릴링하는 위치일 수 있다. 상기 제1 가공 위치에서 가공 방법은 다양하게 변형될 수 있다. 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y)) 및 제2 가공 위치(H2(h2x,h2y))는 상기 물체(30)를 직접 가공할 위치 또는 상기 물체(30) 상에 추가로 배치되는 물질을 가공할 위치일 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 캐리어(20)에 물체(30)를 위치시키고 고정한다(S12). 상기 물체(30)는 상기 케리어(20)와 기계적 결합, 자기적 결합, 또는 접착층 등에 의하여 고정될 수 있다. 상기 접착층은 UV 경화 수지 또는 열경화 수지일 수 있다. 상기 물체(30)는 상기 케리어(20)에 정렬되어 고정될 수 있다.

상기 스케일 좌표계(O_S)에서, 물체(30)의 위치는 기준 위치(P)의 좌표 (a,b)와 물체(30)의 기울어진 각도인 회전각(θ)에 의하여 정의될 수 있다.

a, b, θ를 측정하기 위하여, 상기 물체(30)를 촬상하는 비전 카메라(44)와 상기 2차원 스케일을 촬상하는 제1 스케일 센서(42)가 사용될 수 있다.

도 5는 케리어에 부착된 2차원 스케일(10)을 촬상하는 제1 스케일 센서의 제1 스케일 이미지 영역과 비전 카메라가 촬상하는 비전 이미지 영역을 나타내는 평면도이다.

도 6은 제1 스케일 센서와 비전 카메라가 장착된 위치 측정 장치를 나타내는 개념도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 위치 측정 장치(40)는, 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 촬상하여 비전 이미지를 생성하는 비전 카메라(44); 상기 케리어(20)에 부착된 2차원 스케일(10)을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 생성하는 제1 스케일 센서(42); 및 상기 비전 카메라(44)의 상기 비전 이미지와 상기 제1 스케일 센서(42)의 상기 제1 스케일 이미지를 처리하는 데이터 처리부(46)를 포함한다.

상기 데이터 처리부(46)는 상기 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 산출한다. 상기 데이터 처리부(46)는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 산출한다. 상기 데이터 처리부(46)는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환한다. 상기 데이터 처리부(46)는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))로 변환한다.

상기 데이터 처리부(46)는 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))를 제1 가공기(140)에 전송한다.

물체(30)와 2차원 스케일(10)은 케리어(20)에서 서로 이격되어 고정된다(S12). 상기 케리어(20)는 작업 테이블(6) 상에 배치된다. 상기 제1 스케일 센서(42)는 카메라일 수 있다. 상기 비전 카메라(44)는 상기 물체(30)를 촬상하여 비전 이미지를 제공할 수 있다. 상기 제1 스케일 센서(42)는 상기 2차원 스케일(10)을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 제공할 수 있다. 상기 제1 스케일 센서(42)와 상기 비전 카메라(44)는 하나의 지지부(45)에 고정되어 있고 서로의 거리와 각도는 소정의 값으로 설정될 수 있다. 비전 카메라(44)의 비전 이미지 및 상기 제1 스케일 센서(42)의 제1 스케일 이미지는 데이터 처리부(46)에 제공되어 처리된다.

상기 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 비전 카메라로 촬상한 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 측정한다(S13). 상기 비전 이미지는 비전 좌표계(O_V)를 제공할 수 있다. 상기 비전 이미지는 신호 처리되어 물체(30)의 기준 위치(P(x,y))를 제공할 수 있다. 또한, 상기 비전 이미지는 신호 처리되어 물체의 제1 회전각(ω)을 제공할 수 있다. 제1 회전각(ω)은 비전 좌표계의 X축에서 물체의 기준 선의 회전 각도일 수 있다.

상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 측정한다(S14).

상기 제1 스케일 이미지는 회전한 2차원 스케일(20)을 촬상한 이미지일 수 있다. 상기 제1 스케일 이미지는 신호 처리를 통하여 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)를 산출할 수 있다.

상기 제1 스케일 센서(42)와 상기 비전 카메라(44)는 하나의 지지부(45)에 고정되어 있고 서로의 거리와 각도는 소정의 값으로 설정될 수 있다. 따라서, 비전 좌표계의 원점(C(Cx,Cy))은 상기 제1 스케일 이미지로부터 스케일 좌표계(O_S)의 좌표로 산출될 수 있다.

이어서, 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환한다(S15). 구체적으로, 좌표 변환은 다음과 같이 수행된다.

[수학식 1]

여기서, C_x는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))의 X축 좌표이다. C_y는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))의 Y축 좌표이다. x는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))의 X축 좌표이고, y는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))의 Y축 좌표이다.

이어서, 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))로 변환한다(S16). 구체적으로, 좌표 변환은 다음과 같이 수행된다.

[수학식 2]

여기서, 회전각(θ)는 상기 물체의 제1 회전각(ω)에서 상기 2차원 스케일의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 뺀 각도(θ=ω-φ)로 주어진다. a는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b))의 X축 좌표이고, b는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b))의 Y축 좌표이다. h1x는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))의 X축 좌표이고, h1y는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))의 Y축 좌표이다.

도 7은 물체를 가공하는 제1 가공기와 제2 스케일 센서를 나타내는 개념도이다.

도 8은 도 7에서 제2 스케일 센서의 제2 스케일 이미지 영역과 제1 가공기의 구동 좌표계를 나타내는 개념도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 가공 시스템(140)는 제2 스케일 센서(142), 상기 제2 스케일 센서(142)와 이웃하게 배치된 제1 가공기(147), 상기 제2 스케일 센서(142)와 상기 제1 가공기(147)를 고정하고 동시에 이동시키는 이동부(148), 및 제2 스케일 센서(142)가 촬상한 제2 스케일 이미지를 처리하고 상기 이동부(148)를 제어하는 제어부(146)를 포함할 수 있다. 상기 제1 가공기(147)는 레이저 시스템, 프린딩 시스템, 또는 픽엔플레이스 시스템, 코팅 시스템일 수 있다. 상기 가공부(147)는 상기 물체에 천공이나 표면 처리를 하는 레이저, 상기 물체의 표면에 인쇄를 하는 프린터 장치, 부품을 이동시키는 픽엔플레이(pick and place) 장치, 또는 증착을 수행하는 증착 장치일 수 있다. 상기 제1 가공기(147)는 상기 이동부(148)에 탑재되어 배치 평면 내에서 이동할 수 있으며, 상기 물체의 소정의 위치에 가공 공정을 수행할 수 있다.

제1 가공기(147)와 제2 스케일 센서(142)는 이동부(148)에 고정되어 있고 서로의 거리와 각도는 소정의 값으로 설정될 수 있다. 상기 제2 스케일 센서(142)의 제2 스케일 이미지는 제어부(146)에 제공되어 처리된다. 이동부(148)는 이동 스테이지로 제1 가공기(147)와 제2 스케일 센서(142)를 동시에 배치 평면 내에서 이동시킬 수 있다.

상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서(142)로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기(147)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서(142)로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_L)을 측정한다(S17).

제1 가공기(147)와 제2 스케일 센서(142)는 서로 고정되고 서로의 거리와 각도는 이미 설정되어 있다. 따라서, 제2 스케일 센서(142)가 촬상한 제2 스케일 이미지는 소정의 지점에서 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly))을 표시할 수 있다. 제3 회전각(φ_L)은 제2 스케일 이미지를 신호 처리하여 구해질 수 있다.

이어서, 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환한다(S18).

상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))는 S16 단계에서 얻어진다. 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))는, 유선 또는 무선 통신을 통하여 위치 측정 장치(40)에서 제1 가공기(140)의 제어부(146)에 전달될 수 있다. 상기 제어부(146)는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 다음과 같이 변환한다.

[수학식 3]

여기서, h1xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 X축 좌표이고, h1ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 Y축 좌표이다. Lx는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 X축 좌표이고, Ly는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 Y축 좌표이다.

도 9는 제1 가공기의 구동 좌표계의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시킨 것을 나타내는 평면도이다.

도 7 및 도 9를 참조하면, 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시키고 가공한다(S19). 이동부(148)는 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 X축 방향으로 H1x만큼 이동시키고, Y축 방향으로 H1y 만큼 이동시킨 후, 목표 지점에 제1 가공기는 가공 공정을 수행한다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 가공부 또는 제1 가공기는 고정되고, 작업 테이블을 이동시키어 목표 지점에 가공 공정을 수행할 수 있다.

도 10은 물체를 가공하는 제2 가공기와 제3 스케일 센서를 나타내는 개념도이다.

도 11은 도 10에서 제3 스케일 센서의 스케일 이미지 영역과 제2 가공기의 구동 좌표계를 나타내는 개념도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 가공 시스템(240)는 제3 스케일 센서(242), 상기 제2 스케일 센서(242)와 이웃하게 배치된 제2 가공기(247), 상기 제3 스케일 센서(242)와 상기 제2 가공기(247)를 고정하고 동시에 이동시키는 이동부(248), 및 제3 스케일 센서(242)가 촬상한 제3 스케일 이미지를 처리하고 상기 이동부(248)를 제어하는 제어부(246)를 포함할 수 있다. 상기 제2 가공기(247)는 레이저 시스템, 프린딩 시스템, 또는 픽엔플레이스 시스템, 코팅 시스템일 수 있다. 상기 제2 가공기(247)는 상기 물체에 천공이나 표면 처리를 하는 레이저, 상기 물체의 표면에 인쇄를 하는 프린터 장치, 부품을 이동시키는 픽엔플레이(pick and place) 장치, 또는 증착을 수행하는 증착 장치일 수 있다. 상기 제2 가공기는 상기 이동부에 탑재되어 배치 평면 내에서 이동할 수 있으며, 상기 물체의 소정의 위치에 가공 공정을 수행할 수 있다.

제2 가공기(247)와 제3 스케일 센서(242)는 이동부(248)에 고정되어 있고 서로의 거리와 각도는 소정의 값으로 설정될 수 있다. 상기 제3 스케일 센서(342)의 제3 스케일 이미지는 제어부(246)에 제공되어 처리된다. 이동부(248)는 이동 스테이지로 제2 가공기와 제3 스케일 센서를 동시에 배치 평면 내에서 이동시킬 수 있다.

제2 가공기(247)와 제3 스케일 센서(242)는 설정된 거리와 각도로 고정된다. 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제2 가공 위치(H2(h2x, h2y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))로 변환한다. 이 변환은 다음과 같이 주어진다.

[수학식 4]

여기서, 회전각(θ)는 상기 물체의 제1 회전각(ω)에서 상기 2차원 스케일의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 뺀 각도(θ=ω-φ)로 주어진다. a는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b))의 X축 좌표이고, b는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b))의 Y축 좌표이다. h2x는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제2 가공 위치(H2(h2x, h2y))의 X축 좌표이고, h2y는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제2 가공 위치(H2(h2x, h2y))의 Y축 좌표이다.

상기 2차원 스케일을 측정하는 제3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 원점(D(Dx,Dy))을 산출하고 상기 3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제4 회전각(φ_D)을 측정한다. 제4 회전각(φ_D)은 제3 스케일 이미지의 X축과 스케일 좌표계(O_S)의 X축 사이의 각도이다.

상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))을 상기 제21 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 변환한다. 이 변환은 다음과 같이 주어진다.

[수학식 5]

여기서, h2xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))의 X축 좌표이고, h2ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))의 Y축 좌표이다.

이어서, 제2 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(D)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 이동시키고 가공한다.

상기 설명은 이해가 쉽도록 2차원 평면에서 작업 방법을 기술하였다. 상기 스케일 센서가 상기 2차원 스케일을 촬상하여 3차원 위치와 회전 각도 (C_x,C_y,C_z,φ_x,φ_y,φ_z)를 제공하는 경우에는 3차원 공간에서 동일한 작업을 수행할 수 있다.

3차원 회전변환은 x,y,z축 각각을 기준으로 회전하여 회전변환을 수행 할 수 있다.

[2차원 이진 코드 스케일]

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일의 2차원 데이터 셀들을 나타내는 개념도이다.

도 12를 참조하면, 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)은 2차원 절대 위치 이진 코드를 소정의 부호(또는 데이터 셀)로 대체하여 형성된다. 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일은 두 개의 1차원 절대 위치 이진 코드를 2차원적으로 배열한 2차원 데이터 셀들을 포함한다. 2차원 데이터 셀은 (0,0) 상태, (0,1) 상태, (1,0) 상태, 및 (1,1) 상태를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 2차원 데이터 셀은 4 종류로 구분된다.

상기 2차원 데이터 셀들은 기준 좌표계(X-Y)에서 제1 방향(X축 방향)의 절대 위치 이진 코드와 제2 방향(Y축 방향)의 절대 위치 이진 코드의 조합에 의하여 형성된다.

상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계(X-Y)의 제1 방향(X축 방향)으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드와 제2 방향(Y축 방향)으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함한다. 상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성된다. 상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함한다. 상기 1차원 데이터 셀은 제1 상태(“0”) 또는 제2 상태(“0”)를 나타낸다. 서로 직교하는 한 쌍의 상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드는 그 교점에 2차원 데이터 셀들을 형성한다.

(0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다.

(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다

(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다

(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다.

즉, (0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향(X 축)으로 투영된 경우, “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향(Y 축으로 투영된 경우 “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.

(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 투영된 경우, “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향으로 투영된 경우 “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.

(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 투영된 경우, “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향으로 투영된 경우 “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.

(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 투영된 경우, “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향으로 투영된 경우 “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.

제1 절대 위치 이진 코드 및 제2 절대 위치 이진 코드 각각을 구성하는 하나의 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션(data section; D), 클락 섹션(clock section; C), 및 중립 섹션(neutral section; N)을 포함한다. 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트(segment)를 포함한다. 1차원 데이터 셀 각각은 제1 상태(“0”) 또는 제2 상태(“0”)를 나타낸다. 제1 상태(“0”)를 가지는 1차원 데이터 셀은 순차적으로 배열된 데이터 섹션(data section; D), 중립 섹션(N), 및 클락 섹션(C)을 가질 수 있다. 제2 상태(“1”)를 가지는 1차원 데이터 셀은 순차적으로 배열된 중립 섹션(N), 데이터 섹션(D) 및 클락 섹션(C)을 가질 수 있다. 상기 데이터 섹션(D)은 상기 중립 섹션(N) 및 클락 섹션(C)과 다른 광 특성을 가진다. 상기 데이터 섹션(D)은 3 세그먼트이고, 상기 중립 섹션(N)은 2 세그먼트이고, 상기 클락 섹션(C)은 3 세그먼트일 수 있다. 각 세그먼트는 일정한 간격을 가질 수 있다. 1차원 데이터 셀은 총 8 세그먼트일 수 있다. 이에 따라, 하나의 2차원 데이터 셀은 8 X 8 세그먼트로 구성될 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치이진 코드 스케일을 나타내는 개념도이다.

도 13을 참조하면, 절대 위치 이진 코드는 의사 랜덤 코드(Pseudo Random Code)로 선택될 수 있다. 3 비트의 상기 의사 랜덤 코드(또는 절대 위치 이진 코드)의 시퀀스는 '001110100'일 수 있다. 의사 랜덤 코드는 3 비트의 코드워드(code word)를 포함할 수 있다. 하나의 코드워드는 디코딩되어 특정한 위치를 표시할 수 있다. 의사 랜덤 코드의 각 비트는 “제1 상태(HIGH)” 또는 “제2 상태(LOW)”를 나타낸다.

의사 랜덤 코드의 시퀀스는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 배열되고, 이에 대응하는 2차원 데이터 셀들이 형성된다. 상기 2차원 데이터 셀은 (0,0) 상태, (0,1) 상태, (1,0) 상태, 또는 (1,1) 상태를 나타낼 수 있다.

상기 2차원 절대 위치이진 코드 스케일은 2차원 절대 위치 이진 코드(또는 2차원 의사 랜덤 코드)를 소정의 부호(또는 데이터 셀)로 대체하여 형성된다.

상기 2차원 절대 위치이진 코드 스케일(110)은 제1 방향 및 제2 방향에서 적어도 하나의 코드 워드를 포함하도록 카메라에 의하여 촬상되어 스케일 이미지를 제공할 수 있다. 상기 스케일 이미지는 디코딩되어 제1 방향(X)의 코드워드가 추출되고, 제2 방향(Y)의 코드 워드가 추출될 수 있다. 추출된 코드워드는 절대 위치로 변환될 수 있다. 또한, 데이터 셀의 서브 분할에 의하여, 위상이 산출될 수 있다. 상기 코드워드와 상기 위상은 정밀한 절대 위치를 제공할 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.

도 14를 참조하면, 2차원 이진 코드 스케일(110)을 촬상한 스케일 이미지(110')는 좌표축 별로 하나 이상의 코드워드를 추출할 수 있도록 촬상된다.

상기 2차원 이진 코드 스케일(110)의 좌측에는 3 비트의 1차원 스케일 및 제1 방향(X축)으로 평균화된 제2 방향 강도 프로파일이 각각 표시된다.

상기 2차원 이진 코드 스케일(110)의 상측에는 3비트의 1차원 스케일 및 제2 방향(Y축)으로 평균화된 제1 방향 강도 프로파일이 각각 표시된다.

제1 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제1 방향의 코드워드 및 상대 위상을 제공한다. 제2 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제2 방향의 코드워드 및 상대 위상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 2차원 이진 코드 스케일(110)의 위치가 산출될 수 있다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.

도 15를 참조하면, 기준 좌표계(X-Y)의 2차원 이진 코드 스케일(110)은 카메라에 의하여 획득된 사각형 형상의 스케일 이미지(110')에 대하여 회전할 수 있다. 상기 2차원 이진 코드 스케일(110)은 기준 좌표계(X-Y)의 축 방향을 따라 배열되고, 스케일 이미지(110')은 회전 좌표계(X'-Y')의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 상기 기준 좌표계(X-Y)와 상기 회전 좌표계(X'-Y')는 회전각(Θ)만큼 회전할 수 있다. 상기 스케일 이미지(110')로부터 스케일 이미지(110')의 중심 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)의 산출이 요구된다.

우선, 상기 스케일 이미지(110')의 전부 또는 일부가 선택되어 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)이 선택될 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)는 푸리어 변환을 통하여 예비 회전각(θ)을 제공할 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)은 정사각형 형상일 수 있다.

이어서, 상기 예비 회전각(θ)으로 회전한 스케일 이미지(110')는 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 좌표축을 따라 절단되어 관심 영역(ROI)을 형성할 수 있다. 상기 관심 영역(ROI)은 정사각형 형태이고, 좌표축 별로 적어도 하나의 코드워드를 포함할 수 있다. 상기 예비 기준 좌표계(X''-Y'')와 상기 기준 좌표계(X-Y)는 오차 범위 내에서 동일할 수 있다.

상기 관심 영역(ROI)은 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X''축)으로 합산되거나 평균화되어 제2 방향 강도 프로파일을 제공할 수 있다. 상기 관심 영역(ROI)은 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y''축)으로 합산되거나 평균화되어 제1 방향 강도 프로파일을 제공할 수 있다. 상기 제1 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제1 방향의 코드워드 및 위상을 제공할 수 있다. 상기 제2 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제2 방향의 코드워드 및 상대 위상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 관심 영역(ROI)의 위치가 산출될 수 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 관심 영역을 나타낸다.

도 16을 참조하면, 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)이 사용된다. 2차원 이진 코드 스케일(110)에서, 그레이(gray colour) 칼라와 백색 칼라(white colors)는 각각 반사 영역과 비반사 영역을 나타낸다. n-비트 선형 시프트 되먹임 레지스터(n-bit linear shift feedback register; LSFR)는 절대 위치 이진 코드의 발생을 위하여 사용되었다. 상기 절대 위치 이진 코드(APBC)는 모든 n 비트가 제로-상태인 경우를 제외하고 2n-1 개수의 조합을 가진다. 광센서 어레이의 하나의 픽셀의 폭이 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)의 하나의 세그먼트의 폭에 대응하도록 광학계의 배율이 조절될 수 있다. 상기 광센서 어레이는 2차원 스케일의 강도 프로파일 또는 이미지를 획득한다. 상기 광센서 어레이는 1286X960 픽셀 어레이를 가질 수 있다.

절대 위치 이진 코드 (APBC)가 인코딩되는 2차원 스케일은 2 개의 단일 트랙 이진 코드 스케일을 직교적으로 중첩한 후, 교점들에 특정한 광학 특성을 제공으로써 구성된다. 단일 트랙 이진 코드 스케일은 절대 위치 이진 코드(APBC)의 데이터 비트를 나타내는 일련의 데이터 셀들로 구성된다.

각 데이터 셀의 클록 섹션 (C)은 데이터 처리를 위한 정렬키 패턴을 제공하기 위해 주기적인 위치(periodic positions)에서 반복된다. 데이터 섹션 (D)의 위치는 중립 섹션 (N)과 교환되어 절대 위치 이진 코드(APBC)에서 각 셀의 이진 상태를 나타낸다. 다중 비트 2 진 코드(multi-bit binary code )는 이진 코드 스케일(binary code scale)의 스케일 이미지를 분석하여 절대 위치를 식별하기 위해 디코딩되며, 데이터 섹션의 위치는 서브-분할 프로세스(sub-division process.)를 통해 더 높은 해상도로 감지된다.

2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)은 기준좌표계(X-Y)에서 좌표축을 따라 배열된 2차원 데이터 셀들을 포함한다. 한편, 스케일 이미지(110')는 회전좌표계(X'-Y')에서 광 센서 어레이의 픽셀들의 배열축을 따라 배열된 픽셀들을 포함한다.

스케일 이미지(110')의 중심점에서의 절대 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)은 등거리(L) 만큼 떨어진 제1 위치(X1, Y1)과 제2 위치(X2, Y2)을 사용하여 다음과 같이 계산된다.

[수학식 6]

2차원 위상 인코딩된 이진 스케일(2D Phase-Encoded Binary Scale; PEBS)의 기준 좌표계(X-Y)의 좌표축과 광센서 어레이의 회전 좌표계(X'-Y')의 좌표축이 일치하지 않을 때, 데이터 처리를 사용하여 제1 위치(X1,Y1)와 제2 위치(X2,Y2)를 얻기 위해 이미지 회전이 수행된다. 회전 좌표계(X'-Y')는 광센서 어레이의 픽셀 좌표축일 수 있다.

상기 광센서 어레이가 촬상한 스케일 이미지(110') 중에서 사각형 형상의 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)이 선택될 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)의 픽셀 수는 회전 좌표계(X'-Y')의 축 별로 2ⁿ개일 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)은 데이터 처리 시간을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 구체적으로, 제1 축(X'축)의 픽셀 수는 256개이고, 제2 축(Y'축)의 픽셀 수는 256일 수 있다.

[예비 회전각(θ)의 추출 ]

도 17은 도 16의 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 공간 주파주 도메인(FX-FY)으로 푸리어 변환한 결과이다.

도 17을 참조하면, 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 공간 주파주 도메인(FX-FY)으로 푸리어 변환한다. 상기 푸리어 변환된 푸리어 변환 스펙트럼은 푸리어 도메인에서 4 개의 피크를 보인다. 상기 푸리어 변환된 푸리어 변환 스펙트럼에 직류 성분을 제거하는 DC 필터를 인가한다. 이에 따라, 4 개의 피크가 추출된다. 4 개의 피크 스펙트럼 중에서 하나를 선택하여, 공간 주파주 도메인의 중심점(원점)을 기준으로 예비 회전 각도(θ)가 구해진다.

구체적으로, 예비 회전 각도(θ)은 푸리어 변환 관심 영역 (FFT ROI)에 2D 고속 푸리에 변환 (FFT)을 적용하여 계산될 수 있다. 공간 주파주 도메인(FX-FY)에서, 푸리어 변환 관심 영역 (FFT ROI)은 DC 성분을 제외하고 4 개의 포인트로 표시될 수 있다. 예를 들어, 상기 푸리어 변환 관심 영역 (FFT ROI)의 예비 회전 각도(θ)는 1 사분면에 존재하는 피크 스펙트럼에 대하여 공간 주파주 도메인의 중심점(원점)을 기준으로 다음과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 7]

다시, 도 16을 참조하면, 상기 광센서 어레이의 전체 이미지(1286X960 픽셀) 중에서 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 제2 예비 관심 영역(ROI2)이 선택될 수 있다. 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 상기 제2 예비 관심 영역(ROI2)은 전체 스케일 이미지(110')의 중심점을 기준으로 회전 좌표계(X'-Y')의 제1 방향(X'방향)으로 대칭적으로 일정한 간격(L) 또는 관심 영역 오프셋(ROI offset; L)을 가지도록 선택될 수 있다.

도 18은 도 17의 제2 예비 관심 영역(ROI2)의 예비 회전 각도(θ)로 회전과 회전된 예비 기준 좌표계(X''-Y'')에서 절단된 제2 관심 영역(ROI2') 및 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 Y'' 축 방향으로 합산한 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 나타낸다.

도 18을 참조하면, 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 상기 제2 예비 관심 영역(ROI2) 각각은 예비 회전 각도(θ) 만큼 기준 좌표계(X-Y)에 대하여 시계 방향으로 회전한다.

회전된 제1 예비 관심 영역(ROI1)은 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 축 방향으로 적어도 하나의 코드워드를 포함하도록 정사각형 형태로 절단되어 제1 관심 영역(ROI1')을 제공할 수 있다. 제1 관심 영역(ROI1')의 픽셀 수는 184 X 184 일 수 있다. 스케일(110)은 10 비트의 이진코드를 사용한다. 184 픽셀은 8 세그먼트(또는 픽셀)로 구성된 23개의 데이터 셀들에 대응될 수 있다. 23 비트는 10 비트의 코드워드를 분석하기 충분하다.

또한, 회전된 제2 예비 관심 영역(ROI2)은 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 축 방향으로 적어도 하나의 코드워드를 포함하도록 정사각형 형태로 절단되어 제2 관심 영역(ROI2')을 제공할 수 있다.

상기 제1 관심 영역(ROI1')은 데이터 처리를 통하여 그 중심의 절대 위치(X1,Y1)를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 관심 영역(ROI2')은 데이터 처리를 통하여 그 중심의 절대 위치(X2,Y2)를 제공할 수 있다.

데이터 처리를 통해 계산된 제1 관심 영역(ROI1')과 제2 관심 영역(ROI2')의 중심 위치((X1,Y1), (X2,Y2))가 산출된다. 이어서, 수학식 (6)을 수행하여 절대 위치(X,Y)와 회전각 (Θ)을 얻는다.

[관심 영역의 데이터 처리]

상기 제1 관심 영역(ROI1')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X''축 방향)으로 합산 또는 평균화하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다. 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))은 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X'')으로 합산 또는 평균화되어 안정성을 향상시킨다.

상기 제1 관심 영역(ROI1')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y''축 방향)으로 합산 또는 평균화되어 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다.

상기 제2 관심 영역(ROI2')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의제1 방향(X'' 축 방향)으로 합산 또는 평균화하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다.

상기 제2 관심 영역(ROI2')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의제2 방향(Y'' 축 방향)으로 합산 또는 평균화되어 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다.

예시적으로, 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))로부터 절대 위치를 추출하는 방법이 이하 설명된다.

8 X 8 세그먼트를 가진 2차원 데이터 셀의 경우, 8 X n 픽셀 이상의 세기 프로파일이 n-비트 절대 위치 이진 코드(APBC)의 데이터 처리를 위하여 요구된다. n 비트의 데이터 셀들의 상태는 코드 워드를 제공하고, 상기 코드 워드는 룩업 데이블(look-up table)을 통하여 대략 절대 위치(coarse absolute positio)로 변환된다. 이어서, 데이터 셀들의 위상을 산출하여, 정밀한 절대 위치가 산출된다.

제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))는 10-비트 이진 코드의 경우에는 80 픽셀 이상을 포함할 수 있다. 본 예시에는, 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))은 184 픽셀을 포함한다.

상기 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))로부터, 상기 서브-분할된 해상도를 가진 상기 절대 위치는 다음의 과정을 통하여 얻어질 수 있다.

상기 제1 관심 영역(ROI1')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상(ψ_y1)을 추출하고 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출된다.

상기 제1 관심 영역(ROI1')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상(ψ_x1)을 추출하고 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출된다.

상기 제2 관심 영역(ROI2')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상(ψ_y2)을 추출하고 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출한다.

상기 제2 관심 영역(ROI2')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상(ψ_x2)을 추출하고 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출한다.

제1 관심 영역(ROI1')의 중심 위치 (X1, Y1) 및 제2 관심 영역(ROI2')의 중심 위치(X2,Y2)를 이용하여, 스케일 이미지의 중심 좌표(X,Y)와 회전각(Θ)이 수학식 6을 통하여 산출된다.

도 19는 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))의 일부, 이에 대응하는 스케일, 및 이에 대응하는 절대 위치 코드를 각각 표시한다.

[클락 픽셀들(Cp)을 찾는 단계(S110)]

도 19를 참조하면, 우리는 데이터 셀의 클락 섹션(C)과 가장 접근하여 정렬된 클락 픽셀들(Cp)을 찾는다. 상기 클락 픽셀들(Cp)은 8-픽셀 간격을 가지는 픽셀들의 세기 합(Sm)을 확인하여 감지될 수 있다.

[수학식 8]

여기서, I_j 는 j 번째 픽셀의 강도를 나타낸다. 상기 클락 섹션들(C)은 주기적인 비-반사적 영역들(periodic non-reflective areas)이기 때문에, 상기 클락 픽셀들(Cp)의 세기 합은 최소값을 가진다. 하나의 데이터 셀의 폭은 하나의 픽셀 서브셋(pixel subset)에 대응된다. 또는 데이터 셀의 하나의 세그먼트는 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))의 하나의 픽셀에 대응된다.

상기 클락 픽셀 Cp의 차수(order)는 클락 픽셀 인덱스(Cpi = 1, …, 8)로써 할당된다. 7, 15, 23, 및 31 픽셀의 합은 최소값을 가진다. 따라서, 7번째(Cpi =7) 픽셀은 클락 섹션(C)의 중심 세그먼트에 대응된다.

[절대 위치 코드를 찾는 단계(S120)]

상기 절대 위치 이진 코드(APBC)를 디코딩하기 위하여, 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)는 상기 클락 픽셀 인덱스를 2 만큼 감소시키는 방향으로 순환적으로 이동(circularly shifting)하여 얻어진다. 이 예제에서, 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)는 5이다.

각 픽셀 서브셋에서 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기들을 사용하여 기준값(약 1600)과 비교된다. 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기가 기준값 이상이면 데이터 셀은 “1”를 나타낸다. 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기가 기준값 미만이면 데이터 셀은 “0”를 나타낸다. 즉, 상기 픽셀 서브셋의 이진 상태들이 결정된다(S124). 즉, 5, 13, 21, 29 픽셀의 값은 기준값과 비교되어, “1100”의 데이터를 나타낸다. 하나의 코드워드를 위하여 계속된 동작을 통하여 10 비트가 판독된다.

만약, 5, 13, 21, 29 픽셀 각각이 모든 상기 절대 코드 픽셀들(Aps)의 평균 세기보다 큰 강도를 가지면, 상기 픽셀을 포함하는 상기 서브셋은 "1" 상태(제2 이진 상태)로 결정된다. 반대의 경우, 상기 서브셋은 "0" 상태(제1 이진 상태)를 나타낸다. 얻어진 이진 코드는 룩업 테이블(lookup table; LUT)을 사용하여 절대 위치 코드 (P_LUT) 로 변환된다.

상기 절대위치 이진코드(APBC)의 서브-분할은 두 단계로 처리된다. 우선, 우리는 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)를 사용하여 하나의 픽셀의 해상도를 가지는 광센서 어레이와 스케일 사이의 상대 위치를 얻는다. 다음 단계에서, 위상 계산 알고리즘을 사용하여, 상기 데이터 섹션(D)의 상대 위치가 높은 분해능을 가지고 계산된다.

[상기 데이터 픽셀들(Dp)을 찾는 단계(S130)]

상술한 위의 단계에서 얻어진 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)로부터, 우리는 상기 데이터 섹션(D)의 위치이고 각 픽셀 서브셋에서 최대 세기를 가질 것으로 기대되는 상기 데이터 픽셀들(Dp)을 위치시킨다(S130).

만약, 상기 서브셋이 "0" 상태를 가지면, Ap로부터 2 픽셀들이 앞선 픽셀은 데이터 픽셀(Dp)로 할당된다. 상기 서브셋이 "1" 상태를 가지면, Ap로부터 1 픽셀이 앞선 픽셀은 데이터 픽셀(Dp)로 할당된다. 즉, 상기 데이터 픽셀들(Dp)은 4, 12, 18, 26 픽셀일 수 있다.

[위상 계산 단계]

상기 데이터 섹션(D)의 정밀한 상대 위치는 데이터 픽셀(Dp) 주위의 픽셀 값들을 사용하여 계산된다. 상기 데이터 픽셀(Dp) 주위의 3 개 픽셀들의 세기 분포는 모든 픽셀 서브셋에 동일할 수 있다. 동일 차수의 픽셀 값들의 평균(averages of the pixel values of the same order)은 정밀 상대 위치를 계산하기 위하여 사용된다. 따라서, 우리는 각 Dp의 상대 위치의 반복적 계산을 피할 수 있다.

만약 데이터 픽셀(Dp) 주위의 강도 프로파일이 비-이상적인 사인파형을 가진다고 가정하고, 3차항 이상의 고조파 항이 낮은 개구수(numerical aperture) 광학계를 사용하여 감소된다면, 데이터 픽셀(Dp) 주위의 각 픽셀은 π/3의 위상 차이를 가지고, 데이터 픽셀(Dp) 주위의 5 개 픽셀의 강도 값은 다음과 같이 표현된다.

[수학식 9]

여기서, I_i,j(j=-2,...,2)는 i번째 데이터 셀의 데이터 픽셀(Dp) 주위의 강도값이다. A₁, A₂, A₃는 각각 강도 프로파일의 0차, 1차, 2차 푸리어 성분이다. 는 광센서 어레이의 픽셀에 대한 데이터 섹션의 정밀 상태 위치에 의하여 정해지는 위상이다.

만약, 각 픽셀의 강도값이 두 이웃하는 픽셀의 강도 값으로 이동-평균(shift-averaged)된다면, 이들 3 픽셀의 평균 강도 값은 다음과 같이 계산된다.

[수학식 10]

평균 강도 값에서, 3차 고조파 항은 π의 위상차를 가지는 3차 항들의 합에 의하여 제거된다. 따라서, 이들 강도값들을 사용하여, 우리는 다음과 같이 비선형 에러 없는 상대 위상()을 계산할 수 있다.

[수학식 11]

여기서, 상대 위상의 계산에 사용되는 n은 데이터 셀의 수이다.

상기 위상()은 -π/2 부터 -π 범위의 값을 가진다.

그러나, Dp와 다른 인접한 픽셀(another adjacent pixel)이 유사한 세기 값들을 가지면, 이들 인접한 픽셀들의 합은 Dp들의 합보다 클 수 있고, 상기 위상은 -π/2 부터 -π 범위의 값을 가지지 않는다. 아크탄젠트 함수(arctangent function)의 불연속성 때문에, 상기 위상 값은 -π 근처에서 급격한 변화를 보인다. 상기 불연속성을 보상하기 위하여, 우리는 상기 위상이 양의 값을 가지면 계산된 위상에서 2π를 뺀다.

[절대 위치 값을 계산하는 단계(S150)]

절대 위치 값(Pabs)은 다음식으로 주어진다.

[수학식 12]

우변의 제1 항은 하나의 셀의 분해능을 가진 디코딩된 절대 위치이다. 둘째 항은 특정한 픽셀을 나타낸다. 8은 하나의 셀 당 픽셀의 개수이다. 세째 항은 하나의 픽셀 내에서 Dp의 상대 위상이다. 여기서, 변환 인자(conversion factor)는 3/4이다. Dp의 사인파형 프로파일의 피치는 6 픽셀이고, 하나의 셀의 피치는 8 픽셀이다. 길이 방향의 절대 위치 값(Pabs)을 얻기 위하여, 세 항의 합은 상기 데이터 셀의 피치(pitch of the data cell; p)로 곱해진다.

도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 예비 관심영역, 및 관심 영역을 설명하는 개념도이다.

도 21은 도 20의 제1 관심 영역(ROI1') 및 제1 방향(X'')으로 합산된 제2 방향 강도 프로파일을 나타낸다.

도 22는 도 20의 제3 관심 영역(ROI3') 및 제2 방향(Y'')으로 합산된 제1 방향 강도 프로파일을 나타낸다.

도 20을 참조하면, 스케일 이미지(110')는 중심 위치에 가장 자리로 진행함에 따라 강도가 점차 감소하는 형태를 가질 수 있다. 이러한 스케일 이미지(110')는 스케일에 광을 조사하는 광원의 공간 프로파일에 의존할 수 있다. 따라서, 광원의 포탄형 공간 분포에 민감하지 않는 회전각(Θ) 및 중심 위치를 산출하는 방법이 요구된다. 즉, 관심 영역(ROI)의 강도 프로파일은 회전된 스케일 이미지의 중심에서 반경 방경으로 합산 또는 평균될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법은 2차원 절대 위치 스케일(110)을 이용한다. 광센서 어레이는 상기 2차원 절대 위치 스케일의 전부 또는 일부를 촬상하여 스케일 이미지(110')를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법은, 기준 좌표계(X-Y)의 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 전부 또는 일부를 촬상하여 회전 좌표계(X'-Y')의 스케일 이미지(110')를 제공하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 2차원 절대 위치 스케일(110)은 도 2의 2차원 데이터 셀들을 사용한다. 상기 2차원 데이터 셀들은 절대 위치 이진 코드를 나타내고 상기 기준 좌표계(X-Y)의 축을 따라 배열된다. 상기 스케일 이미지(110')의 회전 좌표계(X'-Y')의 좌표계는 광센서 어레이의 배열 좌표계이다.

이어서, 상기 스케일 이미지(110')의 일부를 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)으로 선택하고 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 푸리어 변환하여 예비 회전 각도(θ)를 산출한다. 상기 예비 회전 각도(θ)의 이전에 설명한 것과 동일하다.

이어서, 상기 스케일 이미지(110')의 중심 위치를 기준으로 회전 좌표계(X'-Y')의 제1 방향(X')으로 일정한 거리(L)로 이격된 제1 예비 관심 영역(ROI1)과 제2 예비 관심 영역(ROI2)을 선택하고 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1)과 상기 제2 관심 예비 영역(ROI2)을 상기 예비 회전 각도(θ)로 회전시키고 예비 기준 좌표계(X''-Y'')를 기준으로 절단하여 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')을 산출한다. 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1)과 제2 예비 관심 영역(ROI2)은 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)의 외곽에 배치된다. 상기 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')은 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 축 방향에서 적어도 하나의 코드워드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스케일 이미지(110')의 중심 위치를 기준으로 상기 제1 방향(X')에 수직한 제2 방향(Y')으로 일정한 거리(L)로 이격된 제3 관심 영역(ROI3)과 제4 관심 영역(ROI4)을 선택한다. 상기 제3 예비 관심 영역(ROI3)과 상기 제4 관심 예비 영역(ROI4)을 상기 예비 회전 각도(θ)로 회전시키고, 예비 기준 좌표계(X''-Y'')를 기준으로 절단하여 제3 관심 영역(ROI3') 및 제4 관심 영역(ROI4')을 산출한다.

도 21을 참조하면, 이어서, 상기 제1 관심 영역(ROI1')을 디코딩하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출한다. 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 디코딩하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출한다.

구체적으로, 상기 제1 관심 영역(ROI1')을 디코딩하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출하는 단계는, 상기 제1 관심 영역(ROI1')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다. 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출한다. 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출 방법은 이전에 설명된 것과 동일하다.

상기 제2 관심 영역(ROI2')을 디코딩하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출하는 단계는, 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다. 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출한다. 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출하는 방법은 이전에 설명된 것과 동일하다.

도 22를 참조하면, 이어서, 상기 제3 관심 영역(ROI3')을 디코딩하여 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출한다. 상기 제4 관심 영역(ROI4')을 디코딩하여 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출한다.

상기 제3 관심 영역(ROI3')을 디코딩하여 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출하는 단계는, 상기 제3 관심 영역(ROI3')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다. 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출한다.

상기 제4 관심 영역(ROI4')을 디코딩하여 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출하는 단계는, 상기 제4 관심 영역(ROI4')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다. 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출한다.

이어서, 상기 제1 관심 영역의 제2 방향 중심 위치(Y1), 상기 제2 관심 영역의 제2 방향 중심 위치(Y2), 상기 제3 관심 영역의 제1 방향 중심 위치(X1), 및 상기 제4 관심 영역의 제1 방향 중심 위치(X2)를 사용하여 상기 2차원 절대 위치 스케일의 위치(X,Y) 및 회전 각도(Θ)를 산출한다.

[수학식 13]

ROI 오프셋 (L)을 크게 하면, 각도 측정의 정확도가 높아진다. 그러나 강도 균일도가 중앙 영역에서 벗어남에 따라 저하된다. 우리는 균일성과 ROI 오프셋을 동시에 증가시키기 평균 방향을 스위칭하여(switching the averaging directions) 4 개의 관심영역에서 강도 프로파일을 얻었다.

제1 관심 영역(ROI1')과 제2 관심영역(ROI2')에서 정렬된 이미지를 수평 방향(x''축 방향)으로 평균하여 강도 프로파일을 각각 얻었다. 이 강도 프로파일들을 각각 처리하여 Y1과 Y2를 각각 계산한다.

제3 관심 영역(ROI3')과 제4 관심영역(ROI4')에서 정렬된 이미지를 수직 방향(y''축 방향)으로 평균하여 강도 프로파일을 각각 얻었다. 이 강도 프로파일들을 각각 처리하여 X1과 X2를 각각 계산한다. 따라서 평균화된 강도 프로파일은 더 큰 ROI 오프셋(L)에서도 공간적으로 균일한 분포를 보인다.

구체적으로, ROI 오프셋(L)은 250 픽셀로 결정되었고, 이미징 시스템의 배율(magnification)와 픽셀 너비를 사용하여 1.00503 mm로 실제 길이로 변환된다.

[평면 스케일 정보로 6자유도 정보 획득 방법 (1차 근사치)]

도 23은 2차원 스케일을 나타내는 평면도이다.

도 23를 참조하면, 2차원 스케일은 4각형의 모서리에 배치된 4 개의 구역을 포함할 수 있다. 각 구역의 중심 위치는 상기 2차원 스케일을 촬상한 스케일 이미지를 분석하여 도출될 수 있다. 예를 들어, 제1 구역의 중심 위치는 제1 위치(S₁(S_1x,S_1y))이고, 제2 구역의 중심 위치는 제2 위치(S₂)이고, 제3 구역의 중심 위치는 제3 위치(S₃)이고, 제4 구역의 중심 위치는 제4 위치(S₄) 일 수 있다.

도 24는 2차원 스케일 및 2차원 스케일 센서(카메라)를 나타내는 개념도이다.

도 24를 참조하면, 2차원 스케일과 2차원 스케일 센서는 서로 평행하게 배치되고 그 중심축이 서로 일치할 수 있다. 이 경우, 2차원 스케일 센서(카메라) 평면과 2차원 스케일 평면은 서로 나란할 수 있다.

2차원 스케일 센서의 카메라가 프로젝션 평면(Projection plane)에 놓인 2차원 스케일 위의 점 S₁, S₂, S₃, S₄의 좌표를 읽는다. 이 때 점 (S₁, S₂, S₃, S₄)에 대응되는 카메라의 점을 각각 C₁, C₂, C₃, C₄라고 한다. 카메라의 렌즈를 통해 스케일이 카메라에 결상이 되므로 점 C와 S를 잇는 직선은 하나의 점 O_L에서 만난다. 카메라의 점 C₁, C₂, C₃, C₄ 사이의 거리는 알고 있고 고정값이다.

2차원 스케일 위의 점 S₁, S₂, S₃, S₄ 사이의 거리는 2차원 스케일 센서가 이미지를 촬상한 후 분석하여 구한다. 점 O_L에서 평면 C₁-C₂-C₃-C₄에 내린 수선의 교점이 O_Lc 이고, 평면 S₁-S₂-S₃-S₄에 내린 수선의 교점이 O_Ls 이다.

삼각형 O_L-C₁-C₃와 삼각형 O_L-S₁-S₃ 는 이등변 삼각형이고 닮은꼴이다.

[카메라와 프로젝션 평면(Projection plane) 사이의 거리 (O_L-O_Ls) 구하기]

삼각형의 닮음 조건에 의해 다음과 같은 관계식을 만족한다.

[수학식 14]

여기서,

는 사용한 렌즈의 초점거리이고, 직선 C₁C₃의 길이(

)는 카메라 픽셀간의 거리 값으로 사전에 구한 상수값이다.

직선 S₁S₃의 길이 (

)는 측정으로 알고 있으므로 이를 대입하면, 점 O_L과 프로젝션 평면(Projection plane) 사이의 거리(

)를 구할 수 있다. 즉, 2차원 스케일의 수직 거리인 z값에 해당한다.

도 25는 2차원 스케일의 y축을 중심으로 회전한 경우를 나타내는 개념도이다.

도 25를 참조하면, 프로젝션 평면(Projection plane)에 놓여있던 2차원 스케일이 직선 S₁S₂(y축)를 회전축으로 해서 β(=φy)만큼 회전했다.

직선 O_L-S₃과 직선 O_L-S₄가 회전한 2차원 스케일(S₁-S₂-S_3'-S_4')과 만나는 점을 각각 S₅과 S₆라고 한다.

[회전각 β(=θy) 구하기]

y축 회전각 β가 작은 경우 다음과 같이 근사식을 유도할 수 있다.

[수학식 15]

삼각형의 닮은꼴의 관계를 반영하면 다음과 같다.

[수학식 16]

여기서, 카메라의 사각형 C₁-C₂-C₃-C₄는 카메라의 픽셀에 의하여 고정된 거리를 가진 윈도우일 수 있다. 직선 O_L-S₁는 이등변 삼각형의 닮은 꼴에 의하여 구해질 수 있다. 직선 S₁-S₃는 측정된 S₁좌표 및 S₃ 좌표에 의하여 구해질 수 있다. 또한, 직선 S₁-S₂는 측정된 S₁좌표 및 S₂ 좌표에 의하여 구해질 수 있다. 또한, 직선 S₅-S₆는 C₃ 및 C₄에 각각 대응하는 S₅좌표 및 S₆ 좌표에 의하여 구해질 수 있다.

x축 회전각 γ(=φx)도 유사한 방법으로 구한다. 결국, 기울어진 2차원 스케일을 촬상하여, 2차원 스케일의 제2 회전각(φx, φy, φz)를 구할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 6 자유도 위치 측정 방법이 설명된다. 즉, 6 자유도는 비전 좌표계(O_V)에서 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 물체(30)의 제1 회전각(ωx, ωy, ωz)을 포함할 수 있다. 비전 좌표계(O_V)의 물체의 기준 위치(P(x,y,z))는 비전 좌표계(O_V)에서 물체의 제1 회전각(ωx, ωy, ωz) 및 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx, φx, φz)을 사용하여 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b,c))로 변환된다. 또한, 물체 좌표계의 가공 위치(H1)는 스케일 좌표계(O_S)에서 가공 위치(H1)로 변환한다.

도 26은 본 발명의 다른 실시예예 따른 2차원 스케일이 부착된 케리어를 이용하여 물체 가공 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 27은 케리어에 부착된 2차원 스케일(10)을 촬상하는 제1 스케일 센서의 제1 스케일 이미지 영역과 비전 카메라가 촬상하는 비전 이미지 영역을 나타내는 평면도이다.

도 28은 제1 스케일 센서와 비전 카메라가 장착된 위치 측정 장치를 나타내는 개념도이다.

도 26 내지 도 28을 참조하면, 6 자유도 위치 측정 방법은, 케리어에 2차원 스케일을 배치하는 단계(S31); 상기 캐리어에 물체를 위치시키고 고정하는 단계(S32); 상기 케리어에 부착된 물체를 3차원 측정기의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 상기 물체의 제1 회전각(ωx, ωy, ωz)을 측정하는 단계(S33); 상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y,C_z))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx, φx, φz)을 측정하는 단계(S34); 3차원 측정기의 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))를 상기 제2 회전각(φx, φx, φz)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b,c))로 변환하는 단계(S35); 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y, h1z))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))로 변환하는 단계(S36); 상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly,Lz))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_Lx,φ_Ly,φ_Lz)을 측정하는 단계(S37); 및 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y, H1z))로 변환하는 단계(S38);를 포함한다.

다시, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 케리어에 2차원 스케일을 배치하고(S31), 상기 캐리어(20)에 물체(330)를 위치시키고 고정한다(S32).

이어서, 상기 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 3차원 측정기(344)의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 상기 물체의 제1 회전각(ωx, ωy, ωz)을 측정한다(S33). 3차원 측정기(344)는 비전 이미지를 사용하여 x,y 위치를 측정할 수 있다. 또한, 3차원 측정기(344)는 z축 좌표를 스캔하면서, 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))의 z축 위치를 측정하거나, 이미 상기 물체의 z축 위치는 고정된 값으로 설정될 수 있다. 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 제1 회전각(ωx, ωy, ωz)은 상기 물체(30)의 특정한 직선을 따라 상기 3차원 측정기를 스캔하거나 상기 3차원 측정기의 비전 이미지를 처리하여 상기 제1 회전각(ωx, ωy, ωz)을 추출할 수 있다. 3차원 측정기(344)는 공초점 현미경 또는 z축 스캔이 가능한 비전 카메라일 수 있다. 구체적으로, z축 제1 회전각(ωz)은 비전 이미지에서 특정한 직선의 z축 회전각일 수 있다. x축 제1 회전각(ωx)는 특정한 직선의 x축 회전각일 수 있다. y축 제1 회전각(ωy)은 특정한 직선의 y축 회전각일 수 있다.

상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y,C_z))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx, φx, φz)을 측정한다(S34). 상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y,C_z))를 산출하는 것은, 이미 설정된 값을 사용하여 변환될 수 있다.

상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx, φx, φz)은 도 25에서 설명한 제1 스케일과 프로젝션 평면 사이의 관계를 사용하여 측정한다. 구체적으로, z축 제2 회전각(φz)은 제1 스케일 이미지의 회전각에 의하여 구해지고, y축 제2 회전각(φy)은 제1 스케일과 프로젝션 평면 사이의 관계를 사용하여 측정한다. 또한, x축 제2 회전각(φx)은 제1 스케일과 프로젝션 평면 사이의 관계를 사용하여 측정한다.

3차원 측정기의 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))를 상기 제2 회전각(φx, φx, φz)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b,c))로 변환한다(S35). 구체적으로, 위의 좌표 변환은 x,y,z축 각각을 기준으로 회전하여 3차원 회전변환으로 확장되고, 좌표 변환식은 다음과 같이 주어진다.

[수학식 1-1]

이어서, 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y, h1z))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))로 변환한다(S36). 물체 좌표계(O_T)에서 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y,h1z))는 이미 설정된 값일 수 있다.

구체적으로, 제1 가공 위치의 좌표 변환식은 다음과 같이 주어진다.

[수학식 2-1]

여기서, 회전각(θx, θy, θz)는 상기 물체의 제1 회전각(ωx,ωy,ωz)에서 상기 2차원 스케일의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx,φy,φz)을 뺀 각도(θx=ωx-φx, θy=ωy-φy, θz=ωz-φz)로 주어진다. a는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b,c))의 X축 좌표이고, b는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b,c))의 Y축 좌표이다. c는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 기준 위치(P(a,b,c))의 Z축 좌표이다.

h1x는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y, h1z))의 X축 좌표이고, h1y는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y, h1z))의 Y축 좌표이다. h1z는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y, h1z))의 Z축 좌표이다.

도 28을 참조하면, 위치 측정 장치(340)는, 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 촬상하여 비전 이미지를 생성하는 3차원 측정기(344); 상기 케리어(20)에 부착된 2차원 스케일(10)을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 생성하는 제1 스케일 센서(42); 및 상기 3차원 측정기(344)의 상기 비전 이미지와 상기 제1 스케일 센서(42)의 상기 제1 스케일 이미지를 처리하는 데이터 처리부(46)를 포함한다.

상기 데이터 처리부(46)는 상기 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 상기 물체의 제1 회전각(ωx,ωy,ωz)을 산출한다. 상기 데이터 처리부(46)는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y,C_z))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx,φy,φz)을 산출한다. 상기 데이터 처리부(46)는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))를 상기 제2 회전각(φx,φy,φz)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b,c))로 변환한다. 상기 데이터 처리부(46)는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y, h1z))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys, H1zs))로 변환한다.

상기 데이터 처리부(46)는 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))를 제1 가공기(140)에 전송한다.

물체(30)와 2차원 스케일(10)은 케리어(20)에서 서로 이격되어 고정된다(S31,S32). 상기 케리어(20)는 작업 테이블(6) 상에 배치된다. 상기 제1 스케일 센서(42)는 카메라일 수 있다. 상기 3차원 측정기(344)는 상기 물체(30)를 촬상하여 비전 이미지를 제공할 수 있다. 상기 제1 스케일 센서(42)는 상기 2차원 스케일(10)을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 제공할 수 있다. 상기 제1 스케일 센서(42)와 상기 비전 카메라(44)는 하나의 지지부(45)에 고정되어 있고 서로의 거리와 각도는 소정의 값으로 설정될 수 있다. 3차원 측정기(344)의 비전 이미지 및 상기 제1 스케일 센서(42)의 제1 스케일 이미지는 데이터 처리부(46)에 제공되어 처리된다.

상기 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 3차원 측정기(344)로 촬상한 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 상기 물체의 제1 회전각(ωx,ωy,ωz)을 측정한다(S33). 상기 비전 이미지는 비전 좌표계(O_V)를 제공할 수 있다. 상기 비전 이미지는 신호 처리되어 물체(30)의 기준 위치(P(x,y,z))를 제공할 수 있다. 또한, 상기 비전 이미지는 신호 처리되어 물체의 제1 회전각(ωx,ωy,ωz)을 제공할 수 있다. z축 제1 회전각(ωz)은 비전 좌표계의 X축에서 물체의 기준 선의 회전 각도일 수 있다. x축 제1 회전각(ωx)은 비전 좌표계의 Y축에서 물체의 기준 선의 회전 각도일 수 있다. y축 제1 회전각(ωy)은 비전 좌표계의 Z축에서 물체의 기준 선의 회전 각도일 수 있다.

이어서, 도 7을 참조하면, 상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서(142)로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly,Lz))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서(142)로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_Lx,φ_Ly,φ_Lz)을 측정한다(S37). 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly,Lz))의 좌표는 이미 설정된 값으로 주어질 수 있다. 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_Lx,φ_Ly,φ_Lz)은 다음과 같이 구해진다. z축 제3 회전각(φ_Lz)은 제2 스케일 이미지의 회전각에 의하여 구해진다. 도 25를 참조하면, y축 제3 회전각(φ_Ly)은 제2 스케일과 프로젝션 평면 사이의 관계를 사용하여 측정한다. 또한, x축 제3 회전각(φ_Lx)은 제2 스케일과 프로젝션 평면 사이의 관계를 사용하여 측정한다.

상기 제2 스케일 센서(142)로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))을 상기 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y, H1z))로 변환한다(S38). 구체적으로, 좌표변환은 다음과 같이 주어진다.

[수학식 3-1]

여기서, h1xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 X축 좌표이고, h1ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 Y축 좌표이다. Lx는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 X축 좌표이고, Ly는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 Y축 좌표이다. Lz는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 Z축 좌표이다.

제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y, H1z))로 이동시키고 가공한다(S39). 이동부(148)는 제1 가공기(140)의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 X축 방향으로 H1x만큼 이동시키고, Y축 방향으로 H1y 만큼 이동시키고, Z축 방향으로 H1z만큼 이동시킨다. 목표 지점에 제1 가공기는 가공 공정을 수행한다.

이어서, 제2 가공기(미도시)와 제3 스케일 카메라(미도시)는 설정된 거리와 각도로 고정된다. 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제2 가공 위치(H2(h2x, h2y, h2z))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys, h2zs))로 다음과 같이 변환한다.

[수학식 4-1]

이어서, 상기 2차원 스케일을 측정하는 제3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 원점(D(Dx,Dy,Dz))을 산출하고 상기 3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제4 회전각(φ_Dx, φ_Dy , φ_Dz)을 측정한다.

이어서, 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys, h2zs))을 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y, H2z))로 변환한다. 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys, h2z))을 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y, H2z))로 변환은 다음과 같이 주어진다.

[수학식 5-1]

여기서, h2xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys, h2zs))의 X축 좌표이고, h2ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys, h2zs))의 Y축 좌표이다. h2zs는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys, h2zs))의 Z축 좌표이다.

이어서, 제2 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(D)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y, H2z))로 이동시키고 가공한다.

도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 측정 방법이 적용된 웨이퍼 레벨 패키징 가공 방법을 설명하는 개념도이다.

도 29를 참조하면, 웨이퍼 레벨 패키징의 가공 방법은 (a) 케리어(20)에 2차원 스케일(10)을 배치한다. 상기 케리어(20)는 유리 케리어 기판일 수 있다. 상기 2차원 스케일(10)은 상기 케리어(20)의 하부면에 배치된다. 상기 케리어 상에 분리층(release layer, 61)이 배치될 수 있다.

이어서, (b) 상기 캐리어(20)에 물체(30)를 위치시키고 고정한다. 상기 물체(30)는 실리콘 반도체 칩일 수 있다. 상기 물체(30)는 접착층으로 동작하는 상기 분리층(61)을 통하여 고정된다. 상기 물체(30)는 픽엔플레이스 장비에 의하여 이송된 후 상기 캐리어(20)에 고정된다. 물체(30)는 복수 개일 수 있다.

이어서, 상기 케리어(20)에 부착된 물체(30)를 비전 카메라(미도시)로 촬상한 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 측정한다.

이어서, 상기 2차원 스케일(10)을 측정하는 제1 스케일 센서(미도시)로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 측정한다.

이어서, 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환한다.

이어서, 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))로 변환한다. 상기 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))는 복수 개이고 비아 플러그가 배치될 위치이다.

이어서, (c) 상기 물체를 덮도록 물딩 공정을 수행하여 몰딩층(62)을 형성한다. 상기 몰딩층(62) 상에 절연층(64)을 형성한다.

이어서, (d) 상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_L)을 측정한다. 제1 가공기는 비아 플러그를 위하여 비아홀을 형성하는 레이저 드릴 장치일 수 있다.

이어서, 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환한다.

이어서, 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시키고 가공한다. 상기 물체가 복수 개인 경우, 물체 별로 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))에서 상기 몰딩층(62) 및 상기 절연층(64)에 레이저 드릴링을 수행하여 비아 홀(63')을 형성한다.

이어서, (e) 상기 비아 홀(63')을 채우는 배선(64)을 형성한다. 상기 배선은 도금 방법들이 사용된다. 상기 배선 공정은 복수회 반복될 수 있다.

이어서, (f) 상기 배선에 솔더 범프(65)를 형성한다. 그리고, 상기 캐리어(20)는 제거된다.

이어서, (g) 패키징된 물체(30)는 레이저 스크라이버 등에 의하여 서로 분리된다.

2차원 스케일을 사용하여 복수의 서로 다른 공정을 진행하면, 서로 다른 공정을 수행하면서, 공정들 마다 정렬 마크를 찾는 공정을 단축할 수 있다. 또한, 공정별 정렬의 오차가 현저히 감소할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 2차원 스케일
20: 케리어
30: 물체

Claims

케리어에 2차원 스케일을 배치하는 단계;
상기 케리어에 물체를 위치시키고 고정하는 단계;
상기 케리어에 부착된 물체를 비전 카메라로 촬상한 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 측정하는 단계;
상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 제1 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 상기 제1 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각()을 측정하는 단계;
상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각()을 사용하여 상기 제1 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하는 단계;
상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 제1 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))로 변환하는 단계;
상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 제2 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 상기 제2 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각( _L)을 측정하는 단계; 및
상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 제2 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환하는 단계;를 포함하고,
상기 제2 스케일 좌표계는 상기 제1 스케일 좌표계와 동일한 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 이동시키고 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하는 단계는:

로 주어지고,
C_x는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))의 X축 좌표이고,
C_y는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))의 Y축 좌표이고,
x는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))의 X축 좌표이고,
y는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))의 Y축 좌표인 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제3 항에 있어서,
상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))로 변환하는 단계는

로 주어지고,
회전각(θ)는 상기 물체의 제1 회전각(ω)에서 상기 2차원스케일의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 뺀 각도로 주어지고,
a는 상기 스케일 좌표계에서 기준 위치(P(a,b))의 X축 좌표이고,
b는 상기 스케일 좌표계에서 기준 위치(P(a,b))의 Y축 좌표이고,
h1x는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))의 X축 좌표이고,
h1y는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))의 Y축 좌표인 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제4 항에 있어서,
상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 제1 가공 위치(H1(H1x, H1y))로 변환하는 단계는:

h1xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 X축 좌표이고,
h1ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys))의 Y축 좌표이고,
Lx는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 X축 좌표이고,
Ly는 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L)의 Y축 좌표인 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제1 항에 있어서,
상기 제1 스케일 센서와 상기 비전 카메라는 설정된 거리와 각도로 고정되고,
상기 제2 스케일 센서와 상기 제1 가공기는 설정된 거리와 각도로 고정된 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제6 항에 있어서,
제2 가공기와 제3 스케일 카메라는 설정된 거리와 각도로 고정되고,
상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제2 가공 위치(H2(h2x, h2y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))로 변환하는 단계;
상기 2차원 스케일을 측정하는 제3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 원점(D(Dx,Dy))을 산출하고 상기 제3 스케일 센서로 촬상한 제3 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제4 회전각(φ_D)을 측정하는 단계;
상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))을 상기 제2 가공기의 구동 좌표계(O_D)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 변환하는 단계; 및
제2 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(D)을 상기 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 이동시키고 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
제7 항에 있어서,
상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 제2 가공 위치(H2(H2x, H2y))로 변환하는 단계는:

h2xs는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))의 X축 좌표이고,
h2ys는 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제2 가공 위치(H2(h2xs, h2ys))의 Y축 좌표인 인 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
케리어에 부착된 물체를 촬상하여 비전 이미지를 생성하는 비전 카메라;
상기 케리어에 부착된 2차원 스케일을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 생성하는 제1 스케일 센서; 및
상기 비전 카메라의 상기 비전 이미지와 상기 제1 스케일 센서의 상기 제1 스케일 이미지를 처리하는 데이터 처리부를 포함하고,
상기 데이터 처리부는 상기 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))와 상기 물체의 제1 회전각(ω)을 산출하고,
상기 데이터 처리부는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φ)을 산출하고,
상기 데이터 처리부는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y))를 상기 제2 회전각(φ)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b))로 변환하고,
상기 데이터 처리부는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))로 변환하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.
제9 항에 있어서,
상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys))를 제1 가공기에 전송하는 것을 특징으로 위치 측정 장치.
케리어에 2차원 스케일을 배치하는 단계;
상기 케리어에 물체를 위치시키고 고정하는 단계;
상기 케리어에 부착된 물체를 3차원 측정기의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 상기 물체의 제1 회전각(ωx, ωy, ωz)을 측정하는 단계;
상기 2차원 스케일을 측정하는 제1 스케일 센서로 촬상한 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 상기 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y,C_z))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx, φx, φz)을 측정하는 단계;
3차원 측정기의 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))를 상기 제2 회전각(φx, φx, φz)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b,c))로 변환하는 단계;
상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y,h1z))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))로 변환하는 단계;
상기 2차원 스케일을 측정하는 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 원점(L(Lx,Ly,Lz))을 산출하고 상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지에서 스케일 좌표계(O_S)의 제3 회전각(φ_Lx,φ_Ly,φ_Lz)을 측정하는 단계; 및
상기 제2 스케일 센서로 촬상한 제2 스케일 이미지의 상기 스케일 좌표계(O_S)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, h1ys, h1zs))을 상기 제1 가공기의 구동 좌표계(O_L)의 가공 위치(H1(H1x, H1y, H1z))로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
케리어에 부착된 물체를 촬상하여 비전 이미지를 생성하는 3차원 측정기;
상기 케리어에 부착된 2차원 스케일을 촬상하여 제1 스케일 이미지를 생성하는 제1 스케일 센서; 및
상기 3차원 측정기의 상기 비전 이미지와 상기 제1 스케일 센서의 상기 제1 스케일 이미지를 처리하는 데이터 처리부를 포함하고,
상기 데이터 처리부는 상기 비전 이미지의 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))와 상기 물체의 제1 회전각(ωx,ωy,ωz)을 산출하고,
상기 데이터 처리부는 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)에서 비전 좌표계(O_V)의 원점 위치(C(C_x,C_y,C_z))를 산출하고 상기 제1 스케일 이미지의 스케일 좌표계(O_S)의 제2 회전각(φx, φy, φz)을 산출하고,
상기 데이터 처리부는 상기 비전 좌표계(O_V)에서 상기 물체의 기준 위치(P(x,y,z))를 상기 제2 회전각(φx, φy, φz)을 사용하여 상기 스케일 좌표계(O_S)의 기준 위치(P(a,b,c))로 변환하고,
상기 데이터 처리부는 상기 물체의 물체 좌표계(O_T)에서 가공하고자 하는 제1 가공 위치(H1(h1x, h1y,h1z ))를 상기 스케일 좌표계(Os)의 제1 가공 위치(H1(h1xs, H1ys, H1zs))로 변환하는 것을 특징으로 하는 위치 측정 장치.