KR102677574B1 - 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동수단에 의해 X방향으로 이동되어지는 측정시편의 위상 또는 형상을 측정하기 위한 시스템으로서, X-Y평면 상에 배치되어 상기 이동수단에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어지는 측정시편;서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 패턴발생부; 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 특정거리 만큼 이동될 때 마다 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하는 제어부; 및 측정시편의 동일한 위치에서 복수의 위상천이된 픽셀정보를 획득하여 상기 측정시편의 위상 또는 형상을 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면의 위상, 3차원 형상측정시스템 및 측정방법에 관한 것이다.
자유곡면이란 어떠한 축에 대해서도 비대칭성을 가진 임의의 면을 말하며 최근 등장한 스마트 안경과 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, Head Mounted Display) 등의 최첨단 광학기기의 핵심 부품들은 모두 자유곡면으로 이루어져 있다. 이러한 자유곡면은 기존의 구면이나 비구면으로만 이루어진 광학계의 광학적 성능의 한계를 뛰어넘을 뿐만 아니라 디자인적인 요소도 동시에 충족시킬 수 있기 때문에 전세계적으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 편향측정법은 이러한 자유곡면의 삼차원 형상을 측정할 수 있은 대표적인 기술로서 기존의 간섭계와 달리 별도의 기준면 없이도 측정 대상물에 대한 삼차원 형상 측정이 가능하기 때문에 차세대 자유곡면 형상측정기로 각광을 받고 있다.
편향측정법의 기본 원리는 주기적인 패턴을 가진 줄무늬 패턴을 측정하고자 하는 측정대상물 표면에 입사시킨 후 측정 대상물의 형태에 의해 변형된 패턴의 위상을 분석함으로써 각 표면의 기울기 변화를 측정하게 된다. 즉 측정하고자 하는 대상물의 형상이 z=z(x,y)라고 가정을 하면 편향측정법을 통해 얻게되는 측정값은 입사된 패턴의 방향에 따라 x축 방향 기울기 성분(∂z/∂x)과 y축 방향 기울기 성분(∂z/∂y)을 각각 얻을 수 있다. 따라서 측정된 위상으로부터 획득된 x축과 y축 방향의 두 기울기 성분을 적분을 하게 되면 측정 대상물에 대한 삼차원 형상을 복원하여 얻을 수 있게 된다.
이때, 외부 진동과 환경변화에 의해 측정 과정 중에 생기는 오차를 최대한 줄이고 삼차원 표면 형상을 정확하기 측정하기 위해서는 무엇보다도 빠른 속도로 위상을 측정할 수 있어야 한다. 측정 과정 중에 외부 환경 오차로 인해 측정 대상물에 영향을 주게 되면 이로 인해 측정 결과에 심각한 오차를 유발하게 된다.
이때, 외부 진동과 환경변화에 의해 측정 과정 중에 생기는 오차를 최대한 줄이고 삼차원 표면 형상을 정확하기 측정하기 위해서는 무엇보다도 빠른 속도로 위상을 측정할 수 있어야 한다. 측정 과정 중에 외부 환경 오차로 인해 측정 대상물에 영향을 주게 되면 이로 인해 측정 결과에 심각한 오차를 유발하게 된다.
LCD를 비롯한 대다수의 상업용 디스플레이는 일반적으로 인간의 시각적 인식을 높이기 위해 감도 특성이 비선형적이고 특히 더 밟은 색조보다 어두운 색조간의 상대적 차이가 크게 된다. 그러나 휘도에 따른 카메라와 같은 디지털 장비의 감도 특성은 사람의 눈과 틀리다.
위상천이 편향측정법에서 측정을 위해 디스플레이에서 생성된 정현파 패턴의 강도는 카메라를 통해 측정하게 되면 실제 정현파 패턴이 아닌 왜곡된 패턴을 얻게 된다. 이러한 디스플레이와 카메라에서 위발된 비선형 성분은 주로 측정 결과값에 심각한 측정 오차를 유발하게 된다.
또한 종래 위상천이 편향측정법의 경우, 항상 측정시편이 평면에 고정된 상태에서 패턴을 조사하여 변형된 패턴을 분석할 수 있다. 그러나, 실제 통상의 사업현에서 측정대상물(측정시편)은 고정되어 있지 않고 이동수단(컨베이어벨트 등)에 의해 특정속도로 이동되어지고 있는 상황이다. 즉, 종래의 방법으로는 이러한 측정시편이 지속적으로 이동되어지고 있는 상황에서 측정시편의 3차원 형상을 측정, 분석할 수 없는 단점이 존재한다.
따라서 측정시편이 사업현장에서 컨베이어벨트 등에 의해 이동되어지고 있는 상황에서 위상천이 편향측정법에 의해 측정시편의 위상, 3차원 형상을 측정할 수 있는 방법, 시스템의 개발이 요구되었다.
F. Liu, Y.We and F.Wu 2015 Correction of phase extraction error in phase-shifting interferometry based on Lissajous figure and ellipse fitting technology Optic Express. 23 10794-10807
C.Wei, M.Chen, H.Guo, and Z.Wang, "General phase-stepping algorithm using Lissajous figure technique", Proc.SPIE 3478, 0277(1998))
J.Xu, Q.Xu, and H. Peng, ""Spatial carrier phase-shifting algorithm based on least-squares iteration"", Applied Optics, 47(29) 5446-5453 (2008)
Zhichao Dong and Haobo Cheng, "Hybrid algorithm for phase retrieval from a single spatial carrier fringe pattern", Applied Optics 55 7565-7573
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따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 측정시편을 이송하는 모터위치 값과 디텍터(카메라)와 패턴발생부(스크린)를 동기화 시켜서 측정시편을 이송중에, 등간격의 패턴의 한 주기 내에서 등간격위상으로 N회 위상천이하면서 패턴을 조사하고, 이를 N회 찍을 때, 동일위치에서 N개의 위상천이된 PIXEL정보를 획득할수 있고 이를 분석해서 위상이나 3차원 형상을 측정할 수 있는, 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 측정시편이 고정된 상태가 아닌 사업현장과 같이 컨베이어 벨트에 측정시편이 이동되어 지고 있는 상태에서도 측정시편에 대해 신속하고 정확하게 위상, 형상을 측정할 수 있는, 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은 이동수단에 의해 X방향으로 이동되어지는 측정시편의 위상 또는 형상을 측정하기 위한 시스템으로서, X-Y평면 상에 배치되어 상기 이동수단에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어지는 측정시편; 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 패턴발생부; 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 특정거리 만큼 이동될 때 마다 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하는 제어부; 및 측정시편의 동일한 위치에서 복수의 위상천이된 픽셀정보를 획득하여 상기 측정시편의 위상 또는 형상을 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상은, 패턴의 한 주기내의 등간격의 위상이고 360을 위상천이 할 횟수(N회)로 나눈 값으로, 예를 들어 위상천이를 4회 한다고 했을 때, 360나누기 4를 하면 등간격의 위상은 90도이고, 한주기내에서 4회 패턴 변경이 가능하고 그때의 패턴은 각각 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 및 위상 270도 패턴이고, 상기 이동수단에 의해 이동되는 측정시편의 이동거리를 감지하는 거리감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는 거리감지부에서 감지한 이동거리를 기반으로 상기 측정시편이 상기 특정거리 만큼 이동될 때 마다 등간격의 위상천이된 패턴을 각도(4회의 경우, 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 위상 270도 패턴, 위상 0도 패턴) 순으로 위상패턴을 변경하며 상기 측정시편에 패턴을 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 분석수단은, 등간격으로 위상천이된 패턴 각각에 의해 조사된 상기 측정시편의 동일위치를 파악하는 동일위치파악부와, 상기 동일위치 각각에 대해 등간격으로 위상천이된 패턴 각각에 대한 N개의 위상천이된 픽셀정보를 획득하는 픽셀정보 획득부와, 상기 4개의 위상천이된 픽셀정보를 기반으로 위상을 측정하고, 동일위치 각각에 대한 위상을 기반으로 상기 측정시편의 위상맵을 획득하는 위상획득부와, 상기 위상맵을 기반으로 상기 측정시편의 3차원 형상을 획득하는 형상분석부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 X-Y평면 상에 배치되어 상기 이동수단에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어지는 측정시편의 위상 또는 형상을 측정하기 위한 방법으로서, 패턴발생부가 특정 위상을 갖는 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제1단계; 디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제2단계; 제어부가 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 특정거리 만큼 이동되면 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여 상기 패턴발생부가 위상천이된 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제3단계; 디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제4단계; 상기 제3단계와 상기 제4단계를 반복하는 제5단계; 분석수단이 측정시편의 동일한 위치에서 복수의 위상천이된 픽셀정보를 획득하여 상기 측정시편의 위상 또는 형상을 분석하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제3목적은 X-Y평면 상에 배치되어 상기 이동수단에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어지는 측정시편의 위상 또는 형상을 측정하기 위한 방법으로서, 패턴발생부가 위상 0도 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제1단계; 디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제2단계; 제어부가 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여 상기 패턴발생부가 등간격으로 증가한 위상 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제3단계; 디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제4단계; 제어부가 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 다시 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여 상기 패턴발생부가 다시 등간격으로 증가한 위상 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제5단계; 디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제6단계; 제어부가 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 다시 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여 상기 패턴발생부가 다시 등간격으로 증가한 위상 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제7단계; 디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제8단계; 동일위치파악부가 한 주기 내에서 등간격으로 위상이 증가한 패턴 각각에 의해 조사된 상기 측정시편의 동일위치를 파악하고, 픽셀정보 획득부가 상기 동일위치 각각에 대해 한 주기 내에서 등간격으로 위상이 증가한 패턴 각각에 대한 N개의 위상천이된 픽셀정보를 획득하는 제9단계; 및 위상획득부가 상기 N개의 위상천이된 픽셀정보를 기반으로 위상을 측정하고, 동일위치 각각에 대한 위상을 기반으로 상기 측정시편의 위상맵을 획득하고, 형상분석부가 상기 위상맵을 기반으로 상기 측정시편의 3차원 형상을 획득하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법에 따르면, 측정시편을 이송하는 모터위치 값과 디텍터(카메라)와 패턴발생부(스크린)를 동기화 시켜서 측정시편을 이송중에, 등간격의 패턴의 한 주기 내에서 등간격위상으로 N회 위상천이하면서 패턴을 조사하고, 이를 N회 찍을 때, 동일위치에서 N개의 위상천이된 PIXEL정보를 획득할수 있고 이를 분석해서 위상이나 3차원 형상을 측정할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법에 따르면, 측정시편이 고정된 상태가 아닌 사업현장과 같이 컨베이어 벨트에 측정시편이 이동되어 지고 있는 상태에서도 측정시편에 대해 신속하고 정확하게 위상, 형상을 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 실제 제품사진,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패턴발생부에서 조사되는 패턴위상(0도, 90, 180도, 270도)이 다른 패턴,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디텍터(4ch 라인 카메라)에서 획득되는 픽셀 어레이
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 측정시편이 x1, x2, x3, x4 위치에 있을 때 획득된 픽셀의 개념도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 계산된 위상 또는 3D 형상 이미지를 도시한 것이다.
도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 실제 제품사진,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패턴발생부에서 조사되는 패턴위상(0도, 90, 180도, 270도)이 다른 패턴,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디텍터(4ch 라인 카메라)에서 획득되는 픽셀 어레이
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 측정시편이 x1, x2, x3, x4 위치에 있을 때 획득된 픽셀의 개념도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 계산된 위상 또는 3D 형상 이미지를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 구성, 기능 및 분석방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저 도 1은 편향측정법을 이용한 3차원 형상 측정 시스템의 개략도를 도시한 것이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 개략도를 도시한 것이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템의 실제 제품사진을 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 측정시편(1)의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템(100)은 통상의 평향측정법을 이용한 분석시스템과 같이, 패턴발생부(10)는 패턴을 생성하여 측정시편(1)에 투영하도록 구성된다. 이러한 패턴발생부(10)는 스크린으로 구성될 수 있다.
또한, 디텍터(20)는 측정시편(1)로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하도록 구성되며 본 발명의 실시예에서는 라인 카메라로 구성된다.
그러나 본 발명의 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 측정시편(1)이 X-Y평면방향에서 고정된 상태가 아닌, 컨베이어벨트 등과 같은 이동수단(2)에 의해 X방향으로 특정속도로 이동되고 있는 상황에서 측정시편(1)에 대한 위상, 3D형상을 측정, 분석하는 것을 목적으로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템(100)의 블록도를 도시한 것이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법의 흐름도를 도시한 것이다.
구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 패턴발생부(10), 제어부(30), 거리감지부(3), 디텍터(20), 분석수단(40)을 포함하며, 본 발명의 실시예에 따른 분석수단(40)은 동일위치파악부(41), 픽셀정보획득부(42), 위상획득부(43), 형상분석부(44) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
측정시편(1)은 앞서 언급한 바와 같이, X-Y평면 상에 배치되어 이동수단(2)에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어진다.
그리고 패턴발생부(10)는 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상을 생성하여 측정시편(1)에 조사할 수 있도록 구성된다.
이러한 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상은, 한주기가 360도이고, N회 위상천이된 패턴을 조사한다고 할 때, 상기 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상은, 360 나누기 N을 한 등간격으로 증가하는 N가의 위상천이된 패턴이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서 N이 4일 때 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 및 위상 270도 패턴일 수 있다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 패턴발생부(10)에서 조사되는 패턴위상(0도, 90, 180도, 270도)이 다른 패턴을 도시한 것이다.
또한 패턴방향수에서 발생되는 패턴의 방향은 X방향이거나 Y방향이거나 대각선방향이거나, 임의의 각도로 기울어진 방향일 수도 있다.
그리고 디텍터(20)는 측정시편(1)로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하도록 구성된다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디텍터(20)(4ch 라인 카메라)에서 획득되는 픽셀 어레이를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 4ch 디텍터(20)에서 획득된 영상에서 Y방향으로 4개의 픽셀이 존재하며 X방향으로 수천개의 픽셀이 획득됨을 알 수 있다.
또한 제어부(30)는 이동수단(2)과 연동되어 상기 측정시편(1)이 특정거리 만큼 이동될 때 마다 상기 패턴발생부(10)에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하게 된다.
또한 거리감지부(3)는 이동수단(2)에 의해 이동되는 측정시편(1)의 이동거리를 감지하도록 구성되며, 제어부(30)는 거리감지부(3)에서 감지한 이동거리를 기반으로 측정시편(1)이 특정거리 만큼 이동될 때 마다 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 위상 270도 패턴, 위상 0도 패턴 순으로 위상패턴을 변경하며 측정시편(1)에 패턴을 조사하도록 제어하게 된다.
그리고 분석수단(40)은 측정시편(1)의 동일한 위치에서 4개의 서로다른 위상천이된 픽셀정보를 획득하여 측정시편(1)의 위상 또는 형상을 분석하도록 구성된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 측정시편(1)이 x1, x2, x3, x4 위치에 있을 때 획득된 픽셀의 개념도를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 측정시편(1)을 이송하는 모터위치 값과 패턴발생부(10)를 동기화 시켜서 측정시편(1)을 이송중에, 각 위치별로, 패턴위상이 다른(0, 90,180, 270) 패턴을 조사하면, 4회를 찍을 때, 도 8의 빨간색은 동일 위치에서 4개의 위상천이된 PIXEL정보를 획득할수 있음을 알 수 있다. 이러한 동일 위치에서 4개의 위상천이된 픽셀정보를 분석하여 측정시편(1)의 위상이나 3차원 형상을 측정할 수 있게 된다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 계산된 위상 또는 3D 형상 이미지를 도시한 것이다.
보다 구체적으로 분석수단(40)은 동일위치파악부(41), 픽셀정보획득부(42), 위상획득부(43), 형상분석부(44)를 포함할 수 있다.
동일위치파악부(41)는 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 및 위상 270도 패턴 각각에 의해 조사된 측정시편(1)의 동일위치(도 8에서 빨간색 부분)를 파악하게 된다. 그리고 픽셀정보 획득부는 동일위치 각각에 대해 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 및 위상 270도 패턴 각각에 대한 픽셀정보를 획득하도록 구성된다.
그리고 위상획득부(43)는 4개의 위상천이된 픽셀정보를 기반으로 위상을 측정하고, 동일위치 각각에 대한 위상을 기반으로 측정시편(1)의 위상맵을 생성하도록 구성된다. 또한 형상분석부(44)는 이러한 위상맵을 기반으로 측정시편(1)의 3차원 형상을 획득하도록 구성된다.
이하에서는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에서는 측정시편(1)이 X-Y평면 상에 배치되어 이동수단(2)에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어지는 상태(S1)에서 이러한 측정시편(1)의 위상 또는 형상을 측정하기 위한 방법이다.
먼저, 패턴발생부(10)가 위상 0도 패턴을 생성하여 측정시편(1)에 조사하게 된다(S2).
그리고 디텍터(20)는 측정시편(1)로부터 반사되는 변형된 위상 0도 패턴의 영상을 획득하게 된다(S3).
그리고 제어부(30)는 이동수단(2)과 연동되어 측정시편(1)이 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 패턴발생부(10)에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여, 패턴발생부(10)가 위상 90도 패턴을 생성하여 측정시편(1)에 조사하도록 한다(S4).
그리고 디텍터(20)는 측정시편(1)로부터 반사되는 변형된 위상 90도 패턴의 영상을 획득하게 된다(S5).
그리고 제어부(30)는 이동수단(2)과 연동되어 측정시편(1)이 다시 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 패턴발생부(10)에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여 패턴발생부(10)가 위상 180도 패턴을 생성하여 측정시편(1)에 조사되도록 한다(S6).
그리고 디텍터(20)가 측정시편(1)로부터 반사되는 변형된 위상 180도 패턴의 영상을 획득하게 된다(S7).
그리고 연속적으로 제어부(30)는 이동수단(2)과 연동되어 측정시편(1)이 다시 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 패턴발생부(10)에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여, 패턴발생부(10)가 위상 270도 패턴을 생성하여 측정시편(1)에 조사되도록 한다(S8).
그리고 디텍터(20)는 측정시편(1)로부터 반사되는 변형된 위상 270도 패턴의 영상을 획득하게 된다(S9).
서로 위상이 다른 패턴 영상 4개를 디텍터(20)가 획득하게 되면, 동일위치파악부(41)는 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 및 위상 270도 패턴 각각에 의해 조사된 측정시편(1)의 동일위치를 파악하고(S10), 픽셀정보 획득부는 이러한 동일위치 각각에 대해 위상 0도 패턴, 위상 90도 패턴, 위상 180도 패턴, 및 위상 270도 패턴 각각에 대한 위상천이된 픽셀정보(4개의 픽셀정보)를 획득하게 된다(S11).
그리고 위상획득부(43)는 이러한 4개의 위상천이(위상 0도, 위상 90도, 위상 180도, 위상 270도)된 픽셀정보를 기반으로 위상을 측정하고, 동일위치 각각에 대한 위상을 기반으로 측정시편(1)의 위상맵을 획득하게 된다(S12).
그리고 형상분석부(44)는 위상맵을 기반으로 측정시편(1)의 3차원 형상을 획득하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:측정시편
2:이동수단
3:거리감지부
10:패턴발생부, 스크린
20:디텍터, 라인카메라
30:제어부
40:분석수단
41:동일위치파악부
42:픽셀정보획득부
43:위상획득부
44:형상분석부
100:측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템
2:이동수단
3:거리감지부
10:패턴발생부, 스크린
20:디텍터, 라인카메라
30:제어부
40:분석수단
41:동일위치파악부
42:픽셀정보획득부
43:위상획득부
44:형상분석부
100:측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템
Claims (5)
- 이동수단에 의해 X방향으로 이동되어지는 측정시편의 위상 또는 형상을 측정하기 위한 시스템으로서,
X-Y평면 상에 배치되어 상기 이동수단에 의해 특정속도로 X방향으로 이동되어지는 측정시편; 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 패턴발생부; 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 디텍터; 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 특정거리 만큼 이동될 때 마다 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하는 제어부; 및 측정시편의 동일한 위치에서 복수의 위상천이된 픽셀정보를 획득하여 상기 측정시편의 위상 또는 형상을 분석하는 분석수단;을 포함하고,
상기 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상은 패턴의 한주기 내의 등간격의 위상이고, 한주기는 360도이고, N회 위상천이된 패턴을 조사한다고 할 때, 상기 서로 다른 위상을 갖는 복수의 패턴위상은, 360 나누기 N을 한 등간격으로 증가하는 N개의 위상천이된 패턴이며,
상기 이동수단에 의해 이동되는 측정시편의 이동거리를 감지하는 거리감지부를 포함하고,
상기 제어부는 거리감지부에서 감지한 이동거리를 기반으로 상기 측정시편이 상기 특정거리 만큼 이동될 때 마다 등간격의 위상천이된 패턴을 변경하며 상기 측정시편에 패턴을 조사하며,
상기 분석수단은,
등간격으로 위상천이된 패턴 각각에 의해 조사된 상기 측정시편의 동일위치를 파악하는 동일위치파악부와, 상기 동일위치 각각에 대해 등간격으로 위상천이된 패턴 각각에 대한 N 개의 위상천이된 픽셀정보를 획득하는 픽셀정보 획득부와, 상기 N 개의 위상천이된 픽셀정보를 기반으로 위상을 측정하고, 동일위치 각각에 대한 위상을 기반으로 상기 측정시편의 위상맵을 획득하는 위상획득부와, 상기 위상맵을 기반으로 상기 측정시편의 3차원 형상을 획득하는 형상분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 따른 자유곡면 분석시스템을 이용한 분석방법으로서,
N값을 결정하고, 한주기는 360도이고, 360을 N으로 나눈 등간격 위상을 결정하는 제0단계;
패턴발생부가 위상 0도 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제1단계;
디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제2단계;
제어부가 상기 이동수단과 연동되어 상기 측정시편이 X방향으로 특정거리 만큼 이동되면 상기 패턴발생부에서 발생되는 패턴의 위상을 변경시키도록 제어하여 상기 패턴발생부가 등간격으로 증가한 위상 패턴을 생성하여 상기 측정시편에 조사하는 제3단계;
디텍터가 상기 측정시편로부터 반사되는 변형된 패턴의 영상을 획득하는 제4단계;
제3단계와 제4단계를 360/N * (N-1) 위상 패턴의 영상을 획득할 때까지 반복하는 제5단계;
동일위치파악부가 한 주기 내에서 등간격으로 증가한 패턴 각각에 의해 조사된 상기 측정시편의 동일위치를 파악하고, 픽셀정보 획득부가 상기 동일위치 각각에 대해 한 주기 내에서 등간격으로 위상이 증가한 패턴 각각에 대한 N개의 위상천이된 픽셀정보를 획득하는 제6단계; 및
위상획득부가 상기 N개의 위상천이된 픽셀정보를 기반으로 위상을 측정하고, 동일위치 각각에 대한 위상을 기반으로 상기 측정시편의 위상맵을 획득하고, 형상분석부가 상기 위상맵을 기반으로 상기 측정시편의 3차원 형상을 획득하는 제10단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석방법.
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| KR1020220026815A KR102677574B1 (ko) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법 |
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| KR1020220026815A KR102677574B1 (ko) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 측정시편의 이동상황에서 편향 측정법을 이용한 자유곡면 분석시스템 및 분석방법 |
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| KR20230129780A KR20230129780A (ko) | 2023-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
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| GRNT | Written decision to grant |