KR20080043047A - 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치 - Google Patents

새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치 Download PDF

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KR20080043047A
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Abstract

본 발명은 측정대상물의 형상에 관계없이 다수개의 조명부를 선택적으로 온/오프시켜 측정대상물의 3차원형상을 측정할 수 있는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치에 관한 것으로, 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 격자(110)와, 격자이송부(120)와, 격자(110)의 상측에 설치되어 격자(110)로 제1조명을 조사하거나 격자(110)를 통해 반사되는 측정대상물(102)의 반사이미지를 투과시키는 빔스플리터부(130)와, 빔스플리터부(130)의 일측에 설치되어 빔스플리터부(130)로 제1조명을 조사하는 보조조명부(140)와, 빔스플리터부(130)의 상측에 설치되어 빔스플리터부(130)를 투과하는 반사이미지를 촬영하는 결상부(150)와, 격자(110)의 상측에 위치되도록 결상부(150)를 중심으로 각각 경사지게 설치됨과 아울러 등각도로 이격되도록 설치되어 격자로 제2조명을 조사하는 다수개의 조명부(160)와, 격자이송부(120)와 보조조명부(140)와 결상부(150)와 조명부(160)를 각각 제어하여 결상부(150)에서 반사이미지가 촬영되면 반사이미지를 수신받아 측정대상물(102)의 3차원형상을 측정하고, 측정대상물(102)의 형상에 따라 다수개의 조명부(160)의 온/오프를 제어하는 제어부(170)로 구성된다.
새도우, 모아레, 조명, 격자, 이송, 결상

Description

새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치{Three-Dimensional Image Measuring Apparatus Using Shadow Moire}
도 1은 종래의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치의 측면도,
도 2는 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치의 측면도,
도 3은 도 2에 도시된 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치의 정면도,
도 4는 도 2에 도시된 격자이송기구의 정면도,
도 5는 도 4에 도시된 격자이송기구의 측면도,
도 6은 도 4에 도시된 격자의 사시도,
도 7은 도 2에 도시된 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치에서 제2조명부의 다른 실시예를 나타낸 측면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101: 워크스테이지 102: 측정대상물
110: 격자 120: 격자이송부
130: 빔스플리터부 140: 보조조명부
150: 결상부 160: 조명부
170: 제어부
본 발명은 새도우 모아레(shadow moire)를 이용한 3차원형상 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정대상물의 형상에 관계없이 다수개의 조명부를 선택적으로 온/오프시켜 측정대상물의 3차원형상을 측정할 수 있는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치에 관한 것이다.
영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치를 첨부된 도 1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 제어부(10), 워크스테이지(work stage)(20), 투영부(30), 회전부(40) 및 결상부(50) 로 구성되며, 제어부(10)는 3차원형상 측정장치를 전반적으로 제어하여 결상부(50)에서 촬영된 반사이미지를 이용하여 측정대상물(21)의 3차원형상을 측정하게 된다. 측정대상물(21)의 3차원형상을 측정하기 위해 측정대상물(21)을 측정위치로 이송하게 된다. 측정대상물(21)을 이송시키기 위해 워크스테이지(20)는 모터(23)와, 고정장치(22)가 구비되며, 고정장치(22)의 상측에는 측정대상물(21)이 측정위치로 이송되면 이를 촬영하여 3차원형상을 측정하기 위한 투영부(30), 회전부(40) 및 결상부(50)가 설치된다.
투영부(30)는 광원(31), 투영격자(32), 격자이송기구(32a), 투영렌즈(33) 및 필터(34)로 구성되어, 광원(31)에서 발생된 빛을 투영격자(32), 투영렌즈(33) 및 필터(34)를 통해 투영시켜 측정대상물(21)의 일측으로 격자무늬를 조사하게 된다.
측정대상물(21)로 격자무늬가 조사되면 측정대상물(21)에서 조사되어 반사되는 반사이미지를 결상부(50)가 촬영하기 위해 결상부(50)는 결상렌즈(51) 및 카메라(52)로 구성된다. 측정대상물(21)의 일측으로 조사되는 격자무늬에 따른 반사이미지를 결상부(50)에서 촬영하면 측정대상물(21)의 타측을 결상부(50)가 촬영하기 위해 투영부(30)를 측정대상물(21)의 타측으로 화살표와 같은 방향으로 회전시키게 된다. 투영부(30)를 회전시키기 위해 투영부(30)의 하측에는 회전부(40)가 설치된다.
회전부(40)는 지지부재(41)와 회전부재(42)로 구성되며, 지지부재(41)는 일측 즉, 상측에 결상부(50)가 위치되는 곳에 측정대상물(21)에서 반사되는 반사이미지가 통과될 수 있도록 제1관통홈(41a)이 형성되며, 투영부(30)가 설치되는 타측에는 제2관통홈(41b)이 형성되어 투영부(30)에서 발생되는 격자무늬가 측정대상물(21)로 조사될 수 있도록 한다.
이와 같이 종래의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 측정대상물의 형상이 사각형이거나 원형인 경우에 따라 투영부를 측정대상물의 일측과 타측으로 이동시키거나 여러 방향으로 이동시켜 측정대상물의 3차원형상을 측정하며, 투영부가 결상부를 중심으로 일측과 타측에 각각 설치되는 종래의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치인 경우에도 측정대상물이 원형인 경우에 투영부를 측정대상물의 중심으로 회전 이동한 후 측정대상물의 3차원형상을 측정해야 되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 영사식 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 투영부에 격자를 설치함으로써 투영부의 설치 개수에 따라 각각의 투영부에 격자와 격자를 이송하기 위한 격자이송기구를 설치해야 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 격자를 측정대상물의 상측에 위치되도록 설치하고, 조명부를 측정대상물의 다수개의 방향에 고정 설치하여 측정대상물의 형상에 관계없이 조명부를 선택적으로 온/오프하여 측정대상물의 3차원형상을 측정할 수 있는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치를 제공함에 있다.
본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 측정대상물을 측정위치로 이송시키는 워크스테이지의 상측에 설치되는 격자와, 격자가 설치되고 설치된 격자를 송시키기는 격자이송부와, 격자의 상측에 설치되어 격자로 제1조명을 조사하거나 격자를 통해 반사되는 측정대상물의 반사이미지를 투과시키는 빔스플리터(beam spitter)부와, 빔스플리터부의 일측에 설치되어 빔스플리터부로 제1조명을 조사하는 보조조명부와, 빔스플리터부의 상측에 설치되어 빔스플리터부를 투과하는 반사이미지를 촬영하는 결상부와, 격자의 상측에 위치되도록 결상부를 중심으로 각각 경사지게 설치됨과 아울러 등각도로 이격되도록 설치되어 격자로 제2조명을 조사하는 다수개의 조명부와, 격자이송부와 보조조명부와 결상부와 조명부를 각각 제어하여 결상부에서 반사이미지가 촬영되면 반사이미지를 수신받아 측정대상물의 3차원형상을 측정하고, 측정대상물의 형상에 따라 다수개의 조명부의 온/오프를 제 어하는 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치의 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치의 정면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는, 측정대상물(102)을 측정위치로 이송시키는 워크스테이지(101)의 상측에 설치되는 격자(110)와, 격자(110)가 설치되고 설치된 격자(110)를 이송시키는 격자이송부(120)와, 격자(110)의 상측에 설치되어 격자(110)로 제1조명을 조사하거나 격자(110)를 통해 반사되는 측정대상물(102)의 반사이미지를 투과시키는 빔스플리터부(130)와, 빔스플리터부(130)의 일측에 설치되어 빔스플리터부(130)로 제1조명을 조사하는 보조조명부(140)와, 빔스플리터부(130)의 상측에 설치되어 빔스플리터부(130)를 투과하는 반사이미지를 촬영하는 결상부(150)와, 격자(110)의 상측에 위치되도록 결상부(150)를 중심으로 각각 경사지게 설치됨과 아울러 등각도로 이격되도록 설치되어 격자로 제2조명을 조사하는 다수개의 조명부(160)와, 격자이송부(120)와 보조조명부(140)와 결상부(150)와 조명부(160)를 각각 제어하여 결상부(150)에서 반사이미지가 촬영되면 반사이미지를 수신받아 측정대상물(102)의 3차원형상을 측정하고, 측정대상물(102)의 형상에 따라 다수개의 조명부(160)의 온/오프를 제어하는 제어부(170)로 구성된다.
본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 워크스테이지(101), 격자(110), 격자이송부(120), 빔스플리터부(130), 보조조명부(140), 결상부(150), 다수개의 조명부(160) 및 제어부(170)로 구성되며, 각각의 구성을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
워크스테이지(101)는 종래의 구성과 같이 모터(23: 도 1에 도시됨)가 구비되고, 모터(23)에서 발생된 회전력에 의해 워크스테이지(101)의 상측에 위치되는 측정대상물(102)을 측정위치로 이송시키고 모터(23)는 제어부(170)에 의해 제어되고, 워크스테이지(101)의 상측에 격자(110)는 측정대상물(102)을 측정위치로 이송시키는 상측에 설치되며 도 6에 도시된 바와 같이 유리기판(111)에 격자패턴(112)을 인쇄하여 격자(110)를 형성하게 된다.
격자이송부(120)는 격자(110)가 설치되며 제어부(170)의 명령에 따라 설치된 격자(110)를 이송시키기 위해 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 격자이송부재(121), 격자이송기구(122) 및 리니어 가이드(linear guide)(123)로 구성된다.
격자이송부재(121)는 내측에 관통홈(121a)이 형성되며 하측에 격자(110)가 설치된다. 관통홈(121a)은 보조조명부(140) 및 조명부(160)에서 각각 발생되는 제1 및 제2조명원을 격자(110)로 조사하거나 측정대상물(102)에서 반사되는 격자무늬에 따른 반사이미지를 빔스플리터부(130) 및 결상부(150)로 조사될 수 있도록 하기 위해 격자이송부재(121)의 내측에 형성된다. 격자이송부재(121)에 설치되는 격자이송 기구(122)는 제어부(170)의 제어에 따라 격자이송부재(121)를 이송시킨다. 격자이송기구(122)에 의해 격자이송부재(121)의 이송시 격자이송부재(121)를 가이드하기 위해 리니어 가이드(123)가 설치된다. 리니어 가이드(123)는 격자이송부재(121)의 일측과 타측에 각각 설치되며, 또한 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치를 전반적으로 지지하는 프레임(103)에 지지된다.
빔스플리터부(130)는 격자(110)의 상측에 설치되어 격자(110)로 제1조명을 조사하거나 격자(110)를 통해 반사되는 측정대상물(102)의 반사이미지를 투과시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 제3필터(131), 제3렌즈(132) 및 빔스플리터(133)로 구성된다.
제3필터(131)는 격자(110)의 상측에 설치되어 보조조명부(140)를 통해 조사되는 제1조명을 여과시켜 격자(110)로 조사하거나 측정대상물(102)에서 반사되는 격자무늬에 따른 반사이미지를 여과시켜 투과시킨다. 제3필터(131)의 상측에 설치되는 제3렌즈(132)는 제1조명을 제3필터(131)로 조사하거나 제3필터(131)를 통해 여과된 격자무늬에 따른 반사이미지를 투과시킨다. 제3렌즈(132)의 상측에 설치되는 빔스플리터(133)는 보조조명부(140)를 통해 조사되는 제1조명을 반사시켜 조사하거나 제3렌즈(132)를 투과한 반사이미지를 투과시켜 결상부(150)로 조사하게 된다.
보조조명부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 빔스플리터부(130)의 일측에 설치되어 빔스플리터부(130)로 제1조명을 조사하기 위해 제1조명원(141), 제1렌즈(142) 및 제1필터(143)로 구성된다.
제1조명원(141)은 측정대상물(102)의 2차원형상 측정시 제어부(170)의 제어에 의해 제어되어 제1조명을 발생하고, 제1렌즈(142)는 제1조명원(141)의 일측에 설치되어 제1조명원(141)에서 발생되는 제1조명을 투과시키며, 제1필터(143)는 제1렌즈(142)의 일측에 설치되어 제1렌즈(142)를 투과하는 제1조명을 여과시켜 빔스플리터부(130)로 조사하여 측정대상물(102)의 상측에 위치한 격자(110)로 제1조명을 조사하게 된다.
결상부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 빔스플리터부(130)의 상측에 설치되어 빔스플리터부(130)를 투과하는 격자무의에 따른 반사이미지를 촬영하여 제어부(170)로 전송하고, 제어부(170)는 전송된 반사이미지를 이용하여 측정대상물(102)의 3차원형상을 측정하기 위해 카메라가 적용된다.
다수개의 조명부(160)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 측정대상물(102)을 중심으로 4방향에 각각 설치되며, 각각 격자(110)의 상측에 위치되도록 결상부(150)를 중심으로 각각 경사지게 설치됨과 아울러 등각도(θ)로 이격되도록 설치되어 격자(110)로 제2조명을 조사하기 위해 제2조명원(161), 제2렌즈(162) 및 제2필터(163)로 구성된다.
제2조명원(161)은 제2조명을 발생하며, 제2렌즈(162)는 제2조명원(161)의 하측에 설치되어 제2조명원에서 발생되는 제2조명을 투과시키며, 제2필터(163)는 제2렌즈(162)의 하측에 설치되어 제2렌즈(162)를 투과하는 제2조명을 여과시켜 격자(110)로 조사하여 격자(110)의 하측에 위치되는 측정대상물(102)에 격자무늬를 발생시키고, 측정대상물(102)에 발생된 격자무늬에 따른 반사이미지가 발생되고, 반사이미지는 빔스플리터부(130)를 통해 결상부(150)로 조사되어 결상부(150)에서 반사이미지를 촬영하게 된다.
다수개의 조명부(160)의 다른 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 다수개의 조명부(160)를 각각 수평이 되도록 설치하는 경우에 각각의 조명부(160)에서 각각 발생되는 제2조명을 격자(110)로 조사하기 위해 제2필터(163)의 일측에 미러(mirror)(164)가 추가되어 설치되고, 미러(164)는 경사지게 설치되어 제2필터(163)를 통해 여과되어 투과되는 제2조명을 격자(110)로 조사하게 된다.
제2조명이 격자(110)로 조사되면 측정대상물(102)에 격자무늬가 발생되고 이에 따라 격자무늬에 따라 반사이미지가 반사된다. 반사되는 반사이미지는 빔스플리터부(130)를 통해 결상부(150)로 조사되어 결상부(150)에서 반사이미지를 촬영하게 되고, 결상부(150)에서 반사이미지가 촬영되면 제어부(170)는 이를 전송받아 측정대상물(102)의 3차원형상을 측정하게 된다.
측정대상물(102)의 3차원형상의 측정시 제어부(170)는 도 3에 도시된 다수개의 조명부(160)를 선택적으로 온(on)/오프(off)를 제어하게 된다. 예를 들어, 사각형으로 이루어진 측정대상물(102)인 경우에 측정대상물(102)의 일측과 타측을 측정하기 위해 수평방향으로 대향되는 두 개의 조명부(160)를 온시킴과 아울러 나머지를 오프시키고, 반원체와 같은 측정대상물(102)의 측정시 다수개의 조명부(160)를 모두 온시켜 측정대상물(102)의 3차원형상을 측정하게 된다.
이와 같이 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치를 전반적으로 제어하는 제어부(170)는 격자이송부(120)와 보조조명부(140)와 결상부(150)와 조명부(160)를 각각 제어하여 결상부(150)에서 반사이미지가 촬영되면 반사이미지를 수신받아 측정대상물(102)의 3차원형상을 측정하고, 측정대상물(102)의 형상에 따라 다수개의 조명부(160)의 온/오프를 제어하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치는 격자를 측정대상물의 상측에 위치되도록 설치하고, 조명부를 측정대상물의 다수개의 방향에 고정 설치함으로서 다수개의 조명부의 회전 없이 측정대상물의 형상에 관계없이 측정대상물의 3차원형상을 측정할 수 있는 이점을 제공하다.

Claims (6)

  1. 측정대상물을 측정위치로 이송시키는 워크스테이지의 상측에 설치되는 격자와,
    상기 격자가 설치되고 설치된 격자를 이송시키는 격자이송부와,
    상기 격자의 상측에 설치되어 격자로 제1조명을 조사하거나 격자를 통해 반사되는 측정대상물의 반사이미지를 투과시키는 빔스플리터부와,
    상기 빔스플리터부의 일측에 설치되어 빔스플리터부로 상기 제1조명을 조사하는 보조조명부와,
    상기 빔스플리터부의 상측에 설치되어 빔스플리터부를 투과하는 반사이미지를 촬영하는 결상부와,
    상기 격자의 상측에 위치되도록 상기 결상부를 중심으로 각각 경사지게 설치됨과 아울러 등각도로 이격되도록 설치되어 격자로 제2조명을 조사하는 다수개의 조명부와,
    상기 격자이송부와 상기 보조조명부와 상기 결상부와 상기 조명부를 각각 제어하여 상기 결상부에서 반사이미지가 촬영되면 반사이미지를 수신받아 측정대상물의 3차원형상을 측정하고, 측정대상물의 형상에 따라 상기 다수개의 조명부의 온/오프를 제어하는 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 격자이송부는 내측에 관통홈이 형성되며 하측에 상기 격자가 설치되는 격자이송부재와,
    상기 격자이송부재에 설치되어 격자이송부재를 이송시키는 격자이송기구와,
    상기 격자이송부재의 일측과 타측에 각각 설치되어 상기 격자이송기구에 의해 격자이송부재의 이송시 격자이송부재를 가이드하는 리니어 가이드로 구성됨을 특징으로 하는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조조명부는 제1조명을 발생하는 제1조명원과,
    상기 제1조명원의 일측에 설치되어 제1조명원에서 발생되는 제1조명을 투과시키는 제1렌즈와,
    상기 제1렌즈의 일측에 설치되어 제1렌즈를 투과하는 제1조명을 여과시켜 상기 빔스플리터부로 조사하는 제1필터로 구성됨을 특징으로 하는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수개의 조명부는 측정대상물을 중심으로 4방향에 각각 설치되며, 각각의 조명부는 제2조명을 발생하는 제2조명원과,
    상기 제2조명원의 하측에 설치되어 제2조명원에서 발생되는 제2조명을 투과시키는 제2렌즈와,
    상기 제2렌즈의 하측에 설치되어 제2렌즈를 투과하는 제2조명을 여과시켜 상기 격자로 조사하는 제2필터로 구성됨을 특징으로 하는 새도우 모아레를 이용한 3 차원형상 측정장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 다수개의 조명부를 각각 수평이 되도록 설치하는 경우에 각각의 조명부에서 발생되는 제2조명을 상기 격자로 조사하기 위해 상기 제2필터의 일측에 미러가 경사지게 설치됨을 특징으로 하는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 빔스플리터부는 상기 격자의 상측에 설치되어 상기 보조조명부를 통해 조사되는 제1조명을 여과시켜 격자로 조사하거나 측정대상물에서 반사되는 반사이미지를 여과시켜 투과시키는 제3필터와,
    상기 제3필터의 상측에 설치되어 제1조명을 상기 제3필터로 조사하거나 상기 제3필터를 통해 여과된 반사이미지를 투과시키는 제3렌즈와,
    상기 제3렌즈의 상측에 설치되어 상기 보조조명부를 통해 조사되는 제1조명을 반사시켜 조사하거나 상기 제3렌즈를 투과한 반사이미지를 투과시키는 빔스플리터로 구성됨을 특징으로 하는 새도우 모아레를 이용한 3차원형상 측정장치.
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