KR20190025205A - 비접촉 3차원 측정기 - Google Patents

비접촉 3차원 측정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비접촉 3차원 측정기에 관한 것으로서, 촬영물을 스캔하여 3차원 정보를 수집하는 촬영부, 가이드 레일, 가이드 레일에 체결되어 가이드 레일을 따라 직선 왕복 운동하는 리니어 터렛, 리니어 터렛에 순차 배치되는 서로 다른 배율의 복수의 렌즈, 리니어 터렛을 소정의 간격으로 직선 왕복 운동시키는 리니어 모터를 포함한다. 본 발명에 따르면 수동으로 렌즈를 교체함으로써 발생하는 시간과 보정 작업에 들어가는 시간을 대폭 감소시킬 수 있고, 기존의 측정기에 모듈화되어 도입 가능하기 때문에 측정기의 업그레이드가 용이하며, 리니어 터렛이 리니어 모터를 통해 이동되어 렌즈가 교체되기 때문에 별도의 보정작업을 생략할 수 있어 연속 측정이 가능하다.

Description

비접촉 3차원 측정기{NON-CONTACT TYPE 3D METER}
본 발명은 비접촉 3차원 측정기에 관한 것으로, 보다 자세하게는 다양한 크기의 촬영물을 측정할 수 있도록 다양한 배율의 렌즈를 오차 없이 교체할 수 있는 비접촉 3차원 측정기에 관한 것이다.
비접촉 3차원 측정기는 비접촉 방식으로 촬영물에 빛이나 레이저를 응용하여 간접적으로 접촉하여 형상이나 재질 등의 데이터를 획득하는 장치이다. 이러한 비접촉 3차원 측정기는 PCB, 반도체, 금형 등의 촬영물의 형상, 재질, 두께 측정 등 다양한 산업분야에 이용되고 있다. 그러나, 종래의 비접촉 3차원 측정기는 측정하는 촬영물의 종류에 따라, 렌즈의 배율을 변경할 때마다 보정 작업을 새로 수행해야 하기 때문에 반복 작업이 불가능하고, 조명을 변경할 수 없어 그림자가 생기거나, 빛이 너무 밝아 촬영물이 반사되어 정확한 측정이 불가능하는 문제가 있다.
3차원 측정기와 관련된 선행기술은 대한민국 등록특허 10-1035895 (2011.05.13.) 및 대한민국 공개특허 10-2015-0021346 (2015.03.02.) 등이 있다.
대한민국 등록특허 10-1035895 (2011.05.13.) 대한민국 공개특허 10-2015-0021346 (2015.03.02.)
본 발명의 기술적 과제는 서로 다른 배율이 필요할 때 렌즈를 수동으로 교체하는 불편함을 제거하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 렌즈 교체 시 별도의 보정 작업이 필요없어 연속 작업이 가능한 비접촉 3차원 측정기를 제공하는 것이다.
상세하게, 본 발명의 기술적 과제는 수평방향으로 서로 다른 배율의 렌즈를 교체하는 방식의 비접촉 3차원 측정기를 제공하는 것이다.
한편, 촬영물의 형태 또는 크기에 따라 조명의 조사 높이를 달리할 수 있는 비접촉 3차원 측정기를 제공하는 것이다.
또한, 촬영물의 형태 또는 크기에 따라 대응되는 조명을 조사할 수 있고, 각 조명의 LED를 제어할 수 있는 비접촉 3차원 측정기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 촬영물을 스캔하여 3차원 정보를 수집하는 촬영부, 촬영부와 촬영물 사이에 위치되고, 수평 방향으로 형성되는 가이드 레일, 가이드 레일에 체결되어 가이드 레일을 따라 수평 방향으로 직선 왕복 운동하는 리니어 터렛, 리니어 터렛에 구비되어 리니어 터렛의 직선 왕복 운동 선 상에 소정의 간격 마다 순차 배치되는 서로 다른 배율의 복수의 렌즈, 리니어 터렛을 소정의 간격으로 직선 왕복 운동시키는 리니어 모터를 포함하는 비접촉 3차원 측정기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 수동으로 렌즈를 교체함으로써 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 상세하게, 수동으로 렌즈를 교체함으로써 발생하는 시간과 보정 작업에 들어가는 시간을 대폭 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존의 측정기에 모듈화되어 도입 가능하기 때문에 측정기의 업그레이드가 용이하다.
또한, 본 발명에 따르면, 리니어 터렛이 리니어 모터를 통해 이동되어 렌즈가 교체되기 때문에 별도의 보정작업을 생략할 수 있어 연속 측정이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 촬영물의 종류에 따라서 조명 모듈의 위치와 광량을 조절할 수 있어 보다 정밀하게 측정을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 리니어 터렛을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 조명 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 제 1 조명부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 제 2 조명부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있어, 이하에서 기재되거나 도면에 도시되는 실시예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
종래의 렌즈(220) 교체 방식은 매뉴얼(수동, Manual)방식으로, 촬영물에 따라 사용자가 원하는 배율의 렌즈(220)를 직접 교체 는 방식을 사용하거나, 배율을 변화시킬 수 있는 가변 렌즈(220)를 사용하였다. 매뉴얼 방식에 따르면, 기존에 결합되어 있는 렌즈(220)를 분해한 하 후, 원하는 배율의 렌즈(220)를 결합하는 방식이다. 이 경우, 렌즈(220) 교체작업 시, 사람이 직접 교체하기 때문에 미세한 오차가 발생할 수 있어 별도의 보정하는 작업을 수행해야 한다. 따라서, 렌즈(220)의 배율을 변경할 때 마다 비접촉 3차원 측정기의 작동을 정지시킨 후 교체작업이 수행되어야 하므로 촬영물의 측정시간이 비교적 길다는 단점이 있다. 또한, 각각의 렌즈(220)를 별도로 보관해야 하며, 렌즈(220)의 변경 시 마다 매번 보정작업을 새롭게 수행해야 한다는 단점이 있다. 배율을 변화시킬 수 있는 가변 렌즈(220)는 설치 비용이 비싸며 유지, 보수 및 관리가 용이하지 않다. 또한, 배율을 변화시킨 뒤 보정 작업을 수행해야 하기 때문에 연속적인 작업에 부적합하다. 따라서, 본 발명에서는 복수개의 서로 다른 배율을 갖는 렌즈(220)를 비접촉 3차원 측정기 자체에서 교체를 하는 방식을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 정면도이다.
본 발명의 비접촉 3차원 측정기는 촬영물을 스캔하여 3차원 정보를 수집하는 촬영부(100), 촬영부(100)와 촬영물 사이에 위치되고 수평 방향으로 형성되는 가이드 레일(200), 가이드 레일(200)에 체결되어 가이드 레일(200)을 따라 수평 방향으로 직선 왕복 운동하는 리니어 터렛(210), 리니어 터렛(210)에 구비되어 리니어 터렛(210)의 직선 왕복 운동 선 상에 소정의 간격 마다 순차 배치되는 서로 다른 배율의 복수의 렌즈(220), 리니어 터렛(210)을 소정의 간격으로 직선 왕복 운동시키는 리니어 모터를 포함한다. 또한, 렌즈(220)와 촬영물 사이에 위치되는 조명 모듈(300), 조명 모듈(300)이 탈 장착 가능하도록 체결되는 고정부(330) 및 고정부(330)의 높낮이를 조절시키는 구동부(340)를 더 포함할 수 있다. 또한, 조명 모듈(300)은 제 1 조명부(310) 또는 제 2 조명부(320)일 수 있다. 제 1 조명부(310)는 링 형상으로 구비되고, 제 1 조명부(310)는 내주면이 하측 방향을 바라보도록 소정의 기울기를 갖고, 내주면에 복수의 제 1 LED(311)가 형성되며, 제 1 LED(311)는 각기 별도로 제어가 가능한 4개의 그룹으로 구획된다. 제 2 조명부(320)는 하측이 반구 형상으로 개구되고, 제 2 조명부(320)는 내주면에 서로 다른 높이에 위치되어 각 높이마다 조사 각도가 다른 복수의 제 2 LED(321)가 형성되고, 제 2 LED(321)는 높이에 따라 3개의 단과 둘레 방향에 따라 4개로 구획되어 12개로 각각 그룹화되며, 각 그룹은 별도로 제어가 가능하다.
이하, 도 3을 참조하여 렌즈(220), 리니어 터렛(210), 리니어 모터 및 가이드 레일(200)을 상세히 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예의 렌즈(220) 교체 구조를 나타낸 도면이다.
가이드 레일(200)은 촬영부(100)와 촬영물 사이에 위치되어 수평 방향으로 형성된다. 가이드 레일(200)은 촬영물이 위치되는 베드를 기준으로 동일한 평면 상에 위치될 수 있다. 가이드 레일(200)은 복수의 가이드 돌출부가 구비되고, 후술하는 리니어 터렛(210)에 형성된 가이드 홈이 체결될 수 있다.
리니어 터렛(210)은 가이드 레일(200)에 체결되어 가이드 레일(200)을 따라 이동한다. 리니어 터렛(210)은 가이드 레일(200)에 형성된 가이드 돌출부에 체결되어 가이드 이동될 수 있다. 리니어 터렛(210)은 수평 방향으로 가이드 홈이 형성되고, 가이드 홈은 가이드 레일(200)에 형성된 가이드 돌출부에 체결되어 가이드 이동될 수 있다. 리니어 터렛(210)은 가이드 레일(200)을 따라 이동하되, 직선 왕복 운동할 수 있다. 리니어 터렛(210)은 후술하는 렌즈(220)가 복수개 체결된다.
복수개의 렌즈(220)는 각각 서로 다른 배율을 갖고 있으며, 리니어 터렛(210)에 고정되어 리니어 터렛(210)과 함께 가이드 레일(200)을 따라 이동한다. 복수개의 렌즈(220)는 리니어 터렛(210)이 이동되는 직선 왕복 운동되는 선 상에 소정의 간격마다 순차적으로 배치된다. 이때, 리니어 터렛(210)은 가이드 이동될 때 렌즈(220)가 촬영부(100)와 촬영물 사이에 정 위치될 수 있도록 소정의 간격만큼 이동된다. 복수개의 렌즈(220)는 2배율 렌즈(220`), 5배율 렌즈(220``), 10배율 렌즈(220```), 20배율 렌즈(220````)의 조합일 수 있다.
리니어 모터는 리니어 터렛(210)과 가이드 레일(200) 사이에 구비되어 리니어 터렛(210)을 직선 왕복 운동시킨다. 리니어 모터는 리니어 터렛(210)에 고정된 복수의 렌즈(220)가 촬영물과 촬영부(100) 사이에 정 위치될 수 있도록 소정의 간격만큼 이동된 뒤 정지한다. 리니어 모터는 측정 소프트웨어에 의해 제어되며, 촬영물의 높이, 재질, 두께 등의 종류에 따라 측정 소프트웨어에 의해 측정된 값으로 리니어 모터를 제어하여 알맞은 배율의 렌즈(220)를 적용할 수 있다. 따라서, 렌즈(220)교체 시, 비접촉 3차원 측정기의 작동을 정지할 필요가 없어 측정 시간이 단축되며, 자동으로 렌즈(220)의 위치를 정교하게 조절하므로 별도의 렌즈(220) 위치 보정작업이 필요하지 않다. 또한, 복수개의 렌즈(220)가 하나의 리니어 터렛(210)에 고정되어 있어 렌즈(220)의 관리 및 유지보수가 용이하게 가능하다. 이로 인해, 비교적 정확하고 안정된 데이터의 측정이 가능하며 정밀한 측정이 가능하다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 조명 모듈(300)에 대해 상세히 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예의 조명 모듈(300)을 나타낸 도면이다.
조명 모듈(300)는 고정부(330)에 고정될 수 있으며, 상기 고정부(330)는 구동부(340)에 결합되어 구동부(340)에 의해 조명 모듈(300)이 이동될 수 있다.
조명 모듈(300)는 렌즈(220)와 촬영물 사이에 위치된다. 상세하게, 조명 모듈(300)은 렌즈(220)의 중심축과 수직하는 하측방향에 위치할 수 있다. 조명 모듈(300)은 촬영물의 크기나 형태에 따라 제 1 조명부(310) 또는 제 2 조명부(320)로 교체될 수 있다.
도 5를 참고하면, 제 1 조명부(310)는 링 형상으로 구비될 수 있다. 제 1 조명부(310)는 소정의 두께를 갖는 원테 형상으로 구비될 수 있고, 내주면이 하측 방향에 위치되는 촬영물을 바라보도록 소정의 기울기가 형성된다. 제 1 조명부(310)의 내주면은 소정의 기울기가 형성되고 복수의 제 1 LED(311)가 형성된다. 제 1 LED(311)는 둘레 방향을 따라 소정의 각도 별로 구획되어 4개로 그룹화될 수 있다. 또한, 제 1 LED(311)의 각 그룹은 상황에 따라 서로 다른 광량으로 촬영물을 조사할 수 있도록 제어가 가능하다.
도 6을 참고하면, 제 2 조명부(320)는 하측이 반구 형상으로 개구되도록 구비될 수 있다. 이때, 중심 방향의 상측면은 촬영부(100)가 수광할 수 있도록 개구되어야 한다. 제 2 조명부(320)는 서로 다른 높이에 위치되어 각 높이마다 촬영물을 조사하는 각도가 서로 다른 복수의 제 2 LED(321)가 형성된다. 제 2 LED(321)는 높이에 따라 3개의 단으로 구획되고, 3개의 각 단은 둘레 방향을 따라 4개로 그룹화되어 구획된다. 즉, 제 2 LED(321)는 12개의 그룹으로 구획되고, 각 그룹은 상황에 따라 서로 다른 광량으로 촬영물을 조사할 수 있도록 제어가 가능하다.
고정부(330)는 조명 모듈(300)이 체결되는 구성으로서 제 1 조명부(310) 또는 제 2 조명부(320)가 탈장착될 수 있다. 고정부(330)는 후술하는 구동부(340)와 함께 촬영부(100)에 연결되고, 조명 모듈(300)이 촬영부(100)와 렌즈(220) 사이에 위치될 수 있도록 단면이 “ㄴ”형상으로 구비될 수 있다.
구동부(340)는 고정부(330)를 지면과 수직한 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 구동부(340)는 고정부(330)와 연결되고 둘레면에 나사선이 형성된 볼스크류 축과 스테핑 모터를 포함할 수 있다. 스테핑 모터는 볼스크류 축을 회전 시키고, 회전 운동에 따라 고정부(330)가 z축 방향으로 이동된다. 구동부(340)는 고정부(330)의 시작 지점과 한계 지점을 센싱할 수 있는 홈 센서와 리미트 센서를 포함할 수 있다. 홈 센서는 비접촉 3차원 측정기가 처음 실행될 때, 조명 모듈(300)가 초기 위치로 이동할 수 있도록 제어하는 센서이다. 리미트 센서는 조명 모듈(300)이 이동될 때, 일정 범위 내에서 이동할 수 있도록 한계 지점을 제어하는 센서이다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 구체적인 설명을 위한 예시의 목적으로 기재된 것이고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허 청구범위 안에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
100: 촬영부 200: 가이드 레일
210: 리니어 터렛 220: 렌즈
300: 조명 모듈 310: 제 1 조명부
311: 제 1 LED 320: 제 2 조명부
321: 제 2 LED 330: 고정부
340: 구동부

Claims (4)

  1. 촬영물을 스캔하여 3차원 정보를 수집하는 촬영부(100);
    상기 촬영부(100)와 상기 촬영물 사이에 위치되고, 수평 방향으로 형성되는 가이드 레일(200);
    상기 가이드 레일(200)에 체결되어 상기 가이드 레일(200)을 따라 수평 방향으로 직선 왕복 운동하는 리니어 터렛(210);
    상기 리니어 터렛(210)에 구비되어 상기 리니어 터렛(210)의 상기 직선 왕복 운동 선 상에 소정의 간격 마다 순차 배치되는 서로 다른 배율의 복수의 렌즈(220);
    상기 리니어 터렛(210)을 상기 소정의 간격으로 상기 직선 왕복 운동시키는 리니어 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 3차원 측정기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌즈(220)와 상기 촬영물 사이에 위치되는 조명 모듈(300);
    상기 조명 모듈(300)이 탈 장착 가능하도록 체결되는 고정부(330); 및
    상기 고정부(330)의 높낮이를 조절시키는 구동부(340);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 3차원 측정기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 조명 모듈(300)은 링 형상으로 구비되는 제 1 조명부(310)이고,
    상기 제 1 조명부(310)는 내주면이 하측 방향을 바라보도록 소정의 기울기를 갖고, 내주면에 복수의 제 1 LED(311)가 형성되며, 상기 제 1 LED(311)는 각기 별도로 제어가 가능한 4개의 그룹으로 구획되는 것을 특징으로 하는 비접촉 3차원 측정기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 조명 모듈(300)은 하측이 반구 형상으로 개구되는 제 2 조명부(320)이고,
    상기 제 2 조명부(320)는 내주면에 서로 다른 높이에 위치되어 각 높이마다 조사 각도가 다른 복수의 제 2 LED(321)가 형성되고,
    상기 제 2 LED(321)는 높이에 따라 3개의 단과 둘레 방향에 따라 4개로 구획되어 12개로 각각 그룹화되며, 각 그룹은 별도로 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 비접촉 3차원 측정기.
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