KR100856466B1 - Scanning moire measurement device and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모아레 무늬 획득장치 및 이를 이용한 대상물체의 높이 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구성이 간단함과 아울러 투영격자 하나만을 사용한 영사식 모아레 방식을 이용하여 작은 높이 단차를 갖는 물체의 3차원 형상을 복원하고 그 높이를 용이하게 측정할 수 있도록 한 모아레 무늬 획득장치 및 이를 이용한 대상물체의 높이 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a moiré pattern acquisition device and a method for measuring the height of an object using the same, and more particularly, the configuration of the object having a small height step by using a projection moire method using only one projection grid with a simple configuration. The present invention relates to a moiré pattern acquisition device capable of restoring a dimensional shape and easily measuring its height, and a method of measuring a height of an object using the same.
특히 본 발명은 측정영역이 넓은 대상물체를 빠른 시간에 측정하기 위해 제안된 것으로, 종래의 방식인 한 위치에서 다수의 영상을 받아 측정을 완료한 후 위치를 이동하여 하여 또다시 다수의 영상을 받아 측정하는 방식으로 측정하던 것을, 이동하면서 연속적인 영상을 획득함으로써 측정시간을 획기적으로 단축시킬 수 있을 뿐 아니라 종래의 면적카메라를 사용하던 것을 라인스캔 카메라를 적용함으로써 간단하고도 빠른 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다. In particular, the present invention has been proposed to measure an object with a large measurement area in a short time, and receives a plurality of images again by moving a position after completing a measurement by receiving a plurality of images in a conventional position. It is possible to drastically shorten the measurement time by acquiring a continuous image while moving by measuring a method, as well as a simple and fast measuring device and measuring method by applying a line scan camera to a conventional area camera. It is about.
일반적으로 자유곡면형태의 삼차원 형상을 측정하는 기술로, 삼차원 측정기를 사용하여 접촉식으로 곡면상의 한 점씩 측정하여 전체 곡면형상을 측정하는 방식이다.In general, it is a technique for measuring a three-dimensional shape of a free-form surface, a method of measuring the entire surface shape by measuring a point on the surface by a contact method using a three-dimensional measuring device.
그러나, 이러한 방식은 측정시간이 과다하게 소요되는 단점이 있어서, 근래에 와서는 모아레 법이라는 비접촉식으로 측정하는 광학식이 많이 사용되고 있는데, 이는 삼차원측정기를 사용하는 접촉식에 비해 측정시간이 월등히 단축되는 큰 장점을 가지고 있다.However, this method has a disadvantage in that excessive measurement time is required, and in recent years, a lot of non-contact measuring methods such as the moiré method have been used, which is much larger than the contact method using a three-dimensional measuring instrument. It has advantages
여기서, 상기 모아레 법은, 측정대상물의 3차원 형상정보를 가지는 모아레 무늬를 얻기 위하여 측정대상물에 일정한 간격의 직선줄무늬를 형성시켜야 하고, 이를 정밀하게 이송시켜야 한다. 이를 위한 종래의 방법에서는, 유리의 한쪽 표면에 크롬으로 일정한 간격의 직선줄무늬를 새겨 넣은 투영격자를 영사광학계를 이용하여 측정 대상물에 투영하게 된다. 또한, 측정 대상물에 형성된 직선줄무늬를 일정한 간격으로 이송시키기 위해 투영격자 이송장치를 사용하고 있다.Here, the moiré method, in order to obtain a moire fringe having the three-dimensional shape information of the measurement object, it is necessary to form a straight stripe at regular intervals on the measurement object, and to accurately transfer it. In the conventional method for this purpose, a projection lattice in which a straight line of uniform intervals is engraved on one surface of the glass is projected onto the measurement object using a projection optical system. In addition, the projection grid transfer apparatus is used to transfer the straight stripes formed on the measurement object at regular intervals.
그러나, 상기와 같은 종래의 모아레 법 측정기에서 얻어진 영상은 측정대상물의 높이정보를 나타내는 모아레 무늬와 카메라 앞에 놓여 있는 기준격자(reference grating)의 무늬가 동시에 나타나는 바, 기준격자의 영상을 제거하기 위한 별도의 수단이 필요하게 되어 구성이 복잡해지게 된다는 문제점이 있다.However, in the image obtained by the conventional moiré measuring device, the moiré pattern indicating the height information of the measurement object and the pattern of the reference grating placed in front of the camera are simultaneously displayed. There is a problem in that the configuration is complicated by the need for means.
또한 종래의 모아레 법은 카메라가 정지한 상태에서 영상을 획득하되 투영격자를 3회 이상 움직이면서 3개 이상의 모아레 영상을 얻은 다음 알고리즘을 통해 측정결과를 획득한 후, 대상물을 인접위치로 이동시켜 위와 같은 방식을 되풀이 하 면서 측정을 진행하는데, 만약 측정해야한 영역이 넓을 경우 각 영상을 얻는 위치마다 투영격자를 3회 이상씩 움직여야 하므로, 측정 속도가 많이 소요될 뿐 아니라 투영격자를 이송할 때마다 진동이 발생하여 측정정밀도 저하되는 문제점이 있다. In addition, the conventional moiré method acquires an image while the camera is stopped, but obtains three or more moiré images by moving the projection grid three or more times, and then obtains a measurement result through an algorithm, and then moves the object to an adjacent position as described above. The measurement is repeated while the measurement area is large. If the area to be measured is large, the projection grid must be moved three times or more at each position where the image is acquired. There is a problem that the measurement accuracy is lowered.
이에 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위해 라인스캔카메라를 사용하고, 측정영역이 클 경우 측정시간을 획기적으로 줄이기 위해 제안된 것이다.Therefore, the present invention is proposed to use a line scan camera to solve the above-mentioned problems according to the prior art, and to significantly reduce the measurement time when the measurement area is large.
따라서 본 발명은 라인스캔카메라를 적용하여 투영격자를 고정시킨 상태에서 모든 측정영역의 영상을 획득한 다음 투영격자를 이송시키는 방식을 적용하여 측정영역에 관계없이 측정이 완료될 때까지 투영격자를 단지 3회만 이송시킴으로써, 투영격자를 이송시키는 횟수를 줄여, 측정시간을 획기적으로 단축시키고 측정정밀도를 높일 수 있는 측정장치 및 측정방법을 제공한다.Therefore, the present invention obtains images of all measurement areas in a state in which the projection grid is fixed by applying a line scan camera, and then transfers the projection grids so that the projection grid is completed until the measurement is completed regardless of the measurement area. The present invention provides a measuring apparatus and a measuring method which can reduce the number of times of transferring the projection grid, thereby dramatically reducing the measuring time and increasing the measuring accuracy by transferring only three times.
측정지점이 10개라고 가정하고 본 발명의 모아레 측정법과 종래의 모아레 측정법을 비교하면,Assuming 10 measurement points and comparing the moiré method of the present invention with the conventional moiré method,
먼저, 종래의 모아레 법은First, the conventional moiré method
측정대상물체 제1지점으로 이동(1단계)→Move to the first point of measurement object (step 1) →
제1지점의 제1영상획득(2단계)→ 투영격자 (λ/4) 이동(3단계)→Acquire the first image of the first point (step 2) → Move the projection grid (λ / 4) (step 3) →
제1지점의 제2영상획득(4단계)→ 투영격자 (2λ/4) 이동(5단계)→Acquire the second image of the first point (step 4) → Move the projection grid (2λ / 4) (step 5) →
제1지점의 제3영상획득(6단계)→ 투영격자 (3λ/4) 이동(7단계)→Acquiring the third image of the first point (step 6) → Moving the projection grid (3λ / 4) (step 7) →
제1지점의 제4영상획득(8단계)→ 투영격자 (4λ/4) 이동(9단계)→Acquire the fourth image of the first point (8 steps) → Move the projection grid (4λ / 4) (9 steps) →
위의 제1 내지 제4영상을 통해 제1지점의 측정결과 산출(10단계) →Calculation of the measurement result of the first point using the first to fourth images above (step 10) →
측정대상물체 제2지점으로 이동→Move to the second point of measurement object →
제2지점의 제1영상획득→ 투영격자 (λ/4) 이동→Acquire the first image at the second point → Move the projection grid (λ / 4) →
제2지점의 제2영상획득→ 투영격자 (2λ/4) 이동→Acquire the second image at the second point → Move the projection grid (2λ / 4) →
제2지점의 제3영상획득→ 투영격자 (3λ/4) 이동→Acquire the third image from the second point → Move the projection grid (3λ / 4) →
제2지점의 제4영상획득→ 투영격자 (4λ/4) 이동→Acquire the fourth image at the second point → Move the projection grid (4λ / 4) →
위의 제1 내지 제4영상을 통해 제2지점의 측정결과 산출 →Calculation of the measurement result of the second point using the first to fourth images above →
제3 내지 제9지점을 위와 동일한 과정으로 측정결과 산출→Calculate the measurement result by the same process as above for points 3-9
측정대상물체 제10지점으로 이동→Move to the 10th point of measurement object →
제10지점의 제1영상획득→ 투영격자 (λ/4) 이동→Acquire the first image at
제10지점의 제2영상획득→ 투영격자 (2λ/4) 이동→Acquire the second image at
제10지점의 제3영상획득→ 투영격자 (3λ/4) 이동→Acquire the third image from the tenth point → move the projection grid (3λ / 4)
제10지점의 제4영상획득→ 투영격자 (4λ/4) 이동→Acquire the fourth image at
위의 제1 내지 제4영상을 통해 제10지점의 측정결과 산출 Calculation of the measurement result of the tenth point through the above first to fourth images
의 단계를 거쳐 측정이 진행된다.The measurement proceeds through the steps of.
이때 10지점의 측정결과를 산출하기 위한 전체소요 단계를 보면, 각 지점마다 10단계씩 소요되므로 전체는 100단계가 소요됨을 알 수 있다.At this time, if you look at the total required steps for calculating the measurement results of 10 points, it can be seen that the total takes 100 steps because each step takes 10 steps.
이에 반하여 본 발명의 모아레 법을 살펴보면,On the contrary, looking at the moiré method of the present invention,
제1지점에서 제10지점까지 연속적으로 이동하면서 Moving continuously from point 1 to
제1지점의 제1영상획득(1단계)→ 제2지점의 제1영상획득(2단계)→ Acquiring the first image of the first point (step 1) → Acquiring the first image of the second point (step 2) →
제3지점의 제1영상획득(3단계)→ 제4지점의 제1영상획득(4단계)→ Acquiring the first image of the third point (step 3) → Acquiring the first image of the third point (step 4) →
제5지점의 제1영상획득(5단계)→ 제6지점의 제1영상획득(6단계)→ Acquisition of the first image at point 5 (step 5) → Acquisition of the first image at point 5 (step 6) →
제7지점의 제1영상획득(7단계)→ 제8지점의 제1영상획득(8단계)→ Acquisition of the first image at point 7 (step 7) → Acquisition of the first image at point 8 (step 8) →
제9지점의 제1영상획득(9단계)→ 제10지점의 제1영상획득(10단계)→ Acquisition of the first image at point 9 (step 9) → Acquisition of the first image at point 10 (step 10) →
투영격자 (λ/4) 이동(11단계)→Projection Grid (λ / 4) Shift (11 Steps) →
제10지점에서 제1지점까지 연속적으로 이동하면서 Moving continuously from
제10지점의 제2영상획득→ 제9지점의 제2영상획득→ Acquisition of the second image at
제8지점의 제2영상획득→ 제7지점의 제2영상획득→ Acquisition of the second image at
제6지점의 제2영상획득→ 제5지점의 제2영상획득→ Acquisition of the second image at point 6 → Acquisition of the second image at point 5 →
제4지점의 제2영상획득→ 제3지점의 제2영상획득→ Acquisition of the second image at point 4 → Acquisition of the second image at point 3 →
제2지점의 제2영상획득→ 제1지점의 제2영상획득→ Acquiring the second image at the second point → Acquiring the second image at the first point →
투영격자 (2λ/4) 이동→Projection Grid (2λ / 4) Shift →
제1지점에서 제10지점까지 연속적으로 이동하면서 Moving continuously from point 1 to
제1지점 내지 제10지점의 제3영상을 획득Acquire a third image of the first to tenth points
투영격자 (3λ/4) 이동→Projection Grid (3λ / 4) Shift →
제10지점에서 제1지점까지 연속적으로 이동하면서 Moving continuously from
제10지점 내지 제11지점의 제4영상을 획득Acquire a fourth image of
투영격자 (4λ/4) 이동→Projection Grid (4λ / 4) Shift →
제1 내지 제10지점의 제1내지 제4영상으로 각 지점의 측정결과 산출Calculate the measurement result of each point from the first to fourth images of the first to tenth points
의 단계를 거쳐 측정결과가 산출된다.The measurement results are calculated through the steps of.
위에 상세히 기재한 바와 같이 본 발명에서 제안하는 모아레 측정법은 투영격자를 이동시킨 후 일괄적으로 영상을 획득하므로 투영격자를 이동시키는 4단계와 10개의 지점별로 4개의 영상을 획득단계인 40단계와 획득된 영상으로 10개의 지점별 측정결과를 산출하는 10단계로 이루어지므로 전체 54단계만으로 측정이 완료된다.As described in detail above, the moiré measurement method proposed in the present invention acquires images in a batch after moving the projection grid, so that four steps of moving the projection grid and four images for each of 10 points are acquired and the acquisition phase 40 is obtained. The measurement is completed in 10 steps to calculate the measurement results for each of the 10 points.
따라서 10개의 지점을 측정한다고 가정했을 때 본 발명의 모아레 법은 종래의 모아레 법에 비해 절반의 단계만으로 측정이 수행됨을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the moiré method of the present invention is measured in only half of the steps compared to the conventional moiré method, assuming 10 points are measured.
그러나 모아레 법에서 시간이 많이 소요되는 단계는 투영격자를 기계적으로 이송하는 단계이므로 측정시간 측면에서 고려하면, 본 발명의 모아레 법은 종래의 모아레 법에 비해 약 1/10 정도로 줄어들 수 있으므로, 측정시간은 획기적으로 줄어들게 된다.However, since the time-consuming step in the moiré method is a step of mechanically transferring the projection grid, in view of the measurement time, the moiré method of the present invention can be reduced by about 1/10 compared to the conventional moire method, so that the measurement time Will be significantly reduced.
즉 본 발명은 위에 설명한 바와 같이 라인스캔카메라를 적용하여 투영격자를 고정시킨 상태에서 모든 측점지점을 연속적으로 이동하면서 각 측정지점의 영상을 획득하는 방식으로 측정이 완료될 때까지 단지 투영격자를 단지 3회만 이송시키기 때문에 투영격자를 이송시키는 횟수를 줄일 수 있어 측정시간을 획기적으로 단축시키고 측정정밀도를 높일 수 있는 것이다.That is, in the present invention, the projection grid is only applied until the measurement is completed in such a manner as to obtain an image of each measurement point while continuously moving all the stationary points with the projection grid fixed by applying the line scan camera as described above. Since only three transfers can be made, the number of transfers of the projection grid can be reduced, which significantly shortens the measurement time and increases the measurement accuracy.
상기에서 설명한 방법을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치의 특징은,Features of the moiré pattern acquisition apparatus according to the present invention for achieving the method described above,
광을 이용하여 투영격자를 대상물체(10)에 영사하는 영사수단(12)과;Projection means 12 for projecting a projection grid to the
상기 영사수단(12)으로부터 대상물체(10)에 영사된 이미지들을 위상에 따라 촬영하고 스캐닝하여 획득하는 라인 스캔 카메라(14)와;A
상기 라인 스캔 카메라(14)로부터 전송된 이미지들을 이용 모아레 무늬를 해석하여 대상물체(10)의 3차원 형상을 분석하는 컴퓨터(16)로 구성된다.The
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치를 이용한 대상물체의 높이 측정방법의 특징은,In addition, the characteristics of the height measurement method of the object using the moire pattern acquisition apparatus according to the present invention for achieving the above object,
조명부(12-1)의 온에 따라, 광이 대상물체(10)로 조사되는 단계와;When the lighting unit 12-1 is turned on, light is irradiated onto the
조명부(12-1)의 광이 투영격자부(12-3)를 통해 대상물체(10)로 조사될 수 있도록, 액추에이터를 이용하여 상기 투영격자부(12-3)를 미세하게 조정하여 렌즈(12-5)를 통해 대상물체(10)에 미세격자를 투영하는 단계와;In order for the light of the lighting unit 12-1 to be irradiated to the
라인 스캔 카메라(14)를 통해 상기 대상물체(10)에 영사된 이미지들을 위상에 따라 촬영하고 스캐닝하여 획득한 후, 라인 스캔 카메라(14)에 얻어진 이미지들을 컴퓨터(16)로 전송하는 단계와;Photographing, scanning, and acquiring images projected on the object (10) according to a phase through a line scan camera (14), and then transmitting the images obtained by the line scan camera (14) to a computer (16);
상기 컴퓨터(16)의 스캐닝 모아레 해석모듈(16-1)를 통해 이미지들을 이용 모아레 무늬를 해석하여 대상물체(10)의 3차원 형상을 해석하는 단계를 포함하여 이루어진다.And analyzing the three-dimensional shape of the
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 라인 스캔 카메라를 통해 모든 영역의 영상을 획득하고, 종래의 모아레 측정법에 비해 투영격자의 이동 횟수를 획기적으로 줄일 수 있으므로, 종래의 모아레 측정법에 비해 측정시간이 매우 빠르고 측정정밀도도 뛰어나다. As described above, the present invention obtains images of all regions through a line scan camera, and can significantly reduce the number of movements of the projection grid compared to the conventional moiré method, so that the measurement time is much higher than that of the conventional moiré method. Fast and excellent measurement accuracy.
즉 본 발명의 모아레 측정법은 넓은 영역의 3차원 형상 정보를 얻는에 매우 유익하며 단 4번에 스캔으로 얻어진 4장의 스캔 이미지들만으로 전 영역의 3차원 형상 복원이 가능하여 보다 빠른 속도로 3차원 형상 정보를 얻을 수 있는 효과가 있다.That is, the moiré measuring method of the present invention is very useful for obtaining a wide area of three-dimensional shape information, and it is possible to restore the three-dimensional shape of the entire area with only four scanned images obtained by scanning in four times, so that the three-dimensional shape information can be performed at a higher speed. There is an effect that can be obtained.
특히, 본 발명은 투영격자 하나만을 사용한 영사식 모아레 방식을 이용하여 작은 높이 단차를 갖는 물체의 3차원 형상을 복원하고 그 높이를 용이하게 측정할 수 있는 효과가 있다.In particular, the present invention has the effect of restoring the three-dimensional shape of the object having a small height step by using a projection moiré method using only one projection grid and can easily measure the height.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only, and various modifications may be made without departing from the technical gist of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치 및 이를 이용한 대상물체의 높이 측정방법의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the moiré pattern acquisition apparatus according to the present invention and a height measuring method of the object using the same as follows.
도 1은 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a moire fringe obtaining apparatus according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치는 광을 이용하여 투영격자를 대상물체(10)에 영사하는 영사수단(12)과; 상기 영사수단(12)으로부터 대상물체(10)에 영사된 이미지들을 위상에 따라 촬영하고 스캐닝하여 획득하는 라인 스캔 카메라(14)와; 상기 라인 스캔 카메라(14)로부터 전송된 이미지들을 이용 모아레 무늬를 해석하여 대상물체(10)의 3차원 형상을 분석하는 컴퓨터(16)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the apparatus for acquiring a moire fringe according to the present invention includes projection means 12 for projecting a projection grid to a
여기서, 상기 영사수단(12)은 대상물체(10)로 광을 조사하는 조명부(12-1) 와; 상기 조명부(12-1)의 하측에 설치되어 상기 조명부(12-1)로부터 조사되는 광을 투영시키되, 액추에이터(도시는 생략함)에 의해 미소 간격 이동하여 위상을 변화시키는 투영격자부(12-3)와; 상기 투영격자부(12-3)의 하측에 설치되어 미세격자를 대상물체(10)에 투영시키는 렌즈(12-5)로 구성된다.Here, the projection means 12 includes an illumination unit 12-1 for irradiating light to the
그리고, 컴퓨터(16)는 이미지들을 이용 모아레 무늬를 해석하여 대상물체(10)의 3차원 형상을 해석하는 스캐닝 모아레 해석모듈(16-1)을 구비하고 있다.In addition, the
상기와 같이 구성된 모아레 무늬 획득장치를 이용하여 대상물체의 높이 측정방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to the method of measuring the height of the object using the moire pattern acquisition device configured as described above are as follows.
먼저, 모아레 무늬 획득장치의 하측에 대상물체(10)를 위치시킨다. 여기서, 상기 대상물체(예를 들어, 솔더볼)(10)를 도 2를 참조하여 좀 더 살펴보면, 중앙에 지름이 약 40μ, 높이가 약 20~50μ 인 솔더볼 그리드 배열을 갖는 플립칩(flip chip)(8) 상면에 안착된다.First, the
상기와 같이 모아레 무늬 획득장치의 하측에 대상물체(10)가 위치되면, 조명부(12-1)를 온(on)시킨다. 상기 조명부(12-1)의 온(on)에 따라, 광이 대상물체(10)로 조사된다.As described above, when the
그리고, 조명부(12-1)의 광이 투영격자부(12-3)를 통해 대상물체(10)로 조사될 수 있도록, 액추에이터를 이용하여 상기 투영격자부(12-3)를 미세하게 조정한다. 이때, 상기 액추에이터의 조정에 따라, 상기 투영격자부(12-3)의 미세격자는 렌즈(12-5)를 통해 대상물체(10)에 투영된다.Then, the projection grid unit 12-3 is finely adjusted using an actuator so that the light of the lighting unit 12-1 can be irradiated to the
한편, 라인 스캔 카메라(14)는 대상물체(10)에 영사된 이미지들을 위상에 따라 촬영하고 스캐닝하여 획득한다. 이때 이미지를 스캐닝하여 획득하는 구간은 도 4에 'A' 및'B' 구간이 명시되어 있는 바와 같이 동일 구간내에서 획득된다.Meanwhile, the
이때 투영격자는 도 4에 명시된 방향과 같이 대상표면과 같은 방향으로 이동시키며, 이는 이하 설명에서도 동일하다.
상기 라인 스캔 카메라(14)의 동작을 도 3을 참조하여 좀 더 살펴보면, 상기 라인 스캔 카메라(14)는 1라인을 따라 움직일 수 있도록 설치되어 있는 바, 총 4번의 스캔으로 동일한 영역에 대한 4장의 이미지들을 얻게 되고, 각 스캔 이미지의 촬영 시, 투영격자부(12-3)의 이송에 따라 대상물체(10)에 투영되는 투영 격자들의 위상을 λ/4만큼 이동시킨 후, 스캔 이미지를 얻게 된다.At this time, the projection lattice is moved in the same direction as the target surface as shown in FIG. 4, which is the same in the following description.
Looking at the operation of the
즉, 4장의 스캔 이미지들은 각각 λ/4의 위상차를 갖는 투영 격자가 영사된 이미지들이다.That is, the four scanned images are images in which a projection grid having a phase difference of λ / 4 is projected.
이때 첫 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에 있는 상태에서 얻는 이미지 이고, 두 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에서 λ/4 만큼 이동한 상태에서 얻는 이미지 이며, 세 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에서 (2λ/4) 만큼 이동한 상태에서 얻는 이미지 이고, 네 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에서 (3λ/4) 만큼 이동한 상태에서 얻는 이미지이다, In this case, the first scanned image is an image obtained with the projection grid at the initial position, the second scanned image is an image obtained with the projection grid shifted by λ / 4 from the initial position, and the third scanned image is obtained. The fourth image is obtained when the projection grid is moved by (2λ / 4) from the initial position, and the fourth scanned image is the image obtained when the projection grid is moved by (3λ / 4) from the initial position.
그러나 만약 투영격자를 먼저 λ/4 만큼 이동한 상태에서 첫 번째 스캔이미지를 얻는 경우는 각 스캔이미지의 초기위치는 λ/4 이 되므로 도3과 같이 표현된다.However, if the first scan image is obtained while the projection grid is first moved by [lambda] / 4, the initial position of each scan image becomes [lambda] / 4 and thus is represented as shown in FIG.
이후, 상기 라인 스캔 카메라(14)는 상기와 같은 방법으로 얻어진 이미지들을 컴퓨터(16)로 전송한다.The
그리고, 상기 컴퓨터(16)에는 스캐닝 모아레 해석모듈(16-1)이 구비되어 있 는 바, 상기 컴퓨터(16)는 스캐닝 모아레 해석모듈(16-1)를 통해 이미지들을 이용 모아레 무늬를 해석하여 대상물체(10)의 3차원 형상을 해석한다.In addition, the
도 4는 본 발명의 모아레 측정기의 개략적인 측정 흐름도를 도시한 것이다. 설명을 쉽게 하기 위해 도 4의 도면번호는 앞의 도 1 내지 3과는 다른 번호를 사용함을 밝힌다. Figure 4 shows a schematic measurement flow chart of the moiré meter of the present invention. For ease of explanation, the reference numerals of FIG. 4 indicate that numbers different from those of FIGS. 1 to 3 described above are used.
이하 측정방법을 좀 더 상세히 설명한다. The measurement method will be described in more detail below.
먼저 대상물체(52)는 좌우 및 전후 방향으로 이동하는 XY 테이블(50)위에 놓이고 그 위쪽에는 광원(56)과 투영격자(54) 및 라인스캔 카메라(58)가 위치한다.First, the
모아레 측정알고리즘이 탑재된 중앙제어부(60)는 영상인터페이스부(62)와 투영격자 구동드라이버(64)와, XY테이블 구동드라이버(66)와 연결되어 이들을 제어한다. The
영상인터페이스부(62)는 라인스캔 카메라(58)로부터 전달되는 영상을 획득하고 처리하고 그 결과를 중앙제어부(60)로 전송하며, 투영격자 구동드라이버(64)는 투영격자 구동부(미도시)를 구동시켜 투영격자를 미세이동 시킨다.The
이때 중앙제어부(60)은 상기 대상물체(52)의 해당 측정범위를 스캐닝하여 첫 번째 이미지를 획득한 후 투영격자를 이동시키고, 해당 측정범위를 스캐닝하여 두 번째 이미지를 획득한 후 투영격자를 이동시키며, 해당 측정범위를 스캐닝하여 세 번째 이미지를 획득한 후 투영격자를 이동시키고, 해당 측정범위를 스캐닝하여 네 번째 이미지를 획득하도록 투영격자 구동드라이버와 제어한다.At this time, the
또한 XY테이블 구동드라이버(66)는 XY테이블을 전후 및 좌우로 이송하는 모터(미도시)를 구동시켜 대상물체(50)의 측정영역이 라인스캔 카메라(58)에게 영상으로 획득되도록 제어한다.In addition, the XY
이하 측정순서를 자세히 설명한다.The measurement procedure will be described in detail below.
1단계: 광원(56)의 빛을 온(on)시켜 투영격자의 그림자가 대상물체(10)에 비추도록 한다. Step 1: The light of the
2단계: 대상물체(10)의 시작지점(도 4의 'A' 지점 참조)이 라인스캔 카메라(58)의 수직선상에 위치하도록 XY테이블(50)을 제어한다.Step 2: The XY table 50 is controlled such that the starting point (see 'A' in FIG. 4) of the
3단계: 투영격자(54)를 초기위치에 위치시킨다.Step 3: Position the
4단계: XY테이블을 구동시켜 대상물체(10)를 끝 지점(도 4의 “B"지점 참조)까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제1영상들을 획득한다. Step 4: The XY table is driven to continuously move the
5단계: 투영격자(54)를 초기위치보다 λ/4만큼 이동시킨다. Step 5: The
6단계: XY테이블을 구동시켜 대상물체(10)를 끝 지점(도 4의 “B"지점 참조)에서 시작지점(도 4의 ”A" 지점 참조)까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제2영상들을 획득한다. 경우에 따라 영상 획득시 시작지점에서 끝 지점으로 대상물체를 이동시키면서 영상을 획득할 수 있음은 당연하다.Step 6: Drive the XY table to continuously move the
7단계: 투영격자(54)를 초기위치보다 (2λ/4)만큼 이동시킨다.Step 7: Move the
8단계: XY테이블을 구동시켜 대상물체(10)를 시작지점에서 끝 지점까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제3영상들을 획득한다. Step 8: Drive the XY table to continuously move the
9단계: 투영격자(54)를 초기위치보다 (3λ/4)만큼 이동시킨다.Step 9: Move the
10단계: XY테이블을 구동시켜 대상물체(10)를 끝 지점(도 4의 “B"지점 참조)에서 시작지점(도 4의 ”A" 지점 참조)까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제4영상들을 획득한다. Step 10: drive the XY table to continuously move the
11단계: 상기에서 얻은 대상물체 모든 위치의 제1영상들(투영격자가 초기위치에 있을 때 얻은 영상)과, 제2영상들(투영격자가 초기위치보다 (λ/4) 만큼 이동 했을 때 얻은 영상)과, 제3영상들(투영격자가 초기위치보다 (2λ/4) 만큼 이동 했을 때 얻은 영상)과, 제4영상들(투영격자가 초기위치보다 (3λ/4) 만큼 이동 했을 때 얻은 영상)을 모아레 해석모듈에 적용하여 대상물체의 3차원 영상을 해석한다.Step 11: The first images (images obtained when the projection grid is in the initial position) and the second images (all images obtained when the projection grid is moved by (λ / 4) from the initial position) Image), third images (images obtained when the projection grid was moved by (2λ / 4) from the initial position), and fourth images (images obtained when the projection grid was moved by (3λ / 4) from the initial position) Image) is applied to the moirre analysis module to analyze the 3D image of the object.
위에서 설명한 본 발명의 모아레 측정법의 투영격자 이동거리는 λ의 배수인 λ/4, 2λ/4, 3λ/4 만큼 이동하였으나, 이는 투영격자의 이동거리를 정확히 알지 못하더라도 임의거리만큼 이동시키면서 측정하는 측정알고리즘이 공지되어 있으므로, 이러한 알고리즘을 적용하면 투영격자의 이동거리를 임의거리 이동시켜도 측정할 수 있음을 당연하다. Although the projection grid movement distance of the moire measuring method of the present invention described above has been moved by λ / 4, 2λ / 4, 3λ / 4, which are multiples of λ, this is a measurement measured while moving by an arbitrary distance even if the movement distance of the projection grid is not exactly known. Since algorithms are well known, it is natural to apply these algorithms even if the movement distance of the projection grid is shifted by arbitrary distance.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 모아레 측정법은 대상물체의 모든 위치에 대한 영상을 획득하는데 투영격자를 단지 3회 이동하였음을 알 수 있다. 종래의 모아레 측정법은 대상물체의 각위치마다 투영격자를 이동하므로 측정시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 투영격자를 이동시킴에 따른 진동이 영상을 왜곡시켜 측정정밀도를 저하시키나 본 발명의 모아레 기법은 종래의 모아레 측정법에 비해 측정시간 이 매우 빠르고 측정정밀도도 뛰어남을 알 수 있다.As described above, it can be seen that the moiré measuring method of the present invention only moved the projection lattice three times in order to acquire images of all positions of the object. In the conventional moiré measurement method, since the projection grid is moved at each position of the target object, not only the measurement time is required, but also the vibration caused by the movement of the projection grid causes distortion of the image, thereby reducing the measurement accuracy. Compared with the measurement method, the measurement time is very fast and the measurement accuracy is also excellent.
이하 본 발명의 모아레 측정방법과 종래의 측정방법을 적용하여 측정한 결과 아래와 같은 결과를 얻었다. The following results were obtained by measuring the moiré measuring method and the conventional measuring method of the present invention.
종래의 모아레 기법 적용 데이터Data on Application of Conventional Moiré Techniques
- FOV(Field of View) : 18.432mm X 18.432mmField of View (FOV): 18.432mm X 18.432mm
- 영상획득 분할 영역 : 총 60 개 (측정영역: 72mm X 270mm )-Image Acquisition Segmentation Area: Total 60 (Measurement Area: 72mm x 270mm)
- 투영격자 이동 횟수 : 총 240회 (영상획득 분할영역 60 x 4)-Number of projection grid movements: 240 times (image acquisition area 60 x 4)
- 1회 측정시간 : 0.9 초(이동 및 영상획득 및 측정산출 시간 포함)-One measurement time: 0.9 seconds (including movement, image acquisition and measurement calculation time)
- 전 영역에 대한 측정시간 : 총 54초(0.9초 x 60)-Measurement time for all areas: 54 seconds in total (0.9 seconds x 60)
본 발명의 모아레 기법 적용 데이터. Moire technique application data of the present invention.
- X축 FOV : 73.728mmX-axis FOV: 73.728mm
- 스캔 속도 : 550.8 mm/sScan speed: 550.8 mm / s
- 투영격자 이동 횟수 : 총 4회-Number of projection grid movements: 4 times
- 전체영역의 1회 스캔시간 : 0.59초(동기회 시간 0.1초 포함, 측정영역: 72mm X 270mm)-Scanning time of the whole area: 0.59 seconds (including 0.1 second of synchronization time, measuring area: 72mm x 270mm)
- 전 영역에 대한 전체 영상 획득시간 : 2.36 초 (0.59 x 4)-Total image acquisition time for all areas: 2.36 seconds (0.59 x 4)
- 전 영역에 대한 측정시간 : 2.7초미만(영상획득시간 + 계산시간)-Measurement time for all areas: less than 2.7 seconds (image acquisition time + calculation time)
상기의 표와 같이 본 발명의 모아레 측정법은 동일 측정영역에 대해 종래의 측정법에 비해 약 20배 빨리 측정결과를 얻을 수 있었으며 결국 측정시간을 획기적으로 줄일 수 있음을 알 수 있다.As shown in the above table, the moiré measuring method of the present invention was able to obtain the measurement result about 20 times faster than the conventional measuring method for the same measuring area, and it can be seen that the measurement time can be drastically reduced.
도 1은 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치의 구성도,1 is a block diagram of a moire fringe obtaining apparatus according to the present invention,
도 2는 도 1의 대상물체를 확대한 도면,2 is an enlarged view of the object of FIG. 1;
도 3은 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치에서의 대상물체의 모아레 무늬 획득을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a moire pattern acquisition of the object in the moire pattern acquisition apparatus according to the present invention.
도 4은 본 발명에 따른 모아레 무늬 획득장치의 제어 블럭도를 도시한 도면이다.4 is a control block diagram of a moire fringe obtaining apparatus according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 대상물체10: object
12 : 영사수단12: consular means
14 : 라인 스캔 카메라14: line scan camera
16 : 컴퓨터16: computer
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