利用棱镜的三维形状测量装置
技术领域
本发明涉及对测量对象物的三维形状进行测量的装置,更具体而言,涉及一种利用棱镜获得测量对象物的高度信息的三维形状测量装置。
本发明是从作为知识经济部的产业核心技术开发事业的一环而执行的研究中导出的[课题固有编号:10040097,课题名:基于医疗手术机器人影像的耳鼻喉科及神经外科手术用微创多自由度手术机器人系统技术开发]。
背景技术
一般而言,在电子装置内具备至少一个印刷电路板(PCB),在这种印刷电路板上贴装有多样形状的元件。为了检查这些元件的不良等,使用普通三维形状测量装置。
以往的三维形状测量装置向诸如印刷电路板的测量对象物照射光,利用摄像头拍摄对此的反射图像。接着,利用拍摄的所述反射图像,测量基于测量对象物的高度的三维形状。
所述装置包括向所述测量对象物提供光的照明部及通过所述测量对象物反射的反射光而拍摄所述测量对象物的图像的摄像头。其中,所述摄像头以所述反射光穿过的成像透镜及接收穿过所述成像透镜的所述反射光来拍摄所述测量对象物的图像的摄像部。
图1是以往的三维形状测量装置的构成图。如果参照图1,照明部1通过分束器2,向测量对象物照射光。从测量对象物反射的光通过物镜(Objective lens)3、光圈4、成像透镜5及针孔6行进到摄像部7。控制部8使摄像部7沿z轴(基板的法线方向)移动,以便摄像部7摄像的图像聚焦。如图1的a和b所示,当测量对象物的高度不同,为h1和h2时,测量对象物的成像位置不同,因此,如果按照以往方式,借助于控制部8而变更摄像部7位置并对测量对象物的高度进行测量。在图1中,摄像部7应根据高度差(h1-h2)而按距离d的大小进行移动。
这种以往方式的三维形状测量装置存在的问题是,由于在摄像部拍摄的图像聚焦的情况下,可以借助于高度测量部而测量高度,为此,摄像部需要根据测量对象物的高度而沿z轴移动并扫描,因而当对测量对象物的三维形状进行测量时,必须需要xyz轴扫描。
针对以往方式的三维形状测量装置,记载于韩国公开专利公报第10-2011-0086222号中。
发明内容
解决的技术问题
为了解决所述问题,在三维形状测量方面,要求一种无需另外的z轴扫描,仅通过xy轴扫描,测量包括测量对象物的高度在内的三维形状的方法。
技术方案
在本发明一个实施例的利用棱镜获得测量对象物的高度信息的三维形状测量装置中,所述三维形状测量装置包括:照明部,其向所述测量对象物照射光;棱镜部,其接收从所述测量对象物反射的反射光,使所述反射光向成像透镜行进;摄像部,其从所述棱镜部接收所述反射光而进行摄像;及高度测量部,其以所述摄像部摄像的图像为基础,测量所述测量对象物的高度。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,所述棱镜部根据所述测量对象物的高度来变化所述反射光的相位。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,穿过所述棱镜部的反射光以根据变化的相位而具有互不相同直径的图像提供给所述摄像部。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,所述棱镜部为顶点朝向所述测量对象物的圆锥形。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,所述棱镜部包括用于接收所述反射光的、具有预定角度的第一平面部及第二平面部。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,所述高度测量部利用所述图像的直径测量所述测量对象物的高度。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,所述摄像部与所述棱镜部的间隔固定。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,还包括成像透镜,其从所述棱镜部接收所述反射光并使之向所述摄像部行进。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,还包括光圈,其配置于所述成像透镜与所述棱镜部之间的所述反射光的光路径上。
另外,在所述三维形状测量装置中,其特征可以在于,还包括:第一透镜部,其由朝向所述棱镜部的平面及朝向所述摄像部的凸面构成;及第二透镜部,其由朝向所述第一透镜部的凸面及朝向所述摄像部的平面构成。
发明效果
如果利用本发明一个实施例的三维形状测量装置,能够提供一种装置及方法,其在并非三维而是二维平面上,使摄像部进行移动的同时获得测量对象物的三维形状。
因此,由于获得三维形状的时间及器械移动距离减小,因而装置的驱动效率会增加。
附图说明
图1是以往的三维形状测量装置的构成图。
图2是本发明一个实施例的利用棱镜获得测量对象物的高度信息的三维形状测量装置的概略性概念图。
图3是本发明一个实施例的棱镜部为圆锥形的情形的示例图。
图4是用于说明本发明一个实施例的三维形状测量装置的运转的图。
图5显示出借助于摄像部而摄像的互不相同的测量对象物的图像。
图6是本发明另一实施例的三维形状测量装置的概略性构成图。
具体实施方式
本发明中使用的术语单纯用于说明特定的实施例,并非要限定本发明的意图。只要在文理上未明确表示不同,单数的表现也包括复数的表现。在本说明书中,“包括”或“具有”等术语应理解为要指定实施的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或它们组合的存在,不预先排除一个或其以上的其它特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
只要未不同地定义,包括技术性或科学性术语在内,在此使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的内容相同的意义。与一般使用的词典中定义的内容相同的术语,应解释为具有与相关技术的文理上具有的意义一致的意义,只要在本说明书中未明确定义,不得解释为理想性的或过度的形式上的意义。附图中提示的相同的附图标记代表相同的构件。不过,在说明实施形态方面,当判断认为对相关公知功能或构成的具体说明可能不必要地混淆本发明要旨时,省略对其的详细说明。另外,附图中的各构成要素的大小为了说明而可以夸张,并非意味着实际应用的大小。
下面参照附图,对本发明的实施例进行详细考查。
图2是本发明一个实施例的利用棱镜获得测量对象物的高度信息的三维形状测量装置的概略性概念图。如果参照图2,所述形状测量装置100包括:照明部1,其朝向基板s照射光;棱镜部10,其接收从基板反射的反射光,使反射光向成像透镜30行进;摄像部50,其从所述棱镜部10接收所述反射光并进行摄像;及高度测量部60,其以所述摄像部50拍摄的图像为基础,对测量对象物的高度进行测量。另外,在所述棱镜部10和所述成像透镜30之间可以配置有光圈20,穿过所述成像透镜30的光可以穿过针孔40而向摄像部50行进。
在一个示例中,所述基板s可以为印刷电路板的基板,测量对象物可以为在所述印刷电路板上形成的元件。另外,所述测量对象物可以配置于所述基板s的一面上,以便与在基板10的一面上形成的焊盘电气连接。
在一个示例中,照明部1可以通过分束器2,向放置有测量对象物的基板s照射光,照明部1可以包括能够照射具有预定波长的光的任意的照明装置。因此,照明部1为了发生具有预定波长的光,可以使用LED或激光器。
棱镜部10可以接收反射的反射光并使其向成像透镜30行进。所述成像透镜30可以使从棱镜部10行进的反射光透过而提供给摄像部50。所述成像透镜30的基准面可以与所述基板s平行配置。另外,成像透镜30的中心实质上可以与基板s的中心一致。
棱镜部10使得照射的光根据反射的位置而具有互不相同的相位并使其朝向摄像部50行进。为此,棱镜部10如图2所示,可以从朝向测量对象物的端部向朝向摄像部50的方向具有越来越宽的形态。在一个示例中,棱镜部10可以为三棱柱或圆锥形。
当棱镜部10为三棱柱或圆锥形,就透过棱镜的光而言,由与棱镜中心的距离相同的光汇集的点而形成一条线。即,在图2中,光a、b、c在基板s中,在以互不相同的距离大小隔开的位置,所对应的光会相遇,所述光相遇的位置位于图2所示的基板的法线方向线l。另外,这种光a、b、c提供给摄像部50,从而具有互不相同直径Φ。
因此,当向位于基板上的测量对象物照射光,使该反射光穿过棱镜时,测量对象物反射的反射光与基板反射的反射光具有互不相同的相位差异。利用这一点,本发明的棱镜部10可以根据测量对象物的高度,使得反射光具有相位差。
摄像部50可以接收所述反射光并摄像。摄像的图像会根据棱镜形态而异,如图3所示,当棱镜部10为圆锥形时,图像可以显示出圆形。另外,根据测量对象物的高度,所述圆形图像的直径会相异,摄像部与棱镜部的间隔在运转期间可以固定。
另外,在一个示例中,所述摄像部50可以为CCD或CMOS元件。
高度测量部60可以基于所述摄像部50摄像的图像,对测量对象物的高度进行测量。即,高度测量部60可以对拍摄的图像的圆周进行比较分析,计算测量对象物的高度。
另外,控制部(图中未示出)可以包括于本发明的三维形状测量装置。控制部可以与照明部1及摄像部50电气连接,控制各构成的动作,使三维形状测量装置的位置移动,全体扫描测量对象物。
图4是用于说明本发明一个实施例的三维形状测量装置的运转的图。如果参照图4的a及b,图4a的测量对象物X1具有高度h1,图4b所示的测量对象物X2具有大于测量对象物X1高度h1的高度h2。
因此,各个测量对象物X1、X2反射的反射光提供给固定位置的高度测量部50而所显示出的图像的大小互不相同。具体而言,高度更大的测量对象物X2反射的反射光提供给摄像部50所拍摄的图像圆周Φ1,小于高度更小的测量对象物X1反射的反射光提供给摄像部50所显示出的图像的圆周Φ2。
如此地,高度测量部50可以以各图像的圆周差异(Φ1与Φ2的差异)为根据,对测量对象物的高度进行测量。此时,具有无需像以往技术那样变化高度测量部位置的优点。
图5显示出摄像部摄像的互不相同的测量对象物的图像。如果参照图5可以测量出,显示出具有更小圆周Φ1的圆形时的测量对象物,具有比拍摄了具有直径Φ2的圆形的测量对象物更大的高度。
在一个实施例中,棱镜部10可以为顶点朝向测量对象物X1、X2的圆锥形,但并非限定于此。
图6是本发明另一实施例的三维形状测量装置的概略性构成图。在一个实施例中,棱镜部11可以为如图6所示的三棱柱形态。
在另一实施例中,棱镜部11可以包括具有预定角度的第一平面部11a及第二平面部11b。各第一平面部11a及第二平面部11b可以分别接收从测量对象物反射的、距离测量对象物中央的距离相同的光。
此时,三维形状测量装置可以还包括由朝向棱镜部11的平面及由朝向所述高度测量部50的凸面而构成的第一透镜部12。另外,在另一实施例中,可以还包括由朝向第一透镜部12的凸面和朝向高度测量部50的平面构成的第二透镜部30。所述第二透镜部30可以发挥成像透镜的功能。
所述第一透镜部12及第二透镜部30使得穿过三棱柱形的棱镜部11的反射光可以被高度测量部50摄像。
另外,另一实施例的形状测量装置可以还包括垂直于三棱柱形棱镜11的长度方向的狭缝型光圈21及平行于三棱柱形棱镜11长度方向的狭缝41,所述狭缝型光圈21及狭缝41如图6所示,分别配置于第二透镜部(或成像透镜)30与三棱柱棱镜11之间及摄像部50与第二透镜部30的光路径上。
以上考查的本发明,以附图中图示的实施例为参考进行了说明,但这只不过是示例的而已,只要是所属领域的普通技术人员便会理解,可以由此导出多样的变形及实施例的变形。但是,这种变形应视为在本发明的技术保护范围内。因此,本发明的真正技术保护范围应由附带的专利权利要求书的技术思想确定。