JP2006337355A

JP2006337355A - ３次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム及び方法

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Publication number: JP2006337355A
Application number: JP2005343587A
Authority: JP
Inventors: Seock Hoon Bae; ベ・ソクフン; Tae Joo Kim; キム・テジュ
Original assignee: Inus Technology Inc
Current assignee: Inus Technology Inc
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP4298698B2; US20060274327A1; DE102005058703A1; US7474414B2; KR20060125064A; CN100507443C; KR100704831B1; CN1873374A

Abstract

【課題】測定しようとする測定対象物を、設計者が設計した目的に符合するように、検査実施者が正確で迅速に検査を行うことができるようにする。
【解決手段】測定対象物の3次元形状情報をスキャナーで検出し、データ貯蔵部に貯蔵された測定対象物の形状情報及び検査案内情報や、上記スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断するための上記測定対象物の検査情報を表示部で確認してから、上記スキャナーを動作させ、上記スキャナーから検出された測定情報を検査情報と比較して上記測定の有効性を判断する。
【効果】設計者の検査意図を検査実施者が正確に把握して測定を実施することができる利点がある。
【選択図】図１

Description

本発明は、3次元スキャナーを用いる実時間検査案内に関するものであって、さらに詳しくは、測定しようとする測定対象物の検査を、設計者が設計した目的に符合するように、検査実施者が正確で迅速に行うことができるように案内する3次元スキャナーを用いる実時間検査案内に関するものである。

一般的に、3次元スキャナーを用いる測定は、測定対象物と直接的な接触をせずに、映像装備を用いる撮影だけで得られた形状をデジタルデータで処理することによって、物体に対する形状情報が得られるものである。
このような3次元スキャナーを用いる測定は、半導体ウエハーの生産、精密機器の測定、3次元映像の復元等、測定対象物に外的な力が加えられた場合、破損が発生しやすい物体、又は高精度の小型部品等の形状情報を得ようとするに際して使用される。

特に3次元スキャナーは、光学装置やコンピュータ映像処理技術が結集されたデジタル映像情報を、干渉計(interferometer)やレーザー(laser)光源など、高価な付加装置を使用せずに、スキャナーのような低価の映像入力装置で得られたデジタル映像だけを利用するため、対象物の３次元情報をさらに経済的で正確に測定することができる利点がある。

このような3次元スキャナーを用いる測定は、測定しようとする対象物を据え置き台に安着させた後、スキャナーを介して3次元非接触式で対象物の形状情報を測定することになる。
また、3次元非接触式で測定対象物の形状情報を測定する場合、対象物を測定する検査実施者は、スキャナーの光源が届かない死角地域を測定するため、測定対象物を様々な角度で回転させた後、スキャナーを用いて測定対象物を測定する作業を繰り返して行うことになる。

しかし、このような3次元スキャナーを用いる検査は、3次元スキャナーを使用する検査実施者の熟練度や3次元スキャナーの操作力が優れている場合は、測定対象物の形状情報を容易に獲得することができるが、検査実施者の3次元スキャナーの操作力が優れていない場合は、測定に必要な検査要素を正確にスキャンすることができない問題がある。

また、測定対象物を設計した設計者が検査に必要な事項を検査実施者に伝える場合、正確な検査要素、例えば、測定対象物の形状、測定された対象物の寸法、許容公差などの検査要素が正確に伝わらないと、設計者の意図に応じた正確な検査を行うことができない問題がある。

上記の問題を解決するために、本発明は、設計者が意図した測定対象物の検査要素を、検査実施者の3次元スキャナー操作熟練度とは関係なく、正確に測定することができるように、実時間で案内する3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム及び方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、測定対象物の3次元形状情報を検出するスキャナー；上記スキャナーを操作する検査実施者が測定する上記測定対象物の検査案内情報や、上記スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断するための上記測定対象物の検査情報を貯蔵するデータ貯蔵部；上記スキャナーから検出される測定情報や、上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の検査案内情報を出力する表示部；及び、上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の検査案内情報を上記表示部に伝送し、上記スキャナーから検出された上記測定情報を上記検査情報と比較して上記測定の有効性を判断する制御部を含む。

また、上記検査案内情報は、上記測定対象物の形状情報、上記測定対象物を測定するためのスキャニング領域情報及び測定過程を案内するための順序情報を含むことを特徴とする。
また、上記測定対象物の形状情報は、CADプログラムでモデリングされた設計データであることを特徴とする。

また、上記検査情報は、上記スキャナーを介して検出した測定情報のデータ数が有効であるか否かを判断するための基準データ情報や、上記測定された情報の形状誤差を評価するための許容公差情報を含むことを特徴とする。
また、上記データ貯蔵部は、ハードディスク、半導体メモリ、CDロムのいずれかであることを特徴とする。

また、本発明は、a)データ貯蔵部に測定対象物の形状情報や上記測定対象物の測定要素を定義し貯蔵するステップ；b)上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の形状情報及び測定要素を用いて、制御部が、上記測定対象物の測定案内のための形状情報及び検査案内情報を表示部に出力するステップ；c)上記制御部が３次元スキャナーから上記測定対象物の形状を測定し検出するステップ；d)上記制御部が上記３次元スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断するステップ；及び、e)ステップd)の判断結果として上記測定情報が有効である場合、上記制御部が上記測定対象物の測定を終了するステップを含む。

また、上記測定対象物の測定案内のための形状情報及び検査案内情報を表示部に出力するステップは、上記制御部が上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の測定位置及び測定寸法情報を検出するステップ；及び、上記測定対象物の形状情報及び上記測定対象物の形状測定に必要なスキャニング領域を設定して上記表示部に出力するステップを含む。

また、上記制御部が3次元スキャナーから上記測定対象物の形状を測定し検出するステップは、上記制御部が、上記3次元スキャナーから検出される空間移動情報を検出するステップ；上記制御部は上記3次元スキャナーから検出された上記空間移動情報を分析して、上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置したか否かを判断するステップ；及び、上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置した場合、上記制御部が上記表示部を介して測定対象物であることを表示するステップをさらに含む。

また、上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置したか否かを判断するステップは、上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置しない場合、上記制御部が上記表示部を介して測定対象物でないことを表示するステップを含む。
また、上記制御部が3次元スキャナーから上記測定対象物の形状を測定し検出するステップは、上記制御部が、上記3次元スキャナーから測定された情報を、上記測定対象物の測定案内のための形状情報と重ねて上記表示部に出力するステップをさらに含む。

また、上記制御部が上記3次元スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断するステップは、上記制御部が上記3次元スキャナーから測定された情報のデータ数を、上記測定された情報の有効性判断用の第1基準値と比較するステップ；上記比較結果、上記測定された情報のデータ数が有効である場合、上記制御部が、上記測定された情報から測定要素の数値情報を計算して、上記測定された情報の有効性判断用の第2基準値と比較するステップを含む。

また、上記測定された情報のデータ数が有効でない場合、上記制御部が3次元スキャナーから上記測定対象物の形状を測定し検出するステップを行う。
また、上記測定された情報の計算結果が有効でない場合、上記制御部が3次元スキャナーから上記測定対象物の形状を測定し検出するステップを行う。

また、上記制御部が、上記3次元スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断した結果、上記測定情報が有効であり、測定対象物の追加測定がある場合、上記測定対象物の測定案内のための形状情報及び検査案内情報を表示部に出力するステップを行う。

以下、添付された図面を用いて本発明の実施の形態を次のように説明する。
図1は、本発明による3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムの構成を示すブロック図であり、図2は、図1の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムを用いる検査案内システムの測定過程を示す例示図であり、図3は、図1の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムを用いる検査案内システムの測定過程を示す他の例示図である。

図1乃至図3を用いて、本発明による3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムを次のように説明する。
本発明による3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムは、測定対象物をスキャニングする3次元スキャナー100と、上記測定対象物の形状情報、検査情報及び検査案内情報を貯蔵するデータ貯蔵部300と、３次元スキャナー100から検出された測定情報やデータ貯蔵部300に貯蔵された上記測定対象物の検査案内情報を出力する表示部400と、検査案内システムの全般的な動作を制御する制御部500を含む。

3次元スキャナー100は、測定対象物の形状情報を獲得する手段であって、3次元スキャナーの構成及びスキャニング過程についての詳細な説明は、公知であるため、省略する。
一方、本発明において使用する3次元スキャナー100は、携帯が可能な3次元スキャナー100を使用し、3次元スキャナー100で獲得された測定対象物の測定情報は制御部500に提供される。

データ貯蔵部300には、3次元スキャナー100を操作する検査実施者が測定する上記測定対象物の検査案内情報や、3次元スキャナー100で検出した上記測定対象物の測定情報の有効性を判断するための上記測定対象物の検査情報が貯蔵される。本発明によるデータ貯蔵部300は、ハードディスク、半導体メモリ、CDロムのいずれかであることを特徴とし、特に好ましいのは、ハードディスクである。

また、データ貯蔵部300に貯蔵される上記検査案内情報は、上記測定対象物の形状情報、上記測定対象物を測定するためのスキャニング領域情報及び測定過程を案内するための順序情報から構成され、上記検査案内情報において上記測定対象物の形状情報は、CADプログラムでモデリングされた設計データである。

また、上記検査案内情報において上記測定対象物を測定するためのスキャニング領域情報は、設計者が設計した測定対象物又は品目の、実際測定が必要な部分の形状情報を獲得するように案内するものであって、例えば、図2及び3に示すように、測定対象物から、相互高さが違う第1円筒(C1)と、第2円筒(C2)が、所定の距離だけ離隔されていることを検出するように案内する。

すなわち、図2において、測定対象物から検出して測定する測定要素が第1円筒(C1)と第2円筒(C2)である場合、第1及び第2円筒(C1及びC2)が含まれる所定の第1スキャニング領域(S1)と第2スキャニング領域(S2)を出力することによって、検査実施者が測定対象物のどんな部分を3次元スキャナー100で検出すべきかを確認できるようにする。また、第1及び第２スキャニング領域(S1及びS2)に、測定対象物である第1及び第2円筒(C1及びC2)の形状をともに出力して、検査実施者がさらに詳しく確認できるようにすることも可能であり、検査実施者が測定対象物を測定するために位置する3次元スキャナー100の、測定対象物からの高さを案内することも可能である。

また、図3において、測定対象物から検出して測定する測定要素が第1及び第2円筒(C1及びC2)の高さである場合、第1円筒(C1)の最低点(H11)及び最高点(H12)と、第2円筒(C2)の最低点(H21)及び最高点(H22)の高さが含まれるように、第3及び第4スキャニング領域(S3及びS4)を設定し出力することによって、検査実施者が容易に確認することが可能であるとともに、第1及び第2円筒(C1及びC2)の四角形状をともに出力することもできる。

また、上記検査案内情報の順序情報は、検査が進行される過程を順次的に案内するためのものであって、例えば、第1及び第2円筒(C1及びC2)の円周形状を出力して測定情報を獲得してから第1及び第2円筒(C1及びC2)の側面形状を出力して、検査実施者が測定順序を認知することができるように案内するものである。

また、上記検査情報は、3次元スキャナー100を介して検出した測定情報のデータ数が有効であるか否かを判断するための基準データ情報や、3次元スキャナー100が上記測定対象物から測定した情報の形状誤差を評価するための許容公差情報を含む。すなわち、基準データ情報は、3次元スキャナー100から検出されたデータ数が一定値以上検出されたかを判断するための有効データ個数であり、許容公差情報は、3次元スキャナー100から検出されたデータを用いて形状の厚さ、高さなどを計算し、上記計算された値が有効であるか否かを判断するために設定された設計値である。

例えば、図2及び図3において、第1及び第2円筒(C1及びC2)の内径(R1及びR2)情報や、第1及び第2円筒(C1及びC2)の中心点距離(D1)や、第1及び第2円筒(C1及びC2)の高さ(H1及びH2)や、第1及び第2円筒(C1及びC2)の高さの差(H12-H22:D2)などの計算値を設計値と比較して、有効な情報であるか否かを判断する。

一方、上記検査案内情報及び検査情報は、測定対象物を設計したデータに基づいて設定される。
表示部400は、3次元スキャナー100を介して測定された上記測定対象物の形状情報や、データ貯蔵部300に貯蔵された上記検査案内情報、検査情報及び測定結果情報を、検査実施者が確認することができるように出力する。

制御部500は、測定対象物の測定要素が定義された形状情報、検査案内情報及び検査情報がデータ貯蔵部300に貯蔵されるようにし、データ貯蔵部300に貯蔵された上記測定対象物の測定要素が定義された上記形状情報、検査案内情報及び検査情報が、表示部400を介して出力されるように制御信号を出力し、３次元スキャナー100から伝送される測定情報が表示部400を介して出力され、3次元スキャナー100を用いて測定した情報を、データ貯蔵部300に貯蔵された上記検査情報と比較して測定情報の有効性を判断する。

200(説明せず)は、キー入力部であって、3次元スキャナー100の動作を操作するための制御信号や、データ貯蔵部300に測定対象物の検査情報及び許容誤差情報などを入力する構成である。
図4は、本発明による3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法を示すフロー図である。図1乃至図4を用いて次のように説明する。

測定対象物の設計情報に基づいて、データ貯蔵部300に測定対象物の形状情報と上記測定対象物の測定要素を定義し貯蔵する(S100)。
上記S100において、制御部500が、データ貯蔵部300に定義された上記測定対象物の形状情報と測定要素を検出し(S110)、上記S110において検出された上記測定対象物の形状情報及び測定要素から、上記測定対象物の形状情報及び上記測定対象物の形状測定に必要なスキャニング領域を設定して上記表示部に出力し(S120)、上記測定対象物の形状情報及び測定要素から、上記測定対象物の測定位置及び測定寸法情報を検出する(S130)。

上記S130を行った後、制御部500が、3次元スキャナー100によって上記測定対象物の形状を測定し伝送する測定情報を検出する(S140)。上記S140は、制御部500が、3次元スキャナー100が上記測定対象物を検出するために移動する空間移動情報を検出し、上記検出された空間移動情報を制御部500が分析して、3次元スキャナー100が上記測定対象物の近所に位置したか否かを判断し、3次元スキャナー100が上記測定対象物の近所に位置した場合、制御部500が表示部400を介して測定対象物であることを表示し、3次元スキャナー100が上記測定対象物の近所に位置しない場合、制御部500は測定対象物でないことを表示する。

上記S140において3次元スキャナー100が上記測定対象物の近所に位置したかの判断は、データ貯蔵部300に貯蔵された形状情報の座標系と3次元スキャナー100の測定座標系を一致(calibration)させることによって、3次元スキャナー100が測定対象物の近所に位置したことを確認することができる。これは3次元スキャナー100の位置と測定対象物の位置関係を比較して、3次元スキャナー100の位置が測定対象物の位置に入ることを表示し、上記の座標系と測定座標系を一致させる過程は、すでに公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

また、上記S140は、3次元スキャナー100から測定された測定対象物の形状情報を、上記測定対象物の測定案内のためにデータ貯蔵部300に貯蔵された形状情報と重ねて表示部400に出力する構成も可能である。この場合、検査実施者が測定位置を再び確認することができる利点があるため、さらに容易に測定を行うことができるようになる。

上記S140を行った後、制御部500は、3次元スキャナー100から検出された上記測定情報から有効データ数や、測定要素の数値情報を算出する(S150)。
上記S150において、制御部500は、3次元スキャナー100の測定情報から算出された有効データ数を、上記算出された有効データ数の有効性を判断するための第1基準値と比較する(S160)。上記S160の第1基準値は上記データ貯蔵部300に貯蔵された検査情報であって、3次元スキャナー100を介して検出された測定情報が有効な情報であるか否かを判断するための最小限の有効データ個数である。

上記S160において、3次元スキャナー100を介して検出された測定情報の有効データ個数が上記第1基準値未満である場合、上記S140を再び行う。また、上記S160において、3次元スキャナー100を介して検出された測定情報の有効データ個数が第1基準値以上である場合、制御部500は、上記測定された情報から上記測定要素の数値情報が計算された値を、上記測定された情報の有効性を判断するための第2基準値と比較する(S170)。上記S170の第2基準値は上記データ貯蔵部300に貯蔵された検査情報であって、設計情報に基づいて測定要素の形状誤差を評価するための所望の寸法及び許容公差のいずれかである。

上記S170において上記計算結果が上記第2基準値を超える場合、上記S140を再び行い、上記S170において上記計算結果が上記第2基準値未満である場合、制御部500は上記測定対象物の測定を終了するか否かを判断する(S180)。
上記S180において測定対象物の追加測定がある場合、制御部500は上記S130を行い、測定対象物の追加測定がない場合、検査案内及び測定対象物の測定を終了する。

上記のように、本発明は、設計者の検査意図を検査実施者が正確に把握して測定を実施することができる利点がある。
また、検査実施者の3次元スキャナー操作熟練度と関係なく、設計者が意図した検査事項を容易に検査することができるため、検査の誤謬が防止される利点がある。

さらに、3次元スキャナーを用いて測定する過程で発生する実施誤謬、データ誤差などの発生を防止することによって、さらに効率的な検査作業を提供することができる利点がある。
以上においては、本発明を、特定の好ましい実施の形態について図示し説明した。しかし、本発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者なら以下の特許請求範囲に記載の本発明の技術的な思想を逸脱することなく、多様な変更を実施することが可能である。

本発明による3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムの構成を示すブロック図である。図1の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムを用いる検査案内システムの測定過程を示す例示図である。図1の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システムを用いる検査案内システムの測定過程を示す他の例示図である。本発明による3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法を示すフロー図である。

符号の説明

100・・・スキャナー 200・・・キー入力部 300・・・データ貯蔵部 400・・・
表示部 500・・・制御部

Claims

測定対象物の3次元形状情報を検出するスキャナー；
上記スキャナーを操作する検査実施者が測定する上記測定対象物の検査案内情報や、上記スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断するための上記測定対象物の検査情報を貯蔵するデータ貯蔵部；
上記スキャナーから検出される測定情報や、上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の検査案内情報を出力する表示部；及び
上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の検査案内情報を上記表示部に伝送し、上記スキャナーから検出された上記測定情報を上記検査情報と比較して上記測定の有効性を判断する制御部を含む3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム。
上記検査案内情報は、上記測定対象物の形状情報、上記測定対象物を測定するためのスキャニング領域情報及び測定過程を案内するための順序情報を含むことを特徴とする請求項1に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム。
上記形状情報は、CADプログラムでモデリングされた設計データであることを特徴とする請求項2に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム。
上記検査情報は、上記スキャナーを介して検出した測定情報のデータ数が有効であるか否かを判断するための基準データ情報や、上記測定された情報の形状誤差を評価するための許容公差情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム。
上記データ貯蔵部は、ハードディスク、半導体メモリ、CDロムのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の３次元スキャナーを用いる実時間検査案内システム。
a)データ貯蔵部に測定対象物の形状情報や上記測定対象物の測定要素を定義し貯蔵するステップ；
b)上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の形状情報及び測定要素を用いて、制御部が、上記測定対象物の測定案内のための形状情報及び検査案内情報を表示部に出力するステップ；
c)上記制御部が３次元スキャナーから上記測定対象物の形状を測定し検出するステップ；
d)上記制御部が上記３次元スキャナーから検出された上記測定情報の有効性を判断するステップ；及び、
e)ステップd)の判断結果として上記測定情報が有効である場合、上記制御部が上記測定対象物の測定を終了するステップをさらに含む３次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
ステップb)は、上記制御部が上記データ貯蔵部に貯蔵された上記測定対象物の測定位置及び測定寸法情報を検出するステップ；及び、
上記測定対象物の形状情報及び上記測定対象物の形状測定に必要なスキャニング領域を設定して上記表示部に出力するステップを含む請求項6に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
ステップc）は、上記制御部が上記3次元スキャナーから検出される空間移動情報を検出するステップ；
上記制御部は上記3次元スキャナーから検出された上記空間移動情報を分析して、上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置したか否かを判断するステップ；及び、
上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置した場合、上記制御部が上記表示部を介して測定対象物であることを表示するステップを含む請求項6に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置したか否かを判断するステップは、上記3次元スキャナーが上記測定対象物の近所に位置しない場合、上記制御部が上記表示部を介して測定対象物でないことを表示するステップを含む請求項8に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
ステップc）は、上記制御部が、上記3次元スキャナーから測定された情報を、上記測定対象物の測定案内のための形状情報と重ねて上記表示部に出力するステップをさらに含む請求項6に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
ステップｄ）は、上記制御部が上記3次元スキャナーから測定された情報のデータ数を、上記測定された情報の有効性判断用の第1基準値と比較するステップ；
上記比較結果により上記測定された情報のデータ数が有効である場合、上記制御部が、上記測定された情報から測定要素の数値情報を計算して、上記測定された情報の有効性判断用の第2基準値と比較するステップを含む請求項6に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
上記測定された情報のデータ数が有効でない場合、ステップｃ）を行う請求項11に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
上記測定された情報の計算結果が有効でない場合、ステップｃ）を行う請求項11に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。
ステップe）は、上記制御部が測定対象物の追加測定がある場合、ステップｂ）を行う請求項6に記載の3次元スキャナーを用いる実時間検査案内方法。