KR0131526B1 - 광학식 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스포트상의 레이저광을 사용하여 피측정물의 기준위치를 결정하고, 이 기준위치를 기준으로 피측정물의 치수 및 홈 또는 움푹 패임 등의 측정을 정도좋게 신속히 행하는 광학식 측정장치와 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명의 장치는 레이져 광원부와 스포트 광원부(3)를 설치하고, 이들에 의해 생성되는 마크를 기준점으로 하여, 이 기준점을 기준으로 피측정물(100)의 홈 또는 움푹 패임 혹은 한 번에 측정할 수 없는 피측정물(100)의 치수 등을 정도좋게 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 본 발명의 측정방법은 피측정물(100)에 조사되는 스포트 광원부(3)에 의한 마크의 반사광을 측정용 레이저광의 대해 조사각도가 가변되도록하여 마크의 왜곡을 저감한다.

Description

광학식 측정장치 및 그 측정방법

제1도는 본 발명의 광학식 측정장치의 일실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

제2도는 본 발명의 광학식 측정방법의 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.

제3도는 광학식 측정장치의 일실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

제4도는 종래의 광학식 측정장치의 일실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

제5도는 종래의 광학식 측정장치의 다른 일실시예의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1a, 1b, 1c : 광학식 측정장치 2 : 레이져 광원부

3 : 스포트 광원부 4 : CCD카메라부

11 : 라인 레이저광 11a : 슬리트광

13 : 마크 레이저광 15 : 스포트광

16 : 반사레이저광 21 : 레이저광원

23 : 콜리메이팅렌즈 27 : 슬리트

27a : 십자형 슬리트 31 : 스포트용 레이저광원

33 : 스포트용 콜리메이팅렌즈 35 : 스포트용 원통형렌즈

41 : CCD카메라 43 : 집광렌즈

100 : 피측정물

본 발명은 피측정물의 형상을 비접축으로 측정할 수 있는 광학식 측정장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.

종래부터 광학적으로 피측정물의 단면형상이나 길이를 측정하는 장치로서는 제4도에 도시한 바와 같은 광학식 측정장치가 이용되고 있다. 즉, 제4도에 도시한 광학식 측정장치(1)는 레이저광원(21)에서 발광된 레이저광선(12)을 콜리메이팅렌즈(23)로 평행광선(14)으로 조정하고, 이를 원통형렌즈(25)에 의해 횡방향으로 확대하여 생성된 부채꼴 라인 레이저광(11)을 피측정물(100)에 조사하는 제1레이저광 조사수단인 레이저광원부(2)와, 이 피측정물(100)에 조사된 피조사광선(17)의 반사광선(16)을 집광렌즈(43)를 통해 입력하여 CCD 카메라 수광면에 결상된 측정상(18)을 촬상하는 상검출수단인 CCD 카메라부(41)와, 컨트롤러(미도시)에 의해 전기적으로 신호처리를 행하는 X-Y플로터(plotter)상에 그리는 출력장치부(미도시)로 구성되어 있다.

또한 이와 유사한 장치로서는 제5도와 같이 부채꼴인 라인 레이저광(11)을 보다 샤프하게 하기 위한 슬리트(27)를 설치하여 슬리트광선(11a)을 생성하고, 이에 따라 측정하는 장치도 이용되고 있다.

그러나, 이러한 광학식 측정장치에서는 피측정물에 조사하는 레이저광선에 기준점이 되는 광선이 없으므로 피측정물의 측정위치를 특정하기가 곤란 또는 불가능하며, 또한 X-Y플로터 혹은 디스플레이의 화면도의 화면데이타상에 피측정물의 측정기준점이 명시되어 있지 않으므로, 피측정물의 측정기준점과 상기 화면 데이터의 상대적인 위치관계의 특징이 곤한 또는 불가능하였다.

즉, 각부(각부), 요철부, 굴곡등이 있는 피측정물의 경우에는 부분을 대비시켜 측정화면 데이터의 위치를 특정할 수 있지만, 이 경우도 피측정물의 형상에 따라서는 피측정물의 위치와 측정화면 데이터의 위치관계를 비교 대조하는데 시간이 걸리며, 또한 정도(精度)도 굴곡등이 매끄럽거나, 그 형상 변화부분이 작거나 또는 거의 없는 경우에는 측정위치의 특정이 아주 곤란하거나 전혀 불가능한 경우가 발생한다. 또한, 본 장치의 측정범위를 넘은 긴 피측물인 경우도 본 측정장치의 측정범위마다 측정하여 측정화면 데이터를 서로 연결하여 전체의 형성, 길이를 측정하게 되는데, 이 경우도 그 형성 변화부분이 작거나 또는 거의 없는 경우에는 피측정물과 측정화면 데이타의 위치대비가 곤한함과 동시에, 복수의 화면 데이터를 서로 연결하여 전길이를 독취하는 경우에 그 측정화면 데이터의 기준점 맞춤이 곤란하다. 따라서, 그 위치맞춤에 시간이 걸리며 또한 부정확해지거나 전혀 불가능한 경우가 있따르는 결점이 있다.

그래서 이러한 결점을 해결하기 위해 제3도와 같은 광학식 측정장치(1b)를 생각할 수 있다. 이 광학식 측정장치(1b)에는 피측정물(100)에 슬리트광선(11a)를 조사하는 레이저광원부(2)와, 피측정물(100)로부터 반사광을 집광하여 상을 감지하는 상검출수단인 CCD카메라부(4)가 있다. 또한, 이 레이저 광원부(2)에는 레이저광을 발생시키는 레이저광원(21)과 이 레이저광원(21)으로부터의 레이저광을 평행으로 조정하는 콜리메이팅렌즈(23)와, 이 콜리메이팅렌즈(23)에 의해 조정된 레이저광을 확산하여 부채꼴의 라인 레이저광(11)으로 하는 원통형렌즈(25)와, 이 원통형렌즈(25)로부터의 부채꼴의 라인 레이저광(11)을 보다 선명한 슬리트광(11a)으로 함과 동시에 피측정물(100)의 원하는 점에 측정의 중심점을 마트하기 위한 십자형의 슬리트(27a)를 가지고 있다. 한편, CCD형카메라부(4)에는 피측정물(100)에 조사된 슬리트광(11a)의 반사광인 반사레이저광(16)을 집광하기 위한 집광렌즈(43)와, 이 집광렌즈(43)에 의해 집광된 반사레이저광(16)으로부터 피측정물(100)의 상을 검출하는 CCD카메라(41)가 있다. 또한, 레이저광원부(2)의 각 부재와 CCD카메라부(4)의 각 부재의 각도 조정은 액츄에이터(미도시)에 의해 행해지며, 이 액츄레이터의 제어와 CCD카메라부(4)에 의해 검출된 상의 치수를 실제 치수로 하는 연산은 컨트롤러(미도시)에 의해 행해지고, 이 연산된 결과는 X-Y플로터 혹은 디스플레이 등의 출력장치(미도시)에 의해 출력된다.

이와같이 구성된 광학식 측정장치(1b)는 다음과 같이 동작하고 작용한다.

레이저광원(21)에 의해 조사되는 레이저광은 콜리메이팅렌즈(23)에 의해 평행으로 조정된다. 그리고, 이 평행으로 조정된 레이저광은 원통형렌즈(25)로 확산된 라인레이저광(11)으로 되며, 게다가 십자형 슬리트(27a)를 통과시킴으로써 라인레이저광(11)의 경계가 선명한 슬리트광(11a)이 된다. 이 선명해진 슬리트광(11a)은 피측정물(100)에 조사되어 반사레이저광(16)이 되며, 집광렌즈(43)에서 집광되어 CCD카메라(41)상에 피측정물(100)의 상을 투사하는데, 십자형 슬리트(27a)에 의해 상의 경계가 선명해서 있으므로 CCD카메라(41)에 의해 용이하게 측정할 수 있다.

여기서 십자형 슬리트(27a)에 대해 더 설명하면, 이 십자형 슬리트(27a)의 중심부를 십자형으로 형뽑기되어 있으므로, 이 형뽑기된 십자홈으로부터 피특정물(100)에 조사하여 마크레이저광(13)을 피측정물(100)에 조사한다. 이 마크레이저광(13)을 조사한 위치는 측정할 때의 기준점이 된다. 예를 들어, 피측정물(100)의 홈 또는 움푹 패인 위치를 측정하는 경우에는 십자형 슬리트(27a)로부터 조사되는 마크를 기준점으로 하여 이 마크로부터의 위치를 측정할 수 있다. 또한 한 번에 측정할 수 없는 커다란 피측정물(100)을 측정하는 경우에는 기준점을 중심으로 측정시의 데이터를 중첩시킴으로써 전체를 측정할 수 있다.

그리고, 십자형 슬리트(27a)는 반드시 십자형으로 형뽑기할 필요가 없고, 적어도 기준점으로서 구별할 수 있으면 되므로 예를들어 T자형 슬리트등이라도 무방하다. 또한, 미리 피측정물(100)에 기준점을 두고, 이 기준점에 본 발명의 광학식 측정장치(1b)로 부터의 마크를 맞춤으로써 피측정물(100)의 위치맞춤은 더욱 용이하게 할 수 있게 된다.

이러한 구성의 광학식 측정장치(1b)에서는 정도적(精度的)으로 충분한 측정이 가능하지만, 더욱 고정도의 측정을 행하고자 하면 이하와 같은 이유 때문에 문제가 발생함이 판명되었다. 즉, 전술한 십자형 슬리트(27a)를 사용한 광학식 측정장치(1b)는 피측정물(100)을 고정한 채 피측정물(100)의 주변부를 측정하는 경우에는 십자형 슬리트(27a)를 부채꼴의 라인 레이저광인 슬리트광(11a)의 중심부로부터 어긋나 측정하게 되지만, 슬리트광(11a)은 부채꼴이어서 주변부에 근접할수록 확산되는 방향에 있기 때문에 마크레이저광(13)의 피측정물(100)로의 입사각도 및 피측정물(100)로부터의 반사각도도 변화하여 집광렌즈(43)를 통과하게 된다. 이 때문에 마크레이저광(13)의 반사광은 반사광선(16)에 대해 경사선이 되어 CCD카메라(41) 의해 투영된다. 그리고, 광학식 측정장치(1b)에서는 CCD카메라(41) 의해 이 왜곡된 마크를 검출하게 되는데, 이 왜곡된 마크는 경사가 커지는 만큼 반사광(16)과 이루는 각도가 작아져 양자를 다른 광선으로서 판별하는 것이 곤란해지므로 측정상의 정도는 저하된다. 또한, 이 왜곡된 마크를 올바르게 마크로 인식시키기 위해서는 복잡한 처리를 필요로 한다.

따라서, 본 발명은 이러한 결점을 해결하기 위해, 피측정물의 소요 측정위치에 광학식 마크광선을 조사하는 신호에 상당하는 기능을 가지게 하면 측정조건에 좌우되지 않고 효율적으로, 더욱이 정도있는 측정을 가능케한다. 즉, 이 측정위치맞춤의 신호에 상당하는 기능을 본 측정장치에 부가함으로써 피측정물의 소요 위치에 정확한 측정기준점을 구할 수 있는 광학식 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 측정장치는, 라인의 제1레이저광을 피측정물에 조사하는 제1레이저광 조사수단과, 상기 제1레이저광 조사수단에 의해 조사되는 제1레이저광에 대해 겹치도록 작은 라인의제2레이저광을 조사하여 상기 피측정물에 마크를 발생시킴과 동시에 제1레이저광에 대해 조사각도가 가변인 제2레이저광 조사수단과, 상기 제1레이저광 조사수단 및 상기 제2레이저광 조사수단에 의해 조사되는 제1레이저광 및 제2레이저광의 반사광을 집광하여 상을 검출하기 위한 상검출수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 광학식 측정장치를 이용한 측정방법은 라인의 제1레이저광을 조사하는 제1레이저광 조사수단에 의해 피측정물에 제1레이저광을 조사하고, 다음에 작은 라인의 제2레이저광을 조사하는 제2레이저광 조사수단에 의해 상기 피측정물에 제2레이저광을 조사하고, 교차형의 마크를 발생시켜, 상기 피측정물로부터의 상기 마크의 반사광을 반사광으로부터 상을 검출하기 위한 상검출수단의 중심을 통과하도록 하면서 상기 마크를 원하는 점에 수시 이동시킴으로써 상기 피측정물을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광학식 측정장치는 제1레이저광 조사수단에 의해 측정하는데 최적의 폭과 길이의 부채꼴의 라인 제1레이저광을 조사하고, 이 제1레이저광에 제 2레이저광 조사수단인 작은 라인의 제2레이저광을 겹치도록 조사함으로써 교차형의 마크를 발생시킨다. 그리고, 이 교차형의 마크를 기준점으로 하여 제1레이저광과 동시에 피측정물에 조사하고, 이 피측정물로부터의 반사광을 상검출수단에 의해 집광하며, 상기 피측정물 및 교차형 마크의 상을 검출함으로써 상기 피측정물을 측정하게 된다.

또한, 본 발명의 광학식 측정방법은 제1레이저광 조사수단에 의해 조사되는 제1레이저광과 제2레이저광 조사수단에 의해 조사되는 제2레이저광을 겹침으로써 상기 피측정물상에 교차형의 마크를 발생시킨다. 이 교차형의 마크의 상기 피측정물로부터의 반사광이 상검출수단의 중심을 통과하도록 함으로써 상기 제2레이저광 조사수단에 의한 교차형의 마크가 상기 상검출수단의 주변부를 통과할 때의 교차형의 마크의 왜곡을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 광학식 측정장치의 일실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 광학식 측정장치는 제4도에 도시한 구성의 광학식 측정장치에 제1레이저광 조사수단인 레이저 광원부(2)와는 별도의 광원인 제2레이저광 조사수단인 스포트 광원부(3)를 부가시킨 구성으로 한 것이다.

이 스포트 광원부(3)에는 스포트용 레이저광을 발생시키는 스포트용 레이저광원(31)과, 이 스포트용 레이저광원(31)으로부터의 스포트용 레이저광을 평행으로 조정하게 하는 스포트용 콜리메이팅렌즈(33)와, 이 스포트용 콜리메이팅렌즈(33)에 의해 조정된 스포트용 레이저광을 확산하여 라인의 레이저광(11)으로 하는 스포트용 원통형렌즈(35)가 있다.

그리고, 레이저 광원부(2)의 각 부재 및 스포트 광원부(3)의 각 부재, CCD카메라부(4)의 각 부재의 각도 조정은 도시되지 않은 각각의 액류에이터에 의해 행해지며, 이 액츄에이터의 제어와 CCD카메라부(4)에 의해 검출한 상의 치수를 실제 치수로 하는 연산은 도시되지 않은 컨트롤러에 의해 행해지며, 이 연산된 경과는 X-Y플로터 혹은 디스플레이 등의 역시 도시되지 않은 출력장치에 의해 출력된다.

이와같이 구성된 본 발명의 광학식 측정장치는 이하와 같이 동작한다.

본 장치는 레이저 광원부(2)로부터의 부채꼴의 라인 레이저광(11)을 피측정물(100)에 조사하고, 이 레이저광(11)에 겹치도록 스포트광원부(3)으로부터 발생되는 스포트광(15)을 피측정물(100)에 조사하면 피측정물(100)의 기준점으로 한다. 이 기준점 및 레이저광(11)의 피측정물(100)로부터의 반사광은 렌즈(43)로 집광된 후에 CCD카메라(41)상에 투영되어 측정된다.

또한, 본 발명의 광학식 측정장치(1)를 이용한 측정방법은 이하와 같이 행한다.

우선, 레이저 광원부(2)에 의해 피측정물(100)에 라인의 레이저광(11)을 조사한다. 다음에, 스포트 광원부(3)에 의해 스포트 광선을(15)을 피측정물(100)에 조사하고, 라인의 레이저광(11)과 겹침으로써 생기는 교차형의 마크를 기준점으로 하여 피측정물(100)의 임의의 점으로 조사한다. 그리고, 피측정물(100)에 조사되는 스포트광선(15)에 의한 마크의 반사광은 항상 집광렌즈(43)의 중심부를 통과하도록 도시되지 않은 컨트롤러 및 액튜에이터에 의해 스포트광원부(3)를 가동시킨다. 이 스포트광선(15)이 집광렌즈(43)의 중심을 통과하도록 함으로써 CCD카메라(41)에서 검출되는 마크의 집광렌즈(43)의 주변부를 통과할 때의 왜곡을 저감할 수 있다. 따라서, CCD카메라(41)에서 검출되는 스포트광선(15)에 의한 마크의 왜곡을 저감할 수 있으므로 스포트광선에 의한 마크를 기준점으로 하여 측정 정도가 좋게 피측정물(100)의 형상을 측정할 수 있게 된다.

제2도는 이 광학식 측정방법의 흐름도이다.

레이저 광원부(2)로부터 라인의 레이저광(11)을 피측정물(100)에 조사하고(S1), 스포트광(15)을 라인의 레이저광에 겹치도록 조사하여, 피측정물(100)상에 교차 마크를 조사한다(S2). 그리고, 스포트광(15)에 의한 마크의 반사광이 집광렌즈(43)의 중심부를 통과하며, CCD카메라(41)로 검출되는 상이 레이저광(11)의 반사광과 명확한 구별이 가능하도록 레이저광(11)의 반사관의 상에 대해 거의 직교하도록 스포트 광원부(3)의 위치를 조정한다(S3). 이 때 스포트광선(15)에 의한 마크의 반사광이 집광렌즈(43)의 중심부를 통과했을 때(S4), 스포트광(15)에 의한 마크를 기준점으로 하여 피측정물(100)상의 기준점으로부터 목표점까지의 거리 등을 CCD카메라(41)에 의해 검출하여 실제 치수를 컨트롤러(미도시)로 연산하여 측정을 종료한다(S5).

이상과 같은 본 발명의 광학식 측정장치는 피측정물을 측정하기 위한 레이저광원 이외에 스포트광원을 설치하여, 이 스포트광원으로부터의 스포트광을 피측정물을 조사함과 동시에 기준점인 마크를 발생시킨다. 그리고, 이 기준점을 이용함으로써 이 기준점으로부터의 피측정물의 홈 또는 움푹 패임등의 위치를 정도 좋게 측정할 수 있다. 또한, 피측정물을 한 번에 측정할 수 없는 경우라도 기준점을 기초로 데이터를 겹치게 함으로써 전체 크기를 용이하게 정도좋게 측정할 수 있다.

한편, 본 발명의 광학식 측정장치를 이용한 측정방법은 피측정물에 조사되는 스포트광원에 의한 마크의 반사광을 항상 집광렌즈의 중심부를 통과하도록 스포트광원을 가동함으로써 집광렌즈의 주변부를 상기 반사광이 통과할 때의 왜곡을 저감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 광학식 측정장치에 따르면, 피측정물에 기준점이 되는 마크를 스포트 광원에 의해 조사함으로써 이 기준점을 기초로 피측정물의 홈 또는 움푹 패임등의 위치를 정도 좋게 측정할 수 있다. 또한, 한 번에 측정할 수 없는 피측정물에 대해서도 스포트광원에 의한 기준점을 가동시켜 이 기준점을 기초로 데이터를 겹치게 함으로써 용이하고도 신속하게 정도좋게 측정할 수 있다.

한편, 본 발명의 광학식 측정장치를 이용한 측정방법은 피측정물에 조사되는 스포트광원에 의한 마크의 반사광을 측정용 레이저광의 반사광에 대해 명확하게 식별할 수 있도록 함으로써 측정정도를 향상시킬수 있다.

Claims (2)

1. 라인의 제1레이저광을 피측정물에 조사하는 제1레이저광 조사수단과, 상기 제1레이저광 조사수단에 의해 조사되는 제1레이저광에 대해 겹치도록 작은 라인의 제2레이저광을 조사하여 상기 피측정물에 마크를 발생시킴과 동시에 제1레이저광에 대해 조사 각도가 가변인 제2레이저광 조사수단과, 상기 제1레이저광 조사수단 및 상기 제2레이저광 조사수단에 의해 조사되는 제1레이저광 및 제2레이저광의 반사광을 집광하여 상을 검출하기 위한 상검출수단을 가지는 것을 특징으로 하는 광학식 측정장치.
2. 라인의 제1레이저광을 조사하는 제1레이저광 조사수단에 의해 피측정물에 제1레이저광을 조사하고, 작은 라인의 제2레이저광을 조사하는 제2레이저광 조사수단에 의해 상기 피측정물에 제2레이저광을 조사하고, 제1레이저광과 제2레이저광을 겹치게 함으로써 상기 피측정물상에 교차형의 마크를 발생시키고, 상기 피측정물로부터의 상기 마크의 반사광을 반사광으로부터 상을 검출하기 위한 상검출수단의 중심을 통과하도록 하면서 상기 마크를 원하는 점으로 수시 이동시킴으로써 상기 피측정물을 측정하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정방법.