KR0171688B1 - Method and equipment to measure verticality without contact - Google Patents

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KR0171688B1
KR0171688B1 KR1019950009015A KR19950009015A KR0171688B1 KR 0171688 B1 KR0171688 B1 KR 0171688B1 KR 1019950009015 A KR1019950009015 A KR 1019950009015A KR 19950009015 A KR19950009015 A KR 19950009015A KR 0171688 B1 KR0171688 B1 KR 0171688B1
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권대갑
조영빈
문희형
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이헌일
주식회사삼정
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
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Abstract

본 발명은 비접촉식 수직도 측정 방법 및 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a non-contact verticality measuring method and measuring apparatus.

방법은 기준면에 대하여 수직으로 설치되는 직선형 기둥의 수직도를 측정하기 위하여, 서로 직각으로 하는 두 방향의 기둥 하단의 일부분 영상과 기둥 상단 부분의 일부분 영상들을 광학계를 통하여 하나의 영상으로 조합하고, 이 영상을 기준면에 평행하도록 설치된 비디오 카메라에 촬상하여, 이 조합된 영상에서 두 개의 하단 부분 영상과 두 개의 상단부분 영상의 기울기를 계산하고 이 기울기를 비교하여 영상수집용 카메라에 대한 수직도를 측정하는 방법이다.The method combines a partial image of the lower part of the column and a partial image of the upper part of the column into a single image through an optical system, in order to measure the perpendicularity of the straight column installed perpendicular to the reference plane. The image is taken by a video camera installed parallel to the reference plane, and the slopes of the two lower partial images and the two upper partial images are calculated from the combined image, and the slopes are compared to measure the verticality of the image acquisition camera. Way.

또, 본 장치는 기둥의 상에 있어서 기둥 하단의 일부분 영상과 기둥 상단 부분의 일부분 영상만을 취사선택하여 얻을 수 있도록 기둥의 상의 이동 경로를 변위시키는 광학계와, 광학계에 상대적 위치가 고정되어 결합되고, 기둥에 대한 상대적 위치를 조절하기 위하여 왕복이동이 가능하며, 근접위치에서 기준면에 대하여 평행하게 설치되는 촬상용 카메라와, 카메라로부터 얻은 영상을 이용하여, 이를 신호처리하여 기둥의 수직도를 측정하는 영상처리 및 제어 시스템을 포함하여 이루어진다.In addition, the apparatus is coupled to the optical system for displacing the moving path on the column of the column so as to obtain by selecting only the partial image of the lower end of the column and the partial image of the upper part of the column, the relative position is fixed to the optical system, It is possible to reciprocate to adjust the relative position with respect to the pillar, using the image pickup camera installed in parallel with the reference plane in the near position and the image obtained from the camera, the signal processing to measure the verticality of the pillar Including the processing and control system.

Description

비접촉식 수직도 측정 바업 및 수직도 측정장치Non-contact vertical measuring bar up and vertical measuring device

제1도는 비디오용 데크를 예시한 평면도와 데크 포스트의 사시도.1 is a plan view illustrating a deck for video and a perspective view of the deck post.

제2도는 본 발명에서 이용한 굴절의 법칙을 설명한 도면.2 is a view for explaining the law of refraction used in the present invention.

제3도는 본 발명에서 이용한 displacing glass를 예시한 도면.Figure 3 illustrates a displacing glass used in the present invention.

제4도는 본 발명에서 이용한 displacing glass를 통한 상의 모습을 도시한 도면.4 is a view showing a state of the image through the displacing glass used in the present invention.

제5도는 본 발명의 수직도 측정장치를 예시한 평면도 및 정면도와 모니터상에서 상을 도시한 도면.5 is a plan view and a front view and an image on a monitor, illustrating an apparatus for measuring verticality of the present invention.

제6도는 본 발명의 광로와 상의 관계를 예시한 도면.6 is a diagram illustrating a relationship with an optical path of the present invention.

제7 도는 본 발명의 측정장치의 블록 다이아그램.7 is a block diagram of the measuring device of the present invention.

제8 도는 본 발명의 측정장치의 기구부를 중심으로 한 장치의 개략도.8 is a schematic view of a device centering on the mechanism of the measuring device of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

51 : 램프 52.61.89 : 기둥(포스트)51: lamp 52.61.89: pillar (post)

53.87 : 직각프리즘 54.88 : 상변위부53.87: right angle prism 54.88: upper displacement

54-1.54-2.62 : 상변위 유리54-1.54-2.62: Phase Displacement Glass

55.71.85. 촬상용 카메라 63 : 화면55.71.85. Image pickup camera 63: Screen

72 : 비디오 멀티플렉서 73 : 이미지 그래버72: Video Multiplexer 73: Image Grabber

74 : 버스 75: 메인 컴퓨터74: bus 75: main computer

76 : 시스템 모니터 77 : 디스플레이 모니터76: system monitor 77: display monitor

81 : 베이스 플레이트 82 : 데크81: base plate 82: deck

83 : 피드 장치 84 : 포스트 가이드83: Feed Device 84: Post Guide

86 : 어댑터86: Adapter

본 발명은 기준면에 대하여 수직으로 설치되는 기둥등의 구조물의 수직도를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 8mm VCR 데크의 주행계 포스트들의 수직도를 비접촉식으로 정밀하게 측정할 수 있도록 함에 적당하도록 한 비접촉식 수직도 측정 방법 및 수직도 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for measuring the verticality of a structure such as a column installed perpendicularly to the reference plane, in particular, to be suitable for enabling the non-contact precise measurement of the verticality of the odometer posts of the 8mm VCR deck. A contactless vertical measuring method and a vertical measuring device.

멀티 미디어 관련 기술의 급속한 진보와 더불어 VTR의 보급은 놀라운 속도로 신장되고 있다. 이렇게 VTR시장이 확대됨에 따라 제품의 부가가치를 높이기 위한 고기능, 소형화를 위한 기술경쟁은 점차 치열해지게 되었다. 이에, 제품의 소형화는 부품의 요구 정밀도를 지속적으로 높여와서, 첨단 제조 기술이 도입이 요구되었다. 그러나 이러한 소형제품은 아직도 불량률이 매우 높은 편이며, 고임금화로 인해 생산비가 매우 높아진 현시점에서 완제품의 불량은 국제 경쟁력 확보에 큰 걸림돌이 되고 있다.With the rapid advancement in multimedia technology, the spread of VTRs is growing at an alarming rate. As the VTR market expands, technological competition for high-performance and miniaturization to increase the added value of products has become fierce. Accordingly, the miniaturization of products has continuously increased the required precision of components, and the introduction of advanced manufacturing technology has been required. However, these small products still have a very high defect rate, and at the present time, the production cost is very high due to high wages, and defective products are a big obstacle to securing international competitiveness.

비디오 테이프에 기록되어 있는 영상 신호, 음성 신호 및 컨트롤 신호를 정확히 기록, 재생하기 위해서는, 헤드 드럼과 오디오/컨트롤 헤드의 정해진 위치를 비디오 테이프가 정확히 지나가야 한다. 이런 기능을 담당하는 것이 바로 데크 주행계의 복수 개의 포스트들이다.In order to accurately record and reproduce video signals, audio signals and control signals recorded on the video tape, the video tape must pass exactly through the fixed position of the head drum and the audio / control head. It is the multiple posts of the deck odometer that are responsible for this function.

포스트 중에는 조정이 가능하도록 제작된 것도 있지만, 베이스에 리벳팅되어 고정되는 것도 있는데, 고정된 포스트의 경우, 데크의 제조 완성 후에는 교정할 수 없으므로, 조립이 끝난 후에 커다란 문제를 발생시킨다.Some posts are designed to be adjustable, but some are riveted and fixed to the base. Fixed posts can not be calibrated after the deck has been manufactured, resulting in a major problem after assembly.

제1도의 (a)는 소형 VCR의 데크 주행계(10)를 예시한 것으로, 이를 구성하는 주요 고정 포스트(11)들은 그림에서의 배치와 같이 형성되어 있다.(A) of FIG. 1 illustrates the deck running system 10 of a small VCR, and the main fixing posts 11 constituting the compact VCR are formed as shown in the figure.

포스트는 베이스에 대하여 수직으로 설치되어야만 하고, 그 요구되는 정밀도는 수십 ㎛/10mm 정도이므로, 정밀한 검사기술의 개발이 필요하다.Since the posts should be installed perpendicular to the base, and the required precision is about tens of micrometers / 10 mm, it is necessary to develop a precise inspection technique.

고정된 포스트(11)들의 상태가 가정된 대로 수직을 유지하지 못하고 있다면, 몇 개의 포스트들의 조정만으로 주행계의 상태를 유지하기가 어렵게 되며, 심한 경우 테이프 주행을 저해하는 상황도 발생한다.If the state of the fixed posts 11 is not maintained vertical as assumed, it is difficult to maintain the state of the odometer only by adjusting a few posts, and in some cases, a situation of inhibiting tape running occurs.

만일, 고정 포스트(11)들의 수직도가 잘 유지된다면, 최종 제조 단계에서 조정 작업도 수월해질 뿐아니라 주행계 동작을 안정화 하는데 큰 역할을 할 것이며, 현재 고정 포스트의 설치 작업시, 문제가 발생하는 프로세스를 찾아내는데에도 큰 도움이 될 수 있을 것이다.If the verticality of the fixing posts 11 is maintained well, it will not only facilitate the adjustment work in the final manufacturing stage, but will also play a big role in stabilizing the odometer operation. It can be very helpful in finding out the process.

종래에 이러한 데크 주행계의 포스트들의 수직도를 측정하는 방법으로는, 현재 일본이나 국내의 대기업에서 주로 사용하고 있는 방법인, 접촉식 검사 방법이다. 이는 종래 일반형 VTR의 검사에 주로 이용되던 방법이기도 하다.Conventionally, as a method of measuring the verticality of the posts of the deck traveling system, it is a contact inspection method, which is a method mainly used in large corporations in Japan and Korea at present. This is also a method mainly used for the inspection of conventional VTRs.

그런데, 데크가 점점 소형화되면서 포스트들의 크기도 작아지게 되고, 이로 인해서 측정 장치의 프로브(probe) 접촉 압력으로 포스트가 손상되거나, 포스트의 직경이 작아짐으로 인해 프로브의 미세한 포지션 에러가 큰 검사결과의 오차를 발생시키는 문제점이 있었다.However, as the deck becomes smaller and smaller, the size of the posts becomes smaller, which causes the posts to be damaged due to the probe contact pressure of the measuring device or the diameter of the posts becomes smaller, resulting in a large error in the test result. There was a problem causing.

본 발명은 영상처리 방법을 이용해 물리적 힘을 가하지 않고 수직도를 측정 검사할 수 있는 비접촉식 측정 방법을 이용하여, 위에서 기술한 접촉식 수직도 측정 방법에서의 문제점을 해결하고자 안출되었다.The present invention has been made to solve the problems in the above-described contact verticality measurement method using a non-contact measurement method that can measure and examine the verticality without applying a physical force using the image processing method.

수직도를 평가하는 방법으로는 임의의 평면에 대한 포스트의 기울기를 가지고 하는 방법도 있으나, 여기서는 제1도의 (b)와 같이, 10mm길이의 포스트(11)에 대한 기준 위치로부터의 편차(D)로 정의한다. 현재, 8mm VCR에 요구되는 수직도 조건은 40㎛이며 품질 제어를 위한 수직도 조건은 16㎛으로 되어 있다.As a method of evaluating the vertical degree, there is also a method of having the inclination of the post with respect to an arbitrary plane, but here, as shown in (b) of FIG. 1, the deviation from the reference position with respect to the post 11 having a length of 10 mm (D) It is defined as Currently, the verticality condition required for an 8mm VCR is 40 mu m and the verticality condition for quality control is 16 mu m.

임의의 평면에 놓인 직선의 기울기는 그 평면에 대한 2개의 각으로 표현되므로 수직도 검사작업은 서로 다른 두군데 이상에서 측정이 필요하게 된다.Since the inclination of a straight line lying on an arbitrary plane is represented by two angles with respect to the plane, the verticality inspection task needs to be measured at two or more different places.

그렇지만, 예를 들어 소형 VCR 데크 주행계의 포스트를 측정하고자 할 경우, 제1도 (a)에서 보는 바와 같이 검사되어야 할 포스트(11)들 주위에는 비록 높이가 작기는 하지만 다른 포스트의 간섭으로 인해서 검사장비의 접근이 쉽지 않다. 따라서, 좁은 공간에서 한 개의 포스트를 2번 이상 측정해야 하므로 장치에 대한 매우 세심한 설계가 필요하다.However, if, for example, you want to measure the posts of a small VCR deck odometer, the heights around the posts 11 to be inspected, as shown in FIG. Access to inspection equipment is not easy. Therefore, a single post needs to be measured more than once in a confined space, requiring a very careful design of the device.

그런데, 특히 소형 VCR의 데크 주행계의 포스트와 같은 경우에는 그 크기와 모양은 제품이나 기능에 따라 다르지만, 대체적으로 길이는 12-15mm정도이고 직경은 10-12mm정도이다. 또한, 표면 거칠기는 0.8s급으로서 빛에 대한 반사성(reflectivity)은 Lambertian에 가까운 성질을 나타낸다.By the way, especially in the case of a post of a deck driving system of a small VCR, the size and shape vary depending on the product or function, but the length is about 12-15 mm and the diameter is about 10-12 mm. In addition, the surface roughness is 0.8s class, the reflectivity (reflectivity) to light shows a property close to Lambertian.

본 발명은 굴절에 대한 스넬의 법칙(Snell's law)을 이용한 것으로, 페르마의 원리(Fermat's principle)에 의하면 빛은 최소 전파 시간이 걸리는 경로로 진행한다. 따라서, 제2도에 나온 바와 같이, 매질이다른 두 물체사이를 통과하는 빛은 결국 다음의 식(1)과 같은 스넵의 법칙을 만족하는 굴절을 일으키게 된다.The invention uses Snell's law for refraction, and according to the Fermat's principle, light travels in a path that takes the least propagation time. Thus, as shown in FIG. 2, the light passing between two different objects eventually causes refraction that satisfies Snap's law as shown in Equation (1).

따라서, 제2도와 같이, 굴절률이 n1,n2의 매질이 이루는 경계면에 상대적으로 굴절률이 작은 n1의 매질에서 n2의 매질로 입사각α로 빛이 입사된다고 할 때, n2의 매질 내에서 빛은 β의 굴절각으로 꺾여져서 진행한다.Therefore, as the second tile, when that the refractive index of the light incident on the medium n1, relatively smaller n 1 the refractive index in the interface the medium n2 forms as angle of incidence α in the medium of the n 2, the light in the medium of the n 2 Proceeds by bending at the refraction angle of β.

또한, 제3도의 (a)에서와 같이, 양면이 평평하고 두께가 T인 유리판(30)이 수평면에서 θ만큼 기울어져 있고, 수직 방향의 빛이아래에서 위로 비추어지고 있다면, 유리를 통과하면서 빛의 경로는 바뀌지만, 처음 입사할 때와 그 방향은 같고 단지 위치 변동 D만이 발생한다. 이 변위 D는 다음의 식(2)와 식(3)과 같은 두 식에 의해 결정이 된다.Further, as shown in (a) of FIG. 3, if the glass plate 30 having a flat surface on both sides and a thickness T is inclined by θ in the horizontal plane, and the light in the vertical direction is shining upward from the bottom, the light passes through the glass. The path of is changed, but the direction is the same as when first entering, and only position change D occurs. This displacement D is determined by the following two equations (2) and (3).

결과적으로, 식(2)와 식(3)을 정리하면 변위 D는 두께 T와 유리판의 기울어짐 θ에 의해 결정되는 것을 알 수 있다.As a result, it is clear that when the equations (2) and (3) are put together, the displacement D is determined by the thickness T and the inclination θ of the glass plate.

따라서, 2장의 유리판을 제3도의 (b)와 같이, 소정각도의 V자 형으로 연결 설치한다면, 실제 상(31)의 양끝 부분에서 나온 빛만이 유리판을 통과하게 된다. 그러므로, 얻을 수 있는 이미지 상(32)은 마치 길이 방향 축소와 같은 효과를 나타내게 된다.Therefore, when the two glass plates are connected to each other in a V-shape at a predetermined angle as shown in FIG. 3 (b), only light emitted from both ends of the actual image 31 passes through the glass plate. Therefore, the obtainable image 32 has the same effect as the longitudinal reduction.

이 경우에 수차의 문제는 크게 발생하지 않아 영상의 저하현상이 없어지게 되며, 유리판은 단지 빛의 위치만 바꾸므로 그 배치에 큰 신경을 쓸 필요가 없어지는 이점을 가진다.In this case, the problem of aberration does not occur greatly, so that the degradation of the image is eliminated, and the glass plate has an advantage of not having to pay much attention to the arrangement because only the position of light is changed.

제4도는 상변위 유리를 사용하지 않은 경우와 상변위 유리를 사용하는 경우에 얻을 수 있는 영상을 비교해 보여주기 위하여 예시된 것이다.FIG. 4 is exemplified to compare images obtained when the phase shift glass is not used and the phase shift glass.

제4도의 (a)에서 보는 바와 같이, 상 변위 유리를 사용하지 않은 경우는 측정대상(42)의 일부분만을 관측하게 되고 일반적으로 기울기가 대단히 미소한 경우에는 이 기울기를 측정하기가 어렵게 된다. 그러나 제4도의 (b)와 같이, 상 변위 유리(43)를 사용한 경우는 측정 대상(42)의 양쪽 끝부분의 상(43-1,43-2)을 가운데로 모아 하나의 화면에 얻을 수 있음으로서 미소한 기울기를 가진 경우에도 그 영향을 확실히 관찰할 수 있게 된다.As shown in (a) of FIG. 4, when the phase shift glass is not used, only a part of the measurement target 42 is observed, and in general, when the tilt is very small, it becomes difficult to measure the tilt. However, as shown in (b) of FIG. 4, when the phase displacement glass 43 is used, the images 43-1 and 43-2 at both ends of the measurement target 42 can be collected in the center to obtain a single screen. As a result, the effect can be clearly observed even in the case of having a slight slope.

이와 같이, 같은 기울기에 대해서도 상변위 유리를 통과하여 영상을 얻을 경우에는 큰 변화를 일으키므로 정밀한 측정이 가능해지게 된다.As described above, when the image is obtained through the phase shift glass even at the same inclination, a large change occurs, thereby enabling accurate measurement.

본 발명은 위와 같은 비접촉식 수직도 측정 방법을 구현하기 위한 측정 장치에 관한 것으로, 기준면에 대하여 수직으로 설치되는 직선형의 기둥의 수직도를 측정하기 위하여, 기둥의 상에 있어서, 기둥 하단의 일부분 영상과 기동 상단 부분의 일부분 영상만을 취사선택하여 얻을 수 있도록 기둥의 상의 이동 경로를 변위시키는 광학계와, 광학계에 상대적 위치가 고정되어 결합되고, 기둥에 대한 상대적 위치를 조절하기 위하여 왕복이동이 가능하며, 근접위치에서 기준면에 대하여 평행하게 설치되는 촬상용 카메라와, 카메라로부터 얻은 영상을 이용하여, 이를 신호처리하여 기둥의 수직도를 측정하는 영상처리 및 제어 시스템을 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a measuring device for implementing the non-contact verticality measuring method as described above, in order to measure the verticality of the linear pillar is installed perpendicular to the reference plane, on the column, a partial image of the column bottom and The optical system displaces the movement path on the column so that only a partial image of the maneuvering upper part can be obtained by selecting it, and the relative position is fixed to the optical system, and the reciprocating movement is possible to adjust the relative position to the column. And an image processing camera and a control system for measuring the vertical degree of the pillar by signal processing the image pickup camera installed in parallel with the reference plane at the position.

이 때, 광학계는 기둥의 일부에서 카메라의 입사광축에 대하여 직각 방향으로 반사된 빛을 카메라의 입사광축에 평행게 경로를 바꾸어주는 반사부와, 반사부에서 반사된 빛과 기둥으로부터 직접 진행되어 나온 두 개의 빛의 경로를 바꾸어서 두 경로사이의 간격을 좁혀 주기 위하여 평판 유리를 V자형태로 형성시켜서 만든 상변위부로 구성된다.At this time, the optical system is a portion of the pillar reflecting the light reflected in a direction perpendicular to the camera's incident optical axis parallel to the camera's incident optical axis, and the light reflected from the reflecting portion and proceeds directly from the pillar It is composed of the phase displacement part made by forming the flat glass in V shape to change the two light paths to narrow the gap between the two paths.

반사부는 직각 프리즘을 이용하여 구현할 수 있고, 상변위부는 측정 공간의 매질보다 큰 굴절율을 가지는 물질(유리)로 형성되며, 기둥 방향으로 V자 형태로 배열된 제1 상변위 쌍과, 기둥의 길이 방향으로 V자 형태로 배열된 제2 상변위 쌍을 구비하여 구현할 수 있다.The reflector may be implemented using a right-angle prism, and the phase shift part is formed of a material (glass) having a refractive index larger than the medium of the measurement space, the first phase shift pair arranged in a V shape in the direction of the pillar, and the length of the pillar. It can be implemented by having a second phase shift pair arranged in a V-shape in the direction.

또한, 광학계는 상기 반사부와 상기 기둥과 상기 상 변위부의 위치를 고려하여, 상기 기둥에서 서로 반사되어 직각되는 방향으로 상기 반사부와 상변위부에 입사되도록 상기 기둥을 조명하는 광원부를 추가로 구비할 수도 있다. 이 때, 광원부는 기둥옆에 설치한 광섬유 다발로 된 직선상의 광원으로 하여 구현할 수도 있다.In addition, the optical system may further include a light source unit for illuminating the pillar to be incident on the reflecting portion and the image displacement portion in a direction perpendicular to each other reflected from the pillar in consideration of the positions of the reflecting portion, the pillar, and the image displacement portion. It may be. At this time, the light source unit can also be implemented as a linear light source made of a bundle of optical fibers provided next to the pillar.

영상처리 및 제어 시스템은 촬상용 카메라로부터 신호를 입력받아, 이를 영상처리하는 영상처리부와, 이 신호를 이용하여 기둥의 기울기를 계산하고 이를 화면에 출력시키도록 하는 메인 컴퓨터등을 포함하여 이루어져 있다.The image processing and control system includes an image processing unit which receives a signal from an image pickup camera, and processes the image, and a main computer for calculating the tilt of the column using the signal and outputting the signal to the screen.

또한, 본 발명의 수직도 측정장치는 복수 개의 기둥을 동시에 측정하기 위하여, 복수 개의 기둥에 대해 각각 형성된 복수 개의 광학계와, 광학계의 각각에 대해 하나씩 형성된 복수 개의 촬상용 카메라와, 이들 복수 개의 촬상용 카메라로부터 들어오는 복수 개의 영상을 이용하여, 이를 각각 신호처리하여 각각의 기둥의 수직도를 측정하는 영상처리 및 제어 시스템을 포함하여 형성시킬 수도 있다.In addition, the perpendicularity measuring device of the present invention, in order to measure a plurality of pillars at the same time, a plurality of optical systems formed for each of the plurality of pillars, a plurality of imaging cameras formed one for each of the optical system, and the plurality of imaging By using a plurality of images coming from the camera, it may be formed by including an image processing and control system for each signal processing to measure the verticality of each pillar.

이때에는, 영상 처리 및 제어 시스템에 복수 개의 영상을 받기 위하여 멀티플렉서 카드를 추가로 구비하여 이루어진다.At this time, the image processing and control system further comprises a multiplexer card to receive a plurality of images.

본 발명의 방법은 기준면에 대하여 수직으로 설치되는 직선형 기둥의 수직도를 측정하기 위한 수직도 측정 방법으로서, 서로 직각으로 하는 두 방향의 기둥 하단의 일부분 영상과 기둥 상단 부분의 일부분 영상들을 광학계를 통하여 하나의 영상으로 조합하고, 이 영상을 기준면에 평행하도록 설치된 비디오 카메라에 촬상하여, 이 조합된 영상에서 두 개의 하단부분 영상과 두 개의 상단부분 영상, 즉 4개의 기둥부분 영상의 기울기를 계산하고, 이 기울기를 비교함으로써 영상수집용 카메라에 대한 수직도를 측정하는 것이다.The method of the present invention is a vertical measurement method for measuring the verticality of a straight column installed perpendicular to the reference plane, and the partial image of the lower part of the column and the partial image of the upper part of the column perpendicular to each other through the optical system Combine the images into a video camera installed parallel to the reference plane, and calculate the inclination of the two lower part images and the two upper part images, i.e., the four pillar images, By comparing these inclinations, the perpendicularity to the image acquisition camera is measured.

본 발명의 일 실시예로서 소형 VCR 데크 주행계의 포스트들의 수직도를 측정하는 경우를 예로들어 자세히 설명하면 다음과 같다.As an embodiment of the present invention will be described in detail taking the case of measuring the verticality of the posts of the compact VCR deck odometer as an example.

본 발명의 수직도 측정장치는Vertical measuring apparatus of the present invention

-광학계Optical system

-영상처리부Image processing unit

-기구부Mechanism

-총괄제어 및 표시부로 나눌 수 있다.Can be divided into general control and display.

각각의 부분에 대해 살펴보면 먼저, 제5도의 (a),(b)도와 같이, 광학계는 데크 주행계 포스트(52)의 영상을 받아들여 CC카메라(56)에 전달해 주는 역할을 하며, 확대용 렌즈, 경통(55), 상 변위부(54)로서 두쌍의 V자 형태의 유리판(54-1,54-2), 초점거리 보정용 프리즘(53), CCD카메라(56), 조명장치(51)로 구성되어 있다.Looking at each of the parts, first, as shown in (a), (b) of Figure 5, the optical system serves to receive the image of the deck odometer post 52 and deliver it to the CC camera 56, zoom lens , As the barrel 55, the image displacement section 54, two pairs of V-shaped glass plates 54-1, 54-2, the focal length correction prism 53, the CCD camera 56, the illumination device 51 Consists of.

광학계 설계시, 요구조건으로는 첫째, 각 포스트들에 렌즈가 가까이접근하기 어려우므로 작업거리가 커야하고, 둘째, 데크자체의 크기가 작으므로 렌즈와 카메라의 크기도 줄여야 하며, 셋째, 더 큰 기울기 확대비를 얻기 위해서 V자 형태의 유리판은 될 수록 대상 포스트와 가까워야 한다.In designing the optical system, the requirements are first, because the lens is hard to approach each post, the working distance should be large. Second, the size of the deck itself is small, so the lens and camera should be reduced. In order to achieve the magnification, the V-shaped glass plate should be closer to the target post.

본 장치에는 위의 요구조건을 충족시키는 5개의 동일한 광학계가 각 포스트에 대해 설치되어 있다. 3차원 공간에서 포스트의 기울기를 얻기 위해서는 서로 직각 방향의 두 지점에서 각각 기울기를 측정해야 하므로 모두 10개의 광학계가 필요하게 된다.The device is equipped with five identical optics for each post that meet the above requirements. In order to obtain the inclination of the post in the three-dimensional space, it is necessary to measure the inclination at each of two points perpendicular to each other, so that ten optical systems are required.

그러나, 데크 주위의 장소가 비좁아 10개의 촬상용 CCD(charge coupled device)카메라를 설치하는 것은 사실상 불가능하다.However, since the place around the deck is cramped, it is virtually impossible to install ten CCD (charge coupled device) cameras for imaging.

그러므로, 본 발명에서는 제5도와 같이, 옆면에서의 영상을 90˚ 프리즘을 통해 정면에서 바라볼 수 있게 하고, 두 영상이 CCD카메라의 시계(view field)(약 3mm)에 들어올 수 있도록 가로방향의 V자 형태의 유리를 설치해 주었다.Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 5, the image from the side can be viewed from the front through a 90 ° prism, and the two images can be entered into the view field (about 3 mm) of the CCD camera. The V-shaped glass was installed.

이때, 두 영상의 광로를 보정해 주기 위해 90˚로 반사시키는 프리즘(53 : 반사부)의 길이를 계산에 의해 정확하게 가공해 주어야 한다. 이러한 방법으로 광학계의 수를 5개로 줄여 전체 장치의 간소화와 원가절감 효과를 얻을 수 있었다.At this time, in order to correct the optical paths of the two images, the length of the prism (reflector) 53 reflecting at 90 ° must be accurately processed by calculation. In this way, the number of optical systems was reduced to five, resulting in the simplification and cost reduction of the whole device.

조명장치는 포스트의 특정방향에서만 빛이 들어와야 하고 설치할 공간이 매우 비좁으므로 광섬유 다발을 이용해 세로의 직선광원을 만들어서 사용하였다.The lighting device was only used in the specific direction of the post, and the installation space is very narrow, so it was used to make a vertical straight light source using a bundle of optical fibers.

제5도의 (c)에서와 같이, 각 포스트에서 받아들인 상은 4분할된 화면(56)으로 나타나며 이때 왼쪽부분(57-1,57-2)과 오른쪽 부분(58-1,58-2)이 각각 정면에서 본 영상과 이에 직각인 옆면에서 본 영상에 해당한다.As shown in (c) of FIG. 5, the image received at each post is represented by a quad screen 56, in which the left portions 57-1 and 57-2 and the right portions 58-1 and 58-2 are Each corresponds to an image viewed from the front and an image viewed from the side surface perpendicular to the image.

또한 제6도의 (a) 및 (b)와 같이, 영상처리 방법은 포스트(61)로부터 직접 입사되는 한쪽 부분의 영상만을 고려할 때, 제6도의 (a)에서처럼, 서로 h만큼 떨어진 두 곳에 좌표축 x-y를 그림과 같이 설정한다. CCD카메라에서 얻는 값은 0-255사이 밝기값이므로, 각각의 x좌표에서 가장 밝은 점 y를 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 n개의 데이터를 이용해 아래의 식 (4)와 식(5)에 의하여, 1차 회귀법으로 직선의 방정식을 얻어낸 다음 y절편에 해당하는 점 a1의 y좌표를 얻어낸다.Also, as shown in (a) and (b) of FIG. 6, the image processing method considers only one part of the image which is incident directly from the post 61, and as shown in (a) of FIG. Set as shown in the picture. Since the value obtained from the CCD camera is between 0 and 255 brightness values, the brightest point y at each x coordinate can be obtained. Using the n data thus obtained, equations of a straight line are obtained by the first order regression using the following equations (4) and (5), and then the y-coordinate of the point a1 corresponding to the y-intercept is obtained.

마찬가지 방법으로 a2를 얻어내서 a1과 a2의 차d(pixel)를 구하면 그 값이 포스트상에서 서로 h만큼 떨어진 두곳의 어긋난 정도를 한 방향에서 측정한 것이 된다. 한 방향에서 측정한 정확한 기울기를 구하기 위해서 아래의 식(6)에 의하여 보정해 준다.In a similar way it is obtained a a 2 a 1 and Car Guide Obtaining a d (pixel) of a 2 value is measured that deviates from the direction of the extent of two locations spaced apart by h from each other on the post. To find the exact slope measured in one direction, correct it by the following equation (6).

이때, xscale과 ysclae은 화면상의 한 pixel이 실제로 얼만큼 거리인지를 나타내는 값으로 미리 정확히 측정하여야 한다. 이런 방법으로 직각인 다른 방향에서도 기울기2를 구한 다음의 식(7)괴 식(8)에 의해 실제 기울기와 기울어진 방향을 구한다.At this time, xscale and ysclae should be accurately measured in advance as a value indicating how far a pixel is actually on the screen. In this way, the slope 2 is also obtained in other directions perpendicular to each other, and the actual slope and the tilted direction are obtained by the following equation (7).

영상처리 시스템은 데이트 트랜슬래이션(Date Translation)사의 DT-2862 보드를 사용하였으며, 5개의 CCD카메라로부터 영상을 받아들이기 위해 DT-2859 멀티플랙서 카드를 이용하였다.The image processing system used DT Translation's DT-2862 board and a DT-2859 multiplexer card to receive images from five CCD cameras.

제7도는 영상처리부를 비롯한 전체 장치의 블록 다이아그램이다.7 is a block diagram of the entire apparatus including the image processor.

먼제 카메라부(71)로부터 들어온 영상 비디오 신호가 비디오 멀티플렉서 카드(72)에서 입력되어 이미지 그래버(image grabber)(73)에서 디지털영상 데이터로 되고, 이는 버스(74)에 실여서 모니터(77)에서 디스플레이되고 메모리에 기억된다. 버스(74)에 실린 데이터는 메인 컴퓨터(75)에서 분석되고 가공되어 측정의 결과가 시스템 모니터(76)에서 보여진다. 이러한 동작의 총괄적인 제어는 물론 컴퓨터가 프로그램을 처리함으로써 이루어지는 것이다.First, an image video signal from the camera unit 71 is input from the video multiplexer card 72 to be digital image data on an image grabber 73, which is loaded on the bus 74 to the monitor 77. Is displayed and stored in memory. The data carried on the bus 74 is analyzed and processed on the main computer 75 so that the results of the measurements are shown on the system monitor 76. The overall control of these operations is of course done by the computer processing the program.

제8도는 본 발명의 기구부에 대한 개략도로 그 정면도와 평면도이다. 여기서 전체 장비 중 광학계와 카메라부으 구성에 대해서 알 수 있다.8 is a schematic front view and a plan view of the mechanism of the present invention. Here, the configuration of the optical system and the camera unit of the entire equipment can be seen.

기구부는 제8도의 (a)에서 보는 바와 같이, 작업자가 데크를 피드시켜주는 장치(83,84)와 데트(82)의 포스트(89)와 광학계(87,88)의 상대위치를 0.05mm 이내로 정밀하게 고정시켜 주는 베이스 플레이트(81)로 구성되어 있다. 데크를 피드시켜 주는 장치는 공압 실린더와 가이드 포스트(84)로 구성되어 있다. 또, 카메라(85)는 베이스 플레이트(86)상에 어댑터(86)를 통하여 안착된다.As shown in (a) of FIG. 8, the mechanism part has a relative position between the apparatuses 83 and 84 for feeding the deck by the operator and the posts 89 and the optical systems 87 and 88 of the deck 82 within 0.05 mm. It consists of the base plate 81 which fixes it precisely. The deck feeding device is composed of a pneumatic cylinder and a guide post (84). The camera 85 is also seated on the base plate 86 via an adapter 86.

제8도의 (b)는 기구부를 중심으로한 장치의 일부 개략도로서, 데크 주행계의 포스트의 측정을 위하여 위에 언급한 바와 같이, 데크 주행계의 주요 고정 포스트(89)를 중심으로 광학계(87,88)와 카메라(85)의 평면적 위치관계를 도시하고 있다.(B) of FIG. 8 is a partial schematic view of the device centered on the mechanism, and as mentioned above for the measurement of the post of the deck odometer, the optical system 87, centered around the main stationary post 89 of the deck odometer, The planar positional relationship between the camera 88 and the camera 85 is shown.

또, 총괄제어 및 표시부는 각각의 광학계와 영상처리부를 종합적으로 관리하는 주 컴퓨터와 모니터, 그리고 작업자가 쉽게 검사결과를 알아 볼 수 있도록 그림으로 처리한 menu화면의 S/W로 구성되어 있다. 작업자는 각 포스트의 수직도 오차크기의 양/불량 여부를 화면상에서 보고 바로 파악할 수 있게 된다.In addition, the general control and display unit is composed of a main computer and monitor that collectively manages each optical system and image processing unit, and a S / W of a menu screen processed by a picture so that an operator can easily check the inspection results. The operator can immediately see on the screen whether or not the amount of vertical error of each post on the screen.

한편, 본 발명의 비접촉식 수직 측정 방법 및 수직도 측정장치는 위에서 상세히 기술한 소형 VCR의 데크 주행계의 포스트의 측정뿐만 아니라, 기준면에 대해 수직한 설치를 요구하는 기둥 형태의 대상물의 수직도를 측정하는데에도 이용할 수 있다. 특히, 소형의 공간내에 설치된 구조물의 수직도에 그 효과가 크다.On the other hand, the non-contact vertical measuring method and verticality measuring device of the present invention measures the verticality of the column-shaped object requiring the installation perpendicular to the reference plane, as well as the post of the deck odometer of the small VCR described in detail above. Can also be used to. In particular, the effect is great on the verticality of the structure installed in a small space.

이와 같은 본 발명의 비접촉식 수직도 측정 방법 및 이를 이용한 수직도 측정장치는 종래의 접촉식 측정방법과는 달리 광학적 원리를 이용하여 측정 대상에 실제로 접촉을 하지 않고 측정을 실시할 수 있어, 종래 접촉에 따른 오차의 발생등의 문제를 해결 할 수 있다. 또한, 측정공간이 작은 대상물에 대해 측정시에도 이를 충분히 적용할 수 있다.The non-contact vertical measuring method and the vertical measuring device using the same according to the present invention can perform measurement without actually contacting the measuring object by using the optical principle, unlike the conventional contact measuring method. Solve problems such as occurrence of error. In addition, it can be sufficiently applied to the measurement for the object with a small measurement space.

그리고, 이러한 측정의 용이와 정확성을 통하여 제품의 불량률을 낮출 수 있으므로, 제품의 품질 경쟁력을 높일 수 있고, 특히, 소형 VCR의 데크 주행계의 포스트들의 측정에 이용할 경우에 만일, 고정 부스트들의 수직도가 잘 유지된다면 마지막 단계에서 조정 작업도 수월해질 뿐 아니라 주행계 동작을 안정화 하는데 큰 역할을 할 것이며 현재 고정 포스트의 설치 작업시 문제가 발생하는 프로세스를 찾아내는 이점을 가질 수 있다.In addition, since the defect rate of the product can be lowered through the ease and accuracy of the measurement, the quality competitiveness of the product can be improved, and in particular, when used for measuring the posts of the deck odometer of the small VCR, the verticality of the fixed boosts If it is well maintained, it will not only make adjustments easier in the last step, but will also play a big role in stabilizing the odometer operation and may have the advantage of finding a problem-prone process in the installation of the current fixed post.

Claims (9)

기준면에 대하여 수직으로 설치되는 직선형 기둥의 수직도를 측정하기 위한 수직도 측정 방법에 있어서, 대락 직각 방향에서 본 기둥 하단의 일부분 영상과 기둥 상단 부분의 일부분 영상들을 광학계를 통하여 하나의 영상으로 조합하고, 이 영상을 기준면에 대하여 대략 평행하도록 설치된 비디오 카메라에 촬상하여, 이 조합된 영상에서 하단부분 영상과 상단부분 영상 4개의 기울기를 계산하고 이 기울기를 비교하여 기준면에 대한 수직도를 측정하는 것이 특징인 비접촉식 수직도 측정방법.In the vertical measurement method for measuring the verticality of the straight column is installed perpendicular to the reference plane, a partial image of the lower part of the column and the partial image of the upper part of the column viewed from the right angle direction are combined into one image through the optical system The image is taken by a video camera installed to be substantially parallel to the reference plane, and the slopes of the lower and upper four images are calculated from the combined image, and the vertical angles of the reference planes are measured. Non-contact vertical measuring method. 기준면에 대하여 수직으로 설치되는 직선형의 기둥의 수직도를 측정하기 위한 수직도 측정 장치에 있어서, 측정 대상인 기둥에서 반사되어 나오는 빛의 경로를 변위시키는 광학계와 상기 광학계와 결합되고, 상기 기둥에 대한 상대적 위치가 조절도록 설치되는 촬상용 카메라와, 상기 카메라로부터 얻은 영상신호를 처리하여 상기 기둥의 수직도를 측정하는 영상처리 및 제어 시스템을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.A verticality measuring device for measuring the verticality of a straight column installed perpendicular to the reference plane, comprising: an optical system for displacing a path of light reflected from the pillar to be measured and the optical system and a relative optical beam And an image processing and control system for measuring the vertical degree of the column by processing the image signal obtained from the camera and an image pickup camera installed to adjust the position. 제2항에 있어서, 상기 광학계는, 상기 기둥의 일부로부터 상기 카메라의 입사광축에 대하여 직각 방향으로 반사된 빛의 일부를 카메라의 입사광축에 대하여 평행하게 진행하도록 빛의 경로를 바꾸어주는 반사부와, 상기 반사부로부터 반사되어 나온 빛과 상기 기둥으로부터 직접 진행되어 나온 두 개의 빛의 경로를 바꾸어서 두 경로사이의 간격을 좁혀 주기 위한 상 변위부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치The optical system of claim 2, wherein the optical system comprises: a reflector configured to change a path of light so that a part of the light reflected from a portion of the pillar in a direction perpendicular to the incident optical axis of the camera is parallel to the incident optical axis of the camera; And a phase displacement unit for reducing the distance between the two paths by changing the paths of the light reflected from the reflecting part and the two light proceeding directly from the pillar. 제3항에 있어서, 상기 반사부, 상기 기둥, 및 상기 상 변위부의 위치를 고려하여, 상기 기둥에서 반사되어 상기 반사부와 상기 상변위부에 입사되도록 상기 기둥을 조명하는 광원부를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.The light source unit of claim 3, further comprising a light source unit configured to illuminate the pillar to be reflected by the pillar and incident on the reflector and the phase displacement unit in consideration of positions of the reflector, the pillar, and the phase shift unit. Verticality measuring device. 제4항에 있어서, 상기 광원부는 기둥옆에 설치한 광섬유 다발로 된 직선상의 광원인 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.5. The verticality measuring apparatus according to claim 4, wherein the light source unit is a linear light source formed of a bundle of optical fibers arranged next to a pillar. 제3항에 있어서, 상기 반사부는 직각 프리즘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.The apparatus of claim 3, wherein the reflector is formed of a right prism. 제3항에 있어서, 상기 상 변위부는 상기 기둥의 길이 방향에 대하여 직각으로 배열된 V자 형태의 평판 유리 쌍으로 구성된 제1 상 변위 쌍과, 상기 기둥의 길이 방향으로 배열된 V자 형태의 평판 유리 쌍으로 구성된 제2 상 변위 쌍을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.The V-shaped flat plate of claim 3, wherein the phase shift part comprises a first phase shift pair consisting of a pair of V-shaped flat glass glasses arranged at right angles to the longitudinal direction of the column, and a V-shaped flat plate arranged in the longitudinal direction of the column. And a second phase displacement pair composed of glass pairs. 제2항에 있어서, 복수 개의 기둥을 동시에 측정하기 위하여, 복수 개의 기둥에 대해 각각 형성된 복수 개의 광학계와, 상기광학계의 각각에 대해 하나씩 형성된 복수 개의 촬상용 카메라와, 이들 복수 개의 촬상용 카메라로부터 들어오는 복수 개의 영상을 이용하여, 이를 각각 신호처리하여 상기 각각의 기둥의 수직도를 측정하는 영상처리 및 제어 시스템을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.The method according to claim 2, wherein a plurality of optical systems each formed for the plurality of pillars, a plurality of imaging cameras formed one for each of the optical systems, and the plurality of imaging cameras are provided to measure the plurality of pillars simultaneously. And an image processing and control system for measuring a vertical degree of each pillar by signal processing the plurality of images by using a plurality of images. 제8항에 있어서, 상기 영상 처리 및 제어시스템이 복수 개의 영상을 받기 위하여 비디오 멀티플렉서 카드와 이메이지 그래버 카드를 포함하여 구성되는 컴퓨터 시스테인 것을 특징으로 하는 수직도 측정장치.10. The apparatus of claim 8, wherein said image processing and control system comprises a video multiplexer card and an image grabber card to receive a plurality of images.
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