KR100195136B1 - 물체 표면 높이 측정장치 - Google Patents
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Abstract
측정물체를 이동시키지 않고 고속측정이 가능하도록 그 구조가 개선된 물체의 표면 높이 측정장치에 대해 개시한다. 이 물체의 표면높이 측정장치는 광을 방출하는 발광부(10)와, 이 광이 투과되며 상호 X-Y축 방향으로 마련되고 물체(20)의 표면에 광을 X-Y 방향으로 조사시키며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 1,2 음향광학 변조기(30,40)와, 물체(20)의 표면으로부터 반사된 광이 투과되고 상호 X-Y축 방향으로 마련되며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 3,4 음향광학 변조기(50,60)와, 제 3,4 음향광학 변조기(50,60)를 통과한 반사광을 수광하는 수광부(70)를 포함하여서, 물체 표면의 인접된 지점들로부터 반사되는 각 반사광이 수광부(70)에 입사되는 위치를 검출하여 표면높이를 측정하게 된다. 이와 같이 구성된 물체의 표면높이 측정장치는 측정물체나 측정장치를 이동하지 않고도 고속으로 고정밀한 측정값을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 물체의 표면 높이 측정장치에 관한 것으로써, 특히 측정물체나 측정장치를 이동하지 않고도 레이저 광의 종/횡방향의 스윕(SWEEP)에 의한 고속측정 이 가능하며, 고정밀도의 측정값을 얻을 수 있는 물체의 표면 높이 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 고정밀 제품의 가공후 표면 검사 등에 활용되는 물체의 표면 높이 측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이 레이저광을 방출하는 발광부(1)와, 이 레이저광의 초점을 형성하는 렌즈부(2)와, 방출광이 투과되는 피측정 물체(3)와, 이 피측정 물체(3)로부터 산란된 광을 센싱하는 수광부(4)로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 물체표면 높이 측정장치는 피측정 물체의 기준높이에서 발광부의 레이저광을 동작시키면 이 레이저광이 피측정 물체에 수직으로 투사되어 이 투사된 광이 피측정 물체에서 산란되어 수광부의 기준 위치에 상이 형성된다. 또한 피측정 물체의 높이가 기준면보다 약간 높은 경우를 가정하면, 발광부에서 수직으로 투사된 레이저광은 피측정 물체에서 산란되어 수광부의 기준 위치보다 약간 아래 부분에 형성되어진다.
위의 결과로부터 수광부의 변위량(△X)에 의한 피측정 물체의 변위량(△Z)를 역산하여 물체의 상대 높이를 계산할 수 있다.
이와 같이 작동되는 종래의 물체 표면 높이 측정장치는 고정밀도의 평면이송 테이블에 의해서 물체를 가로방향과 세로방향으로 이동하면서 각 부위의 높이를 측정해야 되므로 고속측정이 어렵고, 측정 정밀도가 이송 테이블의 정밀도에 의존하게 되므로 정밀 측정이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로써, 레이저 광을 종/횡축으로 스윕(SWEEP)하기 위한 음향광학 변조기를 사용함으로서 측정대상물이나 측정장치를 이송하지 않고도 물체의 소정 면적의 높이를 측정할 수 있도록 그 구조가 개선된 물체표면 높이 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 물체 표면 높이 측정장치를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 물체 표면 높이 측정장치를 나타낸 개략도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10...발광부 20...물체
30,40...발광부의 제1,2 음향광학 변조기
50,60...수광부의 제3,4 음향광학 변조기
70...수광부 80...피측정물체
90,100...전기신호(S1,S2) 110,120...보정수단(S3,S4)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 물체표면 높이 측정장치는 광을 방출하는 발광부와, 상기 광이 투과되며 상호 X-Y축 방향으로 마련되고 상기 물체의 표면에 광을 X-Y 방향으로 조사시키며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 1,2 음향광학 변조기와, 상기 물체의 표면으로부터 반사된 광이 투과되고 상호 X-Y축 방향으로 마련되며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 3,4 음향광학 변조기와, 상기 제 3,4 음향광학 변조기를 통과한 반사광을 수광하는 수광부를 포함하여서, 상기 물체 표면의 인접된 지점들로부터 반사되는 각 반사광이 상기 수광부에 입사되는 위치를 검출하여 표면높이를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명에 따른 물체표면 높이 측정장치는, 측정대상물 또는 측정장치를 좌우로 이송하지 않고도 물체 표면 높이의 측정이 가능하여 고속측정이 가능하며 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 물체표면 높이 측정장치의 개략도를 나타낸 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 물체의 표면 높이 측정장치는 광을 방출하는 발광부(10)와, 상기 광이 투과되며 상호 X-Y축 방향으로 마련되고 상기 물체(20)의 표면에 광을 X-Y 방향으로 조사시키며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 1,2 음향광학 변조기(30,40)와, 상기 물체(20)의 표면으로부터 반사된 광이 투과되고 상호 X-Y축 방향으로 마련되며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 3,4 음향광학 변조기(50,60)와, 상기 제 3,4 음향광학 변조기(50,60)를 통과한 반사광을 수광하는 수광부(70)를 포함하여서, 상기 물체(20) 표면의 인접된 지점들로부터 반사되는 각 반사광이 상기 수광부(70)에 입사되는 위치를 검출하여 표면높이를 측정하는 구조를 가진다.
여기서 상기 제1,2,3,4 음향광학 변조기(30,40,50,60)는 레이저 광을 전기신호(S1,S2;90,100)에 의해 굴절하는 용도로 사용되는데, 상기 각 음향광학 변조기(30,40,50,60)에 삼각파를 에프엠(FM) 변조하여 입력하면 입사된 레이저 광은 부채꼴 형상을 그리며 스윕(SWEEP)하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 물체표면 높이 측정장치는 다음과 같이 작동된다.
먼저 초기상태에서는 발광부(10) 및 수광부(70)의 제1,2,3,4 음향광학 변조기(30,40,50,60)에는 전압이 인가되지 않아 입사광이 그대로 통과되는 상태이다. 이때 발광부(10)의 레이저광이 방사되면 이 레이저 광은 제1,2 음향광학 변조기(30,40)에 의해서 물체의 표면에 광을 X-Y방향으로 조사시키며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되어 피측정 물체(80)에 투사된다.
이때 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되도록 상호 X-Y축 방향으로 마련된 상기 제 3,4 음향광학 변조기(50,60)에 의해서 상기 피측정 물체(80)의 표면으로부터 반사된 광이 투과되어 상기 수광부(70)에 도달한다.
여기서 수광부(70)의 중심에 상이 맺히도록 기구 보정 수단(S3,S4;110,120)에 의해 보정이 완료된 상태를 초기상태라고 하자.
이 초기상태에서 피측정 물체(80)에 작은 물체(20)를 올려 놓으면 수광부(70)의 중심(70a)에 맺힌 상은 중심에서 약간 아래로 이동하고 이 이동량을 △X라 하면,
이 거리(△X)와 시편의 높이(△Z)는 다음과 같은 관계식이 성립한다.
△Z=C△X ;C는 상수
이와 같은 측정방법을 삼각측정 방법이라고 한다.
상기와 같은 측정방법으로 측정물체(20)의 표면 전체의 높이를 측정하기 위해서 X방향 및 Y방향으로 동시에 레이저 광을 스윕하게 되는데, 먼저 X방향 스윕을 위해서는 제1 음향광학 변조기(30)에 삼각파를 FM 변조하여 입력시킨다. 이때 레이저 광은 Y0에서 Y1으로 스윕하게 된다.
이와 동시에 제3 음향광학 변조기(50)를 동기시키고 적절한 신호를 인가하여 레이저 광이 수광부(70)의 중심(70a)에 오도록 한다.
또한 Y방향 스윕을 위해서는 제2 음향광학 변조기(40)에 삼각파를 FM 변조하여 입력시킨다. 이때 레이저 광은 X0에서 X1으로 스윕하게 된다.
이와 동시에 제4 음향광학 변조기(60)를 동기시키고 적절한 신호를 인가하여 레이저 광이 수광부(70)의 중심(70a)에 오도록 한다.
상기와 같은 방법으로 X방향 및 Y방향으로 동시에 레이저 광이 스윕(SWEEP)되도록 함으로서 상기 삼각측정 방법에 의하여 물체 표면의 높이 데이터를 측정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 물체의 표면 높이 측정장치는 다음과 같은 이점을 갖는다.
첫째, 일정 범위의 높이 데이터가 이송 테이블의 이동없이 측정가능하여 고속측정이 가능하다.
둘째, 종축 및 횡축의 데이터 값의 간격이 전기 신호에 의해 제어됨으로서 평면 이송 테이블에 비해 다양하고 고정밀한 측정값을 얻을 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 바와 같은 본원 발명은, 본원 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하고 다양한 변형 실시가 가능함은 두말할 것도 없다.
Claims (1)
- 광을 방출하는 발광부와, 상기 광이 투과되며 상호 X-Y축 방향으로 마련되고 상기 물체의 표면에 광을 X-Y 방향으로 조사시키며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 1,2 음향광학 변조기와, 상기 물체의 표면으로부터 반사된 광이 투과되고 상호 X-Y축 방향으로 마련되며 주파수 변조에 따라 굴절률의 주기가 변화되는 제 3,4 음향광학 변조기와, 상기 제 3,4 음향광학 변조기를 통과한 반사광을 수광하는 수광부를 포함하여서,상기 물체 표면의 인접된 지점들로부터 반사되는 각 반사광이 상기 수광부에 입사되는 위치를 검출하여 표면높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 물체 표면 높이 측정장치.
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