KR100236674B1

KR100236674B1 - 비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 형상측정 장치

Info

Publication number: KR100236674B1
Application number: KR1019970021760A
Authority: KR
Inventors: 백성훈; 박승규; 김철중
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사; 김성년; 한국원자력연구소
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR19980085624A

Abstract

본 발명은 선모양의 레이저 빔을 만들어 측정대상체(10)에 조사시키는 빔 조사장치(1)와, 측정대상체(10) 표면에서 산란되는 선모양의 레이저 빔의 영상을 획득하는 카메라(5)와, 획득한 영상을 메모리에 저장하고 획득된 선모양의 영상에서 중심픽셀들을 찾아서 3차원 형상정보를 추출하는 영상신호처리보드(6) 및 영상처리 프로그램을 운영하는 컴퓨터(7)를 구비하고 있는 레이저 형상측정 시스템에 관한 것으로 특히, 측정대상체(10)로부터 산란되어 카메라(5)의 센서(9)에 맺히는 레이저 빔의 전달 경로상에 위치하며 영상이 원통형렌즈의 길이방향으로 확대되지 않고 영상원통형렌즈의 폭방향으로는 확대되도록 소정 개수의 볼록원통형렌즈(2)와 오목원통형렌즈(3)로 이루어진 방향성 영상 확대 광학 렌즈계가 구비되는 비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 형상측정 장치를 제공하면, 하나의 형상으로 측정할수 있는 측정 범위를 줄이지 않으면서도 측정 분해능을 향상시킬 수 있다. 특히, 이 방법은 광학적으로 측정 분해능을 향상시키기 때문에 부가적인 신호처리 소요시간이 없어 산업현장에서의 신속한 검사 자동화에 유리하다.

Description

비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 형상측정 장치

본 발명은 생산현장에서의 온-라인 제품검사나 형상측정에 많이 사용되는 레이저 형상측정 시스템에 관한 것으로 특히, 선모양으로 조사된 레이저 빔과 삼각측정 방식을 이용한 형상측정 장치의 측정분해능을 향상시키기 위한 비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 정밀 형상측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동화 시스템에 의해 대상체의 크기와 형태를 전산자료화하는 기술은 기계적 시각(machine vision) 시스템의 개발에서 아주 중요한 문제이다. 즉, 측정하고자 하는 물체가 단순한 형태인 경우에는 간단한 해석적인 표현식으로 기술이 가능하겠지만, 일반적인 측정대상 물체는 이처럼 간단하게 기술할 수 없는 경우가 대부분이다.

따라서, 주어진 대상체의 형태를 측정한다는 것은 대상체 표면을 이루는 각 점들의 상대적인 위치를 측정한다는 것으로, 광학적 방법에 의한 형상측정 기술은 원격, 비접촉식 측정으로 측정 대상체에 영향을 미치지 않으며, 병렬/고정밀 측정이 가능하고 큰 대상체에도 활용할 수 있는 등 실용성이 높기 때문에 이 분야에 많은 연구가 진행되어 왔다.

상술한 바와같은 광학적 측정방법 중 간섭계를 이용한 측정방법은 정밀한 형상측정은 가능하나 진동이 있는 곳 등 현장에서 바로 사용하기는 어려운 방법이다. 현재 현장 사용이 가능한 광학적 측정 방법 중에서 선모양의 레이저 빔을 이용한 삼각 측정법은 경제적이며 측정분해능이 우수하며 측정시간이 빠른 실용적인 방법이다.

선모양의 레이저 빔을 이용한 삼각측정법은 첨부한 도1에 도시되어 있는 바와같은 구성을 통하여 이루어지는데, 그 구성을 살펴보면, 선모양의 레이저 빔을 생성시켜 측정대상체(10)에 조사시키는 빔 조사장치(1)와, 측정대상체(10) 표면에서 산란되는 선모양의 레이저 빔의 영상이 투과되는 경우 휘도크기로 분류하기 위한 색필터(4)와, 상기 색필터(4)를 투과하는 영상을 획득하는 카메라(5)와, 상기 카메라(5)에서 획득한 영상을 메모리에 저장하고 획득된 선모양의 영상에서 중심픽셀들을 찾아서 3차원 형상정보를 추출하는 영상신호처리보드(6) 및 영상처리 프로그램을 운영하는 컴퓨터(7)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래 레이저 형상측정 시스템을 이용한 측정 방식을 살펴보면, 빔 조사장치(1)를 통해 하나의 선형 레이저 빔을 측정 대상체의 표면에 주사한 후, 비스듬한 각도에서 카메라(5)로 선형 레이저 빔의 영상을 획득하고 이를 영상신호처리보드(6) 및 컴퓨터(7)를 통해 분석하여 물체의 형상을 측정하는 방법이다.

이때, 레이저가 조사되는 물체표면이 평면이 아닌 경우 선모양의 레이저 빔의 영상은 도2에 보이는 것처럼 기준면의 수직방향으로 변형이되고, 이 변형량은 그 점에서의 높이 정보를 가지고 있다. 표면 형상의 변화에 의하여 변형된 이 선모양을 한 레이저빔의 영상을 카메라(5)로 획득하여 3차원 형상정보를 추출하게 된다. 단, 측정대상에 대한 하나의 완전한 형상정보는 측정 대상체를 이동하거나, 레이저빔을 이동하여 구한다.

상술한 바와같이 동작하는 종래 시스템에서와 같이 선모양의 빛을 이용한 형상측정 장치의 기존 특허로 제안된 선행기술이 많은데, 그 기술들에 대하여 간략히 살펴보면, 대한민국 공고번호 제95-9356호에서는 하나 혹은 여러개의 선 모양의 빛을 측정대상체에 투사하여 픽셀단위의 해상도로 영상을 획득하여 측정대상체의 형상을 측정하였으며, 대한민국 공고번호 제92-10548호에서는 슬릿광을 모타를 사용하여 연속적으로 주사하여 픽셀해상도로 물체의 형상을 측정하였다. 또한, 대한민국 공고번호 제94-3917호와 제94-4917호에서는 일반적인 슬릿광 직선주사형의 형상측정에서 발생하는 일그러짐을 보정하였다.

미국특허 5,129,010에서는 하나의 슬릿광 줄무늬를 이용하여 형상을 측정하였고, 미국특허 4,653,104에서는 레이저 줄무늬를 코드화시켜 측정대상체에 주사한 후 형상을 측정하였다. 그리고 미국특허 5,193,120 및 5,589,942에서는 여러 개의 선모양의 레이저 빔을 사용하고 한 개 혹은 두 개의 CCD 카메라를 사용하여 픽셀단위의 분해능으로 형상을 측정하였으며, 미국특허 4,705,401에서는 2개 혹은 그 이상의 줄무늬를 사용하여 픽셀해상도로 정밀한 형상을 측정하는 방식을 제안하였다.

상술한 바와같은 선행기술에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하는데, 이러한 종래의 선행기술들은 대략, 지금까지 여러방식의 광학식 비접촉 형상측정 및 결함검사 기술이 개발된 것들중에 3차원 형상측정방법에 속하는 것으로써, 선 모양의 레이저빔을 이용한 삼각측정 방법은 경제적이며 설치가 간단하고 빠른 시간에 좋은 측정 결과를 얻을 수 있어 많이 사용되고 있는 실정이다.

상기와 같은 3차원 형상측정방법에 속하는 삼각측정 방법을 간략히 부연설명하면, 하나의 선 모양의 레이저 빔을 측정 대상체의 표면에 주사하고 주사된 레이저 광의 광축과 비스듬한 각도에서 레이저 선의 영상을 획득하면, 영상의 형태는 그 위치에서의 물체 높이에 의해 측정대상체 기준면의 수직방향으로 변형된다(첨부한 도2 참조). 이 변형된 선모양을 CCD 카메라로 획득하여 기준면을 나타내는 기준선과의 차이를 계산하여 3차원 형상정보를 추출한다. 물체 형상정보의 해상도는 CCD 카메라의 한 픽셀에대응하는 물체의 높이에 의해 결정된다. 따라서 카메라의 영상배율이 크면 한 픽셀에 대응하는 물체의 높이가 작아지게 되고 측정해상도는 향상된다. 반면에, 영상배율이 크면 얼마나 큰 물체를 측정할 수 있는가 하는 측정범위는 작아지게 된다.

따라서, 현재 측정하고자하는 물체의 크기(측정범위)가 정해졌을 때 측정해상도를 높이는 방법으로는 보간함수를 사용하여 소프트웨어적으로 데이터를 처리함으로써 픽셀단위보다 정밀한 해상도(sub-pixel resolution)를 갖도록 하는 방법이 주로 사용된다.

그러나, 이러한 소프트웨어적인 처리방식에 따른 보간함수를 사용한 소프트웨어 방식의 확대영상은 확대과정에서의 시간소요가 많고, 영상이 확대되면서 주변(edge) 부분의 퍼지는(blurring) 현상이 발생하여 각 영상의 열에 대한 중신선 추출결과에서 오차를 유발하는 단점이 있으며, 하드웨어적인 처리방식에서는 해상도와 측정범위의 반비례성에 따라 산업현장에서 실용화하는데 한계성을 나타낸다는 문제점이 발생되었다.

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 비구대칭 광학계인 원통형 렌즈를 사용하여 레이저 선모양의 수직방향으로는 높은 배율의 영상을 수평방향으로는 낮은 배율의 영상을 정확히 얻음으로써 측정범위를 줄이지 않으면서도 향상된 해상도를 갖도록 하기 위한 비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 형상측정 장치를 제공하는 데 있다.

도1은 종래 레이저 형상측정 장치의 구성 예시도

도2는 측정대상체에 선모양으로 조사된 레이저 빔의 형상 변형 예시도

도3은 레이저 삼각측정법의 기본 원리의 설명을 위한 예시도

도4은 본 발명에 따른 레이저 형상측정 장치의 구성 예시도

도5는 원통형렌즈를 이용한 비 구대칭 영상광학계

도6은 확대하지 않은(픽셀해상도를 갖는) 형상 측정 결과

도7은 소프트웨어적으로 해상도를 높인 형상 측정 결과

도8은 비 구대칭 영상광학계를 이용하여 해상도를 높인 형상 측정 결과

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 빔 조사 장치2 : 볼록원통형렌즈

3 : 오목원통형렌즈4 : 색필터

5 : CCD 카메라6 : 영상처리보드

7 : 컴퓨터8 : 카메라 렌즈

9 : CCD 센서 10 : 측정대상체

11 : 방향성 영상 확대 광학계

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 선모양의 레이저 빔을 만들어 측정대상체(10)에 조사시키는 빔 조사장치(1)와, 측정대상체(10) 표면에서 산란되는 선모양의 레이저 빔의 영상을 획득하는 카메라(5)와, 획득한 영상을 메모리에 저장하고 획득된 선모양의 영상에서 중심픽셀들을 찾아서 3차원 형상정보를 추출하는 영상신호처리보드(6) 및 영상처리 프로그램을 운영하는 컴퓨터(7)를 구비하고 있는 레이저 형상측정 시스템에 있어서:

측정대상체(10)로부터 산란되어 카메라(5)의 센서(9)에 맺히는 레이저 빔의 전달 경로상에 위치하며 영상이 원통형렌즈의 길이방향으로 확대되지 않고 영상원통형렌즈의 폭방향으로는 확대되도록 소정 개수의 볼록원통형렌즈(2)와 오목원통형렌즈(3)로 이루어진 방향성 영상 확대 광학 렌즈계가 구비되는 데 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에서는 비 구대칭 광학계인 원통형 렌즈들을 사용하여 선형 레이저 빔의 수직방향으로는 확대 영상을, 수평방향으로는 확대되지 않은 영상을 광학적으로 획득함으로써 측정범위를 유지하면서 더욱 개선된 해상도를 갖는 3차원 형상정보 추출 시스템을 개발하기 위한 것으로, 우선 통상적인 삼각 측정 방식의 기본 원리를 첨부한 도3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도3에서 레이저 입사각 n과 CCD 카메라의 관측각도 θ 및 배율 m(m=f¹/f)은 알려진 변수다. 영상 삼각형의 y¹는 CCD 카메라를 통하여 획득한 영상에서 추출한 높이 정보이다. 그러므로 영상삼각형의 높이정보 y¹와 대상체 삼각형의 기준선에 대한 상대적인 높이정보 z는 식 (1)과 같은 관계가 성립된다.

[관계식1]

---------------------------- (식1)

이 식에서 실제 측정 값인 y¹과 물체의 실제 높이인 z는 선형적이지 않다. 그러나 물체의 높이 변위(z)가 렌즈에서 물체까지의 거리(f)에 비해 아주 작으면 z/f의 항을 무시할 수 있으며, 이 경우 식(1)은 다음과 같이 근사시킬 수 있다.

[관계식2]

---------------------------------------- (2)

이 식에서 m, n, θ 등의 기하학적으로 정해진 양이므로, y¹와 z는 선형적인 관계를 갖는다. 실제로 대부분의 응용에서는 z/f가 cos(n)에 비해 아주 작은 값을 가지므로 식(1)보다 식(2)을 많이 사용한다.

따라서, 레이저 형상측정 장치의 측정 분해능은 CCD 카메라의 픽셀의 간격을 Δy¹라 하면, 다음의 식(3)과 같이 CCD 카메라의 픽셀의 간격에 대응하는 물체의 높이에 의해 결정된다.

[관계식3]

---------------------------------- (3)

상기 식(3)에서 각도 n과 θ, 그리고 CCD 카메라의 한 픽셀 간격 Δy¹은 정해져 있으므로 CCD 카메라의 영상배율 m이 크면, 즉 물체를 크게 확대하여 보면, 한 픽셀에 대응하는 물체의 높이(ΔΖ)가 작아지게 되고, 측정해상도는 향상된다.

그러나, m을 크게 하면 카메라가 보는 영역이 작아지게 되고, 이것은 측정할 수 있는 물체의 범위가 작아지는 것을 의미한다. 또 다른 측정분해능 향상방법은 카메라의 기울인 각도를 크게하여, 즉 앞에 기술한 식에서 θ를 크게 하는 방법이 있는데, θ가 크면 물체의 표면이 거칠 때 그림자 효과에 의해 정보의 일부를 잃어버리게 되고 오차가 많이 발생하여 θ를 크게 하는 것은 한계가 있다.

측정하고자 하는 물체의 크기(범위)가 정해졌을 때 측정해상도를 높이는 현재까지의 방법은 영상을 일반적인 보간(interpolation) 함수를 이용하여 소프트웨어적으로 처리하여 픽셀단위보다 정밀한 해상도(sub-pixel resolution)를 갖도록 하는 기술이 사용되고 있다.

그러나 이 방법은 영상처리에 의해 시간소모가 많아 현장 사용에서의 제한요소가 된다는 점은 종래 기술의 문제점에서 설명한 바와같다.

따라서, 본 발명에서는 측정범위와 연관이 큰 수평방향에 대한 화상의 확대를 저지하고 수직방향으로만 화상을 증가시키면 측정범위는 유지하면서 측정 분해능을 향상시킬 수 있다는 점에 착안한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 레이저 형상측정 장치의 구성을 첨부한 도4를 참조하여 살펴보면, 선모양의 레이저 빔을 만들어 측정대상체(10)에 조사시키는 빔 조사장치(1)와, 측정대상체(10) 표면에서 산란되는 선모양의 레이저 빔의 영상을 기분면에 조사된 레이저 빔의 길이방향과 이에 수직된 레이저 빔 영상의 폭방향으로 서로 다른 배율의 영상을 맺도록 하는 방향성 확대 광학장치(11)와, 영상을 획득하는 카메라(5)와, 획득한 영상을 메모리에 저장하고 획득된 선모양의 영상에서 중심픽셀들을 찾아서 3차원 형상정보를 추출하는 영상신호처리보드(6) 및 영상처리 프로그램을 운영하는 컴퓨터(7)로 구성된다.

또한, 상기 광학적 방향성 확대장치(11)는 측정대상체(10)로부터 산란되어 카메라(5)의 센서(9)에 맺히는 레이저 빔의 영상이 원통형렌즈의 길이방향(레이저 선모양의 길이방향)으로 확대되지 않고 영상원통형렌즈의 폭방향(레이저 선모양의 폭방향)으로만 확대되도록 1개 이상의 볼록원통형렌즈(2)와 1개 이상의 오목원통형렌즈(3)로 구성되어 있다.

이때, 상기 광학적 방향성 확대장치(11)는 원통형렌즈의 초점거리와 렌즈사이의 간격을 변화시킴으로써 선 모양의 레이저 빔 영상의 방향성 확대배율 조정이 가능하다.

또한, 상기 광학적 방향성 확대장치(11)는 첨부한 도4에서는 CCD 카메라(5) 렌즈의 앞에 위치하는 것으로 도시되어 있으나. CCD 카메라(5) 렌즈의 뒤에 위치하여도 무방하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 레이저 형상측정 장치의 바람직한 동작예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

선 모양으로 조사된 레이저 빔 장치(1)는 원통형렌즈를 사용하여 다이오드 레이저에서 나온 레이저를 하나의 선모양의 레이저 빔으로 만드는 시스템으로 측정대상체(10)의 표면에 하나의 레이저 선을 투사한다. 피측정물체 표면의 형상에 의해 변형된 레이저줄무늬 형상은 방향성 영상 확대 광학계(11)을 구성하는 볼록원통형렌즈(2)와 오목원통형렌즈(3)을 투과하여 색필터(4)를 통해 CCD 카메라(5)에 선명히 영상이 맺힌다.

상기 CCD 카메라(5)에 맺힌 영상은 영상신호처리 전용보드(6)의 버퍼(640×480픽셀)에 저장이 된다. 하나의 선모양의 영상은 640×480픽셀 행렬에 256단계의 밝기 강도값으로 구성되어 있다. 획득된 영상의 각 열에는 측정대상체의 거리 정보를 가지고 있는 한 픽셀이 존재하므로 하나의 영상에는 640개의 거리 정보를 가지고 있는 픽셀이 존재한다.

이때, 상기 방향성 영상 확대 광학계(11)에서 볼록과 오목의 두 원통형렌즈를 사용하여 레이저 줄무늬의 방향성 확대 영상을 얻는 과정의 한 예를 첨부한 도5를 참조하여 살펴보면, 도5a는 도4에서 물체에 투영된 선모양의 레이저의 영상이 CCD 카메라에 ㅁ히는 원통형 렌즈의 Y축 단면을 통과하는 광경로를 도시하고 있으며, 도5b는 X축 단면을 통과하는 광 경로를 설명한다.

이때, 도5에서 참조번호 (2)는 볼록 원통형렌즈이며, (3)는 오목 원통형렌즈이고, (4)는 색필터이며, (8)은 CCD 카메라(5)의 렌즈이고, (9)는 CCD 센서이다.

따라서, 도5a에서 볼수 있는 바와같이 Y축 단면을 통과하는 광경로에서 원통형렌즈들은 광경로의 변화에 거의 영향을 미치지 않으므로 CCD 카메라에 맺히는 영상은 Y축 방향으로는 확대되지 않은 영상이 된다.

또한, 도4b는 원통형렌즈의 X축 단면을 통과하는 광경로를 나타내는 예시도로서, 볼록원통렌즈(2)와 오목원통렌즈(3)의 사용으로 확대된 영상을 영상면(9)에 맺는다. 즉, 두 개의 원통형 렌즈를 사용함으로써 X축 방향으로만 확대된 영상을 얻을 수 있다. 이러한 방향성 확대영상을 맺는 광학계를 레이저 삼각측정 장치에 사용함으로써, 측정범위를 결정하는 Y축 방향의 배율을 일정하게 유지하면서, 측정해상도를 결정하는 X축 방향의 배율을 크게함으로써 해상도를 향상시킬수 있다.

상기와 같은 구성상의 특징에 이어, 형상 재구성을 위한 영상신호처리방식을 살펴보면, 본 발명에서는 형상정보 처리를 위하여 2Mbyte의 메모리 버퍼와 기본 라이브러리를 지원하는 영상신호처리 전용보드인 DT2867(Data Translator사)을 사용하였다. DT2867의 채널 0에 연결된 CCD 카메라를 사용하여 영상을 획득하였으며, 빠른속도의 형상정보 추출을 위하여 영상획득에서 중심선 추출 과정까지 DT2867보드가 실시간 혹은 준실시간으로 지원하는 기능들만을 활용하였다. 최종단계에서 중심선의 위치를 메모리로 가져와서 하드디스크에 저장하고, 추후에 상을 재구성하는 기능만을 개인용 컴퓨터의 중앙연산 처리장치가 담당하였다.

본 발명에서의 신호처리부는 단일(single)모드와 프레임(frame)모드로 구성되어 있는데, 단일모드는 평면의 편평도 측정과 같이 각 하나의 레이저 줄무늬 주사에 대하여 매번 측정결과를 각각 저장하면서 평가하는 모드이며, 프레임 모드에서는 480번 스캔(scan) 측정한 결과를 한 단위로 저장 및 평가하는 모드를 말한다. 컴퓨터는 설정된 입력환경(윗선위치, 바닥선위치, 선폭, 픽셀)값을 바탕으로 실시간 경계값을 구한후 중심선을 추출하고, 추출된 중심선을 순서적으로 메모리에 저장한 후 이를 형상정보로 재구성한다. 영상 재구성을 위한 제 1단계는 입력환경설정 단계로 바닥선(base line), 윗선(top line), 선폭(line width), 픽셀(pixel)값으로 구성되고 각 값은 사용자에 의한 설정 혹은 기본값으로 설정된다.

전체영상에서 실제 측정하고자 하는 영역은 최소변이와 최대변이 사이의 영상이므로 최소, 최대변이 크기를 알면 원하는 측정영역의 바닥선과 윗선을 설정해 줄수 있다. 선폭(픽셀단위)은 시스템의 설정시 CCD 카메라에 잡히는 영상인 640×480 크기 행령의 각 열에서 레이저 줄무늬가 갖는 픽셀단위의 선폭을 의미한다.

다음 단계에서는 실시간으로 획득한 영상의 히스토그램에서 경계값을 구한후 레이저 선 부분은 1의 값을 갖고, 그외는 0의 값을 갖는 이진영상을 구하고, 선모양의 상승경계선 부분과 하강경계선 부분을 구한 후 중심선을 추출한다.

이후, 다음 단계에서는 설정된 기분선을 기준으로 추출된 중심선 픽셀들의 높이값을 계산한 후 순서적으로 메모리에 저장하며, 최종단계에서 형상을 재구성된다.

이러한, 하드웨어적인 구성과 소프트웨어적인 신호처리를 통해 얻은 실험결과(대한민국 주화를 대상으로 함)를 첨부한 도6내지 도8을 참조하여 살펴보면, 실험에서는 파장 670nm, 출력 10 mW의 다이오드 레이저를 광원으로 사용하였고, 주변광을 차단하기 위하여 색유리필터(4)를 사용하였다. 원통형렌즈는 초점거리 100mm인 볼록렌즈와 초점거리가-250mm인 오목렌즈를 초점을 일치하게 정렬하여 2.5배의 해상도 증가를 얻도록 하였다.

도6은 방향성 확대영상광학계나 소프트웨어적인 해상도 향상처리 없이 100원 동전의 형상을 측정한 결과로 상대적으로 해상도가 떨어짐을 알 수 있고, 도 7은 일반적으로 사용되는 큐빅 비 스플라인(cubic B spline) 보간함수를 사용하여 소프트웨어적으로 영상을 4배 방향성 확대하여 해상도를 증가시킨 결과이다. 해상도는 증가되었으나 소프트웨어적으로 확대를 실시하였으므로 상대적인 시간소모가 많았다.

도 8은 본 발명에서 제안한 광학적 방향성 확대법으로 해상도를 2.5배 높여 측정한 결과로, 측정시간 소모가 거의없이 개선된 해상도를 갖는 결과를 보여준다.

상기와 같이 동작하는 본 발명에 따른 비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 형상측정 장치를 제공하면, 측정 범위를 줄이지 않고 광학적으로 해상도를 높일 수 있다. 즉, 해상도를 높이기 위해 소프트웨어적으로 부가적인 처리를 하는 기존 방식에 비해 측정시간을 줄일 수 있다.

Claims

선모양의 레이저 빔을 만들어 측정대상체(10)에 조사시키는 빔 조사장치(1)와, 측정대상체(10) 표면에서 산란되는 선모양의 레이저 빔의 영상을 획득하는 카메라(5)와, 획득한 영상을 메모리에 저장하고 획득된 선모양의 영상에서 중심픽셀들을 찾아서 3차원 형상정보를 추출하는 영상신호처리보드(6) 및 영상처리 프로그램을 운영하는 컴퓨터(7)를 구비하고 있는 레이저 형상측정 시스템에 있어서;

측정대상체(10)로부터 산란되어 카메라(5)의 센서(9)에 맺히는 레이저 빔의 전달 경로상에 위치하며 영상이 원통형렌즈의 길이방향으로 확대되지 않고 영상이 원통형렌즈의 폭방향으로는 확대되도록 소정 개수의 볼록원통형렌즈(2)와 오목원통형렌즈(3)로 이루어진 방향성 영상 확대 광학 렌즈계가 구비되며;

상기 방향성 영상 확대 광학 렌즈계는 물체표면에서 산란된 레이저 빔의 영상이 카메라 센서의 가로방향과 세로방향으로 서로 다른 배율을 갖도록 구성되며, 원통형렌즈의 초점거리와 렌즈사이의 간격을 변화시킴으로써 선 모양의 레이저 빔 영상의 방향성 확대배율 조정이 가능하고, 형상측정장치의 분해능과 측정범위의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 비 구대칭 광학계를 사용한 레이저 형상측정 장치.