KR100240259B1 - 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 스캐너에 의하여 피측정체에서 반사된 빛에 포함되는 거리 정보를 2차원의 수광 센서로 측정할 때 반사된 빛이 원통 렌즈를 통하여 수관 센서로 모일 수 있도록 한 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 고정된 체 레이저를 주사하는 레이저 스캐너(101)와, 상기 레이저 스캐너(101)에 의하여 주사되는 레이저를 여러 각도로 주사하여 매회 피측정체(2)의 각기 다른 위치에 주사되게 하는 다각형 미러(102)와, 상기 다각형 미러(102)의 회전 각도를 감지하여 반사각을 측정하는 인코더(103)와, 상기 피측정체(2)에서 반사된 수평 방향(X축 방향)의 레이저는 한 곳에 집광되게 하되 수직 방향(Z축 방향)의 레이저는 반사각을 유지한 체 그대로 통과되게 하는 원통 렌즈(104)와, 상기 원통 렌즈(104)를 통해 상기 피측정체(2)에서 반사된 레이저를 투사받는 1차원의 선형 수광 센서(105)로 구성된다.

Description

원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치

본 발명은 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치에 관한 것으로, 특히 레이저 스캐너에 의하여 피측정체에서 반사된 빛에 포함되는 거리정보를 2차원의 수광 센서로 측정할 때 반사된 빛이 원통 렌즈를 통하여 수광 센서로 모일 수 있도록 한 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치에 관한 것이다.

종래 레이저를 이용한 3차원 정보(깊이 정보)의 측정장치 중 광 3각법에 의한 측정장치를 제1도를 나타낸 것으로서, X-Y축으로 이동하며 레이저를 주사하는 레이저 스캐너(1)와, 상기 레이저 스캐너(1)에 의하여 주사된 레이저가 피측정체(2)에 의하여 반사되면 이를 렌즈(3)를 통하여 투사받는 수광 센서(4)로 구성되어져 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래 3차원 정보 측정장치는, 피측정체(2)에 반사된 빛의 수광 지점을 수광 센서(4)가 감지하여 3차원 정보 즉, 깊이 정보를 측정하고, 이 깊이 정보가 레이저 스캐너(1)의 위치 정보와 합쳐져서 3차원 형상의 측정이 가능하다.

그리고, 매회 한 포인트만 측정이 가능한 점광원으로서 완전한 3차원의 형상을 얻기 위하여 레이저 스캐너(1)를 평면상에서 X-Y축으로 계속 이동하면서 스캔하여야 한다. 이에 의해 광원의 위치값 X, Y와 깊이 정보 Z가 더해져 3차원의 정보가 얻어진다.

그러므로, 전체의 측정 속도는 X, Y축의 기계적 이송 속도와 센서의 감응 속도에 좌우된다.

그러나, 실제 생산 현장의 인-라인(In-Line) 측정고정에 있어 측정의 속도는 생산성 증대와 직결되므로 레이저를 이용한 고정밀 측정의 장점을 이용하면서 고속의 측정을 수행할 수 있는 측정장치의 개발이 절실한 요구 과제로 부각되었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 요구 과제를 해결하기 위해 제안한 것으로서, 레이저 스캐너에 의하여 피측정체에서 반사된 빛에 포함되는 거리정보를 2차원의 수광 센서로 측정할 때 반사된 빛이 원통 렌즈를 통하여 수광 센서로 모일 수 있도록 함으로서, 첫째; 레이저 스캐너를 수평 방향으로 이송하는 것과 동일하게 하고, 둘째; 각기 다른 수평 위치로 반사되는 레이저를 원통 렌즈로 결합하여 반사각을 유지하면서 하나의 센서로 수광함으로써 측정속도가 향상되게 하는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 레이저를 주사하는 레이저 스캐너와, 레이저가 입사되면 여러 각도로 반사하여 매회 피측정체의 각기 다른 위치에 주사되게 하는 다각형 미러와, 이 다각형 미러의 회전 각도를 감지하는 인코더와, 피측정체에서 반사된 수평 방향의 레이저는 집광되게 하되 수직 방향의 레이저는 반사각을 유지한 체 통과되게 하는 원통 렌즈와, 이 원통 렌즈를 통해 피측정체에서 반사된 레이저를 투사받는 수광 센서로 이루어짐을 특징으로 한다.

제1도는 종래 3차원 측정장치의 구성도.

제2도는 본 발명에 의한 원통 렌즈와 스캐너를 이용한 3차원 측정장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 레이저 스캐너 102 : 다각형 렌즈

103 : 인코더 104 : 원통 렌즈

105 : 수광 센서

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 의한 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치의 구성도를 나타낸 것으로서, 고정된 체 레이저를 주사하는 레이저 스캐너(101)와, 상기 레이저 스캐너(101)에 의하여 주사되는 레이저를 여러 각도로 주사하여 매회 피측정 체(2)의 각기 다른 위치에 주사되게 하는 다각형 미러(102)와, 상기 다각형 미러(102 )의 회전 각도를 감지하여 반사각을 측정하는 인코더(103)와, 상기 피측정체(2)에서 반사된 수평 방향(X축 방향)의 레이저는 한 곳에 집광되게 하되 수직 방향(Z축 방향)의 레이저는 반사각을 유지한 체 그대로 통과되게 하는 원통렌즈(104)와, 상기 원통 렌즈(104)를 통해 상기 피측정체(2)에서 반사된 레이저를 투사받는 1차원의 선형 수광 센서(105)로 구성되어져 있다.

도면 중 미설명 부호인 106은 집광용 원통 렌즈이고, 상기 수광 센서(105)는 통상의 PSD(Position Sensitive Detector)나 리니어(Linear) CCD로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과를 첨부한 도면 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 고정된 레이저 스캐너(101)에 의하여 주사된 레이저는 다각형 미러(10 2)에 의하여 주사되면서 집광용 원통 렌즈(106)를 통하여 순차적으로 피측정체(2)에 주사된다.

이때, 다각형(6각형)의 측면을 가진 입체로서 측면이 미러의 역할을 하여 한 방향에서 입사된 빛을 여러 반사각으로 주사하는 다각형 미러(102)의 특성으로 인하여 상기 레이저 스캐너(101)에 의하여 주사된 레이저는 매회 피측정체(2)의 각기 다른 위치에 주사된다.

이후, 피측정체(2)에 의하여 레이저가 원통 렌즈(104)에 반사되면 원통 렌즈(104)의 특성상 수평 방향(X축 방향)의 레이저는 한 곳에 집광됨과 아울러 수직 방향(Z축 방향)의 레이저는 반사각을 유지한 체 그대로 통과되어 1차원의 선형 수광 센서(105)에 투사된다.

그러므로, 레이저 스캐너(101)는 매번 다른 위치를 주사하게 되므로 레이저 스캐너(101)를 X축 방향으로 이동시키지 않고 다각형 미러(102)를 회전시켜 매회 각기 다른 X축 포지션을 측정한다.

이때, X축의 위치와 다각형 미러(102)간의 관계 위치 추정은 공지 기술로 다각형 미러((102)의 회전 위치를 인코더(103)로 감지하여 반사각을 측정하여 다각형 미러(102)에서 반사되는 레이저의 X축 위치를 추정한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 레이저 스캐너에 의하여 피측정체에서 반사된 빛에 포함되는 거리정보를 2차원의 수광 센서로 측정할 때 반사된 빛이 원통 렌즈를 통하여 수광 센서로 모일 수 있도록 함으로써, 레이저 스캐너를 수평 방향으로 이송시키는 효과를 얻을 뿐만 아니라 각기 다른 수평 위치로 반사되는 레이저를 원통 렌즈로 결합하여 반사각을 유지하면서 하나의 센서로 수광함으로써 측정 속도가 획기적으로 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 레이저를 주사하는 레이저 스캐너와, 상기 레이저가 입사되면 여러 각도로 반사하여 매회 피측정체의 각기 다른 위치에 주사되게 하는 다각형 미러와, 상기 다각형 미러의 회전 각도를 감지하는 인코더와, 상기 피측정체에서 반사된 수평 방향의 레이저는 집광되게 하되 수직 방향의 레이저는 반사각을 유지한 체 통과되게 하는 원통 렌즈와, 상기 원통 렌즈를 통해 상기 피측정체에서 반사된 레이저를 투사받는 수광 센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수광 센서는 피에스디(PSD)와 리니어 시시디(CCD) 중 어느 한 개가 택일되어 사용되는 것을 특징으로 하는 원통 렌즈와 레이저 스캐너를 이용한 3차원 측정장치.

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