KR100299930B1 - 물체의차원을측정하는장치및그에사용되는척도기 - Google Patents

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Abstract

척도기는 매트릭스상으로 배열되어 점대칭 형상을 이루는 마크들을 가진다. 차원을 측정하기 위하여 척도기와 물체은 어떠한 상대운동없이 위치하게 된다. 영상 센서 장치는 물체의 소정의 부분과 선택적이고 연속적인 물체의 소정의 부분에 해당하는 척도기의 마크들을 탐지하고, 영상 센서 장치는 그 물체와 그 척도기의 탐지결과와 일치되도록 출력신호들을 발생시킨다. 출력신호는 물체의 차원을 계산하기 위한 과정을 거친다.

Description

물체의 차원을 측정하는 장치 및 그에 사용되는 척도기
본 발명은 물체의 차원, 각도, 거리, 크기등을 측정하는 장치 및 이 장치에 사용되는 척도기에 관한 것으로서, 특히 물체의 일부를 측정할 경우에도 물체의 측정 차원의 정밀도를 향상시킬 수 있는 장치 및 이 장치에 사용되는 척도에 관한 것이다.
물체의 차원을 측정하는 종래의 장치는 1993년 12월 6일 공개된 일본국 특허 공보 제 5-85004호에 기술되어 있다. 물체의 차원을 측정하는 종래의 장치는 X 방향과 Y 방향으로 눈금을 나타내는 마크(mark)가 구비된 투명한 X-, Y-척도평판, 측정할 직사각형의 박판 물체를 그 위에 올려놓기 위한 탑재평판, 투명한 척도평판에 놓여진 물체에 빛을 조사하는 광원 장치 및 X,Y 방향의 투명한 척도평판을 투과한 빛을 수신하는 X,Y및 원점 영상 센서들로 구성된다.
동작시, 직사각형 박판 물체을 탑재평판 위에 올려놓아서 직사각형 박판 물체의 제 1, 제 2의 직교 측면을 X,Y 방향의 투명한 척도평판의 내측 부위에 위치되도록 하고, X- 및 Y-투명척도평판의 교차영역의 내측 부위에 제 1, 제 2 직교면에 의하여 정의되는 정점이 위치되도록 한다. 그런 상태에서 광원 장치로부터 X-및 Y-투명척도평판들로 빛이 조사되어서, X-및 Y-투명척도평판들의 외측부위들을 통하여 투과된 빛이 X-, Y- 및 원점 영상 센서들로 수신된다. 제 1, 제 2의 직교 측면으로정의되는 정점을 X,Y 방향의 투명한 척도평판의 교차 영역의 내측 부위상에 위치시킨다. 그리고 X,Y 방향의 투명한 척도평판으로 광원 장치로부터 빛을 조사하여 X,Y 방향의 투명한 척도평판의 외부 부위와 교차 영역의 외부 부위를 투과한 빛은 X,Y및 원점 영상 센서에 수신된다. X-, Y-및 원점 영상 센서들의 출력신호와 일치하여, 직사각형 박판 물체의 제 1, 제 2 직교면에 의해 정의되는 정점의 위치와, 직사각형 박판 물체의 제 2, 제 3 측면 및 제 1, 제 4 측면에 의하여 정의되는 두 개의 다른 정점의 위치들이 X- 및 Y-투명 척도기 평판의 척도에 대하여 상대적으로 결정된다.
결과적으로, 직사각형 박판 물체의 제 1 측부에서 제 4 측부 사이의 거리, 직사각형 박판 물체의 대각선 거리 및 정사각형 박판 물체의 정점 각도들이 정사각형 박판 물체의 3 정점 위치를 이용한 계산에 의해 얻어진다.
그러나 물체의 차원을 측정하는 종래의 장치에는 불리한 점들이 있는데, 예를 들면, X,Y 방향의 투명한 척도평판을 사용해서 정점의 위치를 탐지하기 때문에 직사각형 박판 물체상의 임의의 두 점 사이의 거리를 측정하는 것이 불가능하고, 직사각형 박판 물체상에 정의되는 소정의 패턴이 비록 제 1, 제 2 측부에 근접하게 위치되어도 정사각형 박판 물체이 직접 X,Y 척도평판상에 위치한 구조로 인해 척도에 따라 마크로부터의 패턴을 X,Y와 원점 영상 센서가 식별하지 못하기 때문에 패턴의 측정이 불가능하였다.
따라서, 본 발명은 비록 물체상의 임의의 두 점이 멀리 떨어져 있거나, 측면으로 벗어나 있거나, 또는 물체의 가장자리에 있어도 그 거리를 측정할 수 있는 물체의 차원 측정장치 및 이 장치에 사용되는 척도기를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 척도를 위한 마크와 물체상에 정의되는 패턴을 다른 패턴들과 정확하게 식별하여 물체의 차원을 측정하는데 있어서 정밀도를 향상시킬 수 있는 물체의 차원 측정장치 및 이 장치에 사용되는 척도를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 특징에 의한 물체의 차원 측정장치는,
차원을 측정할 물체를 그 위에 안치하기 위한 테이블;
매트릭스상으로 배열된 마크들을 갖는 척도기;
테이블과 척도기를 이동시키는 통상의 수단;
물체의 일부에 대응하는 척도의 마크와 물체의 일부를 선택적으로 탐지하는 영상 센서 장치;
테이블과 영상 센서 장치 사이로 선택적인 이동을 제공하는 수단; 및
영상 센서 장치의 출력신호로 물체의 차원을 계산하는 계산 장치로 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 의한 물체의 차원 측정장치에 사용되는 척도기는,
척도 기판;
척도 기판상에 매트릭스상으로 배열되어서, W인 폭과 높이를 가지며 P1인 피치 간격으로 배열되어 점대칭 형상을 이루고 하기 식의 조건을 만족되는 마크로 구성된다.
2P1+ W < V
W < P1/2 및
2P2≤ W
여기서, V는 척도를 탐지하는 영상 센서 장치의 가시 영역이고, P2는 영상 센서 장치의 매트릭스상으로 배열된 센서들의 피치이다.
본 발명은 첨부한 도면에 의하여 보다 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 실시예 1에 따라 구현되는 물체의 차원 측정장치는 제 1도의 (가) 내지 (아)에 의거하여 상세히 설명될 것이다.
(가)에 도시된 바와같이, 본 장치는 화살표 방향을 가리키는 X 방향으로 이동되는 X-테이블(1a), X 방향에 직교하는 Y 방향으로 이동되는 Y-테이블(1b), 차원이 측정될 물체(2) 위에 탑재되는 것으로서 하나의 표면상에 척도가 구비되어 Y-테이블(1b) 위에 장착되는 투명 척도평판(4), 투명 척도평판(4)의 척도와 물체(2)의 촛점을 선택적으로 맞추는 촛점 시스템(미도시)이 구비된 영상 센서 장치(3), 영상 센서 장치(3)의 출력신호를 받아 물체(2)의 차원을 계산하는 계산 장치(5) 및 물체(2)를 지나 척도평판(4)을 투과하도록 빛을 조사하는 광원 장치로 구성된다.
본 장치에서 Y-테이블(1b)과 척도평판(4)은 척도평판(4)으로부터 영상 센서 장치(3)의 촛점 시스템의 촛점 깊이보다 더 깊은 거리를 가지는 Y-테이블(1b)상에 물체(2)가 안치되도록 설계된다.
(나)는 매트릭스상으로 배열되어 눈금을 나타내는 마크(41)를 구비한 투명척도평판(4)을 나타낸다.
(다)에서는 확대된 마크(41)가 폭 W, 높이 W, 피치 P1간격으로 배열된 것을 보여준다.
(라)는 영상 센서 장치(3)에 P2의 피치 간격으로 배열된 고체 촬상 소자 센서(31)로 포착되는 척도평판(4) 마크(41) 또는 물체(2)상의 가시영역 V×V를 나타낸다.
(마)는 중심점 O1과 O2사이의 거리에 의해 형성되는 구경(21,22)이 구비된 물체(2), 예를 들면 금속판을 보여준다.
(바) 내지 (아)에서, 영상 센서 장치(3)의 고체 촬상 소자 센서(31)는 척도평판(4)의 마크(41)를 탐지하고, 이 탐지된 신호 S를 계산 장치(5)로 전송하는데, 여기서 출력신호 S의 파장 형상은 마크(41)의 폭 W와 영상 센서 장치(3)의 고체 촬상 소자 센서(31)의 피치 P2사이의 관계 및 마크(41)에 대한 고체 촬상 소자 센서(31)의 상대적인 위치에 의존된다.
동일한 크기와 형상을 가지는 마크(41)들 중에서 어느 특정한 하나의 마크(41)를 위치시키기 위하여 하기 식에 제시된 조건을 만족하여야 한다.
M < P1/2 (1)
여기서 M은 X,Y-테이블(1a,1b)의 개략적인 위치 정밀도로서, 본 발명에서 뿐만아니라 다른 용도로서도 사용된다.
2P2+ W < V (2)
이 식은 두 개 이상의 마크(41)가 X,Y 방향으로 영상 센서 장치(3)에 의해 포착된다는 것을 의미한다.
W < P1/2 (3)
이 식은 폭 W에 대한 피치 Pl의 비가 2보다 작다는 것을 의미하고, 따라서 마크(41)의 영상에 대한 물체(2)의 영향, 즉 해상도의 저하가 낮게 억제된다.
2P2≤ W (4)
이 식은 폭 W가 고체 촬상 소자 센서(31)의 피치 P2보다 상대적으로 미리 결정된 수치, 즉 2배만큼 커야한다는 것을 의미한다.
결과적으로, 각각의 마크(41)의 중심점이 출력신호 S의 전송과정을 통해 정확하게 얻어진다. (사)에 도시된 바와같은 그 배열관계는 펄스와 같은 파장 형상의 출력신호 S를 발생시키기 위한 조건을 만족하지 못하는 반면에, (바) 및 (아)에 도시된 것과 같은 배열관계는 계단 형상의 파장인 출력신호 S를 제공하는 조건을 만족한다.
이 계단 형상의 파장은 출력신호 S를 진행하고, 마크(41)로부터 척도평판(4)상의 먼지를 식별하는데 유리하다.
물체(2)의 차원을 측정하는데 있어서, 계산 장치(5)는 마크(41)의 중심점을 이용한다. 그러므로, 마크(41)의 폭 W는 편차가 허용되는데, 그 이유는 마크(41)가중심점을 기준으로 대칭이 되는 정사각형 구조이므로 중심점이 편심되지 않기 때문이다.
이런 의미에서, 마크(41)는 정사각형 형상으로 한정되지 않고, 원과 같은 점대칭 형상으로 이루어진다.
위에서 논의된 특정한 최적 예는 다음과 같다.
W = 80㎛, P1= 400㎛, V = 1,000㎛, M = 100㎛, P2= 2㎛
(가)에 의거하여 기술한 바와같이, 물체(2)는 척도평판(4)의 마크(41)로부터 광학축을 중심으로 촛점 깊이보다 넓도록 미리 정해진 거리만큼 분리된다.
하나의 특정 예로서, d = 5 내지 10㎛로 했을 때, 영상 센서 장치(3)의 촛점 시스템의 촛점 깊이는 14㎛이다.
동작시, X,Y-테이블(1a,1b)은 각각이 X,Y 방향으로 움직이도록 연속적으로 제어되므로 물체(2)의 구경(21)은 영상 센서 장치(3)의 하부에 위치된다. 이러한 상태에서, 구경(21)과 구경(21)을 포함하는 척도평판(4)의 마크(41)의 촛점이 영상 센서 장치(3)의 촛점 시스템에 의해 독립적으로 맞추어진다. 이처럼, 구경(21)과 마크(41)는 영상 센서 장치(3)의 고체 촬상 소자 센서(31)에 의해 독립적으로 탐지되므로 출력신호 S가 계산 장치(5)로 전송되어서 구경(21)의 중심점 O1이 마크(41)의 어드레스(address)에 따라 계산된다. 그 다음에, X,Y-테이블(1a,1b)은 각각 X,Y 방향으로 움직여서 물체(2)의 구경(22)이 영상 센서 장치(3)의 하부에 위치하게 된다. 구경(21)의 경우와 같이, 어떤 방법에서는 구경(22)의 중심점 O2가 계산장치(5)에서 마크(41)의 어드레스에 따라 계산된다.
그 다음, 구경(21,22)의 중심점 O1과 O2사이의 거리 D가 계산 장치(5)에서 계산된 위치에 의해 계산된다.
본 발명에 따른 물체의 차원 측정장치에서, 영상 센서 장치(3)는 X,Y 방향으로 이동되는 반면에, 물체(2)와 척도기는 고정된 상태일 수도 있고, 전술한 광학 탐지 시스템 대신에 자기 탐지 시스템을 채용하여도 무방하다.
제 2 도는 본 발명의 실시예 2에 따라 구현되는 물체의 차원 측정장치를 나타낸 것으로서, 각 구성요소는 위 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 부번을 사용하며, 눈금을 나타내기 위한 마크가 구비된 척도평판(4)은 물체(2)의 반대측부에 장착된다.
본 장치에 있어서, X-, Y-테이블은 테이블(1)과 유사하며, 제 1 도의 (가)에 도시된 영상 센서 장치(3)는 테이블(1)에 대해 상대적으로 반대측부의 동일한 위치에 장착되는 영상 센서 장치(3A,3B)로 대체된다.
동작에 있어서는, 물체(2)와 척도평판(4)은 테이블(1)의 X,Y 방향의 이동에 따라 영상 센서 장치(3A,3B)에 대해 상대적으로 동일한 위치가 되도록 움직인다, 따라서, 영상 센서 장치(3A,3B)의 출력신호는 계산 장치(5)로 전송되어서 물체(2)의 차원을 계산하는 과정이 실시된다.
제 3 도는 본 발명의 실시예 3에 따라 구현되는 물체의 차원 측정장치를 나타낸 것으로서, 위 실시예 1,2에서 사용된 동일한 부번을 사용한다.
본 장치에서는, 물체(2)와 척도기(4A)는 영상 센서 장치(3)에 의해 척도평판 (4)을 통해 탐지되기 때문에 척도평판(4)은 물체(2)의 차원측정의 정밀도를 높이기 위해 물체(2)에 직면되는 표면상에 척도기(4A)가 구비되어서, 척도평판(4)의 굴절지수는 일반적으로 물체(2)와 척도기(4A)를 검지하는 광에 영향을 받는다.
제 4 도는 본 발명의 실시예 4에 따라 구현되는 물체의 차원 측정장치를 나타낸 것으로서, 위 실시예 1, 2 및 3에서 사용된 동일한 부번을 사용한다.
본 장치에서는, X-, Y-테이블(1)에 대해 상대적으로 45 °로 경사진 반경(6 ; half-mirror), 척도기(4A)를 가지는 척도 테이블(4) 및 물체(2)와 척도기(4A)를 향하는 빛의 경로중 하나를 차단하는 셔터(SHUTTER : 8A,8B)가 제공된다. 셔터(8A,8B)는 물체(2)와 척도기(4A)를 향하는 빛의 파장이 구분되는 것과 같은 다른 수단을 적용한다면 생략될 수 있다.
동작에 있어서는, 물체(2)의 미리 결정된 부위와 척도기(4A)의 적절한 마크는 셔터(8A,8B)의 스위치-오버(switch-over)에 따라 영상 센서 장치(3)에 의해 탐지된다.
실시예 2와 4에서, 광학 거리들은 감소 에러를 감당할 수 있을 것이다.
비록 본 발명은 완전하고 명백한 개시를 위하여 특정한 구현이라는 관점에서 기술하였지만, 첨부된 청구범위는 제한되지 않고 기본적 기술범위내에서 통상의 기술 수준을 가진 당업자에 의해 실시될 수 있는 모든 수정과 대체적인 구조의 구현으로서 해석된다.
제 1 도의 (가) 내지 (아)는 본 발명의 실시예 1에 따라 구현되는 물체의 차원 측정장치를 나타내는 설명도로서,
(가)는 장치,
(나)는 장치에 사용되는 척도,
(다)는 척도의 마크,
(라)는 장치에 사용되는 영상 센서 장치,
(마)는 장치에 의해서 측정되는 물체,
(바) 내지 (아)는 장치에서 척도의 마크를 위한 영상 센서 장치의 고체촬상소자 센서들의 관계를 나타낸 도면이다.
제 2도 내지 제 4도는 본 발명의 실시예 2에 따라 구현되는 물체의 차원 측정장치를 나타내는 설명도이다.
* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *
1a : 엑스 테이블 1b : 와이 테이블
2 : 측정물체 3 : 영상 센서 장치
4 : 척도 평판 5 : 계산 장치
6 : 반경 7a, 7b, 7c : 광원 장치
8A, 8B : 셔터

Claims (5)

  1. 차원을 측정하기 위한 물체를 그 위에 안치하는 테이블;
    매트릭스상으로 배열된 마크를 갖는 척도기;
    상기 테이블과 상기 척도기를 통상적으로 이동시키기 위한 수단;
    상기 물체의 일부와 상기 물체의 상기 부분에 해당하는 상기 척도기의 상기 마크들을 선택적으로 탐지하기 위한 영상 센서 장치;
    상기 테이블과 상기 영상 센서 장치 사이로 상대적인 이동을 제공하기 위한 수단; 및
    상기 영상 센서 장치의 출력신호와 일치하여 상기 물체의 차원을 계산하기 위한 계산 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 물체의 차원 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 테이블은 X, Y 방향으로 이동하는 X-, Y-테이블로 구성되어서 상기 물체가 상기 X-, Y-테이블중 어느 하나에 안치되며;
    상기 통상의 이동수단은 상기 척도기를 상기 X-, Y-테이블 중 하나에 고정시키고, 상기 물체와 상기 척도기는 상기 영상 센서 장치의 광축상에서 소정의 거리를 가지며;
    상기 영상 센서 장치는 촛점 깊이를 갖는 렌즈 시스템을 구비하고, 상기 소정의 거리는 상기 촛점 깊이보다 더 크며;
    상기 제공수단은 상기 영상 센서 장치를 고정하는 수단과, 상기 X-, Y-테이블을 상기 X, Y 방향으로 이동시키는 구동수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 물체의 차원 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 테이블은 X, Y 방향으로 이동되는 X,Y-테이블로 구성되어서, 상기 물체는 상기 X-, Y-테이블중 어느 하나에 안치되며; 상기 통상의 이동수단은 상기 X, Y 방향에서의 운동을 상기 척도기로 전달하는 수단으로서, 상기 척도기는 상기 물체에 대해 상기 테이블의 반대측부에 장착되며;
    상기 영상 센서 장치는 상기 물체의 상기 부분을 탐지하기 위한 제 1 영상 센서 장치와, 그 부분에 대응하는 상기 척도기의 마크를 탐지하기 위한 제 2 영상 센서 장치로 구성되며;
    상기 제공수단은 상기 제 1, 제 2 영상 센서 장치를 고정하는 수단과 상기 X-, Y-테이블을 X,Y 방향으로 이동시키는 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 물체의 차원 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 척도기는 척도 평판의 제 1 포면에 장착되고, 상기 척도평판의 상기 제 1 표면은 상기 물체의 측단인 것을 특징으로 하는 물체의 차원 측정장치.
    Y-테이블;
    상기 X,Y-테이블에 대해 90 °의 각을 이루고 매트릭스상으로 배열되는 마크들을 갖는 척도기;
    상기 물체의 어던 부분과, 상기 물체의 상기 부분에 대한 상기 척도기의 마크를 탐지하는 영상 센서 장치;
    상기 척도기와 물체에 대해 상대적으로 45 °의 각을 이루도록 배열되는 반경;
    상기 테이블과 영상 센서 장치 사이에서 상대운동을 제공하는 수단; 및
    상기 영상 센서 장치의 출력신호에 따라 상기 물체의 차원을 계산하는 계산 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 물체의 차원 측정장치.
  5. 물체의 차원 측정장치에 사용되는 척도기에 있어서,
    척도 기판;
    척도 기판상에 매트릭스상으로 배열되어서, W인 폭과 높이를 가지며 P1인 피치 간격으로 배열되어 점대칭 형상을 이루고 하기 식의 조건을 만족되는 마크로 구성된 것을 특징으로 하는 물체의 차원 측정장치에 사용되는 척도기.
    2P1+ W < V
    W < P1/2
    2P2≤ W
    여기서, V는 척도를 탐지하는 영상 센서 장치의 가시 영역이고, P2는 영상 센서 장치의 매트릭스상으로 배열된 센서들의 피치.
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