KR100489431B1 - Phase-shifting profilometry system using scanning and measuring method thereof - Google Patents
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Abstract
스캔식 위상천이 3차원 형상측정 장치 및 측정 방법이 개시되어 있다.Disclosed are a scanning phase shift three-dimensional shape measuring apparatus and a measuring method.
이 개시된 3차원 형상 측정장치는, 위상천이된 간섭 무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 장치에 있어서, 광원; 피검체에 대해 소정 각도로 기울어지게 배치되고, 상기 광원에서 조사된 광이 통과되는 격자; 광이 격자를 통과하여 피검체에 형성된 이미지와 격자의 이미지가 합성되어 형성된 간섭무늬를 측정하는 영상감지소자;를 포함하고, 상기 피검체를 3차원 형상측정 장치에 대해 이동시키거나 3차원 형상측정 장치 전체를 피검체에 대해 이동시켜 스캐닝함으로써 위상천이된 간섭 무늬를 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.The disclosed three-dimensional shape measuring device comprises: a device for measuring a three-dimensional shape of a subject using a phase shifted interference fringe, a light source; A grating disposed to be inclined at a predetermined angle with respect to the subject and passing light emitted from the light source; And an image sensing device for measuring an interference fringe formed by combining light formed through the grating and the image of the grating, and moving the object with respect to the 3D shape measuring device or measuring the 3D shape. The apparatus is characterized in that it is possible to obtain a phase shifted interference fringe by scanning the entire apparatus with respect to the subject.
본 발명은 기존의 모아레 형상측정 방법과는 다르게 스캔 방식을 이용하므로 높은 공간적 분해능을 가질 수 있을 뿐만 아니라 피검체의 크기에 무관하게 3차원 형상을 측정할 수 있는 이점이 있다.Since the present invention uses a scanning method differently from the conventional moiré shape measuring method, it can not only have a high spatial resolution but also have the advantage of measuring a three-dimensional shape regardless of the size of the subject.
Description
본 발명은 스캔방식의 위상천이 3차원 형상측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 격자와 영상감지소자를 구비한 측정 장치를 이용하여 스캔을 통하여 위상천이된 간섭무늬의 이미지를 얻을 수 있는 3차원 형상측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional shape measurement apparatus and a method for measuring a phase shift, and to obtain an image of the phase shifted interference fringe through a scan using a measuring device having at least one grating and an image sensing element. A three-dimensional shape measuring apparatus and a measuring method.
공간적 간섭무늬를 이용한 3차원 형상측정장치란 검사하고자 하는 물체(이하 피검체라고 함)의 표면에 일정한 형태를 가지는 빛을 조사시켜 공간적인 간섭무늬를 형성하고, 이 간섭무늬를 측정 및 해석하여 물체표면의 높이에 대한 정보를 얻는 장치를 말한다. 이와 같은 측정 방법은 피검체의 3차원 형상을 간단하고 빠르게 얻을 수 있으므로 의학, 산업 분야에서 널리 이용되고 있다. 여기서는 특히, 공간적 간섭무늬인 모아레 간섭 무늬를 이용하는데, 모아레 무늬는 주기성을 가지는 공간적인 무늬들이 겹쳐졌을 때 나타나는 무늬로서 도 1은 모아레 간섭 무늬의 발생을 보여준다. 이러한 모아레 간섭무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 장치에는 다음과 같은 종류들이 있다.A three-dimensional shape measurement device using spatial interference fringes forms a spatial interference fringe by irradiating light of a certain shape to the surface of an object to be inspected (hereinafter referred to as a subject), and measures and analyzes the interference fringes. A device that obtains information about the height of a surface. Such a measuring method is widely used in the medical and industrial fields because it is possible to easily and quickly obtain a three-dimensional shape of a subject. Here, in particular, a moiré interference fringe, which is a spatial interference fringe, is used. The moire fringe is a pattern that appears when overlapping spatial fringes having periodicity are illustrated in FIG. 1. There are the following types of apparatus for measuring the three-dimensional shape of the subject using such a moire interference fringe.
도 2는 종래의 격자를 이용한 그림자식 위상천이 모아레 3차원 형상측정 장치를 나타낸 것이다. 이 측정 장치에서는, 광원(100)에서 나온 광이 격자(103)를 통과하여 피검체(p) 표면에 격자형태의 그림자나 탈보(talbot)효과에 의해 격자형태의 이미지가 생기게 된다. 여기서 사용되는 격자(103)는 투과하는 빛의 세기를 변화시키는 기능을 하며, 이러한 기능은 상기 격자(103) 대신 LCD 평판을 이용하여 구현할 수도 있다. 상기 격자(105)의 그림자 이미지와 격자 자체의 무늬가 합성되어 모아레 무늬가 생기며, 이렇게 생성된 모아레 무늬를 그림자식 모아레라고 한다.(Vol.32, No. 7 Optical Engineering, 1668-1674, 1993) 이 모아레 무늬를 2차원 영상감지소자 배열을 이용하여 측정하는데, 이때 모아레 무늬의 위상을 계산하기 위해서는 위상천이된 다수개의 모아레 무늬가 필요하다.("Phase Shifting Intererometery, in Optical Shop Testing, D. Malacare, 2nd Ed. John Wiley & Sons Inc, New Yo가, 1992)Figure 2 shows a shadow phase transition moiré three-dimensional shape measurement apparatus using a conventional grid. In this measuring device, the light emitted from the light source 100 passes through the grating 103, and the grating image is generated on the surface of the object p by grating shadow or talbot effect. The grating 103 used herein functions to change the intensity of transmitted light, and this function may be implemented by using an LCD flat panel instead of the grating 103. The shadow image of the grid 105 and the pattern of the grid itself are synthesized to form a moire pattern, and the moiré pattern thus generated is called a shadow moiré (Vol. 32, No. 7 Optical Engineering, 1668-1674, 1993). This moiré pattern is measured using a two-dimensional array of image sensing elements, and in order to calculate the phase of the moiré pattern, a plurality of phase shifted moire patterns are required ("Phase Shifting Intererometery, in Optical Shop Testing, D. Malacare"). , 2nd Ed.John Wiley & Sons Inc, New Yo, 1992)
위상천이된 모아레 무늬를 얻기 위해 상기 격자(103)를 구동수단(D)에 의해 피검체(p)쪽을 향해 또는 그 반대방향으로 이동시킨다. 그러면, 상기 격자(103)의 이동에 따라 간섭무늬의 위상이 변하므로 3개 이상의 위상천이된 모아레 무늬를 얻을 수 있다. 이와 같이 상기 격자(103)를 이동시켜 생긴 위상천이된 모아레 무늬는 이미징렌즈(109)에 의해 영상감지소자(110)에 맺힌다. 상기 영상감지소자(110)에 의해 위상천이된 모아레 무늬의 이미지 측정과 상기 격자(103)의 이동을 순차적으로 반복한다. 여기서 얻은 다수개의 위상천이된 모아레 무늬를 이용하여 이미 공지된 해석방법을 통해 물체의 3차원 형상정보를 얻을 수 있다.The grating 103 is moved by the driving means D toward the subject p or vice versa in order to obtain a phase shifted moire fringe. Then, since the phase of the interference fringe changes as the grating 103 moves, three or more phase shifted moire fringes can be obtained. The phase shifted moiré pattern generated by moving the grating 103 is formed on the image sensing device 110 by the imaging lens 109. The image measurement of the moiré pattern phase shifted by the image sensing device 110 and the movement of the grating 103 are sequentially repeated. The three-dimensional shape information of the object can be obtained through a known analysis method using a plurality of phase-shifted moire patterns obtained here.
또 다른 3차원 형상측정 장치로는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 격자(112)(115)를 이용한 투영식 모아레 측정장치가 있다. 투영식 모아레 측정장치는, 광원(111)에서 조사된 광이 제1격자(112)를 통과하면서 형성된 이미지를 제1 이미징렌즈(113)에 의해 피검체(p)에 결상시키고 이 피검체(p)의 이미지를 제2 이미징렌즈(114)에 의해 제2 격자(115)에 결상시킨다. 그리고, 상기 제2 격자(115)에 결상된 이미지와 제2 격자(115)의 이미지를 제3 이미징렌즈(116)에 의해 영상감지소자(117)에 결상시켜 모아레 무늬를 얻게 된다.(Vol.37, Optical Engineering, 1005-1010, 1998) Another three-dimensional shape measuring device is a projection moiré measuring device using the first and second gratings 112 and 115, as shown in FIG. The projection moiré measuring apparatus images an image formed while the light irradiated from the light source 111 passes through the first lattice 112 and forms an image on the subject p by the first imaging lens 113 and the subject p. ) Is imaged on the second grating 115 by the second imaging lens 114. In addition, the image formed on the second grating 115 and the image of the second grating 115 are formed on the image sensing device 117 by the third imaging lens 116 to obtain a moire fringe. 37, Optical Engineering, 1005-1010, 1998)
상술한 투영식 모아레 측정장치에서는, 상기 제1 및 제2 격자(112)(115)의 상대적인 변위의 변화를 이용하여 모아레 무늬의 위상천이를 얻을 수 있다. 상기 그림자식 모아레 측정장치에서는 격자를 피검체(p)에 대해 전후방향으로 이동시켜 위상천이를 하는데 반해, 투영식 모아레 측정장치에서는 상기 제1 및 제2 격자(112)(115)를 구동수단(D)에 의해 상하 방향으로 수평 이동시키면서 위상천이된 모아레 무늬를 얻는다. 그리고, 여기서 얻은 위상천이된 신호를 공지의 해석방법을 통해 해석함으로써 피검체의 3차원 형상정보를 얻을 수 있다.In the above-described projection type moire measuring apparatus, the phase shift of the moire fringe can be obtained by using the change of the relative displacement of the first and second gratings 112 and 115. In the shadow moiré measuring device, the grating is moved forward and backward with respect to the subject p to perform phase shift. In the projection moiré measuring device, the first and second gratings 112 and 115 are driven. The moiré pattern which is phase-shifted is obtained by horizontally moving up and down by D). The three-dimensional shape information of the subject can be obtained by analyzing the phase shifted signal obtained here through a known analysis method.
종래의 또 다른 3차원 형상 측정장치는 구조화된 형태의 패턴을 피검체에 투영시켜 형상을 측정하는 구조화된 패턴 투영방식의 장치이다. 도 4를 참조하면, 광원(120)으로부터 조사된 광이 격자(121)를 통과하면서 형성된 이미지를 제1 이미징렌즈(122)에 의해 피검체(p)에 결상시키고, 상기 격자(121)가 투영된 피검체(p)의 이미지를 다시 제2 이미징렌즈(124)에 의해 영상감지소자(127)에 결상시킴으로써 격자가 투영된 피검체(p)의 영상을 얻는다. 여기서, 3차원 형상추출을 위해 격자패턴을 수평이동시킴으로써 변위된 투영격자 영상을 얻는다. (Vol.32, Optical Engineering, 610-615, 1997) Another conventional three-dimensional shape measuring apparatus is a structured pattern projection apparatus that measures a shape by projecting a structured pattern on a subject. Referring to FIG. 4, an image formed while light emitted from the light source 120 passes through the grating 121 is imaged on the subject p by the first imaging lens 122, and the grating 121 projects. The image of the inspected object p is again imaged on the image sensing device 127 by the second imaging lens 124 to obtain an image of the inspected object p on which the grating is projected. Here, the displaced projection grid image is obtained by horizontally moving the grid pattern for three-dimensional shape extraction. (Vol. 32, Optical Engineering, 610-615, 1997)
상기와 같이 도 2, 도 3 및 도 4에서 설명된 종래의 모아레 3차원 형상 측정장치는 하나 또는 두 개의 격자를 이동시켜 위상천이된 무늬를 얻거나 격자패턴의 이동을 통해 변위된 투영 격자 무늬를 얻게된다. 그런데, 이러한 장치들은 사용되는 2차원 영상감지소자의 픽셀 개수에 따라 측정가능한 물체의 크기와 측정 분해능이 제한된다. 이에, 측정가능한 물체의 크기와 길이의 제한으로 인해 측정 대상이 극히 제한적일 수밖에 없다. 또한, 측정 수행중에는 피검체가 정지 상태에 있어야 되는 제약이 따른다. 따라서, 움직이는 물체의 3차원 형상을 측정하는데는 부적합할 뿐만 아니라, 곡률이 있는 물체의 형상을 측정하는 것이 불가능한 구조이므로 그 적용 분야가 매우 한정적일 수밖에 없다.As described above, the conventional moiré three-dimensional shape measuring apparatus described with reference to FIGS. 2, 3, and 4 obtains a phase shifted pattern by moving one or two gratings, or a projection grid pattern displaced by moving the grid pattern. Get However, these devices are limited in size and measurement resolution of the measurable object according to the number of pixels of the two-dimensional image sensing device used. As a result, the measurement object may be extremely limited due to the limitation of the size and length of the measurable object. In addition, during the measurement, there is a restriction that the subject must be in the stopped state. Therefore, it is not only suitable for measuring the three-dimensional shape of the moving object, but also because it is impossible to measure the shape of the object with curvature, its application field is very limited.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공간적 분해능을 높이면서 피검체의 크기에 제약을 받지 않을 뿐만 아니라 이동중인 물체의 형상을 측정할 수 있는 스캔식 위상천이 3차원 형상 측정장치 및 측정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and is a scan phase shift three-dimensional shape measuring apparatus capable of measuring the shape of a moving object as well as being limited by the size of the subject while increasing spatial resolution; The purpose is to provide a measurement method.
또한, 본 발명은 격자를 이동시키지 않고 위상천이된 모아레 무늬나 변위된 투영 격자패턴을 스캔을 통해 측정할 수 있는 장치 및 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus and a method for measuring a phase shifted moiré pattern or a displaced projection grid pattern by scanning without moving the grating.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캔식 위상천이 3차원 형상 측정 장치는, 위상천이된 모아레 간섭 무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 장치에 있어서, 광원; 피검체에 대해 소정 각도로 기울어지게 배치되고, 상기 광원에서 조사된 광이 통과되는 격자; 광이 격자를 통과하여 피검체에 형성된 이미지와 격자의 이미지가 합성되어 형성된 간섭무늬를 측정하는 영상감지소자;를 포함하고, 상기 피검체를 3차원 형상측정 장치에 대해 이동시키거나 3차원 형상측정 장치 전체를 피검체에 대해 이동시켜 스캐닝함으로써 위상천이된 모아레 간섭 무늬를 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a scanning phase shift three-dimensional shape measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, the apparatus for measuring the three-dimensional shape of the subject using a phase-shifted moire interference fringe, a light source; A grating disposed to be inclined at a predetermined angle with respect to the subject and passing light emitted from the light source; And an image sensing device for measuring an interference fringe formed by combining light formed through the grating and the image of the grating, and moving the object with respect to the 3D shape measuring device or measuring the 3D shape. It is characterized in that the phase shifted moire interference fringes can be obtained by moving the entire apparatus with respect to the subject.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캔식 위상천이 3차원 형상 측정 장치는, 위상천이된 모아레 간섭 무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 장치에 있어서, 광원; 상기 광원으로 조사된 광이 통과되어 피검체에 이미지를 투영하도록 된 제1 격자; 상기 제1격자의 패턴과 서로 어긋나게 패턴이 배열된 제2 격자; 상기 제1격자와 제2격자를 통과하여 투영된 이미지가 합성되어 형성된 간섭무늬를 측정하는 영상감지소자;를 포함하고, 상기 피검체를 3차원 형상측정 장치에 대해 이동시키거나 3차원 형상측정 장치 전체를 피검체에 대해 이동시켜 스캐닝함으로써 위상천이된 모아레 간섭 무늬를 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a scanning phase shift three-dimensional shape measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, the apparatus for measuring the three-dimensional shape of the subject using a phase-shifted moire interference fringe, a light source; A first grating configured to pass the light irradiated by the light source to project an image onto the subject; A second grating in which a pattern is arranged to be offset from the pattern of the first lattice; And an image sensing device configured to measure an interference fringe formed by synthesizing the projected image passing through the first grid and the second grid, and moving the inspected object with respect to a 3D shape measuring device or a 3D shape measuring device. It is characterized in that it is possible to obtain a phase shifted moiré interference fringe by scanning the entire object relative to the subject.
상기 영상감지소자는 다수개의 단위 영상감지소자의 어레이 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.The image sensing device is configured as an array structure of a plurality of unit image sensing devices.
상기 이미징렌즈가 상기 단위 영상감지소자에 대응되는 개수로 구비되어 각각의 대응되는 영상감지소자에 대향되도록 배치된 것을 특징으로 한다.The imaging lens may be provided in a number corresponding to the unit image sensing device and disposed to face each corresponding image sensing device.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캔식 위상천이 3차원 형상 측정 장치는, 위상천이된 투영 격자패턴 무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 장치에 있어서, 광원; 상기 광원으로 조사된 광이 통과되어 피검체에 이미지를 투영하도록 된 격자; 상기 격자와 피검체 사이에 배치된 제1이미징렌즈; 상기 격자에 의해 투영된 격자패턴 무늬를 측정하는 영상감지소자; 상기 피검체와 상기 영상감지소자 사이에 배치된 제2이미징렌즈;를 포함하고, 상기 피검체를 3차원 형상측정 장치에 대해 이동시키거나 3차원 형상측정 장치 전체를 피검체에 대해 이동시켜 스캐닝함으로써 위상천이된 투영 격자패턴 무늬를 얻을 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a scanning phase shift three-dimensional shape measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention is a device for measuring a three-dimensional shape of a subject using a phase shifted projection grid pattern pattern, ; A grating configured to pass light irradiated by the light source to project an image on a subject; A first imaging lens disposed between the grating and the subject; An image sensing element measuring a grid pattern pattern projected by the grid; And a second imaging lens disposed between the subject and the image sensing device, and moving the subject with respect to the 3D shape measuring apparatus or by moving the whole 3D shape measuring apparatus with respect to the subject. It is characterized in that the phase shifted projection grid pattern pattern can be obtained.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3차원 형상 측정 방법은, 위상천이된 간섭 무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 방법에 있어서, 광원과, 피검체에 이미지를 형성하는 적어도 하나 이상의 격자 및 상기 적어도 하나 이상의 격자를 경유하여 형성된 간섭 무늬를 측정하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 적어도 하나 이상의 영상감지소자를 포함한 3차원 형상측정 장치 전체를 이동시키거나, 상기 피검체를 이동시켜 스캐닝하는 단계; 상기 3차원 형상측정 장치를 이동시키거나 피검체를 이동시킴으로써 위상천이된 간섭 무늬를 상기 영상감지소자에 의해 측정하는 단계; 상기 영상감지소자에 의해 측정된 간섭무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상에 대한 정보를 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a three-dimensional shape measuring method according to the present invention is a method for measuring a three-dimensional shape of a subject using a phase shifted interference fringe, at least one of forming an image on the light source and the subject The whole three-dimensional shape measuring apparatus including at least one image sensing element for measuring the three-dimensional shape of the subject by measuring the interference fringe formed through the at least one grating and the at least one grating, or move the subject Scanning; Measuring, by the image sensing element, a phase shifted interference fringe by moving the three-dimensional shape measuring device or by moving a subject; And calculating information on the three-dimensional shape of the subject by using the interference fringe measured by the image sensing device.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캔식 위상천이 3차원 형상 측정장치 및 측정 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a scanning phase shift 3D shape measuring apparatus and a measuring method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 형상 측정장치(7)는, 도 5를 참조하면 광원(1)과, 상기 광원(1)으로부터 조사된 광이 통과하면서 피검체(p)에 그림자 무늬가 형성되도록 하는 격자(3)와, 격자 무늬가 조사된 피검체(p)의 이미지와 격자 자체의 이미지가 중첩되어 형성된 그림자식 모아레 무늬를 수광하여 간섭무늬 영상을 측정하는 영상감지소자(6)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 격자(3)와 영상감지소자(6) 사이에는 그림자식 모아레 무늬를 상기 영상감지소자(6)에 결상하기 위한 이미징렌즈(5)가 구비된다. In the three-dimensional shape measuring apparatus 7 according to the first embodiment of the present invention, referring to FIG. 5, the light source 1 and the light irradiated from the light source 1 pass through a shadow pattern on the subject p. Image sensing element 6 for receiving an image of the grid pattern irradiated with a lattice pattern and a shadow moiré pattern formed by overlapping the image of the object to which the lattice pattern is irradiated with the grid pattern; It is configured to include. In addition, an imaging lens 5 is provided between the grating 3 and the image sensing element 6 to form a shadow moiré pattern on the image sensing element 6.
본 발명에서는 상기 격자(3)가 피검체(p)에 대해 소정각도(θ)로 기울어져 마주보게 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 소정각도(θ)는 조명의 위치와 영상감지소자들 사이의 간격과 개수 및 위상천이 간격 등에 따라 적절하게 결정된다. 여기서 사용되는 격자는 투과형 격자로서 투과하는 광의 세기를 변화시키는 역할을 한다. 격자를 투과한 광에 의해 피검체 표면에 격자형태의 그림자가 생기거나 탈보(talbot)효과에 의해 격자형태의 이미지가 생기게 된다. In the present invention, the grating 3 is inclined at a predetermined angle θ with respect to the subject p to be disposed to face each other. The predetermined angle θ is appropriately determined according to the distance between the position of the illumination and the image sensing elements, the number of phase shift intervals, and the like. The grating used here serves as a transmission type grating to change the intensity of transmitted light. The light transmitted through the grating causes the shadow of the grating shape on the surface of the subject, or the grating image is generated by the talbot effect.
상기와 같이 구성된 3차원 형상 측정장치에서 위상천이된 모아레 무늬를 얻기 위해 상기 3차원 형상 측정 장치(7)를 전체적으로 상기 피검체(p)의 수평방향으로 이동시킴으로써 상기 피검체(p)를 스캐닝한다. 또는, 상기 피검체(p)를 상기 3차원 형상 측정 장치(7)에 대해 수평 방향으로 이동시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 피검체(p)가 장착된 베이스(8)는 상기 피검체(p)를 이동시킬 수 있는 수송부의 기능도 함께 수행할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이 상기 3차원 형상 측정장치(7) 또는 상기 피검체(p)에 이동에 따라 위상천이된 모아레 무늬를 얻을 수 있는 원리가 도 6a에 도시되어 있다. The object p is scanned by moving the three-dimensional shape measuring device 7 in the horizontal direction of the object p as a whole in order to obtain a phase shifted moire pattern in the three-dimensional shape measuring device configured as described above. . Alternatively, the same effect can be obtained by moving the subject p in the horizontal direction with respect to the three-dimensional shape measuring apparatus 7. Accordingly, the base 8 on which the test subject p is mounted can also perform a function of a transport unit capable of moving the test subject p. As described above, a principle of obtaining a moiré pattern phase shifted as the three-dimensional shape measuring device 7 or the subject p moves is illustrated in FIG. 6A.
상기 격자(3)가 피검체(p)에 대해 소정각도(θ)로 기울어져 있기 때문에 상기 3차원 측정장치(7) 또는 피검체(p)의 이동에 따라 상기 격자(3)의 피검체(p)에 대한 상대적인 위치가 변하게 된다. 예를 들어, 피검체(p)를 a1,a2,a3,a4,a5 등의 몇 개의 지점으로 나누고 그 중의 한 지점 a3를 고려할 때, t=t1, t=t2, t=t3에서 각각 a3 지점에 대한 격자(3)의 상대적인 위치가 변함을 알 수 있다. 이것은 t=t1, t=t2, t=t3 일 때 각각의 격자의 위상이 변함을 의미하며, 본 발명에서는 이와 같이 스캔 방식으로 위상천이된 모아레 무늬를 얻는데 특징이 있다. 상기 피검체(p)를 스캐닝하면서 연속적으로 3차원 형상을 측정할 수 있으므로 피검체(p)의 길이에 제한을 받지 않는 이점이 있다.Since the grating 3 is inclined at a predetermined angle θ with respect to the subject p, the subject of the grating 3 according to the movement of the three-dimensional measuring apparatus 7 or the subject p ( The position relative to p) changes. For example, when dividing the subject p into several points, such as a 1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , and considering one point a 3 , t = t 1 , t = t 2 It can be seen that the relative position of the grating 3 with respect to the point a 3 changes at t = t 3 , respectively. This means that the phase of each grating is changed when t = t 1 , t = t 2 , and t = t 3 , and the present invention is characterized in obtaining a moiré pattern that has been phase shifted in a scanning manner as described above. Since the three-dimensional shape can be continuously measured while scanning the object p, there is an advantage that the length of the object p is not limited.
상술한 바와 같이 스캔 방식을 채용하여 얻은 위상천이된 모아레 무늬를 도 6b에 도시하였다. 이들 위상천이된 모아레 무늬를 해석하여 3차원 형상에 대한 정보를 얻을 수 있다. As described above, the phase shifted moire fringe obtained by employing the scanning method is illustrated in FIG. 6B. These phase shifted moire fringes can be analyzed to obtain information about the three-dimensional shape.
한편, 상기 영상감지소자(6)를 이용하여 위상천이된 모아레 이미지를 측정하는데, 상기 영상감지소자(6)는 위상천이된 이미지를 각각 측정할 수 있도록 어레이 구조로 형성될 수 있다. 즉, 다수개의 단위 영상감지소자가 상기 격자(3)에 대응되게 배열되어 각각의 마주보는 영역에 대해 위상천이된 이미지를 측정하도록 되어 있다. 여기서는, 제1, 제2 및 제3의 세개의 단위 영상감지소자(6a)(6b)(6c)가 어레이 구조로 배열된 예를 도시하였다. Meanwhile, the phase shifted moiré image is measured using the image sensing device 6, and the image sensing device 6 may be formed in an array structure so as to measure the phase shifted image. That is, a plurality of unit image sensing elements are arranged to correspond to the grating 3 so as to measure a phase shifted image for each opposing area. Here, an example in which the first, second and third unit image sensing elements 6a, 6b and 6c are arranged in an array structure is shown.
이밖에, 도 7a에 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 단위 영상감지소자(6a)(6b)(6c)(6d)가 어레이 구조로 배열될 수도 있다. 여기서, 도 5에 도시된 참조번호와 동일한 번호를 사용하는 부재는 그 구성 및 기능이 동일한 것으로 상세한 설명은 생략한다. 상기 광원(1)으로부터 조사된 광이 소정각도로 기울어진 격자(3)를 통과하여 피검체(p)에 격자 그림자를 형성하고, 이 그림자 이미지와 상기 격자(3) 자체의 이미지가 합성되어 상기 영상감지소자(6)에 맺힌다. 그리고, 상기 격자(3)와 영상감지소자(6) 사이에는 모아레이미지를 상기 영상감지소자(6)에 결상시키기 위한 이미징렌즈군(4)이 배치될 수 있다. 이 이미징렌즈군(4)은 상기 영상감지소자(6)의 어레이 구조에 대응되게 제1 내지 제4 이미징렌즈(4a)(4b)(4c)(4d)로 구성되어 배열될 수 있다. 이와 같이 소형의 이미징렌즈를 다수개 구비함으로써, 이미징렌즈의 제작을 용이하게 할 수 있고 렌즈 성능을 보다 우수하게 제작할 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 7A, the first to fourth unit image sensing devices 6a, 6b, 6c, and 6d may be arranged in an array structure. Here, the members using the same reference numerals as those shown in FIG. 5 have the same configuration and function, and detailed description thereof will be omitted. The light irradiated from the light source 1 passes through the grating 3 inclined at a predetermined angle to form a grating shadow on the subject p, and the shadow image and the image of the grating 3 itself are synthesized to It is made to the image sensing element 6. An imaging lens group 4 may be disposed between the grating 3 and the image sensing device 6 to form a moiré image on the image sensing device 6. The imaging lens group 4 may be configured by the first to fourth imaging lenses 4a, 4b, 4c, and 4d to correspond to the array structure of the image sensing element 6. By providing a plurality of small imaging lenses in this way, the manufacturing of the imaging lens can be facilitated and the lens performance can be more excellently manufactured.
한편, 상기 격자(3)를 도 5에 도시된 바와 같이 소정각도(θ)로 기울어지게 배치하는 대신, 도 7b에 도시된 바와 같이 제1, 제2 및 제3 단위격자(3a)(3b)(3c)를 피검체(p)에 대해 계단형으로 배치할 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 단위격자(3a)(3b)(3c)를 소정 간격(d)씩 격차를 두어 계단형으로 배치하고, 3차원 형상 측정장치(7) 전체를 이동시키거나 상기 피검체(p)를 이동시키면 상기 제1 내지 제3 단위격자(3a)(3b)(3c)의 상대적인 변위에 따라 위상천이가 이루어진다. 이로써, 격자를 소정각도(θ)로 기울어지게 배치하여 이동시키는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. Meanwhile, instead of arranging the grating 3 inclined at a predetermined angle θ as shown in FIG. 5, the first, second and third unit grids 3a and 3b as shown in FIG. 7B. (3c) can be arrange | positioned with respect to the to-be-tested object p. The first, second and third unit grids (3a) (3b) (3c) are arranged in a stepped form at intervals of a predetermined interval (d), and the entire three-dimensional shape measuring apparatus 7 is moved or the When the object p is moved, phase shift is performed according to the relative displacement of the first to third unit grids 3a, 3b, and 3c. Thereby, the same effect as moving the grating by arranging it at a predetermined angle θ can be obtained.
더 나아가, 상기 계단형으로 배치된 격자(3)에 대해 도 7a에 도시된 다수개의 단위 이미징렌즈로 구성된 이미징렌즈군(4)을 대응시켜 배열하는 것이 가능하다. Furthermore, it is possible to arrange the imaging lens group 4 composed of a plurality of unit imaging lenses shown in FIG. 7A with respect to the lattice 3 arranged in a step shape.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 위상천이된 모아레 무늬를 얻기 위해 격자를 구동시키지 않고 스캔 방식을 이용하므로 피검체(p)의 길이에 대한 제약이 없고, 공간적인 분해능도 스캔 분해능에 의해 조절 가능하므로 높은 공간적 분해능을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 기존의 이미지 스캐너의 제한적인 기능을 향상시킨 3차원 형상 스캐너의 구현 방법에 관한 기술을 제공한다.As described above, in the present invention, since the scanning method is used without driving the grating to obtain the phase shifted moire fringe, there is no restriction on the length of the subject p, and the spatial resolution is also adjustable by the scan resolution. Spatial resolution can be obtained. In addition, the present invention provides a technique for implementing a three-dimensional shape scanner that improves the limited function of the conventional image scanner.
다음, 본 발명의 제 2실시예에 따른 3차원 형상 측정장치에 대해 도 8a를 참조하여 설명한다.Next, a three-dimensional shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8A.
제 2실시예에 따른 3차원 형상 측정장치는 투영식 모아레 측정장치에 응용된 것으로, 광원(11)과, 제1 및 제2 격자(12)(16)와, 상기 제1 및 제2 격자(12)(16)를 통해 형성된 모아레 이미지를 측정하는 영상감지소자(18)를 구비한다. The three-dimensional shape measuring device according to the second embodiment is applied to a projection moiré measuring device, and includes a light source 11, first and second gratings 12 and 16, and first and second gratings ( 12) and an image sensing device 18 for measuring the moiré image formed through (16).
상기 광원(11)에서 조사된 광이 상기 제1격자(12)를 통과해 제1 이미징렌즈(14)에 의해 피검체(p)에 투영된다. 상기 피검체(p)에 투영된 제1격자패턴이 제2 이미징렌즈(15)에 의해 제2격자(16)에 투영되며, 이 이미지는 제3 이미징렌즈(17)에 의해 상기 영상감지소자(18)에 결상된다.Light irradiated from the light source 11 passes through the first grid 12 and is projected onto the object p by the first imaging lens 14. The first grid pattern projected on the object p is projected onto the second grid 16 by the second imaging lens 15, and the image is transferred by the third imaging lens 17 to the image sensing device ( It is formed in 18).
상기와 같이 구성된 측정장치(19)는 상기 피검체(p)에 대해 수평방향으로 이동가능하게 설치된다. 이 측정장치(19)가 상기 피검체(p)의 상부쪽에서 스캐닝하면서 이동될 때, 상기 제1 및 제2 격자(12)(16)가 피검체(p)에 대해 상대적인 변위를 일으키므로 위상천이가 이루어진다. The measuring device 19 configured as described above is installed to be movable in the horizontal direction with respect to the subject p. When the measuring device 19 is moved while scanning on the upper side of the subject p, the first and second gratings 12 and 16 cause a relative displacement with respect to the subject p, so that the phase shift is performed. Is done.
한편, 상기 측정장치(19) 전체를 이동시키는 대신 상기 피검체(p)를 이동시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 피검체(p)를 올려놓는 베이스(13)가 준비되고, 이 베이스(13)가 상기 측정장치(19)를 이동시키는 방향과 반대방향으로 이동됨으로써 모아레 간섭 무늬의 위상천이를 구현할 수 있다. On the other hand, instead of moving the whole measuring device 19, the same effect can be obtained by moving the subject p. Here, the base 13 on which the subject p is placed is prepared, and the base 13 is moved in a direction opposite to the direction in which the measuring device 19 is moved, thereby realizing a phase shift of the moire interference fringe. have.
여기서, 위상천이된 모아레 무늬를 얻을 수 있는 원리를 살펴보면 도 8b에 도시된 바와 같이 광이 제1격자(12)를 통과한 후 상기 제1이미징렌즈(14)에 의해 피검체(p)에 투영되면서 형성된 이미지와 상기 제2격자(16)의 이미지가 간섭을 일으켜 모아레 무늬를 형성한다. 여기서, 상기 제1격자(12)와 제2격자(16)의 격자 패턴을 광축을 기준으로 서로 어긋나게 배치하여 간섭무늬를 얻는다. 이때, 상기 측정장치(19)를 이동시키거나 상기 피검체(p)를 이동시키면서 스캐닝함으로써 상기 피검체(p)의 일부영역을 기준으로 볼 때 t1,t2,t3 시점마다 각각 다른 위상으로 천이된 간섭무늬가 형성된다.Here, the principle of obtaining a phase shifted moiré pattern is shown in FIG. 8B, and after the light passes through the first lattice 12, the light is projected onto the object p by the first imaging lens 14. The formed image and the image of the second lattice 16 interfere with each other to form a moire fringe. Here, the interference pattern is obtained by disposing the lattice patterns of the first lattice 12 and the second lattice 16 with respect to the optical axis. In this case, by moving the measuring device 19 or scanning while moving the subject p, the phases are different for each time point t 1 , t 2 , and t 3 based on a partial region of the subject p. The interfering interference fringe is formed.
상기 측정장치(19)의 이동 또는 피검체(p)의 이동에 따라 위상천이된 모아레 무늬가 상기 제3 이미징렌즈(17)에 의해 상기 영상감지소자(18)에 결상되어 3차원 형상에 대한 정보를 얻을 수 있다. 상기 영상감지소자(18)는 복수개의 단위 영상감지소자들이 어레이 구조로 배열되어 구성될 수 있다. 여기서는, 상기 영상감지소자(18)가 제1, 제2 및 제3 단위 영상감지소자(18a)(18b)(18c)의 어레이로 이루어진 경우를 예시하였지만, 이밖에도 더 많은 단위 영상감지소자들의 어레이로 구성될 수도 있다.The moiré pattern phase shifted according to the movement of the measuring device 19 or the subject p is imaged on the image sensing device 18 by the third imaging lens 17 to provide information on a three-dimensional shape. Can be obtained. The image sensing element 18 may be configured by arranging a plurality of unit image sensing elements in an array structure. Here, the case where the image sensing element 18 is made up of an array of first, second and third unit image sensing elements 18a, 18b and 18c is illustrated. It may be configured.
도 9는 도 8a와 비교하여 동일한 구성요소로 이루어져 있고, 다만 제2격자(16')가 제1, 제2 및 제3 단위격자(16'a)(16'b)(16'c)로 분리되어 배열된 구조로 된 점에서 구별된다. 상기 제1, 제2 및 제3 단위격자(16'a)(16'b)(16'c)마다 스캐닝을 통해 각각의 대응되는 영역에 대해 위상천이된 영상이 측정된다. 상기 제2격자(16')를 복수개의 단위격자들로 구성하는 대신, 상기 제1격자(12)를 복수개의 단위격자들로 구성할 수도 있다. 이와 같이 격자가 다수개의 단위격자로 분리되어 배열되는 경우에는 부피가 큰 피검체의 형상을 측정할 때 하나의 격자를 사용하면 실제 사용되는 면적에 비해 격자의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 부피가 큰 피검체에 대응되는 크기를 갖는 격자를 제작하는 것이 어려우므로 보다 경제적으로 격자를 제작할 수 있는 이점이 있다. FIG. 9 is composed of the same components as in FIG. 8A, except that the second grid 16 'is divided into first, second and third unit grids 16'a, 16'b and 16'c. Distinguish in that they are arranged separately. For each of the first, second and third unit grids 16'a, 16'b and 16'c, a phase shifted image is measured for each corresponding region through scanning. Instead of configuring the second grid 16 'as a plurality of unit grids, the first grid 12 may be configured as a plurality of unit grids. As described above, when the gratings are arranged separately from a plurality of unit grids, when one grating is used to measure the shape of a bulky subject, the grating size may be prevented from becoming too large compared to the area actually used. In addition, since it is difficult to manufacture a grating having a size corresponding to a bulky subject, there is an advantage that can be manufactured more economically.
다음, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스캔식 위상천이 3차원 형상 측정장치는 도 10a에 도시된 바와 같이, 광원(21)과, 이 광원(21)에서 조사된 광이 통과되어 이미지가 형성되는 구조화된 패턴의 격자(22)와, 상기 구조화된 패턴의 격자(22)에 의해 형성된 이미지를 피검체(p)에 투영시키는 제1 이미징렌즈(23)와, 위상천이된 모아레 간섭 무늬를 측정하기 위한 영상감지소자(26)와, 상기 피검체(p)에 투영된 이미지를 상기 영상감지소자(26)에 결상시키기 위한 제2이미징렌즈(25)를 포함한다.Next, in the scanning phase shift three-dimensional shape measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10A, the light source 21 and the light irradiated from the light source 21 pass through to form an image. The structured patterned grating 22, the first imaging lens 23 for projecting the image formed by the structured patterned grating 22 onto the subject p, and the phase shifted moire interference fringe are measured And an image sensing element 26 for forming an image projected on the object p and a second imaging lens 25 for forming an image on the image sensing element 26.
상기 구조화된 패턴의 격자(22)에 의해 형성된 이미지가 상기 피검체(p)에 투영되면서 물체의 3차원 형태에 의해 격자의 변형이 발생한다. 상기 구조화된 패턴의 격자(22)는 격자 자체에 피검체 형태에 의한 변형이 발생하도록 패턴이 형성되어 있으며, 이 구조화된 격자(22)는 그 패턴이 광축을 기준으로 소정각도 회전되어 설치된다. As the image formed by the grating 22 of the structured pattern is projected onto the subject p, deformation of the grating occurs by the three-dimensional shape of the object. The grating 22 of the structured pattern is formed with a pattern such that deformation due to the shape of a subject occurs in the grating itself, and the structured grating 22 is installed with the pattern rotated by a predetermined angle with respect to the optical axis.
상기와 같이 구성된 3차원 형상 측정장치(28)는 상기 피검체(p)에 대향되어 이동가능하게 되어 있다. 상기 3차원 형상 측정장치(28)가 이동됨에 따라 상기 피검체(p)에 대해 스캐닝이 이루어지고, 상기 구조화된 격자(22)의 피검체(p)에 대한 상대적인 변위로 인해 위상천이가 일어난다. 이와 같이 위상천이된 이미지는 상기 영상감지소자(26)에 결상되어 피검체(p)의 3차원 형상이 측정된다. 상기 영상감지소자(26)는 복수개의 단위 영상감지소자(26)들이 어레이 구조로 배열되어 구성될 수 있다. 여기서는, 제1, 제2 및 제3 단위 영상감지소자(26)들이 어레이 구조로 배열된 경우를 예시하였지만, 필요에 따라 더 많은 개수의 단위 영상감지소자로 구성할 수도 있음은 물론이다. The three-dimensional shape measuring device 28 configured as described above is movable to face the object p. As the three-dimensional shape measuring device 28 is moved, scanning is performed on the subject p, and a phase shift occurs due to the relative displacement of the structured grating 22 with respect to the subject p. The phase shifted image is imaged on the image sensing device 26 and the three-dimensional shape of the object p is measured. The image sensing element 26 may be configured by arranging a plurality of unit image sensing elements 26 in an array structure. Here, although the case where the first, second and third unit image sensing elements 26 are arranged in an array structure is illustrated, a larger number of unit image sensing elements may be configured as necessary.
또한, 제1실시예에서 설명한 바와 같이 상기 제2이미징렌즈(25)를 일체형으로 형성하는 대신, 상기 제1 내지 제3 단위 영상감지소자(26a)(26b)(26c)에 대응되는 개수의 단위 렌즈로 구성하여 배열할 수도 있다. In addition, instead of forming the second imaging lens 25 integrally as described in the first exemplary embodiment, the number of units corresponding to the first to third unit image sensing elements 26a, 26b, and 26c. It can also be arranged as a lens.
한편, 상기 구조화된 패턴의 격자(22)에 의한 이미지를 위상천이시키기 위해 상기 3차원 형상 측정장치(28) 전체를 이동시키는 대신, 상기 피검체(p)를 반대 방향으로 이동시킴으로써 동일한 위상천이 효과를 얻을 수 있음은 전술한 바와 같다. 여기서, 미설명 부호 24는 상기 피검체(p)가 올려지는 베이스로서, 이 베이스(24)가 이동가능하게 구성될 수 있다.On the other hand, instead of moving the entirety of the three-dimensional shape measuring apparatus 28 to phase shift the image by the grating 22 of the structured pattern, the same phase shift effect by moving the subject p in the opposite direction. It can be obtained as described above. Here, reference numeral 24 denotes a base on which the subject p is placed, and the base 24 may be configured to be movable.
이밖에, 상기 구조화된 패턴의 격자(22)를 일체형으로 형성하지 않고, 도 10b에 도시된 바와 같이 복수개의 단위 격자로 형성하여 적절하게 배열하는 것이 가능하다. 여기서, 구조화된 패턴의 격자(22')는 제1 내지 제3 단위 격자(22'a)(22'b)(22'c)를 포함하여 구성된 경우를 예시하였다. 상기 제1 내지 제3 단위 격자(22'a)(22'b)(22'c)에 의해 상기 피검체(p)에 투영된 이미지는 각각 상기 제1 내지 제3 단위 영상감지소자(26a)(26b)(26c)별로 측정된다. 상기 영상감지소자(26)에 의해 측정된 스캔 영상들은 공지의 해석방법을 통해 해석되어 3차원 형상 정보를 얻을 수 있다. In addition, without forming the grating 22 of the structured pattern integrally, it is possible to form a plurality of unit gratings as shown in FIG. Here, the grating 22 'of the structured pattern is illustrated to include the first to third unit gratings 22'a, 22'b, and 22'c. The images projected onto the subject p by the first to third unit gratings 22'a, 22'b, and 22'c are respectively the first to third unit image sensing elements 26a. It is measured by (26b) (26c). Scanned images measured by the image sensing device 26 may be interpreted through a known analysis method to obtain three-dimensional shape information.
이상 설명한 제1 내지 제3 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치는 스캐닝 방식에 의해 위상천이된 간섭무늬 또는 변형된 격자무늬를 형성하므로 피검체의 길이에 관계없이 3차원 형상을 얻을 수 있으며, 높은 공간적 분해능을 가질 수 있고, 이동중인 물체의 형상을 측정할 수 있으므로 특히, 생산공정에서 유용하게 적용할 수 있다. Since the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first to third embodiments described above forms an interference fringe or a deformed lattice pattern that is phase shifted by a scanning method, a three-dimensional shape can be obtained regardless of the length of the subject. It can have a spatial resolution and can measure the shape of a moving object, so it can be particularly useful in the production process.
뿐만 아니라, 곡률이 있는 피검체의 3차원 형상을 측정하는 데에도 유용하게 적용할 수 있다. 도 11을 참조하면, 예를 들어 원통형 피검체(p)의 3차원 형상을 측정하고자 할 때, 본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치를 상기 피검체(p) 주변으로 이동시켜 스캐닝함으로써 쉽게 곡률있는 피검체의 3차원 형상을 측정할 수 있다. 도 11에서는 상기 제1 실시예에 따른 그림자식 모아레 형상 측정장치(7)를 곡률있는 피검체(p) 주변을 따라 이동시키면서 스캐닝하는 것을 보여주고 있다. 또는, 상기 측정장치(7)를 이동시키는 대신, 상기 피검체(p) 자체를 회전시킴으로써 용이하게 위상천이된 모아레 간섭무늬의 측정을 할 수 있다. 도면부호 8'는 상기 피검체(p)를 회전시킬 수 있는 베이스를 나타낸다. In addition, it can be usefully applied to measuring the three-dimensional shape of the subject with curvature. Referring to FIG. 11, for example, when a three-dimensional shape of a cylindrical object p is to be measured, the three-dimensional shape measuring device according to the present invention is easily curved by scanning by moving around the object p. The three-dimensional shape of the subject can be measured. FIG. 11 shows scanning the shadow moiré shape measuring device 7 according to the first embodiment while moving along the periphery of the curvature to be examined p. Alternatively, the moiré interference fringe which is phase shifted can be easily measured by rotating the subject p itself instead of moving the measuring device 7. Reference numeral 8 'denotes a base on which the subject p can be rotated.
한편, 상기 제1 실시예에 따른 그림자식 3차원 형상 측정장치 외에 제2실시예에 따른 투영식 3차원 형상 측정장치(19) 또는 제3실시예에 따른 구조화된 패턴의 격자 투영식 3차원 형상 측정장치(28)를 상기 곡률있는 피검체(p) 주변을 따라 이동시키면서 스캐닝함으로써 3차원 형상을 측정할 수 있음은 물론이다. 이와 같이 하여 3차원 형상을 측정할 수 있는 피검체의 범위를 한 층 더 넓힐 수 있으며, 이에 따라 그 응용범위가 매우 다양화될 수 있다.Meanwhile, in addition to the shadow type three-dimensional shape measuring device according to the first embodiment, the projection type three-dimensional shape measuring device 19 according to the second embodiment or the lattice projection type three-dimensional shape of the structured pattern according to the third embodiment Of course, the three-dimensional shape can be measured by scanning the measuring device 28 while moving along the periphery of the curved object p. In this way, the range of the subject under which the three-dimensional shape can be measured can be further expanded, and the application range thereof can be greatly diversified.
더욱이, 도 12와 같이 상술한 제1 내지 제3 실시예에 따른 3차원 형상 측정장치를 구성하는 세트를 여러 세트로 배열하여 좀더 빠른 속도로 피검체의 3차원 형상을 측정하는 것이 가능하다. 제1, 제2 및 제3 광원(31)(31')(31")과, 제1, 제2, 제3 이미징렌즈(33)(33')(33")와, 제1, 제2 및 제3 영상감지소자(34)(34')(34")를 각각 구비하고, 각각에 대응되는 제1, 제2 및 제3 격자(32)(32')(32")를 소정 간격(d)으로 분리하여 계단형으로 배치한다. 이는 제1실시예에 따른 그림자식 모아레 형상측정 장치를 응용한 예를 도시한 것으로, 이밖에 제2 및 제3 실시예에 따른 형상측정 장치에 대해서도 이와 같이 구성할 수 있다. 상기와 같이 구성된 형상측정 장치(35) 전체를 피검체(p)에 대해 이동시키거나, 피검체(p)가 올려져 있는 베이스(36)를 이동시켜 스캐닝함으로써 피검체의 3차원 형상을 측정을 수행한다. Further, as shown in FIG. 12, it is possible to arrange the sets constituting the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first to third embodiments described above in several sets to measure the three-dimensional shape of the subject at a higher speed. First, second and third light sources 31, 31 'and 31 ", first, second and third imaging lenses 33, 33' and 33", and first and second And third image sensing elements 34, 34 ', 34 ", respectively, and corresponding first, second, and third gratings 32, 32', 32 " d) and arrange in stairway. This shows an example in which the shadow moiré shape measuring apparatus according to the first embodiment is applied. In addition, the shape measuring apparatus according to the second and third embodiments can be configured in this way. The entire shape measuring device 35 configured as described above is moved relative to the subject p, or the base 36 on which the subject p is placed is moved and scanned to measure the three-dimensional shape of the subject. Perform.
본 발명은 상술한 여러 가지 실시예를 이용한 스캔방식으로 위상천이된 2장 이상의 모아레 무늬나 2장 이상의 변위된 투영격자 패턴의 이미지로부터 이미지 처리 과정과 연산 처리 과정을 통하여 피검체에 대한 형상정보를 수치적으로 얻을 수 있다.According to the present invention, shape information of a subject is processed through image processing and arithmetic processing from images of two or more moiré patterns or two or more displaced projection grid patterns that are phase-shifted by a scanning method using various embodiments described above. Can be obtained numerically.
다음은 본 발명에 따른 위상천이된 간섭 무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 방법에 대해 설명한다.Next, a method of measuring a three-dimensional shape of a subject using a phase shifted interference fringe according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 3차원 형상 측정 방법은 형상 측정장치를 피검체에 대해 이동시키거나 피검체를 형상 측정장치에 대해 이동시켜 스캐닝함으로써 위상천이된 간섭무늬를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다. The three-dimensional shape measuring method according to the present invention is characterized in that the phase shifted interference fringe can be measured by moving the shape measuring device with respect to the subject or by scanning the object with respect to the shape measuring apparatus.
상술한 제1 내지 제3 실시예에 따른 3차원 형상측정 장치를 이용하여 측정장치 전체를 피검체에 대해 이동시키면서 위상천이된 간섭 무늬를 상기 영상감지소자(6)(18)(26)에 의해 측정한다. 이와 같이 하여 측정된 간섭무늬를 이용하여 공지의 해석방법을 통해 피검체의 3차원 형상에 대한 정보를 얻는다. By using the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first to third embodiments described above, the image shifting elements 6, 18, and 26 transmit a phase shifted interference fringe while moving the whole measuring apparatus with respect to the subject. Measure The interference fringes thus measured are used to obtain information on the three-dimensional shape of the subject through a known analysis method.
본 발명의 3차원 형상 측정방법에 따르면, 스캔방식을 이용하여 위상천이된 간섭무늬를 얻게 되어 있으므로 피검체의 길이에 제약을 받지 않는 이점이 있다.According to the three-dimensional shape measuring method of the present invention, since the interference shifted phase shift is obtained by using the scanning method, there is an advantage that the length of the subject is not limited.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 스캔식 위상천이 모아레 3차원 형상 측정장치를 이용함으로써, 피검체의 3차원 형상을 정밀하게 측정할 수 있으며, 기존의 모아레 형상측정 방법과는 다르게 스캔 방식을 이용하므로 높은 공간적 분해능을 가질 수 있을 뿐만 아니라 피검체의 크기에 무관하게 측정할 수 있는 이점이 있다. 또한, 이동중인 물체를 측정할 수 있으므로 생산라인에서 효과적으로 적용이 가능하며, 곡률이 있는 피검체의 3차원 형상도 자유롭게 측정할 수 있으므로 의학분야 등 그 적용 분야를 매우 넓게 확대시킬 수 있다. As described above, by using the scanning phase shift moiré three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, it is possible to precisely measure the three-dimensional shape of the subject, and, unlike the conventional moiré shape measuring method, it uses a scanning method In addition to having a high spatial resolution, there is an advantage that can be measured regardless of the size of the subject. In addition, since the moving object can be measured, it can be effectively applied in a production line, and since the three-dimensional shape of an object with curvature can be measured freely, its application field such as medical field can be expanded very widely.
도 1은 모아레 무늬가 형성되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle that the moire fringe is formed.
도 2는 종래의 격자를 이용한 그림자식 위상천이 모아레 형상 측정 장치를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a shadow phase transition moiré shape measuring apparatus using a conventional grid.
도 3은 종래의 투영식 위상천이 모아레 형상측정 장치를 나타낸 것이다.3 shows a conventional projection phase shift moiré shape measuring apparatus.
도 4는 종래의 구조화된 패턴 투영식 형상측정 장치를 나타낸 것이다.4 shows a conventional structured pattern projection shape measurement apparatus.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치의 개략적인 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of a scanning phase shift shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치에서 위상천이가 일어나는 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 6A is a diagram for describing a process of generating a phase shift in a scan type phase shift shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 6b는 본 발명에 따라 4장의 위상천이된 모아레 간섭무늬를 나타낸 사진이다.6b is a photograph showing four phase shifted moire interference fringes according to the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치의 여러 가지 변형예를 도시한 것이다. 7A and 7B illustrate various modifications of the scan type phase shift shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 8a는 본 발명의 제2실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치의 개략적인 구성도이다.8A is a schematic configuration diagram of a scan type phase shift shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 8b는 본 발명의 제2실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치에서 위상천이가 일어나는 과정을 설명하기 위한 도면이다.8B is a diagram for describing a process of generating a phase shift in a scan type phase shift shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치의 다른 변형예를 나타낸 것이다.9 shows another modified example of the scan type phase shift shape measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제3실시예에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치의 개략적인 구성도이다.10A and 10B are schematic configuration diagrams of a scan type phase shift shape measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
도 11은 곡률이 있는 물체의 둘레 표면 형상을 측정하기 위해 본 발명에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치를 적용한 예를 보인 도면이다. FIG. 11 is a diagram illustrating an example in which a scan type phase shift shape measuring apparatus according to the present invention is applied to measure a circumferential surface shape of an object having curvature.
도 12는 본 발명에 따른 스캔식 위상천이 형상측정 장치의 응용예를 보인 도면이다.12 is a view showing an application example of the scanning phase shift shape measurement apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1,11,21...광원 3,12,16,16',22,22'...격자1,11,21 ... light source 3,12,16,16 ', 22,22' ... lattice
4,5,14,15,17,23,25...이미징렌즈 6,18,26...영상감지소자4,5,14,15,17,23,25 Imaging lens 6,18,26 Image sensing element
p...피검체 8,8',13,24,36...베이스p ... Subject 8,8 ', 13,24,36 ... Base
7,19,28...3차원 형상측정 장치7,19,28 ... Three-dimensional shape measuring device
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