KR100577954B1 - 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로써, 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 이용한 비접촉 치수 측정 장치에 있어서, 선형의 레이저빔을 만들어 측정 대상물의 2차원 좌표축 중 어느 한 축(x)으로 조사하는 레이저 광원(10); 상기 레이저 광원(10)으로부터 측정 대상물로 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)과 평행한 방향으로 영상의 일축(x)이 정렬된 2차원 영상을 측정 대상물과의 거리별로 촬영하는 촬상 수단(20); 상기 촬상 수단(20)에서 획득된 영상을 외부로 출력하는 영상 처리부(30); 및 상기 촬상 수단(20)에서 계속적으로 획득되는 2차원 영상의 2차원 좌표(x, y)에서 촬영거리의 변화에 따라 상기 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)이 화면내에서 타축(y)으로 이동하는 이동 정보를 통해 3차원의 공간 좌표인 측정면의 높이 정보(Z)를 추출하고, 카메라의 픽셀당 길이 정보(l)에 따라 3차원의 실좌표값(X, Y, Z)을 산출하여 측정 대상물의 치수를 측정하는 치수 측정부(40); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

선형 레이저빔, 광삼각법, 비접촉 계측, CCD 카메라

Description

선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THE NON-CONTACT ADAPTIVE DIMENSION MEASUREMENT}

도 1은 본 발명이 적용된 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치의 일예시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 영상 획득 과정을 설명하기 위한 도면.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 기준면의 높이에 따른 선형빔의 좌표변화를 나타내는 도면.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저의 y 좌표에 의한 측정면의 높이 관계를 그래프로 나타내는 도면.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 기준면의 높이에 따른 물체의 확대를 나타내는 도면.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 높이에 따른 단위 길이당 픽셀수 관계를 그래프로 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 방법에 대한 전체적인 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저 광원 20 : CCD 카메라

30 : 영상 처리부 40 : 치수 측정부

본 발명은 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로, 특히, 비접촉식 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 이용한 측정 방법을 개선하여 선형의 레이저빔을 만드는 광원 장치와 조사된 선형 레이저빔을 수신하는 CCD 카메라와 영상처리를 위한 컴퓨터 장비만으로 선형 레이저빔을 이용한 광삼각법(light triangulation)의 원리를 개선하여 물체까지의 거리나 물체의 각도 등의 3차원 정보를 인식함으로써 2차원 길이나 거리 정보를 적응형(adaptive)으로 측정할 수 있는 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.

비접촉 측정 기술은 공간상의 위치값을 스케일과 카메라의 픽셀(pixel)에서 검출해 내어 계산처리를 통해 측정값을 구해내는 것으로 실제 피측정물과 접촉하지 않고 측정하기 때문에 접촉식 측정기와 대비되는 개념으로 비접촉 측정기라 불리운다. 주위에서 흔히 볼 수 있는 직접접촉에 의한 변위의 측정방법은 측정대상이 접촉하기 힘든 특이한 형상을 하고 있거나 또는 접촉에 의해 측정대상에 미치는 영향을 무시할 수 없을 경우에는 사용이 곤란하다.

따라서, 이러한 비접촉 측정 방식은 광학적인 방법에 의해 비접촉으로 대상 과의 거리를 측정함으로써 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. 또한 생산공정 중에 품질관리 라인(Q.C. line)에 이용해 빠른 속도로 진행하는 공정 중에서의 생산제품의 하자여부를 판단하는데 기여할 수 있다.

최근에는, 자동차 부품 조립 라인 등 자동화 시스템의 사용이 많아지며서, 부품의 치수나 홀 직경, 홀 간 거리 등 길이나 거리를 비접촉식으로 측정하는 장치가 산업 현장에서 많이 요구되고 있다.

지금까지 이러한 치수의 측정은 카메라와 영상처리 장치로 구성되는 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 사용하여 수행하는 경우가 대부분이었다. 하지만 이러한 2차원 기계 시각 장치는 물체의 형태가 평면이거나 물체까지의 거리를 알고 있어서 사전에 선측정 과정(calibration)이 되어 있는 경우에만 적용이 가능하며, 카메라 장치에서 물체까지의 거리가 가변적이거나, 측정 면이 삐뚤어진 경우에는 사용이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비접촉식 2차원 기계 시각 장치를 이용한 측정 방법을 개선하여 선형의 레이저빔을 만드는 광원 장치와 조사된 선형 레이저빔을 수신하는 CCD 카메라와 영상처리를 위한 컴퓨터 장비만으로 선형 레이저빔을 이용한 광삼각법의 원리를 개선하여 물체까지의 거리나 물체의 각도 등의 3차원 정보를 인식함으로써 2차원 길이나 거리 정보를 적응형으로 측정할 수 있는 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치는, 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 이용한 비접촉 치수 측정 장치에 있어서, 선형의 레이저빔을 만들어 측정 대상물의 2차원 좌표축 중 어느 한 축(x)으로 조사하는 레이저 광원(10); 상기 레이저 광원(10)으로부터 측정 대상물로 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)과 평행한 방향으로 영상의 일축(x)이 정렬된 2차원 영상을 측정 대상물과의 거리별로 촬영하는 촬상 수단(20); 상기 촬상 수단(20)에서 획득된 영상을 외부로 출력하는 영상 처리부(30); 및 상기 촬상 수단(20)에서 계속적으로 획득되는 2차원 영상의 2차원 좌표(x, y)에서 촬영거리의 변화에 따라 상기 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)이 화면내에서 타축(y)으로 이동하는 이동 정보를 통해 3차원의 공간 좌표인 측정면의 높이 정보(Z)를 추출하고, 카메라의 픽셀당 길이 정보(l)에 따라 3차원의 실좌표값(X, Y, Z)을 산출하여 측정 대상물의 치수를 측정하는 치수 측정부(40); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 치수 측정부(40)에서 카메라의 픽셀당 길이 정보(l)는,

측정 기준면에 눈금자를 붙여놓고 측정 기준면과 상기 촬상 수단(20)과의 거리를 변화시키며 측정하여 얻어진 데이터로부터 물체의 높이(Z)에 따른 단위 길이당 픽셀 수(α)를 산출함으로써 산정되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 방법을 수행하기 위하여, 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 이용해 측정 대상물의 길이를 측정하는 비접촉 치수 측정 방법에 있어서, 레이저 광원을 통해, 측정 대상물의 측정면에 선형의 레이저빔을 일축(x)으로 평행하게 조사하는 단계(S10); 상기 측정 대상물에 대해 레이저빔이 조사되는 좌표축과 평행한 방향으로 일축(x)이 정렬된 2차원 영상을 촬상 수단을 통해 거리별로 촬영하여, 치수 측정부로 전송하는 단계(S20); 상기 치수 측정부를 통해, 상기 촬상 수단으로부터 수신되는 2차원 영상을 이미지 처리하여 측정 위치인 촬상 수단상의 픽셀 좌표(x, y)를 계산하고, 촬영거리의 변화에 따라 상기 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)이 화면내에서 타축(y)으로 이동하는 이동 정보를 통해 3차원의 공간 좌표인 측정면의 높이 좌표(Z)를 산정하는 단계(S30); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 측정 기준면에 눈금자를 붙여놓고 측정 기준면과 상기 촬상 수단과의 거리를 변화시키며 측정하여 얻어진 데이터로부터 물체의 높이(Z)에 따른 단위 길이당 픽셀 수(α)를 치수 측정부를 통해 산출하고 역으로 카메라의 픽셀당 길이값(l)을 산정하는 단계(S40); 상기 치수 측정부를 통해, 픽셀의 2차원 좌표값(x, y)에 상기 픽셀당 길이값(l)을 곱해 공간상의 2차원 실좌표값(X, Y)을 산정하는 단계(S50); 및 상기 치수 측정부를 통해, 화면내의 다양한 위치들에 대한 공간상의 3차원 실좌표 (X, Y, Z)를 이용해 길이 방정식에 따라 각 점간 거리를 계산하는 단계(S60); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

이하에서 본 발명은 비접촉식 2차원 기계 시각 장치를 이용한 측정 방법을 개선하여 선형의 레이저빔을 만드는 광원 장치와 조사된 선형 레이저빔을 수신하는 CCD 카메라와 영상처리를 위한 컴퓨터 장비만으로 선형 레이저빔을 이용한 광삼각법의 원리를 개선하여 물체까지의 거리나 물체의 각도 등의 3차원 정보를 인식함으로써 2차원 길이나 거리 정보를 적응형으로 측정할 수 있는 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법을 바람직한 실시예로 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명이 적용된 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치의 일예시도이다.

본 발명이 적용된 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치는 선형의 레이저빔을 만들어 측정 대상물에 조사하는 레이저 광원(10)과, 레이저빔이 조사된 측정 대상물의 형상을 2차원 영상으로 획득하는 CCD 카메라(20), 영상 처리를 위한 모니터와 같은 영상 처리부(30) 및 상기 CCD 카메라(20)에서 얻어진 2차원 좌표를 공간상의 3차원 좌표로 변환하여 이 공간상에서의 두 점의 거리에 대한 알고리즘으로 홀의 직경 및 홀간 거리를 측정하는 치수 측정부(40)로 구성된다.

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치에 대해 좀더 상세하게 설명하면,

본 발명은 선형 레이저빔을 이용한 광삼각법의 원리(light triangulation)를 개선하여 임의의 형태, 임의의 거리에 위치한 물체의 길이, 홀의 지름 등을 측정할 수 있게 한 것이다. 이러한 레이저 삼각법은 종래의 다른 방법들(예를 들면, focus detection, time-of-flight 등)에 비해, 물체면의 산란특성에 의해 큰 영향을 받지 않으며, 광학계의 구성과 정렬이 비교적 간단하다는 장점도 가지고 있다.

상기 레이저 광원(10)을 통해 측정 대상물에 선형 레이저빔을 조사함으로써 상기 CCD 카메라(20)는 2차원 영상을 얻게 되는데, 이러한 레이저 광원(10)은 다이오드 레이저를 이용하여 선형 빔을 만들어내는 것이 바람직하다.

이때, 이러한 CCD 카메라(20)는 일반적인 CCD 카메라(640 ×480 픽셀)를 사용할 수 있어 경제적이며, 한번의 측정에 640 지점의 데이터 획득과 고유의 좌표변환 알고리즘을 채용하여 형상을 재구성하므로 고속 처리가 가능하게 된다. 따라서 이하 설명에서는 640 ×480 픽셀의 CCD 카메라로 본 발명의 실시예를 설명할 것이나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

일반적으로 평면의 물체(측정 대상물)에 대해서는 CCD 카메라(20)에 의해 얻어진 상기 2차원 영상을 이용해 측정 대상물에 있는 홀의 직경과 홀간 거리를 측정할 수 있지만, 경사진 면에 있는 홀의 경우 3차원 데이터를 단순히 2차원 화면에서 얻어진 결과와 같다고 가정하게 된다면 많은 오차를 가지게 되고 신뢰성 있는 측정값이라고 할 수 없다.

따라서 상기 CCD 카메라(20)에서 얻어진 2차원 좌표를 공간상의 3차원 좌표로 변환하여 이 공간상에서의 두 점의 거리에 대한 식으로 홀의 직경 및 홀간 거리를 측정할 수 있다.

그리고, 물체와 카메라와의 거리에 따라 상기 CCD 카메라(20)에서의 영상은 측정 대상물이 가까워지고 멀어짐에 따라 동일한 길이를 놓고 비교했을 때 확대 또 는 축소되어 보이게 된다. 따라서 측정 대상물과 CCD 카메라(20)와의 거리에 따라 달라지는 요소들에 대해서도 고려해야 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차원 영상 획득 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 측정 대상물에 상기 레이저 광원(10)을 통하여 선형빔을 조사하고 CCD 카메라(20)에서 2차원의 영상을 획득하여, 상기 치수 측정부(40)를 통하여 획득된 2차원 영상을 이미지 처리함으로써 홀의 양 끝점에 대한 CCD 카메라(20)상의 픽셀 좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 얻게 된다.

이때, 상기 치수 측정부(40)는 일반적으로 사용되는 통신 가능한 컴퓨터 장치로서 상기 CCD 카메라(20)로부터 획득되는 이미지를 상기 영상 처리부(30)를 통하여 디스플레이 할 수 있고 이하 기술되는 각종 계산 과정을 수행하는 바, 적어도 Pentium 급 이상의 중앙처리장치, 데이터 저장장치, 64Mb 이상의 메모리 장치, Windows 98 이상의 운영체제를 포함하고 있다.

상기 레이저 광원(10)으로부터의 선형 레이저빔은 상기 CCD 카메라(20)상의 x축과 평행한 방향으로 조사되며, 기준면과 CCD 카메라(20)와의 거리가 변할 경우 이러한 선형 레이저빔은 CCD 카메라(20)상의 y축 방향으로 이동을 하게 된다. 따라서 본 발명에서의 CCD 카메라 픽셀 좌표 y는 좌표값 이외에 그 물체의 측정면 높이 정보를 포함하게 된다. 이 y좌표값으로부터 홀의 측정 좌표를 공간 좌표로 변환할 수 있도록 하기 위해 물체의 측정면 높이에 따른 선형 레이저빔의 y좌표와의 관계를 실험을 통하여 도 3a와 같이 구하였고 그 결과에 따른 선형 레이저빔의 y축 좌 표와 물체의 측정면 높이인 Z축 방향 높이와의 관계가 선형적으로 도 3b에 나타난다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 기준면의 높이에 따른 선형빔의 좌표변화를 나타내는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저의 y 좌표에 의한 측정면의 높이 관계를 그래프로 나타내는 도면이다.

이와 같이, 실험을 통해 얻어진 데이터를 기초로 물체의 측정면 높이 Z와 y축 픽셀 좌표간의 관계식을 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.

즉, 평면적인 x,y 좌표 외에 3차원 좌표인 측정 대상물의 측정면 높이 Z는 y축 방향으로 이동하는 CCD 카메라(20)의 픽셀 좌표 y값을 통해 변환할 수 있게 되어, 2차원 좌표에서 측정면의 높이 정보를 추출해 3차원의 공간좌표를 산정할 수 있게 된다.

또한, 상기 CCD 카메라(20)와 측정 대상물과의 거리에 따라 물체는 실제의 크기보다 확대 또는 축소되어 보이게 된다. 즉 같은 길이의 물체라도 멀리 떨어져있으면 작게, 가까이 있으며 크게 보인다. 이 말은 같은 길이의 물체더라도 CCD 카메라(20)와 물체와의 거리에 따라 CCD 카메라(20)에 대응하는 픽셀 수에 차이를 갖게 된다는 것을 의미한다. 따라서 물체의 각 높이에 따라 한 픽셀이 공간상에서 실제로 어느 정도의 길이에 대응을 하는지에 대해 알 필요가 있다. 이것은 측정기준 면에 1mm단위의 눈금자를 각 부분에 붙여놓고 측정 기준면과 해당 CCD 카메라(20)와의 거리를 변화시켜가며 측정하여 도 4a와 같이 구하였으며, 그 결과에 따른 Z축 방향높이와 단위길이당 픽셀 수와의 관계가 선형적으로 도 4b에 나타난다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 기준면의 높이에 따른 물체의 확대를 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 높이에 따른 단위 길이당 픽셀수 관계를 그래프로 나타내는 도면이다.

이와 같이, 실험을 통해 얻어진 데이터로부터 물체의 높이 Z에 따른 단위 길이당 픽셀 수 α는 다음의 수학식 2와 같이 구할 수 있다.

카메라 좌표상의 한 픽셀 길이를 실제 공간상에서의 거리로 환산하기 위해서 필요한 것이 한 픽셀이 측정할 수 있는 길이이다. 이는 상기 수학식 2의 단위 길이당 픽셀 수 α에 역수를 취함으로써 얻을 수 있으며, 즉 이러한 한 픽셀당 길이는 다음의 수학식 3과 같이 구할 수 있다.

본 발명의 목적에 따라, 측정 대상체를 스캔하여 홀의 양 끝점을 잡고, 이 두 점 사이의 거리를 구하기 위해, 상기 CCD 카메라(20)에서 얻어진 2차원 좌표를 공간상의 3차원 좌표 (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2)로 변환시켜야 한다. 상기 CCD카 메라(20)상의 한 점(x, y)에서 l은 y좌표에 의해 결정되고, 측정면이 같은 높이라면 공간상의 좌표 X축 방향과 Y축 방향으로 같은 값을 가지게 되므로, 결과적으로 한 점(x, y)에서의 l의 값은 X축방향이나 Y축방향 모두 같은 값을 갖게 된다.

즉, CCD 카메라(20)에서 획득된 2차원 좌표를 실제공간상의 3차원 좌표로 변환시킨 변환값은 CCD 카메라(20)에서 획득된 2차원 좌표와 상기 수학식 3에서 구한 l 값으로 얻어질 수 있다. 실제공간상의 X좌표는 CCD 카메라(20)의 픽셀 좌표에 공간으로의 좌표변환시킬수 있는 값인 l을 곱하여 구할 수 있고, Y좌표 역시 같은 방법으로 구할 수 있다. 이와 같은 실제공간상의 X좌표 및 Y좌표에 대한 변환식이 다음의 수학식 4 및 수학식 5에 나타난다.

이때, Z 좌표의 경우는 상기 수학식 1을 그대로 활용할 수 있다.

결과적으로, 해당 CCD 카메라(20)로부터 얻어진 픽셀 좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 수학식 1, 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여 공간 좌표 (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2)로 변환하고, 이 공간 좌표를 이용해 공간상의 두 점 사이를 구하는 다음의 수학식 6을 이용해 실제 홀의 직경 D를 구할 수 있게 된다.

한편, 이상에서 설명한 홀의 직경 수치 외에도 홀간거리 수치 역시 홀의 양 끝점을 찾고, 끝 두점의 중앙을 홀의 중심점으로 정하고 각각 찾아낸 홀의 중심점들끼리 상기 수학식 6을 이용해 구할 수 있게 됨은 물론이며,

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치를 통한 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 방법을 도 5를 참조하여 두 점간의 거리 산정을 일예로 이하 기술한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 방법에 대한 전체적인 흐름도이다.

우선, 상기 레이저 광원(10)을 통해, 측정 대상물의 측정면에 선형의 레이저빔을 한 축으로 평행하게 조사한다(S10).

다음으로, 상기 CCD 카메라(20)를 통해, 레이저빔이 조사된 상태의 측정 대상물에 대한 2차원 영상을 촬영하도록 하고 바람직하게는 컴퓨터 장치인 해당 치수 측정부(40)가 해당 2차원 영상을 계속적으로 수신하게 된다(S20).

이때, 상기 선형 레이저빔의 조사 방향은 상기 CCD 카메라상의 픽셀좌표 x축과 평행한 방향으로 조사되어져야 한다.

다음으로, 상기 치수 측정부(40)는 상기 CCD 카메라(20)를 통해 수신되는 2차원 영상을 이미지 처리하여 홀의 양 끝점 위치인 CCD 카메라상의 픽셀좌표 (x1, y1), (x2, y2)를 계산하고, 이러한 2차원 좌표에서 y축 픽셀 좌표값과 물체의 측정면 높이 Z와의 관계식인 상기 수학식 1을 통해 측정면의 높이 실좌표값인 Z를 산정함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 2차원 좌표에서 측정면의 높이 정보를 추출해 3차원 공간좌표 산정하는 단계를 수행한다(S30).

다음으로, 상기 치수 측정부(40)는 측정 기준면과 CCD 카메라(20)와의 거리를 변화시켜가며 측정한 상기 수학식 2에 상기 측정면의 높이 실좌표값인 Z 를 대입하여 측정면의 높이에 따른 단위 길이당 픽셀 수 α를 산정하고 이에 대한 역수를 구해 픽셀당 길이값 l 을 산정한다(S40).

다음으로, 상기 치수 측정부(40)는 상기 제 S30 단계를 통해 얻어진 2차원 좌표값(x, y)에 상기 제 S40 단계를 통해 얻어진 픽셀당 길이값 l 을 곱해 공간상의 2차원 실좌표값 X, Y 을 산정한다(S50).

다음으로, 상기 치수 측정부(40)는 상기 제 S30 단계를 통해 획득된 측정면의 두점에 있어서의 높이 실좌표값인 Z1 및 Z2 와 상기 제 S50 단계를 통해 획득된 공간상의 2차원 실좌표값인 (x1, y1), (x2, y2)를 통하여 각각의 두점이 나타내는 공간상의 실좌표 (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2)을 구하고, 이를 점간 길이 방정식인 상기 수학식 6에 대입하여 두 점간의 거리 D 를 산정함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 실좌표값을 통해 점간 치수 획득 단계를 수행한다(S60).

이상에서 예시한 수학식 및 측정값은 일반적인 CCD 카메라인 640 ×480 픽셀을 적용하여 산출된 것이지만, 이와 같은 본 발명의 원리는 이에 제한되지 않고 다양한 규격의 CCD 카메라를 이용해 적절한 해당 수학식 및 측정값을 산출할 수 있음 은 물론이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 나타난 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치 및 측정 방법은 광 삼각 측정법을 이용한 길이 측정에 관한 발명으로 다이오드 레이저를 이용하여 선형 빔을 만들고, 이 선형빔을 측정 대상체에 조사하여 이미지 패턴을 획득하고, 획득된 영상으로부터 길이 측정 할 수 있는 알고리즘을 제작하여 길이를 측정할 수 있는 장치를 구성함으로써, 선형 레이저빔이라는 패턴 프로젝션(Pattern projection) 기법의 적용으로 인한 넓은 영역의 고속측정이 가능하게 되는 장점을 갖으며, 특히 기존의 2차원 검사장치에서 하지 못했던 임의 형태, 임의의 거리에 위치한 물체의 길이, 홀의 지름 등 치수를 측정할 수 있어 기존의 영상처리를 이용한 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 한 차원 업그레이드시켜 광학계의 구성과 정렬이 비교적 간단한 경제적 구성임에도 불구하고 물체면의 산란특성에 별다른 영향을 받지 않으면서 다양한 물체의 길이, 홀의 지름 등을 적응형(adaptive)으로 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

즉, 본원 발명의 최대 효과는 기존의 2차원 검사장치에서 하지 못했던 경사면에서의 홀 직경을 구할 수가 있다는 것이며, 하드웨어의 구성이 간단함에도 측정 속도가 빨라 실제 현장활용 가능성이 크다는 것이다.

Claims (4)

1. 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 이용한 비접촉 치수 측정 장치에 있어서,

   선형의 레이저빔을 만들어 측정 대상물의 2차원 좌표축 중 어느 한 축(x)으로 조사하는 레이저 광원(10);

   상기 레이저 광원(10)으로부터 측정 대상물로 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)과 평행한 방향으로 영상의 일축(x)이 정렬된 2차원 영상을 측정 대상물과의 거리별로 촬영하는 촬상 수단(20);

   상기 촬상 수단(20)에서 획득된 영상을 외부로 출력하는 영상 처리부(30); 및

   상기 촬상 수단(20)에서 계속적으로 획득되는 2차원 영상의 2차원 좌표(x, y)에서 촬영거리의 변화에 따라 상기 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)이 화면내에서 타축(y)으로 이동하는 이동 정보를 통해 3차원의 공간 좌표인 측정면의 높이 정보(Z)를 추출하고, 카메라의 픽셀당 길이 정보(l)에 따라 3차원의 실좌표값(X, Y, Z)을 산출하여 측정 대상물의 치수를 측정하는 치수 측정부(40); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 치수 측정부(40)에서 카메라의 픽셀당 길이 정보(l)는,

   측정 기준면에 눈금자를 붙여놓고 측정 기준면과 상기 촬상 수단(20)과의 거리를 변화시키며 측정하여 얻어진 데이터로부터 물체의 높이(Z)에 따른 단위 길이당 픽셀 수(α)를 산출함으로써 산정되는 것을 특징으로 하는 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 장치.
3. 2차원 기계 시각(machine vision) 장치를 이용해 측정 대상물의 길이를 측정하는 비접촉 치수 측정 방법에 있어서,

   레이저 광원을 통해, 측정 대상물의 측정면에 선형의 레이저빔을 일축(x)으로 평행하게 조사하는 단계(S10);

   상기 측정 대상물에 대해 레이저빔이 조사되는 좌표축과 평행한 방향으로 일축(x)이 정렬된 2차원 영상을 촬상 수단을 통해 거리별로 촬영하여, 치수 측정부로 전송하는 단계(S20); 및

   상기 치수 측정부를 통해, 상기 촬상 수단으로부터 수신되는 2차원 영상을 이미지 처리하여 측정 위치인 촬상 수단상의 픽셀 좌표(x, y)를 계산하고, 촬영거리의 변화에 따라 상기 레이저빔이 조사되는 좌표축(x)이 화면내에서 타축(y)으로 이동하는 이동 정보를 통해 3차원의 공간 좌표인 측정면의 높이 좌표(Z)를 산정하는 단계(S30); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   측정 기준면에 눈금자를 붙여놓고 측정 기준면과 상기 CCD 카메라와의 거리를 변화시키며 측정하여 얻어진 데이터로부터 물체의 높이(Z)에 따른 단위 길이당 픽셀 수(α)를 치수 측정부를 통해 산출하고 역으로 카메라의 픽셀당 길이값(l)을 산정하는 단계(S40);

   상기 치수 측정부를 통해, 픽셀의 2차원 좌표값(x, y)에 상기 픽셀당 길이값(l)을 곱해 공간상의 2차원 실좌표값(X, Y)을 산정하는 단계(S50); 및

   상기 치수 측정부를 통해, 화면내의 다양한 위치들에 대한 공간상의 3차원 실좌표 (X, Y, Z)를 이용해 길이 방정식에 따라 각 점간 거리를 계산하는 단계(S60); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 비접촉 적응형 치수 측정 방법.

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