KR100950590B1 - 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법 - Google Patents

집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100950590B1
KR100950590B1 KR1020090061478A KR20090061478A KR100950590B1 KR 100950590 B1 KR100950590 B1 KR 100950590B1 KR 1020090061478 A KR1020090061478 A KR 1020090061478A KR 20090061478 A KR20090061478 A KR 20090061478A KR 100950590 B1 KR100950590 B1 KR 100950590B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
image
measurement object
projection
grid
Prior art date
Application number
KR1020090061478A
Other languages
English (en)
Inventor
안두백
윤두현
김현주
Original Assignee
에이티아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이티아이 주식회사 filed Critical 에이티아이 주식회사
Priority to KR1020090061478A priority Critical patent/KR100950590B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100950590B1 publication Critical patent/KR100950590B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/254—Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/60—Systems using moiré fringes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/0006—Industrial image inspection using a design-rule based approach
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/50—Depth or shape recovery
    • G06T7/521—Depth or shape recovery from laser ranging, e.g. using interferometry; from the projection of structured light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques
    • G01N2021/8893—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques providing a video image and a processed signal for helping visual decision

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법에 관한 것으로, 격자광을 측정대상물에 조사한 후 반사되는 격자무늬를 획득하고 소정의 알고리즘을 통해 상기 반사광을 해석하여 측정대상물의 형상을 측정하는 3차원 형상측정장치에서 상기 측정대상물에 광을 조사하기 위해 필요한 광을 출사하는 광원과, 상기 광원에서 출사되는 광을 라인 조명으로 변환하여 조사하기 위한 조명부와, 상기 조명부를 통해 조사된 광을 투과시키며 구동수단에 의해 n버킷되는 투영격자 및 상기 실린더 렌즈를 통해 측정대상물에 조사된 후 반사되는 광을 획득하는 카메라를 포함하여 구성되는 모아레 측정방법에 있어서, 상기 투영격자에 의해 생성된 격자광을 입사받아 집광시킨 후 상기 측정대상물에 라인 조명광으로 조사하는 실린더 렌즈;를 포함하여 구성되고, 투영격자 무늬를 상기 실린더 렌즈를 통해 측정대상물에 조사하는 제 1단계; 상기 측정대상물의 시작지점이 상기 카메라의 수직선상에 위치하도록 위치시키는 제 2단계; 상기 투영격자를 초기 위치에 위치시키는 제 3단계; 상기 측정대상물을 임의의 시작점에서 끝 지점까지 연속적으로 이동시키면서 제 1영상을 획득하는 제 4단계; 상기 투영격자를 상기 제 3단계에서의 초기 위치보다 위상차가 나도록 측정대상물 표면과 같은 방향으로 이동시키는 제 5단계; 상기 측정대상물을 이동시켜 상기 제 5단계에 따라 이동한 투영격자에 대한 제 2영상을 획득하는 제 6단계; 상기 제 5단계와 제 6단계를 반복 수행하여 그에 따른 제 3영상과 제 4영상을 획득하는 제 7단계; 및 상기 단계에서 획득한 제 1 내지 제 4영상들을 해석하여 측정대상물에 대한 3차원 이미지를 획득하는 제 8단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
실린더 렌즈, 모아레, 버킷, 투영격자, 형상측정

Description

집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법{Moire measurement method using concentrate light}
본 발명은 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 측정대상물에 효과적인 조사광을 조사하여 대상물의 형상을 보다 정확하게 획득하고, 고속으로 측정할 수 있는 모아레 측정장치에 관한 것이다.
측정대상물의 임의의 형상을 측정하는 방법에서는 대표적으로 간섭계를 이용한 측정법, 공초점 현미경을 이용한 측정법, 공간부호화법, 모아레 측정법 등 다양한 방법이 있다. 여기서 모아레 무늬를 이용한 3차원 형상 측정법에는 그림자식 모아레(shadow moire)와 영사식 모아레(projection moire) 두 가지 방식으로 구분된다.
그림자식 모아레(shadow moire)는 렌즈를 사용하지 않고 피사체의 표면에 나타나는 격자무늬의 그림자로부터 생성된 모아레 무늬를 이용하여 피사체의 형상을 측정하는 방식이고, 영사식 모아레(projection moire)는 피사체에 백색광 내지는 단색광 프로젝터를 이용해서 격자패턴을 주사하고 물체의 형상에 따라서 변형되어진 격자 이미지를 주사를 한 격자와 동일한 피치를 가지는 기준격자에 겹침으로써 모아레 무늬를 얻는 방법이다.
그림자식 모아레를 이용한 3차원 형상 측정 장치는 설비가 간단한 장점이 있지만 격자의 그림자를 이용해야 하기 때문에 격자와 피사체를 충분히 근접시킬 수 있는 경우에만 적용할 수 있는 단점이 있고, 영사식 모아레는 격자의 크기에 의해서 대상 물체의 크기가 제한 받지 않고, 작은 높이 차를 갖는 미세한 물체의 측정 시 물체 가까이 위치시켜야 하는 제한이 없기 때문에 선호되고 있다.
영사식 모아레(projection moire) 측정 방법에 이용되는 3차원 형상 측정 장치의 구성도로, 이를 이용한 3차원 형상 측정 방법을 설명하면, 광원으로부터 조사된 광이 격자(103)를 통과하면서 형상된 이미지를 제 1결상 렌즈에 의해 피사체에 결상시키고, 상기 격자가 투영된 피사체의 영상을 얻는다. 여기서 3차원 형상 추출을 위해 격자 패턴을 수평으로 이동시킴으로써 변위된 투영 격자를 얻는다.
이와 같은 측정장치는 격자에 빛을 조사하여 피사체에 격자무늬를 투영시킨 후 피사체로부터 변형되어 반사되는 빛을 결상 렌즈를 통해 카메라에 결상시켜 피사체의 형상에 따라 변형된 격자무늬를 획득한다. 이후에 기준 격자와 변형된 격자를 논리 연산을 이용하는 방식(논리 모아레 방식) 또는 기준 격자와 변형된 격자를 중첩시킨 뒤 저주파 통과 필터(Low pass filter)를 이용하여 모아레 무늬만을 분리해내는 방식(저주파 통과 방법)을 통해 3차원 형상을 측정한다.
이러한 촬상소자를 이용한 영상획득장치의 일예로 도 1에 도시된 모아레 측 정법을 이용한 예로 3차원 표면형상을 측정하기 위해 널리 사용되어 왔다.
도 1은 영사식 모아레 측정장치를 개략적으로 나타낸 것으로, 측정물(7)이 놓이는 기준면(S)에서 제1간격(LL)만큼 이격된 위치에는 광을 발생하는 광원(1)이 설치되어 있고, 상기 기준면(S)과 상기 광원(1)사이에는 투영격자무늬가 새겨진 투영격자(3)가 배설되어 있으며, 상기 기준면(S)에 놓이는 측정물(7)에서 반사된 광이 통과하도록 상기 광원(1)과 상기 투영격자(7)가 이루는 영사광학계의 광축(A1)에서 소정거리 이격된 위치에는 결상렌즈(9)가 설치되어 있고, 상기 결상렌즈(9)를 통과한 광이 수광되도록 상기 결상렌즈의 일측에는 수광부(11)가 설치되어 있다.
상기 투영격자(3)에는 격자 이송수단(5)이 결합되어, 투영격자(3)를 이송하게 되어 있다.
상기 광원(1)과 투영격자(3)가 이루는 영사광학계의 광축(A1)과, 결상렌즈(9)와 수광부(11)가 이루는 결상광학계의 광축(A2)은 평행하게 되어 있고, 상기 기준면(S)에서 상기 광원(1)까지의 거리와 상기 기준면(S)에서 상기 결상렌즈(9)까지의 거리는 동일하게 되어 있으며, 영사광학계의 광축(A1)과 결상광학계의 광축(A2)은 기준면에 수직을 이루고 있다.
상기 광원(1)은 소형이고 경량이며 가격이 저렴한 반도체 레이저라고 불리는 레이저 다이오드나 혹은 할로겐광원으로 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 수광부(11)는 2차원 이미지 센서로서, CCD(charge coupled device) 카메라인 것이 바람직하다.
상기 투영렌즈(3)와 결상렌즈(9)는 공지의 렌즈로 되어 있다.
이와 같이 구성된 구조에서, 상기 광원(1)에서 나온 광이 상기 투영격자(3)를 통과하여 상기 측정물(7)에서 반사된 다음, 상기 결상렌즈(9)를 통하여 상기 수광부(11)에 도달하여 상이 맺히고, 결국 모아레 무늬를 획득하게 된다. 이때, 3, 4, 5버킷 혹은 n버킷 등의 알고리즘을 구현하기 위해서 상기 투영격자 이송수단(5)을 이용하여 투영격자를 등간격으로 이송하게 된다.
하지만 이러한 종래의 CCD카메라를 이용하여 촬상된 영상을 획득하면, 측정물체에 조사되는 광량에 따라 화면의 외각이 어둡게 표현되는 경우가 있었다. 즉, 측정물체에 빛이 조사되지 않는 구간이 발생하게 되어 그림자 영역이 발생한다. 그래서 대구경의 렌즈를 사용하여 측정물체 전체에 광을 조사할 수 있으면 되지만 가격이 비싸기 때문에 쉽게 적용하기가 어려웠다.
또한, 광량에 따라 화면의 외각이 어둡게 표현될 경우 그림자 영역으로 인하여 측정대상물에 대한 모아레 무늬가 선명하지 못한 단점이 있다.
한편, 종래 모아레 측정장치의 또 다른 문제점은 투영격자를 임의의 위치에서 n버킷 이송시키면서 해당 위치에 대한 모아레 무늬를 획득하고 다음으로 임의의 위치를 이동시킨 후 다시 n버킷에 따른 모아레 무늬를 획득한다. 하지만, 이러한 기존의 측정방법은 측정속도가 매우 느리기 때문에 측정속도 향상을 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 화면 전체 영상의 밝기가 밝아지고 외곽의 어두움을 줄여 측정대상물에 대한 모아레 무늬를 선명하게 획득하도록 조명광을 제공하고 광량을 최대한 입사시킬 수 있도록 보다 정확한 측정장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
더불어, 이러한 측정장치를 통해 측정대상물의 모아레 무늬를 고속으로 획득하여 결과적으로 대상물의 형상으로 빠르게 측정할 수 있는 신뢰성 높은 측정방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 격자광을 측정대상물에 조사한 후 반사되는 격자무늬를 획득하고 소정의 알고리즘을 통해 상기 반사광을 해석하여 측정대상물의 형상을 측정하는 3차원 형상측정장치에서 상기 측정대상물에 광을 조사하기 위해 필요한 광을 출사하는 광원과, 상기 광원에서 출사되는 광을 라인 조명으로 변환하여 조사하기 위한 조명부와, 상기 조명부를 통해 조사된 광을 투과시키며 구동수단에 의해 n버킷되는 투영격자 및 상기 실린더 렌즈를 통해 측정대상물에 조사된 후 반사되는 광을 획득하는 카메라를 포함하여 구성되는 모아레 측정방법에 있어서, 상기 투영격자에 의해 생성된 격자광을 입사받아 집광시킨 후 상기 측정대상물에 라인 조명광으로 조사하는 실린더 렌즈를 포함하여 구성되고, 투영격 자 무늬를 상기 실린더 렌즈를 통해 측정대상물에 조사하는 제 1단계; 상기 측정대상물의 시작지점이 상기 카메라의 수직선상에 위치하도록 위치시키는 제 2단계; 상기 투영격자를 초기 위치에 위치시키는 제 3단계; 상기 측정대상물을 임의의 시작점에서 끝 지점까지 연속적으로 이동시키면서 제 1영상을 획득하는 제 4단계; 상기 투영격자를 상기 제 3단계에서의 초기 위치보다 위상차가 나도록 측정대상물 표면과 같은 방향으로 이동시키는 제 5단계; 상기 측정대상물을 이동시켜 상기 제 5단계에 따라 이동한 투영격자에 대한 제 2영상을 획득하는 제 6단계; 상기 제 5단계와 제 6단계를 반복 수행하여 그에 따른 제 3영상과 제 4영상을 획득하는 제 7단계; 및 상기 단계에서 획득한 제 1 내지 제 4영상들을 해석하여 측정대상물에 대한 3차원 이미지를 획득하는 제 8단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1영상은 투영격자가 초기위치에 있을 때 얻은 영상이며, 제2영상은 투영격자가 초기위치보다 λ/4 만큼의 위상차를 갖도록 이동 했을 때 얻은 영상이며, 제3영상은 투영격자가 초기위치보다 2λ/4 만큼의 위상차를 갖도록 이동 했을 때 얻은 영상이며, 제4영상은 투영격자가 초기위치보다 3λ/4만큼의 위상차를 갖도록 이동 했을 때 얻은 영상임을 특징으로 한다.
또한, 상기 투영격자는, 광축에 수평하지 않는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명부는, 상기 광원으로부터 출사광을 입사받아 라인광으로 바꿔주는 다수의 가이드부; 상기 가이드부와 대응하게 구비되어 출사된 광을 집광시키는 집광부; 및 상기 각각의 집광부에서 집광된 광을 확산시키는 확산부;를 포함 하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더 렌즈는, 원통 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카메라는, 상기 실린더 렌즈가 조사하는 라인 조사광에 따라 상기 측정대상물에 반사되는 라인 반사광을 획득하기 위한 라인스캔 카메라인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 7단계는, 임의의 영상을 획득하고 투영격자를 이송시킨 후 상기 임의의 영상 획득에 따른 끝 지점에서 다음의 영상을 획득하거나, 상기 임의의 영상 획득을 위한 시작점으로 이동하여 다시 다음의 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 측정대상물의 형상 측정을 위한 조명광을 최대한 확보함으로써 영사계의 NA값을 높게 만들어서 최종적으로 획득하는 모아레 무늬를 선명하게 획득할 수 있으며, 대상물 표면 윤곽에 따른 음영을 제거하는 효과가 있다. 이러한 효과는 표면 반사도나 투명도가 높은 스틸, 유리, wafer, LCD 등의 제품 측정에 유리하고, 라운드 범프의 측정에도 매우 효과적으로 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 카메라에서 획득되는 이미지 특성에 따라 라인(선형) 조명광을 조사하기 매우 용이하며, 기존에 광학계로 사용되는 빔스플리터 또는 하프미러 등의 복잡한 구성없이 장치를 간소화시킬 수 있고, 더불어 저렴하게 구현할 수 있다.
또한, 라인빔을 형사하는데 있어서 광원에서 출사되는 광을 원통형의 실린더 렌즈에 용이하게 입사시키기 위해 라인/돔 형태를 구현하는 조명부를 구비하여 광원을 용이하게 제공할 수 있는 이점이 있다.
또한, 투영격자의 1버킷에서 대상물의 이미지 전체를 스캐닝하고 다시 2버킷에서 스캐닝하는 방법을 통해 측정대상물을 고속으로 획득할 수 있는 이점이 있다.
결과적으로 본 발명에 따른 고속의 모아레 이미지 획득을 위한 구동방법을 위하여 그에 따른 효과적인 조명광 제공으로 대상물 측정을 매우 용이하게 달성할 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상측정장치의 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 형상측정장치의 실린더 렌즈에 대해 투영격자의 구동방향을 나타낸 사시도, 도 4a와 도 4b는 본 발명에 적용된 실린더 렌즈의 광경로를 나타낸 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 형상측정장치의 조명부를 나타낸 구성도, 도 6은 본 발명에 따른 모아레 측정장치에서 측정대상물의 모아레 무늬 획득 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법은, 투영격자 무 늬를 상기 실린더 렌즈를 통해 측정대상물에 조사하는 제 1단계, 상기 측정대상물의 시작지점이 상기 카메라의 수직선상에 위치하도록 위치시키는 제 2단계;,투영격자를 초기 위치에 위치시키는 제 3단계, 상기 측정대상물을 임의의 시작점에서 끝 지점까지 연속적으로 이동시키면서 제 1영상을 획득하는 제 4단계, 상기 투영격자를 상기 제 3단계에서의 초기 위치보다 위상차가 나도록 측정대상물 표면과 같은 방향으로 이동시키는 제 5단계, 상기 측정대상물을 이동시켜 상기 제 5단계에 따라 이동한 투영격자에 대한 제 2영상을 획득하는 제 6단계, 상기 제 5단계와 제 6단계를 반복 수행하여 그에 따른 제 3영상과 제 4영상을 획득하는 제 7단계 및 상기 단계에서 획득한 제 1 내지 제 4영상들을 해석하여 측정대상물에 대한 3차원 이미지를 획득하는 제 8단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
우선, 본 발명의 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법의 구현을 위한 측정장치에 대하여 설명한다.
광원(100)은 3차원 이미지를 획득하기 위해 측정대상물에 광을 조사하기 위해 필요한 광을 출사한다. 본 발명에 따른 광원으로는 할로겐 조명을 이용한 광 또는 할로겐 외에 LED나 일반적인 광원을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 카메라를 이용한 라인 이미지를 획득하여 측정대상물의 형상 정보를 얻기 위하여 상기 광원(100)에서 출사되는 광을 라인 광으로 조사하기 위한 조명부(200)를 구비한다.
상기 조명부(200)는 광원으로부터 입사받은 광을 라인광으로 만들어주는 가 이드부(210)와 여기서 출력되는 광을 손실 없이 집광시키는 집광부(220)와 집광된 광을 적절히 확산시키는 확산부(230)로 구성된다. 여기서 상기 조명부(200)는 돔 형태의 조명광을 조사하기 위하여 가이드부와 집광부(220)가 다수개 구비되어 돔 형상을 이룬다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 광원(100)에 출력되는 광을 일측 방향으로 조사하기 위해 다수의 가이드부(210)가 각각 소정각도를 가지고 배치되고, 가이드부(210) 선단으로는 각각 집광부(220)가 구비되어 광을 집광시킨 후 아크릴 블록으로 이루어진 길이형상의 확산부(230)에 의해 각각의 집광부에서 집광된 광을 하나의 확산부(230)에서 최종적으로 광을 확산시켜준다.
이때, 소정각도로 중앙에 위치한 가이드부는 수직하게 내려보도록 배치되고, 양단에 설치된 가이드부는 중앙에 위치한 가이드부가 조사하는 조사각을 향하도록 각각 각도를 가지게 된다.
상기 가이드부를 통해 한쪽 방향으로 광을 조사시킨 후 상기 확산부(230)에서 확산시킴으로써 돔 형태의 조명을 구현하게 된다. 또한, 다수의 가이드부를 통해 광원에서 출사되는 광을 라인 형태의 조명으로 조사함으로써 최종적으로 출력되는 광은 라인빔을 갖게 되는 것이다.
투영격자(300)는 측정대상물에 대한 격자무늬 즉, 모아레 무늬를 획득하여 대상물의 이미지 정보를 얻기 위해 격자광(격자무늬)을 조사시켜주는 것으로, 상기 조명부를 통해 조사된 광은 투영격자를 통과하면서 격자광을 생성한다.
상기 투영격자는 모아레 측정법에 따라 PZT(압전소자) 등의 구동수단(미도 시)에 의해 2 버킷 내지 4버킷 또는 n버킷 알고리즘 구현을 위해 등간격으로 이동하면서 대상물에 대한 격자무늬를 획득한다.
실린더 렌즈(400)는 상기 투영격자(300)로부터 생성된 격자광을 입사 받아 측정대상물에 조사하기 위한 것으로, 본 발명에서는 원통형상의 실린더 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 실린더 렌즈(400)는 격자광을 집광시킨 후 출사면을 통해 집광된 광을 출력한다.
이때, 상기 조명부를 통하여 실린더 렌즈의 NA(numerical aperture ; 개구수)값 외에 실린더 렌즈의 길이방향에 대한 개구수 값을 향상시킬 수 있게 된다.
도 4a를 참고하면, 실린더 렌즈와 측정대상물이 평면상에 배치되어 있는 예로 광경로를 실선으로 표시하였다. 실린더 렌즈의 입사면을 통해 집광된 광은 출사면을 통해 측정대상물의 전면에 광을 입사시킴으로 후술할 카메라(500)의 CCD에는 빛이 들어오지 않는 영역이 없음을 알 수 있다.
반면에, 점선으로 표시된 평면렌즈(종래 예)일 경우는 점선으로 표시된 광경로를 따라 측정대상물로 진행하는데, 이때, A영역이 생기는 것을 알 수 있다. 즉 A영역은 카메라의 CCD에 빛이 들어오지 않는 영역을 나타낸다. 따라서, 평면렌즈를 사용하는 경우 측정대상물로부터 반사되는 반사광 중 카메라로 입사되지 않는 광이 있으므로 획득된 영상의 외곽에 어두움이 발생하게 된다.
도 4b는 측정대상물이 구면인 경우 실린더 렌즈의 광경로를 보여주는 도면이다.
실린더 렌즈(400)와 측정대상물이 평면상에 배치된 상태에서 광경로를 실선으로 나타내었다. 실린더 렌즈의 출사면을 통해 출사된 반사광은 구면의 측정대상물의 전면에 광을 입사시킴으로 카메라에는 빛이 들어오지 않는 영역이 없음을 알 수 있다. 반면에 점선으로 표시된 평면렌즈일 경우는 점선으로 표시된 광경로를 따라 측정대상물로 진행하는데, 이때 B영역이 생기는 것을 알 수 있다. 따라서 B영역은 카메라로 빛이 들어오지 않는 영역을 나타내며, 실린더 렌즈와 평면렌즈 동일한 광을 조사하는 경우 평면렌즈의 경우 B영역이 발생하므로 평면렌즈에서 반사된 전량의 광이 입사되지 못하나, 상기 실린더 렌즈(400)의 경우 입사면을 통해 집광된 광을 강하게 측정대상물에 조사한다.
따라서, 평면렌즈를 사용하는 경우에는 측정대상물로부터 반사되는 반사광의 전량이 CCD로 입사되지 못하므로 획득된 영상의 전체적인 이미지가 어두워진다. 또한, 측정대상물로부터 반사되어 카메라에 입사되는 반사광의 광량의 차이가 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모아레 측정방법의 투영격자를 최소의 구동으로 대상물의 이미지를 고속으로 획득하기 위함에 그 목적이 있는 바, 상기 실린더 렌즈를 적용함에 따라 조사광을 충분히 유지한 채로 영상을 획득할 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 원통형의 상기 실린더 렌즈를 이용하여 측정대상물에 광을 조사함에 따라 라인빔을 용이하게 조사할 수 있어, 한 번에 넓은 영역의 이미지를 획득할 수 있게 된다.
또한, 상기 투영격자(300)는 실린더 렌즈와 평행하게 배치되며, 이에 수직하게 구동하여 버킷에 따른 격자무늬를 획득하게 된다.
카메라(500)는 측정대상물에서 반사된 격자무늬를 획득하는 것으로, 본 발명에 따른 카메라는 라인스캔 카메라를 이용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정하지 않고 일반 카메라(면적 카메라)를 사용할 수 있다.
라인스캔 카메라는 대상물의 이미지를 라인 형태로 획득하는 장치로써 원통형상의 상기 실린더 렌즈가 조사하는 라인빔을 획득한다. 여기서 획득되는 이미지는 공지의 모아레 알고리즘을 통해 측정대상물(600)의 이미지를 3차원으로 획득할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명을 통해 측정 대상물을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스테이지(미부호)에 측정 대상물(600)을 위치시킨다. 그리고 조명부를 통과하여 광이 투영격자를 통해 대상물체로 조사될 수 있도록, 액추에이터를 이용하여 상기 투영격자를 미세하게 조정한다. 이때, 상기 액추에이터의 조정에 따라, 상기 투영격자는 실린더 렌즈를 통해 대상물체에 조사된다. 또한, 도면에 도시하진 않았지만, 모아레 측정 알고리즘이 탑재된 중앙제어부는 영상인터페이스부와 투영격자 구동드라이버와 스테이지 구동드라이버를 각각 제어한다. 영상인터페이스부는 라인스캔 카메라로부터 전달되는 영상을 획득하고 처리하고 그 결과를 중앙제어부 로 전송하며, 투영격자 구동드라이버는 투영격자 구동부를 구동시켜 투영격자를 미세이동 시킨다.
또한, 스테이지 구동드라이버는 스테이지를 전후 및 좌우로 이송하는 모터(미도시)를 구동시켜 대상물체(600)의 측정영역이 라인스캔 카메라(500)에게 영상으로 획득되도록 제어한다.
라인 스캔 카메라(500)는 상기 측정대상물(600)에 영사된 이미지들을 위상에 따라 촬영하고 스캐닝하여 획득한다. 이때 이미지를 스캐닝하여 획득하는 구간은 측정대상물을 스테이지로 이동시키면서 전 영역을 스캐닝하게 된다.
이때, 상기 투영격자(300)는 대상표면과 같은 방향으로 이동시키며, 이는 이하 설명에서도 동일하다.
상기 라인 스캔 카메라의 동작을 도 6을 참조하여 좀 더 살펴보면, 상기 라인 스캔 카메라는 1라인을 따라 움직일 수 있도록 설치되어 있는 바, 총 4번의 스캔으로 동일한 영역에 대한 4장의 이미지들을 얻게 되고, 각 스캔 이미지의 촬영 시, 투영격자의 이송에 따라 대상물체에 투영되는 투영 격자들의 위상을 λ/4만큼 이동시킨 후, 스캔 이미지를 얻게 된다.
즉, 4장의 스캔 이미지들은 각각 λ/4의 위상차를 갖는 투영 격자가 영사된 이미지들이다. 이때 첫 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에 있는 상태에서 얻는 이미지 이고, 두 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에서 λ/4 만큼 이동한 상태에서 얻는 이미지 이며, 세 번째 얻는 스캔이미지는 투영격자가 초기위치에서 2λ/4 만큼 이동한 상태에서 얻는 이미지 이고, 네 번째 얻는 스캔이 미지는 투영격자가 초기위치에서 3λ/4 만큼 이동한 상태에서 얻는 이미지가 되는 것이다.
그러나 만약 투영격자를 먼저 λ/4 만큼 이동한 상태에서 첫 번째 스캔이미지를 얻는 경우는 각 스캔이미지의 초기위치는 λ/4 이 되므로 도 6과 같이 표현된다. 이후, 상기 라인 스캔 카메라는 상기와 같은 방법으로 얻어진 이미지들을 컴퓨터로 전송하고 스캐닝 모아레 해석모듈을 통해 이미지들을 이용해 모아레 무늬를 해석함으로써 측정대상물(600)의 3차원 형상을 해석한다.
이하, 단계별로 설명하면 다음과 같다.
1단계: 광원의 빛을 온(on)시켜 투영격자의 그림자가 대상물체(10)에 비추도록 한다.
2단계: 대상물체의 임의의 시작지점이 라인스캔 카메라의 수직선상에 위치하도록 스테이지를 제어한다.
3단계: 투영격자를 초기위치에 위치시킨다.
4단계: 스테이지를 구동시켜 대상물체(10)를 임의의 시점에서 끝 지점까지 연속으로 이동시켜 대상물체 모든 위치의 제1영상들을 획득한다.
5단계: 투영격자를 초기위치보다 λ/4만큼 이동시킨다.
6단계: 스테이지를 구동시켜 대상물체(10)를 끝 지점에서 시작지점까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제2영상들을 획득한다. 경우에 따라 영상 획득 시 시작지점에서 끝 지점으로 대상물체를 이동시키면서 영상을 획득할 수 있 음은 당연하다.
7단계: 투영격자를 다시 초기위치보다 2λ/4 만큼 이동시킨다.
8단계: 스테이지를 구동시켜 대상물체(600)를 시작지점에서 끝 지점까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제3영상들을 획득한다.
9단계: 투영격자를 초기위치보다 3λ/4 만큼 또 이동시킨다.
10단계: 스테이지를 구동시켜 대상물체를 끝 지점에서 시작지점까지 연속으로 이동시키면서 대상물체 모든 위치의 제4영상들을 획득한다.
11단계: 상기에서 얻은 대상물체 모든 위치의 제1영상들(투영격자가 초기위치에 있을 때 얻은 영상)과, 제2영상들(투영격자가 초기위치보다 (λ/4) 만큼 이동 했을 때 얻은 영상)과, 제3영상들(투영격자가 초기위치보다 (2λ/4) 만큼 이동 했을 때 얻은 영상)과, 제4영상들(투영격자가 초기위치보다 (3λ/4) 만큼 이동 했을 때 얻은 영상)을 모아레 해석모듈에 적용하여 대상물체의 3차원 영상을 해석한다.
위에서 설명한 본 발명의 모아레 측정법의 투영격자 이동거리는 λ의 배수인 λ/4, 2λ/4, 3λ/4 만큼 이동하였으나, 이는 투영격자의 이동거리를 정확히 알지 못하더라도 임의거리만큼 이동시키면서 측정하는 측정알고리즘이 공지되어 있으므로, 이러한 알고리즘을 적용하면 투영격자의 이동거리를 임의거리 이동시켜도 측정할 수 있음은 당연하다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 모아레 측정법은 대상물체의 모든 위치에 대한 영상을 획득하는데 투영격자를 단지 3회 이동하였음을 알 수 있다. 종 래의 모아레 측정법은 대상물체의 각위치마다 투영격자를 이동하므로 측정시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 투영격자를 이동시킴에 따른 진동이 영상을 왜곡시켜 측정정밀도를 저하시키나 본 발명의 모아레 기법은 종래의 모아레 측정법에 비해 측정시간이 매우 빠르고 측정정밀도도 뛰어남을 알 수 있다.
또한, 본 발명은 실린더 렌즈의 이용하여 스캐닝 모아레 방식에 적합한 라인 조명광을 용이하게 조사할 수 있음으로 결과적으로 측정대상물을 보다 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 3차원 형상측정장치의 일예를 보여주는 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상측정장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 형상측정장치의 실린더 렌즈에 대해 투영격자의 구동방향을 나타낸 사시도,
도 4a와 도 4b는 본 발명에 적용된 실린더 렌즈의 광경로를 나타낸 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 모아레 측정장치의 조명부를 나타낸 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 모아레 측정장치에서 측정대상물의 모아레 무늬 획득 과정을 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광원 200 : 조명부
210 : 입사부 220 : 집광부
230 : 확산부 300 : 투영격자
400 : 실린더 렌즈 500 : 카메라
600 : 측정대상물

Claims (7)

  1. 격자광을 측정대상물에 조사한 후 반사되는 격자무늬를 획득하고 소정의 알고리즘을 통해 상기 반사광을 해석하여 측정대상물의 형상을 측정하는 3차원 형상측정장치에서 상기 측정대상물에 광을 조사하기 위해 필요한 광을 출사하는 광원과, 상기 광원에서 출사되는 광을 라인 조명으로 변환하여 조사하기 위한 조명부와, 상기 조명부를 통해 조사된 광을 투과시키며 구동수단에 의해 n버킷되는 투영격자 및 상기 투영격자를 통해 측정대상물에 조사된 후 반사되는 광을 획득하는 카메라를 포함하여 구성되는 모아레 측정방법에 있어서,
    상기 투영격자에 의해 생성된 격자광을 입사받아 집광시킨 후 상기 측정대상물에 라인 조명광으로 조사하는 실린더 렌즈;를 포함하여 구성되고,
    투영격자 무늬를 상기 실린더 렌즈를 통해 측정대상물에 조사하는 제 1단계;
    상기 측정대상물의 시작지점이 상기 카메라의 수직선상에 위치하도록 위치시키는 제 2단계;
    상기 투영격자를 초기 위치에 위치시키는 제 3단계;
    상기 투영격자는 이동시키지 않고 상기 측정대상물을 임의의 시작점에서 끝 지점까지 연속적으로 이동시키면서 그에 해당하는 모아레 무늬를 각각 획득하는 제 1영상을 획득하는 제 4단계;
    상기 투영격자를 상기 제 3단계에서의 초기 위치보다 위상차가 나도록 측정대상물 표면과 같은 방향으로 이동시키는 제 5단계;
    상기 측정대상물을 이동시켜 상기 제 5단계에 따라 이동한 투영격자에 대한 제 2영상을 획득하는 제 6단계;
    상기 제 5단계와 제 6단계를 반복 수행하여 그에 따른 제 3영상과 제 4영상을 획득하는 제 7단계; 및
    상기 단계에서 획득한 제 1 내지 제 4영상들을 해석하여 측정대상물에 대한 3차원 이미지를 획득하는 제 8단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    제1영상은 투영격자가 초기위치에 있을 때 얻은 영상이며, 제2영상은 투영격자가 초기위치보다 λ/4 만큼의 위상차를 갖도록 이동 했을 때 얻은 영상이며, 제3영상은 투영격자가 초기위치보다 2λ/4 만큼의 위상차를 갖도록 이동 했을 때 얻은 영상이며, 제4영상은 투영격자가 초기위치보다 3λ/4 만큼의 위상차를 갖도록 이동 했을 때 얻은 영상임을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투영격자는,
    광축에 수평하지 않는 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 조명부는,
    상기 광원으로부터 출사광을 입사받아 라인광으로 바꿔주는 다수의 가이드부;
    상기 가이드부와 대응하게 구비되어 출사된 광을 집광시키는 집광부; 및
    상기 각각의 집광부에서 집광된 광을 확산시키는 확산부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 실린더 렌즈는,
    원통 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
  6. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카메라는,
    상기 실린더 렌즈가 조사하는 라인 조사광에 따라 상기 측정대상물에 반사되는 라인 반사광을 획득하기 위한 라인스캔 카메라인 것을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 7단계는,
    임의의 영상을 획득하고 투영격자를 이송시킨 후 상기 임의의 영상 획득에 따른 끝 지점에서 다음의 영상을 획득하거나, 상기 임의의 영상 획득을 위한 시작점으로 이동하여 다시 다음의 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법.
KR1020090061478A 2009-07-07 2009-07-07 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법 KR100950590B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090061478A KR100950590B1 (ko) 2009-07-07 2009-07-07 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090061478A KR100950590B1 (ko) 2009-07-07 2009-07-07 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100950590B1 true KR100950590B1 (ko) 2010-04-01

Family

ID=42219446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090061478A KR100950590B1 (ko) 2009-07-07 2009-07-07 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100950590B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101283635B1 (ko) * 2011-08-16 2013-07-08 주식회사 오라픽스 구강 내 스캐닝 시스템 및 스캐닝 방법
WO2014035010A1 (ko) * 2012-08-31 2014-03-06 주식회사 오라픽스 구강 내 자동 스캐닝 시스템 및 스캐닝 방법
KR20190055714A (ko) * 2017-11-15 2019-05-23 주식회사 마인즈아이 투명면 및 반사면 검사 방법 및 장치
CN113358063A (zh) * 2021-06-04 2021-09-07 华中科技大学 一种基于相位加权融合的面结构光三维测量方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060088988A (ko) * 2005-02-03 2006-08-08 현대자동차주식회사 후방 카메라 및 광원을 이용한 거리 인식 방법
KR20080003280U (ko) * 2007-02-08 2008-08-13 임헌북 태양광을 이용한 조명장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060088988A (ko) * 2005-02-03 2006-08-08 현대자동차주식회사 후방 카메라 및 광원을 이용한 거리 인식 방법
KR20080003280U (ko) * 2007-02-08 2008-08-13 임헌북 태양광을 이용한 조명장치

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101283635B1 (ko) * 2011-08-16 2013-07-08 주식회사 오라픽스 구강 내 스캐닝 시스템 및 스캐닝 방법
WO2014035010A1 (ko) * 2012-08-31 2014-03-06 주식회사 오라픽스 구강 내 자동 스캐닝 시스템 및 스캐닝 방법
KR20190055714A (ko) * 2017-11-15 2019-05-23 주식회사 마인즈아이 투명면 및 반사면 검사 방법 및 장치
KR102015384B1 (ko) * 2017-11-15 2019-08-28 주식회사 마인즈아이 투명면 및 반사면 검사 방법 및 장치
CN113358063A (zh) * 2021-06-04 2021-09-07 华中科技大学 一种基于相位加权融合的面结构光三维测量方法及系统
CN113358063B (zh) * 2021-06-04 2022-03-18 华中科技大学 一种基于相位加权融合的面结构光三维测量方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10401300B2 (en) Defect observation method and device and defect detection device
KR101150755B1 (ko) 영상촬영장치
US8675062B2 (en) Shape measuring device, observation device, and image processing method
US6291817B1 (en) Moire apparatus having projection optical system and observation optical system which have optical axes parallel to each other
EP2813809A1 (en) Device and method for measuring the dimensions of an objet and method for producing an item using said device
KR100950590B1 (ko) 집광 조명을 이용한 스캐닝 모아레 측정방법
WO2014174919A1 (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法
JP5848596B2 (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法
EP2947488B1 (en) Image acquisition device and focus method for image acquisition device
KR100946378B1 (ko) 실린더 렌즈를 이용한 모아레 측정장치
JP5296861B2 (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法
KR100319800B1 (ko) 모아레 무늬 획득장치 및 방법
US20220291140A1 (en) Defect inspection device and defect inspection method
JP2014238299A (ja) 被検物の計測装置、算出装置、計測方法および物品の製造方法
KR20080088946A (ko) 입체 형상 검사 장치 및 그를 이용한 입체 형상 검사 방법
JP2003247817A (ja) リニアスキャン型共焦点表面形状計測装置
JP2004053532A (ja) 光学的形状測定装置
JP2010117253A (ja) 画像不変光斑点の捕獲装置と方法
JP2633718B2 (ja) 形状認識装置
JP2002296020A (ja) 表面形状測定装置
KR102058780B1 (ko) 라인 스캐닝 방식의 공초점 현미경에서의 자동초점조절 방법 및 장치
JP2014240887A (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法
KR101323183B1 (ko) 듀얼광을 이용한 3차원 형상 측정장치
KR100651791B1 (ko) 부품 검사 장치 및, 방법
JP5986041B2 (ja) 画像取得装置及び画像取得装置のフォーカス方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee