KR101817132B1 - 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템 - Google Patents

간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101817132B1
KR101817132B1 KR1020160060202A KR20160060202A KR101817132B1 KR 101817132 B1 KR101817132 B1 KR 101817132B1 KR 1020160060202 A KR1020160060202 A KR 1020160060202A KR 20160060202 A KR20160060202 A KR 20160060202A KR 101817132 B1 KR101817132 B1 KR 101817132B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
distance
image
measured
interferometer
length
Prior art date
Application number
KR1020160060202A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170129470A (ko
Inventor
주흥로
전정은
김민수
Original Assignee
주식회사 엑스엘
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 주식회사 엑스엘 filed Critical 주식회사 엑스엘
Priority to KR1020160060202A priority Critical patent/KR101817132B1/ko
Priority to PCT/KR2017/004469 priority patent/WO2017200222A1/ko
Priority to US16/302,369 priority patent/US10739125B2/en
Publication of KR20170129470A publication Critical patent/KR20170129470A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101817132B1 publication Critical patent/KR101817132B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02015Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G01B9/02021Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations contacting different faces of object, e.g. opposite faces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/022Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of tv-camera scanning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring 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
    • G01B11/2536Measuring 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 using several gratings with variable grating pitch, projected on the object with the same angle of incidence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring 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
    • G01B11/254Projection of a pattern, viewing through a pattern, e.g. moiré
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042Calibration or calibration artifacts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02015Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027Two or more interferometric channels or interferometers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템에 관한 것으로서, 이송장치에 의하여 이동 가능한 물체와의 거리를 측정하는 간섭계; 특정위치에 고정되어 특정 범위 내에 위치하는 물체의 영상을 촬영하는 영상 장치; 및 상기 간섭계에 의하여 측정된 거리 및 상기 영상장치에 의하여 획득된 영상을 기초로, 기준지점으로부터 상기 영상의 각 픽셀까지의 거리를 나타내는 절대좌표를 산출하고, 상기 절대좌표를 기초로 상기 영상의 픽셀들간의 절대거리를 산출하고, 상기 절대좌표 또는 절대거리를 이용하여 상기 영상장치에 의하여 촬영된 상기 물체의 길이를 측정하는 제어장치를 포함한다.

Description

간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템{PRECISION MEASURING SYSTEM USING INTERFEROMETER AND VISION}
본 발명은 정밀 측정 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 간섭계와 영상을 이용하여 물체의 길이 또는 내, 외경을 정밀하게 측정하는 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템에 관한 것이다.
정밀한 구조물이나 기계장치를 제작하기 위해서는, 사용 부품들에 대한 정밀한 측정이 필수적이고, 길이나 내, 외경을 측정하기 위해서는 통상적으로 마이크로미터나 버니어캘리퍼를 사용하여 왔다. 이러한 측정장치들을 이용하여 물체의 길이나 내, 외경을 측정하면 측정 오차는 약 10 um정도이나, 물체의 길이가 아주 길어지거나 또는 작은 내경에 대하여는 측정을 정밀하게 하지 못하는 문제가 있다. 예를 들어, 물체의 길이가 30cm 이상이거나 내경이 1mm 이하인 경우에는 통상적인 버니어캘리퍼로 정밀하게 측정하기 어렵다.
물체의 길이를 가장 정밀하게 측정할 수 있는 방법은 파장이 안정화된 레이저를 이용하는 간섭계를 사용하는 것이다. 파장이 안정된 레이저는 길이측정의 표준으로 사용되고 있으며, 가스상태에서의 에너지 천이가 안정적인 헬륨네온(HeNe) 레이저나, 또는 기체가 들어있는 튜브형태의 관(Gas cell)에서의 흡수선에 파장이 로킹(locking) 된 레이저도 길이 측정의 표준으로 사용된다. 이러한 레이저는 주기적인 보정 없이도, 길이 측정의 표준으로 사용 가능하다.
따라서, 파장이 안정된 레이저 간섭계를 이용하면, 물체의 길이에 관계없이 1um는 물론 1nm의 정밀도로도 길이를 정확히 측정할 수 있다. 또한 부품의 내경이 작을 경우, 물체의 형상을 확대하여 측정하면, 1mm 이하의 내경도 정밀하게 측정할 수 있으며, 최근, 영상소자의 해상도가 HD, 4K, 8K등과 같이 높아지면서, 영상을 이용하여 더욱 정밀한 측정이 가능해졌다.
그러나, 카메라나 현미경과 같은 영상장치는 영상을 영상소자에 투영시켜주는 이미징 광학계와 영상면에 집속된 영상을 전기신호로 바꾸어주는 CCD나 CMOS같은 영상 소자로 구성되는데, 여기에서, 이미징 광학계의 수차로 인하여, 실제로 우리가 보게되는 영상은 왜곡을 포함하고 있는 문제가 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, (a)는 원래의 영상에 해당하나, (b)는 우리가 보게 되는 영상으로서 왜곡 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있고, 특히 외곽 부분에서 심하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 왜곡을 보정하기 위해 고가의 이미징 광학계를 이용하기는 하나, 그렇다고 하더라도 어느 정도의 왜곡은 항상 존재하게 된다. 따라서, 영상만을 이용하여 내경이나 외경 등의 수치를 정확하게 파악하는 것은 어려우며, 외경과 외경의 동심도를 측정함에 있어서도 어려움이 존재한다.
한국공개특허 10-2013-0135438호는 간섭계를 이용한 측정 장치를 제공하고 있으나, 위상 동기된 펄스 레이저 광을 출사하는 광원과, 광원에서 출사되는 광을 상호 다른 제1경로와 제2경로로 분배하는 광분배기와, 광분배기에 의해 분기되어 제1광경로로 진행하는 광을 반사하는 제1기준부와, 광분배기에 의해 분기되어 제2경로로 진행하는 광을 측정대상체로 전송하는 광전송부와, 측정대상체에서 반사되는 광과 제1기준부에서 반사광이 중첩되어 수신되는 광을 검출하는 광검출부를 구비하는 바, 간섭계와 영상을 이용하여 측정하는 장치는 제공하고 있지 못하고 있다.
한국공개특허 10-2013-0135438호
본 발명의 목적은 간섭계와 영상을 이용하여 물체의 길이나 내경을 정밀하게 측정하는 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 이송장치에 의하여 이동 가능한 물체와의 거리를 측정하는 간섭계; 특정위치에 고정되어 특정 범위 내에 위치하는 물체의 영상을 촬영하는 영상 장치; 및 상기 간섭계에 의하여 측정된 거리 및 상기 영상장치에 의하여 획득된 영상을 기초로, 기준지점으로부터 상기 영상의 각 픽셀까지의 거리를 나타내는 절대좌표를 산출하고, 상기 절대좌표를 기초로 상기 영상의 픽셀들간의 절대거리를 산출하고, 상기 절대좌표 또는 절대거리를 이용하여 상기 영상장치에 의하여 촬영된 상기 물체의 길이를 측정하는 제어장치를 포함한다.
바람직하게, 상기 제어장치는 상기 간섭계가 상기 이송장치에 의하여 이동되는 물체와의 거리를 측정하면, 상기 측정된 거리를 기초로 상기 영상장치에 의하여 촬영되는 영상에서 상기 물체의 일단면을 나타내는 픽셀의 절대좌표를 산출하여 저장할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어장치는 상기 물체의 기준면이 상기 기준지점과 접하고 있는 상태에서 상기 간섭계에 의하여 측정된 길이, 및 상기 물체의 기준면이 상기 영상장치에 의하여 촬영되는 영상 내에 위치하고 있는 상태에서 상기 간섭계에 의하여 측정된 길이를 기초로 기준거리를 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어장치는 상기 영상장치에 의하여 측정대상물체가 촬영되면, 상기 측정대상물체의 일단면과 상기 중앙선간의 거리에 해당하는 보정거리를 산출하고, 상기 보정거리에 상기 절대거리를 적용하여 산출된 거리값 및 상기 기준거리를 기초로 상기 측정대상물체의 길이를 측정하되, 상기 측정대상물체의 다른 일단면은 상기 기준지점과 접하고 있을 수 있다.
바람직하게, 상기 제어장치는 상기 영상장치에 의하여 구형의 측정대상물체가 촬영되고, 상기 측정대상물체의 전체가 영상 내에 위치하면, 상기 영상의 픽셀들간의 절대거리를 기초로 상기 측정대상물체의 내경, 외경, 편심도 또는 타원율을 측정할 수 있다.
바람직하게, 상기 이송장치는, 상기 물체가 놓여지고, 일측면에 반사면 또는 반사거울을 구비하는 스테이지 베이스; 및 상기 스테이지 베이스의 이동을 가이드하는 스테이지 가이드를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 직선물체를 이동시키면서 간섭계를 활용하여 이미징 광학계과 영상소자에 의하여 출력되는 영상의 각 픽셀의 절대좌표를 산출하면, 고가의 광학계를 사용하지 않고도 길이나 내경을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 영상만으로 길이, 내경, 외경 등을 측정할 수 있으므로 구조물의 측정 자동화에도 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 통상적인 측정 장치인 버니어캘리퍼의 경우에는 30cm이상의 물체 길이는 측정이 불가하고, 줄자의 경우에는 긴 길이의 측정이 가능하나 수십 um 정도의 정밀도로는 측정이 불가하지만, 본 발명에 의하면, 간섭계를 이용하여 절대좌표, 절대길이를 산출하기만 하면, 즉, 캘리브레이션 하기만 하면, 새로운 길이의 구조물을 수 um 또는 그 이상의 정밀도로 측정하는 것이 가능해 지는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이미징 광학계의 수차로 인하여 발생하는 영상 왜곡의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템에 대한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준거리를 측정하는 것을 도시한 구성도이다.
도 4는 기준거리를 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정대상물체의 길이를 측정하는 것을 도시한 구성도이다.
도 6은 보정거리를 나타내는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정대상물체의 길이를 측정하는 것을 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템에 대한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템(200)은 간섭계(210a 및 210b), 영상장치(220), 제어장치(230), 이송장치(240), 및 영상출력장치(250)를 포함한다.
간섭계(210a 및 210b)는 빛의 간섭 현상을 이용한 측정기로서, 2개의 광선 간섭 작용으로 인해 만들어진 간섭 무늬를 분석하여 길이를 측정한다. 보다 구체적으로, 간섭계(210a 및 210b)는 동일한 광원에서 나오는 빛을 두 갈래 이상으로 나누어 진행 경로에 차이가 생기도록 한 후 빛이 다시 만났을 때 일어나는 간섭 현상을 관찰하여 거리 또는 각도 등을 측정할 수 있는 기구이다. 도 2에 도시된 간섭계(210a 및 210b)는 물체로부터 반사되는 레이저 빛을 수광하는 센서부분만 도시한 것이다.
바람직하게, 정밀 측정 시스템(200)은 물체의 길이 측정을 위하여 간섭계를 1축(x축), 2축(x, y축), 또는 3축(x, y, z축) 이상으로 구성할 수 있으며, 간섭계(210a)는 물체의 x축 길이를 측정할 수 있으며, 간섭계(210b)는 물체의 y축 길이를 측정할 수 있다.
또한, 간섭계(210a 및 210b)는 거울, 빔스플리터, 또는 편광소자가 사용되는 일반적인 간섭계가 사용되거나, 또는 광섬유 기반의 간섭계가 사용될 수 있다. 여기에서, 광섬유 기반의 간섭계가 사용되는 경우에는 간편하게 이동거리를 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
영상장치(220)는 특정위치에 고정되게 설치되어 특정 범위 내에 위치하는 물체의 영상을 촬영하는 장치이다. 바람직하게, 영상장치(220)는 카메라 또는 현미경에 해당할 수 있고, 이미징 광학계 또는 이미징 소자로 구성될 수 있다.
제어장치(230)는 간섭계(210a 및 210b)에 의하여 측정된 거리 및 영상장치(220)에 의하여 획득된 영상을 기초로 산출된 절대좌표 및 절대거리를 이용하여, 영상장치(220)에 의하여 촬영된 물체의 길이를 측정하는 장치이다. 여기에서, 절대좌표는 기준지점으로부터 영상의 각 픽셀까지의 거리를 나타내는 것이고, 절대거리는 영상의 픽셀들간의 거리가 나타내는 실제거리를 의미하는 것이다.
이송장치(240)는 물체를 이동시키는 장치로서, 스테이지 베이스(241) 및 스테이지 가이드(242)를 포함한다. 바람직하게, 스테이지 베이스(241)는 그 상단에 물체가 놓여지고, 일측면에 반사면 또는 반사거울(243)이 구비될 수 있으며, 스테이지 사이드(242)는 스테이지 베이스(241)의 이동을 가이드할 수 있다. 여기에서, 반사면 또는 반사거울(243)은 간섭계(210a 및 210b)의 측정용 레이저빔을 반사시켜 간섭계(210a 및 210b)로 보내는 역할을 한다.
영상출력장치(250)는 영상장치(220)에 의하여 촬영된 영상을 출력하는 장치로서, 바람직하게, 모니터에 해당할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준거리를 측정하는 것을 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3에 의하여 측정된 기준거리를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 스테이지 베이스(241) 상단에 놓여진 물체의 기준면이 기준지점과 접하고 있는 상태에서, 간섭계(210)는 스테이지 베이스(241)의 일측면에 구비된 반사면 또는 반사거울(243)을 이용하여 해당 거리의 길이를 측정한다.
그 다음, 도 3의 (b)를 참조하면, 스테이지 베이스(241)가 스테이지 가이드(242)를 따라 이동하여 스테이지 베이스(241) 상단에 놓여진 물체의 기준면이 영상장치(220)에 의하여 촬영되는 영상의 중앙선에 위치하면, 즉, 영상출력장치(250)에 의하여 물체의 기준면이 영상의 중앙선에 놓여진 것이 확인되면, 간섭계(210)는 스테이지 베이스(241)의 일측면에 구비된 반사면 또는 반사거울(243)을 이용하여 해당 거리의 길이를 측정한다.
도 3의 (a) 및 (b)에서 간섭계(210)에 의하여 측정된 두 개의 길이를 기초로 제어장치(230)는 도 4에 도시된 바와 같이, 기준지점으로부터의 기준거리(L)을 산출한다. 즉, 기준거리(L)는 기준지점으로부터 영상장치(220)의 중앙선까지의 거리에 해당한다.
바람직하게, 제어장치(230)는 기준거리(L)을 산출한 다음, 기준지점으로부터 영상장치(220)에 의하여 촬영되는 영상 내의 각 픽셀까지의 거리를 나타내는 절대좌표를 산출하고, 절대좌표를 기초로 픽셀들간의 절대거리를 산출할 수 있다. 여기에서, 픽셀들간의 절대거리는 영상장치(220)에 포함되는 이미징 광학계와 영상소자의 조합이 동일하게 유지되는 한 유효하게 사용될 수 있으며, 추가적인 캘리브레이션(calibration) 없이 측정에 사용될 수 있다.
또한, 제어장치(230)가 절대좌표를 산출할 때 영상 내의 픽셀들 간의 상대좌표가 측정되어 있다면, 영상 내의 임의의 픽셀 하나에 대하여 절대거리가 산출되면, 영상 내의 다른 픽셀들에 대한 절대좌표는 자동적으로 산출될 수 있다. 그러나, 만약, 영상 내의 픽셀들 간의 상대좌표가 측정되어 있지 않다면, 제어장치(230)는 물체의 이동에 따른 거리를 간섭계(210)로 측정하여 영상 내의 각 픽셀들에 대한 절대좌표를 산출할 수 있다.
이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 산출된 기준거리, 절대좌표, 및 절대거리를 이용하여 측정대상물체의 길이를 측정하는 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정대상물체의 길이를 측정하는 것을 도시한 구성도이고, 도 6은 보정거리를 나타내는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 스테이지 베이스(241) 상단에 놓여진 측정대상물체의 기준면이 기준지점과 접하고 있는 상태에서, 영상장치(220)에 의하여 촬영된 영상 내에서의 측정대상물체의 위치에 따라, 제어장치(230)는 측정대상물체의 길이를 측정한다.
보다 구체적으로, 기준지점과 접하고 있는 측정대상물체의 일단면이 영상장치(220)에 의하여 촬영되는 영상 내에 위치하게 되면, 제어장치(220)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 측정대상물체의 일단면과 영상의 중앙선간의 거리에 해당하는 보정거리(△L)를 산출한다. 그 다음, 제어장치(220)는 보정거리(△L)에 절대거리를 적용하여 보정거리(△L)가 나타내는 실제의 거리값을 산출하고, 산출된 거리값을 기준거리(L)에 반영하여 측정대상물체의 길이를 측정한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 측정대상물체의 일단면이 중앙선에서 △L만큼 짧게 나타난 다면, 측정대상물체의 길이는 L-△L이되고, 이와 반대로, 측정대상물체의 일단면이 중앙선에서 △L만큼 길게 나타난다면, 측정대상물체의 길이는 L+△L이 된다.
만약, 보정거리(△L)가 0인 경우, 즉, 측정대상물체의 일단면이 영상의 중앙선에 위치하게 되면, 측정대상물체의 길이는 기준거리인 L이 되게 된다.
또는, 제어장치(220)는 영상장치(220)에 의하여 촬영되는 영상 내의 측정대상물체의 위치를 기초로, 측정대상물체의 일단면이 위치 곳의 픽셀에 대한 절대좌표를 이용하여 측정대상물체의 길이를 측정할 수 있다. 여기에서, 측정대상물체는 기준지점과 접하고 있는 상태이다.
즉, 제어장치(220)는 영상 내의 각 픽셀에 대한 절대좌표 또는 절대거리를 이용하여 측정대상물체가 기준지점과 접하고 있을 때의 영상만으로 길이의 측정이 가능하므로, 길이 측정의 자동화를 쉽게 이룰 수 있는 효과가 있고, 상대적으로 길이가 긴 물체의 길이도 수 um 또는 그 이상의 정밀도로 측정할 수 있는 효과가 있다. 여기에서, 측정의 정밀도는 영상장치(220)의 영상소자의 화소수, 영상장치(220)의 배율, 이미지 광학계 등에 의해 결정될 수 있고, 간섭계(210)에 의해 결정될 수 있는데, 일반적으로 sub-micron~10nm 정도의 정밀도를 가질 수 있고, 간섭계(210)의 파장이 안정될수록 정밀도가 높아지며, 측정길이의 1ppm 정도의 정밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 1 meter의 경우 1um, 0.1 meter의 경우 100nm의 정밀도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 도 5는 측정대상물체에 대한 1차원 측정을 나타내었으나, 도 2에 도시된 바와 같이 x축 및 y축의 길이 측정이 가능한 간섭계(210a 및 210b) 및 영상장치를 추가 및 적용하면 측정대상물체에 대한 2차원 측정이 가능하며, 수직방향(z축)으로 추가적인 영상장치 및 간섭계를 추가하면, 측정대상물체의 수직방향의 움직임을 기초로 3차원적인 측정도 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 측정대상물체의 길이를 측정하는 것을 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하면, 투명 유리면 상에 놓여진 구형의 측정대상물체를 영상장치(220)로 촬영하여 구형의 측정대상물체에 대한 내경, 외경, 편심도 또는 타원율이 측정된다. 여기에서, 투명 유리면은 영상장치(220)의 영상면에 상이 맺히도록, 그리고 측정대상물체의 물체면과 일치하도록 위치될 수 있다.
바람직하게, 구형의 측정대상물체는 그 전체가 영상장치(220)에 의하여 촬영되는 영상 내에 위치하는 경우에, 영상의 픽셀들간의 절대거리를 기초로 촬영된 영상내의 길이에 따라 측정하고자 하는 길이가 측정될 수 있다.
또한, 구형의 측정대상물체는 도 2에 도시된 바와 같이, 이송장치(240)의 상단에 놓여져 영상장치(220)로 촬영될 수 있고, 이 경우에도 마찬가지로, 제어장치(230)는 영상장치(220)에 의하여 촬영된 영상만을 기초로 해당 영상의 길이에 절대거리를 적용하여 측정하고자 하는 길이를 측정할 수 있다.
즉, 제어장치(230)는 영상장치(220)에 의하여 촬영된 영상만을 이용하여 측정대상물체의 내경, 외경, 편심도 또는 타원율 등을 간편하게 측정할 수 있으므로, 측정의 자동화에 유리하고, 보다 편리하고 빠르게 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 방법은 특히 내경이 1mm 이하로 작을 경우에 유용하고, 종래에 이용된 작은 내경을 측정하는 방법, 즉, 버몬트 게이지(Vermont gauge)와 같이 외경을 정확히 아는 여러 종류의 치구를 삽입하여 얼마나 빡빡하게 삽입되느냐의 여부로 내경의 크기를 판단하는 것 보다, 보다 정밀하게 비접촉적으로 정확히 측정 할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명에 따른 간섭계와 비전을 이용한 정밀 측정 시스템에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
200: 정밀 측정 시스템
210a, 210b: 간섭계
220: 영상장치
230: 제어장치
240: 이송장치
241: 스테이지 베이스
242: 스테이지 가이드
243: 반사면 또는 반사거울
250: 영상출력장치

Claims (6)

  1. 이송장치에 의하여 이동 가능한 물체와의 거리를 측정하는 간섭계;
    특정 위치에 고정되어 특정 범위 내에 위치하는 물체의 영상을 촬영하는 영상 장치; 및
    상기 간섭계에 의하여 측정된 거리 및 상기 영상장치에 의하여 획득된 영상을 기초로, 기준지점으로부터 상기 영상의 각 픽셀까지의 거리를 나타내는 절대좌표를 산출하고, 상기 절대좌표를 기초로 상기 영상의 픽셀들간의 절대거리를 산출하고, 상기 절대좌표 또는 절대거리를 이용하여 상기 영상장치에 의하여 촬영된 상기 물체의 길이를 측정하는 제어장치를 포함하며,
    상기 제어장치는 상기 물체의 기준면이 상기 기준지점과 접하고 있는 상태에서 상기 간섭계에 의하여 측정된 길이 및 상기 물체의 기준면이 상기 영상장치에 의하여 촬영되는 영상 내에 위치하고 있는 상태에서 상기 간섭계에 의하여 측정된 길이를 기초로 기준거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 정밀 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는
    상기 간섭계가 상기 이송장치에 의하여 이동되는 물체와의 거리를 측정하면, 상기 측정된 거리를 기초로 상기 영상장치에 의하여 촬영되는 영상에서 상기 물체의 일단면을 나타내는 픽셀의 절대좌표를 산출하여 저장하는 것을 특징으로 하는 정밀 측정 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는
    상기 영상장치에 의하여 측정대상물체가 촬영되면, 상기 영상장치에 의하여 촬영되는 영상 내 상기 측정대상물체의 일단면과 상기 영상의 중앙선간의 거리에 해당하는 보정거리를 산출하고, 상기 보정거리에 상기 절대거리를 적용하여 산출된 거리값 및 상기 기준거리를 기초로 상기 측정대상물체의 길이를 측정하되, 상기 측정대상물체의 다른 일단면은 상기 기준지점과 접하고 있는 것을 특징으로 하는 정밀 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는
    상기 영상장치에 의하여 구형의 측정대상물체가 촬영되고, 상기 구형의 측정대상물체의 전체가 영상 내에 위치하면, 상기 영상의 픽셀들간의 절대거리를 기초로 상기 구형의 측정대상물체의 내경, 외경, 편심도 또는 타원율을 측정하는 것을 특징으로 하는 정밀 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이송장치는
    상기 물체가 놓여지고, 일측면에 반사면 또는 반사거울을 구비하는 스테이지 베이스; 및
    상기 스테이지 베이스의 이동을 가이드하는 스테이지 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 측정 시스템.
KR1020160060202A 2016-05-17 2016-05-17 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템 KR101817132B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160060202A KR101817132B1 (ko) 2016-05-17 2016-05-17 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템
PCT/KR2017/004469 WO2017200222A1 (ko) 2016-05-17 2017-04-26 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템
US16/302,369 US10739125B2 (en) 2016-05-17 2017-04-26 Precision measurement system using interferometer and image

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160060202A KR101817132B1 (ko) 2016-05-17 2016-05-17 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170129470A KR20170129470A (ko) 2017-11-27
KR101817132B1 true KR101817132B1 (ko) 2018-01-10

Family

ID=60326278

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160060202A KR101817132B1 (ko) 2016-05-17 2016-05-17 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10739125B2 (ko)
KR (1) KR101817132B1 (ko)
WO (1) WO2017200222A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101889746B1 (ko) * 2017-05-31 2018-08-20 주식회사 엑스엘 간섭계와 영상을 이용한 2차원 정밀 측정 시스템
KR102052117B1 (ko) * 2018-07-17 2019-12-04 재단법인 한국기계전기전자시험연구원 레이저를 사용한 측정 대상물 위치 신뢰성 평가 장치
KR20240010186A (ko) 2022-07-15 2024-01-23 (주)메디나 근력 보조용 속옷

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09196624A (ja) 1996-01-18 1997-07-31 Laser Tec Kk 微少寸法測定方法、及び装置
KR20000012428U (ko) 1998-12-17 2000-07-05 신현준 원통형 시편 측정용 영상계측장치
US6661502B1 (en) * 1999-10-28 2003-12-09 Fitel Usa Corp. Method and apparatus for measuring the diameter and/or eccentricity of a coating layer of a coated optical fiber
CN1329711C (zh) 2005-09-14 2007-08-01 哈尔滨工业大学 基于双光纤耦合的微小内腔体尺寸测量装置与方法
KR100937477B1 (ko) 2008-03-13 2010-01-19 한국표준과학연구원 기준판을 이용한 좌표 측정기
JP5525739B2 (ja) * 2008-09-16 2014-06-18 株式会社ニューフレアテクノロジー パターン検査装置及びパターン検査方法
KR101174000B1 (ko) 2010-07-23 2012-08-16 광주과학기술원 회절소자와 간섭현상을 이용한 4자유도 운동오차 측정 방법 및 장치
KR20130135438A (ko) 2012-06-01 2013-12-11 한국생산기술연구원 간섭계를 이용한 측정장치
US9729832B2 (en) * 2014-11-14 2017-08-08 Envipco Holding N.V. Device for measuring the length and diameter of a container using structured lighting, and method of use

Also Published As

Publication number Publication date
US20190301849A1 (en) 2019-10-03
KR20170129470A (ko) 2017-11-27
US10739125B2 (en) 2020-08-11
WO2017200222A1 (ko) 2017-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6273142B2 (ja) 構造物体を検査するための光学装置及び方法
US8411280B2 (en) Surface shape measurement apparatus
WO2013084557A1 (ja) 形状測定装置
CN103547883A (zh) 用于非接触测量表面的方法和设备
KR101817132B1 (ko) 간섭계와 영상을 이용한 정밀 측정 시스템
US20120044503A1 (en) Shape measuring method and shape measuring apparatus
US20160238380A1 (en) Image measuring method and image measuring apparatus
JP5704150B2 (ja) 白色干渉装置及び白色干渉装置の位置及び変位測定方法
JP5543765B2 (ja) フィゾー型干渉計、及びフィゾー型干渉計の測定方法
CN104508421A (zh) 光学测量探针和用于内直径和外直径的光学测量的方法
Pintó et al. Non-contact measurement of aspherical and freeform optics with a new confocal tracking profiler
JP2022145717A (ja) 多軸レーザ干渉測長器、及び、変位検出方法
JP2002511575A (ja) 自動焦点調整原理による材料表面の点走査式輪郭決定のための方法及び座標測定器
KR101889746B1 (ko) 간섭계와 영상을 이용한 2차원 정밀 측정 시스템
US12007219B2 (en) Laser triangulation apparatus and calibration method
KR101751414B1 (ko) 초정밀 측정 기능을 갖는 3차원 측정장치
US20150070710A1 (en) Measurement apparatus
Balzer et al. Application of a novel fibre-coupled confocal sensor in a nanopositioning and nanomeasuring machine
KR101458890B1 (ko) 3차원 형상 측정장치
JPH07311117A (ja) 多眼レンズ位置測定装置
KR102069647B1 (ko) 광 간섭 시스템
CN220398407U (zh) 一种基于共聚焦显微镜的量块测量装置
JP5149085B2 (ja) 変位計
JP2010181157A (ja) 三次元測定装置
JP5439224B2 (ja) 基準器およびそれを用いた検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant