KR101833055B1 - 3차원 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 측정 장치에 관한 것으로, 측정 대상물의 기준 영역에 레이저 빔을 빔폭 및 빔두께가 확장된 상태로 경사지게 조사함으로써, 측정 대상물에 다수회 반복적으로 레이저 빔을 조사하지 않고도 1회의 레이저 빔 조사 만으로 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 신속하고 정확하게 측정할 수 있고, 측정 오차 발생 가능성을 낮출 수 있는 3차원 측정 장치를 제공한다.

Description

3차원 측정 장치{3-DIMENSIONAL MEASURING SYSTEM}
본 발명은 3차원 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 측정 대상물의 기준 영역에 레이저 빔을 빔폭 및 빔두께가 확장된 상태로 경사지게 조사함으로써, 측정 대상물에 다수회 반복적으로 레이저 빔을 조사하지 않고도 1회의 레이저 빔 조사 만으로 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 신속하고 정확하게 측정할 수 있고, 측정 오차 발생 가능성을 낮출 수 있는 3차원 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 측정 장치는 좌우방향인 X축, 전후방향인 Y축, 상하방향인 Z축을 따라 이동되면서 측정 대상물의 형상 정보를 3차원 공간 좌표 형태로 얻는 장비로서, 측정 대상물의 표면 위치를 검출할 수 있는 센서가 3차원 공간을 이동하면서 측정점의 좌표를 검출하고 연산를 통해 그 데이타를 연산 처리함으로써, 크기나 위치, 방향 등을 측정하여 설계된 형상 치수와 비교한 후 가공정밀도를 평가하는데 이용하거나 도면 등의 설계 자료가 없는 제품의 역설계 등에 이용된다.
3차원 측정 장치의 측정방식은 터치 프로브, 레이저센서, 비젼카메라를 포함하는 비젼시스템의 3가지 측정방식이 주로 채택되어 사용되고 있으며, 이는 접촉 방식과 비접촉 방식으로 구분된다.
접촉 방식인 터치 프로브는 매우 정밀한 측정 정보를 얻을 수 있지만, 많은 측정시간이 소요되어 효율적이지 못하며, 접촉에 의해 형상이 변형되거나 오염될 수 있는 측정 대상물에 대해서는 측정이 곤란한 단점을 가지고 있다.
비접촉 방식인 레이저 센서는 선 형태의 측정 방식으로 빠른 측정속도와 높은 정밀도를 얻을 수 있어 터치 프로브가 측정할 수 없는 작은 구멍 피처에 대한 측정 및 프로파일 측정이 가능하지만 스캐닝 방향에 따른 정보의 손실 영역이 존재할 수 있다는 단점을 가지고 있다.
비전 시스템의 경우는 광학적인 측정방법으로 레이저 슬릿빔 또는 빔 프로젝터의 슬릿빔을 이용한 점, 선 측정방식과, 모아레 측정법이나 스테레오 비전과 같은 면적 측정방식이 있으며, 빠른 측정 속도와 비교적 높은 정밀도를 얻을 수는 있지만, 이 역시 단일 카메라를 사용했을 경우에는 불가능한 영역이 존재하게 된다.
최근에는 비접촉 방식인 레이저 빔과 비전 카메라를 이용한 3차원 측정 장치들이 개발되고 있다. 이러한 방식의 3차원 측정 장치는 일반적으로 레이저 빔 조사부를 통해 슬릿빔이나 또는 포인트빔 형태의 레이저 빔을 측정 대상물에 조사하고, 레이저 빔의 조사 영역을 비전 카메라로 촬영하며, 촬영된 영상 정보를 분석하여 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 산출한다.
이와 같은 3차원 측정 장치는 그 장치의 특성상 측정 대상물에 대해 분석하고자 하는 지점마다 국소 영역에 레이저 빔을 조사하고, 국소 영역에 조사된 레이저 빔의 조사 영역을 비전 카메라를 이용하여 촬영하고, 각각의 촬영된 영상을 분석하여 해당 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 산출하게 된다.
따라서, 레이저 빔 조사부를 계속해서 이동시켜가며 레이저 빔을 계속적으로 반복 조사하고, 또한, 비전 카메라를 이용하여 계속해서 레이저 빔 조사 영역을 촬영해야 하는 등 그 측정 방식이 복잡하고 단계가 많아 측정 시간이 오래 걸리고 측정 오차 발생 가능성이 증가하는 등의 문제가 있다.
국내공개특허 제10-2015-0114903호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 측정 대상물의 기준 영역에 레이저 빔을 빔폭 및 빔두께가 확장된 상태로 경사지게 조사함으로써, 측정 대상물에 다수회 반복적으로 레이저 빔을 조사하지 않고도 1회의 레이저 빔 조사 만으로 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 신속하고 정확하게 측정할 수 있고, 측정 오차 발생 가능성을 낮출 수 있는 3차원 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 측정 대상물의 3차원 좌표값을 측정하는 3차원 측정 장치에 있어서, 측정 대상물의 기준 영역에 경사지게 조사되도록 경사 각도로 레이저 빔을 조사하고, 상기 레이저 빔은 빔폭이 상기 기준 영역을 가로질러 횡단할 수 있는 정도로 형성되고 빔두께는 상기 레이저 빔이 상기 기준 영역의 일부 영역에만 조사되도록 상기 기준 영역을 횡단하지 못하는 정도로 형성되는 레이저 빔 조사부; 상기 레이저 빔 조사부를 통해 상기 기준 영역에 조사된 상기 레이저 빔의 조사 영역을 촬영하는 비전 카메라; 및 상기 비전 카메라를 통해 촬영된 영상 정보를 인가받고, 미리 저장된 기준 영상 정보와 영상 정합 처리하여 상기 기준 영역에 대한 3차원 좌표값을 연산 산출하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 장치를 제공한다.
이때, 상기 레이저 빔 조사부는 상기 기준 영역에 대해 X축 방향으로 빔폭이 형성되도록 제 1 레이저 빔을 조사하는 제 1 레이저 빔 조사부; 및 상기 기준 영역에 대해 상기 X축 방향과 직각인 Y축 방향으로 빔폭이 형성되도록 제 2 레이저 빔을 조사하는 제 2 레이저 빔 조사부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 비전 카메라를 통해 촬영된 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔의 상기 기준 영역에 대한 조사 영역 중 상기 기준 영역의 형상에 따라 형성되는 불연속 경계면 및 외곽 경계면에서의 좌표값을 기준 영상 정보와 영상 정합 처리하여 산출하고, 이를 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 3차원 좌표값을 연산하여 산출할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 제 1 레이저 빔의 불연속 경계면에서 산출된 좌표값을 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 X축 좌표값을 산출하고, 상기 제 2 레이저 빔의 불연속 경계면에서 산출된 좌표값을 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 Y축 좌표값을 산출하며, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 빔두께 방향 외곽 경계면에서 산출된 좌표값을 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 Z축 좌표값(XY평면에 대한 수직축 좌표값)을 산출할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 빔두께 방향 외곽 경계면에서 산출된 좌표값으로부터 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 경사 각도를 고려한 삼각함수를 통해 상기 기준 영역의 중심점에 대한 Z축 좌표값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 연산부는 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 빔두께 방향 외곽 경계면에서 산출된 좌표값으로부터 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 경사 각도를 고려한 삼각함수를 통해 상기 기준 영역의 표면 기울기 정보를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 조사부는 각각 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔을 동시에 조사하도록 작동할 수 있다.
또한, 상기 3차원 측정 장치는, 상기 측정 대상물의 기준 영역에 조명광을 조사할 수 있는 링 조명 조사부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 3차원 측정 장치와, 상기 측정 대상물의 측정 표준이 되도록 형성된 마스터와, 상기 측정 대상물의 기준 영역에 대한 3차원 좌표값과, 상기 마스터의 기준 영역에 대한 3차원 좌표값을 비교하여 상기 측정 대상물의 정상 여부를 판단하는 검사 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 측정 대상물의 기준 영역에 레이저 빔을 빔폭 및 빔두께가 확장된 상태로 경사지게 조사함으로써, 측정 대상물에 다수회 반복적으로 레이저 빔을 조사하지 않고도 1회의 레이저 빔 조사 만으로 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 신속하고 정확하게 측정할 수 있고, 측정 오차 발생 가능성을 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 구성을 기능적으로 분류하여 도시한 기능 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 레이저 빔 조사 방향 및 조사 영역을 개념적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 레이저 빔 조사 영역을 분석하여 XY평면 좌표값을 산출하는 방식을 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 레이저 빔 조사 영역을 분석하여 Z축 좌표값을 산출하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 구성을 개념적으로 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 구성을 기능적으로 분류하여 도시한 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 레이저 빔 조사 방향 및 조사 영역을 개념적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치는 측정 대상물(M)의 3차원 좌표값을 측정하는 장치로서, 레이저 빔 조사부(100)와, 비전 카메라(200)와, 연산부(300)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 3차원 측정 장치를 통해 측정할 수 있는 측정 대상물(M)에 대해서는 특별한 제한없이 모든 물품이 적용될 수 있는데, 그 크기 또는 형상에 따라서는 측정 대상물(M) 전체 영역을 3차원 측정 장치를 이용하여 3차원 측정할 수도 있지만 특정 기준 영역에 대해서만 3차원 측정할 수도 있는 등 사용자의 필요에 따라 다양하게 사용할 수 있다.
예를 들면, 측정 대상물(M)의 크기가 크거나 매우 복잡한 경우, 필요에 따라서는 측정 대상물(M)의 중요 지점을 포함하는 기준 영역(M1)을 미리 여러군데 지정하여 해당 기준 영역(M1)에 대해서 3차원 좌표값을 산출하고, 이를 기준으로 측정 대상물에 대한 전체적인 3차원 형상을 분석하게 된다. 여기서, 기준 영역(M1)이란 측정 대상물의 일부 영역만을 포함하는 개념으로 사용하고 있으나, 경우에 따라서는 측정 대상물의 전체 영역을 모두 포함하는 영역일 수도 있다.
이러한 측정 대상물(M)로서, 자동차의 차체 프레임을 이루는 X 멤버를 예로 들 수 있는데, X 멤버는 자동차의 차체 구조를 이루는 매우 중요한 구조체로서, 그 3차원 형상이 매우 높은 정밀도로 설계 기준에 적합해야 한다. 이러한 X 멤버에 대한 3차원 측정 방식은 전체 영역에 대한 측정 방식이 아니라 특정 기준 영역에 대해 3차원 측정하고, 이를 기준으로 전체적인 3차원 형상을 분석한다.
이하에서는, 측정 대상물(M)의 일부 영역만을 포함하는 기준 영역(M1)에 대해 3차원 좌표값을 산출하는 방식을 중심으로 설명하며, 기준 영역(M1)이 측정 대상물(M)의 전체 영역을 모두 포함하는 경우에도 이와 마찬가지 방식으로 3차원 좌표값을 산출할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 레이저 빔 조사부(100)는 측정 대상물(M)의 기준 영역에 경사지게 조사되도록 경사 각도(θ)로 레이저 빔(L1,L2)을 조사한다. 이때, 레이저 빔 조사부(100)를 통해 조사되는 레이저 빔(L1,L2)은 빔폭(WD)이 기준 영역(M1)을 가로질러 횡단할 수 있는 정도의 폭을 갖도록 형성되고 빔두께(TH)는 레이저 빔(L1,L2)이 기준 영역(M1)의 일부 영역에만 조사되도록 기준 영역(M1)을 횡단하지 못하는 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 이러한 레이저 빔(L1,L2)의 빔폭(WD) 및 빔두께(TH)는 레이저 빔 조사부(100)에 다양한 렌즈 및 빔 가이드 등을 장착하는 방식으로 구현할 수 있다.
이때, 레이저 빔 조사부(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 기준 영역(M1)에 대해 X축 방향으로 빔폭(WD)이 형성되도록 제 1 레이저 빔(L1)을 조사하는 제 1 레이저 빔 조사부(110)와, 기준 영역(M1)에 대해 X축 방향과 직각인 Y축 방향으로 빔폭(WD)이 형성되도록 제 2 레이저 빔(L2)을 조사하는 제 2 레이저 빔 조사부(120)를 포함하여 구성된다. 이때, 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)은 동시에 조사되거나 또는 각각 조사되도록 작동 제어될 수 있으나, 동시에 조사되는 것이 공정 효율성 측면에서 더욱 유리하다.
제 1 및 제 2 레이저 빔 조사부(110,120)를 통해 조사되는 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)은 각각 기준 영역(M1) 표면에 대해 경사 각도(θ)를 갖도록 경사지게 조사된다. 각각의 빔폭(WD)은 기준 영역(M1)을 가로질러 횡단하도록 기준 영역(M1)의 최대 폭보다 더 크게 형성되며, 빔두께(TH)는 각각의 레이저 빔(L1,L2)이 기준 영역(M1)의 일부 영역에만 조사되도록 기준 영역(M1)의 최대 폭보다 더 작게 형성된다.
비전 카메라(200)는 측정 대상물(M)의 상부, 좀더 구체적으로는 측정 대상물(M)의 기준 영역(M1) 상부에 배치되며, 레이저 빔 조사부(100)를 통해 기준 영역(M1)에 조사된 레이저 빔(L1,L2)의 조사 영역을 촬영한다.
비전 카메라(200)와 레이저 빔 조사부(100)는 하나의 하우징에 장착되어 그 배치가 고정된 상태로 일체로 이동할 수 있도록 구성되며, 이를 통해 어느 하나의 기준 영역(M1)에 대해 경사지게 레이저 빔(L1,L2)이 조사되고, 그 조사 영역을 비전 카메라(200)가 상부에서 촬영할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 측정 대상물(M)에 기준 영역(M1)이 4개 설정된 경우, 4군데의 기준 영역(M1)의 상부 측으로 비전 카메라(200)와 레이저 빔 조사부(100)가 일체로 이동하며 각각의 기준 영역(M1)에 대해 레이저 빔 조사와 조사 영역 촬영 기능을 수행한다.
한편, 비전 카메라(200)가 장착되는 하우징에는 별도의 링 조명 조사부(400)가 함께 장착될 수 있으며, 링 조명 조사부(400)는 측정 대상물(M)의 기준 영역(M1)에 링 조명 형태의 조명광을 조사하도록 형성된다. 이러한 링 조명 조사부(400)는 측정 대상물(M)의 기준 영역(M1)을 육안 확인하기 위해 사용될 수 있다.
연산부(300)는 비전 카메라(200)를 통해 촬영된 영상 정보를 인가받고, 미리 저장된 기준 영상 정보와 영상 정합 처리하여 측정 대상물(M)의 기준 영역(M1)에 대한 3차원 좌표값을 연산 산출한다.
즉, 연산부(300)는 설계 기준에 적합한 상태로 미리 저장된 기준 영상 정보와 비전 카메라(200)를 통해 촬영된 영상 정보를 비교하여 현재 측정 대상물(M)의 기준 영역(M1)에 대한 3차원 좌표값을 산출한다.
이때, 레이저 빔 조사부(100)를 통해 조사되는 레이저 빔(L1,L2)이 전술한 바와 같이 빔폭(WD) 및 빔두께(TH)가 일반적인 레이저 빔(슬릿 빔 또는 포인트 빔)보다 더 크게 확장된 형태로 형성되기 때문에, 기준 영역(M1)에 대한 레이저 빔(L1,L2)을 다수회 반복 조사하지 않더라도 1회의 조사만으로 기준 영역(M1)에 대한 조사 영역이 넓어 이를 기준으로 기준 영역(M1)의 3차원 좌표값을 산출할 수 있다. 또한, 레이저 빔(L1,L2)을 기준 영역(M1)에 대해 경사지게 조사함으로써, 그 높이 또한 측정할 수 있으므로, 기준 영역(M1)에 대한 3차원 좌표값을 레이저 빔 1회 조사 만으로 한번에 산출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치는 더욱 신속하게 측정 대상물에 대한 3차원 좌표값을 산출할 수 있고, 레이저 빔 및 촬영을 다수회 반복할 필요가 없으므로, 측정 오차 발생 가능성을 낮출 수 있어 더욱 정확한 측정이 가능하다.
다음으로, 연산부(300)에 의해 측정 대상물(M)의 기준 영역(M1)에 대한 3차원 좌표값을 측정하는 방식을 도 4 내지 도 6을 중심으로 좀더 자세히 살펴본다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 레이저 빔 조사 영역을 분석하여 XY평면 좌표값을 산출하는 방식을 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 측정 장치의 레이저 빔 조사 영역을 분석하여 Z축 좌표값을 산출하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
제 1 및 제 2 레이저 빔 조사부(110,120)에서 조사된 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)은 전술한 바와 같이 기준 영역(M1)에 대해 각각 X축 및 Y축 방향으로 빔폭(WD)이 형성되도록 조사된다.
이때, 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)은 각각 빔폭(WD)이 기준 영역(M1)을 횡단하도록 형성되고, 빔두께(TH)는 기준 영역을 횡단하지 않는 정도로 형성된다. 따라서, 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)의 기준 영역(M1)에 대한 조사 영역은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 기준 영역(M1)의 형상에 따라 불연속 경계면(S1) 또는 외곽 경계면(S2)이 형성된다.
예를 들면, 기준 영역(M1)의 중심부에 관통홀(E)이 형성된 경우, 기준 영역(M1)에 대한 제 1 레이저 빔(L1)의 조사 영역은 관통홀(E)에 의해 빔폭(WD) 방향으로 불연속 경계면(S1)이 형성되며, 이에 따라 제 1 레이저 빔(L1)의 조사 영역(G1)은 2개로 분리 형성된다. 마찬가지로, 제 2 레이저 빔(L2)의 조사 영역은 관통홀(E)에 의해 빔폭(WD) 방향으로 불연속 경계면(S1)이 형성되며, 이에 따라 제 2 레이저 빔(L2)의 조사 영역(G2) 또한 2개로 분리 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)의 빔두께(TH)는 기준 영역(M1)을 횡단하지 않게 형성되므로, 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)은 빔두께(TH) 방향으로 외곽 경계면(S2)이 형성된다.
이와 같이 레이저 빔에 대한 불연속 경계면(S1) 또는 외곽 경계면(S2)이 기준 영역(M1)에 형성되는데, 이는 레이저 빔이 조사되는 영역은 밝게 빛나고 나머지 영역은 어둡게 나타나는 방식으로 비전 카메라(200)에 의해 촬영된다. 비전 카메라(200)는 흑백 카메라로 구성되며, 이를 통해 흑백 구분되는 방식으로 경계면(S1,S2)이 나타난다.
연산부(300)는 비전 카메라(200)에 의해 촬영된 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)의 기준 영역(M1)에 대한 조사 영역 중 불연속 경계면(S1) 및 외곽 경계면(S2)에서의 좌표값을 영상 정합 처리하여 산출하고, 이를 이용하여 기준 영역(M1)의 중심점에 대한 3차원 좌표값을 연산하여 산출한다.
예를 들면, 빔폭(WD)이 X축 방향으로 형성된 제 1 레이저 빔(L1)의 조사 영역(G1) 중 불연속 경계면(S1)에서 특정 지점(P1,P2)에 대한 좌표값을 전술한 영상 정합 처리를 통해 산출할 수 있고, 이러한 좌표값을 적어도 2개 산출하며, 이를 이용하여 기준 영역(M1)의 중심점(Pc)에 대한 X축 좌표값을 연산 산출할 수 있다. 이때, 불연속 경계면(S1)에서의 특정 지점(P1,P2)에 대한 좌표값은 불연속 경계면(S1) 중 최외곽 지점으로 2개(P1,P2) 선정할 수 있다. 이러한 2개의 좌표값을 평균하여 기준 영역(M1)의 중심점(Pc)에 대한 X축 좌표값을 연산 산출한다.
마찬가지로, 빔폭(WD)이 Y축 방향으로 형성된 제 2 레이저 빔(L2)의 조사 영역(G2) 중 불연속 경계면(S1)에서 최외곽 2개 지점(P3,P4)에 대한 좌표값을 영상 정합 처리를 통해 산출하고, 이를 평균하여 기준 영역(M1)의 중심점(Pc)에 대한 Y축 좌표값을 연산 산출한다.
또한, 연산부(300)는 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2) 각각의 빔두께(TH) 방향 외곽 경계면(S2)에서 특정 지점(P5~P12)에 대한 좌표값을 산출하고, 산출된 좌표값을 이용하여 기준 영역(M1)의 중심점(Pc)에 대한 Z축 좌표값(XY 평면에 대한 수직축 좌표값)을 산출할 수 있다. 아울러, 산출된 좌표값을 이용하여 기준 영역(M1)의 표면 기울기 정보를 산출할 수도 있다.
제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)의 빔두께(TH) 방향 외곽 경계면(S2)에서의 좌표값을 통해 기준 영역(M1)의 중심점에 대한 Z축 좌표값 또는 기준 영역 표면의 기울기 정보를 산출할 수 있는 이유는 제 1 및 제 2 레이저 빔(L2)이 기준 영역(M1) 표면에 경사지게 조사되기 때문에, 이러한 경사 각도를 고려한 삼각함수를 이용하여 이들 좌표값 및 기울기 정보를 구할 수 있다.
예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 레이저 빔(L1)이 경사 각도(θ)로 기준 영역(M1)에 조사되면, 빔두께(TH) 방향의 외곽 경계면(S2)이 형성되는데, 외곽 경계면(S2)의 특정 지점(P5,P6)에 대한 영상 위치 정보는 기준 영역(M1)이 Z축 방향으로 상하 이동함에 따라 달라지게 된다. 즉, 기준 영역(M1)의 형상이 h0에서 h1으로 h만큼 상하 변형 발생되면, 제 1 레이저 빔(L1)의 조사 영역 외곽 경계면(S2)에서의 특정 지점(P5,P6) 좌표값이 다른 지점(P5',P6')으로 달라지게 된다. 이때, 비전 카메라(200)에 의해 촬영된 영상을 통해 거리 d만큼 이동한 상태를 파악할 수 있으며, 거리d와 경사 각도 θ를 알면, 삼각함수를 이용하여 상하 변형 거리 h를 산출할 수 있다.
따라서, 연산부(300)는 외곽 경계면(S2)에서의 특정 지점에 대한 좌표값을 기준 영상 정보에 대한 좌표값과 비교하여 각 지점에서의 상하 변형 상태를 판단할 수 있고, 여러 지점(P5~P12)에서의 좌표값을 기준으로 각 지점에서의 상하 변형 거리h를 판단하면, 기준 영역(M1) 표면 기울기 정보를 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 여러 지점(P5~P12)에서의 상하 변형 거리h를 모두 평균하게 되면, 기준 영역(M1)의 중심점(Pc)에 대한 상하 높이, 즉, Z축 좌표값을 산출할 수 있다.
한편, 본 발명은, 이상에서 설명한 3차원 측정 장치를 이용한 3차원 검사 장치를 제공하는데, 3차원 검사 장치는, 이상에서 설명한 3차원 측정 장치와, 측정 대상물(M)의 측정 표준이 되도록 형성된 별도의 마스터(미도시)와, 측정 대상물(M)의 기준 영역에 대한 3차원 좌표값과, 마스터의 기준 영역에 대한 3차원 좌표값을 비교하여 측정 대상물(M)의 정상 여부를 판단하는 검사 판단부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 레이저 빔 조사부
110: 제 1 레이저 빔 조사부
120: 제 2 레이저 빔 조사부
200: 비전 카메라
300: 연산부
400: 링 조명 조사부
L1: 제 1 레이저 빔 L2: 제 2 레이저 빔
M: 측정 대상물 M1: 기준 영역
S1: 불연속 경계면 S2: 외곽 경계면

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 측정 대상물의 3차원 좌표값을 측정하는 3차원 측정 장치에 있어서,
    측정 대상물의 기준 영역에 경사지게 조사되도록 경사 각도로 레이저 빔을 조사하고, 상기 레이저 빔은 빔폭이 상기 기준 영역을 가로질러 횡단할 수 있는 정도로 형성되고 빔두께는 상기 레이저 빔이 상기 기준 영역의 일부 영역에만 조사되도록 상기 기준 영역을 횡단하지 못하는 정도로 형성되는 레이저 빔 조사부;
    상기 레이저 빔 조사부를 통해 상기 기준 영역에 조사된 상기 레이저 빔의 조사 영역을 촬영하는 비전 카메라; 및
    상기 비전 카메라를 통해 촬영된 영상 정보를 인가받고, 미리 저장된 기준 영상 정보와 영상 정합 처리하여 상기 기준 영역에 대한 3차원 좌표값을 연산 산출하는 연산부
    를 포함하고, 상기 기준 영역의 중심부에는 관통홀이 형성되며,
    상기 레이저 빔 조사부는
    상기 기준 영역에 대해 X축 방향으로 빔폭이 형성되도록 제 1 레이저 빔을 조사하는 제 1 레이저 빔 조사부; 및
    상기 기준 영역에 대해 상기 X축 방향과 직각인 Y축 방향으로 빔폭이 형성되도록 제 2 레이저 빔을 조사하는 제 2 레이저 빔 조사부
    를 포함하며,
    상기 연산부는
    상기 비전 카메라를 통해 촬영된 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔의 상기 기준 영역에 대한 조사 영역 중 상기 기준 영역의 형상에 따라 형성되는 불연속 경계면 및 외곽 경계면에서의 좌표값을 기준 영상 정보와 영상 정합 처리하여 산출하고, 이를 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 3차원 좌표값을 연산하여 산출하며,
    상기 연산부는
    상기 제 1 레이저 빔의 불연속 경계면에서 산출된 좌표값을 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 X축 좌표값을 산출하고,
    상기 제 2 레이저 빔의 불연속 경계면에서 산출된 좌표값을 이용하여 상기 기준 영역의 중심점에 대한 Y축 좌표값을 산출하며,
    상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 빔두께 방향 외곽 경계면에서 산출된 좌표값으로부터 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 경사 각도를 고려한 삼각함수를 통해 상기 기준 영역의 중심점에 대한 Z축 좌표값(XY평면에 대한 수직축 좌표값)을 산출하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연산부는
    상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 빔두께 방향 외곽 경계면에서 산출된 좌표값으로부터 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 경사 각도를 고려한 삼각함수를 통해 상기 기준 영역의 표면 기울기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 조사부는 각각 제 1 레이저 빔과 제 2 레이저 빔을 동시에 조사하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 장치.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 대상물의 기준 영역에 조명광을 조사할 수 있는 링 조명 조사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정 장치.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재된 3차원 측정 장치와,
    상기 측정 대상물의 측정 표준이 되도록 형성된 마스터와,
    상기 측정 대상물의 기준 영역에 대한 3차원 좌표값과, 상기 마스터의 기준 영역에 대한 3차원 좌표값을 비교하여 상기 측정 대상물의 정상 여부를 판단하는 검사 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사 장치.
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