KR101854366B1 - 3차원 형상 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 형상 측정장치 및 형상 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인컴퓨터를 포함한 제어부와, 상기 제어부의 제어를 통해 측정대상물에 대한 3차원 형상을 획득하는 형상측정부;를 포함하되, 상기 형상측정부는 측정대상물이 안착되도록 일정 크기의 표면적을 갖으면서 바닥으로부터 일정 높이 설치되는 베이스부재; 상기 베이스부재의 상면에 일정 높이로 설치된 지지대 상단에 상기 베이스부재와 평행상태가 유지되게 수평 설치되는 제1가이드부재; 상기 베이스부재의 상면과 평행상태가 유지되도록 상기 제1가이드부재에 직교되게 설치되어 상기 제어부의 제어를 통해 제1가이드부재를 따라 수평이동 가능하도록 구성되는 제2가이드부재; 상기 제2가이드부재의 일측면에서 상기 베이스부재의 상면에 대해 수직되게 설치되어 상기 제어부의 제어를 통해 제2가이드부재를 따라 수평이동 가능하도록 구성되는 제3가이드부재; 상기 제어부의 제어에 의해 상기 제3가이드부재를 따라 상하 이동 가능하도록 제3가이드부재의 일 측면에 설치되어 상기 베이스부재의 상면에 위치된 측정대상물의 목표측정점에 대한 높이를 측정하도록 높이감지센서가 구비된 점측정부; 상기 제어부의 제어에 의해 상기 베이스부재의 상면에 위치된 측정대상물의 이미지를 획득하도록 상기 제3가이드부재의 일 측면에 설치되는 광원투영 및 영상획득부;를 포함하는 3차원 형상 측정장치 및 그 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 3차원 형상 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측정대상물이 안착된 상부로 x, y, z방향으로 자동 이송되면서 위상이동기법을 통해 측정대상물에 대한 3차원 형상을 측정할 수 있도록 하는 3차원 형상 측정방법에 관한 것이다.
종래에 제시된 일반적인 위상 천이식(또는 위상이동식) 3차원 형상 측정장치 및 방법은 광원과, 기준격자 및 투영격자를 이용하여 여러개의 모아레무늬를 얻은 후 이들로부터 측정대상물에 대한 3차원 형상 정보는 획득한다.
이러한 종래의 위상 천이식 3차원 형상측정장치의 구요 구성을 살펴보면, 광원과 집광렌즈 및 투영격자, 투영렌즈 등이 구비된 투영부와, 상기 투영부에서 투영되어 측정대상물에 형성된 격자무늬를 결상렌즈, 기준격자 및 CCD카메라를 통해 촬상된 영상을 획득하는 영상획득부와, 상기 투영부 및 영상획득부에 동작을 제어하기 위한 제어부 및 제어부의 제어와 획득된 영상을 소정의 알고리즘을 통해 보정 및 정합단계를 거쳐 최종 영상을 획득하도록 제어하는 중앙제어부가 포함된 구성으로 이루어져 있다.
또한, 이러한 종래의 3차원 형상 측정장치는 측정대상물에 대한 영상을 획득하기 위하여 측정대상물을 이송테이블 등에 올려놓고 구동모터 등을 이용하여 이송 테이블을 이송 또는 회전시키면서 측정하고자 하는 부분의 영상을 획득하도록 구성되었다.
따라서, 종래의 위상 천이식 3차원 형상 측정장치는 구성이 복잡하고, 가격이 고가이며, 3~4장의 영상을 획득하기 위해 격자 및 영사기와 카메라 위치를 여러번 이동시키고 저장하는 과정을 반복해야 하는 어려움이 있었고, 이로 인해 측정시간이 많이 걸려 비용이 상승되는 요인으로 작용하였다.
또한, 측정대상물의 높이가 높을수록 측정에 어려움이 발생될 뿐만 아니라 모아레 주기의 이상 단차가 발생되어 측정정밀도가 저하됨으로 인해 비교적 크기가 작은 소형물에 대한 3차원 영상을 측정하는 수단으로 이용되었다.
이러한 종래의 일 실시예로, 한국 특허등록 제10-389017호(등록일:2003.06.13)의 ‘모아레무늬 발생기를 적용한 위상천이 영사식 모아레 방법 및 장치’가 안출된 바 있다.
상기 장치는 기준격자를 사용하지 않고 단지 투영격자만을 적용하여 기중위상과 물체위상을 획득하도록 구성되어 장치의 구조를 좀 더 간단히 하여 장비를 소형화할 수 있도록 하였으며, 기준격자 영상을 처리해야 하는 불편을 없애 측정오차를 줄일 수 있도록 하였다.
또한, 종래의 다른 일 실시예로, 한국 특허등록 제10-612933호(등록일:2006.8.8)의 ‘3차원 형상 측정장치 및 방법’이 안출되었다. 본 실시예는 다수개의 조명 및 필터를 구비하여 선택적인 조명 사용을 통해 측정대상물에 대한 광학적 특성 및 기하학적 모양이 다양하게 변하더라도 측정대상물에 대한 정확한 3차원 형상을 측정할 수 있도록 구성되었으나, 측정장치의 구성이 복잡하고 조작 및 제어방법이 어려운 문제점이 있었다.
또한, 또 다른 종래의 일 실시예로, 한국 특허등록 제10-839167호(등록일:2008.06.11)의 ‘모아레 무늬 발생기를 적용한 위상천이 영사식 3차원 형상 측정장치 및 그 방법’, 한국 특허등록 제10-972640호(등록일: 2010.07.26)의 ‘모아레를 이용한 3차원 측정장치의 기준격자 획득방법 및 장치’등이 제시되었다.
본 발명은 종래의 영사식 또는 광학식 3차원 형상 측정장치가 갖는 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 측정거리에 대한 오차를 줄이고 특히 금형제품과 같은 넓은 영역을 갖는 측정대상물의 형상 측정시 정밀도를 향상시킬 수 있도록 하는 3차원 형상 측정방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 형상 측정방법은 3차원 형상 측정프로그램이 저장된 메인컴퓨터가 구비된 제어부와, 상기 제어부의 제어를 통해 측정대상물에 대한 3차원 형상을 획득하도록 베이스부재와 광원투영 및 영상획득부가 구비된 형상측정부를 포함하는 3차원 형상 측정장치를 이용하여 측정대상물의 3차원 형상을 측정하는 것으로, 상기 제어부의 구동으로 광원투영 및 영상획득부를 베이스부재의 측정영역으로 이동시키는 단계(S1); 측정영역으로 이동된 광원투영 및 영상획득부의 렌즈초점 및 광도를 조절하는 단계(S2); 측정영역으로 설정된 베이스부재의 상면에 기준자(standard ruler)를 올려놓고 제어부의 제어로 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 자동 이동시켜 x축 및 y축에 대한 측정 좌표점 기록 및 x축 및 y축에 대한 복수의 기준이미지를 위상이동기법에 따라 획득하는 기준이미지 획득단계(S3); 상기 광원투영 및 영상획득부와 일체로 구성되어 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 측정영역 기준점과 일치시켜 측정기준점에 대한 z축 좌표를 획득하는 단계(S4); 획득된 기준이미지에 대한 왜곡을 보정한 후 보정된 기준이미지를 저장하는 단계(S5); 획득된 기준이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 기준위상을 획득하는 단계(S6); 측정대상물을 베이스부재의 상면 측정영역에 올려놓고 제어부의 제어를 통해 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 이동시키는 단계(S1a); 측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시켜 렌즈초점 및 광도를 조절하는 단계(S2a); 측정대상물의 측정점에 대한 x축 및 y축에 대한 복수의 측정대상이미지를 위상이동기법에 따라 측정대상이미지를 획득하는 단계(S3a); 상기 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 이용하여 측정대상물의 측정점에 대한 z축 좌표를 획득하는 단계(S4a); 획득된 측정대상이미지에 대한 왜곡을 보정한 후 보정된 측정대상이미지를 저장하는 단계(S5a); 획득된 측정대상물 이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 측정대상물의 위상을 획득하는 단계(S6a); 획득된 측정대상물의 위상에서 기준이미지 위상을 감산처리하여 위상지도를 획득하는 단계(S7); 획득된 위상지도를 필터링 및 결펼침(unwrapping)을 수행하여 측정대상물의 특정부위에 대한 실제 높이를 획득하는 단계(S8); 측정대상물의 전체 측정영역을 일정부분 겹치도록 복수영역으로 분할하여 상기 S1~S6단계와 상기 S1a~S6a단계 및 S7, S8 단계를 복수회 반복하여 측정대상물의 전체 영역에 대한 형상을 측정하는 단계(S9);를 포함하여 이루어진다.
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이와 더불어, 상기 점측정부에는 접촉감지센서가 부착되어 측정대상물의 측정점에 접촉하면서 발생된 접촉신호를 통해 측정대상점의 z축 좌표를 획득하도록 구성되는 특징으로 이루어진다.
본 발명에 따른 3차원 형상 측정방법은 측정대상물에 대한 측정점의 z축 좌표를 접촉감지센서에 의해 직접 측정하여 위상값을 얻을 수 있도록 하므로 보다 정밀한 3차원 측정이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명의 3차원 형상 측정방법은 종래의 광학식 및 영사식 3차원 측정장치에 비해 구조 및 구성이 간단한 측정장치를 이용하여 측정영역이 넓은 금형제품을 용이하게 측정할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 현장에 간편하게 설치가능하고 저렴한 가격대의 3차원 형상 측정장치를 이용하여 측정대상물의 3차원 형상을 용이하게 측정할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치의 주요 구성 블럭도,
도 2는 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치의 주요부에 대한 사시도,
도 3 및 도 4는 도 2의 정면도 및 일 측면도,
도 5는 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치를 이용한 측정대상물의 3차원 형상 측정과정의 개략도,
도 6은 넓은 영역을 갖는 측정대상물을 다수영역으로 분할, 형상을 측정하는 개념도,
도 7은 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치를 이용한 형상 측정방법의 과정을 설명한 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치의 주요부에 대한 사시도,
도 3 및 도 4는 도 2의 정면도 및 일 측면도,
도 5는 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치를 이용한 측정대상물의 3차원 형상 측정과정의 개략도,
도 6은 넓은 영역을 갖는 측정대상물을 다수영역으로 분할, 형상을 측정하는 개념도,
도 7은 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치를 이용한 형상 측정방법의 과정을 설명한 블럭도이다.
본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치는 3차원 형상 측정프로그램이 저장된 메인컴퓨터를 포함한 제어부와, 상기 제어부의 제어를 통해 측정대상물의 형상을 측정하는 형상측정부를 포함하여 구성되되, 특히 상기 형상측정부는 측정대상물이 놓여질 수 있도록 일정 크기의 표면적을 갖으면서 바닥으로부터 일정 높이 설치되는 베이스부재와, 상기 베이스부재의 일측 또는 양측에 일정 높이로 설치된 지지대 상단에 상기 베이스부재와 평행상태가 유지되도록 수평 설치되는 제1가이드부재와, 상기 베이스부재의 상면과 평행상태가 유지되도록 상기 제1가이드부재에 직교되게 설치되어 제어부의 제어를 통해 제1가이드부재를 따라 수평이동 가능하도록 구성되는 제2가이드부재와, 상기 제2가이드부재의 일측면에서 상기 베이스부재의 상면에 대해 수직되게 설치되어 제어부의 제어를 통해 제2가이드부재를 따라 수평이동 가능하도록 구성되는 제3가이드부재와, 제어부의 제어틀 통해 상기 제3가이드부재를 따라 상하 이동 가능하도록 제3가이드부재의 일 측면에 설치되어 상기 베이스부재의 상면에 위치된 측정대상물의 목표측정점에 대한 높이를 측정하도록 높이감지센서가 구비된 점측정부와, 상기 제어부의 제어를 통해 상기 베이스부재의 상면에 위치된 측정대상물의 x축, y축 및 z축 영상을 획득하도록 상기 제3가이드부재의 일 측면에 설치되는 광원투영 및 영상획득부;를 포함하여 구성된다.
이와 더불어, 상기 제2가이드부재와 제3가이드부재 및 점측정부에는 상기 제어부의 제어명령에 따라 제2가이드부재와 제3가이드부재 및 점측정부를 x축, y축, z축으로 자동 이송시키기 위한 이송모터가 각각 구비되고, 상기 베이스부재의 상면에는 측정대상물의 고정 및 고정위치 표식을 위한 복수개의 고정인식홀이 형성된 측정보조판이 분리 가능하도록 조립된 구성으로 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 3차원 형상 측정방법은 제어부의 구동으로 광원투영 및 영상획득부를 베이스부재의 측정영역으로 이동시키는 단계(S1); 측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시켜 렌즈초점 및 광도를 조절하는 단계(S2); 측정영역으로 설정된 베이스부재의 상면에 기준자(standard ruler)를 올려놓고 제어부의 제어로 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 자동 이동시켜 x축 및 y축에 대한 측정 좌표점 기록 및 x축 및 y축에 대한 복수의 기준이미지를 위상이동기법에 따라 획득하는 기준이미지 획득단계(S3); 상기 광원투영 및 영상획득부와 일체로 구성되어 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 측정영역 기준점과 일치시켜 측정기준점에 대한 z축 좌표를 획득하는 단계(S4); 획득된 기준이미지에 대한 왜곡을 보정한 후 보정된 기준이미지를 저장하는 단계(S5); 획득된 기준이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 기준위상을 획득하는 단계(S6); 측정대상물을 베이스부재의 상면 측정영역에 올려놓고 제어부의 제어를 통해 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 이동시키는 단계(S1a); 측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시켜 렌즈초점 및 광도를 조절하는 단계(S2a); 측정대상물의 측정점에 대한 x축 및 y축에 대한 복수의 측정대상이미지를 위상이동기법에 따라 측정대상이미지를 획득하는 단계(S3a); 상기 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 이용하여 측정대상물의 측정점에 대한 z축 좌표를 획득하는 단계(S4a); 획득된 측정대상이미지에 대한 왜곡을 보정한 후 보정된 측정대상이미지를 저장하는 단계(S5a); 획득된 측정대상물 이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 측정대상물의 위상을 획득하는 단계(S6a); 획득된 측정대상물의 위상에서 기준이미지 위상을 감산처리하여 위상지도를 획득하는 단계(S7); 획득된 위상지도를 필터링 및 결펼침(unwrapping)을 수행하여 측정대상물의 특정부위에 대한 실제 높이를 획득하는 단계(S8); 측정대상물의 전체 측정영역을 일정부분 겹치도록 복수영역으로 분할하여 상기 S1~S6단계와 상기 S1a~S6a단계 및 S7, S8 단계를 복수회 반복하여 측정대상물의 전체 영역에 대한 형상을 측정하는 단계(S9);를 포함하여 이루어진다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 3차원 형상 측정방법에 대한 구체적인 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 통상적으로 당 업계 및 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 3차원 형상 측정장치의 기본적인 구성 및 그 측정원리에 대한 자세한 설명은 생략하고 본 발명의 특징부 위주로 자세한 설명을 한다.
도 1은 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치의 주요 구성 블럭도로서, 도시된 바와 같이 측정 대상물의 형상을 측정하는 형상측정부(100)와, 상기 형상측정부(100)의 각 부를 구동 및 제어하기 위한 제어부(200)로 구성된다.
상기 제어부(200)는 전체 장치의 구성을 제어하는 메인컴퓨터(210)와, 상기 메인컴퓨터의 명령을 수신 또는 형상측정부에서 획득한 데이터를 메인컴퓨터로 전송하는 컨트롤러(220) 및 형상측정부에 구비된 각부 구동부를 동작 제어하는 구등드라이브(230)를 포함한다.
즉, 상기 메인컴퓨터(210)는 상기 형상측정부(100)를 통해 측정영역의 기준면 및 측정대상물에 대한 이미지를 획득하여 그 획득한 이미지의 보정, 정합처리, 보정된 이미지의 저장, 위상계산 등을 수행하도록 3차원 형상 측정을 위한 구동프로그램이 저장되고, 제어명령의 입출력을 위한 입출력부가 구비된다.
또한, 상기 컨트롤러(220)는 상기 메인컴퓨터(210)에서 전송된 명령을 수신하여 상기 형상측정부(100)의 각부 이송을 위해 구동드라이브(230)에 필요한 명령을 전달하거나 상기 형상측정부(100)에서 획득된 데이터를 메인컴퓨터(210)로 전송하도록 구성된다.
또한, 상기 구동드라이브(230)는 상기 컨트롤러(220)의 명령을 통해 형상측정부(100)에 구비된 각부의 이송모터를 x축, y축 및 z축 제어를 직접 수행하도록 구동 액츄에이터 역할을 수행한다.
이와 같은 제어부(200)의 구성은 통상의 3차원 형상 측정장치에 기본적으로 구비되거나 공지된 구성을 통해 당업자에 의해 용이하게 구현 가능하므로, 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상기 제어부(200)의 명령을 통해 측정대상물의 형상을 측정하는 형상측정부(100)에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조하면서 주요 구성 및 기능에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 형상측정부(100)의 주요부에 대한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 형상측정부(100)의 정면도 및 일 측면도를 각각 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 상기 형상측정부(100)는 측정대상물이 놓여질 수 있도록 일정 크기의 표면적을 갖으면서 바닥으로부터 일정 높이 설치되는 베이스부재(10)가 구비된다.
상기 베이스부재(10)의 상면에는 측정대상물의 고정 및 측정시 측정영역의 인식이 용이하도록 복수개의 고정인식홀(17)이 형성된 측정보조판(15)이 설치되는 것이 바람직하다.
평판형의 상면을 갖는 상기 베이스부재(10)의 일측 또는 양측에 일정 높이로 한 개 이상 수직 설치되는 지지대(20)가 구비되는 것으로, 도면에 도시된 실시예에서는 상기 베이스부재(10)의 상면 좌우 양쪽에 일정간격 이격된 한 쌍의 지지대(20)가 각각 설치된 구성을 도시하고 있으며, 복수개로 구성된 양쪽의 각 지지대(20)는 동일한 높이를 갖도록 구성된다.
또한, 상기 지지대(20)의 상단에는 상기 베이스부재(10)의 상면과 평행상태가 유지되도록 양쪽으로 제1가이드부재(30)가 수평 설치되며, 상기 제1가이드부재(30)에는 상기 베이스부재(10)의 상면과 평행상태가 유지되면서 상기 제1가이드부재(30)에 직교되게 제2가이드부재(40)가 수평 설치되어 상기 제어부(200)의 제어명령에 의해 제1가이드부재(30)를 따라 수평이동 가능하도록 구성된다.
또한, 상기 제2가이드부재(40)의 일측면에는 상기 베이스부재(10)의 상면에 대해 수직되게 제3가이드부재(50)가 설치되어 상기 제어부(200)의 제어를 통해 제2가이드부재(40)를 따라 수평이동 가능하도록 구성된다.
이와 더불어, 상기 제3가이드부재(50)에는 제3가이드부재(50)를 따라 상하 이동 가능하도록 점측정부(60)가 구비되며, 상기 점측정부(60)는 상기 제3가이드부재(50)의 일 측면에 설치되어 상기 제어부(200)의 제어를 통해 상기 베이스부재(10) 상면의 기준면 또는 베이스부재(10)의 상면에 위치된 측정대상물의 목표측정점에 대한 높이를 측정하도록 그 말단에 접촉감지센서(65)가 구비된 구성으로 이루어진다.
또한, 상기 제3가이드부재(50)가 제2가이드부재(40)를 따라 좌우 이동되면서 상기 베이스부재(10) 상면의 기준면 또는 측정대상물의 이미지를 획득하도록 상기 점측정부(60)의 일측에는 광원투영 및 영상획득부(70)가 구비되어 상기 제어부(200)의 제어를 통해 광원출광 및 이미지결상이 이루어지도록 구성된다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제1가이드부재(30)를 따라 전후 이동되는 제2가이드부재(40)의 전후이동과, 상기 제2가이드부재(40)를 따라 좌우 이동되는 제3가이드부재(50)의 이동 및 제3가이드부재(50)를 따라 상하 이동되는 점측정부(60)의 이동이 가능하도록 상기 제2가이드부재(40) 및 제3가이드부재(50)의 내부에는 정역회전이 가능한 이송모터가 각각 구비되고, 상기 각각의 이송모터에 대항되는 대응 가이드부재에는 이송모터의 회전방향에 따라 해당 가이드부재 및 점측정부(60)의 이동을 안내하는 이동안내수단이 각각 구비된 구성으로 이루어진다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 3차원 형상 측정장치(300)는 형상측정부(100)의 각부가 제어부(200)의 제어명령을 통해 측정영역으로 자동 이동되면서 기준이미지 또는 측정대상물의 측정대상이미지를 각각 획득하게 된다.
즉, 상기 제2가이드부(40)와 제3가이드부재(50)가 x축(전후방향)과 y축(좌우방향) 방향으로 이동하게 되고, 점측정부(60)가 z축(상하방향) 방향으로 이동하면서 측정영역의 측정점에 대한 각각의 이미지 및 좌표를 획득하게 됨으로써 기준이미지 및 측정대상물의 위상값을 획득하기 위한 기본데이터를 각각 검출하도록 구성된다.
상기 광원투영 및 영상획득부(70)는 도면에는 도시되어 있지 않지만 제어부(200)의 제어명령을 통해 전원이 공급되면서 일정한 광(光)을 측정점으로 발산하는 광원투영부와, 측정점에 투영된 광원에 의해 반사된 투영이미지를 획득하는 영상획득부가 일체로 구성된다.
그리고, 상기 광원투영부에는 측정점을 향해 발광하는 광원의 집중을 위한 투영렌즈와 필터 및 획득된 이미지의 좌표측정 및 측정된 이미지의 보정과 정합을 위한 격자가 포함된 구성으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 영상획득부는 광원투영부에서 투영된 격자의 모양이 수속되어 측정점에 대한 이미지를 획득하기 위한 장치로, 필터와 결상렌즈 및 결상카메라가 포함된 구성으로 이루어지며, 상기 광원투영부 및 영상획득부의 상세한 구성 및 기능은 종래의 3차원 형상 측정장치에 널리 채택되는 구성으로, 공지된 기술에 의해 당업자가 용이하게 실시 가능하여 이에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략한다.
상술한 구성 및 구조로 이루어지는 본 발명에 적용된 3차원 형상 측정장치(300)는 제어부(200)의 메인컴퓨터(210)에 탑재된 3차원 형상 측정프로그램의 동작으로 통해 자동으로 수행되는 것으로, 상기 메인컴퓨터(210)의 제어명령이 컨트롤러(220)에 수신되고, 상기 컨트롤러(220)에서는 수신된 제어명령을 파악하여 구동브라이브(230)측에 필요한 동작명령을 전달하게 된다.
구동드라이브(230)에서는 수신된 명령에 따라 형상측정부(100)의 제2가이드부재(40), 제3가이드부재(50) 또는 점측정부(60)의 해당 액츄에이터를 동작시켜 각 부재를 각각 또는 동시에 측정영역으로 이동시켜 설정된 측정영역에 대한 이미지와 z축 좌표를 순서대로 획득하게 된다.
따라서, 상기 형상측정부(100)의 제2가이드부재(40)와 제3가이드부재(50)가 베이스부재의 상면에서 x축 및 y축 방향으로 이동되면서 광원투영 및 영상획득부(70)를 통해 기준면 및 측정대상물의 측정점에 대한 이미지를 획득하고, 제3가이드부재(50)에 구비된 점측정부(60)는 제3가이드부재(50)를 따라 상하 이동하면서 기준면 및 측정대상물의 측정점에 대한 z축 좌표를 획득하여 제어부(200)로 전송하게 된다.
제어부(200)에서는 형상측정 프로그램에 의해 기준면에 대한 기준이미지와 측정대상물의 측정영역에 대한 측정대상이미지를 획득하여 왜곡상태를 보정한 후 저장하고, 저장된 기준이미지 및 측정대상물의 측정대상이미지에 대한 필터링과 결펼침을 통해 측정점에 대한 위상을 결정함으로써 측정대상물의 실제 높이를 계산하여 3차원 형상을 측정하게 된다.
도 5에는 상술한 3차원 형상측정장치를 이용하여 x축 및 y축 방향으로 형상측정부(100)가 이동되면서 z축에 대한 위상을 측정, 데이터 획득, 획득한 데이터를 보정하는 개념도가 간략한 모식도로 도시되어 있다.
상기 형상측정부(100)가 이동되면서 특정영역에 대해 광원투영 및 영상획득부(70)를 통해 측정영역에 대한 이미지를 획득하고, 점측정부(60)를 통해 측정영역의 높이(z축)를 측정하게 되고, 점측정부(60)를 통해 측정된 높이가 (A)와 같은 그래프로 표시되고, 광원투영 및 영상획득부에서 얻어진 이미지를 통해 획득된 높이가 (B)와 같은 그래프로 표시될 경우, (A)와 (B) 그래프를 상호 보정을 통해 (C)와 같은 보정된 높이 데이터를 얻게 된다.
특히, 6에 도시된 바와 같이 넓은 영역을 갖는 금형제품(G)의 3차원 형상을 측정하는데 적합하도록 넓은 영역을 갖는 측정대상물을 일정한 크기 또는 거리로 다수영역으로 균등하게 분할하여 각 분할된 측정영역을 일정부분 겹치게 복수회 측정하면서 이미지를 획득하고, 획득한 이미지의 보정을 통해 각 영역별로 측정된 이미지의 겹치는 부분에 대한 정합과정을 통해 전체 측정대상물의 3차원 형상을 측정하게 된다.
한편, 상술한 3차원 형상 측정장치를 이용한 형상 측정방법에 대해서 도 7을 참조하면서 이하에서 좀 더 상세하게 설명한다.
상술한 3차원 형상 측정장치를 이용한 측정방법은 측정영역의 기준이미지와 측정대상물의 측정대상이미지를 획득하고, 기준이미지의 기준점과 측정대상물의 측정점에 대한 좌표를 획득하는 과정을 전체 측정대상물에 대하여 균등하게 다수 분할하여 일정부분 중복되게 형상을 측정하되, 각각의 분할된 측정영역에서 획득한 이미지에 대해 복수회 측정한 후에 복수로 획득한 각 측정영역에 대한 이미지의 중복부분을 정합시키는 과정을 통해 측정대상물에 대한 전체영역의 3차원 형상을 측정한다.
즉, 제어부의 제어명령을 통해 베이스부재의 상부에 위치한 형상측정부의 제2 및 제3가이드부재를 이동시켜 설정된 측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시킨다(S1).
측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시키고, 광원투영 및 영상획득부에 구비된 렌즈의 초점과 필터 및 광도를 이미지 획득에 적합하도록 조절한다(S2),
또한, 측정영역으로 설정된 베이스부재의 상면에 기준자(standard ruler)를 올려놓고 제어부의 제어명령을 통해 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 자동 이동시켜 측정영역을 스케일링(scaling)하여 복수의 기준이미지를 위상이동기법에 따라 획득하는 기준이미지 획득단계(S3)를 수행한다.
이와 더불어, 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 측정영역의 기준면으로 하강시켜 측정영역 기준점과 일치시켜 측정기준점에 대한 z축 좌표를 획득한다(S4).
이와 같이 획득된 기준면에 대한 복수의 기준이미지에 대해서 왜곡부분을 보정한 후 보정된 기준이미지를 저장하고(S5), 획득된 기준이미지를 토대로 4 step 위상이동기법을 이용한 버킷알고리즘을 적용하여 기준위상을 획득한다(S6).
다음으로, 측정대상물을 측정영역으로 설정된 베이스부재의 상면에 올려놓고 제어부의 제어명령을 통해 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 이동시키고(S1a), 측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동하여 렌즈초점 및 광도를 조정(S2a)한 후, 측정대상물의 측정점에 대한 복수의 측정대상이미지를 위상이동기법에 따라 획득하는 측정대상이미지 획득하는 단계(S3a)가 수행된다.
다음으로, 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 이용하여 측정대상물의 측정점에 대한 z축 좌표를 획득하고(S4a), 획득된 측정대상이미지에 대한 왜곡상태를 보정한 후, 보정된 측정대상이미지를 저장하고(S5a), 획득된 측정대상이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 측정대상물의 위상을 획득한다(S6a).
획득된 측정대상물의 위상에서 기준이미지 위상을 감산 처리하여 위상지도를 획득하고(S7), 획득된 위상지도를 필터링 및 결펼침(unwrapping)을 수행하여 측정대상물의 특정부위에 대한 실제 높이를 획득한다(S8).
측정대상물의 전체 측정영역을 일정부분 겹치도록 복수영역으로 분할하여 상기 S1~S6단계와, 상기 S1a~S6a단계 및 S7, S8단계를 복수회 반복수행하여 측정대상물의 전체 영역에 대한 형상을 측정(S9)하게 된다.
10 : 베이스부재 15 : 측정보조판
17 : 고정인식홀 20 : 지지대
30 : 제1가이드부재 40 : 제2가이드부재
50 : 제3가이드부재 60 : 점측정부
65 : 접촉감지센서 70 : 광원투영 및 영상획득부
100 : 형상측정부 200 : 제어부
210 : 컨트롤러 220 : 구동드라이브
G : 금형제품
17 : 고정인식홀 20 : 지지대
30 : 제1가이드부재 40 : 제2가이드부재
50 : 제3가이드부재 60 : 점측정부
65 : 접촉감지센서 70 : 광원투영 및 영상획득부
100 : 형상측정부 200 : 제어부
210 : 컨트롤러 220 : 구동드라이브
G : 금형제품
Claims (4)
- 삭제
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- 3차원 형상 측정프로그램이 저장된 메인컴퓨터가 구비된 제어부와, 상기 제어부의 제어를 통해 측정대상물에 대한 3차원 형상을 획득하도록 베이스부재와 광원투영 및 영상획득부가 구비된 형상측정부를 포함하는 3차원 형상 측정장치를 이용하여 측정대상물의 3차원 형상을 측정하는 방법에 있어서,
상기 제어부의 구동으로 광원투영 및 영상획득부를 베이스부재의 측정영역으로 이동시키는 단계(S1);
측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시켜 렌즈초점 및 광도를 조절하는 단계(S2);
측정영역으로 설정된 베이스부재의 상면에 기준자(standard ruler)를 올려놓고 제어부의 제어로 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 자동 이동시켜 측정역에 대해 자동 스케일링하여 복수의 기준이미지를 위상이동기법에 따라 획득하는 기준이미지 획득단계(S3);
베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 측정영역 기준점과 일치시켜 측정기준점에 대한 z축 좌표를 획득하는 단계(S4);
획득된 기준이미지에 대한 왜곡을 보정한 후 보정된 기준이미지를 저장하는 단계(S5);
획득된 기준이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 기준위상을 획득하는 단계(S6);
측정대상물을 베이스부재의 상면 측정영역에 올려놓고 제어부의 제어를 통해 광원투영 및 영상획득부를 측정영역으로 이동시키는 단계(S1a);
측정영역으로 광원투영 및 영상획득부를 이동시켜 렌즈초점 및 광도를 조절하는 단계(S2a);
측정대상물의 측정점에 대한 복수의 측정대상이미지를 위상이동기법에 따라 획득하는 측정대상이미지 획득단계(S3a);
상기 베이스부재의 상부에서 상하로 이동 가능하도록 구성된 점측정부를 이용하여 측정대상물의 측정점에 대한 z축 좌표를 획득하는 단계(S4a);
획득된 측정대상이미지에 대한 왜곡을 보정한 후 보정된 측정대상이미지를 저장하는 단계(S5a);
획득된 측정대상이미지를 토대로 버킷알고리즘을 적용하여 측정대상물의 위상을 획득하는 단계(S6a);
획득된 측정대상물의 위상에서 기준이미지 위상을 감산처리하여 위상지도를 획득하는 단계(S7);
획득된 위상지도를 필터링 및 결펼침(unwrapping)을 수행하여 측정대상물의 특정부위에 대한 실제 높이를 획득하는 단계(S8);
측정대상물의 전체 측정영역을 일정부분 겹치도록 복수영역으로 분할하여 상기 S1~S6단계와 상기 S1a~S6a단계 및 S7, S8 단계를 복수회 반복하여 측정대상물의 전체 영역에 대한 형상을 측정하는 단계(S9);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정방법. - 제3항에 있어서,
상기 점측정부에는 접촉감지센서가 부착되어 측정대상물의 측정점에 접촉하면서 발생된 접촉신호를 통해 측정대상점의 z축 좌표를 획득하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020160075422A KR101854366B1 (ko) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | 3차원 형상 측정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160075422A KR101854366B1 (ko) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | 3차원 형상 측정방법 |
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|---|---|
| KR20170142265A KR20170142265A (ko) | 2017-12-28 |
| KR101854366B1 true KR101854366B1 (ko) | 2018-05-03 |
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Family Applications (1)
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| KR1020160075422A KR101854366B1 (ko) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | 3차원 형상 측정방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR101854366B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10361201B2 (en) | 2013-09-27 | 2019-07-23 | Asm Ip Holding B.V. | Semiconductor structure and device formed using selective epitaxial process |
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-
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