KR102011910B1 - 3 dimensional shape detection apparatus and method - Google Patents

3 dimensional shape detection apparatus and method

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KR102011910B1
KR102011910B1 KR1020180037058A KR20180037058A KR102011910B1 KR 102011910 B1 KR102011910 B1 KR 102011910B1 KR 1020180037058 A KR1020180037058 A KR 1020180037058A KR 20180037058 A KR20180037058 A KR 20180037058A KR 102011910 B1 KR102011910 B1 KR 102011910B1
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KR
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optical
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KR1020180037058A
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남정현
안한준
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주식회사 센소허브
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    • HELECTRICITY
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    • HELECTRICITY
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    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/45Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from two or more image sensors being of different type or operating in different modes, e.g. with a CMOS sensor for moving images in combination with a charge-coupled device [CCD] for still images
    • H04N5/2258

Abstract

According to the present invention, a position of a circuit component, which is a region of interest in a low-resolution pattern, is identified, the region of interest can be moved by an optical and a mechanical method for precise measurement, and an optimal high-resolution pattern for each region of interest can be selected and measured, thereby increasing a processing speed and making a precise depth measurement.

Description

3차원 형상 측정 장치 및 방법{3 DIMENSIONAL SHAPE DETECTION APPARATUS AND METHOD}3D shape measuring device and method {3 DIMENSIONAL SHAPE DETECTION APPARATUS AND METHOD}

전자 집적회로 및 이산된 전자 부품을 갖는 회로 기판은 잘 알려져 있다. 회로 기판은 집적회로 칩, 저항기 또는 캐패시터(capacitors)와 같은 전자 부품의 리드(lead)를 수용하기 위하여 소정의 전도성 경로(conductor paths) 및 패드(pads)를 갖도록 제공된다. 회로 기판의 조립 공정 동안, 솔더 페이스트 석출물(solder paste deposits)은 회로 기판 상의 적절한 위치에 놓여진다. 솔더 페이스트 석출물은 대개 기판 위에 스텐실(stencil) 스크린을 놓고, 스텐실 개구부(openings)를 통하여 솔더 페이스트를 도포하고, 스텐실을 기판으로부터 제거함으로써 도포된다.Circuit boards having electronic integrated circuits and discrete electronic components are well known. The circuit board is provided with predetermined conductive paths and pads to receive the leads of electronic components such as integrated circuit chips, resistors or capacitors. During the assembly process of the circuit board, solder paste deposits are placed in a proper position on the circuit board. Solder paste precipitates are usually applied by placing a stencil screen on the substrate, applying solder paste through stencil openings, and removing the stencil from the substrate.

그 후, 회로 기판의 전자 부품은 각각의 솔더 페이스트 석출물 위에 놓인 전자 부품의 리드와 함께 집어서 놓는(pick and place) 기계로 기판 위로 배치된다. 모든 부품이 기판 위에 배치된 후, 회로 기판은 오븐을 통과하여 솔더 페이스트 석출물을 녹여서 부품과 기판 사이에 전기적 및/또는 기계적인 연결을 형성한다. The electronic components of the circuit board are then placed over the substrate with a machine that picks and places the leads of the electronic components overlying each solder paste precipitate. After all the components have been placed on the substrate, the circuit board passes through an oven to melt the solder paste precipitate to form an electrical and / or mechanical connection between the component and the substrate.

전자 산업에서 소형화가 더 강조됨에 따라, 솔더 페이스트 석출물 및 전자 부품의 사이즈 및 이들이 기판 위에 놓여야만 하는 정확도는 점차 더 작아지고 더 엄격해졌다. 솔더 페이스트 석출물의 높이는 50 마이크론으로 작아질 수 있고, 솔더 페이스트 브릭(brick)의 깊이는 대개 설계 깊이 및 사이즈의 1% 내에서 측정되어야 한다.As miniaturization has become more emphasized in the electronics industry, the size of solder paste precipitates and electronic components and the accuracy with which they must be placed on substrates have become smaller and more stringent. The height of the solder paste precipitate can be as small as 50 microns and the depth of the solder paste brick should usually be measured within 1% of the design depth and size.

저항기 및 캐패시터과 같은 이산적인 전자 부품은 200x400 마이크론 정도로 작을 수 있고, 마이크로 볼 그리드 어레이 부품 위의 리드는 300 마이크론 보다 작은 중심-중심 간격을 가질 수 있다. 솔더 브릭 사이의 중심-중심 간격은 때때로 200 마이크론의 작은 사이즈를 가질 수 있다. Discrete electronic components such as resistors and capacitors can be as small as 200x400 microns, and leads on micro ball grid array components can have center-center spacing less than 300 microns. The center-center spacing between the solder bricks can sometimes have a small size of 200 microns.

솔더 페이스트의 양이 너무 적으면 전자 부품의 리드와 회로 기판의 패드 사이에 전기적인 연결이 이루어지지 않을 수있다. 페이스트가 너무 많으면 부품의 리드들 사이에 브리지(bridging) 및 단락(short-circuiting)이 야기될 수도 있다. 배치 후, 부품이 적절하게 배치되었는지 확인하기 위해 부품을 검사하는 것도 중요하다. 오배치된 부품, 빼먹은 부품, 또는 낮은 솔더 조인트는 부품의 배치 및 솔더 페이스트의 리플로우 공정 동안 발생하는 전형적인 결함이다. 리플로우 공정 후에, 모든 부품이 적절하게 납땜되고 회로 기판과 연결되는지를 확실히 하기 위해서, 자동화된 광학 검사 시스템을 이용하여 부품의 적절한 배치 및 리플로우된 솔더 접합의 품질을 검사할 수 있다. 현재의 광학 검사 시스템은 불량을 검출하기 위해 회로 기판의 2D 비디오 이미지를 사용한다. 그러나, 회로 기판의 3D 깊이 이미지를 검출하는 광학 검사 시스템은 융기된(lifted) 리드, 패키지 동일 평면성(coplanarity) 및 부품의 일어섬(tombstones) 및 빌보드(billboards)와 같은 배치 불량의 검출을 가능하게 하거나 또는 개선할 수 있다. If the amount of solder paste is too small, there may be no electrical connection between the leads of the electronic components and the pads of the circuit board. Too much paste may cause bridging and short-circuiting between the leads of the part. After placement, it is also important to inspect the part to ensure that it is properly placed. Misplaced parts, missing parts, or low solder joints are typical defects that occur during the placement of parts and the reflow process of solder paste. After the reflow process, an automated optical inspection system can be used to check the proper placement of the parts and the quality of the reflowed solder joints to ensure that all parts are properly soldered and connected to the circuit board. Current optical inspection systems use 2D video images of circuit boards to detect defects. However, optical inspection systems that detect 3D depth images of circuit boards may enable detection of lifted leads, package coplanarity and misalignment such as tombstones and billboards of components. Or improve.

3D 깊이 이미지를 검출하는 기술은 구조광 방식이 잘 알려져 있다. 구조광 방식은 특수하게 설계된 광학 패턴을 깊이 정보를 생성하기 위한 객체에 투사한 후, 카메라를 통하여 광학 패턴이 투사된 영상 정보를 획득한다. 획득된 영상에서 투사된 광학 패턴 디코딩을 수행하여 영상과 투사한 구조광 패턴 사이의 대응점을 찾아낸다. 대응점을 찾은 뒤에는 삼각측량법을 통하여 깊이 정보를 계산한다. Techniques for detecting 3D depth images are well known in structured light. The structured light method projects a specially designed optical pattern onto an object for generating depth information, and then acquires image information on which the optical pattern is projected through a camera. Projected optical pattern decoding is performed on the acquired image to find a corresponding point between the image and the projected structured light pattern. After finding the corresponding point, depth information is calculated by triangulation.

도 1c는 도 1a와 같은 형태의 구조광 패턴을 도 1b와 같은 대상 객체(100)에 조사한 영상을 촬상한 것을 나타낸다. 도 1c에서 보는 것처럼 대상 객체(100) 내에 깊이의 변화가 있는 부분에 대해서는 왜곡이 발생하여 동일한 선상의 패턴(패턴 D와 패턴 D', 패턴 E와 패턴 E')이 분리되며, 분리된 패턴 D와 패턴 D', 패턴 E와 패턴 E' 사이에는 시차가 발생한 것을 알 수 있다. 그리고 촬상된 영상을 통하여 시차의 크기에 해당하는 픽셀의 개수도 알 수 있다. 예를 들어, 패턴 D와 패턴 D' 사이와 패턴 E와 패턴 E' 사이에는 각각 20 픽셀만큼 이격되어 패턴이 분리된 것을 알 수 있다.  FIG. 1C illustrates an image of an image in which the structured light pattern having the form as shown in FIG. 1A is irradiated to the target object 100 as shown in FIG. 1B. As shown in FIG. 1C, distortion occurs in a portion of the target object 100 having a change in depth, thereby separating the same linear patterns (pattern D and pattern D ', pattern E and pattern E'), and separating the pattern D. It can be seen that parallax has occurred between and the pattern D 'and the pattern E' and the pattern E '. The number of pixels corresponding to the size of parallax may also be known through the captured image. For example, it can be seen that the pattern is separated from each other by 20 pixels between the pattern D and the pattern D 'and between the pattern E and the pattern E'.

이를 구체적으로 설명하기 위하여 도 2를 참조하면, b는 적외선 조명(210)과 흑백 센서 내의 렌즈(220) 간의 거리인 베이스라인(baseline)을 의미한다.To describe this in detail, referring to FIG. 2, b means a baseline which is a distance between the infrared light 210 and the lens 220 in the black and white sensor.

기준면(230)은 특정 객체의 깊이를 측정하는데 있어서 기준으로 정해지는 임의의 면을 의미한다. ZO는 센서와 기준면(230) 사이의 거리에 해당하며, 미리 정해질 수 있다.The reference plane 230 refers to any plane defined as a reference for measuring the depth of a specific object. ZO corresponds to a distance between the sensor and the reference plane 230, and may be predetermined.

f는 초점 거리이며, 흑백 센서 내의 렌즈(220)와 촬상 장치의 이미지 면(250) 사이의 거리에 해당한다. f is the focal length and corresponds to the distance between the lens 220 in the monochrome sensor and the image plane 250 of the imaging device.

3차원 깊이 측정에 있어 특정 기준이 되는 기준 이미지는, 임의의 기준면(230)에 대하여 적외선 조명(210)에서 구조광을 투사하고, 상기 기준면에서 반사되는 구조광을 흑백 센서에서 감지하여 이미지화한 영상을 의미할 수 있다.In the 3D depth measurement, the reference image, which is a specific reference, projects the structured light from the infrared light 210 on an arbitrary reference plane 230, and detects the structured light reflected from the reference plane by using a black and white sensor to image the image. It may mean.

기준 이미지를 획득하기 위하여, 적외선 조명(210)에서 미리 정해진 거리 ZO만큼 떨어진 기준면(230)으로 구조광이 투사된다. 투사된 구조광은 기준면(230)에서 반사되어 흑백 센서에서 감지된다.In order to obtain the reference image, the structured light is projected from the infrared light 210 to the reference plane 230 spaced a predetermined distance ZO. The projected structured light is reflected by the reference plane 230 and sensed by the monochrome sensor.

상기 기준면(230)에 투사되어 감지된 구조광의 패턴에 대한 이미지가 상기 기준 이미지가 되며, 이 경우, 상기 기준 이미지는 미리 생성되어 메모리에 저장될 수 있다.The image of the pattern of the structured light projected and detected on the reference plane 230 becomes the reference image. In this case, the reference image may be generated in advance and stored in the memory.

이후 객체(240)의 3차원 깊이를 측정하기 위하여, 상기 기준 이미지를 획득할 때 이용되었던 것과 동일한 패턴을 가지는 구조광이 객체(240)로 투사될 수 있다. 도 2에서 객체(240)는 하나의 면처럼 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 실제로는 객체(240)를 이루는 각 면에 구조광이 투사될 것이다.Then, in order to measure the three-dimensional depth of the object 240, structured light having the same pattern as that used when acquiring the reference image may be projected onto the object 240. In FIG. 2, the object 240 is illustrated as one surface, but for convenience of description, structure light will be projected onto each surface of the object 240.

객체(240)에서 반사된 구조광이 흑백 센서에서 이미지로 획득되면, 상기 기준 이미지를 기준으로하여, 상기 획득된 이미지에서 각각 대응되는 패턴들의 위치 이동을 측정할 수 있다. 이러한 패턴의 위치 이동은 도 2에서 d에 해당되며, 이는 기준 이미지를 기준으로 하여 객체(240)의 k 점에 대응하는 시차(disparity)를 의미한다.When the structured light reflected by the object 240 is obtained as an image by the black and white sensor, the positional movement of the corresponding patterns in the obtained image may be measured based on the reference image. The position shift of the pattern corresponds to d in FIG. 2, which means a disparity corresponding to k points of the object 240 based on the reference image.

일 예에 따라, 도 2에서 삼각형의 닮은꼴을 이용하면, D/b=(ZO-ZK)/ZO, d/f=D/ZK의 관계에 있음을 알 수 있다.According to one example, using the similarity of the triangle in Figure 2, it can be seen that the relationship of D / b = (ZO-ZK) / ZO, d / f = D / ZK.

상기 두 식을 정리하면 아래와 같은 수학식으로 정리 될 수 있다. Summarizing the above two equations can be summarized as the following equation.

Zk = Z0 / (1 + (Z0 x d) / (f x b))Zk = Z0 / (1 + (Z0 x d) / (f x b))

상기 수학식에서 f는 초점 거리, b는 베이스라인, ZO는 기준면(230)까지의 거리로서, 미리 정해질 수 있다. 따라서, 객체(240)의 임의의 점 k에 대한 시차 d가 획득된 이미지에서 측정되면, 객체(240)까지의 거리인 3차원 깊이 ZK를 산출할 수 있다.In the above equation, f is a focal length, b is a baseline, and ZO is a distance to the reference plane 230, which may be predetermined. Therefore, if the parallax d for any point k of the object 240 is measured in the obtained image, it is possible to calculate the three-dimensional depth ZK, which is the distance to the object 240.

이러한, 구조광 방식의 3차원 깊이 측정 기술을 광학 검사 시스템과 같이 크기가 작은 객체에 적용하기 위해서는 패턴의 간격을 조밀하게 하여 패턴 해상도를 증가 시키고, 회로 부품의 배치 상태에 따라 지역별로 서로 다른 해상도의 패턴을 조사 할 수 있는 방안이 필요하게 된다.In order to apply the structured light three-dimensional depth measurement technology to a small object such as an optical inspection system, the pattern resolution is increased by densely spaced patterns, and the resolution is different for each region according to the arrangement state of circuit components. We need a way to investigate the pattern of.

또한, 고해상도 패턴으로 전체를 처리하기에는 처리시간이 많이 소요되므로 처리 시간을 단축시키기 위해 저해상도 패턴으로 관심 영역인 회로 부품의 위치를 확인하고 정밀한 측정을 위해 관심 영역을 이동시키고 관심 영역별 최적 고해상도 패턴을 선정하여 측정 할 수 있는 방안이 필요하게 된다.In addition, processing a whole with a high resolution pattern takes a lot of processing time, so in order to shorten the processing time, the position of a circuit component as a region of interest is identified with a low resolution pattern, a region of interest is moved for precise measurement, and an optimal high resolution pattern for each region of interest is selected. A method that can be selected and measured is needed.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해, 저해상도 패턴으로 관심 영역인 회로 부품의 위치를 확인하고 정밀한 측정을 위해 관심 영역을 이동시키고 관심 영역별 최적 고해상도 패턴을 선정하여 측정 할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention to solve the above problems, a method and apparatus for identifying the position of the circuit component of the region of interest in a low-resolution pattern, moving the region of interest for precise measurement and selecting the optimal high-resolution pattern for each region of interest Its purpose is to provide.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 다양한 광학 패턴을 대상 객체에 투사하는 하나 이상의 패턴 투사부, 제1 광학 패턴을 상기 대상 객체에 투사하는 하나 이상의 제1 광학 필터부, 제2 광학 패턴을 생성하고, 상기 목표 객체를 포함하는 상기 대상 객체의 관심 영역에 투사되도록 투사 영역을 제어하는 제2 광학 필터부, 상기 대상 객체의 2D 이미지를 획득하는 제1 카메라, 상기 대상 객체에 투사된 광학 패턴 이미지를 획득하는 제2 카메라, 상기 패턴 투사부와 카메라를 제어하고, 이미지 처리 및 깊이 계산을 하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 2D 이미지를 이용하여 객체 후보군을 검출하고, 상기 광학 패턴 이미지를 이용하여 깊이 지도를 산출하고, 상기 객체 후보군과 상기 깊이 지도를 이용하여 상기 관심 영역을 파악하고, 상기 관심 영역별 상기 제2 광학 패턴을 선정하고, 상기 제2 광학 패턴의 투사 영역을 이동시키기 위해 상기 패턴 투사부 이거나, 상기 광학 필터부를 제어하는 3차원 형상 측정 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention to achieve the above or another object, at least one pattern projection unit for projecting a variety of optical patterns on the target object, at least one first optical filter unit for projecting a first optical pattern on the target object, A second optical filter unit for generating a second optical pattern and controlling a projection area to be projected onto a region of interest of the target object including the target object, a first camera to obtain a 2D image of the target object, and the target object A second camera for acquiring an optical pattern image projected onto the camera, a control unit for controlling the pattern projector and the camera, and performing image processing and depth calculation, wherein the controller detects an object candidate group using the 2D image, A depth map is calculated using the optical pattern image, and the zero interest of interest is formed using the object candidate group and the depth map. The identification and selection of a specific said area of interest and the second optical patterns, and wherein the or part the pattern projection to move the projection area of the second optical patterns, provides a three-dimensional shape measuring system for controlling the optical filter part.

상기 대상 객체는 회로 기판이고, 상기 목표 객체는 회로 부품이고, 제1 카메라는 칼라 카메라이고, 제2 카메라는 적외선 카메라를 포함 할 수 있다.The target object may be a circuit board, the target object may be a circuit component, the first camera may be a color camera, and the second camera may include an infrared camera.

상기 광학 필터부는 적외선 영역의 레이저 광원으로부터 입사되는 빛을 마이크로 미러 및 가동형 프리즘 중 어느 하나를 이용하여 주기적인 제1 광학 패턴을 투사할 수 있다. The optical filter unit may project the first optical pattern periodically by using any one of a micro mirror and a movable prism for the light incident from the laser light source in the infrared region.

상기 제2 광학 패턴 선정은 상기 광학 필터부에 입사되는 적외선 영역의 레이저 광원의 스팟 크기를 제어하여 확산판에 의해 발생되는 랜덤 스페클 패턴의 패턴 크기를 제어하여 목표 객체의 크기, 위치, 및 형상 중 어느 하나 이상에 따라 해상도를 조절할 수 있다.The second optical pattern selection may be performed by controlling the spot size of the laser light source in the infrared region incident on the optical filter unit to control the pattern size of the random speckle pattern generated by the diffuser plate, thereby controlling the size, position, and shape of the target object. The resolution may be adjusted according to any one or more of the above.

상기 광학 필터부는 적외선 영역의 레이저 광원과 확산판을 이용하여 비주기적인 랜덤 스페클 패턴 형태의 제2 광학 패턴을 투사할 수 있다.The optical filter unit may project a second optical pattern in the form of an aperiodic random speckle pattern using a laser light source and a diffusion plate in an infrared region.

상기 제2 광학 패턴은 상기 제1 광학 패턴 보다 해상도가 높은 것을 특징으로 할 수 있다.The second optical pattern may have a higher resolution than the first optical pattern.

상기 투사 영역 이동은 하나 이상의 패턴 투사부를 상하로 이동시켜 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 주변을 포함하는 관심 영역으로 이동시킬 수 있다.The movement of the projection area may move one or more pattern projectors up and down to move the projection area to a region of interest including the periphery of the target object.

상기 투사 영역 이동은 상기 광학 필터부에 포함되는 전기적으로 제어 가능한 회절 렌즈를 이용하여 상기 목표 객체 위치로 상기 투사 영역을 이동시킬 수 있다.The projection area movement may move the projection area to the target object position using an electrically controllable diffractive lens included in the optical filter unit.

상기 투사 영역 이동은 상기 회절 렌즈 내의 액정을 전기적으로 제어하여 특정 영역만 상기 램덤 스페클 패턴을 투사하게 하여 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 위치로 이동시킬 수 있다.The projection region movement may electrically control the liquid crystal in the diffractive lens to project only the random region to project the random speckle pattern to move the projection region to the target object position.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 대상 객체의 2D 이미지를 획득하고, 객체 후보군을 검출하는 단계, 상기 대상 객체에 제1 광학 패턴을 투사하고, 획득한 제1 패턴 이미지를 활용하여 상기 대상 객체의 제1 깊이 지도를 산출하는 단계, 상기 깊이 지도와 상기 객체 후보군을 활용하여 상기 목표 객체를 포함하는 관심 영역을 파악하는 단계, 관심 영역별 제2 광학 패턴을 선정하는 단계, 패턴 투사 영역을 상기 관심 영역으로 이동시키는 단계, 상기 목표 객체에 제2 광학 패턴을 투사하고, 획득한 제2 패턴 이미지를 활용하여 상기 목표 객체의 제2 깊이 지도를 산출하는 단계를 포함하는 3차원 형상 측정 방법을 제공 한다.Further, according to another aspect of the invention, obtaining a 2D image of the target object, detecting a group of object candidates, projecting a first optical pattern on the target object, utilizing the obtained first pattern image using the target object Calculating a first depth map of the image, identifying a region of interest including the target object by using the depth map and the object candidate group, selecting a second optical pattern for each region of interest, and displaying a pattern projection region Moving to a region of interest, projecting a second optical pattern onto the target object, and calculating a second depth map of the target object by using the acquired second pattern image. do.

상기 대상 객체는 회로 기판이고, 상기 목표 객체는 회로 부품이고, 상기 2D 이미지는 칼라 이미지이고, 상기 제1 및 제2 패턴 이미지는 적외선 이미지일 수 있다,The target object may be a circuit board, the target object may be a circuit component, the 2D image may be a color image, and the first and second pattern images may be infrared images.

상기 제1 광학 패턴을 투사하는 단계는 적외선 영역의 레이저 광원으로부터 입사되는 빛을 광학 필터부의 마이크로 미러 이거나 가동형 프리즘을 이용하여 주기적인 제1 광학 패턴을 투사할 수 있다.In the projecting of the first optical pattern, the light incident from the laser light source in the infrared region may be projected on the periodic first optical pattern using a micro mirror of the optical filter unit or a movable prism.

상기 제2 광학 패턴을 선정하는 단계는 적외선 영역의 레이저 광원의 스팟 크기를 제어하여 확산판에 의해 발생되는 랜덤 스페클 패턴의 패턴 크기를 제어하여 목표 객체의 크기, 위치 및 형상 중 어느 하나 이상에 따라 해상도를 조절할 수 있다.The selecting of the second optical pattern may include controlling a spot size of a laser light source in an infrared region to control a pattern size of a random speckle pattern generated by a diffuser plate, thereby controlling at least one of a size, a position, and a shape of a target object. You can adjust the resolution accordingly.

상기 제2 광학 패턴을 투사하는 단계는 적외선 영역의 레이저 광원으로 부터 입사되는 빛을 상기 광학 필터부의 확산판을 이용하여 비주기적인 랜덤 스페클 패턴 형태의 제2 광학 패턴을 투사할 수 있다.In the projecting of the second optical pattern, light incident from a laser light source in an infrared region may project a second optical pattern in the form of an aperiodic random speckle pattern using a diffuser plate of the optical filter unit.

상기 제2 광학 패턴은 상기 제1 광학 패턴 보다 해상도가 높을 수 있다.The second optical pattern may have a higher resolution than the first optical pattern.

상기 객체 후보군을 검출하는 단계는 상기 대상 객체의 2D 이미지에서 엣지 검출에 의해 객체 후보군을 검출할 수 있다.The detecting of the object candidate group may detect the object candidate group by edge detection in the 2D image of the target object.

상기 제1 및 제2 깊이 지도를 산출하는 단계는 투사된 광학 패턴과 패턴 이미지상에서 검출된 패턴의 상대적인 이동 거리를 측정하여 삼각 측량법에 의해 깊이 지도를 산출할 수 있다.The calculating of the first and second depth maps may calculate a depth map by triangulation by measuring a relative moving distance between the projected optical pattern and the pattern detected on the pattern image.

상기 투사 영역을 이동시키는 단계는 하나 이상의 패턴 투사부를 상하로 이동시켜 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 주변을 포함하는 상기 관심 영역으로 이동시킬 수 있다.The moving of the projection area may move one or more pattern projection parts up and down to move the projection area to the region of interest including the periphery of the target object.

상기 투사 영역을 이동시키는 단계는 패턴 투사부 내의 광학 필터부에 포함되는 전기적으로 제어 가능한 회절 렌즈를 이용하여 상기 목표 객체 위치를 포함하는 관심 영역으로 상기 투사 영역을 이동시킬 수 있다.In the moving of the projection area, the projection area may be moved to a region of interest including the target object position by using an electrically controllable diffractive lens included in the optical filter unit in the pattern projector.

상기 투사 영역을 이동시키는 단계는 상기 회절 렌즈내의 액정을 전기적으로 제어하여 특정 영역만 램덤 스페클 패턴을 투사하게 하여 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 위치를 포함하는 관심 영역으로 이동시킬 수 있다.The moving of the projection area may electrically control the liquid crystal in the diffractive lens to project a random speckle pattern only in a specific area, thereby moving the projection area to a region of interest including the target object position.

상기 제2 깊이 지도를 기준 깊이 지도와 비교하여 상기 목표 객체의 불량 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include determining whether the target object is defective by comparing the second depth map with a reference depth map.

상기 제2 깊이 지도를 산출하는 단계는 상하로 이동된 하나 이상의 패턴 투사부에서 각각 제2 광학 패턴을 동일 투사 영역에 투사하고 복수회 획득된 상기 제2 패턴 이미지와 시간적으로 동기화 하여 제2 깊이 지도의 정확도를 향상시킬 수 있다.The calculating of the second depth map may include projecting a second optical pattern onto the same projection area by one or more pattern projectors which are moved up and down, and synchronizing with the second pattern image obtained a plurality of times to obtain a second depth map. Can improve the accuracy.

상기 제2 깊이 지도를 산출하는 단계는 상기 목표 객체와의 거리가 상대적으로 가까운 패턴 투사부에 의한 제2 깊이 지도를 우선하여 처리하여 깊이 해상도를 향상시킬 수 있다.In the calculating of the second depth map, the depth resolution may be improved by first processing the second depth map by the pattern projector which is relatively close to the target object.

본 발명은 관심 영역의 위치는 저해상도 패턴을 이용하고, 관심 영역의 정밀한 깊이 측정은 고해상도 패턴을 활용하여 처리 시간을 단축하고 깊이 측정 정밀도를 향상 시킬 수 있다.In the present invention, the location of the region of interest uses a low resolution pattern, and the precise depth measurement of the region of interest may utilize a high resolution pattern to shorten the processing time and improve the depth measurement accuracy.

도 1a는 종래 기술의 구조광 투사 패턴이다.
도 1b는 종래 기술의 깊이 측정을 위한 대상 객체이다.
도 1c는 종래 기술의 깊이 측정을 위해 획득된 이미지이다.
도 2는 종래 기술의 구조광을 활용한 깊이 측정 방법을 설명하기 위한 개념도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 측정 시스템의 블록도이다,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 광확 페턴을 투사한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 광학 패턴을 투사한 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 광학 패턴의 일례인 랜텀 스페클 패턴의 사례이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2 광학 패턴을 생성하고 제어하기 위한 광학 필터의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 형상 측정 방법에 대한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 광학 패턴을 생성하는 가동형 프리즘이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 광학 패턴을 생성하는 마이크로 미러이다.
1A is a structured light projection pattern of the prior art.
1B is a target object for depth measurement of the prior art.
1C is an image obtained for depth measurement of the prior art.
2 is a conceptual diagram illustrating a depth measuring method using structured light according to the related art.
3 is a block diagram of a three-dimensional shape measurement system according to an embodiment of the present invention,
4 is an image projecting the first broad pattern according to an embodiment of the present invention.
5 is an image projecting a second optical pattern according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an example of a random speckle pattern as an example of a second optical pattern according to an exemplary embodiment.
7 is a block diagram of an optical filter for generating and controlling a second optical pattern according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a 3D shape measuring method according to an embodiment of the present invention.
9 is a movable prism for generating a first optical pattern according to an embodiment of the present invention.
10 is a micromirror for generating a first optical pattern according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles from each other. In addition, in describing the embodiments disclosed herein, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the embodiments disclosed herein, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are intended to facilitate understanding of the embodiments disclosed herein, but are not limited to the technical spirit disclosed herein by the accompanying drawings, all changes included in the spirit and scope of the present invention. It should be understood to include equivalents and substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명과 관련된 3차원 측정 시스템을 설명하기 위한 블록도이다Referring to FIG. 3, FIG. 3 is a block diagram illustrating a three-dimensional measurement system related to the present invention.

상기 시스템(300)는 적외선 카메라 (301), RGB 카메라 (302), 패턴 투사부 (303), 광학 필터부(304), 회로 기판 (305) 등을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성요소들은 3차원 측정 시스템을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 3차원 측정 시스템은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다. The system 300 may include an infrared camera 301, an RGB camera 302, a pattern projector 303, an optical filter 304, a circuit board 305, and the like. The components shown in FIG. 3 are not essential to implementing a three dimensional measurement system, such that the three dimensional measurement system described herein may have more or fewer components than those listed above.

패턴 투사부 (303)은 적외선 레이저 광원에서 출사되는 빛을 광학 필터부 (304)를 통해 객체에 따라 다양한 패턴을 생성하여 회로 기판 (305)에 패턴을 투사 할 수 있고, 하나 이상이 포함되며, 상하 이동에 따라 패턴이 조사되는 영역을 제어 한다.The pattern projector 303 may project light onto the circuit board 305 by generating various patterns according to the object through the optical filter unit 304 to the light emitted from the infrared laser light source, and includes one or more, Control the area where the pattern is irradiated by moving up and down.

IR(적외선) 카메라 (301)은 측정 객체인 회로 기판 (305)에 투사된 제1 광학 패턴 (401)의 이미지를 촬상하여 제어부 (306)에서 패턴의 변화량을 측정하여 깊이 정보를 생성한다.The IR (infrared) camera 301 captures an image of the first optical pattern 401 projected onto the circuit board 305 which is a measurement object, and measures the amount of change of the pattern in the controller 306 to generate depth information.

RGB(칼라) 카메라 (302)는 측정 객체인 회로 기판 (305)의 이미지를 측정하고, 제어부 (306)에서 이미지 상의 회로 부품 (402)의 엣지를 판단하고, 회로 부품 (402)의 위치를 판단한다.The RGB (color) camera 302 measures an image of the circuit board 305 which is a measurement object, determines the edge of the circuit component 402 on the image by the controller 306, and determines the position of the circuit component 402. do.

도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명과 관련된 3차원 측정 시스템의 측정 객체인 회로 기판에 제1 광학 패턴이 조사된 이미지를 설명하기 위한 도면이다. 회로 기판 (305) 상에 복수 개의 회로 부품 (402)이 배치 되어 있고 3차원 깊이 측정을 위한 제1 광학 패턴 (401)이 조사된 이미지이다.Referring to FIG. 4, FIG. 4 is a diagram for describing an image in which a first optical pattern is irradiated to a circuit board, which is a measurement object of a three-dimensional measurement system according to the present invention. A plurality of circuit components 402 are disposed on the circuit board 305 and the first optical pattern 401 for three-dimensional depth measurement is irradiated.

제1 광학 패턴 (401)은 적외선 영역에 해당되며, 회로 기판 (305) 전체에 패턴을 투사 할 수 있지만, 격자 형태 등 주기성을 가지는 패턴으로 공간 해상도를 높이는데 한계가 있다. 따라서 회로 부품(402)의 정확한 엣지 부분의 정확한 깊이 정보를 얻을 수 없다.The first optical pattern 401 corresponds to an infrared region, and although the pattern can be projected on the entire circuit board 305, there is a limit in increasing the spatial resolution in a pattern having periodicity such as a lattice form. Therefore, accurate depth information of the correct edge portion of the circuit component 402 cannot be obtained.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명과 관련된 3차원 측정 시스템의 측정 객체인 회로 기판에 최적의 제2 광학 패턴이 조사된 이미지를 설명하기 위한 도면이다.Referring to FIG. 5, FIG. 5 is a diagram for describing an image in which an optimal second optical pattern is irradiated to a circuit board, which is a measurement object of a three-dimensional measurement system according to the present invention.

회로 기판 (305) 상에 복수 개의 회로 부품 (402)이 배치 되어 있고 3차원 깊이 측정을 위한 제2 광학 패턴 (501)이 조사된 이미지이다.A plurality of circuit components 402 are disposed on the circuit board 305, and the second optical pattern 501 for three-dimensional depth measurement is irradiated.

제2 광학 패턴 (501)은 적외선 영역에 해당되며, 광학 필터부(304)로 빛의 진행 방향을 제어하여 회로 부품 (402)의 위치별로 최적의 패턴을 투사 할 수 있고, 비주기성을 가지는 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)으로 공간 해상도를 높일 수 있다. 따라서 회로 부품(402)의 정확한 엣지 부분의 정확한 깊이 정보를 얻을 수 있다.The second optical pattern 501 corresponds to an infrared region, and the optical filter unit 304 controls the traveling direction of the light to project an optimal pattern for each position of the circuit component 402, and has a randomness. You can increase the spatial resolution with the Random Speckle Pattern. Thus, accurate depth information of the correct edge portion of the circuit component 402 can be obtained.

도 6은 제2 광학 패턴으로 객체에 투사되는 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)의 사례 이다.6 is an example of a random speckle pattern projected onto an object in a second optical pattern.

도 7은 광학 필터부(304)의 상세 구성도 이다. 도 7을 참고하면 광학 필터부(304)는 확산판(Diffuser, 701)과 전기적으로 제어 가능한 회절 렌즈 (Electrically Controlled Diffractive Lens, 702)를 포함한다.7 is a detailed configuration diagram of the optical filter unit 304. Referring to FIG. 7, the optical filter unit 304 may include a diffuser 701 and an electrically controlled diffractive lens 702.

확산판(701)은 적외선 레이저 광원으로부터의 레이저 광을 확산시켜 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)을 생성한다. 또한, 레이저 광원의 스팟 크기 (Spot Size)를 조절하여 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)의 패턴 크기를 조절 할 수 있다. 따라서 회로 부품의 위치나 형상에 따라 최적의 패턴을 선정 할 수 있다.The diffuser plate 701 diffuses the laser light from the infrared laser light source to generate a random speckle pattern. In addition, the spot size of the laser light source may be adjusted to adjust the pattern size of the random speckle pattern. Therefore, the optimal pattern can be selected according to the position or shape of the circuit component.

회절 렌즈(702)는 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)의 진행 방향을 변경 할 수 있고 내부에 포함된 액정 소자를 전기적으로 제어하여 필요한 투사 영역에만 패턴이 투사 되도록 투사 영역을 제어할 수 있다.The diffractive lens 702 may change the direction of the random speckle pattern and electrically control the liquid crystal element included therein to control the projection area such that the pattern is projected only on the required projection area.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 형상 측정 시스템의 3차원 형상 측정 방법을 나타낸 흐름도이다. RGB 카메라(302)를 활용해 객체인 회로 기판의 2D 이미지를 획득할 수 있다(801). 일 실시예로, 도 8로 예시된 과정들은 제어부가 다른 객체를 제어하여 수행될 수 있다.8 is a flowchart illustrating a three-dimensional shape measuring method of a three-dimensional shape measuring system according to an exemplary embodiment of the present invention. An RGB camera 302 may be used to acquire a 2D image of a circuit board as an object (801). In an embodiment, the processes illustrated in FIG. 8 may be performed by the controller controlling another object.

획득한 2D 이미지를 활용하여 엣지 검출을 위한 이미지 프로세싱을 통해 객체 후보군을 도출할 수 있다(802).An object candidate group may be derived through image processing for edge detection using the acquired 2D image (802).

하나 이상의 패턴 투사부에서 제1 광학 패턴 (401)을 객체에 투사한다(803). 제1 광학 패턴(401)은 적외선 영역으로 회로 기판(305) 전체에 투사 가능하지만, 격자 형태 등 주기성을 가지는 패턴으로 공간 해상도를 높이는 데는 한계가 있다. 제1 패턴의 투사는 광학 필터부에 설치된 마이크로 미러(Micro Mirror, 도 10 참조) 및 가동형 프리즘 (Prism, 도 9 참조) 중 어느 하나의 광학 소자를 활용하여 적외선 레이저 광원으로부터 입사된 빛의 진행 방향을 제어하여 객체 상에 제1 광학 패턴 (401)을 스캐닝 할 수 있다.One or more pattern projectors project the first optical pattern 401 onto the object (803). Although the first optical pattern 401 can be projected on the entire circuit board 305 in the infrared region, there is a limit in increasing the spatial resolution in a pattern having periodicity such as a lattice shape. The projection of the first pattern uses the optical element of any one of a micro mirror (see FIG. 10) and a movable prism (see Prism, see FIG. 9) installed in the optical filter unit to propagate light incident from the infrared laser light source. The direction may be controlled to scan the first optical pattern 401 on the object.

IR 카메라(301)를 활용해 회로 기판에 제1 광학 패턴이 투사된 이미지를 획득하고, 투사된 패턴 대비 획득한 이미지상의 패턴이 이동한 거리를 측정하여 삼각 측량법에 의해 해당 영역별 깊이 정보를 포함하는 깊이 지도를 산출할 수 있다(804). Acquire an image in which the first optical pattern is projected onto the circuit board by using the IR camera 301, measure a distance traveled by the pattern on the acquired image relative to the projected pattern, and include depth information for each region by triangulation. A depth map may be calculated (804).

객체 후보군과 깊이 지도를 활용하여 회로 부품의 위치를 파악할 수 있다(805). 엣지 검출에 의해 구해진 객체 후보군 중 일부는 기판상에 형성된 마크(Mark)등으로 높이를 가지지 않을 수 있다. 따라서 객체 후보군 해당 영역의 깊이 정보를 가지고 회로 부품(402) 여부를 판단하고 2D 이미지상의 위치 정보를 파악 할 수 있다.The location of the circuit component may be determined using the object candidate group and the depth map in operation 805. Some of the object candidate groups obtained by edge detection may not have a height with a mark or the like formed on a substrate. Therefore, whether the circuit component 402 is determined based on the depth information of the corresponding region of the object candidate group and the position information on the 2D image may be determined.

회로 부품(402)별로 최적의 제2 광학 패턴을 선정 한다(806). 회로 부품의 위치, 크기 및 형상 중 어느 하나 이상에 따라 필요한 공간 해상도를 선정하고 레이저 광원의 스팟 크기를 제어하여 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)의 크기를 조절하여 필요한 공간 해상도를 확보 한다. 일 실시예로 제2 광학 패턴의 해상도는 제1 광학 패턴의 해상도보다 높을 수 있다.An optimal second optical pattern is selected for each circuit component 402 (806). The necessary spatial resolution is selected according to any one or more of the position, size and shape of the circuit components, and the spot size of the laser light source is controlled to adjust the size of the random speckle pattern to secure the required spatial resolution. In an embodiment, the resolution of the second optical pattern may be higher than the resolution of the first optical pattern.

하나 이상의 패턴 투사부(303)를 상하 이동하여 패턴 투사 영역을 회로 부품 (402) 주변으로 이동 시킨다(807). 특정 각도로 설치된 하나 이상의 패턴 투사부 (303)를 상하 이동시켜 패턴이 투사 되는 영역을 이동 시킨다. 이때, 복수의 패턴 투사부(303)의 투사 영역이 해당 회로 부품 (402) 주변에 중첩되도록 이동 시킬 수 있다. One or more pattern projectors 303 are moved up and down to move the pattern projection area around the circuit component 402 (807). One or more pattern projectors 303 installed at a specific angle are moved up and down to move the area where the pattern is projected. In this case, the projection areas of the plurality of pattern projectors 303 may be moved to overlap the periphery of the circuit component 402.

광학 필터부(304)를 제어하여 패턴의 투사 영역을 회로 부품(402)의 위치와 일치시킨다(808). 광학 필터부 (304)내의 회절 렌즈(702)의 액정 부분을 전기적으로 제어하여, 회로 부품(402)의 위치에만 패턴이 조사 되도록 제어할 수 있다. 회로 부품별(402)로 선정된 최적의 제2 광학 패턴을 회로 부품 (402)의 위치에 따라 지정된 투사 영역에 투사한다(809).The optical filter portion 304 is controlled to match the projection area of the pattern with the position of the circuit component 402 (808). The liquid crystal portion of the diffraction lens 702 in the optical filter portion 304 can be electrically controlled to control the pattern to be irradiated only at the position of the circuit component 402. The optimal second optical pattern selected for each circuit component 402 is projected onto the designated projection area according to the position of the circuit component 402 (809).

IR 카메라(301)에 의해 획득된 이미지로 정밀 깊이 지도를 산출한다(810). 투사된 랜덤 스페클 패턴 (Random Speckle Pattern)과 획득된 이미지를 비교하여 상대적인 패턴 이동량을 결정하고 깊이 정보를 산출한다. 복수의 패턴 투사부(303)의 투사 영역이 해당 회로 부품 (402) 주변에 중첩되도록 이동시킨 경우, 패턴 투사부 (303) 별로 패턴의 투사 시점과 이미지 획득 시점을 동기화하여 해당 투사 영역의 깊이 정보를 복수회 산출하여 형상 측정의 정확도를 향상 시킬 수 있다. 이 경우 회로 부품 (402)과의 거리가 가까운 패턴 투사부(303)의 경우 다른 패턴 부사부에 비해 깊이 해상도가 높으므로 우선적으로 반영하여 깊이 정보를 생성할 수 있다.A precision depth map is calculated from the image obtained by the IR camera 301 (810). By comparing the projected random speckle pattern (Random Speckle Pattern) and the acquired image to determine the relative pattern shift amount and to calculate the depth information. When the projection areas of the plurality of pattern projectors 303 are moved to overlap the periphery of the circuit component 402, the depth information of the projection area is synchronized by synchronizing the projection time of the pattern and the image acquisition time for each pattern projector 303. It is possible to improve the accuracy of the shape measurement by calculating a plurality of times. In this case, the pattern projector 303 having a close distance to the circuit component 402 has a higher depth resolution than the other pattern adverb, so that the depth information can be generated by reflecting it first.

정밀 깊이 지도를 기준 깊이 정보를 가지는 정상적인 회로 기판(305)의 정보와 비교하여 회로 기판(305)의 불량 여부를 체크 한다(811). The precision depth map is compared with information on a normal circuit board 305 having reference depth information to check whether the circuit board 305 is defective (811).

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 제어부를 포함할 수도 있다.  The present invention described above can be embodied as computer readable codes on a medium in which a program is recorded. The computer-readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAMs, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, and the like. This also includes implementations in the form of carrier waves (eg, transmission over the Internet). The computer may also include a controller.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다Accordingly, the above detailed description should not be construed as limiting in all aspects and should be considered as illustrative. The scope of the invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the invention are included in the scope of the invention.

100 : 대상 객체 210 : 적외선 조명
220 : 흑백 센서 내의 렌즈(220) 230 : 기준면
240 : 객체 250 : 촬상 장치의 이미지 면
300 : 3차원 형상 측정 시스템 301 : 칼라 카메라
302 : 적외선 카메라 303 : 패턴 투사부
304 : 광학 필터부 305 : 회로 기판
306 : 제어부 401 : 제1 광학 패턴
402 : 회로 부품 501 : 제2 광학 패턴
701 : 확산판 702 : 회절렌즈
100: target object 210: infrared light
220: lens 220 in monochrome sensor 230: reference plane
240 object 250 Image plane of the imaging device
300: 3D shape measurement system 301: color camera
302: infrared camera 303: pattern projection unit
304: optical filter portion 305: circuit board
306: control unit 401: first optical pattern
402: circuit component 501: second optical pattern
701: diffuser plate 702: diffractive lens

Claims (23)

다양한 광학 패턴을 대상 객체에 투사하는 하나 이상의 패턴 투사부;
제1 광학 패턴을 상기 대상 객체에 투사하는 하나 이상의 제1 광학 필터부;
제2 광학 패턴을 생성하고, 목표 객체를 포함하는 상기 대상 객체의 관심 영역에 투사되도록 투사 영역을 제어하는 제2 광학 필터부;
상기 대상 객체의 2D 이미지를 획득하는 제1 카메라;
상기 대상 객체에 투사된 광학 패턴 이미지를 획득하는 제2 카메라;
상기 패턴 투사부와 카메라를 제어하고, 이미지 처리 및 깊이 계산을 하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는
상기 2D 이미지를 이용하여 객체 후보군을 검출하고, 상기 광학 패턴 이미지를 이용하여 깊이 지도를 산출하고, 상기 객체 후보군과 상기 깊이 지도를 이용하여 상기 관심 영역을 파악하고, 상기 관심 영역별 상기 제2 광학 패턴을 선정하고, 상기 제2 광학 패턴의 투사 영역을 이동시키기 위해 상기 패턴 투사부 이거나, 상기 광학 필터부를 제어하고,
상기 제1 광학 패턴은 격자 형태의 주기성을 가지는 적외선 대역 패턴이고,
상기 광학 필터부는
적외선 영역의 레이저 광원으로부터 입사되는 빛을 마이크로 미러 및 가동형 프리즘 중 어느 하나를 이용하여 주기적인 제1 광학 패턴을 투사하며,
상기 제1 광학 패턴과 상기 제2 광학 패턴이 서로 다른 해상도를 가지는 3차원 형상 측정 시스템.
One or more pattern projectors for projecting various optical patterns onto a target object;
At least one first optical filter to project a first optical pattern onto the target object;
A second optical filter unit generating a second optical pattern and controlling a projection area to be projected onto a region of interest of the target object including a target object;
A first camera obtaining a 2D image of the target object;
A second camera obtaining an optical pattern image projected on the target object;
And a controller for controlling the pattern projector and the camera, and performing image processing and depth calculation.
The object candidate group is detected using the 2D image, a depth map is calculated using the optical pattern image, the region of interest is identified using the object candidate group and the depth map, and the second optical for each region of interest is used. Select the pattern and control the optical projection part or the pattern projection part to move the projection area of the second optical pattern,
The first optical pattern is an infrared band pattern having a lattice periodicity,
The optical filter unit
The light incident from the laser light source in the infrared region is projected on the periodic first optical pattern using either a micro mirror or a movable prism,
3D shape measurement system having a different resolution between the first optical pattern and the second optical pattern.
제 1항에 있어서
상기 대상 객체는 회로 기판이고, 상기 목표 객체는 회로 부품이고, 제1 카메라는 칼라 카메라 이고, 제2 카메라는 적외선 카메라인 3차원 형상 시스템
The method of claim 1
The target object is a circuit board, the target object is a circuit component, the first camera is a color camera, and the second camera is an infrared camera.
삭제delete 제 1항에 있어서
상기 제2 광학 패턴 선정은
상기 광학 필터부에 입사되는 적외선 영역의 레이저 광원의 스팟 크기를 제어하여 확산판에 의해 발생되는 랜덤 스페클 패턴의 패턴 크기를 제어하여 목표 객체의 크기,위치 및 형상 중 어느 하나 이상에 따라 해상도를 조절하는 3차원 형상 측정 시스템.
The method of claim 1
The second optical pattern selection
By controlling the spot size of the laser light source in the infrared region incident on the optical filter part, the pattern size of the random speckle pattern generated by the diffusion plate is controlled to adjust the resolution according to any one or more of the size, position and shape of the target object. Adjustable three-dimensional shape measurement system.
제 1항에 있어서
상기 광학 필터부는
적외선 영역의 레이저 광원과 확산판을 이용하여 비주기적인 랜덤 스페클 패턴 형태의 제2 광학 패턴을 투사하는 3차원 형상 측정 시스템.
The method of claim 1
The optical filter unit
A three-dimensional shape measurement system for projecting a second optical pattern in the form of an aperiodic random speckle pattern using a laser light source and a diffuser plate in the infrared region.
제 1항에 있어서
상기 제2 광학 패턴은 상기 제1 광학 패턴 보다 해상도가 높은 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 시스템.
The method of claim 1
And the second optical pattern has a higher resolution than the first optical pattern.
제 1항에 있어서
상기 투사 영역 이동은
하나 이상의 패턴 투사부를 상하로 이동시켜 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 주변을 포함하는 관심 영역으로 이동시키는 3차원 형상 측정 시스템.
The method of claim 1
The projection area shift is
3D shape measurement system for moving the at least one pattern projection unit up and down to move the projection area to the region of interest including the periphery of the target object.
제 1항에 있어서
상기 투사 영역 이동은
상기 광학 필터부에 포함되는 전기적으로 제어 가능한 회절 렌즈를 이용하여 상기 목표 객체 위치로 상기 투사 영역을 이동시키는 3차원 형상 측정 시스템.
The method of claim 1
The projection area shift
3D shape measurement system for moving the projection area to the target object position using an electrically controllable diffraction lens included in the optical filter unit.
제 8항에 있어서
상기 투사 영역 이동은
상기 회절 렌즈 내의 액정을 전기적으로 제어하여 특정 영역만 랜덤 스페클 패턴을 투사하게 하여 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 위치로 이동시키는 3차원 형상 측정 시스템.
The method of claim 8
The projection area shift is
Electrically controlling the liquid crystal in the diffractive lens to project a random speckle pattern only in a specific area to move the projection area to the target object position.
대상 객체의 2D 이미지를 획득하고, 객체 후보군을 검출하는 단계;
상기 대상 객체에 제1 광학 패턴을 투사하고, 획득한 제1 패턴 이미지를 활용하여 상기 대상 객체의 제1 깊이 지도를 산출하는 단계;
상기 깊이 지도와 상기 객체 후보군을 활용하여 목표 객체를 포함하는 관심 영역을 파악하는 단계;
관심 영역별 제2 광학 패턴을 선정하는 단계;
패턴 투사 영역을 상기 관심 영역으로 이동시키는 단계;
상기 목표 객체에 제2 광학 패턴을 투사하고, 획득한 제2 패턴 이미지를 활용하여 상기 목표 객체의 제2 깊이 지도를 산출하는 단계;
를 포함하고,
상기 제1 광학 패턴은 격자 형태의 주기성을 가지는 적외선 대역 패턴이고,
상기 제1 광학 패턴을 투사하는 단계는
적외선 영역의 레이저 광원으로부터 입사되는 빛을 광학 필터부의 마이크로 미러 이거나 가동형 프리즘을 이용하여 주기적인 제1 광학 패턴을 투사하며,
상기 제1 광학 패턴과 상기 제2 광학 패턴이 서로 다른 해상도를 가지는 3차원 형상 측정 방법.
Obtaining a 2D image of the target object and detecting an object candidate group;
Projecting a first optical pattern onto the target object and calculating a first depth map of the target object by using the obtained first pattern image;
Identifying an ROI including a target object by using the depth map and the object candidate group;
Selecting a second optical pattern for each region of interest;
Moving a pattern projection area to the region of interest;
Projecting a second optical pattern onto the target object and calculating a second depth map of the target object by using the acquired second pattern image;
Including,
The first optical pattern is an infrared band pattern having a lattice periodicity,
Projecting the first optical pattern
The light incident from the laser light source in the infrared region is projected to the first optical pattern by using a micro mirror of the optical filter unit or a movable prism,
The method of claim 3, wherein the first optical pattern and the second optical pattern have different resolutions.
제 10항에 있어서
상기 대상 객체는 회로 기판이고, 상기 목표 객체는 회로 부품이고, 상기 2D 이미지는 칼라 이미지이고, 상기 제1 및 제2 패턴 이미지는 적외선 이미지인 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
The target object is a circuit board, the target object is a circuit component, the 2D image is a color image, and the first and second pattern images are infrared images.
삭제delete 제 10항에 있어서
상기 제2 광학 패턴을 선정하는 단계는
적외선 영역의 레이저 광원의 스팟 크기를 제어하여 확산판에 의해 발생되는 랜덤 스페클 패턴의 패턴 크기를 제어하여 목표 객체의 크기,위치, 및 형상 중 어느 하나 이상에 따라 해상도를 조절하는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
The step of selecting the second optical pattern
Three-dimensional shape measurement by controlling the spot size of the laser light source in the infrared region to control the pattern size of the random speckle pattern generated by the diffuser to adjust the resolution according to at least one of the size, position, and shape of the target object Way.
제 10항에 있어서
상기 제2 광학 패턴을 투사하는 단계는
적외선 영역의 레이저 광원으로 부터 입사되는 빛을 확산판을 이용하여 비주기적인 랜덤 스페클 패턴 형태의 제2 광학 패턴을 투사하는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
Projecting the second optical pattern
3. A method of measuring a three-dimensional shape in which light incident from a laser light source in an infrared region is projected using a diffusion plate to project a second optical pattern in the form of an aperiodic random speckle pattern.
제 10항에 있어서
상기 제2 광학 패턴은 상기 제1 광학 패턴 보다 해상도가 높은 것을 특징으로 하는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
The second optical pattern has a higher resolution than the first optical pattern, characterized in that the three-dimensional shape measurement method.
제 10항에 있어서
상기 객체 후보군을 검출하는 단계는
상기 대상 객체의 2D 이미지에서 엣지 검출에 의해 객체 후보군을 검출하는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
Detecting the object candidate group
3D shape measurement method for detecting the object candidate group by the edge detection in the 2D image of the target object.
제 10항에 있어서
상기 제1 및 제2 깊이 지도를 산출하는 단계는
투사된 광학 패턴과 패턴 이미지상에서 검출된 패턴의 상대적인 이동 거리를 측정하여 삼각 측량법에 의해 깊이 지도를 산출하는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
Computing the first and second depth maps
A three-dimensional shape measuring method for calculating a depth map by triangulation by measuring a relative moving distance between a projected optical pattern and a detected pattern on a pattern image.
제 10항에 있어서
상기 투사 영역을 이동시키는 단계는
하나 이상의 패턴 투사부를 상하로 이동시켜 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 주변을 포함하는 상기 관심 영역으로 이동시키는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
Moving the projection area
3. The method of claim 3, wherein the projection area is moved upward and downward to move the projection area to the region of interest including the periphery of the target object.
제 10항에 있어서
상기 투사 영역을 이동시키는 단계는
패턴 투사부 내의 광학 필터부에 포함되는 전기적으로 제어 가능한 회절 렌즈를 이용하여 상기 목표 객체 위치를 포함하는 관심 영역으로 상기 투사 영역을 이동시키는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
Moving the projection area
3. The method of claim 3, wherein the projection area is moved to a region of interest including the target object position by using an electrically controllable diffraction lens included in an optical filter unit in a pattern projector.
제 19항에 있어서
상기 투사 영역을 이동시키는 단계는
상기 회절 렌즈내의 액정을 전기적으로 제어하여 특정 영역만 램덤 스페클 패턴을 투사하게 하여 상기 투사 영역을 상기 목표 객체 위치를 포함하는 관심 영역으로 이동시키는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 19
Moving the projection area
And electrically controlling the liquid crystal in the diffractive lens to project a random speckle pattern only to move the projection area to the region of interest including the target object position.
제 10항에 있어서
상기 제2 깊이 지도를 기준 깊이 지도와 비교하여 상기 목표 객체의 불량 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
And comparing the second depth map with a reference depth map to determine whether the target object is defective.
제 10항에 있어서
상기 제2 깊이 지도를 산출하는 단계는
상하로 이동된 하나 이상의 패턴 투사부에서 각각 제2 광학 패턴을 동일 투사 영역에 투사하고 복수회 획득된 상기 제2 패턴 이미지와 시간적으로 동기화 하여 제2 깊이 지도의 정확도를 향상시키는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 10
Computing the second depth map
A three-dimensional shape measuring method of projecting a second optical pattern onto the same projection area in one or more pattern projectors moved up and down, and synchronizing with the second pattern image obtained a plurality of times to improve the accuracy of a second depth map. .
제 22항에 있어서
상기 제2 깊이 지도를 산출하는 단계는
상기 목표 객체와의 거리가 상대적으로 가까운 패턴 투사부에 의한 제2 깊이 지도를 우선하여 처리하여 깊이 해상도를 향상시키는 3차원 형상 측정 방법.
The method of claim 22,
Computing the second depth map
3. The method of claim 3, wherein the depth resolution is improved by first processing the second depth map by the pattern projector which is relatively close to the target object.
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