KR102542588B1 - Sls 메탈 3d 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템 - Google Patents

Sls 메탈 3d 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템 Download PDF

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Abstract

본 실시예에 따른 3D 프린터와 연동되어 상기 3D 프린터를 모니터링하는 광간섭단층 촬영 시스템은, 광을 조사하는 광원; 광의 경로를 조절하는 광분배기; 상기 광분배기에서 분배된 기준광을 반사시켜 기준반사광을 전달하는 기준단; 상기 광분배기에서 분배된 측정광을 상기 3D 프린터에서 제조되는 제작물을 향해 조사하고 상기 제작물로부터 반사되는 측정반사광을 전달하는 측정단; 상기 기준반사광 및 상기 측정반사광에 의해 형성되는 간섭광을 입력받아 분석하는 검출부; 및 상기 검출부에서 분석된 간섭광에 기초하여 상기 제작물의 2차원 또는 3차원 영상을 생성하는 영상생성부를 포함하고, 상기 측정단은, 프린터의 레이저 광경로와 상기 측정광의 광경로가 특정지점에서 동일해지도록 마련된다. 이에 의해 SLS 타입의 메탈 3D 프린터의 구조나 기능에 변형을 주지 않고, 제작되는 제작물의 형태와 기능에 변형을 주지 않고 3차원 구조물의 제작과정을 모니터링할 수 있다.

Description

SLS 메탈 3D 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템{OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY SYSTEM FOR SLS METAL 3D PRINTER MONITORING}
본 발명은 SLS 메탈 3D 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탈 3D 프린터의 제작물을 모니터링하는 SLS 메탈 3D 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템에 관한 것이다.
3D 프린터는 3차원 형상의 물품을 제작하는 장치로 3D 프린터의 종류로는 대표적으로 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식, SLA(Stereo Lithography Apparatus) 방식, DLP(Digital Light Processing) 방식 등이 있다.
이 중 SLS 방식은 분말 형태의 재료를 특정 부분만 선택적으로 가열하여 굳어지도록 하고 분말 내의 받침대가 이동하여 출력물을 층층이 쌓아가는 방식으로, 분말을 재료로 사용하여 지지 구조가 불필요하며 이로 인해 설계가 자유로운 장점이 있으나, 비교적 시간이 오래 걸리고 장비가 고가인 것은 물론
특히 티타늄 분말을 사용하는 SLS 메탈 3D 프린터의 경우에는 티타늄 분말 자체도 고개이기에 불량이 발생했을 때의 손실이 크며, 의료용 임플란트와 같은 의료물품을 생산했을 때 내부적으로 발생하는 불량품으로 치료를 진행했을 때 치명적인 문제가 발생할 수 있다.
이를 방지하기 위해 프린터에서 제작되는 3차원 구조물의 제작과정을 모니터링해야 하지만, SLS 메탈 3D 프린터의 경우 3차원 구조물을 만들어내는 생산 챔버 내부의 불가시성으로 인해 생산 중인 구조물의 3차원 모니터링이 불가능하다.
이에 종래의 모니터링 방법은 단순히 생산 챔버 상단에서 카메라를 사용하여 사진을 찍고, 이를 3차원으로 재구성하는 방식으로 모니터링을 수행하기에 실제 생산되는 3차원 구조물과의 차이가 크기 때문에 효율성이 낮다는 문제가 있다.
한국등록특허공보 제10-1850339호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3D 프린터에서 생산되는 3차원 구조물의 생선 챔버를 모니터링하여 3차원 구조물의 제작과정을 모니터링하고, 3차원 구조물의 제작과정에서 발생할 수 있는 문제를 해결할 수 있는 SLS 메탈 3D 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터와 연동되어 상기 3D 프린터를 모니터링하는 광간섭단층 촬영 시스템은, 광을 조사하는 광원; 광의 경로를 조절하는 광분배기; 상기 광분배기에서 분배된 기준광을 반사시켜 기준반사광을 전달하는 기준단; 상기 광분배기에서 분배된 측정광을 상기 3D 프린터에서 제조되는 제작물을 향해 조사하고 상기 제작물로부터 반사되는 측정반사광을 전달하는 측정단; 상기 기준반사광 및 상기 측정반사광에 의해 형성되는 간섭광을 입력받아 분석하는 검출부; 및 상기 검출부에서 분석된 간섭광에 기초하여 상기 제작물의 2차원 또는 3차원 영상을 생성하는 영상생성부를 포함하고, 상기 측정단은, 프린터의 레이저 광경로와 상기 측정광의 광경로가 특정지점에서 동일해지도록 마련된다.
여기서 상기 측정광은, 상기 제작물이 생산되는 챔버 외부에서 조사될 수 있다.
그리고 상기 측정단은, 상기 레이저 광경로와 상기 측정광의 광경로가 동일해지도록 하는 이색성거울을 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정단은, 상기 측정광이 상기 제작물을 향해 진행하는 방향을 기준으로 하여 상기 이색성거울의 후단에 위치하여, 상기 이색성거울을 경유한 레이저 및 상기 측정광의 광경로를 조절하는 갈바노미터 스캐너(Galvanometer Scanner, GS)를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 영상생성부에서 생성된 영상에 기초하여 3D 프린터로 피드백을 제공하고, 상기 피드백에 기초하여 상기 레이저의 광경로가 변경되도록 상기 갈바노미터 스캐너를 제어하는 피드백부를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, SLS 메탈 3D 프린터 모니터링을 위한 광간섭단층 촬영 시스템을 제공함으로써, SLS 타입의 메탈 3D 프린터의 구조나 기능에 변형을 주지 않고, 제작되는 제작물의 형태와 기능에 변형을 주지 않고 3차원 구조물의 제작과정을 모니터링할 수 있다.
또한 고가의 파우더를 사용하는 제작물의 생산 과정을 모니터링함으로써 제작물 생산 시 발생되는 불량품 생산을 방지하는 것은 물론, 불량품 발생에 따른 고가의 파우더 낭비를 방지할 수 있게 이에 의해 비용 절감을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광간섭단층 촬영 시스템과 3D 프린터가 연동되는 모습을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광간섭단층 촬영 시스템의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광간섭단층 촬영 시스템(1)과 3D 프린터(P)가 연동되는 모습을 설명하기 위한 도면, 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광간섭단층 촬영 시스템(1)의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
일반적으로 티타늄 분말을 사용하는 SLS 타입의 메탈 3D 프린터의 경우, 티타늄 분말을 레이저를 이용해 녹인 후 적층함으로써 제작물을 생산하게 되는데, 제작물이 생산되는 챔버(PC) 내부는 산소에 노출되는 것을 방지하기 위하여 가스로 가득 채워야 하므로 육안으로 챔버(PC) 내부를 확인할 수 없고, 이로 인해 육안 또는 카메라와 같은 촬상장치를 이용해서는 제작물의 3차원 모니터링이 불가능하다.
게다가 티타늄 분말의 경우에는 비용이 고가이기 때문에 재사용율이 높은데, 티타늄 분말의 재사용의 빈도가 높아질수록 제작물의 불량률 역시 높아지게 되기 때문에 제작물의 생산 과정 모니터링이 꼭 필요하다.
본 실시예에 따른 광간섭 단층 촬영 시스템(1)은 도시된 바와 같이 3D 프린터(P)와 연동되어 3D 프린터에서 제작되는 제작물의 제작과정을 모니터링하고, 모니터링 결과에 따른 피드백을 제공하여 제작물의 불량율을 감소시키는 것은 물론, 불량품 제작에 의한 비용을 절감할 수 있다. 이러한 광간섭단층 촬영 시스템(1)은 통신부(10), 입력부(20), 저장부(30), 제어부(40), 광원(100), 광분배기(200), 기준단(300), 측정단(400)을 포함할 수 있다.
입력부(20)는 사용자 명령을 입력받기 위한 입력 수단이고, 통신부(10)는 3D 프린터를 포함한 외부 기기와 외부 네트워크로부터 필요한 정보를 송수신하기 위해 마련되는 정보를 송수신하기 위한 것이다. 그리도 도면에는 미도시되었으나 제작물의 모니터링 과정 및 영상이미지와 같은 모니터링 결과를 표시하기 위한 출력부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 출력부로 디스플레이를 포함할 수 있다.
그리고 저장부(30)는 모니터링을 수행하기 위한 프로그램이 기록되고, 제어부(40)가 동작함에 있어서 필요한 저장 공간을 제공하여 제어부(40)에서 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하며, 휘발성 저장매체 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 저장부(30)는 모니터링을 수행하면서 누적되는 데이터가 저장될 수 있다. 그리고 저장부(30)에는 3D 프린터(P)를 통해 제작되는 제작물의 형상 및 치수와 같은 구체적인 내용을 포함하는 정보가 저장될 수 있다.
한편 제어부(40)는 통신부(10), 입력부(20), 저장부(30), 광원(100), 광분배기(200), 기준단(300) 및 측정단(400)을 제어하여 모니터링을 수행하고 모니터링에 따른 결과를 생성하며, 모니터링 결과에 따라 피드백을 생성하여 3D 프린터(P)로 피드백을 제공할 수 있다. 이를 위해 제어부(40)는 검출부(500), 영상생성부(600) 및 피드백부(700)를 포함하도록 마련될 수 있다.
검출부(500)는 광분배기(200)를 통해 전달되는 간섭광에 기초하여 간섭광의 스펙트럼을 검출하고, 스펙트럼의 분석을 통해 간섭 스펙트럼 영상을 얻을 수 있고, 이러한 간섭 스펙트럼 영상을 영상생성부(600)로 전달할 수 있다. 검출부(500)의 구성에 대해서는 측정단(400)에 대한 설명과 함께 보다 구체적으로 후술하기로 한다.
영상생성부(600)는 검출부(500)로부터 전달받은 스캔 신호를 적절한 방식으로 처리하여 제작물을 표현하는 2차원 또는 3차원의 단층 영상을 생성한다.
그리고 피드백부(700)는 영상생성부(600)에서 생성된 제작물의 영상에 기초하여 제작물의 불량여부를 판단하거나 일치율을 판단하여 3D 프린터(P)로 피드백을 제공할 수 있다. 구체적으로 피드백부(700)는 저장부(30)에 저장된 제작 중인 제작물에 대한 상세 정보와 생성된 제작물의 영상을 비교하여 제작물의 불량여부 또는 제작물의 일치율을 판단하고, 불량여부 또는 일치율에 기초하여 피드백을 생성할 수 있다. 그리고 피드백부(700)는 생성된 피드백에 기초하여 3D 프린터(P) 레이저(PL)의 광경로가 변경되도록 후술할 제2갈바노미터 스캐너(460)를 제어하거나, 현재 제작 중인 제작물의 제작이 중단되도록 프린터(P)로 중단신호를 전달할 수 있다. 이를 위해 본 실시예에 따른 광간섭단층 촬영 시스템(1)은 피드백을 제공하기 위한 소프트웨어(어플리케이션)이 설치되어 실행될 수 있으며, 피드백부(700)를 포함하는 제어부(40)는 이러한 소프트웨어에 의해 제어될 수 있다.
이를 통해 프린터(P)에서 생산되는 제작물의 불량율을 낮추는 것은 물론, 모니터링 결과 제작 중인 제작물이 불량인 경우에는 프린터(P)의 동작을 중단시킬 수 있게 되므로 제작물을 생산하기 위한 분말과 같은 재료를 필요 이상으로 사용하는 것을 방지할 수 있게 된다. 특히 SLS 타입 메탈 3D 프린터(P)의 경우에는 고가의 티타늄 분말을 사용하기 때문에 불량품 발생에 의해 소요되는 비용 역시 절감할 수 있게 되므로 경제적인 효과를 제공할 수 있다.
한편 광원(100)은 근적외선 대역의 광원으로서 광을 생성하여 방출한다. 이러한 광원(100)은 근적외선 영역을 포함하는 넓은 분광 복사 스펙트럼을 가진 광을 출력하는 광원이며, 고휘도 다이오드(Super Luminescent Diode), 티타늄 사파이어 레이저(Ti-Sapphire Laser) 또는 펨토초 레이저(femtosecond laser)가 사용될 수 있다.
한편 광분배기(200)는 광의 경로를 조절하기 위해 마련되며, 광이 이동되는 경로를 기준으로 광원(100)의 후단에 위치하는 본 실시예에서의 광분배기(200)는 광섬유 분배기(Fiber Coupler, FC)로 구현되어 빛의 입사각도와 상관없이 안정적인 일정한 빛의 배분 및 출력을 이루고 간결하고 컴팩트한 구성을 이루도록 할 수 있다. 그리고 광분배기(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 광원(100)으로부터 출력되는 광을 기준단(300) 및 측정단(400)으로 분배하고, 기준단(300)으로부터 기준반사광을 전달받고 측정단(400)으로부터 측정반사광을 전달받아 검출부(500)로 전달할 수 있다. 이 때 광분배기(200)에서 분배되는 기준광 및 측정광의 분배 비율은 50:50으로 설정하는 것이 바람직하나, 이는 필요에 따라 변경될 수도 있다.
한편 기준단(300)은 광분배기(200)를 통해 입력된 기준광을 반사시키고 기준광이 반사된 기준반사광을 다시 광분배기(200)로 전달할 수 있고, 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 제1콜리메이터(310), 제1렌즈(320) 및 미러(330)를 포함하도록 마련될 수 있다. 제1콜리메이터(310)는 광분배기(200)를 통해 입력된 기준광이 진행하는 방향을 기준으로 광분배기(200)의 후단에 위치하여 기준광을 평행광으로 변환할 수 있고, 평행광을 제1렌즈(320)로 전달한다.
제1렌즈(320)는 제1콜리메이터(310)의 후단에 위치하고 전달받은 기준광을 미러(330)로 전달할 수 있으며, 여기서 제1렌즈(320)는 포커싱 렌즈로 마련될 수 있다.
그리고 미러(330)는 제1렌즈(320)로부터 전달받은 기준광을 반사시켜 기준반사광을 생성하며, 이렇게 생성된 기준반사광은 기준광이 입사된 경로의 역방향으로 이동하여 광분배기(200)로 전달될 수 있다.
한편, 측정단(400)은 광분배기(200)를 통해 입력된 측정광을 3D 프린터(P)에서 제조되는 제작물을 향해 조사하고, 제작물로부터 반사되어 생성된 측정반사광을 광분배기(200)로 전달한다. 또한 본 실시예에 따른 측정단(400)은 3D 프린터 레이저(PL)의 광경로와 측정광의 광경로가 특정지점에서 동일해지도록 마련되어 3D 프린터(P)에서 생산되는 제작물의 상태를 모니터링할 수 있으며, 이를 위해 측정단(400)은 3D 프린터(P)의 제작물이 생산되는 챔버(PC) 외부에서 측정광이 제작물을 향해 조사되도록 할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 측정단(400)은 제2콜리메이터(410), 제2렌즈(420), 제1갈바노미터 스캐너(430), 제3렌즈(440), 이색성거울(450), 제2갈바노미터 스캐너(460) 및 제4렌즈(470)를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 구성의 위치를 설명함에 있어 광분배기(200)에서 분배되어 입력되는 측정광이 제작물을 향해 이동하는 방향을 기준으로 하여 설명하기로 한다.
먼저 제2콜리메이터(410)는 광분배기(200)의 후단에 위치하여 광분배기(200)에서 분배된 측정광을 평행광으로 변환할 수 있고, 평행한 광을 제2렌즈(420)로 전달할 수 있다.
제2렌즈(420)는 제2콜리메이터(410)의 후단에 위치하고 전달받은 측정광을 제1갈바노미터 스캐너(GS, Galvanometer Scanner)(430)로 전달할 수 있으며, 여기서 제2렌즈(420)는 릴레이 렌즈(Relay Lens)로 마련될 수 있다.
한편 제1갈바노미터 스캐너(430)는 제2렌즈(420)의 후단에 위치하고, 입사되는 광의 각도를 지속적으로 변경하여 반사할 수 있다. 이러한 제1갈바노미터 스캐너(430)는 제2렌즈(420)로부터 전달받은 측정광을 제3렌즈(440)로 전달한다.
그리고 제3렌즈(440)는 제1갈바노미터 스캐너(430)의 후단에 위치하고, 제1갈바노미터 스캐너(430)에서 반사된 측정광을 이색성거울(450)로 전달하며, 제3렌즈(440) 역시 제2렌즈(420)와 마찬가지로 릴레이 렌즈로 마련될 수 있다.
한편 이색성거울(450)은 3D 프린터 레이저(PL)의 광경로와 제3렌즈(440)로부터 전달받은 측정광의 광경로가 동일해지도록 하기 위한 것으로, 제3렌즈(440)의 후단에 위치하되 3D 프린터 레이저(PL)의 광이 이동하는 경로 상에 위치하도록 마련될 수 있다. 그리고 이색성거울(450)을 통해 광 경로가 동일해진 측정광 및 레이저(PL)의 광은 제2갈바노미터 스캐너(460)로 전달된다. 이러한 본 실시예에서의 이색성거울(450)은 3D 프린터 레이저(PL)의 기존 광경로를 추가하는 것이므로 기존의 SLS 3D 프린터(P)의 구조나 기능에 변형을 주지 않는 것은 물론이고 제작물물의 형태와 기능에 변형을 주지 않을 수 있다.
제2갈바노미터 스캐너(460)는, 이색성거울(450)의 후단에 위치하여 이색성거울(450)을 경유한 레이저(PL)의 광 및 측정광의 광경로를 조절하고, 이를 통해 측정광 및 레이저(PL)의 광이 제작물을 향해 조사될 수 있다. 제2갈바노미터 스캐너(460)를 통해 각도가 조절된 레이저(PL)의 광 및 측정광은 제4렌즈(470)로 전달된다. 또한 제2갈바노미터 스캐너(460)는 피드백부(700)의 제어에 의해 각도가 조절되는데, 피드백부(700)에서 생성되는 피드백에 기초하여 제2갈바노미터 스캐너(460)를 통해 레이저(PL)광의 광경로를 조절할 수 있게 되므로 제작물 생산에 있어서 불량품 생산량을 줄일 수 있게 된다.
제4렌즈(470)는 제2갈바노미터 스캐너(460)의 후단에 위치하며 제2갈바노미터 스캐너(460)에 의해 각도가 조절된 측정광 및 레이저(PL)의 광이 제작물을 향해 조사되도록 한다.
측정단(400)에서는 이상의 구성을 통해 측정광과 레이저(PL) 광이 제작물이 제작되고 있는 3D 프린터의 챔버(PC) 내부로 조사하여 제작물로부터 측정광이 반사되어 생성되는 측정반사광을 측정광이 전달된 방향의 역방향으로 이동되도록 한다.
상술한 기준단(300) 및 측정단(400)에서 생성된 기준반사광 및 측정반사광은 광분배기(200)에서 합쳐질 수 있고, 그 결과 광분배기(200)에서 간섭된 광이 형성될 수 있으며, 이렇게 간섭된 간섭광은 검출부(500)로 전달될 수 있다.
검출부(500)는 상술한 바와 같이 스펙트럼의 분석을 통해 얻은 간섭 스펙트럼 영상을 영상생성부(600)로 전달하게 되는데, 이러한 검출부(500)는 도2에 도시된 바와 같이 제3콜리메이터(510), 회절격자(DG, Diffraction Grating)(520), 제5렌즈(530) 및 라인스캐너 카메라(LSC, Line Scanner Camera)(540)를 포함할 수 있다. 이하에서는 간섭광이 검출부(500)로 입력되어 진행하는 방향을 기준으로 설명하기로 한다.
제3콜리메이터(510)는 입력된 간섭광을 평행광으로 변환하고, 평행광을 회절격자(520)로 전달한다.
회절격자(520)는 제3콜리메이터(510) 후단에 위치하여 간섭광을 회절시키는데, 본 실시예에서 회절격자(520)는 사양에 따라 다양한 선택이 가능하며, 회절격자(520)에서 회절된 빛은 회절격자(520)의 후단에 마련된 제5렌즈(530)를 통해 라인스캐너 카메라(540)로 전달될 수 있다. 이 때 제5렌즈(530)는 포커싱 렌즈로 마련되며, 라인스캐너 카메라(540)를 통해 스캔 신호를 생성하여 영상생성부(600)로 전달하게 된다. 영상생성부(600)는 검출부(500)에서 전달받은 간섭 스펙트럼 영상의 각 픽셀을 푸리에 변환을 통해서 제작물의 깊이 정보를 측정함으로써, 제작물의 단층 영상의 이미지를 만들어낼 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 광간섭단층 촬영 시스템(1)을 통해 3D 프린터(P)에서 3차원 제작물이 제작되는 과정을 모니터링할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
1 : 광간섭단층 촬영 시스템 10 : 통신부
20 : 입력부 30 : 저장부
40 : 제어부 100 : 광원
200 : 광분배기 300 : 기준단
310 : 제1콜리메이터 320 : 제1렌즈
330 : 미러 400 : 측정단
410 : 제2콜리메이터 420 : 제2렌즈
430 : 제1갈바노미터 스캐너 440 : 제3렌즈
450 : 이색성거울 460 : 제2갈바노미터 스캐너
470 : 제4렌즈 500 : 검출부
510 : 제3콜리메이터 520 : 회절격자
530 : 제5렌즈 540 : 라인스캐너 카메라
600 : 영상생성부 700 : 피드백부
P : SLS 메탈 3D 프린터 PL : 프린터 레이저
PC : 챔버

Claims (5)

  1. SLS 메탈 3D 프린터와 연동되어 상기 SLS 메탈 3D 프린터를 모니터링하는 광간섭단층 촬영 시스템에 있어서,
    광을 조사하는 광원;
    광의 경로를 조절하는 광분배기;
    상기 광분배기에서 분배된 기준광을 반사시켜 기준반사광을 전달하는 기준단;
    상기 광분배기에서 분배된 측정광을 상기 3D 프린터에서 제조되는 제작물을 향해 조사하고 상기 제작물로부터 반사되는 측정반사광을 전달하는 측정단;
    상기 기준반사광 및 상기 측정반사광에 의해 형성되는 간섭광을 입력받아 분석하는 검출부; 및
    상기 검출부에서 분석된 간섭광에 기초하여 상기 제작물의 2차원 또는 3차원 영상을 생성하는 영상생성부를 포함하고,
    상기 측정단은,
    프린터의 레이저 광경로와 상기 측정광의 광경로가 특정지점에서 동일해지도록 마련되고,
    상기 측정광은,
    상기 제작물이 생산되는 챔버 외부에서 조사되며,
    상기 측정단은,
    상기 레이저 광경로와 상기 측정광의 광경로가 동일해지도록 하되, 상기 레이저 광경로 상에 위치하는 이색성거울;
    상기 측정광이 상기 제작물을 향해 진행하는 방향을 기준으로하여 상기 이색성 거울의 전단에 위치하여 상기 측정광의 각도를 지속적으로 변경하여 반사하는 제1 갈바노미터 스캐너(Galvanometer Scanner, GS); 및
    상기 측정광이 상기 제작물을 향해 진행하는 방향을 기준으로하여 상기 이색성거울의 후단에 위치하여, 상기 이색성거울을 경유한 레이저 및 상기 측정광의 광경로를 조절하는 제2갈바노미터 스캐너(Galvanometer Scanner, GS)를 더 포함하는 광간섭단층 촬영 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상생성부에서 생성된 영상에 기초하여 3D 프린터로 피드백을 제공하고, 상기 피드백에 기초하여 상기 레이저의 광경로가 변경되도록 상기 갈바노미터 스캐너를 제어하는 피드백부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광간섭단층 촬영 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102551372B1 (ko) * 2023-01-20 2023-07-04 티웍스 주식회사 3d 형상인식 기능을 구비한 비전스캐닝장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101859504B1 (ko) 2016-06-20 2018-05-23 한국광기술원 3d 프린트를 이용하여 제조된 팬텀의 레이저 반응 측정 장치 및 방법
KR101942296B1 (ko) * 2016-08-29 2019-01-25 울산과학기술원 광간섭 단층 3차원 촬영장치, 이를 이용한 3차원 모델링 시스템 및 이를 이용하여 3차원 영상을 획득하여 3차원 객체를 모델링하는 방법
KR102226094B1 (ko) * 2019-12-31 2021-03-11 한국과학기술원 3d 프린팅 공정 중 펨토초 레이저 빔을 이용하여 프린팅 대상물의 적층 품질을 검사하는 방법, 장치 및 이를 구비한 3d 프린팅 시스템

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150021346A (ko) * 2013-08-20 2015-03-02 삼성전기주식회사 3차원 형상 측정기
KR101850339B1 (ko) 2017-08-25 2018-04-20 주식회사 팀사이언스 3d 프린터 출력물 모니터링 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101859504B1 (ko) 2016-06-20 2018-05-23 한국광기술원 3d 프린트를 이용하여 제조된 팬텀의 레이저 반응 측정 장치 및 방법
KR101942296B1 (ko) * 2016-08-29 2019-01-25 울산과학기술원 광간섭 단층 3차원 촬영장치, 이를 이용한 3차원 모델링 시스템 및 이를 이용하여 3차원 영상을 획득하여 3차원 객체를 모델링하는 방법
KR102226094B1 (ko) * 2019-12-31 2021-03-11 한국과학기술원 3d 프린팅 공정 중 펨토초 레이저 빔을 이용하여 프린팅 대상물의 적층 품질을 검사하는 방법, 장치 및 이를 구비한 3d 프린팅 시스템

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