KR200208636Y1

KR200208636Y1 - 3차원영상측정시스템

Info

Publication number: KR200208636Y1
Application number: KR2020000018017U
Authority: KR
Inventors: 이병희; 김수길; 윤충은
Original assignee: 한맥전자주식회사
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2001-01-15

Abstract

본 고안은, 3차원영상측정시스템에 관한 것으로서, 대상물체를 향하여 레이저광을 투사하는 레이저다이오드와 상기 레이저다이오드로부터의 레이저광을 레이저슬릿광으로 변환하는 원통렌즈를 갖는 발광부와, 상기 대상물체를 이동시키고 이동위치데이터를 생성하는 위치조절부와, 상기 대상물체의 각 이동위치에서 상기 대상물체에서 반사되는 레이저슬릿광중 특정대역의 파장을 갖는 레이저슬릿광을 선택적으로 통과시키는 대역필터와, 상기 대역필터를 통과한 레이저슬릿광의 영상신호를 상기 대상물체의 각 이동위치별로 생성하는 슬릿광영상신호생성부와, 상기 슬릿광영상신호생성부에서 생성한 레이저슬릿광의 영상신호 및 상기 위치조절부에서 생성한 상기 대상물체의 이동위치데이터에 기초하여 상기 대상물체의 3차원영상을 생성하는 영상생성부를 포함하는 3차원영상측정시스템에 있어서, 상기 대상물체와 상기 대역필터사이에 설치되어, 상기 대상물체와 상기 대역필터사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 연장시키는 적어도 하나 이상의 안내거울을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 대상물체와 카메라렌즈사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 연장하여 레이저슬릿광의 영상데이터를 얻을 수 있는 대상물체의 카메라렌즈로부터의 최소이격거리를 증가시킬 수 있다.

Description

3차원영상측정시스템{THREE DIMENSIONAL IMAGE MEASUREMENT SYSTEM}

본 고안은, 대상물체의 표면을 입체적 영상을 얻을 수 있는 3차원영상측정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세히는 레이저슬릿광(Laser Slit Light)을 이용하는 3차원영상측정시스템에 관한 것이다.

주변환경의 입체적 영상을 제공하는 3차원영상측정시스템은 로봇을 이용한 가공조립과 같은 생산자동화공정, 제품의 양부를 판단하는 검사공정, 이동로봇의 내비게이션(Navigation)등 그 이용분야가 다양하다.

이러한 3차원영상측정시스템으로는, 접촉식 프로브(Probe)를 이용하여 측정하는 방법과, 비접촉식으로 광학을 이용하여 측정하는 방법으로 대별할 수 있고, 비접촉식으로 측정하는 방법에는 2대의 카메라를 이용하는 방법과 구조광을 이용하는 방법이 있다. 2대의 카메라를 이용하는 방법은 카메라상호간의 위치적 연관관계를 알아내기 어렵다는 문제점이 있기 때문에 구조광 특히, 슬릿광을 이용하는 방법이 널리 사용되고 있으며, 이러한 종래의 레이저슬릿광을 이용한 3차원측정장치가 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 슬릿광은 일정한 폭을 가지고 있는 레이저광이 원통렌즈(Cylinderical Lens)을 통과할 때 나타나는 부채꼴 형태의 레이저광을 말하며 대상물체상에 주사하면 가는 선으로 나타난다.

도 2는 종래의 3차원영상측정시스템의 개략적 구성도이다.

종래의 3차원영상측정시스템은, 대상물체(105)를 향하여 레이저슬릿광을 투사하는 발광부(110)와, 발광부(110)와 함께 소정의 하우징(106)내에 수용되어 발광부(110)로부터 투사되어 대상물체(105)에서 반사되는 레이저슬릿광의 영상신호를 생성하는 CCD카메라(120)와, 대상물체(105)와 CCD카메라(120)사이에 개재하여 특정대역의 레이저슬릿광을 선택적으로 통과시키는 대역필터(107)와, CCD카메라(120)에서 생성된 레이저슬릿광의 영상신호로부터 대상물체(105)의 3차원영상을 생성하는 3차원영상생성부(132)를 갖고 있다.

발광부(110)는 레이저광을 방출하는 레이저다이오드(112)와, 이 레이저다이오드(112)에 구동전압을 공급하는 구동전압공급부(116)를 갖고 있다. 구동전압공급부(116)는 단일의 구동전압을 생성하여 레이저다이오드(112)에 공급한다. 그리고, 레이저다이오드(112)와 대상물체(105)사이에는 레이저다이오드(112)로부터 방출된 레이저광을 선형태의 레이저슬릿광으로 변환시키는 원통렌즈(114)가 개재되어 있다.

CCD카메라(120)는 대상물체(105)로에서 반사되는 레이저슬릿광을 수령하고, 이를 영상처리하여 레이저슬릿광의 영상신호를 생성한다. 이러한 CCD카메라(120)는 대역필터(107)를 통과한 레이저슬릿광을 안내하는 카메라렌즈(124)와, 카메라렌즈(124)를 통과한 레이저슬릿광을 광전변환시켜 아날로그 레이저영상신호를 생성하는 전하결합소자(CCD : 126)와, 전하결합소자(126)로부터의 아날로그 레이저영상신호를 디지탈 레이저영상신호로 변환하는 AD변환기(128)와, AD변환기(128)에서 변환된 디지탈 레이저영상신호로부터 레이저슬릿광의 영상데이터를 생성하여 소정의 메모리(도시되지 않음)에 저장하는 영상처리부(129)를 갖고있다. 이 때, 영상처리부(129)에서 생성되는 각 레이저슬릿광의 영상데이터에는 주위의 광잡음은 물론 전하결합소자(126)내의 광잡음이 포함되어 있다. 여기서, 전하결합소자(126)내의 광잡음은 입사하는 레이저슬릿광의 강도에 따라 비선형적으로 변한다. 그리고, 대상물체(105)는 카메라렌즈(124)의 초점밖에 위치한다.

카메라렌즈(124)의 대상물체(105)에 대한 상대적 위치는 위치조절부(140)에 의해 단계적으로 조절되며, 이를 위해 위치조절부(140)는 대상물체(105)를 탑재하는 테이블(142), 테이블(142)을 동일 편면상에서 이동시키는 기계적 구동시스템(144)을 갖고 있다. 그리고, 기계적 구동시스템(144)에 변위센서(도시 되지 않음)를 장착하여 카메라렌즈(124)의 대상물체(105)에 대한 상대적 위치의 이동 정보를 얻을 수 있다.

그리고, CCD카메라(120)에서 생성된 레이저슬릿광의 영상데이터는 위치조절부(140)에서의 위치조절정보와 함께 대상물체(105)의 3차원표면영상을 생성하는 데 이용될 수 있도록 3차원영상생성부(132)에 제공된다.

이러한 구성을 갖는 종래의 3차원영상시스템에서 카메라렌즈(124)로부터 동일이격거리에 위치하는 대상물체(105)에서 반사되어 전하결합소자(126)에 입사하는 레이저슬릿광의 길이는 카메라렌즈(124)의 초점거리가 커면 클수록 증가하기 때문에, CCD카메라(12O)의 초점심도(Depth of Focus) 즉, 선명한 레이저슬릿광의 영상데이터를 얻을 수 있는 대상물체(105)와의 이격거리를 증가시키기 위해서 초점거리가 큰 카메라렌즈를 사용해야 한다. 그리고, 대상물체(105)가 카메라렌즈(124)의 초점거리에 접근할수록 전하결합대역필터(107)에 입사하는 레이저슬릿광의 길이는 증가하기 때문에 전하결합소자 (126)의 길이보다 작은 길이를 갖는 레이저슬릿광을 전하결합소자(126)에 입사시키기 위해서 대상물체(105)를 카메라렌즈(l24)의 초점거리로부터 일정거리이상 이격시켜야 한다.

따라서, 종래의 3차원영상측정시스템에 따르면, 대상물체의 전부 또는 대상물체의 일부분과 카메라렌즈(124)사이의 이격거리가 소정의 거리보다 작은 경우, 전하결합소자(126)에 입사하는 레이저슬릿광의 길이는 전하결합소자(126)의 길이보다 커 레이저슬릿광의 일부는 전하결합소자(126)에서 광전변환되지 않아 결과적으로 레이저 슬릿광의 영상데이터가 부분적으로 소실된다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 CCD카메라(120)의 초점심도를 높히기 위해서 초점거리가 큰 카메라렌즈(124)를 사용할 경우 심각해진다.

따라서, 본 고안의 목적은, 레이저슬릿광의 영상데이터를 얻을 수 있는 대상물체의 카메라렌즈로부터의 최소이격거리를 증가시킬 수 있는 3차원영상측정시스템를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 3차원영상측정시스템의 개략적 구성도,

도 2는 종래의 3차원영상측정시스템의 개략적 구성도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

5, 105 : 대상물체 8 : 물체측 안내거울

9 : 필터측 안내거울 10, 110 : 발광부

12, 112 : 레이저다이오드 16, 116 : 구동전압공급부

20, 120 : CCD카메라 26, 126 : 전하결합소자(CCD)

29, 129 : 영상처리부 32, 132 : 3차원영상생성부

40, 140 : 위치조절부

상기 목적은, 본 고안에 따라, 대상물체를 향하여 레이저광을 투사하는 레이저다이오드와 상기 레이저다이오드로부터의 레이저광을 레이저슬릿광으로 변환하는 원통렌즈를 갖는 발광부와, 상기 대상물체를 이동시키고 이동위치데이터를 생성하는 위치조절부와, 상기 대상물체의 각 이동위치에서 상기 대상물체에서 반사되는 레이저슬릿광중 특정대역의 파장을 갖는 레이저슬릿광을 선택적으로 통과시키는 대역필터와, 상기 대역필터를 통과한 레이저슬릿광의 영상신호를 상기 대상물체의 각이동위치별로 생성하는 슬릿광영상신호생성부와, 상기 슬릿광영상신호생성부에서 생성한 레이저슬릿광의 영상신호 및 상기 위치조절부에서 생성한 상기 대상물체의 이동위치데이터에 기초하여 상기 대상물체의 3차원영상을 생성하는 3차원영상생성부를 포함하는 3차원영상측정시스템에 있어서, 상기 대상물체와 상기 대역필터사이에 설치되어, 상기 대상물체와 상기 대역필터사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 연장시키는 적어도 하나 이상의 안내거울을 포함하는 3차원영상측정시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 안내거울은, 상기 대상물체를 향하여 배치된 반사면을 갖는 물체측 안내거울과, 상기 물체측 안내거울 및 상기 대역필터를 향하여 배치되어 상기 물체측 안내거울의 반사면에서 반사하는 레이저슬릿광을 상기 대역필터로 안내하는 반사면을 갖는 필터측 안내거울을 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 고안의 실시예에 따른 3차원영상측정시스템의 개략적 구성도이다.

본 고안의 실시예에 따른 3차원영상측정시스템은, 도1에 도시된 바와 같이,

대상물체(5)를 향하여 레이저슬릿광을 투사하는 발광부(10)와, 발광부(10)와 함께 소정의 하우징(6)내에 수용되어 발광부(10)로부터 투사되어 대상물체(5)에서 반사되는 레이저슬릿광의 영상신호를 생성하는 CCD카메라(20)와, 대상물체(5)와 CCD카메라(20)사이에 개재하여 특정대역의 레이저슬릿광을 선택적으로 통과시키는 대역필터(7)와, 대상물체(5)에서 반사되는 레이저슬릿광을 반사시켜 대역필터(7)로 안내하는 안내거울(8, 9)과, CCD카메라(20)에서 생성된 레이저슬릿광의 영상신호로부터 대상물체(5)의 3차원영상을 생성하는 3차원영상생성부(32)를 갖고 있다.

발광부(10)는 레이저광을 방출하는 레이저다이오드(12)와, 이 레이저다이오드(12)에 구동전압을 공급하는 구동전압공급부(16)를 갖고있다. 구동전압공급부(16)는 구동전압량을 나타내는 소정의 전압생성신호에 따라 구동전압을 생성하여 레이저다이오드(12)에 공급한다. 그리고, 레이저다이오드(12)와 대상물체(5)사이에는 레이저다이오드(12)로부터 방출된 레이저광을 선형태의 레이저 슬릿광으로 변환시키는 원통렌즈(14)가 개재되어 있다.

CCD카메라(20)는 대상물체(5)로에서 반사되는 레이저슬릿광을 수령하고, 이를 영상처리하여 레이저슬릿광의 영상신호를 생성한다. 이러한 CCD카메라(20)는 대역필터(7)를 통과한 레이저슬릿광을 안내하는 카메라렌즈(24)와, 카메라렌즈(24)를 통과한 레이저슬릿광을 광전변환시켜 아날로그 레이저영상신호를 생성하는 전하결합소자(26)와, 전하결합소자(26)로부터의 아날로그 레이저영상신호를 디지탈 레이저영상신호로 변환하는 AD변환기(28)와, AD변환기(28)에서 변환된 디지탈 레이저영상신호로부터 레이저슬릿광의 영상데이터를 생성하여 소정의 메모리(도시되지 않음)에 저장하는 영상처리부(29)를 갖고 있다. 이러한 구성을 갖는 CCD카메라(20)는 이미 상용화되어 판매되고 있다.

카메라렌즈(24)의 대상물체(5)에 대한 상대적 위치는 위치조절부(40)에 의해 단계적으로 조절되며, 이를 위해 위치조절부(40)는 대상물체(5)를 탑재하는 테이블, 테이블을 동일 편면상에서 이동시키는 기계적 구동시스템(44)을 갖고 있다. 그리고, 기계적 구동시스템(44)에 변위센서 (도시되지 않음)를 장착하여 카메라렌즈(24)의 대상물체(5)에 대한 상대적 위치의 이동정보를 얻을 수 있다.

그리고, CCD카메라(20)에서 생성된 레이저슬릿광의 영상데이터는 위치조절부(40)에서 의 위치조절정보와 함께 대상물체(5)의 3차원표면영상을 생성하는 데 이용될 수 있도록 3차원영상생성부(32)에 제공된다.

이러한 구성을 갖는 3차원영상측정시스템에 따라 대상물체(5)의 3차원영상을 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동전압공급부(16)는 구동전압을 생성하여 레이저다오드에 공급하면, 구동전압에 상응하는 강도를 갖는 레이저광이 레이저다이오드(12)로부터 방출된 후 원통렌즈(14)에 의해 슬릿형태의 레이저광으로 변환된다.

다음에, 슬릿형태로 변환된 레이저슬릿광은 대상물체(5)에서 반사된 후 물체측 안내거울(8) 및 필터측 안내거울(9)에서 각각 반사된다. 이 때, 대역필터(7)와 대상물체(5)사이의 레이저슬릿광의 진행경로는 연장된다. 필터측 안내거울(9)에서 반사된 레이저슬릿광은 대역필터(7)을 통과한다. 이 때, 대역필터(7)에 의해 소정 대역의 파장(예를 들면, 적색파장대역)을 갖는 단색의 레이저슬릿광으로 변환된다. 대역필터(7)를 통과한 레이저슬릿광은 카메라렌즈(24)를 통과하여 전하결합소자(26)에 입사한다.

다음에, 전하결합소자(26)에서 레이저슬릿광은 아날로그 레이저영상신호로 광전변환된 후, AD변환기(28)에서 디지탈 레이저영상신호로 변환된다. 영상처리부(29)는 AD변환기(28)에서 변환된 디지탈 레이저영상신호로부터 레이저슬릿광의 영상데이터를 생성한다.

상술한 과정은 위치조절부(40)에 의해 카메라렌즈(24)와 대상물체(5)사이의 상대적 위치가 단계적으로 변경될 때마다 반복적으로 시행된다.

마지막으로, 3차원영상생성부(32)는 CCD카메라(20)에서 생성한 레이저슬릿광의 영상데이터와 위치조절부(40)에서 생성한 위치조절정보에 기초하여 대상물체(5)의 3차원표면영상을 생성한다. 이러한 레이저슬릿광의 영상데이터로부터 대상물체(5)의 3차원표면영상을 생성하는 기술은 이미 일반화되어 있다.

상술한 실시예에서는, 2개의 안내거울을 사용하여 대상물체(5)와 카메라렌즈(24)사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 연장하고 있으나, 한 개 또는 3개이상의 안내거울을 사용하여 대상물체(5)와 카메라렌즈(24)사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 연장시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 대상물체와 카메라렌즈사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 적어도 하나 이상의 안내거울을 사용하여 연장함으로써, 레이저슬릿광의 영상데이터를 얻을 수 있는 대상물체의 카메라렌즈로부터의 최소이격거리를 증가시킬 수 있게 된다.

Claims

대상물체를 향하여 레이저광을 투사하는 레이저다이오드와 상기 레이저다이오드로부터의 레이저광을 레이저슬릿광으로 변환하는 원통렌즈를 갖는 발광부와, 상기 대상물체를 이동시키고 이동위치데이터를 생성하는 위치조절부와, 상기 대상물체의 각 이동위치에서 상기 대상물체에서 반사되는 레이저슬릿광중 특정대역의 파장을 갖는 레이저슬릿광을 선택적으로 통과시키는 대역필터와, 상기 대역필터를 통과한 레이저슬릿광의 영상신호를 상기 대상물체의 각 이동위치별로 생성하는 슬릿광영상신호생성부와, 상기 슬릿광영상신호생성부에서 생성한 레이저슬릿광의 영상신호 및 상기 위치조절부에서 생성한 상기 대상물체의 이동위치데이터에 기초하여 상기 대상물체의 3차원영상을 생성하는 3차원영상생성부를 포함하는 3차원영상 측정시스템에 있어서,

상기 대상물체와 상기 대역필터사이에 설치되어, 상기 대상물체와 상기 대역필터사이의 레이저슬릿광의 진행경로를 연장시키는 적어도 하나 이상의 안내거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원영상측정시스템.
제1항에 있어서,

상기 안내거울은, 상기 대상물체를 향하여 배치된 반사면을 갖는 물체측 안내거울과, 상기 물체측 안내거울 및 상기 대역필터를 향하여 배치되어 상기 물체측안내거울의 반사면에서 반사하는 레이저슬릿광을 상기 대역필터로 안내하는 반사면을 갖는 필터측 안내거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원영상측정시스템.