KR20100007999A - 피측정물의 검사 측정 장치 - Google Patents

피측정물의 검사 측정 장치 Download PDF

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Abstract

피측정물의 검사 측정 장치는 피측정물의 측정 대상에 2차원의 광 패턴을 투영하는 광 투영 유닛과, 피측정물을 촬영하는 입체적으로 배치된 촬영 유닛과, 상기 촬영 유닛 중 적어도 하나의 자세를 회전시켜 상기 촬영 유닛 사이의 시차각을 제어하는 구동 유닛을 갖는 거리 측정 장치와, 상기 구동 유닛을 제어하여, 촬영 유닛의 광축이 서로 교차하는 위치를 조정하는 워크 디스턴스 제어 유닛과, 상기 촬영 유닛에 의해 포착된 화상의 동일 영역의 대응 위치를 연산하는 대응 위치 연산 유닛과, 상기 대응 위치 연산 유닛에 의한 연산 결과로부터 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 거리 연산 유닛을 갖는 거리 연산 장치를 포함한다.
Figure P1020097026055
측정물, 촬영, 광 패턴, 자세, 구동, 연산, 광축

Description

피측정물의 검사 측정 장치{INSTRUMENT FOR EXAMINING/MEASURING OBJECT TO BE MEASURED}
본 발명은 원자력 발전소의 각 기기 등의 피측정물의 안전성과 신뢰성의 유지를 도모하는 3차원 검사 및/또는 측정 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 원자력 발전소의 각 기기나 로(爐)의 내부 구조물(이하, "로 내 구조물"이라고 칭함) 등의 피측정물과, 그 설치 후의 피측정물의 3차원 치수, 위치, 형상을 3차원 측정하는 피측정물의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "검사 측정 장치"라고 칭함)에 관한 것이다.
원자력 발전소의 기기나 로 내 구조물에서는 안전성 및 신뢰성을 유지하기 위하여, 각 기기나 로 내 구조물을 정기적으로 검사하고 있다. 그 검사 중에서, 로 내 구조물의 검사는 수중 TV 카메라 또는 수밀(水密) 케이스에 수납한 TV 카메라에 의해 포착된 영상을 현장의 모니터에 표시하여, 모니터의 영상을 숙련된 검사원이 시각적으로 확인하는 간접 시각 검사에 의해 행해진다. 또한, 원자력 발전소에서는, 경년(經年) 열화나 손상에 의한 기기나 로 내 구조물의 교체 공사가 행해질 경우, 설치 후의 기기의 위치가 올바른지의 여부를 측정할 필요가 있다.
그러나, 기기나 로 내 구조물의 교체 공사를 간접 시각 관찰을 이용하여 행 하고, 관련 기기나 로 내 구조물의 대상 표면을 모니터에 표시된 영상을 이용하여 확인하고 있기 때문에, 3차원(3D) 정보를 얻을 수 없다. 기기나 로 내 구조물의 대상 표면에 결함인 듯한 패턴이 있을 경우, 그 패턴이 불규칙성을 가진 손상 또는 결함인지, 또는 대상 표면의 유사 패턴인지의 여부를 판단하는 것이 곤란하고, 이 판단에는 상당한 시간과 노동력이 요구된다.
또한, 원자력 발전소의 기기나 로 내 구조물의 설치 후의 위치 측정에 대하여, 모니터상의 2차원 영상에 의거한 기기나 로 내 구조물의 3차원 위치를 측정하기 위하여 상당한 시간과 노동력이 요구된다.
종래의 원자력 발전소에서는, 각 기기나 로 내 구조물의 대상 표면에 관한 3차원 정보를 얻는 방법은, 2대의 카메라를 이용한 입체적 장치의 이용을 포함한다. 또한, 1대의 카메라와 레이저 빔을 이용한 광 측정 장치를 사용한 3각 측량의 원리에 따라 검사 측정 장치를 적용하는 것도 시도되고 있다.
종래의 검사 측정 장치는, 피측정물인 각 기기나 로 내 구조물의 대상 표면의 상태에 따라 피측정물의 치수 측정이나 기기의 형상 측정에 대하여 이점과 결점을 갖는다. 예를 들면, 2대의 카메라를 사용한 입체적 장치에 의해서는, 2대의 카메라의 화상에 있어서 동일 개소가 촬영되고 있는 위치를 관련시킬 필요가 있다. 그러나, 피측정물의 금속 광택면과 같은 대상 표면의 경우에서는, 표면에 특징적 패턴이 없기 때문에, 카메라 화상간의 대응 위치를 적절히 판단할 수 없다. 따라서, 피측정물의 치수나 형상 측정 등의 거리 측정을 행하는 것이 곤란했다.
또한, 종래의 검사 측정 장치에 의하면, 광 측정 장치로서 카메라와 라인 레 이저 빔을 이용한 광 절단 측정법이 이용 가능하다. 이 방법에 의한 광 측정 장치는, 피측정물의 대상 표면에 조사된 라인 형상의 레이저 빔의 반사를 카메라에 의해 촬영하여, 카메라 화상에 비치고 있는 레이저 빔의 반사 위치에 의거하여 피측정물의 대상 표면의 불규칙성을 측정한다.
그러나, 피측정물의 금속 광택면과 같이 레이저 빔의 2차 반사가 발생하는 대상 표면에 의해서는, 카메라 화상으로부터 적절한 반사 위치를 판단할 수 없고, 이에 의해 거리 측정이 어려운 경우가 있다. 또한, 레이저 빔을 조사한 위치에만 거리 측정이 가능하기 때문에, 고밀도의 측정점을 얻기 위해서는, 레이저 빔을 세밀하게 주사할 필요가 있다는 과제가 있다. 따라서, 측정 동작에는 상당한 시간이 요구된다. 광 측정 장치의 또 다른 대표적인 측정 방법은, 2차원의 광 패턴을 피측정물의 대상 표면에 투영하여, 광 패턴이 투영된 대상 표면을 카메라로 촬영하는 것이다.
이 광 측정 장치의 측정 방법에 의하면, 피측정물의 대상 표면에 투영한 기지(旣知)의 광 패턴과 카메라 화상을 비교하여, 대상 표면에 투영된 광 패턴의 카메라 화상에서의 사상(mapping) 위치에 의거하여 대상 표면의 불규칙성을 측정하는 것이다.
그러나, 피측정물의 대상 표면에 투영된 광 패턴과 기지의 광 패턴간의 대응은, 상기 광 패턴이 대상 표면의 패턴에 의해 영향을 받기 때문에 성립될 수 없는 경우가 있다. 따라서, 카메라 화상에 의해 사상 위치가 얻어질 수 없기 때문에 거리 측정이 어렵다.
또한, 종래의 측정 장치의 공통된 과제는, 카메라나 레이저 빔 등의 위치가 고정되기 때문에, 측정 대상과 측정 장치간의 측정 거리를 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 이에 의해, 로 내 구조물을 검사할 때와 같이, 측정 장치를 원격으로 조작하는 환경은 조작성의 관점에서 측정 동작에 상당한 시간이 요구된다는 과제가 있다.
발명의 개시
본 발명은 상술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 피측정물의 결함이나 손상의 치수 측정에서부터 그 위치 측정까지 광범위에 걸쳐 3차원 치수와 형상 측정을 간단하고 정확하게 측정 가능한 검사 측정 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본 발명의 피측정물의 검사 측정 장치는,
피측정물의 측정 대상에 2차원의 광 패턴을 투영하는 광 투영 유닛과, 상기 피측정물의 측정 대상을 촬영하는 입체적 배열로 배치된 복수대의 촬영 유닛과, 상기 촬영 유닛 중 적어도 하나의 자세를 회전시켜 상기 촬영 유닛 사이의 시차각(parallax angle)을 제어하도록 형성된 구동 유닛을 포함하는 거리 측정 장치와;
상기 구동 유닛을 제어하여, 상기 촬영 유닛의 광축이 교차하는 위치를 조정하는 워크 디스턴스(work distance) 제어 장치와;
상기 입체적 배열로 배치된 촬영 유닛의 화상간에서 동일 영역이 촬영된 대응 위치를 판단하는 대응 위치 연산 유닛과, 상기 연산 유닛의 연산 결과에 의거하여 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 거리 연산 유닛을 포함하는 거리 연산 장치를 구비한다.
상술한 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 촬영 유닛의 피측정물측에, 상기 광 투영 유닛으로부터 투영된 광의 파장에 따라 투과 파장이 선택되는 밴드패스 필터를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 촬영 유닛의 광축이 상기 피측정물의 측정 대상의 표면에서 교차하도록 구동 유닛을 제어하고, 상기 피측정물의 측정 대상과 상기 거리 측정 장치 사이의 거리에 따라, 상기 촬영 유닛의 시야 범위가 조정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 거리 측정 장치는, 상기 피측정물의 측정 대상과 상기 거리 측정 장치 사이의 거리에 대하여 점측정을 행하는 워크 디스턴스 센서를 포함하고, 상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 워크 디스턴스 센서에 의해 측정된 거리에 따라 상기 구동 유닛을 자동 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치는, 상기 촬영 유닛 사이의 시차각과 상기 촬영 유닛의 렌즈의 초점 거리 사이의 상관 관계에 대한 상관 데이터를 저장하는 메모리 장치를 더 구비하고, 상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 촬영 유닛 사이의 시차각에 따라 상기 상관 데이터에 의거하여 상기 렌즈의 초점 거리를 제어하고, 상기 거리 연산 장치는, 상기 촬영 유닛 사이의 시차각과 상기 시차각에 따라 제어된 상기 렌즈의 초점 거리에 의거하여 상기 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산해도 된다.
상기 촬영 유닛의 렌즈는, 전기적 특성에 의해 초점 위치를 조정할 수 있는 액체 렌즈이고, 상기 입체적 배열로 배치된 2대의 촬영 유닛의 상기 액체 렌즈를 단일의 전기 신호로 조정하는 액체 렌즈 조정 장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
피측정물의 검사 측정 장치는, 상기 거리 연산 장치에 의해 연산된 연산 결과에 의거하여 상기 피측정물의 측정 대상의 표면을 따라 치수를 측정하는 치수 측정 장치를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 거리 측정 장치는, 그 위치와 각도를 측정하는 자세 측정 유닛을 포함하고, 상기 거리 측정 장치는 상이한 위치에서 측정된 결과를, 상기 자세 측정 유닛에 의해 측정된 상기 거리 측정 장치의 위치와 각도에 의거하여 상대 좌표로 변환하고, 상기 거리 측정 장치의 1시야 내에 들어가지 않는 상기 피측정물의 측정 대상의 치수를 측정해도 된다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 피측정물의 검사 측정 장치는,
피측정물의 측정 대상에 2차원의 광 패턴을 투영하는 광 투영 유닛과, 상기 피측정물의 측정 대상을 촬영하는 1대의 촬영 유닛과, 상기 피측정물의 측정 대상으로부터의 광을 복수의 주사 광로를 따라 안내하는 광 주사 유닛과, 상기 광 주사 유닛의 각 주사 광로에 설치된 반사 미러를 구동 제어하는 구동 유닛을 포함하는 거리 측정 장치와;
상기 구동 유닛을 제어하여, 상기 반사 미러의 자세를 회전시켜 상기 주사 광로 사이의 시차각을 임의로 조정하는 워크 디스턴스 제어 장치와;
상기 각 주사 광로로부터의 촬영 유닛의 화상간에서 동일 영역이 촬영된 대응 위치를 판단하는 대응 위치 연산 유닛과, 상기 대응 위치 연산 유닛의 연산 결과에 의거하여 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 거리 연산 유닛을 갖는 거리 연산 장치를 구비한다.
이 실시예에 의하면, 상기 광 주사 유닛은, 각 주사 광로 상에 광의 투과와 차폐를 제어하는 차폐 유닛을 포함하고, 상기 차폐 유닛에 의해, 상기 촬영 유닛에 입력되는 광의 투과와 차폐를 각 주사 광로 상에서 스위칭하도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기 촬영 유닛의 피측정물측에, 상기 광 투영 유닛으로부터 투영된 광의 파장에 따라 투과 파장이 선택되는 밴드패스 필터가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 촬영 유닛의 광축이 상기 피측정물의 측정 대상의 표면에서 교차하도록 상기 구동 유닛을 제어하고, 상기 피측정물의 측정 대상과 상기 거리 측정 장치 사이의 거리에 따라 상기 촬영 유닛의 시야 범위가 조정되는 것이 바람직하다.
상술한 특징을 갖는 본 발명에 의한 검사 측정 장치는, 피측정물의 결함이나 손상에서부터 피측정물의 치수 측정까지 광범위에 걸쳐 간단하고 정확하게 측정을 행할 수 있고, 피측정물의 측정 대상에 광 패턴을 투영함으로써, 거리 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광 패턴을 이용한 캘리브레이션을 가능하게 하기 위하여, 본 발명에 의한 검사 측정 장치는 거리 연산 장치로부터 피측정물까지의 거리나 피측정물의 결함이나 손상의 유무와 크기에 대하여 3차원적으로 정확하고 간단하게 치수 측정(거리 측정)을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치(제 1 검사 측정 장치)의 제 1 실시예를 예시한 구성도.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 검사 측정 장치의 제 1 실시예에서의 피측정물의 측정 대상으로의 광 패턴 투영의 카메라 화상예를 각각 예시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 검사 측정 장치의 제 1 실시예에 의한 거리 연산 장치의 시차 연산 프로세서의 화상 처리 방법을 각각 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 검사 측정 장치의 제 1 실시예에 의한 치수 측정 장치의 설명도.
도 5는 본 발명에 의한 검사 측정 장치의 제 1 실시예에 의한 치수 측정 장치의 측정 방법을 예시한 설명도.
도 6은 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 2 검사 측정 장치)의 제 2 실시예를 예시한 구성도.
도 7은 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 3 검사 측정 장치)의 제 3 실시예를 예시한 구성도.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명에 의한 검사 측정 장치의 제 3 실시예에서의 피측정물의 측정 대상으로의 광 패턴 투영의 카메라 화상예를 각각 예시한 도 면.
도 9는 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 4 검사 측정 장치)의 제 4 실시예를 예시한 구성도.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 발명에 의한 검사 측정 장치의 제 4 실시예에 의한 카메라의 광축 조정을 예시한 설명도.
도 11은 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 5 검사 측정 장치)의 제 5 실시예를 예시한 구성도.
도 12는 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 6 검사 측정 장치)의 제 6 실시예를 예시한 구성도.
도 13은 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 7 검사 측정 장치)의 제 7 실시예를 예시한 구성도.
도 14는 본 발명에 의한 검사 측정 장치(제 7 검사 측정 장치)의 제 7 실시예를 예시하는 치수 측정 방법을 예시한 설명도.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 지금 설명한다.
피측정물의 검사 측정 장치는, 원자력 발전소의 각 기기와 원자로의 로(爐) 내 구조물을 피측정물의 측정 대상(검사 대상)으로 하고, 수중 측정이 가능한 로 코어 내 치수 측정 장치나 거리 측정 장치로서 기능한다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 1 검사 측정 장치"라고 칭함)의 제 1 실시예의 구성예의 블록도이다. 상기 검사 측정 장치의 제 1 실시예는, 예를 들면, 원자력 발전소에서의 원자로의 로 코어 내 치수 측정 장치에 적용한 경우를 예시한다.
제 1 검사 측정 장치(10)는 측정 대상 또는 검사 대상으로서의 피측정물(이하, "측정물"로 칭함)(11)을 촬영하는 거리 측정 장치(12)와, 상기 거리 측정 장치(12)로부터의 화상에 의거하여 측정물(11)과 거리 측정 장치(12) 사이의 거리를 연산하는 거리 연산 장치(13)와, 이 연산 장치(13)의 연산 결과에 의거하여 측정물(11)의 치수(위치와 형상)를 측정하는 치수 측정 장치(14)와, 워크 디스턴스(work distance) 제어 장치(15)를 포함한다.
거리 측정 장치(12)는 측정물(11)의 검사(측정) 표면에서 그 광축이 교차하도록 입체적으로 배치된 복수대의 카메라, 예를 들면, 2대의 카메라(17a, 17b)와, 카메라(17b)의 자세를 회전 구동시키는 구동 기구를 갖는 카메라 구동 장치(18)와, 2차원(2D)의 광 패턴을 레이저 빔 등의 광으로 조사하는 광 프로젝터(19)와, 상기 광 프로젝터(19)에 의해 카메라(17a)의 광축을 따라 조사된 광 패턴을 측정물(11)에 투영하는 하프 미러(half mirror; 20)를 포함한다. 상기 하프 미러(20)는 카메라(17a)의 전면(측정물(11)쪽)에 배치되고, 광 프로젝터(19)와 함께 광 투영 장치를 갖는다.
제 1 검사 측정 장치(10)에 의하면, 거리 측정 장치(12)를 소형화시키기 위 하여, 입체적으로 배치된 2대의 카메라(17a, 17b) 중 하나의 자세를 회전시키는 카메라(센서) 구동 장치(18)가 설치되어 있다. 그러나, 2대의 카메라(17a, 17b) 각각에 카메라(센서) 구동 장치(18)를 설치하여, 2대의 카메라의 자세를 회전 구동시키도록 하는 구성을 채용해도 된다.
제 1 검사 측정 장치(10)에 의하면, 카메라(17a)와 측정물(11) 사이에 하프 미러(20)가 설치된다. 카메라(17a)의 전면에 설치된 하프 미러(20)에 의해, 레이저 프로젝터 등의 광 프로젝터(19)에 의해 조사된 광 패턴을 카메라 광축을 따라 측정물(11)에 투영하고 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 거리 측정 장치(12)와 측정물(11) 사이의 거리가 변화되는 경우일지라도, 카메라(17a)의 시야 내에 광 패턴을 항상 투영할 수 있다. 제 1 검사 측정 장치(10)에 의하면, 균일한 광을 조사할 수 있는 레이저 빔을 사용하여 2차원의 광 패턴을 투영하고 있지만, LED 조명이나 일반적으로 사용되는 할로겐 조명 등을 채용한 구성이어도 된다.
거리 측정 장치(12)는, 입체적으로 배치된, 예를 들면, 2대의 카메라(17a, 17b)와, 카메라 자세를 제어하여 2대의 카메라(17a, 17b)에 대한 시차각과 거리를 조정하는 카메라 구동 장치(18)에 의해 단일의 거리 측정 센서(22)가 구성된다. 상기 거리 측정 센서(22)로부터의 센서 신호를 상기 거리 연산 장치(13)에 입력한다. 상기 거리 연산 장치(13)는 측정물(11)의 결함이나 손상의 치수 측정을 행하거나, 측정물(11)의 기기 형상의 거리 측정을 행한다.
거리 연산 장치(13)는 거리 측정 센서(22)로부터의 센서 신호를 수신하여 상기 센서 신호를 A/D 변환하는 A/D 변환기(23)와; A/D 변환된 디지털 신호를 신호 처리하여, 입체적으로 배치된, 예를 들면, 2대의 카메라(17a, 17b)의 화상간에서 동일 영역이 촬영(사상)된 위치 사이의 상관 관계가 성립하는 시차(parallax) 연산 프로세서(24)와; 상기 시차 연산 프로세서(24)로부터의 연산 결과에 의거하여, 2대의 카메라(17a, 17b)의 상대 위치와 자세 등에 의거하여 측정물(11)까지의 거리를 연산하는 거리 연산 프로세서(25)를 포함한다.
또한, 거리 측정 장치(12)의 거리 측정 센서(22)와, 상기 거리 측정 센서(22)의 센서 신호에 의거하여 거리 측정을 행하는 거리 연산 장치(13)와, 거리 측정 센서(22)의 구동 장치(18)를 제어하여 거리 측정 센서(22)로부터 측정물(11)까지의 워크 거리를 조정하는 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 로 코어 내 검사 장치가 구성된다.
도 1에 나타낸 바와 같은 제 1 검사 측정 장치(10)에서, 상기 제 1 검사 측정 장치(10)는 입체적으로 배치된 복수대의 카메라, 예를 들면, 2대의 카메라(17a, 17b)를 사용하여 측정물(11)의 치수와 거리를 측정한다. 상기 제 1 검사 측정 장치(10)는 입체적으로 배치된, 예를 들면, 2대의 카메라(17a, 17b)의 시야각과, 카메라(17a, 17b) 사이의 거리를 제어한다. 상기 제 1 검사 측정 장치(10)는 좁은 각(narrow-angle) 시야에서의 측정물(11)의 결함이나 손상의 치수 측정에서부터 넓은 각(wide-angle) 시야에서의 기기 형상의 치수 측정까지 광범위에 걸쳐 단일의 거리 측정 센서에 의해 측정을 행할 수 있다.
다음에, 피측정물(측정물(11))의 검사 측정 장치(10)의 동작을 설명한다.
제 1 검사 측정 장치(10)에 포함되는 거리 측정 장치(12)는 수중 로봇(도시 되지 않음) 등에 탑재되고, 상기 수중 로봇에 의해 관련 기기나 로 내 구조물 등의 측정물(11)의 촬영 위치로 이송되어 배치된다. 이 때, 측정물(11)의 치수, 형상 및 위치에 따라 측정물(11)과 거리 측정 장치(12) 사이의 거리가 조절되어 측정된다.
예를 들면, 측정물(11)의 결함이나 손상의 미세한 치수 측정이 요구되는 경우에는, 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)에 의해 측정물(11)을 확대 촬영할 수 있도록, 거리 측정 장치(12)를 측정물(11)에 근접시킨 위치에 배치한다. 또한, 기기의 치수나 형상 측정 등과 같이, 측정물(11)에 광범위한 측정을 행하도록 요구되는 경우에는, 카메라(17a, 17b)에 의해 측정물(11)의 광범위를 촬영할 수 있도록, 거리 측정 장치(12)를 측정물(11)과 거리를 둔 위치에 배치한다.
제 1 검사 측정 장치(10)는 워크 디스턴스 제어 장치(15)를 또한 포함한다. 상기 제어 장치(15)는 작업원의 조작 등에 따라 센서(카메라) 구동 장치(18)를 제어하여, 카메라(17a)의 카메라 광축과, 카메라(17b)의 카메라 광축이 측정물(11)의 표면에서 교차하도록, 카메라(17b)의 자세를 회전시켜 카메라(17a, 17b) 사이의 카메라 시차각을 조정한다.
광 프로젝터(19)로부터 2차원의 광 패턴이 방사상으로 조사된다. 상기 광 패턴은 카메라(17a)의 전면(측정물(11))측에 설치된 하프 미러(20)를 통하여 카메라(17a)의 광축을 따라 측정물(11)에 투영된다. 광 프로젝터(19)의 조사각을 카메라(17a, 17b)의 시야각보다 넓어지도록 설정함으로써, 측정물(11)과 거리 측정 장치(12) 사이의 거리가 어떠하든지, 카메라(17a, 17b)의 시야 내의 측정물(11) 전체 면에 광 패턴을 투영할 수 있다.
거리 측정 장치(12)의 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)는 광 패턴이 투영된 측정물(11)을 촬영하여, 그 화상을 거리 연산 장치(13)에 출력한다. 도 2a 내지 도 2c는 광 패턴이 투영된 측정물(11)을 촬영한 카메라에 의해 포착한 화상예를 예시한 도면이다. 도 2a는 측정물(11)의 화상예이다. 도 2b는 광 프로젝터(19)에 의해 투영된 광 패턴(A)의 화상예이다. 도 2c는 광 패턴(A)이 투영된 측정물(11)의 카메라 화상(B)의 화상예이다. 측정물(11)의 표면에는 특징적 패턴이 존재하지 않지만, 광 패턴(A)을 측정물(11)에 투영함으로써, 특징적 패턴을 가진 측정물(11)의 표면을 카메라 화상(13)에 사상할 수 있다.
상기 거리 연산 장치(13)에서는, 시차 연산 프로세서(24)에 의해 2대의 카메라 화상(28a, 28b)을 카메라 화상 처리를 사용하여 비교하여, 카메라 화상(28a, 28b) 사이에서 동일 영역이 사상된 위치의 상관이 행해진다. 도 3a 및 도 3b는 카메라 화상(28a)과 카메라 화상(28b) 사이에서 동일 영역의 사상 위치를 서로 상관시킨 방법의 설명도이다.
시차 연산 프로세서(24)(도 1 참조)는, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 카메라 화상(28a)에 구형(矩形)의 비교 블록(29)을 설정하고, 카메라 화상(28b)에서는 비교 영역(30)을 설정한다. 시차 연산 프로세서(24)는 비교 블록(29)을 비교 영역(30)에 대하여 화상의 좌측 상부에서 우측 하부로 연속되는 비교를 위한 위치를 한번에 1화소씩 시프트하면서 비교 주사(C)를 행하고, 각 위치에서 휘도간의 상관을 이용한 매칭 처리를 실행한다. 시차 연산 프로세서(24)는 각 위치에서 실행된 매칭 처 리의 상관값 중에서 가장 상관값이 높은 위치를 검색하여, 비교 블록(29)과 동일 영역이 사상되어 있는 비교 영역(30) 내의 대응 위치를 판단한다. 시차 연산 프로세서(24)는 카메라 화상(28a)의 각 화소에 대하여 비교 블록(29)과 비교 영역(30)을 설정하고, 동일한 처리를 반복한다. 그 결과, 시차 연산 프로세서(24)는 카메라 화상(28a)의 모든 화소에 대한 카메라 화상(28b)의 대응 위치를 판단한다.
또한, 도 1에 나타낸 거리 연산 장치(13)의 거리 연산 프로세서(25)는 2대의 카메라(17a, 17b)의 상대 위치와 자세에 따른 시차각에 의거하여, 3각 측량의 원리를 이용하여 시차 연산 프로세서(24)에 의해 판단된 카메라 화상(28a, 28b)(도 3a 및 도 3b 참조) 사이의 대응 위치를 거리 측정 장치(12)와 측정물(11) 사이의 거리로 변환한다. 더욱 구체적으로는, 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b) 사이의 상대 위치가 고정된 경우, 카메라 구동 장치(18)의 회전 정보가 시차각으로 되고, 3각 측량의 원리를 이용하여 거리를 변환할 수 있다.
치수 측정 장치(14)는 도 4에 나타낸 바와 같은 거리 연산 장치(13)의 측정 결과에 의거하여 측정물(11)의 표면 형상(S)을 3차원적으로 표시하는 표시 유닛(33)을 포함한다. 조작원이 치수 측정을 행하고 싶은 2점 위치를 교시(敎示)할 수 있도록 구성되어 있다. 치수 측정 장치(14)는 조작원에 의해 교시된 치수 측정의 2점 위치로서의 위치(D, E) 사이에 측정물(11)의 3차원의 표면 형상(S)에 따른 치수 측정을 행한다. 그 결과, 측정물(11)의 일부인 측정 대상의 측정 대상 표면에 발생한 결함이나 손상(34)의 실제 치수 등을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 도 4 및 도 5에서는 측정물(11)의 치수 측정의 교시 위치를 2점(D, E)으로서 설명 하지만, 2점 이상의 위치를 나타내도 된다.
본 실시예에 예시된 제 1 검사 측정 장치(10)에 의하면, 거리 측정 장치(12)에 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)를 설정하고, 상기 카메라의 자세를 카메라(센서) 구동 장치(18)에 의해 제어함으로써, 단일의 거리 측정 센서(22)에 의해 측정물(11)의 결함이나 손상에서부터 기기 자체의 형상의 측정까지 3차원으로 치수(거리) 측정과 형상 측정을 행할 수 있다.
또한, 레이저 빔 등의 광 프로젝터(19)를 이용하여 측정물(11)의 대상 표면에 광 패턴을 투영함으로써, 치수와 거리의 3차원 측정을 행할 수 있어, 거리 측정 결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
종래의 검사 측정 장치에 의하면, 카메라 자세를 제어하는 구동 장치의 덜거덕거림으로 인해 카메라간의 위치 관계에 편차가 발생함으로써, 측정 정밀도에 영향을 줄 우려가 있다. 그러나, 본 실시예의 제 1 검사 측정 장치(10)는 광 프로젝터(19)를 포함하고 있어, 광 프로젝터(19)에 의해 조사된 광 패턴을 이용하여 카메라 위치의 캘리브레이션이 가능하다. 이에 의해, 카메라간의 위치 관계를 보정한 측정을 행할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 평평한 대상에 2차원으로 배열된 도트의 광 패턴을 조사하고, 광 패턴을 이용하여 종래 방법과 마찬가지로 카메라의 캘리브레이션이 행해진다.
제 1 검사 측정 장치(10)에 의하면, 광 프로젝터(19)로부터 측정물(11)의 대상 표면에 투영된 광 패턴에 의해 3개의 측정 결과 모두가 얻어진다. 상기 3개의 측정 결과는 입체적으로 배치된 2대의 카메라(17a, 17b) 사이의 거리에 대한 측정 결과와, 광 패턴과 각 카메라 사이의 거리에 대한 측정 결과를 포함한다. 상기 3개의 거리 측정 결과를 종합적으로 판단함으로써, 측정물(11)의 결함이나 손상의 치수 측정이나, 기기 형상의 치수 측정을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다. 입체적으로 배치된 2대의 카메라의 시차각이나 카메라간 거리를 제어함으로써, 좁은 각 시야에서의 피측정물의 치수 측정에서부터 넓은 각 시야에서의 기기 형상의 치수 측정까지 광범위에 걸쳐 단일의 거리 측정 센서(22)에 의해 측정을 행할 수 있다.
[제 2 실시예]
본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치의 제 2 실시예를 도 6을 참조하여 지금 설명한다.
도 6은 피측정물의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 2 검사 측정 장치"라고 칭함)의 제 2 실시예를 나타낸 구성예의 블록도이다. 이 실시예에 기술된 제 2 검사 측정 장치(10A)를 설명함에 있어서, 제 1 실시예에 기술된 제 1 검사 측정 장치(10)와 동일한 구성요소를 동일한 부호로 표시하여, 그 중복된 설명을 생략 또는 간소화한다.
제 1 실시예에 기술된 제 1 검사 측정 장치(10)와 대조를 이루어, 제 2 실시예에 예시된 제 2 검사 측정 장치(10A)에서 거리 측정 장치(12)는 1대의 카메라(17)와 미러 광학 주사 유닛(35)을 포함한다.
미러 광학 주사 유닛(35)은 카메라(17)와 하프 미러(20) 사이에서, 카메라(17)의 전면측에 배치된다. 미러 광학 주사 유닛(35)은 카메라(17)의 전면(측정 물(11))측에 배치된 프리즘 형상의 반사 미러(37)와, 상기 반사 미러(37)의 양측에 셔터 기구로서의 액정 셔터(38a, 38b)를 통하여 배치된 한 쌍의 반사 미러(39a, 39b)를 갖는다. 한 쌍의 반사 미러(39a, 39b)는 제 1 반사 미러를 구성하고, 제 1 반사 미러(39a, 39b) 사이에 프리즘 형상의 제 2 반사 미러(37)가 배치된다. 제 2 반사 미러(37)와 쌍을 이루는 제 1 반사 미러(39a, 39b) 사이에 액정 셔터(38a, 38b)가 각각 배치된다. 쌍을 이루는 제 1 반사 미러(39a, 39b)의 자세는 2대의 미러 구동 장치(도시되지 않음)에 의해 회전 가능하게 제어된다.
제 1 반사 미러(39a, 39b)와 제 2 반사 미러(37)의 배치는 측정물(11)의 검사면으로부터의 광을, 제 1 주사 광로(40a)와 제 2 주사 광로(40b)를 따라 카메라(17)로 안내하여 주사를 행하도록 조정된다. 액정 셔터(38a, 38b)는 제 1 및 제 2 주사 광로(40a, 40b) 위에 배치된다. 액정 셔터(38a, 38b)는 광의 투과와 차폐를 전기 신호에 따라 제어 가능하도록 설치된다. 광의 투과와 차폐가 액정 셔터(38a, 38b)에 의해 제어되고, 제 1 주사 광로(40a)와 제 2 주사 광로(40b)를 따라 투과된 레이저 빔 등의 광이, 광을 순차 스위칭하면서 카메라(17)에 입력된다.
본 실시예의 제 2 검사 측정 장치(10A)에 의하면, 액정 셔터(38a, 38b)에 의해 제 1 주사 광로(40a)와 제 2 주사 광로(40b)를 따라 통과하는 광이 순차 스위칭되어 카메라(17)에 입력된다. 그러나, 제 1 주사 광로(40a)로부터의 광과 제 2 주사 광로(40b)로부터의 광을 카메라(17)의 상이한 위치에 입력하도록 하는 구성을 채용해도 된다. 예를 들면, 카메라(17)에 포함된 수광 소자가 직사각형일 경우, 수직 중앙을 경계로 할 때, 한쪽이 제 1 주사 광로(40a)로부터의 광을 수광하고, 반대쪽이 제 2 주사 광로(40b)로부터의 광을 수광하도록 하는 구성을 채용해도 된다.
제 2 검사 측정 장치(10A)는 워크 디스턴스 제어 장치(15)를 또한 포함한다. 상기 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 미러 광학 주사 유닛(35)의 구동 부재(18a, 18b)를 제어하여, 제 1 주사 광로(40a)와 제 2 주사 광로(40b) 위의 카메라(17)의 광축이 측정물(11)의 표면에서 교차하도록, 제 1 반사 미러(39a, 39b)의 자세를 회전시켜 주사 광로의 시차각을 조정한다.
제 2 실시예에 기술된 제 2 검사 측정 장치(10A)에 의하면, 단일의 카메라(17)에 의해 입체적으로 측정물(11)을 촬영할 수 있고, 이에 의해 거리 측정 장치(12)의 소형화 및 경량화가 가능해진다.
제 2 실시예에 예시된 제 2 검사 측정 장치(10A)는 거리 측정 장치(12)가 측정물(11)의 측정 대상에 2차원의 광 패턴을 투영하는 광 투영 부재와; 측정물(11)의 측정 대상을 촬영하는 1대의 촬영 부재와; 측정물(11)의 측정 대상으로부터의 광을 복수의 주사 광로(40a, 40b)를 따라 안내하는 광 주사 부재와; 광 주사 부재의 각 주사 광로(40a, 40b)에 설치된 반사 미러(39a, 39b)를 구동 제어하는 구동 부재(18a, 18b)를 갖는다.
또한, 제 2 검사 측정 장치(10A)에 포함되는 워크 디스턴스 제어 장치(15)는, 구동 부재(18a, 18b)를 제어하여, 반사 미러(39a, 39b)의 자세를 회전시켜 주사 광로(40a, 40b) 사이의 시차각을 임의로 조정하는 부재를 갖는다.
또한, 제 2 검사 측정 장치(10A)의 거리 연산 장치(13)는 각 주사 광로(40a, 40b)로부터의 촬영 부재의 화상간에서 동일 영역이 촬영된 대응 위치를 판단하는 대응 위치 연산 부재와; 상기 대응 위치 연산 부재에 의해 연산된 연산 결과에 의거하여 측정물(11)의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 거리 연산 부재를 갖는다. 거리 연산 장치(13)는 거리 측정 장치(12)와 측정물(11)의 측정 대상 사이의 거리를 정확하고 간단하게 3차원적으로 판단할 수 있다.
[제 3 실시예]
본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치의 제 3 실시예를 도 7 및 도 8a 내지 도 8c를 참조하여 지금 설명한다.
도 7은 피측정물의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 3 검사 측정 장치"라고 칭함)의 제 3 실시예를 예시한 구성예의 블록도이다. 이 실시예의 제 3 검사 측정 장치(10B)를 설명함에 있어서, 제 1 실시예에 나타낸 제 1 검사 측정 장치(10)와 동일한 구성요소를 동일한 부호로 표시하여, 그 중복된 설명을 생략 또는 간소화한다.
도 7에 예시된 제 3 검사 측정 장치(10B)는 거리 측정 장치(12)에 설치된 복수대의 카메라, 예를 들면, 2대의 카메라(17a, 17b)를 갖는다. 카메라(17a, 17b)의 전면측에 밴드패스 필터(44a, 44b)를 추가 설치한다. 밴드패스 필터(44a, 44b)는 고정된 파장의 레이저 빔 등의 광의 파장만을 투과시킬 수 있다. 밴드패스 필터(44a, 44b)를 통해 통과할 수 있는 파장은, 광 프로젝터(19)로부터 하프 미러(20)를 통하여 측정물(11)의 대상 표면에 조사되는 파장과 거의 동일하게 설정된다. 밴드패스 필터(44a, 44b)는, 예를 들면, 도 6에 나타낸 셔터기구(액정 셔 터(38a, 38b)) 대신에 설치해도 된다.
다음에, 도 7에 나타낸 제 3 검사 측정 장치(10B)의 동작을 설명한다.
거리 측정 장치(12)의 광 프로젝터(19)로부터 2차원의 광 패턴이 방사상으로 조사된다. 조사된 광은 하프 미러(20)를 통하여 측정물(11)의 대상 표면 위로 안내된다. 광 프로젝터(19)로부터의 광 패턴은, 카메라(17a)의 전면에 배치된 하프 미러(20)에 의해, 카메라(17a)의 광축을 따라 측정물(11)에 투영된다.
입체적으로 배치된 2대의 카메라(17a, 17b)는 광 패턴이 투영된 측정물(11)을 밴드패스 필터(44a, 44b)를 통하여 촬영하고, 그 결과로서 측정물(11)에 투영된 광 패턴만이 사상된다. 광 패턴을 사상한 카메라 화상은 거리 측정 센서(22)로부터 거리 연산 장치(13)에 출력된다.
도 8a 내지 도 8c는 광 패턴이 투영된 측정물(11)을, 밴드패스 필터(44a, 44b)를 통하여 촬영을 행하지 않고 촬영한 카메라 화상예를 예시한 도면이다. 도 8a는 측정물(11)의 표면 불규칙성에 의해 형성된 수직 줄무늬 패턴(45)을 측정 대상으로 한 화상을 예시한 도면이다. 도 8b는 광 프로젝터(19)에 의해 투영된 광 패턴(A)를 예시한 도면이다. 도 8c는 광 패턴(A)이 투영된 측정물(11)을 촬영한 카메라 화상을 예시한 도면이다. 도 8c에 나타낸 바와 같이, 카메라 화상(B)에서는, 측정물(11)의 측정 대상의 수직 줄무늬 패턴(45)과 광 패턴(A)이 합성되어 사상된다.
측정물(11)인 측정 대상의 표면 불규칙성에 의해 생성된 표면 패턴(45)이 보여지는 방법은, 조명 등이 그 위에 닿는 방법에 따라 변화될 수 있다. 특히, 2대 의 카메라(17a, 17b)가 입체적으로 배치되어, 2대의 카메라(17a, 17b)의 시점 위치가 상이하기 때문에, 조명의 반사에 대한 상황이 상이하여, 2대의 카메라(17a, 17b)가 측정물(11)을 보는 방법이 전체적 또는 부분적으로 상이한 경우가 있다.
이러한 상황에서는, 광 패턴을 측정물(11)의 측정 대상에 투영한 경우일지라도, 측정 대상의 표면 패턴(A)의 영향이 상당하여, 거리 연산 장치(13)의 시차 연산 프로세서(24)에 의해 화상간의 상관을 행할 수 없거나, 또는 잘못된 상관이 일어날 가능성이 있다. 이에 의해, 레이저 프로젝터 등의 광 프로젝터(19)의 조사 파장과 동일한 파장을 투과시키는 밴드패스 필터(44a, 44b)를 통하여 측정물(11)을 촬영함으로써, 측정물(11)의 표면 패턴을 제거하여, 광 패턴(A)만을 카메라 화상에 사상할 수 있다.
따라서, 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)의 화상간에서 측정물(11)의 표면 패턴을 보는 방법이 상이한 상황에서도, 측정물(11)의 측정 대상에 투영된 광 패턴(A)만을 사용하여 거리 연산 장치(13)에 의해 측정 대상까지의 거리를 정확하게 측정하는 것이 가능해진다.
제 3 실시예에 의하면, 측정물(11)의 측정 대상의 표면 불규칙성에 의한 표면 패턴(45)의 영향을 받지 않고, 정확한 거리 측정이 가능해진다. 또한, 거리 측정 장치(12)의 카메라(17a)에서부터 측정물(11)의 측정 대상까지의 거리를 3차원적으로 용이하고 정확하게 측정할 수 있다.
[제 4 실시예]
본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치의 제 4 실시예를 도 9 및 도 10a 내지 도 10c를 참조하여 지금 설명한다.
도 9는 피측정물(11)의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 4 검사 측정 장치"라고 칭함)(10C)를 본 발명의 제 4 실시예로서 예시한 구성예의 블록도이다. 이 제 4 실시예에 예시된 제 4 검사 측정 장치(10C)에 대하여, 제 1 실시예에 기술된 제 1 검사 측정 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성요소를 동일한 부호로 표시하여, 그 중복된 설명을 생략 또는 간소화한다. 도 9에 나타낸 제 4 검사 측정 장치(10C)는, 도 1에 나타낸 제 1 검사 측정 장치(10)에 관련된 거리 측정 장치(12)에 워크 디스턴스 센서(46)가 추가 설치된 것이다.
거리 측정 장치(12)에는 워크 디스턴스 센서(46)가 광 프로젝터(19)와 병렬로 배치된다. 워크 디스턴스 센서(46)는 레이저 거리계 등을 포함한다. 예를 들면, 워크 디스턴스 센서(46)는 레이저 빔 등의 조사광을 하프 미러(20)를 통하여 측정물(11)의 대상 표면(측정 대상)에 조사하고, 상기 대상 표면으로부터 반사되어서 되돌아온 반사광의 수광 시간과 조사 시간 사이의 시간차에 의거하여 거리를 측정한다. 워크 디스턴스 센서(46) 대신에 레이저 포인터와 화상 처리를 조합시킨 도 10a 내지 도 10c에 예시된 거리 측정 유닛(47)을 고려할 수도 있다.
도 10a 내지 도 10c는 워크 디스턴스 센서(46)에 레이저 포인터(48)가 이용되는 거리 측정 유닛(47)이 설치된 구성을 예시한 도면이다. 거리 측정 유닛(47)은 레이저 포인터(48)와 화상 처리를 조합시킨 것으로, 워크 디스턴스 센서(46), 하프 미러(20) 및 카메라(17a)를 포함한다.
워크 디스턴스 센서(46)에 이용되는 레이저 포인터(48)에 의하면, 카메 라(17a)의 광축(d1)을 따라 레이저 빔이 측정물(11)의 측정 대상에 도 10a에 나타낸 바와 같이 조명된다. 도 10b는 입체적으로 배치된 2대의 카메라(17a, 17b)의 카메라 광축(d)(d1, d2)이 측정물(11)의 대상 표면에서 교차하지 않는 경우의 카메라 화상(B)(B1, B2)을 예시한 도면이다. 카메라 화상(B)(B1, B2)에 사상된 레이저 빔(L)은 카메라 화상(B1, B2) 사이의 상이한 위치에 도 10b에 나타낸 바와 같이 사상된다.
도 10c는 입체적으로 배치된 2대의 카메라(17a, 17b)의 카메라 광축(d1, d2)이 측정물(11)의 대상 표면(측정 대상의 표면)에서 교차하는 경우의 카메라 화상(B1, B2)을 예시한 도면이다. 이 경우, 카메라 화상(B1, B2)에 사상된 레이저 빔(L)은 카메라 화상(B1, B2)에서 동일 위치에 사상된다.
제 4 검사 측정 장치(10C)는 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 구동 장치(18)를 제어함으로써, 카메라(17b)의 카메라 광축(d2)이 카메라(17a)의 카메라 광축(d1)과 측정물(11)의 측정 대상의 표면에 교차하는 최적의 상태로 카메라 시야각이 자동 조정되어, 거리 측정 장치(12)의 카메라(17a)에서부터 측정물(11)의 대상 표면까지의 거리를 정확하고 용이하게 측정할 수 있다.
다음에, 제 4 검사 측정 장치(10C)의 동작을 설명한다.
도 1에 예시된 제 1 검사 측정 장치(10)에 의하면, 작업원의 조작 등에 따라 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 구동 장치(18)를 제어하여, 카메라(17a)의 카메라 광축과 카메라(17b)의 카메라 광축이 측정물(11)의 측정 대상의 표면에서 교차하도록, 카메라(17b)의 자세를 회전시켜 시차각을 조정하고 있다.
반대로, 제 4 실시예에 기술된 제 4 검사 측정 장치(10C)는 거리 측정 장치(12)에 설치된 워크 디스턴스 센서(46)와, 워크 디스턴스 센서(46)에 파워 포인터로서의 레이저 포인터(48)를 포함하는 거리 측정 유닛(47)을 포함한다.
상기 거리 측정 유닛(47)에 설치된 워크 디스턴스 센서(46)의 레이저 포인터(48)에 의해, 거리 측정 장치(12)와 카메라(17a)의 카메라 시야 내의 측정물(11)의 측정 대상 사이의 거리에 대하여 점측정을 행할 수 있다.
측정물(11)의 측정 대상까지의 거리에 따라, 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 구동 장치(18)를 제어하여, 카메라(17b)의 자세를 회전시켜 최적의 카메라 시차각을 얻도록 자동 조정을 행한다. 예를 들면, 워크 디스턴스 센서(46)는 레이저 빔을 조사하고, 측정물(11)의 측정 대상으로부터 반사되어서 되돌아온 레이저 빔의 수광 시간과 조사 시간 사이의 시간차에 의거하여 거리를 측정한다.
거리 측정 장치(12)에 설치된 거리 측정 유닛(47)은 워크 디스턴스 센서(46)의 레이저 포인터(48)와 화상 처리를 조합시킨 레이저 거리계이다. 거리 측정 유닛(47)은 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 구동 장치(18)의 동작을 제어하여, 입체적으로 배치된 카메라(17b)를 회전 제어시킨다. 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)의 각 구동 장치(18)의 동작을 제어하여, 각 카메라(17a, 17b)의 카메라 광축(d1, d2)을 측정물(11)의 측정 대상의 표면에서 교차시키도록 하는 구성을 채용해도 된다.
입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b) 각각에 대하여 레이저 빔(L)의 사상 위치가 동일해지도록, 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 구동 장치(18)를 제어함으로써, 카메라(17a)의 광축(d1)과 카메라(17b)의 광축(d2)이 측정물(11)의 측정 대상의 표면에서 교차하는 최적의 카메라 시차각을 얻도록 자동 조정을 행할 수 있다.
제 4 실시예에 예시된 제 4 검사 측정 장치(10C)에 의하면, 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각을 자동 조정할 수 있다. 또한, 측정물(11)의 측정 대상까지의 거리 측정이 용이하게 행해질 수 있고, 카메라(17a, 17b)의 자동 조정에 요구되는 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 의해, 측정 시간의 효율화와 단축화를 이룰 수 있다.
[제 5 실시예]
도 11은 측정물(11)의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 5 검사 측정 장치"라고 칭함)(10D)를 본 발명의 제 5 실시예로서 예시한 구성예의 블록도이다.
도 11에 예시된 제 5 검사 측정 장치(10D)는 로 코어 내 치수 측정 장치이다. 도 11에서, 제 1 실시예에 기술된 제 1 검사 측정 장치(10)와 동일한 구성요소를 동일한 부호로 표시하여, 그 중복된 설명을 생략 또는 간소화한다. 제 5 실시예에 기술된 제 5 검사 측정 장치(10D)는, 도 1에 예시된 제 1 검사 측정 장 치(10)에 대하여 카메라 정보를 기록하여 기억시킨 메모리 장치의 일례인 카메라 데이터베이스 장치(50)를 추가 설치한 것이다.
카메라 데이터베이스 장치(50)는, 예를 들면, 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 접속되어 있다. 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)의 시차각에 따른 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 위치가 카메라 데이터베이스 장치(50)에 미리 기억되어 기록된다. 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b) 사이의 상대 위치가 고정된 경우, 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각에 의거하여 카메라 광축의 교차점을 판단할 수 있다.
다음에, 제 5 검사 측정 장치(10D)의 동작을 설명한다.
제 5 실시예에 기술한 제 5 검사 측정 장치(10D)에서, 거리 측정 장치(12) 내에 설치된 카메라(17a, 17b)는 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기억된 카메라 정보에 의거하여 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 구동 제어된다. 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)의 카메라 광축이 측정물(11)의 측정 대상의 표면에서 교차하도록 카메라(17b)의 자세를 회전 제어하여, 카메라(17a, 17b) 사이에 시차각을 자동적으로 조정한다.
카메라 데이터베이스 장치(50)에 기억된 카메라 정보에 의거하여, 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 카메라(17a, 17b)의 자세를 각각 제어하여, 카메라 광축이 측정물(11)의 측정 대상의 표면에서 교차하도록 하는 구성을 채용해도 된다.
카메라(17a, 17b) 중 적어도 하나의 자세 제어를 행하면, 카메라에 대하여 카메라 광축의 교차 위치가 변화되기 때문에, 카메라(17a, 17b)에 포함된 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리를 조정하여 카메라의 포커스를 카메라 광축이 교차하는 위치로 조정할 필요가 있다.
거리 측정 장치(12)에 설치된 카메라(17a, 17b)의 상대 위치가 고정된 경우, 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각에 의거하여 카메라 광축의 교차 위치를 판단할 수 있다. 따라서, 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각에서 따른 카메라 광축의 교차 위치에 의거하여 판단된 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리가 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기록되고, 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 구동 장치(18)에 의해 카메라(17b)의 자세를 회전시켜 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각을 조정하는 동시에, 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기록된 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각과 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리 사이의 상관 관계에 의거하여 카메라(17a, 17b)의 포커스 조정을 행한다.
제 5 실시예에 기술된 제 5 검사 측정 장치(10D)는, 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각과 카메라(17a, 17b)의 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리 사이의 상관 관계를 기록한 카메라 데이터베이스 장치(50)를 포함한다. 이에 의해, 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각에 따라 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기록된 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리에 의해 카메라(17a, 17b)의 포커스를 자동 조정할 수 있다. 이 카메라(17a, 17b)의 자동 조정에 의해, 거리 측정 장치(12)로부터 측정물(11)의 측정 대상까지의 거리 측정이 간단하고 용이하게 행해질 수 있고, 또한, 카메라의 자동 조정에 요구되는 시간을 단축시킬 수 있고, 측정 시간의 효율화와 단축화를 이룰 수 있다.
도 11에 나타낸 제 5 검사 측정 장치(10D)는 카메라(17a, 17b)를 포함한다. 카메라(17a)와 카메라(17b)의 카메라 광축이 피측정물의 측정 대상의 표면에서 교차하도록, 워크 디스턴스 제어 장치(15)에 의해 구동 장치(18)를 회전 제어하여, 예를 들면, 카메라(17b)의 자세를 회전시킴으로써 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각이 조정된다.
이 경우, 카메라(17a)에 대하여 카메라(17b)의 카메라 광축의 교차 위치가 변화되기 때문에, 카메라(17a, 17b)에 포함된 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 위치를 조정하여 카메라의 포커스를 카메라 광축이 교차하는 위치로 조정한다. 카메라(17a, 17b) 사이의 상대 위치가 고정된 경우, 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각에 의거하여 카메라 광축의 교차 위치를 판단할 수 있다.
이에 의해, 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각에 따라 카메라 광축의 교차 위치에 의거하여 판단된 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 위치가 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기록된다. 워크 디스턴스 제어 장치(15)는 구동 장치(18)에 의해, 예를 들면, 카메라(17b)의 자세를 회전시킴으로써 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각을 조정하는 동시에, 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기록된 시차각과 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리 사이의 상관 관계에 의거하여 카메라의 포커스 조정이 행해진다.
도 11에 예시된 제 5 검사 측정 장치(10D)는 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각과 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리 사이의 관계를 기록한 카메라 데이터베이스 장치(50)를 포함한다. 이에 의해, 카메라 시차각에 따라 카메라 데이터베이스 장치(50)에 기록된 카메라 렌즈(51a, 51b)의 초점 거리를 사용함으로써, 각 카메라 포커스의 자동 조정을 행할 수 있다. 따라서, 거리 측정 장치(12)로부터 측정물(11)의 측정 대상까지의 거리 측정을 용이하게 행할 수 있을 뿐만 아니라, 카메라(17a, 17b)의 포커스의 자동 조정에 요구되는 시간을 단축시킬 수 있고, 측정 시간의 효율화와 자동화를 이룰 수 있다.
[제 6 실시예]
도 12는 본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 6 검사 측정 장치"라고 칭함)의 제 6 실시예를 예시한 구성예의 블록도이다.
이 실시예에 기술된 제 6 검사 측정 장치(10E)는 원자로의 로 코어 내 치수 측정 장치이다. 이 실시예에서, 제 1 실시예에 기술된 제 1 검사 측정 장치(10)와 동일한 구성요소를 동일한 부호로 표시하여, 그 중복된 설명을 생략 또는 간소화한다.
제 1 실시예에 기술된 제 1 검사 측정 장치(10)에 관련하여, 도 12에 예시된 제 6 검사 측정 장치(10E)는 카메라(17a, 17b)의 카메라 렌즈를 액체 렌즈(54a, 54b)로 변경하고, 상기 액체 렌즈(54a, 54b)를 조정하는 액체 렌즈 조정 장치(55)를 추가 설치한 것이다.
제 6 실시예에 기술된 제 6 검사 측정 장치(10E)는 거리 측정 장치(12)에 설치된 카메라(17a, 17b)의 카메라 렌즈로서 전기적 특성에 의해 초점 거리가 조정되는 액체 렌즈(54a, 54b)를 포함한다. 액체 렌즈(54a, 54b)는 액체 렌즈 조정 장치(55)에 전기적으로 접속된다. 액체 렌즈 조정 장치(55)는 입체적으로 배치된 카 메라(17a, 17b)의 (예를 들면, 2대의) 액체 렌즈(54a, 54b)에 단일의 전기 신호를 출력함으로써, 2대의 액체 렌즈(54a, 54b)의 초점 거리를 동일한 초점 거리로 조정할 수 있다. 액체 렌즈(54a, 54b)를 자동 조정하여 카메라(17a, 17b)의 카메라 시야 범위를 조정할 수 있고, 카메라 촬영 조건을 균일하게 유지할 수 있다.
제 6 실시예에 기술된 제 6 검사 측정 장치(10E)는, 거리 측정 장치(12)에 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)가 설치되고, 카메라(17a, 17b)의 카메라 광축이 측정물(11)의 측정 대상의 표면에서 교차하도록, 예를 들면, 카메라(17b)의 자세를 회전시켜 카메라(17a, 17b) 사이의 시차각을 조정한다. 이 경우, 카메라(17a)에 대하여 카메라(17b)의 카메라 광축의 교차 위치가 변화되기 때문에, 카메라(17a, 17b)에 포함되는 카메라 렌즈(액체 렌즈(54a, 54b))의 초점 거리를 조정하여, 카메라(17a, 17b)의 포커스를 카메라 광축이 교차하는 위치에 맞출 필요가 있다. 초점 거리를 원격으로 제어할 수 있는 카메라 렌즈의 사이즈가 크기 때문에, 거리 측정 장치(12)를 소형화시키기 어려운 문제가 있다. 또한, 구동 기구(18) 등의 메카니즘적인 조정 장치를 사용한 경우일지라도, 마찬가지로 거리 측정 장치(12)를 소형화시키기 어려운 문제가 있다.
본 실시예에 의한 제 6 검사 측정 장치(10E)는 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)의 카메라 렌즈로서 전기적 특성에 의해 초점 거리를 조정할 수 있는 액체 렌즈(54a, 54b)를 포함한다. 각 카메라(17a, 17b)의 2대의 액체 렌즈(54a, 54b)에 대하여, 2대의 액체 렌즈(54a, 54b)에 전기적으로 접속된 액체 렌즈 조정 장치(55)로부터 출력되는 단일의 전기 신호에 의해 2대의 액체 렌즈(54a, 54b)의 초점 거리를 동일한 초점 거리로 조정할 수 있다. 따라서, 카메라(17a)와 카메라(17b)의 시야 범위가 동일해도록 액체 렌즈(54a, 54b)를 조정할 수 있고, 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)의 촬영 조건을 균일하게 유지할 수 있다.
제 6 검사 측정 장치(10E)에 의하면, 카메라 렌즈로서 액체 렌즈(54a, 54b)를 사용함으로써, 거리 측정 장치(12) 내에 렌즈의 초점 거리를 조정하는 기구의 설치가 더 이상 요구되지 않아서, 거리 측정 장치(12)의 소형화와 경량화를 이룰 수 있다. 또한, 단일의 전기 신호에 의해 입체적으로 배치된 액체 렌즈(54a, 54b)의 초점 거리를 조정함으로써, 2대의 카메라(17a, 17b) 사이의 촬영 조건을 균일하게 유지할 수 있고, 시차 연산 프로세서(24)에서의 연산을 단순화할 수 있다.
[제 7 실시예]
도 13 및 도 14는 본 발명에 의한 피측정물의 검사 측정 장치(이하, 간단히 "제 7 검사 측정 장치"라고 칭함)의 제 7 실시예를 예시한 구성예의 블록도이다.
이 (제 7) 실시예에 기술된 제 7 검사 측정 장치(10F)에 대하여, 도 1에 나타낸 제 1 검사 측정 장치(10)와 동일한 구성요소를 동일한 부호로 표시하여, 그 중복된 설명을 생략 또는 간소화한다. 도 13에 예시된 제 7 검사 측정 장치(10F)는 도 1에 나타낸 제 1 검사 측정 장치(10)에 관련된 거리 측정 장치(12) 내에 자세 센서(57)를 추가 설치한 것이다. 거리 측정 장치(12)에 추가 설치된 자세 센서(57)는 거리 측정 장치(12)의 위치와 각도를 측정하는 것이 가능하다.
다음에, 제 7 검사 측정 장치(10F)의 동작을 설명한다.
제 7 검사 측정 장치(10F)에 의하면, 예를 들면, 거리 측정 장치(12)가 수중 로봇 등에 탑재되어, 원자로 내의 수중을 수중 로봇(도시되지 않음)에 의해 유영하여 측정물(11)의 측정 대상을 촬영하는 위치에 배치된다. 거리 측정 장치(12)가 소요의 위치에 배치되면, 거리 측정 장치(12)에 포함된 광 프로젝터(19)에 의해 2차원의 광 패턴이 측정물(11)의 측정 대상에 투영된다. 다음에, 광 패턴이 투영된 측정 대상이 입체적으로 배치된 카메라(17a, 17b)에 의해 촬영된다. 촬영된 화상에 의거하여 측정물(11)의 측정 대상까지의 거리가 측정된다.
제 7 검사 측정 장치(10F)는 거리 측정 장치(12) 내에 자세 센서(57)를 포함한다. 자세 센서(57)는 수중 로봇 등에 의해 배치된 거리 측정 장치(12)의 위치와 촬영 각도를 측정한다. 예를 들면, 도 14에 나타낸 바와 같이, 우선 거리 측정 장치(12)는 센서 위치(58a)에 배치되어, 그 시점에서의 거리 측정 장치(12)의 위치와 각도가 자세 센서(57)에 의해 측정된다.
다음에, 거리 측정 장치(12)는 센서 위치(58b)에 이동 배치되어, 거리 측정 장치(12)의 자세와 각도가 측정된다. 측정 범위(59a)는 센서 위치(58a)에서의 거리 측정 장치(12)의 측정 범위이고, 측정 범위(59b)는 센서 위치(58b)에서의 그 측정 범위이다.
한편, 측정물(11)을 검사 측정하는 제 7 검사 측정 장치(10F)를 구성하는 치수 측정 장치(14)에서는, 센서 위치(58a)에서의 측정 범위(59a)의 점(G)을 제 1 교시 위치로서 설정하고, 이어서 센서 위치(58b)에서의 측정 범위(59b)의 점(H)을 제 2 교시 위치로서 설정한다. 치수 측정 장치(14)는 자세 센서(57)에 의해 측정된 거리 측정 장치(12)의 위치와 각도에 의거하여, 센서 위치(58b)에서의 측정 결과를 센서 위치(58a)에서의 측정 결과에 대한 상대 좌표로 변환하여, 2개의 측정 결과를 동일 좌표 직경에서의 측정 결과로 통합한다. 그 후, 치수 측정 장치(14)는 G와 H의 교시 위치 사이의 치수 측정을 행한다. 그 교시 위치 G와 H 사이의 치수 측정에 의해, 측정물(11)의 측정 대상의 표면의 결함(60)이나 손상의 치수를 정확하고 효율적으로 측정할 수 있다.
제 7 실시예에 기술된 제 7 검사 측정 장치(10F)에 의하면, 거리 측정 장치(12)의 위치와 각도를 측정함으로써, 거리 측정 장치(12)의 1시야 내에 들어가지 않는 측정물(11)의 측정 대상의 치수를 측정할 수 있다.
제 7 검사 측정 장치(10F)는 거리 측정 장치(12)를 포함한다. 상기 거리 측정 장치(12)는 그 위치와 각도를 측정하는 자세 측정 부재를 포함한다. 또한, 상이한 위치에서 거리 측정 장치(12)에 의해 측정된 결과를, 자세 센서(57)의 자세 측정 부재에 의해 측정된 거리 측정 장치(12)의 위치와 각도에 의거하여 상대 좌표로 변환하고, 거리 측정 장치(12)의 1시야 내에 들어가지 않는 측정물(11)의 측정 대상의 치수를 측정할 수 있다.

Claims (12)

  1. 피측정물의 측정 대상에 2차원의 광 패턴을 투영하는 광 투영 유닛과, 상기 피측정물의 측정 대상을 촬영하는 입체적 배열로 배치된 복수대의 촬영 유닛과, 상기 촬영 유닛 중 적어도 하나의 자세를 회전시켜 상기 촬영 유닛 사이의 시차각(parallax angle)을 제어하도록 형성된 구동 유닛을 포함하는 거리 측정 장치와;
    상기 구동 유닛을 제어하여, 상기 촬영 유닛의 광축이 교차하는 위치를 조정하는 워크 디스턴스(work distance) 제어 장치와;
    상기 입체적 배열로 배치된 촬영 유닛의 화상간에서 동일 영역이 촬영된 대응 위치를 판단하는 대응 위치 연산 유닛과, 상기 대응 위치 연산 유닛의 연산 결과에 의거하여 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 거리 연산 유닛을 포함하는 거리 연산 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬영 유닛의 피측정물측에, 상기 광 투영 유닛으로부터 투영된 광의 파장에 따라 투과 파장이 선택되는 밴드패스 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 촬영 유닛의 광축이 상기 피측정물의 측정 대상의 표면에서 교차하도록 구동 유닛을 제어하고, 상기 피측정물의 측정 대상과 상기 거리 측정 장치 사이의 거리에 따라, 상기 촬영 유닛의 시야 범위가 조정되는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는, 상기 피측정물의 측정 대상과 상기 거리 측정 장치 사이의 거리에 대하여 점측정을 행하는 워크 디스턴스 센서를 포함하고, 상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 워크 디스턴스 센서에 의해 측정된 거리에 따라 상기 구동 유닛을 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬영 유닛 사이의 시차각과 상기 촬영 유닛의 렌즈의 초점 거리 사이의 상관 관계에 대한 상관 데이터를 저장하는 메모리 장치를 더 구비하고, 상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 촬영 유닛 사이의 시차각에 따라 상기 상관 데이터에 의거하여 상기 렌즈의 초점 거리를 제어하고, 상기 거리 연산 장치는, 상기 촬영 유닛 사이의 시차각과 상기 시차각에 따라 제어된 상기 렌즈의 초점 거리에 의거하여 상기 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 촬영 유닛의 렌즈는, 전기적 특성에 의해 초점 위치를 조정할 수 있는 액체 렌즈이고, 상기 입체적 배열로 배치된 2대의 촬영 유닛의 상기 액체 렌즈를 단일의 전기 신호로 조정하는 액체 렌즈 조정 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리 연산 장치에 의해 연산된 연산 결과에 의거하여 상기 피측정물의 측정 대상의 표면을 따라 치수를 측정하는 치수 측정 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치는, 그 위치와 각도를 측정하는 자세 측정 유닛을 포함하고, 상기 거리 측정 장치는 상이한 위치에서 측정된 결과를, 상기 자세 측정 유닛에 의해 측정된 상기 거리 측정 장치의 위치와 각도에 의거하여 상대 좌표로 변환하고, 상기 거리 측정 장치의 1시야 내에 들어가지 않는 상기 피측정물의 측정 대상의 치수를 측정하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  9. 피측정물의 측정 대상에 2차원의 광 패턴을 투영하는 광 투영 유닛과, 상기 피측정물의 측정 대상을 촬영하는 1대의 촬영 유닛과, 상기 피측정물의 측정 대상 으로부터의 광을 복수의 주사 광로를 따라 안내하는 광 주사 유닛과, 상기 광 주사 유닛의 각 주사 광로에 설치된 반사 미러를 구동 제어하는 구동 유닛을 포함하는 거리 측정 장치와;
    상기 구동 유닛을 제어하여, 상기 반사 미러의 자세를 회전시켜 상기 주사 광로 사이의 시차각을 임의로 조정하는 워크 디스턴스 제어 장치와;
    상기 각 주사 광로로부터의 촬영 유닛의 화상간에서 동일 영역이 촬영된 대응 위치를 판단하는 대응 위치 연산 유닛과, 상기 대응 위치 연산 유닛의 연산 결과에 의거하여 피측정물의 측정 대상까지의 거리를 연산하는 거리 연산 유닛을 갖는 거리 연산 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 주사 유닛은, 각 주사 광로 상에 광의 투과와 차폐를 제어하는 차폐 유닛을 포함하고, 상기 차폐 유닛에 의해, 상기 촬영 유닛에 입력되는 광의 투과와 차폐를 각 주사 광로 상에서 스위칭하도록 설정된 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 촬영 유닛의 피측정물측에, 상기 광 투영 유닛으로부터 투영된 광의 파장에 따라 투과 파장이 선택되는 밴드패스 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 워크 디스턴스 제어 장치는, 상기 촬영 유닛의 광축이 상기 피측정물의 측정 대상의 표면에서 교차하도록 상기 구동 유닛을 제어하고, 상기 피측정물의 측정 대상과 상기 거리 측정 장치 사이의 거리에 따라 상기 촬영 유닛의 시야 범위가 조정되는 것을 특징으로 하는 피측정물의 검사 측정 장치.
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