KR20110017158A - 광삼각법을 이용한 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광을 이용한 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 특히 슬릿광을 이용하여 높이를 측정할 때 화각 발생을 억제하여 빛의 산란에 의한 효과를 최소화 할 수 있는 광삼각법을 이용한 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

광과 슬릿장치로 이루어진 슬릿광 발광수단과 카메라를 포함하는 이미지획득수단과 획득된 이미지로부터 형상을 산출하는 이미지처리부로 이루어진 광삼각법을 이용한 측정장치에 있어서, 상기 슬릿광 발광수단의 끝단에는 평행광 생성을 위한 렌즈가 구비된다.

또한, 광과 슬릿장치로부터 슬릿광이 발광되어 측정대상물에 투영되며, 반사된 슬릿광을 이미지획득수단에서 획득한 후 이미지처리부에서 처리를 통해 측정대상물의 형상 또는 높이를 측정하는 광삼각법을 이용한 측정방법에 있어서, 상기 슬릿광이 평행광으로 측정대상물에 투영됨을 특징으로 한다.

광삼각법, 슬릿광, 평행광, 높이, 형상

Description

광삼각법을 이용한 측정장치 및 측정방법{ A MEASURING APPARATUS AND METHOD USING OPTICAL TRIANGULATION METHOD }

본 발명은 광을 이용한 측정장치와 측정방법에 관한 것으로, 특히 슬릿광을 이용하여 높이를 측정할 때 화각 발생을 억제하여 빛의 산란에 의한 효과를 최소화 할 수 있는 광삼각법을 이용한 측정장치와 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 측정대상물의 삼차원 형상이나 높이를 측정하는 기술은 삼차원 측정기를 사용하여 접촉식으로 측정대상물의 한 점씩 측정하여 전체 측정대상물 형상을 측정하는 방식인 접촉식과 광을 이용한 비접촉식으로 나뉘어지고 있다.

한편, 비접촉 측정법은 측정원리에 따라 크게 광간섭법과 광삼각법으로 나뉘어진다.

광간섭법은 레이저와 같은 단색광을 이용하여 반도체 패턴이나 미세금형 표면형상 측정에 많이 이용되는 광위상 간섭법과 백색광으 짧은 가간섭성을 이용하는 광 주사간섭법이 있으며, nm(nano meter)의 정밀한 측정이 가능하나 넓은 영역을 빠르게 측정하기는 어렵고 고가의 정밀한 스테이지가 필요하게 되는 문제점이 있다.

광삼각법은 정해진 일정 광을 측정 표면에 임의의 정해진 각도로 투영하고 다른 각도에서 표면의 형상에 따라 변형된 광의 밝기를 추출하여 표면의 형상 정보를 해석하는 방법으로, 투영법에 따라 레이저 포인터 또는 레이저 슬릿빔을 이용하거나 모아레 무늬를 이용하는데 접촉식에 비해 측정시간이 월등히 단축된다.

모아레 무늬를 이용하는 방법은 유리의 한쪽 표면에 크롬으로 일정한 간격의 직선무늬를 새겨넣은 직선유리격자를 영사광학계를 이용하여 측정대상물에 투영하게 된다.

또한, 측정대상물에 형성된 직선줄무늬를 일정한 간격으로 이송시키기 위해 직선유리격자 이송장치를 사용하고 있다.

복수개의 직선줄무늬가 일정간격으로 구성되어 있는 직선유리격자를 측정대상물에 투영하면 측정대상물의 표면에 복수개의 줄무늬가 형성되는데, 이 줄무늬들은 측정대상물의 높이에 따라 휘어지게 된다.

줄무늬가 형성되어 있는 측정대상물을 직선유리격자와 겹치면 복수개의 곡선으로 이루어진 물결무늬의 형상을 볼 수 있는데, 이 무늬를 '모아레무늬'라 한다. 이 모아레무늬는 측정대상물의 높이에 따라 형성되는 등고선이기 때문에, 이 모아레무늬를 해석하여 측정대상물의 형상을 측정하게 된다.

이러한 모아레무늬를 이용하는 방법은 측정대상물의 형상 전체를 측정하는데는 유용하나, 단순히 측정대상물의 높이만을 측정하고자 하는 경우에는 보다 간단 한 레이져 슬릿빔을 이용한 방법이 사용된다.

도 1은 슬릿광을 이용한 형상 측정법이다.

도시된 바와 같이, 슬릿광을 이용한 측정 방법은 레이저 다이오드에 집광렌즈로 레이저광을 집광시킨 광원(1)이 로드렌즈 혹은 실린더리켈 렌즈 등을 이용한 슬릿장치(2)를 통과한 슬릿광으로 변화되게 되며, 이러한 슬릿광이 측정대상물에 투영되면, 측정대상물에 의해 반사된 변형된 슬릿광이 카메라를 통해 이미지획득수단(5)에 입사되게 된다.

이렇게 이미지획득수단에서 획득된 이미지는 슬릿광의 기하학적 관계로부터 삼차원 좌표를 산출함으로써 측정대상물의 높이 또는 형상을 얻게 되는 것으로, 전체 측정대상물의 형상 측정을 위해서는 기계구동시스템을 사용하여 측정 단면을 이송해 주어야 한다.

한편, 측정대상물이 불투명체 또는 투명체의 경우에는 반사되는 슬릿광 또는 투과되어 반사되는 슬릿광을 사용하게 되나 측정대상물이 반투명체의 경우에는 투과되는 슬릿광과 전반사 시키는 슬릿광의 두가지의 슬릿광이 존재하며, 측정을 위해서는 전반사 시키는 슬릿광을 사용하게 된다.

따라서, 측정대상물이 반투명체의 경우에는 측정시 사용하지 않는 측정대상물에 투과되는 슬릿광의 반사로 인한 간섭에 의해서 측정영역의 제한이 있어 넓은 측정영역을 가지기가 힘들며, 경계면에서의 간섭으로 인한 정확한 측정이 불가능하다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 슬릿장치를 통과한 슬릿광의 화각을 없애 평행광을 만들어 줌으로써, 측정대상물에 투과된는 슬릿광의 반사로 인한 간섭을 최대한으로 줄여 측정영역을 넓힐 수 있는 광삼각법을 이용한 측정장치와 측정방법을 제공하려는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광삼각법을 이용한 측정장치는, 광과 슬릿장치로 이루어진 슬릿광 발광수단과 카메라를 포함하는 이미지획득수단과 획득된 이미지로부터 형상을 산출하는 이미지처리부로 이루어진 광삼각법을 이용한 측정장치에 있어서, 상기 슬릿광 발광수단의 끝단에는 평행광 생성을 위한 렌즈가 구비된다.

한편, 상기 렌즈는 텔레센트릭 렌즈이다.

또한, 광과 슬릿장치로부터 슬릿광이 발광되어 측정대상물에 투영되며, 반사된 슬릿광을 이미지획득수단에서 획득한 후 이미지처리부에서 처리를 통해 측정대상물의 형상 또는 높이를 측정하는 광삼각법을 이용한 측정방법에 있어서, 상기 슬릿광이 평행광으로 측정대상물에 투영됨을 특징하며, 상기 평행광은 렌즈를 사용하여 생성된다.

본 발명은 측정대상물에 투영되는 슬릿광을 평행광으로 만듦으로써, 측정대상물에 투과되는 슬릿광의 반사로 인한 간섭을 최대한으로 줄여 측정범위의 제한이 없이 측정이 가능하여 넓은 측정영역에서의 측정이 가능하다.

또한, 이러한 평행광의 생성을 단순히 렌즈를 부가하여 가능하게 함으로써, 구조를 간단히 할 수 있으며, 특히 반투명한 측정대상물의 슬릿광 간섭을 배제함으로써 보다 정확한 형상과 높이의 측정이 가능하게 한다.

도 2 및 도3은 본 발명의 실시 예에 따른 광삼각법을 이용한 측정장치에 관한 것으로서, 도시된 바와 같이, 광(11)과 슬릿장치(12)로 이루어진 슬릿광 발광수단(10)과 카메라를 포함하는 이미지획득수단(20)과 획득된 이미지로부터 형상을 산출하는 이미지처리부(60)로 이루어진 광삼각법을 이용한 측정장치에 있어서,

상기 슬릿광 발광수단의 끝단에는 평행광 생성을 위한 렌즈(30)가 구비된다.

한편, 상기 렌즈는 화각을 줄여 슬릿광이 평행광이 되도록 하기위하여 텔레센트릭 렌즈를 사용하며, 이러한 렌즈는 이에 한정되지 않고 화각을 줄여 평행광을 발생시킬 수 있는 것이면 된다.

상기와 같이 설치된 슬릿광 발광수단의 광이 슬릿장치를 통과하여 조사되게 되면 광은 화각을 가지고 펴져서 텔레센트릭 렌즈에 입사되게 된다. 텔레센트릭 렌즈에 입사된 슬릿광(40)은 렌즈를 통화하면서 화각이 없어진 평행광으로 바뀌어서 측정대상물(50)에 주사된다.

한편, 상기 측정대상물에 주사된 평행광은 전반사를 일으키게 되고, 전반사된 평행광은 카메라가 설치된 이미지획득수단(20)으로 입사되어 이미지처리부(60)에 의해서 형상 또는 높이가 측정되게 된다.

획득된 이미지로부터 형상 또는 높이를 측정하기 위한 이미지 처리 방법은 이미 광삼각법을 이용한 측정장치에서는 널리 알려진 방법이므로 여기서는 구체적인 설명은 생략하도록 하겠다.

즉, 본 발명은 광과 슬릿장치로부터 슬릿광이 발광되어 측정대상물(50)에 투영되며, 반사된 슬릿광을 이미지획득수단에서 획득한 후 이미지처리부에서 처리를 통해 측정대상물의 형상 또는 높이를 측정하는 광삼각법을 이용한 측정방법에 있어서, 상기 슬릿광이 평행광으로 측정대상물에 투영되고 이 평행광이 반사됨을 이용하여 측정대상물의 형상 또는 높이를 측정하기 위한 방법이며, 상기 평행광은 슬릿장치 선단부에 부착된 렌즈를 사용하여 생성된다.

따라서, 상기와 같은 방법으로 평행광을 측정대상물에 주사하면, 주사된 평행광으로 인해 화각이 없으므로 슬릿광의 반사로 인한 간섭을 줄일 수 있어 측정법위의 제한이 없이 측정이 가능하며, 반사로 인한 간섭이 줄어 보다 정확한 형상과 높이를 측정할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 측정대상물로 반투명체 또는 투명체인 몰딩수지로 감싸진 LED 패키징 칩이며, 도 5는 본 발명에 따라 슬릿광이 평행광으로 다수의 LED 패키징 칩이 배열된 측정대상물에 조사된 후 획득된 이미지로써, 특히 슬릿광이 측정대상물에 대해 가로로 조사되고 슬릿광 발광수단을 세로 방향으로 구동시켜 슬릿광이 세로로 이동되면서 얻어진 이미지이다.

도 4에 나타난 바와 같이 칩(51)과 와이어(52) 및 제너다이오드(53)으로 이루어진 측정대상물인 LED 패키징 칩에 반투명체인 실리콘 충진물(54)이 채워지면, 충진물은 LED 패키징 칩의 구조물(55)의 상단 보다 볼록하거나 오목하게 충진되어 구조물(55)과의 높이차(56)가 발생된다.

이러한 높이차를 슬릿광을 이용한 광삼각법으로 측정하여 측정된 값이 기준값 이내에 있는지를 검사하게 된다.

도 5의 측정된 본 발명의 측정영역은 가로 45mm, 세로 42mm로, 이는 동일한 측정환경에서 평행광을 생성하기 위한 렌즈가 없이 종래 슬릿광만을 이용한 측정방법으로 획득된 이미지 측정영역인 가로 8mm, 세로 42mm에 비하여 측정영역이 가로방향으로 상당히 증가되어, 한번에 측정하는 영역이 확대되어 검사 시간을 단축할 수 있게 된다.

측정된 이미지의 각 셀의 중심부의 가로로 긴 타원 부분이 측정한 시료의 높이차에 해당되며, 이러한 높이차의 값은 이미지 처리를 통해 얻게 된다.

한편, 슬릿광 발광수단과 평행광을 생성하는 렌즈의 스펙을 다양히 변경함으로써 보다 다양한 넓이의 평행광이 측정대상물에 조사되게 할 수 있으므로, 세로 방향으로는 필요한 측정영역에서의 측정을 조절할 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구법위에 의해서 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 슬릿광 형상 측정법

도 2는 본 발명의 광삼각법을 이용한 측정장치 구성도

도 3은 본 발명 측정장치의 평면 구성도

도 4는 본 발명의 측정대상물인 몰딩수지로 감싸진 LED 패키징 칩 구조도

도 5는 도 4의 LED 패키징 칩이 다수 배열된 측정대상물의 측정된 이미지

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원 2 : 슬릿장치

3 : 슬릿광 4: 측정대상물

5 : 이미지획득수단 6 : 이미지처리부

10 : 슬릿광 발광수단

11 : 광 12 : 슬릿장치

20 : 이미지획득수단

30 : 렌즈

40 : 슬릿광

50 : 측정대상물

60 : 이미지처리부

Claims (5)

1. 광(11)과 슬릿장치(12)로 이루어진 슬릿광 발광수단(10)과 카메라를 포함하는 이미지획득수단(20)과 획득된 이미지로부터 형상을 산출하는 이미지처리부(60)로 이루어진 광삼각법을 이용한 측정장치에 있어서,

   상기 슬릿광 발광수단의 끝단에는 평행광 생성을 위한 렌즈(30)가 구비됨을 특징으로 하는 광삼각법을 이용한 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 렌즈는 텔레센트릭 렌즈임을 특징으로 하는 광삼각법을 이용한 측정장치.
3. 광과 슬릿장치로부터 슬릿광이 발광되어 측정대상물에 투영되며, 반사된 슬릿광을 이미지획득수단에서 획득한 후 이미지처리부에서 처리를 통해 측정대상물의 형상 또는 높이를 측정하는 광삼각법을 이용한 측정방법에 있어서,

   상기 슬릿광이 평행광으로 측정대상물에 투영됨을 특징으로 하는 광삼각법을 이용한 측정방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 평행광은 렌즈를 사용하여 생성됨을 특징으로 하는 광삼각법을 이용한 측정방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 렌즈는 텔레센트릭 렌즈임을 특징으로 하는 광삼각법을 이용한 측정방법.

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