KR20110060041A - Apparatus and method for measuring 3d surface shape and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피검사물의 표면 형상을 3차원으로 측정하기 위한 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 것으로, 특히 레이저 스캐닝에 의하여 피검사물에서의 반사광의 반사각을 측정함으로써 피검사물의 표면에 대한 3차원 형상을 측정할 수 있는 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional surface shape measuring apparatus and method and system for measuring the surface shape of an object in three dimensions, in particular by measuring the reflection angle of the reflected light in the object to be inspected by laser scanning The present invention relates to a three-dimensional surface shape measuring apparatus and method capable of measuring a three-dimensional shape, and a system thereof.
현대 산업에서는 부품의 초소형화에 따라 그 가공에 있어서 필요한 만큼 최소한의 가공능력을 가진 이른바 초소형 미세제조 시스템이 요구되고 있다. 초소형 미세제조 시스템은 미세가공 기술, 초소형/고정도 이송 기술, 초소형 부품의 조립, 공정간 부품 계측 시스템이 필요하며 최종적으로 가공된 부품의 품질을 검사하는 시스템을 필요로 한다. In today's industry, miniaturization of parts requires so-called ultra-small microfabrication systems with the minimum processing capacity required for their processing. Micro-fabrication systems require micromachining technology, micro / accuracy transfer technology, micro-assembly assembly, inter-process part measurement systems, and finally require systems to check the quality of the machined parts.
현대 산업에서 기계 부품들의 정밀도와 표면 마무리 조건이 그 어느 때보다 더 중요하게 요구되고 있는 가운데, 표면 형상의 측정과 이해는 현대 정밀 산업의 핵심이 되고 있는 반도체 산업에 있어서 더욱 절실히 요구되고 있는 실정이다. As the precision and surface finish of mechanical parts are more important than ever in the modern industry, the measurement and understanding of surface shape is more urgently needed in the semiconductor industry, which is the core of the modern precision industry. .
특별히, 3차원 표면 형상 측정은 산업계에서 요구되는 고부가가치 기계부품들의 표면 정보의 확보와 향상에 반드시 필요하고, 정밀부품의 정상적인 기능 수행에 대한 판별과 예측에 중요한 위치를 차지하고 있으며, 소형 및 정밀 부품의 품질 검사 등을 신속하면서도 자동으로 수행하기 위한 3차원 표면 형상 측정 시스템의 필요성이 나날이 증대되고 있다. In particular, three-dimensional surface shape measurement is essential for securing and improving the surface information of high value-added mechanical parts required by the industry, and occupies an important position for the determination and prediction of the normal function performance of precision parts. There is an increasing need for a three-dimensional surface shape measurement system for quickly and automatically performing quality inspection.
이러한 상황에서 광학적 측정 방법은 균열, 결함의 검출, 표면 형상학의 분야에서 유용한 측정 방법으로 주목받고 있다. In this situation, the optical measurement method has attracted attention as a useful measurement method in the field of cracking, defect detection, and surface morphology.
3차원 표면 형상 측정기에서 성능의 관건은 고속, 고분해능으로 측정하는 것이다. 그러기 위해서는 광학적 측정원리를 이용한 3차원 표면 형상 측정기에서는 공진주파가 높아야 하고 스프링 상수가 작아야 하는데, 이를 위하여 광포획 된 마이크로 입자를 프로브로 사용하는 광포획 현미경(Optical Trap Microscope, OTM)이 제안되어 있다. 광포획 현미경은 입자에 작용하는 복원력이 광에 의한 힘뿐이므로 스프링 상수가 낮고 입자의 질량이 매우 작으므로 공진주파수도 비교적 높기 때문이다.The key to performance in a three-dimensional surface profiler is high speed and high resolution. To this end, the three-dimensional surface shape measuring instrument using the optical measuring principle should have a high resonance frequency and a small spring constant. For this purpose, an optical trapping microscope (OTM) using optically captured microparticles as a probe has been proposed. . This is because the light capture microscope has only a spring force and a very small mass of particles because the restoring force acting on the particles is only due to light.
한편, 부품의 품질을 검사하는 시스템으로 최근 나노 관련 기술개발에 따라 각광받고 있는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope)을 이용한 소형 부품 표면측정 시스템이 제안되어 있다. 원자간력 현미경은 기존의 현미경으로는 관측이 불가능했던 시료의 표면을 원자단위까지 측정 가능하게 하는 장치이다. On the other hand, as a system for inspecting the quality of a component, a small component surface measurement system using an atomic force microscope, which has been in the spotlight with recent nano-related technology development, has been proposed. An atomic force microscope is a device that can measure the surface of a sample to an atomic unit that cannot be observed with a conventional microscope.
원자간력 현미경의 발달로 더욱 정밀한 시료 표면 형상의 측정이 가능하게 되었으나, 별도의 구동장치를 포함하지 않는 상태의 일반적인 측정범위 한계는 대체로 100 X 100 X 10㎛3 이하로서, 원자간력 현미경은 측정 면적이 대단히 제한적이다.The development of atomic force microscopy allows more accurate measurement of the sample surface shape, but the limit of the general measurement range in the absence of a separate driving device is generally 100 x 100 x 10 μm 3 or less. The measuring area is very limited.
따라서 전술한 광포획 현미경이나 원자간력 현미경을 이용하여 소형 부품과 같은 상대적으로 큰 시료의 표면을 전반적으로 관찰하는데 있어서는 곤란한 문제점이 있다.Therefore, there is a problem in overall observation of the surface of a relatively large sample such as a small component using the light trapping microscope or atomic force microscope described above.
즉, 정밀한 3차원 표면 형상 측정기에 있어서 성능의 관건은 단순히 고속 및 고분해능으로 측정하는 것에 있는 것이 아니라, 사용자가 요구하는 측정범위에 대하여 얼마나 고속 및 고분해능으로 측정할 수 있느냐 하는 것에 달려있다.In other words, the performance is not only measured at high speed and high resolution in precision three-dimensional surface shape measuring device, but also depends on how fast and high resolution can be measured for the measurement range required by the user.
한편, 기계 가공된 표면들을 넓은 영역에서 정확하고 빠르게 측정하기 위하여 큰 등가파장(Equivalent Wavelength) 간섭계에 대한 연구가 이루어져 왔다. 등가파장간섭계는 광원의 파장을 그대로 이용하지 않고, 광을 물체표면에 경사지게 조사함으로써 보다 큰 등가파장을 만들어 측정하는 방법을 이용한다. On the other hand, large equivalent wavelength interferometers have been studied to accurately and quickly measure machined surfaces in a large area. The equivalent wavelength interferometer uses a method of making and measuring a larger equivalent wavelength by inclining the light onto the surface of the object without using the wavelength of the light source as it is.
그러나 등가파장간섭계는 프리즘이나 회절격자를 사용하여 광을 측정면에 경사지게 조사하여 큰 등가파장을 얻는 방법이므로, 불필요한 회절광 성분들이 많이 발생하는 문제 이외에도 다수의 프리즘 또는 회절격자를 비롯하여 편광광속분할기, 광속분할기 등을 사용됨으로써 측정장치의 크기가 커지는 문제점이 있다.However, since the equivalent wavelength interferometer uses a prism or a diffraction grating to obtain a large equivalent wavelength by obliquely irradiating light onto the measurement surface, a large number of unnecessary diffraction light components are generated. There is a problem that the size of the measuring device is increased by using a beam splitter.
이러한 등가파장간섭계를 이용한 측정장치는 측정하고자 하는 시료의 크기에 비하여 상대적으로 크기가 큰 측정장치가 필요하기 때문에, 다양한 산업현장에 적 용하기 위해서는 이를 수용할 수 있는 공간을 비롯하여 이를 장착하고 구동하기 위한 보조장치가 불필요하게 많이 제공되어야 하는 문제점이 있다. Since the measuring device using the equivalent wavelength interferometer requires a measuring device that is relatively large in size compared to the size of the sample to be measured, in order to be applied to various industrial sites, it is equipped with a space to accommodate it, and installed and driven. There is a problem that the auxiliary device for the need to be provided a lot.
그럼에도 불구하고 등가파장간섭계는 표면을 한꺼번에 측정할 수 있는 방법으로 분해능이 아주 좋다. 하지만, 그 측정범위가 제한된다는 단점이 있다. 그리고 피검사물의 불연속적인 표면에서 2π 모호성이라는 결정적인 오차요인을 내재하고 있다. Nevertheless, the equivalent wavelength interferometer has a very good resolution because it can measure the surface at once. However, there is a disadvantage that the measuring range is limited. In addition, there is a critical error factor of 2π ambiguity on the discontinuous surface of the specimen.
이렇듯 여러 가지 측정 방법들이 각각의 장단점을 가지고 있어서 그 단점을 극복할 수 있는 새로운 측정 방법들이 개발되고 있는데, 그 중 공초점 원리를 이용한 측정 방법은 원래 세포나 조직의 형상을 측정하기 위해 생명 공학 분야에서 사용되던 것으로 현재는 반도체 표면 검사 등에 많이 응용되고 있다. As these methods have their own advantages and disadvantages, new measurement methods are being developed to overcome their shortcomings. Among them, the confocal principle is used to measure the shape of cells or tissues. It is used in, and is now widely applied to semiconductor surface inspection.
공초점 원리는 광원에서 나온 빔을 집속 렌즈를 통해 시료 표면에 조사하고, 시료 표면에서 반사되어 나오는 빔의 세기 변화를 광 검출기로 검출하여 전기적 신호로 변환해서 표면 정보를 획득하는 원리이다. 이러한 원리를 이용하는 공초점 현미경(CFM)은 일반적인 광학 현미경으로는 관측할 수 없는 시료 표면의 거칠기나 높이의 변화를 3차원 영상으로 얻을 수 있으며, 영상 처리 속도가 빠르고 사용에 편리하다. The confocal principle is a principle of obtaining surface information by irradiating a beam from a light source to a sample surface through a focusing lens, detecting a change in intensity of the beam reflected from the sample surface, and converting the beam into an electrical signal. Confocal microscopy (CFM) using this principle can obtain a three-dimensional image of the roughness or height of the sample surface that cannot be observed with a general optical microscope, and the image processing speed is fast and convenient to use.
그러나 종래의 공초점 원리를 이용한 측정 방법은 3차원 표면 형상을 측정하기 위해서 시료를 3축(XYZ) 방향으로 움직이면서 각각의 방향에 대해서 스캔을 수행하여 시료의 표면 위의 한 점에 대해 데이터를 얻어 그 점에 대한 Z 위치를 검출한다. 그리고 나서 X 방향의 이웃한 점으로 시료를 이동시켜 다시 Z 방향의 스캔을 수행한다. 이 과정을 한 라인에 대해 수행한 다음 Y 방향의 다음 라인으로 이동하여 Z 방향 스캔과 X방향 스캔을 반복하게 된다. 이렇듯 종래의 공초점 원리를 이용한 측정 방법은 3축에 대해 스캔을 해야 하기 때문에 측정시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.However, the conventional measuring method using the confocal principle performs a scan for each direction while moving the sample in the three-axis (XYZ) direction to measure the three-dimensional surface shape to obtain data on one point on the surface of the sample. Detects the Z position for that point. Then, the sample is moved to a neighboring point in the X direction to perform a scan in the Z direction again. This process is performed for one line and then moved to the next line in the Y direction to repeat the Z direction scan and the X direction scan. As described above, the measurement method using the conventional confocal principle has a problem that it takes a lot of measurement time because it needs to scan about three axes.
또한, 종래의 공초점 원리를 이용한 측정 장치는 3축 방향 각각에 대해서 스캔을 수행하기 위한 다수의 렌즈계를 필요로 하므로, 등가파장간섭계와 마찬가지로 측정장치의 크기를 소형화할 수 없는 한계가 있다.In addition, since a conventional measuring apparatus using a confocal principle requires a plurality of lens systems for scanning in each of the three axis directions, there is a limitation that the size of the measuring apparatus cannot be miniaturized like the equivalent wavelength interferometer.
따라서 본 발명의 목적은 고속으로 3차원 표면 형상을 측정할 수 있는 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a three-dimensional surface shape measuring apparatus and method and a system capable of measuring three-dimensional surface shape at high speed.
또한, 본 발명의 다른 목적은 측정 장치와 피검사물 사이의 측정거리를 최소화함으로써 소형화가 가능한 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템을 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention is to provide a three-dimensional surface shape measuring apparatus and method and system capable of miniaturization by minimizing the measurement distance between the measuring device and the inspected object.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 종래의 측정장치에서 제공하는 측정영역에 대하여 상대적으로 넓은 영역을 측정하면서도 분해능이 높은 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a three-dimensional surface shape measuring apparatus and method and system having a high resolution while measuring a relatively large area with respect to the measurement area provided by a conventional measuring device.
또한, 본 발명의 다른 목적은 3차원 표면 형상 측정 장치를 하나의 모듈로 구현함으로써 다양한 작업환경에서도 적용이 가능한 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a three-dimensional surface shape measuring apparatus and method and system that can be applied in a variety of working environment by implementing the three-dimensional surface shape measuring apparatus as a single module.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치는, 3차원 표면의 형상이 측정될 피검사물의 표면에 레이저광을 조사하는 광원; 일정한 속도로 회전하며 상기 광원으로부터 조사되는 레이저광과 상기 피검사물로부터 반사되는 레이저광을 편향시키는 회전경; 상기 회전경으로부터 편향된 레이저광을 상기 피검사물의 표면에 수직으로 입사시키고, 상기 회전경의 회전각도에 따라 이동하는 레이저광을 상기 피검사물의 표면을 따라 직선으로 이동시켜 상기 피검사물의 표면을 스캔하며, 상기 스캔된 피검사물에서 반사되는 레이저광을 수렴시키는 텔레센트릭 F-Theta 렌즈; 상기 피검사물에서 반사되어 상기 회전경으로부터 편향된 레이저광을 수신하여, 수신된 레이저광의 편향된 정도를 측정하는 광 위치측정센서; 및 상기 광원의 레이저광을 상기 회전경으로 반사시키고, 상기 피검사물에서 반사되어 상기 회전경으로부터 편향된 레이저광을 투과시켜 상기 광 위치측정센서로 입사되도록 하는 반반사경;으로 구성되는 것을 특징으로 한다. The three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention for achieving the above object, the light source for irradiating the laser light to the surface of the object to be measured the shape of the three-dimensional surface; A rotating mirror which rotates at a constant speed and deflects the laser light irradiated from the light source and the laser light reflected from the inspected object; The laser beam deflected from the rotating mirror is incident on the surface of the inspected object vertically, and the laser beam moving according to the rotation angle of the rotating mirror is moved along the surface of the inspected object in a straight line to scan the surface of the inspected object. A telecentric F-Theta lens for converging laser light reflected from the scanned object; An optical position sensor for receiving a laser beam reflected from the inspected object and deflected from the rotating mirror to measure a deflection degree of the received laser beam; And a semi-reflective mirror which reflects the laser light of the light source to the rotation mirror, and is reflected from the inspected object to transmit the laser beam deflected from the rotation mirror to be incident to the optical position sensor.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치는, 상기 피검사물을 측정위치로 로딩하기 위한 로딩부; 상기 로딩부에 장착된 상기 피검사물을 정렬하는 스테이지; 상기 로딩부에 장착된 상기 피검사물의 전체 모습을 촬영하는 카메라; 및 상기 피검사물의 높이와 수평도를 측정하는 거리측정기;를 더 포함함으로써, 소형화된 하나의 장치로 3차원 표면 형상을 측정할 수 있다.In addition, the three-dimensional surface shape measurement apparatus according to the present invention, the loading unit for loading the test object to the measurement position; A stage for aligning the inspected object mounted to the loading unit; A camera for photographing the entire state of the inspected object mounted on the loading unit; And a distance measuring device for measuring the height and the horizontality of the inspected object, by measuring the three-dimensional surface shape with one miniaturized device.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치는, 상기 광 위치측정센서가 입사되는 레이저광을 측정할 시점을 포착하여 상기 광 위치측정센서의 광 위치측정 시점의 동기를 제어하는 동기센서;를 더 포함함으로써 유효한 데이터만을 수집할 수 있도록 하여 측정 속도를 향상시키고 데이터 저장효율을 높일 수 있다. In addition, the three-dimensional surface shape measurement apparatus according to the present invention, a synchronization sensor for controlling the synchronization of the optical position measurement time of the optical position measurement sensor by capturing the time point to measure the laser light incident the optical position measurement sensor; By including it, it is possible to collect only valid data, thereby improving measurement speed and increasing data storage efficiency.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법은, 피검사물을 로딩부에 로딩하는 단계; 상기 로딩된 피검사물의 전체 모습을 촬영하는 단계; 상기 피검사물의 검사 위치로 상기 로딩부를 정렬하는 단계; 상기 정렬된 피검사물의 3차원 표면을 측정하는 단계; 상기 측정된 피검사물의 3차원 표면 데이터를 수집 및 저장하 는 단계; 상기 저장된 데이터를 분석하는 단계; 및 상기 분석된 데이터에 따라 상기 피검사물의 3차원 표면 형상을 디스플레이하는 단계;로 이루어짐으로써 최적화된 3차원 표면 측정 방법을 제공한다. In addition, the three-dimensional surface shape measurement method according to the invention, the step of loading the inspection object to the loading unit; Photographing the entire state of the loaded test object; Aligning the loading unit with a test position of the test object; Measuring a three-dimensional surface of the aligned test object; Collecting and storing three-dimensional surface data of the measured object; Analyzing the stored data; And displaying a three-dimensional surface shape of the inspected object according to the analyzed data.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법은, 상기 정렬된 피검사물의 3차원 표면을 측정하기 전에, 상기 피검사물의 수평도를 측정하는 단계; 상기 측정된 수평도에 따라 상기 피검사물의 수평을 조정하는 단계; 상기 수평이 조정된 피검사물에 대해 초기 스캐닝을 수행하는 단계; 및 상기 초기 스캐닝 결과에 따라 상기 피검사물의 위치를 정밀하게 조정하는 단계;로 이루어지는 초기화과정을 더 수행하도록 함으로써, 더욱 정밀한 측정이 가능하도록 함이 바람직하다. In addition, the three-dimensional surface shape measurement method according to the invention, before measuring the three-dimensional surface of the aligned inspection object, measuring the horizontal degree of the inspection object; Adjusting the horizontal level of the inspected object according to the measured horizontality; Performing initial scanning on the horizontally adjusted inspected object; And precisely adjusting the position of the inspected object according to the initial scanning result. Further, the initialization process may be performed, thereby enabling more accurate measurement.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템은, 3차원 표면의 형상이 측정될 피검사물의 표면에 레이저광을 조사하는 광원과, 일정한 속도로 회전하며 상기 광원으로부터 조사되는 레이저광과 상기 피검사물로부터 반사되는 레이저광을 편향시키는 회전경과, 상기 회전경으로부터 편향된 레이저광을 상기 피검사물의 표면에 수직으로 입사시키고, 상기 회전경의 회전각도에 따라 이동하는 레이저광 스폿을 상기 피검사물의 표면을 따라 직선으로 이동시켜 상기 피검사물의 표면을 스캔하며, 상기 스캔된 피검사물에서 반사되는 레이저광을 수렴시키는 텔레센트릭 F-Theta 렌즈와, 상기 피검사물에서 반사되어 상기 회전경으로부터 편향된 레이저광을 수신하여, 수신된 레이저광의 편향된 정도를 측정하는 광 위치측정센서와, 상기 광원의 레이저광을 상기 회전경으로 반사시키고, 상기 피검사물에서 반사되어 상기 회전경으로부터 편향된 레이저광을 투과시켜 상기 광 위치측정센서로 입사되도록 하는 반반사경을 포함하는 광학부; 상기 피검사물을 측정위치로 로딩하기 위한 로딩부와, 상기 로딩부에 장착된 상기 피검사물을 정렬하는 스테이지와, 상기 로딩부에 장착된 상기 피검사물의 전체 모습을 촬영하는 카메라와, 상기 피검사물의 수평도를 측정하는 거리측정기를 포함하는 조정부; 및 상기 로딩부 및 상기 스테이지의 구동을 제어하는 모션보드와, 상기 광학부로부터 고속으로 측정되는 데이터를 저장하는 DAQ와, 상기 DAQ로부터 인가되는 데이터를 저장하는 저장부와, 상기 광학부, 조정부, 모션보드, DAQ 및 저장부의 동작을 제어하는 제어연산부를 포함하는 중앙처리부;로 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention, the light source for irradiating the laser light to the surface of the object to be measured the shape of the three-dimensional surface, the laser light irradiated from the light source and rotated at a constant speed and the test object The rotating mirror for deflecting the laser beam reflected from the object and the laser beam spot which is deflected from the rotating mirror perpendicularly to the surface of the inspected object, and moves according to the rotation angle of the rotating mirror, the surface of the inspected object. A telecentric F-Theta lens which scans the surface of the inspection object by moving in a straight line and converges laser light reflected from the scanned inspection object, and a laser beam reflected from the inspection object and deflected from the rotation mirror; And a light position sensor for measuring a deflection degree of the received laser light, and a laser of the light source. And the reflection time in the foreground, is reflected by the inspected object optical part including a half mirror, which was transmitted through the deflected laser beam from the rotating view to be incident to the optical position sensor; A loading unit for loading the inspected object to a measurement position, a stage for aligning the inspected object mounted on the loading unit, a camera for photographing the entire state of the inspected object mounted on the loading unit, and the inspected object An adjusting unit including a range finder for measuring a horizontal level of the; And a motion board for controlling driving of the loading unit and the stage, a DAQ storing data measured at high speed from the optical unit, a storage unit storing data applied from the DAQ, the optical unit, an adjusting unit, And a central processing unit including a control operation unit for controlling the operation of the motion board, the DAQ, and the storage unit.
이때, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템은, 상기 광 위치측정센서가 입사되는 레이저광을 측정할 시점을 포착하여 상기 광 위치측정센서의 광 위치측정 시점의 동기를 제어하는 동기센서;를 더 포함함으로써 유효한 데이터만을 수집할 수 있도록 하여 측정 속도를 향상시키고 데이터 저장효율을 높일 수 있다. At this time, the three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention, the synchronization sensor for capturing the point of time to measure the laser light incident by the optical position measurement sensor to control the synchronization of the optical position measurement time of the optical position measurement sensor; By including it, it is possible to collect only valid data, thereby improving measurement speed and increasing data storage efficiency.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템의 상기 스테이지는, 상기 로딩부를 전후, 좌우, 상하로 이동시켜 상기 피검사물의 검사위치를 정렬하는 XYZ 스테이지와, 상기 로딩부의 기울기를 조정하여 상기 피검사물의 검사위치의 기울기를 수평하게 조정하는 Tilt 스테이지와, 상기 로딩부를 회전시켜 상기 피검사물의 검사위치를 정렬하는 Rotation 스테이지로 구성되는 6축 스테이지인 것을 특징으로 한다. In addition, the stage of the three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention, the XYZ stage to align the inspection position of the inspection object by moving the loading portion back and forth, left and right, up and down, and by adjusting the inclination of the loading portion And a six-axis stage including a tilt stage for horizontally adjusting the inclination of the inspection position of the object and a rotation stage for aligning the inspection position of the inspected object by rotating the loading unit.
상술한 바와 같이 본 발명은 텔레센트릭 F-Theta렌즈를 3차원 표면 형상 측정 장치의 렌즈로 사용함으로써 피검사물에 수직으로 포커싱하면서도 등간격의 직선 스캔이 가능한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the telecentric F-Theta lens is used as the lens of the three-dimensional surface shape measuring apparatus, and thus the linear scans at equal intervals can be performed while vertically focusing on the inspected object.
또한, 본 발명은 텔레센트릭 F-Theta렌즈를 3차원 표면 형상 측정 장치의 스캐닝 렌즈로 사용함으로써 측정 장치와 피검사물 사이의 측정거리를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 측정 장치의 크기를 소형화할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention can minimize the measurement distance between the measuring device and the inspected object by using the telecentric F-Theta lens as the scanning lens of the three-dimensional surface shape measuring device, thereby miniaturizing the size of the measuring device. There is an advantage to that.
뿐만 아니라, 본 발명은 고속 회전경을 사용함으로써 스캐닝의 등속성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has an advantage of improving the constant speed of scanning by using a high-speed rotating mirror.
또한, 본 발명은 고속 회전경 및 DAQ를 사용함으로써 피검사물의 표면 측정 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that can significantly improve the surface measurement speed of the inspection object by using a high-speed rotary mirror and DAQ.
또한, 본 발명은 종래의 측정장치에서 제공하는 측정영역에 대하여 상대적으로 넓은 영역을 측정하면서도 분해능이 높은 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템을 제공함으로써, 해당 기능에 대한 수요자의 욕구에 부응할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention provides a device and method for measuring a relatively wide area with respect to a measurement area provided by a conventional measuring device and having a high resolution, and a system thereof, thereby satisfying the needs of the user for the function. It can work.
또한, 본 발명은 3차원 표면 형상 측정 장치를 하나의 모듈로 구현함으로써 다양한 작업환경에서도 적용이 가능한 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that can be applied in a variety of working environment by implementing the three-dimensional surface shape measuring apparatus as a single module.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일 한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same components in the drawings represent the same numerals wherever possible. Specific details are set forth in the following description, which is provided to provide a more thorough understanding of the present invention. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 광학부의 주요 구성도로서, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 광학적 측정원리를 상세히 설명한다. First, FIG. 1 is a main configuration diagram of an optical unit of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 1, the optical measuring principle of the three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention will be described in detail.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 광학부는 광원(141)과, 반반사경(143)과, 회전경(145)과, 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147) 및 광 위치측정센서(149)로 구성된다. 또한, 상기 광원(141)으로부터의 광원을 필요한 형태의 광선으로 조정하는 광확산기(142)를 더 구비할 수 있다.As shown, the optical portion of the three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention, the
상기 광원(141)은 3차원 표면의 형상이 측정될 피검사물의 표면에 레이저광을 조사한다. 상기 광원(141)은 피검사물에 맺히는 초점의 크기를 최소화하기 위해서 평행광이고 단색광인 특성을 갖는 레이저광을 이용한다. 특히, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 상기 광원(141)은 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147)를 사용하여 피검사물의 형상을 측정함으로써, 피검사물과 장치간의 레이저 광선의 포커싱을 위해 필요한 거리를 최소화할 수 있으므로 전체적인 장비의 크기를 최소화할 수 있다. The
상기 반반사경(143)은 상기 광원(141)의 레이저광을 상기 회전경(145)으로 반사시키고, 상기 피검사물에서 반사된 레이저광을 투과시켜 상기 광 위치측정센서(149)로 입사되도록 한다. The
상기 회전경(145)은 일정한 속도로 회전하며 상기 광원(141)으로부터 조사되는 레이저광과 상기 피검사물로부터 반사되는 레이저광을 편향시킨다. 특히, 본 발명에 따른 상기 회전경(145)은 등속 및 고속으로 회전함으로써 피검사물의 측정을 고속으로 수행할 수 있도록 한다. 따라서 상기 회전경(145)는 등속성 및 운용의 편리성과 스캐닝 광속의 집중성이 좋은 회전 단면경을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 회전경(145)의 등속 및 고속 회전을 위하여 서보모터를 사용하는 것이 바람직하며, 갈바노스캐너(Galvano scanner)나, 폴리곤(Polygon, 회전다면경) 등이 사용될 수도 있다. The
상기 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147)는 상기 회전경(145)으로부터 편향된 레이저광을 상기 피검사물의 표면에 수직으로 입사시키고, 상기 회전경(145)의 회전각도에 따라 이동하는 레이저광을 상기 피검사물의 표면을 따라 직선으로 이동시켜 상기 피검사물의 표면을 스캔하며, 상기 스캔된 피검사물에서 반사되는 레이저광을 수렴시킨다. 특히, 본 발명에 따른 상기 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147)는 레이저광을 피검사물에 입사시킬 때 수직으로 입사시킴으로써, 피검사물에서 반사되는 반사광을 동일한 경로로 수렴하도록 한다.The telecentric F-
특히, 상기 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147)의 측정면 수직입사 특성에 따라 부가적인 렌즈계의 사용이 필요치 않으므로 물체측 렌즈와 피검사물의 거리를 최소화 할 수 있다. 또한, 상기 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147)의 등속직선주사 특성에 따라 스캐닝에 의해 측정된 데이터의 오프셋을 보정할 필요가 없으므로 고속의 데이터 스캐닝에 대응하여 고속으로 데이터 저장 및 분석이 가능하다. In particular, since the use of an additional lens system is not necessary according to the measurement plane vertical incidence characteristic of the telecentric F-
상기 텔레센트릭 F-Theta렌즈(147)는 일반적으로 레이저 마킹기나 레이저 프린터등의 장치에서 주로 쓰이는 렌즈로서, 종래의 용도가 입사 또는 출사의 한 방향으로 레이저 광선을 조사하는 것과 달리 본 발명에서는 입사와 출사를 모두 동일한 광학계에서 처리하면서 피검사물의 표면 형상을 측정하는 용도로 사용한다.The telecentric F-
상기 광 위치측정센서(149)는 상기 피검사물에서 반사된 레이저광을 수신하여, 수신된 레이저광의 편향된 정도를 측정하는 감지센서로서, 4분할 디텍터(Detector) 또는 어레이 이미지 센서(Array image sensor) 등이 사용될 수 있다. 이하의 설명에서는 4분할 디텍터가 주로 사용될 것이며, 4분할 디텍터는 4분할된 각각의 섹터에서 감지되는 광량에 대응하는 전압신호를 발생시키며, 발생된 전압신호는 이후 4분할 디텍터에 감지된 광선의 중심 위치를 계산하고, 이에 따라 피검사물의 표면의 형상을 분석하는데 사용된다. The
도 2는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 상판의 사시도로서, 도 1의 광학부가 장치 내에서 각각의 기능을 수행하기 위해 상판에 장착된 모습을 나타낸 것이다. 특히 도 2를 참조하면, 회전경(145)은 등속 및 고속 회전을 위하여 서보모터(123)에 의하여 회전될 수 있도록 장착된다. Figure 2 is a perspective view of the top plate of the three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention, showing the optical portion of Figure 1 mounted on the top plate to perform each function in the device. In particular, referring to Figure 2, the
한편, 참조번호 111은 카메라 모듈로서 3차원 표면 형상을 측정할 피검사물의 전체 모습을 촬영하는데 사용된다. 상기 카메라 모듈(111)로 촬영된 피검사물의 전체 영상으로부터 사용자가 측정할 부분을 선택하게 된다. On the other hand,
참조번호 113은 거리측정기로서 광학부와 피검사물간의 거리를 측정함으로써 피검사물의 높이 및 수평을 조절하기 위하여 사용되며, 레이저 거리측정기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 거리측정기(113)에 의하여 광학부와 피검사물간의 거리가 측정되면, 기 설정된 거리가 되도록 피검사물의 높이가 조정된다.
참조번호 112는 반사경으로서 3차원 표면 형상을 측정할 피검사물이 도 2의 상판의 하부에 로딩되므로, 상기 카메라 모듈(111)이 장착된 위치로부터 상기 피검사물의 전체 영상을 촬영할 수 있도록 피검사물의 영상을 비롯한 카메라 모듈(111)의 조명을 반사시키기 위하여 사용된다.
상기 카메라 모듈(111)과 거리측정기(113)를 이용한 피검사물의 전체 영상 촬영 및 거리측정에 따른 수평조절에 대해서는 하기에서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명할 본 발명에 따른 3차원 표면 측정 시스템 및 방법에서 다시 상세히 설명하기로 한다.3D surface measurement system according to the present invention will be described with reference to Figures 6 and 7 for the horizontal adjustment according to the entire image shooting and the distance measurement of the inspected object using the
도 3은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 내부 사시도로서, 도 2의 상판이 장착되고, 피검사물의 3차원 표면 형상을 측정하기 위해 필요한 조정부 및 보조요소가 결합된 3차원 표면 형상 측정 장치의 전체적인 모습을 나타낸 것이다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 외부 사시도로서, 도 3의 3차원 표면 형상 측정 장치가 실제 산업현장에서 사용되기 위하여 커버링된 모습을 나타낸 것으로, 참조번호 20은 피검사물의 측정을 위하여 로딩부(121)에 로딩할 시 개방되는 커버(20)를 지시한 것이다.Figure 3 is an internal perspective view of the three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention, the top plate of Figure 2 is mounted, the three-dimensional surface shape measurement combined with the necessary adjustment and auxiliary elements for measuring the three-dimensional surface shape of the inspection object The overall appearance of the device is shown. In addition, Figure 4 is an external perspective view of the three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention, showing a state in which the three-dimensional surface shape measuring apparatus of Figure 3 is covered for use in an actual industrial site,
먼저, 도 3을 참조하면, 앞서 상술한 상판(100)은 장치의 거치대 위에 고정되고, 그 하부에 로딩부(121), X축 스테이지(131a), Y축 스테이지(131b), Z축 스테이지(131c), 좌우 Tilt 스테이지(133a), 전후 Tilt 스테이지(133b), Rotation 스테이지(135)로 구성되는 조정부가 장착된다. 상기 도 2에서 설명한 상기 카메라 모듈(111)과 거리측정기(113)는 그 기능상 상기 조정부에 포함된다. First, referring to FIG. 3, the
상기 조정부는 피검사물을 이동-회전시킴으로써 광학부가 피검사물을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 정확한 측정위치로 정렬하는 기능을 수행한다. 이를 위하여 상기 조정부는 피검사물을 측정위치에 삽입 및 인출시키고, 피검사물의 위치를 정위치로 정렬시키며, 사용자에게 피검사물의 전체 영상을 제공하여 사용자로 하여금 측정위치를 선택할 수 있도록 한다. The adjusting unit performs a function of aligning the correct object to an accurate measurement position by moving and rotating the inspected object so that the optical unit can measure the inspected object more accurately. To this end, the adjusting unit inserts and withdraws the test object into the measurement position, aligns the position of the test object to the correct position, and provides the user with the entire image of the test object so that the user can select the measurement position.
또한, 상기 조정부는 1차로 정렬된 위치에서 광학부가 스캔할 수 있는 3차원 표면 형상은 하나의 직선 영역에 한정되므로, 피검사물을 이동시킴으로써 인접한 직선의 스캔영역으로 정렬하는 역할을 수행한다. 뿐만 아니라, 상기 조정부는 사용자가 피검사물의 전체 영상으로부터 다수의 측정위치를 선택한 경우에 있어서 하나의 측정위치에서의 스캔작업이 완료되면, 그 다음의 측정위치로 이동하여 피검사물의 위치를 정위치로 정렬시키는 기능도 수행한다.In addition, since the three-dimensional surface shape that the optical unit can scan in the primary alignment position is limited to one linear region, the adjusting unit serves to align the adjacent linear scan region by moving the inspected object. In addition, when the user selects a plurality of measurement positions from the entire image of the inspected object, when the scanning operation at one measuring position is completed, the adjusting unit moves to the next measuring position to move the position of the inspected object to the correct position. It also performs the sorting function.
상기 로딩부(121)는 3차원 표면 형상을 측정할 피검사물이 로딩되는 부분으로서, 피검사물의 로딩시에 도 4에 도시된 커버(20)가 개방되고, 개방된 부분을 통하여 피검사물이 로딩된다. 피검사물이 상기 로딩부(121)에 로딩되면, 커버(20)가 닫히고, 피검사물은 X축 스테이지(131a)를 따라 광학부(100) 하부의 지정된 측정 위치로 이동한다. The
이어, 상기 X축 스테이지(131a)를 비롯한 Y축 스테이지(131b), Z축 스테이지(131c), 좌우 Tilt 스테이지(133a), 전후 Tilt 스테이지(133b), Rotation 스테이지(135)로 구성되는 6축 스테이지의 조정을 통하여 피검사물의 위치가 사용자가 지정한 측정위치로 정렬된다. 상기 거리측정기(113)에 의하여 광학부와 피검사물간의 거리가 측정되면, Z축 스테이지(131c)에 의하여 기 설정된 거리가 되도록 피검사물의 높이가 조정된다.Subsequently, the six-axis stage including the Y-
상기 6축 스테이지에 의한 피검사물의 측정위치 정렬에 대해서는 하기에서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명되는 본 발명에 따른 3차원 표면 측정 시스템 및 방법에서 다시 상세히 설명하기로 한다.Alignment of the measurement position of the inspection object by the six-axis stage will be described in detail later in the three-dimensional surface measurement system and method according to the present invention described with reference to FIGS. 6 and 7.
한편, 상기 광학부 및 조정부는 정밀한 측정을 위하여 외부로부터의 진동이나 충격으로부터 영향을 받지 않도록 제진 테이블(30) 상에 장착된다. 상기 제진 테이블(30)은 석정반 등으로 제작될 수 있으며, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치가 장착되는 테이블로서, 3차원 표면 형상 측정 장치가 안정적으로 장착될 수 있도록 장치의 중량 대비 무거운 재질의 평판으로 구성된다.On the other hand, the optical unit and the adjustment unit is mounted on the vibration damping table 30 so as not to be affected by vibration or shock from the outside for precise measurement. The vibration damping table 30 may be manufactured by a stone tablet, etc., and is a table on which a three-dimensional surface shape measuring device according to the present invention is mounted. It consists of a plate of material.
상기 아이솔레이터(40)는 3차원 표면 형상 측정 장치가 직접적으로 장착되는 제진 테이블(30)이 하부프레임(50)에 안정적으로 장착되도록 함과 동시에 주변 환경으로부터의 진동이나 흔들림에 영향을 받지 않고 안착될 수 있도록 진동이나 흔들림을 흡수하는 역할을 수행한다..The
도 5는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템의 사시도로서, 도시된 바와 같이 3차원 표면 형상 측정 장치로부터 측정된 피검사물의 3차원 표면 형상 측정 데이터는 최종적으로 PC 또는 서버 형태의 중앙처리부로 저장되고, 중앙처리부에서 분석 및 재구성되어 표시장치(117)로 디스플레이 됨으로써 사용자에게 그 측정 결과를 제공한다. 상기 표시장치(117)를 통해 제공되는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 결과의 일례를 도 12에 나타내었다. 5 is a perspective view of a three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention, the three-dimensional surface shape measurement data of the test object measured from the three-dimensional surface shape measurement apparatus as shown in the end to the central processing unit of the PC or server form The data is stored, analyzed, reconstructed by the central processing unit, and displayed on the
한편, 참조번호 115는 사용자 입력장치를 나타낸 것으로, 사용자는 상기 입력장치(115)를 통하여 필요한 측정 결과를 요구하거나, 해당 측정 결과를 얻기 위해 측정 단계에서의 다양한 요구를 설정할 수 있다.On the other hand,
이하 도 6 및 도 7을 참조하여, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템의 상세한 내부 구성부와 각각의 구성부가 수행하는 동작을 살펴봄으로써 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법을 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명에 다른 3차원 표면 형상 측정 시스템의 블록 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법을 나타낸 제어 흐름도이다. 6 and 7, the method of measuring the three-dimensional surface shape according to the present invention by looking at the detailed internal components and the operations performed by the respective components of the three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention as described above. Will be described in detail. Figure 6 is a block diagram of a three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention, Figure 7 is a control flowchart showing a three-dimensional surface shape measurement method according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템은, 피검사물을 로딩하는 로딩장치(121)와, 상기 로딩장치(121)에 로딩된 피검사물을 측정할 위치로 이동시키고 정위치로 정렬하는 6축 스테이지(130)와, 상기 로딩장치(121) 및 상기 6축 스테이지(130)의 동작을 제어하는 모션보드(120)를 포함한다. 상기 모션보드(120)는 광학부(100)의 회전경을 등속 및 고속으로 회전시키는 서보모터(123)의 동작도 제어한다. As shown, the three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention, the
상기 모션보드(120)는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템에서 물 리적인 움직임을 수행하는 모든 구성요소에 대한 동작을 제어하는 기능을 수행하는 부분으로서, 시스템의 전체적인 효율을 고려하여 각 구성요소에 대하여 전기적 신호를 데이터로 변환하여 저장하고, 데이터를 분석하는 기능을 수행하는 제어연산부(110)와 별도로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 모션보드(120)는 상기 제어연산부(110)의 제어를 받는다.The
상기 제어연산부(110)는 상기 모션보드(120)를 제어하여 로딩장치(121) 및 6축 스테이지(130)를 구동시킴으로써 피검사물이 측정위치에 정렬하도록 한다. The
또한, 상기 제어연산부(110)는 카메라(111)와 레이저 거리측정기(113)를 제어하여 피검사물의 전체 영상과 거리를 측정하도록 하며, 촬영된 전체 영상을 표시장치(117)를 통해 사용자에게 제공하며, 사용자의 측정위치 선택을 입력장치(115)를 통하여 입력받아 저장장치(150)에 저장한다. 그리고 상기 제어연산부(110)는 거리측정기(113)로부터 측정된 거리에 따라 상기 모션보드(120)를 제어하여 피검사물의 수평을 조절한다. In addition, the
또한, 상기 제어연산부(110)는 광원(141)을 제어하여 광학부(140)가 피검사물의 3차원 표면 형상을 측정하도록 하며, DAQ(130)를 제어하여 광 위치 측정센서(149)로부터 발생하는 전압신호를 저장장치(150)에 저장하도록 한다. 이때, 상기 제어연산부(110)는 동기센서(119)를 제어하여 상기 광 위치 측정센서(149)가 피검사물의 표면 스캐닝 데이터만을 감지하도록 한다. 이에 따라 DAQ(130)가 유효한 데이터만을 수집하여 저장할 수 있도록 하여 측정 속도를 향상시키고 데이터 저장효율을 높인다. In addition, the
또한, 상기 제어연산부(110)는 상기 회전경(145)에 의해 피검사물의 표면이 스캔되는 구간에 상기 광 위치 측정센서(149)로부터 인가되는 전압신호를 임시버퍼에 저장하고, 상기 회전경(145)이 피검사물의 표면을 스캔하지 않는 구간에 임시버퍼에 저장되어 있는 전압신호를 저장장치(150)에 저장하도록 상기 DAQ(130)를 제어함으로써, 데이터 측정 및 저장에 있어서 시간적 효율을 더욱 높일 수 있다.In addition, the
한편, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치에서 사용되는 회전경(145)으로 회전 단면경이 사용되는 경우에는, 광선을 스캐닝 하는 구간(시간) 대비 그렇지 않은 구간(시간)의 비가 갈바노스캐너나 회전다면경보다 상대적으로 길다는 단점을 갖게 되므로, 전술한 등속 및 고속의 서보모터(123)와 더불어 상기 동기센서(119)의 사용이 매우 효율적이다.On the other hand, when the rotary cross-sectional mirror is used as the
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치에서는 측정시간을 최소화하기 위하여 고속 회전경(145)를 사용하기 때문에 광 위치 측정센서(149)가 짧은 시간에 반응한다. 따라서 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법에 따라 측정된 데이터는 고속 데이터 수집장치인 DAQ(130)를 통하여 저장장치(150)에 저장된다. 특히, 본 발명에 다른 3차원 표면 형상 측정 방법에서는 DAQ(130)가 스캔시마다 측정된 데이터를 파일 형태로 저장함으로써 저장장치(150)의 메모리 효율을 높일 수 있도록 한다. DAQ(130)를 통해 얻어지는 대량의 데이터는 분리되어 다양한 정보를 가진 형태로 분석 및 표현을 위해 저장된다.As described above, in the three-dimensional surface shape measurement apparatus according to the present invention, since the high-speed
한편, 측정된 데이터는 저장장치(150)에 1차 저장된 후, 제어연산부(110)가 저장된 값을 호출하여 분석할 수도 있고, 저장과 동시에 분석을 수행할 수도 있다. 또한, 분석된 결과값은 저장장치(150)에 저장되며, 기 설정된 사용자의 요청 및 추가적인 요청에 따라 표시장치(117)에 해당 결과를 디스플레이 한다.Meanwhile, after the measured data is first stored in the
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법을 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정을 위하여 도 6의 제어연산부(110)에서 수행되는 제어과정을 순차적으로 도시한 것이다. Next, the method of measuring the three-dimensional surface shape according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 7 sequentially illustrates a control process performed by the
먼저, S01단계에서 로딩장치(121)를 통해 피검사물을 로딩하고, S03단계에서 카메라(111)를 제어하여 피검사물의 전체 영상을 촬영한다. 이어, S03단계에서 촬영된 피검사물의 전체 영상을 표시장치(117)에 디스플레이 하고 S05단계에서 사용자의 측정영역 선택 입력이 있는지 판단한다. 사용자는 표시장치(117)를 통해 S08단계의 제어연산부(110)의 측정영역선택 요청에 응답하여 입력장치(115)를 통하여 측정영역을 선택하게 된다.First, the test object is loaded through the
상기 S07단계의 측정영역 선택이 완료되면 상기 제어연산부(110)는 모션보드(120)를 제어하여 6축 스테이지(130)가 피검사물을 검사위치로 정렬하도록 하고, S11단계로 진행하여 초기화 여부를 판단한다. 상기 S11단계의 초기화 여부 판단은 3차원 표면 형상 측정의 정밀도를 향상시키기 위한 과정을 수행할 시, 불필요한 초기화 과정은 생략하기 위한 것이다. When the selection of the measurement area in step S07 is completed, the
정밀한 데이터를 얻기 위해서는 광원(141)으로부터의 레이저광이 피검사물에 입사 후 반사되어 광 위치 측정센서(149)에 수신되었을 때 레이저광의 포커싱 정도와 기울기가 매우 중요하다. 따라서 광 위치 측정센서(149)에서 측정되는 데이터를 분석하고 거리측정기(113)를 사용하여 피검사물의 기울기와 높이를 정밀하게 자동 제어하는 과정이 필요하다. In order to obtain precise data, the degree of focusing and the tilt of the laser light are very important when the laser light from the
상기와 같은 이유로 상기 제어연산부(110)는 S13단계에서 피검사물의 수평도를 측정하기 위하여 거리측정기(113)를 제어하고, S15단계에서 거리측정기(113)로부터 측정된 거리에 따라 피검사물의 수평을 조절하도록 관련 구성요소를 제어한다. 이어, 상기 제어연산부(110)는 S17단계에서 광학부(140)를 제어하여 초기 스캐닝을 수행하고, 그 결과에 따라 S19단계에서 최종적인 정밀 조정을 수행한다. For the same reason as above, the
한편, 제어연산부(110)는 전술한 S13 내지 S19단계의 초기화 단계를 동일한 측정위치에서 스캐닝 라인만을 이동하는 경우나 동일한 피검사물의 다른 위치의 검사영역에 대하여 측정을 수행하는 경우에는 수행하지 않음으로써, 불필요한 초기화 단계의 수행에 따른 측정시간의 지연을 방지한다.On the other hand, the
초기화 단계가 완료되면, 상기 제어연산부(110)는 S21단계에서 3차원 표면을 측정하고, S23단계에서 측정된 3차원 데이터를 수집 및 저장하며, S25단계에서 측정영역이 모두 측정되면 S27 내지 S31단계에서 저장된 데이터를 분석하고, 3차원 표면 형상 정보로 재구성하여 디스플레이한다. 상기 제어연산부(110)는 S25단계에서 측정영역이 끝나지 않았거나, S33단계에서 다른 측정영역이 등록되어 있는 경우에는 S26단계로 진행하여 스캔위치를 이동시켜 S21단계의 3차원 표면 측정 단계를 지속적으로 수행한다. When the initialization step is completed, the
전술한 바와 같이, 피검사물의 측정 결과는 광 위치측정센서(149, PSD)의 전압값으로 변환되어 DAQ(130)를 통해 수집되고 저장장치(150, HDD)에 저장된다. 이렇게 저장된 데이터는 측정이 완료된 이후 다시 읽어 들일 수 있는데, 이 읽어 들 인 값을 통하여 최종적으로 피검사물의 3차원 높이 정보를 복원하게 된다.As described above, the measurement result of the test object is converted into voltage values of the
3차원 표면 형상을 갖는 피검사물의 표면은 3차원 높이함수를 갖는 것으로 간주할 수 있으며, 3차원 높이 함수를 z=f(x,y) 로 정의한다면 표면의 기울기는 높이의 미분함수로서 하기의 수학식1과 같이 정의할 수 있다.The surface of an object having a three-dimensional surface shape may be regarded as having a three-dimensional height function. If the three-dimensional height function is defined as z = f (x, y), the slope of the surface may be defined as a derivative of height. It can be defined as
또한 피검사물에 입사한 레이저 광선은 시험물의 기울기 함수에 따라 그 2배의 각도로 반사하므로, 반사광선의 진행 경로길이를 l 로 정의하면, 반사각도와 l의 배수만큼 광선의 위치를 이동시키게 된다. 따라서 광 위치 측정 센서에 측정되는 반사광의 위치는 하기의 수학식2와 같이 산출될 수 있다.In addition, thereby moving the position of a laser beam is twice as if it reflected at an angle, defining a travel path length of the reflected light by the line l, the multiple of the angle of reflection of the light to help l in accordance with the test water gradient function incident on the inspected object. Therefore, the position of the reflected light measured by the optical position measuring sensor may be calculated as in
통상적으로 광 위치 측정 센서로 쓰이는 4분할 디텍터(Detector)의 경우, 4개로 분할된 광 센서가 존재하며, 각각의 분할영역(이하, "섹터"라 함)에 도달한 광선의 광량을 서로 비교하여 광선의 위치를 산출하게 되는데, 각각의 영역에 도달한 광선의 광량을 A, B, C, D로 정의하고 광 위치 측정 센서의 반경을 R로 정의한다면 하기의 수학식3과 같이 산출될 수 있다.In the case of a quadrant detector commonly used as an optical position sensor, there are four divided optical sensors, and the amount of light that reaches each divided region (hereinafter referred to as “sector”) is compared with each other. The position of the light beam is calculated. If the light quantity of the light beam reaching each region is defined as A, B, C, and D, and the radius of the light position measuring sensor is defined as R, it may be calculated as in
DAQ(130)로 수집되고 저장되는 데이터는 바로 A, B, C, D에 비례하는 전압값으로서, 제어연산부(110)는 저장된 A, B, C, D를 읽어들여 피검사물의 3차원 형상인 z를 재구성하는 것으로서 상기의 식을 하기의 수학식 4와 같은 역연산 과정을 거처 얻어질 수 있다.The data collected and stored by the
여기에서 Cy(x)는 적분 상수의 함수로서, 특정 x 좌표에서의 y 방향 높이 함수와 인접한 x 좌표에서의 y 방향 높이 함수의 연결을 위해 도입되었다.Here Cy (x) is introduced as a function of the integral constant for the concatenation of the y-direction height function at a specific x coordinate and the y-direction height function at an adjacent x coordinate.
이하, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 3차원 표면 형상 측정 데이터의 저장 및 분석과정에 대하여, 도 8 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a process of storing and analyzing three-dimensional surface shape measurement data according to the three-dimensional surface shape measurement method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 12.
도 8은 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 광 위치측정센서의 데이터 측정값 저장과정을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 광 위치측정센서의 광량 위치 산출과정을 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 표면의 기울기 산출과정을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 표면의 높이 산출과정을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a data storage value storage process of the optical position sensor according to the three-dimensional surface shape measurement method of the present invention, Figure 9 is a light quantity position of the optical position sensor according to the three-dimensional surface shape measurement method of the
광 위치 측정센서(149)에 도달한 반사광의 위치와 변위는 광 위치 측정센서(149)에 따라 변위산출방식이 서로 다르다. 따라서 본 발명의 상세한 설명에서는 통상적인 광 위치 측정센서(149)로 사용되는 4분할 디텍터(Detector)를 일례로 들어 설명한다.The position and the displacement of the reflected light reaching the
본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법에 따라 측정된 3차원 표면 형상 측정 데이터의 분석과정은 하기와 같은 과정들을 수행함으로써 이루어 질 수 있다.Analysis of the three-dimensional surface shape measurement data measured according to the three-dimensional surface shape measurement method according to the present invention may be performed by performing the following processes.
<1. 저장된 데이터 읽기><1. Read Stored Data>
이 과정은 측정단계에서 저장장치(150)에 저장된 데이터를 순서에 맞게 읽어 들이는 과정으로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 데이터는 각각 광 위치측정센서(PSD)의 4개의 섹터(A, B, C, D)를 각각 측정하는 4개 센서로부터 측정된 데이터로 나뉘어 지며, 다시 피검사물의 표면을 스캔한 순서에 따라 복수의 라인(Line)과 그 내부의 복수의 포인트(Point)로 구분할 수 있다. This process is a process of reading the data stored in the
예를 들어 20 X 20㎟ 의 피검사물 표면을 5,000 라인과 5,000 포인트로 나누었다면, 광 위치측정센서(PSD)의 섹터 각각이 25M 개의 데이터를 저장하며, 4개의 섹터이므로 총 100M 개의 데이터를 저장하게 되는데, 이를 순서에 맞게 읽어 들이 는 것이 분석 및 복원의 첫 번째 과정이다.For example, if the surface of an object of 20
<2. 광 위치측정센서(PSD) 위치값 산출><2. Optical Position Sensor (PSD) Position Value Calculation>
도 9에 도시된 바와 같이, 4개의 섹터값(A, B, C, D)을 읽어 들이고, 광선의 직경을 알고 있다면, 광선의 중심이 광 위치측정센서(PSD)의 상하-좌우 어느 위치에 도달하였는지를 산출할 수 있다.As shown in FIG. 9, if the four sector values A, B, C, and D are read and the diameter of the beam is known, the center of the beam is positioned at the top, bottom, left, and right positions of the optical position sensor PSD. It can be calculated whether it has reached.
광 위치측정센서(PSD)의 4개 섹터는 상하-좌우 방향으로 갈라져 있으므로, 만일 광선의 분포가 균일하다면 광선의 위치에 따라 광선이 위치한 방향의 섹터에서는 반대 방향에 비하여 상대적으로 더 많은 광량을 수신하게 되고, 결과적으로 더 큰 수치의 데이터를 갖게 된다. 그러므로, 상하-좌우 섹터에서의 광량의 차이를 비교함으로써 광선의 중심위치를 알 수 있다.Since the four sectors of the optical position sensor (PSD) are divided in the up, down, left and right directions, if the light distribution is uniform, the sector in the direction where the light beam is located according to the position of the light beam receives more light than the opposite direction. And as a result, you have a larger number of data. Therefore, the center position of the light beam can be known by comparing the difference in the amount of light in the up, down, left and right sectors.
다만 총 광량의 세기가 크다면 총 광량의 세기가 작은 경우에 비하여 광선의 위치가 동일하더라도 상하-좌우 광량의 차이는 총 광량의 세기기 큰 것에 비례하여 더욱 커지게 되므로, 이러한 현상에 의한 분석의 혼선을 방지하기 위하여, 상하-좌우 광량의 차이를 총 광량의 크기로 나누어 규격화한다.However, if the intensity of the total light amount is large, the difference in the up, down, left, and right light amounts becomes larger in proportion to the greater intensity of the total light amount, even if the positions of the light beams are the same as compared with the case where the total light intensity is small. In order to prevent crosstalk, the difference between the upper, lower, left, and right light amounts is divided by the size of the total light amounts and normalized.
아울러, 광선의 폭이 크다면 광선의 폭이 작은 경우에 비하여 광선의 위치가 동일하더라도 상하-좌우 광량의 차이는 광선의 폭이 큰 것에 반비례하여 오히려 작아지게 되므로, 이러한 현상에 의한 분석의 혼선을 방지하기 위하여, 상하-좌우 광량의 차이에 광선의 크기의 반을 곱하여 거리단위화 하며, 여기에 사용된 광선의 크기는 피검사물의 상태에 따라 변경되지 않으므로, 장치의 설정시에 측정하여 이 를 사용한다.In addition, if the width of the light beam is large, even if the position of the light beam is the same as compared with the light beam width, the difference in the amount of light up, down, left and right becomes smaller in inverse proportion to the width of the light beam. To prevent this, multiply the difference between the top, bottom, left, and right amounts of light by half the size of the beam, and the distance is used.The size of the beam used here does not change depending on the condition of the specimen. use.
결과적으로 하기의 수학식 5와 같이, 상하-좌우 광량의 차이에 총 광량을 나누고 광선의 크기의 반을 곱함으로써, 광선이 광 위치측정센서(PSD) 센서의 상하-좌우 어느 곳에 위치하고 있는지를 산출 할 수 있게 된다.As a result, as shown in
<3. 피검사물의 표면 기울기값 산출하기><3. Calculating the Surface Slope Value of the Subject>
광 위치측정센서(PSD)의 상하-좌우 위치값은 피검사물 표면의 국소 영역 기울기에 따라 변경되는 것이므로, 광 위치측정센서(PSD)의 상하-좌우 위치값을 알면 피검사물 표면의 국소 영역 기울기를 역산할 수 있다.Since the up-down, left-right position value of the optical position sensor PSD is changed according to the slope of the local region of the object under test, knowing the top-down, left-right position value of the optical position sensor PSD has a local area slope of the test object surface. Can be inverted.
예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이, 피검사물 표면에서부터 렌즈의 유효면까지의 거리가 ㅣ이고, 피검사물 표면의 국소 영역 기울기가 θ라면, 피검사물 표면에서 반사되는 반사광의 각도는 피검사물 표면의 국소 영역 기울기의 2배인 2θ가 되며, 그 반사각도로 렌즈의 유효면까지 진행하면 기울어지지 않은 반사광에 비하여 각도 2θ의 탄젠트 값인 tan(2θ)와 거리 l 의 곱인 tan(2θ)x l 만큼의 이격 거리를 갖는다. 따라서 하기의 수학식 6과 같이, θ가 매우 작은 각도일 경우에는 tan(2θ) x l ≒ 2θ x l 로 근사할 수 있다.For example, as shown in FIG. 10, if the distance from the surface of the object to the effective surface of the lens is l and the local area slope of the surface of the object is θ, the angle of the reflected light reflected from the surface of the object is determined. 2θ, which is twice the inclination of the local region of, and when the reflection angle proceeds to the effective surface of the lens, the separation distance of tan (2θ), the tangent of angle 2θ, and tan (2θ) xl, which is the product of the distance l, compared to the non-tilted reflected light. Has Therefore, as shown in Equation 6 below, when θ is a very small angle, tan (2θ) xl (2θ x l can be approximated.
이렇게 얻어지는 이격거리가 곧바로 광 위치측정센서(PSD) 측정 데이터로부터 산출되는 상하-좌우 위치와 같으므로, 거리의 2배인 2l을 상하-좌우 위치에 나누어 줌으로서, 피검사물표면의 국소 기울기값 θ를 하기의 수학식 7과 같이 구할 수 있다.The separation distance thus obtained is equal to the up-down, left-right position calculated from the optical position measurement sensor (PSD) measurement data, so that 2l, which is twice the distance, is divided by the up-down-left-right position, thereby providing a local inclination value θ on the surface of the inspection object. It can be obtained as shown in Equation 7 below.
광 위치측정센서(PSD) 측정 데이터로부터 산출되는 상하-좌우 위치는 상하와 좌우의 2 개 값을 얻을 수 있는데, 이에 따라 피검사물표면의 기울기 또한 전후-좌우의 2개 방향에 대한 기울기 값을 얻게 된다.The up, down, left, and right positions calculated from the optical position sensor (PSD) measurement data can obtain two values of up, down, left, and right. Thus, the inclination of the surface of the inspection object and the inclination of the front, back, left, and right directions are obtained. do.
<4. 피검사물의 표면 높이값 산출><4. Calculate the surface height of the object>
전술한 방법으로 피검사물 표면의 국소 영역에 따른 전후-좌우 방향의 기울기를 얻었다. 도 11에 도시된 바와 같이, 얻어진 전후-좌우 방향의 기울기값에는 피검사물표면의 국소 영역을 전후로 잇는 복수의 전후 방향 라인과 좌우로 잇는 복수의 좌우 방향 라인이 존재하며, 또한 전후 방향의 국소영역 기울기값과 좌우 방향의 기울기 값이 존재한다.The inclination of the front-back, left-right direction along the local area | region of the to-be-tested object surface was obtained by the method mentioned above. As shown in FIG. 11, the obtained tilt value in the front, rear, left, and right directions includes a plurality of front and rear direction lines connecting the local region of the inspection object front and back and a plurality of left and right direction lines connecting the left and right, and also the local region in the front and rear direction. There is a slope value and a slope value in the left and right directions.
전후 방향의 라인 각각은 복수의 포인트로 이루어져 있는데, 높이는 기울기의 연속된 연결값이고, 기울기와 거리의 곱은 높이의 차이므로, 단일 라인 내에서 포인트의 간격과 그 국소영역의 전후 방향 기울기 값에 따라 전후 방향으로의 포인트간의 높이 차를 산출할 수 있으며, 이 과정을 하나의 라인 전체의 포인트에서 수행함으로써, 하나의 라인의 높이 형상을 얻을 수 있다.Each line in the front and rear direction is composed of a plurality of points. The height is a continuous connection value of the slope, and the product of the slope and the distance is the difference of the heights. The height difference between the points in the front-back direction can be calculated, and by performing this process at the points of the entire line, the height shape of one line can be obtained.
이러한 과정은 전후 방향으로 존재하는 복수의 모든 라인에서 각각 수행될 수 있으며, 좌우 방향에서도 좌우 방향 기울기값과 좌우 방향 라인내 포인트 간격을 이용하여 역시 복수의 모든 라인에서 각각 수행될 수 있다.This process may be performed in all of the plurality of lines existing in the front and rear directions, and may also be performed in all of the plurality of lines using the left and right direction inclination values and the point spacing in the left and right lines, respectively.
이러한 과정의 수행 결과로 전후 또는 좌우 방향으로의 각각의 라인에서의 높이형상을 얻을 수 있는데, 전후 방향에서도 좌우방향에서도 각각의 복수 라인은 불연속적일 수 있다. 이러한 불연속성은 전후 방향과 좌우방향을 혼합하여 연속적으로 이어 붙일 수 있다.As a result of performing this process, a height shape in each line in the front and rear or left and right directions can be obtained, and each of the plurality of lines in the front and rear directions and the left and right directions may be discontinuous. This discontinuity can be continuously connected by mixing the front and rear and left and right directions.
예를 들어, 전후 방향으로 존재하는 복수의 라인에서의 높이 형상을 얻은 후에는 복수의 라인 간의 불연속적인 높이 차가 존재할 수 있는데, 이는 좌우방향으 로만 불연속적이게 된다. 그런데, 좌우방향으로 존재하는 복수의 라인은 좌우방향으로는 불연속적이지 않으므로, 전후 방향의 라인들이 갖는 높이값을 좌우방향의 라인이 갖는 높이 형상에 맞추어 주는 적분상수 기법을 적용하는 것이다.For example, after obtaining a height shape in a plurality of lines existing in the front-back direction, there may be a discontinuous height difference between the plurality of lines, which becomes discontinuous only in the left-right direction. However, since a plurality of lines existing in the left and right directions are not discontinuous in the left and right directions, an integral constant technique for applying the height values of the front and back lines to the height shape of the left and right lines is applied.
<5. 피검사물의 평면 높이함수 평탄화><5. Planar Height Function Flattening of Inspection Object>
전술한 피검사물의 표면 높이값 산출과정을 거친 결과는 2차원 피검사물 표면의 높이 형상으로서 3차원 곡면이 된다. 그런데, 이 3차원 곡면은 장치의 세팅 및 측정 시스템의 응답에 따라 실제로 존재하거나 존재하지 않는 윤곽선 형상을 가질 수도 있다. The result of the above-described process for calculating the surface height value of the inspected object is a three-dimensional curved surface as the height shape of the surface of the inspected object. However, this three-dimensional curved surface may have a contour shape that may or may not actually exist depending on the settings of the device and the response of the measurement system.
실제로 존재하는 윤곽선 형상으로는 전체적인 형상이 기울어진 경우로서, 이는 피검사물의 고정상태가 측정시스템을 기준으로 완전히 평평하게 설정되지 못함으로써 발생하는 결과인데, 이러한 윤곽선의 형상이 실제 피검사물 표면의 요철에 의한 높이 차이보다 상대적으로 크게 되면, 관찰시 높이의 스케일값을 크게 만들게 되므로, 작은 요철을 관찰하는 것이 어렵게 된다.In fact, the contour shape exists when the overall shape is inclined. This is a result of the fixed state of the inspection object not being set to be completely flat with respect to the measurement system. When the relative height is greater than the height difference, the scale value of the height at the time of observation is made large, so that it is difficult to observe small irregularities.
그러므로 이를 제거하기 위하여, 결과의 높이 데이터에서 기울어진 윤곽형상을 구해 이를 제거해 줌으로써, 세세한 피검사물의 요철형상을 관찰할 수 있도록 한다.Therefore, in order to remove this, by obtaining the inclined contour shape from the height data of the result and removing it, it is possible to observe the uneven shape of the inspected object.
그 외에도 실제로 존재하지 않는 윤곽형상 또는 잡음에 의한 형상을 제거하기 위하여 웨이블렛 필터링 기법을 적용함으로써, 관심있는 피검사물의 요철형상만을 남겨놓게 한다.In addition, the wavelet filtering technique is applied to remove contours or noises that do not actually exist, thereby leaving only the uneven shape of the inspected object of interest.
<6. 결과값 프로파일링><6. Profiling Result>
전술한 평탄화 과정까지 진행된 후에는 평탄화된 3차원 곡면의 형상으로 결과가 나타나게 된다. 그런데 피검사물의 3차원 형상을 측정하는 사용자에게 있어서는 3차원 곡면 형상보다 2차원의 곡선으로 표현되는 형상을 더욱 필요로 하는 경우가 많다. 이는 3차원 곡면 형상에 대하여 일정 구간에서의 단면을 표현하는 것으로서, 도 12에 도시한 바와 같이, 사용자가 관찰하고자 하는 구간을 지정하고, 지정된 구간에서의 단면인 곡선에 대한 데이터를 곡면 중에서 선택하여 곡선으로 표현하는 것이다. 이러한 일련의 작업을 프로파일링(Profiling)이라고 한다.After the planarization process described above, the result appears in the shape of a flattened three-dimensional curved surface. By the way, a user who measures the three-dimensional shape of the inspected object often needs a shape represented by a two-dimensional curve rather than a three-dimensional curved shape. This represents a cross section in a certain section with respect to the three-dimensional curved shape. As shown in FIG. 12, a section to be observed by the user is designated, and data about a curve that is a cross section in the designated section is selected from the surfaces. It is represented by a curve. This series of tasks is called profiling.
프로파일링된 구간의 곡선데이터에서는 높이에 대한 최대값, 최소값, 평균값, 표준편차, 거칠기 등의 표면 상태에 대한 세부적인 통계데이타를 집계하여 함께 사용자에게 모니터링 함으로써, 사용자의 작업시간을 단축하고, 복잡한 형상 데이터에 대한 결과를 단순한 몇 개의 집계된 수치결과값으로 요약하여 줄 수 있다.In the curve data of the profiled section, detailed statistical data on the surface condition such as the maximum, minimum, average, standard deviation, and roughness of the height are aggregated and monitored together with the user, thereby reducing the user's working time and complexity. The results for the shape data can be summarized into a few simple aggregated numerical results.
분석된 데이터는 사용자에게 이해하기 쉬운 형태로 라인분석, 표면분석, 3D분석 형태로 표현된다. 라인분석은 지정된 위치 라인의 세밀한 형태를 파악하는데 유용하며, 표면분석은 측정된 영역을 마치 위에서 아래로 보는 듯한 영상을 제공한다. 또한, 3D분석은 표면분석의 특정영역을 3차원 입체 형태로 제공하며, 3D분석에는 주파수에 따른 데이터가 필터된 영상을 제공한다.The analyzed data is expressed in the form of line analysis, surface analysis, and 3D analysis in a form that is easy for the user to understand. Line analysis is useful for identifying the precise shape of a given location line, and surface analysis provides an image as if it were viewed from the top down. In addition, the 3D analysis provides a specific area of the surface analysis in a three-dimensional solid form, and the 3D analysis provides an image filtered data according to the frequency.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템은 텔레센트릭 F-Theta렌즈를 3차원 표면 형상 측정 장치의 렌즈로 사용함으 로써 피검사물에 수직으로 포커싱하면서도 등간격의 직선 스캔이 가능하며, 측정 장치와 피검사물 사이의 측정거리를 최소화함으로써 소형화된 측정 장치를 제공한다.As described above, the apparatus and method for measuring a three-dimensional surface shape according to the present invention and the system by using a telecentric F-Theta lens as a lens of the three-dimensional surface shape measuring device, while focusing vertically on the subject to be inspected at equal intervals It is possible to scan linearly and to minimize the measuring distance between the measuring device and the inspected object to provide a miniaturized measuring device.
또한, 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치 및 방법과 그 시스템은 고속 회전경을 사용함으로써 스캐닝의 등속성을 향상시키고, 고속 회전경과 함께 DAQ를 사용함으로써 피검사물의 표면 측정 속도를 획기적으로 향상시킨다.In addition, the apparatus and method for measuring the three-dimensional surface shape according to the present invention and its system improve the uniformity of scanning by using a high-speed rotating mirror, and dramatically improve the surface measurement speed of the inspected object by using DAQ together with the high-speed rotating mirror. Let's do it.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 광학부의 주요 구성도,1 is a main configuration diagram of an optical unit of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 상판의 사시도,Figure 2 is a perspective view of the upper plate of the three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 내부 사시도,3 is an internal perspective view of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 장치의 외부 사시도,4 is an external perspective view of a three-dimensional surface shape measuring apparatus according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 시스템의 사시도,5 is a perspective view of a three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention,
도 6은 본 발명에 다른 3차원 표면 형상 측정 시스템의 블록 구성도,6 is a block diagram of a three-dimensional surface shape measurement system according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 방법을 나타낸 제어 흐름도,7 is a control flowchart showing a three-dimensional surface shape measuring method according to the present invention;
도 8은 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 광 위치측정센서의 데이터 측정값 저장과정을 나타낸 도면,8 is a view showing a data measurement value storage process of the optical position sensor according to the three-dimensional surface shape measurement method of the present invention,
도 9는 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 광 위치측정센서의 광 위치 산출과정을 나타낸 도면,9 is a view showing a light position calculation process of the optical position sensor according to the three-dimensional surface shape measurement method of the present invention,
도 10은 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 표면의 기울기 산출과정을 나타낸 도면,10 is a view showing a process of calculating the slope of the surface according to the three-dimensional surface shape measurement method of the present invention,
도 11은 본 발명의 3차원 표면 형상 측정 방법에 따른 표면의 높이 산출과정을 나타낸 도면,11 is a view showing a process of calculating the height of the surface according to the three-dimensional surface shape measurement method of the present invention,
도 12는 본 발명에 따른 3차원 표면 형상 측정 결과를 표시장치에 나타낸 도면.12 is a view showing a three-dimensional surface shape measurement results according to the present invention on a display device.
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