KR20150042516A - 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치 - Google Patents

모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금형제품에 격자무늬패턴을 투영하는 투영부 및 금형제품에 대한 등고선 형태의 줄무늬인 모아레무늬를 획득할 수 있는 결상부의 조합을 통해 금형의 3차원 형상을 실시간 측정함으로써 비교적 간단한 구조로 경제적이면서도 뛰어난 측정 정밀도로 비접촉, 비파괴 방식으로 금형의 변형 측정이 가능하여 널리 금형생산 공정의 최적화를 기대할 수 있는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는, 형상 측정의 대상이 되는 금형을 향하여 광을 조사하는 광원과, 상기 금형에 격자무늬패턴이 투영되도록 상기 광원과 상기 금형 사이에 배치되는 제1격자를 포함하여 구성된 투영부와; 상기 금형을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에 모아레무늬가 획득되도록 상기 카메라와 상기 금형 사이에 배치되는 제2격자를 포함하여 구성된 결상부와; 상기 투영부의 광원 및 제1격자와, 상기 결상부의 카메라 및 제2격자가 지지되는 지지부와; 상기 카메라에 복수개의 모아레무늬가 획득되도록 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 격자이송부와; 상기 카메라에 획득된 복수개의 모아레무늬로부터 상기 금형의 3차원 형상을 실시간 측정하는 연산부를; 포함하되, 상기 지지부는, 상기 광원이 전후 이동가능하게 지지되는 제1레일과, 상기 카메라가 전후 이동가능하게 지지되는 제2레일을 포함하여 구성되고, 상기 격자이송부는, 상기 제2레일상에 구비되고 상기 제2격자가 좌우 이동가능하게 지지되는 LM가이드와, 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 격자이동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치{APPRATUS FOR MEASURING THREE-DIMENSIONAL MOLD SHAPE USING MOIRE}
본 발명은 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금형제품에 격자무늬패턴을 투영하는 투영부 및 금형제품에 대한 등고선 형태의 줄무늬인 모아레무늬를 획득할 수 있는 결상부의 조합을 통해 금형의 3차원 형상을 실시간 측정함으로써 비교적 간단한 구조로 경제적이면서도 뛰어난 측정 정밀도로 비접촉, 비파괴 방식으로 금형의 변형 측정이 가능하여 널리 금형생산 공정의 최적화를 기대할 수 있는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치에 관한 것이다.
현재 기계가공 산업에서 고정밀도 미세부품의 형상 정밀도는 마이크로 단위가 주력이고, 금형의 정밀 형상 측정을 위한 장비로는 라인 스캐닝 3차원 측정기, CNC 3차원 측정기 및 원자현미경(AFM) 등의 상용제품들이 사용되어지고 있는 실정이다.
상기 라인 스캐닝 3차원 측정기는 측정 포인트를 추출하는 방법으로 싱글 포인트 측정, 스캐닝 방법으로 나뉘며 스캐닝을 할 시 형상을 따라 움직여야 하는 방식으로 대형이며 전처리과정이 필요한 단점이 있다.
상기 CNC 3차원 측정기는 점, 선, 면, 원, 원호 타원 등 다양한 기본 기하학적 파라미터값을 산출할 수 있으며 다양한 부속품을 이용하여 3차원적으로 측정할 수 있는 방식이지만 대형이라 움직일 수 없고 접촉식인 단점이 있다.
상기 원자 현미경(AFM)은 대표적인 나노 측정 장비로, 원자 지름의 수 십분의 1까지 측정할 수 있는 장비이지만 측정 대상물에 직접 접촉을 하여 정보를 획득해야 하는 단점이 있다.
이에, 본원발명의 출원인은 상기와 같은 종래기술의 단점을 해결해보고자 모아레를 이용하여 금형의 3차원 형상을 측정하는 장치를 안출하게 된 것이다.
모아레를 이용한 3차원 형상 측정에 대한 종래기술로는 등록특허공보 제10-0841662호(공고일자: 2008.06.26.)에 "모아레와 스테레오를 이용한 3차원형상 측정시스템 및 방법"이 제안된 바 있고, 등록특허공보 제10-1008328호(공고일자: 2011.01.07.)에 "모아레를 이용한 3차원 측정장치의 격자이동방법 및 격자이동장치"가 제안된 바 있으며, 등록특허공보 제10-0540192호(공고일자: 2005.12.29.)에 "3차원 형상 측정 장치 및 측정 방법"이 제안된 바 있다.
하지만, 상기와 같은 종래기술에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 구조가 비교적 복잡하고 측정대상물로서 금형의 3차원 형상 측정에 최적화되지 못한 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 라인 스캐닝 3차원 측정기와는 달리 한 번 획득된 이미지로부터 형상을 복원하며 실시간 측정이 가능하고 소형경량화로 전처리 과정이 불필요한 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 CNC 3차원 측정기 및 원자 현미경(AFM)과는 달리 소형경량의 비접촉, 비파괴식으로 금형의 3차원 형상 측정이 가능하고, 측정대상물로서 금형의 3차원 형상 측정에 최적화된 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는, 형상 측정의 대상이 되는 금형을 향하여 광을 조사하는 광원과, 상기 금형에 격자무늬패턴이 투영되도록 상기 광원과 상기 금형 사이에 배치되는 제1격자를 포함하여 구성된 투영부와; 상기 금형을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에 모아레무늬가 획득되도록 상기 카메라와 상기 금형 사이에 배치되는 제2격자를 포함하여 구성된 결상부와; 상기 투영부의 광원 및 제1격자와, 상기 결상부의 카메라 및 제2격자가 지지되는 지지부와; 상기 카메라에 복수개의 모아레무늬가 획득되도록 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 격자이송부와; 상기 카메라에 획득된 복수개의 모아레무늬로부터 상기 금형의 3차원 형상을 실시간 측정하는 연산부를; 포함하되, 상기 지지부는, 상기 광원이 전후 이동가능하게 지지되는 제1레일과, 상기 카메라가 전후 이동가능하게 지지되는 제2레일을 포함하여 구성되고, 상기 격자이송부는, 상기 제2레일상에 구비되고 상기 제2격자가 좌우 이동가능하게 지지되는 LM가이드와, 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 격자이동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는, 상기 격자이동수단은, 인가되는 전압에 따라 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 피에조전기소자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는, 상기 제1격자 및 상기 제2격자는, 격자무늬패턴이 인쇄된 격자유리와, 상기 격자유리의 가장자리를 감싸는 보호프레임을 포함하여 구성되되, 상기 보호프레임은 경금속으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는, 상기 투영부는, 상기 제1격자와 상기 금형 사이에 배치되는 투영렌즈를 더 포함하여 구성되고, 상기 결상부는, 상기 제2격자와 상기 금형 사이에 배치되는 결상렌즈를 더 포함하여 구성되며, 상기 지지부는, 상기 제1레일상에 상기 투영렌즈가 제1결합수단에 의해 착탈 가능하게 결합되고, 상기 제2레일상에 상기 결상렌즈가 제2결합수단에 의해 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는, 상기 제1결합수단은, 상단부에 상기 투영렌즈가 고정되는 제1마운트와, 상기 제1마운트가 상기 제1레일에 자력에 의해 착탈 가능하게 결합되도록 상기 제1마운트의 하단부에 구비된 제1자석을 포함하여 구성되고, 상기 제2결합수단은, 상단부에 상기 결상렌즈가 고정되는 제2마운트와, 상기 제2마운트가 상기 제2레일에 자력에 의해 착탈 가능하게 결합되도록 상기 제2마운트의 하단부에 구비된 제2자석을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 기존의 시스템보다 단순하고 빠르게 데이터를 획득해 낼 수 있으며 마이크로 미터급 수준의 높은 분해능과 정밀도를 갖춤에 따라 가공품의 품질향상에 기여할 수 있는 장점이 있고, 금형 형상 측정 장치를 통한 정량적 예측으로 기술의 전문화와 금형생산 공정의 최적화의 기초를 마련할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 금형 공정의 단축으로 재료비 및 제품 불량이 절감됨으로써 많은 비용이 절약될 수 있는 장점이 있고, 제품의 결함을 조기에 발견하여 재료의 낭비를 줄이고 품질을 향상시킬 수 있으며, 고가의 수입 장비를 대체하고 역수출에 의한 경제적 성장을 기대할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치의 사시도
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제2격자의 사시도
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 격자이송부의 사시도
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치의 사시도
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치의 주요부 분해 사시도
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치의 사시도이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명의 제1실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 투영부(10)와, 결상부(20)와, 지지부(30)와, 격자이송부(40)와, 연산부(50)를 포함하여 구성된다.
상기 투영부(10)는 형상 측정의 대상이 되는 금형(A)에 격자무늬패턴이 투영되도록 하는 구성으로 광원(11)과, 제1격자(12)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(11)은 형상 측정의 대상이 되는 금형(A)을 향하여 광을 조사하는 구성으로 본 발명의 제1실시예에서는 레이저(111a)와, 레이저고정브래킷(112a)과, 익스펜더(113a)와, 익스펜더고정브래킷(114a)을 포함하여 구성된다.
상기 레이저(111a)는 유도방출에 의해 빛을 발진하는 장치를 말한다.
상기 레이저고정브래킷(112a)은 상기 레이저(111a)가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)상의 일정 높이에 배치된 상태에서 전후 이동가능하도록 하는 구성으로 상단부에 상기 레이저(111a)가 고정되고 하단부가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)에 전후 이동가능하게 지지된다.
상기 익스펜더(113a)는 상기 레이저(111a)의 전방에 배치되어 상기 레이저(111a)의 빛줄기의 크기를 확대시킨 평행광으로 만들어주는 구성이다.
상기 익스펜더고정브래킷(114a)은 상기 익스펜더(113a)가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)상의 일정 높이에 배치되도록 하는 구성이다.
상기 제1격자(12)는 상기 금형(A)에 격자무늬패턴이 투영되도록 상기 광원(11)과 상기 금형(A) 사이에 배치되는 구성으로 제1 격자유리(121)와, 격자고정브래킷(123)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 격자유리(121)는 유리로 이루어지고 표면에 격자무늬패턴이 인쇄된 구성이다.
상기 격자고정브래킷(123)은 상기 제1 격자유리(121)가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)상의 일정 높이에 배치되도록 하는 구성으로 상기 제1 격자유리(121)의 교체가 가능하도록 상단부에 상기 제1 격자유리(121)이 착탈 가능하게 결합되고, 하단부가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)에 고정된다.
상기 결상부(20)는 상기 금형(A)에 대한 모아레무늬를 획득하기 위한 구성으로 본 발명의 제1실시예에서는 카메라(21)와, 제2격자(22)를 포함하여 구성된다.
상기 카메라(21)는 상기 금형(A)을 촬영하는 구성으로 본 발명의 제1실시예에서는 상기 금형(A)으로부터 상기 제2격자(22)를 통과하며 형성되는 모아레무늬를 획득하도록 구성되고, 상기 카메라(21)가 상기 지지부(30)의 제2레일(32)상의 일정 높이에 배치될 수 있도록 카메라고정브래킷(211)에 의해 상기 제2레일(32)에 전후 이동가능하게 지지된다.
상기 제2격자(22)는 상기 카메라(21)에 모아레무늬가 획득되도록 상기 카메라(21)와 상기 금형(A) 사이에 배치되는 구성으로 제2 격자유리(221)을 포함하여 구성된다.
상기 제2 격자유리(221)는 유리로 이루어지고 표면에 격자무늬패턴이 인쇄된 구성이다.
상기 제2격자(22)는 상기 격자이송부(40)에 의해 상기 지지부(30)의 제2레일(32)상에서 좌우 이동가능하게 구성된다.
상기 지지부(30)는 상기 투영부(10)의 광원(11) 및 제1격자(12)가 지지되고 상기 결상부(20)의 카메라(21) 및 제2격자(22)가 지지되는 구성으로, 제1레일(31)과, 제2레일(32)을 포함하여 구성된다.
상기 제1레일(31)은 후방부에 상기 광원(11) 전후 이동가능하게 지지되고, 그 전방으로 상기 제1격자(12)가 지지되는 구성이다.
상기 광원(11)은 전술한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에서는 레이저(111a)와, 레이저고정브래킷(112a)과, 익스펜더(113a)와, 익스펜더고정브래킷(114a)을 포함하여 구성되는데, 상단부에 상기 레이저(111a)가 고정된 상기 레이저고정브래킷(112a)이 상기 제1레일(31)에 전후 이동가능하게 지지되고, 상단부에 상기 익스펜더(113a)가 고정된 상기 익스펜더고정브래킷(114a)이 상기 제1레일에 고정되며, 상기 제1격자(12)는 격자고정브래킷(123)에 의해 상기 제1레일(31)에 고정된다.
상기 제2레일(32)은 후방부에 상기 카메라(21)가 전후 이동가능하게 지지되고, 그 전방으로 상기 제2격자(22)가 지지되는 구성이다.
상기 카메라(21)는 상기 카메라고정브래킷(211)에 의해 상기 카메라고정브래킷(211)에 의해 상기 제2레일(32)상의 일정 높이에 배치된 상태에서 상기 제2레일(32)에 전후 이동가능하게 지지되고, 상기 제2격자(22)는 격자이송부(40)에 의해 상기 제2레일(32)상에 지지되는데, 상기 격자이송부(40)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 상기 제1레일(31)과 상기 제2레일(32)은 전단부의 힌지축(H)을 회전중심으로 회동되며 상호 V자 형태를 이룰 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 격자이송부(40)는 상기 카메라(21)에 복수개의 모아레무늬가 획득되도록 상기 제2격자(22)를 좌우 이동시키는 구성으로 본 발명의 제1실시예에서는 LM가이드(41)와, 격자이동수단(42)을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 카메라(21)에는 상기 광원(11)에서 출발하여 상기 제1격자(12)를 통해 상기 금형(A)에 투영된 격자무늬와, 상기 카메라(21)의 전방에 배치된 상기 제2격자(22)의 격자무늬를 함께 받아들이게 되는데, 이 때 상기 카메라(21)에는 상기 금형(A)의 3차원 형상에 따라 등고선 형태의 줄무늬인 모아레무늬가 획득된다.
이때, 상기 연산부(50)에서 프로그램을 통한 상기 금형(A)의 3차원 형상 측정을 위해서는 4장 정도의 모아레무늬가 필요한데, 이를 위해 상기 격자이송부(40)가 상기 제2격자(22)를 좌우 이동시켜 상기 카메라(21)가 복수개의 모아레무늬를 획득할 수 있도록 구성되는 것이다.
상기 LM가이드(41)는 상기 제2레일(32)상에 상기 제2레일(32)의 길이방향과 연직한 방향으로 길게 구비되어 상기 제2격자(22)가 좌우 이동가능하게 지지되는 구성이다.
상기 격자이동수단(42)는 상기 제2격자(22)를 좌우 이동시키는 구성으로, 본 발명의 제1실시예에서는 스테핑모터(421a)로 구성된다.
상기 연산부(50)는 상기 카메라(21)에 획득된 복수개의 모아레무늬로부터 상기 금형(A)의 3차원 형상을 측정하는 구성으로 모아레무늬 해석 프로그램이 설치된 컴퓨터로 구성될 수 있다할 것이다.
이상에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치를 살펴보았다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제2격자의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 격자이송부의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 살펴보면, 본 발명의 제2실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 본 발명의 제1실시예에서의 제2격자(22)와, 격자이송부(40)를 다른 실시예로 구성한 것이다.
상기 제2격자(22)는 상기 카메라(21)에 모아레무늬가 획득되도록 상기 카메라(21)와 상기 금형(A) 사이에 배치되는 구성으로 제2 격자유리(221)와, 제2 보호프레임(222)을 포함하여 구성된다.
상기 제2 격자유리(221)는 유리로 이루어지고 표면에 격자무늬패턴이 인쇄된 구성이고, 상기 제2 보호프레임(222)은 상기 제2 격자유리(221)의 가장자리를 감싸는 구성으로 본 발명의 제2실시예에서는 상기 제 2보호프레임(222)이 상기 제2 격자유리(221)를 보호할 수 있는 강성을 갖으면서도 가벼운 경금속인 알루미늄으로 이루어진다.
특히, 상기 제2격자(22)는 상기 격자이송부(40)에 의해 상기 지지부(30)의 제2레일(32)상에서 좌우 이동가능하게 구성되는데, 본 발명의 제2실시예에서는 상기 격자이송부(40)의 격자이동수단(42)으로 간단한 프로그램으로 제어가 가능한 장점이 있지만 구동력이 비교적 약한 피에조전기소자(PZT)(421)를 사용함으로써 이러한 피에조전기소자(421)의 구동력을 고려하여 최대한 가볍게 하기 위해 상기 제2 보호프레임(222)을 경금속인 알루미늄 소재로 구성한 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 격자이송부(40)는 상기 카메라(21)에 복수개의 모아레무늬가 획득되도록 상기 제2격자(22)를 좌우 이동시키는 구성으로 본 발명의 제2실시예에서는 LM가이드(41)와, 격자이동수단(42)을 포함하여 구성되는데, 상기 격자이동수단(42)이 피에조전기소자(421b)와, 마이크로스테이지(422b)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 피에조전기소자(421b)는 인가되는 전압에 따라 상기 제2격자(22)를 좌우 이동시키는 구성으로 본 발명의 제1실시예에 따른 스테핑모터(421a)에 대비하여 더 간단한 프로그램 구성과 제어가 가능한 장점이 있다.
하지만, 상기 피에조전기소자(421)의 경우 본 발명의 제1실시예에 따른 스테핑모터(421a)에 비해 구동력이 낮은 문제점이 있어 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에서는 상기 제2격자(22)를 구성하는 상기 제2 보호프레임(222)을 상기 제2 격자유리(221)를 보호할 수 있는 강성을 갖으면서도 가벼운 경금속인 알루미늄 소재로 구성한다.
상기 마이크로스테이지(422b)는 상기 제2격자(22)를 전후방향 즉, 상기 제2레일(32)의 길이방향을 따라 미세하게 이동시키는 구성으로 상기 마이크로스테이지(422b)을 통한 촛점 조절을 통해 상기 카메라(21)에서 뚜렷한 모아레무늬의 획득이 가능하게 되는 것이다.
이상에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치를 살펴보았다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치의 사시도이다.
도 4를 살펴보면, 본 발명의 제3실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 투영부(10)와, 결상부(20)와, 지지부(30)를 포함하여 구성된다.
상기 투영부(10)는 형상 측정의 대상이 되는 금형(A)에 격자무늬패턴이 투영되도록 하는 구성으로 광원(11)과, 제1격자(12)와, 투영렌즈(13)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(11)은 형상 측정의 대상이 되는 금형(A)을 향하여 광을 조사하는 구성으로 본 발명의 제3실시예에서는 할로겐램프(111c)와, 할로겐고정브래킷(112c)을 포함하여 구성된다.
상기 할로겐램프(111c)는 요오드와 같은 할로겐 원소를 전구 안에 넣은 등을 말하는 것으로 전원제어 및 전력량 조절을 통해 밝기 조절이 가능하도록 구성된다.
즉, 상기 결상부(20)의 구성인 카메라(21)의 CCD센서와 상기 연산부(50)에 내장된 프로그램 자체의 영상 밝기 조절에는 한계가 있어 전원제어 및 전력량 조절을 통해 밝기 조절이 가능한 상기 할로겐램프(111c)를 상기 광원(11)의 구성으로 채택하게 된 것이다.
상기 할로겐고정브래킷(112c)은 상기 할로겐램프(111c)가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)상의 일정 높이에 배치된 상태에서 전후 이동가능하도록 하는 구성으로 상단부에 상기 할로겐램프(111c)가 고정되고 하단부가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)에 전후 이동가능하게 지지된다.
상기 제1격자(12)는 상기 금형(A)에 격자무늬패턴이 투영되도록 상기 광원(11)과 상기 금형(A) 사이에 배치되는 구성으로 제1 격자유리(121)와, 격자고정브래킷(123)을 포함하여 구성된다.
상기 제1 격자유리(121)는 유리로 이루어지고 표면에 격자무늬패턴이 인쇄된 구성이다.
상기 격자고정브래킷(123)은 상기 제1 격자유리(121)가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)상의 일정 높이에 배치되도록 하는 구성으로 상단부에 상기 제1 격자유리(121)가 결합되고, 하단부가 상기 지지부(30)의 제1레일(31)에 고정된다.
상기 투영렌즈(13)는 상기 광원(11)에서 조사되는 빛이 상기 금형(A)에 집광되도록 하는 구성으로 상기 제1격자(12)와 상기 금형(A) 사이에 배치된다.
상기 결상부(20)는 상기 금형(A)에 대한 모아레무늬를 획득하기 위한 구성으로 본 발명의 제1실시예에서는 카메라(21)와, 제2격자(22)와, 결상렌즈(23)를 포함하여 구성된다.
상기 카메라(21)는 상기 금형(A)을 촬영하는 구성으로 본 발명의 제3실시예에서는 상기 금형(A), 상기 결상렌즈(23) 및 상기 제2격자(22)를 순차적으로 통과하며 형성되는 모아레무늬를 획득하도록 구성되고, 상기 카메라(21)가 상기 지지부(30)의 제2레일(32)상의 일정 높이에 배치될 수 있도록 카메라고정브래킷(211)에 의해 상기 제2레일(32)에 전후 이동가능하게 지지된다.
상기 제2격자(22)는 상기 카메라(21)에 모아레무늬가 획득되도록 상기 카메라(21)와 상기 금형(A) 사이에 배치되는 구성으로 제2 격자유리(221)를 포함하여 구성된다.
상기 제2 격자유리(221)는 유리로 이루어지고 표면에 격자무늬패턴이 인쇄된 구성이다.
상기 결상렌즈(23)는 상기 카메라(21)에 상기 금형(A)의 상이 맺히도록 하는 구성으로 상기 제2격자(22)와 상기 금형(A) 사이에 배치된다.
상기 지지부(30)는 상기 투영부(10)의 광원(11), 제1격자(12) 및 투영렌즈(13)가 지지되고 상기 결상부(20)의 카메라(21), 제2격자(22) 및 결상렌즈(23)가 지지되는 구성으로, 제1레일(31)과, 제2레일(32)을 포함하여 구성된다.
상기 제1레일(31)은 후방부에 상기 광원(11) 전후 이동가능하게 지지되고, 그 전방으로 상기 제1격자(12)가 지지되며, 전방부에 상기 투영렌즈(13)가 지지되는 구성이다.
상기 광원(11)은 전술한 바와 같이 본 발명의 제3실시예에서는 할로겐램프(111)와, 할로겐고정브래킷(112)을 포함하여 구성되는데, 상단부에 상기 할로겐램프(111)가 고정된 상기 할로겐고정브래킷(112)이 상기 제1레일(31)에 전후 이동가능하게 지지되고, 상기 제1격자(12)는 격자고정브래킷(123)에 의해 상기 제1레일(31)에 고정된다.
상기 제2레일(32)은 후방부에 상기 카메라(21)가 전후 이동가능하게 지지되고, 그 전방으로 상기 제2격자(22)가 지지되며, 전방부에 상기 결상렌즈(23)가 지지되는 구성이다.
상기 카메라(21)는 상기 카메라고정브래킷(211)에 의해 상기 카메라고정브래킷(211)에 의해 상기 제2레일(32)상의 일정 높이에 배치된 상태에서 상기 제2레일(32)에 전후 이동가능하게 지지된다.
한편, 상기 제1레일(31)과 상기 제2레일(32)은 전단부의 힌지축(H)을 회전중심으로 회동되며 상호 V자 형태를 이룰 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치를 살펴보았다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치의 주요부 분해 사시도이다.
도 5를 살펴보면, 본 발명의 제4실시예에 따른 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 본 발명의 제3실시예에서의 지지부(30)를 다른 실시예로 구성한 것이다.
도 5를 살펴보면, 본 발명의 제4실시예에 따른 지지부(30)는 제1레일(31)과, 제2레일(32)과, 제1결합수단(33)과, 제2결합수단(34)을 포함하여 구성된다.
상기 제1레일(31)은 본 발명의 제3실시예와 마찬가지로 후방부에 상기 광원(11) 전후 이동가능하게 지지되고, 그 전방으로 상기 제1격자(12)가 지지되며, 전방부에 상기 투영렌즈(13)가 지지되는 구성이다.
특히, 상기 투영렌즈(13)는 교체가 용이하도록 상기 제1결합수단(33)에 의해 상기 제1레일(31)상에 착탈 가능하게 결합된다.
상기 제1결합수단(33)은 상기 투영렌즈(13)가 상기 제1레일(31)상의 일정 높이에 배치되도록 상단부에 상기 투영렌즈(13)가 고정되는 제1마운트(331)와, 상기 제1마운트(331)가 상기 제1레일(31)에 자력에 의해 착탈 가능하게 결합되도록 상기 제1마운트(331)의 하단부에 구비된 제1자석(332)을 포함하여 구성된다.
상기 제2레일(32)은 본 발명의 제3실시예와 마찬가지로 후방부에 상기 카메라(21)가 전후 이동가능하게 지지되고, 그 전방으로 상기 제2격자(22)가 지지되며, 전방부에 상기 결상렌즈(23)가 지지되는 구성이다.
특히, 상기 결상렌즈(23)는 교체가 용이하도록 상기 제2결합수단(34)에 의해 상기 제2레일(34)상에 착탈 가능하게 결합된다.
상기 제2결합수단(34)은 상기 결상렌즈(23)가 상기 제2레일(32)상의 일정 높이에 배치되도록 상단부에 상기 결상렌즈(23)가 고정되는 제2마운트(341)와, 상기 제2마운트(341)가 상기 제2레일(32)에 자력에 의해 착탈 가능하게 결합되도록 상기 제2마운트(341)의 하단부에 구비된 제2자석(342)을 포함하여 구성된다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
10 투영부
11 광원
12 제1격자
13 투영렌즈
20 결상부
21 카메라
22 제2격자
23 결상렌즈
30 지지부
31 제1레일
32 제2레일
33 제1결합수단
34 제2결합수단
40 격자이송부
41 LM가이드
42 격자이동수단
50 연산부

Claims (5)

  1. 형상 측정의 대상이 되는 금형을 향하여 광을 조사하는 광원과, 상기 금형에 격자무늬패턴이 투영되도록 상기 광원과 상기 금형 사이에 배치되는 제1격자를 포함하여 구성된 투영부와;
    상기 금형을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라에 모아레무늬가 획득되도록 상기 카메라와 상기 금형 사이에 배치되는 제2격자를 포함하여 구성된 결상부와;
    상기 투영부의 광원 및 제1격자와, 상기 결상부의 카메라 및 제2격자가 지지되는 지지부와;
    상기 카메라에 복수개의 모아레무늬가 획득되도록 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 격자이송부와;
    상기 카메라에 획득된 복수개의 모아레무늬로부터 상기 금형의 3차원 형상을 실시간 측정하는 연산부를; 포함하되,
    상기 지지부는, 상기 광원이 전후 이동가능하게 지지되는 제1레일과, 상기 카메라가 전후 이동가능하게 지지되는 제2레일을 포함하여 구성되고,
    상기 격자이송부는, 상기 제2레일상에 구비되고 상기 제2격자가 좌우 이동가능하게 지지되는 LM가이드와, 상기 제2격자를 이동시키는 격자이동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격자이동수단은, 인가되는 전압에 따라 상기 제2격자를 좌우 이동시키는 피에조전기소자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1격자 및 상기 제2격자는, 격자무늬패턴이 인쇄된 격자유리와, 상기 격자유리의 가장자리를 감싸는 보호프레임을 포함하여 구성되되, 상기 보호프레임은 경금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 투영부는, 상기 제1격자와 상기 금형 사이에 배치되는 투영렌즈를 더 포함하여 구성되고,
    상기 결상부는, 상기 제2격자와 상기 금형 사이에 배치되는 결상렌즈를 더 포함하여 구성되며,
    상기 지지부는, 상기 제1레일상에 상기 투영렌즈가 제1결합수단에 의해 착탈 가능하게 결합되고, 상기 제2레일상에 상기 결상렌즈가 제2결합수단에 의해 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1결합수단은, 상단부에 상기 투영렌즈가 고정되는 제1마운트와, 상기 제1마운트가 상기 제1레일에 자력에 의해 착탈 가능하게 결합되도록 상기 제1마운트의 하단부에 구비된 제1자석을 포함하여 구성되고,
    상기 제2결합수단은, 상단부에 상기 결상렌즈가 고정되는 제2마운트와, 상기 제2마운트가 상기 제2레일에 자력에 의해 착탈 가능하게 결합되도록 상기 제2마운트의 하단부에 구비된 제2자석을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 모아레를 이용한 금형용 3차원 형상 측정 장치.
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CN112304228A (zh) * 2020-11-16 2021-02-02 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种应用光栅技术的长度测量装置

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