KR20190128566A - Apparatus for measuring the surface of an object having a circular cross-sectional shape and Measuring Method Using Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원형단면을 갖는 대상물의 원주면을 측정하는 표면 측정장치 및 측정방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a surface measuring apparatus and a measuring method for measuring the circumferential surface of an object having a circular cross section.
본 발명의 표면 측정장치는 원형단면을 가지는 대상물의 원주면을 측정하는 장치이다. 일반적으로 표면 측정장치는 측정 대상물과 센서 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상대 회전 운동 시키는 동안 상기 센서에서 측정 대상물의 원주면을 측정한 측정 신호를 얻는다.The surface measuring apparatus of the present invention is a device for measuring the circumferential surface of an object having a circular cross section. In general, the surface measuring device obtains a measurement signal obtained by measuring the circumferential surface of the measurement object in the sensor during the relative rotational movement of one of the measurement object and the sensor with respect to the other.
그러나, 상기 센서에서 얻어지는 측정 신호에는 상기 측정 대상물의 형상 오차 성분 이외에도 상대 회전 운동에 의한 구동 오차 성분이 함께 유입되어 검출된다. 이 때, 상기 측정 신호로부터 상기 오차 성분들을 정교하게 분리하지 않는 경우 측정 불확도가 커지게 된다. 구체적으로, 측정 대상물의 형상을 측정 할 때에는 회전 운동으로 인하여 발생하는 구동 오차로 인하여 측정 불확도가 커진다. 반대로 회전 오차 운동을 측정 시에는 측정 기준부의 형상 오차가 측정 신호에 유입되어 측정 오차의 원인으로 작용하게 되며, 결과적으로 오차 운동 측정 결과의 불확도가 커진다.However, in addition to the shape error component of the measurement object, a drive error component due to relative rotational motion is also introduced into the measurement signal obtained by the sensor. In this case, the measurement uncertainty increases when the error components are not precisely separated from the measurement signal. Specifically, when measuring the shape of the measurement object, the measurement uncertainty is increased due to the driving error caused by the rotational movement. On the contrary, when measuring the rotation error motion, the shape error of the measurement reference part flows into the measurement signal, which causes the measurement error, and as a result, the uncertainty of the error motion measurement result increases.
이에 대한 대책으로 정밀 측정장치를 사용하나, 정밀 측정장치는 장치의 고가화 및 대형화, 그리고 제한된 측정 환경에서만 사용이 가능하다는 문제점이 있으며, 실시간 측정이 어려운 점 등의 많은 단점이 있다.As a countermeasure, a precision measuring device is used. However, the precision measuring device has a problem that it can be used only in an expensive and large sized device, and in a limited measurement environment, and has many disadvantages such as difficulty in real time measurement.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 상대 회전 운동하는 측정 대상물의 표면 형상을 정밀하게 측정할 수 있는 표면 측정장치 및 측정방법을 제공하고자 하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a surface measuring apparatus and a measuring method capable of precisely measuring the surface shape of the object to be measured relative rotational movement.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치 및 측정방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a surface measuring apparatus and a measuring method of the object having a circular cross-sectional shape.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치는 측정 대상물이 놓이는 지지부, 상기 측정 대상물의 원주면을 측정하여 측정 신호를 생성하는 적어도 3개 이상의 프로브들을 포함하는 측정부, 상기 지지부와 상기 측정부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상기 측정 대상물의 중심을 축으로 상대 회전시키는 회전부를 포함하되, 상기 적어도 3개 이상의 프로브들은 상기 측정 대상물의 중심을 기준으로 사이각이 0도 보다 크고 180도 보다 작은 지점에 위치할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape includes a support part on which a measurement object is placed, and a measurement part including at least three probes for measuring a circumferential surface of the measurement object to generate a measurement signal. And a rotating part for rotating one of the supporting part and the measuring part relative to the axis of the measuring object relative to the other one, wherein the at least three probes have an angle between zero degrees with respect to the center of the measuring object. It can be located at a point larger and smaller than 180 degrees.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치는 상기 적어도 3개 이상의 프로브 각각에서 수신되는 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성하고, 상기 합성 신호에서 상기 상대 회전 운동에서 발생하는 구동 오차 신호와 상기 측정 대상물의 형상 오차 신호를 제거하는 연산부를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the surface measuring apparatus of the object having the circular cross-sectional shape may generate a synthesized signal by summing measurement signals received from each of the at least three probes, and may be generated in the relative rotational motion in the synthesized signal. The apparatus may further include a calculator configured to remove the driving error signal and the shape error signal of the measurement object.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 3개 이상의 프로브들은 상기 측정 대상물의 중심을 기준으로 서로 마주하지 않는 지점에 각각 배치될 수 있다.According to an embodiment, the at least three probes may be disposed at points not facing each other with respect to the center of the measurement object.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치는 상기 적어도 3개 이상의 프로브 중 어느 하나의 프로브와 다른 하나의 프로브에 대한 사이각과, 상기 어느 하나의 프로브와 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비는 기약 분수로 나타낼 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape may include an angle between one of the at least three probes and another probe, and one of the probes and another probe. The ratio of the angle to the angle can be expressed as a fraction of the contract.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치는 상기 연산부는 상기 합성 신호에서 상기 구동 오차 신호가 제거된 신호를 푸리에 변환하여 고조파 성분이 선형 결합된 신호를 얻고, 상기 회전장치가 표본 추출 각도(Δ)를 기 설정된 신호 수신 횟수(N)만큼 회전하였을 때의 총 측정 범위 각도를 T로 정의하고, 상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 기약분수(aα/bα)로 정의하고, 상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 (aβ/bβ)로 정의할 경우, 상기 고조파 성분 중 파장이 가장 짧은 고조파의 파장(λmin)에 대한 파장이 가장 긴 고조파의 파장(λmax) 의 비율(λmax / λmin) 이 상기 bα와 bβ 의 최소공배수에서 1을 제외한 값{LCM(bα, bβ)-1}과 1회전에 대한 총 측정 범위 각도(T)의 비율(rT=T°/360°)의 곱보다 작은 값을 가질 수 있다. According to an embodiment, the surface measuring apparatus of the object having the circular cross-sectional shape may be obtained by linearly transforming a signal from which the driving error signal is removed from the synthesized signal by linearly combining a harmonic component with the calculating unit. Defines a total measurement range angle T when the sampling angle Δ is rotated by a predetermined number of times of signal reception (N), and the total measurement range angle T and any one probe and the other The ratio of the angle between probes is defined as a fraction of fraction (a α / b α ), and the ratio of the angle between the total measurement range angle (T) and the angle between one of the probes and the other probe ( a β / b β ), the ratio (λ max / λ min ) of the wavelength (λ max ) of the longest harmonic to the wavelength (λ min ) of the shortest harmonic among the harmonic components is b α and Less than the product of the least common multiple of b β minus 1 {LCM (b α , b β ) -1} and the ratio of the total measurement range angle (T) to one revolution (r T = T ° / 360 °) It can have a value.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치의 상기 적어도 3개 이상의 프로브는, 상기 측정 대상물의 하부를 측정하는 제1 내지 제3 프로브 및 상기 측정 대상물의 상부를 측정하는 제4 내지 제6 프로브를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the at least three or more probes of the surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape, the first to third probes for measuring the lower portion of the measurement object and the agent for measuring the upper portion of the measurement object It may comprise a fourth to sixth probe.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치의 상기 적어도 3개 이상의 프로브는, 상기 측정 대상물의 일 상단에 배열되어, 상기 측정 대상물의 상단을 측정하는, 제7 및 제8 프로브를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the at least three or more probes of the surface measuring apparatus of the object having the circular cross-sectional shape is arranged on one end of the measurement object, and measuring the upper end of the measurement object, the seventh and eighth It may further include a probe.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치는 상기 제7 프로브는 상기 측정 대상물의 회전 축과 동일 직선 상에 위치되며, 상기 제8 프로브는 상기 제7 프로브와 동일한 높이에 위치할 수 있다. According to one embodiment, the surface measuring apparatus of the object having the circular cross-sectional shape is the seventh probe is located on the same straight line as the axis of rotation of the measurement object, the eighth probe is at the same height as the seventh probe Can be located.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법은 측정 대상물이 놓인 지지부 및 적어도 3개 이상의 프로브를 포함하는 측정부를 포함하되, 상기 지지부와 상기 측정부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상대 회전 운동 시키는 단계 및 상기 상대 회전 동안 상기 적어도 3개 이상의 프로브에서 상기 측정 대상물의 원주면을 측정하여 측정 신호들을 생성하는 단계를 포함하되, 상기 적어도 3개 이상의 프로브들은 상기 측정 대상물의 중심을 기준으로 사이각이 0도 보다 크고 180도 보다 작은 지점에 위치할 수 있다. According to one embodiment, the method for measuring the surface of the object having a circular cross-sectional shape includes a measuring unit including a support on which the measurement object is placed and at least three or more probes, wherein any one of the support and the measuring unit is connected to the other one. And performing relative rotational motion relative to each other and measuring the circumferential surface of the measurement object at the at least three probes during the relative rotation to generate measurement signals, wherein the at least three probes are directed to the center of the measurement object. As a reference, the angle may be located at a point greater than 0 degrees and less than 180 degrees.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법은 상기 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성하는 단계, 상기 합성 신호에서 상기 상대 회전 운동에서 발생하는 구동 오차 신호를 제거하는 단계 및 상기 구동 오차 신호가 제거된 상기 합성 신호에서 상기 측정 대상물의 형상 오차 신호를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape may include generating a synthesized signal by adding the measured signals, removing a driving error signal generated in the relative rotational motion from the synthesized signal, and The method may further include removing a shape error signal of the measurement object from the synthesized signal from which the driving error signal is removed.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법은 상기 적어도 3개 이상의 프로브 중 어느 하나의 프로브와 다른 하나의 프로브에 대한 사이각과, 상기 어느 하나의 프로브와 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비는 기약 분수로 나타낼 수 있다. According to an embodiment, the method for measuring the surface of an object having a circular cross-sectional shape may include an angle between one of the at least three probes and another probe, and one of the probes and another probe. The ratio of the angle to the angle can be expressed as a fraction of the contract.
일 실시 예에 따르면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법은 상기 구동 오차 신호가 제거된 상기 합성 신호에서 측정 대상물의 형상 오차 신호를 제거하는 단계는, 상기 합성 신호에서 상기 구동 오차 신호가 제거된 신호를 푸리에 변환하여 고조파 성분이 선형 결합된 신호를 얻고, 상기 회전장치가 표본 추출 각도(Δ)를 기 설정된 횟수(N)만큼 회전하였을 때의 총 측정 범위 각도를 T로 정의하고, 상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 기약분수(aα/bα)로 정의하고, 상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 기약분수(aβ/bβ)로 정의할 경우, 상기 고조파 성분 중 파장이 가장 짧은 고조파의 파장(λmin)에 대한 파장이 가장 긴 고조파의 파장(λmax) 의 비율(λmax / λmin) 이 상기 bα와 bβ 의 최소공배수에서 1을 제외한 값{LCM(bα, bβ)-1}과 1회전에 대한 총 측정 범위 각도(T)의 비율(rT=T°/360°)의 곱보다 작은 값을 가질 수 있다. According to an embodiment, the method of measuring the surface of an object having a circular cross-sectional shape may include removing a shape error signal of a measurement object from the synthesis signal from which the driving error signal is removed. Fourier transform the removed signal to obtain a linearly coupled signal of harmonic components, and define the total measurement range angle as T when the rotator rotates the sampling angle Δ by a predetermined number of times N. The ratio of the total measurement range angle (T) and the angle between the one probe and the other probe is defined as a fraction of fraction (a α / b α ), and the total measurement range angle T and the When the ratio of the angle between one probe and the other probe is defined as a fraction of the fraction (a β / b β ), the wavelength of the harmonics having the shortest wavelength among the harmonic components (λ m) ratio (λ max / λ min) of the in) the λ max (the wavelength of the longest wavelength of the harmonic) wherein b and α Less than the product of the least common multiple of b β minus 1 {LCM (b α , b β ) -1} and the ratio of the total measurement range angle (T) to one revolution (r T = T ° / 360 °) It can have a value.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 표면 측정장치는 프로브들에서 측정된 측정신호로부터 상대 회전 운동으로 인한 구동 오차 신호와 회전구동부의 회전 오차 운동이 제거된 표면 형상정보를 획득할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 상기 측정 대상물의 원주면에 대한 형상을 정밀하게 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the surface measuring apparatus may obtain surface shape information from which a driving error signal due to relative rotational movement and a rotational error of the rotation driving unit are removed from the measurement signals measured by the probes. Through this, the present invention can accurately measure the shape of the circumferential surface of the measurement object.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 프로브 지지대를 포함하는 표면측정장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 측정방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 4의 표면 측정방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치에 형상을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an apparatus for measuring the surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view illustrating a surface measuring apparatus of an object having a circular cross-sectional shape of FIG. 1.
3 is a view showing a surface measuring apparatus including a probe support.
4 is a flowchart illustrating a surface measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the surface measurement method of FIG.
6 is a diagram illustrating an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a third exemplary embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a method of measuring the shape in the surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention can be sufficiently delivered to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned to be on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the shapes and thicknesses of the regions are exaggerated for the effective description of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular encompasses the plural unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, steps, configurations It should not be understood to exclude the possibility of the presence or the addition of elements or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면에 대해 측정을 수행한다. 이하, 편의를 위해 원형 단면 형상을 갖는 대상물을 대상물로 기술하여 설명한다.The present invention performs the measurement on the surface of the object having a circular cross-sectional shape. Hereinafter, for convenience, an object having a circular cross-sectional shape will be described as an object.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 평면도이고, 도 3은 프로브 지지대를 포함하는 표면측정장치를 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a surface measuring apparatus of an object having a circular cross-sectional shape according to the first embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view showing a surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape of Figure 1, Figure 3 Is a view showing a surface measuring apparatus including a probe support.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치(1000)는 지지부(100), 측정부(200), 정반(300), 회전부(미개시), 및 연산부(미개시)를 포함할 수 있다. 1 to 3, the
지지부(100)는 소정의 두께를 가지는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 지지부(100)의 상단에는 측정 대상물(O)이 놓인다. 측정 대상물(O)은 소정의 형상, 예를 들면 원통형 형상을 가질 수 있다. 측정 대상물(O)은 일 방향으로 연장되는 소정의 길이를 갖는다. 이하, 측정 대상물(O)의 길이 방향을 Z 축 방향이라 정의하고, 상기 Z 축 방향에 수직한 방향을 각각 X 축 방향 및 Y 축 방향이라 정의한다.The
측정부(200)는 지지부(100) 일 방향으로 이격된 지점, 예를 들어 +Z 축 방향으로 소정거리 이격된 지점에 위치할 수 있다. 측정부(200)는 적어도 3개 이상의 프로브(210)들을 포함할 수 있다. 도 1에서는 제1 프로브(210a), 제2 프로브(210b), 제3 프로브(210c) 만이 도시되었으나, 그 이상의 프로브를 더 포함할 수 있음은 당업자로서 자명하다. 상기 적어도 3개 이상의 프로브(210)들은 Z 축 방향으로 동일 높이에 위치한다.The measuring
적어도 3개 이상의 프로브(210) 또는 측정 대상물(O) 중 어느 하나는 다른 하나에 대하여 상대 회전 운동(R) 한다. 이 때, 적어도 3개 이상의 프로브(210)들은 상대 회전 운동 하는 측정 대상물(O)의 표면 형상을 측정할 수 있다. 구체적으로, 3개 이상의 프로브(210)들은 상대 회전 운동 하는 측정 대상물(O)의 표면으로 신호를 출력하고, 상기 측정 대상물(O)의 표면으로부터 반사된 신호를 수신하여 측정 신호를 생성한다. 적어도 3개 이상의 프로브(210)들은 개별적으로 상기 측정 신호들을 생성한다.One of the at least three probes 210 or the measurement object O makes a relative rotational motion R with respect to the other. At this time, at least three or more probes 210 may measure the surface shape of the measurement object (O) in a relative rotational motion. Specifically, the three or more probes 210 output a signal to the surface of the measurement object (O) in the relative rotational movement, and receives the signal reflected from the surface of the measurement object (O) to generate a measurement signal. At least three or more probes 210 individually generate the measurement signals.
적어도 3개 이상의 프로브(210)들은 측정 대상물(O)이 회전 운동하는 동안 상기 측정 신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 적어도 3개 이상의 프로브(210)들은 기 설정된 신호 수신 횟수(N)에 따라 표본 추출 각도(Δ)의 배수로 측정 대상물(O)을 회전시켜 상기 측정 신호를 생성한다. 이 때, 상기 측정 대상물(O)을 회전시킨 정도를 측정 범위 각도(T)로 정의한다. At least three or more probes 210 may generate the measurement signal while the measurement object O is rotating. Specifically, the at least three probes 210 generate the measurement signal by rotating the measurement object O in multiples of the sampling angle Δ according to a preset number of times of signal reception (N). At this time, the degree of rotation of the measurement object (O) is defined as the measurement range angle (T).
실시 예에 따르면, 적어도 3개 이상의 프로브(210)는 아래 조건 1을 만족하며, 동시에 조건 2 또는 조건 3중 어느 하나 이상을 만족하는 지점에 위치할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 적어도 3개 이상의 프로브(210)가 제1 프로브(210a), 제2 프로브(210b), 및 제3 프로브(210c)를 포함하는 것을 예를 들어 설명한다.According to an embodiment, at least three or more probes 210 may satisfy the following condition 1 and may be located at a point satisfying any one or more of condition 2 or condition 3 at the same time. Hereinafter, for the convenience of description, it will be described by way of example that at least three or more probes 210 include a
조건 1Condition 1
제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c)는 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 사이각이 0도 보다 크고 180도 보다 작은 지점에 위치한다. 구체적으로 제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c) 중 어느 한 개의 프로브에서 측정 대상물의 중심을 잇는 선분과 다른 두 개의 프로브 각각에서 측정 대상물의 중심을 잇는 선분에 의해 생성되는 사이각들 중 어떤 사이각도 0도 또는 180도가 되지 않도록 배치된다. 이에 의해, 제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c)는 배치 위치가 중복되거나 서로 마주보지 않도록 배치된다. The first to
조건 2 Condition 2
제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c)중 어느 하나의 프로브와 다른 하나의 프로브에 대한 사이각과 총 측정 범위 각도(T)의 비율을 기약 분수(irreducible fraction)로 나타낼 수 있다. 예를 들어 총 측정 범위 각도(T)와 제 1 프로브(210a)와 제 2 프로브(210b)에 대한 사이각의 비를 아래 수학식 1과 같이 기약분수로 나타 낼 수 있고, 총 측정 범위 각도(T)와 제 1 프로브(210a)와 제 3 프로브(210c)에 대한 사이각의 비율을 아래 수학식 2와 같이 기약분수(aβ/bβ)로 나타낼 수 있다. A ratio between the angle between the one of the first to
한편, 상기 측정 신호들이 합산된 합성 신호에서 구동 오차 신호를 제거 후 푸리에 변환하는데, 푸리에 변환에 의해 상기 구동 오차 신호가 제거된 합성 신호는 고조파 성분들이 선형 결합되어 표현될 수 있다. 여기서, 파장이 가장 짧은 고조파 성분의 파장(λmin)과 파장이 가장 긴 고조파 성분의 파장(λmax)의 비율(rλ)은 상기 r1과 r2의 분모들의 최소공배수에서 1을 뺀 값{LCM(bα, bβ)-1}과 1회전 각도에 대한 총 측정 범위 각도(T)의 비율(rT=T°/360°)의 곱보다 작아야 한다. 다시 말해, 상기 rλ, LCM(bα, bβ)-1 및 rT은 아래 수학식 3을 만족하여야 한다. Meanwhile, Fourier transform is performed after the driving error signal is removed from the synthesized signal obtained by adding the measured signals. The synthesized signal from which the driving error signal is removed by the Fourier transform may be expressed by linearly combining harmonic components. Here, the ratio r λ between the wavelength λ min of the shortest harmonic component and the wavelength λ max of the longest harmonic component minus one from the least common multiple of the denominators of r 1 and r 2 is obtained. It must be less than the product of {LCM (b α , b β ) -1} and the ratio of the total measurement range angle T to the angle of rotation (r T = T ° / 360 °). In other words, r λ , LCM (b α , b β ) -1 and r T must satisfy Equation 3 below.
조건 3 Condition 3
파장이 가장 짧은 고조파 성분의 파장(λmin)과 파장이 가장 긴 고조파 성분의 파장(λmax)의 비율(rλ)은 상기 1회전 각도에 대한 총 측정 범위 각도(T)의 비율을 기약분수로 나타낸 rT (rT=T°/360°=aT/bT)의 분자 at 보다 작아야 한다. 다시 말해 아래 수학식 4를 만족하여야 한다. The ratio r λ between the wavelength λ min of the shortest harmonic component and the wavelength λ max of the longest harmonic component is a fraction of the total measurement range angle T with respect to the first rotation angle. It should be smaller than the molecule a t of r T (r T = T ° / 360 ° = a T / b T ). In other words, the following Equation 4 must be satisfied.
정반(300)은 소정의 두께를 가지며, 상기 정반(300)의 상단에는 소정의 물체를 놓을 수 있는 평면이 제공된다. 실시 예에 따르면, 상기 정반(300)의 상단에는 지지부(100)가 놓일 수 있다. The
회전부(미개시)는 지지부(100)와 측정부(200) 중 어느 하나를 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 다른 하나에 대해 상대 회전 운동(R) 시킬 수 있다. 일 예에 의하면, 상기 회전부는 측정부(200)가 고정 위치된 상태에서 지지부(100)를 회전 운동(R) 시킬 수 있다. 다른 예에 의하면, 상기 회전부는 지지부(100)가 고정 위치된 상태에서 측정부(200)를 회전 운동(R) 시킬 수 있다. 본 실시 예에서는 회전부가 지지부(100)를 회전 운동(R) 시키는 것을 예를 들어 설명한다.The rotating part (not started) may cause one of the
연산부(미개시)는 적어도 3개 이상의 프로브(210)로부터 상기 측정 신호를 수신하며, 상기 측정 신호들이 합성된 합성 신호를 생성할 수 있다. 이 때, 상기 합성 신호에는 상대 회전 운동(R)에서 발생하는 상기 구동 오차 신호와 측정 대상물(O)의 표면 형상에 의해 발생하는 상기 형상 오차 신호가 포함되어 있다. 이러한 상기 오차들로 인해 상기 측정 신호의 측정 불확도(measuring uncertainty)가 커질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 연산부는 상기 측정 신호에 대하여 푸리에 모델 기반(Fourier model based) 멀티프로브 오차분리법(multi-probe error separation method)을 적용하여 상기 구동 오차 신호와 상기 형상 오차 신호를 제거할 수 있다. 상기 오차 분리법의 구체적인 과정에 대해서는 도 4를 통해 후술하도록 한다.The calculator (not disclosed) may receive the measurement signals from at least three probes 210 and generate a synthesized signal obtained by combining the measurement signals. In this case, the synthesized signal includes the drive error signal generated in the relative rotational motion R and the shape error signal generated by the surface shape of the measurement object O. These errors may increase the measuring uncertainty of the measurement signal. To prevent this, the operation unit may remove the driving error signal and the shape error signal by applying a Fourier model based multi-probe error separation method to the measurement signal. . A detailed process of the error separation method will be described later with reference to FIG. 4.
실시 예에 따르면, 도 3에 개시된 바와 같이 표면 측정장치(1000)의 측정부(200)는 프로브(210)를 고정하는 프로브 지지부(230)를 더 포함할 수 있다.According to the embodiment, as shown in FIG. 3, the measuring
프로브 지지부(230)는 +Z 축으로 연장되는 소정의 길이를 갖는 기둥 형상이다. 프로브 지지부(230)는 정반(300) 상단에 고정되며, 상기 정반(300)과 상기 프로브(210)를 연결한다. 이를 통해, 상기 프로브 지지부(230)는 프로브(210)를 정반(300)에 안정적으로 고정시키며, 상기 프로브(210)의 움직임을 제한할 수 있다.The
이상 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치(1000)를 설명하였다. 이하 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 표면 측정방법에 대해 설명하겠다.1 to 3, the
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 표면 측정방법을 설명하기 위한 순서도 이고, 도 5는 도 4의 표면 측정방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a flowchart illustrating a surface measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram illustrating the surface measuring method of FIG. 4.
도 4를 참조하면, 상기 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법은 지지부 또는 측정부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상대 회전 운동시키는 단계(S110), 적어도 3개 이상의 프로브에서 측정 대상물의 원주면을 측정하여 측정 신호들을 생성하는 단계(S120). 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성하는 단계(S130) 합성 신호에서 구동 오차 신호를 제거하는 단계(S140) 및 구동 오차 신호가 제거된 합성 신호에서 형상 오차 신호를 제거하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the method for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape, a step of performing a relative rotational movement of one of the supporting part and the measuring part with respect to the other one (S110), the circumferential surface of the measurement object in at least three probes Measuring and generating measurement signals (S120). Generating a synthesized signal by summing the measurement signals (S130); removing the driving error signal from the synthesized signal (S140), and removing the shape error signal from the synthesized signal from which the drive error signal is removed (S150). Can be.
지지부 또는 측정부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상대 회전 운동시키는 단계(S110)는 상기 회전부가 지지부(100) 또는 측정부(200) 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상대 회전 운동(R)시키는 단계이다. 일 예에 의하면, 상기 단계 S110에서 상기 회전부는 측정부(200)가 고정 위치된 상태에서 지지부(100)를 상기 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 회전 운동 시킬 수 있다. 다른 예에 의하면, 상기 회전부는 지지부(100)가 고정 위치한 상태에서 측정부(200)를 상기 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 회전 운동 시킬 수 있다.Relative rotational movement of any one of the support unit or the measuring unit relative to the other (S110) is a step of the relative rotational movement (R) of any one of the
적어도 3개 이상의 프로브에서 측정 대상물의 원주면을 측정하여 측정 신호들을 생성하는 단계(S120)는 적어도 3개 이상의 프로브(210)를 이용하여 상기 측정 대상물(O)의 원주면을 측정하는 단계이다. 적어도 3개 이상의 프로브(210)들은 회전 운동하는 측정 대상물(O)의 원주면으로 신호를 출력하고, 상기 측정 대상물(O)의 원주면으로부터 반사된 신호를 수신하여 측정 신호를 생성한다.The step S120 of measuring the circumferential surface of the measurement object in at least three or more probes to generate measurement signals is a step of measuring the circumferential surface of the measurement object O using at least three or more probes 210. At least three or more probes 210 output a signal to the circumferential surface of the measurement object O that is rotating, and receive a signal reflected from the circumferential surface of the measurement object O to generate a measurement signal.
도 5를 참조하면, 제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c)를 각각 PO, PΦ 및 Pψ로 정의할 수 있다. 이때, 상기 PO는 기준 프로브이며, PΦ 및 Pψ는 각각 PO로부터 각도 Φ 및 ψ 만큼 이격하여 설치되는 프로브이다. 상기 각도 Φ 및 ψ는 상술한 조건1에 의거하여 어느 것도 0도 또는 180도가 되지 않는다. Referring to FIG. 5, the first to
상기 PO, PΦ 및 Pψ는 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 상대 회전 운동(R)하는 측정 대상물(O)의 원주면을 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 PO, PΦ 및 Pψ는 소정의 표본 추출 각도(Δ)로 기 설정된 신호 수신 횟수(N)만큼 측정하여 N개의 데이터 집합{m}을 수집할 수 있다. i번째 얻어지는 측정데이터들은, 측정이 이루어지는 순간의 구동 및 설치 오차에 의한 중심축의 수평이동성분 X(θi), Y(θi) 와 각 프로브들에 의해 측정되는 피측정 단면부의 형상성분의 영향에 의해 아래 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.P O , P Φ and P ψ can measure the circumferential surface of the measurement target object O relative to the rotational motion R with respect to the center of the measurement target object O. Specifically, the P O , P Φ and P ψ may collect N data sets {m} by measuring a predetermined number of signal reception times N at a predetermined sampling angle Δ. The i-th measurement data obtained is influenced by the horizontal moving components X (θ i ) and Y (θ i ) of the central axis due to the driving and mounting errors at the moment of measurement and the shape components of the cross section under measurement by the respective probes. It can be expressed by Equation 5 below.
이 때, moi는 i번째 위치에서 PO로부터 측정한 위치좌표이며, mΦi는 i번째 위치에서 PΦ로부터 측정한 위치좌표이며, mψi는 i번째 위치에서 Pψ로부터 측정한 위치좌표이다.At this time, m oi is the i-th position is a position coordinate measured by the P O, m Φi is the i-th position is a position coordinate measured by the P Φ, m ψi is the i-th position is a position coordinate measured by the P ψ .
한편, 일반적으로 사용되는 프로브는 정밀하게 설정된 뒤에도 초기값 설정 오차 등의 바이어스 에러(bias error)가 발생하게 된다. 이러한 프로브들의 바이어스 에러를 고려한다면, 상기 수학식 5는 아래 수학식 6과 같이 표현될 수 있다. On the other hand, a commonly used probe generates a bias error such as an initial value setting error even after being precisely set. Considering the bias error of such probes, Equation 5 may be expressed as Equation 6 below.
다시 도 4를 참조하면, 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성하는 단계(S130)는 단계 S120에서 획득한 상기 PO, PΦ 및 Pψ가 i번째까지의 측정데이터들의 집합 {moi}, {mΦi}, 및 {mψi}를 합산하여 합성 신호를 생성하는 단계이다. Referring again to Figure 4, by summing the measured signal obtained in the step (S130) to step S120 to generate the composite signal P O, Summing the set of P P Φ and ψ are measured data of the i-th to {m oi}, {m Φi }, and {m} ψi is the step of generating a composite signal by.
실시 예에 따르면, 회전부 단면측정을 위한 주파수영역의 (고조파 함수) 계수비교법에 의한 피측정단면 형상성분의 추정은 다음의 과정에 의해 이루어진다. According to the embodiment, the estimation of the cross-sectional shape component to be measured by the (harmonic function) coefficient comparison method in the frequency domain for the cross section measurement of the rotating part is performed by the following process.
1) 측정시스템의 기하학적 관계를 기반으로 피측정단면의 형상성분과 구동오차성분의 합의 형태로 측정되는 측정데이터의 모델을 구축한다. 1) Construct the model of the measurement data measured in the form of the sum of the shape component and the driving error component of the cross section under measurement.
2) 피측정단면에 존재하는 미지의 형상성분 Ri와 그에 대한 Fourier model Rwi와 합성 신호Mi=moi + a mΦi +b mψi의 Fourier model Mwi 를 정의한다.2) the measured cross-sectional shape of the image components R i and R wi Fourier model and the composite signal thereof present in M i = m + oi a m Φi + b Define Fourier model M wi of m ψ i .
3) 실제 측정데이터 moi, mΦi, 및 mψi로부터 구동오차 및 설치 오차에 의한 항이 제거되도록 하중화 상수 a와 b를 선택하고, 이를 적용한 합성 신호Mi = moi + a mΦi +b mψi =R(θi) +a R(θi -Φ) + b R(θi +ψ)를 구한다.3) The loading constants a and b are selected so that the term due to driving error and installation error is removed from the actual measurement data m oi , m Φ i , and m ψ i , and the composite signal M i = m oi + a is applied. m Φi + b m ψ i = R (θ i ) + a R (θ i -Φ) + b Find R (θ i + ψ).
4) Fourier transform을 적용하여 Mi로부터 Mwi의 Fourier coefficients를 구한다.4) Apply Fourier transform to find Fourier coefficients of M wi from M i .
5) 계수비교법을 적용하여 Mwi의 계수로부터 형상성분 Rwi의 계수를 산출하여 Rwi를 구한다.5) applying the coefficient comparison method and by calculating a coefficient of the shape coefficient of the component from the R wi wi M R wi is obtained.
6) Rwi의 Fourier inverse transform을 통해 형상성분 Ri를 분리해낸다6) Isolate the shape component R i through the Fourier inverse transform of R wi .
상기 과정에 따라 상기 합성 신호는 상기 수학식4에 적절한 하중화 상수 a, b를 곱하여 구할 수 있다. 즉, 상기 합성 신호는 아래 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.According to the above process, the synthesized signal may be obtained by multiplying the appropriate loading constants a and b in Equation 4. That is, the synthesized signal may be expressed as Equation 7 below.
여기서, here,
합성 신호에서 구동 오차 신호를 제거하는 단계(S140)는 상기 연산부가 상기 합성 신호(Mi)에서 상기 구동 오차 및 설치 오차를 제거하는 단계이다.In operation S140, the driving error signal is removed from the synthesized signal by the operation unit to remove the driving error and the installation error from the synthesized signal M i .
만일, 상기의 수학식 6에서 적절한 a, b의 선택에 의해 xi와 yi가 포함된 항들이 제거될 수 있다면, 구동오차의 영향을 받는 항이 제거되어 상기 수학식 6는 아래 수학식 8과 같이 표현될 수 있다. If the terms including x i and y i can be removed by selecting the appropriate a and b in Equation 6 above, the term affected by the driving error is eliminated, and Equation 6 is Can be expressed as:
상기 합성 신호Mi가 구동오차 및 설치 오차의 영향을 받지 않도록 하기 위해서는, 해당 오차 성분들인 xi와 yi를 포함하는 항이 모두 제거되어야 한다. 따라서, 이러한 조건을 만족하기 위한 하중화 상수 a와 b는 아래 수학식 9를 만족해야 한다.In order to prevent the synthesized signal M i from being affected by the driving error and the installation error, all terms including the corresponding error components x i and y i should be removed. Therefore, the loading constants a and b to satisfy these conditions must satisfy the following equation (9).
상술한 프로브 배치조건에 의해 sinψ는 0이 될 수 없으므로, 상기 하중화 상수 b는 b=a sinΦ / sinψ와 같이 쓸 수 있다. 상기 수학식 9에 상기 b값을 대입하여 정리하면, 상기 수학식 9는 하기의 수학식 10과 같이 정리될 수 있다. Since sinψ cannot be zero due to the above probe arrangement condition, the loading constant b is b = a. can be written as sinΦ / sinψ. When the b value is substituted into Equation 9, Equation 9 may be arranged as in Equation 10 below.
그러므로, 프로브 배치조건 sin(Φ+ψ)≠0을 고려하면 상수 a와 상수 b는 아래 수학식 11과 같이 결정된다.Therefore, probe placement condition sin (Φ + ψ) ≠ 0 Considering the constants a and b are determined by Equation 11 below.
상기 수학식 11에서 도출한 a, b를 상기 수학식 7 또는 8에 대입함으로써, 상기 구동 오차 신호 및 설치 오차를 제거할 수 있다. By substituting a and b derived from Equation 11 into Equation 7 or 8, the driving error signal and the installation error can be eliminated.
구동 오차 신호가 제거된 합성 신호에서 형상 오차 신호를 제거하는 단계(S150)는 상기 연산부가 상기 구동 오차 신호가 제거된 상기 합성 신호를 푸리에 변환을 통해 형상 오차 신호를 제거하는 단계이다.The removing of the shape error signal from the synthesized signal from which the driving error signal is removed (S150) is a step in which the calculation unit removes the shape error signal by performing a Fourier transform on the synthesized signal from which the driving error signal is removed.
3 개의 프로브를 이용해서 N개의 측정위치에서 얻어지는 실제의 측정데이터 moi, mΦi, 및 mψi로부터 하중화 상수를 적용하여 얻어지는 하중화 합성량 데이터열 Mi는 푸리에 변환을 통해 푸리에 모델 Mwi로 표현이 가능하다. 이 때. Mwi는 아래 수학식 12와 같이 표현된다. Loaded composite data string M i obtained by applying the loading constants from the actual measurement data m oi , m Φ i , and m ψ i obtained at N measurement positions using three probes is a Fourier model M wi Can be expressed as At this time. M wi is expressed by Equation 12 below.
또한, 측정단면선의 형상성분 Ri 역시 다음과 같은 푸리에 모델 Rwi로 표현하면, 상기 Mwi의 경우와 유사하게 나타낼 수 있다. 상기 Rwi는 아래 수학식 13과 같이 표현된다. In addition, when the shape component R i of the measurement section line is also expressed by the following Fourier model R wi , it may be expressed similarly to the case of M wi . R wi is expressed by Equation 13 below.
상기 수학식 12 및 13에서 aliasing effect를 고려하여 데이터처리를 수행하는 경우에는 유효파장 성분까지만을 대상으로 하는 bin number k는 K=1,2,3, …, Kmax로 제한될 수 있다. 이 때, 상기 Kmax는 나이키스트의 정리(Nyquist theorem)에 의해 결정되는 표본 수 N/2를 초과하지 않는 최대 정수이다. In the case of performing data processing in consideration of the aliasing effect in Equations 12 and 13, the bin number k for only the effective wavelength component is K = 1, 2, 3,... , K max . At this time, the K max is a maximum integer not exceeding the number of samples N / 2 determined by Nyquist theorem.
상기 수학식 12와 수학식 13을 실제의 측정데이터로부터 얻어진 수학식 8에 에 적용하면, 아래 수학식 14와 같이 표현된다. When the above equations (12) and (13) are applied to the equation (8) obtained from the actual measurement data, it is expressed as the following equation (14).
이 때, 상기 수학식 14의 1 + a coswkΦ + b coswkψ를 αk로, a sinwkΦ - b sinwkψ를 βk로 치환하면 상기 수학식 14는 아래 수학식 15와 같이 정리될 수 있다.At this time, 1 + a of Equation 14 cosw k Φ + b cosw k ψ to α k , a sinw k Φ-b Substituting sinw k ψ with β k , Equation 14 may be summarized as in Equation 15 below.
그러므로, 상기 수학식 12와 상기 수학식 15를 비교하면, 아래 수학식 16과 같이 표현된다. Therefore, when Equation 12 is compared with Equation 15, Equation 16 is expressed below.
상기 수학식 16으로부터 아래 수학식 17과 같은 계수 비교식을 도출할 수 있다.A coefficient comparison equation as shown in Equation 17 below may be derived from Equation 16.
이 식을 적용하면, 실제 측정에 의해 획득된 데이터로부터 상기 수학식 8에 의해 얻어진 하중화 합성량의 푸리에 변환 결과 로부터, 피측정 단면형상성분 의 계수 가 용이하게 산출된다. 이 때, 상기 는 아래 수학식 18과 같이 표현된다.Applying this equation, the Fourier transform result of the loading compounding amount obtained by Equation 8 from the data obtained by the actual measurement From the cross-sectional shape component to be measured Coefficient of Is easily calculated. At this time, Is expressed by Equation 18 below.
상기 수학식 18에 의해 산출되는 Rwi를 역변환하면, 최종적으로 space domain 상에서 표현되는 형상성분 Ri의 추정값이 계산된다.When inversely transforming R wi calculated by Equation 18, an estimated value of the shape component R i finally expressed in the space domain is calculated.
상술한 실시 예와는 달리, 기존의 측정방법으로는, Rw의 계수들을 계산하는 과정에서 심각한 계산 오차가 발생하는 현상이 있다.Unlike the above-described embodiment, there is a phenomenon that a serious calculation error occurs in the process of calculating the coefficients of R w in the conventional measuring method.
하지만 본 발명의 실시 예에 따르면, 적어도 3개 이상의 프로브(210)이 상술한 조건 1을 만족하며, 동시에 조건 2 또는 조건 3중 어느 하나 이상을 만족하는 위치에 배열됨에 따라, 상기 측정 범위 각도(T)와 프로브의 배치 각도 ψ, Φ가 제한된다. 이를 통해 계산 오류를 유발하는 상황을 방지할 수 있다. 이를 통해, 계산 오류 없이 측정신호에서 형상오차를 제거할 수 있으며, 구동오차와 형상오차 성분을 제거한 형상정보를 얻을 수 있다.However, according to an embodiment of the present invention, at least three or more probes 210 satisfy the condition 1 described above and are arranged at a position satisfying at least one of condition 2 or condition 3, and thus, the measurement range angle ( T) and the placement angles ψ and Φ of the probe are limited. This avoids situations that cause calculation errors. Through this, the shape error can be removed from the measurement signal without calculation error, and the shape information from which the driving error and the shape error component are removed can be obtained.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면 도 3의 실시 예와는 달리, 내부에 소정의 공간이 제공되는 튜브 형상의 측정 대상물(O)이 제공되며, 정반(300) 위에 놓여진다. 측정 대상물(O)의 내측에는 측정부(200)가 제공된다. 상기 측정부(200)는 3개 이상의 프로브(210) 및 3개 이상의 각 프로브에 대응되는 3개 이상의 프로브 지지대(230)가 제공된다. 제1 프로브(210a), 제2 프로브(210b) 및 제3 프로브(210c)는 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 동일한 거리로 이격되며, 각각 측정 대상물(O)의 내면을 바라보는 방향으로 배치된다. Referring to FIG. 6, unlike the embodiment of FIG. 3, a tube-shaped measurement object O provided with a predetermined space therein is provided and placed on the
실시 예에 따르면, 제1 프로브(210a), 제2 프로브(210b) 및 제3 프로브(210c)는 각각 제1 프로브 지지대(230a), 제2 프로브 지지대(230b) 및 제3 프로브 지지대(230c)에 의해 지지부(100) 상단에 고정된다. 지지부(100)는 회전부(미도시)에 의해 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 회전 운동(R) 하며, 이 때, 제1 프로브(210a), 제2 프로브(210b) 및 제3 프로브(210c) 또한 측정 대상물(O)의 중심을 기준으로 회전 운동(R) 한다, 이를 통해, 표면 측정장치(1000)는 튜브 형상을 갖는 측정 대상물(O) 내부의 원주면에 대하여 표면 형상을 측정한다.According to an embodiment, the
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 도 1의 실시 예와는 다르게, 측정부(200)는 측정 대상물(O)의 상부를 측정하는 제4 프로브(300d), 제5 프로브(300e) 및 제6 프로브(300f)를 더 포함한다.Referring to FIG. 7, unlike the embodiment of FIG. 1, the
실시 예에 따르면, 제 4 내지 제6 프로브(210d, 210e, 210f)는 상기 제1 내지 제3 프로브 (210a, 210b, 210c)를 기준으로 +Z 축 방향으로 소정 거리 이격한 지점에 배열되며, 상술한 조건 1 내지 조건 3을 동시에 만족하는 위치에 배열된다. 이를 통해 표면 측정장치(1000)는 측정 대상물(O) 원주면의 상부와 하부를 동시에 측정할 수 있으며, 이를 통해 표면 측정장치의 신뢰도를 높힐 수 있다.According to the embodiment, the fourth to
실시 예에 따르면, 제4 내지 제 6프로브(210d, 210e, 210f)는 제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c)와 나란히 배열될 수 있다. 일 예에 의하면, 제4 프로브(210d)는 제1 프로브(210a)와 Z 축 방향으로 동일 직선 상에 위치하고, 제5 프로브(210e)는 제2 프로브(210b)와 Z 축 방향으로 동일 직선 상에 위치하고, 제6 프로브(210f)는 제3 프로브(210c)와 Z 축 방향으로 동일 직선 상에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. According to an embodiment, the fourth to
도 8은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치를 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating an apparatus for measuring a surface of an object having a circular cross-sectional shape according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 도 7의 실시 예와는 다르게, 측정부(200)는 측정 대상물(O)의 상단을 측정하는 제7 프로브(210g), 제8 프로브(210h)를 더 포함한다. Referring to FIG. 8, unlike the embodiment of FIG. 7, the
실시 예에 따르면, 측정부(200)는 측정 대상물(O)의 일 상단에 배열되어, 측정 대상물(O)의 상단을 측정하는 제7 프로브(210g), 제8 프로브(210h)를 더 포함한다. 이 때, 제7 프로브(210g)는 측정 대상물(O)의 회전 축과 동일 직선 상에 위치되며, 제8 프로브(210h)는 제7 프로브(210g)와 Z 축 방향으로 동일한 높이에 위치될 수 있다.According to an embodiment, the
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치에 형상을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a method of measuring the shape in the surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 도 8의 실시 예와는 다르게, 상기 표면 측정장치(1000)는 제2 지지부(150)를 더 포함한다. Referring to FIG. 9, unlike the embodiment of FIG. 8, the
정반(300)의 상단엔 지지부(100)가 놓여 질 수 있으며, 지지부(100) 상단에는 측정 대상물(O)이 놓여 진다. 또한, 측정 대상물(O)상단에는 제2 지지부(150) 및 제2 측정 대상물(O2)이 순차적으로 놓여 진다. 다시 말해, 지지부(100), 측정 대상물(O), 제2 지지부(150) 및 제2 측정 대상물(O2)은 상기의 순서대로 정반(300)의 상면에 +Z 축 방향으로 놓여 진다. 실시 예에 따르면, 제2 측정 대상물(O2)의 중심(O)과 측정 대상물(O)의 중심은 Z축 방향으로 동일한 직선 상에 위치한다. 실시 예에 따르면 회전부는 지지부(100) 또는 제2 지지부(150) 중 적어도 어느 하나를 회전 운동(R) 시킬 수 있다.The
실시 예에 따르면, 측정부(200)는 제2 지지부(150)의 외측 둘레를 측정하는 제4 프로브(300d), 제5 프로브(300e) 및 제6 프로브(300f)를 더 포함한다. 실시 예에 따르면, 제 4 내지 제6 프로브(210d, 210e, 210f)는 상기 제1 내지 제3 프로브 (210a, 210b, 210c)를 기준으로 +Z 축 방향으로 소정 거리 이격한 지점에 배열되며, 상술한 조건 1 내지 조건 3을 동시에 만족하는 위치에 배열된다. 제4 내지 제 6프로브(210d, 210e, 210f)는 제1 내지 제3 프로브(210a, 210b, 210c)와 나란히 배열될 수 있다. 일 예에 의하면, 제4 프로브(210d)는 제1 프로브(210a)와 Z 축 방향으로 동일 직선 상에 위치하고, 제5 프로브(210e)는 제2 프로브(210b)와 Z 축 방향으로 동일 직선 상에 위치하고, 제6 프로브(210f)는 제3 프로브(210c)와 Z 축 방향으로 동일 직선 상에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment, the
측정부(200)는 제2 지지부(150)의 저면을 측정하는 제7 프로브(210g), 제8 프로브(210h)를 더 포함한다. 이 때, 제7 프로브(210g)와 제8 프로브(210h)는 Z 축 방향으로 동일한 높이에 위치될 수 있다.The
실시 예에 따르면, 측정부(200)는 형상 측정 프로브(250)를 더 포함할 수 있다. 형상 측정 프로브(250)는 제2 측정 대상물(O2) 일 측면으로부터 소정 거리 이격된 지점에 위치할 수 있으며, 상대 회전 운동하는 제2 측정 대상물(O2)의 표면으로 신호를 보낼 수 있다. 또한, 형상 측정 프로브(250)는 제2 측정 대상물(O2)의 표면으로부터 반사된 신호를 수신하여 형상 신호를 생성한다.According to an embodiment, the measuring
실시 예에 따르면, 상기 연산부는 측정 대상물(O)로부터 도출된 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성할 수 있으며, 측정 대상물(O)에 대한 구동 오차 신호를 도출할 수 있다. 아울러 상기의 과정을 통해 도출된 상기 구동 오차 신호를 제2 측정 대상물(O2)의 구동 오차 신호를 제할 수 있다. 이를 통해, 표면 측정장치(100)는 제2 측정 대상물(O2)의 정확한 형상정보를 도출할 수 있다. According to an embodiment, the operation unit may generate a synthesized signal by summing measurement signals derived from the measurement object O, and may derive a driving error signal for the measurement object O. In addition, the driving error signal derived through the above process may be subtracted from the driving error signal of the second measurement object (O2). Through this, the
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
100: 지지부
200: 측정부
210: 적어도 3개 이상의 프로브
300: 정반100: support
200: measuring unit
210: at least three probes
300: surface plate
Claims (12)
상기 측정 대상물의 원주면을 측정하여 측정 신호를 생성하는 적어도 3개 이상의 프로브들을 포함하는 측정부;
상기 지지부와 상기 측정부 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 상기 측정 대상물의 중심을 축으로 상대 회전시키는 회전부를 포함하되,
상기 적어도 3개 이상의 프로브들은 상기 측정 대상물의 중심을 기준으로 사이각이 0도 보다 크고 180도 보다 작은 지점에 위치하는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
A support on which the object to be measured is placed;
A measurement unit including at least three probes for measuring a circumferential surface of the measurement object to generate a measurement signal;
It includes a rotation unit for rotating one of the support and the measuring unit relative to the axis of the center of the measurement object with respect to the other,
And the at least three probes have a circular cross-sectional shape located at a point greater than 0 degrees and less than 180 degrees between the center of the measurement object.
상기 적어도 3개 이상의 프로브 각각에서 수신되는 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성하고, 상기 합성 신호에서 상기 상대 회전 운동에서 발생하는 구동 오차 신호와 상기 측정 대상물의 형상 오차 신호를 제거하는 연산부를 더 포함하는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
The method of claim 1,
Comprising a sum of the measured signals received from each of the at least three probes to generate a composite signal, and further comprising a calculation unit for removing the drive error signal generated in the relative rotational motion and the shape error signal of the measurement object from the synthesized signal Surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape.
상기 적어도 3개 이상의 프로브 중 어느 하나의 프로브와 다른 하나의 프로브에 대한 사이각과, 상기 어느 하나의 프로브와 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비는 기약 분수로 나타나는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
The method of claim 1,
The ratio of the angle between any one of the at least three probes and the other probe, and the angle between the one probe and the other probe, is an object having a circular cross-sectional shape expressed as a fractional fraction. Surface measuring device.
상기 적어도 3개 이상의 프로브들은 상기 측정 대상물의 중심을 기준으로 서로 마주하지 않는 지점에 각각 배치되는 대상물의 표면 측정 장치.
The method of claim 3, wherein
And the at least three probes are disposed at points not facing each other with respect to the center of the measurement object.
상기 연산부는 상기 합성 신호에서 상기 구동 오차 신호가 제거된 신호를 푸리에 변환하여 고조파 성분이 선형 결합된 신호를 얻고,
상기 회전장치가 표본 추출 각도(Δ)를 기 설정된 신호 수신 횟수(N)만큼 회전하였을 때의 총 측정 범위 각도를 T로 정의하고,
상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 기약분수(aα/bα)로 정의하고,
상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 (aβ/bβ)로 정의할 경우,
상기 고조파 성분 중 파장이 가장 짧은 고조파의 파장(λmin)에 대한 파장이 가장 긴 고조파의 파장(λmax) 의 비율(λmax / λmin) 이 상기 bα와 bβ 의 최소공배수에서 1을 제외한 값{LCM(bα, bβ)-1}과 1회전에 대한 총 측정 범위 각도(T)의 비율(rT=T°/360°)의 곱보다 작은 값을 가지는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
The method of claim 3,
The operation unit obtains a signal in which harmonic components are linearly combined by Fourier transforming a signal from which the driving error signal is removed from the synthesized signal.
T is defined as the total measurement range angle when the rotating device rotates the sampling angle Δ by a predetermined number of times of signal reception (N),
The ratio of the total measurement range angle (T) and the angle between the one probe and the other probe is defined as a fraction (a α / b α ),
When the ratio of the total measurement range angle T and the angle between the one probe and the another probe is defined as (a β / b β ),
Among the harmonic components, a ratio (λ max / λ min ) of the wavelength (λ max ) of the longest harmonic to the wavelength (λ min ) of the shortest harmonic is b α and Less than the product of the least common multiple of b β minus 1 {LCM (b α , b β ) -1} and the ratio of the total measurement range angle (T) to one revolution (r T = T ° / 360 °) Surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape having a value.
상기 적어도 3개 이상의 프로브는,
상기 측정 대상물의 하부를 측정하는 제1 내지 제3 프로브; 및
상기 측정 대상물의 상부를 측정하는 제4 내지 제6 프로브를 포함하는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
The method of claim 1,
The at least three probes,
First to third probes measuring a lower portion of the measurement object; And
Surface measuring apparatus of the object having a circular cross-sectional shape comprising a fourth to sixth probe for measuring the upper portion of the measurement object.
상기 적어도 3개 이상의 프로브는,
상기 측정 대상물의 일 상단에 배열되어, 상기 측정 대상물의 상단을 측정하는, 제7 및 제8 프로브를 더 포함하는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
The method of claim 6,
The at least three probes,
An apparatus for measuring the surface of an object having a circular cross-sectional shape, the seventh and eighth probes arranged on one upper end of the measuring object to measure an upper end of the measuring object.
상기 제7 프로브는 상기 측정 대상물의 회전 축과 동일 직선 상에 위치되며,
상기 제8 프로브는 상기 제7 프로브와 동일한 높이에 위치하는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정장치.
The method of claim 7, wherein
The seventh probe is located on the same straight line as the axis of rotation of the measurement object,
And the eighth probe has a circular cross-sectional shape positioned at the same height as the seventh probe.
상기 상대 회전 동안 상기 적어도 3개 이상의 프로브에서 상기 측정 대상물의 원주면을 측정하여 측정 신호들을 생성하는 단계;를 포함하되,
상기 적어도 3개 이상의 프로브들은 상기 측정 대상물의 중심을 기준으로 사이각이 0도 보다 크고 180도 보다 작은 지점에 위치하여 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법.
A measuring part including a support on which a measurement object is placed and at least three probes, the relative rotating motion of one of the support and the measuring part with respect to the other; And
Measuring the circumferential surface of the measurement object in the at least three probes during the relative rotation to generate measurement signals;
The at least three probes have a circular cross-sectional shape at a point between the angle greater than 0 degrees and less than 180 degrees with respect to the center of the measurement object having a circular cross-sectional shape.
상기 측정 신호들을 합산하여 합성 신호를 생성하는 단계;
상기 합성 신호에서 상기 상대 회전 운동에서 발생하는 구동 오차 신호를 제거하는 단계; 및
상기 구동 오차 신호가 제거된 상기 합성 신호에서 상기 측정 대상물의 형상 오차 신호를 제거하는 단계;를 더 포함하는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법.
The method of claim 9,
Summing the measured signals to generate a synthesized signal;
Removing a driving error signal generated in the relative rotational motion from the synthesized signal; And
And removing a shape error signal of the measurement object from the synthesized signal from which the driving error signal is removed.
상기 적어도 3개 이상의 프로브 중 어느 하나의 프로브와 다른 하나의 프로브에 대한 사이각과, 상기 어느 하나의 프로브와 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비는 기약 분수로 나타나는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법.
The method of claim 9,
The ratio of the angle between any one of the at least three probes and the other probe, and the angle between the one probe and the other probe, is an object having a circular cross-sectional shape expressed as a fractional fraction. Surface measurement method.
상기 구동 오차 신호가 제거된 상기 합성 신호에서 측정 대상물의 형상 오차 신호를 제거하는 단계는, 상기 합성 신호에서 상기 구동 오차 신호가 제거된 신호를 푸리에 변환하여 고조파 성분이 선형 결합된 신호를 얻고,
상기 회전장치가 표본 추출 각도(Δ)를 기 설정된 횟수(N)만큼 회전하였을 때의 총 측정 범위 각도를 T로 정의하고,
상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 기약분수(aα/bα)로 정의하고,
상기 총 측정 범위 각도(T)와 상기 어느 하나의 프로브와 상기 또 다른 하나의 프로브에 대한 사이각의 비율을 기약분수(aβ/bβ)로 정의할 경우,
상기 고조파 성분 중 파장이 가장 짧은 고조파의 파장(λmin)에 대한 파장이 가장 긴 고조파의 파장(λmax) 의 비율(λmax / λmin) 이 상기 bα와 bβ 의 최소공배수에서 1을 제외한 값{LCM(bα, bβ)-1}과 1회전에 대한 총 측정 범위 각도(T)의 비율(rT=T°/360°)의 곱보다 작은 값을 가지는 원형 단면 형상을 갖는 대상물의 표면 측정방법.
The method of claim 11,
The removing of the shape error signal of the measurement object from the synthesized signal from which the drive error signal is removed may be performed by Fourier transforming the signal from which the drive error signal is removed from the synthesized signal to obtain a signal in which harmonic components are linearly combined.
T is defined as the total measurement range angle when the rotating device rotates the sampling angle (Δ) by a predetermined number (N),
The ratio of the total measurement range angle (T) and the angle between the one probe and the other probe is defined as a fraction (a α / b α ),
When the ratio of the total measurement range angle T and the angle between the one probe and the another probe is defined as a fraction of the fraction (a β / b β ),
Among the harmonic components, a ratio (λ max / λ min ) of the wavelength (λ max ) of the longest harmonic to the wavelength (λ min ) of the shortest harmonic is b α and Less than the product of the least common multiple of b β minus 1 {LCM (b α , b β ) -1} and the ratio of the total measurement range angle (T) to one revolution (r T = T ° / 360 °) Method for measuring the surface of an object having a circular cross-sectional shape having a value.
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