WO2019045152A1 - 비접촉 3차원 측정기를 위한 3차원 통합 광학측정 시스템 및 3차원 통합 광학측정 방법 - Google Patents

비접촉 3차원 측정기를 위한 3차원 통합 광학측정 시스템 및 3차원 통합 광학측정 방법 Download PDF

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오창환
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(주)비에스텍
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to an integrated optical measuring system and a three-dimensional integrated optical measuring method for a non-contact three-dimensional measuring instrument. More particularly, the present invention relates to a method of constructing an image measuring unit, a pointer laser measuring unit, a line laser measuring unit, and a WSI (white light scanning interferometer) measuring unit as an integrated system and performing three-dimensional measurement.
  • a WSI white light scanning interferometer
  • the first is a method of focusing an image using successive captured images and a method of measuring a height using a point laser.
  • An image focusing method using continuous images is a method of focusing on the Z axis value by finding the sharpest image by storing the Z axis value at the time of acquiring the image.
  • the limitation of this method is that it does not guarantee the correct Z-axis value. For example, when the Z-axis position and the image pickup position are different, the stage moves to the wrong focusing position.
  • it is difficult to input the correct position because the user uses the one point to measure the height.
  • the object having the curvature it is difficult to obtain accurate data due to the laser reflection.
  • since the data is obtained as points, it takes a lot of time to obtain information of the surface.
  • the present invention solves the above-mentioned problem and measures an accurate and rapid three-dimensional shape through four steps of an image measuring unit, a pointer laser measuring unit, a line laser measuring unit, and a WSI measuring unit.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring a precise three-dimensional shape of a photographed object by integrally using four measurement units of an image measurement unit, a pointer laser measurement unit, a line laser measurement unit, Dimensional integrated optical measurement system that can be used in a wide range of applications.
  • Another object of the present invention is to provide a three-dimensional integrated optical measuring system capable of rapidly measuring a three-dimensional shape of a photographed object by performing the following measurement within an error region calculated from each measuring portion.
  • Another technical object of the present invention is to provide a three-dimensional integrated optical measurement system that can further improve measurement efficiency and reliability.
  • a method of measuring a height of a light source comprising: measuring a first height value through an image measuring unit; correcting the first height value to a second height value through a pointer laser measuring unit; And a final height value is measured by correcting the third height value to a fourth height value through the WSI measurement unit.
  • the error range of the previous step is set and the measurement within the error range is performed, whereby the unnecessary area is not measured and the shape of the taken object can be measured more quickly.
  • the respective disadvantages can be compensated, and the four measuring units can be controlled by a single software, thereby being integrated into one system.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional integrated optical measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the measurement of the image measuring unit of one embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a diagram showing the measurement of the pointer laser measuring unit of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement of the line laser measuring unit of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a measurement of a WSI measurement unit of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a three-dimensional integrated optical measurement method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a non-contact three-dimensional measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a front view showing a non-contact three-dimensional measuring instrument according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a linear turret according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a lighting module of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a first illumination unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a second illumination unit of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a three-dimensional integrated optical measuring system according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to an integrated optical measuring system for a three-dimensional measuring machine for measuring a height of a photograph on a stage and obtaining a three-dimensional shape.
  • the optical measuring system includes an image measuring unit 100, a pointer laser measuring unit 200, a line laser measurement unit 300, a WSI measurement unit 400, and a control unit 500.
  • the image measuring unit 100, the pointer laser measuring unit 200, the line laser measuring unit 300, and the WSI measuring unit 400 are provided so as to have the same working distance from the photographing object.
  • the control unit 500 receives the measured height value H from each of the image measuring unit 100, the pointer laser measuring unit 200, the line laser measuring unit 300 and the WSI measuring unit 400, A predetermined measurement area A is calculated by substituting the predetermined error value (-.alpha., + Alpha) previously stored in each step into the height value H.
  • the calculated predetermined measurement area A may be transmitted to the measurement units 200, 300, and 400 of the next step to specify a measurement range.
  • control unit 500 may separately store setting conditions and measurement procedures of each measurement unit in a recipe file, and may be able to perform measurement according to a recipe file recorded at the time of re-measurement of data. When a new user measures the data, it can simply re-measure it by loading the recipe file and then pressing the start measurement button.
  • the data between the measuring units 100, 200, 300, and 400 can be compatible with each other, thereby reducing the time required for measuring a photographed object and enabling more accurate and precise measurement.
  • accurate measurement may not be accurate when the WSI measurement unit 400 is to perform accurate measurement. Since the measurement area of the WSI measurement unit 400 is very small, the position can be specified while performing the measurement. However, the image measuring unit 100 can measure a large area, and the user can intuitively select a position. Accordingly, if the measurement position is selected through the image measurement unit 100 and then the measurement is performed through the WSI measurement unit 400 within the designated area, accurate measurement can be performed in a shorter time than the conventional measurement method.
  • the present invention can be applied to any one of the measurement units 100, 200, 300, and 400 of the image measurement unit 100, the pointer laser measurement unit 200, the line laser measurement unit 300, and the WSI measurement unit 400 However, it is preferable to measure using at least two measurement units.
  • FIG. 2 is a diagram showing the measurement of the image measuring unit 100 of the embodiment of the present invention.
  • the image measuring unit 100 continuously photographs a photographing object while moving the camera with respect to a predetermined Z axis.
  • the height of the photographed object can be measured by selecting the sharpest image among the images of the photographed photographed object. Also, moving to the Z-axis coordinate value corresponding to the sharpest image enables autofocusing to the reference height.
  • the height measured through the image measuring unit 100 in the above-described manner is referred to as a first height value H1.
  • the controller 500 receives the first height value H1 measured through the image measuring unit 100 and calculates a first predetermined error value (- ⁇ 1, - ⁇ 2) stored in advance in the received first height value H1, + 1) to calculate the first predetermined measurement area A1.
  • the first predetermined measurement area A1 may be a region between H1-? 1 and H1 +? 1.
  • the calculated data of the first predetermined measurement area A1 is transmitted to the pointer laser measurement unit 200. [ When the measurement of the pointer laser measurement unit 200 is omitted, the first predetermined measurement area A1 can be directly transmitted to the line laser measurement unit 300, and the measurement of the line laser measurement unit 300 can be omitted It may be directly transmitted to the WSI measuring unit 400.
  • FIG. 3 is a diagram showing the measurement of the pointer laser measuring unit 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the pointer laser measuring unit 200 can measure the height of the photographed object by irradiating the photographed object with a point laser, receiving the reflected light reflected by the irradiated point laser with the photographed object, receiving the light by the pointer laser light receiving unit, and calculating the light receiving angle.
  • the pointer laser light receiving unit may be a CCD, a PSD, a CMOS sensor, or the like.
  • the pointer laser measuring unit 200 sets and sets the laser value based on the focusing position of the lens to be photographed. When the laser value changes due to the photographing object, the pointer laser measuring unit 200 moves the Z axis to the laser value of the focusing position, Can be performed.
  • the height measured through the pointer laser measuring unit 200 in the above manner is referred to as a second height value H2. Therefore, the first height value H1 measured by the image measuring unit 100 is corrected to the second height value H2, which is a more accurate value.
  • the pointer laser measuring unit 200 performs measurement only within the range of the first predetermined measurement area A1 received through the controller 500. [ Therefore, the measurement time can be shortened.
  • the control unit 500 receives the second height value H2 measured by the pointer laser measuring unit 200 and outputs the second predetermined error value - ⁇ 2 + 2) to calculate the second predetermined measurement area A2.
  • the second predetermined measurement area A2 may be a region between H2 -? 2 and H2 +? 2. It is preferable that the second predetermined measurement area A2 is designated as a range within the first predetermined measurement area A1.
  • the calculated data of the second predetermined measurement area A2 is transmitted to the line laser measurement unit 300. [ If the measurement of the line laser measuring unit 300 is omitted, the data of the second predetermined measuring area A2 may be directly transmitted to the WSI measuring unit 400.
  • FIG. 4 is a diagram showing the measurement of the line laser measuring unit 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the line laser measuring unit 300 measures the height of the photographing object by irradiating the photographing object with a linear laser, receiving the reflected light reflected by the irradiated linear laser with the photographing object, receiving the light by the line laser light receiving unit, have.
  • the line laser light receiving unit may be a CCD, a PSD, a CMOS sensor, or the like.
  • a method of measuring the height of a photographed object by calculating a light receiving angle at which the reflected light enters the line laser light receiving portion can be measured based on a triangulation method.
  • the triangulation method is a method of determining the plane position by using a mathematical formula that can calculate the length of one side of a triangle and the length of the other side when knowing the angle of both sides.
  • the generated visible laser beam After generating a visible laser beam from the laser diode of the line laser measuring unit 300, the generated visible laser beam passes through the line generating lens and is irradiated with a linear laser.
  • the irradiated linear laser impinges on the photographing object and is partially reflected back to the line laser light receiving part.
  • the distance from the line laser light receiving portion to the object determines the angle at which the light travels to the line laser light receiving portion.
  • the determined angle determines the position at which the received light enters the line laser light receiving portion.
  • the position of the light in the line laser light receiving unit is processed by the signal adjusting circuit and the microprocessor of the controller 500, and the output value is calculated to measure the height.
  • the height measured through the line laser measuring unit 300 in the above-described manner is referred to as a third height value (H3). Therefore, the second height value H2 measured by the pointer laser measuring unit 200 is corrected to the third height value H3 which is a more accurate value. If the measurement of the pointer laser measuring unit 200 is omitted, the first height value H1 measured by the image measuring unit 100 may be corrected to the third height value H3.
  • the line laser measuring unit 300 performs measurement within a range of the second predetermined measurement area A2 received through the controller 500. Therefore, the measurement time can be shortened.
  • the control unit 500 receives the third height value H3 measured through the line laser measuring unit 300 and outputs the third predetermined error value - ⁇ 3 + 3) to calculate the third predetermined measurement area A3.
  • the third predetermined measurement area A3 may be a region between H3 -? 3 and H3 +? 3. It is preferable that the third predetermined measurement area A3 is specified within the second predetermined measurement area A2.
  • the line laser measuring unit 300 is suitable for quickly measuring a relatively large area.
  • the calculated data of the third predetermined measurement area A3 is transmitted to the WSI measuring unit 400 which is the next measuring device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a measurement of a WSI measurement unit of an embodiment of the present invention.
  • the WSI measuring unit 400 irradiates a light source to a light splitter, irradiates each light split by the light splitter to a photographing object and a reference mirror, and receives each reflected light. If the distance from the object to be photographed to the light receiving point is the same, the reflected light reflected from the object and the reference mirror generate an interference signal due to interference. Therefore, the WSI measuring unit 400 can measure the height by judging whether or not an interference signal is generated due to the interference phenomenon of the reflected light from the taken object and the reference mirror.
  • the irradiated white light is divided into two lights that hit the optical splitter and travel to the reference mirror and the photographing object.
  • Each divided light is reflected after it hits the reference object and the reference mirror, and the distance between the object and the light receiving part can be known by the time difference between the reflected light and the WSI light receiving part.
  • the two reflected lights cause interference with each other, and the point where the interference phenomenon occurs is measured at the corresponding height.
  • An interference signal generated by each reflection light caused by interference is formed on the camera image sensor of the WSI light receiving unit.
  • the WSI measuring unit 400 generates light with a predetermined predetermined distance, and reflects light generated when the object is present at the distance. Therefore, when the scanner and the reference mirror reciprocate in the vertical direction, scanning is performed, the light is generated when the photographed object is detected. The generated light is reflected from the reference mirror and reflected from the reference light and WSI light- The light is mutually in contact with each other to cause an interference phenomenon to form an interference signal.
  • the height of the photographed object can be measured by measuring the point where the interference signal is generated.
  • the height measured through the WSI measuring unit 400 in the above-described manner is referred to as a fourth height value (H4). Therefore, the third height value H3 measured by the line laser measuring unit 300 is corrected to the fourth height value H4 which is a more accurate value.
  • the second height value H2 measured by the pointer laser measuring unit 200 can be corrected to the fourth height value H4
  • the first height value H1 measured by the image measuring unit 100 may be corrected to the fourth height value H4 when the measurement of the first height value 200 is omitted.
  • measurement of each measurement unit 100, 200, 300, and 400 may be omitted. Since the measurement areas of the measurement units 100, 200, 300, and 400 measured in the subsequent steps are designated by the measurement units 100, 200, 300, and 400 measured in the previous step, , 200, 300, 400), the accurate value can be measured within a short period of time.
  • the WSI measurement unit 400 performs measurement only within the range of the third predetermined measurement area A3 received through the control unit 500. [ Therefore, the measurement time can be shortened.
  • the control unit 500 receives the fourth height value H4 measured through the WSI measurement unit 400. [ The fourth height value H4 is finally the height value of the photographing object measured by the present invention.
  • the three-dimensional shape of the photograph can be measured by repeatedly performing each of the (X, Y) coordinates according to the area of the photographing object according to the above method and measuring the height value according to each coordinate.
  • the WSI measuring unit 400 can measure a narrow area, it can measure up to a fine height of 1um or less. Therefore, there is an advantage that the shape of a fine pattern can be measured and displayed.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a three-dimensional integrated optical measurement method according to an embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional integrated optical measurement includes an image measuring step S100 for measuring the first height value H1 to the image measuring unit 100, a first height value (S510) of calculating a first predetermined measurement area A1 by substituting a first predetermined error value (- ⁇ 1, + ⁇ 1) previously stored in the first predetermined measurement area A1
  • the height value according to each coordinate is measured, The shape can be measured.
  • the conventional lens replacement method uses a manual (manual) method, a method of directly changing a lens of a magnification desired by a user according to a photographing object, or a variable lens capable of changing magnification.
  • the manual method the existing lens is disassembled and then the lens of the desired magnification is combined.
  • a slight error may occur, and a separate correction operation must be performed. Therefore, every time the magnification of the lens is changed, the operation of the non-contact three-dimensional measuring device is stopped, and the replacement operation must be performed.
  • the measurement time of the photograph is relatively long.
  • each lens must be separately stored, and a correction operation must be newly performed every time the lens is changed.
  • Variable lenses that can vary the magnification are expensive to install and are not easy to maintain, maintain and manage. In addition, it is not suitable for continuous work because it is necessary to carry out the correction work after changing the magnification. Therefore, in the present invention, a method of replacing a lens having a plurality of different magnifications with a non-contact three-dimensional measuring instrument itself is proposed.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a non-contact three-dimensional measuring device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a front view showing a non-contact three-dimensional measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • the non-contact three-dimensional measuring apparatus of the present invention includes a photographing unit 600 for collecting three-dimensional information by scanning a photographing object, a guide rail 700 positioned between the photographing unit 600 and the photographing object and formed in a horizontal direction, a guide rail 700 A linear turret 710 which is coupled to the linear turret 710 and linearly reciprocates in the horizontal direction along the guide rail 700 and a linear turret 710 which is arranged in sequence on a linear reciprocating motion line of the linear turret 710 at predetermined intervals A plurality of lenses 720 having different magnifications, and a linear motor for linearly reciprocating the linear turret 710 at predetermined intervals.
  • the fixing unit 830 and the driving unit 840 adjust the height of the fixing unit 830 so that the lighting module 800 can be detached from the lens module 720, As shown in FIG.
  • the illumination module 800 may be a first illumination portion 810 or a second illumination portion 820.
  • the first illuminating unit 810 has a ring shape.
  • the first illuminating unit 810 has a predetermined inclination such that the inner circumferential surface thereof faces downward.
  • a plurality of first LEDs 811 are formed on the inner circumferential surface of the first illuminating unit 810. (811) are divided into four groups each of which can be separately controlled.
  • a plurality of second LEDs 821 having different illumination angles are formed on the inner circumferential surface of the second illumination unit 820 at different heights,
  • the two LEDs 821 are divided into four groups according to their heights in three stages and in the circumferential direction, and are grouped into twelve groups, and each group can be separately controlled.
  • FIG. 3 is a view showing a replacement structure of the lens 720 according to an embodiment of the present invention.
  • the guide rail 700 is positioned between the photographing unit 600 and the photographing object and formed in a horizontal direction.
  • the guide rail 700 can be positioned on the same plane with respect to the bed on which the photographing object is located.
  • the guide rail 700 is provided with a plurality of guide projections, and a guide groove formed in a linear turret 710 described later can be fastened.
  • the linear turret 710 is fastened to the guide rail 700 and moves along the guide rail 700.
  • the linear turret 710 is coupled to a guide protrusion formed on the guide rail 700 and can be guided.
  • the linear turret 710 is formed with guide grooves in the horizontal direction, and the guide grooves can be guided by being fastened to guide protrusions formed on the guide rails 700.
  • the linear turret 710 moves along the guide rail 700, and can linearly reciprocate.
  • the linear turret 710 is coupled with a plurality of lenses 720 described later.
  • the plurality of lenses 720 have different magnifications and are fixed to the linear turret 710 and move along the guide rail 700 together with the linear turret 710.
  • the plurality of lenses 720 are sequentially arranged at predetermined intervals on a linear reciprocating line on which the linear turret 710 is moved. At this time, the linear turret 710 is moved by a predetermined distance so that the lens 720 can be positively positioned between the photographing unit 600 and the photographing object when the guide is moved.
  • the plurality of lenses 720 may be a combination of a 2x magnification lens 720x, a 5x magnification lens 720x, a 10x magnification lens 720x, and a 20x magnification lens 720x.
  • the linear motor is provided between the linear turret 710 and the guide rail 700 to linearly reciprocate the linear turret 710.
  • the linear motor is moved by a predetermined distance to stop the plurality of lenses 720 fixed to the linear turret 710 so as to be positively positioned between the photographing object and the photographing unit 600, and then stops.
  • the linear motor is controlled by measurement software, and a lens 720 having an appropriate magnification can be applied by controlling the linear motor with a value measured by measurement software according to the height, material, thickness, and the like of the photograph. Therefore, when replacing the lens 720, it is not necessary to stop the operation of the non-contact three-dimensional measuring device, which shortens the measuring time and automatically adjusts the position of the lens 720, It is not necessary.
  • the plurality of lenses 720 are fixed to one linear turret 710, the lens 720 can be easily managed and maintained. Therefore, it is possible to measure relatively accurate and stable data and precise measurement is possible.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an illumination module 800 of an embodiment of the present invention.
  • the lighting module 800 may be fixed to the fixing portion 830 and the fixing portion 830 may be coupled to the driving portion 840 so that the lighting module 800 can be moved by the driving portion 840.
  • the lighting module 800 is positioned between the lens 720 and the photographing object.
  • the illumination module 800 may be positioned in a downward direction perpendicular to the central axis of the lens 720.
  • the illumination module 800 may be replaced with the first illuminating unit 810 or the second illuminating unit 820 according to the size and shape of the photographing object.
  • the first illumination unit 810 may be provided in a ring shape.
  • the first illuminating unit 810 may be provided in a round shape having a predetermined thickness, and a predetermined inclination is formed so as to look at the photographing object whose inner circumferential surface is located in the downward direction.
  • the inner circumferential surface of the first illumination unit 810 has a predetermined inclination and a plurality of first LEDs 811 are formed.
  • the first LEDs 811 may be grouped into four by being divided by predetermined angles along the circumferential direction. In addition, each group of the first LEDs 811 can be controlled so as to irradiate the photographic object with different amounts of light depending on the situation.
  • the second illuminating unit 820 may be provided such that the lower side thereof is opened in a hemispherical shape. At this time, the upper side in the center direction should be opened so that the photographing unit 600 can receive light.
  • the second illuminating unit 820 is disposed at different heights, and a plurality of second LEDs 821 having different angles for illuminating the photographing object at each height are formed.
  • the second LED 821 is divided into three stages according to the height, and each of the three stages is grouped into four groups along the circumferential direction. That is, the second LEDs 821 are divided into twelve groups, and each group can be controlled so as to irradiate the photographic object with different amounts of light depending on the situation.
  • the fixing unit 830 can be detachably attached to the first illumination unit 810 or the second illumination unit 820 as a configuration in which the illumination module 800 is fastened.
  • the fixing unit 830 is connected to the photographing unit 600 together with the driving unit 840 to be described later and has a cross section of "c" so that the lighting module 800 can be positioned between the photographing unit 600 and the lens 720. [ .
  • the driving unit 840 can move the fixing unit 830 in the z-axis direction perpendicular to the paper surface.
  • the driving unit 840 may include a ball screw shaft and a stepping motor, which are connected to the fixing unit 830 and have threads on the peripheral surface.
  • the stepping motor rotates the ball screw shaft, and the fixing portion 830 is moved in the z-axis direction according to the rotational motion.
  • the driving unit 840 may include a home sensor and a limit sensor capable of sensing the start point and the limit point of the fixing unit 830.
  • the home sensor is a sensor that controls the illumination module 800 to move to the initial position when the noncontact 3D measuring instrument is first executed.
  • the limit sensor is a sensor that controls the limit point so that when the illumination module 800 is moved, it can move within a certain range.
  • Image measurement unit 200 Pointer laser measurement unit
  • Linear turret 720 Lens
  • illumination module 810 first illumination part
  • first LED 820 second illumination unit
  • A1 a first predetermined measurement area
  • A3 a third predetermined measuring area
  • H1 first height value
  • H2 second height value
  • H3 third height value
  • H4 fourth height value
  • An image measuring unit for repeatedly photographing the camera at different heights to measure a first height value, a first predetermined measurement area to which a first predetermined error value previously stored in the first height value is assigned, A second laser light source for irradiating the second laser light to the second laser light source; a second laser light source for irradiating the second laser light to the second laser light source; , A WSI measurement unit for measuring a third predetermined measurement area in which a third predetermined error value previously stored in the third height value is substituted and correcting the third height value to a fourth height value, And a control unit for calculating an area to be measured by the pointer laser measuring unit, the line laser measuring unit and the WSI measuring unit by substituting an error value previously stored in the measured height value 3D integrated optical measuring system as ranging.
  • a photographed object can be measured more precisely and a fine pattern shape on the surface of a photographed object can be displayed.
  • an error range of the previous step is set and measurement within that range is performed, It is possible to measure the shape of the photographing object more quickly and it is possible to compensate each of the disadvantages by using all of the four measuring units and to control the four measuring units by a single software, It is not necessary to use a new 3D measuring instrument for each kind of object.

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Abstract

본 발명은 비접촉 3차원 측정기를 위한 통합 광학측정 시스템 및 3차원 통합 광학측정 방법에 관한 것으로서, 이미지 측정부, 포인터 레이저 측정부, 라인 레이저 측정부, WSI 측정부를 통합 시스템으로 구축하고 이를 통해 3차원 측정을 수행하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 다양한 형태 및 크기에 대응하여 높이 측정이 가능하고, 작은 크기의 촬영물의 높이를 정밀하게 측정하되, 오차 범위가 작은 높이 값을 얻기까지의 시간을 단축시킬 수 있어 촬영물로부터 3차원 측정 데이터를 얻는 시간을 대폭 줄일 수 있다.

Description

비접촉 3차원 측정기를 위한 3차원 통합 광학측정 시스템 및 3차원 통합 광학측정 방법
본 발명은 비접촉 3차원 측정기를 위한 통합 광학측정 시스템 및 3차원 통합 광학측정 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는 이미지 측정부, 포인터 레이저 측정부, 라인 레이저 측정부, WSI(White light Scanning Interferometer; 백색광 주사 간섭계) 측정부를 통합 시스템으로 구축하고, 3차원 측정을 수행하는 방법에 관한 것이다.
비접촉 3차원 측정기에서 높이를 측정하기 위한 일반적인 방법은 두가지가 있다. 첫 번째는 연속된 촬상된 이미지를 이용한 이미지 포커싱 방법과 포인트 레이저를 이용하여 높이를 측정하는 방법이다. 연속된 이미지를 이용하는 이미지 포커싱 방법은 영상을 획득 당시의 Z축의 값을 저장하여 가장 선명한 이미지를 찾고 이에 해당하는 Z축의 값으로 포커싱하는 방법이다. 이 방법의 한계는 정확한 Z축의 값을 보장하지 못하는 경우가 발생한다. 예를 들어 Z축 위치와 이미지 촬상 위치가 상이한 경우 잘못된 포커싱 위치로 스테이지가 이동하게 된다. 포인트 레이저를 이용하여 높이를 측정하는 경우는 한 점을 이용하여 측정하기 때문에 사용자가 정확한 위치를 입력하기 어렵고 굴곡이 있는 측정물인 경우는 레이저 반사 때문에 정확한 데이터를 획득하기가 어렵다. 또한 데이터를 포인트로 얻기 때문에 면의 정보를 얻기 위해서는 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 이미지 측정부, 포인터 레이저 측정부, 라인 레이저 측정부, WSI 측정부의 4가지 단계를 통해 상기 문제점을 해결하고 정확하고 신속한 3차원 형상을 측정한다.
본 발명의 기술적 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 이미지 측정부, 포인터 레이저 측정부, 라인 레이저 측정부, WSI 측정부의 4가지 측정부를 통합 사용하여, 촬영물의 정밀한 3차원 형상을 측정할 수 있는 3차원 통합 광학측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 각 측정부로부터 산출된 오차 영역 내에서 다음 측정을 하여, 빠르게 촬영물의 3차원 형상을 측정할 수 있는 3차원 통합 광학측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 측정 효율성과 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 3차원 통합 광학측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 예시적 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 이미지 측정부를 통해 제 1 높이 값을 측정하고, 포인터 레이저 측정부를 통해 상기 제 1 높이 값을 제 2 높이 값으로 보정하고, 라인 레이저 측정부를 통해 상기 제 2 높이 값을 제 3 높이 값으로 보정하고, WSI 측정부를 통해 상기 제 3 높이 값을 제 4 높이 값으로 보정하여 최종적인 높이 값을 측정하는 3차원 통합 광학측정 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 촬영물을 보다 정밀하게 측정하여, 촬영물 표면의 미세한 패턴의 형상까지 나타낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 4단계 측정에 있어서, 전 단계의 오차범위를 설정하고 그 이내의 측정을 함으로써, 불필요한 영역을 측정하지 않아 보다 빠르게 촬영물의 형상을 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 4개의 측정부를 모두 사용함으로써 각각의 단점을 보완할 수 있으며, 4개의 측정부를 하나의 소프트웨어 상에서 제어함으로써 통합하여 하나의 시스템으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
이로 인해, 촬영물의 종류 마다 새로운 3차원 측정기를 사용할 필요가 없어, 하나의 측정기를 통해 다양한 촬영물을 보다 정밀하고 빠르게 형상을 측정할 수 있는 효과가 있다.
최종적으로, 3차원 측정기의 유지보수가 용이하며, 촬영물의 형상을 측정하기 위한 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 3차원 통합 광학측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 이미지 측정부의 측정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 포인터 레이저 측정부의 측정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 라인 레이저 측정부의 측정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 WSI 측정부의 측정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 3차원 통합 광학측정 방법을 나타낸 단계도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 리니어 터렛을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예의 조명 모듈을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 제 1 조명부를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예의 제 2 조명부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있어, 이하에서 기재되거나 도면에 도시되는 실시예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 3차원 통합 광학측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 스테이지 상면에 위치한 촬영물의 높이 값을 측정하여 3차원 형상을 획득하는 3차원 측정기의 통합 광학측정 시스템에 관한 것으로, 이미지 측정부(100), 포인터 레이저 측정부(200), 라인 레이저 측정부(300), WSI 측정부(400), 제어부(500)를 포함한다.
상기 이미지 측정부(100), 포인터 레이저 측정부(200), 라인 레이저 측정부(300), WSI 측정부(400)는 각각 촬영물로부터 작동 거리가 동일하도록 구비된다.
제어부(500)는 각각의 이미지 측정부(100), 포인터 레이저 측정부(200), 라인 레이저 측정부(300), WSI 측정부(400)로부터 측정된 높이 값(H)을 수신 받고, 수신 받은 높이 값(H)에 각각의 단계에 미리 저장된 소정의 오차 값(-α, +α)을 대입하여 소정의 측정 영역(A)을 산출해낸다. 상기 산출된 소정의 측정 영역(A)은 다음 단계의 측정부(200, 300, 400)로 송신되어 측정 범위를 지정해줄 수 있다.
또한, 상기 제어부(500)는 각각의 측정부의 설정 조건 및 측정 순서 등을 레시피 파일에 별도로 저장하여 데이터의 재 측정 시 기록된 레시피 파일에 따라 측정할 수 있도록 할 수 있다. 데이터를 새로운 사용자가 측정할 때, 레시피 파일을 로딩한 후, 측정 시작 버튼을 누름으로써 간단하게 재측정을 할 수 있다. 또한 각각의 측정부(100, 200, 300, 400)들 사이의 데이터가 서로 호환이 가능하여 촬영물을 측정하는 시간을 줄일 수 있으며, 보다 정확하고 정밀한 측정이 가능해진다.
여기서, 정확한 측정은 일 실시예에 따르면, WSI 측정부(400)로 정밀한 측정을 하고자 할 때, 정확한 위치를 파악할 수 없는 경우가 있다. WSI 측정부(400)는 측정 면적이 매우 작기 때문에 측정을 하면서 위치를 지정해줄 수 있다. 그러나, 이미지 측정부(100)는 넓은 면적을 측정할 수 있어, 사용자가 직관적으로 위치를 선정할 수 있다. 따라서, 이미지 측정부(100)를 통해 측정 위치를 선정한 후, 그 지정된 위치의 영역 안에서 WSI 측정부(400)를 통해 측정을 하면 종래의 측정방법보다 빠른 시간 내에 정확한 측정을 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이미지 측정부(100), 포인터 레이저 측정부(200), 라인 레이저 측정부(300), WSI 측정부(400) 중 어느 하나의 측정부(100, 200, 300, 400)을 사용하여 측정할 수도 있으나, 적어도 두개 이상의 측정부를 사용하여 측정하는 것이 바람직하다.
이하, 도 2 내지 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 측정부(100, 200, 300, 400)를 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 이미지 측정부(100)의 측정을 나타낸 도면이다.
이미지 측정부(100)는 카메라를 일정한 Z축을 기준으로, 높이를 이동하며 연속해서 촬영물을 촬영한다. 상기 촬영된 촬영물의 이미지 중 가장 선명한 이미지를 선택하여 촬영물의 높이를 측정할 수 있다. 또한, 가장 선명한 이미지에 해당하는 Z축의 좌표값으로 이동함으로써 기준 높이로 오토 포커싱이 가능하다. 상기한 방법으로 이미지 측정부(100)를 통해 측정된 높이를 제 1 높이 값(H1)이라고 한다.
이후, 이미지 측정부(100)를 통해 측정된 제 1 높이 값(H1)을 제어부(500)에서 수신하고, 수신된 제 1 높이 값(H1)에 미리 저장된 제 1 소정의 오차 값(-α1, +α1)을 대입하여 제 1 소정의 측정 영역(A1)을 산출해 낸다. 계산 결과에 따르면, 제 1 소정의 측정 영역(A1)은 H1-α1에서 H1+α1사이의 영역일 수 있다. 이에 따라 계산된 제 1 소정의 측정 영역(A1)의 데이터는 포인터 레이저 측정부(200)로 전송된다. 포인터 레이저 측정부(200)의 측정을 생략할 경우, 제 1 소정의 측정 영역(A1)은 라인 레이저 측정부(300)로 바로 전송될 수 있으며, 라인 레이저 측정부(300)의 측정도 생략할 경우, WSI측정부(400)로 바로 전송될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 포인터 레이저 측정부(200)의 측정을 나타낸 도면이다.
포인터 레이저 측정부(200)는 촬영물에 점 레이저를 조사하고, 상기 조사된 점 레이저가 촬영물에 부딪혀 반사된 반사광을 포인터 레이저 수광부에서 수광하여, 수광 각도를 계산함으로써 촬영물의 높이를 측정할 수 있다. 여기서, 포인터 레이저 수광부는 CCD, PSD, CMOS 센서 등이 사용될 수 있다. 포인터 레이저 측정부(200)는 촬영하는 렌즈의 포커싱 위치를 기준으로 레이저 값을 정 위치시켜 셋팅하고, 촬영물에 의해 레이저 값이 변동이 생기면 포커싱 위치의 레이저 값으로 Z축을 이동하여 정 조준시킴으로써 오토 포커싱을 수행할 수 있다. 상기한 방법으로 포인터 레이저 측정부(200)를 통해 측정된 높이는 제 2 높이 값(H2)이라고 한다. 따라서, 이미지 측정부(100)에 의해 측정된 제 1 높이 값(H1)은 보다 정확한 값인 제 2 높이 값(H2)으로 보정된다.
여기서, 상기 포인터 레이저 측정부(200)는 상기 제어부(500)를 통해 전송받은 제 1 소정의 측정 영역(A1)의 범위 내에서만 측정을 수행한다. 따라서, 측정 시간을 단축할 수 있다. 포인터 레이저 측정부(200)를 통해 측정된 제 2 높이 값(H2)을 제어부(500)에서 수신하고, 수신된 제 2 높이 값(H2)에 미리 저장된 제 2 소정의 오차 값(-α2, +α2)을 대입하여, 제 2 소정의 측정 영역(A2)을 산출해 낸다. 계산 결과에 따르면, 제 2 소정의 측정 영역(A2)은 H2-α2에서 H2+α2사이의 영역일 수 있다. 제 2 소정의 측정 영역(A2)은 제 1 소정의 측정 영역(A1)이내의 범위로 지정되는 것이 바람직하다. 이에 따라 계산된 제 2 소정의 측정 영역(A2)의 데이터는 라인 레이저 측정부(300)로 전송된다. 라인 레이저 측정부(300)의 측정을 생략할 경우, 제 2 소정의 측정 영역(A2) 데이터는 WSI 측정부(400)로 바로 전송될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 라인 레이저 측정부(300)의 측정을 나타낸 도면이다.
라인 레이저 측정부(300)는 촬영물에 선형의 레이저를 조사하고, 상기 조사된 선형의 레이저가 촬영물에 부딪혀 반사된 반사광을 라인 레이저 수광부에서 수광하여, 수광 각도를 계산함으로써 촬영물의 높이를 측정할 수 있다. 여기서, 라인 레이저 수광부는 CCD, PSD, CMOS 센서 등이 사용될 수 있다. 상기 반사광이 라인 레이저 수광부로 들어오는 수광 각도를 계산하여 촬영물의 높이를 측정하는 방법은 삼각측량법(Triangulation)을 기초로 측정될 수 있다. 삼각측량법은 삼각형의 한 변의 길이와 그 양쪽의 각을 알면 나머지 한 변의 길이를 계산할 수 있는 수학공식을 이용하여 평면위치를 결정하는 측량방법이다. 라인 레이저 측정부(300)의 레이저 다이오드에서 가시광 레이저를 발생시킨 후, 발생된 가시광 레이저가 라인 생성 렌즈를 통과하여 선형의 레이저로 조사된다. 조사된 선형의 레이저는 촬영물에 부딪혀 반사되어 일부가 라인 레이저 수광부로 돌아온다. 라인 레이저 수광부로부터 물체까지의 거리는 광이 라인 레이저 수광부까지 이동하는 각도를 결정한다. 결정된 각도는 수광된 광이 라인 레이저 수광부에 입사하는 위치를 결정한다. 라인 레이저 수광부에서 광의 위치는 제어부(500)의 신호조정 회로와 마이크로 프로세서에 의해 처리되어 출력값을 계산하여 높이를 측정한다. 상기한 방법으로 라인 레이저 측정부(300)를 통해 측정된 높이는 제 3 높이 값(H3)이라고 한다. 따라서, 포인터 레이저 측정부(200)에 의해 측정된 제 2 높이 값(H2)은 보다 정확한 값인 제 3 높이 값(H3)으로 보정된다. 포인터 레이저 측정부(200)의 측정을 생략했을 경우, 이미지 측정부(100)에 의해 측정된 제 1 높이 값(H1)이 제 3 높이 값(H3)으로 보정될 수도 있다.
여기서, 상기 라인 레이저 측정부(300)는 상기 제어부(500)를 통해 전송받은 제 2 소정의 측정 영역(A2)의 범위 내에서만 측정을 수행한다. 따라서, 측정 시간을 단축할 수 있다. 라인 레이저 측정부(300)를 통해 측정된 제 3 높이 값(H3)을 제어부(500)에서 수신하고, 수신된 제 3 높이 값(H3)에 미리 저장된 제 3 소정의 오차 값(-α3, +α3)을 대입하여, 제 3 소정의 측정 영역(A3)을 산출해 낸다. 계산 결과에 따르면, 제 3 소정의 측정 영역(A3)은 H3-α3에서 H3+α3사이의 영역일 수 있다. 제 3 소정의 측정 영역(A3)은 제 2 소정의 측정 영역(A2)이내의 범위로 지정되는 것이 바람직하다. 라인 레이저 측정부(300)는 비교적 넓은 지역을 빠르게 측정할때 적합하다.
이에 따라 계산된 제 3 소정의 측정 영역(A3)의 데이터는 다음 측정장치인 WSI 측정부(400)로 전송된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 WSI 측정부의 측정을 나타낸 도면이다.
WSI 측정부(400)는 광분할기에 광원을 조사하여, 광분할기에 의해 분할된 각각의 광을 촬영물과 기준 미러에 조사하여 각각의 반사광을 수광한다. 촬영물과 기준 미러에서부터 수광지점까지의 거리가 동일 하면, 촬영물과 기준 미러로부터 반사된 각각의 반사광이 서로 간섭현상에 의해 간섭 신호를 발생시킨다. 따라서, WSI 측정부(400)는 촬영물과 기준 미러로부터의 반사광의 간섭현상에 따른 간섭 신호 발생의 여부를 판단하여 높이를 측정할 수 있다.
보다 상세하게, WSI 측정부(400)는 백색광을 조사한 후, 조사된 백색광이 광분할기에 부딪혀 기준 미러와 촬영물로 가는 두 개의 광으로 분할된다. 분할된 각각의 광은 촬영물과 기준 미러에 부딪힌 후 반사되는데, 이 반사되는 반사광이 WSI 수광부로 들어오는 시간적 차이에 의해 촬영물과 수광부 사이의 거리를 알 수 있다. 상세하게, 각 반사광이 WSI 수광부로 동일한 시간에 들어오는 경우 두 반사광이 서로 간섭 현상을 일으키고, 간섭 현상이 발생한 지점이 해당 높이로 측정되는 원리이다. 각각의 반사광이 서로 간섭현상을 일으켜 발생되는 간섭 신호는 WSI 수광부의 카메라 이미지 센서에 상이 맺히게 된다. WSI 측정부(400)는 일정한 소정의 이격 거리를 가지고 광을 발생시키며, 그 이격 거리에서 촬영물이 있는 경우 발생된 광을 반사한다. 따라서, 스캐너와 기준 미러가 수직방향으로 왕복운동을 하며 스캐닝을 하다가 촬영물이 감지되는 경우 광을 발생시키며, 발생된 광이 기준 미러에서 반사되어 WSI 수광부로 들어오는 기준광과 촬영물에서 반사되어 WSI 수광부로 들어오는 광이 서로 만나 간섭현상을 일으켜 간섭 신호를 형성한다. 여기서, 간섭 신호가 발생되는 지점을 측정하여 촬영물의 높이를 측정할 수 있다.
상기한 방법으로 WSI 측정부(400)를 통해 측정된 높이는 제 4 높이 값(H4)이라고 한다. 따라서, 라인 레이저 측정부(300)에 의해 측정된 제 3 높이 값(H3)은 보다 정확한 값인 제 4 높이 값(H4)으로 보정된다. 라인 레이저 측정부(300)의 측정을 생략했을 경우, 포인터 레이저 측정부(200)에 의해 측정된 제 2 높이 값(H2)이 제 4 높이 값(H4)으로 보정될 수 있으며, 포인터 레이저 측정부(200)의 측정도 생략했을 경우, 이미지 측정부(100)에 의해 측정된 제 1 높이 값(H1)이 제 4 높이 값(H4)으로 보정될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 각 측정부(100, 200, 300, 400)의 측정을 생략할 수 있다. 또한, 전 단계에서 측정한 측정부(100, 200, 300, 400)에 의해 이후 단계에서 측정한 측정부(100, 200, 300, 400)의 측정 영역이 지정되므로, 이전 단계의 측정부(100, 200, 300, 400)에 의해 측정 영역이 보다 좁은 범위로 지정될 경우, 빠른 시간 내에 정확한 값을 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, WSI 측정부(400)는 제어부(500)를 통해 전송받은 제 3 소정의 측정 영역(A3)의 범위 내에서만 측정을 수행한다. 따라서, 측정 시간을 단축할 수 있다. WSI 측정부(400)를 통해 측정된 제 4 높이 값(H4)을 제어부(500)에서 수신한다. 제 4 높이 값(H4)은 최종적으로 본 발명에 의해 측정된 촬영물의 높이 값이다.
상기한 방법에 따라 촬영물의 면적에 따른 (X, Y)좌표마다 각각 반복적으로 수행하여 각 좌표에 따른 높이 값을 측정함으로써, 촬영물의 3차원 형상을 측정할 수 있다. WSI 측정부(400)는 좁은 면적을 측정할 수 있지만, 1um이하의 세밀한 높이까지 측정이 가능하다. 따라서, 미세한 패턴의 형상까지 측정하여 나타낼 수 있다는 장점이 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 통합 광학 측정 방법을 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예의 3차원 통합 광학측정 방법을 나타낸 단계도이다.
본 발명에 따른 3차원 통합 광학 측정은 상술한 바와 같이, 이미지 측정부(100)로 제 1 높이 값(H1)을 측정하는 이미지 측정단계(S100), 제어부(500)를 통해 제 1 높이 값(H1)에 미리 저장된 제 1 소정의 오차 값(-α1, +α1)을 대입하여 제 1 소정의 측정 영역(A1)을 산출하는 단계(S510), 산출된 제 1 소정의 측정 영역(A1)을 포인터 레이저 측정부(200)로 측정하여 제 1 높이 값(H1)을 제 2 높이 값(H2)으로 보정하는 포인터 레이저 측정 단계(S200), 제어부(500)를 통해 제 2 높이 값(H2)에 미리 저장된 제 2 소정의 오차 값(-α2, +α2)을 대입하여 제 2 소정의 측정 영역(A2)을 산출하는 단계(S520), 산출된 제 2 소정의 측정 영역(A2)을 라인 레이저 측정부(300)로 측정하여 제 2 높이 값(H2)을 제 3 높이 값(H3)으로 보정하는 라인 레이저 측정 단계(S300), 제어부(500)를 통해 제 3 높이 값(H3)에 미리 저장된 제 3 소정의 오차 값(-α3, +α3)을 대입하여 제 3 소정의 측정 영역(A3)을 산출하는 단계(S530), 산출된 제 3 소정의 측정 영역(A3)을 WSI 측정부(400)로 측정하여 제 3 높이 값(H3)을 제 4 높이 값(H4)으로 보정하는 WSI 측정 단계(S400)를 순서대로 거쳐 측정할 수 있다. 제 4 높이 값(H4)은 최종적으로 본 발명에 의해 측정된 촬영물의 높이 값이다.
상기한 방법에 따라 촬영물의 면적에 따른 (X, Y)좌표마다 각 측정부(100, 200, 300, 400)의 측정을 반복적으로 수행하여 각 좌표에 따른 높이 값을 측정함으로써, 촬영물의 3차원 형상을 측정할 수 있다.
종래의 렌즈 교체 방식은 매뉴얼(수동, Manual)방식으로, 촬영물에 따라 사용자가 원하는 배율의 렌즈를 직접 교체 는 방식을 사용하거나, 배율을 변화시킬 수 있는 가변 렌즈를 사용하였다. 매뉴얼 방식에 따르면, 기존에 결합되어 있는 렌즈를 분해한 하 후, 원하는 배율의 렌즈를 결합하는 방식이다. 이 경우, 렌즈 교체작업 시, 사람이 직접 교체하기 때문에 미세한 오차가 발생할 수 있어 별도의 보정하는 작업을 수행해야 한다. 따라서, 렌즈의 배율을 변경할 때 마다 비접촉 3차원 측정기의 작동을 정지시킨 후 교체작업이 수행되어야 하므로 촬영물의 측정시간이 비교적 길다는 단점이 있다. 또한, 각각의 렌즈를 별도로 보관해야 하며, 렌즈의 변경 시 마다 매번 보정작업을 새롭게 수행해야 한다는 단점이 있다. 배율을 변화시킬 수 있는 가변 렌즈는 설치 비용이 비싸며 유지, 보수 및 관리가 용이하지 않다. 또한, 배율을 변화시킨 뒤 보정 작업을 수행해야 하기 때문에 연속적인 작업에 부적합하다. 따라서, 본 발명에서는 복수개의 서로 다른 배율을 갖는 렌즈를 비접촉 3차원 측정기 자체에서 교체를 하는 방식을 제안한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 사시도이며, 도 8는 본 발명의 일 실시예의 비접촉 3차원 측정기를 나타낸 정면도이다.
본 발명의 비접촉 3차원 측정기는 촬영물을 스캔하여 3차원 정보를 수집하는 촬영부(600), 촬영부(600)와 촬영물 사이에 위치되고 수평 방향으로 형성되는 가이드 레일(700), 가이드 레일(700)에 체결되어 가이드 레일(700)을 따라 수평 방향으로 직선 왕복 운동하는 리니어 터렛(710), 리니어 터렛(710)에 구비되어 리니어 터렛(710)의 직선 왕복 운동 선 상에 소정의 간격 마다 순차 배치되는 서로 다른 배율의 복수의 렌즈(720), 리니어 터렛(710)을 소정의 간격으로 직선 왕복 운동시키는 리니어 모터를 포함한다. 또한, 렌즈(720)와 촬영물 사이에 위치되는 조명 모듈(800), 조명 모듈(800)이 탈 장착 가능하도록 체결되는 고정부(830) 및 고정부(830)의 높낮이를 조절시키는 구동부(840)를 더 포함할 수 있다. 또한, 조명 모듈(800)은 제 1 조명부(810) 또는 제 2 조명부(820)일 수 있다. 제 1 조명부(810)는 링 형상으로 구비되고, 제 1 조명부(810)는 내주면이 하측 방향을 바라보도록 소정의 기울기를 갖고, 내주면에 복수의 제 1 LED(811)가 형성되며, 제 1 LED(811)는 각기 별도로 제어가 가능한 4개의 그룹으로 구획된다. 제 2 조명부(820)는 하측이 반구 형상으로 개구되고, 제 2 조명부(820)는 내주면에 서로 다른 높이에 위치되어 각 높이마다 조사 각도가 다른 복수의 제 2 LED(821)가 형성되고, 제 2 LED(821)는 높이에 따라 3개의 단과 둘레 방향에 따라 4개로 구획되어 12개로 각각 그룹화되며, 각 그룹은 별도로 제어가 가능하다.
이하, 도 9을 참조하여 렌즈(720), 리니어 터렛(710), 리니어 모터 및 가이드 레일(700)을 상세히 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예의 렌즈(720) 교체 구조를 나타낸 도면이다.
가이드 레일(700)은 촬영부(600)와 촬영물 사이에 위치되어 수평 방향으로 형성된다. 가이드 레일(700)은 촬영물이 위치되는 베드를 기준으로 동일한 평면 상에 위치될 수 있다. 가이드 레일(700)은 복수의 가이드 돌출부가 구비되고, 후술하는 리니어 터렛(710)에 형성된 가이드 홈이 체결될 수 있다.
리니어 터렛(710)은 가이드 레일(700)에 체결되어 가이드 레일(700)을 따라 이동한다. 리니어 터렛(710)은 가이드 레일(700)에 형성된 가이드 돌출부에 체결되어 가이드 이동될 수 있다. 리니어 터렛(710)은 수평 방향으로 가이드 홈이 형성되고, 가이드 홈은 가이드 레일(700)에 형성된 가이드 돌출부에 체결되어 가이드 이동될 수 있다. 리니어 터렛(710)은 가이드 레일(700)을 따라 이동하되, 직선 왕복 운동할 수 있다. 리니어 터렛(710)은 후술하는 렌즈(720)가 복수개 체결된다.
복수개의 렌즈(720)는 각각 서로 다른 배율을 갖고 있으며, 리니어 터렛(710)에 고정되어 리니어 터렛(710)과 함께 가이드 레일(700)을 따라 이동한다. 복수개의 렌즈(720)는 리니어 터렛(710)이 이동되는 직선 왕복 운동되는 선 상에 소정의 간격마다 순차적으로 배치된다. 이때, 리니어 터렛(710)은 가이드 이동될 때 렌즈(720)가 촬영부(600)와 촬영물 사이에 정 위치될 수 있도록 소정의 간격만큼 이동된다. 복수개의 렌즈(720)는 2배율 렌즈(720`), 5배율 렌즈(720``), 10배율 렌즈(720```), 20배율 렌즈(720````)의 조합일 수 있다.
리니어 모터는 리니어 터렛(710)과 가이드 레일(700) 사이에 구비되어 리니어 터렛(710)을 직선 왕복 운동시킨다. 리니어 모터는 리니어 터렛(710)에 고정된 복수의 렌즈(720)가 촬영물과 촬영부(600) 사이에 정 위치될 수 있도록 소정의 간격만큼 이동된 뒤 정지한다. 리니어 모터는 측정 소프트웨어에 의해 제어되며, 촬영물의 높이, 재질, 두께 등의 종류에 따라 측정 소프트웨어에 의해 측정된 값으로 리니어 모터를 제어하여 알맞은 배율의 렌즈(720)를 적용할 수 있다. 따라서, 렌즈(720)교체 시, 비접촉 3차원 측정기의 작동을 정지할 필요가 없어 측정 시간이 단축되며, 자동으로 렌즈(720)의 위치를 정교하게 조절하므로 별도의 렌즈(720) 위치 보정작업이 필요하지 않다. 또한, 복수개의 렌즈(720)가 하나의 리니어 터렛(710)에 고정되어 있어 렌즈(720)의 관리 및 유지보수가 용이하게 가능하다. 이로 인해, 비교적 정확하고 안정된 데이터의 측정이 가능하며 정밀한 측정이 가능하다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 조명 모듈(800)에 대해 상세히 설명하도록 한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예의 조명 모듈(800)을 나타낸 도면이다.
조명 모듈(800)는 고정부(830)에 고정될 수 있으며, 상기 고정부(830)는 구동부(840)에 결합되어 구동부(840)에 의해 조명 모듈(800)이 이동될 수 있다.
조명 모듈(800)는 렌즈(720)와 촬영물 사이에 위치된다. 상세하게, 조명 모듈(800)은 렌즈(720)의 중심축과 수직하는 하측방향에 위치할 수 있다. 조명 모듈(800)은 촬영물의 크기나 형태에 따라 제 1 조명부(810) 또는 제 2 조명부(820)로 교체될 수 있다.
도 11을 참고하면, 제 1 조명부(810)는 링 형상으로 구비될 수 있다. 제 1 조명부(810)는 소정의 두께를 갖는 원테 형상으로 구비될 수 있고, 내주면이 하측 방향에 위치되는 촬영물을 바라보도록 소정의 기울기가 형성된다. 제 1 조명부(810)의 내주면은 소정의 기울기가 형성되고 복수의 제 1 LED(811)가 형성된다. 제 1 LED(811)는 둘레 방향을 따라 소정의 각도 별로 구획되어 4개로 그룹화될 수 있다. 또한, 제 1 LED(811)의 각 그룹은 상황에 따라 서로 다른 광량으로 촬영물을 조사할 수 있도록 제어가 가능하다.
도 12를 참고하면, 제 2 조명부(820)는 하측이 반구 형상으로 개구되도록 구비될 수 있다. 이때, 중심 방향의 상측면은 촬영부(600)가 수광할 수 있도록 개구되어야 한다. 제 2 조명부(820)는 서로 다른 높이에 위치되어 각 높이마다 촬영물을 조사하는 각도가 서로 다른 복수의 제 2 LED(821)가 형성된다. 제 2 LED(821)는 높이에 따라 3개의 단으로 구획되고, 3개의 각 단은 둘레 방향을 따라 4개로 그룹화되어 구획된다. 즉, 제 2 LED(821)는 12개의 그룹으로 구획되고, 각 그룹은 상황에 따라 서로 다른 광량으로 촬영물을 조사할 수 있도록 제어가 가능하다.
고정부(830)는 조명 모듈(800)이 체결되는 구성으로서 제 1 조명부(810) 또는 제 2 조명부(820)가 탈장착될 수 있다. 고정부(830)는 후술하는 구동부(840)와 함께 촬영부(600)에 연결되고, 조명 모듈(800)이 촬영부(600)와 렌즈(720) 사이에 위치될 수 있도록 단면이 “ㄴ”형상으로 구비될 수 있다.
구동부(840)는 고정부(830)를 지면과 수직한 z축 방향으로 이동시킬 수 있다. 구동부(840)는 고정부(830)와 연결되고 둘레면에 나사선이 형성된 볼스크류 축과 스테핑 모터를 포함할 수 있다. 스테핑 모터는 볼스크류 축을 회전 시키고, 회전 운동에 따라 고정부(830)가 z축 방향으로 이동된다. 구동부(840)는 고정부(830)의 시작 지점과 한계 지점을 센싱할 수 있는 홈 센서와 리미트 센서를 포함할 수 있다. 홈 센서는 비접촉 3차원 측정기가 처음 실행될 때, 조명 모듈(800)가 초기 위치로 이동할 수 있도록 제어하는 센서이다. 리미트 센서는 조명 모듈(800)이 이동될 때, 일정 범위 내에서 이동할 수 있도록 한계 지점을 제어하는 센서이다.
본 발명은 한정된 실시 예를 참고하여 설명되었으나 이는 실시 예에 불과하며, 경우에 따라 일부의 단계를 생략하여 측정할 수 있으므로 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예도 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어서는 안된다.
[부호의 설명]
100: 이미지 측정부 200: 포인터 레이저 측정부
300: 라인 레이저 측정부 400: WSI 측정부
500: 제어부
600: 촬영부 700: 가이드 레일
710: 리니어 터렛 720: 렌즈
800: 조명 모듈 810: 제 1 조명부
811: 제 1 LED 820: 제 2 조명부
821: 제 2 LED 830: 고정부
840: 구동부
A1: 제 1 소정의 측정 영역
A2: 제 2 소정의 측정 영역
A3: 제 3 소정의 측정 영역
H1: 제 1 높이 값 H2: 제 2 높이 값
H3: 제 3 높이 값 H4: 제 4 높이 값
카메라를 서로 다른 높이로 반복 촬영해 제 1 높이 값을 측정하는 이미지 측정부, 상기 제 1 높이 값에 미리 저장된 제 1 소정의 오차 값이 대입된 제 1 소정의 측정 영역을 측정하여 상기 제 1 높이 값을 제 2 높이 값으로 보정하는 포인터 레이저 측정부, 상기 제 2 높이 값에 미리 저장된 제 2 소정의 오차 값이 대입된 제 2 소정의 측정 영역을 측정하여 상기 제 2 높이 값을 제 3 높이 값으로 보정하는 라인 레이저 측정부, 상기 제 3 높이 값에 미리 저장된 제 3 소정의 오차 값이 대입된 제 3 소정의 측정 영역을 측정하여 상기 제 3 높이 값을 제 4 높이 값으로 보정하는 WSI 측정부 및 측정된 높이 값에 미리 저장된 오차 값을 대입해 상기 포인터 레이저 측정부, 상기 라인 레이저 측정부 및 상기 WSI 측정부가 측정하는 영역을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 통합 광학측정 시스템.
본 발명에 따르면, 촬영물을 보다 정밀하게 측정하여, 촬영물 표면의 미세한 패턴의 형상까지 나타낼 수 있고, 4단계 측정에 있어서, 전 단계의 오차범위를 설정하고 그 이내의 측정을 함으로써, 불필요한 영역을 측정하지 않아 보다 빠르게 촬영물의 형상을 측정할 수 있으며, 4개의 측정부를 모두 사용함으로써 각각의 단점을 보완할 수 있으며, 4개의 측정부를 하나의 소프트웨어 상에서 제어함으로써 통합하여 하나의 시스템으로 제어할 수 있어 촬영물의 종류 마다 새로운 3차원 측정기를 사용할 필요가 없으며 하나의 측정기를 통해 다양한 촬영물을 보다 정밀하고 빠르게 형상을 측정할 수 있다.

Claims (5)

  1. 3차원 측정기를 통해 스테이지 상면에 위치되는 촬영물의 높이 값을 측정하여 삼차원 형상을 획득하는 3차원 통합 광학측정 시스템에 관한 것으로서,
    카메라를 서로 다른 높이로 반복 촬영해 제 1 높이 값을 측정하는 이미지 측정부;
    상기 제 1 높이 값에 미리 저장된 제 1 소정의 오차 값이 대입된 제 1 소정의 측정 영역을 측정하여 상기 제 1 높이 값을 제 2 높이 값으로 보정하는 포인터 레이저 측정부;
    상기 제 2 높이 값에 미리 저장된 제 2 소정의 오차 값이 대입된 제 2 소정의 측정 영역을 측정하여 상기 제 2 높이 값을 제 3 높이 값으로 보정하는 라인 레이저 측정부;
    상기 제 3 높이 값에 미리 저장된 제 3 소정의 오차 값이 대입된 제 3 소정의 측정 영역을 측정하여 상기 제 3 높이 값을 제 4 높이 값으로 보정하는 WSI 측정부; 및
    측정된 높이 값에 미리 저장된 오차 값을 대입해 상기 포인터 레이저 측정부, 상기 라인 레이저 측정부 및 상기 WSI 측정부가 측정하는 영역을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 통합 광학측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포인터 레이저 측정부는,
    상기 촬영물에 점 레이저를 조사하여 반사광을 수광하고, 수광 각도를 계산함으로써 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 통합 광학측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 레이저 측정부는,
    상기 촬영물에 선형 레이저를 조사하여 반사광을 수광하고, 수광 각도를 계산함으로써 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 통합 광학측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 WSI 측정부는,
    광분할기에 광원을 조사하고, 상기 광분할기에 의해 분할된 각각의 광을 촬영물과 기준 미러에 조사하여 각각의 반사광을 수광하고, 수광된 각각의 반사광의 간섭현상의 여부를 판단하여 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 3차원 통합 광학측정 시스템.
  5. 이미지 측정부로 제 1 높이 값을 측정하는 단계;
    제어부를 통해 상기 제 1 높이 값에 미리 저장된 제 1 소정의 오차 값을 대입하여 제 1 소정의 측정 영역을 산출하는 단계;
    산출된 상기 제 1 소정의 측정 영역을 포인터 레이저 측정부로 측정하여 제 1 높이 값을 제 2 높이 값으로 보정하는 단계;
    제어부를 통해 상기 제 2 높이 값에 미리 저장된 제 2 소정의 오차 값을 대입하여 제 2 소정의 측정 영역을 산출하는 단계;
    산출된 상기 제 2 소정의 측정 영역을 라인 레이저 측정부로 측정하여 제 2 높이 값을 제 3 높이 값으로 보정하는 단계;
    제어부를 통해 상기 제 3 높이 값에 미리 저장된 제 3 소정의 오차 값을 대입하여 제 3 소정의 측정 영역을 산출하는 단계;
    산출된 상기 제 3 소정의 측정 영역을 WSI 측정부로 측정하여 제 3 높이 값을 제 4 높이 값으로 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 통합 광학측정 방법.
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