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KR20040071531A - Three-dimensional image measuring apparatus and method thereof - Google Patents

Three-dimensional image measuring apparatus and method thereof
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KR20040071531A
KR20040071531AKR1020030007568AKR20030007568AKR20040071531AKR 20040071531 AKR20040071531 AKR 20040071531AKR 1020030007568 AKR1020030007568 AKR 1020030007568AKR 20030007568 AKR20030007568 AKR 20030007568AKR 20040071531 AKR20040071531 AKR 20040071531A
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주식회사 고영테크놀러지
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본 발명은 1개 이상으로 구성될 수 있는 투영부에 의해 측정대상물에 발생될 수 있는 그림자 영역을 제거하여, 보다 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있는 3차원형상 측정장치에 관한 것이다. 본 발명의 3차원형상 측정장치는 측정대상물이 설치되며, 측정대상물이 설치되는 워크스테이지와; 광원과, 화이버번들과, 액정회절격자와, 투영광학계로 이루어진 투영부와; 조망광학계와, 디텍터어레이와, 프레임 그레버와, 이미지 프로세서와, 제어부로 이루어진 결상부로 구성되며, 상기 투영부는 1개 이상으로 구성될 수 있으며, 상기 투영부는 제어부에 의해 제어되어 측정대상물의 주변을 소정의 각도로 회전하여 광을 주사할 수 있다. 이와 같이 구성된 본 발명은 측정대상물에 발생될 수 있는 그림자 영역을 제거하여 보다 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있다.The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus capable of measuring a more precise three-dimensional shape by removing the shadow area that can be generated on the measurement object by the projection unit may be composed of one or more. The three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention includes a work stage on which a measurement object is installed and a measurement object is installed; A projection unit comprising a light source, fiber bundles, a liquid crystal diffraction grating, and a projection optical system; It is composed of an image forming unit consisting of a viewing optical system, a detector array, a frame grabber, an image processor, and a control unit, the projection unit may be composed of one or more, and the projection unit is controlled by a control unit to surround the object to be measured. The light can be scanned by rotating at a predetermined angle. According to the present invention configured as described above, a more precise three-dimensional shape may be measured by removing a shadow area that may be generated in the measurement object.

Description

Translated fromKorean
3차원형상 측정장치 및 방법 {Three-dimensional image measuring apparatus and method thereof}Three-dimensional image measuring apparatus and method

본 발명은 1개 이상으로 구성될 수 있는 투영부에 의해 투영방향을 다원화하여 광삼각법의 단점인 그림자 영역을 제거함으로써, 보다 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있는 3차원형상 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus capable of measuring a more precise three-dimensional shape by eliminating the shadow area, which is a disadvantage of the optical triangulation method, by pluralizing the projection direction by the projection unit which can be composed of one or more.

일반적으로 자유곡면형태의 삼차원 형상을 측정하는 기술은 크게 접촉식과 비접촉식으로 나뉘어지고 있다.In general, the technique of measuring the three-dimensional shape of the free-form surface is largely divided into contact and non-contact.

먼저, 삼차원 측정기를 사용하여 접촉식으로 곡면상의 한 점씩 측정하여 전체 곡면형상을 측정하는 방식이 오래 전부터 널리 사용되어왔다. 그러나, 이러한 방식은 측정시간이 과다하게 소요되는 단점이 있었다.First, the method of measuring the entire curved shape by measuring one point on the curved surface by using a three-dimensional measuring device has been widely used for a long time. However, this method has a disadvantage in that excessive measurement time is required.

한편, 비접촉 3차원 측정법이 연구되고 있으며, 적용분야는 자동화, 품질관리, 의학, 로보스틱스, 3차원 모델링분야 등에서 중요한 역할을 수행하고 있으며,비접촉 3차원 측정법은 측정원리에 따라 크게 광간섭법과, 광삼각법으로 나뉘어진다.On the other hand, non-contact three-dimensional measuring methods are being studied, and the application fields play an important role in the fields of automation, quality control, medicine, robotics, and three-dimensional modeling. It is divided into phototriangulation.

광간섭법은 레이저와 같은 단색광을 이용하는 광위상 간섭법과 광을 이용하는 광 주사간섭법이 있으며, nm(nano meter)의 정밀한 측정이 가능하나 넓은 영역을 빠르게 측정하기는 어렵고 고가의 정밀한 스테이지(Stage)가 필요하게 되는 문제점이 있다.Optical interference method includes optical phase interference method using monochromatic light such as laser and optical scanning interference method using light, and precise measurement of nm (nano meter) is possible, but it is difficult to measure large area quickly and expensive and accurate stage There is a problem that is required.

또한, 광삼각법은 정해진 일정 광을 측정 표면에 임의의 정해진 각도로 투영하고 다른 각도에서 표면의 형상에 따라 변형된 광의 밝기를 추출하여 표면의 형상 정보를 해석하는 방법이다.In addition, the optical triangulation method is a method of analyzing the shape information of the surface by projecting a predetermined constant light on the measurement surface at any predetermined angle and extracting the brightness of the light modified according to the shape of the surface at another angle.

상기 광삼각법에서 투영법에 따라 레이저 포인터 또는 레이저 슬릿빔을 이용하는 장치와, 모아레 무늬를 이용하는 장치로 나뉘어질 수 있다. 레이저 포인터 또는 레이저 슬릿빔을 이용하여 스캔하는 장치는 측정부 구성은 간단하나 스캔을 위한 기구 구성이 필요하며 정밀도가 높을수록 스캔 시간이 길어지게 되는 문제점이 있다.According to the projection method in the optical triangulation method, it may be divided into a device using a laser pointer or a laser slit beam, and a device using a moire fringe. An apparatus for scanning using a laser pointer or a laser slit beam has a problem in that the measurement unit is simple, but a mechanism configuration for scanning is required, and the higher the accuracy, the longer the scan time.

근래에 와서는 모아레법이라는 비접촉식으로 측정하는 광학식이 많이 사용되고 있는데, 이는 3차원 측정기를 사용하는 접촉식에 비해 측정시간이 월등히 단축된다.In recent years, a lot of non-contact optical measurement method called the moire method is used, which greatly reduces the measurement time compared to the contact method using a three-dimensional measuring instrument.

모아레법은 측정대상물의 3차원형상정보를 가지는 모아레 무늬를 얻기 위하여 측정대상물에 일정한 간격의 직선줄무늬를 형성시켜야 하고, 이를 정밀하게 이송시켜야 한다.In order to obtain moire patterns with three-dimensional shape information of the measurement object, the moiré method should form a straight line of uniform intervals on the measurement object and transfer it precisely.

이를 위한 종래의 방법에서는 유리의 한쪽 표면에 크롬으로 일정한 간격의 직선무늬를 새겨넣은 직선유리격자를 영사광학계를 이용하여 측정대상물에 투영하게 된다.In the conventional method for this purpose, a linear glass grid in which linear patterns of regular intervals are engraved with chromium on one surface of the glass is projected onto the measurement object using a projection optical system.

또한, 측정대상물에 형성된 직선줄무늬를 일정한 간격으로 이송시키기 위해 직선유리격자 이송장치를 사용하고 있다.In addition, in order to transfer the straight stripes formed on the measurement object at regular intervals, a linear glass grid transfer device is used.

복수개의 직선줄무늬가 일정간격으로 구성되어 있는 직선유리격자를 측정대상물에 투영하면 측정대상물의 표면에 복수개의 줄무늬가 형성되는데, 이 줄무늬들은 측정대상물의 높이에 따라 휘어지게 된다.Projecting a straight glass grid composed of a plurality of straight stripes at regular intervals onto the measurement object causes a plurality of stripes to be formed on the surface of the measurement object, and the stripes are curved according to the height of the measurement object.

줄무늬가 형성되어 있는 측정대상물을 직선유리격자와 겹치면 복수개의 곡선으로 이루어진 물결무늬의 형상을 볼수 있는데, 이 무늬를 '모아레무늬'라 한다. 이 모아레무늬는 측정대상물의 높이에 따라 형성되는 등고선이기 때문에, 이 모아레무늬를 해석하여 측정대상물의 형상을 측정하게 된다.When a measurement object with stripes is overlapped with a straight glass grid, the shape of a wave pattern composed of a plurality of curves can be seen. This pattern is called a 'moire pattern'. Since the moiré pattern is a contour line formed according to the height of the measurement object, the shape of the measurement object is measured by analyzing the moire pattern.

이하, 종래의 위상천이 모아레법 측정기를 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional phase shift moire method measuring device will be described with reference to the drawings.

도 1에 도시된 바와 같이, 광원(1)과, 상기 광원(1)의 일측에 소정간격으로 설치된 집광렌즈(2)와, 상기 집광렌즈(2)의 일측에 설치된 투영격자(3)와, 상기 투영격자(3)의 일측에 설치된 투영격자이송장치(4)와, 투영격자이송장치(4)의 일측에 설치된 투영렌즈(5)와, 상기 투영렌즈(5)로부터 소정간격으로 측정대상물(6)이 위치되어 있다.As shown in FIG. 1, a light source 1, a condenser lens 2 provided at one side of the light source 1 at predetermined intervals, a projection grid 3 provided at one side of the condenser lens 2, A projection lattice transfer device 4 provided on one side of the projection lattice 3, a projection lens 5 provided on one side of the projection lattice transfer device 4, and a measurement object at a predetermined distance from the projection lens 5; 6) is located.

그리고, 상기 투영렌즈(5)의 일측에는 결상렌즈(7)가 설치되어 있고, 상기결상렌즈(7)의 일측에는 기준격자(8)가 설치되어 있고, 상기 기준격자(8)의 일측에는 릴레이렌즈(9)가 설치되어 있고, 상기 릴레이렌즈(9) CCD카메라(10)가 설치되어 있다.An imaging lens 7 is provided at one side of the projection lens 5, and a reference grid 8 is provided at one side of the imaging lens 7, and a relay is provided at one side of the reference lens 8. The lens 9 is provided, and the relay lens 9 CCD camera 10 is provided.

상기와 같이 구성된 종래의 위상천이 모아레법 측정기는 다음과 같은 동작에 의해 영상을 얻을 수 있다.The conventional phase shift moiré measuring device configured as described above may obtain an image by the following operation.

먼저, 광원(1)으로부터 주사된 광이 집광렌즈(2)와, 상기 집광렌즈(2)의 일측에 설치된 투영격자(3)를 통과하게 된다. 이때, 상기 투영격자(3)는 그 일측에 설치된 투영격자이송장치(4)에 의해 3 내지 5스텝(Step)정도 등간격으로 이송될 수 있다.First, the light scanned from the light source 1 passes through the condenser lens 2 and the projection lattice 3 provided on one side of the condenser lens 2. In this case, the projection grid 3 may be transported at equal intervals by about 3 to 5 steps by the projection grid transfer device 4 installed at one side thereof.

상기 광(11)이 투영격자(3)를 통과하고 투영렌즈(5)를 통하여 측정대상물(6)에 투영되면, 상기 측정대상물(6)에 변형된 줄무늬가 형성된다. 상기 측정대상물(6)에 형성된 변형된 줄무늬는 결상렌즈(7)를 통과하고, 기준격자(8)를 거쳐 릴레이렌즈(9)를 통과하여 CCD카메라(10)에 물결무늬 즉, 모아레무늬의 영상이 맺히게 된다.When the light 11 passes through the projection lattice 3 and is projected onto the measurement object 6 through the projection lens 5, a deformed stripe is formed on the measurement object 6. The deformed stripe formed on the measurement object 6 passes through the imaging lens 7 and passes through the relay lens 9 through the reference lattice 8 to form a wavy pattern, that is, a moire pattern, in the CCD camera 10. This bears.

그런데, 상기와 같이 구성되어 작동되는 모아레법 측정기에서 얻어진 영상은 측정대상물의 높이정보를 나타내는 모아레무늬와 CCD카메라(10) 앞에 놓여 있는 기준격자의 무늬가 동시에 나타나게 된다.However, in the image obtained by the moiré measuring device configured and operated as described above, the moiré pattern representing the height information of the measurement object and the pattern of the reference grid placed in front of the CCD camera 10 are simultaneously displayed.

따라서, 기준격자의 영상을 제거하기 위한 별도의 수단이 필요하게 되어 구조가 복잡해지게 되는 문제점이 있다.Therefore, a separate means for removing the image of the reference lattice is required, which leads to a complicated structure.

또한, 광삼각법을 이용하는 모든 측정법은 측정원리상 측정이 불가능한 그림자 영역이 생기는 문제점이 있다.In addition, all the measurement methods using the optical triangulation method has a problem in that the shadow area is impossible to measure in principle.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 1개 이상으로 구성될 수 있는 투영부에 의해 측정대상물에 발생될 수 있는 그림자 영역을 제거함으로써, 보다 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있는 3차원형상 측정장치를 제공하려는데 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, the object of the present invention is to remove the shadow area that can be generated on the measurement object by a projection unit that can be composed of one or more, so It is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus that can measure the dimensional shape.

도 1은 종래의 모아레법 측정기의 구조를 나타낸 도면이고,1 is a view showing the structure of a conventional moiré measuring device,

도 2a는 본 발명의 3차원형상 측정장치를 나타낸 도면이고,Figure 2a is a view showing a three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention,

도 2b는 투영부의 회전방향을 보인 도면이고,Figure 2b is a view showing the rotation direction of the projection,

도 3a는 다른 실시예의 제1 및 제2투영부를 보인 도면이고,3A is a view showing first and second projection parts of another embodiment;

도 3b는 제1 및 제2투영부의 셋팅 상태를 보인 도면이고,3B is a view showing a setting state of the first and second projection parts,

도 4a, 4b는 본 발명의 3차원형상 측정방법의 순서도이고,Figure 4a, 4b is a flow chart of the three-dimensional shape measurement method of the present invention,

도 5a, 5b는 본 발명의 다른 실시예의 3차원형상 측정방법의 순서도이다.5A and 5B are flowcharts of a three-dimensional shape measuring method of another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

20 : 워크스테이지22 : 측정대상물20: work stage 22: measuring object

23 : 그림자 영역23: shadow area

30, 130, 140 : 투영부, 제1 및 제2투영부30, 130, 140: projection part, first and second projection parts

31, 131, 141 : 광원, 제1 및 제2광원31, 131, and 141: light source, first and second light sources

32, 132, 142 : 화이버번들, 제1 및 제2화이버번들32, 132, 142: fiber bundles, first and second fiber bundles

33, 133, 143 : 액정회절격자, 제1 및 제2액정회절격자33, 133, 143: liquid crystal diffraction grating, first and second liquid crystal grating

34, 134, 144 : 투영광학계, 제1 및 제2투영광학계34, 134, 144: projection optical system, first and second projection optical system

135, 145 : 제1 및 제2셔터50 : 결상부135, 145: first and second shutters 50: imaging section

51 : 조망광학계52 : 디텍터어레이51: Viewing Optics 52: Detector Array

53 : 프레임 그래버54 : 이미지 프로세서53: Frame Grabber 54: Image Processor

55 : 제어부55: control unit

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원형상 측정장치는 측정대상물이 설치될 수 있는 워크스테이지와; 상기 워크스테이지의 상부에 설치되며, 광을 발산하는 광원과, 상기 발산된 광을 전달하는 화이버번들과, 상기 광을 이용하여 격자이미지를 생성시키는 액정회절격자와, 상기 생성된 격자이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어진 투영부와; 상기 투영부의 일측에 설치되며, 측정대상물로부터 반사되는 격자이미지를 수광하는 조망광학계와, 상기 수광된 격자이미지를 감지하는 디텍터어레이와, 상기 감지된 격자이미지를 영상처리하여 저장하는 프레임 그래버와, 상기 처리된 영상의 위상을 계산하는 이미지 프로세서와, 제어부로 이루어진 결상부로 구성되며, 상기 투영부는 1개 이상으로 구성될 수 있으며, 상기 투영부는 제어부에 의해 제어되어 측정대상물의 주변을 소정의 각도로 회전하여 격자이미지를 주사할 수 있다.The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention for achieving the above object is a work stage on which the measurement object can be installed; A light source that emits light, a fiber bundle that transmits the emitted light, a liquid crystal diffraction grating that generates a grid image by using the light, and the generated grid image is transmitted. A projection unit made of a projection optical system; A perspective optical system installed at one side of the projection unit to receive a grid image reflected from a measurement object, a detector array for sensing the received grid image, a frame grabber for image processing the stored grid image, and the It is composed of an image processor for calculating the phase of the processed image, and an image forming unit consisting of a control unit, the projection unit may be composed of one or more, the projection unit is controlled by the control unit to rotate the periphery of the measurement object at a predetermined angle The grid image can be scanned.

상기 액정회절격자는 LCG(Liquid Crystal Grating)격자이고, 상기 액정회절격자는 제어부에 의해 소프트웨어적으로 4번 제어되어 광에 의해 발생되는 격자이미지가 측정대상물에 4번 주사될 수 있다.The liquid crystal diffraction grating is an LCG (Liquid Crystal Grating) grating, and the liquid crystal diffraction grating is controlled by software four times by the controller so that a grid image generated by light can be scanned four times on the measurement object.

측정대상물이 설치될 수 있는 워크스테이지와; 상기 워크스테이지의 상부에 설치되며, 광을 발산하는 제1 및 제2광원과, 상기 발산된 광을 전달하는 제1 및 제2화이버번들과, 상기 광을 이용하여 격자이미지를 생성시키는 제1 및 제2액정회절격자와, 상기 통과된 격자이미지가 투과되는 제1 및 제2투영광학계와, 상기 투과된 격자이미지를 차단할 수 있는 제1 및 제2셔터로 이루어진 제1 및 제2투영부와; 상기 제1 및 제2투영부의 일측에 설치되며, 측정대상물로부터 반사되는 격자이미지를 수광하는 조망광학계와, 상기 수광된 격자이미지를 감지하는 디텍터어레이와, 상기 감지된 격자이미지를 영상처리하여 저장하는 프레임 그래버와, 상기 처리된 영상의 위상을 계산하는 이미지 프로세서와, 제어부로 이루어진 결상부로 구성되며, 상기 제1 및 제2투영부는 측정대상물의 상부의 수직 선상에 대하여 소정의 각도로 대칭되게 설치되며, 상기 제1 및 제2투영부는 제어부에 의해 제어되어 측정대상물에 광을 교대로 주사할 수 있다.A work stage on which the measurement object can be installed; First and second light sources disposed on an upper portion of the work stage and emitting light, first and second fiber bundles transmitting the emitted light, and first and second generating grid images using the light; First and second projection parts including a second liquid crystal diffraction grating, first and second projection optical systems through which the passed grating image is transmitted, and first and second shutters capable of blocking the transmitted grating image; Installed on one side of the first and the second projection unit, the viewing optical system for receiving a grid image reflected from the measurement object, a detector array for detecting the received grid image, and the image processing the stored grid image And an image processor for calculating a phase of the processed image, and an imaging unit including a control unit. The first and second projection units are symmetrically installed at a predetermined angle with respect to a vertical line on the upper part of the measurement object. The first and second projection units may be controlled by a controller to alternately scan light to the measurement object.

상기 제1 및 제2액정회절격자는 LCG(Liquid Crystal Grating)격자이고, 상기 제1 및 제2액정회절격자는 제어부에 의해 소프트웨어적으로 각기 4번 제어되어 광에 의해 발생되는 격자이미지가 측정대상물에 4번 주사될 수 있다.The first and second liquid crystal gratings are LCG (Liquid Crystal Grating) gratings, and the first and second liquid crystal gratings are controlled four times by software by a control unit, so that a grid image generated by light is measured. May be injected 4 times.

상기 제1 및 제2투영부는 제어부에 의해 제어되는 제 1 및 제2셔터에 의해 측정대상물에 격자이미지를 교대로 주사할 수 있다.The first and second projection units may alternately scan the grid image on the measurement object by the first and second shutters controlled by the controller.

워크스테이지에 측정대상물이 제공되는 제1단계와; 상기 워크스테이지의 상부에 투영부를 설치하고, 투영부가 제어부에 의해 제어되어 측정대상물의 주변을 소정의 각도로 회전하여, 투영위치를 설정한 후, 측정대상물의 일측과 타측에 격자이미지를 교대로 4번씩 주사하는 제2단계와; 상기 측정대상물의 일측과 타측에 4번씩 반사된 격자이미지가 결상부의 조망광학계에 4번씩 수광되고, 상기 수광된 격자이미지가 디텍터어레이에 의해 영상으로 감지되면, 감지된 영상이 프레임 그래버에 의해 4장의 프레임 단위로 저장되고, 이미지 프로세서에 의해 위상값이 계산되는 제3단계로 이루어진다.A first step of providing an object to be measured on the work stage; The projection unit is installed on the upper part of the work stage, and the projection unit is controlled by the controller to rotate the periphery of the measurement object at a predetermined angle to set the projection position, and then alternately rotates the grid image on one side and the other side of the measurement object. A second step of injecting once; When the grid image reflected four times on one side and the other side of the measurement object is received four times by the viewing optical system of the image forming unit, and the received grid image is detected as an image by a detector array, the detected image is detected by four frame grabbers. It is stored in units of frames and has a third step of calculating a phase value by an image processor.

상기 제2단계는 광원에서 광이 발생되는 단계와, 상기 발생된 광이 화이버번들을 통해 액정회절격자를 통과하는 단계와, 상기 액정회절격자를 통과하는 광에 의해 격자이미지가 발생되고, 발생된 격자이미지가 액정회절격자의 4번의 이동에 의해 4번의 격자이미지가 투영광학계를 통과하는 단계와, 상기 투영광학계를 통과한 4번의 격자이미지가 측정대상물에 4번 주사되는 단계로 이루어진다.The second step includes generating light from a light source, passing the generated light through a liquid crystal diffraction grating through fiber bundles, and generating a grid image by the light passing through the liquid crystal diffraction grating. The grid image is composed of four movements of the liquid crystal diffraction grating and four grid images passing through the projection optical system, and four grid images passing through the projection optical system are scanned four times on the measurement object.

워크스테이지에 측정대상물이 제공되는 제1단계와; 상기 워크스테이지의 상부에 소정의 각도로 대칭되도록 제1 및 제2투영부를 설치하고, 제1 및 제2투영부가 측정대상물의 일측과 타측에 격자이미지를 교대로 4번씩 주사하는 제2단계와; 상기 측정대상물의 일측과 타측에 4번씩 반사된 격자이미지가 결상부의 조망광학계에 4번씩 수광되고, 상기 수광된 격자이미지가 디텍터어레이에 의해 영상으로 감지되면, 감지된 영상이 프레임 그래버에 의해 4장의 프레임 단위로 저장되고, 이미지 프로세서에 의해 위상값이 계산되는 제3단계로 이루어진다.A first step of providing an object to be measured on the work stage; A second step of installing first and second projection parts on the upper part of the work stage so as to be symmetrical at predetermined angles, and scanning the grid images four times alternately on one side and the other side of the measurement object; When the grid image reflected four times on one side and the other side of the measurement object is received four times by the viewing optical system of the image forming unit, and the received grid image is detected as an image by a detector array, the detected image is detected by four frame grabbers. It is stored in units of frames and has a third step of calculating a phase value by an image processor.

상기 제2단계는 제1 및 제2광원에서 광이 발생되는 단계와, 상기 발생된 광이 제1 및 제2화이버번들을 통해 제1 및 제2액정회절격자를 통과하는 단계와, 상기 제1 및 제2액정회절격자를 통과하는 광에 의해 각기 격자이미지가 발생되고, 발생된 격자이미지가 제1 및 제2액정회절격자의 4번의 이동에 의해 4번의 격자이미지가 제1 및 제2투영광학계를 통과하는 단계와, 상기 제1 및 제2투영광학계를 통과한 4번의 격자이미지가 제1 및 제2셔터에 의해 측정대상물의 일측과 타측에 교대로 4번씩 주사될 수 있는 단계로 이루어진다.The second step includes generating light from the first and second light sources, passing the generated light through the first and second liquid crystal gratings through the first and second fiber bundles, and the first And grating images are respectively generated by the light passing through the second liquid crystal diffraction grating, and the four grating images are generated by the four movements of the first and second liquid crystal grating gratings in the first and second projection optical systems. And passing through the first and second projection optical systems such that the fourth grid image may be scanned four times alternately on one side and the other side of the measurement object by the first and second shutters.

이하, 본 발명의 3차원형상 측정장치를 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2a는 본 발명의 3차원형상 측정장치를 나타낸 도면이고, 도 2b는 투영부의 회전방향을 보인 도면이고, 도 3a는 다른 실시예의 제1 및 제2투영부를 보인 도면이고, 도 3b는 제1 및 제2투영부의 셋팅 상태를 보인 도면이다.Figure 2a is a view showing a three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention, Figure 2b is a view showing the rotation direction of the projection, Figure 3a is a view showing the first and second projections of another embodiment, Figure 3b is a first And a setting state of the second projection unit.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원형상 측정장치는 크게 워크스테이지(20)와, 상기 워크스테이지(20)의 상부 일측에 설치되는 투영부(30)와, 상기 투영부(30)의 타측에 설치되는 결상부(50)로 구성된다.First, as shown in FIG. 2A, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention includes a work stage 20, a projection unit 30 installed on an upper side of the work stage 20, and the projection unit ( It consists of an imaging part 50 provided in the other side of 30).

상기 워크스테이지(20)는 그 상부 표면에 측정대상물(22)이 설치될 수 있다.The work stage 20 may have a measurement object 22 installed on an upper surface thereof.

상기 투영부(30)는 상기 워크스테이지(20)의 상부에 설치되며, 광을 발산하는 광원(31)과, 상기 광원(31)의 일측에 설치되어 상기 광원(31)에서 발산되는 광을 자유롭게 전달시킬 수 있는 화이버번들(32)과, 상기 화이버번들(32)의 일측에 설치되어 투과되는 광에 의해 격자이미지가 발생되는 액정회절격자(33)와, 상기 액정회절격자(33)의 일측에 설치되어 상기 투과된 격자이미지를 투영하는 투영광학계(34)로 구성된다.The projection unit 30 is installed on the work stage 20, the light source 31 for emitting light and the light source 31 is provided on one side of the light source 31 freely emitted from the light source 31 On the side of the fiber bundle 32 that can be transmitted, the liquid crystal diffraction grating 33 is generated on the side of the fiber bundle 32, the lattice image is generated by the transmitted light, and one side of the liquid crystal diffraction grating 33 And a projection optical system 34 installed to project the transmitted grid image.

상기 결상부(50)는 상기 투영부(30)의 일측 워크스테이지(20)의 상부에 설치되며, 측정대상물(22)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하는 조망광학계(51)와, 상기 조망광학계(51)에서 전달된 격자이미지를 의해 형성된 영상을 감지하는 디텍터어레이(52)와, 상기 감지된 영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 그래버(53)와, 상기 감지된 영상을 이용하여 위상계산을 하는 이미지 프로세서(54)와, 제어부(55)로 구성된다.The imaging unit 50 is installed on the upper side of the work stage 20 of the projection unit 30, the viewing optical system 51 for receiving a grid image reflected from the measurement object 22, and the viewing optical system ( A detector array 52 for sensing an image formed by the grid image transmitted from 51), a frame grabber 53 for storing the detected image in units of frames, and an image for phase calculation using the detected image. It consists of a processor 54 and a control part 55.

상기 제어부(55)는 액정회절격자(33)를 소프트웨어적으로 정밀하게 제어하여 격자이미지를 4번 발생시킬 수 있다.The controller 55 may generate a grid image four times by precisely controlling the liquid crystal diffraction grating 33 by software.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 투영부(30)는 제어부(55)에 의해 측정대상물(22)의 주변으로 소정의 각도로 회전한 후, 소정의 위치에서 격자이미지를 측정대상물(22)에 주사시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2B, the projection unit 30 is rotated at a predetermined angle around the measurement object 22 by the controller 55, and then the grid image is measured at a predetermined position. ) Can be injected.

상기와 같이 본 발명을 이용하여 격자이미지를 주사하면 측정대상물(22)에 그림자영역(23)이 발생되지 않게 되어, 결과적으로 측정대상물(22)에 대해 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있게 되는 것이다.When the grid image is scanned using the present invention as described above, the shadow area 23 is not generated in the measurement object 22, and as a result, a precise three-dimensional shape can be measured for the measurement object 22. .

한편, 상기 투영부(30)에 설치되어 있는 액정회절격자(33)는 측정대상물(22)에 대한 영상을 얻기 위하여 소프트웨어적으로 1/4주기로 4번 이동하고, 다음과 같은 수식으로 표현 될 수 있다.On the other hand, the liquid crystal diffraction grating 33 installed in the projection unit 30 moves four times in a quarter cycle in software to obtain an image of the measurement object 22, and can be expressed by the following equation. have.

I1(x,y) = A(x,y) + B(x,y)cos[ø(x,y)+0] = A + BcosøI1 (x, y) = A (x, y) + B (x, y) cos [ø (x, y) +0] = A + Bcosø

I2(x,y) = A(x,y) + B(x,y)cos[ø(x,y)+90] = A - BsinøI2 (x, y) = A (x, y) + B (x, y) cos [ø (x, y) +90] = A-Bsinø

I3(x,y) = A(x,y) + B(x,y)cos[ø(x,y)+180] = A - BcosøI3 (x, y) = A (x, y) + B (x, y) cos [ø (x, y) +180] = A-Bcosø

I4(x,y) = A(x,y) + B(x,y)cos[ø(x,y)+270] = A + BsinøI4 (x, y) = A (x, y) + B (x, y) cos [ø (x, y) +270] = A + Bsinø

그리고, 위의 식을 정리하면 다음과 같다.The above equations are summarized as follows.

ø(x,y) = tan-1(I2-I4/I1-I3)ø (x, y) = tan-1 (I2 -I4 / I1 -I3 )

상기의 수식으로 한 점에서의 4개의 광 강도는 그 점에서 위상으로 변환된다. 위의 식은 기준면과 측정면에 동시에 적용되며 그 위상 차이가 측정면의 높이가 되고 다음과 표현된다.The four light intensities at one point are converted into phases at that point by the above expression. The above equation is applied simultaneously to the reference plane and the measurement plane, and the phase difference becomes the height of the measurement plane and is expressed as follows.

h(x,y) = kzobj(x,y) - øref(x,y)]h (x, y) = kzobj (x, y)-øref (x, y)]

상기 h(x,y)는 높이데이터를 산출할 수 있고, kzobj(x,y) - øref(x,y)]는 위상차이를 계산 할 수 있다. 그리고, k는 높이를 알고 있는 시편을 이용하면 구할 수 있게 된다.The h (x, y) can calculate the height data, and kzobj (x, y)-øref (x, y)] can calculate the phase difference. And k can be obtained by using the test piece whose height is known.

상기 제어부(55)에 의해 제어되는 액정회절격자(33)는 발생되는 격자이미지를 측정대상물(22)의 일측과 타측에 주사하게 되며, 상기 액정회절격자(33)는 발생된 격자이미지를 소프트웨어적으로 미세하게 4번 이동시켜 측정대상물(22)의 4곳의 위치에 4번의 격자이미지를 주사할 수 있다.The liquid crystal diffraction grating 33 controlled by the control unit 55 scans the generated grid image on one side and the other side of the measurement object 22, and the liquid crystal diffraction grating 33 performs a software operation on the generated grid image. By moving finely four times, four grid images may be scanned at four positions of the measurement object 22.

이때, 디텍터어레이(52)는 4번의 격자이미지를 감지하고, 이에 의해 프레임 그래버(53)는 4장의 영상을 저장하게 되고, 상기 프레임 그래버(53)의 일측에 설치된 이미지 프로세서(54)는 감지한 영상을 이용하여 위상을 계산하게 되므로써, 결과적으로 측정대상물(22)의 3차원 형상을 회득할 수 있게 된다.At this time, the detector array 52 detects four grid images, whereby the frame grabber 53 stores four images, and the image processor 54 installed at one side of the frame grabber 53 detects the image. By calculating the phase using the image, the three-dimensional shape of the measurement object 22 can be obtained as a result.

한편, 본 발명의 다른 실시예는 다음과 같다. 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원형상 측정장치는 크게 워크스테이지(20)와, 상기 워크스테이지(20)의 상부 양측에 소정의 각도로 대칭되게 설치되는 제1 및 제2투영부(130,140)와, 상기 제1 및 제2투영부(130,140)의 사이에 설치되는 결상부(50)로 구성된다.Meanwhile, another embodiment of the present invention is as follows. First, as shown in Figure 3, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention is largely the work stage 20, the first and the second symmetrically installed at a predetermined angle on both sides of the upper work stage 20 It consists of the projection part 130,140, and the imaging part 50 provided between the said 1st and 2nd projection part 130,140.

상기 워크스테이지(20)는 그 상부 표면에 측정대상물(22)이 설치될 수 있다.The work stage 20 may have a measurement object 22 installed on an upper surface thereof.

상기 제1 및 제2투영부(130,140)는 상기 워크스테이지(20)의 상부에 설치되며, 광을 발산하는 제1 및 제2광원(131,141)과, 상기 제1 및 제2광원(131,141)의 일측에 설치되어 상기 제1 및 제2광원(131,141)에서 발산되는 광을 자유롭게 전달시킬 수 있는 제1 및 제2화이버번들(132,142)과, 상기 제1 및 제2화이버번들 (132,142)의 일측에 설치되어 투과되는 광에 의해 격자이미지를 발생시키는 제1 및 제2액정회절격자(133,143)와, 상기 제1 및 제2액정회절격자 (133,143)의 일측에 설치되어 상기 투과된 격자이미지를 투영하는 제1 및 제2투영광학계(134,144)와, 상기 제1 및 제2투영광학계(134,144)의 일측에 설치어 상기 투영된 격자이미지를 통과시키거나 차단시킬 수 있는 제1 및 제2셔터(135,145)로 구성된다.The first and second projection parts 130 and 140 are installed on the work stage 20, and the first and second light sources 131 and 141 to emit light and the first and second light sources 131 and 141. First and second fiber bundles 132 and 142 installed on one side and freely transmitting light emitted from the first and second light sources 131 and 141, and on one side of the first and second fiber bundles 132 and 142. First and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 for generating a grid image by the light transmitted and installed, and installed on one side of the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 to project the transmitted grid image. First and second shutters 135 and 145 installed on one side of the first and second projection optical systems 134 and 144 and the first and second projection optical systems 134 and 144 to pass or block the projected grid image. It consists of.

상기 결상부(50)는 상기 투영부(30)의 일측 워크스테이지(20)의 상부에 설치되며, 측정대상물(22)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하는 조망광학계(51)와, 상기 조망광학계(51)에서 전달된 격자이미지에 의해 형성된 영상을 감지하는 디텍터어레이(52)와, 상기 감지된 영상을 프레임 단위로 저장하는 프레임 그래버(53)와, 상기 감지된 영상을 이용하여 위상계산을 하는 이미지 프로세서(54)와, 제어부(55)로 구성된다.The imaging unit 50 is installed on the upper side of the work stage 20 of the projection unit 30, the viewing optical system 51 for receiving a grid image reflected from the measurement object 22, and the viewing optical system ( A detector array 52 for detecting an image formed by the grid image transmitted from 51), a frame grabber 53 for storing the detected image in units of frames, and an image for phase calculation using the detected image. It consists of a processor 54 and a control part 55.

상기 제어부(55)는 제1 및 제2액정회절격자(133,143)를 소프트웨어적으로 정밀하게 제어하여 격자이미지를 4번 발생시킬 수 있다.The controller 55 may generate the grid image four times by precisely controlling the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 in software.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 측정대상물(22)을 중심으로 소정의 각도로 대칭되게 설치되는 제1 및 제2투영부(130,140)는 그 내측에 설치된 제1 및 제2셔터(135,145)가 제어부(55)에 제어되어, 제1 및 제2투영부(130,140)는 광을 측정대상물(22)에 교대로 주사시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3B, the first and second projection parts 130 and 140, which are symmetrically installed at a predetermined angle with respect to the measurement object 22, are installed in the first and second shutters 135 and 145. ) Is controlled by the control unit 55, the first and second projection unit 130, 140 may alternately scan the light to the measurement object (22).

상기와 같은 방법으로, 광을 주사하면 측정대상물(22)에 그림자영역(23)이 발생되지 않게 되어 결과적으로 측정대상물(22)에 대해 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있게 되는 것이다.In this manner, when the light is scanned, the shadow area 23 is not generated in the measurement object 22, and as a result, a precise three-dimensional shape can be measured with respect to the measurement object 22.

상기와 같이 구성된 본 발명의 3차원형상 측정장치의 동작 설명은 다음과 같다.Operation of the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention configured as described above is as follows.

먼저, 도 2a와 2b에 도시된 바와 같이, 투영부(30)에 설치된 광원(31)에서 광이 생성되고, 이 광은 상기 광원(31)의 일측에 설치된 상기 화이버번들(32)을 통해 상기 화이버번들(32)의 일측에 설치된 액정회절격자(33)를 통과하게 된다.First, as illustrated in FIGS. 2A and 2B, light is generated from a light source 31 installed in the projection unit 30, and the light is generated through the fiber bundles 32 installed on one side of the light source 31. The liquid crystal diffraction grating 33 is installed on one side of the fiber bundle 32.

이때, 상기 액정회절격자(33)는 제어부(55)에 의해 제어되어 물리적으로 위치를 이동하지 않으면서, 격자이미지를 소프트웨어적으로 이동시켜 측정대상물에 4번 주사할 수 있다.In this case, the liquid crystal diffraction grating 33 may be controlled by the controller 55 and scanned four times on the measurement object by moving the grid image in software without physically moving the position.

상기 액정회절격자(33)를 통과한 격자이미지는 투영광학계(34)를 통과되면서 선명하게 측정대상물(22)에 주사되게 된다.The grid image passing through the liquid crystal diffraction grating 33 is clearly scanned on the measurement object 22 while passing through the projection optical system 34.

상기 투영부(30)는 제어부(55)에 의해 구동되면서, 측정대상물(22)을 중심으로 그 주변을 소정의 각도로 회전하여 측정대상물(22)에 그림자영역(23)이 발생되지 않도록 광을 주사할 수 있다.The projection unit 30 is driven by the controller 55 to rotate the light around the measurement object 22 at a predetermined angle so that the shadow area 23 is not generated in the measurement object 22. Can be injected.

상기 측정대상물(22)에 반사된 격자이미지는 결상부(50)의 조망광학계(51)에 수광되어, 상기 조망광학계(51)에 수광된 격자이미지는 상기 조망광학계(51)의 일측에 설치된 디텍터어레이(52)에 전달되어 디텍터어레이(52)에서 격자이미지로 인해 형성된 영상이 감지된다.The grating image reflected by the measurement object 22 is received by the viewing optical system 51 of the imaging unit 50, and the grating image received by the viewing optical system 51 is a detector installed at one side of the viewing optical system 51. The image transmitted to the array 52 and formed by the grid image in the detector array 52 is sensed.

이때, 액정회절격자(33)의 4번의 격자이미지에 의해 상기 디텍터어레이(52)에서 감지된 4번의 영상이 프레임 그래버(53)에서 4장의 프레임 단위로 저장되고, 상기 저장된 4장의 프레임을 이미지 프로세서(54)에서 위상계산하여 3차원형상을 얻게 된다.In this case, four images detected by the detector array 52 by four grid images of the liquid crystal diffraction grating 33 are stored in the frame grabber 53 in units of four frames, and the stored four frames are stored in the image processor. Phase calculation at (54) yields a three-dimensional shape.

본 발명의 다른 실시예의 3차원형상 측정장치의 동작 설명은 다음과 같다.Operation of the three-dimensional shape measuring apparatus of another embodiment of the present invention is as follows.

먼저, 제1 및 제2투영부(130,140)에 설치된 제1 및 제2광원(131,141)에서 광이 생성되고, 이 광은 상기 제1 및 제2광원(131,141)의 일측에 설치된 상기 제1 및 제2화이버번들(132,142)을 통해 상기 제1 및 제2화이버번들(132,142)의 일측에 설치된 제1 및 제2액정회절격자(133,143)를 통과하면서 격자이미지사 발생되어 제1 및 제2투영광학계(134,144)를 통과한 후, 제1 및 제2셔터(135,145)를 통과하게 된다.First, light is generated from the first and second light sources 131 and 141 installed in the first and second projection parts 130 and 140, and the light is provided on one side of the first and second light sources 131 and 141. Lattice image yarns are generated while passing through the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 installed on one side of the first and second fiber bundles 132 and 142 through the second fiber bundles 132 and 142 to generate the first and second projection optical systems. After passing through 134 and 144, the first and second shutters 135 and 145 pass through the first and second shutters 135 and 145, respectively.

이때, 상기 제1 및 제2액정회절격자(133,143)는 제어부(55)에 의해 정밀하게 제어되어 격자이미지를 측정대상물(22)의 4곳의 위치에 4번 주사할 수 있다.In this case, the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 may be precisely controlled by the controller 55 to scan the grid image at four positions of the measurement object 22 four times.

상기 제1 및 제2액정회절격자(133,143)를 통과한 격자이미지는 제1 및 제2투영광학계(134,144)를 통과되면서 선명하게 측정대상물(22)에 주사된다.The grid images passing through the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 are clearly scanned on the measurement object 22 while passing through the first and second projection optical systems 134 and 144.

이때, 상기 제1 및 제2투영부(130,140)에 설치된 제1 및 제2셔터(135,145)는 제어부(55)에 의해 제어되어 격자이미지를 교대로 차단하여 측정대상물(22)에 격자이미지를 교대로 주사할 수 있다.In this case, the first and second shutters 135 and 145 installed in the first and second projection units 130 and 140 are controlled by the controller 55 to alternately block the grid image to alternate the grid image to the measurement object 22. Can be injected.

상기 제어부(55)에 의해 제어되는 제1 및 제2액정회절격자(133,143)는 발생되는 격자이미지를 측정대상물(22)의 일측과 타측에 주사하게 되며, 상기 제1 및 제2액정회절격자(133,143)는 발생된 격자이미지를 소프트웨어적으로 미세하게 4번 이동시켜 측정대상물(22)의 4곳의 위치에 4번의 격자이미지를 주사할 수 있다.The first and second liquid crystal gratings 133 and 143 controlled by the controller 55 scan the generated grid images on one side and the other side of the measurement object 22 and the first and second liquid crystal gratings ( The 133 and 143 may finely move the generated grid image four times and scan four grid images at four positions of the measurement object 22.

이때, 디텍터어레이(52)는 4번의 격자이미지를 감지하고, 이에 의해 프레임 그래버(53)는 4장의 영상을 저장하게 되고, 상기 프레임 그래버(53)의 일측에 설치된 이미지 프로세서(54)는 감지한 영상을 이용하여 위상을 계산하게 되므로써, 결과적으로 측정대상물(22)의 3차원 형상을 회득할 수 있게 된다.At this time, the detector array 52 detects four grid images, whereby the frame grabber 53 stores four images, and the image processor 54 installed at one side of the frame grabber 53 detects the image. By calculating the phase using the image, the three-dimensional shape of the measurement object 22 can be obtained as a result.

본 발명에 따른 3차원형상 측정방법은 다음과 같다.The three-dimensional shape measuring method according to the present invention is as follows.

도 4a, 4b는 본 발명의 3차원형상 측정방법의 순서도이다.4A and 4B are flowcharts of the three-dimensional shape measuring method of the present invention.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 워크스테이지(20)에 측정대상물(22)이 제공된다.(S1)First, as shown in FIG. 4A, the measurement target 22 is provided to the work stage 20. (S1)

상기 워크스테이지(20)의 상부에 투영부를 설치하고, (30)투영부가제어부(55)에 의해 제어되어 측정대상물(22)의 주변을 소정의 각도로 회전하여, (30)투영위치를 설정한 후, 측정대상물의 일측과 타측에 격자이미지를 교대로 4번씩 주사한다.(S2)The projection unit is provided on the work stage 20, and the projection unit is controlled by the control unit 55 to rotate the periphery of the measurement object 22 at a predetermined angle to set the projection position. After that, the grid image is alternately scanned four times on one side and the other side of the measurement object.

상기 측정대상물(22)의 일측과 타측에 4번씩 반사된 격자이미지가 결상부(50)의 조망광학계(51)에 4번씩 수광되고, 상기 수광된 격자이미지가 디텍터어레이(52)에 의해 영상으로 감지되면, 감지된 영상이 프레임 그래버(53)에 의해 4장의 프레임 단위로 저장되고, 이미지 프로세서(54)에 의해 위상값이 계산되는 제3단계로 이루어진다.(S3)The grid image reflected four times on one side and the other side of the measurement object 22 is received four times by the viewing optical system 51 of the image forming unit 50, and the received grid image is imaged by the detector array 52. When the detected image is detected, the detected image is stored in four frame units by the frame grabber 53, and the phase value is calculated by the image processor 54.

그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 S2는 투영부(30)의 광원(31)에서 광이 발생된다.(S21)4B, light is emitted from the light source 31 of the projection unit 30 (S21).

상기 발생된 광이 화이버번들(32)을 통해 액정회절격자(33)를 통과한다. (S22)The generated light passes through the liquid crystal diffraction grating 33 through the fiber bundles 32. (S22)

상기 액정회절격자(33)를 통과하는 광에 의해 격자이미지가 발생되고, 발생된 격자이미지가 액정회절격자(33)의 4번의 소프트웨어적인 제어에 의해 4번의 격자이미지가 투영광학계(34)를 통과한다.(S23)A grid image is generated by the light passing through the liquid crystal diffraction grating 33, and the generated grid image is passed through the projection optical system 34 by four software controls of the liquid crystal diffraction grating 33. (S23)

상기 투영광학계(34)를 통과한 4번의 격자이미지가 측정대상물(22)에 4번 주사된다.(S24)Four grid images passing through the projection optical system 34 are scanned four times on the measurement object 22 (S24).

또한, 본 발명의 다른 실시예의 3차원형상 측정 방법은 다음과 같다.In addition, the three-dimensional shape measurement method of another embodiment of the present invention is as follows.

도 5a, 5b는 본 발명의 다른 실시예의 3차원형상 측정방법의 순서도이다.5A and 5B are flowcharts of a three-dimensional shape measuring method of another embodiment of the present invention.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 워크스테이지(20)에 측정대상물(22)이 제공된다.(S10)First, as illustrated in FIG. 5A, the measurement target 22 is provided to the work stage 20. (S10)

상기 워크스테이지(20)의 상부에 소정의 각도로 대칭되도록 제1 및 제2투영부(130,140)를 설치하고, 제1 및 제2투영부(130,140)가 측정대상물(22)의 일측과 타측에 격자이미지를 교대로 4번씩 주사한다.(S20)First and second projection parts 130 and 140 are installed on the work stage 20 so as to be symmetrical at a predetermined angle, and the first and second projection parts 130 and 140 are disposed on one side and the other side of the measurement object 22. The grid image is alternately scanned four times. (S20)

상기 측정대상물(22)의 일측과 타측에 4번씩 반사된 격자이미지가 결상부(50)의 조망광학계(51)에 4번씩 수광되고, 상기 수광된 격자이미지가 디텍터어레이(52)에 의해 영상으로 감지되면, 감지된 영상이 프레임 그래버(53)에 의해 4장의 프레임 단위로 저장되고, 이미지 프로세서(54)에 의해 위상값이 계산된다.(S30)The grid image reflected four times on one side and the other side of the measurement object 22 is received four times by the viewing optical system 51 of the image forming unit 50, and the received grid image is imaged by the detector array 52. If detected, the detected image is stored by frame grabber 53 in units of four frames, and the phase value is calculated by the image processor 54 (S30).

그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 S2는 제1 및 제2투영부(130,140)의 제1 및 제2광원(131,141)에서 광이 발생된다.(S210)4B, light is emitted from the first and second light sources 131 and 141 of the first and second projection parts 130 and 140 (S210).

상기 발생된 광이 제1 및 제2화이버번들(132,142)을 통해 제1 및 제2액정회절격자(133,143)를 통과한다.(S220)The generated light passes through the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143 through the first and second fiber bundles 132 and 142 (S220).

상기 제1 및 제2액정회절격자(133,143)를 통과하는 광에 의해 각기 격자이미지가 발생되고, 발생된 격자이미지가 제1 및 제2액정회절격자(133,143)의 4번의 소프트웨어적인 제어에 의해 4번의 격자이미지가 제1 및 제2투영광학계(134,144)를 통과한다.(S230)Lattice images are generated by light passing through the first and second liquid crystal diffraction gratings 133 and 143, respectively, and the generated grating images are controlled by four software controls of the first and second liquid crystal gratings 133 and 143. Burn grating image passes through the first and second projection optical system (134,144) (S230).

상기 제1 및 제2투영광학계(134,144)를 통과한 4번의 격자이미지가 측정대상물(22)에 4번 주사되고, 상기 제1 및 제2투영광학계(134,144)를 통과한 4번의 격자이미지가 제1 및 제2셔터(135,145)에 의해 측정대상물(22)의 일측과 타측에 교대로4번씩 주사될 수 있다.(S240)Four grid images passing through the first and second projection optical systems 134 and 144 are scanned four times on the measurement object 22, and four grid images passing through the first and second projection optical systems 134 and 144 are first The first and second shutters 135 and 145 may be alternately scanned four times on one side and the other side of the measurement target 22 (S240).

이와 같이, 구성된 본 발명에 따른 3차원형상 측정장치는 1개 이상으로 구성될 수 있는 투영부를 이용하여 측정대상물에 그림자영역이 발생되지 않도록 광을 주사할 수 있다.As described above, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention can scan the light so that the shadow area is not generated on the measurement object by using the projection unit which may be constituted by one or more.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 3차원형상 측정장치는 측정대As described above, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention

상물의 주변을 회전하는 1개의 투영부와, 측정대상물을 중심으로 소정의 각도로 대칭되게 설치된 2개의 제1 및 제2투영부를 이용하여 광을 주사하게 되므로, 측정대상물에 그림자 영역이 발생되지 않게 되고, 이에 의해 보다 정밀한 3차원형상을 측정할 수 있는 이점이 있다.Since the light is scanned using one projection unit which rotates the periphery of the object and two first and second projection units which are symmetrically installed at a predetermined angle around the measurement object, a shadow area is not generated on the measurement object. As a result, there is an advantage that a more precise three-dimensional shape can be measured.

Claims (11)

Translated fromKorean
측정대상물이 설치될 수 있는 워크스테이지와;A work stage on which the measurement object can be installed;상기 워크스테이지의 상부에 설치되며, 광을 발산하는 광원과, 상기 발산된 광을 전달하는 화이버번들과, 상기 광을 이용하여 격자이미지를 생성시키는 액정회절격자와, 상기 생성된 격자이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어진 투영부와;A light source that emits light, a fiber bundle that transmits the emitted light, a liquid crystal diffraction grating that generates a grid image by using the light, and the generated grid image is transmitted. A projection unit made of a projection optical system;상기 투영부의 일측에 설치되며, 측정대상물로부터 반사되는 격자이미지를 수광하는 조망광학계와, 상기 수광된 격자이미지를 감지하는 디텍터어레이와, 상기 감지된 격자이미지를 영상처리하여 저장하는 프레임 그래버와, 상기 처리된 영상의 위상을 계산하는 이미지 프로세서와, 제어부로 이루어진 결상부로 구성되며,A perspective optical system installed at one side of the projection unit to receive a grid image reflected from a measurement object, a detector array for sensing the received grid image, a frame grabber for image processing the stored grid image, and the It is composed of an image processor for calculating the phase of the processed image, and an image forming unit consisting of a control unit,상기 투영부는 1개 이상으로 구성될 수 있으며, 상기 투영부는 제어부에 의해 제어되어 측정대상물의 주변을 소정의 각도로 회전하여 광을 주사할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.The projection unit may be composed of one or more, wherein the projection unit is controlled by a control unit is a three-dimensional shape measuring apparatus, characterized in that for rotating the light around the measurement object at a predetermined angle to scan the light.제 1 항에 있어서,The method of claim 1,상기 액정회절격자는 LCG(Liquid Crystal Grating)격자인 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.The liquid crystal diffraction grating is a liquid crystal grating (LCG) lattice characterized in that the three-dimensional shape measuring apparatus.제 2 항에 있어서,The method of claim 2,상기 액정회절격자는 제어부에 의해 소프트웨어적으로 4번 제어되어 광에 의해 발생되는 격자이미지가 측정대상물에 4번 주사될 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.The liquid crystal diffraction grating is controlled by software four times by a control unit, the three-dimensional shape measuring apparatus, characterized in that the grid image generated by the light can be scanned four times on the measurement object.측정대상물이 설치될 수 있는 워크스테이지와;A work stage on which the measurement object can be installed;상기 워크스테이지의 상부에 설치되며, 광을 발산하는 제1 및 제2광원과, 상기 발산된 광을 전달하는 제1 및 제2화이버번들과, 상기 광을 이용하여 격자이미지를 생성시키는 제1 및 제2액정회절격자와, 상기 통과된 격자이미지가 투과되는 제1 및 제2투영광학계와, 상기 투과된 격자이미지를 차단할 수 있는 제1 및 제2셔터로 이루어진 제1 및 제2투영부와;First and second light sources disposed on an upper portion of the work stage and emitting light, first and second fiber bundles transmitting the emitted light, and first and second generating grid images using the light; First and second projection parts including a second liquid crystal diffraction grating, first and second projection optical systems through which the passed grating image is transmitted, and first and second shutters capable of blocking the transmitted grating image;상기 제1 및 제2투영부의 일측에 설치되며, 측정대상물로부터 반사되는 격자이미지를 수광하는 조망광학계와, 상기 수광된 격자이미지를 감지하는 디텍터어레이와, 상기 감지된 격자이미지를 영상처리하여 저장하는 프레임 그래버와, 상기 처리된 영상의 위상을 계산하는 이미지 프로세서와, 제어부로 이루어진 결상부로 구성되며,Installed on one side of the first and the second projection unit, the viewing optical system for receiving a grid image reflected from the measurement object, a detector array for detecting the received grid image, and the image processing the stored grid image It is composed of a frame grabber, an image processor for calculating the phase of the processed image, and an image forming unit consisting of a control unit,상기 제1 및 제2투영부는 측정대상물의 상부의 수직 선상에 대하여 소정의 각도로 대칭되게 설치되며, 상기 제1 및 제2투영부는 제어부에 의해 제어되어 측정대상물에 광을 교대로 주사할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.The first and second projection parts are symmetrically installed at a predetermined angle with respect to the vertical line on the upper part of the measurement object, and the first and second projection parts are controlled by a controller to alternately scan light to the measurement object. 3D shape measuring apparatus, characterized in that.제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein상기 제1 및 제2액정회절격자는 LCG(Liquid Crystal Grating)격자인 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.The first and second liquid crystal grating is a three-dimensional shape measuring apparatus, characterized in that the LCG (Liquid Crystal Grating) grating.제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein상기 제1 및 제2액정회절격자는 제어부에 의해 소프트웨어적으로 각기 4번 제어되어 광에 의해 발생되는 격자이미지가 측정대상물에 4번 주사될 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.And the first and second liquid crystal diffraction gratings are controlled four times in software by the controller so that the grid image generated by the light can be scanned four times on the measurement object.제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein상기 제1 및 제2투영부는 제어부에 의해 제어되는 제 1 및 제2셔터에 의해 측정대상물에 격자이미지를 교대로 주사할 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정장치.The first and second projection unit is a three-dimensional shape measuring apparatus, characterized in that for scanning the grid image to the measurement object by the first and second shutter controlled by the control unit.워크스테이지에 측정대상물이 제공되는 제1단계와;A first step of providing an object to be measured on the work stage;상기 워크스테이지의 상부에 투영부를 설치하고, 투영부가 제어부에 의해 제어되어 측정대상물의 주변을 소정의 각도로 회전하여, 투영위치를 설정한 후, 측정대상물의 일측과 타측에 격자이미지를 교대로 4번씩 주사하는 제2단계와;The projection unit is installed on the upper part of the work stage, and the projection unit is controlled by the controller to rotate the periphery of the measurement object at a predetermined angle to set the projection position, and then alternately rotates the grid image on one side and the other side of the measurement object. A second step of injecting once;상기 측정대상물의 일측과 타측에 4번씩 반사된 격자이미지가 결상부의 조망광학계에 4번씩 수광되고, 상기 수광된 격자이미지가 디텍터어레이에 의해 영상으로 감지되면, 감지된 영상이 프레임 그래버에 의해 4장의 프레임 단위로 저장되고, 이미지 프로세서에 의해 위상값이 계산되는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로하는 3차원형상 측정방법.When the grid image reflected four times on one side and the other side of the measurement object is received four times by the viewing optical system of the image forming unit, and the received grid image is detected as an image by a detector array, the detected image is detected by four frame grabbers. 3. The method of claim 3, further comprising a third step of storing a frame value and calculating a phase value by an image processor.제 8 항에 있어서,The method of claim 8,상기 제2단계는 광원에서 광이 발생되는 단계와,The second step is to generate light from the light source,상기 발생된 광이 화이버번들을 통해 액정회절격자를 통과하는 단계와,Passing the generated light through a liquid crystal diffraction grating through fiber bundles;상기 액정회절격자를 통과하는 광에 의해 격자이미지가 발생되고, 발생된 격자이미지가 액정회절격자에 의해 투영광학계를 4번 통과하는 단계와,A grid image is generated by the light passing through the liquid crystal diffraction grating, and the generated grid image passes through the projection optical system four times by the liquid crystal diffraction grating;상기 투영광학계를 통과한 4번의 격자이미지가 측정대상물에 4번 주사되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정방법.The four-dimensional grid measurement method comprising the step of scanning four times the grid image passing through the projection optical system to the measurement object.워크스테이지에 측정대상물이 제공되는 제1단계와;A first step of providing an object to be measured on the work stage;상기 워크스테이지의 상부에 소정의 각도로 대칭되도록 제1 및 제2투영부를 설치하고, 제1 및 제2투영부가 측정대상물의 일측과 타측에 격자이미지를 교대로 4번씩 주사하는 제2단계와;A second step of installing first and second projection parts on the upper part of the work stage so as to be symmetrical at predetermined angles, and scanning the grid images four times alternately on one side and the other side of the measurement object;상기 측정대상물의 일측과 타측에 4번씩 반사된 격자이미지가 결상부의 조망광학계에 4번씩 수광되고, 상기 수광된 격자이미지가 디텍터어레이에 의해 영상으로 감지되면, 감지된 영상이 프레임 그래버에 의해 4장의 프레임 단위로 저장되고, 이미지 프로세서에 의해 위상값이 계산되는 제3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정방법.When the grid image reflected four times on one side and the other side of the measurement object is received four times by the viewing optical system of the image forming unit, and the received grid image is detected as an image by a detector array, the detected image is detected by four frame grabbers. 3. The method of claim 3, further comprising storing the frame in a frame unit and calculating a phase value by an image processor.제 10 항에 있어서,The method of claim 10,상기 제2단계는 제1 및 제2광원에서 광이 발생되는 단계와,The second step is to generate light from the first and second light source,상기 발생된 광이 제1 및 제2화이버번들을 통해 제1 및 제2액정회절격자를 통과하는 단계와,Passing the generated light through the first and second liquid crystal gratings through the first and second fiber bundles;상기 제1 및 제2액정회절격자를 통과하는 광에 의해 각기 격자이미지가 발생되고, 발생된 격자이미지가 제1 및 제2액정회절격자에 의해 제1 및 제2투영광학계를 4번 통과하는 단계와,A grid image is generated by light passing through the first and second liquid crystal diffraction gratings, and the generated grid image passes through the first and second projection optical systems four times by the first and second liquid crystal diffraction gratings. Wow,상기 제1 및 제2투영광학계를 통과한 4번의 격자이미지가 제1 및 제2셔터에 의해 측정대상물의 일측과 타측에 교대로 4번씩 주사될 수 있는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원형상 측정방법.Three-dimensional shape measurement, characterized in that the four times the grid image passing through the first and second projection optical system by the first and second shutters are alternately scanned four times on one side and the other side of the measurement object. Way.
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