KR101733314B1 - 형상 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 간섭무늬를 투영하는 프로젝터; 상기 프로젝터의 일측에 회전 가능하게 이격되어 배치되어 상기 프로젝터에서 조사되는 상기 간섭무늬를 검사 대상물로 반사시키는 반사경; 상기 프로젝터와 상기 반사경의 광 경로 상에 배치되는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터의 일측에 이격되어 배치되어 상기 반사경 및 상기 빔 스플리터를 통해 반사되는 상기 검사 대상물의 영상을 촬영하는 촬영부; 상기 촬영부에서 촬영된 영상을 이미지프로세싱하여 3D 데이터를 획득하는 영상 처리부를 포함하는 형상 측정 장치를 제공한다.
본 발명은 반사경을 회전시키며 서로 다른 각도에서 검사 대상물에 대하여 간섭무늬를 투영하고, 서로 다른 각도 상태에서 얻은 영상을 결합하여 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 3D 영상을 얻을 수 있다.

Description

형상 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for shape measuring}

본 발명은 형상 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사경을 이용하여 서로 다른 각도에서 높이를 달리하고 근접하는 제1 및 제2 검사 대상물에 대하여 간섭무늬를 투영하고, 서로 다른 각도 상태에서 얻은 영상을 결합하여 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 3D 영상을 얻을 수 있는 형상 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 주행 시 실내와 실외의 기압 차가 발생하며, 차체의 양측방향으로 이러한 기압 차에 의해 도어가 개방되려는 힘이 발생하면서 차체와 도어 사이에 게재되는 갭을 통해 노이즈(Noise)가 실내로 유입된다.

여기서, 차체와 도어 사이에 게재되는 갭(Gap)은 차체와 도어와 같이 동작 파트의 개폐 품질과 윈드 노이즈에 영향을 주는 요소이므로, 노이즈를 감소시키면서 도어 작동에 문제가 없도록 하기 위해 이에 대한 정확한 측정을 필요로 한다.

또한, 고정물체인 차체와 작동파트인 도어의 사이의 갭(Gap)에는 소정의 단차에 의해 빛이 차단되는 그림자 영역이 발생되어 정확한 측정이 용이하지 않은 문제점이 있다.

종래에는 그림자 영역을 포함하는 검사 대상물의 형상 측정을 위해, 복수의 카메라를 이용하여 검사 대상물에 대하여 다양한 각도로 배치한 후 검사 대상물에 대하여 다양한 각도에서 영상을 얻고 이를 이용하여 측정을 하였다.

또한, 검사 대상물을 회전시키거나 카메라를 회전시키며 다양한 각도에서 영상을 얻고 이를 이용하여 측정을 하였다.

복수의 카메라를 사용하는 방법은 측정 장치의 제작이 어렵고, 그 비용도 높아지는 문제점이 있다. 또한, 검사 대상물 또는 카메라를 회전시키는 방법은 동작 오차가 증가하여 측정 정확도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에 대한 선행기술로는 등록특허 10-1550137호를 예시할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반사경을 회전시키며 서로 다른 각도에서 서로 근접하고 높이를 달리하는 제1 및 제2 검사 대상물에 대하여 간섭무늬를 투영하고, 서로 다른 각도 상태에서 얻은 영상을 결합하여 제1 및 제2 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 3D 영상을 얻을 수 있는 형상 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 간섭무늬를 투영하는 프로젝터; 상기 프로젝터의 일측에 회전 가능하게 이격되어 배치되어 상기 프로젝터에서 조사되는 상기 간섭무늬를 검사 대상물로 반사시키는 반사경; 상기 프로젝터와 상기 반사경의 광 경로 상에 배치되는 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터의 일측에 이격되어 배치되어 상기 반사경 및 상기 빔 스플리터를 통해 반사되는 상기 검사 대상물의 영상을 촬영하는 촬영부; 상기 촬영부에서 촬영된 영상을 이미지프로세싱하여 3D 데이터를 획득하는 영상 처리부를 포함하는 형상 측정 장치를 제공한다.

상기 프로젝터에 의하여 조사되는 간섭무늬는 무아르(Moire) 무늬일 수 있다.

상기 간섭무늬는 서로 위상을 달리하는 제1 내지 제4 단위 간섭무늬를 포함할 수 있다.

상기 영상 처리부는 상기 촬영부가 촬영한 영상을 이용하여 3D 데이터를 추출한 후, 이를 결합한 최종 데이터를 출력할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 간섭무늬를 투영하는 단계; 상기 간섭무늬를 제1의 반사각도로 검사 대상물로 반사시키는 단계; 상기 간섭무늬가 투영된 상기 검사 대상물을 촬영하여 제1 촬영물을 출력하는 단계; 상기 간섭무늬를 제2의 반사각도로 상기 검사 대상물로 반사시키는 단계; 상기 간섭무늬가 투영된 상기 검사 대상물을 촬영하여 제2 촬영물을 출력하는 단계; 상기 제1 촬영물과 상기 제2 촬영물을 각각 이미지프로세싱하여 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 제1_3D 데이터와 상기 제2_3D 데이터를 결합하여 최종 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 형상 측정 방법을 제공한다.

상기 간섭무늬는 무아르(Moire) 무늬일 수 있다.

상기 제1 의 반사각도와 상기 제2 의 반사각도는 서로 다른 각도값을 가질 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 반사경을 회전시키며 서로 다른 각도에서 서로 근접하고 높이를 달리하는 제1 및 제2 검사 대상물에 대하여 간섭무늬를 투영하고, 서로 다른 각도 상태에서 얻은 영상을 결합하여 제1 및 제2 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 3D 영상을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 측정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 형상 측정 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 프로젝터가 투영하는 간섭무늬의 일 예를 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 측정 장치의 구성의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 측정 장치(100)는 프로젝터(110), 반사경(120), 빔 스플리터(130), 촬영부(140) 및 영상 처리부(150)를 포함한다.

또한, 도 2는 본 발명에 따른 형상 측정 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 형상 측정 방법은 간섭무늬를 투영하는 단계(ST110), 간섭무늬를 제1의 반사각도로 검사 대상물로 반사시키는 단계(ST120), 제1 촬영물을 출력하는 단계(ST130), 간섭무늬를 제2의 반사각도로 상기 검사 대상물로 반사시키는 단계(ST140), 제2 촬영물을 출력하는 단계(ST150), 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 추출하는 단계(ST160); 및 최종 데이터를 추출하는 단계(ST170)를 포함한다.

우선, 사용자는 검사하고자 하는 검사 대상물(1)을 준비한다. 그리고, 사용자는 준비된 검사 대상물(1)을 소정의 위치에 배치한다. 여기서, 사용자는 검사 대상물(1)이 외력에 의해 흔들리지 않도록 한다. 그리고, 검사 대상물(1)은 검사가 진행되는 도중에도 배치된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

여기서, 준비되는 검사 대상물(1)은 소정의 형상을 갖는 고정물체와 고정물체에 연결되고, 연결된 상태에서 소정의 작동을 수행하는 작동 파트(Part)를 포함하며, 표면은 소정의 곡면 형상이다. 여기서, 고정물체와 작동 파트는 소정의 높이차를 가질 수 있다. 또한, 고정물체와 작동 파트 간에는 소정의 간격을 가질 수 있다.

여기서 준비되는 검사 대상물(1)로서, 차체(10)와 차체(10)의 소정 위치에 연결되어 개폐 동작을 수행하는 차량 도어(20)를 예로 들어 설명하기로 한다. 여기서, 차체(10)는 고정물체에 해당하고, 차량 도어(20)는 작동 파트에 해당한다. 이때, 차체(10)는 제1 검사 대상물이라 하고, 차량 도어(20)는 제2 검사 대상물이라 하기로 하며, 이후의 설명에서 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.

본 실시예에서, 차체(10)와 차량 도어(20)를 예로 들어 설명하고 있으나, 이외에도 차량 도어와 같이 작동되는 구성 요소라면 연결되는 요소와 함께 검사 대상물에 포함될 수 있다.

준비된 검사 대상물의 형상을 측정하는 장치와 방법에 대해 함께 설명하기로 한다.

프로젝터(110)는 제1 검사 대상물(10)과 제2 검사 대상물(20)을 포함하는 검사 대상물(1)에 대하여 격자 형태의 간섭무늬를 투영하는 단계(ST110)를 수행한다.

여기서, 투영되는 간섭무늬는 무아레(Moire) 무늬일 수 있다. 투영되는 무아레 간섭 무늬에 대해서는 후술하기로 한다.

도 3은 본 발명에서 사용하는 프로젝터가 투영하는 간섭무늬의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 프로젝터(110)가 투영하는 간섭무늬는 서로 다른 위상을 갖는 제1 내지 제4 단위 간섭무늬(A, B, C, D)를 포함하고 있음을 알 수 있다.

여기서, 프로젝터(110)는 검사 대상물(1)과 소정 거리 이격된 위치에 배치된다. 또한, 검사 대상물(1)은 프로젝터(110)의 투영 각도 상에서 벗어난 위치에 배치될 수 있다.

프로젝터(110)는 투영 동작을 연속적으로 수행하거나, 후술하는 촬영부(140)가 동작하는 시점에 촬영부(140)와 연동하여 투영할 수 있다.

반사경(120)은 프로젝터(110)의 일측에 프로젝터(110)와 소정 거리 이격된 위치에 배치된다. 또한, 반사경(120)은 검사 대상물(1)과 소정 거리 이격된 위치에 배치된다.

반사경(120)은 프로젝터(110)에서 투영된 간섭무늬를 검사 대상물(1)의 검사 영역으로 반사한다.

여기서, 반사경(120)은 사용자의 필요에 따라 회전 가능하게 배치된다. 따라서, 반사경(120)은 프로젝터(110)가 투영하는 간섭무늬를 다양한 각도 상태에서 검사 대상물(1)의 검사 영역으로 반사시킨다.

본 실시예에서, 반사경(120)은 프로젝터(110)에서 투영되는 간섭무늬를 제1의 반사각도로 제1 검사 대상물(10)로 반사한다(ST120). 그리고, 후술하는 제1 촬영물이 출력되면, 반사경(120)은 소정의 각도로 회전된 후, 제2의 반사각도로 간섭무늬를 제2 검사 대상물(20)로 반사한다(ST140). 여기서, 제1의 반사각도와 제2의 반사각도는 서로 다른 각도값을 갖는다.

또한, 반사경(120)은 간섭무늬가 투영된 검사 대상물(1)의 모습을 후술하는 촬영부(140)로 반사한다.

여기서, 반사경(120)은 연속적으로 회전할 수 있지만, 후술하는 촬영부(140)가 동작하는 시점에는 회전이 정지될 수도 있다.

빔 스플리터(Beam spliter)(130)는 프로젝터(110)에서 반사경(120)으로의 광 경로 상에 소정 각도로 배치된다. 빔 스플리터(130)는 입사되는 광의 일부는 반사시키고, 나머지 광은 투과시키는 구성 요소로서, 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

빔 스플리터(130)는 프로젝터(110)에서 투영되는 간섭무늬는 통과시키고, 반사경(120)을 통해 반사된 검사 대상물(1)의 모습을 후술하는 촬영부(140)로 반사시킨다.

촬영부(140)는 빔 스플리터(130)의 일측으로 빔 스플리터(130)와 소정 거리로 이격된 위치에 배치된다. 여기서, 촬영부(140)은 빔 스플리터(130)에 의해 반사된 광의 광 경로상에 배치되어, 빔 스플리터(130)를 통해 반사된 검사 대상물(1)의 모습을 촬영하고, 촬영된 영상을 출력한다.

촬영부(140)는 촬영을 복수의 회수로 수행하여, 촬영물을 복수로 출력할 수 있다.

여기서, 촬영부(140)는 반사경(120)이 제1 반사각도로 배치되었을 때, 제1 검사 대상물(10)을 촬영하여 제1 촬영물을 출력하는 단계(ST130)를 수행하고, 이후 반사경(120)이 제2 반사각도로 회전하였을 때, 제2 검사 대상물(20)을 촬영하여 제2 촬영물을 출력하는 단계(ST150)를 수행한다.

이때, 촬영부(140)의 촬영 시, 촬영 신호가 프로젝터(110)로 입력되도록 하여, 프로젝터(110)가 촬영부(140)와 연동하여 동작할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

영상 처리부(150)는 촬영부(150)에서 출력되는 제1 촬영물과 제2 촬영물에 대하여 각각 소정의 이미지 프로세싱을 수행하여, 제1 촬영물을 이용한 제1_3D 데이터와 제2 촬영물을 이용한 제2_3D 데이터를 추출한다(ST160).

추출된 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터는 사용자에게 표시될 수 있다.

그리고, 영상 처리부(150)는 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 결합하여, 최종 데이터를 추출한다(ST170). 여기서, 최종 데이터는 그림자 영역에 대한 영상을 포함할 수 있다.

본 발명의 동작에 대해 설명하기로 한다.

사용자는 검사 대상물(1)을 소정의 위치에 고정한다.

사용자는 프로젝터(110)에 의해 간섭무늬가 투영되도록 한다(ST110). 여기서, 투영되는 간섭무늬는 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 위상을 갖는 제1 내지 제4 단위 간섭무늬(A, B, C, D)를 포함할 수 있다.

반사경(120)은 제1의 반사각도(A)로 회전하여, 프로젝터(110)에서 투영된 간섭무늬가 검사 대상물(1)의 표면으로 반사되도록 한다(ST120). 그리고, 반사경(120)은 간섭무늬가 투영되고 있는 검사 대상물(1)의 표면 형상을 촬영부(150)로 반사한다.

촬영부(140)는 반사경(120)을 통해 반사되는 검사 대상물(1)에 대하여 촬영을 수행하여 제1 촬영물을 출력한다(ST130).

제1 촬영물이 출력되면, 반사경(120)은 제2의 반사각도(B)로 회전하여, 프로젝터(110)에서 투영된 간섭무늬가 검사 대상물(1)의 표면으로 반사되도록 한다(ST140). 여기서, 제2의 반사각도로 반사되는 간섭무늬는 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 다른 위상을 갖는 제1 내지 제4 단위 간섭무늬(A, B, C, D)를 포함할 수 있다.

반사경(120)은 간섭무늬가 투영되고 있는 검사 대상물(1)의 표면 형상을 촬영부(150)로 반사한다. 촬영부(140)는 반사경(120)을 통해 반사되는 검사 대상물(1)에 대하여 촬영을 수행하여 제2 촬영물을 출력한다(ST150).

촬영부(150)에서 출력되는 제1 촬영물과 제2 촬영물은 영상 처리부(150)로 입력된다.

영상 처리부(150)는 제1 촬영물과 제2 촬영물 각각에 대하여 소정의 이미지 프로세싱(Image processing)을 수행하여, 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 추출한다(ST160).

위상값을 달리하는 모아레 간섭무늬를 이용하여 검사 대상의 높이차를 계산하고, 이를 이용하여 3D 데이터를 얻는 것은 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이후, 영상 처리부(150)는 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 서로 결합하여 최종 데이터를 추출한다.

반사경(120)이 A와 B 상태에 있을 때 차체(10)와 차량 도어(20) 사이의 이격 공간상에 발생될 수 있는 그림자 영역에 대하여 서로 다른 각도를 갖는다. 따라서, 영상 처리부(150)에서 출력되는 최종 데이터는 검사 대상물(1)에 존재하는 그림자 영역을 포함한다.

본 발명은 반사경을 회전시키며 서로 다른 각도에서 검사 대상물에 대하여 간섭무늬를 투영하고, 서로 다른 각도 상태에서 얻은 영상을 결합하여 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 3D 영상을 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 형상 측정 장치
110: 프로젝터 120: 반사경
130: 빔 스플리터 140: 촬영부
150: 영상 처리부

Claims (7)

1. 서로 근접하고 높이를 달리하는 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 형상을 측정하는 장치로서,
   간섭무늬를 투영하는 프로젝터;
   상기 프로젝터의 일측에 회전 가능하게 이격되어 배치되어 상기 프로젝터에서 조사되는 상기 간섭무늬를 상기 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물로 반사시키는 반사경;
   상기 프로젝터와 상기 반사경의 광 경로 상에 배치되는 빔 스플리터;
   상기 빔 스플리터의 일측에 이격되어 배치되어 상기 반사경 및 상기 빔 스플리터를 통해 반사되는 상기 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물의 영상을 각각 촬영하는 촬영부;
   상기 촬영부에서 촬영된 영상을 이미지프로세싱하여 상기 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물의 그림자 영역의 3D 데이터를 획득하는 영상 처리부를 포함하는 형상 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프로젝터에 의하여 조사되는 간섭무늬는 무아르(Moire) 무늬인 형상 측정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 간섭무늬는 서로 위상을 달리하는 제1 내지 제4 단위 간섭무늬를 포함하는 형상 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 영상 처리부는 상기 촬영부가 촬영한 상기 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물의 영상을 이용하여 상기 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물의 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 추출한 후, 상기 제1_3D 데이터와 상기 제2_3D 데이터를 결합한 최종 데이터를 출력하는 형상 측정 장치.
5. 서로 근접하고 높이를 달리하는 제1 검사 대상물과 제2 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 형상을 측정하는 방법으로서,
   간섭무늬를 투영하는 단계;
   상기 간섭무늬를 제1의 반사각도로 상기 제1 검사 대상물로 반사시키는 단계;
   상기 간섭무늬가 투영된 상기 제1 검사 대상물을 촬영하여 제1 촬영물을 출력하는 단계;
   상기 간섭무늬를 제2의 반사각도로 상기 제2 검사 대상물로 반사시키는 단계;
   상기 간섭무늬가 투영된 상기 제2 검사 대상물을 촬영하여 제2 촬영물을 출력하는 단계;
   상기 제1 촬영물과 상기 제2 촬영물을 각각 이미지프로세싱하여 제1_3D 데이터와 제2_3D 데이터를 추출하는 단계; 및
   상기 제1_3D 데이터와 상기 제2_3D 데이터를 결합하여 상기 제1 및 제2 검사 대상물의 그림자 영역을 포함하는 최종 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 형상 측정 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 간섭무늬는 무아르(Moire) 무늬인 형상 측정 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 의 반사각도와 상기 제2 의 반사각도는 서로 다른 각도값을 갖는 형상 측정 방법.

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