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KR20090067616A - Dimensional metrology system using laser slit-beams - Google Patents

Dimensional metrology system using laser slit-beams Download PDF

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KR20090067616A
KR20090067616A KR1020070135330A KR20070135330A KR20090067616A KR 20090067616 A KR20090067616 A KR 20090067616A KR 1020070135330 A KR1020070135330 A KR 1020070135330A KR 20070135330 A KR20070135330 A KR 20070135330A KR 20090067616 A KR20090067616 A KR 20090067616A
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South Korea
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laser
laser slit
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light source
beams
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KR1020070135330A
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김상준
이현호
한명수
한종만
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

A 3D shape measurement device using a laser slit beam is provided to use plural laser slit beams, thereby automatically measuring a 3D shape of a large area such as a large-sized flat plate or a bent member at high speed. A 3D shape measurement device(100) measures a 3D shape of a measured object by using slit beams. The 3D shape measurement device comprises as follows. A laser light source unit(110) irradiates plural laser slit beams on the measured object. When the plural laser slit beams are irradiated on the measured object by the laser light source unit, a camera(120) obtains trace images of the plural laser slit beams projected on the measured object. The laser light source unit is configured by arranging plural laser modules for irradiating a single laser slit beam.

Description

레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치{DIMENSIONAL METROLOGY SYSTEM USING LASER SLIT-BEAMS}3D shape measuring device using laser slit beam {DIMENSIONAL METROLOGY SYSTEM USING LASER SLIT-BEAMS}

본 발명은 3차원 형상측정장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 레이저 슬릿빔을 사용하여 대형 평판, 곡판 부재 등의 대영역을 측정하기 위한 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치에 관한 것이다. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus, and more particularly, to a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam for measuring a large area of a large flat plate, curved plate member or the like using a plurality of laser slit beams.

단일 슬릿빔을 이용한 형상측정장치는 측정 대상물(피측정물)의 표면에 평면광 레이저를 주사하고 그 영상을 CCD 카메라로 측정하여 CCD 촬상면에 결상된 영상을 통하여 단면의 형상정보를 추출한다. 그리고, 이러한 형상측정장치는 소정의 이송장치를 이용하여 구동하면서 연속적으로 이송되는 슬릿빔을 측정하여 측정대상물의 전표면 형상을 얻는다. A shape measuring apparatus using a single slit beam scans a plane light laser on the surface of a measurement object (object to be measured), measures the image by a CCD camera, and extracts shape information of a cross section through an image formed on a CCD image pickup surface. In addition, the shape measuring device measures the slit beam continuously fed while driving by using a predetermined feeder to obtain the shape of the entire surface of the measurement object.

도 1은 종래의 단일 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 개략 구성도이다. 도시한 바와 같이, 단일 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치(1)는 모터(2)에 의해 이송되는 이송테이블(3) 위에 피측정물을 올려놓은 상태에서 슬릿빔 투영기(4)로부터 평면광 레이저를 피측정물 위로 주사하고, 피측정물에 투영된 슬릿빔의 궤적영상을 CCD 카메라(5)로 획득하여 이에 연결된 화상처리용 프레임 버 퍼(6:frame buffer)로 전달하게 된다. 이때 이송테이블(3)은 모터(2)에 의해 피측정물의 길이만큼 이송하여 피측정물의 전표면에 걸쳐 슬릿빔의 주사가 이루어지게 된다.1 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a conventional single slit beam. As shown in the drawing, the three-dimensional shape measuring device 1 using the single slit beam has a plane light from the slit beam projector 4 in a state where the object to be measured is placed on the transfer table 3 carried by the motor 2. The laser is scanned on the object to be measured, and the locus image of the slit beam projected on the object to be measured is acquired by the CCD camera 5 and transferred to the frame buffer for image processing connected thereto. At this time, the transfer table 3 is transported by the motor 2 by the length of the object to be measured to scan the slit beam over the entire surface of the object to be measured.

그리고, 프레임 버퍼(6)로부터의 출력신호와 모터(2)의 구동상황 정보는 전체 시스템의 제어를 위한 컴퓨터(7)로 입력되어 광삼각법에 의한 3차원형상으로 재구성된 후 모니터(8) 상에 영상으로 표시된다. Then, the output signal from the frame buffer 6 and the driving status information of the motor 2 are input to the computer 7 for the control of the entire system, reconstructed into a three-dimensional shape by the optical triangulation method, and then on the monitor 8. Is displayed on the video.

그런데, 이러한 형상측정장치는 피측정물의 전 표면을 측정하기 위해서는 피측정물의 길이만큼의 행정을 가지는 이송테이블(3)을 이송하면서 측정해야 함으로써 측정시간이 많이 소요되는 문제점이 있다. However, such a shape measuring apparatus has a problem in that a measurement time is required to be measured while transferring the transfer table 3 having a stroke equal to the length of the object under measurement in order to measure the entire surface of the object under measurement.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 레이저 슬릿빔을 사용하여 대형 평판, 곡판 부재 등의 대영역의 3차원 형상을 고속으로 자동 측정할 수 있도록 된 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the above problems, by using a plurality of laser slit beams using a laser slit beam that can automatically measure the three-dimensional shape of a large area, such as a large flat plate, curved sheet member at high speed Its purpose is to provide a dimensional shape measuring apparatus.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치는 슬릿빔을 이용하여 피측정물의 3차원 형상을 측정하는 장치로서, 피측정물로 복수의 레이저 슬릿빔을 주사하는 레이저 광원부와; 상기 레이저 광원부에 의해 복수의 레이저 슬릿빔이 피측정물로 주사될 때, 피측정물에 투영된 복수의 레이저 슬릿빔의 궤적영상을 획득하는 카메라를 구비한 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam according to the present invention is a device for measuring a three-dimensional shape of an object to be measured by using a slit beam. A laser light source unit for scanning; When the plurality of laser slit beams are scanned by the laser light source unit to the object to be measured, a camera for acquiring trajectory images of the plurality of laser slit beams projected onto the object to be measured.

여기에서, 상기 레이저 광원부는 단일 레이저 슬릿빔을 주사하는 레이저 모듈이 복수개 배열되어 구성될 수 있고, 또한 레이저 슬릿빔이 피측정물에 수직으로 주사될 수 있도록 설치될 수 있다. 그리고, 상기 3차원 형상측정장치는, 상기 레이저 광원부 및 카메라를 이동시키는 이송장치를 구비하여 대영역에 대한 고속 측정을 수행할 수 있도록 복수의 레이저 슬릿빔으로 구성된 측정영역을 중첩됨 없이 이송하면서 측정을 수행할 수 있다. Here, the laser light source unit may be configured by a plurality of laser modules for scanning a single laser slit beam may be arranged, and may be installed so that the laser slit beam can be vertically scanned on the object to be measured. The three-dimensional shape measuring device includes a laser light source unit and a transfer device for moving the camera to measure the transfer area without overlapping a measurement area including a plurality of laser slit beams so as to perform a high-speed measurement on a large area. Can be performed.

본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치는 복수의 레이저 슬릿빔을 사용함으로써 대형 평판, 곡판 부재 등의 대영역 3차원 형상을 고속으로 자동 측정할 수 있는 장점이 있고, 또한 소영역의 측정에도 그대로 적용할 수 있다. The three-dimensional shape measuring apparatus using the laser slit beam according to the present invention has the advantage that it is possible to automatically measure large-area three-dimensional shapes of large flat plates, curved members, etc. at high speed by using a plurality of laser slit beams, and also a small area. The same can be applied to the measurement of.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 측정 원리도이고, 도 3은 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 상태도이고, 도 5는 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 개략 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치를 이용하여 피측정물을 측정하는 방법을 나타낸 순서도이다. 2 is a principle diagram of a three-dimensional shape measurement apparatus using a laser slit beam according to the present invention, Figure 3 is a conceptual diagram of a three-dimensional shape measurement apparatus using a laser slit beam according to the present invention, Figure 4 is Figure 3 is a state diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam according to the present invention, Figure 5 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam according to the present invention, Figure 6 using a laser slit beam according to the present invention It is a flowchart which shows the method of measuring a to-be-measured object using a three-dimensional shape measuring apparatus.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치(100)는 레이저 광원부(110), CCD 카메라(120), 이송장치(130), 프레임 버퍼(140), 컴퓨터(150) 및 모니터(160)로 구성되어 피측정물인 대형 평판, 곡판 부재 등의 대영역 및 임의 소영역에 대한 3차원 형상을 고속으로 측정할 수 있다. As shown, the three-dimensional shape measurement apparatus 100 using the laser slit beam according to the present invention is a laser light source unit 110, CCD camera 120, transfer device 130, frame buffer 140, computer 150 ) And the monitor 160, it is possible to measure a three-dimensional shape for a large area and an arbitrary small area, such as a large flat plate, a curved plate member or the like to be measured at high speed.

상기 레이저 광원부(110)는 단일 레이저 슬릿빔을 주사하는 레이저 모듈(111)이 복수개 배열되어 구성된 것으로서 피측정물로 복수의 레이저 슬릿빔을 동시에 주사한다. The laser light source unit 110 is configured by arranging a plurality of laser modules 111 for scanning a single laser slit beam, and simultaneously scans a plurality of laser slit beams to be measured.

이와 같이, 레이저 광원부(110)는 복수의 레이저 슬릿빔을 동시에 주사함으 로써 단일 레이저 슬릿빔을 주사하는 것에 비하여 피측정물의 3차원 형상을 고속으로 측정할 수 있다. 또한, 광원의 선형성이 확보되고 세선화(thinning)가 가능한 레이저 광원을 사용함으로써 슬릿빔의 정도를 향상시켜 소영역 뿐만 아니라 대영역에 대한 3차원 형상을 측정할 수 있다. 이때, 상기 레이저 광원부(110)는 시스템 구현 및 측정 프로세스 처리를 단순화시키기 위해 레이저 슬릿빔이 피측정물에 수직으로 주사될 수 있도록 설치될 수 있다. As described above, the laser light source unit 110 may simultaneously scan a plurality of laser slit beams to measure the three-dimensional shape of the object to be measured at high speed as compared with scanning a single laser slit beam. In addition, by using a laser light source capable of ensuring linearity and thinning of the light source, the degree of the slit beam can be improved to measure a three-dimensional shape for a large region as well as a small region. In this case, the laser light source unit 110 may be installed so that the laser slit beam can be vertically scanned on the object to be measured to simplify the system implementation and the measurement process.

상기 CCD 카메라(120)는 피측정물과는 일정한 각도를 갖는 위치에 설치되어 상기 레이저 광원부(110)에 의해 복수의 레이저 슬릿빔이 피측정물로 주사될 때, 피측정물에 투영된 복수의 레이저 슬릿빔의 궤적영상을 획득한다. 즉, 구비된 결상 광학계를 통하여 피측정물의 영상을 CCD 촬상면에 결상시켜서 영상을 획득한다. The CCD camera 120 is installed at a position having a constant angle with the object to be measured, and when the plurality of laser slit beams are scanned by the laser light source unit 110 to the object to be measured, the plurality of projections to the object to be measured. The trajectory image of the laser slit beam is acquired. That is, an image is acquired by imaging an image of the object to be measured on a CCD imaging surface through the provided optical system.

상기 이송장치(130)는 대영역에 대한 고속 측정을 수행할 수 있도록 복수의 레이저 슬릿빔으로 구성된 측정영역을 중첩됨이 없이 상기 레이저 광원부(110) 및 CCD 카메라(120)를 전후·좌우로 정밀하게 이동시킬 수 있고, 또한 측정영역의 축소·확장을 위하여 상하로도 정밀하게 이동시킬 수 있다. The transfer device 130 precisely moves the laser light source unit 110 and the CCD camera 120 back, front, left, and right without overlapping a measurement area composed of a plurality of laser slit beams so as to perform a high speed measurement for a large area. It can be moved up and down, and can also be precisely moved up and down for the reduction and expansion of the measurement area.

상기 프레임 버퍼(140)는 상기 CCD 카메라(120)에 의해 촬영된 슬릿빔의 궤적영상을 임시로 저장한다. 상기 컴퓨터(150)는 상기 이송장치(130)를 제어하고 측정 프로세스 처리, 즉 상기 프레임 버퍼(140)에 저장된 궤적영상을 광삼각법에 의한 3차원 형상으로 재구성할 수 있도록 소정의 프로그램을 탑재하고 있다. 상기 모니터(160)는 상기 컴퓨터(150)에 의해 재구성된 영상을 디스플레이한다. The frame buffer 140 temporarily stores a trajectory image of the slit beam captured by the CCD camera 120. The computer 150 is equipped with a predetermined program to control the transfer device 130 and to reconstruct the measurement process, that is, to reconstruct the trajectory image stored in the frame buffer 140 into a three-dimensional shape by optical triangulation. . The monitor 160 displays an image reconstructed by the computer 150.

본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치(100)를 이용하여 피측정물을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다. Referring to the method of measuring the object to be measured using the three-dimensional shape measuring apparatus 100 using the laser slit beam according to the present invention.

먼저, 초기 위치가 설정된 후 레이저 광원부(110)로부터 피측정물의 제 1영역으로 복수의 레이저 슬릿빔이 주사되고 피측정물에 투영된 복수의 레이저 슬릿빔의 궤적영상이 CCD 카메라(120)에 의해 획득되어 프레임 버퍼(140)로 전달된다. First, after the initial position is set, a plurality of laser slit beams are scanned from the laser light source unit 110 to the first region of the object to be measured, and a trajectory image of the plurality of laser slit beams projected onto the object is measured by the CCD camera 120. Acquired and delivered to the frame buffer 140.

계속해서, 컴퓨터(150)의 제어 신호에 의해 복수의 레이저 슬릿빔으로 구성된 측정영역이 중첩되지 않게 이송장치(130)가 구동하여 측정부 즉, 레이저 광원부(110) 및 CCD 카메라(120)가 동시에 이동되면서 피측정물의 다음 영역으로 복수의 레이저 슬릿빔이 주사되어 피측정물에 투영된 복수의 레이저 슬릿빔의 궤적영상이 CCD 카메라(120)에 의해 획득되어 프레임 버퍼(140)로 전달된다. Subsequently, the transfer device 130 is driven by the control signal of the computer 150 so that the measurement area composed of the plurality of laser slit beams does not overlap so that the measurement unit, that is, the laser light source unit 110 and the CCD camera 120 simultaneously While moving, a plurality of laser slit beams are scanned to the next area of the object to be scanned, and a trajectory image of the plurality of laser slit beams projected onto the object is acquired by the CCD camera 120 and transferred to the frame buffer 140.

마지막으로, 피측정물의 모든 영역에 대한 측정이 마무리되면 프레임 버퍼(140)에 저장된 궤적영상은 컴퓨터(150)에 탑재된 프로그램에 의해 광삼각법에 의한 3차원 형상으로 재구성된 후 모니터(160)를 통해 디스플레이된다. Finally, when the measurement of all the area of the object to be measured is finished, the trajectory image stored in the frame buffer 140 is reconstructed into a three-dimensional shape by optical triangulation by a program mounted on the computer 150, and then the monitor 160 is operated. Is displayed through.

한편, 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다. On the other hand, although the three-dimensional shape measurement apparatus using a laser slit beam according to the present invention has been described according to a limited embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, those skilled in the art with respect to the present invention Many alternatives, modifications and variations can be made without departing from the scope of the disclosure.

도 1은 종래의 단일 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 개략 구성도.1 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a conventional single slit beam.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 측정 원리도.Figure 2 is a measurement principle of the three-dimensional shape measurement apparatus using a laser slit beam according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 개념도. 3 is a conceptual diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 상태도. Figure 4 is a state diagram of a three-dimensional shape measurement apparatus using a laser slit beam according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치의 개략 구성도.5 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치를 이용하여 피측정물을 측정하는 방법을 나타낸 순서도. Figure 6 is a flow chart illustrating a method for measuring the object to be measured using a three-dimensional shape measuring apparatus using a laser slit beam according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 3차원 형상측정장치 110 : 레이저 광원부100: three-dimensional shape measuring device 110: laser light source

111 : 레이저 모듈 120 : 카메라111: laser module 120: camera

130 : 이송장치 140 : 프레임 버퍼130: transfer device 140: frame buffer

150 : 컴퓨터 160 : 모니터150: computer 160: monitor

Claims (4)

슬릿빔을 이용하여 피측정물의 3차원 형상을 측정하는 장치로서, An apparatus for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured using a slit beam, 피측정물로 복수의 레이저 슬릿빔을 주사하는 레이저 광원부와; A laser light source unit which scans a plurality of laser slit beams to be measured; 상기 레이저 광원부에 의해 복수의 레이저 슬릿빔이 피측정물로 주사될 때, 피측정물에 투영된 복수의 레이저 슬릿빔의 궤적영상을 획득하는 카메라를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치. And a camera for acquiring a trajectory image of the plurality of laser slit beams projected onto the target object when the plurality of laser slit beams are scanned by the laser light source unit. Dimensional shape measuring device. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 레이저 광원부는 단일 레이저 슬릿빔을 주사하는 레이저 모듈이 복수개 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치. The laser light source unit is a three-dimensional shape measurement apparatus using a laser slit beam, characterized in that a plurality of laser modules for scanning a single laser slit beam is arranged. 청구항 1에 있어서, The method according to claim 1, 상기 레이저 광원부는 레이저 슬릿빔이 피측정물에 수직으로 주사될 수 있도록 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 슬릿빔을 이용한 3차원 형상측정장치. The laser light source unit is a three-dimensional shape measurement device using a laser slit beam, characterized in that the laser slit beam is installed so as to be perpendicular to the object to be scanned. 청구항 1에 있어서 상기 3차원 형상측정장치는, The method of claim 1, wherein the three-dimensional shape measuring device, 상기 레이저 광원부 및 카메라를 이동시키는 이송장치를 구비하여 대영역에 대한 고속 측정을 수행할 수 있도록 복수의 레이저 슬릿빔으로 구성된 측정영역을 중첩됨 없이 이송하면서 측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 슬릿빔을 이 용한 3차원 형상측정장치. A laser slit beam comprising a laser light source unit and a transfer device for moving the camera to perform measurement while transferring a measurement area including a plurality of laser slit beams without overlapping so as to perform a high speed measurement for a large area. 3D shape measurement device using the.
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