KR20000053779A - Three dimension measuring system using two dimensional linear grid patterns - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 격자무늬와 모아레를 이용한 3차원 형상측성시스템 개발에 관한 기술분야로서 상세하게는 2차원 격자에 의한 측정이나 수평격자와 수직격자에 대한 2번의 측정을 통하여 높낮이 정보를 가지고 있는 격자의 정보와 가지지 않는 격자의 정보를 생성하고 높낮이 정보를 가지지 않는 격자의 정보를 이용하여 높낮이 정보를 가지고 있는 격자에 의한 측정결과를 보완함으로써 정확한 측정을 가능하게 하고 또한, 격자생성장치로 LCD를 사용하여 2차원 격자나 수평, 수직격자의 생성을 용이하게 하는 2차원 격자무늬를 이용한 3차원 형상 측정시스템에 관한 기술분야라 할 수 있다.The present invention relates to the development of a three-dimensional shape measurement system using a grid pattern and moiré. More specifically, information on a grid having height information through two-dimensional measurement or two measurements on a horizontal grid and a vertical grid. Accurate measurement is possible by generating the information of the grid with and without the height information and supplementing the measurement result by the grid with the height information, and using the LCD as the grid generator. It can be said that the technical field of a three-dimensional shape measurement system using a two-dimensional grid pattern to facilitate the creation of a dimensional grid or horizontal, vertical grid.
원래 모아레는 일정한 공간 주파수(spatial frequency)를 갖는 격자무늬를 2개 이상 겹쳤을 때 생성되는 무늬로서 모아레를 이용한 형상측정 기술의 원리는 근본적으로 삼각측량법의 원리와 같다. 모아레를 이용하는 형상측정 기술은 크게 투영식(Projection type)과 그림자식(Shadow type)으로 나눌 수 있으며 그림자식 방법은 측정할 영역이 커지면 그림자가 나타나지 않아 측정을 할 수 없다는 단점이 있기 때문에 주로 투영식을 이용하여 물체에 대한 형상을 측정하고 있다. 일반적인 투영식 모아레 형상측정장치를 도 1에 나타내었다. 격자(2)를 렌즈(3)로 물체(4)에 투영시키면 물체의 높낮이 변화에 따라서 격자무늬가 변형되게 된다. 이렇게 물체의 형상에 의하여 변형된 격자무늬를 렌즈(5)로 다시 기준격자(6)에 투영하면 기준격자(6)위에 모아레 무늬가 생겨나며 이렇게 생성된 모아레 무늬는 물체의 높낮이에 해당하는 정보를 갖게된다. 모아레를 이용한 3차원 형상측정장치에서는 기준격자(6)위에 생성된 모아레를 카메라(7)로 측정하여 컴퓨터로 분석하여 측정물체(4)의 3차원 정보를 알아낸다.Originally, moiré is a pattern generated when two or more lattice patterns having a certain spatial frequency overlap. The principle of the shape measurement technique using moiré is basically the same as that of triangulation. The shape measurement technology using moiré can be divided into projection type and shadow type. The shadow type method is mainly projected type because there is a disadvantage that the shadow does not appear when the area to be measured increases. The shape of the object is measured using. A general projection moiré shape measuring apparatus is shown in FIG. 1. When the grid 2 is projected onto the object 4 by the lens 3, the grid pattern is deformed according to the height change of the object. When the grid pattern deformed by the shape of the object is projected back to the reference grid 6 with the lens 5, a moire pattern is formed on the reference grid 6, and the generated moire pattern has information corresponding to the height of the object. do. In a three-dimensional shape measuring apparatus using moiré, the moiré generated on the reference grid 6 is measured with a camera 7 and analyzed by a computer to find three-dimensional information of the measurement object 4.
근래의 모아레를 이용한 형상측정장치에서는 측정정밀도를 향상시키기 위해서 위상천이(Phase Shift)방법을 사용한다. 위상천이 방법은 하나의 측정결과만을 이용하여 분석을 하는 것이 아니라 두 격자 중 한 격자의 위치를 격자의 피치간격보다 작은 크기만큼 이동시키면서 원하는 개수만큼 측정하여 보다 정밀한 측정을 가능하게 하는 기술이다. 또한, 측정 영상에서 원하는 모아레 무늬만을 추출하기 위해서 카메라의 측정 분해능보다 더 작은 격자 간격을 가지는 격자들을 이용하거나 두 격자를 동시에 같은 속도로 움직여서 격자의 이동에 영향을 받지 않는 모아레 무늬만을 추출하는 무빙 그래이팅 메소드(moving grating method)를 사용한다.In recent years, the shape measurement apparatus using moiré uses a phase shift method to improve measurement accuracy. The phase shifting method is a technique that does not analyze using only one measurement result but measures more than desired number by moving the position of one grating of two gratings smaller than the pitch interval of grating and enables more accurate measurement. Also, the moving gray extracts only moiré patterns that are not affected by the grid movement by using gratings having a smaller grid spacing than the camera's measurement resolution or moving both gratings at the same speed to extract only the moiré patterns from the measured image. Use a moving grating method.
또한, 렌즈(5)를 사용하여 물체에 투영된 격자를 기준격자(6)에 투영시키고 기준격자 위에 생성된 모아레 무늬를 카메라(7)로 측정하기 때문에 렌즈(5), 기준격자In addition, the lens 5 and the reference lattice are projected by using the lens 5 to project the grid projected onto the object to the reference lattice 6 and to measure the moiré pattern generated on the reference lattice with the camera 7.
(6)에 카메라를 연계하는 극히 정밀한 리레이 옴틱시스템(relay optic system)의 설계가 필요하다.There is a need for the design of an extremely precise relay optic system in conjunction with the camera.
렌즈(3)를 이용하여 격자(2)를 물체(4)에 투영하기 때문에 측정물체(4)와 렌즈(3)의 거리가 바뀜에 따라서 같은 물체에 투영된 격자의 간격도 거리에 따라서 변하게 된다. 모아레 무늬는 물체에 투영된 격자의 간격에 의하여 영향을 받으므로 결과적으로 거리에 따라서 물체의 형상이 변하게 된다. 기존 시스템에서는 이를 해결하기 위해서 격자투영부(2),(3)와 격자 생성부(5),(6)를 완벽하게 동일하게 설계하고 격자(2)와 카메라(7)위에 레이저 포인터를 설치하여 두 빛이 만나는 지점에 측정물체를 위치시키도록 제한하는 등의 방법을 사용하고 있다. 하지만, 이러한 방법들의 시스템은 적응력을 저해하고 렌즈(3),(5)에 의한 수차에 의하여 물체(4)에 투영된 격자 무늬가 변형되는 등의 단점이 있다.Since the grating 2 is projected onto the object 4 using the lens 3, the distance between the measuring object 4 and the lens 3 changes, so that the distance between the gratings projected on the same object also changes according to the distance. . The moiré pattern is affected by the spacing of the grids projected onto the object, and as a result, the shape of the object changes with distance. In the existing system, to solve this problem, the lattice projection unit (2), (3) and the lattice generating unit (5) and (6) are designed to be exactly the same and a laser pointer is installed on the lattice (2) and the camera (7). The method of limiting the position of the measurement object to the point where two light meets is used. However, the system of these methods has disadvantages such as impairing the adaptation force and deforming the grid pattern projected on the object 4 by aberrations by the lenses 3 and 5.
본 발명에서는 수평격자와 수직격자에 대한 2번의 측정이나 이차원적인 격자에 대한 측정을 통하여 높낮이 정보를 갖지 않는 측정과 높낮이 정보를 갖는 측정결과들을 얻어서 높낮이 정보를 갖지 않는 측정결과를 이용하여 높낮이 정보의 오차들을 보완하여 상기한바와 같은 문제점들을 해결하고자 하고 또한, 렌즈(5)와 격자(6)를 이용하여 하드웨어적으로 생성하던 모아레 무늬를 컴퓨터 내부에서 소프트웨어적으로 생성하므로서 간단한 시스템 구성을 통하여 생산비를 대폭 줄이고 시스템의 환경 적응력을 극대화 시킴에 목적이 있다.The present invention obtains the measurement without height information and the measurement results without height information through two measurements on the horizontal grid and the vertical grid, or the measurement on the two-dimensional grid. To solve the problems as described above by complementing the errors, and by using the lens (5) and the grating (6) to create the moiré pattern created in hardware in the computer software to reduce the production cost through a simple system configuration The goal is to drastically reduce and maximize the system's environmental adaptability.
도 1 - 일반적인 투영식 모아테 간섭계Figure 1-Typical Projected Moate Interferometer
도 2 - 본 발명의 격자 투영 시스템2-Grid Projection System of the Invention
도 3 - 본 발명의 색필터와 두대의 카메라를 사용한 투역식 모아레Figure 3-Throwing moiré using a color filter and two cameras of the present invention
도 4 - 본 발명의 색필터와 두대의 카메라를 사용한 간섭계 격자투영시스템4-Interferometer grating projection system using a color filter of the present invention and two cameras
도 5 - 본 발명의 격자투영 및 영상획득 시스템의 개략도5-Schematic diagram of the grid projection and image acquisition system of the present invention
도 6 - 본 발명의 빠른속도로 선명한 모아레 무늬를 생성시키는 시스템Figure 6-System for creating a clear moiré pattern at high speed of the present invention
격자의 투영방향과 보는 방향이 일정한 각도를 갖고 있고 격자와 카메라로 이루어지는 평면상으로 격자의 세기 분포가 있을 때에만 모아레 무늬가 생성된다. 따라서, 도 5와 같이 격자(33),(38)와 렌즈(34),(37), 카메라(39)의 중심 X(40)축과 Z(41)축으로 이루어진 평면상에 존재할 때 격자생성장치(35)에 수직격자(36)를 생성하여 물체에 투영하면 물체의 형상에 의한 변형이 생겨나지만 수평격자(35)를 생성하여 투영하면 형상의 의한 변형이 생기지 않는다. 하지만, 격자(33)를 투영하는 렌즈(34)의 초점거리에 따라서 수평격자도 거리에 따라서 격자의 간격이 변하게 된다. 또한, 두 렌즈(34),(38)의 수차 등에 의해서도 수평격자의 변형이 생겨난다. 수평격자에 나타나는 이러한 측정오차와 수직격자에 나타나는 측정오차는 강한 상관관계(Correlation)을 가지며 거의 유사하게 나타난다. 따라서, 수평격자의 정보를 이용하여 수직격자에 의한 측정결과를 보정할 수 있다. 수평격자로 생성하는 모아레는 물체의 높낮이 변화에 대한 아무런 정보를 갖지 않기 때문에 광학시스템이 완벽하다면 아무런 세기변화를 갖지 않아야 한다. 이렇게 수평격자에 의하여 생성된 모아레로 수직격자에 의하여 생성된 모아레를 보정하면 수직격자에 실려있는 높낮이 정보를 보다 정확하게 추출해 낼 수 있게된다. 본 발명에서는 도 1관 같은 투영식 모아레 간섭계의 격자생성장치에 LCD를 사용하여 수평격자와 수직격자의 변이를 용이하도록 한다. 기존의 론치 룰러(Ronchi Ruler)나 리소그래피(Lithography)에 의하여 제작된 격자를 이용하는 경우 격자를 교체해야지만 수평격자와 수직격자에 대한 측정이 가능하지만 LCD를 사용하는 경우 수평격자와 수직격자를 LCD에 생성하여 측정하면 되기 때문에 격자의 교체없이 수평격자와 수직격자에 대한 측정이 가능하다.The moiré pattern is generated only when the projection direction and the viewing direction of the grid have a certain angle and the grid has an intensity distribution on the plane composed of the grid and the camera. Accordingly, as shown in FIG. 5, the grid is generated when it exists on a plane consisting of the center X (40) axis and the Z (41) axis of the gratings 33, 38, the lenses 34, 37, and the camera 39. When the vertical grid 36 is formed on the device 35 and projected onto the object, deformation due to the shape of the object occurs. However, when the horizontal grid 35 is generated and projected, the deformation due to the shape does not occur. However, according to the focal length of the lens 34 projecting the grating 33, the horizontal lattice spacing varies according to the distance. The horizontal grid is also deformed by aberrations or the like of the two lenses 34 and 38. This measurement error in the horizontal grid and the measurement error in the vertical grid have a strong correlation and appear almost similar. Therefore, the measurement result by the vertical grid can be corrected using the information of the horizontal grid. The moiré generated by the horizontal grid has no information about the height change of the object, so if the optical system is perfect, it should not have any intensity change. By correcting the moire generated by the vertical lattice with the moiré generated by the horizontal lattice, it is possible to extract the height information contained in the vertical lattice more accurately. In the present invention, an LCD is used in the grid generating apparatus of the projection moiré interferometer such as FIG. 1 to facilitate the transition between the horizontal grid and the vertical grid. In case of using the lattice manufactured by Ronchi Ruler or Lithography, the lattice should be replaced but the horizontal and vertical lattice can be measured. Since it is produced and measured, it is possible to measure horizontal and vertical grids without replacing the grid.
도 1은 이러한 원리로 작동되는 형상측정장치를 나타내고 있다. LCD(2),(6)에 수평격자나 수직격자를 생성한 후 할로겐 램프나 플래시램프(1)로 LCD(2)를 비추고 렌즈(3)로 생성된 격자무늬를 물체(4)에 투영한다. 물체에 투영된 격자를 다시 렌즈(5)로 LCD(6)에 비추면 LCD 위에 모아레 무늬가 생성된다. 이렇게 생성된 모아레 무늬를 카메라(7)로 측정한다. 다시 사용하지 않은 격자무늬를 LCD(2),(6)에 생성하고 위의 과정을 반복하면 측정오차를 가지는 모아레 무늬와 형상정보를 가지는 모아레 무늬를 각각 생성할 수 있으며 측정오차에 의해서 생성된 모아레 무늬로 형상정보를 가지는 모아레 무늬를 보정하면 정확한 측정이 가능하다.Fig. 1 shows a shape measuring apparatus which works on this principle. After generating a horizontal grid or a vertical grid on the LCD (2), (6), the LCD (2) is illuminated with a halogen lamp or flash lamp (1) and the grid pattern generated by the lens (3) is projected on the object (4) . When the lattice projected on the object is reflected on the LCD 6 with the lens 5 again, a moire pattern is generated on the LCD. The moiré pattern thus generated is measured by the camera 7. If you create a grid pattern that is not used again on LCD (2) and (6) and repeat the above process, you can create a moire pattern with measurement error and a moire pattern with shape information, respectively. Accurate measurement is possible by correcting moire patterns with shape information as patterns.
이 때 카메라의 공간분해능보다 조밀한 격자무늬를 생성시키거나 무빙 그레이팅 메소드(moving grating method)를 사용하여 모아레 무늬를 추출하며 위상천이 방법을 사용하여 측정정밀도를 향상시킨다.At this time, the grid pattern that is denser than the spatial resolution of the camera is generated or the moire pattern is extracted using the moving grating method, and the phase shift method is used to improve the measurement accuracy.
빠른 측정이 필요한 경우에는 수직격자와 수평격자에 대한 순차적인 측정보다는 2차원적인 격자(44)를 사용하여 한번의 측정으로 보다 많은 정보를 추출하는 방식을 취하여 보다 빠른 측정을 가능하게 한다. Color LCD를 사용하여 각 축 별로 다른 색을 가지는 격자를 생성하여 모아레 무늬를 형성하고 카메라의 색(color)별로 들어오는 신호를 분리하여 수직격자에 의한 모아레 무늬와 수평격자에 의한 모아레 무늬를 생성하면 정확한 측정이 가능하다. 두 개의 모아레 무늬를 효육적으로 분리하기 위해서는 대역폭(spectral response)이 작은 카메라를 사용하거나 일정한 대역폭을 갖는 거울과 2대의 카메라를 빔나누기(21)를 사용하면 된다. 도 1과 같은 시스템에서 격자생성장치(2),(6)를 Color LCD로 교체하고 대역폭이 작은 디지탈 카메라(digital camera)와 색분리 알고리즘을 적용하면 2차원 격자를 사용한 측정이 가능하다. 보다 정밀한 측정이 필요한 경우에는 도 3과 같은 시스템을 구성하여 측정한다. 광원(15)에서 나온 빛으로 Color LCD(16)에 형성된 2차원 격자를 비추고 이 격자를 아크로매틱 렌즈(17)로 물체(18)의 표면에 투영한 후 다시 물체에 나타난 격자를 아크로매틱 렌즈(19)로 Color LCD 위에 생성된 격자와 겹치게하여 모아레 무늬를 생성한다. 이렇게 생성된 모아레 무늬를 두대의 카메라(22),(23)로 측정한다. 이때 두 대의 카메라는 일정한 대역폭 (카메라(23)로 측정하고자 하는 색영역에 해당하는 대역폭)을 갖는 거울(21)을 통하여 Color LCD를 측정하게 하여 두 대의 카메라에 각각 분리된 모아레 무늬가 측정되도록 한다. 두 카메라에 측정된 모아레 무늬를 상기한 바와 같은 원리로 결합하여 (한 쪽의 카메라에 측정된 모아레가 수평격자에 의한 모아레 무늬이면 다른 카메라에 측정된 모아레는 수직격자에 의한 모아레 무늬일 것이다.) 정확한 측정을 가능하게 한다.If a quick measurement is required, a faster measurement is possible by taking a method of extracting more information in one measurement using the two-dimensional grid 44 rather than sequential measurement of the vertical grid and the horizontal grid. Create a moire pattern by creating a grid with different colors for each axis using the color LCD, and separate the incoming signal for each color of the camera to create moire patterns by vertical grids and moire patterns by horizontal grids. Measurement is possible. In order to effectively separate the two moire fringes, a camera having a small bandwidth (spectral response) or a mirror having a constant bandwidth and two cameras may be used by beam splitting 21. In the system as shown in FIG. 1, when the grid generating apparatuses 2 and 6 are replaced with a color LCD and a small bandwidth digital camera and a color separation algorithm are applied, measurement using the two-dimensional grid is possible. If more precise measurement is required, the system as shown in FIG. 3 is configured and measured. The light emitted from the light source 15 illuminates the two-dimensional grid formed on the Color LCD 16, and the grid is projected on the surface of the object 18 by the achromatic lens 17, and then the grid appeared on the object is achromatic lens 19 Moiré pattern is created by overlapping the grid created on the color LCD. The moire pattern generated in this way is measured by two cameras 22 and 23. At this time, the two cameras measure the color LCD through the mirror 21 having a constant bandwidth (bandwidth corresponding to the color gamut to be measured by the camera 23) so that the moire patterns separated by the two cameras are measured. . Combine the moiré patterns measured on the two cameras on the same principle as described above. Enable accurate measurements
도 1의 시스템은 모아레의 형성을 하드웨어적으로 수행한다. 하지만 소프트웨어적인 방법으로도 모아레 무늬를 형성할 수 있다. 즉, 물체에 투영된 격자무늬를 카메라로 측정하여 컴퓨터에서 생성한 격자와 곱하면 모아레 무늬가 형성된다. 이렇게 생성된 모아레 무늬는 사용된 격자에 해당하는 항을 포함하기 때문에 일반적으로 저주파통과 필터를 사용하여 모아레 무늬만을 추출해낸다. 하지만 모아레무늬와 격자무늬의 주파수가 비슷할 경우에는 모아레 무늬를 효율적으로 추출하는 것이 어려워진다. 본 발명에서는 저주파통과 필터를 사용하지 않고 모아레 무늬가 격자의 상대적인 차수의 차이(Order Difference)에만 의존한다는 성질을 이용하여 모아레 무늬를 추출해낸다.The system of Figure 1 performs the formation of moirés in hardware. However, the moiré pattern can also be formed by software. In other words, the moire pattern is formed by measuring the grid pattern projected on the object with a computer-generated grid pattern. Since the moiré pattern generated in this way includes the term corresponding to the grid used, the moiré pattern is generally extracted using a low pass filter. However, when the frequencies of moire patterns and lattice patterns are similar, it is difficult to extract the moire patterns efficiently. In the present invention, the moiré pattern is extracted using the property that the moiré pattern depends only on the order difference of the lattice without using a low pass filter.
N-step (N : 2보다 큰 자연수) 위상천이 방법을 이용하여 모아레를 생성시키는 경우 격자생성장치(10)에 생성하는 격자를 격자 피치보다 작은 p/N(P : 격자의 Pitch Size)만큼 이동시키면서 측정하게 된다. 모아레 무늬는 겹쳐지는 두 격자의 상대적인 차에만 의존하기 때문에 컴퓨터에 생성하는 격자도 측정에 사용하는 격자와 같은 값만큼 위상천이 시키서 서로 겹치면 위상천이 값에 관계없이 같은 모아레 무늬를 생성하게 된다. 즉, 격자생성장치(10)에 코사인 함수와 같은 세기분포를 갖는 격자를 생성시키고 렌즈(11)로 측정물체(12)에 격자를 투영한 후 카메라(13)로 영상을 획득하면 측정된 영상은 다음과 같을 것이다.N-step (N: natural number greater than 2) When moiré is generated using the phase shift method, the lattice generated in the lattice generator 10 is moved by p / N (P: Pitch Size of the lattice) smaller than the lattice pitch. Will be measured. Since the moiré pattern depends only on the relative difference between two overlapping gratings, the computer-generated gratings are also phase-shifted by the same value as the grating used for measurement, and when they overlap, the same moiré pattern is generated regardless of the phase shift value. That is, when the grating having the same intensity distribution as the cosine function is generated in the grating generating device 10, the grating is projected on the measurement object 12 with the lens 11, and the image is acquired by the camera 13, the measured image is It would look like this:
렌즈(11)에 의하여 측정된 물체에 정확히 투영할 때의 투영된 격자의 공간주파수를 알 수 있으므로 이상적인 경우에는 카메라로 획득한 격자와 공간주파수가 같은 격자를 컴퓨터 내부에 다음과 같이 생성할 수 있다.Since the spatial frequency of the projected grid when accurately projecting the object measured by the lens 11 can be known, in an ideal case, a grid obtained by the camera and having the same spatial frequency can be generated inside the computer as follows. .
식 1과 식 2에 의하여 생성된 두 격자를 곱하여 생성된 영상중 같은 모아레 무늬에 해당하는 영상만을 평균하면 격자의 주기성을 이용하여 모아레 무늬만을 추출할 수 있다.If only the image corresponding to the same moiré pattern among the images generated by multiplying the two lattice generated by Equation 1 and Equation 2, only the moire pattern can be extracted using the periodicity of the lattice.
이렇게 생성된 모아레 무늬를 위상천이 방법으로 분석할 수 있다. 보다 빠른 측정을 위해서 도 6과 같은 구조를 갖는 장치를 사용하여 모아레 무늬생성을 가속화할 수 있다. 래치 리지스터(Latch Register),(49)에 격자의 시작번지, 이미지 크기, 격자의 개수 등의 정보를 입력하고 연산을 시작하면 카운터(51)가 리셋되고 주소연산기(50)가 카운터와 레지스터의 값으로 주소를 계산한다. 이 주소를 사용하여 곱셈기(46)에서 측정된 격자와 컴퓨터에서 미리 생성한 격자들 중 적절한 격자를 선택하여 버퍼(47)를 채운다. 연산은 픽셀단위로 이루어지기 때문에 버퍼의 크기는 사용하는 위상천이의 개수의 제곱보다 크면 된다. 버퍼가 채워지면 평균기(48)은 해당하는 버퍼의 값을 평균하여 컴퓨터 메모리(45)에 해당하는 값을 쓴다. 이러한 작업을 원하는 개수만큼 수행하여 빠른 속도로 모아레 무늬를 생성할 수 있다. 또한 연산이 픽셀단위로 이루어지기 때문에 2개 이상의 장치를 사용하여 병렬처리 하는 것도 가능하다.The moiré pattern thus generated can be analyzed by a phase shift method. For faster measurement, moiré pattern generation can be accelerated using a device having the structure as shown in FIG. Input information such as grid start address, image size, and number of grids into the latch register (49) and start the operation. The counter 51 is reset, and the address operator 50 of the counter and register Compute the address by value. This address is used to fill the buffer 47 by selecting the appropriate one from among the grid measured by multiplier 46 and a computer generated grid. Since the operation is performed in pixels, the size of the buffer may be larger than the square of the number of phase shifts used. When the buffer is filled, the averager 48 averages the values of the corresponding buffers and writes the values corresponding to the computer memory 45. This can be done as many times as you want to create a moire pattern at high speed. In addition, since the operation is performed pixel by pixel, it is possible to perform parallel processing using two or more devices.
이 방법은 위상천이 방법을 사용하는 경우에만 사용할 수 있다는 단점이 있지만 저주파통과 필터를 사용하지 않기 때문에 선명한 모아레무늬를 추출해낼 수 있다. 도 2는 이러한 방식으로 물체의 표면형상을 측정하는 시스템을 나타내고 있다. 광원(9)에서 나온 빛으로 격자생성장치를 비추고 렌즈(11)를 사용하여 생성된 격자를 측정물체(12)에 투영시킨 후 카메라(13)로 투영된 격자의 영상을 획득하여 컴퓨터(14)에 생성된 격자와 겹쳐서 상기한 방법을 사용하여 물체의 형상을 측정해낸다. 도 1의 시스템과 비교하면 광학시스템을 구성하는 부품이 반으로 줄어든 것을 알 수 있다. 이러한 간단한 시스템 구성을 통하여 시스템의 가격을 절반이하로 줄이고 시스템의 환경적응력을 극대화 시킬 것으로 기대한다. 개념적으로 본다면 물체에 투영되는 격자는 카메라의 광소자에 생성된다고 할 수 있다. 따라서, 전통적인 방법으로 거리에 따른 격자간격의 변화를 최소화하기 위해서는 카메라의 렌즈와 격자를 투영하는 렌즈(11)의 초점거리와 측정물체까지의 거리가 동일해야 한다. 이것은 시스템 설계에 제약 조건이 된다. 하지만, 앞에서 기술한 바와 같이 수평격자와 수직격자에 대한 2번의 측정이나 이차원격자를 사용한 측정오차 제거기술을 사용하면 이러한 제약조건을 극복할 수 있다. 도 4는 일정한 파장대역을 가지는 거울을 사용한 시스템을 나타낸다. 렌즈(27) Color LCD(26)에 생성된 격자무늬를 측정물체(28)에 투영하고 이 격자무늬를 일정한 파장대역을 가지는 거울을 통하여 2대의 카메라로 측정해서 수평과 수직으로 구분된 격자무늬를 얻은 뒤 소프트웨어적으로 모아레를 생성시켜 물체의 3차원 형상을 측정해 낸다.This method can be used only when the phase shift method is used. However, since the low frequency filter is not used, a clear moiré pattern can be extracted. 2 shows a system for measuring the surface shape of an object in this way. The grid 14 is illuminated by the light emitted from the light source 9, and the grid generated by using the lens 11 is projected onto the measurement object 12, and then an image of the grid projected by the camera 13 is obtained to obtain a computer 14. The shape of the object is measured using the method described above by superimposing the lattice generated in Fig. Compared with the system of FIG. 1, it can be seen that the components constituting the optical system are cut in half. It is expected that this simple system configuration will reduce the price of the system to less than half and maximize the environmental stress of the system. Conceptually, the grating projected on an object is created in the optical element of the camera. Therefore, in order to minimize the change in the lattice spacing according to the distance in the conventional method, the focal length of the lens of the camera and the lens 11 projecting the lattice should be equal to the distance to the measurement object. This is a constraint on the system design. However, this limitation can be overcome by using two measurements of horizontal and vertical lattice or measurement error elimination techniques using two-dimensional lattice as described above. 4 shows a system using a mirror having a constant wavelength band. Lens (27) Color The grid pattern generated in the LCD (26) is projected onto the measurement object (28), and the grid pattern is measured by two cameras through a mirror having a constant wavelength band, and the grid pattern divided horizontally and vertically is measured. After that, the software generates moiré to measure the three-dimensional shape of the object.
소프트웨어적으로 모아레 무늬를 생성시키는 경우에는 하드웨어적으로 모아레 무늬를 생성시키는 경우와는 달리 두 격자무늬의 공간적인 주파수(spatial frequency)를 이용하여 두 격자무늬의 분리를 효육적으로 수행할 수 있다. 사용하는 두 격자 중 높낮이 정보를 갖지 않는 격자는 거의 변화가 없는 일정한 주기를 갖기 때문에 공간 주파수 분포가 해당하는 축의 특정한 영역에 국한(localized)될 것이다. 따라서, 나치필타(Notch Filter)와 밴드페스필타(Band Pass Filter)를 사용하여 두 격자무늬를 효율적으로 분리해 낼 수 있다. 따라서 필터링을 통하여 격자무늬를 분리한 두 소프트웨어적인 모아레 생성방법을 사용하여 모아레를 생성시켜서 분석하면 Color LCD와 색 분리기술을 사용하지 않고도 수평격자와 수직격자에 대한 측정을 동시에 수행할 수 있다.In the case of generating the moiré pattern in software, unlike the case of generating the moiré pattern in hardware, the separation of the two lattice patterns can be efficiently performed by using the spatial frequency of the two lattice patterns. Of the two gratings used, the grating without height information has a constant period with little change, so the spatial frequency distribution will be localized in a specific area of the corresponding axis. Accordingly, the two lattice patterns can be efficiently separated by using a Nach filter and a band pass filter. Therefore, by generating and analyzing moiré using two software moiré generation methods that separate grid patterns through filtering, it is possible to measure horizontal and vertical grids simultaneously without using color LCD and color separation technology.
본 발명에 의한 2차원 격자무늬를 이용한 3차원 형상측정 시스템은 기존시스템에서와 같이 시스템의 환경적응력이 좋지 않고 렌즈에 의한 수차에 의하여 물체에 투영된 격자무늬가 변형되는 단점을 보완한 시스템으로 간단한 시스템 구성을 통하여 생산비를 대폭 줄이고 시스템의 환경적응력을 극대화 시킴은 물론 보다 정확한 3차원 형상측정을 할 수 있는 시스템이라 할 수 있다.The three-dimensional shape measurement system using the two-dimensional grid pattern according to the present invention is a simple system that compensates for the disadvantage that the environmental stress of the system is not as good as in the existing system, and the grid pattern projected on the object is deformed by the aberration by the lens. The system configuration greatly reduces the production cost and maximizes the environmental stress of the system, as well as a more accurate three-dimensional shape measurement system.
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