三维形状测量装置和测量方法制造方法及图纸

一种根据本发明专利技术的实施方式的三维形状测量装置包括：测量平面，在其上稳定地放置有测量目标；光源，其用于将光照射在测量目标上；透镜，从光源照射的光通过其而被投影；图像获取装置，其用于拍摄从测量目标的表面反射的图像，其中，透镜和图像获取装置被布置成使得焦区与光在上面形成形状的表面重合，在该焦区上由透镜和图像获取装置形成图像。

3-D Shape Measuring Device and Measuring Method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维形状测量装置和测量方法
本专利技术涉及一种用于测量三维形状的装置，更具体地，涉及一种用于在测量考察目标时提高精度的三维形状测量装置。
技术介绍
通常，测量三维形状的方法被分类为接触类型以及使用光的非接触类型，在接触类型中，通过以与对测量目标的三维形状进行测量的装置接触的方式一个点一个点地测量测量目标，来测量测量目标的整体形状。同时，非接触式测量方法通常分为光学干涉测量法和光学三角测量法。光学干涉测量法包括光学相位干涉测量法，其经常用于利用单色光(例如激光)来测量半导体图案的表面形状或精细模具，以及包括光学扫描干涉测量法，其中短相干性与白光一起使用。光学干涉测量法在纳米(nm)级使精确测量成为可能。然而，难以快速测量大面积，并且需要昂贵的精确阶段。根据光学三角测量法，确定的某些光被以任何确定的角度投射到测量表面，并且提取根据表面形状以另一角度改变的光的亮度，以解析表面的形状信息。在光学三角测量法中，根据投影方法使用激光指示器、激光狭缝光束或莫尔图案，并且与接触测量方法相比，测量时间显著减少。根据使用莫尔图案的方法，通过使用投影光学系统将直的玻璃格栅(straightglasslattice)投射至测量目标，在该直的玻璃格栅的一个表面上以规则间隔用铬刻出直线。而且，直的玻璃格栅转移装置被用于转移在测量目标上以规则间隔形成的直线。在利用测量装置测量三维形状的情况下，当光源和透镜被一般性地布置并且通过仅汇集由图像获取装置捕获的图像来估计三维形状时，三维形状是失真的，并且与实际形状不同。
技术实现思路
【技术问题】本专利技术旨在提供一种三维形状测量装置和方法，其用于通过形成垂直于测量平面的焦区来精确和精细地测量三维形状。【技术方案】本专利技术的一个方面提供了一种用于测量三维形状的装置。该装置包括：测量平面，其上安装有测量目标；光源，其被配置成照射测量目标；透镜，其被配置成透射从光源发射的光；以及图像获取装置，其被配置成捕获从测量目标的表面反射的图像。透镜和图像获取装置被布置成使得由透镜和图像获取装置形成的焦区可以与光在上面形成形状的平面重合。该装置可以进一步包括驱动装置，该驱动装置被配置成在一个方向上移动安装有测量目标的测量平面。本专利技术的另一方面提供了一种利用装置测量三维形状的方法，该装置包括：测量平面，其上安装有测量目标；光源，其被配置成照射测量目标；透镜，其被配置成透射从光源发射的光；以及图像获取装置，其被配置成捕获从测量目标的表面反射的图像。该方法包括使由透镜和图像获取装置形成的焦区与光在上面形成形状的平面重合，以及对测量目标进行测量。【有益效果】根据本专利技术，可以精确且精细地测量三维形状。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方式的用于测量三维形状的装置的透视图。图2是根据本专利技术另一实施方式的用于测量三维形状的装置的透视图。图3是利用图1中示出的三维形状测量装置测量三维形状的方法的流程图。具体实施方式实施方式的细节包括在详细描述和附图中。所公开技术的优点和特征以及用于实现它们的方法将从下面参照附图详细描述的实施方式中变得清楚。在整个说明书中，相同的参考标记表示相同的元件。术语“第一”、“第二”等可以用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与其它元件区分开来。除非在上下文中另有明确说明，否则单数形式包括复数形式。当一个部件被称为“包括”一个元件时，这表示该部件可以进一步包括另一元件而不是排除另一元件，除非另外特别说明。这里使用的术语“……单元”、“模块”等是指执行至少一个功能或操作的单元，并且可以用硬件、软件或其组合来实现。在根据本专利技术实施方式的三维形状测量装置100中，透镜140和图像获取装置150被布置成使得由透镜140和图像获取装置150形成的焦区B可以垂直于测量平面110。因此，可以精确地测量布置在测量平面110上的测量目标10的三维形状。换句话说，当布置在测量平面110上的测量目标10在一个方向上移动时，图像获取装置150可以基于测量平面110对测量目标10的高度进行测量，并将测量的高度发送至控制单元160，并且控制单元160可以通过汇集各高度来显示测量目标10的三维形状。图1是根据本专利技术实施方式的用于测量三维形状的装置的透视图。参照图1，根据本专利技术实施方式的三维形状测量装置100包括测量平面110、驱动装置120、光源130、透镜140、图像获取装置150以及控制单元160。测量目标10被安装在测量平面110上。这里，通过驱动装置120，测量平面110可以移动测量目标10。换句话说，通过驱动装置120，测量平面110可以在长度和宽度方向上移动。因此，测量目标10相对于光源130和图像获取装置150移动，从而可以相对于测量目标10的整个区域基于测量平面110来扫描测量目标10的高度。驱动装置120被耦合至测量平面110，并且移动测量平面110。根据本专利技术的实施方式的驱动装置120使测量平面110向前、向后、向左和向右移动，使得图像获取装置150可以测量整个测量目标10。光源130将光发射至测量目标10的上表面。光源130可以包括激光光源130或发光二极管(LED)光源130。光源130可以被配置成以线束的形式发射光。光源130以狭缝的形式发射光，以在测量目标10上形成平面。从光源130发射的光被移动以照射测量目标10的整个表面。而且，光入射在镜头140上。光源130可以垂直于测量平面110发射光。透镜140可以被配置成凹透镜140、凸透镜140或它们的组合。从光源130发射的光穿过透镜140并形成焦区B。根据本专利技术的实施方式的透镜140包括物镜140或准直透镜140。图像获取装置150获取通过镜头140和图像获取装置150所形成的焦区而捕获的测量目标10的图像。图像获取装置150可以包括相机和图像传感器。图像传感器接收物体的光学形状，并将物体的光学形状转换成电信号。图像传感器可以是电荷耦合器件(CCD)图像传感器，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等。图像获取装置150可以包括线扫描(linescan)相机或面扫描(areascan)相机。根据本专利技术的实施方式的透镜140可以相对于图像获取装置150具有一定角度。具体地，透镜140和图像获取装置150之间具有角度θ，使得通过光形成的焦区B可以与光在上面形成形状的平面A重合。换句话说，图像获取装置150被布置成使得透镜140和图像获取装置150所形成的焦区B可以与光在上面形成形状的平面A重合。当通过控制光源130而移动光在上面形成形状的平面A时，焦区B也可以移动，以与光在上面形成形状的平面A重合。因此，当光依次发射到测量目标10的整个表面时，相对于测量目标10的整个表面依次地形成焦区B。作为示例，光源130的发光方向从测量目标10的一端移动到另一端，使得光被发射至测量目标10的整个表面。因此，当焦区B与光在上面形成形状的平面A重合时，焦区B也从测量目标10的一端移动至另一端。根据本专利技术的实施方式的图像获取装置150的布置与向甫鲁条件(scheimpflugcondition)有关，该条件是：当倾斜的切线从图像平面延伸并且另一条切线从透镜140的平面延伸时，焦点的平面(POF)也与穿过线相切。在这种条件下，平面近距摄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量三维形状的装置，所述装置包括：测量平面，其上安装有测量目标；光源，其被配置成照射所述测量目标；透镜，其被配置成透射从所述光源发射的光；以及图像获取装置，其被配置成捕获从所述测量目标的表面反射的图像，其中，所述透镜和所述图像获取装置被布置成使得由所述透镜和所述图像获取装置形成的焦区与所述光在上面形成形状的平面重合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.20 KR 10-2017-00099551.一种用于测量三维形状的装置，所述装置包括：测量平面，其上安装有测量目标；光源，其被配置成照射所述测量目标；透镜，其被配置成透射从所述光源发射的光；以及图像获取装置，其被配置成捕获从所述测量目标的表面反射的图像，其中，所述透镜和所述图像获取装置被布置成使得由所述透镜和所述图像获取装置形成的焦区与所述光在上面形成形状的平面重合。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相允，姜珉求，李贤玟，孙载镐，
申请(专利权)人：英泰克普拉斯有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国,KR