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광삼각법 이론 해석

 

광삼각법 이론 해석

 

 

광삼각법 이론 해석

 

광삼각법의 이론 및 적용한 사례

 

광삼각법의 이론

광삼각 측정 방법은 거리측정 장치나 형상측정 장치에 이용되는 방법이다. 빛의 접속이 필요하므로 광원으로 레이저 빔을 사용하는 것이 일반이다. 장치의 구성은 점 형의 레이저 빔 발생 광학계, 레이저 빔 영상 광학계, 레이저 전류 제어부, 수광소자, 그리고 영상신호 처리장치 등으로 구성된다. 광삼각 방식의 레이저 측정 장치의 기본 원리는 Fig. 1과 같다. 선형의 레이저 빔에 대해서는 2차원 CCD센서의 각 화소에 대하여 동일한 원리를 적용하여 대상체의 높이 정보와 배율을 구하여 3차원 정보를 구하게 된다. 물체 면에 조사된 작은 레이저 광점은 입사 레이저 빔 축과 특정각도로 기울어져 설치된 영상렌즈에 의해 위치측정센서인 PSD나 CCD면에 상을 맺는다.

 

광삼각법 프로브: OTPs

서브미크론의 분해능으로 비접촉으로 측정이 이루어진다는 특징으로 인해 변위 측정, 3차원 측정기 등여러분야에서 널리 쓰이고 있다. 더욱이 빠른응답, 간단한 구조, 우수한 반복성, 높은 감도, 그리고 넓은 측정범위를 가진다. 그러나 측정 표면의 기울어짐, 스펙클 현상, 광원의 출력 변화, 광점 검출 소자의 잡음 등에 의한 오차로 인해 OTP의 성능이 제한된다. 이런 오차를 줄이기 위해 많은 연구가 행해 지고 있는데 제안된 방법 중의 하나는 측정표면 주위에 여러 개의 광점 검출 소자를 설치하고 공간적 평균화를 통하여 더욱 정확한 출력을 얻는 것이다. 또 다른 방법은 광점 검출 소자 상에서 광점의 위치만을 검출하는 것이 아니라 광점 검출 소자상의 모든 광강도의 촐량을 측정하고 처리하는 새로운 OTP를 설계하는 것이다. 하지만 이 방법은 광강도의 총량이 광원의 출력변화와 잡음에 민감하기 때문에 실체응용에 적합하지 않다.

오차 최소화 시스템

 

OTP의 측정 원리를 도시하면 그림과 같다. 측정 표면에서 반사된 빛이 광점 검출소자 위에서 점으로 결상된다는 가정하에 광점 검출소자상의 광점의 위치 차이를 변환하여 측정 표면의 변위를 측정한다. 그러나 실제로는 측정 표면에서 반사된 빛이 광점 검출 소자상에서 점으로 결상 되지 않고 광강도 분포를 갖게 된다. 표면의 기울어짐, 스펙클 현상, 광원의 출력 변화, 광점 검출 소자의 잡음 등이 광강도 분포의 성질을 변화 시키는 요인이다. 또한 신호처리 알고리즘도 변위 측정에 있어 상당한 영향을 끼친다.

오차 최소화 시스템 구조

 

광강도분포에 영향을 미치는 요인 중 하나는 간섭성 빛이 거친 표면 위에서 산란될 때 일어나는 스펙클 현상이다. 이것을 제거하기 위하여 레이저 광원을 비간섭성 광원인 LED로 대체하였다. 또한 대상 표면의 반사 특성도 광감도 분포에 영향을 미친다. 대상 표면의 종류에 상관없이 대상 표면의 변의를 측정할수 있는 OTP는 존재할 수 없다. 그러므로 정확하고 정밀한 측정을 위해서는 대상 표면에 표면의 반사 특성을 알고 있는 작은 조각을 부착하여 측정을 한다. 작은 조각으로서 난반사 표면인 백색복사 용지를 선택하였는데 백색 복사 용지는 쉽게 구할수 있고 두께 80um, 단위면적당 질량 6.4mg/cm2으로 대상표면에 대한 물리적 영향이 매우 작기 때문이다.

광원과 반사 표면

 

OTP에 많이 사용되고 있는 광점 검출 소자로서 PSD와 CCD를 들수 있다. 이 중 PSD는 광감도 분포의 중심점 위치만을 검출해 내는데 비해 CCD는 전체 분포 형상을 얻을 수 있다. 광점 검출소자상의 광감도 분포가 대칭이라면 최대값 위치는 중심점 위치와 일치하지만 렌즈의 수차와 샤임플럭 조건에 의하여 광강도 분포는 대칭이 아니다. 따라서 PSD는 무한대의 분해능과 빠른 시간 응답을 가지지만 정확한 측정을 보장할 수 없다. 반면 CCD는 픽셀

 

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