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머신비전 기술 백서/3D

[3D 측정] 핵심 기술 용어 정리 Part 2: Specification

by ENPIDIA (주)앤비젼 2017. 6. 14.

[Measuring Range]

 

측정 범위(Measuring Range)는 해당 측정 장비로 측정 가능한 높이(거리) 범위를 의미합니다. 2D 이미징에서 심도(DOF)와 유사한 개념으로 볼 수 있는데, 높이 방향으로 스캔을 하거나, 다파장을 사용하게 되면 우리가 알고 있는 심도 범위(um단위)보다 넓게 측정이 가능 합니다.

 

3D 장비를 선택함에 있어서 측정 범위는 가장 중요한 스펙 중에 하나인데, 실제 측정하고자 하는 높이(거리)보다 약 1.5배 ~ 2배 정도 큰 측정 범위를 갖는 장비를 선택하는 것이 좋습니다. 하지만, 일반적으로 측정 범위가 크면 해상도와 정확도도 커지기 때문에, 적절한 선에서 선택하는 것이 좋습니다.

[Vertical resolution]

 

기존 2D 이미징에서 분해능 또는 해상도(Resolution) 개념은 똑같이 3D에도 적용이 가능 합니다. 즉, 높이 방향으로도 분해능의 개념이 존재하며, 구분 가능한 최소 높이를 Vertical resolution이라고 합니다. 기존 분해능과 높이 방향 분해능을 다 같이 분해능으로 표기하면 착오가 발생할 수 있으므로, 3D에서는 더 명확하게 기존 분해능을 Lateral resolution 또는 Optical resolution으로 표기합니다. 높이 방향 분해능은 가장 대표적으로 Vertical resolution으로 표기하며, z resolution, height resolution, depth resolution 등 깊이, 높이 방향을 나타낼 수 있는 단어를 사용하여 표기하기도 합니다. 이 Vertical resolution은 기술에 따라, 측정하거나 이론적인 수치로 계산됩니다.

 

Static noise(정적인 상태에서 측정 값의 변화)를 측정하면 아래 그림과 같이 측정 값이 분포하는데, 이 분포의 FWHM(Full Width Half Maximum)을 Vertical resolution으로 정의 합니다. 따라서, Vertical Resolution은 외부 환경적 요인에 의해(주로 진동 영향) 값이 더 커질 수 있습니다.

 

 

3D 장비를 선택함에 있어서 Vertical resolution은 측정하고자 하는 Parameter 공정 편차의 1/10 ~ 1/20 정도면 충분합니다. 예를 들면, 높이 설계 값 100 um의 제품을 제작 했더니 90 ~ 110 um 범위로 제작 된다면, 이를 측정하기 위한 3D 장비의 Vertical resolution은 1 ~ 2 um면 충분 합니다.

[Accuracy 와 Linearity]

 

측정을 목적으로 하는 장비들은 실제 값과 측정 값이 차이가 발생할 수 있는데, 이 차이를 정확도(Accuracy) 라고 합니다. (or Bias). 앞에서 설명한 바와 같이, 측정 장비는 환경적인 요인이나 노이즈 등으로 인하여, Static 상태에서도 매번 같은 값을 나타내지 않는데, 정확도는 아래 그림과 같이, N번 측정한 결과들의 평균 값과 실제 값의 차이를 나타냅니다. 정확도는 Offset을 통해 보정이 가능합니다.

 

 

하지만, 아래 그림과 같이, 측정 범위내 위치에 따라 정확도가 다르게 나타날 수 있는데, 이를 선형성(Linearity)이라 합니다. 선형성은 장비의 Systematic Error에 해당하여, Calibration을 다시 해야할 수 있습니다. 선형성은 정밀 Encoder로 Z축 스테이지를 이동하면서, 스테이지 이동량과 3D 측정 값의 변화량을 비교하여 측정할 수 있습니다.

[Stability]

 

안정성은 측정 장비의 Aging에 따른 정확도 변화를 의미합니다. 측정 장비는 시간이 지남에 따라 정확도가 달라질 수 있는데, 주기적인 검.교정을 수행하여야 합니다.

 

 

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기존 2D 이미징에서 분해능 또는 해상도(Resolution) 개념은 똑같이 3D에도 적용이 가능 합니다. , 높이 방향으로도 분해능의 개념이 존재하며, 구분 가능한 최소 높이 Vertical resolution이라고 합니다.

필진 소개

 

 


임해동, Steven Yim

(앤비젼 R&D Engineer/3D 솔루션 담당)

기술에 대한 치밀한 탐구 정신으로 최적의 솔루션을 만들어가는 R&D Engineer

 

 

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