KR100585454B1 - 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템 - Google Patents

Abstract

평판표시장치 등의 작업물 위치를 검출하여 정렬할 수 있는 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템을 개시한다. 이러한 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템은 작업물의 측면 모서리부분에서 반사되는 가시광선 또는 레이저빔(이하, 광원이라고 함)을 감지하여 작업물의 경계면을 검출하는 제1 촬상센서; 상기 제1 촬상센서와 일정한 각도를 유지한 상태로 설치되고, 상기 작업물의 측면모서리와 인접하는 상기 작업물의 또 다른 경계면에서 반사되는 광원을 감지하여 상기 작업물의 경계면을 검출하는 제2 촬상센서; 상기 제1, 2 촬상센서에서 센싱된 값을 입력받아 정렬 기준이 되는 데이터와 비교하여 틀어진 정도를 연산하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 제어에 의하여 작업물의 틀어진 정도를 보정하는 정렬기구를 포함한다. 이러한 구성을 통하여 본 발명은 작업 전 작업 대상물을 작업기구의 이동경로에 정렬하기 위한 작업시간을 없애 작업시간을 단축시키는 효과를 가짐과 동시에 시스템의 제작비용을 낮출 수 있으며, 작업 진행 중 실시간으로 작업물위치의 고속으로 보정할 수 있어 작업물의 품질을 높이는 효과를 가진다.

정렬, CCD, 촬상센서, 평판표시장치, 비젼시스템

Description

라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템{Work position align system using line charge-coupled device sensor}

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시 예를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 라인 촬상센서의 주요 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 제1 실시 예에서 라인 촬상센서의 배치 위치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 제1 실시 예의 작용 설명을 위하여 라인 촬상센서에 결상되는 데이터를 도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 제2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 제3 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 제4 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 작업물의 정렬 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 평판표시장치 등의 작업물 위치를 검출하여 정렬할 수 있는 라인 촬상센서를 이용한 작업물 의 정렬 시스템에 관한 것이다.

기판 등의 작업물에 대한 공정작업이나 검사등의 작업을 위해서는 작업기구의 이동경로좌표와 동일하게 작업물의 정렬하는 정렬작업을 선행하는데 이 경우 작업물을 정렬하기 위하여 일반적으로는 작업물상에 정렬의 기준이 되는 표시부를 만들고, 작업기구의 이동경로좌표와 유관한 위치를 갖도록 설정된 일반 CCD 카메라로 작업물의 이미지를 촬영하고 촬영된 이미지를 처리하여 작업물이 안착되는 통상의 정렬기구가 포함된 작업물 거치대를 제어하여 작업물의 위치를 보정한 후 고정한다. 그리고 경우에 따라서는 상기와 같은 정렬작업 후 가상 동작을 행하여 정렬상태의 이상 유무를 확인한 후 본 작업이 실행된다. 이러한 사전 작업물 정렬동작을 통하여 실질적인 본 작업 전에 정렬을 위한 시간이 소비되고 작업진행 중에는 정렬상태를 확인하지 못하는 단점이 있다. 또한, 종래의 기술을 이용한 상기의 경우에는 CCD 이미지 카메라에서 얻은 이미지 데이터를 처리하는 과정에서 많은 양의 이미지 데이터로 인하여 처리 속도가 현저하게 떨어져 제한된 작업에만 활용되는 단점이 있으며, 작업물의 이미지를 얻기 위하여 사용되는 카메라와 영상처리 시스템은 고가의 비용이 요구되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 비교적 저가로 제작이 가능하고, 적은 량의 데이터로 측정할 수 있는 라인 형태의 촬상센서를 이용하여 작업물을 정렬할 수 있는 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 작업물의 측면 모서리부분에서 반사되는 광원을 감지하여 작업물의 경계면을 검출하는 제1 촬상센서; 상기 제1 촬상센서와 직각 방향으로 설치되어 상기 작업물의 측면모서리와 인접하는 상기 작업물의 또 다른 경계면을 검출하는 제2 촬상센서; 상기 제1, 2 촬상센서에서 센싱된 값을 입력받아 정렬 기준이 되는 데이터와 비교하여 틀어진 정도를 연산하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 제어에 의하여 작업물의 틀어진 정도를 보정하는 정렬기구를 포함하는 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 작업물의 측면 모서리부분에서 반사되는 광원을 감지하여 작업물의 경계면을 검출하며, 일정한 간격이 띄워진 상태로 나란하게 배치되는 제1, 2 촬상센서; 상기 제1, 2 촬상센서에서 센싱된 값을 입력받아 정렬 기준이 되는 데이터와 비교하여 틀어진 정도를 연산하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 제어에 의하여 작업물의 틀어진 정도를 보정하는 정렬기구를 포함하는 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템을 제공한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명은 광원이 작업물에 반사되어 산란 간섭된 빛이 상기 제1, 2 촬상센서에 의하여 검출되고, 상기 센서들에 의하여 검출된 신호는 컨트롤러에 전달되고, 컨트롤러는 입력받은 센싱 값과 기준이 되는 값을 비교하여 작업물을 정렬하는 정렬기구를 구동한다. 따라서 센싱된 값과 차이만큼 정렬기구를 통하여 작업물의 정렬 위치를 변화시킬 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하 면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시 예를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 라인 촬상센서의 주요 구성을 설명하기 위한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 적용되는 라인 촬상센서의 배치위치를 도시한 도면으로, 제1, 2 촬상센서(100, 200), 상기 제1, 2 촬상센서(100, 200)의 감지 신호를 처리하는 컨트롤러(C), 상기 컨트롤러(C)의 제어에 따라 평판디스플레이 등의 작업 대상물(G, 이하 작업물(G) 이라고 함)을 정렬하기 위한 정렬기구(300)를 도시하고 있다.

상기 제1, 2 촬상센서(100, 200)는, 작업물 모서리 등에서 산란 간섭되어 반사될 수 있는 광원을 감지하는 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115d, 115e, 도 3에서 부호를 부여하여 표시하며, 그 수는 설계에 따라 가변될 수 있음)가 여러개 연속해서 결합되어 있는 것으로, 라인 형태를 가진다. 이러한 라인 형태로 이루어지는 제1, 2 촬상센서(100, 200)는, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 제1 촬상센서(100)는 작업물(G)의 측면 모서리에서 반사되는 광원을 감지할 수 있도록 배치되고, 제2 촬상센서(200)는 작업물(G)이 배출되는 방향 측의 모서리에서 반사되는 광원을 감지할 수 있도록 배치될 수 있다. 즉, 제1, 2 촬상센서(100, 200)가 서로 직각을 이루거나 또는 작업물의 형상에 따라 일정한 각을 이룰 수 있는 것이다.

이와 같이 작업물의 모서리에서 반사되는 광원을 감지하는 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115d, 115e)가 연속해서 배치되어 라인 형태로 이루어지는 제1, 2 촬 상센서(100, 200)에서 하나만을 예로 들어, 도 2를 통하여 그 구조 및 작동 원리를 상세하게 설명한다.

상술한 본 발명에 적용되는 촬상센서는, 스테이지(S)위에 배치되는 작업물(G)의 모서리에 광원을 조사할 수 있도록 광원 발생원(103), 빔 확장기(105), 광원 통과부재(107), 미러(109, mirror), 빔 스플리터(111), 렌즈 군(113), 그리고 연속적으로 배치되는 촬상소자 어셈블리(115)를 포함한다.

상기 광원 발생원(103)은 광원을 발생시키는 것으로 다이오드 레이저 등으로 이루어질 수 있으며, 통상의 것이 사용될 수 있다.

상기 빔 확장기(105, Beam expander)는 상기 광원 발생원(103)에서 조사된 광원이 어느 정도 넓은 조사 영역을 가지도록 광원을 확장하는 역할을 한다.

상기 광원 통과부재(107)는 상기 빔 확장기(105)에서 조사되는 광원이 슬릿(107a)을 통과하면서 일정한 길이를 가지는 형태로 조사될 수 있도록 하는 것이다. 상기 광원 통과부재(107)에 제공되는 슬릿(107)은 광원이 통과하여 작업물의 모서리를 이루는 라인과 대략 직각이 될 수 있도록 긴 형태로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 광원 통과부재(107)의 슬릿(107a)을 통과하는 광원은 작업물(G)의 모서리 측과 스테이지(S)에 걸치는 모양으로 광원(B)이 조사될 수 있도록 하는 것이다.

상기 미러(109)는 상기 광원 통과부재(107)의 슬릿(107a)을 통과한 광원의 방향을 바꾸는 역할을 한다. 그리고 경우에 따라 광원을 집속하여 전달이 용이하게 이루어지도록 상기 광원 통과부재(107)와 상기 미러(109) 사이에 이미지 렌즈 군(108)이 제공될 수 있다.

상기 빔 스플리터(111)는 상기 미러(109)에서 전달된 광원이 작업물(G)의 모서리 측에 조사될 수 있도록 광원의 방향을 전환하는 것이며, 상기 작업물(G)의 모서리 측에서 반사 산란된 광원(빛)을 통과할 수 있는 역할을 한다.

상기 렌즈군(113)은 작업물의 모서리 부분에서 반사 산란된 광원(빛)을 집속하여 모으는 역할을 한다. 이러한 상기 렌즈군(113)은 설계에 따라 다양한 렌즈들의 배치로 이루어질 수 있으며, 통상의 것이 사용될 수 있다.

상기 촬상소자 어셈블리(115)는 다수의 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115d, 115e)가 연속해서 배치되는 것으로, 상기 렌즈군(115)에서 집속된 빛이 결상되고, 그 신호를 컨트롤러(C)에 전송하는 역할을 한다. 즉, 상기 촬상소자 어셈블리(115)는 라인 형태로 작업물의 모서리 부분에 걸쳐 산란 반사되는 빛을 감지하는데, 작업물(G) 상에서 산란 반사되어 결상되는 빛의 감도와, 스테이지(S) 상에서 산란 반사되어 결상되는 빛의 감도, 그리고 작업물(G)의 모서리 부분에서 산란 반사되어 결상되는 빛의 감도 차이를 인식하는 것이다.

그리고 상기 정렬기구(300)는 상기 작업물(G)을 이동시켜 정렬하기 위한 것으로 통상의 기구적인 장치가 사용될 수 있으며, 컨트롤러(C)에서 전달되는 신호 값에 의하여 작업물(G)이 정렬되도록 위치를 변경할 수 있는 기구이다. 이러한 정렬기구(300)는 일반적인 것이 사용될 수 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 제1 실시 예의 작용 설명은 도 1 내지 도 4를 통하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 스테이지(S, 경우에 따라서는 정렬기구(300)의 상단에 배치될 수 있음)의 상부에 배치되는 작업물(G)의 모서리 부분에는 광원이 일정한 길이를 가지는 형태로 상기 작업물(G)의 일부 및 스테이지(S)를 걸치도록 조사된다. 즉, 광원 발생원(103)에서 광원이 조사되고, 빔 확장기(105)를 지나면서 상기 광원은 비교적 넓은 영역을 조사할 수 있는 범위로 확장된다. 그리고 상기 광원 통과부재(107)의 슬릿(107a)을 통과하면서 슬릿(107a)의 모양에 따라 가늘고 긴 형태가 된다. 이러한 광원은 미러(109)에 의하여 방향이 전환되고, 계속해서 빔 스플리터(111)에 의하여 방향이 전환된다. 상기 빔 스플리터(111)에 의하여 방향이 전환된 광원은 가늘고 긴 형태로 상기 작업물(G)의 모서리측 및 스테이지(S)의 일부에 조사된다. 그리고 정렬이 맞지 않은 작업물(G1, 도 3에서 점선으로 도시함)에 조사되는 광원은 산란 반사되어 렌즈군(113)을 통과하면서 촬상소자(예를 들면, 도 3에서 115a, 115b, 115c)에 결상된다(도 4에서 a 구간). 또한, 상기 정렬되지 않은 작업물(G1)의 모서리에서 산란 반사되는 광원 역시 미약하게 촬상소자(예를 들면, 도 3에서 115d)에 결상될 수 있다(도 4에서는 b 구간). 그리고 상기 스테이지(S)에서 산란 반사되는 광원은 상기 정렬되지 않은 작업물(G1)에서 산란 반사되는 정도와 비슷한 감도로 촬상소자(예를 들면, 도 3에서 115e)에 결상되는 것이다. 상기 촬상소자 어셈블리(115)는 여러개의 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115d, 115e)가 나란하게 배치되므로 특정한 위치에 존재하는 부분에서는 감도가 현저하게 떨어진 상태로 결상이 된다(예를 들면, 도 3에서 115d와 도 4에서 b구간). 이것은 작업물(G)의 모서리에서는 산란 반사 정도가 일정하지 않아 현저하게 감도가 떨어지는 상태로 특정 부 분에 배치된 촬상소자(예를 들면, 도 3에서 115d)에 미약하게 결상되는 것이다. 즉, 여러 개의 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115d, 115e)가 나란하게 배치될 때 특정 영역에 존재하는 촬상소자(115d)에서 결상된 감도가 인접하여 배치되는 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115e)에 결상되는 감도에 비하여 현저한 차이가 발생되는 것이다. 기준점을 특정영역에 배치된 촬상소자(예를 들면, 도 3에서 115c)로 설정하면, 컨트롤러(C)는 상기 촬상소자(115a, 115b, 115c, 115d, 115e)들에 결상된 감도 차이를 설정치와 비교하면 작업물(G)의 정렬이 틀어진 정도를 계산할 수 있는 것이다. 이와 같은 원리에 의하여 제1, 2 촬상센서(100, 200)에서 각각 검출된 신호 값을 컨트롤러(C)에서 기준이 되는 데이터와 연산하여 정렬이 필요한 경우 정렬기구(300)에 전송하여 작업물의 정렬(설정된 목표값에 일치하도록 정렬)이 이루어지도록 한다. 그러면 정렬기구(300)는 컨트롤러(C)의 제어에 따라 작업물(G)을 이동시켜 정렬이 시킨다. 본 발명에서 사용되는 정렬기구(300)는 통상의 기구적인 장치가 사용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상술한 실시 예에서 제1, 2 촬상센서(100, 200)를 서로 직각이 되는 위치에 배열(도 3에 도시)하는 것은 작업물(G)이 중심에서 회전되어 적정 각에 배치될 때까지 실시간으로 피드백 제어를 할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시 예를 설명하는 도면이며, 도 7은 본 발명의 제4 실시 예를 설명하기 위한 도면으로, 제1, 2 촬상센서(100, 200)를 나란하게 배치하여 궤적 라인(L)의 위치를 검출하는 예를 도시하고 있다.

본 발명의 제2 내지 4 실시 예는 제1, 2 촬상센서(100, 200)들이 나란하게 배치되어 궤적 라인(L)을 검출하여 검출된 위치점을 비교하여 벡터 방향을 계산하고 궤적이 일치하도록 작업물(G)을 정렬하는 점에 차이가 있을 뿐 작동원리는 상기 제1 실시 예와 동일하다. 따라서 상기 제2 실시 예 내지 제4 실시 예의 작동원리는 상술한 제1 실시 예의 설명으로 대치하고, 다른 부분만을 설명한다.

본 발명의 제2 실시 예는 단지 제1, 2 촬상센서(100, 200)를 나란하게 배치하여 작업물(G)에 표시된 궤적 라인(L)을 상술한 제1 실시 예와 같은 원리로 확인하여 궤적을 추적할 수 있는 것이다. 작업기구가 X축의 정해진 궤적을 따라 이동하면서 작업을 행할 때 작업물의 위치를 변경시킬수 있는 정렬기구를 가진 작업물 거치대는 이동하는 작업기구의 궤적이 맞추어서 실시간으로 작업물의 위치를 피드백 제어 한다. 이때 상기 궤적 라인(L)은 광원의 산란 반사정도가 현저하게 떨어질 수 있도록 특정한 물질로 라인을 그려 놓는 것이 가능하다. 이것은 본 발명이 반드시 작업물(G)의 모서리 위치만을 측정하는 것에 한정되는 것은 아니며, 궤적 라인(L)을 측정하는 등 작업물(G)의 특성에 따라 다양하게 적용이 가능한 예를 보여주고 있는 것이다. 또한 이때의 피드백 제어를 위한 제어장치로는 입력 신호에 따라 출력신호를 통제할 수 있는 통상의 장치가 사용될 수 있다.

상기 제2 실시 예는 엘엠 가이드(500) 등으로 이루어질 수 있는(X축 방향으로 표시) 작업기구의 이동궤적 가이드를 따라 나란하게 배치되는 상기 제1, 2 촬상 센서(100, 200)가 이동되면서 작업물(G)의 궤적 라인(L)의 위치를 검출할 수 있는 예를 보여주고 있다.

본 발명의 제3 실시 예는 제 2의 실시예와 같이 제1, 2 촬상센서(100, 200)가 나란하게 배치되고 작업기구가 Y축 방향으로 이동이 가능하여 사전에 설정된 센서상의 위치를 유지하기 위하여 작업기구가 Y축방향으로 위치를 보정하면서 X축선의 작업을 수행하는 예를 도시한 것으로서, 작업물을 보정하는 대신에 작업기구의위치를 보정시켜 작업의 수행이 가능하게 한 경우이다. 이 경우는 작업기구의 X방향의 이동 벡터와 작업물의 길이방향과의 직각도 유지가 비교적 덜 까다로운 작업에 적용할 수 있으며 작업물 정렬을 위한 시스템 구성이 불필요한 장점이 있다. 또한 이 경우는 더욱 다양한 작업물(G)에 적용이 가능한 구조를 가지고 있다 특히 곡면의 작업궤적이 요구되는 경우에 유리하다.

본 발명의 제4 실시 예는 제2의 실시 예와 작업 시스템 구성은 동일하나, 나란하게 배치되어 쌍으로 이루어지는 촬상센서들을 양쪽의 궤적 라인(L)을 따라 이동되도록 하여 오차를 줄이고 더욱 정밀도를 높이는 정렬이 가능한 적용 예를 보여주는 것이다.

이와 같이 본 발명은 작업 대상물에 광원이 반사되어 산란 간섭된 빛을 감지하는 비교적 저가의 라인 촬상센서를 이용하여 작업물의 정렬을 할 수 있는 기술을 통하여 시스템의 제작비용을 낮출 수 있으며, 데이터 처리량을 현저하게 줄일 수 있어 작업물의 고속 정렬이 가능하며, 적용 예에 따라서는 작업 중 작업물의 고속 정렬제어가 가능하여 작업 전 정렬시간을 없앨 수 있어 작업시간이 단축됨은 물론 작업 중 항시 정렬제어에 의한 작업품질의 향상효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 작업물의 측면 모서리부분에서 반사되는 광원을 감지하여 작업물의 경계면을 검출하는 제1 촬상센서;

   상기의 제1 촬상센서가 일정한 각도를 유지한 상태로 설치되고, 상기 작업물의 측면모서리와 인접하는 상기 작업물의 또 다른 경계면에서 반사되는 광원을 감지하여 상기 작업물의 경계면을 검출하도록 하는 제2 촬상센서;

   상기 제1, 2 촬상 센서에서 측정된 값을 입력받아 정렬 기준이 되는 데이터와 비교하여 틀어진 정도를 연산하는 컨트롤러;

   상기 컨트롤러의 제어에 의하여 작업물의 틀어진 정도를 보정하는 정렬기구;

   를 포함하는 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템.
2. 작업물의 측면 모서리부분에서 반사되는 광원을 감지하여 작업물의 경계면을 검출하며, 일정한 간격이 띄워진 상태로 나란하게 배치되는 제1, 2 촬상센서;

   상기 제1, 2 촬상 센서에서 측정된 값을 입력받아 정렬 기준이 되는 데이터와 비교하여 틀어진 정도를 연산하는 컨트롤러;

   상기 컨트롤러의 제어에 의하여 작업물의 틀어진 정도를 보정하는 정렬기구;

   를 포함하는 라인 촬상 센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 촬상센서 또는 제2 촬상센서는

   광원 발생원에서 조사된 광원을 조사범위를 넓히는 빔 확장기;

   상기 작업물의 모서리에 대하여 직각 방향 또는 일정한 각을 가지도록 상기 빔 확장기에서 조사되는 광원이 통과되는 슬릿이 구비된 빛 통과부재;

   상기 광원 통과부재에서 슬릿을 통과한 레이저 빔의 방향을 바꾸는 미러;

   상기 미러에서 방향이 전환된 레이저 빔이 상기 작업물의 모서리 측에 조사되도록 방향을 바꾸는 빔 스플리터;

   상기 작업물의 모서리 측에서 반사되는 광원을 집속하는 렌즈군;

   상기 렌즈군을 통과한 광원을 감지하며 다수의 촬상소자가 연속해서 배치되는 촬상소자 어셈블리;

   를 포함하는 라인 촬상센서를 이용한 작업물의 정렬 시스템

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