KR101381836B1 - 영상 선명도가 개선된 비전검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 영상 선명도가 개선된 비전검사장치는 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 검사대상물을 안착시키는 스테이지부와, 렌즈와 이미지감지부를 포함하여 구성되되 검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부와, 상기 검사대상물에 조명을 제공하기 위한 조명부와, 상기 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부와, 상기 구성들을 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 카메라부는 상기 검사대상물의 수직 상부에 배치되는 중앙카메라부와 상기 검사대상물에 대해 일정 각도 기울어져 설치되는 측부카메라부를 포함하며, 상기 조명부는 상기 중앙카메라부하부에 배치되는 상부조명부와 상기 측부카메라부 하부에 배치되는 하부조명부를 포함하고, 상기 상부조명부와 상기 측부카메라부에는 편광필터가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 조명부로부터의 광이 정반사되는 경우에 정반사 광으로부터 편광성분을 제거함으로써 선명한 영상을 획득할 수 있다.

Description

영상 선명도가 개선된 비전검사장치{VISION INSPECTION APPARATUS OF IMPROVED IMAGE VISIBILITY}

본 발명은 영상 선명도가 개선된 비전검사장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 조명부와 카메라부에 편광필터를 설치함으로써, 산란광의 편광성분을 제거하여 영상의 선명도를 향상시킨 비전검사장치에 관한 발명이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(PCB) 등에 표면실장부품을 조립하는 표면실장기술(SMT; Surface Mounting Technology)은 표면실장부품(SMD; Surface Mounting Device)을 소형화/집적화하는 기술과, 이러한 표면실장부품을 정밀하게 조립하기 위한 정밀조립장비의 개발 및 각종 조립장비를 운용하는 기술을 포함한다.

통상적으로, 표면실장라인은 표면실장기와 비전검사장치와 같은 장비로 구성된다.

상기 표면실장기는 표면실장부품을 인쇄회로기판상에 실장하는 장비로서, 테입(Tape), 스틱(Stick), 트레이(Tray) 형태로 공급되는 각종 표면실장부품을 부품공급기(Feeder)로부터 공급받아 인쇄회로기판 상의 실장위치에 올려놓는 작업을 수행한다.

그리고, 상기 비전검사장치는 표면실장부품의 납땜공정 완료 전 또는 완료 후, 표면실장부품의 실장상태를 검사하며 검사결과에 따라 다음 공정으로 인쇄회로기판을 이송시키게 된다.

이때, 컨베이어를 통해 납땜이 완료된 인쇄회로기판이 수평 이송되면 위치조절장치에서 초기 위치를 조절하고, 조절이 완료된 후 조명등이 인쇄회로기판을 조사하면 카메라가 각 표면실장부품의 납땜 부위를 촬영한다.

이후 비전검사장치는 납땜부위의 촬영 상태를 모니터로 출력하고 연산함으로써, 실장의 양호/불량을 검사하거나, 표면실장부품의 실장 유/무를 검사하게 된다.

따라서, 상기 비전검사장치는 검사대상물이 놓여지는 면의 수직 상부에 배치되어 검사대상물의 평면적 영상을 촬영하기 위한 수직카메라와, 검사대상물의 측부에서 경사지게 배치되어 검사대상물을 촬영하기 위한 측부카메라 및 조명부를 포함하여 구성된다.

그런데, 조명부로부터의 광이 검사대상물의 표면에서 반사되는 경우에, 예를 들어 정반사가 발생되는 경우에는 카메라를 통해 지나치게 많은 양의 광이 입사되므로, 광 번짐 현상에 의해 선명한 영상을 획득하지 못하는 경우가 발생된다.

상기와 같이 선명한 영상을 획득하지 못하는 경우에는, 미세한 패턴 또는 소형 부품의 3차원적 형상을 정확히 판별하는데에 한계가 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조명부로부터의 광이 정반사되는 경우에 정반사 광으로부터 편광성분을 제거함으로써, 선명한 영상을 획득할 수 있도록 구성되는 영상선명도가 개선된 비전검사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 선명도가 개선된 비전검사장치는 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 검사대상물을 안착시키는 스테이지부와, 렌즈와 이미지감지부를 포함하여 구성되되 검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부와, 상기 검사대상물에 조명을 제공하기 위한 조명부와, 상기 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부와, 상기 구성들을 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 카메라부는 상기 검사대상물의 수직 상부에 배치되는 중앙카메라부와 상기 검사대상물에 대해 일정 각도 기울어져 설치되는 측부카메라부를 포함하며, 상기 조명부는 상기 중앙카메라부하부에 배치되는 상부조명부와 상기 측부카메라부 하부에 배치되는 하부조명부를 포함하고, 상기 상부조명부와 상기 측부카메라부에는 편광필터가 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 상부조명부에 설치되는 편광필터와 측부카메라부에 설치되는 편광필터는 편광 방향이 서로 다를 수 있다.

본 발명에 의해, 조명부로부터의 광이 정반사되는 경우에 정반사 광으로부터 편광성분을 제거함으로써 선명한 영상을 획득할 수 있다.

첨부의 하기 도면들은, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 이해시키기 위한 것이므로, 본 발명은 하기 도면에 도시된 사항에 한정 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략 측단면도이며,
도 2 는 조명부의 입사각도에 따른 반사광의 강도를 편광성분에 따라 분할 도시한 그래프이며,
도 3 역시 조명부의 입사각도에 따른 반사광의 강도를 편광성분에 따라 분할 도시한 그래프이며,
도 4 는 하부조명부의 반사광으로부터 S 편광 성분을 제거하기 이전의 영상예이며,
도 5 는 하부조명부의 반사광으로부터 S 편광 성분을 제거한 영상예이며,
도 6 은 상부조명부의 반사광으로부터 S 편광성분과 P 편광성분을 제거하기 이전의 영상예이며,
도 7 은 상부조명부의 반사광으로부터 S 편광성분과 P 편광성분을 제거한 영상예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략 측단면도이다.

본 발명에 따른 영상 선명도가 개선된 비전검사장치는 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 검사대상물(15)을 안착시키는 스테이지부(10)와, 렌즈와 이미지감지부를 포함하여 구성되되 검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부(20, 30)와, 상기 검사대상물(15)에 조명을 제공하기 위한 조명부(40, 50)와, 상기 카메라부(20, 30)에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부(60)와, 상기 구성들을 제어하기 위한 제어부(70)를 포함하며, 상기 카메라부(20, 30)는 상기 검사대상물의 수직 상부에 배치되는 중앙카메라부(20)와 상기 검사대상물에 대해 일정 각도 기울어져 설치되는 측부카메라부(30)를 포함하며, 상기 조명부(40, 50)는 상기 중앙카메라부(20) 하부에 배치되는 상부조명부(40)와 상기 측부카메라부(30) 하부에 배치되는 하부조명부(50)를 포함하고, 상기 상부조명부(40)와 상기 측부카메라부(30)에는 편광필터(80, 90)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비전검사장치는 표면실장라인에서 작업을 마친 인쇄회로기판의 표면실장부품을 검사할 경우, 선행장비의 컨베이어를 통해 다음 공정으로 이동되기 이전에 비전검사를 실시할 수 있도록 설치된다.

이와 같은 비전검사장치는 선, 후행 장비의 컨베이어와 컨베이어 사이에 형성되는 공간에 배치되는 방식으로 설치되거나, 또는 선, 후행장비와 연계되지 않고 단독 테이블 형태로도 사용될 수 있다.

상기 스테이지부(10)는 비전 검사의 대상이 되는 PCB 기판 등의 검사대상물(15)을 안착시키기 위한 구성으로서, 예를 들어 제어부(70)의 제어를 통한 로봇 암, 이송롤러 또는 모터 및 컨베이어벨트 등의 이송 수단에 의해 이송된 상기 검사대상물(15)이 안착된다.

상기 카메라부(20, 30)는 검사대상물의 2차원적 형상 및 격자 그림자를 촬영하기 위한 구성으로서, 측부카메라(30)는 상기 검사대상물(15)에 대해 일정 각도 비스듬히 설치된다.

상기 카메라부(20, 30) 내에 포함되는 이미지감지부는 씨씨디(CCD: Charge Coupled Device) 또는 씨모스(CMOS: Complementary metal-oxide semiconductor)와 같은 촬상소자로 구성된다.

상기 조명부(40, 50)는 상기 검사대상물(15)에 조명을 비추기 위한 구성으로서, 상기 중앙카메라부(20)의 하부에 배치되는 상부조명부(40)와 상기 측부카메라부(30)의 하부에 배치되는 하부조명부(50)로 구성된다.

통상적인 비전검사장치는 격자 형상의 그림자를 상기 검사대상물(15)의 표면에 형성되도록 하고, 이와 같이 형성된 격자 형상의 그림자를 상기 카메라부(20, 30)를 통해 촬영함으로써. 상기 검사대상물의 3차원적 높이를 측정하게 된다.

여기서, 상기 검사대상물(15)의 표면에서 3차원적 높이가 동일한 부분에서는 격자 형상의 그림자가 평행한 일직선의 형태로 촬영된다.

그러나, 상기 검사대상물(15)의 표면에서 3차원적 높이가 서로 다른 부분의 경우, 상기 격자 형상의 그림자가 서로 어긋나는 형태로 왜곡되어 촬영되는데, 이러한 왜곡의 정도를 3각함수로 계산하면 검사대상물(15)의 3차원적 높이를 계산할 수 있다.

상기 카메라부(20, 30)에 의해 촬영된 영상은 상기 비전처리부(60)에서 판독되어, 상기 검사대상물(15) 표면의 3차원적 높이가 계산되고, 이러한 검사대상물(15)의 높이가 미리 저장된 기준 데이터 높이보다 현저히 높거나 또는 낮을 경우, 예를 들어 PCB 기판 상의 칩과 같은 검사대상물(15)이 올바르게 장착되지 않은 것으로 판단하게 된다.

상기 제어부(70)는 상기 카메라부(20, 30)와 조명부(40, 50) 등의 구동 및 동작을 제어하는 구성요소로써, 본 발명에 따른 검사장치 전체의 구동을 제어하도록 마련될 수 있다.

상기 제어부(70)는 시스템 제어 프로그램에 따라 검사장치의 위치제어와 촬영된 영상의 처리와 광원부 제어 등의 물리적인 제어를 담당함은 물론 데이터 연산 작업을 수행한다.

아울러, 상기 제어부(70)는 검사결과를 모니터에 출력하기 위한 출력장치 제어와 작업자가 제반사항을 설정 및 입력할 수 있는 입력장치 제어 등 검사장치의 총괄적인 제어를 담당한다.

한편, 상기 상부조명부(40)에는 편광필터(80)가 설치되는데, 예를 들어 상기 상부조명부(40)로부터 조사되는 광의 P 편광성분을 제거할 수 있는 P 편광필터가 설치된다.

또한, 상기 측부카메라부(30)에는 예를 들어 S 편광성분을 제거할 수 있는 S 편광필터가 설치된다.

상기 상부조명부(40)와 하부조명부(50)에 의한 광조사 시 검사대상물(15) 표면에 의한 정반사로 인해 지나치게 많은 양의 광이 입사되는 것은 주로 상기 측부카메라부(30)이며, 상기 중앙카메라부(20)는 카메라의 설치 각도 상 검사대상물에 의한 정반사의 영향을 많이 받지 않는다.

따라서, 상기 측부카메라부(30)에 입사되는 정반사 광 중에서 편광성분을 제거함으로써, 영상의 선명도 확보에 적절히 필요한 광 밝기를 획득하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

도 2 는 조명부의 입사각도에 따른 반사광의 강도를 편광성분에 따라 분할 도시한 그래프이며, 도 3 역시 조명부의 입사각도에 따른 반사광의 강도를 편광성분에 따라 분할 도시한 그래프이다.

도 2 와 3 에서 입사각은 중앙카메라부(20)로부터 스테이지부(10)를 향하여 측정된 각도로서, 스테이지부가 입사각 90 도에 해당되며 중앙카메라부(20)는 0 도에 해당된다.

도 2 의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 입사각도 40도 내지 60도의 범위 즉, 하부조명부(50)에 의한 광조사각도 범위(R1)에서는 반사광 중 P 편광성분이 거의 나타나지 않고, 대부분 S 편광성분이 주를 이룬다.

따라서, 하부조명부(50)에 의한 정반사 광 중에서 S 편광성분을 제거할 경우 광 번짐 현상을 제거함으로써 선명한 영상을 확보할 수 있다.

상기와 같이 하부조명부(50)에 의해 정반사된 광으로부터 S 편광성분을 제거하기 위해 측부카메라부(30) 내에 S 편광필터(90)를 설치하였다.

도 4 는 하부조명부(50)에 의한 반사광으로부터 S 편광 성분을 제거하기 이전의 영상예이며, 도 5 는 하부조명부에 의한 반사광으로부터 S 편광 성분을 제거한 영상예이다.

상기 영상예에서 알 수 있는 바와 같이, 하부조명부(50)로부터 S 편광성분을 제거하기 이전에는 영상의 상부 부분에서 지나치게 많은 양의 광이 측부카메라부(30)에 입사되어 광 번짐 현상이 발생된다.

따라서, 상기 하부조명부(50)에 의해 정반사된 광으로부터 S 편광성분을 제거함으로써, 도 5 에서와 같이 영상의 상부부분에서 광번짐이 제거된 보다 선명한 영상을 획득하였다.

또한, 도 3 의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 입사각도 15도 내지 30도의 범위 즉, 상부조명부(40)에 의한 광조사각도 범위(R2)에서는 정반사되는 반사광 내에 S 편광성분과 P 편광성분이 모두 강하게 나타난다.

따라서, 상부조명부(40)에 의한 정반사 광에 대해서는 S 편광성분과 P 편광성분을 모두 제거하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 상부조명부(40)의 광으로부터 P 편광성분을 제거하기 위해 상기 상부조명부(40)에 P 편광필터를 설치하였다.

그리하여, 상기 상부조명부(40)에 설치되는 P 편광필터(80)에 의해 상기 상부조명부(40) 광에서 P 편광성분을 제거하고, 상기 측부카메라부(30)에 설치되는 S 편광필터(90)에 의해 S 편광성분을 제거하도록 구성하였다.

도 6 은 상부조명부(40)의 반사광으로부터 S 편광 성분과 P 편광성분을 제거하기 이전의 영상예이며, 도 7 은 상부조명부(40)의 반사광으로부터 S 편광 성분과 P 편광성분을 제거한 영상예이다.

상기 영상예에서 알 수 있는 바와 같이, 상부조명부(40)로부터 S 편광성분과 P 편광성분을 제거하기 이전에는, 영상의 하부부분에서 지나치게 많은 양의 광이 측부카메라부(30)에 입사되어 영상의 하부 부분에 광번짐 현상이 발생된다.

따라서, 상기 상부조명부(40)에 의해 정반사된 광으로부터 S 편광성분과 P 편광성분을 제거함으로써, 도 7 에서와 같이 영상의 하부부분에서 광번짐이 제거된 보다 선명한 영상을 획득하였다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 스테이지부 15: 검사대상물
20: 중앙카메라부 30: 측부카메라부
40: 상부조명부 50: 하부조명부

Claims (2)

1. 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서,
   검사대상물을 안착시키는 스테이지부와;
   렌즈와 이미지감지부를 포함하여 구성되되 검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부와;
   상기 검사대상물에 조명을 제공하기 위한 조명부와;
   상기 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부와;
   상기 구성들을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
   상기 카메라부는 상기 검사대상물의 수직 상부에 배치되는 중앙카메라부와 상기 검사대상물에 대해 일정 각도 기울어져 설치되는 측부카메라부를 포함하며,
   상기 조명부는 상기 중앙카메라부 하부에 배치되는 상부조명부와 상기 측부카메라부 하부에 배치되는 하부조명부를 포함하고,
   상기 상부조명부는 상기 중앙카메라부로부터 상기 스테이지부를 향하여 측정되는 입사각도 15도 내지 30도의 범위를 가지며,
   상기 하부조명부는 상기 중앙카메라부로부터 상기 스테이지부를 향하여 측정되는 입사각도 40도 내지 60도의 범위를 가지며,
   상기 상부조명부와 상기 측부카메라부에는 편광필터가 설치되되,
   상기 상부조명부에는 P 편광성분을 제거하기 위한 편광필터가 설치되고, 측부카메라부에는 S 편광성분을 제거하기 위한 편광필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 영상 선명도가 개선된 비전검사장치.
   
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