KR101940449B1 - 적외선 조명을 이용한 검사 장치 - Google Patents

적외선 조명을 이용한 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 조명부를 이용한 검사 장치에 관한 것으로, 적외선 조명부를 이용하여 알루미늄 층 위로 투명 재질의 PP층이 코팅된 2차 배터리를 TDI 카메라로 촬영하여 불량 배터리를 검사하는 적외선 조명부를 이용한 검사 장치에 관한 것으로, 투명 코팅층과 금속층으로 이루어진 검사체를 기설정 된 파장을 갖는 적외선을 조사하는 적외선 조명부 및 상기 적외선 조명에 반사되는 상기 검사체의 표면을 스캔하는 카메라부를 포함할 수 있다.

Description

적외선 조명을 이용한 검사 장치{INSPECTION APPARATUS USING INFRARED RAY LIGHTING}
본 발명은 적외선 조명을 이용한 검사 장치에 관한 것으로, 적외선 조명을 이용하여 알루미늄 층 위로 투명 재질의 PP층이 코팅된 2차 배터리를 TDI 카메라로 촬영하여 불량 배터리를 검사하는 적외선 조명을 이용한 검사 장치에 관한 것이다.
배터리는 전기를 저장하는 부품으로, 차량에 설치되어 시동 모터를 구동 및 차량 내의 전자장치에 전원을 공급하는데 사용되었으며, 가정에서는 크고 작은 전자제품을 작동시키기 위해 사용되기도 하였다.
하지만 스마트폰, 테블릿 PC, 카메라 등 다양한 종류의 모바일 기기가 개발, 발전됨에 따라 배터리가 필수적으로 사용되고 있으며, 용도에 따라 형태와 배터리 용량에 차이가 있다.
배터리는 외부의 충격으로부터 보호받을 수 있도록 알루미늄 층으로 감싸져 있으며, 알루미늄 층 위로 PP층으로 한번 더 코팅되어 있는데, 이러한 제작과정에서 여러 가지 요인으로 인해 결함이 발생할 수 있다. 그 중 배터리의 표면에 발생하는 결함으로는 스크래치(scratch), 얼룩, 찍힘, 이물질, 크랙 등을 말하며, 배터리에 결함이 발생하게 되면 배터리의 수명이 짧아지거나, 폭발의 위험이 있어 불량품으로 처리해야 하는 문제점이 있다.
따라서 결함이 있는 배터리를 검사하여 분류하기 위해서는 종래에는 작업자가 배터리 표면의 한 면 한 면을 일일이 육안으로 확인하였으며, 이는 작업자의 컨디션이나 업무 숙련도에 따라 검사 결과의 편차에 차이가 있어 신뢰성이 낮다. 또한 배터리 표면을 검사하는데 매우 많은 시간이 소요되었다.
이에 따라 이송장치에 배터리를 위치시켜 배터리를 카메라로 검사하는 비전 검사기가 다수 제안되어 있다. 예를 들어, 한국 등록실용신안공보 제20-0200662호(등록일자: 2000.08.10)은 메모리 모듈 비전 검사기에 관한 것으로, 리사이클 트레이로 공급되는 다종의 메로리 모듈을 별도의 지그 및 교체 공구 없이 고속으로 한 개씩 픽업하여 검사를 하는 장치이다.
하지만 배터리에는 알루미늄 층에 조명이 난반사되어 카메라의 영상 품질이 좋지 못해 바코드나 문자와 같은 다테일한 검사가 불가능한 문제점이 있었다.
한국 등록실용신안공보 제20-0200662호(등록일자:2000.08.10)
본 발명은 2차 배터리의 결함 유무를 신속하게 발견할 수 있는 검사 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 2차 배터리의 표면이 가려지는 부분 없이 모든 표면을 검사할 수 있는 검사 장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 적외선 조명을 이용한 검사 장치는, 투명 코팅층과 금속층으로 이루어진 검사체에 기설정된 파장을 갖는 적외선을 조사하는 적외선 조명부; 및 상기 적외선 조명에 반사되는 상기 검사체의 표면을 스캔하는 카메라부; 를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 적외선 조명부에서 조사되는 적외선은 상기 투명 코팅층 또는 상기 금속층에서 난반사가 발생되지 않도록 850nm 이상 1050nm 이하의 파장 범위를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 적외선 조명부는 적외선 엘이디(LED)인 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 적외선 조명부는 적외선이 상기 검사체에 소정 각도로 조사되도록 배치되고, 상기 카메라부는 상기 검사체에서 적외선이 반사되는 부분의 상부에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 카메라부는 시간 지연 적분 촬상(TDI, Time Delay Integration) 방식으로 상기 검사체를 스캔하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 카메라부는 소정 방향으로 복수개의 영역으로 나란하게 배열되는 형태의 이미지 센서를 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이미지 센서의 복수개의 영역은 시간 차이를 두고 상기 검사체를 촬영하고, 그 다음에 각 영역에서 촬영한 이미지를 중첩하여 보다 선명한 이미지를 출력할 수 있다.
바람직하게는, 상기 투명 코팅층은 폴리프로필렌 재질로 형성되고, 상기 금속층은 알루미늄으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 적외선 조명을 이용한 검사 장치는, 투명 코팅층과 금속층으로 이루어진 검사체에 850nm 이상 1050nm 이하의 파장 범위를 갖는 적외선을 조사하는 적외선 조명부; 및 상기 검사체의 상부에 배치되고, 상기 적외선 조명에 반사되는 상기 검사체의 표면을 스캔하는 카메라부;를 포함하고, 상기 카메라부는 시간 지연 적분 촬상(TDI, Time Delay Integration) 방식으로 상기 검사체를 스캔할 수 있다.
바람직하게는, 상기 카메라부는 높이 방향으로 복수개의 영역으로 나란하게 배열되는 형태의 이미지 센서를 구비하고, 상기 이미지 센서의 복수개의 영역은 시간 차이를 두고 상기 검사체를 촬영하고, 각 영역에서 촬영한 이미지를 중첩하여 보다 선명한 이미지를 출력할 수 있다.
바람직하게는, 상기 검사체는 배터리를 감싸기 위한 것으로서, 상기 투명 코팅층은 폴리프로필렌 재질로 형성되고, 상기 금속층은 알루미늄으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치는 2차 배터리의 표면의 모든 영역이 가려지는 부분이 없으며, 검사하기 용이한 화질로 스캔되는 효과가 있다.
본 발명은 조명이 2차 배터리의 표면을 조사하는 동안 굴절이나 난반사가 발생하지 않아 양질의 화질을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치의 전체도,
도 2는 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치와 그 이외의 조명으로 배터리를 스캔한 이미지를 비교한 모습,
도 3은 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치가 배터리를 스캔하는 과정을 보여주는 모습,
도 4는 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치와 그 이외의 조명으로 배터리를 스캔한 이미지를 부분 확대하여 비교한 모습.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치의 전체도에 관한 것이다.
적외선 조명을 이용한 검사 장치(1)(이하 "검사 장치"라 함)는 복수개의 서로 다른 층으로 이루어진 검사체(30)를 소정의 기울기로 위치한 상태에서 조명을 비추는 적외선 조명부(10)와 검사체(30)로부터 수직되게 위치하며, 적외선 조명부(10)에 반사되는 검사체(30)의 표면을 스캔하는 카메라부(20)를 포함한다.
여기서 카메라부(20)로 스캔하게 되는 검사체(30)는 스마트 폰이나 테블릿 PC와 같은 스마트 기기에 설치되어 전력을 공급하는 2차 배터리를 감싸는 포장체로서, 이러한 2차 배터리용 포장체는 복수개의 층으로 이루어져 있다.
즉, 2차 배터리용 포장체의 최상단층은 PP재질의 투명 코팅층으로 이루어져 있어, 배터리의 정보인 바코드와 각종 문자의 프린트가 이루어져 있고, 그 하단층에는 알루미늄 재질의 금속층(34)으로 2차 배터리의 내부를 충격으로부터 보호한다.
한편, 검사 장치(1)는 2차 배터리가 운반되는 과정에서 발생할 수 있는 스크래치(scratch), 얼룩, 찍힘, 이물질, 크랙 등과 같은 표면의 결함을 찾아 문제가 될 수 있는 2차 배터리를 가려내게 된다.
2차 배터리용 포장체, 즉 검사체(30)로부터 이격된 높이에서 소정의 기울기로 위치하는 적외선 조명부(10)가 2차 배터리의 표면을 조사하게 된다. 적외선 조명부(10)는 적외선을 발산하는 적외선 엘이디(LED) 등이 사용될 수 있다.
적외선 조명부(10)에서 조사된 빛은 굴절 없이 투명 코팅층을 투과하여 금속층(34)에 도달한 다음 반사하게 된다. 이를 카메라부(20)가 스캔하게 되며, 정상인 2차 배터리용 포장체는 결함이 발견되지 않지만, 결함이 있는 2차 배터리용 포장체는 스크래치(scratch), 얼룩, 찍힘, 이물질, 크랙 등이 카메라부(20)에 스캔된다. 이때 카메라부(20)는 2차 배터리용 포장체로부터 이격된 높이에서 수직되게 위치하고 있어야 할 것이다.
적외선 조명부(10)는 투명 코팅층(32)을 투과하는 동안 굴절이나 난반사가 발생하지 않고, 금속층(34)을 조사하여 2차 배터리의 표면 특성이 잘 표현될 수 있어야 할 것이다. 이를 위해 가장 최적화된 파장대를 갖는 조명으로는 적외선 조명부(10) 중 850nm 이상 1050nm 이하의 파장으로 이루진 적외선 조명부(10)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치와 그 이외의 조명으로 배터리를 스캔한 이미지를 비교한 모습을 보여주고 있다.
(a)와 (b)는 각각 테이프 영역(35)과 프린팅 영역(36)을 구분하여 적외선 조명과 가시광선 가운데 블루 영역 파장대(400~500nm) 조명으로 검사체(30)인 2차 배터리용 포장체의 표면을 스캔한 모습이다.
적외선 조명부(10)로 조사한 2차 배터리용 포장체를 카메라부(20)로 스캔하게 되면, 2차 배터리용 포장체의 결함이 있는 부분은 음영이 발생하기 때문에 보다 확실하고, 정확하게 결함을 판단 및 구분할 수 있다. 이는 적외선 조명부(10)를 조사하기 때문에 결함 유무를 신속하고 쉽게 구분할 수 있다.
반면에, 일반 블루 영역의 파장대를 갖는 조명을 사용하게 되면, 2차 배터리용 포장체의 금속층(34) 표면에서 난반사가 발생하게 되어 테이프 영역(35)의 테이프와 프린팅 영역(36)의 프린팅이 그대로 스캔되어 금속층(34) 표면이 스캔되지 않아 결함 유무를 구분하기 어렵다.
또한 그 밖에 다른 파장대의 조명을 이용한 경우에도 투명 코팅층(32)으로부터 조사된 빛이 반사되어 카메라부(20)가 금속층(34)의 표면을 정확하게 인식하지 못하게 되어 결함을 발견하기 쉽지 않다. 즉, 일반 가시광선 영역의 파장대를 갖는 조명을 사용하게 되면, 2차 배터리용 포장체의 금속층(34) 표면에서 난반사가 발생하게 되어 카메라부(20)를 통해 검사가 가능할 수준의 영상 확보가 곤란하다. 또한 그밖에 다른 종류의 조명을 이용한 경우에는 투명 코팅층(32)으로부터 조사된 빛이 반사되어 카메라부(20)가 금속층(34)의 표면을 정확하게 인식하지 못하게 되어 영상 품질이 떨어지게 된다.
따라서, 검사체(30)의 금속층(34) 표면의 결함뿐만 아니라 금속층(34) 일부에 테이핑된 테이프 영역(35)이나, 투명 코팅층(32)에 프린팅되어 금속층(34)의 일부가 잘 안보이는 프린팅 영역(36)까지 카메라부(20)로 스캔하여 결함 부분을 모두 찾아낼 수 있는 조명으로는 적외선 조명부(10)를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치가 배터리를 스캔하는 과정을 보여주는 모습에 관한 것이다.
검사체(30), 즉 2차 배터리용 포장체를 스캔하는 카메라부(20)는 적외선 조명부(10)가 적외선을 조사함에도 불구하고, 일반 적외선 카메라가 아닌 시간 지연 적분 촬상 방식의 카메라부(20)(TDI Camera)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 시간 지연 적분 촬상 방식의 카메라부(20)의 이미지 센서(22)가 높이 방향을 따라 복수개의 라인 형태의 영역으로 나란하게 배열되며, 이미지 센서(22)는 나란하게 배열된 복수개의 영역이 시간 차이를 두고 스캔한 검사체(30)의 이미지를 합친 다음 출력하게 된다.
즉, TDI(Time Delay Integration)방식의 카메라부(20)는 검사체(30)인 2차 배터리가 진행방향을 따라 이동하게 되면 카메라부(20)에 구비된 이미지 센서(22)의 각 영역(stage)에 검사체(30)의 이동에 따라 이미지들이 중첩되어 선명한 상을 맺게 된다.
따라서 카메라부(20)는 이미지 센서(22)의 각 영역(stage)마다 동일한 이미지를 여러 번 스캔해야 하기 때문에 2차 배터리의 이동 속도에 맞춰 이미지 센서(22)의 뒤의 영역(일례로 스테이지3)가 앞의 영역(일례로, 스테이지1)에서 좀 더 늦게 검사체(30)의 표면을 촬영하게 된다. 그 다음 이미지 센서(22)의 각 영역에서 스캔된 이미지(즉, 영상)를 중첩시켜 출력하게 되면 보다 선명한 이미지를 획득할 수 있게 된다.
이러한 시간 지연 적분 촬상 방식의 카메라부(20)는 이미지 센서(22)의 각 영역(stage)마다 정확히 같은 이미지를 촬영한 후 이를 중첩시켜 선명한 이미지를 얻기 때문에 카메라부(20)의 촬영 속도와 검사체(30)의 이동 속도를 동기화시키는 것이 필요하다.
적외선 카메라(IR Camera)나 라인 스캔 카메라(Line Scan Camera)를 사용하지 않고 지연 적분 촬상 카메라(TDI Camera)를 사용하는 이유는 적외선 카메라는 스캔에 필요한 수준의 해상도 구현이 어렵기 때문이다. 또한, 여러 대의 적외선 카메라를 연결하여 스캔할 경우, 카메라 비용과 조작 관리의 복잡함 등 단점이 있고, 라인 스캔 카메라는 고해상도의 스캔이 가능하지만, 이미지 센서(22)의 양자효율(Quantum Efficiency)상 영상이 어둡게 출력되는 경향이 있기 때문이다.
이를 보안하고자 상술한 지연 적분 촬상 카메라를 사용하여 검사에 적합한 수준의 해상도와 영상 품질을 얻을 수 있으며, 고속 촬영이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 적외선 조명을 이용한 검사 장치와 그 이외의 조명으로 배터리를 스캔한 이미지를 확대하여 비교한 모습을 보여주고 있다.
(a)는 가시광선 중 블루 영역(Blue Line)의 파장대를 갖는 조명으로 검사체(30)인 2차 배터리용 포장체를 조사하여 카메라부(20)로 스캔한 영상이다. 블루 영역의 파장대를 갖는 조명으로 조사하면 금속층(34)으로부터 조명의 난반사와 노이즈가 많이 발생하여 검사가 가능한 수준의 영상 확보가 어렵다. 따라서 금속층(34)의 테이핑 처리된 테이프 영역(35)과 투명 코팅층(32)에 바코드와 문자가 프린트된 프린팅 영역(36)이 확인되지 않아 2차 배터리의 검사가 불가능하다.
(b)는 난반사를 감소기키기 위해 가시광선 중 블루 영역의 파장대를 갖는 조명을 돔 형태로 변형(Blue Line Dome)시켜 2차 배터리를 스캔한 영상이다. 돔(Dome)형태의 조명이 블루 영역의 파장대를 갖는 조명보다 난반사가 다소 감소하게 되지만, 돔 형태의 조명 또한 투명 코팅층(32)으로부터 조명이 반사되어 검사하기 위한 영상의 품질로는 다소 부족하다. 또한 블루 영역의 파장대를 갖는 조명으로 스캔하였을 때와 마찬가지로 금속층(34)의 테이핑 처리된 테이프 영역(35)과 투명 코팅층(32)에 바코드와 문자가 프린트된 프린팅 영역(36)이 잘 확인되지 않아 검사가 실질적으로 불가능하다.
그러나 이와 반대로 (c)는 적외선 조명을 이용하여 스캔하게 되면 비교적 밝고, 검사하기 적합한 수준의 영상을 확보할 수 있다. 또한 투명 코팅층(32)의 프린트 영역(35)과 테이프 영역(35)이 스캔되지 않아 금속층(34)의 모든 면이 가려지는 부분 없이 정확하게 검사할 수 있다. 적외선 조명부(10)에 있어서, 2차 배터리의 금속층(34) 표면의 특성을 가장 잘 표현할 수 있는 파장으로는 850nm 이상 1050nm 이하의 파장을 사용하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 광원의 파장 범위에 따른 검사체(30)인 2차 배터리용 포장체에 대한 검사 가능 여부는 다음과 같다.
<광원에 따른 검사 영역 별 검사 가능 여부>
검사영역 광원
블루(Blue) 영역 광원(400~500nm) 가시광선(White) 광원(400~700nm) 적외선(IR)
(850~1050nm)
2차 배터리 △ △ O
테이프 영역 X X O
프린팅 영역 X X O
가시광선 중 블루(Blue)영역(400-500nm)의 광원과 가시광선(White) 광원(400-700nm)에서 2차 배터리용 포장체를 검사하게 되면, 각각 테이프 영역(35)과 프린팅 영역(36)이 잘 보이지 않는 경향이 있는 반면에 적외선 조명부(10)로 2차 배터리용 포장체를 검사하면 모든 영역이 난반사나 일정 영역이 가려지는 부분 없이 관찰할 수 있다.
즉, 적외선 조명부(10)를 이용하게 되면, 2차 배터리용 포장체의 테이프 영역(35)과 프린팅 영역(36)을 포함한 모든 영역이 난반사로 인해 가려지는 부분 없이, 금속층(34)의 표면을 모두 검사할 수 있다. 그러나 블부 영역과 가시광선 영역으로만 이루어진 광원은 2차 배터리용 포장체의 금속층(34) 일부분만 관찰되어 검사장치(1)에 사용하기 적합하지 않다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
1 : 검사 장치 10 : 적외선 조명부
20 : 카메라부 22 : 이미지 센서
30 : 검사체 32 : 투명 코팅층
34 : 금속층 35 : 테이프 영역
36 : 프린팅 영역

Claims (11)

  1. 투명 코팅층과 적어도 알루미늄을 포함하는 금속층으로 이루어진 검사체에 기설정된 파장을 갖는 적외선을 조사하는 적외선 조명부; 및
    상기 적외선 조명에 반사되는 상기 검사체의 표면을 스캔하는 카메라부;
    를 포함하고,
    상기 적외선 조명부에서 조사되는 적외선은 상기 투명 코팅층 또는 상기 금속층에서 난반사가 발생되지 않도록 910nm 이상 1050nm 이하의 파장 범위를 갖으며,
    상기 카메라부는 시간 지연 적분 촬상(TDI, Time Delay Integration) 방식으로 상기 검사체를 스캔하고,
    상기 카메라부는 높이 방향을 따라 복수개의 라인 형태의 영역으로 나란하게 배열되는 이미지 센서를 구비하며,
    상기 이미지 센서는 나란하게 배열된 복수개의 영역이 시간 차이를 두고 스캔한 검사체의 이미지를 합친 다음 출력하고,
    시간 차이를 두고 진행방향을 따라 이동하는 상기 검사체의 이동속도와 상기 이미지 센서의 촬영 속도가 동기화되어 각 영역에서 촬영이 이루어지며,
    상기 910nm 이상 1050nm 이하의 파장 범위를 갖는 상기 적외선 조명부에 의하면, 상기 금속층의 적어도 일부에 테이핑된 테이프 영역 및 상기 투명 코팅층의 적어도 일부에 프린팅된 프린팅 영역은 상기 카메라부에 의해 스캔되지 않는 적외선 조명을 이용한 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 조명부는 적외선 엘이디(LED)인 것을 특징으로 하는 적외선 조명을 이용한 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 조명부는 적외선이 상기 검사체에 소정 각도로 조사되도록 배치되고, 상기 카메라부는 상기 검사체에서 적외선이 반사되는 부분의 상부에 배치되는 적외선 조명을 이용한 검사 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 투명 코팅층은 폴리프로필렌 재질로 형성되는 적외선 조명을 이용한 검사 장치.
  9. 투명 코팅층과 금속층으로 이루어진 검사체에 910nm 이상 1050nm 이하의 파장 범위를 갖는적외선을조사하는적외선조명부; 및
    상기 검사체의 상부에 배치되고, 상기 적외선 조명에 반사되는 상기 검사체의 표면을 스캔하는 카메라부;
    를 포함하고,
    상기 카메라부는 시간 지연 적분 촬상(TDI, Time Delay Integration) 방식으로 상기 검사체를 스캔하고,
    상기 카메라부는 높이 방향을 따라 복수개의 라인 형태의 영역으로 나란하게 배열되는 이미지 센서를 구비하며,
    상기 이미지 센서는 나란하게 배열된 복수개의 영역이 시간 차이를 두고 스캔한 검사체의 이미지를 합친 다음 출력하고,
    시간 차이를 두고 진행방향을 따라 이동하는 상기 검사체의 이동속도와 상기 이미지 센서의 촬영 속도가 동기화되어 각 영역에서 촬영이 이루어지며,
    상기 910nm 이상 1050nm 이하의 파장 범위를 갖는 상기 적외선 조명부에 의하면, 상기 금속층의 적어도 일부에 테이핑된 테이프 영역 및 상기 투명 코팅층의 적어도 일부에 프린팅된 프린팅 영역은 상기 카메라부에 의해 스캔되지 않는 적외선 조명을 이용한 검사 장치.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 검사체는 배터리를 감싸기 위한 것으로서, 상기 투명 코팅층은 폴리프로필렌 재질로 형성되는 적외선 조명을 이용한 검사 장치.
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