KR100271204B1 - 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3상 조명방법을 이용함으로써 검사체 표면의 조도변화를 없게 하여 시간적으로 균일한 밝기의 영상을 얻을 수 있는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 검사하고자 하는 물체의 표면에 균일한 조도값을 제공하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치에 있어서, 상기 3상 교류전원의 각각의 상에 각각 연결된 다수의 광원(S1,S2,S3)이 배치된 원호형의 광원팩(12)과, 상기 광원팩(12)의 상부에 결합되어 상기 광원(S1,S2,S3)에서 발생된 광을 광출구(13)에 집광시키는 집광장치(14)와, 상기 광원팩(12)과 상기 집광장치(14)를 고정하는 케이싱(11) 및, 상기 광원팩(12)과 상기 집광장치(14)를 상기 케이싱(11)에 대해 상하방향으로 자유롭게 위치조절하는 조절부(15)를 포함하며, 여러 세트의 상기 3상 광원(S1,S2,S3)을 설치하는 경우 각 상의 광원이 순차적으로 배치(S1,S2,S3,S'1,S'2,S'3……)되어 있고, 상기 물체의 표면에서 균일한 조도값을 갖도록 상기 조절부(15)를 조절하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치가 제공된다.

Description

3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치

본 발명은 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치에 관한 것이며, 특히, 3상 교류전원에 형광등 또는 백열전구등을 사용하여 조명의 변동이 없도록 하는 시균일 조명장치에 관한 것이다.

라인스캔 카메라를 이용하여 물체의 표면검사 작업을 수행할 때 조명의 변동으로 인한 물체표면의 조도변화가 발생할 경우에는, 라인스캔 카메라로 획득한 영상에 명암변화가 발생하여 검사오류를 유발하게 된다. 이런 조명의 변동이 없는 조명장치를 시균일(時均一) 조명장치라 한다.

이런 시균일 조명을 얻기 위하여 종래에는 교류를 직류로 바꾸어 직류전원으로 조명하는 방법 또는 고주파 형광등을 이용하여 조명하는 방법을 사용하였다. 그러나, 교류를 직류로 바꾸어 조명하는 방법은 고가의 직류변환 장치가 필요하며 광원도 할로겐 램프와 같은 점광원 타입이 사용되므로 직선상에서 균일한 조명이 요구되는 라인스캔 카메라를 위한 조명장치로는 부적합하다는 단점이 있다. 또한, 고주파 형광등을 이용하는 방법에 사용되는 고주파 형광등은 20㎑이상의 고주파가 인가될 때 점등되는 방식으로 잔상효과 때문에 시간적인 변화없이 균일한 조명을 얻을 수 있으며, 직선형의 고주파 형광등은 직선형으로 물체에 균일하게 조명할 수 있다는 장점이 있지만, 이런 고주파 형광등 및 여기에 사용되는 고주파 변환장치가 매우 고가(약 400만원)라는 단점이 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 3상 조명방법을 이용함으로써 검사체 표면의 조도변화를 없게 하여 시간적으로 균일한 밝기의 영상을 얻을 수 있는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고,

도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 조명원리를 설명하기 위한 개략도이고,

도 4는 도 1에 도시된 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 광원의 배치관계를 설명하기 위한 개략도이며,

도 5는 도 1에 도시된 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치를 이용하여 물체의 표면을 검사하는 방법을 도시한 개략도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 조명장치 11 : 케이싱

11a : 돌출부 12 : 광원팩

13 : 광출구 14 : 집광장치

15 : 거리조절나사 16 : 반사경

P,P' : 검사체의 표면 S1,S2,S3 : 형광등

α,β : 조명각도

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 검사하고자 하는 물체의 표면에 균일한 조도값을 제공하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치에 있어서, 상기 3상 교류전원의 각각의 상에는 다수의 광원이 각각 연결되어 검사하고자 하는 물체의 표면에 균일한 조도값을 제공하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 다수의 광원이 배치된 원호형의 광원팩과, 상기 광원팩의 상부에 결합되어 상기 광원에서 발생된 광을 광출구에 집광시키는 집광장치 및, 상기 광원팩과 상기 집광장치를 고정하는 케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 광원팩과 상기 집광장치를 상기 케이싱에 대해 상하방향으로 자유롭게 위치조절하는 조절부를 부가적으로 포함으로써 상기 물체의 표면에서 균일한 조도값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 3상 교류전원의 각 상에 연결된 한 세트의 3상 광원이 상기 광원팩에 다수개 설치될 경우에, 짝수개의 광원세트는 상기 광원들을 상기 광원팩의 중심선을 기준으로 대칭되게 설치하여 시균일 조명을 얻으며, 홀수개의 광원세트는 어느 한 광원세트를 기준으로 상호대칭되게 설치하고 상기 조절부를 상하방향으로 위치조절하여 시균일 조명을 얻는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치가 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 구성요소들을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 조명원리를 설명하기 위한 개략도이며, 도 4는 도 1에 도시된 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치의 광원의 배치관계를 설명하기 위한 개략도이다.

도 1에 보이듯이, 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치(1)는 몸체부의 역할을 하는 케이싱(11)과, 광원의 역할을 하는 형광등(S1,S2,S3)이 배치되어 있는 광원팩(12)과, 상기 형광등(S1,S2,S3)에서 발생된 광을 광출구(13)에 집광시키는 집광장치(14) 및, 상기 광원팩(12)과 상기 집광장치(14)를 상기 케이싱(11)에 고정함과 동시에 상하방향으로 이동시키는 거리조절나사(15)를 포함한다.

여기에서, 상기 광원팩(12)은 광출구(13)를 원의 중심으로 하여 소정의 반경을 갖는 원호형으로 형성되어 상기 거리조절나사(15)가 결합될 수 있게 형성되어 있다. 이런 형상을 갖는 광원팩(12)에 배치되어 있는 3개의 형광등(S1,S2,S3)은 3상 교류전원에 연결되어 있다. 이 때, 각각의 형광등(S1,S2,S3)은 3상 교류전원의 각각의 상에 연결되어 있고 또한 서로간에 등간격을 유지할 수 있도록 배치되어 있다. 이렇게 형광등(S1,S2,S3)이 등간격으로 배치된 광원팩(12)의 상부에는 광을 집광시키는 집광장치(14)가 배치되는데, 이런 집광장치(14)는 상기 광원팩(12)과 함께 거리조절나사(15)에 결합될 수 있게 형성되어 있다. 이런 집광장치(14)와 광원팩(12)을 거리조절나사(15)를 이용하여 서로 결합시키면 상부에는 광출구(13)가 형성되고, 상부에서 하부방향으로 절단한 단면은 부채꼴 형상을 갖게 된다. 이렇게 형성된 집광장치(14)와 광원팩(12)의 내측면에는 광을 반사시키는 반사경(16)이 배치되어 있다.

또한, 몸체부의 역할을 하는 케이싱(11)의 내측면에는 상기 나사조절나사(15)가 체결될 수 있는 돌출부(11a)가 형성되어 있고, 상부면에는 검사하고자 하는 천이나 종이 등의 검사체를 올려놓고 일정한 속도로 이송하는데 사용되는 검사대(도시생략)가 안착될 수 있도록 형성되어 있다. 이런 돌출부(11a)에 체결된 거리조절나사(15)에 의해 상기 광원팩(12)과 집광장치(14)는 상기 케이싱(11)의 내측공간에 위치하게 되고, 거리조절나사(15)의 조절에 의해 상하방향으로 자유롭게 이동가능하게 된다. 즉, 상기 거리조절나사(15)를 조절함으로써, 상기 검사대의 상부에 배치되는 검사체의 표면으로부터 광원의 역할을 하는 형광등(S1,S2,S3)까지의 거리를 자유롭게 조절하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치(1)의 조명원리를 도 2 내지 도 4를 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 2에 보이듯이, 예를 들어, 반지름 R 를 갖는 광원팩(12)에 안착되어 있는 3개의 형광등(S1,S2,S3)간의 거리가 무시할 만큼 작다면 검사체의 표면(P')에서는 3상의 형광등(S1,S2,S3)에서 발생된 조도가 합성되어 시간적으로 변동이 없는 직류성의 균일한 합성조도를 갖게된다. 즉, 상기 광원팩(12) 전체를 3상의 광을 발생시키는 단일의 광원으로 간주할 수 있게 된다. 또한, 광원팩(12) 내의 3개의 형광등(S1,S2,S3)의 밝기가 동일하다면 광원팩(12)으로부터 임의거리에서의 조도는 3상의 형광등(S1,S2,S3)의 광이 합성된 것으로서 검사면(P')에서 시간적인 변동없이 균일하게 된다. 이런 경우, 검사체의 검사위치는 광원팩(12) 중심선상의 임의의 위치에서도 가능하게 된다.

그러나, 예를 들어, 3개의 형광등(S1,S2,S3)간의 거리가 큰 경우에는 각각의 형광등(S1,S2,S3) 마다 다른 조명각도를 갖게되며, 이 때, 검사체의 표면(P')에서는 이런 검사면(P')에 수직인 위치에 있는 형광등(S2)의 영향을 가장 크게 받게되어 리플(ripple)성 조도변동이 발생한다. 즉, 도 2에 보이듯이, 1개의 형광등(S2)은 검사면(P')에 수직으로 조명할 수 있는 반면, 2개의 형광등(S1,S3)은 검사면(P')에 경사지게 조명을 하게 된다. 그러므로, 검사면(P')으로부터 3개의 형광등(S1,S2,S3)간의 거리가 동일하다고 하더라도 중앙에 위치한 형광등(S2)의 영향을 가장 크게 받게된다. 이로 인해 중앙에 위치하는 형광등(S2)의 주기에 해당하는 조도리플이 발생하게 된다. 이런 조도리플, 즉, 조도의 불균형을 해소하기 위해서는 광원팩(12) 전체를 이동시켜 검사체 표면(도 3에서 P)까지의 거리를 조절함으로써 시간적으로 변동하지 않는 조도를 얻을 수 있게 된다. 이런 조도의 불균형을 해소하는 방법을 도 3을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 3에 보이듯이, 반지름이 R 인 원호형의 광원팩(12)에 3개의 형광등(S1,S2,S3)을 설치할 경우에 각각의 형광등(S1,S2,S3)으로부터 검사체의 표면(P')까지의 거리는 동일하지만 각각의 형광등(S1,S2,S3)에 의한 조도는 조명각도가 다르기 때문에 동일하지 않다. 이렇게 검사체의 표면(P')에서의 불균형한 조도값을 동일하게 하기 위해서는 검사면(P')으로부터 중앙에 위치하는 형광등(S2)까지의 거리를 다른 2개의 형광등(S1,S3)까지의 거리에 비해 소정의 크기만큼 멀게하면 된다. 즉, 각각의 형광등(S1,S2,S3)이 고정된 광원팩(12) 전체를 아래로 ℓ 만큼 이동시키면 검사면(P)으로부터 중앙에 위치하는 형광등(S2)까지의 거리가 다른 2개의 형광등(S1,S3)에 비해 멀게되는 효과가 있다. 이 때, 2개의 형광등(S1,S3)으로부터 검사면(P)까지의 거리를 L 이라 하면, 2개의 형광등(S1,S3)은 반지름을 L 로하는 원주상에 위치하게 되고(도 3에서 점선으로 표시), 중앙에 위치하는 형광등(S2)까지의 거리는 L+ΔL 로서 다른 2개의 형광등(S1,S3)에 비해 검사면(P)으로부터 ΔL 만큼 멀어지게 된다. 결과적으로, 검사면(P)에서의 중앙 형광등(S2)의 조도값을 ΔL 로 조절함으로써 감소시킬 수 있게 되어 다른 2개의 형광등(S1,S3)의 조도와 균형을 맞출 수 있게 된다. 또한, 광원팩(12)을 ℓ 만큼 이동 설치하면 원래 α 이던 조명각도를 β 로 줄어들게 함으로써 형광등(S1,S2,S3)간의 조도 불균형이 작아지게 되어 시균일 조도를 얻을 수 있게 된다. 종합적으로 살펴보면, 광원팩(12)과 검사면간의 거리를 ℓ 만큼 증가시키면 중앙 형광등(S2)과 검사면(P)간의 거리 ΔL 이 증가하는 효과와 2개의 형광등(S1,S3)으로부터 검사면(P)에 이르는 조명각도가 작아지는 효과가 있는데 이들은 모두 3개의 형광등(S1,S2,S3)들간의 조도불균형을 줄이는 데 기여하여 시균일 조도를 얻게 된다.

앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치(1)에서는 검사면(P)에서의 동일한 조도값을 갖도록 도 1에 도시된 거리조절나사(15)를 상하방향으로 조절하여 사용하고 있다. 또한, 광원팩(12)의 중앙에 배치될 형광등(S2)을 다른 2개의 형광등(S1,S3)이 위치한 원주상보다 더외곽에 위치할 수 있도록 초기에 배치하여 사용할 수도 있다.

또한, 3개의 형광등(S1,S2,S3)이 1세트로 구성된 3상 광원에 의한 조도값이 충분히 크지 않을 경우에는 여러 세트의 광원을 사용하게 되는데, 이런 여러 세트의 광원의 배치방법을 도 4를 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 4에 보이듯이, 3개의 형광등(S1,S2,S3)이 1세트로 구성된 여러 세트의 3상 광원을 광원팩(12)에 설치한다. 이 때, 3상 교류전원의 각 상에 연결된 3개의 형광등(S1,S2,S3)을 순차적으로 배치한다. 즉, 광원팩(12)의 좌측으로부터 S1,S2,S3,S'1,S'2,S'3 …… 순으로 형광등이 배치되며, 이 때, 이 들 형광등은 광원팩(12)의 중심선을 중심으로 대칭되게 배치된다.

여기에서, 상기 광원팩(12)의 중심선을 기준으로 대칭위치에 있는 임의의 두 광원세트들의 조명각도를 각 상별로 합하면 3상이 모두 같게 되므로 이들에 의한 조명은 시균일하게 된다. 즉, 3세트의 광원이 설치된 도 4를 예를 들면, 광원팩(12)의 중심선을 기준으로 한 ∠S1+∠S"1=∠S2+∠S"2=∠S3+∠S"3 (Sk는 k상에 의한 조명각도를 의미함)가 되어 첫 번째와 세 번째 세트의 합성된 조명은 시균일하게 된다.

일반적으로 다수의 광원세트를 광원팩(12)에 설치되는 경우에는 짝수개의 경우와 홀수개의 경우로 나누어 설치한다. 즉, 짝수개의 광원세트는 광원들을 광원팩(12)의 중심선을 기준으로 대칭되게 설치함으로써 다른 조작없이도 시균일 조명을 얻을 수 있다. 그러나, 홀수개의 광원세트의 경우에 있어서, 광원세트들이 중앙의 광원세트를 중심으로 대칭되게 설치되어 있으면, 대칭위치에 있는 광원세트를 제외한 중앙의 광원세트에 대해서만 시균일화 조작을 하면 되므로 도 3에서와 같은 방법에 의한 거리조절에 의해서 시균일 조명을 얻을 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치(1)를 물체의 표면검사에 이용하는 방법을 설명하겠다.

도면에서, 도 5는 도 1에 도시된 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치를 이용하여 물체의 표면을 검사하는 방법을 도시한 개략도이다.

도 5에 보이듯이, 조명장치(1)의 상부에는 검사하고자 하는 천이나 종이 등을 올려놓고 일정한 속도로 이송시키는 역할을 하는 검사대(2)가 배치되어 있고, 이런 검사대(2)의 소정의 상부에는 라인스캔 카메라(3)가 고정배치되어 있다.

여기에서, 라인스캔 카메라(3)는 일정한 직선상을 고속 반복적으로 스캔하여 영상화하는 카메라로서, 이런 라인스캔 카메라(3)가 직선상을 반복적으로 스캔하는 동안 스캔 라인상을 가로질러 이동하는 검사대(2) 위의 물체전체를 스캔하여 영상화한다.

이렇게 물체를 표면검사할 수 있게 모든 구성요소들이 배치되면, 검사위치를 광원팩(12) 중심선상의 임의의 위치에 고정하고 라인스캔 카메라(3)의 초점을 검사위치에 맞춘다. 그런 다음, 조명장치(1)의 거리조절나사(15)를 조절하여 광원팩(12)을 광원팩(12)의 중심선상을 따라 이동시키면서 검사위치에 대한 라인스캔 카메라(3)의 영상의 리플크기가 최소인 위치를 최적의 조명위치로 선정한다. 그리고 나서, 이렇게 선정된 위치에 광원팩(12)을 고정하고 라이스캔 카메라(3)를 이용하여 물체의 검사를 수행하게 된다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치는 일반적인 형광등이나 백열전구등에 3상 교류전원을 사용함으로써 교류전원으로부터 직류성 조도를 얻고, 조명장치의 제작시 발생하는 리플성 조도변화를 광원팩과 검사위치간의 거리조절에 의해 최소화할 수 있어서, 종래의 시균일 조명장치들과 비교하여 동등한 시균일화 성능을 가지면서도 매우 저렴하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치는 라인스캔 카메라를 이용한 직물이나 종이, 반도체 등의 표면을 검사하는 오류 검사장치를 위한 조명기구로 활용될 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (4)

1. 검사하고자 하는 물체의 표면에 균일한 조도값을 제공하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치에 있어서,

   상기 3상 교류전원의 각각의 상에는 다수의 광원(S1,S2,S3)이 각각 연결되어 검사하고자 하는 물체의 표면에 균일한 조도값을 제공하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 광원(S1,S2,S3)이 배치된 원호형의 광원팩(12)과, 상기 광원팩(12)의 상부에 결합되어 상기 광원(S1,S2,S3)에서 발생된 광을 광출구(13)에 집광시키는 집광장치(14) 및, 상기 광원팩(12)과 상기 집광장치(14)를 고정하는 케이싱(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 광원팩(12)과 상기 집광장치(14)를 상기 케이싱(11)에 대해 상하방향으로 자유롭게 위치조절하는 조절부(15)를 부가적으로 포함으로써 상기 물체의 표면에서 균일한 조도값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 3상 교류전원의 각 상에 연결된 한 세트의 3상 광원(S1,S2,S3)이 상기 광원팩(12)에 다수개 설치될 경우에, 짝수개의 광원세트는 상기 광원들을 상기 광원팩(12)의 중심선을 기준으로 대칭되게 설치하여 시균일 조명을 얻으며, 홀수개의 광원세트는 어느 한 광원세트를 기준으로 상호대칭되게 설치하고 상기 조절부(15)를 상하방향으로 위치조절하여 시균일 조명을 얻는 것을 특징으로 하는 3상 교류전원을 이용한 시균일 조명장치.