KR100340013B1 - 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가동거울을 이용하여 검사대상을 2차원 비젼처리 후 높이를 측정하여 3차원으로 검사할 수 있는 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼 시스템에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 장치는 소정의 빛을 발생하는 광원; 제어신호에 따라 광로를 변경하여 검사대상을 스캔하기 위한 가동거울; 검사대상의 이미지를 수집하기 위한 카메라; 소정의 레이저를 발생하고, 다시 수광된 레이저에 의해 검사대상의 높이를 측정하기 위한 거리 측정수단; 및 2차원 검사단계에서 가동거울을 제어하여 광원의 빛으로 검사대상의 평면을 스캔하게 하고, 스캔된 이미지를 카메라로 수집하여 검사대상의 2차원 이미지를 구해 화면상에 표시하며, 3차원 검사단계에서 가동거울을 제어하여 거리 측정수단이 발생하는 레이저를 검사대상에 조사하게 하고, 검사대상으로부터 반사된 레이저를 다시 거리 측정수단에 수광케하여 검사대상의 높이 프로파일을 작성하며, 2차원 검사단계에서 구해진 이미지와 높이 프로파일을 분석하여 검사대상의 합격여부를 판별하는 컴퓨터를 포함한다. 그리고 본 발명에 따라 정밀부품 검사를 위한 컴퓨터 비젼시스템을 구성할 경우에 2차원 검사와 3차원 검사를 하나의 시스템으로 용이하게 처리할 수 있다.

Description

가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼 시스템{ Computer vision system using rotating mirrors }

본 발명은 반도체 생산과정이나 정밀부품 조립과정에서 미세한 부품을 카메라로 촬상한 후 이 촬상된 이미지를 컴퓨터로 처리하여 검사대상의 합격여부를 판정하는 컴퓨터 비젼시스템(computer vision system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검사대상을 2차원 비젼처리 후 높이를 측정하여 3차원으로 검사할 수 있는 가동거울을 이용한 3차원 비젼검사 방법 및 컴퓨터 비젼시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 생산과정이나 정밀부품 조립과정에서 미세한 부품은 육안으로 검사하는 것이 불가능하기 때문에 미세 부품의 검사에는 컴퓨터 비젼시스템을 이용한다. 이러한 컴퓨터 비젼시스템을 이용하여 제품을 검사할 경우에, 종래에는 주어진 검사영역에 대해 정밀한 이미지를 얻기 위해 고해상도의 카메라를 이용하거나 저해상도의 카메라를 이용하여 좁은 영역의 이미지를 취하면서 카메라를 이동하거나 검사 대상물을 이동하여 전체 검사영역에 대해 검사를 수행하였다.

한편, 3차원 비젼검사를 위해 검사 대상물의 높이 등을 검사하는 종래의 방식은 컴퓨터 비젼시스템과는 별도로 검사대상 부품을 X,Y 플로터 아래에 위치시킨 후 거리측정이 가능한 레이저 발생장치를 이동하면서 검사대상에 레이저를 쏘아 반사되는 비임의 각도에 따라 검사 대상물의 높이 분포를 측정하였다.

그런데 이와 같이 카메라 혹은 거리측정장치를 이동하거나 대상물을 이동하면서 이미지를 취해 검사하는 종래방법은 검사대상이 넓거나 매우 정밀한 화상이 필요하면 이에 따라 이동회수가 증가하게 되고, 따라서 이동에 필요한 시간 및 기계적으로 정지하기 위한 시간이 필요하여 검사시간이 많이 걸리는 문제점이 있다. 그리고 고해상도 카메라를 이용하는 방법은 그 카메라가 고가이기 때문에 제작비가 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 고속모터에 의해 구동되는 가동거울을 이용하여 검사영역을 고속으로 스캔하여 2차원 평면검사를 수행한 후 지정된 검사영역에 대해 다시 가동거울을 이용하여 거리(즉, 대상물의 높이)를 측정하므로써 기계적 가동부분을 극히 작게 하여 검사속도를 높이고, 단위 면적당 화소수도 높일 수 있는 컴퓨터 비젼시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원의 온/오프와 광도를 제어하는 광원제어기; 상기 광원으로부터 입사된 빛을 특정 각도로 반사시키는 하프미러; 상기 하프미러에서 반사된 빛을 X축과 Y축으로 일정 각도만큼 반사시켜 상기 검사대상을 조사하고, 상기 검사대상에서 반사되는 빛이 상기 조사경로를 따라 되돌아가도록 하는 조사수단; 상기 조사수단의 각도를 조절하기 위한 모터 제어기; 상기 조사수단을 통해 되돌아온 빛을 촬영하는 CCD 카메라; 레이저 비임을 상기 하프미러로 조사하여, 상기 조사수단에 입사시킨 후 상기 조사수단을 통해 되돌아온 레이저 비임을 수광하는 거리측정장치; 상기 거리측정장치를 제어하는 LD 제어기; 및 상기 광원 제어기와 모터 제어기를 제어함으로서 상기 검사대상의 평면을 스캔하여 상기 CCD 카메라를 통해 촬영된 영상으로부터 상기 검사대상의 2차원 이미지를 구해 화면상에 표시하고, 상기 LD 제어기를 제어하여 상기 거리측정장치에서 수광된 레이저 비임을 분석함으로서 상기 검사대상의 높이 프로파일을 작성한 후, 상기 2차원 이미지와 높이 프로파일 데이터를 기 규정된 정상 데이터와 비교하여 상기 검사대상의 합격여부를 판별하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 한다.상기 조사수단은, 상기 하프미러에서 반사된 빛을 X축 방향의 일정 각도로 반사시키는 X축 가동거울; 상기 X축 가동거울에서 반사된 빛을 Y축 방향의 일정 각도로 반사시켜 상기 검사대상을 조명하는 Y축 가동거울; 상기 모터 제어기의 제어에 따라 상기 X축 가동거울을 구동하는 X축 모터; 및 상기 모터 제어기의 제어에 따라 상기 Y축 가동거울을 구동하는 Y측 모터를 포함하도록 구성하여 바람직하게 실시할 수 있다.또한 상기 조사수단은, 하나의 전반사 거울; 상기 전반사 거울을 X축 방향의 일정 각도로 회전시키는 X축 구동모터; 및 상기 전반사 거울을 Y축 방향의 일정 각도로 회전시키는 Y축 구동모터를 포함하도록 구성하여, 하나의 거울로서 그 기능을 수행하도록 할 수도 있다.

도 1a 는 본 발명에 따른 3차원 컴퓨터 비젼시스템의 제1 실시예,

도 1b는 도 1a의 3차원 검사를 위한 레이저 비임 경로를 도시한 도면,

도 2a는 본 발명에 따른 3차원 컴퓨터 비젼시스템의 제2 실시예,

도 2b는 도 2a의 3차원 검사를 위한 레이저 비임 경로를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 3차원 컴퓨터 비젼시스템의 제3 실시예,

도 4a,b는 본 발명에 적용되는 거리측정 개념을 설명하기 위하여 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 비젼시스템에서 이용되는 소프트웨어의 구성을 도시한 블록도,

도 6은 본 발명에 따른 3차원 비젼시스템을 이용하여 제품을 검사하는 절차를 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 이송벨트 2: 이송모터

3: 이송제어기 4: 검사대상

5: 검사영역 6: 셀

10: 컴퓨터 20: CCD카메라

25: 하프미러 27: 광원제어기

28: 광원 30: 모터제어기

31: X축 가동거울 32: X축 모터

35: Y축 가동거울 36: Y축 모터

40: LD제어기 42: 거리측정장치

410: 레이저 다이오드 420: 발광렌즈

430: 수광렌즈 440: CCD소자

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 3차원 컴퓨터 비젼시스템의 제1 실시예를 도시한 도면으로서, 컴퓨터 비젼시스템은 크게 검사 대상을 이송하기 위한 부분과 카메라 부분, 검사 대상을 조명하여 광학적 이미지를 입력하기 위한 광학부분, 검사대상의 높이를 측정하기 위한 거리 측정수단, 그리고 입력된 이미지를 처리하여 검사를 수행하고 이송지령 및 위치제어지령을 제공하는 컴퓨터부분으로 구성된다.

도 1에서 검사 대상을 이송하기 위한 부분은 검사 대상(4)을 올려 놓고 이송하기 위한 이송벨트(1)와 이송모터(2), 컴퓨터의 지령에 따라 이송모터(2)를 제어하기 위한 이송제어기(3)로 이루어져 검사 대상(4)을 이송한다. 이때 검사대상(4)은 전체 검사영역(5)을 작은 영역들(이하 '셀'이라 한다: 6)로 나누어 검사하는데, 하나의 셀(6)은 카메라로 한번에 입력될 수 있는 정도의 이미지 크기이다.

카메라 부분은 렌즈(21)를 통해 입력된 이미지를 전기적인 신호로 변환한 후 디지탈신호로 변환하여 출력하는 CCD 카메라(20)로 구현되는데, 이 카메라(20)는 렌즈의 위치를 제어하여 초점을 조절하는 자동 초점조절기능을 갖는다.

광학부분은 광원제어기(27)와 광원(28), 하프미러(25), X축 가동거울(31), X축 모터(32), Y축 가동거울(35), Y축 모터(36), 모터 제어기(30)로 구성되어 가동거울(31,35)의 각도에 따라 검사영역의 셀(6)을 변경하면서 검사영역의 이미지를 카메라측으로 입력시킨다. 이때 광학부분의 배치 구조를 살펴 보면, 광원(28)의 전방에 광원의 중심축에 대해 45도 기울어져 하프미러(25)가 위치한다. 그리고 X축 가동거울(31)과 하프미러(25)와 CCD 카메라 렌즈(21)는 동일 축(a)상에 위치하여 광원(28)으로부터 하프미러(25)로 입사된 빛 중 하프미러(25)에서 반사된 빛이 X축 가동거울(31)측으로 향하게 되고, X축 가동거울(31)로부터 하프미러(25)로 입사된 빛 중 하프미러(25)를 투과한 빛이 CCD카메라(20) 측으로 향하게 된다. 또한 Y축 가동거울(35)은 X축 가동거울(31)과 동일 축(b)상에 위치하여 X축 가동거울(31)에서 반사된 빛이 Y축 가동거울(35)을 통해 검사영역의 특정 셀(6)을 조명한다. 그리고 조명에 의해 형성된 특성 셀에 대한 이미지가 Y축 가동거울(35)에서 반사되고, 이어 X축 가동거울(31)에서 반사된 후 하프미러(25)를 통과하여 CCD 카메라(20)로 향하게 된다. 이와 같이 조명을 위한 광로는 광원(28) - 하프미러(25) - X축 가동거울(31) - Y축 가동거울(35) - 검사영역의 셀(6)로 이루어지고, 셀의 이미지 광로는 검사영역의 셀(6) - Y축 가동거울(35) - X축 가동거울(31) - 하프미러(25) - CCD카메라(20)로 이루어진다.

광원제어기(27)는 광원의 온,오프 및 광도를 제어하는데, 광원(28)은 어느정도 지향성을 갖는 빛을 방사한다. X축 모터(32)는 모터제어기(30)의 x축 제어신호에 따라 X축 가동거울(31)의 각도를 변경하여 검사영역의 셀을 X축 방향으로 선택하고, Y축 모터(36)는 모터제어기(30)의 y축 제어신호에 따라 검사영역 셀을 Y축 방향으로 선택한다. 모터제어기(30)는 컴퓨터(10)의 지령에 따라 검사영역의 셀을 선택하기 위한 x축, y축 제어신호를 각 모터(32,36)에 제공한다.

3차원 검사를 위한 거리측정수단은 LD제어기(40)와 거리측정장치(42)로 구성되어 카메라(20)와 동일 방향에 설치되어 있다. LD제어기(40)는 거리측정장치(42)의 LD를 온,오프제어하고 수신된 광신호를 컴퓨터(10)에 전달한다. 거리측정장치(42)의 LD가 온되면, X축 가동거울(31)로 레이저 비임을 방출하여 Y축 가동거울(35)을 거쳐 검사대상의 검사영역에 레이저 비임을 조사하고, 검사대상(4)에서 반사된 레이저 비임을 동일한 광로를 통해 다시 수광하여 검사대상의 높이를 측정할 수 있다.

컴퓨터(10)는 후술하는 바와 같이 각종 기능을 처리하는 소프트웨어를 수행하여 검사를 수행한다. 즉, 2차원 검사단계에서는 거리 측정장치(42)를 오프한 후 X축 가동거울(31)과 Y축 가동거울(35)을 제어하여 광원의 빛으로 검사대상을 평면적으로 스캔하고, 스캔된 영상을 카메라(20)로 수집하여 2차원 이미지를 구한다. 3차원 검사단계에서는 광원(28)을 오프한 후 거리측정장치(42)의 레이저 다이오드를 온하여 레이저 비임을 발생시키고, X축 가동거울(31)과 Y축 가동거울(35)을 제어하여 검사대상에 레이저 비임을 조사하며 반사된 레이저 비임을 동일한 광로를 거쳐거리측정장치(42)의 CCD로 수광하여 검사대상의 높이를 구한다. 그리고 현재 검사영역에 대한 검사가 완료되면 이송제어기(3)에 지령을 전달하여 검사대상(4)을 이송하게 하며, 카메라의 초점과 광원(28)의 온오프를 제어함과 아울러 가동거울(31,35)의 각도를 조절하기 위하여 제어지령을 가동거울 모터 제어기(30)에 제공한다.

도 1b는 도 1a에 도시된 바와 같이 거리측정장치를 카메라와 동일한 위치에 설치할 경우 거리측정 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 1b에서는 2차원 검사를 위한 광원의 경로는 생략하고, 3차원 검사를 위해 거리측정장치(42)가 발생한 레이저 비임의 광로만 도시한다.

2차원 검사단계에서 검사 대상의 전체 검사영역(5)을 카메라(20)가 한번에 촬상하여 처리할 수 있는 화상영역(즉, 셀)(6)으로 나눈다. 예컨대, 도 1a의 전체 검사영역은 NxM 개의 셀로 구분되는데, 이때 임의의 셀을 P(i,j)라 한다. 종래에는 고해상도의 카메라로 전체 검사영역을 촬상하거나 저해상도의 카메라를 이동하면서 전체 검사영역을 촬상하였으나 본 발명에서는 저해상도의 카메라를 고정시켜 놓고 가동거울(31,35)을 이용하여 전체 검사영역을 셀 단위로 촬상한 후 셀 단위로 검사하거나 전체 검사대상 이미지를 형성한다. 이와 같이 본 발명에서는 카메라를 이동시키지 않고, 단지 가동거울(31,35)의 각도만을 조절하여 전체 검사대상 화면을 셀 단위로 스캔하여 처리할 수 있으므로 셀을 스캔하기 위한 제어구조가 간단하고 안정적이며, 소음이나 충격없이 고속으로 이미지를 입력할 수 있다.

2차원 검사단계에서 검사대상에 대한 2차원적인 이미지(즉, 평면 이미지)가구해지면, 3차원 검사를 위한 검사영역을 지정한다. 3차원 검사영역은 2차원 검사에서는 불량이 검출되지 않는 부분으로서, 반도체 칩의 경우 리드선을 예로 들 수 있다. 즉, 반도체칩의 리드선이 들뜬 경우에도 평면적으로는 정상으로 보일 수 있으므로 본 발명에 따른 3차원 검사를 수행할 필요가 있다. 3차원 검사결과, 각 리드선들에 대한 높이 프로파일을 분석해 보면 들뜬 리드선을 검출할 수 있다.

이와 같이 검사영역이 정해지면 거리측정장치(42)의 레이저 다이오드를 온시킨 후 X,Y 가동거울(31,35)을 제어하여 레이저 비임이 검사영역을 조사하게 하고, 검사영역으로부터 다시 반사된 레이저 비임을 거리측정장치(42)의 CCD로 수광한 후 높이 프로파일을 구한다. 이와 같이 구해진 높이 프로파일을 기준 프로파일과 비교하면 이상 여부를 판정할 수 있다.

도 1b에서, 거리측정장치(42)의 LD로부터 방출된 빛은 하프미러를 지나 X축 가동거울(31)과 Y축 가동거울(35)에서 전반사된다. Y축 가동거울(35)에서 전반사된 레이저 비임은 검사대상의 검사영역을 조사하고 검사대상에서 반사된 레이저 비임은 다시 Y 축가동거울(35)과 X축 가동거울(31)을 거쳐 거리측정장치(42)의 CCD카메라로 수광된다.

도 2a는 본 발명에 따른 3차원 컴퓨터 비젼시스템의 제2 실시예로서, 거리측정장치(42)를 광원측에 설치한 경우를 도시한 것이다. 도 2a의 각 구성은 거리측정장치(42)의 위치가 광원쪽으로 이동된 것을 제외하고는 도 1a와 동일하므로, 동일한 부분에 대한 설명은 생략하고 다른 부분을 중심으로 설명한다.

도 2a를 참조하면, 2차원 검사단계에서 거리측정장치(42)는 오프되어 있고,광원(28)으로부터 나온 빛은 도 1a에서와 동일하게 하프미러(25), X축 가동거울(31), Y축 가동거울(35)을 거쳐 검사대상의 각 셀을 조명하고, 검사대상에서 반사된 빛은 Y축 가동거울(35)과 X축 가동거울(31), 하프미러(25)를 거쳐 카메라(20)에서 수집된다.

3차원 검사단계에서 광원(28)은 오프되고, 거리측정장치(42)가 온되어 거리측정장치(42)의 LD에서 발생된 레이저 비임이 하프미러(25)와 X축 가동거울(31), Y축 가동거울(35)을 거쳐 검사대상(4)을 조사한다. 그리고 검사대상(4)에서 반사된 레이저 비임은 다시 Y축 가동거울(35)과 X축 가동거울(31), 하프미러(25)를 거쳐 거리측정장치(42)의 CCD로 수광된다. 3차원 거리측정시의 광로는 도 2b에 보다 자세히 되어 있다.

도 2b는 도 2a와 같은 구성에서 거리측정장치의 레이저 비임 경로를 도시한 도면이다. 도 2b를 참조하면, 거리측정장치(42)의 LD에서 방출된 레이저 비임이 하프미러(25)에서 일부는 투과되고 일부는 반사되어 X축 가동거울(31)로 향한다. X축 가동거울(31)에서 전반사된 레이저 비임은 Y축 가동거울(35)을 거쳐 검사대상에 도달하고, 검사대상에서 다시 반사된 레이저 비임은 동일한 광로를 따라 거리측정장치(42)의 CCD에 도달한다. 이때 거리측정장치에 의해 검사대상의 높이를 측정하는 개념은 다음에 설명할 도 4a 및 도 4b에 자세히 도시되어 있다.

도 3은 본 발명에 따른 3차원 컴퓨터 비젼시스템의 제3 실시예로서, 도 1a의 X축 가동거울(31)과 Y축 가동거울(35) 대신에 X,Y축 방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 하나의 가동거울(39)을 사용한 것을 보여준다. 이와 같이 도 1a 혹은 도 2a의 X,Y 가동거울 대신에 하나의 가동거울을 이용할 수도 있다.

도 4a,b는 본 발명에 적용되는 거리측정개념을 설명하기 위하여 도시한 도면으로서, 도 4a는 거리측정장치의 세부 구성을 도시한 것이고, 도 4b는 CCD로 수신된 광신호의 예를 도시한 신호 파형도이다.

도 4a를 참조하면, 거리측정장치(42)는 레이저 다이오드(LD: 410)와 발광렌즈(420), 수광렌즈(430), CCD소자(440)를 포함한다. 레이저 다이오드(410)에서 방사된 레이저 비임이 검사대상에서 반사되어 CCD소자(440)에 수광될 경우에 검사대상(4)의 높이에 따라 CCD소자(440)에 맺히는 상의 위치가 달라진다. 즉, a 위치의 검사대상에서 레이저 비임이 반사될 경우에 상은 CCD소자(440)의 a'위치에 맺히고, b 위치의 검사대상에서 레이저 비임이 반사될 경우에 상은 CCD소자(440)의 b'위치에 맺히며, c 위치의 검사대상에서 레이저 비임이 반사될 경우에 상은 CCD소자(440)의 c'위치에 맺힌다. 따라서 CCD소자(440)에 맺히는 상의 위치 즉, 수신된 신호의 크기가 가장 큰 지점의 위치에 의해 검사대상의 위치(즉, 높이)를 검출할 수 있다.

도 4b는 일렬로 배열된 반도체칩의 리드선을 조사한 경우에 CCD소자를 통해 얻어지는 높이 프로파일의 예이다. 도 4b를 참조하면, 높이 프로파일이 일정 각도로 기울어진 것을 알 수 있는데, 이러한 기울어짐은 레이저 비임의 경로가 도 4a에서와 같이 수직경로가 아니라 본 발명에 따른 가동거울을 거쳐 변경된 경로이므로 동일한 높이라 하더라도 검사대상의 평면상의 위치에 따라 달라지기 때문에 일어난다. 이러한 기울어짐은 보정에 의해 충분히 처리될 수 있고, 따라서 검사대상의높이를 측정함에 전혀 지장을 초래하지 않는다. 즉, 검사실행 초기화 단계에서 표준시료의 표점에 대한 전체적인 스캔을 통해 동일 평면상의 표준 프로파일을 구한 후, 실제검사 단계에서는 보간과 보정을 통해 측정값을 정정하므로써 실제값을 정확하게 구할 수 있다.

더욱이 검사대상인 반도체의 각 리드선의 높이가 동일할 경우에 각 리드선 부분에서의 신호값이 상대적으로 일정하게 나타나기 때문에 도 4b의 'e'에서와 같이 상대적으로 돌출된 값이 나타나면 그 리드선이 다른 리드선들보다 들뜬 것으로 쉽게 판정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 시스템에서 이용되는 소프트웨어의 구성을 도시한 블록도로서, 전체 소프트웨어 모듈은 컴퓨터(10)에 탑재되어 수행되는 모듈(511~521, 530)과 각 제어기(27,30,3,40)에서 수행되는 모듈로 이루어진다.

2차원검사를 위해 컴퓨터(10)에는 카메라 제어모듈(511), 배율 미세 조정모듈(512), 검사기준 설정모듈(513), 검사계획 설정모듈(514), 학습실행모듈(515), 수동검사모듈(516), 자동검사모듈(517), 검사결과 처리모듈(518), 통신모듈(519), 입출력 제어모듈(520), 명도보정모듈(521)이 탑재되어 카메라(501)를 통해 입력된 이미지를 처리하고, 제어지령을 각 제어기(27,30,3)에 전달한다. 여기서, 광원제어기(27)는 광원제어모듈(530)을 구비하여 광원(28)을 제어하고, 모터제어기(30)는 위치계산모듈(541)과 속도제어모듈(542), 통신모듈(543)을 구비하여 컴퓨터(10)의 지령에 따라 X축 모터(32)와 Y축 모터(36), Z축 모터(47)를 제어한다. 그리고 이송제어기(3)는 전체 검사대상에 대한 검사가 완료되면 컴퓨터(10)의 제어지령에 따라검사 대상(4)을 이송한다.

3차원 검사를 위해 컴퓨터(10)는 거리측정장치의 CCD소자(440)로부터 높이 프로파일을 입력받아 3차원 검사모듈(550)을 수행하고, LD제어기 모듈은 거리측정장치의 LD(410)를 제어한다.

도 6은 본 발명에 따른 컴퓨터 비젼시스템을 이용하여 정밀부품을 검사하는 절차를 도시한 흐름도로서, 비젼시스템을 초기화(calibration)하는 단계 S1 내지 S4와, 2차원 검사를 수행하는 단계 S5 내지 S17, 3차원 검사를 수행하는 단계 S18 내지 S23으로 구성된다.

도 6을 참조하면, 단계 S1에서는 2차원 검사를 위해 광원(28)과 카메라(20)로 표준시료의 표점을 추적한다. 즉, 표준시료를 이송벨트(1)에 올려놓고, 가동거울의 각도를 제어하여 각 셀들의 표준위치를 설정한다. 이와 같은 표준위치 설정은 전체 검사영역을 구성하는 모든 셀들에 대해서 이루어진다. 이어 3차원 검사를 위해 거리측정장치의 레이저 다이오드(410)를 온한 후 레이저 비임으로 각 표점에 대해 조사하여 각 표점들에 대한 표준 높이 프로파일을 구한다.

단계 S2에서는 왜곡 특성을 보정하기 위한 좌표 데이터를 생성한다. 즉, 전체 검사영역을 스캔하여 입력할 경우, 카메라(20)를 통해 입력된 실제 이미지는 전체 검사영역을 구성하는 큰 사각형에서 변의 중앙부가 변의 양꼭지점보다 들어가는 핀큐션 형태를 갖게 되므로 이를 보정하기 위한 좌표 데이터를 생성한다.

단계 S3에서는 이미지의 배율을 계산한다. 배율은 카메라 렌즈 자체의 배율과 가동거울로 스캔하는 셀의 크기 및 전체 검사영역의 크기에 따라 정해진다. 이와 같이 보정 데이터 및 배율 계산이 이루어진 후, 단계 S4에서는 각 셀에 대한 위치별 절대 좌표를 생성함과 아울러 높이 데이터를 구한다. 이와 같이 절대 좌표와 높이 데이터가 생성되면, 가동거울의 위치 지령에 대한 셀들의 관계가 테이블화되어 명확하게 정의된다.

이와 같은 절차에 의해 시스템의 캐리브레이션(calibration)이 완료되면, 이어서 검사 대상에 대한 실제검사를 수행한다. 이때 실제검사는 검사대상의 각 셀들에 대한 2차원(평면) 검사와 지정된 검사 영역에 대한 높이를 측정하는 3차원 검사로 구분되어 각각 수행된다.

단계 S5에서 판단결과 2차원 검사이면 단계 S6에서 거리측정장치(42)를 오프하고 광원(28)을 온한다. 이때 검사대상에 대한 2차원 검사방법은 각 셀 단위로 이미지를 입력한 후 전체 이미지를 생성하여 검사/판별하는 방법과, 각 셀단위로 검사/판별하는 방법이 있다.

단계 S7에서 전체 이미지 생성이 아니면(즉, 각 셀 단위로 검사/판별하는 경우), 단계 S8에서 검사 대상에 대한 기준 이미지를 입력한다. 즉, 단계 S8에서는 이송벨트(1) 위에 검사 대상의 양,부를 판별하기 위한 기준이 되는 기준시료를 올려놓고 전체 검사영역을 구성하는 각 셀들에 대해서 기준 이미지(T(i,j))를 입력한다. 이와 같이 각 셀들에 대해 양,부를 판별하기 위한 기준 이미지를 입력한 후 단계 S9에서는 검사대상을 이송벨트상에 올려 놓고, 각 셀들의 검사품 이미지를 입력한다. 이어 단계 S10에서는 입력된 셀의 검사품 이미지(R(i,j))와 해당 셀의 기준 이미지(T(i,j))를 비교하여 양,부를 판별한 후, 단계 S11에서 검사결과를 출력한다. 이어 단계 S12에서는 모든 셀에 대한 검사가 완료되었는지를 판단하여 완료되지 않았으면, 단계 S13에서 다음 셀의 이미지를 입력하도록 가동거울을 조작한 후 그 셀에 대해 단계 S9 내지 단계 S12를 반복한다.

단계 S7에서 판단결과 전체 이미지 생성이 요구되면, 단계 S14에서 각 셀들에 대한 이미지를 등간격으로 입력하고, 단계 S15에서는 위치별 절대 좌표를 계산한 후, 단계 S16에서 각 셀들의 겹친 부분을 제거한다. 즉, 광로의 차 및 카메라 특성 등에 의해 각 셀들의 이미지가 서로 겹치게 되는 데, 이러한 겹치는 부분을 제거하여 전체를 하나의 화면으로 생성한다. 이어 단계 S17에서는 생성된 전체 화면의 이미지를 출력하여 검사할 수 있게 한다. 이와 같이 생성된 전체 화면의 해상도는 통상의 고해상도 카메라로 얻을 수 있는 해상도보다 높은 해상도를 얻을 수 있다.

한편, 단계 S5에서 판단결과 3차원 검사이면, 단계 S18에서 광원(28)을 오프하고, 거리측정장치(42)를 온한다. 이어 단계 S19에서는 2차원 비젼검사에서 얻어진 이미지상에 3차원 검사를 위한 검사영역을 지정한 후, 단계 S20에서 가동거울(31,35)을 제어하여 검사영역을 레이저 비임으로 스캔한다. 이어 단계 S21에서는 스캔을 통해 검사대상으로부터 반사된 레이저 비임을 전기적인 신호로 변환하여 높이 프로파일을 작성하고, 단계 S22에서 검사대상의 높이 프로파일을 기준 프로파일과 비교하여 검사대상의 합격여부를 판정한다. 단계 S23에서는 3차원 검사가 완료되었는지를 판단하여 종료하거나 단계 S19부터 반복하여 다른 검사영역에 대해서 3차원 검사를 반복실행한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 정밀부품 검사를 위한 컴퓨터 비젼시스템을 구성할 경우에 2차원 검사와 3차원 검사를 하나의 시스템으로 용이하게 처리할 수 있다. 특히, 검사대상을 스캔하기 위하여 카메라 본체나 거리측정장치를 이동시키지 않고, 가동 거울을 이용하여 광로를 변경시키므로써 카메라 및 거리측정장치를 이동시키기 위한 기계적 메커니즘이 불필요해져 소음 및 충격이 발생되지 않고 고속으로 검사를 수행할 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 이송모터에 의하여 이동하는 이송벨트상의 검사대상을 검사하기 위하여,

   광원의 온/오프와 광도를 제어하는 광원제어기;

   상기 광원으로부터 입사된 빛을 특정 각도로 반사시키는 하프미러;

   상기 하프미러에서 반사된 빛을 X축과 Y축으로 일정 각도만큼 반사시켜 상기 검사대상을 조사하고, 상기 검사대상에서 반사되는 빛이 상기 조사경로를 따라 되돌아가도록 하는 조사수단;

   상기 조사수단의 각도를 조절하기 위한 모터 제어기;

   상기 조사수단을 통해 되돌아온 빛을 촬영하는 CCD 카메라;

   레이저 비임을 상기 하프미러로 조사하여, 상기 조사수단에 입사시킨 후 상기 조사수단을 통해 되돌아온 레이저 비임을 수광하는 거리측정장치;

   상기 거리측정장치를 제어하는 LD 제어기; 및

   상기 광원 제어기와 모터 제어기를 제어함으로서 상기 검사대상의 평면을 스캔하여 상기 CCD 카메라를 통해 촬영된 영상으로부터 상기 검사대상의 2차원 이미지를 구해 화면상에 표시하고, 상기 LD 제어기를 제어하여 상기 거리측정장치에서 수광된 레이저 비임을 분석함으로서 상기 검사대상의 높이 프로파일을 작성한 후, 상기 2차원 이미지와 높이 프로파일 데이터를 기 규정된 정상 데이터와 비교하여 상기 검사대상의 합격여부를 판별하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼시스템.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서, 상기 조사수단은

   상기 하프미러에서 반사된 빛을 X축 방향의 일정 각도로 반사시키는 X축 가동거울;

   상기 X축 가동거울에서 반사된 빛을 Y축 방향의 일정 각도로 반사시켜 상기 검사대상을 조명하는 Y축 가동거울;

   상기 모터 제어기의 제어에 따라 상기 X축 가동거울을 구동하는 X축 모터; 및

   상기 모터 제어기의 제어에 따라 상기 Y축 가동거울을 구동하는 Y측 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼시스템.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 조사수단은

   하나의 전반사 거울;

   상기 전반사 거울을 X축 방향의 일정 각도로 회전시키는 X축 구동모터; 및

   상기 전반사 거울을 Y축 방향의 일정 각도로 회전시키는 Y축 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼시스템.
6. 제 2 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 거리측정수단은

   레이저 비임을 발생하는 레이저 다이오드;

   상기 발생된 레이저 비임에 지향성을 주어 특정방향으로 방사하는 발광렌즈;

   상기 검사대상으로부터 반사된 레이저 비임을 집광하기 위한 수광렌즈; 및

   상기 수광렌즈를 통해 입사된 레이저 비임을 전기적인 신호로 변환하는 CCD소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동거울을 이용한 컴퓨터 비젼시스템.