KR100756254B1 - 투명 매체의 다크뷰 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 장치는 구경 조리개를 구비하는 광원과, 구경 조리개의 영상을 평면에 집속하는 렌즈 시스템과, 빛 기둥을 통해 투명 매체를 이송하는 수단을 구비한다. 이 장치 및 방법은 결함의 다크뷰 영상을 제공한다. 장치 및 방법은 가시 영역 검사 시스템과 결합될 수 있다. 투명 매체는 곡면형일 수도 있으며, 특히 음극선관용 면판일 수 있다.

Description

투명 매체의 다크뷰 검사 시스템{DARK VIEW INSPECTION SYSTEM FOR TRANSPARENT MEDIA}

본 발명은 평탄한 유리 및 주물 곡면 유리, 예를 들어 음극선관(CRT) 면판 유리, 플라스틱 시트, 렌즈 블랭크 등을 비롯한 투명 매체의 결함 형태를 검출 및 식별하기 위한 비접촉 검사 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 제조 라인의 선속도로 연속 제조 라인 상에서 작동하고, 기포, 긁힘, 칩, 균열 및 기타 광학적 결함을 포함하는 광범위한 형태의 결함을 식별하도록 의도된 것이다. 이 시스템은 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 다크뷰 검사 시스템이다.

투명 매체의 제조 공정에서, 투명 매체의 결함을 검사할 수 있어야 한다. 이러한 결함은 긁힘, 기포, 칩, 흠집 및 매우 다양한 기타 결함의 형태의 것일 수 있다. 그러나, 투명 매체 제조자는 결함이 예를 들어 전혀 중요하지 않은 미미한 것이어서 소비자가 용인 가능한 것인지, 아니면 투명 매체가 소비자에 의해 정해지는 세부 요건에 부합하지 않을 정도로 중대한 결함인지를 알 필요가 있다는 점에서, 단지 결함의 검출만으로는 부족하다.

투명 매체에 대한 인간의 육안 검사를 사용하여 결함을 갖는 투명 매체 물품을 식별해내는 것이 가능하다. 또, 육안 검사를 사용하여 결함의 위치 및 가능하게는 형태를 식별하는 것도 가능하다. 그러나, 인간의 육안 검사는 적합하지 않은데, 그 이유는 육안 검사를 행함에 있어서 시간과 비용이 소요되고 그 한계가 존재하기 때문이다. 결함이 신속하게 식별되어 제조 직원에게 통보되고 및/또는 결함을 갖는 투명 매체 물품이 품질 세부 요건에 부합하는 물품으로부터 효과적으로 쉽고 신속하게 분리될 수 있도록, 제조 공정에서 제조 속도로 온라인 검사를 행할 수 있다면 좋을 것이다.

레이저를 사용하는 광학 기법을 이용하는 유리 시트 검사 방법에 대해 연구가 있어 왔다. 레이저는 평탄한 또는 실질적으로 평탄한 유리 시트의 결함을 검출하는 데에 매우 효과적일 수 있지만, 레이저 빛에 대한 영상화 광학 기구는 작은 조리개 수치(f-stop), 즉 큰 구경을 요하며, 따라서 피사계 심도(depth of field)가 얕다. 이로 인해서 레이저 빛의 유용성은 제한되며, 특히 유리 또는 물품이 곡면을 가지는 경우에 그러하다. 이러한 곡면형 물품의 한 가지 예는 양호한 광학적 특성을 요하는 음극선관(CRT)의 면판이다. 영상화 광학 기구의 피사계 심도가 얕은 경우 결함을 검출하기 위해 곡면형 물품의 표면에 초점을 맞추는 것이 어렵다.

투명 매체에서 결함의 크기, 형태 및 위치를 보여주는 방식으로, 제조 속도로, 제조 라인에서 투명 매체로 된 곡면형 물품의 검사에 사용되도록 특히 의도된 장치 및 방법을 발명하였다.

따라서, 본 발명의 한 태양은 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 장치를 제공하는데, 이 장치는

a) 연장된 길이와 폭을 갖는 광원과,

b) 상기 광원으로부터의 빛 기둥을 형성하고 이 빛을 평면에 집속(focusing)하는 렌즈 시스템과,

c) 상기 평면에 위치된 광학적 기록 장치와,

d) 상기 광원에 위치된 구경 조리개(aperture stop)로서, 상기 렌즈 시스템은 상기 평면에 상기 구경 조리개의 영상을 집속하며, 상기 광학적 기록 장치는 상기 영상의 위치에 위치하는 것인 구경 조리개와,

e) 상기 빛 기둥을 통해 상기 투명 매체를 이송하는 수단

을 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 방법을 제공하는데, 이 방법은,

a) 구경 조리개를 갖는 광원으로부터의 빛 기둥을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 단계와,

b) 상기 빛 기둥을 평면에 집속하는 단계로서, 상기 구경 조리개의 영상은 상기 평면에 집속되고 상기 평면에는 상기 구경 조리개의 상기 영상의 위치에 광학적 기록 장치가 있는 것인 집속 단계와,

c) 상기 광학적 기록 장치를 사용하여 상기 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함으로부터의 빛을 기록하는 단계

를 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 방법을 제공하는데, 이 방법은,

a) 투명 매체를 통해 빛을 통과시키는 단계와,

b) 상기 빛에 구경 조리개를 마련하고, 광학적 기록 장치에 상기 구경 조리개를 초점을 맞추는 단계와,

c) 상기 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함에 의해 방향 전환되는 빛의 강도를 상기 광학적 기록 장치를 사용하여 측정하는 단계

를 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 투명 매체에서의 결함을 검출하는 장치를 제공하는데, 이 장치는,

a) 투명 매체에 대한 가시 영역 검사 시스템과,

b) 투명 매체에 대한 다크뷰 검사 시스템과,

c) 상기 가시 영역 검사 시스템과 상기 다크뷰 검사 시스템을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 수단

을 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 장치를 제공하는데, 이 장치는,

a) 연장된 길이와 폭을 갖는 제1 및 제2 광원으로서, 각각의 광원은 빛 기둥을 제공하는 것인 제1 및 제2 광원과,

b) 제1 광원과 관련된 제1 광학적 기록 장치 및 제2 광원과 관련된 제2 광학적 기록 장치와,

c) 상기 빛 기둥을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 수단

을 포함하며,

d) 상기 제2 광원은 상기 광원으로부터의 빛 기둥을 형성하고 상기 빛을 평면에 집속하기 위해 렌즈 시스템과 구경 조리개를 구비하며, 렌즈 시스템은 상기 평면에 상기 구경 조리개의 영상을 집속하며, 상기 제2 광학적 기록 장치는 상기 영상의 위치에 위치하는 것이다.

본 발명의 다른 태양은 투명 매체에서 결함을 검출 및 식별하는 방법을 제공하는데, 이 방법은,

a) 빛 기둥을 각각 제공하며 길이와 폭이 연장되어 있는 제1 및 제2 광원을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 단계와,

b) 제1 광원으로부터의 빛 기둥을 제1 광학적 기록 장치에 집속하고, 제2 광원으로부터의 빛 기둥을 제2 광학적 기록 장치에 집속하는 단계와,

c) 상기 제1 및 제2 광학적 기록 장치에 상기 투명 매체의 영상을 기록하는 단계와,

d) 결함의 검출 및 식별을 위해 상기 영상을 조합하는 단계

를 포함한다.

첨부 도면에 도시된 실시예에 의해 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명의 다크뷰 유리 검사 장치의 단부의 개략도.

도 2는 도 1의 다크뷰 유리 검사 장치를 결함을 갖는 투명 매체와 함께 도시한 개략도.

도 3은 본 발명의 장치의 부분 개략도.

도 4는 다크뷰 검사 장치와 결합된 가시 영역 검사 장치의 개략도.

도 5는 도 4의 장치로부터의 영상의 개략도.

본 발명은 다양한 형태의 투명 매체에 대한 광학적 결함 검사에 관한 것이다. 투명 매체의 형태의 예로는 유리 및 플라스틱이 있다. 유리는 예를 들어 플롯 유리(float glass) 및 뜨임 처리된 유리(tempered glass) 등의 평탄한 유리 시트와, 예를 들어 곡면 유리 등의 성형 유리 시트와, 예를 들어 윈드실드 등의 적층 유리와, 그리고 예를 들어 음극선관(CRT) 및 렌즈 블랭크 등의 주물 유리일 수 있다. 플라스틱에는 주물 플라스틱, 예를 들어 곡면형 및 평탄형 투명 플라스틱 시트뿐만 아니라 안구용 렌즈 블랭크 및 기타 곡면 구조체가 있다. 본 발명은 기타 곡면형 또는 평탄형 투명 매체의 검사에 사용될 수도 있다.

유리 제조 기법은 공지되어 있다. 예를 들어, 유리는 용융 상태로 변환된 후, 평활한 표면을 갖는 유리가 얻어질 수 있도록 주형 속으로 또는 용융 주석 금속 상에 주조될 수 있다. 그러나, 주조된 유리는 많은 결함에 노출될 수 있는데, 여기에는 기포, 먼지, 돌 조각, 주석 드립의 왜곡 및 기타 결함이 포함된다. 이러한 결함 중 몇 가지는 공정에 공급되는 원료로부터 발생되는 것일 수 있는 한편, 다른 결함들은, 잘못된 온도 또는 기타 공정 변수를 비롯한 공정상의 문제점 및 장치의 노화, 특히 노 또는 유리의 가열에 사용되는 기타 장치의 노화로부터 야기될 수 있다.

유리의 주조 및 임의의 절단 후에, 유리는 특정 최종 용례를 위한 유리 물품의 제조자에게 전달된다. 자동차 산업에서, 예를 들어, 유리 물품은 차량 창문일 수 있으며, 이 경우 제조자는 유리를 특정 크기 및 구조로 성형하고, 유리에 모서리 가공(ground edge)을 행하고, 필요에 따라 적절한 위치에서 유리에 구멍을 뚫고, 로고 또는 기타 글씨를 유리에 각인시키고, 세부 사양에서 정해진 바대로 절단 유리를 가공할 것이다. 공정 작업시 주의에도 불구하고, 다양한 단계로부터 칩, 균열, 긁힘, 및 기타 결함이 형성될 수 있는데, 이로 인해 유리가 소비자에 의해 용인될 수 없게 될 수 있다. 제조자는 결함을 찾아내고, 세부 요건에 부적합한 유리 시트를 적합한 유리 시트로부터 분리시킬 수 있어야 한다. 기타 실시예에서, 유리는 자동차 산업이 아닌 다른 최종 용례를 위해 의도된 평탄한 시트이다.

유리 시트에 존재할 수 있는 결함의 몇 가지 예에는, 거의 구형상으로 유리내에 가스가 존재하는 것을 칭하는 기포, 길쭉한 기포를 칭하는 블리스터, 미세한 기포를 칭하는 시드(seed), 먼지, 보푸라기, 유리의 본체로부터 부서져 나간 작은 유리 파편을 칭하는 셀 칩, 돌멩이, 유리에 매설된 이물질로 된 끈 형상의 미세한 조각 또는 그 적층물을 칭하는 스트랜드, 절단 유리의 코너에 주로 존재하는 작은 균열을 칭하는 벤트(vent), 피트 또는 홈(작은 중공부) 및 기타 결함이 포함된다.

이와 달리, 유리는 곡면형 또는 성형 유리일 수 있다. 이러한 곡면형 유리는 자동차 산업용으로 의도된 것일 수도 있지만, 다른 최종 용례를 위해 의도된 것일 수도 있다. 예를 들어, 유리는 텔레비전 또는 컴퓨터용 음극선관(CRT)의 면판일 수 있다. 이러한 유리는 통상적으로 주형 속에서 주조된다. 이러한 유리는 모두 유리 물품의 제조자에 대한 특정 세부 요건을 만족하여야 하며, 궁극적으로는 최종 사용자, 예를 들어 텔레비전 또는 컴퓨터 구매자의 요구 조건을 만족하여야 한다. 곡면 유리, 예를 들어 CRT 유리에서 발생할 수 있는 결함의 예에는, 긁힘, 피트(개방된 블리스터), 가늘고 긴 기포, 코드 또는 점성 끈, 냉온 유리(cold glass), 돌멩이 및 열압력 결함이 포함된다.

어떤 경우에는, 유리는 강도, 파괴 저항성 또는 기타 특성을 제공하도록, 적층 또는 뜨임 처리된 유리 또는 기타 유리의 형태일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이러한 유리를 성형하는 데 사용되는 공정은 유리 시트에서의 잠재적인 결함을 더할 수 있다.

상기에서는 시트 또는 물품을 유리에 대해서 설명하였지만, 시트 또는 물품은 투명 플라스틱 또는 유리가 아닌 기타 투명 매체로 형성될 수도 있다. 투명 플라스틱 또는 기타 투명 매체에서의 결함은 유리에서 발견되는 것과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있는데, 예를 들어 사용되는 플라스틱 조성물의 제조 또는 그에 후속하는 물품으로의 가공 공정으로부터 유발되는 결함일 수 있다. 이러한 결함에는 겔, 먼지, 기포, 응력선, 표면 현상 등이 포함된다.

본 발명의 시스템은 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별한다. 이러한 검출 및 식별은 결함의 측정, 예를 들어 적어도 상대적 크기의 측정을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 다크뷰 유리 검사 시스템의 장치(1)의 단부를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(1)는 상측 하우징(2)과 하측 하우징(3)을 구비한다. 상측 하우징(2)은 연장되어 있는 광원(4)을 구비한다. 광원(4)은 분산 조명(distributed illumination)이라고 불리는 형태의 것이다. 이것은 레이저가 아니라, 넓게 발산되는 형태의 광원이다. 이것은 빛이 균일하게 분산되도록 광원과 불투명 시트의 형태로 된 것일 수 있다.

광원(4)은 중앙 위치에 구경 조리개(5)(aperture stop)를 구비한다. 구경 조리개(5)는 광원(4)에 부착된 불투명 부분일 수도 있고, 광원(4)에 나란히 놓이도록 배치되는 것일 수도 있다. 불투명 부분은 광원(4)에 도포된 페인트일 수도 있고, 광원(4)에 위치하거나 광원(4)에 나란히 놓이는 금속 또는 기타 물체일 수도 있다. 구경 조리개(5)의 형태는, 빛이 구경 조리개(5)을 통해 전달되지 않는다면, 다양하게 변화될 수 있다. 그 형상은 변형될 수 있지만, 원형 또는 대칭 조명원을 형성하도록 원형인 것이 바람직하다. 이러한 형상은 길쭉한 형태의 결함의 어떤 방향성에 차등을 부여하지는 않는다. 특히, 빛의 방향성에 대하여, 길쭉한 결함, 예를 들어 긁힘 및 길쭉한 기포의 방향성이 존재하지 않으면 보다 양호한 조명 및 검출을 제공한다. 빛이 방향이 정해진 것이었으면, 투명 매체의 이동 방향으로 배향된 길쭉한 형태의 결함은 형상 및 크기에 대한 검출 및 분석이 어려울 수 있다.

상측 하우징(2)은 하우징의 하부(도시된 바와 같음)에 위치된 제1 렌즈(6)를 구비한다. 상측 하우징(2)은 하측이 개방되어 있다. 반대로, 하측 하우징(3)은 상측이 개방되어 있다.

하측 하우징(3)은 하우징의 상측에 위치된 제2 렌즈(7)를 구비한다. 또한, 하측 하우징(3)은 내부에 어퍼쳐(9)(aperture)을 갖는 평면(8)을 구비하며, 이 평면(8)은 영상 평면이고 플레이트 또는 기타 물리적 층은 아니고, 어퍼쳐(9)는 평면(8)에서의 구경 조리개(5)의 "영상"을 가리킨다고 이해된다. 광학적 기록 장치(10)는 카메라 및 특히 시간 지연 통합(TDI) 장치이며, 어퍼쳐(9) 내에 위치된다.

제1 렌즈(6)는 복수의 렌즈, 즉 렌즈 시스템일 수 있으며, 제1 렌즈(6)로부터 제2 렌즈(7)로 통과하는 빛 기둥을 형성한다. 제2 렌즈(7)도 복수의 렌즈, 즉 렌즈 시스템일 수 있으며, 평면(8)에 빛을 집속한다. 특히, 구경 조리개(5)의 영상은 어퍼쳐(9)에 집속되며 따라서 카메라(10)에 집속된다.

광원(4)의 지점(11)으로부터의 광선의 경로는 렌즈(6, 7)를 통과하며, 평면(8)에서의 지점(12)에 집속된다. 따라서, 구경 조리개(4) 이외의 광원(4)의 영역으로부터의 빛은 카메라(10)로부터 멀리 떨어진 곳에 집속된다.

하측 하우징(3)의 내면(13)은 카메라(10)에 의해 얻어진 영상에 영향을 미칠 수 있는 반사를 방지하기 위해 흑색 흡광면(吸光面)이다. 마찬가지로, 상측 하우징(2)의 내면(14)도 역시 흑색 흡광면이어야 한다.

상측 하우징(2)은 도 2에 도시된 바와 같이 투명 매체(20)의 통과를 허용하도록 하측 하우징(3)으로부터 이격되어 있다. 투명 매체(20)는 장치(1)를 통해 투명 매체(20)를 운반하도록 일련의 롤러(도시 생략)에 의해 지지된다.

투명 매체(20)는 결함(21)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 결함의 특성은 다양할 수 있지만, 본 명세서에서는, 결함(21)은 도 2에 기포로서 도시되어 있다. 결함(21)이 없으면, 지점(11)으로부터의 광선(22)은 투명 매체(20)를 통과하여 플레이트(8) 상의 지점(12)으로 인도될 것이다. 유사하게, 구경 조리개(5)의 영상은 어퍼쳐(9)에 있을 것이고, 따라서 빛이 없는 것으로 카메라(10)에 의해 기록될 것이다. 따라서, 카메라(10)는 "다크뷰"를 기록할 것이다.

결함(21)이 존재하면, 광선(22)은 방향 전환, 예를 들어 결함(21)의 특성에 따라서 굴절, 산란 또는 회절된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광선(22)은 광선(23, 24)으로서 적어도 부분적으로 방향 전환되며, 광선(23, 24)은 결함(21)의 에지(25)에서 시작하는 것으로 도시되어 있다. 광선(23, 24)은 카메라(10)에 집속되는데, 이 카메라는 투명 매체(20)에서의 결함(21)의 존재를 기록한다. 또한, 광선(23, 24)으로부터 카메라(10)에서 기록된 영상은 투명 매체(20)에서의 결함(21)의 형태와 같은 특성을 갖는다. 카메라(10)는 투명 매체(20)에 초점이 맞춰지고, 투명 매체(20)의 전체 두께에 걸쳐 임의의 결함을 영상화하는 데에 충분한 피사계 심도를 갖는다.

작동시, 어떠한 결함도 없는 투명 매체가 장치(1)를 통과할 때, 카메라(10)는 투명 매체의 에지의 영상만을 받아서 기록하게 된다. 투명 매체가 결함을 가지면, 결함의 영상은 카메라(10)에 의해 기록될 것이다. 영상이 한 줄씩 재구성되는 라인 스캔 카메라가 사용되어야 한다. 영상의 모든 라인은 관심 영역을 검출하기 위해 온라인 분석된다. 관심 영역만이 결함 분석을 위해 더 처리되며, 이에 의해 요구되는 컴퓨터의 용량과 컴퓨터 분석이 크게 감소된다. 카메라(10)가 연속으로 기록하거나 투명 매체의 다중 영상을 생성하는 경우에, 카메라(10)는 장치(1)를 통 한 결함의 통과를 추적하게 되는데, 즉 카메라(10)에서 결함의 영상의 위치는 투명 매체(20)가 이동함에 따라 이동하게 된다. 투명 매체의 에지의 정보를 사용하여, 컴퓨터 소프트웨어는 투명 매체 상의 결함의 위치를 특정할 수 있게 된다.

카메라(10)는 본 명세서에서 논의하는 바에 따르면, 카메라(10)가 받아들이는 광영상을 기록 및 분석하고, 결함의 위치 및 형태를 계산 및/또는 표시하는 소프트웨어를 구비하는 컴퓨터에 연결되는 것이 통상적이다.

도 3은 연장된 광원(30)을 도시한다. 연장된 광원(30)은 4개의 어퍼쳐 또는 다크 스폿(31)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 다크 스폿(31)의 개수는 가변적이지만, 그 수는 검사되는 투명 매체의 전폭을 덮도록 장치에서 횡방향으로 충분할 필요가 있다. 또, 그 수는, 결함의 영상의 적합한 추적이 가능하도록 두 쌍 이상의 일련의 롤러 쌍 사이에서 영상을 얻도록, 작업 방향으로, 즉 검사되는 투명 매체의 이동 방향으로 충분하여야 한다.

장치는 4개의 렌즈(32) 세트를 구비하며, 이 렌즈들은 앞서 설명한 제1 렌즈 시스템이다. 렌즈(32)의 개수는 다크 스폿(31)의 개수에 대응한다. 대응하는 4개의 렌즈(33) 세트는 앞서 설명한 제2 렌즈 시스템에 대응하는 것으로서, 롤러(34)에서 측에 렌즈(32) 반대측에 위치된다. 각각의 렌즈(33)는 대응하는 렌즈(32)와 정렬된다. 또한, 각각의 렌즈 쌍(32, 33)은 광투과를 위해 예를 들어 롤러(34A)와 롤러(34B) 사이 또는 롤러(34B)와 롤러(34C) 사이에 배치된다.

각각의 렌즈 쌍(32, 33)은 거울(35)과 카메라(36)를 더 구비한다. 거울(35)에 해당하는 거울은 도 1 또는 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 도 3의 실시예에서는, 거울(35)이 카메라(36)로 빛을 반사시키기 위해 사용된다. 카메라(36)는 앞에서 설명한 카메라(10) 및 어퍼쳐(9)와 일치하는 빛의 경로에 위치되며, 즉 투명 매체에서의 결함의 영상은 카메라(36)에 집속된다. 거울(35)이 사용되고, 그에 따라 장치의 측부에서의 카메라(36)가 위치되므로, 더욱 소형의 구조가 얻어지고, 제어부의 조절 및 부착을 위한 카메라(36)로의 접근이 보다 용이해진다.

작동시, 투명 매체(도시 생략)는 롤러(34A 내지 34C)에 의해 장치를 통해 이동된다. 투명 매체는 광원(30)에 의해 비춰진다. 광원(30)으로부터의 빛은 통상적으로 렌즈(32, 33)를 통과하지만, 거울(35)에 의해 반사되지 않고 카메라(36)에 의해 기록되지 않는다. 그러나, 결함이 존재하면, 광원(30)으로부터의 빛은 결함에 의해 방향 전환될 것이고, 결함의 다크뷰 영상이 카메라(36)에 의해 기록될 것이다. 결함의 영상은 투명 매체가 롤러(34)에 의해 이동될 때 카메라(35)에 의해 추적될 것이고, 투명 매체 내의 또는 투명 매체 상의 결함의 위치는 측정될 수 있다.

본 발명은 자동화가 가능하고 컴퓨터 시각 기반 시스템 및 광학 장치를 활용하는 유리 검사 시스템을 제공한다. 이 시스템은 레이저 시스템이 아닌 광폭 조명 기법의 조합을 활용한다. 이 시스템은 유리 및 플라스틱을 포함하는 다양한 투명 매체에 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 검사 시스템은 하한이 3 ㎛에 이르는 우수한 검출 한계와, 긁힘, 기포, 칩, 흠집 및 기타 결함을 포함하는 매우 다양한 결함을 검출 및 판별하는 능력을 갖는 우수한 영상 분석법을 제공하며, 또 투명 매체에서의 결함의 위치, 형태 및 크기를 식별한다. 이 시스템은 고속으로, 예를 들어 0.3 ㎧에 이르는 선속도 또는 그 이상의 선속도로 작동될 수 있다. 또한, 본 발명의 다크뷰 방법은 TDI 카메라의 사용을 가능하게 하고, 이는 실질적으로 감도를 증가시키며 광원에 대한 전원 요구량을 감소시킨다. 따라서, 검사 시스템은 많은 제조 공정에서 직렬로 사용될 수 있다.

이 시스템에 사용되는 소프트웨어는 사용, 합격/불합격 요건의 변경, 신모델 셋업 및 자동 변경과 시스템의 교정의 용이를 위한 메뉴 기반 그래픽 사용자 인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 다양한 형태의 결함을 나타내는 채색된 아이콘을 구비하는, 결함 맵을 구비하는 표준 사용자 인터페이스 스크린이 사용된다. 예를 들어, 기포를 나타내는 데 원이 사용될 수 있고, 칩을 나타내는 데 사각형이 사용될 수 있고, 긁힘 등을 나타내는 데 삼각형이 사용될 수 있다. 아이콘은 결함이 유리 시트 내에 위치하는 곳의 실제 x,y 좌표에 나타나도록 만들어진다. 또한, 아이콘은 결함의 크기를 나타내도록 색채로 부호화될 수 있는데, 예를 들어 아이콘은 매우 작은 결함을 나타내도록 초록색, 중간 정도의 결함을 나타내기 위해 노란색, 큰 결함 또는 불합격을 나타내기 위해 붉은색을 가질 수 있다. 또, 형태, 크기 및 위치를 포함하는 결함의 특성을 제공하기 위해 임의의 아이콘을 사용자가 "클릭"할 수 있는 소프트웨어가 제공될 수 있다. 결함의 3-D 시각화 및 매핑(mapping)도 또한 가능하다. 먼지 및 물과 같은 제거 가능한 표면 오염물은 시스템의 특정 용도에 따라서 시스템에 의해 검출될 수도 있고 검출되지 않을 수도 있다.

검출 시스템에 전자 하드웨어가 인터페이스될 것임을 이해하여야 한다. 이 하드웨어는 검출 시스템의 제어, 수집 시스템으로부터의 픽셀 데이터의 수집, 유리 시트에서의 관심 영역에 관련된 데이터만을 더 처리하기 위해 중계(relaying)함으로써 데이터의 압축, 다단식의 문턱값을 제공하고 다양한 수준의 강도 사이에 전이부를 마킹함에 의한 픽셀 데이터의 사전 처리를 제공할 것이다. 소프트웨어에 의해 데이터를 더 처리하기 위해 전용 Peripheral Process Board(PPB)가 사용될 수 있다. 처리된 데이터는 앞서 논한 바와 같이 시각화 및 제어를 위해 게이지 호스트 컴퓨터에 전달될 수 있다.

검출 시스템은 투명 매체에 결함이 존재하는 것을 가리키는 조명 문턱값을 인식하도록 설정될 수 있다. 문턱값은 테스트되는 투명 매체에서 용인할 수 없는 결함을 나타내지만 세부 요건을 만족하는 결함은 인식할 수 없는 수준으로 설정될 수 있다. 모든 기타 정보, 예를 들어 소음 또는, 빛의 강도가 문턱값을 통과하게 하지 않는 빛의 강도 변화는 무시될 수 있다. 문턱값을 통과하는 전이부는 컴퓨터 디스플레이 튜브에 표시될 수 있다.

장치 내부에서 투명 매체의 위치는, 광선의 폭 내에 위치된다면 중요하지 않다. 또, 본 발명의 방법은 CRT 면판을 포함하는 투명 매체의 곡면 물품에 사용될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어는 곡면 투명 매체에서의 결함의 위치를 보다 정밀하게 보여주는 데 사용될 수 있다.

장치는 먼지 입자가 장치속으로 들어가는 것을 방지하기 위해, 장치로부터 외부로 공기의 평온한 흐름이 존재하도록, 대기 압력보다 약간 높은 공기압을 갖고 작동되는 것이 바람직하다. 또한, 장치 내부에서 순환하는 공기는, 공기가 빈번하게 예를 들어 매 5분마다 교환되면서 전자 필터 및 하나 이상의 HEPA 필터를 통과할 수 있다. 렌즈가 통상적으로 카메라의 피사계 심도 내에 있고, 렌즈 상의 먼지 입자를 인식하여 결함으로서 판단할 것이기 때문에, 먼지 입자를 제거하거나 적어도 먼지 입자를 최소한으로 유지하는 것이 중요하다.

형성되고 검출되는 영상의 검출 및 분석에 시간 지연 통합 기법이 사용될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 다크뷰 검사 시스템은 가시 영역 검사 시스템과 함께 사용될 수 있다. 이러한 시스템 조합은 도 4에 도시되어 있다.

도 4는 다크뷰 검사 시스템(50)과 직렬의 가시 영역 검사 시스템(40)을 도시한다. 가시 영역 검사 시스템(40)은 조명기(41)를 구비하며, 이 조명기는 분산 조명(42)을 제공하는 것이 바람직하다. 가시 영역 검사 시스템을 통해 투명 매체(44)를 이동시키기 위해 일련의 롤러(43)가 제공된다. 투명 매체(44)는 검사되는 투명 매체의 한 바람직한 형태로서 음극선관(CRT)용 면판의 형태로 도시되어 있다. 투명 매체(44)로부터의 영상을 기록하기 위해서 광학적 기록 장치, 예를 들어 카메라(45)가 롤러(43) 아래에 배치된다. 광학적 기록 장치(45)에 빛을 집속하고 인도하는 것을 보조하기 위해 렌즈가 제공될 수 있다. 광학적 기록 장치(45)는 투명 매체(44)의 상측면(46)에 초점이 맞춰진다.

도 4는 바람직하게는 가시 영역 검사 시스템(40)과 연속되게 배치된, 가장 바람직하게는 가시 영역 검사 시스템과 동일한 일련의 롤러(43)를 사용하는 다크뷰 검사 시스템(50)을 도시한다. 투명 매체(44)가 이들 두 검사 시스템에 있어서 동일 한 방향에 있도록 투명 매체(44)의 연속 운반이 중요하다.

다크뷰 검사 시스템(50)에 대해 전술하였다. 광원(51)이 구경 조리개(52) 위치 외에서는 분산 조명을 제공한다. 광원(51), 구경 조리개(52) 및 제1 렌즈(53)는 상측 하우징(54)에 배치된다. 하측 하우징(55)은 제2 렌즈(56) 및 광학적 기록 장치(57)를 구비한다. 상측 하우징(54) 및 하측 하우징(55)은 롤러(43)의 양측에 있다.

작동시, 투명 매체(44)는 가시 영역 검사 시스템(40)을 통과한 후에 다크뷰 검사 시스템(50)을 통과한다. 투명 매체의 영상은 광학적 기록 장치(45, 57)에 의해 기록된다. 투명 매체(44)를 동일 롤러 상에 유지하고 동일 방향으로 유지하는 것은 광학적 기록 장치(45, 57)에 의해 얻어진 영상을 조합할 수 있게 하여, 투명 매체(44)의 복합 영상이 얻어진다.

복합 영상의 예가 도 5에 도시되어 있다. 이 영상은 투명 매체(44)의 상측면(46)의 것이며, 투명 매체(44)의 에지(47)가 도시되어 있다. 에지(47)는 결함(60, 61)의 위치에 대한 기준점을 제공한다. 결함(60)은 다크뷰 광학적 기록 장치(57)에 의해 관찰될 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함이다. 이러한 결함은 추가적으로 가시 영역 광학적 기록 장치(45)에 의해 관찰될 수도 있다. 결함(61)은 불투명 결함, 예를 들어 모래 조각과 같은 고체 물체 조각이며, 이는 이들 두 광학적 기록 장치(45, 57)에 의해 관찰되어 위치 확인될 것이다.

결함이 어느 한 광학적 기록 장치에 의해 관찰되는가 아니면 이들 두 광학적 기록 장치 모두에 의해 관찰되는가 하는 것인가를 비롯하여, 광학적 장치에 의해 얻어진 영상의 본질과 특성은 결함의 형태 및 근원에 대한 정보를 제공한다. 이러한 정보는 투명 매체가 세부 요건을 만족하는가 여부를 결정하는 것을 보조하고, 결함의 분류를 보조하며, 결함의 근원 및 원인을 식별하는 것을 보조한다.

이들 두 광학적 기록 장치는 모두, 받아들여진 영상을 기록 및 분석하고 투명 매체의 이동 속도에 대한 정보를 사용하여 영상을 배열하고 결합하는 소프트웨어를 구비하는 컴퓨터에 연결될 것이다. 영상의 분석은 이미 논하였다.

다양한 가시 영역 검사 시스템이 사용될 수 있다. 예를 들어, 투명 매체가 투명 매체로 된 평탄한 시트였다면, 가시 영역 검사 시스템은, 분산 조명 대신에 레이저를 사용하는, 캐나다 특허 출원 번호 제2,252,308호(1998년 10월 30일 출원)에 개시된 Adam Weiss 및 Alexandre Obtnine의 검사 시스템일 수 있다.

본 발명은 투명 매체의 검사를 위한 다용도 장치 및 방법을 제공하며, 이 장치 및 방법은 제품 세부 요건을 만족하지 않는 투명 매체의 식별을 가능하게 할 뿐 아니라 결함의 원인을 식별하는 데에도 도움을 주는 방식으로, 형태, 크기 및 위치에 매우 다양한 결함을 동시에 식별할 수 있다.

Claims (42)

1. 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 장치로서,

   연장된 길이와 폭을 갖는 광원 및 이 광원에 위치하는 원형의 구경 조리개(aperture stop)를 포함하는 원형 대칭의 조명원과,

   상기 조명원에 의해 제공되는 빛으로부터 원형 대칭의 빛 기둥을 형성하고, 이 원형 대칭의 빛 기둥과 상기 구경 조리개의 영상을 소정 평면에 집속하는 렌즈 시스템과,

   상기 구경 조리개의 영상의 위치에 위치하는 광학적 기록 장치와,

   상기 원형 대칭의 빛 기둥을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 수단

   을 포함하는 결함 검출 및 식별 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 시스템은 상기 빛 기둥을 형성하기 위한 제1 렌즈 및 상기 빛 기둥을 상기 평면에 집속하기 위한 제2 렌즈를 포함하며, 투명 매체를 이송하는 상기 수단은 상기 투명 매체가 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이를 지나도록 하는 것인 결함 검출 및 식별 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 광학적 기록 장치와 통신하는 컴퓨터를 더 포함하며, 이 컴퓨터는 상기 광학적 기록 장치에 의해 생성된 영상 데이터를 기초로, 상기 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함의 위치, 형태 및 크기를 결정하기 위한 소프트웨어를 실행시키는 것인 결함 검출 및 식별 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 컴퓨터는 모니터를 더 포함하며, 상기 소프트웨어는 상기 투명 매체에서 결함의 위치, 형태 및 크기를 나타내는 결함 맵을 생성하여 상기 모니터 상에 디스플레이하는 것인 결함 검출 및 식별 장치.
5. 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 방법으로서,

   광원 및 원형의 구경 조리개를 포함하는 원형 대칭의 조명원에 의해 제공되는 원형 대칭의 빛 기둥을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 단계와,

   상기 원형 대칭의 빛 기둥을 소정 평면에 집속하고, 또 상기 구경 조리개의 영상도 상기 평면에 집속하는 단계와,

   상기 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함에 의해 방향 전환된 빛을, 상기 구경 조리개의 영상의 위치에 위치하는 광학적 기록 장치에 의해 기록하는 단계

   를 포함하는 결함 검출 및 식별 방법.
6. 투명 매체에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함을 검출 및 식별하는 장치로서,

   연장된 길이와 폭을 갖는 제1 및 제2 조명원으로서, 각 조명원은 빛 기둥을 제공하며, 상기 제2 조명원은 광원 및 이 광원에 위치하는 원형의 구경 조리개를 구비하고, 상기 빛 기둥은 상기 제2 조명원에 의해 원형 대칭으로 제공되는 것인 제1 및 제2 조명원과,

   상기 제1 조명원과 관련된 제1 광학적 기록 장치 및 상기 제2 조명원과 관련된 제2 광학적 기록 장치와,

   각 빛 기둥을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 수단과,

   상기 제2 조명원에 의해 제공된 원형 대칭의 빛 기둥을 소정 평면에 집속하고, 또 상기 구경 조리개의 영상도 상기 평면에 집속하는 렌즈 시스템

   을 포함하며, 상기 제2 광학적 기록 장치는 상기 영상의 위치에 위치하는 것인 결함 검출 및 식별 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 광학적 기록 장치 및 제2 광학적 기록 장치 중 하나 이상과 통신하는 컴퓨터를 더 포함하며, 이 컴퓨터는 상기 제1 광학적 기록 장치 및 제2 광학적 기록 장치 중 하나 이상에 의해 생성된 영상 데이터를 기초로, 상기 투명 매체의 시트에서 광학적 성질을 갖는 빛의 방향 전환 및 투명 결함의 위치, 형태 및 크기를 결정하기 위한 소프트웨어를 실행시키는 것인 결함 검출 및 식별 장치.
8. 투명 매체에서 결함을 검출 및 식별하는 방법으로서,

   제1 및 제2 빛 기둥을 통과해 상기 투명 매체를 이송하는 단계로서, 상기 빛 기둥 중 하나는 원형 대칭인 것인 이송 단계와,

   상기 제1 빛 기둥을 제1 광학적 기록 장치에 집속하고, 상기 제2 빛 기둥을 제2 광학적 기록 장치에 집속하는 단계와,

   상기 제1 및 제2 광학적 기록 장치에서 상기 투명 매체의 영상을 기록하는 단계와,

   결함의 검출 및 식별을 위해 상기 영상들을 조합하는 단계

   를 포함하는 방법.
9. 투명 매체에서 결함을 검출하는 장치로서,

   광원 및 원형 구경 조리개를 구비하며, 거의 균일하게 분포된 빛을 제공하는 원형 대칭의 확산 조명원과,

   상기 균일 분포의 빛으로부터 원형 대칭의 빛 기둥을 형성하고, 이 원형 대칭의 빛 기둥 및 구경 조리개의 영상을 소정 평면에 집속하는 렌즈 시스템과,

   상기 구경 조리개의 영상의 위치에 위치하는 광학적 기록 장치와,

   상기 원형 대칭의 빛 기둥을 통과해 투명 매체를 이송하는 컨베이어

   를 포함하며, 상기 광학적 기록 장치는 상기 원형 대칭의 빛 기둥의 광선이 상기 결함에 의해 방향 전환된 결과로, 투명 매체에서의 결함의 영상을 포착하는 것인 결함 검출 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 광학적 기록 장치와 통신하는 프로세서를 더 포함하며, 이 프로세서는 상기 결함의 형태 및 특성을 결정하기 위해 상기 광학적 기록 장치에 의해 생성된 영상 데이터를 처리하는 것인 결함 검출 장치.
11. 투명 매체에서 결함을 검출하는 장치로서,

    광원 및 이 광원에 대해 간격을 둔 소정 위치에 있는 복수 개의 원형 구경 조리개를 구비하며, 거의 균일하게 분포된 빛을 제공하는 원형 대칭의 확산 조명원과,

    상기 균일 분포의 빛으로부터 원형 대칭의 빛 기둥을 형성하고, 이 원형 대칭의 빛 기둥 및 구경 조리개의 영상을 소정 평면에 집속하는 렌즈 시스템과,

    상기 구경 조리개의 영상의 위치에 각각 위치하는 광학적 기록 장치와,

    상기 원형 대칭의 빛 기둥을 통과해 투명 매체를 이송하는 컨베이어

    를 포함하며, 상기 광학적 기록 장치는 각각 상기 빛 기둥의 광선이 상기 결함에 의해 방향 전환된 결과로, 투명 매체에서의 결함의 영상을 포착하는 것인 결함 검출 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 광학적 기록 장치와 통신하는 프로세서를 더 포함하며, 이 프로세서는 상기 결함의 형태 및 특성을 결정하기 위해 상기 광학적 기록 장치에 의해 생성된 영상 데이터를 처리하는 것인 결함 검출 장치.
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