KR100763942B1 - 표면검사장치 - Google Patents

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KR100763942B1
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(주)포씨스
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Abstract

본 발명의 목적은 표면검사장치에서 피검사재의 표면에 존재하는 결점과 비결점을 명확히 구별하고, 추가적인 조명제어수단을 제공하여 결점검출력을 높이도록하는 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피검사재의 이동방향에 대하여 수직인 한 라인(line)의 법선에 대하여 입사각(θ1)으로 빛을 조사시키는 제 1 조명수단; 상기 법선을 기준으로 상기 제 1 조명수단이 설치된 쪽에 상기 조사각(θ1)보다 작은 조사각(θ2)로 빛을 조사시키는 제 2 조명수단; 상기 라인을 촬상하는 촬상수단; 상기 촬상수단에 의하여 촬상된 영상을 신호처리하여 표시부에 표시하도록 하는 영상처리부; 상기 제 1 조명수단, 상기 제 2 조명수단의 점등 및 밝기를 제어하고, 상기 촬상수단 및 영상처리부를 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.
표면검사, 영상처리, 조명수단, CCL, 결점, 반짝임(shinny spot)

Description

표면검사장치{surface inspection system}
도 1은 특허 제 0470402호의 표면검사장치를 설명하는 단면도이다.
도 2는 종래의 표면검사장치의 동작과정을 설명하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예의 회로블록도이다.
도 5는 도 3의 동작과정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 동작을 설명하는 회로 블록도이다.
본 발명은 동박(copper foil)등과 같은 연속 롤(roll)형태로 생산되어 이송되는 금속박이나, 또는 CCL(copper clad laminate)과 같이 판재형태로 제작되어 콘베어로 공급되는 금속판재의 표면에 결점이 존재하는지를 검사하여 검출하고, 검출된 결점의 형태를 파악하여 결점을 구분하는 표면검사장치에 관한 것이다.
대표예로서 동박(copper foil) 또는 CCL은 전자제품의 기판(PCB)를 형성하는 기본 재료로써 동박 또는 CCL에 결점이 형성되어 있는 경우에는 완성된 제품에 치 명적인 결함을 초래하게 되므로 기판(PCB) 제조전인 소재상태에서 정밀한 결점검사가 시행되고 있다.
본 출원인이 등록권자인 특허 제 0470402호는 이러한 정밀 결점검사를 수행하는 장치에 대하여 기술하고 있다.
도 1은 특허 제 0470402호의 표면검사장치를 설명하는 단면도이다.
콘베이어 벨트(10)를 따라 검사대상의 CCL판(20)의 이동경로 중에 개구부(60)를 갖는 하우징(50)이 설치되고, 개구부의 상부에는 촬상소자인 라인스캔카메라(Line Scan Camera)가 개구부(60)를 통해 CCL판상의 한 라인(line)을 연속해서 촬상함으로서 CCL판 전체에 대한 영상을 얻는다. 또한, 하우징(50)의 내부에는 라인(line)의 전방과 후방에서 상기 라인에 대하여 빛을 조사시키는 이븐(even) 조명장치(30), 오드(odd) 조명장치(40)가 설치된다. 이때, 이븐 조명장치(30)와 오드 조명장치(40)는 하나 이상의 발광수단이 다수의 열로 배치된 형태로 이루어져 있으며, 이븐 조명장치(30)와 오드 조명장치(40)는 라인스캔카메라의 촬상주기에 동기되어 교대로 점멸한다.
이와 같은 구성에서 표면검사장치의 촬상소자(70)는 교대로 점멸하는 이븐 조명장치(30)와 오드 조명장치(40)가 CCL판(20)에 빛을 조사할 때, CCL판(20)상에서 반사되어 개구부(60)를 통하여 입사되는 빛에 의하여 라인(line)단위로 CCL판(20)을 촬상하는 라인 스캐닝(line scanning)을 수행하여 입력된 빛을 전기적 신호로 변환한다. 또한, 표면검사장치의 촬상소자(70)와 연결된 제어수단은 라인 스캐닝된 신호로부터 특정 결점패턴을 추출하고, 결점패턴으로부터 CCL을 사용하여도 무방한 반짝임(Shinny Spot)에 의한 것인지 단선 등을 유발하는 홀(hole)이나 요홈(Pit, Dent 등)에 의한 특정 결점인가를 구별하여 인식하는 장치이다.
그러나, 이러한 장치에서 조명장치(30),(40)이 조사된 빛이 CCL판(20)상에 반사되어 촬상소자(70)에 입사되어 홀(hole), 동녹, 얼룩, 이물박힘 등에 의한 결점과 반짝임(Shinny Spot)과를 구별되게 인식되도록 하기 위해서는 조명장치(30), (40)의 빛이 라인에 조사되는 조사각(θ)이 매우 제한적으로 설치되어야 한다. 이와 같이 조사각(θ)이 작은 경우에는 고장을 유발하는 비중이 더 높은 결점, 예를 들어 요홈(Pit, Dent 등), 스크래취 등에 의한 결점을 인식하기가 곤란한 문제가 발생한다.
따라서, 이들 고장유발 비중이 더 높은 결점의 검출력을 높이는 조건으로 조명장치(30),(40)의 조사각을 설정하여 설치하고 있는 실정이다.
도 2는 종래의 표면검사장치의 동작과정을 설명하는 구성도이다.
CCL판(20)은 동박층(21)과 기저층(22)으로 이루어져 있으며, 동박층(21)의 표면은 완전평면이 아니기 때문에 표면에 입사된 빛은 산란되고, 산란된 일부의 빛은 카메라(70)에 입사되게 된다. 그러나 도 2a와 같은 홀(Hole)이나 도 2b와 같은 동녹(Copper stain)등의 결점이 존재하는 경우에 이 부분에서는 반사가 이루어지지 않기 때문에 촬상수단(70)에 빛이 도달되지 못하게 되어 CCL판(20)의 영상은 도 2d와 같이 검게 표시된다. 또한, 도 2c에서와 같이 매끄러운 표면에 의한 반짝임(shinny spot) 영역(S)에서도 빛의 산란이 일어나지 않고 반사되기 때문에 조사각이 큰 경우에는 반사 빛은 촬상수단(70)에 입사되지 못하게 되어 도 2d와 같이 검은 점을 형성하게 되어 홀이나 동녹과 같이 도 2d와 동일한 영상이 나타난다.
따라서 CCL판(20)이 기판(PCB)으로 제작되는 경우에 불량을 초래하는 홀(Hole)과 기판에 사용될 때 아무런 고장원인을 초래하지 않는 반짝임(shinny spot)을 구분하지 못하게 되므로, 이러한 영상에서 홀(hole)에 대한 결점이 발생되는 경우 육안으로 진정한 홀(hole)에 대한 결점인지 반짝임(shinny spot)에 의한 결점인지를 확인하거나, 이를 구분하기 위한 별도의 시스템을 설치하여야 하는 문제점이 있다.
또한, 대개의 경우에 CCL판은 표면상태가 균일하지 못하고 기저층을 이루는 소재의 특성에 따라 굴곡이나 무늬가 형성되어져 있어 라인단위로 촬상수단에 입사되는 빛의 량에는 차이가 존재한다. 따라서 촬상수단에 입사되는 빛의 양을 감지하고, 감지된 빛에 따라서 조명장치(30), (40)의 밝기를 제어하여 표면상태를 균질화한다. 그러나, CCL판의 특성에 따라서는 조명장치(30), (40)가 라인에 대하여 큰 조사각을 갖는 경우에 조명장치의 밝기의 제어범위를 벗어나기 때문에 빛의 밝기를 균일하게 제어하기가 곤란하여 결점 검출력이 낮아지거나, 결점을 검출한다 하더라고 구분력이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 표면검사장치에서 결점이 아닌 반짝임(shinny spot)과 기판(PCB)의 불량을 야기시키는 홀(hole)과 같은 결점을 명확히 구별하여 최종제품에서의 불량률을 줄이고, 생산성을 높이도록 하는 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 표면검사장치의 촬상소자에서 촬상되는 라인의 밝기를 균일하게 제어하여 결점검출능력 및 검출된 결점간의 구분력을 높이는 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 피검사재의 이동방향에 대하여 수직인 한 라인(line)의 법선에 대하여 조사각(θ1)으로 빛을 조사시키는 제 1 조명수단; 상기 법선을 기준으로 상기 제 1 조명수단이 설치된 쪽에 상기 조사각(θ1)보다 작은 조사각(θ2)으로 빛을 조사시키는 제 2 조명수단; 상기 라인을 촬상하는 촬상수단; 상기 촬상수단에 의하여 촬상된 영상을 신호처리하여 표시부에 표시하도록 하는 영상처리부; 상기 제 1 조명수단, 상기 제 2 조명수단의 점등을 제어하고, 상기 촬상수단 및 영상처리부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 피검사재 중에 빛의 산란이 발생되지 않고, 반사되는 반짝임(shinny spot) 영역이 상기 라인에 존재할 때, 상기 촬상수단에 입사되는 빛은 제 2 조명수단의 빛만인 것이다.
또한, 본 발명의 다른 특징은 피검사재의 이동방향에 대하여 수직인 한 라인(line)의 법선상에 설치되는 촬상수단; 상기 라인의 전방에 위치하며, 상기 법선에 대하여 조사각(θ1)을 갖는 빛을 발하는 이븐(even) 제 1 조명수단과 상기 법선에 대하여 입삭각(θ1) 보다 작은 조사각(θ2)를 갖는 빛을 발하는 이븐(even) 제 2 조명수단으로 이루어진 이븐(even) 조명계; 상기 라인의 후방에 위치하며, 상기 법선에 대하여 조사각(θ1)을 갖는 빛을 발하는 오드(odd) 제 1 조명수단과 상기 법선에 대하여 조사각(θ1) 보다 작은 조사각(θ2)를 갖는 빛을 발하는 오드(odd) 제 2 조명수단을 갖는 오드(odd) 조명계; 상기 이븐(even) 조명계와 상기 오드(odd) 조명계를 교대로 점멸시키는 제어부; 상기 제어부의 제어를 받아 상기 촬 상수단에 의하여 촬상된 영상을 처리하여 패턴으로부터 결점을 추출하고 이를 표시부에 표시하도록 신호처리하는 영상처리부를 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에서 상기 피검사판중 빛의 산란이 발생되지 않고, 반사되는 반짝임(shinny spot)이 상기 라인에 존재할 때, 상기 촬상수단에 입사되는 빛은 상기 오드(odd) 제 2 조명수단 및 상기 이븐(even) 제 2 조명수단에 의하여 발산되는 빛만인 것이 바람직하다.
삭제
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
CCL판(20)의 상부에는 수평이동하는 CCL판(20)의 이동방향(a)에 대하여 수직인 한 라인(Line:L)의 입사측에는 조사각(θ1)으로 빛을 조사하는 제 1 조명부(110)와 라인(L)에 대하여 조사각(θ1)보다 작은 조사각(θ2)으로 빛을 조사하는 제 2 조명부(120)가 설치되고, 법선(LP)을 기준으로 제 1 조명부(110), 제 2 조명부(120)가 설치된 반대편에는 법선(LP)과 사잇각(θ3)을 갖는 위치에 촬상수단인 CCD 라인스캔카메라(Line scan camera)(70)가 설치된다. 이때, 제2조명부의 조사각(θ2)는 카메라(70)의 입사각(θ3)과 동일하게 구성하는 것이 바람직하다. 또한 제 1 조명부(110), 제 2 조명부(120)는 적어도 하나 이상의 램프로 이루어진다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예의 회로블록도이고, 도 5는 도 3의 동작과정을 설명하기 위한 구성도이다.
제어부(130)는 영상처리부(71)와 연계하여 각 제어대상을 제어하고, 영상처리부(71)는 제어대상으로부터 입력되는 신호에 대한 연산처리를 수행한다. 제어부(130)에는 카메라(70)에서 입력되는 영상신호를 표시부(140)에 표시될 수 있도록 신호처리하는 영상처리부(71)와, 제 1 조명부(110)를 구동시키는 제 1 구동부(111), 제 2 조명부(120)를 구동시키는 제 2 구동부(121)가 연결되고, 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120)가 CCL판(20)을 조사할 때, 카메라(70)은 라인단위로 입력되는 영상신호로부터 CCL판의 밝기를 감지하여 미리 설정한 기준광량보다 감지광량이 작을 때는 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120)로부터 많은 광량이 방출되도록 하고, 감지광량이 클 때는 적은 광량이 방출되도록 한다.
또한, 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120) 중 어느 하나의 조명부 만을 제어하는 방식도 사용될 수 있으며, 이때는 조사각이 작아 반사광이 카메라에 많이 도달되는 제 2 조명부(120)만을 제어하는 것이 바람직하다.
도 5a는 홀(hole)을 갖는 CCL판(20)이 a방향으로 진행할 때, 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120)의 빛이 CCL판(20)에 비춰지고, 각 부분에서 반사되는 것을 나타낸다. 이때, CCL판의 불균일한 표면에 의하여 홀(hole)을 제외한 부분에서는 산란이 일어나게 되어 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120)로부터 조사된 빛의 반사파가 카메라에 입사되게 되고, 홀(hole)로부터 반사되는 빛은 카메라에 도달되지 않기 때문에 결국 도 5c와 같이 홀(hole)에 대하여는 흑색의 점이 형성된 영상이 나타나게 된다.
그러나, 도 5b와 같이 표면이 균일한 반짝임(shinny spot-S영역)을 갖는 CCL판(20)에서 반짝임(shinny spot)을 제외한 부분에서는 표면의 산란에 의하여 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120)로부터 조사된 빛은 카메라에 입사되지만, 반짝임 (shinny spot)에서는 표면이 균일하고 반사도가 크기 때문에 제 1 조명부(110)와 제 2 조명부(120)로부터 입사된 빛은 조사각과 같은 각도로 반사되고, 제 2 조명부의 조사각(θ2)은 제 1 조명부(110)의 조사각(θ1)보다 작기 때문에 카메라(70)에는 제 2 조명부(120)에 의한 빛이 입사되게 된다. 따라서, 반짝임(shinny spot)에 대하여는 제 2 조명부(120)의 빛이 입사되어 밝은 영상이 형성되기 때문에 도 5d와 같은 영상이 나타나게 되어 결국 홀(hole)과 반짝임(shinny spot)이 확연히 구별되게 된다.
제 1 조명부(110)의 조사각(θ1)이 커서 반짝이는 영역에 의한 반사된 빛이 카메라(70)에 입사되지 못하여도 조사각(θ2)이 작은 제 2 조명부(120)의 빛이 반짝임(shinny spot)에서 반사되어 카메라(70)에 입사되므로 제 1 조명부(110)의 조사각(θ1)의 선택범위가 넓어지게 되어 다양한 결점을 검출할 수 있는 조사각으로 조정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
제 2 실시예는 CCL판(20)의 연직상부에 설치된 라인스캔용 카메라(70)의 좌우에 교대로 점멸하는 이븐(even)계와 오드(odd)계의 조명장치가 설치되어 있다.
이븐계의 조명장치는 카메라(70)에 의하여 라인 스캐닝되는 CCL판(20)의 한 라인(L)에 대하여 선행된 부분의 상부에 설치되어 라인(L)을 비추도록 설치되고, 오드계 조명장치는 라인(L)에 대하여 뒷부분의 상부에 설치되어 라인(L)을 비추도록 설치된다.
또한, 이븐(even) 조명장치는 라인(L)에 대하여 조사각(θ1)이 큰 이븐(even) 제 1 조명부(210)와 조사각(θ2)이 작은 이븐(even) 제 2 조명부(211)로 구성되고, 오드(odd) 조명장치도 라인(L)에 대하여 조사각(θ1)이 큰 오드(odd) 제 1 조명부(220)와 조사각(θ2)이 작은 오드(odd) 제 2 조명부(221)로 이루어진다. 이때, 이븐(even) 제 1 조명부(210)와 이븐(even) 제 2 조명부(211)는 동시에 점멸되고, 오드(odd) 제 1 조명부(220)와 오드(odd) 제 2 조명부(221)는 동시에 점멸되고, 오드(odd) 제 1 조명부(220)와 이븐(even) 제 1 조명부(210)는 카메라의 스캔주파수에 동기되어 교대로 점멸된다. 또한 검사대상체의 표면 특성에 따라서는 이븐(even) 제 2조명부(211)과 오드(odd) 제 2조명부는 점멸되지 않고 동시에 상시 점등상태로 제어 할 수도 있다.
또한, 각각의 조명부는 CCL판(20)의 각 라인을 균일하게 비출 수 있도록 적어도 하나 이상의 램프로 이루어진다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 동작을 설명하는 회로 블록도이다.
제 2 실시예에서 제어를 수행하는 제어부(240)에는 이븐(even) 제 1 조명부(210)와 이븐(even) 제 2 조명부(211)를 구동시키기 위한 이븐(even) 구동부(230)와, 오드(odd) 제 1 조명부(220)와 오드(odd) 제 2 조명부(221)를 구동시키기 위한 오드(odd) 구동부(231)와, 카메라(70)에서 촬상된 영상을 신호처리하여 표시부(233)에서 디스플레이될 수 있도록 하는 영상처리부(232)와 영상처리부(232)에 서 처리된 영상을 디스플레이하는 표시부(233)가 연결되어 있다.
제어부(240)는 카메라(70)에서 감지된 밝기에 의하여 이븐(even) 구동부(230)와 오드(odd) 구동부(231)에서 구동되는 이븐(even) 조명계와 오드(odd) 조명계를 제어하여 CCL판(20)의 라인(L)의 밝기를 일정하게 제어한다. 이븐(even), 오드(odd)의 제 1 조명부보다는 이븐(even), 오드(odd)의 제 2 조명부를 제어하여 밝기를 제어하는 것이 바람직하며, 제 1 실시예와 같이 이븐(even) 제 2조명부(211)과 오드(odd) 제 2조명부는 점멸되지 않고 동시에 상시 점등으로 제어할 수도 있다.
이와 같이, 이븐(even) 조명계와 오드(odd) 조명계에 의하여 교대로 점멸되는 조명장치들에 의하여 CCL판의 결점에 빛이 비춰질 때 결점에 대한 영상신호가 특허 제 0470402호에서 기술된 바와 결점의 종류에 따라 서로 상이한 패턴이 형성되는 한편, 이븐(even) 조명계와 오드(odd) 조명계가 각각 제 1 조명부와 제 2 조명부로 구성되기 때문에 도 5에 도시된 원리에 의하여 홀(hole)에 대하여는 흑점의 영상을 형성하고, 반짝임(shinny spot)에 대하여는 백색 부분의 영상을 획득하기 때문에 반짝임에 의한 결점처리를 방지할 수 있어 추가의 검사과정을 줄이고, 생산성을 증가시킬 수 있다.
상기의 제 1 실시예와 제 2 실시예에서 홀과 반짝임이 형성된 CCL판에 대하여 설명하였지만 굴곡이 심하게 진 영역, 표면에 요홈이 형성되어 동박패턴이 손상된 결점등 다양한 검사에 대하여도 적용될 수 있음은 당연한 사실이며, 다양한 변형예가 존재할 수 있으며, 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 결정된다.
상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 표면이 매끄러워 빛의 산란이 일어나지 않고 반사되는 반짝임(shinny spot)과 홀(hole), 동녹(copper stain), 이물박힘 등을 비롯한 결점 등에 대하여 명확히 구분할 수 있도록 하여 추가의 검사과정을 줄이고, 생산성을 증가시킬 수 있다.
또한, 표면이 균일하여 반사도가 높은 검사대상에 대하여는 제 1 조명수단만으로는 조명제어에 한계를 벗어나므로 신뢰성 높은 검사가 불가능하나, 제 2 조명계를 이용하여 용이하게 조명제어를 할 수 있으므로 결점검출율 및 결점구분력을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 피검사재의 이동방향에 대하여 수직인 한 라인(line)의 법선에 대하여 조사각(θ1)으로 빛을 조사시키는 제 1 조명수단;
    상기 법선을 기준으로 상기 제 1 조명수단이 설치된 쪽에 상기 조사각(θ1)보다 작은 조사각(θ2)으로 빛을 조사시키는 제 2 조명수단;
    상기 라인을 촬상하는 촬상수단;
    상기 촬상수단에 의하여 촬상된 영상을 신호처리하여 표시부에 표시하도록 하는 영상처리부;
    상기 제 1 조명수단, 상기 제 2 조명수단의 점등을 제어하고, 상기 촬상수단 및 영상처리부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 피검사재 중에 빛의 산란이 발생되지 않고, 반사되는 반짝임(shinny spot) 영역이 상기 라인에 존재할 때, 상기 촬상수단에 입사되는 빛은 제 2 조명수단의 빛만인 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  2. 피검사재의 이동방향에 대하여 수직인 한 라인(line)의 법선상에 설치되는 촬상수단;
    상기 라인의 전방에 위치하며, 상기 법선에 대하여 조사각(θ1)을 갖는 빛을 발하는 이븐(even) 제 1 조명수단과 상기 법선에 대하여 조사각(θ1) 보다 작은 조사각(θ2)를 갖는 빛을 발하는 이븐(even) 제 2 조명수단으로 이루어진 이븐(even) 조명계;
    상기 라인의 후방에 위치하며, 상기 법선에 대하여 조사각(θ1)을 갖는 빛을 발하는 오드(odd) 제 1 조명수단과 상기 법선에 대하여 조사각(θ1) 보다 작은 조사각(θ2)를 갖는 빛을 발하는 오드(odd) 제 2 조명수단을 갖는 오드(odd) 조명계;
    상기 이븐(even) 조명계와 상기 오드(odd) 조명계를 교대로 점멸시키는 제어부;
    상기 제어부의 제어를 받아 상기 촬상수단에 의하여 촬상된 영상을 표시부에 표시하도록 신호처리하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 피검사재의 라인의 밝기를 검출하는 광감지센서를 더 포함하고, 상기 광감지센서로부터 감지된 밝기에 의하여 상기 제어부는 상기 조명수단들의 밝기를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  4. 삭제
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 피검사재중에 빛의 산란이 발생되지 않고, 반사되는 반짝임(shinny spot) 영역이 상기 라인에 존재할 때, 상기 촬상수단에 입사되는 빛은 상기 오드(odd) 제 2 조명수단 및 상기 이븐(even) 제 2 조명수단에 의하여 발산되는 빛만인 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 라인에 제1 제2 조명계에 의해 조사되고, 피검사재에 의해 반사된 빛의 밝기에 따라 상기 제어부는 상기 이븐(even) 제 2 조명수단과 상기 오드(odd) 제 2 조명수단의 밝기를 제어하는 것을 특징으로 하는 표면검사장치.
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