KR101340336B1 - 비전검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 비전검사장치는, 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 검사대상물을 안착시키는 스테이지부와; 검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부와; 상기 검사대상물에 조명을 제공하기 위한 조명부와; 상기 조명부의 전방에 배치되어 상기 검사대상물에 격자 무늬를 비추기 위한 격자부와; 상기 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부를 포함하며, 상기 조명부와 격자부는 상기 검사대상물에 대해 일정한 각도로 고정 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 검사대상물과 격자 및 조명의 상대적 각도를 일정하게 고정하여 검사하도록 구성함으로써, 격자 및 조명의 회전 제어가 불필요하므로 전체 장비의 구성 및 제어가 단순해진다.
또한, 격자 및 조명의 위치가 고정된 상태에서도 검사대상물의 전체 영역을 정확히 검사할 수 있어, 단일의 검사대상물의 소요되는 검사 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

Description

비전검사장치{VISION INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 비전 검사장치에 관한 것으로서, 바둑판 무늬의 격자 형상 내에 기준형상을 포함시킴으로써, 카메라에 의한 평면적 촬영을 통해 상기 기준형상이 중심으로부터 이탈된 정도 또는 왜곡된 정도를 파악하여 3 차원 높이를 파악할 수 있도록 구성되는 비전검사장치에 관한 발명이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(PCB) 등에 표면실장부품을 조립하는 표면실장기술(SMT; Surface Mounting Technology)은 표면실장부품(SMD; Surface Mounting Device)을 소형화/집적화하는 기술과, 이러한 표면실장부품을 정밀하게 조립하기 위한 정밀조립장비의 개발 및 각종 조립장비를 운용하는 기술을 포함한다.

통상적으로, 표면실장라인은 표면실장기와 비전검사장치와 같은 장비로 구성된다.

상기 표면실장기는 표면실장부품을 인쇄회로기판상에 실장하는 장비로서, Tape, Stick, Tray 형태로 공급되는 각종 표면실장부품을 부품공급기(Feeder)로부터 공급받아 인쇄회로기판 상의 실장위치에 올려놓는 작업을 수행한다.

그리고, 상기 비전검사장치는 표면실장부품의 납땜공정 완료 전 또는 완료 후, 표면실장부품의 실장상태를 검사하며 검사결과에 따라 다음 공정으로 인쇄회로기판을 이송시키게 된다.

이때, 기존의 비전검사방법은 컨베이어를 통해 납땜이 완료된 인쇄회로기판이 수평 이송되면 위치조절장치에서 초기 위치를 조절하고, 조절이 완료된 후 조명등이 인쇄회로기판을 조사하면 카메라가 각 표면실장부품의 납땜 부위를 촬영한다.

이후 비전검사장치는 납땜부위의 촬영 상태를 모니터로 출력하고 연산함으로써, 실장의 양호/불량을 검사하거나, 표면실장부품의 실장 유/무를 검사하게 된다.

한편, 상기 비전검사장치 중 하나의 형태로서, 격자 형상의 그림자 무늬를 검사대상물 상에 비추어 상기 그림자 무늬의 외곡된 정도로서 검사대상물의 입체적 높이를 측정하는 기술이 제안되었다.

그런데, 상기 비전검사장치를 통해 검사대상물의 양/불량을 검사하기 위해서는, 상기 격자 형상의 그림자 무늬를 검사대상물의 전체 영역에 비추어야 한다.

상기와 같이 그림자 무늬를 검사대상물의 전체 영역에 비추기 위해, 격자와 조명을 함께 일정한 각도로 회전시키면서, 격자 형상의 그림자 무늬를 검사대상물의 영역 상에서 일정한 방향으로 이동시켜 검사대상물의 전체 영역을 검사하게 된다.

그런데, 상기와 같이 격자 및 조명을 함께 회전시키면서 검사대상물 상에서 격자 형상의 그림자 무늬를 이동시킬 경우, 상기 회전을 위한 모터 및 이의 제어를 위한 제어부는 매우 정밀하고도 정확한 회전제어를 구현해야 한다.

왜냐하면, 상기 격자로부터 검사대상물의 표면까지의 거리에 따라, 상기 격자에 비춰지는 조명에 의한 그림자 무늬의 선 두께 및 선 간의 폭이 달리지기 때문이다.

따라서, 상기 격자 및 조명의 회전은 매우 정밀하고도 정확히 제어되어야 하며, 또한 상기 격자 및 조명의 각 회전 위상에 따라 검사 대상물의 높이 연산을 위한 기준 데이터 및 이를 이용한 연산이 매우 정확히 이루어져야 한다.

이는 결과적으로, 전체 검사장치의 구성의 어려움을 초래하고, 격자 및 조명의 회전을 위한 모터의 정밀도 상승은 전체 장치의 제조 단가의 상승을 초래하게 된다.

특히나, 검사대상물의 특성 상 비교적 저정밀도의 검사만으로도 양/불량의 검사가 가능할 경우에도 상기와 같이 격자 및 조명을 회전시키면서 검사하는 방식은, 전체 장치의 구성을 위한 제조 단가의 불필요한 상승을 초래하고, 또한 각 검사대상물의 검사에 소요되는 전체 검사시간을 불필요하게 연장시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 검사대상물과 격자 및 조명의 상대적 각도를 일정하게 고정하여 검사하도록 구성함으로써, 격자 및 조명의 회전 제어가 불필요한 비전 검사장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 소형의 검사대상물에 대해서는 격자 및 조명의 위치가 고정된 상태에서도 검사대상물의 전체 영역을 정확히 검사할 수 있도록 하는 비전 검사장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 격자 및 조명을 회전하면서 검사대상물을 검사할 필요가 없으므로, 단일의 검사대상물에 소요되는 검사 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 비전 검사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비전검사장치는, 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 검사대상물을 안착시키는 스테이지부와; 검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부와; 상기 검사대상물에 조명을 제공하기 위한 조명부와; 상기 조명부의 전방에 배치되어 상기 검사대상물에 격자 무늬를 비추기 위한 격자부와; 상기 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부를 포함하며, 상기 조명부와 격자부는 상기 검사대상물에 대해 일정한 각도로 고정된 상태에서 검사를 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 격자부는 다수 개의 평행선 무늬로 구성되거나 바둑판 무늬로 구성된다.

바람직하게는, 상기 바둑판 무늬 중의 어느 일 방향의 선들과 그에 수직한 방향의 선들은 상호 동일한 피치로 형성될 수 있다.

또는, 상기 바둑판 무늬 중의 어느 일 방향의 선들과 그에 수직한 방향의 선들은 상호 상이한 피치로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 격자부는 대각선 방향의 사선을 추가적으로 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 바둑판 무늬의 격자 내에 기준 형상이 추가적으로 포함될 수 있다.

여기서, 상기 기준 형상은 점 또는 원 또는 X 형상 중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 의해, 검사대상물과 격자 및 조명의 상대적 각도를 일정하게 고정하여 검사하도록 구성함으로써, 격자 및 조명의 회전 제어가 불필요하므로 전체 장치의 구성 및 제어가 단순해진다.

또한, 검사대상물의 크기가 소형일 경우 격자 및 조명의 위치가 고정된 상태에서도 검사대상물의 전체 영역을 정확히 검사할 수 있어, 단일의 검사대상물에 소요되는 검사 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략도이다.
도 2 는 검사대상물에 격자무늬의 그림자가 투영된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 비전검사장치에 포함되는 격자 무늬를 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 비전검사장치에 포함되는 또 다른 격자무늬를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략도이며, 도 2 는 검사대상물에 격자무늬의 그림자가 투영된 상태를 도시하는 평면도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 비전검사장치에 포함되는 격자 무늬를 도시한 도면이다.

도 1 내지 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 비전검사장치는, 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 검사대상물(100)을 안착시키는 스테이지부(10)와, 검사대상물(100)의 영상을 촬영하기 위한 카메라부(20)와, 상기 검사대상물(100)에 조명을 제공하기 위한 조명부(30)와, 상기 조명부(30)의 전방에 배치되어 상기 검사대상물(100)에 격자 무늬를 비추기 위한 격자부(40)와, 상기 카메라부(20)에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물(100)의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부(50)를 포함하며, 상기 조명부(30)와 격자부(40)는 상기 검사대상물(100)에 대해 일정한 각도(θ)로 고정된 상태에서 검사를 수행하도록 설치된다.

본 발명에 따른 비전검사장치는 표면실장라인에서 작업을 마친 인쇄회로기판의 표면실장부품을 검사할 경우, 선행장비의 컨베이어를 통해 다음 공정으로 이동되기 이전에 비전검사를 실시할 수 있도록 설치된다.

이와 같은 비전검사장치는 선, 후행 장비의 컨베이어와 컨베이어 사이에 형성되는 공간에 배치되는 방식으로 설치되거나, 또는 선, 후행장비와 연계되지 않고 단독 테이블 형태로도 사용될 수 있다.

상기 스테이지부(100)는 비전 검사의 대상이 되는 PCB 기판 등의 검사대상물(100)을 안착시키기 위한 구성으로서, 예를 들어 제어부(60)의 제어를 통한 로봇 암, 이송롤러 또는 모터 및 컨베이어벨트 등의 이송 수단에 의해 이송된 상기 검사대상물(100)이 안착된다.

상기 카메라부(20)는 검사대상물(100)의 표면에 형성된 격자 형상의 그림자를 촬영하기 위한 구성으로서, 상기 검사대상물(100)에 대해 대략적으로 수직 상방에 배치된다.

상기 조명부(30)는 상기 검사대상물(100)에 조명을 비추기 위한 구성으로서, 그 전방에는 상기 격자부(40)가 배치된다.

그리하여, 상기 격자부(40)를 통해 조명을 비추어, 도 2 에서와 같이 격자부(40)의 그림자가 상기 검사대상물(100)의 표면에 형성되고, 이와 같이 형성된 격자부(40)의 그림자를 상기 카메라부(20)를 통해 촬영함으로써. 상기 검사대상물의 3차원적 높이를 측정하게 된다.

여기서, 도 2 를 참조하여 격자무늬 그림자 형상을 통해 검사대상물의 3 차원적 높이를 측정하는 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

상기 조명부(30)가 격자부(40)를 통해 조명을 비추고 이를 상기 수직 상방에 배치된 카메라부(20)를 통해 촬영하게 되면, 상기 검사대상물(100)의 표면에서 3차원적 높이가 동일한 부분(102)에서는 격자선이 평행한 일직선의 형태로 촬영된다.

그러나, 상기 검사대상물(100)의 표면에서 3차원적 높이가 서로 다른 부분(104, 106)의 경우, 일정한 각도에서 비춰진 그림자를 수직 상방에 배치된 상기 카메라부(20)로 촬영할 경우, 상기 격자선이 서로 어긋나는 형태로 왜곡되어 촬영되는데, 이러한 왜곡의 정도를 3각함수로 계산하면 검사대상물(100)의 3차원적 높이를 계산할 수 있다.

상기 카메라부(20)에 의해 촬영된 영상은 상기 비전처리부(50)에서 판독되어, 상기 검사대상물(100) 표면의 3차원적 높이가 계산되고, 이러한 검사대상물(100)의 높이가 미리 저장된 기준 데이터 높이보다 현저히 높거나 또는 낮을 경우, 예를 들어 PCB 기판 상의 칩과 같은 검사대상물(100)이 올바르게 장착되지 않은 것으로 판단하게 된다.

상기 검사대상물(100)에 격자 형상의 그림자 무늬를 비추기 위한 상기 조명부(30)와 격자부(40)는 상기 검사대상물(100)에 대해 일정한 각도(θ)로 고정 배치되어, 광을 조사하도록 구성된다.

상기와 같이 조명부(30)와 격자부(40)가 배치된 상황에서, 상기 검사대상물(100)이 상기 스테이지부(10) 상에서 일정한 위치에 배치되도록 하여, 상기 조명부(30)와 격자부(40)에 의한 격자 무늬의 그림자 형성과 상기 카메라부(20)에 의한 촬영에 의해 일정한 영역에 대한 검사를 한번에 수행할 수 있다.

여기서, 상기 조명부(30)와 격자부(40)에 의한 그림자 무늬 형성 및 상기 카메라부(20)에 의한 촬영에 의해 한번에 검사를 수행할 수 있는 영역의 크기는 임의적으로 조절가능하다.

즉, 검사의 대상이 되는 PCB 기판의 크기에 따라 한번에 전체 기판의 검사를 수행할 수도 있으며, 기판의 각 영역 별로 여러차례에 걸쳐 검사를 수행할 수도 있다.

이때, 상기 조명부(30)와 격자부(40)가 그림자 무늬를 형성하는 영역은 고정되어 있으며, 검사의 대상이 되는 기판의 영역을 상기 그림자 무늬 형성 영역에 배치하기 위해, 로봇 암이 이용되거나 상기 스테이지부(10)가 회전되도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 조명부(30)와 격자부(40)의 고정의 의미는 상기 그림자 무늬를 검사대상물(100)의 각 영역으로 순차적으로 이동시키도록 구성되지 않는 것을 의미하며, 검사의 대상이 되는 각 기판의 형상 또는 크기에 따라 상기 조명부(30)와 격자부(40)의 배치 각도(θ)를 변경시킬 수 없음을 의미하는 것이 아니다.

즉, 검사의 대상이 되는 PCB 기판 등의 형상 또는 크기에 따라 상기 조명부(30)와 격자부(40)의 배치 각도(θ)는 조절가능하며, 이와 같이 배치 각도가 조절 고정된 상태에서 검사를 수행하는 것을 의미한다.

상기와 같이 조명부(30)와 격자부(40)의 배치 각도가 조절 고정된 상태에서, 검사의 대상이 되는 PCB 기판의 크기에 따라 한번의 영상촬영으로 검사가 종료될 수도 있으며, 또는 기판의 각 영역별로 촬영하여 검사를 수행하도록 구성될 수도 있다.

상기와 같이, 조명부(30)와 격자부(40)를 제어하지 않고, 검사의 대상이 되는 기판을 이동시킴으로써, 조명부(30)와 격자부(40)의 회전을 위한 정밀한 제어가 불필요하게 되고, 전체 장치를 매우 용이하게 구성할 수 있다.

왜냐하면, 상기 조명부(30)와 격자부(40)를 회전시키면서 검사 영역을 이동시킬 경우에는, 이와 같은 회전을 위한 모터가 매우 미세하게 회전 제어되어야 하며, 상기 조명부(30)와 격자부(40)의 이동에 수반하여 상기 카메라부(20)의 촬영 영역 역시 이동되어야 하기 때문이다.

만약, 상기 카메라부의 촬영 영역이 이동되지 않도록 구성될 경우에는, 상기 카메라부의 촬영 영역이 고정된 상태에서 상기 조명부(30)와 격자부(40)가 이동되는 전체 영역을 모두 촬영가능하도록 촬영 영역이 설정되어야 하는데, 이는 결과적으로 검사대상물의 크기가 클 경우 미세한 부분에 대한 검사능을 저하시키는 원인이 된다.

따라서, 상기와 같이 조명부(30)와 격자부(40)가 고정된 상태에서 상기 검사대상물(100)을 이동시켜 검사를 수행하도록 함으로써, 상대적으로 위치 이동 제어가 용이한 상기 검사대상물(100)의 이동을 통해 검사를 수행할 수 있어, 전체 장치의 구성이 매우 용이해진다.

여기서, 상기 격자부(40)는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 평행한 일직선의 형태로 구성될 수도 있고, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 바둑판 무늬로 구성될 수도 있다.

상기 바둑판 무늬로 경자를 형성할 경우에는 한번의 촬영으로 가로 및 세로 방향의 그림자 무늬의 왜곡을 동시에 촬영할 수 있으므로, 검사대상물(100)의 3차원적 형상에 대한 보다 정확한 검사가 가능하면서도 검사시간을 감소시킬 수 있다.

또한, 한번의 촬영을 통한 검사대상물(100)에 대한 보다 정밀한 3차원적 높이 검사를 위해, 상기 바둑판 무늬 격자에 대각선 방향의 사선(45)을 추가하여 도 4 에 도시된 바와 같이 구성할 수도 있다.

여기서, 격자 무늬의 그림자 형성을 통한 3차원적 높이 검사를 정확히 수행할 수 있도록, 도 3 에 도시된 상기 격자부(40) 내의 격자 무늬 선의 두께(T, Tv, Th)는 검사 해상도 또는 검사 대상의 특성에 따라 수 마이크로 미터 내지 수십 마이크로 미터의 범위로 형성된다.

또한, 상기 격자 무늬 선의 피치(P, Ph, Pv) 역시 검사 해상도 또는 검사 대상물의 특성에 따라 수 마이크로 미터 내지 수십 마이크로 미터의 범위로 형성된다.

그리고, 검사대상물(100)에 대한 보다 정확하고도 정밀한 3차원적 높이 검사를 위해, 상기 바둑판 무늬 격자 내에 원 또는 점 또는 십자 형상의 기준 형상(42)을 배치할 수 있다.

그리하여, 상기 카메라부(20)의 평면적 촬영을 통해, 상기 기준 형상이 중심으로부터 이탈된 정도 또는 형상의 왜곡 정도를 파악하여 3 차원적 높이를 파악할 수 있다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

10: 스테이지부 20: 카메라부
30: 조명부 40: 격자부
50: 비전처리부 60: 제어부

Claims (8)

1. 검사대상물을 카메라로 촬영하여 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서,
   검사대상물을 안착시키는 스테이지부와;
   검사대상물의 영상을 촬영하기 위한 카메라부와;
   상기 검사대상물에 조명을 제공하기 위한 조명부와;
   상기 조명부의 전방에 배치되어 상기 검사대상물에 격자 무늬를 비추기 위한 격자부와;
   상기 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부를 포함하며,
   상기 조명부와 격자부는 상기 검사대상물에 대해 일정한 각도로 고정된 상태에서 검사를 수행하도록 구성되며,
   상기 격자부는 바둑판 무늬로 구성되며,
   상기 바둑판 무늬 중의 어느 일 방향의 선들과 그에 수직한 방향의 선들은 상호 동일한 피치 또는 상호 상이한 피치로 형성되며,
   상기 바둑판 무늬의 격자 내에 점 또는 원 또는 십자 형상 중의 어느 하나의 기준 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비전검사장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 격자부는 대각선 방향의 사선을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 비전검사장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images