KR101366189B1 - 비전 검사 장치 - Google Patents

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KR101366189B1
KR101366189B1 KR1020120011459A KR20120011459A KR101366189B1 KR 101366189 B1 KR101366189 B1 KR 101366189B1 KR 1020120011459 A KR1020120011459 A KR 1020120011459A KR 20120011459 A KR20120011459 A KR 20120011459A KR 101366189 B1 KR101366189 B1 KR 101366189B1
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Abstract

본 발명과 관련된 비전 검사 장치는, 두부 및 나사몸체를 갖는 제품을 이송할 수 있게 구성된 이송유닛; 상기 이송유닛의 일 위치에 배치되며, 상기 제품을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라의 광축에 수직으로 배치되고, 적어도 일 표면에 상기 두부 및 상기 나사몸체의 측면에서 반사된 광이 굴절되어 상기 카메라로 입사되도록 동심 원형의 미세 패턴을 갖는 평판형의 프리즘 시트를 포함한다.

Description

비전 검사 장치{APPARATUS FOR VISION INSPECTION}
본 발명은 비전을 이용하여 제품의 측면을 검사할 수 있는 비전 검사 장치에 관한 것이다.
전자 산업의 비약적인 발전 및 수요 증대에 힘입어 체결요소 부품도 전자제품의 트렌드를 따라 소형화·정밀화되고 있다. 이러한 전자제품의 고품질화에는 체결요소 부품의 품질 신뢰도 향상도 수반하게 되었으며, 체결요소 부품의 검사는 품질관리의 중요한 부분으로 정착되고 있다.
체결요소 부품의 검사 방식으로서 일찍이 육안 검사법이 시행되고 있으나, 인력에 의존하는 것이므로 시간과 비용의 소요가 과대하며 신뢰도를 보장하기 어렵다. 머리 규격의 대소, 미성형 등을 검사하기 위하여 롤과 같은 기계식 선별기도 사용하고 있으나, 검사 내용이 한정적이어서 다른 검사법에 의하여 보완되어야 한다는 한계가 있다.
체결요소 부품의 자동화 검사 장비의 하나로서 비전 검사 장치는 자동화된 공급장치와 광학장치 및 소프트웨어를 이용하여 제품의 외관을 검사할 수 있게 구성된 것으로, 제품을 촬영한 이미지를 토대로 제품의 불량을 판별한다. 비전 검사 장치에 의해 선별되는 항목도 제품의 크기 또는 표면의 크랙의 존재여부 등으로서 이전의 검사방법에 비해 증가되었다.
이중 검사대상으로서 나사산이나 헤드의 측면에 존재하는 크랙 또는 형상결함을 검사하기 위해서는 제품의 전체 둘레면을 얻을 수 있는 적절한 수단이 강구된다.
본 발명은 상기한 점을 감안한 것으로, 제품의 측면 검사가 용이한 비전 검사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 제품의 측면 영상을 얻기 위하여 저비용의 고효율 광학 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 점을 해결하기 위하여, 본 발명과 관련된 비전 검사 장치는, 두부 및 나사몸체를 갖는 제품을 이송할 수 있게 구성된 이송유닛; 상기 이송유닛의 일 위치에 배치되며, 상기 제품을 촬영하는 카메라; 및 상기 카메라의 광축에 수직으로 배치되고, 적어도 일 표면에 상기 두부 및 상기 나사몸체의 측면에서 반사된 광이 굴절되어 상기 카메라로 입사되도록 동심 원형의 미세 패턴을 갖는 평판형의 프리즘 시트를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 미세 패턴은 상기 카메라의 광축으로부터 반경방향으로 반복적으로 배치된 복수의 단위 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 미세 패턴은, 상기 나사몸체의 끝단부로부터 반사된 광을 굴절하도록 형성된 제1패턴부; 상기 나사몸체의 측면에 형성된 나사산에서 반사된 광을 굴절하도록 형성된 제2패턴부; 및 상기 두부의 측면에서 반사된 광을 굴절하도록 형성된 제3패턴부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2패턴부 및 상기 제3패턴부에 포함되는 상기 단위 패턴은 광이 굴절되어 상기 카메라의 광축 쪽으로 모여지도록 경사형 곡면 및 수직면이 조합된 형태로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1패턴부에 포함되는 상기 단위 패턴은 수평면만으로 조합될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 이송유닛은 회전 구동되는 회전 원판을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 회전 원판은 투광성으로 형성되고, 상기 제품은 상기 회전 원판의 상면에 역상으로 놓여질 수 있게 공급될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 비전 검사 장치는 상기 회전 원판의 상면에 접촉되는 상기 두부의 표면에서 반사된 광이 상기 카메라로 입사되도록 구성된 반사유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 반사유닛은, 상기 회전 원판의 하부에 배치되는 제1반사경; 및 상기 제1반사경으로부터 반사된 광이 상기 카메라로 입사되도록 상기 회전 원판의 일측에 배치되는 제2반사경을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 비전 검사 장치에 의하면, 프리즘 시트에 형성된 미세 패턴에 의하여 나사의 전 둘레면을 하나의 영상으로서 획득할 수 있게 된다.
또한, 프리즘 시트는 평판형으로 형성되므로, 광학장치의 부피와 단가를 획기적으로 줄일 수 있으며, 다양한 제품에도 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 비전 검사 장치(100)에 의하여 검사를 하는 일 태양을 보인 평면도
도 2는 본 발명과 관련된 측면 검사부(150)를 보인 측면도
도 3은 본 발명과 관련된 측면 검사부(150)에 의하여 촬상된 정상 제품의 이미지의 일 예를 보인 도면
도 4는 본 발명과 관련된 측면 검사부(150)에 의하여 촬상된 불량 제품의 이미지의 일 예를 보인 도면
도 5는 본 발명과 관련된 프리즘 시트(152)가 광원장치에 조합된 모습을 보인 단면도
도 6은 본 발명과 관련된 다른 예로서, 프리즘 시트(252)와 반사 유닛(290)에 의하여 제품(201)의 전체면을 한꺼번에 검사할 수 있도록 구성한 도면
도 7은 도 6의 검사 장치에 의하여 촬상된 정상 제품의 이미지의 일 예를 보인 도면
이하, 본 발명과 관련된 비전 검사 장치를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 비전 검사 장치(100)에 의하여 검사를 하는 일 태양을 보인 평면도이다. 자동화된 검사를 위하여, 제품(101)은 공급부(110), 정렬부(120), 이송유닛(130) 및 배출부(180)를 통하여 배출되기까지 일련의 과정을 거치게 된다. 제품(101)은 두부(head) 및 나사몸체(threaded body)를 갖는 형태로서, 대표적으로 나사가 이에 해당될 수 있다. 다만, 이외에도 검사대상으로서 측면을 갖는 다른 형태의 양산품(예: 리벳, 핀, 샤프트 등)의 검사 장치에도 적용될 수 있다.
공급부(110)는 호퍼(hopper) 형태로 형성되어 있으며, 제품(101)을 시간당 일정 양만큼 정렬부(120)에 공급한다.
정렬부(120)는 서로 모여져 있는 제품(101)을 겹치지 않게 낱개단위로 분리하고 일정한 자세로 정렬시킨다. 구성면에 있어서, 정렬부(120)는 볼(bowl) 피더(121), 직선 피더(122), 스페이서(123)를 포함할 수 있다.
볼피더(121)는 제품(101)이 모여져 있는 상태에서 진동에 의하여 상호 분리되면서 특정 방향을 따라 안내되도록 구성되어 있으며, 이송되는 동안 가이드의 형상에 의하여 특정 자세를 갖도록 유도하거나 특정된 자세를 갖지 않는 제품들을 탈락시킨다. 종류에 있어서 볼피더(121)는 계단형, 원추형, 원통형, 접시형, 단종형 등 알려져 있는 다양한 타입이 적용 가능하다.
볼피더(121)에 의해 일정 자세로 공급된 제품(101)은 직선피더(122)에 의해 일렬로 이송유닛(130)에 정렬될 수 있도록 준비된다. 직선피더(122)는 제품(101)의 무게에 의해 자연적으로 이송되어 먼저 진행된 제품(101)에 밀착시킨다. 공급 속도를 증대시키고 상호간의 간격을 일정하게 유지하기 위해 직선피더(122)에는 공압 노즐과 같은 푸셔(pusher)가 구비될 수 있다. 직선피더(122)의 끝단에는 한꺼번에 제품(101)이 복수 개가 공급되는 것(잼)을 방지하기 위한 기계적 또는 전자적 장치를 포함할 수 있다. 그러한 잼방지 장치는 스프링에 의해 젖혀질 수 있는 암(arm) 또는 게이트(gate)나 롤러(roller) 등이 채택될 수 있다.
스페이서(123)는 직선피더(122)에 의하여 이송유닛(130)에 놓여진 제품(101)이 이송유닛(130) 상에서 일정한 위치에 놓여지도록 안내한다. 이송유닛(130)에 놓여진 제품(101)은 관성 또는 흔들림에 의해 설정된 위치에서 벗어나 있을 수 있으므로, 이를 맞추기 위해 스페이서(123)는 제품(101)이 스페이서(123)에 접촉하는 동안 이송유닛(130)의 반경방향으로 이동되도록 구성된다.
도 1에는 이송유닛(130)의 상면에 제품(101)이 '놓여지는' 방식으로서 정렬부(120)도 그에 적용될 수 있는 일 예를 보인 것이나, 정렬을 위한 메카니즘은 제품에 따라 다양한 형태가 될 수 있다. 그러한 예로서, 정렬부(120)는 제품(101)이 끼워지는 홈이 일정한 간격으로 외주 측면에 형성된 회전 원판을 포함할 수 있다.
이송유닛(130)은 일정한 회전 속도를 갖는 회전 원판을 갖는다. 제품(101)은 원판에 놓여지게 되며, 이송되는 동안 제품(101) 단계에 따라 측정을 받도록 하고 측정이 마쳐진 후 배출되도록 한다. 원판의 구동을 위하여 구동모터 및 속도 제어를 위한 감속 장치 등이 포함될 수 있다. 원판은 제품(101)을 상면에 배치하고 원판의 저면에서도 측정이 가능하도록 투명 글라스 형태로 형성될 수 있다. 이외에도 원판은 외주의 측면에 제품(101)이 끼워질 수 있는 홈이 일정 간격으로 형성된 타입으로도 형성될 수 있다. 도 1은 이중 투명 글라스 타입의 일 예를 든 것이다.
제품감지부(140)는 이송유닛(130)에 옮겨진 제품(101)을 감지한다. 제품감지부(140)는 제품(101)이 제품감지부(140)를 지나치는지를 감지하여 위치 및 제품간의 간격에 관한 정보를 시스템에 전송한다. 제품(101)의 감지를 위하여 광센서, 근접센서 등이 사용될 수 있다. 이외에도 제품감지부(140)는 엔코더 형태로 구현될 수 있다.
측면 검사부(150)는 제품(101)이 해당 위치에 왔을 때 카메라에 의하여 제품(101)의 360도 측면 영상을 얻을 수 있게 구성된다. 얻어진 측면 영상은 나사산의 결손이나 결함 또는 크랙의 존재 등을 평가하는데 활용된다. 측면 검사부(150)의 상세한 구성 및 작용에 대하여는 도 2을 참조로 하여 후술한다.
형상 측정부(160)는 제품(101)의 두부 규격, 나사 몸체의 길이 나사몸체의 길이, 피치, 나사산의 직경 등 다양한 크기적 요소를 측정할 수 있게 구성된다. 형상 측정부(160)는 제품(101)의 일측에 배치되는 광원(백라이트)과, 광원의 반대쪽에 배치되는 카메라를 갖춤으로써 제품(101)의 실루엣을 검사할 수 있게 구성된다.
헤드면 검사부(170)는 이송유닛(130)의 저면에 카메라를 배치함으로써 제품(101)의 헤드면의 표면 결함(크랙), 비트홈의 길이, 편심 여부 등을 검사한다. 다만, 헤드면 검사부(170)는 후술하는 바와 같이 측면 검사부(150)와 하나의 단계에 검사가 이루어지도록 구성하는 예도 가능하다.
배출부(180)는 검사가 완료되었거나 측정되지 않은 제품(101)을 분류하여 배출시킨다. 배출부(180)는 적어도 하나의 양품 배출부(181, 182), 불량품 배출부(183), 미분류 배출부(184)를 포함할 수 있다. 정확한 배출을 위하여 배출부(180)는 공압노즐을 포함할 수 있다.
이외에도 비전 검사 장치(100)는 각 전자 부품들을 제어하거나 감지 또는 측정된 결과를 받는 컴퓨터와, 검사 상태를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 컴퓨터는 양품과 불량품을 구별하기 위한 알고리즘이 포함된 소프트웨어를 내장하며, 사용자의 조작 또는 알림을 용이하게 하기 위한 시각적 사용자 인터페이스(graphic user interface: GUI)를 갖출 수 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 측면 검사부(150)를 보인 측면도이다. 도시된 바와 같이, 측면 검사부(150)는 제품(101)을 촬영하기 위한 카메라(151) 및 제품(101)의 측면에서 반사된 광을 굴절시키기 위한 프리즘 시트(152)를 포함하고 있다. 제품(101)은 두부(101a) 및 나사 몸체(101b)를 가지고 있으며, 이송유닛(130)의 상면에 뒤집어져 놓여진 상태로 되어 있다.
전체적으로, 프리즘 시트(152)는 카메라(151)의 광축에 수직으로 배치된 평판 형태로 형성되어 있다. 프리즘 시트(152)의 일 표면(상면 또는 하면)에는 두부(101a) 및 나사 몸체(101b)의 측면에서 반사된 광이 카메라(151)로 입사되도록 굴절시키기 위한 미세 패턴(153)이 형성되어 있다. 이러한 미세 패턴(153)은 나사 몸체(101b)의 형상을 고려하여 동심원형으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 미세 패턴(153)은 카메라(151)의 광축으로부터 반경방향으로 반복적으로 배치된 복수의 단위 패턴을 포함한다.
미세 패턴(153)은 나사 몸체(101b)의 끝단부로부터 반사된 광을 굴절하도록 형성된 제1패턴부(A)와, 나사 몸체(101b)의 측면에 형성된 나사산(101c)에서 반사된 광을 굴절하도록 형성된 제2패턴부(B) 및 두부(101a)의 측면에서 반사된 광을 굴절하도록 형성된 제3패턴부(C)를 포함한다.
미세 패턴(153)은 모든 영역에서 같은 모양으로 형성되거나 서로 상이한 모양으로 형성될 수 있다. 도 2와 같이, 제1패턴부(A)에 포함되는 단위 패턴은 수평만으로 조합되거나 오목렌즈와 같은 형상으로 형성될 수 있다. 그에 반해, 제2패턴부(B) 및 제3패턴부(C)에 포함되는 단위 패턴은 광이 굴절되어 카메라(151)의 광축 쪽으로 모여지도록 경사형 곡면(153a) 및 수직면(153b) 조합된 형태로 형성된다. 경사형 곡면(153a)은 나사산(101c) 또는 두부(101a)의 측면에서 반사된 광을 카메라(151) 쪽으로 집광시킨다. 각 단위 패턴에 포함되어 있는 경사형 곡면(153a)은 미세 패턴(153)이 카메라(151)로 광이 집중될 수 있도록 같은 초점 거리를 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 경사형 곡면(153a)은 단위 패턴에 따라 곡률이 변화될 수 있다.
도 3은 본 발명과 관련된 측면 검사부(150)에 의하여 촬상된 정상 제품의 이미지의 일 예를 보인 도면이다. 도 3과 같이, 나사 몸체(101b) 및 두부(101a)의 측면의 영상은 360도 둘레방향을 따라 평면에 펼쳐진 형태로 되어 있다. 즉, 나사 몸체(101b)의 끝단부의 영상(101d')은 전체 영상의 중심부에 위치하게 되며, 주변 방향으로 나사 몸체(101b)의 나사산(101c)의 영상(101c') 및 두부(101a)의 측면 영상(101a')이 순차적으로 위치하게 된다. 이와 같은 이미지는 중심에서 멀어질수록 더 확대되는 왜곡된 영상이 된다. 정상 제품에 대하여 이러한 왜곡된 이미지를 기준화상으로 설정하면 불량 제품에 대한 검사가 가능하게 된다.
도 4는 본 발명과 관련된 측면 검사부(150)에 의하여 촬상된 불량 제품의 이미지의 일 예를 보인 도면으로서, 도 3에서 보인 정상 이미지와 대비하여 제품(101)의 측면에 형성된 결함 즉, 나사산 결손이나 크랙(F)이 있는 경우 이를 불량 제품으로 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명과 관련된 프리즘 시트(152)가 광원장치에 조합된 모습을 보인 단면도이다. 도 5와 같이 제품(101)에의 조명을 위하여 광원(154) 및 돔형 가이드(155)가 구비될 수 있다. 프리즘 시트(152)는 돔형 가이드(155)에 형성된 관통공에 장착될 수 있다.
도 6은 본 발명과 관련된 다른 예로서, 프리즘 시트(252)와 반사 유닛(290)에 의하여 제품(201)의 전체면을 한꺼번에 검사할 수 있도록 구성한 도면이다.
본 예에서는 투광성의 회전 원판(230)에 접촉하고 있는 제품(201)의 헤드면 영상을 획득하기 위해 반사 유닛(290)을 배치한 것을 보이고 있다. 반사 유닛(290)은 투광성의 회전 원판(230)의 하부에 위치하는 제1반사경(291)과 제1반사경(291)으로부터 반사된 광이 카메라(251)로 입사되도록 회전 원판(230)의 일측에 배치되는 제2반사경(292)을 포함하고 있다. 따라서, 카메라(151)는 제품(201)의 측면 이미지와 함께 제품(201)의 헤드면 이미지를 모두 촬상할 수 있게 된다. 반사 유닛(290)을 통하여 입사된 이미지는 제품의 측면이미지와의 관계에서 제품의 측면과는 별도의 위치에 두도록 하거나 제품의 측면 이미지의 중심에 배치하는 것이 가능하다. 도 7은 이중 후자의 예를 보인 것으로, 제품(201)의 헤드면 이미지는 측면 이미지의 중심에 배치되어 있다. 즉, 중심부에서부터 제품(201)의 헤드면 이미지(201d'), 나사 몸체의 측면 이미지(201c') 및 두부의 측면 이미지(201a')의 순으로 배치되어 있다. 정상 제품에 대한 이러한 기준 화상을 정의하면 다른 검사될 제품에 대한 이미지를 비교함으로써 한꺼번에 불량 여부를 판단할 수 있게 된다. 따라서, 헤드면의 검사를 위한 별도의 단계가 필요하지 않게 되므로 비용과 시간 면에서 우수하다.
상기와 같이 설명된 비전 검사 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 비전 검사 장치 110: 공급부
120: 정렬부 130: 이송유닛
140: 제품 감지부 150: 측면 검사부
151: 카메라 152: 프리즘 시트
153: 미세 패턴 153a: 경사형 곡면
153b: 수직면 160: 형상 검사부
170: 헤드면 검사부 180: 배출부

Claims (9)

  1. 두부 및 나사몸체를 갖는 제품을 이송할 수 있게 구성된 이송유닛;
    상기 이송유닛의 일 위치에 배치되며, 상기 제품을 촬영하는 카메라; 및
    상기 카메라의 광축에 수직으로 배치되고, 적어도 일 표면에 상기 두부 및 상기 나사몸체의 측면에서 반사된 광이 굴절되어 상기 카메라로 입사되도록 동심 원형의 미세 패턴을 갖는 평판형의 프리즘 시트를 포함하고,
    상기 미세 패턴은 상기 카메라의 광축으로부터 반경방향으로 반복적으로 배치된 복수의 단위 패턴을 포함하며,
    상기 미세 패턴은,
    상기 나사몸체의 끝단부로부터 반사된 광을 투과하도록 형성된 제1패턴부;
    상기 나사몸체의 측면에 형성된 나사산에서 반사된 광을 투과하도록 형성된 제2패턴부; 및
    상기 두부의 측면에서 반사된 광을 투과하도록 형성된 제3패턴부를 포함하는, 비전 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2패턴부 및 상기 제3패턴부에 포함되는 상기 단위 패턴은 광이 굴절되어 상기 카메라의 광축 쪽으로 모여지도록 경사형 곡면 및 수직면이 조합된 형태로 형성된, 비전 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1패턴부에 포함되는 상기 단위 패턴은 수평면만으로 조합된, 비전 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이송유닛은 회전 구동되는 회전 원판을 포함하는, 비전 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전 원판은 투광성으로 형성되고,
    상기 제품은 상기 회전 원판의 상면에 역상으로 놓여질 수 있게 공급되는, 비전 검사 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 회전 원판의 상면에 접촉되는 상기 두부의 표면에서 반사된 광이 상기 카메라로 입사되도록 구성된 반사유닛을 더 포함하는, 비전 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사유닛은,
    상기 회전 원판의 하부에 배치되는 제1반사경; 및
    상기 제1반사경으로부터 반사된 광이 상기 카메라로 입사되도록 상기 회전 원판의 일측에 배치되는 제2반사경을 포함하는, 비전 검사 장치.
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