KR101717730B1 - 비전 검사 장치 - Google Patents

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KR101717730B1
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이창희
박상필
최길영
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Abstract

본 발명은 피 인식 대상물 측으로 조명의 광을 투과시키도록 일면에 투과 창을 구비한 케이스; 상기 투과 창의 외측에 위치한 피 인식 대상물을 촬영하는 카메라 모듈; 상기 케이스의 일측에 설치되고, 상기 투과 창을 통해 상기 피 인식 대상물에 광을 조사하는 LED 조명 모듈; 케이스의 내부에 설치되고, 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 광을 상기 피 인식 대상물 측으로 굴절시키는 하프 미러; 상기 LED 조명 모듈과 상기 하프 미러 사이에 설치되고, 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 산란 광을 확산시키는 1차 확산판; 및 상기 케이스의 내벽에 설치되고, 상기 1차 확산판을 통과한 산란 광 및 상기 하프 미러를 통과하거나 상기 하프 미러에서 반사된 산란 광을 2차 확산시키는 2차 확산판을 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 검사 장치이다.

Description

비전 검사 장치{Vision inspection apparatus}
본 발명은 제품 또는 제품에 부착된 바코드나 OCR 문자를 카메라로 촬영하여 검사하는 비전 검사 장치에 관한 것이다.
생산 현장 및 유통의 여러 단계에서 바코드, OCR 문자, 제품 형상 등을 인식/검사하여 각 공정 및 유통 단계에 반영하는 비전 검사 장치가 다양한 산업 분야에 널리 보급되어 활용되고 있다. 이러한 생산 및 유통 단계에서는 일반적으로 제품의 외부 포장재에 직접 피 인식 대상물을 인쇄하거나 별도의 라벨을 부착하고, 통상적인 기술이 적용된 비전 검사 장치를 이용하여도 원활한 비전 검사가 가능하였다.
그러나, 일부 의약품과 같이 제품 외부를 비닐과 같은 투명 또는 반투명 포장재로 포장하는 경우, 포장재에 조명의 빛이 반사되기 때문에 카메라로 원하는 영상을 얻을 수 없게 된다. 이에 따라, 피 인식 대상물에 대한 양질의 영상을 얻기 위해서는 조명의 설치 위치, 각도, 밝기 등을 조정하여야 한다. 그렇지만, 이러한 경우에도 피 인식 대상물 전체 영역에서 균일한 조도를 얻기 어렵고, 약간의 환경 변화에도 다시 조명을 조정해야 하는 문제가 따른다.
또한, 피 인식 대상물에 대한 양질의 영상을 얻기 위해, 작업자로 하여금 제품의 포장재를 내용물과 밀착시켜 피 인식 대상물을 촬영하는 작업을 하는 경우도 있으나, 이는 작업성이 매우 떨어지며 피 인식 대상물의 위치를 사전에 알 수 없어 장치에 의한 자동 또는 반자동 검사가 불가능하였다.
이러한 문제를 해결하고자, 일부 업체에서는 피 인식 대상물에 광 반응 도료를 인쇄하고 외부에서 자외선 또는 적외선을 조사하여 포장재 안에서 피 인식 대상물이 가시광 대역으로 자체 발광하도록 함으로써 원하는 영상을 얻는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 검사 방법 역시 별도의 장비와 지속적으로 지출되는 인쇄 비용이 부담으로 작용하게 된다.
또한, 전술한 문제를 해결하고자, 일부 업체에서는 돔 형태의 확산 조명 장치를 이용하는 기술을 사용하고 있으나, 이러한 돔 형태의 확산 조명 장치는 통상적으로 정사각 또는 직사각 형태의 피 인식 대상 영역을 갖게 되고, 피 인식 대상 영역의 대각 길이를 지름으로 하는 반구 형태를 갖는 매우 크고 무거운 조명 장치를 사용해야 하므로, 불필요하게 넓은 영역을 차지하고 설치에 많은 제약이 있었다.
선행기술문헌 1: 등록특허공보 제10-1514409호
선행기술문헌 2: 등록특허공보 제10-1346335호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 비닐과 같이 반사율이 높은 포장재로 싸여있는 피 인식 대상물에 조명을 비출 때 포장재에 의한 반사를 최소화하여 양호한 영상을 획득할 수 있는 비전 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 피 인식 대상물 측으로 조명의 광을 투과시키도록 일면에 투과 창을 구비한 케이스; 상기 투과 창의 외측에 위치한 피 인식 대상물을 촬영하는 카메라 모듈; 상기 케이스의 일측에 설치되고, 상기 투과 창을 통해 상기 피 인식 대상물에 광을 조사하는 LED 조명 모듈; 케이스의 내부에 설치되고, 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 광을 상기 피 인식 대상물 측으로 굴절시키는 하프 미러; 상기 LED 조명 모듈과 상기 하프 미러 사이에 설치되고, 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 산란 광을 확산시키는 1차 확산판; 및 상기 케이스의 내벽에 설치되고, 상기 1차 확산판을 통과한 산란 광 및 상기 하프 미러를 통과하거나 상기 하프 미러에서 반사된 산란 광을 2차 확산시키는 2차 확산판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 케이스는 육면체 형상이고, 상기 투과 창과 인접한 하나의 면에 상기 LED 조명 모듈이 수용되는 LED 조명 모듈 수용 블록을 구비하고, 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 광은 상기 하프 미러에 의해 굴절되어 상기 투과 창으로 투과되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 LED 조명 모듈 수용 블록은 서로 나란하게 배치된 복수의 격벽에 의해 복수의 수용 공간으로 구획되고, 상기 LED 조명 모듈은 복수 개로 분할되어 상기 각각의 수용 공간에 슬라이딩 방식으로 수용되고, 복수의 LED 조명 모듈들은 개별적으로 밝기가 조절되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 LED 조명 모듈 수용 블록은 알루미늄 프레임으로 구성되고, 상기 LED 조명 모듈과 상기 알루미늄 프레임 사이에는 실리콘 방열 패드가 설치되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 카메라 모듈은 상기 투과 창과 대면하는 상기 케이스의 하나의 면에서 외측으로 돌출된 카메라 모듈 수용 블록에 설치되고, 상기 카메라 모듈은 광 축이 상기 투과 창과 수직 방향이 되도록 설치되고, 상기 카메라 모듈 수용 블록의 내부에는 상기 카메라 모듈의 광 축이 상기 투과 창을 향하여 90도 전환되도록 하는 전반사 미러가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 피 인식 대상물로부터 반사되는 광 중에서 투과 창과 수직방향으로 반사되는 광을 최소화하여 카메라 모듈을 향하여 반사되는 광을 최소화할 수 있다. 이로 인해, 카메라 모듈은 피 인식 대상물을 촬영하여 양호한 품질의 영상을 획득할 수 있고, 따라서 피 인식 대상물의 정확한 인식 및 검사가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 비전 검사 장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 비전 검사 장치를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 비전 검사 장치를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 비전 검사 장치를 절개하여 비전 검사 장치의 내부를 도시한 절개 사시도,
도 5a와 5b는 종래의 비전 검사 장치를 이용하여 피 인식 대상물을 촬영한 영상을 나타낸 사진,
도 5c는 본 발명에 따른 비전 검사 장치를 이용하여 피 인식 대상물을 촬영한 영상을 나타낸 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비전 검사 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명에 따른 비전 검사 장치는 육면체 형상의 케이스(100), 케이스(100)의 후방에 구비된 카메라 모듈(200), 케이스(100)의 상부에 구비된 LED 조명 모듈(300), LED 조명 모듈(300)로부터 조사된 광을 굴절시키는 하프 미러(400), LED 조명 모듈(300)로부터 조사된 광을 확산시키는 1차 확산판(500) 및 1차 확산판(500)을 통해 확산된 산란 광을 확산시키는 2차 확산판(600)을 포함한다.
케이스(100)는 전면에 투과 창(110)을 구비한 육면체 형상의 부재이다. 케이스(100)의 투과 창(110) 외측에는 피 인식 대상물, 예를 들면 비닐 포장재로 싸여있는 의약품이 이송되는 이송 컨베이어(미도시)가 배치되고, 후술되는 LED 조명 모듈(300)의 광이 투과 창(110)을 통해 피 인식 대상물에 조사된다.
카메라 모듈(200)은 카메라(210)와 렌즈(220)로 구성되고, 투과 창(110)의 외측에 위치한 피 인식 대상물을 촬영한다. 여기서, 케이스(100)는 배면(120), 즉 투과 창(110)이 구비된 전면과 대면하는 위치에 후방으로 튀어나온 카메라 모듈 수용 블록(101)을 구비하고, 이 카메라 모듈 수용 블록(101)에 카메라 모듈(200)이 수용된다.
LED 조명 모듈(300)은 피 인식 대상물에 광을 조사하는 조명으로서, LED 조명 모듈(300)로부터 조사된 광은 투과 창(110)을 투과하여 피 인식 대상물을 비춘다. 여기서, 케이스(100)는 투과 창(110)이 구비된 전면과 인접한 상면(130) 측에 상부로 튀어나온 LED 조명 모듈 수용 블록(102)을 구비하고, 이 LED 조명 모듈 수용 블록(102)에는 LED 조명 모듈(1300)이 설치되어 케이스(100) 내부를 향하여 하방으로 광을 조사한다.
하프 미러(400)는 케이스(100)의 내부에 설치되고, 입사되는 광의 대략 1/2은 투과시키고 나머지는 반사시킨다. 이 하프 미러(400)는 LED 조명 모듈(300)로부터 조사된 광이 투과 창(110) 측으로 굴절되어 피 인식 대상물에 광이 도달하도록 케이스(100)의 내부에 비스듬하게 설치된다.
1차 확산판(500)은 LED 조명 모듈(300)과 하프 미러(400) 사이에 설치된다. 구체적으로, 1차 확산판(500)은 아크릴 계열의 광 투과성 소재로 형성되고, 케이스(100)의 상면(130)과 나란하게 설치되어, LED 조명 모듈(300)로부터 나오는 광을 1차적으로 확산시켜 산란 광을 생성하는 역할을 한다. 그리고, 1차 확산판(500)을 통해 산란되는 광은 하프 미러(400)에 의해 굴절되어 투과 창(110)을 통해 케이스(100) 외부로 투과된다.
2차 확산판(600)은 케이스(100)의 내벽에 설치된다. 구체적으로, 2차 확산판(600)은 투과 창(110)이 구비된 케이스(100)의 전면 그리고 LED 조명 모듈(300)이 설치된 케이스(100)의 상면(130)을 제외하고, 케이스(100) 내부의 좌우 측면들, 저면 및 배면에 설치된다. 이 2차 확산판들(600)은 반사율이 높은 소재, 예를 들면 불소수지(PTFE), 이중휘도향상필름(DBEF), 고휘도액정복합(CLC) 필름 등의 소재로 형성될 수 있다. 그리고, 1차 확산판(500)을 통해 생성된 산란 광은 2차 확산판(600)에 의해 여러 방향으로 확산되어 투과 창(110)을 통해 케이스(100) 외부로 조사된다.
이러한 구성에 의해, LED 조명 모듈(300)로부터 나오는 광의 일부는 1차 확산판(500)에 의해 산란되고, 1차 확산판(500)에 의한 산란 광의 일부는 직접 투과 창(110)으로 향하거나 하프 미러(400)에 의해 반사되어 투과 창(110)으로 향하거나 또는 케이스(100)의 내벽에 설치된 2차 확산판들(600)에 의해 2차적으로 산란되어 투과 창(110)으로 향하게 된다. 또한, 1차 확산판(110)에 의한 산란 광 중에서 하프 미러(400)를 통과한 광 역시 2차 확산판들(600)에 의해 산란되어 하프 미러(400)를 통해 투과 창(110)으로 향하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 비전 검사 장치는 LED 조명 모듈(300)로부터 발생하는 광이 1차 확산판(500), 하프 미러(400) 및 2차 확산판(600)에 의해 수많은 방향으로 산란되고, 이에 따라 투과 창(110)을 통과하는 광은 대부분 투과 창(110)과 수직인 방향과 소정의 각도로 투과되어 피 인식 대상물에 도달하게 된다. 그러므로, 피 인식 대상물로부터 반사되는 광 중에서 투과 창(110)과 수직방향으로 반사되는 광을 최소화하여 카메라 모듈(200)을 향하여 반사되는 광을 최소화할 수 있고, 이로 인해 카메라 모듈(300)은 피 인식 대상물을 촬영하여 양호한 품질의 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 비전 검사 장치는 피 인식 대상물의 정확한 인식 및 검사가 가능하다.
여기서, 도 5a 내지 5c를 참조하면, 종래의 비전 검사 장치를 이용하여 피 인식 대상물(내용물이 비닐로 포장되어 있음)을 촬영한 영상과 본 발명에 따른 비전 검사 장치를 이용하여 피 인식 대상물을 촬영한 영상을 품질 차이를 확인할 수 있다.
도 5a와 5b를 보면, 종래의 비전 검사 장치를 이용하여 피 인식 대상물을 촬영한 영상은 비닐 포장재의 굴곡에 의해 조명의 빛이 부분적으로 반사됨으로써 인식 불가능한 부분들을 포함한다. 반면, 도 5c를 보면, 본 발명의 비전 검사 장치를 이용하여 피 인식 대상물을 촬영한 영상에는, 포장재의 굴곡이 희미하게 흔적만 보일 뿐, 피 인식 대상물 전체에 걸쳐서 인식 불가능한 부분이 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 비전 검사 장치는 피 인식 대상물의 양호한 영상을 얻을 수 있다.
바람직하게는, LED 조명 모듈 수용 블록(102)은 서로 나란하게 배치된 복수의 격벽(103)에 의해 복수의 수용 공간들로 구획된다. 그리고, LED 조명 모듈(300)은 복수 개로 분할되어 각각의 수용 공간에 슬라이딩 방식으로 삽입되어 수용된다. 따라서, LED 조명 모듈(300)을 용이하게 교체할 수 있다.
더욱이, 각각의 LED 조명 모듈(300)에 구비되는 복수의 LED 소자들은 적절한 간격의 격자 패턴으로 배열된다. 그리고, 각각의 LED 조명 모듈(300)은 개별적으로 밝기 조절이 가능하게 구성된다. 이러한 LED 조명 모듈(300)에 의해, 피 인식 대상물 전체에 균일한 조도를 제공할 수 있다.
또한, LED 조명 모듈 수용 블록(102)은 케이스(100) 외측으로 노출된 알루미늄 프레임으로 구성되고, LED 조명 모듈(300)과 알루미늄 프레임 사이에는 실리콘 방열 패드(미도시)가 구비된다. 이에 따라, LED 조명 모듈(300)로부터 발생한 열은 실리콘 방열 패드를 통해 알루미늄 프레임 측으로 빠르게 전달될 수 있다.
한편, 카메라 모듈(200)은 투과 창(110)과 대면하는 케이스(100)의 배면(120)에서 외측으로 돌출된 카메라 모듈 수용 블록(101) 안에 설치된다. 그리고, 카메라 모듈(200)은 광 축이 투과 창(110)과 수직 방향이 되도록 렌즈(220)가 하방을 향하여 설치된다. 또한, 카메라 모듈(200)의 아래에는 전반사 미러(230)가 설치되고, 이 전반사 미러(230)는 카메라 모듈(200)의 광 축이 90도 전환되어 투과 창(110)을 향하도록 하는 역할을 한다.
이러한 카메라 모듈(200)의 배치에 의해, 카메라 모듈 수용 블록(101)이 케이스(100)의 후방 측으로 돌출되는 크기를 최소화하여, 비전 검사 장치의 전체 크기를 줄일 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 피 인식 대상물 측으로 조명의 광을 투과시키도록 전면에 투과 창을 구비한 육면체 형상의 케이스;
    상기 투과 창의 외측에 위치한 피 인식 대상물을 촬영하는 카메라 모듈;
    상기 케이스의 상면 측에 설치되고, 상기 투과 창을 통해 상기 피 인식 대상물에 광을 조사하는 LED 조명 모듈;
    상기 케이스의 상면에 구비되고, 상기 LED 조명 모듈을 수용하는 LED 조명 모듈 수용 블록;
    케이스의 내부에 설치되고, 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 광을 상기 피 인식 대상물 측으로 굴절시키는 하프 미러;
    상기 케이스의 상면과 나란하게 설치되어 상기 LED 조명 모듈로부터 조사되는 산란 광을 확산시키는 1차 확산판; 및
    상기 케이스의 전면과 상면을 제외한 상기 케이스의 내부의 좌우 측면들, 저면 및 배면에 설치되고, 상기 1차 확산판을 통과한 산란 광 및 상기 하프 미러를 통과하거나 상기 하프 미러에서 반사된 산란 광을 2차 확산시키는 2차 확산판을 포함하는 것을 특징으로 하는 비전 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED 조명 모듈 수용 블록은 서로 나란하게 배치된 복수의 격벽에 의해 복수의 수용 공간으로 구획되고, 상기 LED 조명 모듈은 복수 개로 분할되어 상기 각각의 수용 공간에 슬라이딩 방식으로 수용되고, 복수의 LED 조명 모듈들은 개별적으로 밝기가 조절되는 것을 특징으로 하는 비전 검사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 LED 조명 모듈 수용 블록은 알루미늄 프레임으로 구성되고, 상기 LED 조명 모듈과 상기 알루미늄 프레임 사이에는 실리콘 방열 패드가 설치되는 것을 특징으로 하는 비전 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 상기 투과 창과 대면하는 상기 케이스의 하나의 면에서 외측으로 돌출된 카메라 모듈 수용 블록에 설치되고, 상기 카메라 모듈은 광 축이 상기 투과 창과 수직 방향이 되도록 설치되고, 상기 카메라 모듈 수용 블록의 내부에는 상기 카메라 모듈의 광 축이 상기 투과 창을 향하여 90도 전환되도록 하는 전반사 미러가 설치되는 것을 특징으로 하는 비전 검사 장치.
  5. 삭제
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