KR101937765B1 - 다축 구동 비전 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

설치 공간을 덜 차지하고, 인접 배치된 장치와의 기계적 간섭 우려가 없으며, 다축 구동계의 엑츄에이터에 대한 유지 보수가 용이한, 다축 구동 비전 검사 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, 서로 직교하는 다수의 축 방향으로 선형 이동하는 다수의 프레임과 이들 중 어느 한 프레임에 대해 회전 가능하게 설치된 카메라 모듈, 그리고 이들의 선형 이동 및 회전을 위한 동력을 생성하고 전달하는 다수의 구동계를 포함한다. 상기 다수의 구동계를 구성하는 다수의 엑츄에이터는, 모두 다축 구동 비전 검사 장치가 고정 설치되는 설치면의 반대편 또는 검사 대상인 피검체가 놓이는 검사 스테이지의 반대편에 노출되도록 배치된다. 또한, 각 엑츄에이터의 구동축은 상기 설치면에 수직인 방향 또는 상기 검사 스테이지에 수직인 방향으로 배치된다.

Description

다축 구동 비전 검사 장치 {Apparatus For Vision Inspection Capable Of Multi-Axial Active Adjustment}
본 발명은 카메라 모듈을 포함하여 제품에 대한 광학적 검사를 수행하는 비전 검사 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 다축 구동을 통해 피검체에 대해 능동적으로 자세를 조정할 수 있는, 다축 구동 비전 검사 장치에 관한 것이다.
비전 검사 장치는 완제품, 부품 또는 중간 제품 등을 광학적으로 검사하여 불량이나 보정 대상을 검출하는 장치를 말한다. 이러한 비전 검사 장치는 자동차나 철강, 필름 등 산업용 소재 분야에서부터, 디스플레이 패널, 전자 부품, 모바일기기 등 외관이나 광학적 특성을 통해 이상 유무를 확인할 수 있는 다양한 제품 분야에 활용되고 있다.
특히, 스마트폰, 태블릿PC 등 다양한 모바일기기에서는 LCD(액정표시장치)나 OLED(유기발광표시장치) 등 고해상도의 디스플레이 패널이 탑재되어 핵심적인 기능을 수행하므로, 이러한 제품군에 대한 검수에 있어서 비전 검사 장치는 매우 중요한 역할을 담당하게 된다.
디스플레이 패널 모듈 또는 그것이 탑재된 제품의 비전 검사를 위해서는, 먼저 비전 검사 장치에 포함된 카메라 모듈이 피검체인 검사 대상 제품에 대해 정렬되도록 자세를 잡고 광학 이미지를 획득해야 한다. 비전 검사 장치의 설치 시에 검사 스테이지에 대한 조정 작업이 필요함은 물론이고, 피검체가 검사 스테이지로 이송될 때마다 그 위치나 자세가 미세하게 변동될 수 있으므로, 비전 검사 장치는 이에 능동적으로 대응하여 자세를 조정할 수 있는 다축 구동계를 포함하여 구성될 수 있다.
그런데, 이와 같이 능동적인 다축 구동계를 갖는 비전 검사 장치는 그 크기가 커지기 쉽다. 다수의 축 방향으로 움직이는 다수의 프레임과, 각각의 축 방향으로 동력을 생성하는 다수의 엑츄에이터, 그리고 그 동력을 전달하는 요소들 사이의 간섭을 피하기 위해서 공간을 확보하기 위해 장치의 전체적인 크기가 커지는 경향이 있다. 그러나, 하나의 비전 검사 장치가 차지하는 부피의 증가는 생산 현장의 효율성 저하로 연결된다. 또한, 비전 검사 장치의 부피를 줄이기 위해 전술한 다수의 프레임과 엑츄에이터 및 동력 전달 요소들을 단순히 조밀하게 배치할 경우, 비교적 자주 발생하는 엑츄에이터 동작 이상에 대처하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 능동적인 다축 구동계를 갖는 비전 검사 장치를 구성함에 있어서, 서로 다른 다수의 축 방향으로 움직이는 다수의 프레임과, 각 방향으로 동력을 생성하는 다수의 엑츄에이터와 그 동력 전달 요소들의 선택과 배치를 최적화함으로써, 설치 공간을 덜 차지하고, 인접 배치된 장치와의 기계적 간섭 우려가 없으며, 다축 구동계의 엑츄에이터에 대한 유지 보수가 용이한, 다축 구동 비전 검사 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, Z축을 포함하는 설치면에 고정 지지되는 제 1 프레임; 상기 제 1 프레임에 대하여 상기 설치면과 평행하고 상기 Z축에 수직인 X축 방향으로 선형 이동하는 제 2 프레임; 상기 제 1 프레임과 상기 제 2 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 2 프레임을 상대 이동시키는 제 1 엑츄에이터; 상기 제 2 프레임에 대하여 상기 X축 및 상기 Z축에 수직인 Y축 방향으로 선형 이동하는 제 3 프레임; 상기 제 2 프레임과 상기 제 3 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 3 프레임을 상대 이동시키는 제 2 엑츄에이터; 카메라 모듈이 장착되는 것으로, 상기 제 3 프레임에 의해 지지되고, XY평면에 대하여 틸팅 가능하게 설치되는 제 4 프레임; 대물렌즈가 장착되는 것으로, 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 Z축 방향으로 선형 이동하는 제 5 프레임; 및, 상기 제 4 프레임과 상기 제 5 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 5 프레임을 상대 이동시키는 제 3 엑츄에이터; 를 포함하고, 상기 제 1 엑츄에이터 및 상기 제 3 엑츄에이터는 그 구동축이 서로 평행하게 배치된다.
상기 제 1 엑츄에이터 및 상기 제 3 엑츄에이터는 각각 그 구동축이 상기 Z축에 평행하게 배치되고, 상기 제 3 엑츄에이터는 상기 제 5 프레임을 그 구동축 방향으로 이동시키는 선형 구동계를 구성하며, 상기 제 1 엑츄에이터는 그 구동축의 회전 운동을 그와 수직인 상기 X축 방향의 선형 운동으로 변환하는 복합 구동계를 구성할 수 있다. 이 경우, 상기 복합 구동계는 상기 Z축 방향의 선형 운동을 상기 X축 방향의 선형 운동으로 변환하는 빗면캠을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, 상기 카메라 모듈이 결합되는 카메라 마운트를 구비하고, 상기 제 4 프레임에 대하여 회전 가능하게 설치되는 제 6 프레임; 및, 상기 제 4 프레임에 고정되어 상기 제 6 프레임을 소정 각도 범위에서 회전 시키는 제 4 엑츄에이터; 를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 엑츄에이터는 상기 제 1 프레임에서 상기 대물렌즈에서 먼 쪽에 배치되고, 상기 제 3 엑츄에이터는 상기 제 4 프레임에서 상기 대물렌즈에서 먼 쪽에 배치되며, 상기 제 2 엑츄에이터는 상기 제 2 프레임에서 상기 설치면으로부터 먼 쪽에 배치되고, 상기 제 4 엑츄에이터는 상기 제 4 프레임에서 상기 설치면으로부터 먼 쪽에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, 상기 제 3 프레임과 상기 제 4 프레임 사이에 배치되고, 상기 XY 평면에 평행한 한 평면상에서 어느 한 축 방향의 두 점은 상기 제 3 프레임과 힌지 결합되고, 상기 어느 한 축 방향과 수직인 다른 한 축 방향의 두 점은 상기 제 4 프레임과 힌지 결합되는, 틸팅 브라켓을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 3 프레임은 Z축에 대한 위치가 상기 제 4 프레임과 제 5 프레임 사이에 배치되고, 상기 카메라 모듈과 상기 대물 렌즈 사이의 광 경로를 개방하는 중공형 프레임이고, 상기 제 2 엑츄에이터와 이를 포함하는 선형 구동계는 상기 광 경로를 회피하여 배치될 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, Z축을 포함하는 설치면에 고정 지지되는 제 1 프레임; 상기 제 1 프레임에 대하여 상기 설치면과 평행하고 상기 Z축에 수직인 X축 방향으로 선형 이동하는 제 2 프레임; 상기 제 2 프레임에 대하여 상기 X축 및 상기 Z축에 수직인 Y축 방향으로 선형 이동하는 제 3 프레임; 상기 제 3 프레임에 의해 지지되고, XY평면에 대하여 틸팅 가능하게 설치되는 제 4 프레임; 검사 스테이지를 향해 대물렌즈가 장착되는 것으로, 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 Z축 방향으로 선형 이동하는 제 5 프레임; 및, 상기 카메라 모듈이 결합되는 카메라 마운트를 구비하고, 상기 제 4 프레임에 대하여 회전 가능하게 설치되는 제 6 프레임; 을 포함하고, 상기 제 1 프레임에 대하여 상기 제 2 프레임을 이동시키는 제 1 엑츄에이터와 상기 제 4 프레임에 대해서 상기 제 5 프레임을 이동시키는 제 3 엑츄에이터는 상기 검사 스테이지에서 먼 방향으로 노출되고, 상기 제 2 프레임에 대하여 상기 제 3 프레임을 이동시키는 제 2 엑츄에이터와 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 제 6 프레임을 회전시키는 제 4 엑츄에이터는 상기 설치면에서 먼 방향으로 노출되도록 설치된다.
여기서, 상기 제 1 엑츄에이터와 상기 제 3 엑츄에이터는 그 구동축이 상기 Z축 방향으로 서로 평행하게 배치되고, 상기 제 1 엑츄에이터는 그 구동축의 회전 운동을 상기 X축 방향의 선형 운동으로 변환하는 복합 구동계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 내지 제 4 엑츄에이터는 그 구동축이 상기 Z축 방향 또는 상기 Y축 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 전술한 구성에 따르면, 능동적인 다축 구동계를 갖는 비전 검사 장치를 구성함에 있어서, 서로 다른 다수의 축 방향으로 움직이는 다수의 프레임과, 각 방향으로 동력을 생성하는 다수의 엑츄에이터와 그 동력 전달 요소들의 선택과 배치를 최적화함으로써, 설치 공간을 덜 차지하고, 인접 배치된 장치와의 기계적 간섭 우려가 없으며, 다축 구동계의 엑츄에이터에 대한 유지 보수가 용이한, 다축 구동 비전 검사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치를 보이는 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 실시예를 Y축 및 X축 방향에서 본 모습을 보인다.
도 3은 상기 도 1의 실시예에서 제 1 내지 제 3 프레임을 보이는 사시도 및 그 개략도이다.
도 4는 상기 도 3에서 제 1, 제 2 프레임 및 이들을 상대 이동시키는 제 1 축 구동계를 더 자세히 보인다.
도 5는 상기 도 1의 실시예에서 제 4 내지 제 6 프레임을 보이는 사시도 및 그 개략도이다.
도 6은 상기 도 5에서 제 4 및 제 6 프레임과 이들을 상대 회전시키는 제 4 축 구동계를 더 자세히 보인다.
도 7은 상기 도 6에서 제 4 엑츄에이터의 구성을 더 자세히 보인다.
도 8 및 도 9는 상기 도 1의 실시예에서 제 4 프레임을 제 3 프레임에 대해 틸팅 가능하게 결합하는 구성을 보인다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치가 다수 개가 서로 인접하게 배열되어 검사를 수행하는 모습을 개략적으로 보인다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치를 보이는 사시도이다. 이하에서는 도면에 표시된 XYZ 좌표계를 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, Z축을 포함하는 설치면에 고정 지지되는 제 1 프레임(100)과, 상기 제 1 프레임(100)에 대하여 상기 설치면과 평행하고 X축 방향으로 선형 이동하는 제 2 프레임(200)과, 상기 제 1 프레임(100)에 고정 설치되어 상기 제 2 프레임(200)을 상대 이동시키는 제 1 엑츄에이터(101)와, 상기 제 2 프레임(200)에 대하여 Y축 방향으로 선형 이동하는 제 3 프레임(300)과, 상기 제 2 프레임(200)에 고정 설치되어 상기 제 3 프레임(300)을 상대 이동시키는 제 2 엑츄에이터(201)와, 카메라 모듈(601)이 장착되는 것으로, 상기 제 3 프레임(300)에 의해 지지되고, XY평면에 대하여 틸팅 가능하게 설치되는 제 4 프레임(400)과, 대물렌즈(501)가 장착되는 것으로, 상기 제 4 프레임(400)에 대하여 상기 Z축 방향으로 선형 이동하는 제 5 프레임(500), 그리고 상기 제 4 프레임(400)의 일측에 고정 설치되어 상기 제 5 프레임(500)을 상대 이동시키는 제 3 엑츄에이터(411)를 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제 1 엑츄에이터(101) 및 상기 제 3 엑츄에이터(401)는 그 구동축이 서로 평행하게, 예컨대 Z축 방향으로 배치된다.
상기 제 1 엑츄에이터(101)는 위와 달리 제 2 프레임(200)에 고정 설치될 수도 있으며, 어떤 경우든 Z축 방향으로 배치된 그 구동축의 회전 운동을 X축 방향의 선형 운동으로 변환하여 상기 제 2 프레임(200)을 상대 이동시키는 복합 구동계를 구성한다. 이에 관해서는 뒤에서 좀 더 자세히 설명하기로 한다. 상기 제 2 엑츄에이터(201)는 위와 달리 제 3 프레임(300)에 고정 설치될 수도 있으며, 어떤 경우든 제 3 프레임(300)을 제 2 프레임(200)에 대해 Y축 방향으로 상대적으로 선형 이동시키는 선형 구동계를 구성한다. 상기 제 3 엑츄에이터(411)는 위와 달리 제 5 프레임(500)에 고정 설치될 수도 있으며, 어떤 경우든 상기 제 5 프레임(500)을 상기 제 4 프레임(400)에 대해 Z축 방향으로 상대적으로 선형 이동시키는 선형 구동계를 구성한다. 상기 제 3 엑츄에이터(411)는 이미지 센서를 갖는 상기 카메라 모듈(601)과 상기 대물렌즈(501) 사이의 거리를 조정함으로써 비전 검사 영상의 초점을 맞추거나, 배율을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치는, 상기 카메라 모듈(601)이 결합되는 카메라 마운트를 구비하고, 상기 제 4 프레임(400)에 대하여 회전 가능하게 설치되는 제 6 프레임(600) 및, 상기 제 4 프레임(400)에 고정 설치되어 상기 제 6 프레임(600)을 소정 각도 범위에서 T축을 중심으로 회전시키는 제 4 엑츄에이터(421)를 구비한다.
본 실시예에 따르면, 다축 구동 비전 검사 장치를 전체적으로 볼 때, 상기 제 1 엑츄에이터(101)는 상기 제 1 프레임(100)에서 Z축 방향으로 상기 대물렌즈에서 가장 먼 쪽에, 그리고 상기 제 3 엑츄에이터(411)는 상기 제 4 프레임(400)에서 상기 대물렌즈(501)로부터 Z축 방향으로 가장 먼 쪽에 배치될 수 있다. 상기 제 2 엑츄에이터(201)는 상기 제 2 프레임(200)에서 상기 설치면으로부터 Y축 방향으로 가장 먼 쪽에 배치되고, 상기 제 4 엑츄에이터(421)도 상기 제 4 프레임(400)에서 상기 설치면으로부터 가장 먼 쪽에 배치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치가 다수 개가 서로 인접하게 배열되어 검사를 수행하는 모습을 개략적으로 보인다.
도 1과 도 10을 함께 참조하여 설명하면, 상기 제 1 내지 제 4 엑츄에이터(101, 201, 411, 421)의 이와 같은 배치는 다축 구동 비전 검사 장치(10)의 유지 보수에 큰 편의를 제공한다. 실제 생산 현장에서 여러 대의 비전 검사 장치(10)가 X축 방향을 따라 조밀하게 배치되어 있어도, 관리자가 비전 검사 장치(10)의 위쪽에서 검사 스테이지(30) 쪽으로 또는 앞쪽에서 설치면(20) 쪽으로 엑츄에이터 및 이를 포함하는 구동계에 접근하여 관리하기가 용이하기 때문이다. 참고로, 도 10에서 도면부호 40은 검사 대상인 모바일기기 또는 디스플레이 패널 모듈 등의 피검체를 나타낸다.
또한, 도면에서 볼 수 있는 것처럼, 제 1 내지 제 4 엑츄에이터(101, 201, 411, 421)는 그 구동축이 X축 방향을 제외한 Z축 방향 또는 Y축 방향으로 배치된다. 선형 구동계는 일반적으로 엑츄에이터의 구동축 방향으로 어느 정도의 설치 길이가 확보되어야 하는데, 다축 구동 비전 검사 장치(10)에 X축 방향의 구동축을 갖는 엑츄에이터와 이를 포함하는 선형 구동계가 적용된다면, 그 설치면과 검사 스테이지에 평행한 방향 즉, X축 방향으로 설치 및 작동 공간을 많이 차지하게 돼서 공간적 효율성이 저하되기 때문이다. 본 발명에 따른 비전 검사 장치에서는 엑츄에이터의 구동축이 X축 방향으로 배치되지 않도록 함으로써 공간적 효율성을 향상시킬 수 있도록 하였다.
도 2는 상기 도 1의 실시예를 Y축 및 X축 방향에서 본 모습을 보인다.
카메라 모듈(601)이 장착되는 제 4 프레임(400)은 상기 제 3 프레임(300)에 의해 지지됨에 있어서, 상기 대물렌즈(501)가 바라보는 검사 스테이지(미도시) 면에 대하여 틸팅 가능하게 설치될 수 있다. 실제 검사 환경에서 검사 스테이지는 설치면에 대해 약간 경사지게 배치될 수 있어서, 이를 보정하기 위해서는 카메라 모듈(601)과 대물렌즈(501)의 중심을 잇는 광학 축의 상기 검사 스테이지에 대한 각도를 조정할 필요가 있기 때문이다.
틸팅 가능한 구조는 검사 스테이지와 대략적으로 평행한 어느 한 평면, 즉 상기 XY평면에 평행한 평면에서 서로 직교하는 임의의 두 축에 대하여 틸팅이 이루어지도록 구성될 수 있다. 본 실시예는 그러한 하나의 예로서, 상기 제 4 프레임(400)이 상기 제 3 프레임(300)에 대하여, Y축에 평행한 하나의 축(Ty축)과 X축에 평행한 하나의 축(Tx)에 대하여 각각 소정의 각도 범위에서 틸팅되도록 구성된다.
도 2의 (a)는 본 실시예에 따른 다축 구동 비전 검사 장치를 Y축 방향에서 바라본 모습으로서, 제 4 프레임(400)이 Ty축에 대해 틸팅되는 모슷을 보이고, 도 2의 (b)는 같은 장치를 X축 방향에서 바라본 모습으로서, 제 4 프레임(400)이 Ty축에 대해 틸팅되는 모습을 보인다. 여기서, 상기 Tx축 및 Ty축은 서로 직교하고, 각각이 전술한 광학 축과 교차하도록 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 제 4 프레임(400)이 틸팅될 때, 그에 대해 Z축 방향으로 선형 이동하도록 배치된 상기 제 5 프레임(500)도 동일한 각도로 함께 틸팅된다.
도 3은 상기 도 1의 실시예에서 제 1 내지 제 3 프레임을 보이는 사시도 및 그 개략도이다.
도 3의 (a)는 전술한 실시예에서 제 1 프레임(100), 제 2 프레임(200), 및 제 3 프레임(300)이 조립된 상태를 볼 수 있도록 제 4 내지 제 6 프레임이 생략된 모습을 보인다. 도 3의 (b)는 상기 제 1 내지 제 3 프레임의 상대적인 이동 방향을 이해하기 쉽게 개략적으로 표현한 것이다.
제 1 프레임(100)은 Z축을 포함하는 설치면, 예컨대 실질적으로는 수직의 벽면이나, 고정형 또는 가변형 기둥 구조물의 수직면에 고정될 수 있는 구조를 갖는다. 제 2 프레임(200)은 상기 제 1 프레임(100)에 평행한 제 2 수직부(210)와 그에 대하여 수직을 이루는 제 2 수평부(220)로 구성될 수 있다. 이들은 서로에 대해 고정적으로 결합된다.
상기 제 1 프레임(100)과 상기 제 2 프레임(200)의 제 2 수직부(210) 사이에는 복합 구동계(205)가 배치된다. 상기 복합 구동계(205)는 전술한 바와 같이, 그 구동축이 Z축에 평행하도록 상기 제 1 프레임(100) 상단부에 고정 설치된 제 1 엑츄에이터(101)의 구동축의 회전 운동을 X축 방향의 선형 운동으로 변환하여, 상기 제 2 프레임(200)을 이동시킨다. 상기 복합 구동계(205)는 일 예로, 빗면캠을 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 상기 제 1 프레임(100)은 상기 제 2 프레임(200)의 하중을 지지하면서 X축 방향으로 선형 이동 가능하도록 안내하는 이동 가이드(102)를 구비한다.
한편, 상기 제 3 프레임(300)은 상기 제 2 프레임(200)의 제 2 수평부(220)에 대하여 평행하게 배치되어 선형 이동 가능하게 지지된다. 상기 제 2 수평부(220)의 일측에 설치된 제 2 엑츄에이터(201)는 Y축 방향으로 배치된 구동축을 포함하여 선형 구동계를 구성한다. 상기 선형 구동계는 전술한 카메라 모듈과 대물렌즈 사이의 광경로를 침범하지 않도록 상기 제 3 프레임(300)의 외측에 배치될 수 있다. 상기 제 3 프레임(300)은 상기 광경로의 확보를 위해 중공부(302)를 갖는 중공형 프레임일 수 있다. 또한, 상기 제 3 프레임(300)에는 X축과 평행하게 상기 중공부(302)를 가로지르는 한 축과 교차하는 두 지점에 제 3 힌지 구멍(301)이 구비된다.
도 4는 상기 도 3에서 제 1, 제 2 프레임 및 이들을 상대 이동시키는 제 1 축 구동계를 더 자세히 보인다. 여기서, 제 1 축 구동계는 제 2 프레임(200)을 제 1 축인 X축 방향으로 이동시키는 복합 구동계(205)를 일컫는다. 상기 복합 구동계(205)는 일 예로서, 제 1 엑츄에이터(101)의 구동축을 따라 선형 이동하는 수직 이동 블럭(211)과, 상기 수직 이동 블럭(211)에 설치된 한 쌍의 롤러(212)로부터 한 쌍의 빗면(213)을 통해 힘을 전달받아 수평 방향으로 이동하는 수평 이동 블럭(214)을 포함한다. 상기 수평 이동 블럭(214)은 전술한 제 2 수직부(210)에 고정된다.
도 5는 상기 도 1의 실시예에서 제 4 내지 제 6 프레임을 보이는 사시도 및 그 개략도이다.
도시된 바와 같이, 상기 제 4 프레임(400), 제 5 프레임(500) 및 제 6 프레임(600)은 하나의 조립체를 이룬다. 제 4 프레임(400) 역시 전술한 제 1 프레임에 대해 평행한 제 4 수직부(410)와 그에 대해 수직을 이루는 제 4 수평부(420)로 구성될 수 있다. 카메라 마운트를 갖는 제 6 프레임(600)은 상기 제 4 수평부(420) 상에 회전 가능하게 설치된다. 또한, 제 5 프레임(500) 역시 상기 제 4 수직부(410)와 평행한 제 5 수직부(510)와 그에 대해 수직을 이루는 제 5 수평부(520)로 구성될 수 있다.
제 4 프레임(400)에 대해 제 5 프레임(500)을 선형 이동시키는 선형 구동계는, 상기 제 4 수직부(410)의 상단부에 고정 설치된 제 3 엑츄에이터(411)와 그로부터 Z축 방향으로 연장된 구동축을 따라 선형 이동하는 수직 이동 블럭(511)으로 구성되고, 상기 제 5 수평부(520)는 상기 수직 이동 블럭(511)에 고정된다.
한편, 상기 제 4 프레임(400)의 제 4 수평부(420)에 고정 설치된 제 4 엑츄에이터(421)는 제 4 축 구동계를 통해 상기 제 6 프레임(600)을 소정 각도 범위에서 Z축과 평행한 회전축인 T축을 중심으로 회전시킨다. 상기 제 4 축 구동계는 예컨대, 상기 제 4 엑츄에이터(421)의 구동축에 연결된 피니언(422)을 통해 상기 제 6 프레임(600)에 고정된 원형의 기어 림(Geared Rim)(602)을 회전시키는 회전 구동계일 수 있다. 상기 기어 림(602)은 상기 제 6 프레임(600)과 같이 카메라 모듈로 이어지는 광경로를 회피하도록 중공형으로 형성된다.
도 6은 상기 도 5에서 제 4 및 제 6 프레임과 이들을 상대 회전시키는 제 4 축 구동계를 더 자세히 보인다.
제 4 축 구동계인 회전 구동계의 한 예로, 상기 피니언(422)에는 원궤적을 따라 다수의 원통형 롤러(423)가 배치되고, 상기 기어 림(602)의 외주면에는 그에 맞물리는 사이클로이드 기어가 형성될 수 있다. 이러한 구조를 통해 백래시(backlash) 없이 상기 제 6 프레임(600)을 원하는 각도만큼 회전시킬 수 있다. 한편, 본 실시예와 달리 피니언 쪽에 사이클로이드 기어를 형성하고, 상기 제 6 프레임에 고정된 림(Rim) 구조물에 다수의 원통형 롤러를 배치하는 구성도 가능하다. 다만, 기어의 강도 확보를 위해서나 생산 비용 측면에서도 본 실시예와 같은 배치가 더 유리하다.
한편, 상기 제 4 수평부(420) 상면에서 상기 제 6 프레임(600)의 둘레부와 인접한 부분에 리밋 센서(limit sensor)(443)를 설치하고, 상기 제 6 프레임(600)의 둘레부 아래쪽에 센서 독(sensor dog)(603) 구조를 형성하여, 상기 제 6 프레임(600)의 회전 범위를 소정의 각도 범위로 한정할 수 있다.
도 7은 상기 도 6에서 제 4 엑츄에이터의 구성을 더 자세히 보인다.
도 7의 (a)는 제 4 엑츄에이터로부터 피니언(422)까지의 구성을 보이는 분해 사시도이고, 도 7의 (b)는 피니언(422)의 저면 측에 엔코더의 일부를 구성하는 코드휠(434)가 설치된 모습을 보인다.
상기 카메라 모듈(601)의 회전 각도를 제어하기 위해 피드백 신호를 제공하는 엔코더(430)가 구비된다. 상기 엔코더(430)는 상기 제 4 엑츄에이터(421)와 상기 피니언(422) 사이에 배치될 수 있다. 이 같은 엔코더(430) 구성 및 배치를 통해 상기 피니언(422) 상부에 카메라 모듈(601)의 작동 공간을 충분히 확보할 수 있다. 한편, 이 같은 엔코더(430)의 구성 및 배치는 상기 제 4 엑츄에이터(421)의 후방에도 그 아래에 배치되는 제 2 프레임 및 제 3 프레임 등의 구조물이 자유롭게 움직일 수 있는 작동 공간을 제공함으로써, 결과적으로 다축 구동 비전 검사 장치를 소형화하는 데에도 기여한다. 회전축을 갖는 모터에 회전 각도 피드백을 위한 엔코더가 설치되는 경우, 엔코더는 일반적으로 회전축 후단에 설치되므로, 그 자체가 차지하는 공간뿐만 아니라 배선 연결 등으로 인해 모터 후방의 구조물 배치나 동작에 방해가 되는데, 본 실시예에서는 그와 달리 엔코더(430)를 구성하는 구성요소들(431~434)을 회전축의 출력단 쪽에 배치함으로써 그러한 문제점을 해소할 수 있다.
엔코더(430)의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 전술한 피니언(422)의 배면, 즉 상기 제 4 엑츄에이터(421)와 마주보는 면에 코드휠(434)이 배치되고, 상기 제 4 엑츄에이터(421) 측에 상기 코드휠(434)과 대면하는 발광 및 수광 기능의 엔코더 센서 소자(432)를 갖는 엔코더 모듈(431)이 배치된다. 상기 코드휠(434)은 판스프링(433)을 통해 상기 피니언(422) 배면에 결합될 수 있다. 이와 같이 엔코더(430)에서 코드휠(434)이 피니언(422)에 결합된 구성은 모터 회전축 비틀림의 영향이 배제된 더 정확한 회전 각도의 피드백을 가능하게 한다.
도 8 및 도 9는 상기 도 1의 실시예에서 제 4 프레임을 제 3 프레임에 대해 틸팅 가능하게 결합하는 구성을 보인다.
먼저 도 8은 전술한 제 4 프레임의 제 4 수평부(420)를 Z축 아래쪽 방향에서 올려다 본 모습을 보인다. 제 4 수평부(420)의 아래쪽에 카메라 모듈의 광축을 중심으로 한 돌출부 형성되고, 그 돌출부 둘레에 틸팅 브라켓(450)이 결합된다. 상기 틸팅 브라켓(450)은 상기 제 3 프레임(300)과 상기 제 4 프레임, 좀 더 구체적으로 제 4 수평부(420) 사이에 배치된다. 상기 틸팅 브라켓(450)은 상기 XY 평면에 평행한 한 평면상에서 어느 한 축 방향, 예컨대 X축과 평행하면서 상기 카메라 모듈의 광축과 교차하는 한 축과 상기 틸팅 브라켓(450)이 만나는 두 점(456)에서 상기 제 3 프레임(300)의 힌지 구멍(301)과 한 쌍의 핀(455)을 통해 힌지 결합되고, 상기 한 축 방향과 수직이고 상기 광축과 교차하는 다른 한 축이 상기 틸팅 브라켓(450)과 만나는 두 점(457)에서 상기 제 4 수평부(420)의 돌출부에 형성된 두 힌지 구멍(427)과 다른 한 쌍의 핀(458)을 통해 힌지 결합된다.
본 실시예에서 상기 틸팅 브라켓(450)은 중공형의 사각 프레임 형상을 가지나, 전술한 두 축에 대하여 각각 대칭적인 형태라면 반드시 사각형일 필요는 없다. 다만, 전술한 카메라 모듈과 대물렌즈 사이의 광 경로를 회피할 필요가 있다.
상기 틸팅 브라켓(450)을 포함하는 틸팅 구조는, 상기 제 4 수평부(420)와 본 도면에는 생략되었지만 상기 제 4 수평부(420)에 대하여 고정된 제 4 수직부 및 그와 Z축 방향으로 상대 이동할 수 있게 결합된 제 5 프레임으로 이루어진 조립체를 피검체가 놓인 검사 스테이지(도 10의 도면부호 30 참조) 면에 대하여 카메라 모듈의 광축이 수직을 이루도록 하는 조정을 가능하게 한다. 다만, 이러한 조정은 피검체 검사 시마다 필요한 것은 아니므로, 능동적인 조절을 위한 엑츄에이터까지는 요구되지 않지만 그에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 틸팅 브라켓(450)과 상기 제 4 수평부(420) 또는 제 3 프레임(300)의 사이에는 적어도 하나의 볼 플런저(Ballplunger)가 배치되어 이들 사이를 흔들림 없이 지지해주도록 할 수 있다.
10: 다축 구동 비전 검사 장치
20: 설치면 30: 검사 스테이지
40: 피검체 100: 제 1 프레임
101: 제 1 엑츄에이터 200: 제 2 프레임
201: 제 2 엑츄에이터 300: 제 3 프레임
400: 제 4 프레임 411: 제 3 엑츄에이터
421: 제 4 엑츄에이터 500: 제 5 프레임
600: 제 6 프레임

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. Z축을 포함하는 설치면에 고정 지지되는 제 1 프레임;
    상기 제 1 프레임에 대하여 상기 설치면과 평행하고 상기 Z축에 수직인 X축 방향으로 선형 이동하는 제 2 프레임;
    상기 제 1 프레임과 상기 제 2 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 2 프레임을 상대 이동시키는 제 1 엑츄에이터;
    상기 제 2 프레임에 대하여 상기 X축 및 상기 Z축에 수직인 Y축 방향으로 선형 이동하는 제 3 프레임;
    상기 제 2 프레임과 상기 제 3 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 3 프레임을 상대 이동시키는 제 2 엑츄에이터;
    상기 제 3 프레임에 의해 지지되고, XY평면에 대하여 틸팅 가능하게 설치되는 제 4 프레임;
    대물렌즈가 장착되는 것으로, 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 Z축 방향으로부터 상기 제 4 프레임의 틸팅 각도와 동일한 각도만큼 틸팅된 방향으로 선형 이동하는 제 5 프레임;
    상기 제 4 프레임과 상기 제 5 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 5 프레임을 상대 이동시키는 제 3 엑츄에이터;
    카메라 모듈이 결합되는 카메라 마운트를 구비하고, 상기 제 4 프레임에 대하여 회전 가능하게 설치되는 제 6 프레임; 및,
    상기 제 4 프레임에 고정되어 상기 제 6 프레임을 소정 각도 범위에서 회전 시키는 제 4 엑츄에이터; 를 포함하는,
    다축 구동 비전 검사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 4 엑츄에이터는 회전축을 갖는 모터이고, 상기 회전축의 양단 중 상기 제 6 프레임으로 동력을 전달하는 출력단 측에 배치되어 상기 회전축의 회전 각도를 피드백하는 엔코더를 포함하는,
    다축 구동 비전 검사 장치.
  6. Z축을 포함하는 설치면에 고정 지지되는 제 1 프레임;
    상기 제 1 프레임에 대하여 상기 설치면과 평행하고 상기 Z축에 수직인 X축 방향으로 선형 이동하는 제 2 프레임;
    상기 제 1 프레임과 상기 제 2 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 2 프레임을 상대 이동시키는 제 1 엑츄에이터;
    상기 제 2 프레임에 대하여 상기 X축 및 상기 Z축에 수직인 Y축 방향으로 선형 이동하는 제 3 프레임;
    상기 제 2 프레임과 상기 제 3 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 3 프레임을 상대 이동시키는 제 2 엑츄에이터;
    카메라 모듈이 장착되는 것으로, 상기 제 3 프레임에 의해 지지되고, XY평면에 대하여 틸팅 가능하게 설치되는 제 4 프레임;
    대물렌즈가 장착되는 것으로, 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 Z축 방향으로부터 상기 제 4 프레임의 틸팅 각도와 동일한 각도만큼 틸팅된 방향으로 선형 이동하는 제 5 프레임; 및,
    상기 제 4 프레임과 상기 제 5 프레임 중 어느 한쪽에 고정되어 상기 제 5 프레임을 상대 이동시키는 제 3 엑츄에이터; 를 포함하고,
    상기 제 3 프레임과 상기 제 4 프레임 사이에 배치되고, 상기 XY 평면에 평행한 한 평면상에서 어느 한 축 방향의 두 점은 상기 제 3 프레임과 힌지 결합되고, 상기 어느 한 축 방향과 수직인 다른 한 축 방향의 두 점은 상기 제 4 프레임과 힌지 결합되는, 틸팅 브라켓을 더 포함하는,
    다축 구동 비전 검사 장치.
  7. 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 프레임은 Z축에 대한 위치가 상기 제 4 프레임과 제 5 프레임 사이에 배치되고, 상기 카메라 모듈과 상기 대물 렌즈 사이의 광 경로를 개방하는 중공형 프레임이고,
    상기 제 2 엑츄에이터와 이를 포함하는 선형 구동계는 상기 광 경로를 회피하여 배치된,
    다축 구동 비전 검사 장치.
  8. Z축을 포함하는 설치면에 고정 지지되는 제 1 프레임;
    상기 제 1 프레임에 대하여 상기 설치면과 평행하고 상기 Z축에 수직인 X축 방향으로 선형 이동하는 제 2 프레임;
    상기 제 2 프레임에 대하여 상기 X축 및 상기 Z축에 수직인 Y축 방향으로 선형 이동하는 제 3 프레임;
    상기 제 3 프레임에 의해 지지되고, XY평면에 대하여 틸팅 가능하게 설치되는 제 4 프레임;
    검사 스테이지를 향해 대물렌즈가 장착되는 것으로, 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 Z축 방향으로부터 상기 제 4 프레임의 틸팅 각도와 동일한 각도만큼 틸팅된 방향으로 선형 이동하는 제 5 프레임; 및,
    카메라 모듈이 결합되는 카메라 마운트를 구비하고, 상기 제 4 프레임에 대하여 회전 가능하게 설치되는 제 6 프레임; 을 포함하고,
    상기 제 1 프레임에 대하여 상기 제 2 프레임을 이동시키는 제 1 엑츄에이터와 상기 제 4 프레임에 대해서 상기 제 5 프레임을 이동시키는 제 3 엑츄에이터는 상기 검사 스테이지로부터 상기 제 4 프레임보다 먼 위치에 설치되고,
    상기 제 2 프레임에 대하여 상기 제 3 프레임을 이동시키는 제 2 엑츄에이터와 상기 제 4 프레임에 대하여 상기 제 6 프레임을 회전시키는 제 4 엑츄에이터는 상기 설치면으로부터 상기 카메라 모듈보다 먼 위치에 설치된,
    다축 구동 비전 검사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 엑츄에이터와 상기 제 3 엑츄에이터는 그 구동축이 상기 Z축 방향으로 서로 평행하게 배치되고,
    상기 제 1 엑츄에이터는 그 구동축의 회전 운동을 상기 X축 방향의 선형 운동으로 변환하는 복합 구동계를 포함하는,
    다축 구동 비전 검사 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 엑츄에이터는 그 구동축이 상기 Z축 방향 또는 상기 Y축 방향으로 배치되는,
    다축 구동 비전 검사 장치.



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