KR102011417B1 - 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3중 배율형 머신 비전 검사모듈에 관한 것으로 특히, 함체(10)의 내외부에 대물렌즈(20), 빔 스플리터(30), 스폿 조명기(40), 빛 반사용 미러(41), 쾰러 조명렌즈(42), 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70), 제 1 내지 제 4 미러(61)(62)(71)(72), 프리즘 리니어 터렛(80), 전하결합소자(90), 키 입력부(110) 및 제어부(100)를 설치한 특징으로 한다.
따라서, 하나의 머신 비전 검사모듈을 통해 대물렌즈의 배율에 곱해져 결정되는 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70)의 3개 배율 중 어느 한 배율로 대상 물체의 비전 검사를 할 수 있다.

Description

3중 배율형 머신 비전 검사모듈{Triple magnification type machine vision inspection module}

본 발명은 3중 배율형 머신 비전 검사모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정해진 배율을 갖는 하나의 대물렌즈 대비 서로 다른 경로 상에 서로 다른 배율을 갖는 3개의 튜브렌즈를 구비시킴은 물론 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)의 저부에는 서로 반대방향으로 경사진 2개의 프리즘이 구비된 프리즘 리니어 터렛을 설치하여, 하나의 머신 비전 검사모듈을 이용하여 3개의 배율에 대해 비전 검사가 가능하고, 프리즘 리니어 터렛 구동 시 구동 오차를 없앨 수 있으며, 반복 정밀도를 높이기 위해 프리즘 반사면을 넓게 확보하고, 비전 검사 장비 공정의 신뢰성 및 고효율화를 달성할 수 있고, 종래 비전 검사장비가 가지고 있는 시스템 단점 보완 및 성능을 최적화하여 비용의 혁신적인 절감과 제품의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 고배율 고분해능의 비전 검사 광학계를 통해 검사장비의 고효율화를 구현할 수 있도록 발명한 3중 배율형 머신 비전 검사모듈에 관한 것이다.

일반적으로 글로벌 머신 비전 검사 시스템 및 부품의 전체 시장은 각 부문 중 광학 조명(LED 또는 할로겐 조명), 멀티 카메라를 갖는 고해상도 Line Scan 카메라 또는 Area Scan 카메라, 프레임 그래버(frame grabber), 산업용 PC에서 I/O와 모션 제어(motion control)를 담당하는 비전 보드(하드웨어), 산업용 PC의 비전 영상 처리 소프트웨어, 비전 검사 시스템, 스텝 모터(step motor)와 스텝 모터 드라이버(step motor driver), 센서 관련 부품으로 이루어진 시장이 5년간 CAGR 10%로 이와 관련된 머신 비전 산업 분야의 시장이 급성장할 것으로 예상된다.

한편, 한국의 반도체와 LCD, OLED, PDP 디스플레이 산업은 세계 1위의 한국경제를 지탱하는 주요 산업 전략 수출품목의 하나로써, LCD, OLED, PDP 평판 디스플레이 분야에서 삼성 디스프레이와 LG 디스플레이 전 세계 LCD 시장의 47%를 차지하고 있으며, LCD 검사 장비와 비전 시스템의 국산화가 필요하다.

미국, 캐나다, 일본 등의 선진국의 주요 기업의 LCD, OLED, PDP 디스플레이 검사 장비와 검사(inspection)와 측정(measurement)을 위한 비전 시스템을 사용하고 있으며, 국내 기업은 기존 디스플레이 검사장비의 신뢰성이 LCD, OLED 업체에서 요구하는 기준에 못미치는 실정이다.

LCD, OLED, PDP 디스플레이 패널의 대량 생산시에 대면적 디스플레이 검사는 매뉴얼에 의존하여 검사가 마이크로 단위 정밀 측정이 요구되므로 공장 자동화 공정에서 사람이 직접 눈으로 결함을 일일이 검사하던 분야를 산업용 카메라 등을 활용해 검사함으로써 자동화 공정 육안 검사의 어려움으로 인해 로봇과 기계 소프트웨어 기술이 융합된 머신 비전과 컴퓨터 비전 시스템을 사용한 제품 표면의 결함 검출 및 패턴 검사 장비 및 비전 검사 시스템 소프트웨어가 구비된 대면적 디스플레이 검사장비와 비전 검사 시스템의 개발이 중요한 과제로 부각되고 있다.

국내의 경우, 머신 비전(machine vision) 도입 자체가 미국이나 일본 등의 선진국에 비해 늦었지만, 최근 몇 년 동안 산업현장에서 머신 비전의 적용이 급속히 증가하고 있으며 정밀 측정이 가능한 고품질 머신 비전 제품의 기술확보가 필요하다.

이와 같은 머신 비전(MV, machine vision)은 로봇, 기계, 비전 시스템의 소프트웨어 기술이 융합된 기술로써 산업체의 공장 자동화(FA, Factory Automation) 공정에서 디스플레이나 반도체 복합 소재 분야까지 여러 분야에서 제품 표면 결함 검사, PCB 검사, LED chip package, 기타 제품의 불량을 걸러내는 검사 장비와 비전 검사 시스템으로 사용되며, 대량 생산되는 제품 표면의 결함을 검사 및 측정하여 제품의 불량을 줄이는데 사용된다.

이때, 비전검사란 시료의 표면에 광을 입사시켜 광이 입사된 시료에 대한 비전검사를 수행하는 것을 말한다.

여기서 비전검사의 대상인 시료는, 반도체소자, LCD 및 OLED 패널, 유기발광디스플레이 패널, 태양전지소자 등 기판에 형성된 미세 패턴에 대한 비전 검사가 필요한 대상은 모두 그 대상이 될 수 있다.

한편, 비전검사의 대상인 시료는, 형성된 패턴이 수 나노 수준으로 미세화되고 있음에 따라, 이러한 미세한 패턴이 형성된 시료에 대한 비전 검사의 수준도 정밀화될 필요가 있다.

한편, 대면적 LCD 및 OLED 디스플레이 검사는 대면적 LCD 및 OLED 디스플레이 화면의 일부분 샘플링 검사가 아닌 LCD 및 OLED Panel 전면 검사를 해야 하고, 수십 마이크로 미러 수준의 해상도가 요구되고, 특히 대량 생산 공정에서 많은 양의 정보를 고속으로 처리해야 되며, 영상처리 할 경우 대량의 데이터를 실시간으로 처리하는 고속의 영상처리 시스템이 요구되고, 영상 자체의 데이터가 크고 실제 사용하는 영상 특징(image feature)을 추출하려면 여러 연산을 수행해야 하므로 고속 영상처리(image processing) 및 결함 검출 알고리즘을 연구하여 제품 불량을 줄이는 검사 장비와 비전 검사 시스템이 필요하다.

제조업체에서 대량 생산되는 반도체 소재, 패키지, 디스플레이 등의 제품의 표면 결함을 검출하는 검사 장비와 비전 검사 시스템을 구비하는 대면적 디스플레이 패널용 20㎛급 초정밀 비전 검사 시스템 개발 필요하다.

비전 검사 시스템은 대부분 규모가 크고, 고가의 부속 모듈이 사용되기 때문에 초기 제작뿐만 아니라 완성 후 검사 환경을 수정하는 데에도 또한 많은 비용이 소요된다.

그러나 LCD 및 OLED 검사 장비 등의 비전 검사 시스템은 수요처 납품 전 많은 테스트를 진행하고 분석하여 시스템을 구축한다고 하도 수요처의 요구사항 변동 등 많은 변수로 인해 검사 환경 수정이 불가피하게 필요한 경우가 많이 발생한다.

이러한 경우를 대비하여 처음부터 유동적으로 검사 환경을 조정할 수 있는 시스템을 제작한다면 추후 기구 수정에 소요될 고비용의 손실을 막을 수 있다는 점에 착안하여 비전 검사 장비를 제작해야 한다.

기존 비전 검사 시스템은 한 가지 검사 대상의 특성에 따라 조명 및 광학카메라의 광학 검사 환경이 고정적으로 제작되어 특성이 다른 소재에 대해서는 검사가 어렵고, 검사 환경을 변경하더라도 좁은 범위 내에서 가능했던 단점이 존재하며, 검사 대상 제품의 규모가 크게 변하면 검사가 불가능하기도 했던 문제점이 있었다.

즉, 컴퓨터 기술의 급속한 발전에 힘입어, 화상처리를 담당하는 비전 시스템의 실행속도가 매우 빨라짐에 따라 비전기술의 이용이 활발해지고 있으며, 모든 산업의 자동화를 하고 있는 추세에 머신 비전의 적용은 매우 급속도로 이루어지고 있으며, 누구나 셋팅 가능한 쉬운 비전 컨셉(Easy Vision Concept) 위주로 개발이 진행되고 있다.

또한, PCB 관련 산업, 전기 부품산업, 제약 산업, 화학 산업, 자동차 산업 등에 적용되며 점점 그 사용처가 확대되고 있으며, LCD 및 OLED 제조 및 반도체 산업 등을 비롯한 다양한 산업분야로 확대 운용되고 있다.

그런데 기존 터렛은 서로 다른 배율을 갖는 복수의 렌즈가 방사형으로 배치된 형태를 가지고 모터에 의해 회전되며 원하는 렌즈가 선택되도록 구성된 형태를 가지고 있으므로 모터기어의 백래쉬(backlash)에 의해 반복정밀도가 떨어지는 문제가 있음에 따라, 정렬(align) 및 비전 검사(vision inspection)을 수행할 경우 영상에서의 중심부가 비선형적으로 회전하여 정렬 및 검사 정밀도가 매우 떨어지는 문제점이 있다.

국내 등록특허공보 10-1772673호(2017년 08월 23일) 국내 공개특허공보 10-2013-0135582호(2013년 12월 11일) 국내 등록특허공보 10-1733197호(2017년 04월 27일) 국내 공개특허공보 10-2017-0049266호(2017년 05월 10일)

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 함체의 저부 중앙에서 수직방향으로 정해진 배율(예를 들어 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율)을 갖는 하나의 대물렌즈를 설치하고, 상기 함체의 내부에서 3개의 서로 다른 영상 통과 경로를 형성하되, 각각의 경로 상에는 서로 다른 배율(예를 들어 0.5X, 1.0X, 2.0X 등)을 갖는 3개의 튜브렌즈를 구비시킴은 물론 함체의 상면에서 수직방향으로 설치된 전하결합소자의 저부에는 서로 반대방향으로 경사진 2개의 프리즘이 구비하고 모터에 의해 좌,우로 슬라이딩 이동 가능한 프리즘 리니어 터렛을 설치하여, 하나의 머신 비전 검사모듈을 이용하여 대물렌즈의 배율에 곱해져 결정되는 튜브렌즈들의 3개 배율 중 어느 한 배율로 대상 물체의 비전 검사를 할 수 있는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 프리즘 리니어 터렛 내의 프리즘 반사면을 넓게 형성시켜 줌으로써 프리즘 리니어 터렛 구동 시 구동 오차를 없앨 수 있고, 반복 정밀도를 높일 수 있으며, 비전 검사 장비 공정의 신뢰성 및 고효율화를 달성할 수 있고, 종래 비전 검사장비가 가지고 있는 시스템 단점 보완 및 성능을 최적화할 수 있으므로 비용의 혁신적인 절감과 제품의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 고배율 고분해능의 비전 검사 광학계를 통해 검사장비의 고효율화를 구현할 수 있는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈를 제공하는데 있다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정해진 체적 및 형상을 갖는 함체와; 정해진 배율을 갖고 상기 함체의 저면 중앙에서 수직방향으로 설치되어 비전 검사 대상 물체의 상(像)을 정해진 배율만큼 확대시켜 빔 스플리터 측으로 전달하는 대물렌즈와; 빛의 투과와 반사가 1/2씩 이루어지는 제 1 내지 제 3 반사경이 수직방향으로 정해진 간격을 두고 각 기능에 대응하여 일측 또는 타측방향으로 경사지게 설치된 형태를 갖고 상기 함체의 내부에서 대물렌즈와 제 1 튜브렌즈 사이에서 수직방향으로 설치되어 스폿 조명기에서 조사되는 빛은 대물렌즈 측으로 반사시키고 대물렌즈에서 확대된 물체의 상은 제 1 내지 제 3 튜브렌즈 중 어느 한 튜브렌즈 측으로 통과 또는 반사시켜 주는 빔 스플리터(beam splitter)와; 빛 조사부가 저부를 향한 형태에서 상기 함체 내의 일측 벽측에 수직방향으로 설치되어 대상 물체의 비전 검사에 필요한 빛을 조사시켜 주는 스폿 조명기(Spot illuminator)와; 상기 함체의 일측 저면에 경사지게 설치된 상태에서 스폿 조명기에서 조사되는 빛을 90도 꺾어 쾰러 조명렌즈 측으로 반사시켜 주는 빛 반사용 미러와; 경사진 반사면이 서로 대향되게 설치되어 있는 상기 빛 반사용 미러와 빔 스플리터 내의 제 3 반사경 사이에 설치된 상태에서 상기 빛 반사용 미러를 통해 반사되어 오는 빛을 집광하여 대물렌즈의 입사동으로 반사시켜 주는 제 3 반사경 측으로 균일하게 전달하는 쾰러(Koehler) 조명렌즈와; 정해진 유효측정거리 및 배율을 갖고 상기 빔 스플리터의 상부에 설치된 상태에서 전하결합소자가 프리즘 리니어 터렛의 중앙 공간부와 일치될 때, 빔 스플리터를 직선으로 통과한 대물렌즈의 정보를 자체의 배율만큼 작게 축소하여 전하결합소자 측으로 직접 전달하는 제 1 튜브렌즈와; 상기 함체 내부의 일측면에서 반사면이 상기 빔 스플리터의 제 2 반사경 반사면과 대향되게 설치된 상태에서 프리즘 리니어 터렛 내의 제 1 프리즘 저면이 상기 제 1 튜브렌즈를 가리는 위치에 있을 때, 빔 스플리터의 제 2 반사경을 통해 수평방향으로 90도 꺾여 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 수직 상방부에 위치된 제 2 튜브렌즈 측으로 다시 90도 꺾어 수직방향으로 반사시켜 주는 제 1 미러와; 정해진 유효측정거리 및 배율을 갖고 상기 제 1 미러와 제 2 미러 사이에 설치된 상태에서 상기 제 1 미러를 통해 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 자체의 배율과 같게 하여 제 2 미러 측으로 전달하는 제 2 튜브렌즈와; 상기 함체 내의 일측 상부에서 경사면이 상기 제 1 미러와 반대방향이 되게 설치된 상태에서 상기 제 2 튜브렌즈를 통해 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈의 정보를 프리즘 리니어 터렛 내 제 1 프리즘의 경사면 측으로 90도 꺾어 수평방향으로 반사시켜 주는 제 2 미러와; 정해진 유효측정거리 및 배율을 갖고 상기 빔 스플리터의 제 1 반사경과 함체 내의 타측면 측에 설치된 제 3 미러 사이에 설치된 상태에서 프리즘 리니어 터렛 내의 제 2 프리즘의 저면이 상기 제 1 튜브렌즈를 가리는 위치에 있을 때, 빔 스플리터의 제 1 반사경을 통해 수평방향으로 90도 꺾여 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 자체의 배율만큼 크게 확대하여 제 3 미러 측으로 전달하는 제 3 튜브렌즈와; 상기 함체 내부의 타측면에서 반사면이 상기 빔 스플리터의 제 1 반사경 반사면과 대향되게 설치된 상태에서 상기 제 3 튜브렌즈를 통해 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈의 정보를 수직방향으로 90도 꺾어 제 4 미러 측으로 반사시켜 주는 제 3 미러와; 상기 함체 내의 타측 상부에서 경사면이 상기 제 3 미러와 반대방향이 되게 설치된 상태에서 상기 제 3 미러를 통해 수직방향으로 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 프리즘 리니어 터렛 내 제 2 프리즘의 경사면 측으로 90도 꺾어 수평방향으로 반사시켜 주는 제 4 미러와; 경사면이 서로 반대방향을 향하도록 한 상태에서 중간부에 정해진 폭을 갖는 공간부가 구비되도록 가로방향에 대해 정해진 거리를 두고 이동형 프리즘 고정구 상에 설치되는 제 1 및 제 2 프리즘과, 제어부의 출력신호에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 구동되며 LM 가이드 형태로 결합된 상기 이동형 프리즘 고정구를 통해 제 1 및 제 2 프리즘을 함체의 상부 배면에 형성된 개구부 내에서 좌측 또는 우측으로 이동시켜 주는 스텝 서보 모터 등을 구비하고, 사용자의 배율 선택에 대응하여 공간부가 제 1 튜브렌즈와 일치될 경우에는 제 1 경로 상에 설치되어 있는 제 1 튜브렌즈를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보만 전하결합소자로 전달하고, 제 1 프리즘이 제 1 튜브렌즈의 상부에 위치될 경우에는 제 2 경로 상에 설치되어 있는 제 2 튜브렌즈를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보만 제 1 프리즘을 통해 전하결합소자로 반사해 주며, 제 2 프리즘이 제 1 튜브렌즈의 상부에 위치될 경우에는 제 3 경로 상에 설치되어 있는 제 3 튜브렌즈를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보만 제 2 프리즘을 통해 전하결합소자로 반사해 주는 프리즘 리니어 터렛(Prism linear turret)과; 상기 함체의 상면 중앙에 설치된 형태를 갖고 프리즘 리니어 터렛을 통해 전달되어 빛을 전하로 변환시켜 화상을 얻어내는 전하결합소자(CCD)와; 사용자가 키 입력부를 통해 선택하는 배율선택신호에 대응하여 상기 프리즘 리니어 터렛 내 스텝 서보 모터의 구동을 제어함은 물론 상기 전하결합소자를 통해 얻어지는 화상정보를 저장 및 처리하는 제어부;로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 대물렌즈의 배율은 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율이고, 제 1 튜브렌즈는 유효초점거리가 100mm이며 배율은 0.5X이고, 제 2 튜브렌즈는 유효초점거리가 200mm이며 배율은 1.0X이고, 제 3 튜브렌즈는 유효초점거리가 400mm이며 배율은 2.0X인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 프리즘 리니어 터렛은, 프리즘 고정판과 볼 스크류 결합부가 "T"자 형상을 갖게 성형된 이동형 프리즘 고정구와; 배면에서 가로방향으로 "M"자형 가이드 홈이 형성된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구의 프리즘 고정판 배면에 고정 설치되어 전면에서 정해진 거리를 두고 고정 설치된 제 1 및 제 2 프리즘을 포함한 이동형 프리즘 고정구가 가이드 바를 따라 좌,우로 이동 가능하게 하는 하나 또는 2개의 가이드 바 결합구와; 전면부가 상기 가이드 바 결합구의 "M"자형 가이드 홈 내에 LM 가이드 형태로 결합된 상태에서 양단부가 상기 함체의 배면에 고정 설치된 형태를 갖고, 스텝 서보 모터의 구동에 대응하여 상기 이동형 프리즘 고정구가 좌측 및 우측으로 이동 가능하게 레일 기능을 수행하는 가이드 바와; 상기 함체의 배면 일측에 고정 설치된 상태에서 제 1 및 제 2 프리즘이 구비된 이동형 프리즘 고정구의 좌우 이동에 필요한 동력을 정방향 및 역방향으로 발생시켜 주는 스텝 서보 모터와; 일단부가 상기 스텝 서보 모터의 축에 일체로 결합된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구의 볼 스크류 결합부에 형성된 나사 결합공 내에 나사 결합된 상태에서 함체의 배면에 고정 설치되는 한 쌍의 베어링 삽입형 스크류 고정구에 아이들 회전 가능하게 결합된 형태를 갖고 스텝 서보 모터의 구동방향에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 회전되며 스텝 서보 모터의 동력을 이동형 프리즘 고정구에 직접 전달하여 제 1 및 제 2 프리즘이 고정 설치된 이동형 프리즘 고정구가 가이드 바를 따라 좌측 또는 우측으로 이동되게 하는 볼 스크류;로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 프리즘의 반사면 면적은 제 1 내지 제 3 튜브렌즈의 포커스 면적보다 크게 형성하여, 상기 스텝 서보 모터의 구동에 대응하여 이동되는 제 1 및 제 2 프리즘의 이동거리에 오차가 발생되어도 제 1 또는 제 2 프리즘을 통해 대물렌즈의 정보를 전하결합소자 측으로 정확히 반사시켜 줄 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 함체의 배면에서 볼 스크류의 저부에는 정해진 간격을 두고 3개의 포토 인터럽터를 더 설치하여, 사용자에 의해 배율이 선택되어 제어부에서 스텝 서보 모터를 정방향 또는 역방향으로 구동시키던 중 상기 이동형 프리즘 고정구의 볼 스크류 결합부의 저단부가 3개의 포토 인터럽터 중 사용자가 선택한 배율에 대응하는 위치에 이르렀을 경우 이를 인식하고 스텝 서보 모터의 구동을 차단하도록 한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 3중 배율형 머신 비전 검사모듈에 의하면, 함체의 저부 중앙에서 수직방향으로 정해진 배율(예를 들어 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율)을 갖는 하나의 대물렌즈를 설치하고, 상기 함체의 내부에서 3개의 서로 다른 영상 통과 경로를 형성하되, 각각의 경로 상에는 서로 다른 배율(예를 들어 0.5X, 1.0X, 2.0X 등)을 갖는 3개의 튜브렌즈를 구비시킴은 물론 함체의 상면에서 수직방향으로 설치된 전하결합소자의 저부에는 서로 반대방향으로 경사진 2개의 프리즘이 구비하고 모터에 의해 좌,우로 슬라이딩 이동 가능한 프리즘 리니어 터렛을 설치하여, 하나의 머신 비전 검사모듈을 이용하여 대물렌즈의 배율에 곱해져 결정되는 튜브렌즈들의 3개 배율 중 어느 한 배율로 대상 물체의 비전 검사를 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 프리즘 리니어 터렛 내의 프리즘 반사면을 넓게 형성시켜 줌으로써 프리즘 리니어 터렛 구동 시 구동 오차를 없앨 수 있고, 반복 정밀도를 높일 수 있으며, 비전 검사 장비 공정의 신뢰성 및 고효율화를 달성할 수 있고, 종래 비전 검사장비가 가지고 있는 시스템 단점 보완 및 성능을 최적화할 수 있으므로 비용의 혁신적인 절감과 제품의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 고배율 고분해능의 비전 검사 광학계를 통해 검사장비의 고효율화를 구현할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈의 정단면도.
도 2는 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈의 배면 사시도.
도 3은 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈의 배면도.
도 4는 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 내 스폿 조명기를 작동시킨 상태에서 제 1 튜브렌즈를 통해 대상물을 비전검사 할 때의 작동상태 정단면도.
도 5는 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 내 스폿 조명기를 작동시킨 상태에서 제 2 튜브렌즈를 통해 대상물을 비전검사 할 때의 작동상태 정단면도.
도 6은 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 내 스폿 조명기를 작동시킨 상태에서 제 3 튜브렌즈를 통해 대상물을 비전검사 할 때의 작동상태 정단면도.
도 7의 (a)(b) 내지 도 9의 (a)(b)는 본 발명에서 적용시킨 제 1 내지 제 3 튜브렌즈에 대한 각각의 레이아웃(Layout) 및 해상도를 나타내는 MTF에 대한 그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈의 정단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈의 배면 사시도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈의 배면도를 나타낸 것이다.

또, 도 4는 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 내 스폿 조명기를 작동시킨 상태에서 제 1 튜브렌즈를 통해 대상물을 비전검사 할 때의 작동상태 정단면도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 내 스폿 조명기를 작동시킨 상태에서 제 2 튜브렌즈를 통해 대상물을 비전검사 할 때의 작동상태 정단면도를 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈 내 스폿 조명기를 작동시킨 상태에서 제 3 튜브렌즈를 통해 대상물을 비전검사 할 때의 작동상태 정단면도를 나타낸 것이다.

또한, 도 7의 (a)(b) 내지 도 9의 (a)(b)는 본 발명에서 적용시킨 제 1 내지 제 3 튜브렌즈에 대한 각각의 레이아웃(Layout) 및 해상도를 나타내는 MTF에 대한 그래프를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명은,

정해진 체적 및 형상을 갖는 함체(10)와;

정해진 배율을 갖고 상기 함체(10)의 저면 중앙에서 수직방향으로 설치되어 비전 검사 대상 물체의 상(像)을 정해진 배율만큼 확대시켜 빔 스플리터(30) 측으로 전달하는 대물렌즈(20)와;

빛의 투과와 반사가 1/2씩 이루어지는 제 1 내지 제 3 반사경(31)~(33)이 수직방향으로 정해진 간격을 두고 각 기능에 대응하여 일측 또는 타측방향으로 경사지게 설치된 형태를 갖고 상기 함체(10)의 내부에서 대물렌즈(20)와 제 1 튜브렌즈(50) 사이에서 수직방향으로 설치되어 스폿 조명기(40)에서 조사되는 빛은 대물렌즈(20) 측으로 반사시키고 대물렌즈(20)에서 확대된 물체의 상은 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70) 중 어느 한 튜브렌즈 측으로 통과 또는 반사시켜 주는 빔 스플리터(30)와;

빛 조사부가 저부를 향한 형태에서 상기 함체(10) 내의 일측 벽측에 수직방향으로 설치되어 대상 물체의 비전 검사에 필요한 빛을 조사시켜 주는 스폿 조명기(40)와;

상기 함체(10)의 일측 저면에 경사지게 설치된 상태에서 스폿 조명기(40)에서 조사되는 빛을 90도 꺾어 쾰러 조명렌즈(42) 측으로 반사시켜 주는 빛 반사용 미러(41)와;

경사진 반사면이 서로 대향되게 설치되어 있는 상기 빛 반사용 미러(41)와 빔 스플리터(30) 내의 제 3 반사경(33) 사이에 설치된 상태에서 상기 빛 반사용 미러(41)를 통해 반사되어 오는 빛을 집광하여 대물렌즈(20)의 입사동으로 반사시켜 주는 제 3 반사경(33) 측으로 균일하게 전달하는 쾰러 조명렌즈(42)와;

정해진 유효측정거리 및 배율을 갖고 상기 빔 스플리터(30)의 상부에 설치된 상태에서 전하결합소자(90)가 프리즘 리니어 터렛(80)의 중앙 공간부(S)와 일치될 때, 빔 스플리터(30)를 직선으로 통과한 대물렌즈(20)의 정보를 자체의 배율만큼 작게 축소하여 전하결합소자(90) 측으로 직접 전달하는 제 1 튜브렌즈(50)와;

상기 함체(10) 내부의 일측면에서 반사면이 상기 빔 스플리터(30)의 제 2 반사경(32) 반사면과 대향되게 설치된 상태에서 프리즘 리니어 터렛(80) 내의 제 1 프리즘(81) 저면이 상기 제 1 튜브렌즈(50)를 가리는 위치에 있을 때, 빔 스플리터(30)의 제 2 반사경(32)을 통해 수평방향으로 90도 꺾여 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 수직 상방부에 위치된 제 2 튜브렌즈(60) 측으로 다시 90도 꺾어 수직방향으로 반사시켜 주는 제 1 미러(61)와;

정해진 유효측정거리 및 배율을 갖고 상기 제 1 미러(61)와 제 2 미러(62) 사이에 설치된 상태에서 상기 제 1 미러(61)를 통해 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 자체의 배율과 같게 하여 제 2 미러(62) 측으로 전달하는 제 2 튜브렌즈(60)와;

상기 함체(10) 내의 일측 상부에서 경사면이 상기 제 1 미러(61)와 반대방향이 되게 설치된 상태에서 상기 제 2 튜브렌즈(60)를 통해 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 1 프리즘(81)의 경사면 측으로 90도 꺾어 수평방향으로 반사시켜 주는 제 2 미러(62)와;

정해진 유효측정거리 및 배율을 갖고 상기 빔 스플리터(30)의 제 1 반사경(31)과 함체(10) 내의 타측면 측에 설치된 제 3 미러(71) 사이에 설치된 상태에서 프리즘 리니어 터렛(80) 내의 제 2 프리즘(82)의 저면이 상기 제 1 튜브렌즈(50)를 가리는 위치에 있을 때, 빔 스플리터(30)의 제 1 반사경(31)을 통해 수평방향으로 90도 꺾여 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 자체의 배율만큼 크게 확대하여 제 3 미러(71) 측으로 전달하는 제 3 튜브렌즈(70)와;

상기 함체(10) 내부의 타측면에서 반사면이 상기 빔 스플리터(30)의 제 1 반사경(31) 반사면과 대향되게 설치된 상태에서 상기 제 3 튜브렌즈(70)를 통해 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 수직방향으로 90도 꺾어 제 4 미러(72) 측으로 반사시켜 주는 제 3 미러(71)와;

살기 함체(10) 내의 타측 상부에서 경사면이 상기 제 3 미러(71)와 반대방향이 되게 설치된 상태에서 상기 제 3 미러(71)를 통해 수직방향으로 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 2 프리즘(82)의 경사면 측으로 90도 꺾어 수평방향으로 반사시켜 주는 제 4 미러(72)와;

경사면이 서로 반대방향을 향하도록 한 상태에서 중간부에 정해진 폭을 갖는 공간부(S)가 구비되도록 가로방향에 대해 정해진 거리를 두고 이동형 프리즘 고정구(83) 상에 설치되는 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)과, 제어부(100)의 출력신호에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 구동되며 LM 가이드 형태로 결합된 상기 이동형 프리즘 고정구(83)를 통해 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)을 함체(10)의 상부 배면에 형성된 개구부(11) 내에서 좌측 또는 우측으로 이동시켜 주는 스텝 서보 모터(86) 등을 구비하고, 사용자의 배율 선택에 대응하여 공간부(S)가 제 1 튜브렌즈(50)와 일치될 경우에는 수직방향으로 직선 형상을 갖는 제 1 경로 상에 설치되어 있는 제 1 튜브렌즈(50)를 통해 전달되는 대물렌즈(20)의 정보만 전하결합소자(90)로 전달하고, 제 1 프리즘(81)이 제 1 튜브렌즈(50)의 상부에 위치될 경우에는 "⊃"자 형상을 갖는 제 2 경로 상에 설치되어 있는 제 2 튜브렌즈(60)를 통해 전달되는 대물렌즈(20)의 정보만 제 1 프리즘(81)을 통해 전하결합소자(90)로 반사해 주며, 제 2 프리즘(82)이 제 1 튜브렌즈(50)의 상부에 위치될 경우에는 "ㄷ"자 형상을 갖는 제 3 경로 상에 설치되어 있는 제 3 튜브렌즈(70)를 통해 전달되는 대물렌즈(20)의 정보만 제 2 프리즘(82)을 통해 전하결합소자(90)로 반사해 주는 프리즘 리니어 터렛(80)과;

상기 함체(10)의 상면 중앙에 설치된 형태를 갖고 상기 프리즘 리니어 터렛(80)을 통해 전달되어 빛을 전하로 변환시켜 화상을 얻어내는 전하결합소자(90)와;

사용자가 키 입력부(110)를 통해 선택하는 배율선택신호에 대응하여 상기 프리즘 리니어 터렛(80) 내 스텝 서보 모터(86)의 구동을 제어함은 물론 상기 전하결합소자(90)를 통해 얻어지는 화상정보를 저장 및 처리하는 제어부(100);로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 대물렌즈(20)의 배율은 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율이고,

제 1 튜브렌즈(50)는 유효초점거리가 100mm이며 배율은 0.5X이고,

제 2 튜브렌즈(60)는 유효초점거리가 200mm이며 배율은 1.0X이고,

제 3 튜브렌즈(70)는 유효초점거리가 400mm이며 배율은 2.0X인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 프리즘 리니어 터렛(80)은,

프리즘 고정판(831)과 볼 스크류 결합부(832)가 "T"자 형상을 갖게 성형된 이동형 프리즘 고정구(83)와;

배면에서 가로방향으로 "M"자형 가이드 홈(841)이 형성된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구(83)의 프리즘 고정판(831) 배면에 고정 설치되어 전면에서 정해진 거리를 두고 고정 설치된 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)을 포함한 이동형 프리즘 고정구(83)가 가이드 바(85)를 따라 좌,우로 이동 가능하게 하는 하나 또는 2개의 가이드 바 결합구(84)와;

전면부가 상기 가이드 바 결합구(84)의 "M"자형 가이드 홈(841) 내에 LM 가이드 형태로 결합된 상태에서 양단부가 상기 함체(10)의 배면에 고정 설치된 형태를 갖고, 스텝 서보 모터(86)의 구동에 대응하여 상기 이동형 프리즘 고정구(83)가 좌측 및 우측으로 이동 가능하게 레일 기능을 수행하는 가이드 바(85)와;

상기 함체(10)의 배면 일측에 고정 설치된 상태에서 제 1 및 제 2 프리즘(82)이 구비된 이동형 프리즘 고정구(83)의 좌우 이동에 필요한 동력을 정방향 및 역방향으로 발생시켜 주는 스텝 서보 모터(86)와;

일단부가 상기 스텝 서보 모터(86)의 축에 일체로 결합된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구(83)의 볼 스크류 결합부(832)에 형성된 나사 결합공(833) 내에 나사 결합된 상태에서 함체(10)의 배면에 고정 설치되는 한 쌍의 베어링 삽입형 스크류 고정구(88)에 아이들 회전 가능하게 결합된 형태를 갖고 스텝 서보 모터(86)의 구동방향에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 회전되며 스텝 서보 모터(86)의 동력을 이동형 프리즘 고정구(83)에 직접 전달하여 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)이 고정 설치된 이동형 프리즘 고정구(83)가 가이드 바(85)를 따라 좌측 또는 우측으로 이동되게 하는 볼 스크류(87);로 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)의 반사면 면적은 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70)의 포커스 면적보다 크게 형성하여, 상기 스텝 서보 모터(86)의 구동에 대응하여 이동되는 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)의 이동거리에 오차가 발생되어도 제 1 또는 제 2 프리즘(81)(82)을 통해 대물렌즈(20)의 정보를 전하결합소자(90) 측으로 정확히 반사시켜 줄 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 함체(10)의 배면에서 볼 스크류(87)의 저부에는 정해진 간격을 두고 3개의 포토 인터럽터(891)(892)(893)를 더 설치하여, 사용자의 키 입력부(110) 조작에 의해 배율이 선택되어 제어부(100)에서 스텝 서보 모터(86)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키던 중 상기 이동형 프리즘 고정구(83)의 볼 스크류 결합부(832)의 저단부가 3개의 포토 인터럽터(891)(892)(893) 중 사용자가 선택한 배율에 대응하는 위치에 이르렀을 경우 이를 인식하고 스텝 서보 모터(86)의 구동을 차단하도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 3중 배율형 머신 비전 검사모듈에 대한 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예가 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 크게 함체(10)와 대물렌즈(20), 빔 스플리터(30), 스폿 조명기(40), 빛 반사용 미러(41), 쾰러 조명렌즈(42), 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70), 제 1 내지 제 4 미러(61)(62(71)(72), 프리즘 리니어 터렛(80), 전하결합소자(90), 키 입력부(110) 및 제어부(100)를 구비하고, 하나의 머신 비전 검사모듈을 통해 대물렌즈의 배율에 곱해져 결정되는 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70)의 3개 배율 중 어느 한 배율로 대상 물체의 비전 검사를 할 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 함체(10)는 금속 판재를 이용하여 정해진 체적을 갖되, 정 단면이 사각 또는 "ㄱ"자 형상을 가는 속이 빈 박스 형태를 갖는다.

또, 상기 대물렌즈(20)는 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율을 갖고 상기 함체(10)의 저면 중앙에서 수직방향으로 필요에 따라 원하는 배율을 갖는 것으로 교체 가능하게 설치된 상태에서, 스폿 조명기(40)에서 제공하는 빛을 이용하여 비전 검사 대상 물체의 상(像)을 자체적으로 정해진 배율(즉, 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율)만큼 확대시켜 빔 스플리터(30) 측으로 전달해 주는 기능을 수행한다.

이때, 상기 대물렌즈(20)의 배율은 상기한 예에 한정하지 않고 별도의 배율로 제작하여 사용할 수도 있을 뿐만 아니라, 1개만으로는 전하결합소자(90)에 물체의 영상을 그대로 전달할 수 없어 반드시 튜브렌즈와의 결합이 필요하다.

또한, 상기 빔 스플리터(30)는 빛의 투과와 반사가 각각 1/2씩 이루어지는 특성을 갖는 제 1 내지 제 3 반사경(31)~(33)을 수직방향으로 정해진 간격을 두고 설치한 구성을 갖되, 제 1 반사경(31)의 경사진 반사면은 제 3 튜브렌즈(70)측을 향하도록 설치하고, 제 2 반사경(32)의 경사진 반사면은 제 2 튜브렌즈(60)의 하부에 설치되는 제 1 미러(61)를 향하도록 설치하며, 제 3 반사경(33)의 경사진 반사면은 쾰러 조명렌즈(42)를 향하게 설치한 형태를 갖는다.

이와 같은 구성의 빔 스플리터(30)는 상기 함체(10)의 내부에서 대물렌즈(20)와 제 1 튜브렌즈(50) 사이에 수직방향으로 설치된 형태를 갖고, 후술하는 스폿 조명기(40)에서 조사되는 빛은 대물렌즈(20) 측으로 반사시켜 주며, 상기 대물렌즈(20)의 배율에 맞게 확대된 물체의 상은 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70) 중 어느 한 튜브렌즈 측으로 통과 또는 반사시켜 주는 경로 전환기능을 기능을 수행한다.

또, 상기 스폿 조명기(40)는 도시 생략한 LED와 상기 LED에서 빛을 모아주어 광손실을 적게 해주는 2차 렌즈 및 상기 2차 렌즈에서 나오는 빛을 균일하게 해 주는 로즈렌즈 등을 구비하고, 빛 조사부가 저부를 향하도록 하여 상기 함체(10) 내의 일측 벽측에 수직방향으로 설치된 상태에서, 대상 물체의 비전 검사에 필요한 빛을 조사시켜 주는 기능을 수행한다.

또한, 상기 빛 반사용 미러(41)는 상기 함체(10)의 일측 저면 모서리부에 경사지게 설치된 상태에서, 상기 스폿 조명기(40)에서 수직방향으로 조사되는 빛을 수평방향으로 90도 꺾어 쾰러 조명렌즈(42) 측으로 반사시켜 주는 기능을 수행한다.

또, 상기 쾰러 조명렌즈(42)는 경사진 반사면이 서로 대향되게 설치되어 있는 상기 빛 반사용 미러(41)와 빔 스플리터(30) 내의 제 3 반사경(33) 사이에 설치된 상태에서, 상기 빛 반사용 미러(41)를 통해 수평방향으로 반사되어 오는 빛을 손실 없이 집광하여 제 3 반사경(33) 측으로 전달해 줌으로써 상기 빔 스플리터(30) 내의 제 3 반사경(33)에서 이 빛을 다시 수직방향으로 90도 꺾어 대물렌즈(20)의 입사동으로 정확히 반사시켜 줄 수 있게 된다.

한편, 상기 제 1 튜브렌즈(50)는 유효초점거리 100mm를 가짐은 물론 배율은 0.5X를 갖고, 전하결합소자(90)와 일직선을 갖도록 상기 빔 스플리터(30)의 상부에 설치된 상태(즉, 제 1 경로 상에 설치된 상태)에서 전하결합소자(90)가 도 4와 같이 프리즘 리니어 터렛(80)의 중앙 공간부(S)와 일치될 때(즉, 사용자가 키 입력부(110)를 통해 0.5X 배율을 선택한 경우), 빔 스플리터(30)를 직선으로 통과한 대물렌즈(20)의 정보를 자체의 배율만큼 작게 축소(예를 들어 대물렌즈(20)의 배율이 10X일 경우, 10X * 제 1 튜브렌즈(50)의 배율인 0.5X = 5X로 축소)하여 전하결합소자(90) 측으로 직접 전달하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 제 1 미러(61)는 "⊃"자 형상을 갖는 제 2 경로 중 최하단부인 상기 함체(10) 내부의 일측면에서 반사면이 상기 빔 스플리터(30)의 제 2 반사경(32) 반사면과 대향되게 설치한 형태를 갖는다.

이와 같이 설치된 상기 제 1 미러(61)는, 프리즘 리니어 터렛(80) 내의 제 1 프리즘(81) 저면이 도 5와 같이 상기 제 1 튜브렌즈(50)를 가리는 위치에 있을 때(즉, 사용자가 키 입력부(110)를 통해 1.0X 배율을 선택한 경우), 제 1 및 제 3 경로는 차폐시키고, 빔 스플리터(30)의 제 2 반사경(32)을 통해 수평방향으로 90도 꺾여 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 수직 상방부에 위치된 제 2 튜브렌즈(60) 측으로 다시 90도 꺾어 수직방향으로 반사시켜 주는 기능을 수행한다.

또, 상기 제 2 튜브렌즈(60)는 유효초점거리 200mm를 가짐은 물론 배율은 1.0X를 갖고, 상기 제 1 미러(61)와 제 2 미러(62) 사이에서 수직방향으로 설치된 형태를 갖는다.

이와 같이 설치된 상기 제 2 튜브렌즈(60)는, 상기 제 1 미러(61)를 통해 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 자체의 배율(즉, 1.0X)과 같게(예를 들어 대물렌즈(20)의 배율이 10X일 경우, 10X * 제 2 튜브렌즈(60)의 배율인 1.0X = 10X)하여 제 2 미러(62) 측으로 전달하는 주는 기능을 수행한다.

또한, 상기 제 2 미러(62)는 "⊃"자 형상을 갖는 제 2 경로 중 최상단부인 상기 함체(10) 내의 일측 상단 모서리에서 경사면이 상기 제 1 미러(61)와 반대방향이 되고, 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 1 프리즘(81)의 경사면과는 대향면이 되게 설치된 형태를 갖는다.

이와 같이 설치된 상기 제 2 미러(62)는, 상기 제 1 미러(61)와 제 2 튜브렌즈(60)를 거쳐 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 1 프리즘(81)의 경사면 측으로 90도 꺾어 수평방향으로 반사시켜 주는 기능을 수행한다.

이때, 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 1 프리즘(81)에서는 도 5와 같이 저면과 수직면을 통해 제 1 및 제 3 경로는 차폐시켜 주고, 제 2 튜브렌즈(60)가 구비된 제 2 경로 상에서 최상단부에 설치되어 있는 상기 제 2 미러(62)를 통해 최종적으로 도착한 대물렌즈(20)의 정보를 수직방향으로 다시 90도 꺾어 전하결합소자(90) 측으로 정확히 반사시켜 주는 기능을 수행하게 된다.

한편, 상기 제 3 튜브렌즈(70)는 유효초점거리 400mm를 가짐은 물론 배율은 2.0X를 갖고, "ㄷ"자 형상을 갖는 제 3 경로 중 상기 빔 스플리터(30)의 제 1 반사경(31)과 함체(10) 내의 타측면 측에 설치된 제 3 미러(71) 사이에 설치된 형태를 갖는다.

이와 같이 설치된 상기 제 3 튜브렌즈(70)는 프리즘 리니어 터렛(80) 내의 제 2 프리즘(82)의 저면이 도 6과 같이 상기 제 1 튜브렌즈(50)를 가리는 위치에 있을 때(즉, 사용자가 키 입력부(110)를 통해 2.0X 배율을 선택한 경우), 제 1 및 제 2 경로는 완전이 차폐하고, 빔 스플리터(30)의 제 1 반사경(31)을 통해 수평방향으로 90도 꺾여 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 자체의 배율(즉, 2.0X)만큼 크게 확대(예를들어 대물렌즈(20)의 배율이 10X일 경우, 10X * 제 3 튜브렌즈(70)의 배율인 2.0X = 20X)하여 제 3 미러(71) 측으로 전달해 주는 기능을 수행한다.

또, 상기 제 3 미러(71)는 "ㄷ"자 형상을 갖는 제 3 경로 중 최하단부 모서리 즉, 상기 함체(10) 내부의 타측면에서 반사면이 상기 빔 스플리터(30)의 제 1 반사경(31) 반사면과 대향되게 설치된 형태를 갖는다.

이와 같이 설치된 상기 제 3 미러(71)는 상기 제 3 튜브렌즈(70)를 통해 정해진 배율만큼 확대된 후 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 수직 상방향으로 90도 꺾어 제 4 미러(72) 측으로 반사시켜 주는 기능을 수행한다.

또한, 상기 제 4 미러(72)는 "ㄷ"자 형상을 갖는 제 3 경로 중 최상단부 모서리 즉, 상기 함체(10) 내의 타측 상부 모서리에서 경사면이 상기 제 3 미러(71)와 반대방향이 되게 설치된 형태를 갖는다.

이와 같이 설치된 상기 제 4 미러(72)는 상기 제 3 미러(71)를 통해 수직방향으로 반사되어 오는 대물렌즈(20)의 정보를 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 2 프리즘(82)의 경사면 측으로 90도 꺾어 수평방향으로 반사시켜 주는 기능을 수행한다.

이때, 프리즘 리니어 터렛(80) 내 제 2 프리즘(82)에서는 도 7과 같이 저면과 수직면을 통해 제 1 및 제 2 경로는 차폐시켜 주고, 제 3 튜브렌즈(70)가 구비된 제 3 경로 상에서 최상단부에 설치되어 있는 상기 제 4 미러(72)를 통해 최종적으로 도착한 대물렌즈(20)의 정보를 수직방향으로 다시 90도 꺾어 전하결합소자(90) 측으로 정확히 반사시켜 주는 기능을 수행하게 된다.

한편, 상기 프리즘 리니어 터렛(80)은 도 2 및 도 3과 같이 제 1 및 제 2 프리즘(82)과 이동형 프리즘 고정구(83), 하나 또는 2개의 가이드 바 결합구(84), 가이드 바(85), 스텝 서보 모터(86) 및 볼 스크류(87)로 구성로 구성된 형태를 갖고, 상기 함체(10) 내의 상방부에서 전하결합소자(90)와 제 1 튜브렌즈(50) 사이의 공간부에 가로방향으로 설치된 형태를 갖는다.

이와 같은 프리즘 리니어 터렛(80)은 사용자의 배율 선택에 대응하여 제 1 및 제 2 프리즘(82) 사이에 구비된 공간부(S)가 제 1 튜브렌즈(50)와 일치될 경우에는 수직방향으로 직선 형상을 갖는 제 1 경로 상에 설치되어 있는 제 1 튜브렌즈(50)를 통해 전달되는 대물렌즈(20)의 정보만 전하결합소자(90)로 전달하고, 제 1 프리즘(81)이 제 1 튜브렌즈(50)의 상부에 위치될 경우에는 "⊃"자 형상을 갖는 제 2 경로 상에 설치되어 있는 제 2 튜브렌즈(60)를 통해 전달되는 대물렌즈(20)의 정보만 제 1 프리즘(81)을 통해 전하결합소자(90)로 반사해 주며, 제 2 프리즘(82)이 제 1 튜브렌즈(50)의 상부에 위치될 경우에는 "ㄷ"자 형상을 갖는 제 3 경로 상에 설치되어 있는 제 3 튜브렌즈(70)를 통해 전달되는 대물렌즈(20)의 정보만 제 2 프리즘(82)을 통해 전하결합소자(90)로 반사해 주는 기능을 수행한다.

이때, 상기 프리즘 리니어 터렛(80)의 구성요소 중 상기 이동형 프리즘 고정구(83)는, 프리즘 고정판(831)과 볼 스크류 결합부(832)가 "T"자 형상을 갖게 성형된 형태에서 제 1 및 제 2 프리즘(82)의 고정기능과 볼 스크류(87)와의 나사 결합기능을 수행한다.

또, 상기 하나 또는 2개의 가이드 바 결합구(84)는, 배면에서 가로방향으로 "M"자형 가이드 홈(841)이 형성된 형태를 갖고, 상기 이동형 프리즘 고정구(83)의 프리즘 고정판(831) 배면에 고정 설치된 상태에서, 전면에서 정해진 거리를 두고 고정 설치된 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)을 포함한 이동형 프리즘 고정구(83)가 후술하는 가이드 바(85)를 따라 좌,우로 이동 가능하게 하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 가이드 바(85)는 전면부가 상기 가이드 바 결합구(84)의 "M"자형 가이드 홈(841) 내에 LM 가이드 형태로 결합된 상태에서 양단부는 상기 함체(10)의 배면에 착탈 가능하게 고정 설치된 형태를 갖는다.

이와 같은 가이드 바(85)는 제어부(100)의 제어를 받는 스텝 서보 모터(86)가 정방향 또는 역방향으로 구동될 때, 그의 회전방향에 대응하여 상기 이동형 프리즘 고정구(83)가 좌측 또는 우측으로 이동 가능하게 지지해 주는 레일 기능을 수행한다.

또, 상기 스텝 서보 모터(86)는 후술하는 볼 스크류(87)를 구비하고 상기 함체(10)의 배면 일측에 고정 설치된 형태를 갖고, 제어부(100)에서 출력되는 구동신호의 방향에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 제어부(100)에서 정해주는 회전만큼 회전하며, 제 1 및 제 2 프리즘(82)이 구비된 이동형 프리즘 고정구(83)를 좌우 이동시키는데 필요한 동력을 발생시켜 주는 기능을 수행한다.

또, 상기 볼 스크류(87)는 일단부가 상기 스텝 서보 모터(86)의 축에 일체로 결합된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구(83)의 볼 스크류 결합부(832)에 형성된 나사 결합공(833) 내에 나사 결합된 상태에서 함체(10)의 배면에 고정 설치되는 한 쌍의 베어링 삽입형 스크류 고정구(88)에 아이들 회전 가능하게 결합된 형태를 갖는다.

이와 같은 볼 스크류(87)는 제어부(100)의 출력신호에 부응하여 회전하는 상기 스텝 서보 모터(86)의 구동방향에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 회전되며, 스텝 서보 모터(86)의 동력을 이동형 프리즘 고정구(83)에 직접 전달하여 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)이 고정 설치된 이동형 프리즘 고정구(83)가 가이드 바(85)를 따라 좌측 또는 우측으로 이동되게 하는 기능을 수행한다.

이때, 상기 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)의 반사면 면적은, 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70)를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보 면적 즉, 포커스 면적보다 크게 형성하여 줌으로써, 상기 스텝 서보 모터(86)의 구동에 대응하여 이동되는 제 1 및 제 2 프리즘(81)(82)의 이동거리에 일부 오차가 발생하여도 상기 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70)를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보 면적보다 큰 면적을 갖는 제 1 또는 제 2 프리즘(81)(82)의 반사면에 의해 모두 반사되어 전하결합소자(90) 측으로 정확히 전달되므로 프리즘 리니어 터렛(80) 구동 시 구동 오차를 크게 없앨 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 함체(10)의 배면에서 볼 스크류(87)의 저부에 정해진 간격을 두고 3개의 포토 인터럽터(891)(892)(893)를 더 설치하여, 사용자의 키 입력부(110) 조작에 의해 정해진 배율이 선택되어 제어부(100)에서 스텝 서보 모터(86)를 정방향 또는 역방향으로 구동시키던 중 상기 이동형 프리즘 고정구(83)의 볼 스크류 결합부(832)의 저단부가 3개의 포토 인터럽터(891)(892)(893) 중 사용자가 선택한 배율에 대응하는 위치에 이르렀을 경우 이를 제어부(100)에서 인식하고 즉시 스텝 서보 모터(86)의 구동을 차단할 수 있으므로 반복 작동에 따른 정밀도를 높일 수 있어 비전 검사 장비의 신뢰성 및 고효율화를 달성할 수 있다.

한편, 상기 전하결합소자(90)는 상기 제 1 튜브렌즈(50)와 수직방향에 대해 일직선을 이루도록 함체(10)의 상면 중앙에 설치된 형태를 갖고, 상기 프리즘 리니어 터렛(80)을 통해 전달되어 빛을 전하로 변환/축적함은 물론 화상을 얻어 제어부 등으로 전송하는 기능을 수행한다.

또, 상기 제어부(100)는 사용자가 키 입력부(110)를 통해 선택하는 배율선택신호에 대응하여 상기 프리즘 리니어 터렛(80) 내 스텝 서보 모터(86)의 구동을 제어함은 물론 상기 전하결합소자(90)를 통해 얻어지는 화상정보를 저장 및 처리하는 등 본 발명이 적용된 3중 배율형 머신 비전 검사모듈에 대한 전반적인 제어기능을 수행한다.

한편, 도 7의 (a)(b) 내지 도 9의 (a)(b)는 제 1 내지 제 3 튜브렌즈(50)(60)(70)에 대한 각각의 레이아웃(Layout) 및 해상도를 나타내는 MTF(Modulation Transfer Function; 변조전달함수)에 대한 그래프를 도시한 것이다.

이때, 해상도를 나타내는 MTF는 회절한계 근접할 정도의 성능을 가지고 있는 것으로, 통상 응답함수(OTF)의 절대치를 말한다.

미세한 부분의 재현 능력을 평가하는 파라미터의 하나로, 강도가 공간적으로 사인파 형상으로 분포하는 입력광으로 필름을 노광하여 현상 처리한 후 입력광에 대한 응답으로서 필름면에 얻어지는 농도의 분포를 구하고, 필름의 특성 곡선을 통하여 유효 노광의 분포로 변환한다.

그런 후, 입력광의 콘트라스트와 유효 노광의 콘트라스트의 비를 취하고, 이것을 입력광의 공간 주파수의 함수로서 표시한다.

쉽게 말해 해상력을 나타내는 것으로, 회절한계는 광학계의 F/#에서 최대치를 말하고, 회절한계 이상의 해상력을 나타낼 수는 없으며, f/#가 밝을수록 회절한계는 커진다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 함체 11 : 개구부
20 : 대물렌즈
30 : 빔 스플리터 31~33 : 제 1 내지 제 3 반사경
40 : 스폿 조명기
41 : 빛 반사용 미러 42 : 쾰러 조명렌즈
50 : 제 1 튜브렌즈
60 : 제 2 튜브렌즈 61, 62 : 제 1 및 제 2 미러
70 : 제 3 튜브렌즈 71, 72 : 제 3 및 제 4 미러
80 : 프리즘 리니어 터렛 81, 82 : 제 1 및 제 2 프리즘
83 : 이동형 프리즘 고정구 831 : 프리즘 고정판
832 : 볼 스크류 결합부 833 : 나사 결합공
84 : 바 결합구 841 : "M"자형 가이드 홈
85 : 가이드 바 86 : 스텝 서보 모터
87 : 볼 스크류 88 : 베어링 삽입형 스크류 고정구
891~893 : 포토 인터럽터
90 : 전하결합소자
100 : 제어부
110 : 키 입력부

Claims (5)

1. 정해진 체적 및 형상을 갖는 함체와;
   상기 함체의 저면 중앙에서 설치되어 비전 검사 대상 물체의 상(像)을 정해진 배율만큼 확대시켜 빔 스플리터 측으로 전달하는 대물렌즈와;
   빛의 투과와 반사가 1/2씩 이루어지는 제 1 내지 제 3 반사경이 수직방향으로 정해진 간격을 두고 일측 또는 타측방향으로 경사지게 설치된 형태를 갖고, 상기 함체의 내부에서 대물렌즈와 제 1 튜브렌즈 사이에서 수직방향으로 설치되어 스폿 조명기에서 조사되는 빛은 대물렌즈 측으로 반사시키고 대물렌즈에서 확대된 물체의 상은 제 1 내지 제 3 튜브렌즈 중 어느 한 튜브렌즈 측으로 통과 또는 반사시켜 주는 빔 스플리터(beam splitter)와;
   빛 조사부가 저부를 향한 형태에서 상기 함체 내의 일측 벽측에 수직방향으로 설치되어 대상 물체의 비전 검사에 필요한 빛을 조사시켜 주는 스폿 조명기(Spot illuminator)와;
   상기 함체의 일측 저면에 경사지게 설치된 상태에서 스폿 조명기에서 조사되는 빛을 쾰러 조명렌즈 측으로 반사시켜 주는 빛 반사용 미러와;
   상기 빛 반사용 미러와 빔 스플리터 내의 제 3 반사경 사이에 설치된 상태에서 상기 빛 반사용 미러를 통해 반사되어 오는 빛을 집광하여 대물렌즈의 입사동으로 반사시켜 주는 제 3 반사경 측으로 균일하게 전달하는 쾰러(Koehler) 조명렌즈와;
   상기 빔 스플리터의 상부에 설치된 상태에서 전하결합소자가 프리즘 리니어 터렛의 중앙 공간부와 일치될 때, 빔 스플리터를 통과한 대물렌즈의 정보를 자체의 배율만큼 작게 축소하여 전하결합소자 측으로 직접 전달하는 제 1 튜브렌즈와;
   상기 함체 내부의 일측면에 설치된 상태에서 프리즘 리니어 터렛 내의 제 1 프리즘 저면이 상기 제 1 튜브렌즈를 가리는 위치에 있을 때, 빔 스플리터의 제 2 반사경을 통해 수평방향으로 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 수직 상방부에 위치된 제 2 튜브렌즈 측으로 반사시켜 주는 제 1 미러와;
   상기 제 1 미러와 제 2 미러 사이에 설치된 상태에서 상기 제 1 미러를 통해 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 자체의 배율과 같게 하여 제 2 미러 측으로 전달하는 제 2 튜브렌즈와;
   상기 함체 내의 일측 상부에 설치된 상태에서 상기 제 2 튜브렌즈를 통해 수직방향으로 전달되어 오는 대물렌즈의 정보를 프리즘 리니어 터렛 내 제 1 프리즘의 경사면 측으로 반사시켜 주는 제 2 미러와;
   상기 빔 스플리터의 제 1 반사경과 함체 내의 타측면 측에 설치된 제 3 미러 사이에 설치된 상태에서 프리즘 리니어 터렛 내의 제 2 프리즘의 저면이 상기 제 1 튜브렌즈를 가리는 위치에 있을 때, 빔 스플리터의 제 1 반사경을 통해 수평방향으로 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 자체의 배율만큼 크게 확대하여 제 3 미러 측으로 전달하는 제 3 튜브렌즈와;
   상기 함체 내부의 타측면에 설치된 상태에서 상기 제 3 튜브렌즈를 통해 수평방향으로 전달되어 오는 대물렌즈의 정보를 제 4 미러 측을 향해 수직방향으로 반사시켜 주는 제 3 미러와;
   상기 함체 내의 타측 상부에 설치된 상태에서 상기 제 3 미러를 통해 수직방향으로 반사되어 오는 대물렌즈의 정보를 프리즘 리니어 터렛 내 제 2 프리즘의 경사면 측을 향하도록 수평방향으로 반사시켜 주는 제 4 미러와;
   경사면이 서로 반대방향을 향하도록 한 상태에서 중간부에 정해진 폭을 갖는 공간부가 구비되도록 정해진 거리를 두고 이동형 프리즘 고정구 상에 설치되는 제 1 및 제 2 프리즘과, 제어부의 출력신호에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 구동되며 LM 가이드 형태로 결합된 상기 이동형 프리즘 고정구를 통해 제 1 및 제 2 프리즘을 함체의 상부 배면에 형성된 개구부 내에서 좌측 또는 우측으로 이동시켜 주는 스텝 서보 모터를 구비하고, 함체 내 상부에서 가로방향으로 설치된 상태에서 사용자의 배율 선택에 대응하여 공간부가 제 1 튜브렌즈와 일치될 경우에는 제 1 경로 상에 설치되어 있는 제 1 튜브렌즈를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보만 전하결합소자로 전달하고, 제 1 프리즘이 제 1 튜브렌즈의 상부에 위치될 경우에는 제 2 경로 상에 설치되어 있는 제 2 튜브렌즈를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보만 제 1 프리즘을 통해 전하결합소자로 반사해 주며, 제 2 프리즘이 제 1 튜브렌즈의 상부에 위치될 경우에는 제 3 경로 상에 설치되어 있는 제 3 튜브렌즈를 통해 전달되는 대물렌즈의 정보만 제 2 프리즘을 통해 전하결합소자로 반사해 주는 프리즘 리니어 터렛(Prism linear turret)과;
   상기 함체의 상면 중앙에 설치된 형태를 갖고 프리즘 리니어 터렛을 통해 전달되어 빛을 전하로 변환시켜 화상을 얻어내는 전하결합소자(CCD)와;
   사용자가 키 입력부를 통해 선택하는 배율선택신호에 대응하여 상기 프리즘 리니어 터렛 내 스텝 서보 모터의 구동을 제어함은 물론 상기 전하결합소자를 통해 얻어지는 화상정보를 저장 및 처리하는 제어부;로 구성한 것을 특징으로 하는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 대물렌즈 배율은 0.5X, 10X, 20X, 50X, 100X 중 어느 한 배율을 갖고,
   제 1 튜브렌즈는 유효초점거리가 100mm이며 배율은 0.5X이고,
   제 2 튜브렌즈는 유효초점거리가 200mm이며 배율은 1.0X이고,
   제 3 튜브렌즈는 유효초점거리가 400mm이며 배율은 2.0X인 것을 특징으로 하는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 프리즘 리니어 터렛은,
   프리즘 고정판과 볼 스크류 결합부가 "T"자 형상을 갖게 성형된 이동형 프리즘 고정구와;
   배면에서 가로방향으로 "M"자형 가이드 홈이 형성된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구의 프리즘 고정판 배면에 고정 설치되어 전면에서 정해진 거리를 두고 고정 설치된 제 1 및 제 2 프리즘을 포함한 이동형 프리즘 고정구가 가이드 바를 따라 좌,우로 이동 가능하게 하는 하나 또는 2개의 가이드 바 결합구와;
   전면부가 상기 가이드 바 결합구의 "M"자형 가이드 홈 내에 LM 가이드 형태로 결합된 상태에서 양단부가 상기 함체의 배면에 고정 설치된 형태를 갖고, 스텝 서보 모터의 구동에 대응하여 상기 이동형 프리즘 고정구가 좌측 및 우측으로 이동 가능하게 레일 기능을 수행하는 가이드 바와;
   상기 함체의 배면 일측에 고정 설치된 상태에서 제 1 및 제 2 프리즘이 구비된 이동형 프리즘 고정구의 좌우 이동에 필요한 동력을 정방향 및 역방향으로 발생시켜 주는 스텝 서보 모터와;
   일단부가 스텝 서보 모터의 축에 일체로 결합된 형태를 갖고 상기 이동형 프리즘 고정구의 볼 스크류 결합부에 형성된 나사 결합공 내에 나사 결합된 상태에서 함체의 배면에 고정 설치되는 한 쌍의 베어링 삽입형 스크류 고정구에 아이들 회전 가능하게 결합된 형태를 갖고, 스텝 서보 모터의 구동방향에 대응하여 정방향 또는 역방향으로 회전되며 제 1 및 제 2 프리즘이 고정 설치된 이동형 프리즘 고정구가 가이드 바를 따라 좌측 또는 우측으로 이동되게 하는 볼 스크류;로 구성한 것을 특징으로 하는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 프리즘의 반사면 면적은, 제 1 내지 제 3 튜브렌즈의 포커스 면적보다 크게 형성하여, 상기 스텝 서보 모터의 구동에 대응하여 이동되는 제 1 및 제 2 프리즘의 이동거리에 오차가 발생되어도 제 1 또는 제 2 프리즘을 통해 대물렌즈의 정보를 전하결합소자 측으로 반사시켜 줄 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 함체의 배면에서 볼 스크류의 저부에는 정해진 간격을 두고 3개의 포토 인터럽터를 더 설치하여, 사용자에 의해 배율이 선택되어 제어부에서 스텝 서보 모터를 정방향 또는 역방향으로 구동시키던 중 상기 이동형 프리즘 고정구의 볼 스크류 결합부의 저단부가 3개의 포토 인터럽터 중 사용자가 선택한 배율에 대응하는 위치에 이르렀을 경우 이를 인식하고 스텝 서보 모터의 구동을 차단하도록 한 것을 특징으로 하는 3중 배율형 머신 비전 검사모듈.
   

Images