KR102162693B1 - 결함 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

결함 검출 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템은 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위한 시스템으로서, 상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원; 상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 배치된 광 차단 마스크; 및 상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하여 상기 검사 대상체의 영상을 포착하는 촬상 기기를 포함한다.

Description

결함 검출 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DEFECT DETECTION}
본 발명은 검사 대상체의 결함을 검출하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 영상 분석 기술이 발전하면서 제품의 제조 공정 중에 또는 제조가 완료된 후 제품의 외관의 영상을 카메라와 같은 촬상 기기로 포착하고 그 영상을 분석하여 제품에 결함이 있는지 여부를 검출하는 광학 검사 방식이 널리 사용되고 있다. 일반적으로 이러한 검사 방식에서는 촬상을 위해 제품을 조명하는 광원이 배치된다.
광학 검사는 검사 대상체(가령, 편광 필름, 광학 필름, 디스플레이 패널, 터치 패널, 인쇄회로기판 등)를 기준으로 광원과 촬상 기기가 어떻게 배치되느냐에 따라 투과 광학계 검사 및 반사 광학계 검사로 구분할 수 있다. 대한민국 공개특허공보 제2009-0113885호는 카메라에 의한 검사에 이용 가능한 조명 시스템을 개시하고 있는데, 이러한 조명 시스템은 투과 광학계 검사에 적합하다. 그러나, 검사 대상체가 광 반사율보다 낮은 광 투과율을 가지는 경우 또는 검사 대상체가 슬릿이 없는 불투명한 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 중에는 투과 광학계 검사가 적용되기 힘들다. 한편, 광이 투과되지 않는 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위해 정반사, 경계반사, 동축반사 등의 광학계를 이용할 수도 있으나, 이러한 검사 방식은 몇몇 종류의 결함(예컨대, 스크래치 결함)을 제대로 검출하지 못한다는 문제점이 있다. 따라서, 반사 광학계 검사에서 주어진 촬상 기기로써 그러한 결함을 더욱 정확하게 검출하기 위한 기법이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제2009-0113885호
본 발명은 광이 투과되기 어려운 검사 대상체 상의 결함(예컨대, 스크래치 결함)에 대한 검출력이 향상된 결함 검출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 그러한 결함 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위한 시스템으로서,
상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원;
상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 배치된 광 차단 마스크; 및
상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하여 상기 검사 대상체의 영상을 포착하는 촬상 기기를 포함하는, 결함 검출 시스템.
2. 위 1에 있어서, 상기 광원 및 상기 광 차단 마스크 사이에 배치된 집광 렌즈를 더 포함하는, 결함 검출 시스템.
3. 위 1에 있어서, 상기 검사 대상체는 ITO 층을 포함하는, 결함 검출 시스템.
4. 위 3에 있어서, 상기 검사 대상체의 표면에 대한 상기 광의 조사 각도는 30° 내지 60°이고, 상기 표면에 대한 상기 촬상 기기의 촬상 각도는 30° 내지 60°인, 결함 검출 시스템.
5. 위 1에 있어서, 상기 영상으로부터 상기 검사 대상체 상의 결함을 검출하는 결함 검출부를 더 포함하는, 결함 검출 시스템.
6. 위 5에 있어서, 상기 결함은 스크래치 결함인, 결함 검출 시스템.
7. 위 1에 있어서, 상기 광원은 LED 광원인, 결함 검출 시스템.
8. 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위한 방법으로서,
상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원을 제공하는 단계;
상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 광 차단 마스크를 배치하는 단계; 및
상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하는 촬상 기기를 이용하여 상기 검사 대상체의 영상을 획득하는 단계를 포함하는, 결함 검출 방법.
9. 위 8에 있어서, 상기 광원 및 상기 광 차단 마스크 사이에 집광 렌즈를 배치하는 단계를 더 포함하는, 결함 검출 방법.
10. 위 8에 있어서, 상기 검사 대상체는 ITO 층을 포함하는, 결함 검출 방법.
11. 위 10에 있어서, 상기 검사 대상체의 표면에 대한 상기 광의 조사 각도는 30° 내지 60°이고, 상기 표면에 대한 상기 촬상 기기의 촬상 각도는 30° 내지 60°인, 결함 검출 방법.
12. 위 8에 있어서, 상기 영상으로부터 상기 검사 대상체 상의 결함을 검출하는 단계를 더 포함하는, 결함 검출 방법.
13. 위 12에 있어서, 상기 결함은 스크래치 결함인, 결함 검출 방법.
14. 위 8에 있어서, 상기 광원은 LED 광원인, 결함 검출 방법.
본 발명에 따른 결함 검출 시스템 및 방법은 광이 투과되기 어려운 검사 대상체 상의 결함(예컨대, 스크래치 결함)을 검출하기 위한 반사 광학계 검사의 성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따른 결함 검출 시스템에서 광원으로부터의 광이 광 차단 마스크에 의해 산란되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템을 이용하여 검사 대상체의 결함을 검출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템에서 광 차단 마스크의 폭, 검사 대상체와 광원 간의 거리 및 광원으로부터의 광량을 조절하면서 검사 대상체의 결함을 검출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템에서 광 조사 각도 및 촬상 각도를 조절하면서 검사 대상체의 결함을 검출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템은 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체(예컨대, 불투명 재료) 상의 결함을 검출하기 위한 시스템으로서, 상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원; 상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 배치된 광 차단 마스크; 및 상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하여 상기 검사 대상체의 영상을 포착하는 촬상 기기를 포함하는바, 광이 투과되기 어려운 검사 대상체 상의 결함(예컨대, 스크래치 결함)을 검출하기 위한 반사 광학계 검사의 성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템을 나타내는 도면이다. 도 1은 검사 대상체(150)의 폭 방향에서 결함 검출 시스템(100)을 바라본 측면도이다.
도 1의 결함 검출 시스템(100)은 검사 대상체(150)를 검사하여 검사 대상체(150) 상의 결함을 검출하는 데 적합하다. 예를 들어, 도 1에서 결함 검출 시스템(100)은 검사 대상체(150)를 (가령, 불투명한 컨베이어 벨트와 같은 이송 수단을 이용하여 우측으로) 이동시키면서 검사 대상체(150)를 검사할 수 있다. 또한, 검사 대상체(150)의 광 반사율이 검사 대상체(150)의 광 투과율보다 큰 경우(예컨대, 검사 대상체(150)가 불투명 재료인 경우), 결함 검출 시스템(100)을 이용한 반사 광학계 검사가 투과 광학계 검사보다 더 정확한 결함 검출을 가능하게 할 것이다. 예를 들어, 검사 대상체(150)는 ITO(Indium Tin Oxide) 층을 포함한 기판일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 결함 검출 시스템(100)은 광원(110), 광 차단 마스크(120) 및 촬상 기기(130)를 포함한다. 또한, 결함 검출 시스템(100)은 집광 렌즈(140)를 더 포함할 수 있다.
광원(110)은 검사 대상체(150)에 광을 조사하도록 구성된다. 따라서, 촬상 기기(130)의 촬상을 위해, 결함 검출 시스템(100)은 광원(110)을 이용하여 검사 대상체(150)를 조명할 수 있다. 예를 들어, 결함 검출 시스템(100)은 제어부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있고, 그 제어부는 광원(110)으로 하여금 검사 대상체(150)에 광을 제공하게 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 제어부는 광원(110)의 광량을 조절하는 것, 광원(110)의 광 조사 각도를 조절하는 것 등과 같이 광원(110)을 제어하기 위한 사용자 입력을 수신하는 데 적합한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.
관련 분야에서 광학 검사에 사용되는 광원이 특별한 제한 없이 광원(110)으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 램프(Light Emitting Diode Lamp), 메탈 할라이드 램프(Metal Halide Lamp)와 같은 할로겐 램프, 형광등, 백열 전구 등이 광원(110)으로 사용될 수 있다. 또한, 광원(110)에서 조사되는 광의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예로서 백색광, 녹색광, 청색광, 적색광, 적외선, 이들의 적절한 조합 등을 들 수 있다. 나아가, 광원(110)은 장변 또는 단변이 시트상 제품의 폭 이상의 길이를 가지거나, 한 변이 시트상 제품의 폭 이상의 길이를 갖는 정사각형 형태일 수 있다. 한편, 검사 대상체(150)의 이송 속도에 따라서 광원(110)으로부터 광이 조사되는 시구간이 조절될 수 있다.
몇몇 실시예들에 따르면, 광원(110)에서 출사된 광을 모으기 위한 집광 렌즈(140)가 사용될 수 있다. 이러한 집광 렌즈(140)는 광원(110)과 광 차단 마스크(120) 사이에 배치된다. 집광 렌즈(140)의 형태, 재질 및 초점 거리와 같은 광학적 특성은 적절히 선택될 수 있고, 특별히 제한되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 차단 마스크(120)는 광원(110) 및 검사 대상체(150) 사이에 배치된다. 광 차단 마스크(120)는 광원(110)으로부터 방출된 광의 일부를 차단하는 데 적합한 것이라면 그 종류와 형태가 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 광 차단 마스크(120)는 적절한 폭의 흑색 슬롯일 수 있다.
도 2는 본 발명에 실시예에 따른 결함 검출 시스템에서 광원으로부터의 광이 광 차단 마스크에 의해 산란되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광 차단 마스크(120)는 집광 렌즈(140)를 거쳐 광 차단 마스크(120)에 입사되는 직진 광(210)을 차단한다. 광 차단 마스크(120)의 폭 방향의 양 측면에서는 광 산란(220)이 발생한다. 집광 렌즈(140)의 양 측면에서 산란된 광(크로스광)(230)은 검사 대상체(150)를 향해 진행한다. 이에 따라, 광 차단 마스크(120)와 검사 대상체(150) 사이에는 암부(250)가 생길 수 있다.
위와 같이 광 산란으로 인해 검사 대상체(150) 상의 결함(예컨대, 스크래치 결함)의 시인성이 향상될 수 있다. 검사 대상체(150)에 산란광을 입사시킴으로써, 검사 대상체(150)의 입사된 광이 검사 대상체(150) 상의 결함으로 인해 굴절되어야 비로소 그 광이 촬상 기기(130)에 도달할 가능성을 높일 수 있기 때문이다.
촬상 기기(130)는 검사 대상체(150)에서 반사되는 광을 수용하여 검사 대상체(150)의 영상을 포착하도록 구성된다. 따라서, 결함 검출 시스템(100)은 촬상 기기(130)를 이용하여 검사 대상체(150)의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 결함 검출 시스템(100)의 제어부는 촬상 기기(130)로 하여금 검사 대상체(150)를 촬상하여 검사 대상체(150)의 영상을 획득하게 할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 위 제어부는 촬상 기기(130)의 촬상 시간 및/또는 촬상 각도를 조절하는 것 등과 같이 촬상 기기(130)을 제어하기 위한 사용자 입력을 수신하는 데 적합한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.
촬상 기기(130)는 검사 대상체(150)에서 반사되는 광이 있다면 이를 수용하여 검사 대상체(150)의 영상을 포착할 수 있는 것으로서, 그 종류가 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 촬상 기기(130)는 카메라(예컨대, CCD(Charge-Coupled Device) 카메라), 광 센서 등을 포함할 수 있다.
나아가, 결함 검출 시스템(100)은 결함 검출부(160)를 더 포함할 수 있다. 결함 검출부(160)는 촬상 기기(130)가 검사 대상체(150)의 촬상을 통해 획득한 영상을 분석하여 검사 대상체(150)의 결함을 검출한다. 예를 들어, 결함 검출부(160)는 획득된 영상의 그레이 레벨 값을 산출할 수 있고, 산출된 그레이 레벨 값을 미리 설정된 임계값과 비교하여 검사 대상체(150)의 결함을 검출할 수 있다. 결함 검출부(160)는 다양한 하드웨어 모듈 및 소프트웨어 모듈을 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위한 방법으로서, 상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원을 제공하는 단계; 상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 광 차단 마스크를 배치하는 단계; 및 상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하는 촬상 기기를 이용하여 상기 검사 대상체의 영상을 획득하는 단계를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템을 이용하여 검사 대상체의 결함을 검출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
비교를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 검사 대상체와 광원 사이에 광 차단 마스크를 배치하고 광원과 광 차단 마스크 사이에 집광 렌즈를 배치한 경우 촬상 기기가 검사 대상체를 촬상하여 획득한 영상(320) 및 그렇지 않은 경우 촬상 기기가 검사 대상체를 촬상한 영상(310)이 도 3에 제시되었다.
검사 대상체로서 스크래치 결함이 생긴 터치 패널(ITO 층을 포함함)을 사용하였다. 또한, 조명 표면에서 70 mm 떨어진 지점에서 측정한 조도가 90만 lux인 초록색 LED를 광원으로 사용하여, 검사 대상체와 70 mm 이격된 거리에서 검사 대상체에 광을 검사 대상체의 표면에 대해 45°의 광 조사 각도로 조사하였다. 검사 대상체의 광 조사 영역에서 폭 방향으로의 조도 차이는 따로 측정되지 않았다.
광 차단 마스크로는 폭 6 mm의 흑색 코팅된 내열제(조명이 뜨겁기 때문임)이 슬릿 형태로 사용되었고, 집광 렌즈로는 유리 재질의 집광형 렌즈가 사용되었다. 광 차단 마스크와 집광 렌즈는 1~2 mm 이격되었고, 집광 렌즈와 광원은 이격되지 않게 배치되었다.
검사 대상체와 190 mm 이격된 거리에서 검사 대상체의 표면에 대해 45°의 촬상 각도로 검사 대상체를 촬상하도록 촬상 기기를 설치한 후 촬상을 수행하였다.
도 3에 제시된 영상(310, 320)에서 볼 수 있듯이, ITO 층을 포함하는 검사 대상체에 의해 반사된 광을 촬상 기기가 수용하여 검사 대상체의 영상을 포착하는 반사 광학계 검사에서 검사 대상체와 광원 사이에 광 차단 마스크를 배치하면, 검사 대상체의 스크래치로 인해 발생하는 결함이 검사 대상체의 영상으로부터 더욱 명확하게 검출될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템에서 광 차단 마스크의 폭, 검사 대상체와 광원 간의 거리 및 광원으로부터의 광량을 조절하면서 검사 대상체의 결함을 검출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 앞서 설명한 바와 동일한 실험 조건에서 광 차단 마스크의 폭만 각각 18mm, 15mm, 12mm, 9mm 및 6mm로 변화시켰을 때 검사 대상체가 촬상된 영상을 보여준다. 도 4에서 각 영상 하단에 표시된 결과값은 그 영상의 총 그레이 레벨 값을 나타낸다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 광 차단 마스크의 폭이 6mm 내지 12mm일 때, 특히 그 폭이 9mm일 때 양호한 결과가 나왔다.
도 5는 앞서 설명한 바와 동일한 실험 조건에서 검사 대상체와 광원 간의 거리만 각각 30mm, 40mm, 50mm, 60mm, 70mm 및 80mm로 변화시켰을 때 검사 대상체가 촬상된 영상을 보여준다. 도 5에서도 각 영상 하단에 표시된 결과값은 그 영상의 총 그레이 레벨 값을 나타낸다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 검사 대상체와 광원 간의 거리가 40mm 내지 70mm일 때, 특히 그 폭이 50mm 내지 70mm일 때 양호한 결과가 나왔다.
도 6은 앞서 설명한 바와 동일한 실험 조건에서 광원의 광량만 최대 가능 광량(90만 lux)의 50% 및 100%로 변화시켰을 때 검사 대상체가 촬상된 영상을 보여준다. 도 6에서도 각 영상 하단에 표시된 결과값은 그 영상의 총 그레이 레벨 값을 나타낸다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 광량이 증가할수록 양호한 결과가 나왔다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 결함 검출 시스템에서 광 조사 각도 및 촬상 각도를 조절하면서 검사 대상체의 결함을 검출한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 검사 대상체의 표면에 대한 광의 조사 각도가 30° 내지 60°이고, 그 표면에 대한 촬상 기기의 촬상 각도가 30° 내지 60°인 경우에 스크래치 결함이 뚜렷이 나타나는 영상이 획득된 점을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 결함 검사 시스템
110: 광원
120: 광 차단 마스크
130: 촬상기기
140: 집광 렌즈
118: 메모리
150: 검사 대상체
210: 직진광
220, 230: 산란광
250: 암부

Claims (7)

  1. 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위한 시스템으로서,
    상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원;
    상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 배치된 광 차단 마스크; 및
    상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하여 상기 검사 대상체의 영상을 포착하는 촬상 기기를 포함하며,
    상기 광 차단 마스크의 폭은 6mm 내지 12mm이고, 상기 검사 대상체와 상기 광원 간의 거리는 40mm 내지 70mm이며,
    상기 검사 대상체의 표면에 대한 상기 광의 조사 각도는 30° 내지 60°이고, 상기 표면에 대한 상기 촬상 기기의 촬상 각도는 30° 내지 60°이며,
    상기 광 조사 각도 및 상기 촬상 각도 중 적어도 하나는 45o인, 결함 검출 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광원 및 상기 광 차단 마스크 사이에 배치된 집광 렌즈를 더 포함하는, 결함 검출 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 검사 대상체는 ITO 층을 포함하는, 결함 검출 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 영상으로부터 상기 검사 대상체 상의 결함을 검출하는 결함 검출부를 더 포함하는, 결함 검출 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 결함은 스크래치 결함인, 결함 검출 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 광원은 LED 광원인, 결함 검출 시스템.
  7. 광 반사율보다 광 투과율이 낮은 검사 대상체 상의 결함을 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 검사 대상체에 광을 조사하는 광원을 제공하는 단계;
    상기 광원 및 상기 검사 대상체 사이에 광 차단 마스크를 배치하는 단계; 및
    상기 검사 대상체에서 반사되는 상기 광을 수용하는 촬상 기기를 이용하여 상기 검사 대상체의 영상을 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 광 차단 마스크의 폭은 6mm 내지 12mm이고, 상기 검사 대상체와 상기 광원 간의 거리는 40mm 내지 70mm이며,
    상기 검사 대상체의 표면에 대한 상기 광의 조사 각도는 30° 내지 60°이고, 상기 표면에 대한 상기 촬상 기기의 촬상 각도는 30° 내지 60°이며,
    상기 광 조사 각도 및 상기 촬상 각도 중 적어도 하나는 45o인, 결함 검출 방법.
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