KR102216999B1 - 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템 - Google Patents

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권인수
윤여학
전웅준
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Abstract

본 발명은 Line Scan Camera와 여러 각도로 편향되는 복수 개의 조명을 이용하여 조사 방향에 따른 반사도, 그림자를 이용하여 기존의 표면검사 시스템이 갖는 문제 즉, 곡면 형태의 모델의 표면을 검사할 때 글래어 현상의 문제가 발생되지 않도록 한다. 이와 같은 본 발명은 일면과 타면 중 적어도 하나에 곡선형의 거치홀이 형성되고, 상단에 촬영홀이 형성된 프레임모듈, 거치홀에 복수 개 설치되어 바닥면에 놓인 검사체를 향해 사선(斜線)으로 빛을 출력하는 제1조명모듈과 제2조명모듈을 포함한 표면검사부; 촬영홀의 위에 위치하며 촬영홀을 관통해 바닥면에 위치한 검사체를 촬영하며 제1조명이미지와 제2조명이미지를 포함하는 전체합성이미지를 생성하는 카메라부; 카메라부의 작동을 제어하고, 제1조명모듈과 제2조명모듈을 선택적으로 작동시키며 카메라부에서 촬영된 전체 수신된 이미지로부터 제1조명이미지와 제2조명이미지를 추출하여 기 설정된 산식으로 가공한 후, 합성하여 합성이미지를 생성하는 제어기부를 포함한다.

Description

라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템{Non-Lambertian Surface Inspecting System For Line Scan}
본 발명은 라인 스캔용 카메라를 이용하여 제품의 표면을 검사하는 기술 분야에 속한다.
스마트폰, 태블릿PC, 노트북 등 휴대용 IT기기의 산업을 비롯해 전기차, 하이브리드카 등의 산업은 빠르게 발전하고 있다. 이러한 산업은 여러 부가적인 산업을 이끌고 있다. 일례로, 스마트폰의 종류가 많아지고, 스마트폰의 사용 주기가 짧아 짐에 따라, 다양하고 많은 스마트폰을 신속하고 정확하게 검사하는 시스템에 대한 산업이 성장하고 있다.
이에 따라, 스마트폰 커버 글라스의 외형 결함의 검출 시스템에 대한 시장 또한 점차 커지고 있다.
현재까지 Area Scan Camera와 Line Scan Camera를 이용해 단순 조명 방식으로 피사체의 외형과 표면을 검사하는 방식으로 스마트폰 커버 글라스의 결함을 검사하고 있다.
이와 같은 외형 및 표면 검사 시스템은 단순한 구조와 저렴한 비용으로 큰 불량 위주로 검사할 수 있다는 점에서 널리 사용되고 있다.
그러나, 기존의 표면 검사 시스템은 다양한 곡면 형태의 모델에 맞는 조명 방향 및 광량을 조절할 수 없어, 글래어(glare)현상 즉, 하얗게 반사되어 표면을 검사할 수 없도록 하는 현상으로 검사를 못하거나 특정 방향의 빛에만 보이는 불량에 대하여 검출을 하지 못하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0824808호 (공고일자: 2008.04.24)
본 발명은 피사체의 곡면을 검사할 때, 글래어 현상의 발생에 의해 검사체의 표면 상태를 정확하게 검사하지 못하는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템은,
일면과 타면 중 적어도 하나에 곡선형의 거치홀이 형성되고, 상단에 촬영홀이 형성된 프레임모듈, 상기 거치홀에 복수 개 설치되어 바닥면에 놓인 검사체를 향해 사선(斜線)으로 빛을 출력하는 제1조명모듈과 제2조명모듈을 포함한 표면검사부;
상기 촬영홀의 위에 위치하며 상기 촬영홀을 관통해 바닥면에 위치한 검사체를 촬영하며 제1조명이미지와 제2조명이미지를 포함하는 전체합성이미지를 생성하는 카메라부;
상기 카메라부의 작동을 제어하고, 상기 제1조명모듈과 상기 제2조명모듈을 선택적으로 작동시키며 상기 카메라부에서 촬영된 상기 제1조명이미지와 상기 제2조명이미지를 수신하는 제어기부를 포함하고,
제어기부는,
제1조명모듈을 설정시간 동안 턴-온 시킨 후 턴-오프 시키고,
제1조명모듈을 턴-오프 시켰을 때 제2조명모듈을 턴-온 시키며,
제1조명모듈이 턴-온 되었을 때, 카메라부를 통해 촬영된 제1조명이미지를 수신하고,
제2조명모듈이 턴-온 되었을 때, 카메라부를 통해 촬영된 제2조명이미지를 수신하고,
제어기부는,
카메라부에서 촬영된 제1조명이미지와 제2조명이미지를 설정된 행(Row) 또는 열(Column)의 영역으로 수신하는 조명이미지수신모듈;
제1조명이미지의 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지 그리고 제2조명이미지의 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지를 정렬시키는 얼라인모듈;
제1조명이미지 및 제2조명이미지를 복수 개의 블록으로 나누어, 각 블록에 위치번호를 부여하고 블록의 반사도값을 추출하는 히스토그램모듈;
기 설정된 기준반사도값과 블록에서 측정된 반사도값을 대비하여, 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도값을 갖는 블록을 삭제하는 제거모듈; 및
제1조명이미지에서 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도 값을 갖는 블록이 삭제되면, 제2조명이미지에서 제1조명이미지의 삭제된 블록과 동일한 위치의 블록을 수신하여, 제1조명이미지에 매핑하여 제1블록보정이미지를 생성하고,
제2조명이미지에서 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도 값을 갖는 블록이 삭제되면, 제1조명이미지에서 제2조명이미지의 삭제된 블록과 동일한 위치의 블록을 수신하여, 제2조명이미지에 매핑하여 제2블록보정이미지를 생성하는 블록보정이미지모듈을 포함하고,
제어기부는,
제1블록보정이미지와 제2블록보정이미지를 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여, 합성이미지를 생성하는 합성이미지생성모듈을 더 포함하고,
합성이미지생성모듈은,
합성이미지의 설정영역에서 알비도이미지로 가공하거나,
합성이미지에서 X축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출하여 X축 편미분이미지로 가공하거나,
합성이미지에서 Y축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출한 Y축 편미분이미지로 가공하거나,
X축 편미분이미지와 Y축 편미분이미지를 X축 방향 그리고 Y축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출한 2차편미분이미지로 가공한다.
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상기 프레임모듈은,
반구형에 포함되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 프레임모듈은,
상측면에 설치된 반사판을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 Line Scan Camera와 여러 각도로 편향되는 복수 개의 조명을 이용하여 조사 방향에 따른 반사도, 그림자를 이용하여 기존의 표면검사 시스템이 갖는 문제 즉, 곡면 형태의 모델의 표면을 검사할 때 글래어 현상의 문제가 발생되지 않도록 한다.
더욱이, 본 발명은 피사체의 곡면에 대응하여, 특정 각도로 빛을 조사하는 조명이 작동하며 피사체로부터 x-미분 이미지, y-미분 이미지, norm-이미지, albedo Image, 2차 미분 이미지 등 다른 특성의 다양한 이미지를 취득할 수 있도록 한다. 그리고 측정 및 검사 대상에 따라 이들 이미지를 취사선택 및 합성하여 검사의 효율성을 높일 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 산업현장, 특히 용접과 같이 그을음과 탄화 오염된 대상에서 검정색의 오염과 검정색의 스크래치, 찍힘과 같은 피사체에 형성된 스크레치를 정확하게 감지할 수 있다. 특히, 본 발명은 조명의 조사 방향에 영향을 받는 스크래치와 찍힘에 대해 기존의 표면 검사 시스템 보다 한층 높은 검출력을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 사용 상태도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템을 통해 실제 획득한 복수 개의 블록보정이미지를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 블록도이다.
도 4는 도 1의 표면검사부의 사시도이다.
도 5는 도 4의 프레임모듈에 설치된 조명모듈이 회전되는 상태 그리고 제1조명모듈 및 제2조명모듈에서 사선으로 빛이 출력되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 프레임모듈에 반사판이 설치된 상태의 표면검사부를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4의 프레임모듈에 설치된 복수 개의 조명모듈을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 작동에 대한 순서도이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 작동과정 및 작동과정에서 나타나는 이미지들을 나타낸 도면이다.
도 14는 촬영이미지와 복수 개의 블록보정이미지를 나타낸 도면이다.
본 명세서 상에 도시된 도면 및 도면에 기초한 설명은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 이해할 수 있도록 하는 하나의 예시이다. 따라서, 본 발명의 도면 및 발명을 실시하기 위한 구체적인 설명이 본 발명의 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 청구 범위는 오로지 청구항에 의해서만 정의될 수 있다.
이하, 본 발명의 하기의 실시예의 도면을 참조하여 본 발명의 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템에 대해 설명한다. 다만, 본 발명에 대한 설명이 명확하고 간결해질 수 있도록, 먼저 도 1 및 2를 참조하여 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템에 대해 개괄적으로 설명한다. 그리고, 도 3 내지 도 7을 참조하여 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템을 구성하는 구성요소에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 사용 상태도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템을 통해 최종 검사에 사용되는 복수 개의 합성이미지를 나타낸 도면이다.
본 발명의 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)은 표면 검사부(10), 카메라부(20) 및 제어기부(30)를 구성요소로 포함하여, 제어기부(30)에 의해 표면검사부(10)와 카메라부(20)가 작동되도록 한다. 이때, 표면검사부(10)에 포함되는 복수 개의 조명모듈은 제어기부(30)의 작동에 맞춰 빛이 미리 지정된 조합의 의한 지정된 순서로 출력하고, 반사판(113)은 조명모듈(121~12n)에서 출력되어 산란되는 빛을 다시 검사체(A)에 조사되도록 한다.
더욱이, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)의 제어기부(30)는 조명모듈의 작동에 맞춰 카메라부(20)를 작동시켜 검사체(A)를 촬영하며 복수 방향의 조명에 의한 표면 정보를 포함하는 카메라부(20)로부터 수신된 전체수신이미지(C)를 획득한다.
이때, 전체수신이미지(C)는 내부에 포함된 각 조명 특성에 맞는 라인 별 이미지를 통해(D1~D4) 복수 개의 조명이미지(E1 내지 E4, 도 11참조)로 변형될 수 있다.
이때, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)의 제어기부(30)는 생성된 복수 개의 조명이미지(E1 ~ E4)를 행(Row) 또는 열(Column)의 영역으로 분할하여 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 영역을 정렬시켜 개별 이미지(F1 ~ F4)를 생성한 후, 각 이미지(F1 ~ F4 도 13참조)를 복수 개의 블록으로 분할하고, 각 블록의 반사도값을 산출한 후, 기 설정된 기준반사도값과 대비하며, 기준반사도값보다 높은 블록을 제거한다. 그리고 제거된 부분에 대응되는 블록을 그 외 유효한 이미지에서 보간 하여 블록보정이미지를 생성한다.
여기서, 블록보정이미지(G1~G4)는 조명모듈(121~12n)의 개수에 대응하여 형성될 수 있다. 일례로, 조명모듈이 네 개일 경우, 제1블록보정이미지(G1) 내지 제4블록보정이미지(G4)가 생성될 수 있다.
이후, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)은 생성된 복수 개의 블록보정이미지(G1~G4) 중 적어도 2개를 합성하여 합성이미지(H)를 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1블록보정이미지(G1) 내지 제4블록보정이미지(G4) 가운데 적어도 2개를 합성하여 도 2에 도시된 바와 같이, 알비도이미지(H1), X방향으로 편미분된 이미지(H2), Y방향으로 편미분된 이미지(H3), 2차편미분된 이미지(H4) 및 수직벡터 이미지(H5)로 가공할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)은 카메라부(20)와 여러 각도로 편향되는 복수 개의 조명모듈(121~124)을 이용하여 조사 방향에 따른 반사도, 그림자를 이용하여 기존의 표면검사 시스템이 갖는 문제 즉, 곡면 형태의 모델의 표면을 검사할 때 글래어 현상의 문제가 발생되지 않도록 한다.
더욱이, 본 발명의 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)은 측정 및 검사 대상에 따라 이들 이미지를 취사선택 및 합성하여 검사체의 검사에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.
이를 통해, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)은 산업현장, 특히 용접과 같이 그을음과 탄화 오염된 대상에서 검정색의 오염과 검정색의 스크래치, 찍힘과 같은 검사체(A)에 형성된 스크레치를 정확하게 감지할 수 있도록 한다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템을 구성하는 구성요소에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 블록도이고, 도 4는 도 1의 표면검사부의 사시도이다. 그리고 도 5는 도 4의 프레임모듈에 설치된 조명모듈이 회전되는 상태 그리고 제1조명모듈 및 제2조명모듈에서 사선으로 빛이 출력되는 상태를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4의 프레임모듈에 반사판이 설치된 상태의 표면검사부를 나타낸 도면이다. 그리고 도 7은 도 4의 프레임모듈에 설치된 복수 개의 조명모듈을 간략하게 나타낸 도면이다.
표면검사부(10)는 카메라부(20)가 검사체(A)를 촬영할 수 있도록 검사체(A)에 다양한 각도로 빛을 조사할 수 있는 장치가 된다. 이러한 표면검사부(10)는 반구형에 포함되는 형상으로 형성되어 상단에 촬영홀(112)이 형성된 프레임모듈(110)과 프레임모듈(110)에 설치되어 회동 및 이동하는 조명모듈을 포함한다.
여기서, 프레임모듈(110)에는 도 4에 도시된 바와 같이 일면과 타면 중 적어도 하나에 곡선형의 거치홀(111)이 형성되고 거치홀(111)에 바닥면에 놓인 검사체(A)를 향해 사선(斜線)으로 빛을 출력하는 복수 개의 조명모듈이 설치된다.
이때, 복수 개의 조명모듈은 Line Scan에 최적화된 SMS(Shadow-metric System)용 조명이다. 본 명세서 상에서 표면검사부(10)에 설치되는 복수 개의 조명모듈은 본 발명의 설명이 간결하고 명확해질 수 있도록, 제1조명모듈(121), 제2조명모듈(122), 제3조명모듈(123) 및 제4조명모듈(124)이 되는 것으로 한다. 이때, 제1조명모듈(121), 제2조명모듈(122), 제3조명모듈(123) 및 제4조명모듈(124)은 Line Scan에 최적화된 SMS(Shadow-metric System)용 조명이 될 수 있다. 이러한 제1조명모듈(121) 내지 제4조명모듈(124)은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 거치홀(111)에서 선택적으로 회전될 수 있고, 도 5의 (b)와 (c)에 도시된 바와 같이 45도 기울어진 상태로 빛을 출력할 수 있다.
아울러, 표면검사부(10)는 도 6에 도시된 바와 같이 프레임모듈(110)의 상측면에 설치된 반사판(113)을 포함하여 복수 개의 조명모듈에서 출력되어 산란되는 빛을 반사하여 다시 검사체(A)에 조사되도록 할 수 있다. 이때, 제1조명모듈(121)은 좌측에 있는 거치홀(111)의 하단에 설치되고, 제2조명모듈(122)은 제1조명모듈(121)에서 이격되어 좌측에 있는 거치홀(111)의 상단에 설치된다. 그리고 제3조명모듈(123)은 우측에 있는 거치홀(111)의 상단에 설치되고, 제4조명모듈(124)은 제3조명모듈(123)에 서 이격되어 우측에 있는 거치홀(111)의 하단에 설치된다.
이와 같이, 거치홀(111)에 이격되어 설치된 제1조명모듈(121) 내지 제4조명모듈(124)은 설치된 위치에서 회전하며 검사체(A)에 다양한 방향으로 빛을 조사할 수 있다. 아울러, 거치홀(111)을 따라 이동하며 다양한 위치에서 검사체(A)에 빛을 조사할 수 있다.
카메라부(20)는 촬영홀(112)의 위에 위치하며 촬영홀(112)을 관통해 바닥면(B)에 위치한 검사체(A)를 촬영하며 제1조명이미지(E1)와 제2조명이미지(E2)를 포함하는 전체이미지(C)를 수신한다.
보다 구체적으로 카메라부(20)는 촬영홀(112)의 위에 촬영홀(112)과 중첩되는 위치에 렌즈가 위치하도록 설치될 수 있다. 이러한 카메라부(20)는 촬영홀(112)을 관통해 바닥면에 위치한 검사체(A)를 촬영하며 조명이미지를 생성한다.
이러한 카메라부(20)는 제어기부(30)에서 출력되는 제어신호에 의해 작동된다. 특히, 카메라부(20)는 조명모듈(121~12n)의 작동과 동기화 되어 작동하며 조명모듈(121~12n)이 턴-온 될 때만 작동하며 검사체(A)를 촬영할 수 있다.
이와 같은 카메라부(20)는 제1조명모듈(121), 제2조명모듈(122), 제3조명모듈(123), 제4조명모듈(124)이 검사 대상에 맞추어 조합 및 지정된 순서로 턴-온 되었을 때 제1조명이미지(E1) 내지 제4조명이미지(E4)를 생성할 수 있다. 일례로, 카메라부(20)는 제1조명모듈(121)이 턴-온 되었을 때, 제1조명이미지(E1)를 촬영하고, 제2조명모듈(122)이 턴-온 되었을 때, 제2조명이이미(E2)를 촬영하고, 제3조명모듈(123)이 턴-온 되었을 때, 제3조명이미지(E3)를 촬영하고, 제4조명모듈(124)이 턴-온 되었을 때, 제4조명이미지(E4)를 촬영한다.
제어기부(30)는 제어신호를 발생시키며 데이터를 수신해 처리하는 컴퓨터가 된다. 이러한 제어기부(30)는 Line Scan 이용한 교차조명 제어 시 조명시간, 지연시간을 nano second 단위로 제어할 수 있다. 이와 같은 제어기부(30)는 기존의 Microcontroller CPU를 이용한 컨트롤로 제어보드의 한계로 FPGA칩을 탑재한 별도의 제어 보드를 포함한다.
따라서, 제어기부(30)는 검사 대상에 따라 조명 순서, 주파수 분주, 노이즈 제거 등 현장에서 문제되는 상황을 프로그램 반영하여 바로 반영할 수 있다. 또한, 제어기부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 조명이미지수신모듈(310), 얼라인모듈(320), 히스토그램모듈(330), 제거모듈(340), 블록보정이미지모듈(350), 합성이미지생성모듈(360) 및 제어신신호발생모듈(370) 등을 포함하여 작동될 수 있다.
이러한 제어기부(30)는 제어신호발생모듈(370)에서 제어신호를 발생시키며 복수 개의 조명모듈(12)과 카메라부(20)를 작동시킬 수 있다. 일례로, 제어기부(30)는 제1조명모듈(121)을 설정시간 동안 턴-온 시킨 후 턴-오프 시키고, 제1조명모듈(121)을 턴-오프 시켰을 때 제2조명모듈(122)을 턴-온 시킨다. 그리고 제2조명모듈(122)을 턴-오프 시켰을 때 제3조명모듈(123)을 턴-온 시키고, 제3조명모듈(123)을 턴-오프 시켰을 때 제4조명모듈(124)을 턴-온 시킬 수 있다.
제어기부(30)는 제1조명모듈(121) 내지 제4조명모듈(124)을 턴-온 및 턴-오프 시키며, 제1조명모듈(121) 내지 제4조명모듈(124)을 턴-온 시킬 수 있다. 제어기부(30)는 매 라인 스캔 시 검사 속도 효율에 맞추어 조명을 기 설정된 기준에 맞춰 특정 각 조명은 제외도 하고 밝기 조정하여 주기적으로 점등할 수 있다. 일례로, A검사체에 대해 제1조명모듈(121), 제2조명모듈(122), 제4조명모듈(124)을 순차적으로 턴-온 시키며 제1조명이미지, 제2조명이미지 그리고 제4조명이미지를 생성할 수 있고, B검사체에 대해 제1조명모듈(121), 제2조명모듈(122), 제3조명모듈(123)을 순차적으로 턴-온 시키며 제1조명이미지, 제2조명이미지 그리고 제3조명이미지를 생성할 수 있다.
그리고 제어기부(30)는 카메라부(20)를 작동시키며 제1조명이미지 내지 제4조명이미지를 생성하고, 생성된 각각의 조명이미지를 수신한다. 제어기부(30)는 조명이미지를 가공하며 가공이미지 즉, 알비도이미지(H1), X방향으로 편미분된 이미지(H2), Y방향으로 편미분된 이미지(H3), 2차편미분된 이미지(H4) 및 수직벡터 이미지(H5)를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어기부(30)는 조명이미지수신모듈(310)을 통해 카메라부(20)에서 복수 개의 이미지 정보를 포함하는 전체이미지(C)를 획득한다. 그리고 전체이미지(C)에서 조명 그룹별 이미지 구분(D1~D4)을 선택적으로 추출하여 제1조명이미지(E1) 내지 제4조명이미지(E4)를 만들고 각 이미지 별로 설정된 행(Row) 또는 열(Column)의 영역으로 분할한다.
그리고, 얼라인모듈(320)을 통해 제1조명이미지(E1)의 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지(D1~D4) 그리고 제2조명이미지(E2)의 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지(D1~D4)를 정렬시킨다. 그리고 히스토그램모듈(330)을 동일한 크기의 블록으로 나누어, 블록에 위치 번호를 부여하고 블록의 반사도값을 추출한다. 그리고 제거모듈(340)을 통해 설정된 기준반사도값과 블록에서 측정된 반사도값을 대비하여, 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도값을 갖는 블록을 삭제한다. 그리고 블록보정이미지모듈(350)과 제거모듈(340)을 통해, 블록이 제거된 부분에 대응되는 블록을 그 외 유효한 이미지에서 보간 하여 각각의 제1블록보정이미지(G1), 제2블록보정이미지(G2)를 생성한다.
일례로, 제2조명이미지의 제1블록(HU2)의 반사도값이 기준반사도값 이상이 되면, 제1블록(HU2)의 반사도값을 0으로 변경한다. 그리고 제1조명이미지의 제1블록(HU1)의 반사도값 그리고 제3조명이미지의 제1블록(HU3)의 반사도값 그리고 제4조명이미지의 제1블록(HU4)의 반사도값의 평균값을 제2조명이미지의 제1블록(HU2)에 반영한다.
아울러, 제3조명이미지의 제2블록(HD3)의 반사도값이 기준반사도값 이상이 되면, 제2블록(HD2)의 반사도값을 0으로 변경한다. 그리고 제1조명이미지의 제2블록(HD2)의 반사도값 그리고 제2조명이미지의 제2블록(HD2)의 반사도값 그리고 제4조명이미지의 제2블록(HD4)의 반사도값의 평균값을 제3조명이미지의 제2블록(HD3)에 반영한다.
그리고 합성이미지생성모듈(360)을 통해 제1블록보정이미지(G1)와 제2블록보정이미지(G2)를 합성하여 합성이미지(H)를 생성한다.
아울러, 제어기부(30)는 전술 한 특징 외에도, 컴퓨터로 형성되어 복수 개의 조명모듈에 대한 점등 순서를 자유롭게 조정할 수 있고, 제1조명 모듈 내지 제4조명모듈을 PWM(Pulse Width Modulation)방식으로 각 조명모듈의 밝기를 조정할 수 있다. 또한 검사체의 특징에 따라 조명 각에 따라 조명의 밝기가 다를 수 있어, 검사체(A)에 조사된 조명 값을 관리하여 표준화된 검사 결과를 얻을 수 있도록 한다.
이하, 도 8 내지 도 14를 참조하여, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 작동에 대한 순서도이고, 도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템의 작동과정 및 작동과정에서 나타나는 이미지들을 나타낸 도면이다. 그리고 도 14는 복수 개의 블록보정이미지를 나타낸 도면이다.
제어기부(30)는 도 8에 도시된 바와 같이 일련의 순서대로 작동하며 가공이미지 즉, 알비도이미지(H1), X방향으로 편미분된 이미지(H2), Y방향으로 편미분된 이미지(H3), 2차편미분이미지(H4), 수직벡터 이미지(Norm image)가 된다.
보다 구체적으로 제어기부(30)는 도 9에 도시된 바와 같이 검사체(A)가 표면검사부(10)로 진입하면 복수 개의 조명모듈이 순차적으로 작동시키며 카메라부(20)을 통해 복수 개의 조명이미지가 생성되도록 한다. 이때, 제1조명모듈(121) 내지 제4조명모듈(124)은 도 10에 도시된 바와 같이 서로 다른 방향으로 검사체(A)에 빛을 조사한다. 제어기부(30)는 제1조명모듈(121) 내지 제4조명모듈(124)의 작동에 대응하여 전체이미지(C)를 수신할 수 있다. 그리고 수신된 전체합성이미지(C)를 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지(D1~D4)를 추출하고, 추출된 각 부분이미지를 정렬하여 제1조명이미지(E1) 내지 제4조명이미지(E4)를 생성한다.
제어기부(30)는 이러한 도 13에 도시된 바와 같이 복수 개의 블록으로 나누고, 나뉜 블록에서 반사도값을 추출하여 추출된 블록의 반사도값과 기 설정된 기준반사도값을 비교한다. 여기서, 제어기부(30)의 히스토그램모듈(330)은 제1조명이미지(E1) 내지 제4조명이미지(E4)를 블록(F)으로 나누어 블록(F)에 위치번호를 부여하고, 각 블록에서 반사도값을 추출한다. 그리고 반사도값에 대응하는 곡선그래프를 형성할 수 있다.
아울러, 히스토그램모듈(330)에서 생성한 블록(F)은 픽셀이 될 수 있으며 각 블록에 내포된 반사도값을 0 ~ 255으로 추출할 수 있다.
이때, 히스토그램모듈(330)은 도시된 기호에 기초하여 아래와 같은 식으로 반사도값을 추출할 수 있다. 이때, 각 조명모듈(12)을 향한 단위벡터는
Figure 112020103518352-pat00001
가 된다. 그리고, 검사체(A) 표면의 점 (x,y)의 법선단위 벡터는
Figure 112020103518352-pat00002
가 된다. 그리고, 검사체 표면의 점 (x,y)에서 축과 축을 따라 표면을 각각 편미분하면
Figure 112020103518352-pat00003
가 된다.
여기서, σ는 조명의 slant 각이고, τ는 조명의 tilt각이다. ρ는 표면의 상수가 된다. 그리고, λ는 조명의 세기가 된다. 영상의 좌표 , 에서의 영상의 Intensity는
Figure 112020103518352-pat00004
가 될 수 있다.
이때, 제어기부(30)의 제거모듈(340)은 기준반사도값을 포함하여 각 블록(F)에서 측정된 반사도값과 기준반사도값을 대비한다. 그리고 제거모듈(340)은 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도값을 갖는 블록(F)을 삭제한다. 일례로, 제거모듈(340)은 254에 해당하는 반사도값을 기준반사도값으로 포함하며 기준반사도값 보다 큰 반사도값을 갖는 블록(F)을 삭제한다.
이와 같이 제어기부(30)는 블록의 반사도값이 기준반사도값 미만일 경우 블록을 남기고, 블록의 반사도값이 기준반사도값 이상일 경우, 블록을 삭제하며 기준반사도 값을 넘는 블록을 삭제하며 삭제된 블록의 위치에 대응되는 블록을 다른 조명이미지에서 추출한 블록과 보간 법으로 병합한다. 또는 블록의 반사도값이 기준반사도값 이상일 경우, 블록을 삭제하며 기준반사도 값을 넘는 블록을 삭제하며 삭제된 블록의 위치에 대응되는 블록을 다른 조명이미지에서 추출한 블록을 매핑한다.
그리고 제어기부(30)는 일부분의 블록을 보간 법으로 보정하여, 다시 제1블록보정이미지(G1), 제2블록보정이미지(G2), 제3블록보정이미지(G3) 및 제4블록보정이미지(G4)로 생성한다.
여기서, 제1블록보정이미지(G1)는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 제1조명모듈(121)에서 조사되는 빛에 의해 촬영된 이미지 또는 촬영된 후, 일부 블록이 보정된 이미지가 될 수 있다. 그리고 제2블록보정이미지(G2)는 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제2조명모듈(122)에서 조사되는 빛에 의해 촬영된 이미지 또는 촬영된 후, 일부 블록이 보정된 이미지가 될 수 있다. 그리고 제3블록보정이미지(G3)는 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 제3조명모듈(123)에서 조사되는 빛에 의해 촬영된 이미지 또는 촬영된 후, 일부 블록이 보정된 이미지가 될 수 있다. 그리고 제4블록보정이미지(G4)는 도 14의 (d)에 도시된 바와 같이 제4조명모듈(124)에서 조사되는 빛에 의해 촬영된 이미지 또는 촬영된 후, 일부 블록이 보정된 이미지가 될 수 있다.
그리고 합성이미지생성모듈(360)은 알비도이미지(H1)로 가공하거나 합성이미지(H)에서 X축 방향으로 상기 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출하여 X축 편미분이미지(H2)로 가공하거나, Y축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출한 Y축 편미분이미지(H3)로 가공하거나, X축 편미분이미지와 Y축 편미분이미지를 X축 방향 그리고 Y축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출한 2차편미분이미지(H4)로 가공할 수 있다.
보다 구체적으로 합성이미지생성모듈(360)은 합성이미지에서 하기의 수식을 통해 알비도이미지(H1)를 구할 수 있다.
Figure 112020103518352-pat00005
이때, 대상체 표면의 조명에 의한 정반사된 밝기를 제외한 산란광에 의한 밝기가 될 수 있다.
그리고, 합성이미지생성모듈(360)은 X축 방향으로 대상체의 표면 높이의 변화량을 산출하는 수식, 즉,
Figure 112020103518352-pat00006
수식을 통해, 도 2에 표시된 바와 같이 X축 방향에 대한 대상체의 표면 높이의 변화 특징이 두드러지게 나타나는 X축 방향으로 편미분된 이미지(H2)를 구할 수 있다.
또한, 합성이미지에서 Y축 방향으로 대상체의 표면 높이의 변화량을 산출하는 수식, 즉,
Figure 112020103518352-pat00007
수식을 통해, 도 2에 표시된 바와 같이, Y축 방향에 대한 대상체의 표면 높이의 변화의 특징이 두드러지게 나타나는 Y축 방향으로 편미분된 이미지(H3)를 구할 수 있다. 그리고, 합성이미지생성모듈()은 획득한 영상에서 대상체의 표면 높이의 변화량을 산출하는 수식, 즉,
Figure 112020103518352-pat00008
수식을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이, 대상체의 표면 높이의 곡률의 특성에 대한 표현이 두드러지게 나타나는 곡률이미지를 구할 수 있다.
그리고 합성이미지생성모듈(360)은 합성이미지(H)에서 표면에 수직방향의 값을 산출하는 수식 즉,
Figure 112020103518352-pat00009
,
Figure 112020103518352-pat00010
=
Figure 112020103518352-pat00011
수식을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이, 표면에 수직하게 수신된 빛을 이미지로 전환한 Norm 이미지를 구할 수 있다.
아울러, 제어기부(30)는 도 7에 도시된 광원 방향 (1)~(n) 번 중에 전반사로 인하여 카메라부(20)로 직접 들어오는 조명을 3 또는 그 이상의 조합으로 실시간으로 측정하여 이미지 합성 시 배제하여 전체 이미지 품질을 향상시킬 수 있다.
라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템(1)은 알비도이미지(H1) 및 X축방향 편미분 이미지(H2), Y축방향 편미분이미지(H3), Norm 이미지 및 곡률이미지를 2차적으로 미분한 2차편미분이미지(H4), 검사이미지를 생성해 검사체의 불규칙한 표면 및 논-램버시안 표면을 정확하게 검사할 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 기술이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
1: 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템
10: 표면검사부
110: 프레임모듈
111: 거치홀 112: 촬영홀
113: 반사판
121: 제1조명모듈 122: 제2조명모듈
20: 카메라부
30: 제어기부
310: 조명이미지수신모듈 320: 얼라인모듈
330: 히스토그램모듈 340: 제거모듈
350: 블록보정이미지모듈 360: 합성이미지생성모듈
A: 검사체 B: 바닥면
C: 전체수신이미지
D1: 제1부분이미지 D2: 제2부분이미지
D3: 제3부분이미지 D4: 제4부분이미지
E1: 제1조명이미지 E2: 제2조명이미지
E3: 제3조명이미지 E4: 제4조명이미지
F1, F2, F3, F4: 이미지별 블록 구분, 글래어 부분 제거 이미지
G1: 제1블록보정이미지 G2: 제2블록보정이미지
G3: 제4블록보정이미지 G4: 제4블록보정이미지
H: 합성이미지
H1: 알비도이미지 H2: X축 편미분이미지
H3: Y축 편미분이미지 H4: 2차편미분이미지
H5: 표면 수직 벡터 이미지
I: 빛

Claims (7)

  1. 일면과 타면 중 적어도 하나에 곡선형의 거치홀(111)이 형성되고, 상단에 촬영홀(112)이 형성된 프레임모듈(110), 거치홀(111)에 복수 개 설치되어 바닥면에 놓인 검사체(A)를 향해 사선(斜線)으로 빛을 출력하는 제1조명모듈(121)과 제2조명모듈(122)을 포함한 표면검사부(10);
    촬영홀(112)의 위에 위치하며 촬영홀(112)을 관통해 바닥면(B)에 위치한 검사체(A)를 촬영하며 제1조명이미지(E1)와 제2조명이미지(E2)를 포함하는 전체수신이미지(C)를 수신하는 카메라부(20) 및
    카메라부(20)의 작동을 제어하고, 제1조명모듈(121)과 제2조명모듈(122)을 선택적으로 작동시키며 카메라부(20)에서 촬영된 전체수신이미지(C)로부터 제1조명이미지(E1)와 제2조명이미지(E2)를 추출하여 기 설정된 산식으로 가공한 후, 합성하여 합성이미지(H1~H4)를 생성하는 제어기부(30)를 포함하고,
    제어기부(30)는,
    제1조명모듈(121)을 설정시간 동안 턴-온 시킨 후 턴-오프 시키고,
    제1조명모듈(121)을 턴-오프 시켰을 때 제2조명모듈(122)을 턴-온 시키며,
    제1조명모듈(121)이 턴-온 되었을 때, 카메라부(20)를 통해 촬영된 제1조명이미지(E1)를 수신하고,
    제2조명모듈(122)이 턴-온 되었을 때, 카메라부(20)를 통해 촬영된 제2조명이미지(E2)를 수신하고,
    제어기부(30)는,
    카메라부(20)에서 촬영된 제1조명이미지(E1)와 제2조명이미지(E2)를 설정된 행(Row) 또는 열(Column)의 영역으로 수신하는 조명이미지수신모듈(310);
    제1조명이미지(E1)의 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지(D1) 그리고 제2조명이미지(E2)의 복수 개의 행(Row) 또는 열(Column)의 부분이미지(D2)를 정렬시키는 얼라인모듈(320);
    제1조명이미지(E1) 및 제2조명이미지(E2)를 복수 개의 블록(F)으로 나누어, 각 블록(F)에 위치번호를 부여하고 블록의 반사도값을 추출하는 히스토그램모듈(330);
    기 설정된 기준반사도값과 블록(F)에서 측정된 반사도값을 대비하여, 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도값을 갖는 블록(F)을 삭제하는 제거모듈(340); 및
    제1조명이미지(E1)에서 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도 값을 갖는 블록(F)이 삭제되면, 제2조명이미지(E2)에서 제1조명이미지(E1)의 삭제된 블록(F)과 동일한 위치의 블록을 수신하여, 제1조명이미지(E1)에 매핑하여 제1블록보정이미지(G1)를 생성하고,
    제2조명이미지(E2)에서 기준반사도값 보다 큰 값의 반사도 값을 갖는 블록(F)이 삭제되면, 제1조명이미지(E1)에서 제2조명이미지(E2)의 삭제된 블록(F)과 동일한 위치의 블록을 수신하여, 제2조명이미지(E1)에 매핑하여 제2블록보정이미지(G2)를 생성하는 블록보정이미지모듈(350)을 포함하고,
    제어기부(30)는,
    제1블록보정이미지(G1)와 제2블록보정이미지(G2)를 기 설정된 산식으로 연산한 후 합성하여, 합성이미지(H)를 생성하는 합성이미지생성모듈(360)을 더 포함하고,
    합성이미지생성모듈(360)은,
    합성이미지(H)의 설정영역에서 알비도이미지(H1)로 가공하거나,
    합성이미지(H)에서 X축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출하여 X축 편미분이미지(H2)로 가공하거나,
    합성이미지(H)에서 Y축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출한 Y축 편미분이미지(H3)로 가공하거나,
    X축 편미분이미지(H2)와 Y축 편미분이미지(H3)를 X축 방향 그리고 Y축 방향으로 검사체의 표면 높이의 변화량을 산출한 2차편미분이미지(H4)로 가공하는, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 프레임모듈(110)은,
    반구형에 포함되는 형상으로 형성되는, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 프레임모듈(110)은,
    상측면에 설치된 반사판(113)을 더 포함하는, 라인 스캔용 논-램버시안 표면 검사 시스템.
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