KR102264500B1 - 촬상소자의 동작온도를 일정하게 유지할 수 있는 수단을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징; 상기 하우징 내부에 장착된 렌즈모듈; 및 상기 렌즈모듈과 연결된 방열모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈의 경통부가 설치되는 경통 안내부재, 및 상기 경통 안내부재와 연결되고 촬상소자가 마련된 촬상부를 더 포함하고, 상기 방열모듈은 상기 촬상부의 이면에 근접되게 배치되어 상기 촬상소자의 온도를 일정하게 조절하는 열전소자(Thermoelectric cooler; TEC), 및 상기 열전소자가 전면에 배치되고 상기 열전소자의 열을 방열시키는 방열본체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

촬상소자의 동작온도를 일정하게 유지할 수 있는 수단을 구비한 비전 검사용 카메라 조립체{Camera assembly for vision inspection having means for keeping the operating temperature of the imaging device constant}

본 발명은 카메라 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 촬상소자의 동작온도를 일정하게 유지할 수 있는 수단을 구비한 비전 검사용 카메라 조립에 관한 것이다.

일반적으로, 비전 검사용 카메라는 용접 작업시 용접선(weld seam)을 추적하거나 용접상태를 실시간으로 확인하기 위해 사용된다. 이러한 비전 검사용 카메라는 고온이면서도 다량의 가스가 발생하는 열악한 환경 속에서 주로 사용되고 있다.

예를 들어 아크 용접시에는 다량의 스패터(spatter)가 발생하고, 이 스패터가 렌즈에 튀면 그대로 부착되어 화상품질을 저해하는 요인으로 작용한다.

구체적으로 종래의 비전 검사용 카메라의 구조를 살펴보면, 촬상소자가 구비된 카메라 모듈과 이 카메라 모듈을 수용하는 하우징을 포함하고 있다.

이러한 종래의 비전 검사용 카메라는 밀폐성능을 보장할 수 없어 장치 내부로 흄(fume)이나 외부의 이물질이 유입되고, 그로 인해 내부의 촬상소자나 전자회로가 손상되는 문제도 있다.

아울러 종래의 비전 검사용 카메라는 용접공정시 발생되는 고온의 환경에서 촬영이 이루어진다. 따라서 촬영시 고온의 열이 촬상소자에 전달되어 열화현상에 의해 화질이 저하되고 경우에 따라 촬상소자를 손상시킨는 등의 문제가 제기된다.

한편 종래의 카메라 모듈의 내부에는 방열판(Heat Sink)등의 소극적인 방열구조가 구비되고 있으나, 카메라 내부 공간이 협소하여 방열판의 크기에 제약이 있고, 자연 대류에 의한 방열방식에 의존함으로써 고온의 환경에서 요구되는 방열성능을 기대하기 어려운 문제가 제기된다.

<선행문헌 1> : 대한민국 등록특허 제1917329호(공고일자: 2018년 11월 13일)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 고온의 환경에서 사용되는 비전 검사용 카메라의 촬상소자를 적정온도로 유지할 수 있고 카메라 모듈의 방열 성능을 극대화할 수 있는 비전 검사용 카메라 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 하우징; 상기 하우징 내부에 장착된 렌즈모듈; 및 상기 렌즈모듈과 연결된 방열모듈을 포함하고, 상기 렌즈모듈의 경통부가 설치되는 경통 안내부재, 및 상기 경통 안내부재와 연결되고 촬상소자가 마련된 촬상부를 포함하고 상기 방열모듈은 상기 촬상부의 이면에 근접되게 배치되어 상기 촬상소자의 온도를 조절하는 열전소자(Peltier Device, 또는 Thermoelectric cooler; TEC), 및 상기 열전소자가 전면에 배치되고 상기 열전소자의 열을 방열시키는 방열본체를 포함하여 이루어진 비전 검사용 카메라 조립체가 제공된다.

상기 방열본체의 전면에는 상기 열전소자가 배치되는 써멀 그리스(thermal grease) 도포영역이 형성된 것일 수 있다.

상기 방열본체의 전면의 두께는 상기 방열본체의 둘레면의 두께보다 두껍게 형성된 것일 수 있다.

상기 열전소자의 열은 상기 방열본체의 전면을 따라 상기 방열 본체의 전체로 전달되어 방열되는 것을 특징으로 한다.

상기 경통 안내부재는 전방으로 상기 경통부의 단부가 삽입되는 안내부가 돌출형성되고, 중앙으로는 관통공이 형성되며, 상기 경통 안내부재의 상기 관통공의 전방으로는 광학 필터소자가 장착되고, 상기 하우징의 전방에는 내부에 필터부재가 장착된 전면 플레이트가 삽입되고, 상기 전면 플레이트의 전방으로는 보호 투광판을 사이에 두고 고정 브라켓이 장착된 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 용접작업시 발생한 고온의 열이 촬상소자에 전달되면 열전소자(TEC)를 통해 온도조절을 하고, 열전소자의 작동열은 별도의 방열본체를 통해 효율적으로 방열할 수 있어, 촬영시 촬상소자의 열로 인해 열화현상이나 촬상소자의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 검사용 카메라 조립체의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 검사용 카메라 조립체의 보호 구성을 보여주는 분해 사시도,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 검사용 카메라 조립체의 구동모듈의 사시도,
도 3b는 도 3a의 분해 사시도,
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 검사용 카메라 조립체의 방열모듈의 사시도,
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 검사용 카메라 조립체의 분해 사시도,
도 5a는 도 4b에서 경통 안내부재를 확대한 분해사시도,
도 5b는 도 4b에서 방열본체를 확대한 분해사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비전 검사용 카메라 조립체의 방열모듈의 정면도, 및
도 7은 도 6의 C-C를 절단한 상태에서 열 방출 경로를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 첨부된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 비전 검사용 카메라 조립체는 하우징(10)의 내부에 렌즈모듈(50)이 수용된 상태로 설치되며, 하우징(10)의 전방으로는 고정 브라켓(20)을 통해 보호 투광판(30)이 장착된다. 한편 하우징(10)의 상단에는 장치의 고정을 위한 마운트부(11)가 형성된다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 비전 검사용 카메라 조립체에는 용접상황과 같은 고온의 환경에서 장시간 촬영시 촬상소자(145)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 열전소자(150)가 전면에 설치된 방열모듈(100)이 제공된다.

구체적으로, 렌즈모듈(50)에는 경통 안내부재(110)가 설치된다. 이 경통 안내부재(110)는 중앙에 관통공(110h)이 형성되고, 관통공(110)의 둘레에서 전방으로 연장되어 렌즈모듈(50)의 경통부(83)가 장착되는 안내부(115)가 형성된다. 이때 경통 안내부재(110)의 관통공(110h)의 전방으로는 광학 필터소자(160)가 필터 고정 플레이트(165)를 통해 안내부(115)의 내측면에 고정된다. 또한 안내부(115)의 선단에는 경통부(83)를 고정하기 위한 경통 고정볼트(111,112)가 체결된다. 도 5a를 참조하면 안내부(115)의 선단에는 체결공(115a,115b)이 상하로 각각 형성되고, 이 체결공(115a,115b)에는 경통 고정볼트(111,112)가 체결되어 경통부(83)의 단부를 고정한다.

경통 안내부재(110)의 후방으로는 방열본체(120)가 장착된다. 도 5b를 참조하면 구체적으로 방열본체(120)의 전방에는 일정면적으로 오목하게 형성된 방열면(120a; 도 5b)이 형성된다. 이때 방열본체(120)는 방열성능이 우수한 금속재질로 이루어질 수 있다.

또한 방열본체(120)의 방열면(120a)에는 일정면적의 써멀 그리스 도포영역(121)이 형성된다. 즉 방열면(120a)의 일정영역에는 써멀 그리스가 도포되는데, 써멀 그리스 도포영역(121)에는 열전소자(150)가 장착된다. 이 열전소자(150)의 전방으로는 촬상소자(145)가 장착된 촬상부(140)가 고정된다.

이때 열전소자(150)는 펠티에 효과에 의한 흡열 또는 발열을 이용한 전자 냉각 소자이다. 여기서 펠티에 효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 이는 전류 방향에 따라 흡열·발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열·발열량이 조절되므로 촬영 중에 촬상소자의 온도를 일정온도로 유지할 수 있어 정밀한 방열이 가능하다.

한편 써멀 그리스 도포영역(121)의 주변에는 커넥터 인출공(122)이 관통형성된다. 이 커넥터 인출공(122)을 통해 촬상부(140)와 후면 PCB(170; 도 7)는 전기적으로 연결된다. 이때 커넥터 인출공(122)이 형성된 방열면(120a)의 두께(t; 도 7)는 방열본체(120)의 둘레면보다 두껍게 형성된다. 바람직하게는 방열면(120a)의 두께(t)는 적어도 5mm 이상일 수 있다.

그에 따라 열전소자(150)로부터 전달되는 열을 이와 맞닿은 방열본체(120)의 방열면(120a)을 통해 방열본체(120) 전체로 전달되어 방열효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 방열면(120a)으로 전달되는 열전소자(150)의 열은 방열본체(120) 전체로 전달되어 방열될 수 있다( 도 7 참조).

본 발명의 방열모듈(100)은 촬상소자(145)의 온도를 유지하기 위한 열전소자(150)를 방열본체(120)의 전면에 배치함으로써 열전소자(150)의 작동열을 방열본체(120)의 전체에 전달시켜 방열시키는 방식으로 충분한 방열성능을 확보할 수 있다.

또한 도 7을 참조하면 후면 PCB(170)에는 연결 커넥터(175)가 연결된다. 또한 방열본체(120)의 후방에는 후방 장착 플레이트(130)가 장착되어 방열본체(120)의 내부를 밀폐한다. 후방 장착플레이트(130)의 내부에는 고정판(176)이 장착되고, 이 고정판(176)에는 연결 커넥터(175)가 연결된다. 또한 고정판(176)에는 커넥터 단자(135)가 연결되고, 이 커넥터 단자(135)는 후방 장착 플레이트(130)의 외부로 노출된 상태를 이루게 된다.

또한 촬상소자의 인근에는 온도센서가 장착되어 실시간으로 촬상소자(145)의 온도를 측정하고 측정된 온도를 기준으로 열전소자(150)를 작동제어하여 촬상소자(145)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 촬영시 촬상소자(145)에서 발생한 열(외부에서 전달된 열을 포함)을 열전소자(150)를 통해 일정하게 유지하고, 이 열전소자(150)의 작동열은 방열본체(120)를 통해 방열시킴으로써 협소한 공간에서도 효율적인 방열성능을 기대할 수 있다.

도 2를 참조하면, 하우징(10)의 전방으로는 전면 플레이트(70), 필터부재(40), 패킹폼(35), 보호 투광판(30), 및 고정 브라켓(20)이 순차적으로 결합된다.

상기한 구성에서 하우징(10)의 선단에는 전면 플레이트(70)의 고정을 위해 고정볼트(B1,B2)가 상하로 각각 관통장착된다. 이때 전면 플레이트(70)에는 중앙에 필터 장착공(71)이 형성되고, 이 필터 장착공(71)에는 필터부재(40)가 장착된다. 이때 필터부재(40)는 ND 필터나 CPL 필터와 같이 광학필터가 채용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 렌즈 모듈(50)이 장착된 하우징(10)의 전방을 전면 플레이트(70)와 보호 투광판(30)을 통해 밀폐할 수 있어 외부의 이물질이나 흄 등이 장치 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한 보호 투광판(30)은 고정 브라켓(20)을 통해 전면 플레이트(70)에 용이하게 장착하거나 분리할 수 있어 보호 투광판(30)의 교체작업을 용이하게 할 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 비전 검사용 카메라 조립체의 렌즈모듈(50)은 조리개 조절영역을 구비한 경통부(83)와 경통부(83)의 단부가 삽입장착되는 장착 브라켓(84)과 장착 브라켓(84)의 양측에 고정된 제1 구동모터(M1)와 제2 구동모터(M2), 및 경통부(83)의 전방에 장착된 핀홀부재(51)를 포함한다.

구체적으로 경통부(83)의 외주면에는 경통부(83)를 회전시켜 렌즈 초점을 자동으로 맞추는 초점링(81)과 렌즈의 조리개를 자동으로 조절하는 조리개링(82)이 일정간격을 두고 설치된다. 이때 초점링(81)과 조리개링(82)은 그 내부에 오링(O-ring)이 장착되어 경통부(83)의 외주면에 각각 고정설치된다. 이때 오링(81b,82b)은 탄성을 갖는 고무나 실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 따라서 오링(81b,82b)은 경통부(83)의 외주면에 밀착된 상태로 설치되고 오링(81b,82b)의 마찰력에 의해 경통부(83)를 회전시킬 수 있다.

즉 본 발명에서 경통부(83)와 조리개 조절영역은 구동모터(M1,M2)의 구동력으로 초점링(81)과 조리개링(82)을 회전시킴으로써 자동으로 조절할 수 있다. 또한 초점링(81)과 조리개링(82)은 오링(81b,82b)을 매개로 경통부(83)에 각각 밀착된 상태로 설치됨으로써 종래의 다수의 볼트를 통해 고정한 경우보다 원주방향으로의 균일한 고정력도 확보(편심회전 방지)할 수 있다.

한편 장착 브라켓(84)은 중앙에 장착영역(84h)이 형성되고 이 장착영역(84h)을 중심으로 일측에는 고정블럭(85)을 통해 제1 구동모터(M1)가 장착되고 타측으로는 제2 구동모터(M2)가 설치된다. 또한 장착영역(84h)의 상부와 하부에는 각각 고정볼트(B1,B2)가 관통체결된다. 이 고정볼트(B1,B2)는 장착 브라켓(84)의 장착영역(84h)으로 경통부(83)의 단부가 삽입되면 이 상태로 고정볼트(B1,B2)를 체결하여 고정상태를 유지할 수 있다.

즉 종래에는 경통부(83)가 나사체결방식으로 장착 브라켓(84)에 체결되었다. 따라서 회전반경에 따라 경통부(83)의 설치각도가 바뀌거나 정밀한 체결성능을 확보할 수 없었다. 반면 본 발명에서는 고정볼트(B1,B2; 무두볼트)를 통해 경통부(83)의 단부를 간편하게 고정할 수 있고, 설치각도가 바뀌는 등의 종래의 문제점을 개선할 수 있다. 또한 렌즈모듈의 교체도 간편하게 할 수 있다.

한편 장착 브라켓(84)의 이면으로는 모터 PCB(86)가 장착된다. 모터 PCB(86)는 구동모터(M1,M2)와 전기적으로 연결되어 구동을 제어할 수 있다. 구체적으로 중앙에는 일정면적의 관통공(86h)이 형성되고, 이 관통공(86h)의 주변에는 제2 구동모터(M2)가 관통되는 보조 관통공(87)이 형성된다.

또한 본 발명은 경통부(83)의 전방으로 핀홀부재(51)가 장착된다. 이 핀홀부재(51)는 중심에 핀홀(52)이 형성되고, 이 핀홀(52)에 가깝게 감소된 지름을 갖는 다단의 차광영역이 형성된다. 이때 핀홀부재(51)는 경통의 전방에 나사체결되는 것으로 고정될 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 핀홀부재(51)는 용접 상황에서 촬상하는 경우 보호 투광판(30) 주변에 다수의 스패터가 부착되는 경우 부착된 스패터의 난반사로 인해 화질이 저하되는 문제를 해결한다.

즉 감소된 지름을 갖는 다단의 차광영역이 형성된 핀홀부재(51)를 경통부(83)의 전방에 설치함으로써 촬영화각외의 불필요한 영역에 부착된 스패터에 의한 난반사 요인을 제거하고, 이를 통해 양호한 화질을 얻을 수 있다.

한편 경우에 따라 깊은 심도를 위해 조리개값을 최대치에 가깝게 조이는 경우 회절현상이 발생되어 양호한 화질을 얻을 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 또한 조리개를 지나치게 개방하는 경우에는 대량의 빛이 촬상소자에 노출(노출오버)되어 양호한 화질을 얻을 수 없게 된다. 이 경우 핀홀부재(51)는 다단의 차광영역(53)을 통해 일정정도의 차광효과를 유지(조리개를 지나치게 조일 필요 없이)함으로써 양호한 화질을 보장할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 경통부(83)의 외주면에 오링(81b,82b)을 통해 초점링 (81a) 및 조리개링(82)을 장착하고 구동모터(M1,M2)를 통해 구동시킬 수 있어 종래에 다수의 볼트로 고정하는 방식에 비해 원주방향으로 균일한 고정력을 확보할 수 있고, 경통부(83)의 전방에 장착된 핀홀부재(51)를 통해 보호 투광판(30)의 주변에 부착된 스패터에 의한 난반사를 방지함으로써 양호한 화질을 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 하우징
20: 고정 브라켓
21: 개방영역
22: 안내부
23: 파지부
23a: 제1 고정후크
30: 보호 투광판
35: 패킹폼
40: 광학필터
50: 렌즈모듈
51: 핀홀부재
52: 핀홀
60: LED 부재
70: 전면 플레이트
81: 초점링
82: 조리개링
81a,82a: 기어부
83: 경통부
84: 장착브라켓
85: 고정블럭
86: 모터 PCB
100: 방열모듈
110: 경통 안내부재
115: 안내부
120: 방열본체
121: 써멀 그리스 도포영역
122: 커넥터 인출공
130: 후방장착 플레이트
140: 촬상부
145: 촬상소자
150: 열전소자
165: 필터 고정플레이트

Claims (4)

1. 렌즈모듈, 촬상소자가 마련된 촬상부, 및 방열모듈을 포함하는 용접 비전 검사용 카메라 조립체로서,
   상기 방열모듈은, 상기 촬상부의 이면에 근접되게 배치되어 상기 촬상소자의 온도를 일정하게 조절하는 열전소자(Thermoelectric cooler; TEC); 및
   상기 열전소자가 배치되고 상기 열전소자의 열을 전달하는 방열면이 구비되며, 상기 방열면에는 상기 열전소자가 접촉되는 접촉면의 이면측에 수용된 PCB와 상기 촬상부가 전기적으로 연결되도록 커넥터 인출공이 마련된 방열본체를 포함하고,
   상기 열전소자의 열은 상기 방열면을 따라 상기 방열본체의 전체로 전달되고 외부 공기와 접촉되어 방열되는 것을 특징으로 하는 용접 비전 검사용 카메라 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방열본체의 상기 방열면에는 상기 열전소자가 배치되는 써멀 그리스(thermal grease) 도포영역이 형성된 것을 특징으로 하는 용접 비전 검사용 카메라 조립체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 방열면의 두께는 상기 방열본체의 둘레면의 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 용접 비전 검사용 카메라 조립체.
4. 삭제

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