KR102398772B1 - 표면 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면 검사장치에 관한 것이다. 스테이지는 상면에 대상물을 안착시킨다. 장착대는 모니터와 카메라를 함께 장착한다. 전환기구는 스테이지와 장착대 중 어느 한쪽을 수직축을 중심으로 180도 회전시킨다. 컨트롤러는 전환기구에 의해 대상물의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시키고, 제1,2 검사 위치에서 모니터에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.

Description

표면 검사장치{Apparatus for surface inspection}
본 발명은 전기자동차 등에 사용되는 배터리와 같은 대상물의 표면을 검사하는 기술에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 무선 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차의 에너지원으로서도 주목을 받고 있다.
이러한 이차전지는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등과 같이 전극과 전해액의 구성에 따라 분류되며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적고 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.
또한, 이차전지는 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지 등과 같이, 전지케이스의 형상에 따라 분류되기도 한다.
한편, 이차전지 등과 같은 배터리는 내부 불량뿐만 아니라 외관 불량이 있으면 성능에 치명적인 영향을 미치게 된다. 따라서, 배터리는 제조라인에서 표면에 대한 찍힘이나 스크래치 등의 불량을 검사하는 외관 검사를 거치게 되는데, 배터리의 표면 불량을 정확하게 검사하기 위한 방안이 요구된다.
등록특허공보 제10-1728303호(2017.04.19. 공고)
본 발명의 과제는 대상물의 표면 불량을 정확하게 검사할 수 있는 표면 검사장치를 제공함에 있다.
일 양상에 따른 본원발명의 표면 검사장치는 스테이지와, 모니터와, 카메라와, 장착대와, 전환기구, 및 컨트롤러를 포함한다. 스테이지는 대상물을 상면에 안착시킨다. 모니터는 스테이지에 안착된 대상물의 표면에 주기적인 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 조사한다. 카메라는 모니터로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다.
장착대는 모니터와 카메라를 함께 장착한다. 전환기구는 스테이지와 장착대 중 어느 한쪽을 수직축을 중심으로 180도 회전시킴에 따라 대상물의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시킨다. 컨트롤러는 전환기구에 의해 대상물의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시키고, 제1,2 검사 위치에서 모니터에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.
다른 양상에 따른 본원발명의 표면 검사장치는 모니터들과, 비전기기, 및 컨트롤러를 포함한다. 모니터들은 대상물의 양측에 각각 배치되어 대상물의 표면에 주기적인 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 조사한다. 비전기기는 모니터들로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다.
컨트롤러는 모니터들에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 비전기기에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.
여기서, 비전기기는 대상물의 일측에 배치된 모니터로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하도록 대상물의 타측에 배치된 제1 카메라와, 대상물의 타측에 배치된 모니터로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하도록 대상물의 일측에 배치된 제2 카메라를 포함할 수 있다.
다른 양상으로, 비전기기는 대상물의 표면으로부터 반사되어 제1,2 경로로 진행하는 광을 수신해서 이미지를 획득하는 카메라와, 대상물의 표면으로부터 제1 경로를 따라 반사되는 광을 받아서 반사시키도록 대상물의 일측에 배치된 제1 미러와, 대상대상물의 표면으로부터 제2 경로를 따라 반사되는 광을 받아서 반사시키도록 대상물의 타측에 배치된 제2 미러, 및 제1 미러에 의해 반사된 광을 받아서 제1 경로를 따라 카메라로 반사시키고 제2 미러에 의해 반사된 광을 받아서 제2 경로를 따라 카메라로 반사시키는 프리즘을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 대상물의 양측 외곽 부위에 대한 이미지 정보를 충분히 확보할 수 있으므로, 대상물의 표면 불량을 더욱 정확히 검사할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 대상물의 표면이 편평하지 않고 일부 굴곡진 형태로 이루어지더라도, 굴곡진 대상물 표면의 음영 부위에 생긴 불량 부위를 정확하게 검출할 수 있으므로, 대상물의 외관 불량을 정확하게 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 검사장치에 대한 구성도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 모니터로부터 조사되는 수평 격자 패턴과 수직 격자 패턴의 각 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 수평 격자 패턴의 피치 가변에 대한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 있어서, 장착대의 180도 회전에 따라 모니터와 카메라가 좌우 전환된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 있어서, 스테이지의 180도 회전에 따라 대상물이 좌우 전환된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 검사장치에 대한 구성도이다.
도 7은 도 6에 있어서, 비전기기의 다른 예를 나타낸 구성도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 검사장치에 대한 구성도이다. 도 2의 (a) 및 (b)는 모니터로부터 조사되는 수평 격자 패턴과 수직 격자 패턴의 각 일 예를 나타낸 도면이다. 도 3은 수평 격자 패턴의 피치 가변에 대한 예를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 1에 있어서, 장착대의 180도 회전에 따라 모니터와 카메라가 좌우 전환된 상태를 나타낸 도면이다. 도 5는 도 1에 있어서, 스테이지의 180도 회전에 따라 대상물이 좌우 전환된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 검사장치는 스테이지(110)와, 모니터(120)와, 카메라(130)와, 장착대(140)와, 전환기구(150), 및 컨트롤러(160)를 포함한다.
스테이지(110)은 대상물(10)을 상면에 안착시킨다. 여기서, 대상물(10)은 표면 검사가 요구되는 배터리 등에 해당할 수 있다.
모니터(120)는 스테이지(110)에 안착된 대상물(10)의 표면에 주기적인 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사한다. 대상물(10)의 검사될 표면이 상방을 향한 경우, 모니터(120)는 대상물(10)의 상측에서 설정 입사각(θ1)으로 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사하도록 배치되어 장착대(140)에 장착될 수 있다.
수평 격자 패턴(121)은 상대적으로 밝은 띠와 상대적으로 어두운 띠가 수직 방향을 따라 교번해서 배열된 형태로 이루어질 수 있다. 수평 격자 패턴(121)의 밝은 띠와 어두운 띠는 각각 일정 주기를 갖는다. 수직 격자 패턴(122)은 상대적으로 밝은 띠와 상대적으로 어두운 띠가 수평 방향을 따라 교번해서 배열된 형태로 이루어질 수 있다. 수직 격자 패턴(122)의 밝은 띠와 어두운 띠는 각각 일정 주기를 갖는다.
일반적으로, 대상물(10) 표면의 굴곡은 방향성이 없기 때문에, 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)이 함께 이용되면, 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122) 중 적어도 어느 하나가 대상물(10) 표면의 굴곡 방향에 수직 방향으로 조사될 수 있으므로, 대상물(10) 표면의 굴곡 부위에 생긴 불량을 누락 없이 검출할 수 있다.
모니터(120)는 LCD 장치 또는 OLED 장치 등과 같은 평면 디스플레이 장치로 이루어짐으로써, 면광원 형태로 대상물(10)의 표면에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사할 수 있다.
모니터(120)는 대상물(10)의 표면에 대한 외관 검사시 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩, 예컨대 90°씩 위상 이동시키도록 컨트롤러(160)에 의해 제어된다.
모니터(120)는 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122) 순으로 조사하거나, 수직 격자 패턴(122)과 수평 격자 패턴(121) 순으로 조사하거나, 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)을 동시에 조사하도록 컨트롤러(160)에 의해 제어될 수 있다.
추가 양상으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 모니터(120)는 불량 형상에 따라 수평 격자 패턴(121)의 격자 피치(P)를 가변시켜 조사하도록 컨트롤러(160)에 의해 제어될 수 있다. 이와 마찬가지로, 모니터(120)는 불량 형상에 따라 수직 격자 패턴(122)의 격자 피치를 가변시켜 조사하도록 컨트롤러(160)에 의해 제어될 수 있다.
수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)의 격자 피치는 좁을수록 대상물(10) 표면의 상대적으로 작은 영역에서 급격하게 돌출된 불량 형상(예컨대, 찍힘, 긁힘, 높이가 크고 작은 이물)을 검출하는데 적합하다. 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)의 격자 피치는 넓을수록 대상물(10) 표면의 상대적으로 넓은 영역에서 완만하게 돌출된 불량 형상(예컨대, 주름, 접힘, 큰 이물)을 검출하는데 적합하다. 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)의 격자 피치는 불량 형상 항목에 따라 설정 범위에서 단계별로 설정될 수 있다.
카메라(130)는 모니터(120)로부터 대상물(10)의 표면에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)이 조사된 상태에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다. 카메라(130)는 수광축이 수직면에 대해 반사각(θ2)으로 경사진 상태로 모니터(120)와 함께 장착대(140)에 장착될 수 있다.
카메라(130)는 모니터(120)의 입사각(θ1)과 동일한 반사각(θ2)으로 배치될 수 있다. 이 경우, 카메라(130)는 대상물(10)의 표면에 대한 정반사 각도를 유지할 수 있다. 물론, 모니터(120)의 입사각(θ1)과 카메라(130)의 반사각(θ2)은 대상물(10)의 표면 반사 특성에 따라 변경될 수도 있다.
수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)은 대상물(10)의 표면에 조사되면 대상물(10)의 표면 형상에 따라 영향을 받아 변형될 수 있다. 카메라(130)는 변형된 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴에 대한 이미지를 획득함으로써, 대상물(10)의 표면 형상을 역으로 구할 수 있게 한다.
카메라(130)는 CCD 카메라(charge-coupled device camera) 등으로 각각 이루어질 수 있다. CCD 카메라는 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 이미지를 전기 신호로 변환하는 장치이다. 카메라(130)는 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 빛을 렌즈를 거쳐 전달받을 수 있다.
장착대(140)는 모니터(120)와 카메라(130)를 함께 장착한다. 장착대(140)는 모니터(120)와 카메라(130)를 위치 변동 없이 지지한다. 장착대(140)는 전환기구(150)에 의한 180도 회전시 모니터(120)와 카메라(130)를 함께 회전시킬 수 있게 한다.
전환기구(150)는 스테이지(110)와 장착대(140) 중 어느 한쪽을 수직축을 중심으로 180도 회전시킴에 따라 대상물(10)의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시킨다. 전환기구(150)는 공지의 다양한 회전 액추에이터를 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 전환기구(150)는 장착대(140)를 수직축을 중심으로 180도 회전시킬 수 있다. 모니터(120)와 카메라(130)는 장착대(140)에 함께 장착되므로, 수직축을 중심으로 180도 회전하는 장착대(140)에 의해 좌우 전환될 수 있다.
대상물(10)의 제1 검사 위치에서, 모니터(120)는 대상물(10)의 일측에서 주기적인 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 대상물(10)의 표면에 조사하고, 카메라(130)는 대상물(10)의 타측에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득할 수 있다.
대상물(10)의 제2 검사 위치에서, 모니터(120)는 좌우 전환되어 대상물(10)의 타측에 대응되고 카메라(130)는 좌우 전환되어 대상물(10)의 일측에 대응되므로, 모니터(120)는 대상물(10)의 타측에서 주기적인 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 대상물(10)의 표면에 조사하고, 카메라(130)는 대상물(10)의 일측에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득할 수 있다.
대상물(10)의 제1 검사 위치에서 대상물(10)의 표면에 대한 이미지를 획득할 때, 대상물(10)의 일측 외곽 부위가 카메라(130)와 멀리 위치됨으로 인해 대상물(10)의 일측 외곽 부위의 이미지 정보가 약할 수 있다. 하지만, 카메라(130)가 대상물(10)의 제2 검사 위치에서 좌우 전환된 상태로 대상물(10)의 일측 외곽 부위에 가깝게 위치해서 이미지를 획득하게 되므로, 대상물(10)의 양측 외곽 부위 모두에 대한 이미지 정보가 충분히 확보될 수 있다. 따라서, 대상물(10)의 표면 불량이 정확히 검사될 수 있다.
한편, 모니터(120)와 카메라(130)는 대상물(10)의 제1 검사 위치에서 대상물(10)의 표면 전체에 대한 이미지를 획득하고, 대상물(10)의 제2 검사 위치에서 대상물(10)의 표면 전체에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 물론, 모니터(120)와 카메라(130)는 대상물(10)의 제1 검사 위치에서 대상물(10)의 표면 절반에 대한 이미지를 획득하고, 대상물(10)의 제2 검사 위치에서 대상물(10)의 나머지 표면 절반에 대한 이미지를 획득할 수도 있다.
다른 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 전환기구(150)는 스테이지(110)를 수직축을 중심으로 180도 회전시킬 수 있다. 대상물(10)은 스테이지(110)에 안착되므로, 수직축을 중심으로 180도 회전하는 스테이지(110)에 의해 좌우 전환될 수 있다.
대상물(10)의 제1 검사 위치에서, 모니터(120)는 대상물(10)의 일측에서 주기적인 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 대상물(10)의 표면에 조사하고, 카메라(130)는 대상물(10)의 타측에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득할 수 있다.
대상물(10)의 제2 검사 위치에서, 대상물(10)은 좌우 전환되어 일측이 카메라(130)에 대응되고 타측이 모니터(120)에 대응되므로, 모니터(120)는 대상물(10)의 타측에서 주기적인 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 대상물(10)의 표면에 조사하고, 카메라(130)는 대상물(10)의 일측에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득할 수 있다.
이와 같이, 대상물(10)이 좌우 전환되어 양측 외곽 부위가 카메라(130)에 번갈아 가깝게 위치되므로, 대상물(10)의 양측 외곽 부위에 대한 이미지 정보가 충분히 확보될 수 있다.
컨트롤러(160)는 전환기구(150)에 의해 대상물(10)의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시킨다. 컨트롤러(160)는 제1,2 검사 위치에서 모니터(120)에 의해 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동(phase shifting)시켜가면서 카메라(130)에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물(10)의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다.
여기서, 컨트롤러(160)는 모니터(120)에 의해 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122) 순으로 조사하거나, 수직 격자 패턴(122)과 수평 격자 패턴(121) 순으로 조사하거나, 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)을 동시에 조사할 수 있다.
대상물(10)의 표면에 외관 불량이 있는 경우, 컨트롤러(160)에 의해 산출되어 구현된 위상 이미지와 기울기 이미지에 외관 불량 영역이 나타나게 된다. 컨트롤러(160)는 위상 이미지와 기울기 이미지를 처리해서 대상물(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별하게 된다.
예를 들어, 컨트롤러(160)는 위상 이미지와 기울기 이미지에 대해 레이블링(labeling) 기법을 이용하여 외관 불량 영역을 검출할 수 있다. 레이블링은 이미지의 모든 화소를 탐색하여 4-연결성(4-connected)이나 8-연결성(8-connected) 등으로 연결 관계를 이용함으로써, 번호를 매기는 방법으로 각 객체를 구분하는 방법이다.
컨트롤러(160)는 레이블링을 거친 위상 이미지 데이터 및 기울기 이미지 데이터를 기반으로 배경 영역과 외관 불량 영역을 구분하는 과정을 통해 외관 불량 영역을 검출할 수 있다. 컨트롤러(160)는 외관 불량 영역이 검출되면 대상물(10)의 표면에 대한 불량이 존재하는 것으로 판단한다.
이때, 컨트롤러(160)는 AND 연산을 통해 위상 이미지 데이터와 기울기 이미지 데이터 모두로부터 외관 불량 영역이 검출되면 대상물(10)의 표면에 대한 불량이 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 컨트롤러(160)는 제어프로그램을 수행할 수 있는 적어도 하나의 프로세서로 구성될 수 있다.
한편, 컨트롤러(160)는 모니터(120)에 의해 수평 격자 패턴(121)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(160)는 모니터(120)에 의해 수평 격자 패턴(121)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득하는 경우, 4개의 이미지의 밝기 값은 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112020061106505-pat00001
여기서, x, y는 공간 변수(spatial variables)이다.
Figure 112020061106505-pat00002
는 수평 격자 패턴의 평균 밝기 값이다.
Figure 112020061106505-pat00003
는 수평 격자 패턴의 가시도(visibility)이다.
Figure 112020061106505-pat00004
는 측정하고자 하는 위상 값이다.
Figure 112020061106505-pat00005
는 수평 격자 패턴을 δ만큼, 즉 90°씩 이동시킨 것을 의미한다.
상기 수학식 1에 표현된 4개의 이미지의 밝기 값들인,
Figure 112020061106505-pat00006
,
Figure 112020061106505-pat00007
,
Figure 112020061106505-pat00008
,
Figure 112020061106505-pat00009
을 삼각함수 동치값의 계산에 의해 변환한 후, 연립 방정식을 풀면, 하기 수학식 2와 같이 배터리 표면의 각 지점에 대한 위상
Figure 112020061106505-pat00010
을 구할 수 있다.
Figure 112020061106505-pat00011
이렇게 구해진 위상
Figure 112020061106505-pat00012
을 위상과 기울기의 관계를 나타내는 하기 수학식 3에 대입하면, 기울기를 구할 수 있다.
Figure 112020061106505-pat00013
여기서,
Figure 112020061106505-pat00014
,
Figure 112020061106505-pat00015
는 각각 국소 위치(
Figure 112020061106505-pat00016
)의 x축 및 y축 기울기이고, h는 데이터 간격, N는 데이터 개수이다.
이와 마찬가지로, 컨트롤러(160)는 모니터(120)에 의해 수직 격자 패턴(122)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득함으로써, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물(10)의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출할 수 있다.
여기서, 컨트롤러(160)는 수평 격자 패턴(121)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득한 후, 수직 격자 패턴(122)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득할 수 있다.
또는, 컨트롤러(160)는 수직 격자 패턴(122)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득한 후, 수평 격자 패턴(121)을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득할 수 있다.
또는, 컨트롤러(160)는 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)을 동시에 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 카메라(130)에 의해 4개의 이미지들을 순차적으로 획득할 수 있다. 이때, 컨트롤러(160)는 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)에 의해 동시에 획득된 이미지로부터 수평 격자 패턴(121)에 의한 이미지 데이터와 수직 격자 패턴(122)에 의한 이미지 데이터를 분리해서, 대상물(10)의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출할 수 있다.
컨트롤러(160)는 모니터(120)에 의해 불량 형상에 따라 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)의 격자 피치를 가변시켜 조사할 수 있다. 컨트롤러(160)는 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)의 격자 피치를 설정 범위에서 단계적으로 가변시키고, 각 단계마다 수평 격자 패턴(121)과 수직 격자 패턴(122)을 위상 이동시켜가며 이미지들을 획득할 수 있다.
또는, 컨트롤러(160)는 특정한 불량 형상 항목에 따라 선택된 격자 피치로 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 생성해서 위상 이동시켜가며 이미지들을 획득할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 표면 검사장치에 의하면, 카메라(130)가 대상물(10)의 양측 외곽 부위에 대해 번갈아 가깝게 위치된 상태로 대상물(10)의 표면에 대한 이미지를 획득하므로, 대상물(10)의 양측 외곽 부위에 대한 이미지 정보를 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 대상물(10)의 표면 불량이 정확히 검사될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 표면 검사장치에 의하면, 대상물(10)의 표면이 편평하지 않고 일부 굴곡진 형태로 이루어지더라도, 굴곡진 대상물(10) 표면의 음영 부위에 생긴 불량 부위를 정확하게 검출할 수 있으므로, 대상물(10)의 외관 불량을 정확하게 검사할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 검사장치에 대한 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 검사장치는 모니터들(220a, 220b)과, 비전기기(230), 및 컨트롤러(260)를 포함한다.
모니터들(220a, 220b)은 대상물(10)의 양측에 각각 배치되어 대상물(10)의 표면에 주기적인 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사한다. 여기서, 하나의 모니터(220a)가 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 대상물(10)의 표면 전체에 걸쳐 조사해서 비전기기(230)에 의해 이미지가 획득되게 한 후, 다른 하나의 모니터(220b)가 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 대상물(10)의 표면 전체에 걸쳐 조사해서 비전기기(230)에 의해 이미지가 획득되게 할 수 있다.
다른 예로, 하나의 모니터(220a)가 대상물(10)의 표면 절반에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사함과 동시에, 다른 하나의 모니터(220b)가 대상물(10)의 나머지 표면 절반에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사한 상태로 비전기기(230)에 의해 이미지가 획득되게 할 수도 있다. 본 실시예의 모니터들(220a, 220b)은 전술한 실시예의 모니터(120)와 각각 동일하게 구성되어 장착대(240)에 지지될 수 있다.
비전기기(230)는 모니터들(220a, 220b)로부터 대상물(10)의 표면에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)이 조사된 상태에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득한다. 일 예로, 비전기기(230)는 제1 카메라(231a)와 제2 카메라(231b)를 포함할 수 있다.
제1 카메라(231a)는 대상물(10)의 일측에 배치된 모니터(220a)로부터 대상물(10)의 표면에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)이 조사된 상태에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하도록 대상물(10)의 타측에 배치된다. 즉, 제1 카메라(231a)는 대상물(10)의 일측에 배치된 모니터(220a)로부터 대상물(10)을 사이에 두고 배치된다.
제2 카메라(231b)는 대상물(10)의 타측에 배치된 모니터(220b)로부터 대상물(10)의 표면에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)이 조사된 상태에서 대상물(10)의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하도록 대상물(10)의 일측에 배치된다. 즉, 제2 카메라(231b)는 대상물(10)의 타측에 배치된 모니터(220b)로부터 대상물(10)을 사이에 두고 배치된다.
제1,2 카메라(231a, 231b)는 모니터들(220a, 220b)이 대상물(10)의 표면에 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 조사하는 방식에 따라 대상물(10)의 표면 전체에 걸쳐 이미지를 획득하거나, 대상물(10)의 표면 절반씩 이미지를 획득할 수 있다. 제1,2 카메라(231a, 231b)는 장착대(240)에 지지될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 표면 검사장치에 의하면, 대상물(10)의 양측 외곽 부위에 대한 이미지 정보를 충분히 확보할 수 있으므로, 대상물(10)의 표면 불량을 정확하게 검사할 수 있다.
컨트롤러(260)는 모니터들(220a, 220b)에 의해 수평 격자 패턴(121) 및 수직 격자 패턴(122)을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 비전기기(230)에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물(10)의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별한다. 본 실시예의 컨트롤러(260)는 전술한 실시예의 컨트롤러(160)와 동일한 방식으로 대상물(10)의 표면에 대한 불량 여부를 판별할 수 있다.
다른 예로, 비전기기(330)는 도 7에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 비전기기(330)는 카메라(331)와, 제1 미러(332a)와, 제2 미러(332b), 및 프리즘(333)을 포함한다.
카메라(331)는 대상물(10)의 표면으로부터 반사되어 제1,2 경로(A, B)로 진행하는 광을 수신해서 이미지를 획득한다. 카메라(331)는 장착대(240)에 지지될 수 있다.
제1 미러(332a)는 대상물(10)의 표면으로부터 제1 경로(A)를 따라 반사되는 광을 받아서 반사시키도록 대상물(10)의 일측에 배치된다. 제1 미러(332a)는 장착대(240)에 지지될 수 있다. 제1 미러(332a)는 프리즘(333)의 제1 반사면(333a)과 함께 대상물(10)의 일측으로부터 카메라(331)로 제1 경로(A)를 따라 광이 진행하도록 유도한다. 제1 미러(332a)는 대상물(10)의 표면으로부터 수직면 기준으로 45도 경사져 반사되는 광을 프리즘(333)으로 반사시키도록 배치될 수 있다.
제2 미러(332b)는 대상물(10)의 표면으로부터 제2 경로(B)를 따라 반사되는 광을 받아서 반사시키도록 대상물(10)의 타측에 배치된다. 제2 미러(332b)는 장착대(240)에 지지될 수 있다. 제2 미러(332b)는 프리즘(333)의 제2 반사면(333b)과 함께 대상물(10)의 타측으로부터 카메라(331)로 제2 경로(B)를 따라 광이 진행하도록 유도한다. 제2 미러(332b)는 대상물(10)의 표면으로부터 수직면 기준으로 45도 경사져 반사되는 광을 프리즘(333)으로 반사시키도록 배치될 수 있다. 제2 미러(332b)는 대상물(10)을 사이에 두고 제1 미러(332a)와 좌우 대칭을 이루게 배치될 수 있다.
프리즘(333)은 제1 미러(332a)에 의해 반사된 광을 받아서 제1 경로(A)를 따라 카메라(331)로 반사시키고, 제2 미러(332b)에 의해 반사된 광을 받아서 제2 경로(B)를 따라 카메라(331)로 반사시킨다. 프리즘(333)은 제1,2 미러(332a, 332b) 사이에서 카메라(331)의 촬영 부위와 대응되게 배치될 수 있다. 프리즘(333)은 장착대(240)에 지지될 수 있다.
프리즘(333)은 양측에 제1,2 반사면(333a, 333b)을 갖는다. 제1 반사면(333a)은 제1 미러(332a)에 의해 반사된 광을 받아서 제1 경로(A)를 따라 카메라(331)로 반사시킨다. 제1 반사면(333a)은 제1 미러(332a)와 함께 제1 경로(A)를 만든다. 제2 반사면(333b)은 제2 미러(332b)에 의해 반사된 광을 받아서 제2 경로(B)를 따라 카메라(331)로 반사시킨다. 제2 반사면(333b)은 제2 미러(332b)와 함께 제2 경로(B)를 만든다. 제1,2 반사면(333a, 333b)은 좌우 대칭을 이루고, 수직면에 대해 45도 경사질 수 있다.
프리즘(333)은 2개의 미러들이 조합된 형태로 이루어지거나, 프리즘 베이스의 양측에 반사면을 갖는 형태로 이루어질 수 있다. 프리즘(333)과 제1,2 미러(332a, 332b)의 각 크기는 카메라(331)의 형태와 FOV(Field of View)에 따라 결정될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10..대상물 110..스테이지
120, 220a, 220b..모니터 121..수평 격자 패턴
122..수직 격자 패턴 130, 231a, 231b, 331..카메라
140, 240..장착대 150..전환기구
160, 260..컨트롤러 230, 330..비전기기
332a..제1 미러 332b..제2 미러
333..프리즘

Claims (7)

  1. 대상물을 상면에 안착시키는 스테이지;
    상기 스테이지에 안착된 대상물의 표면에 주기적인 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 조사하는 모니터;
    상기 모니터로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하는 카메라;
    상기 모니터와 카메라를 함께 장착하는 장착대;
    상기 스테이지와 장착대 중 어느 한쪽을 수직축을 중심으로 180도 회전시킴에 따라 대상물의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시키는 전환기구; 및
    상기 전환기구에 의해 대상물의 검사 위치를 제1 검사 위치로부터 제2 검사 위치로 전환시키고, 상기 제1,2 검사 위치에서 상기 모니터에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 상기 카메라에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물의 표면에 대한 불량 여부를 판별하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모니터에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 상기 카메라에 의해 이미지들을 순차적으로 획득하며;
    하기 수학식 1에 표현된 4개의 이미지의 밝기 값들인,
    Figure 112022005514496-pat00024
    ,
    Figure 112022005514496-pat00025
    ,
    Figure 112022005514496-pat00026
    ,
    Figure 112022005514496-pat00027
    을 삼각함수 동치값의 계산에 의해 변환한 후, 연립 방정식을 풀어서 하기 수학식 2와 같이 대상물 표면의 각 지점에 대한 위상
    Figure 112022005514496-pat00028
    을 구하고, 구해진 위상
    Figure 112022005514496-pat00029
    을 위상과 기울기의 관계를 나타내는 하기 수학식 3에 대입하여 기울기를 구하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
    [수학식 1]
    Figure 112022005514496-pat00030

    여기서, x, y는 공간 변수(spatial variables)이다.
    Figure 112022005514496-pat00031
    는 수평/수직 격자 패턴의 평균 밝기 값이다.
    Figure 112022005514496-pat00032
    는 수평/수직 격자 패턴의 가시도(visibility)이다.
    Figure 112022005514496-pat00033
    는 측정하고자 하는 위상 값이다.
    Figure 112022005514496-pat00034
    는 수평/수직 격자 패턴을 δ만큼, 즉 90°씩 이동시킨 것을 의미한다.
    [수학식 2]
    Figure 112022005514496-pat00035

    [수학식 3]
    Figure 112022005514496-pat00036

    여기서,
    Figure 112022005514496-pat00037
    ,
    Figure 112022005514496-pat00038
    는 각각 국소 위치(
    Figure 112022005514496-pat00039
    )의 x축 및 y축 기울기이고, h는 데이터 간격, N는 데이터 개수이다.
  2. 대상물의 양측에 각각 배치되어 대상물의 표면에 주기적인 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 조사하는 모니터들;
    상기 모니터들로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하는 비전기기; 및
    상기 모니터들에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 1주기 내에서 일정 각도만큼씩 위상 이동시켜가면서 상기 비전기기에 의해 이미지를 순차적으로 획득한 후, 획득된 이미지들을 기반으로 대상물의 표면에 대한 위상과 기울기를 산출함에 따라 대상물의 표면에 대한 불량 여부를 판별하는 컨트롤러;를 포함하며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모니터들에 의해 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴을 90°만큼씩 위상 이동시켜가면서 상기 비전기기에 의해 이미지들을 순차적으로 획득하며;
    하기 수학식 1에 표현된 4개의 이미지의 밝기 값들인,
    Figure 112022005514496-pat00040
    ,
    Figure 112022005514496-pat00041
    ,
    Figure 112022005514496-pat00042
    ,
    Figure 112022005514496-pat00043
    을 삼각함수 동치값의 계산에 의해 변환한 후, 연립 방정식을 풀어서 하기 수학식 2와 같이 대상물 표면의 각 지점에 대한 위상
    Figure 112022005514496-pat00044
    을 구하고, 구해진 위상
    Figure 112022005514496-pat00045
    을 위상과 기울기의 관계를 나타내는 하기 수학식 3에 대입하여 기울기를 구하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
    [수학식 1]
    Figure 112022005514496-pat00046

    여기서, x, y는 공간 변수(spatial variables)이다.
    Figure 112022005514496-pat00047
    는 수평/수직 격자 패턴의 평균 밝기 값이다.
    Figure 112022005514496-pat00048
    는 수평/수직 격자 패턴의 가시도(visibility)이다.
    Figure 112022005514496-pat00049
    는 측정하고자 하는 위상 값이다.
    Figure 112022005514496-pat00050
    는 수평/수직 격자 패턴을 δ만큼, 즉 90°씩 이동시킨 것을 의미한다.
    [수학식 2]
    Figure 112022005514496-pat00051

    [수학식 3]
    Figure 112022005514496-pat00052

    여기서,
    Figure 112022005514496-pat00053
    ,
    Figure 112022005514496-pat00054
    는 각각 국소 위치(
    Figure 112022005514496-pat00055
    )의 x축 및 y축 기울기이고, h는 데이터 간격, N는 데이터 개수이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비전기기는,
    대상물의 일측에 배치된 모니터로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하도록 대상물의 타측에 배치된 제1 카메라와,
    대상물의 타측에 배치된 모니터로부터 대상물의 표면에 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴이 조사된 상태에서 대상물의 표면으로부터 반사되는 이미지를 획득하도록 대상물의 일측에 배치된 제2 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 비전기기는,
    대상물의 표면으로부터 반사되어 제1,2 경로로 진행하는 광을 수신해서 이미지를 획득하는 카메라와,
    대상물의 표면으로부터 제1 경로를 따라 반사되는 광을 받아서 반사시키도록 대상물의 일측에 배치된 제1 미러와,
    대상대상물의 표면으로부터 제2 경로를 따라 반사되는 광을 받아서 반사시키도록 대상물의 타측에 배치된 제2 미러, 및
    상기 제1 미러에 의해 반사된 광을 받아서 제1 경로를 따라 상기 카메라로 반사시키고 상기 제2 미러에 의해 반사된 광을 받아서 제2 경로를 따라 상기 카메라로 반사시키는 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모니터에 의해 수평 격자 패턴과 수직 격자 패턴 순으로 조사하거나, 수직 격자 패턴과 수평 격자 패턴 순으로 조사하거나, 수평 격자 패턴과 수직 격자 패턴을 동시에 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 모니터에 의해 불량 형상에 따라 수평 격자 패턴 및 수직 격자 패턴의 격자 피치를 가변시켜 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 검사장치.
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