KR20020024657A - 부품 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 조명 장치와; 상기 조명 장치로부터의 광으로써 투영 격자의 영상을 만드는 투영 격자와; 상기 투영 격자의 영상을 전자 부품의 표면에 투영함으로써 상기 전자 부품의 표면에 투영 격자 무늬 영상을 형성함과 동시에, 상기 전자 부품의 표면으로부터 반사된 상기 투영 격자 무늬 영상을 결상시키는 캐서그레인 렌즈와; 상기 캐서 그레인 렌즈를 통과한 투영 격자 무늬 영상에 간섭됨으로써 모아레 무늬를 형성하기 위한 결상 격자와; 상기 모아레 무늬를 결상시키는 릴레이 렌즈와; 상기 모아레 무늬를 촬상하기 위한 CCD 카메라와; 상기 CCD 카메라에서 촬상된 모아레 무늬를 신호 처리 하여 3 차원 영상을 형성하는 신호 처리부;를 구비하는 부품 검사 장치가 제공된다.

Description

부품 검사 장치{Apparatus for inspecting parts}

본 발명은 부품 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모아레(Moire) 간섭 무늬를 이용하는 부품 장치에서 캐서그레인(cassegrain) 렌즈를 구비함으로써 성능이 개선된 부품 검사 장치에 관한 것이다.

통상적으로 전자 부품을 인쇄 회로 기판에 장착하는 표면 실장기에서는 부품 정렬 장치와 함께, 부품 자체의 이상을 검사하는 부품 검사 장치가 구비된다. 부품 검사 장치는 예를 들면 전자 부품의 리드의 들뜸 및, 볼 그리드 어레이의 볼을 검사하게 된다.

부품 검사 장치중에는 모아레 간섭 무늬를 이용하여 3 차원 형상을 측정하는 경우가 있다. 모아레를 이용한 부품 검사 장치로 3 차원의 형상을 측정시에는 측정 대상 물체의 표면에 격자를 새기는데, 이것은 그림자식과 영사식으로 구분할 수 있다. 즉, 격자를 물체위에 형성하는 방법은 물체의 표면에 직접 격자를 새기는 그림자식 모아레 방법과, 조명광에 의해서 투과형 격자의 그림자가 물체에 비쳐서 마치 격자가 있는 것처럼 보이게 하는 영사식 모아레 방법이 있다.

상기 두가지 방법중 영사식 모아레는 기준 격자를 물체와 근접하게 위치시키는 것과는 달리 투영 렌즈를 이용하여 측정 대상인 물체면에 격자를 투영시킨다. 영사식 모아레의 광학계는 영사 격자의 투영을 위한 투영 시스템과 투영 렌즈에 의해서 측정 대상 물체에 투영되어지고, 측정 대상물에 의해 변형된 격자는 다시 결상 렌즈에 의해 기준 격자상에 결상된다. 이때 제대로 된 모아레 무늬를 얻기 위해서는 투영 시스템과 결상 시스템에서 격자와 렌즈가 광축과 평행한 축에 대해서 대칭적으로 구성되어야 한다.

도 1에 도시된 것은 영사식 모아레 방법을 이용하는 통상적인 부품 검사 장치의 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 전자 부품의 표면에 투영된 격자 무늬 영상을 형성하기 위해서, 조명 장치(12)와, 상기 조명 장치(12)로부터의 광으로 투영 격자의 영상을 만들기 위한 투영 격자(13a, 도 2)와, 상기 측정 부품(16)의 표면에 투영 격자 영상을 투영시키는 투영 렌즈(14)를 구비한다. 측정 대상인 전자 부품(16)은 노즐(15)에 흡착된 상태로 이동하게 되며, 전자 부품(16)의 표면에 대한 투영 격자 영상의 투영은 미러(17)를 통해서 이루어진다. 조명 장치(12)로부터 입사된 광은 투영 렌즈(14)를 통해서 전자 부품(16)의 표면에 투영 격자의 영상을 투영함으로써 투영 격자 무늬 영상를 형성한다. 이때 전자 부품(16)의 표면이 변형되어 있으면 변형된 표면의 형상에 따라서 투영 격자 무늬가 휘어진 형태로 전자 부품(16)의 표면에 결상될 것이다.

한편, 전자 부품(16)의 표면에 형성된 투영 격자 무늬 영상이 기준 격자와 겹쳐져서 모아레 무늬를 형성하도록, 결상 렌즈(18)와 기준 격자를 구비한다. 상기의 투영 격자와 기준 격자는 단일의 글래스상에 형성되거나, 또는 별개의 글래스상에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서는 투영 격자와 기준 격자가 단일의 글래스상에 형성되며, 도면 번호 13으로 표시된 것은 투영 격자와 기준 격자가 함께 형성된 격자 글래스(13a, 도 2)를 설치한 격자 글래스 설치부이다.

미러(17)에서 반사된 투영 격자 무늬 영상은 결상 렌즈(18)를 통해서 기준격자와 겹쳐짐으로써 모아레 무늬를 형성하게 된다. 기준 격자는 격자 글래스(13a)상에 형성되어 있으며, 이렇게 형성된 모아레 무늬는 렌즈(19)에 의해 초점이 맞추어져서 촬상용 CCD 카메라(20)에 의해 촬상되며, 도시되지 아니한 신호 처리부에서 영상 처리를 통해서 3차원적으로 재구성되며, 이러한 3차원 영상을 통해서 전자 부품(16)의 이상 여부를 검사할 수 있다. 또한 흡착 노즐(15)을 제외하고는 모든 구성 요소들이 하나의 모듈(11)내에 설치되어 있다.

상기 모듈(11)내에서, 각각의 투영 광학계와 결상 광학계의 광축은 서로 평행하여야 하며, 광학계가 가지는 수차등의 영향을 최소화 하기 위해서는 동일한 광학계를 사용하는 것이 바람직스럽다. 또한 렌즈들이 두 광축에 수직인 한 평면상에 위치해야 하며, 정확한 높이 정보를 얻기 위해서는 렌즈의 왜곡이 없어야 한다. 더욱이 두개의 광학계는 동일한 상태로 세팅되어야 하는데, 예를 들면 배율, 두 광학계 사이의 평행도, 광축과의 직작도등이 맞아야 하며, 투영 광학계 렌즈의 중심이 아닌 부분을 사용함으로써 생기는 왜곡을 없애야 한다. 이러한 에러 요인을 없애기 위해서는 정밀 가공을 통해서 두 광학계를 정확히 맞추어야 하며, 왜곡이 없는 결상 렌즈를 설계하여 사용해야 한다. 그러나, 실제에 있어서는 두개의 투영 렌즈 및, 결상 렌즈를 별도로 구비하고 있으므로 이들의 광학계를 동일한 상태로 세팅하는 것은 매우 곤란하여, 정확한 측정에 많은 어려움이 따른다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모아레 간섭 무늬를 이용하는 개선된 부품 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모아레 간섭 무늬를 형성하는데 있어서 광학계의 제어를 용이하게 하도록 캐서그레인 렌즈를 구비하는 개선된 부품 검사 장치를 제공하는 것이다.

도 1에 도시된 것은 모아레 간섭 무늬를 이용하는 통상적인 부품 검사 장치에 대한 개략적인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 부품 검사 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 부품 검사 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 4는 캐서그레인 렌즈의 개략적인 구성을 도시하는 단면도.

도 5는 도 3에서 사용되는 격자 글래스에 대한 정면도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 측정 장치 모듈 12. 조명 장치

13. 격자 글래스 설치부 14. 투영 렌즈

15. 흡착 노즐 16. 전자 부품

17. 미러 18. 결상 렌즈

32. 조명 장치 34. 캐서그레인 렌즈

39. 릴레이 렌즈 41. 비임 스프리터

42. 결상 격자 글래스 46. 전자 부품

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 조명 장치와; 상기 조명 장치로부터의 광으로써 투영 격자의 영상을 만드는 투영 격자와; 상기 투영 격자의 영상을 전자 부품의 표면에 투영함으로써 상기 전자 부품의 표면에 투영 격자 무늬 영상을 형성함과 동시에, 상기 전자 부품의 표면으로부터 반사된 상기 투영 격자 무늬 영상을 결상시키는 캐서그레인 렌즈와; 상기 캐서 그레인 렌즈를 통과한 투영 격자 무늬 영상에 간섭됨으로써 모아레 무늬를 형성하기 위한 결상 격자와; 상기 모아레 무늬를 결상시키는 릴레이 렌즈와; 상기 모아레 무늬를 촬상하기 위한 CCD 카메라와; 상기 CCD 카메라에서 촬상된 모아레 무늬를 신호 처리 하여 3 차원 영상을 형성하는 신호 처리부;를 구비하는 부품 검사 장치가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 투영 격자와 기준 격자는 동일한 글래스 상에 크롬 재료를 소정 형상으로 도포함으로써 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 투영 격자는 격자 주기의 1/4 주기 만큼씩 변위시켜서 형성된 다섯개의 투영 격자로서 형성되고, 상기 투영 격자와 기준 격자는 별도의 격자 글래스 상에 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 캐서그레인 렌즈는 통공이 형성된 파라볼라 미러와; 상기 파라볼라 미러와 배향되도록 설치된 하이퍼볼라 미러;를 구비한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 것은 본 발명에 따른 부품 검사 장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도면을 참조하면, 전자 부품의 표면에 투영된 격자 무늬 영상을 형성하기 위해서, 조명 장치(32)와, 상기 조명 장치(32)로부터의 광으로 투영 격자의 영상을 만들기 위해서 조명 장치의 전방에 배치된 격자 글래스(33)와, 상기 격자 글래스(33)에 형성된 투영 격자의 영상을 측정 부품(46)의 표면에 투영시키는 캐서그레인 렌즈(34)를 구비한다. 측정 대상인 전자 부품(46)은 위에서 설명된 바와 같이 노즐(미도시)에 흡착된 상태로 이동하게 되며, 캐서그레인 렌즈(34)를 통해서 입사되는 투영 격자의 영상은 전자 부품(46)의 표면에 대하여 미러(미도시)를 통해서 이루어질 수 있다. 캐서그레인 렌즈(34)는 이후에 보다 상세하게 설명될 것이지만, 통공이 형성된 파라볼라 미러와, 상기 파라볼라 미러에 대향되게 설치된 하이퍼볼라 미러를 구비한 것이다. 캐서그레인 렌즈(34)를 통해서 입사된 투영 격자의 영상은 전자 부품(46)의 표면이 변형되어 있으면 변형된 표면의 형상에 따라서 휘어진 형태로 전자 부품(46)의 표면에 결상될 것이다.

한편, 전자 부품(46)의 표면에 형성된 투영 격자 무늬 영상은 기준 격자 무늬와 겹쳐져서 모아레 무늬를 형성하게 되는데, 이는 전자 부품(46)의 표면에 투영된 투영 격자 무늬가 다시 캐서그레인 렌즈(35)를 통과하여 격자 글래스(42)의 기준 격자와 합쳐짐으로써 이루어진다. 즉, 변형된 전자 부품(46)의 표면에 투영되어 휘어지는등의 상태가 된 투영 격자 무늬는 다시 캐서그레인 렌즈(35)를 통과하여 격자 글래스(33)에 형성된 기준 격자와 합쳐짐으로써 모아레 무늬를 형성하게 되며, 그러한 모아레 무늬는 릴레이 렌즈(39)를 통해서 카메라(40)에 의해 촬상된다. 격자 글래스(42)에는 투영 격자와 기준 격자인 결상 격자가 함께 형성될 수 있으며, 다른 예에서는 다른 격자 글래스상에 형성될 수도 있다. 이렇게 형성된 모아레 무늬는 릴레이 렌즈(39)를 통해서 CCD 카메라에 촬상된다.

도 4에 도시된 것은 캐서그레인 렌즈(cassegrain lens)의 개략적인 구성을 도시하는 단면도이다.

도면을 참조하면, 캐서그레인 렌즈(35)는 통공(43)이 형성된 파라볼라 미러(41)와, 상기 파라볼라 미러(41)와 대향되도록 배치된 하이퍼볼라 미러(42)를 구비한다. 파라볼라 미러(41)는 오목한 거울면을 가지고 있으며, 파라볼라 미러(41)의 거울면에 입사된 영상은 하이퍼볼라 미러(41)를 향해 반사될 것이다. 반대로 하이퍼볼라 미러(42)는 볼록한 거울면을 가지고 있으며, 하이퍼볼라 미러(42)의 거울면에 입사된 영상은 파라볼라 미러(41)의 통공(43)을 통해서 전자 부품(46)의 표면을 향해 반사될 수 있다. 역으로, 전자 부품(46)의 표면에 투영된 영상은 통공(43)을 통해서 하이퍼볼라 미러(42) 및, 파라볼라 미러(41)의 거울면에서 차례로 반사되어 도 3에 도시된 바와 같이 릴레이 렌즈(39)를 통해 카메라(40)로 촬상할 수 있는 것이다.

위에서 설명된 바와 같이, 캐서그레인 렌즈(35)를 통해서 격자 글래스(33)상에 다시 투영되는 투영 격자 무늬 영상은 기준 격자인 결상 격자와 겹쳐짐으로써 모아레 무늬를 형성하게 된다. 도 5에 도시된 것은 하나의 격자 글래스(33)상에 결상 격자(51)와 투영 격자(52,53,54,55,56)들이 형성된 것을 나타낸다. 투영 격자는 그 격자의 무늬가 1/4 주기 만큼씩 이동된 것이다. 즉, 격자(52)는 격자 무늬의 주기 이동이 제로인데 반해서, 다른 격자(53)는 주기가 1/4λ 만큼 이동된 것이고, 다른 격자(54,55,56)들도 그 이전의 격자들보다 주기가 1/4λ 만큼 이동된 것이다. 격자들은 투명한 글래스 위에 블랙의 색상을 가지는 크롬을 소정 형상으로 도포함으로써 얻어진 것이다.

위와 같이 형성된 모아레 무늬는 릴레이 렌즈(39)에 의해 초점이 맞추어져서 촬상용 CCD 카메라(40)에 의해 촬상되며, 도시되지 아니한 신호 처리부에서 영상 처리를 통해서 3차원적으로 재구성되며, 이러한 3차원 영상을 통해서 전자 부품(46)의 이상 여부를 검사할 수 있다. 또한 흡착 노즐(미도시)을 제외한 모든 구성 요소들이 하나의 모듈내에 설치되어 있다는 점은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다.

위와 같은 부품 검사 장치의 작동을 살펴보면, 투영 격자 영상을 전자 부품의 표면에 투영하고 이를 다시 기준 격자에 결상시켜서 모아레 무늬를 얻게 되며, 이렇게 얻어진 모아레 무늬는 그 위상을 검출하여야 한다. 위상을 검출하는 방법은 투영 격자를 격자 주기의 1/4 주기 만큼씩 5회 이동시켜서 제 1 내지 제 5의 모아레 무늬 영상을 만들고, 각 위치마다의 강도 분포를 구해서 그것을 다음의 소정식에 대입함으로써 위상을 검출하는 것이다. 격자 글래스(33)를 1/4 주기로 5회 이동시키면, 투영 격자의 위상은 각각 0도, 90도, 180도 및, 360도가 된다. 이러한 투영 격자의 각 위상에서의 강도 분포를 I₁,I₂,I₃,I₄, 및,I₅라 하면, 다음 식에 의해서 각 점의 위상 값을 얻을 수 있다.

Φ(x,y)= tan^-12(I₄-I₂)/(I₁-2I₃+3I₅)

상기의 식으로부터 구한 강도 분포의 위상값을 다음의 식에 대입함으로써 각 지점에서의 변위 h(x,y)를 구하여 3차원의 영상을 만들 수 있다.

h(x,y)=λ_eqㆍΦ(x,y)/2π

여기에서 λ_eq는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

λ_eq==ℓ² _ㆍg/fㆍd

상기의 ℓ는 결상렌즈의 작동 거리, g는 격자의 피치, f는 결상렌즈의 초점 거리, d 는 결상렌즈와 투영 렌즈의 광축 사이의 거리를 표시한다.

위에 설명된 식을 사용하여 각 점에서의 변위를 구하면 3차원 영상을 만들 수 있다. 이러한 3차원 영상은 부품의 위치 및, 리드 또는 볼에 관련된 정보를 가지고 있고 이를 통해서 부품의 위치, 리드 들뜸의 측정 및, 볼의 검사를 수행할 수있다.

위와 같은 방법으로 검사된 전자 부품들은 그 불량 여부에 따라서, 양품인 부품을 흡착한 흡착 노즐이 인쇄 회로 기판의 상부로 이동하여 부품 장착을 수행하던지, 또는 불량품인 전자 부품을 폐기시키던지 한다.

본 발명에 따른 부품 검사 장치는 캐서그레인 렌즈를 구비함으로써 결상 및, 투영을 위해 필요하였던 렌즈들의 기능을 하나의 렌즈로써 수행할 수 있으므로, 렌즈의 왜곡을 제거하기가 용이하다는 장점이 있다. 또한 두개의 투영, 결상 광학계를 하나로 통합하였기 때문에 두 광학계의 광축의 평행성 및, 동일성을 획득하는 곤란함으로 경감시킬 수 있다는 장점을 가진다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예지적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 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.

Claims (4)

1. 조명 장치와;

   상기 조명 장치로부터의 광으로써 투영 격자의 영상을 만드는 투영 격자와;

   상기 투영 격자의 영상을 전자 부품의 표면에 투영함으로써 상기 전자 부품의 표면에 투영 격자 무늬 영상을 형성함과 동시에, 상기 전자 부품의 표면으로부터 반사된 상기 투영 격자 무늬 영상을 결상시키는 캐서그레인 렌즈와;

   상기 캐서 그레인 렌즈를 통과한 투영 격자 무늬 영상에 간섭됨으로써 모아레 무늬를 형성하기 위한 결상 격자와;

   상기 모아레 무늬를 결상시키는 릴레이 렌즈와;

   상기 모아레 무늬를 촬상하기 위한 CCD 카메라와;

   상기 CCD 카메라에서 촬상된 모아레 무늬를 신호 처리 하여 3 차원 영상을 형성하는 신호 처리부;를 구비하는 부품 검사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 투영 격자와 기준 격자는 동일한 글래스 상에 크롬 재료를 소정 형상으로 도포함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 부품 검사 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 투영 격자는 격자 주기의 1/4 주기 만큼씩 변위시켜서 형성된 다섯개의 투영 격자로서 형성되고, 상기 투영 격자와 기준 격자는 별도의 격자 글래스 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 부품 검사 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 캐서그레인 렌즈는 통공이 형성된 파라볼라 미러와; 상기 파라볼라 미러와 배향되도록 설치된 하이퍼볼라 미러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 부품 검사 장치.