KR20020084974A - 3차원 납땜검사장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납땜상태를 3차원으로 복원하여 작업자가 용이하게 납땜상태를 검사할 수 있도록 하여 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있는 3차원 납땜검사장치와 그 제어방법에 관한 것으로, 다수의 발광소자를 구비하는 조명모듈, 조명모듈의 일측에 설치되어 상기 조명모듈의 내측에 위치하는 피사체를 촬영하는 촬영부, 촬영부에 의해 촬영된 영상에서 프레임 이미지를 캡춰하는 이미지처리부, 프레임 이미지의 데이터를 저장하는 저장부, 프레임 이미지로부터 3차원 특징을 추출하여 3차원 영상으로 복원하는 제어부, 제어부의 제어에 따라 3차원 영상을 디스플레이하는 표시부를 포함하고, 발광소자를 점등시켜 프레임 이미지를 취득하며, 취득된 프레임 이미지를 분할하고 수치화하고, 분할되고 수치화된 프레임 이미지에서 3차원특징값을 추출하며, 추출된 3차원 특징값을 3차원 이미지로 복원함으로써, 시각적으로 납땜상태의 확인이 용이하며 검사결과의 신뢰성이 우수하여 불량률을 감소시키며, 복잡한 형상의 PCB기판의 검사도 신속하게 진행할 수 있어 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

3차원 납땜검사장치 및 그 제어방법{3 dimensional soldering inspection apparatus and its control method}

본 발명은 납땜 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 납땜 표면을 3차원으로 복원하여 납땜불량 여부를 확인할 수 있는 3차원 납땜 검사장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기 및 전자기판의 제조공정에서는 부품을 장착하여 리플로우(reflow)를 수행한 후 각 부품마다 납땜된 상태를 검사하는 공정이 포함된다.

납땜된 상태를 검사하기 위한 종래의 방법으로 작업자가 직접 육안으로 검사를 실시하면서 작업을 수행하기 때문에 작업자의 컨디션과 숙련도에 따라 제품의 품질이 일정하지 않게 되며, 또한 복잡한 PCB기판을 검사할 경우 검사시간이 오래 걸려 생산성이 현저하게 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 납땜상태를 3차원으로 복원하여 작업자가 용이하게 납땜상태를 검사할 수 있도록 하여 생산성 및 품질을향상시킬 수 있는 3차원 납땜검사장치와 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 외관을 보인 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 조명모듈의 사시도.

도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 작동을 설명하기 위한 설명도.

도 5는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 동작예를 설명하기 위한 설명도.

도 7a 내지 7d는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 동작예를 설명하기 위한 설명도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10:입력부 20:촬영부

30:이미지처리부 41:제 1 저장부

42:제 2 저장부 50:제어부

60:조명모듈구동부 70:조명모듈

71:촬영공 72:발광소자

80:표시구동부 90:표시부

100:피사체

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 납땜 검사장치는, 다수의 발광소자를 구비하는 조명모듈, 조명모듈의 일측에 설치되어 상기 조명모듈의 내측에 위치하는 피사체를 촬영하는 촬영부, 촬영부에 의해 촬영된 영상에서 프레임 이미지를 캡춰하는 이미지처리부, 프레임 이미지의 데이터를 저장하는 저장부, 프레임 이미지로부터 3차원 특징을 추출하여 3차원 영상으로 복원하는 제어부, 제어부의 제어에 따라 3차원 영상을 디스플레이하는 표시부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 제어방법은, 발광소자를 점등시켜 프레임 이미지를 취득하는 이미지 취득단계, 이미지 취득단계에서 취득된 프레임 이미지를 분할하고 수치화 하는 처리단계, 처리단계에서 분할되고 수치화된 프레임 이미지에서 3차원특징값을 추출하는 추출단계, 추출단계에서 추출된 3차원 특징값을 3차원 이미지로 복원하는 복원단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치는 작동명령을 비롯한데이터를 입력하기 위한 입력부(10)와, 다수의 발광소자가 부설된 조명모듈(70)과, 상기 조명모듈(70)을 구동하는 조명모듈구동부(60)와, 상기 조명모듈(70)의 일측에 설치되어 피사체를 촬영하며 CCD카메라로 구현 가능한 촬영부(20)와, 상기 촬영부(20)를 통하여 촬영되는 영상에서 프레임 이미지를 캡춰하여 미리 설정된 처리를 하는 이미지처리부(30)와, 이미지 데이터로부터 피사체의 3차원 특징을 추출하여 3차원 영상으로 복원하는 제어부(50)와, 상기 3차원 영상을 표시하는 표시부(90)와 표시부(90)를 구동하는 표시구동부(80)로 이루어진다.

본 발명에 따른 납땜검사장치는, 또한 데이터 저장을 위한 저장부(40)를 포함하는데, 상기 저장부(40)는 전체 동작에 관련된 프로그램을 저장하는 제 1 저장부(41)와, 이미지 처리에 관련된 데이터를 저장하는 제 2 저장부(42)로 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 전체적인 외관을 보인 사시도이다.

도 2를 참조하면, 조명모듈구동부(60)와 접속된 조명모듈(70)이 피사체(100)를 덮고 있으며, 촬영부(20)는 이미지처리부(30)와 접속된다. 조명모듈(70)의 상부에는 상기 촬영공(71)을 통하여 피사체(100)를 촬영할 수 있도록 이미지처리부(30)와 접속되는 촬영부(20)가 상기 조명모듈(70)의 상측에 설치되며, 본 실시예에서 촬영부(20)가 촬영하기 위한 피사체의 면적은 약 3㎝ ×3㎝가 바람직하지만 납땜의 크기에 따라 변경될 수 있다..

도 3은 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 조명모듈의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 상기 조명모듈(70)은 바닥이 개구된 형태의 반구형의 혹은 그와 유사한 돔 형태이며, 그 내주면에는 다수의 발광소자(72)가 다단으로 설치되며 상기 발광소자(72)는 등간격 환상으로 배치된다. 이때 상기 발광소자(72)는 반드시 등간격으로 설치될 필요는 없다. 또한 발광소자(72)는 제어부(50)의 제어를 받는 조명모듈구동부(60)의 제어에 따라 한개 혹은 수개씩 묶어 점광원 형태로 구동되며, 온/오프로 작동될 뿐만 아니라 최저 조도와 최고 조도 사이에서 가변적으로 작동될 수 있다.

이하에서는 3차원 납땜 검사장치의 작동원리를 설명하도록 한다.

본 발명은 조명모듈(70)의 상부 일측에 설치된 촬영부(20)에 대해서 피사체(100), 즉 검사하고자 하는 물체에 대한 모든 가능한 입사각을 결정짓기 위해서 조명모듈(70)의 발광소자(72)를 점광원 형태로 이용한다.

도 4a는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 작동원리를 설명하기 위한 설명도이다.

도 4a를 참조하면, 한개의 발광소자(72), 즉 광원에서 발산되는 빛이 납땜표면(101)에서 반사되어 촬영부(20)로 입사될 경우, 도시한 바와 같이 빛이 반사되는 납땜표면(101)을 원점으로 하여 광원의 벡터는이며, 촬영부(20)로 입사되는 빛의 벡터(이하 촬영부 벡터라 칭함)는이다. 이때, 광원의 벡터()와 촬영부 벡터()의 합은이며 납땜표면의 법선벡터가 되고 상기 법선벡터의 단위벡터는이다. 즉, 납땜표면(101)에 대한 광원 및 촬영부 벡터의 합()은 상기 납땜표면(101)에 대한 법선벡터가 된다.

따라서,를 Z=0 평면 상에서 k번째 영상의 밝기 값으로 설정하면, k번째 영상(또는 그에 상응하는 솔더표면)의 점(i,j)의 법선벡터는 (수학식 1)과 같이 정의 된다.

이때,는 k번째 영상을 분석하여 계산된 점 (i,j)에서의 법선벡터이고,는 분석하고자 하는 영상(혹은 납땜 표면)의 점(i,j)에 대한 k번째 LED의 위치 벡터이다.은 납땜표면에 사영(projected)된 점(i,j)에 대한 촬영부의 위치 벡터이다.

도 4b는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 작동원리를 설명하기 위한 설명도이다.

도 4b를 참조하면,이고일 경우,라고 할 수 있다. 그리고 가중치 성분은 영상의 밝기 값에 대한 함수로써이다.

모두 k개의 영상을 이용하여 (수학식 2)와 같은 벡터장을 산출할 수 있다.

벡터장을 산출한 후에는 상기 벡터장으로부터 납땜형상을 산출한다.

솔더 표면 높이 결정 함수는 (수학식 3)과 같다.

상기 (수학식 3)은 (수학식 4)와 같이 변형할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 납땜검사장치의 제어방법을 상세하게 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

제어부(50)는 조명모듈구동부(60)를 제어하여 조명모듈(70)의 발광소자(72)를 점광원으로 작동시킨다(S10). 이때 발광소자(72)는 한개 혹은 수개씩 묶어 점광원으로 구동시킬 수 있다. 발광소자(72)가 점등되면 이미지처리부(30)는촬영부(20)가 촬영한 화상에서 프레임 이미지를 캡춰(capture 혹은 grab)한다(S20). 상기 캡춰된 프레임 이미지는 도 6a 및 도 7a에 도시한 바와 같다.

이미지처리부(30)는 캡춰된 상기 프레임 이미지를 다수의 셀(즉, 매트릭스(i×j))로 분할하고, 각 셀마다 빛의 밝기의 정도를 산출하여 이미지 처리를 한다. 상기 프레임 이미지의 처리는 도 6b, 6c 및 도 7b, 7c에 도시한 것과 같다.

그리고 그에 대한 데이터를 제어부(50)로 전송한다(S30). 제어부(50)는 이미지처리부(30)에서 출력되는 데이터를 제 2 저장부(42)에 저장한다(S40). 상기 셀(i,j)은 전술한 점(i,j)을 면적으로 변형한 것이다.

제어부(50)는 모든 발광소자(72), 즉 점광원이 점등되었는지를 판단한다(S50). 단계(S50) 모든 발광소자(72)가 점등되지 않았다고 판단되면 상기와 같은 동작을 재 수행한다.

따라서 상기와 같은 동작을 조명모듈(70)의 모든 발광소자(72)에 대하여 실시하면 점광원으로 점등된 발광소자, 즉 점광원의 수와 같은 수의 프레임 이미지를 얻을 수 있으며, 모든 프레임 이미지의 데이터는 제 2 저장부(42)에 저장된다.

단계(S50)에서 모든 점광원이 점등되었다고 판단되면 제어부(50)는 제 2 저장부(42)에 저장된 첫 번째 점광원(k=1)에 대한 프레임 이미지의 각 셀(i,j)의 단위벡터, 즉를 전술한 (수학식 1)에 의해 각각 산출하고 빛의 밝기를 산출(S60)하여 제 2 저장부(42)에 저장한다(S70). 상기 셀의 단위벡터는 전술한 바와 같이 미리 설정된 점광원 및 촬영수단 벡터의 합에 대한 단위벡터가 상기 셀의 단위벡터가 된다.

제어부(50)는 모든 프레임 이미지의 데이터 처리가 완료되었는지를 판단한다(S80). 단계(S80)에서 모든 프레임 이미지의 처리가 완료되지 않았다고 판단되면 제어부(50)는 동일한 방법에 의해 나머지 점광원에 대한 프레임 이미지의 각 셀의 단위벡터 및 빛의 밝기정도를 산출하여 제 2 저장부(42)에 저장한다.

단계(S80)에서 모든 프레임 이미지의 처리가 완료되었다고 되었다고 판단되면 제어부(50)는 제 2 저장부(42)에 저장되어 있는 상기 데이터에 기초하여 3차원 복원을 하기 위한 3차원 특징을 추출한다(S90).

3차원 특징의 추출하기 위하여 제어부(50)는 모든 이미지 프레임에 대하여 동일한 위치의 셀의 데이터를 비교하여 빛의 밝기정도가 가장 밝은 이미지 프레임의 해당 셀을 기준 셀로 설정한다. 그리고 제어부(50)는 기준 셀로 설정된 셀의 단위벡터와 빛의 밝기정도 데이터를 제 2 저장부(42)에 저장하고 해당 셀의 기준데이터로 설정한다. 그리고 제어부(50)는 상기와 같은 동작을 반복하여 모든 셀(i,j)에 대하여 기준데이터를 산출하고 제 2 저장부(42)에 저장한다. 그리고 제어부(50)는 전술한 (수학식 2)에 의해 벡터장()을 산출한다. 또한 제어부(50)는 산출된 벡터장으로부터 전술한 납땜 표면 높이 결정 함수인 (수학식 3) 혹은 (수학식 4)에 의해 납땜형상을 산출한다.

3차원 특징의 추출이 완료되면 제어부(50)는 그 추출된 특징에 따라 피사체(100)의 3차원이미지를 복원한다(S100). 제어부(50)는 표시구동부(80)를 제어하여 복원된 3차원 이미지를 표시부(90)에 디스플레이 한다. 상기 복원된 3차원이미지는 도 6d 및 도 7d에 도시한 것과 같다. 이에 따라 관리자는 표시부(90)에 디스플레이된 3차원 이미지를 보며 납땜상태를 육안으로 확인할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 납땜검사장치와 그 제어방법에 의하면, 서로 다른 조사각도 및 조사위치를 가지는 점광원에 의해 다수의 이미지를 취득하고 그 이미지로부터 3차원 특징을 추출하여 3차원 영상으로 복원함으로써 시각적으로 납땜상태의 확인이 용이하며 검사결과의 신뢰성이 우수하여 불량률을 감소시키며, 복잡한 형상의 PCB기판의 검사도 신속하게 진행할 수 있어 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 다수의 발광소자를 구비하는 조명모듈,

   상기 조명모듈의 일측에 설치되어 상기 조명모듈의 내측에 위치하는 피사체를 촬영하는 촬영부,

   상기 촬영부에 의해 촬영된 영상에서 프레임 이미지를 캡춰하는 이미지처리부,

   상기 프레임 이미지의 데이터를 저장하는 저장부,

   상기 프레임 이미지로부터 3차원 특징을 추출하여 3차원 영상으로 복원하는 제어부,

   상기 제어부의 제어에 따라 3차원 영상을 디스플레이하는 표시부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조명모듈은 상기 피사체를 덮을 수 있는 반구형 케이스의 내주면에 다수의 발광소자가 상기 피사체에 대하여 서로 다른 조사각도 및 조사위치를 가지도록 일정간격으로 다단 설치되며, 상기 피사체를 상기 촬영부가 촬영할 수 있도록 상측에 소정크기의 찰영공이 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 촬영부는 상기 홀을 통하여 상기 피사체를 촬영할 수 있도록 설치되며, CCD카메라 인 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 이미지 처리부는 상기 촬영부를 통하여 촬영된 영상에서 프레임 이미지를 캡춰하여 다수의 셀로 분할하고, 상기 각 셀의 빛의 밝기의 값을 산출하여 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 이미지처리부로부터 출력되는 상기 프레임 이미지의 데이터를 상기 저장부에 저장하며, 그 데이터로부터 상기 피사체의 납땜표면의 단위벡터 및 납땜표면 형상을 추출하여 3차원 영상으로 복원하는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치.
6. 다수의 발광소자를 구비하는 조명모듈, 상기 조명모듈의 일측에 설치되어 피사체를 촬영하는 촬영부, 상기 촬영부에 의해 촬영된 영상에서 프레임 이미지를 캡춰하는 이미지처리부, 상기 프레임 이미지로부터 3차원 특징을 추출하여 3차원 영상으로 복원하는 제어부, 상기 제어부의 제어에 따라 3차원 영상을 디스플레이하는 표시부를 포함하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법에 있어서,

   상기 발광소자를 점등시켜 프레임 이미지를 취득하는 이미지 취득단계,

   상기 이미지 취득단계에서 취득된 상기 프레임 이미지를 분할하고 수치화 하는 처리단계,

   상기 처리단계에서 분할되고 수치화된 상기 프레임 이미지에서 3차원특징값을 추출하는 추출단계,

   상기 추출단계에서 추출된 3차원 특징값을 3차원 이미지로 복원하는 복원단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 이미지 취득단계는, 상기 발광소자를 점광원으로하여 순차적 점등시키고 각 점광원에 대한 프레임 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 처리단계는 상기 프레임 이미지를 다수의 셀로 분할하는 단계와,

   미리 설정된 식에 의해 상기 각 셀의 단위벡터 및 빛의 세기값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 미리 설정된 식은 아래 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.

   : k번째 영상을 분석하여 계산된 셀에서의 법선의 단위벡터

   : 분석하고자 하는 납땜 표면의 셀에 대한 k번째 발광소자의 위치 벡터

   : 납땜표면에 사영된 셀에 대한 상기 촬영부의 위치 벡터

   : Z=0 평면 상에서 k번째 영상의 빛의 세기 값
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 추출단계는

    모든 이미지 프레임에 대하여 동일한 위치의 셀의 데이터를 비교하여 빛의 밝기정도가 가장 밝은 이미지 프레임의 해당 셀을 기준 셀로 설정단계,

    상기 기준 셀로 설정된 셀의 단위벡터와 빛의 세기 값의 데이터를 저장하고 해당 셀의 기준데이터로 설정하는 단계,

    상기 단위벡터와 빛의 세기 값에 에 따라 벡터장을 산출하는 단계,

    상기 벡터장으로부터 미리 설정된 납땜 표면 높이 결정 함수에 의해 납땜형상을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.
11. 제 6 항에 있어서,

    상기 벡터장 산출은 아래식에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.

    ,: 벡터장
12. 제 6 항에 있어서,

    상기 높이 결정함수는 아래식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 3차원 납땜검사장치의 제어방법.