KR200250993Y1 - 투과형물체내부의불균일검사장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 검사장치에 관한 것으로서, 투과형 물체에 있는 먼지, 기포, 피트 및 스크래치 등의 모든 결점상태를 검사할 수 있는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 검사장치는 투과형 물체의 저면과 소정 간격을 유지하면서 설치되어 상기 투과형 물체로 레이저광을 조사하는 적어도 1개 이상의 레이저 발생기와, 상기 레이저광의 입사각과 동일한 각도 및 상기 입사각으로부터 소정 각도만큼 이격된 위치에 각각 설치되며, 상기 투과형 물체의 먼지, 이물질 및 기포, 피트, 스크래치 등의 모든 결점상태를 감지하는 센서로 구성된 것이다.

Description

투과형 물체 내부의 불균일 검사장치.

본 고안은 검사장치에 관한 것으로서, 특히 유리와 같은 투과형 물체의 내부에 있는 기포 등의 결점 상태를 검사할 수 있는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치에 관한 것이다.

통상적으로, 유리 패널 등과 같은 투과형 물체 내부의 불균일 상태를 검사하기 위한 검사장치로서는 일반 조명과 CCD 카메라가 사용되며, 이는 상기 조명을 검사하려는 투과형 물체에 빛을 조사하고 물체의 반사, 흡수 등의 광학적 특성에 의해 이를 CCD 카메라로 촬상하여 그 화상에서 특성을 추출하여 이상 유무를 판단한다.

즉, 유리와 같은 투과형 물체의 검사는 물체를 사이에 두고 CCD 카메라 등의감지부와 광원을 반대편에 위치한 백-라이트(Back-light)를 사용하는 방법이 널리 사용된다. 이때 상기 백-라이트는 확산면을 이용하거나 혹은 직사조명을 이용하는 방법 등이 있다. 여기서, 상기의 확산면을 이용하는 방법은 도 1에 상세히 도시되어 있으며, 이는 유리판넬 60의 하측으로는 다수개의 광원 50들을 위치시키고 상측으로는 CCD 카메라 16을 설치한 것이다. 즉, 상기 광원 50들은 유리판넬 60의 저면과 소정 간격을 유지하면서 설치되며. 상기 유리판넬 60과 광원 50 사이에는 확산판(Diffuser) 52가 설치된다. 그리고 상기 CCD 카메라 16은 광원 50과 동일한 선상에 위치하며, 바람직하게는 상기 광원 50의 입사각과 동일한 각도에 설치되어 있다. 여기서 상기 유리판넬 60의 결점으로는 대상물의 표면 및 내부에 존재하는 기포, 피트(Pit) 및 스크래치(Scratch)와 먼지 등의 입자가 붙은 경우를 들 수 있다. 이 경우, 상기 유리판넬 60의 결점에서는 투과율의 변화, 바람직하게는 반사, 흡수, 산란 현상이 발생하며, 해당 위치에서는 상기 광원 50의 빛이 CCD 카메라 16으로 도달하지 못한다. 이때 상기 CCD 카메라 16의 촬상 화면에 어둡게 보이는 부분이 감지되면 상기 유리판넬 60에는 결점이 있음을 확인하게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 검사장치는 결점(먼지, 기포, 피트, 스크래치 등)의 종류에 관계없이 투과여부에 의해 판단함으로써 어두운 부분이 먼지등의 입자의 흡수에 의한 것인지, 상기 유리판넬 내의 기포의 산란 혹은 표면의 피트나 스크래치에 의한 것인지의 판단이 불가능하였다. 이로 인해 종래의 검사장치는 측정의 신뢰도가 떨어질 뿐만 아니라 제품의 불량율이 현저히 증가하는 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 고안의 목적은 투과형 물체에 있는 먼지, 기포, 피트 및 스크래치 등의 모든 결점상태를 검사할 수 있는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 투과형 물체 내부에 있는 기포를 표면에 있는 먼지나 이물질 등과 구별하여 검사할 수 있는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치를 제공함에 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 검출 미스(Miss)나 오류 검출을 최대한 방지할 수 있는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 검사장치는 투과형 물체의 저면과 소정 간격을 유지하면서 설치되어 상기 투과형 물체로 레이저광을 조사하는 적어도 1개 이상의 레이저 발생기와, 상기 레이저광의 입사각과 동일한 각도 및 상기 입사각으로부터 소정 각도만큼 이격된 위치에 각각 설치되며, 상기 투과형 물체의 먼지, 이물질 및 기포, 피트, 스크래치 등의 모든 결점상태를 감지하는 센서로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따라 투과형 물체 내부에 형성된 결점을 검사하기 위한 검사장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 2는 본 고안의 바람직한 제1 실시 예에 따라 투과형 물체의 내부에 있는 기포, 피트 및 스크래치 등의 결점을 검사하는 레이저 발생기가 설치된 검사장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 3은 도 2에서 도시하고 있는 레이저 발생기가 설치된 검사장치를 이용하여 표면이 거칠게 형성된 투과형 물체의 내부를 검사하는 상태를 나타낸 개략도.

도 4는 도 3에서 한 개의 레이저 발생기에 의해 촬상된 프레임 화면과 산란된 부분을 나타낸 도면.

도 5는 본 고안의 레이저 발생기를 복수개 설치하여 투과형 물체의 내부를 검사하는 상태를 나타낸 개략도.

도 6은 도 5에서 복수개의 레이저 발생기에 의해 촬상된 프레임 화면과 기포의 이동 상태를 나타낸 개략도.

도 7은 본 고안의 바람직한 제2실시예에 따라 투과형 물체의 내부에 있는 기포, 피트 및 스크래치 등의 결점을 검사하는 라인형 레이저 발생기가 설치된 검사 장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 8은 도 7에서 라인형 레이저 발생기에 의해 촬상된 프레임 화면과 유효 윈도우를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10a, 10b, 10c: 레이저 발생기 12a, 12b, 12c, 22 : 레이저광

l4a, l4b, l4c: 산란광 16: CCD 카메라

20: 라인형 레이저 발생기 30a: 제1산란광

30b: 제2산란광 100,200,300,400: 유리판넬

102,206,302: 기포

이하 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호가 사용되고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 하기의 설명에서는 본 고안에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 고안의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

도 2는 본 고안의 바람직한 제1실시예에 따라 투과형 물체의 내부에 있는 먼지, 이물질 및 기포, 피트, 스크래치 등의 모든 결점상태를 검사하는 레이저 발생기가 설치된 검사장치의 구성을 도시하고 있다. 도면에서, 본 고안의 검사장치는 크게 2부분으로 구성되며, 이는 레이저광을 조사하는 레이저 발생기 10과 상기 레이저 발생기 10과 45°부근의 각도만큼 이격되게 위치한 CCD 카메라 16으로 구성된다. 이때, 검사할 기포가 긴 타원으로 특정한 방향으로 기울어진 경우에는 30° 에서 60° 사이에서 CCD 카메라 16의 각도를 변경토록 하며, 원형의 기포 형태에서는 45°내외의 각도를 사용한다.

한편, 전술한 레이저 발생기 10의 위치는 레이저빔의 산란에 의한 레이저 유효거리 내에서 CCD 카메라 16의 촬상 프레임에 포함되지 않는 거리로 대개 100∼ 200mm 사이에 위치하는 것이 좋다. 이때 상기 레이저 발생기 10a는 한 개 또는 그 이상, 바람직하게는 도 2와 도 5에 도시한 바와 같이 레이저 발생기 10a,10b,10c 정도만큼 설치될 수 있다. 또한 상기 레이저 발생기 10a로부터 조사된 레이저광 12a는 도 7에 도시한 바와 같이 라인형으로 상기 유리판넬 100에 주사되며 혹은 일반광을 콜리메이터(Collimator)를 통하여 주사할 수도 있다. 그리고 상기 레이저광 12a는 통상 유리판넬 100의 표면에 수직으로 입사되지만 수직이 아닌 소정의 각도에서 입사될 수도 있다.

여기서 상기 유리판넬 100의 상측에는 적어도 1개 이상의 CCD 카메라 16이설치되며, 상기 CCD 카메라 16은 유리판넬 100 내부에 있는 피트(Pit), 스크래치 (Scratch), 기포 102에 의해 산란 또는 굴절된 광 14를 감지한다. 즉, 상기 CCD 카메라 16은 레이저 발생기 10a로부터 조사된 레이저광 12a의 입사각도에서 어느 정도 벗어난 지점에 설치되며, 이때 상기 CCD 카메라 16에서 산란광 14가 감지되면 유리판넬 100의 내부에 결점이 있는 것으로 판단한다. 다시 말해서 레이저광 12a가 유리판넬 100을 통과할 때 균일한 매질이면 상기 CCD 카메라 16에 빛(광)이 들어오지 않으나 상기 유리판넬 100의 내부에 기포 혹은 매질이 불균일하게 분포되어 있으면 산란 또는 굴절 현상이 발생하여 CCD 카메라 16에 산란광 14가 감지된다. 여기서 상기 유리판넬 100의 상측에는 다수개의 CCD 카메라 16을 설치할 수 있다. 즉, 레이저 발생기 10a로부터 조사된 입사각도 및 상기 입사각도로부터 소정 각도만큼 벗어난 지점에 여러개의 CCD 카메라 16들을 설치한다. 그러면 상기 입사각도와 동일한 각도상에 위치한 CCD 카메라는 먼지나 빛을 투과하지 않는 이물질에 의한 직진광의 감쇄효과를 감지하며, 상기 입사각도에서 벗어난 지점에 있는 CCD 카메라 16은 기포, 피트, 스크래치 등의 매질의 불균일에 의한 산란 또는 굴절현상을 감지한다. 결국, 레이저광 12a의 입사각도 및 입사각도에서 벗어난 각도까지 CCD 카메라 16들을 설치하면 유리판넬 100에 있는 모든 결점상태를 파악할 수 있다. 여기서 본 고안의 검사장치에서는 상기 CCD 카메라 16 대신에 통상의 광센서를 설치하여 유리판넬 100의 내부 결점상태를 감지할 수도 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 고안의 레이저 발생장치가 설치된 검사장치의 검사방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

도 2는 유리판넬 100의 내부에 있는 기포 102에 의한 레이저광 12a의 산란 또는 굴절현상과 CCD 카메라 16의 촬상 구성도를 도시한 것으로서, 상기 유리판넬 100의 내부에 기포, 피트 및 스크래치 등의 결점들이 있는지를 검사하고자 할 때는 먼저, 레이저 발생기 10a와 10b에서 레이저광 12a와 12b를 각각 조사한다. 이어서 조사된 레이저광 12a가 유리판넬의 기포 102에 조사되면, 상기 유리판넬 100과 공기의 굴절률의 차이 및 기포 102의 형상에 의해 빛(레이저광 12a)의 굴절 또는 산란현상이 발생한다. 즉, 상기 레이저광 12a는 기포 102에서 산란되어 여러 방향으로 흩어지게 되며, 이때 기포 102가 없는 유리판넬 100에 조사된 레이저광 12b는 접속된 상태로 직진한다. 이후 주위의 빛이 완전히 차단된 환경에서 상기 레이저광 12a의 입사각도로부터 벗어난 지점에 위치한 CCD 카메라 16에서는 기포 102에 의해 산란된 광 14의 일부가 촬상된다. 즉, 상기 CCD 카메라 16에는 기포 102의 위치에 해당하는 부분만 밝은 부분으로 나타나게 된다. 여기서 유리판넬 100의 내부에 기포 102가 없는 경우에는 CCD 카메라 16에 아무런 빛도 들어오지 않게 된다. 따라서 상기의 차이로 인해, 바람직하게는 CCD 카메라 16의 촬상 화면에 의해 기포 102의 존재 유무를 감지할 수 있으며, 뿐만 아니라 상기 기포 102 이외에 용융 공정 중에 굴절률이 다른 물질이 섞여있는 경우나 빛의 산란효과를 유발하는 결점까지도 감지할 수 있다.

도 3은 상/하 표면이 거칠게 형성되고 내부에 기포 206이 있는 유리판넬 200의 내부를 검사하는 상태를 나타낸 도면으로서, 상기 유리판넬 200의 상/하 표면은 거칠게 바람직하게는, 굴곡져 형성된 상부 요철부 202 및 하부 요철부 204를 가진다. 이때 상기 유리판넬 200의 표면에서는 레이저광 102a의 산란현상이 발생하게 되며, 이러한 경우에도 CCD 카메라 16의 촬상된 화면에서 검사가 가능하다. 즉, 레이저 발생기 10a로부터 조사된 레이저광 12a는 유리판넬의 상부 요철부 202, 하부 요철부 204에 의해 산란현상이 발생하게 되고 기포 206에 의해 굴절 혹은 산란현상이 발생하게 된다. 이에 따라 상기의 과정에 의해 조사된 제1 산란광 30a와 제2 산란광 30b는 CCD 카메라 16에 촬상되어 밝은 부분으로 나타나게 된다. 여기서 상기 CCD 카메라 16에 촬상된 프레임(Frame) 화상은 도 4에 도시한 바와 같이 유리판넬의 각 요철부 202,204에서 산란된 제2산란광 30b에 의해 밝게된 부분의 위치는 유효 윈도우(Window)의 상/하 경계선에 해당하고, 기포 206에서 산란된 제1 산란광 30a에 의해 밝게된 부분은 상기 경계선 사이에 존재하게 된다. 즉, 도 4에서 "B"는 유리판넬의 상부 요철부 202에서 산란된 빛에 의해 밝게된 부분이며, "C"는 상기 유리판넬의 하부 요철부 204에서 산란된 빛에 의해 밝게된 부분이며, 끝으로 "D"는 상기 유리판넬 200의 내부에 잔존하는 기포 206에 의해 밝게된 부분이다. 따라서, 상기 도 4에서 유효 윈도우내의 밝은 부분의 위치에 따라서 검사 대상물(유리판넬)에 잔존하는 결점의 깊이를 알 수 있다.

도 5는 유리판넬 300의 내부에 있는 하나의 기포 302가 일방향으로 이동하면서 복수개의 레이저 발생기 10a∼10c에서 조사하는 레이저광 12a,12b,12c에 순차적으로 조사되는 과정을 도시한 도면이다. 즉, 상기 레이저 발생기 10a,10b,10c에서 레이저광 12a∼12c를 조사함과 동시에 유리판넬 300을 좌측방향으로 이동시킨다. 그러면 상기 레이저 발생기 10c에서 조사된 레이저광 12c는 기포 302에 조사되며,이에 따라 상기 레이저광 12c는 산란되어 CCD 카메라 16에 촬상된다. 즉, 상기 기포 302에 의해 산란된 광 14c는 CCD 카메라 16에 촬상되어 밝은 부분으로 나타나게 된다. 계속해서 상기 유리판넬 300은 이동하게 되며, 이에 레이저 발생기 10b에서 조사된 레이저광 12c는 기포 302에 조사된다. 그러면 상기 레이저광 12b는 기포 302에 의해 산란되며, 산란된 광 14는 한번더 CCD 카메라 16에 촬상되어 밝은 부분으로 나타나게 된다. 이어서 계속되는 유리판넬 300의 이동에 따라 레이저 발생기 10a로부터 조사된 레이저광 12a는 기포 302에 의해 산란되어 CCD 카메라 16에 촬상된다. 결과적으로, 도 6에 도시한 바와 같이 유리판넬 300이 이동함에 따라 고정된 위치에 있던 기포 302도 화상 프레임 "A"상에 형성된 유효 윈도우 "E"에 순차적으로 나타나게 되며, 이는 하나의 기포 302가 반복적으로 검사된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 레이저 발생기 10a∼10c의 산란현상이나 CCD 카메라 16의 촬상조건 등에 의해 발생할 수 있는 기포 302의 미스(Miss)나 오류검출(False Alarm)을 예방할 수 있다. 이때 상기 CCD 카메라와 레이저 발생기는 검사대상(유리판넬)의 크기 및 정밀도에 따라 길이 방향과 폭 방향으로 확장할 수 있다.

도 7은 본 고안의 바람직한 제2실시예에 따라 투과형 물체의 내부에 있는 기포, 피트 및 스크래치 등의 모든 결점상태를 검사하는 라인형 레이저 발생기가 설치된 검사장치의 구성을 도시하고 있다. 도면에서, 상기 검사장치는 점형태의 레이저광 대신에 라인 형태의 레이저광을 주사하면서 검사 대상물(유리판넬)의 한 라인상의 기포 유무를 검사하는 장치이다. 즉, 유리판넬 400의 하측으로는 라인형 레이저 발생기 20이 설치되고 상측으로는 CCD 카메라 16이 설치된다. 이때 상기 CCD 카메라 16은 라인형 레이저 발생기 20으로부터 조사되는 레이저광 22의 입사각도로부터 소정 각도만큼 벗어간 지점에 위치하게 된다.

여기서 상기 유리판넬 400의 내부에 있는 먼지, 이물질 및 기포, 피트, 스크래치 등의 결정상태를 검사하고자 할 때는, 먼저 라인형 레이저 발생기 20에서 레이저광 22를 조사한다. 이때 상기 레이저광 22는 유리판넬 400의 한 라인의 전체를 조사하게 된다. 이어서 상기 유리판넬 400을 서서히 이동시키면, 레이저광 22는 유리판넬 400의 라인을 스캔(Scan)하면서 유리판넬 400의 전체를 검사한다. 이때 상기 과정의 결과는 CCD 카메라 16에 촬상된다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이 유리판넬 400에 존재하는 기포에 의해 밝게 빛나는 부분은 유효 윈도우 "E" 내부에서만 존재하게 된다. 여기서 상기 유효 윈도우 "E"는 CCD 카메라 16, 라인형 레이저 발생기 20 및 유리판넬 400의 상대적 위치에 의해 촬상된 프레임 화면 중에서 결정되며, 또한 상기 CCD 카메라 16의 기울기와 위치 및 유리판넬 400의 두께에 의해 유효 윈도우의 폭이 결정된다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 고안의 검사장치는 종래의 일반광원 대신에 레이저 광원과 레이저 입사각도에 경사지게 설치한 CCD 카메라를 사용함으로써 투과형 물체의 내부에 있는 기포, 피트(Pit), 스크래치(Scratch) 및 먼지, 이물질 등 산란현상과 흡수현상을 유발하는 모든 결점들을 정확하게 탐지할 수 있다. 그리고 본 고안은 유리제조 공정중에 발생하는 기포나 표면의 스크래치 등과 같은 결점을 정확하게 검사할 수 있으며, 또한 먼지 등의 입자가 부착된 것과 구별이 가능하기때문에 오류검출(False Alarm)을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 투과형 물체의 내부에 형성된 기포, 먼지, 피트 및 스크래치 등의 결점을 검사하는 장치에 있어서,

   상기 투과형 물체의 저면과 소정 간격을 유지하면서 설치되며, 상기 투과형 물체로 레이저광을 조사하는 적어도 1개 이상의 레이저 발생기와;

   상기 레이저광의 입사각으로부터 30∼60°범위의 각도만큼 이격된 위치에 설치되며, 상기 투과형 물체의 결점상태에 따라 산란 또는 굴절된 광을 감지하는 CCD 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 투과형 물체의 상면과 소정 간격을 유지하면서 설치되며, 상기 레이저광의 입사각과 동일한 각도에 위치하여 상기 투과형 물체의 표면에 있는 먼지, 이물질 등에 의한 레이저광의 감쇄효과를 감지하는 CCD 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투과형 물체 내부의 불균일 검사장치.