KR20040103143A - 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법 - Google Patents

유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에 관한 것으로서, 결함(1a)이 내부에 위치하는 유리 기판(1)의 표면(1b)에 카메라(11)의 초점면을 일치시키는 단계(S10)와, 초점면을 유리 기판(1)의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계(S20)와, 초점면을 일정 거리 이동시킨 카메라(11)로 결함(1a)을 촬영하는 단계(S30)와, 카메라(11)에 의해 촬영된 영상으로부터 결함(1a)과 배경의 경계에서의 명도 기울기를 계산하여 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리에 따른 기울기 지표(GI)를 산출하는 단계(S40)와, 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리와 유리 기판(1)의 두께(tG)를 비교하는 단계(S50)와, 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리가 유리 기판(1)의 두께(tG)를 초과하면 기울기 지표(GI)중에서 최대값에 해당하는 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리를 결함(1a)의 깊이방향 위치로 결정하는 단계(S60)를 포함한다. 따라서, 조명의 밝기와 유리 기판에 존재하는 결함의 크기, 형상, 두께 등과 무관하게 결함의 깊이방향 위치를 정확히 산출할 수 있으며, 산출된 결함의 깊이방향의 정확한 위치를 통해 미세한 결함이라도 선명한 결함의 영상 획득을 가능하도록 하는 효과를 가지고 있다.

Description

유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법{METHOD FOR DETECTING THE POSITION OF THE DEPTH DIRECTION OF THE DEFECT OF A GLASS SUBSTRATE}
본 발명은 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라의 초점면을 유리 기판의 표면으로부터 내부로 이동시켜서 카메라로 촬영된 영상을 처리하여 산출되는 기울기 지표를 통해 조명의 밝기와, 결함의 크기, 형상, 두께 등과 무관하게 결함의 깊이방향 위치를 정확히 산출할 수 있으며, 산출된 결함의 깊이방향의 정확한 위치를 통해 미세한 결함이라도 선명한 결함의 영상 획득을 가능하도록 하는 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 유리 기판은 TFT-LCD(Thin film transistor-liquid crystal display), PDP(Plasma display panel), EL(Electro luminescent) 등 평판디스플레이(Flat display)의 제조 분야에서 사용되며, 내부에 마이크로 보이드(Micro void), 마이크로 크랙(Micro crack), 불순물 등과 같은 미세한 결함이 존재하게 되면 충격, 열변형 등 제품의 사용환경에서 쉽게 파손되기 때문에 높은 신뢰성을 가지기 위하여 생산시 결함의 정확도 높은 검사가 필수적이다.
유리 기판의 결함을 검사하는 방법으로는 검사자의 감각에 의존하는 육안검사법이 널리 실시되고 있으나, 이러한 육안검사법은 유리 기판이 대형화됨에 따라 검사의 정확성과 검사에 소요되는 시간에 있어서 그 한계를 드러내고 있다.
그러므로, 유리 기판의 결함을 검사하는 육안검사법의 한계로 인해 자동화된 검사법의 개발이 필요하게 되었다.
자동화된 검사법으로는 종래에 카메라를 사용하여 자동차용 유리나 유리병 등의 검사에 이용되는 머신 비젼(Machine Vision) 기법을 들 수 있다.
이와 같은 종래의 카메라를 사용하는 자동화된 검사법은 투명하고 표면이 매끄러운 유리에 적용이 가능하고, 비접촉 검사가 가능하며, 비용이 비교적 저렴하다는 장점을 가지고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 카메라를 사용하는 자동화된 검사법은 비교적 큰 결함의 검출에만 적용되기 때문에 유리 기판 내부에 존재하는 수백㎛ 또는 그 이하의 결함을 선명하게 검출할 수 없다는 문제점을 가지고 있었다.
그러므로, 유리 기판 내부에 존재하는 미세한 결함의 검출을 가능하도록 함으로써 유리 기판의 불량여부를 정확하게 판단할 수 있는 자동화된 검사법의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 카메라의 초점면을 유리 기판의 표면으로부터 내부로 이동시켜서 카메라로 촬영된 영상을 처리하여 산출되는 기울기 지표를 통해 조명의 밝기와 결함의 크기, 형상, 두께 등과 무관하게 결함의 깊이방향 위치를 정확히 산출할 수 있으며, 산출된 결함의 깊이방향의 정확한 위치를 통해 미세한 결함이라도 선명한 결함의 영상 획득을 가능하도록 함으로써 유리 기판의 불량 여부를 정확하고 신속하게 판단할 수 있도록 하는 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 카메라를 이용하여 유리 기판의 결함을 검출하는 방법에 있어서, 결함이 내부에 위치하는 유리 기판의 표면에 카메라의 초점면을 일치시키는 단계와, 카메라의 초점면을 유리 기판의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계와, 초점면을 일정 거리 이동시킨 카메라로 결함을 촬영하는 단계와, 카메라에 의해 촬영된 영상으로부터 결함과 배경의 경계에서의 명도 기울기를 계산하여 유리 기판의 표면으로부터 카메라의 초점면이 이동한 거리에 따른 기울기 지표를 산출하는 단계와, 유리 기판의 표면으로부터 카메라의 초점면이 이동한 거리와 유리 기판의 두께를 비교하는 단계와, 유리 기판의 표면으로부터 카메라의 초점면이 이동한 거리와 유리 기판의 두께를 비교하는 단계에서 유리 기판의 표면으로부터 카메라의 초점면이 이동한 거리가 유리 기판의 두께를 초과하면 기울기 지표중에서 최대값에 해당하는 유리 기판의 표면으로부터 카메라의 초점면이 이동한 거리를 결함의 깊이방향 위치로 결정하는 단계를 포함하는 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법을 도시한 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에 사용되는 장치를 도시한 개략도이고,
도 3은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 카메라를 포커싱하는 모습을 도시한 개략도이고,
도 4는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 윤곽선 검출을 설명하기 위하여 유리 기판의 내부에 존재하는 기포를 나타낸 영상으로서, 도 4a는 원래의 영상이고, 도 4b는 Sobel filter를 적용한 영상이고,
도 5는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 윤곽선 검출을 설명하기 위하여 유리 기판의 내부에 존재하는 불순물을 나타낸 영상으로서, 도 5a는 원래의 영상이고, 도 5b는 Sobel filter를 적용한 영상이고,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향위치 검출방법에서 기울기 지표를 설명하기 위하여 타원형 결함의 경계 두께의 변화에 따른 시뮬레이션 모델이고,
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 기울기 지표를 설명하기 위하여 원형 결함의 경계 두께의 변화에 따른 시뮬레이션 모델이고,
도 8은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 도 6a 내지 도 6e의 타원형 결함의 경계 두께 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 9는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 도 7a 내지 도 7e의 원형 결함의 경계 두께 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 10은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 도 6c의 타원형 결함의 배경명도 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 11은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 도 7c의 원형 결함의 배경명도 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 그래프이고,
도 12는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 카메라의 초점면의 z축으로의 이동에 따른 기포에 대한 기울기 지표의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 13a 내지 도13c는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 도 12에 나타낸 기울기 지표의 변화에 따른 기포의 영상이고,
도 14는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 카메라의 초점면의 z축으로의 이동에 따른 불순물에 대한 기울기 지표의 변화를 나타낸 그래프이고,
도 15a 내지 도 15c는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 도 14에 나타낸 기울기 지표의 변화에 따른 불순물의 영상이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 유리 기판 1a : 결함
11 : 카메라 13 : 리니어 모션 가이드
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법을 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에 사용되는 장치를 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 카메라를 포커싱하는 모습을 도시한 개략도이다.
본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법은 유리 기판(1)의 표면(1b)에 카메라(11)의 초점면을 일치시키는 단계(S10)와, 카메라(11)의 초점면을 유리 기판(1)의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계(S20)와, 카메라(11)로 결함(1a)을 촬영하는 단계(S30)와, 카메라(11)에 의해 촬영된 영상으로부터 카메라(11)의 초점면이 유기 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리에 따른 기울기 지표(Gradient Indicator; GI)를 산출하는 단계(S40)와, 카메라(11)의초점면이 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리와 유리 기판(1)의 두께(tG)를 비교하는 단계(S50)와, 카메라(11)의 초점면이 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리가 유리 기판(1)의 두께(tG)를 초과하면 기울기 지표(GI)중에서 최대값에 해당하는 카메라(11)의 초점면이 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리를 결함(1a)의 깊이방향 위치로 결정하는 단계(S60)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에 사용되는 장치(10)로서 유리 기판(1)이 지지대(12)에 의해 수직되게 위치하고, 유리 기판(1)의 일측으로부터 카메라(11)가 리니어 모션 가이드(Linear motion guide; 13)에 의해 유리 기판(1)의 깊이방향, 즉 z축 방향을 따라 이동 가능하게 설치되며, 카메라(11)에 동축을 이루는 조명(14)이 설치되고, 카메라(11)와 리니어 모션 가이드(13)를 제어하기 위한 컴퓨터(15)가 구비된다.
카메라(11)는 컴퓨터(15)에 의해 제어되는 리니어 모션 가이드(13)에 의해 이동되며, 카메라(11)가 획득하는 영상은 컴퓨터(15)에서 영상처리된다.
유리 기판(1)의 표면(1b)에 카메라(11)의 초점면을 일치시키는 단계(S10)는 도 3에서 나타낸 바와 같이, 유리 기판(1) 내부에 x축과 y축상의 위치를 알고 있는 결함(1a)과 이 위치하는 내부에 위치하는 유리 기판(1)의 표면(1b)에 카메라(11)의 초점(fc)을 이루는 면을 일치시킨다.
유리 기판(1)의 표면(1b)과 카메라(11)의 초점면을 일치시키면(S10), 카메라(11)의 초점면을 유리 기판(1)의 내부로 일정 거리 이동시킨다(S20).
카메라(11)의 초점면을 유리 기판(1)의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계(S20)는 리니어 모션 가이드(13)의 구동에 의해 카메라(11)가 유리 기판(1)쪽으로 일정 거리 이동하게 됨으로써 카메라(11)의 초점면이 유리 기판(1) 내부로 일정 거리 동한다.
카메라(11)의 초점면을 유리 기판(1) 내부로 일정 거리 이동시킨 후(S20) 카메라(11)로 결함(1a)을 촬영한다(S30).
카메라(11)로 결함(1a)을 촬영하여(S30) 촬영된 영상으로부터 카메라(11)의 초점면이 유기 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리에 따른 기울기 지표(GI)를 산출한다.
기울기 지표(GI)를 산출하는 단계(S40)는 카메라(11)에 의해 촬영된 영상으로부터 결함(1a)과 배경의 경계에서의 명도 기울기를 계산하여 카메라(11)의 초점면이 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리에 따른 기울기 지표(GI)를 산출한다.
기울기 지표(GI)를 산출하기 위해서 먼저, 결함(1a)을 배경과 분리할 필요가 있는데, 결함(1a)을 배경화면에서 분리하는 방법으로 사용되는 알고리즘은 윤곽선(edge) 검출이다.
윤곽선 검출방법은 결함(1a)의 윤곽선 부분 또는 결함(1a)의 표면과 배경의 밝기 차이를 1차 또는 2차의 기울기 값으로 변환하여 윤곽선을 인식하는 방법으로 Sobel filter, Laplacian filter, Prewitt gradient method, Line segment enhancement 등의 다양한 방법중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 가로 및 세로방향의 윤곽선 검출 성능이 우수한 Sobel filter를 사용함이 바람직하다.
영상에서 G(x,y)의 위치 (x,y)점에서의 기울기는 아래의 수학식-1과 같은 벡터로 나타낼 수 있다.
[수학식-1]
수학식-1에서 ∇G는 위치 (x.y)점에서의 기울기 벡터로서 그 점에서의 명도의 최대 변화율 방향을 가리키는데 윤곽선 검출에서 가장 중요한 값은 이 벡터의 크기이며, 이는 간단하게 기울기라고 하며, 아래의 수학식-2로 나타낼 수 있다.
[수학식-2]
수학식-2에서 ∇G는 ∇G 방향으로 단위 길이당 G(x,y)의 최대 증가율과 같다. 실제 알고 있는 알고리즘을 구현할 때는 계산시간의 절약과 하드웨어의 간략화를 위해 기울기를 아래의 수학식-3을 많이 사용한다.
[수학식-3]
수학식-3은 기울기를 절대값들로 나타낸 근사식이다.
도 4a 및 도 5a는 유리 기판(1)의 내부에 존재하는 결함(1a)중 기포와 불순물을 각각 나타내며, 도 4a 및 도 5a의 영상을 Sobel filter를 적용하여 각 화소의 ∇G값을 256 단계의 명도(grey level)로 변환하여 재구성하면 도 4b 및 도 5b에서와 같이 나타난다.
도 4b 및 도 5b에서 나타낸 바와 같이, 결함(1a)과 배경의 명도 차이에 의해 경계가 부각되는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 Sobel filter를 이용하여 추출된 윤곽선은 결함(1a)과 배경 분리 및 자동 초점기법(Auto focusing)에 활용된다.
카메라(11)의 초점면이 결함(1a)이 위치하는 x축과 y축이 이루는 수평면에 일치되어감에 따라 영상에서 결함(1a)의 윤곽은 명확해지고, 결함(1a)과 배경의 경계에서의 명도 기울기가 증가한다. 따라서 이 점에 착안하여 아래의 수학식-4와 같이 기울기 지표(Gradient Indicator : GI)를 산출한다.
[수학식-4]
수학식-4에서 ∇G는 (x,y)위치의 화소와 8방향 이웃 화소의 명도 기울기를 수학식-3을 통해 구할 수 있고, ∇Gmax,∇Gmin는 한 영상내의 기울기 값의 최대. 최소값이다.
∇G 자체는 주위의 평면적인 배경명도에 영향을 받을 수 있기 때문에 ∇Gmax와∇Gmin의 차이 값을 적용하여 명도의 절대값에 대한 의존성을 적게 갖도록 하였으며, 이렇게 계산된 값들의 합계를 구하는 것은 각각의 픽셀에서의 기울기 값들을더하여 영상 전체에 대한 기울기 값을 얻기 위함이다.
카메라(11)의 초점면이 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리에 따른 기울기 지표(GI)를 산출하면(S40), 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리와 유리 기판(1)의 두께(tG)를 비교한다(S50).
유리 기판(1)의 표면(1a)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리와 유리 기판(1)의 두께(tG)를 비교하는 단계(S50)에서 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리가 유리 기판(1)의 두께(tG) 이하이면 카메라(11)의 초점면을 유리 기판(1)의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계(S20)를 반복하여 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리마다 기울기 지표(GI)를 산출한다(S40).
유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리와 유리 기판(1)의 두께(tG)를 비교하는 단계(S50)에서 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리가 유리 기판(1)의 두께(tG)를 초과하면 기울기 지표(GI)중에서 최대값에 해당하는 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리(d)를 결함(1a)의 깊이방향 위치로 결정한다(S60).
따라서, 기울기 지표(GI)중에서 최대값에 해당하는 카메라(11)의 초점면이 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 이동한 거리(d)가 결함(1a)의 깊이방향 위치, 즉 유리 기판(1)의 표면(1a)으로부터 깊이(d)에 해당되므로, 기울기 지표(GI)중 최대값에 해당할 때 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리(d)에 카메라(11)의 초점면을 포커싱함으로써 최적 문턱치화와 라벨링(Labeling)을 통해 선명한 결함(1a)의 영상을 검사자에게 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 유리 기판(1) 내부의 결함(1a)의 위치를 결정하기 위하여 인 포커스(in focus) 판정 인덱스(Index)로 사용하는 기울기 지표(GI)가 유리 기판(1) 내부의 결함 검출 인덱스로써 타당한지에 대하여 시뮬레이션을 수행하여 설명하면 다음과 같다.
유리 기판(1)을 생산할 때 가장 많이 발생하는 결함(1a)의 대표적인 예로는 기포와 불순물 등이 있는데, 기포는 유리 기판(1)의 제조과정중 용융 과정에서 공기가 혼합되어 나타난 형태이며, 불순물은 비정질 상태의 유리가 결정성 물질인 유리 기판(1) 내부에 존재하는 것을 말한다. 따라서 컴퓨터를 이용하여 실제 결함(1a)과 유사한 형태로 도 6 및 도 7과 같이 생성하였다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 기울기 지표(GI)를 설명하기 위하여 원형 결함의 경계 두께의 변화에 따른 시뮬레이션 모델로서 원형 결함과 경계의 두께(t)가 1, 5, 10, 15, 20, 흑색일 때를 각각 나타낸 것이며, 도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 기울기 지표(GI)를 설명하기 위하여 타원형 결함의 경계 두께의 변화에 따른 시뮬레이션 모델로서 타원형 결함과 경계의 두께(t)가 1, 5, 10, 15, 20, 흑색일 때를 각각 나타낸 것이다.
도 6a 내지 도 6e의 타원형 결함의 경계 두께 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 도 8에서 보는 바와 같이, 배경명도가 일정할 경우 타원형 결함 경계의 두께의 변화에 따라 아웃 오브 포커스(Out of focus) 상태에서 인 포커스(In focus) 상태로 포커싱 정도가 변화함에 따라서 기울기 지표(GI) 값의 변화의 크기가 명확하게 차이나는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 결과는 도 7a 내지 도 7e의 원형 결함의 경계 두께 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 도 9에서 나타낸 것처럼 원형 결함의 경우에도 동일한 경향의 결과를 얻을 수 있다.
결함경계 두께를 일정하고 고정시킨 다음 배경명도를 256 그레이 스케일에서 50, 100, 150, 200, 255로 변화시키면서 기울기 지표(GI) 값의 변화에 대하여 시뮬레이션을 수행하여 결함경계 두께(t)가 10인 도 6c의 타원형 결함의 배경명도 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 도 10과, 역시 결함경계 두께(t)가 10인 도 7c의 원형 결함의 배경명도 변화에 따른 기울기 지표의 분포를 나타낸 도 11에서 보는 바와 같이 배경명도가 점점 밝아짐에 따라서 기울기 지표(GI)가 점차적으로 커지는 것을 알 수 있다.
또한, 아웃 오브 포커스 상태에서 인 포커스 상태로 포커싱 정도가 변화함에 따라 기울기 지표(GI)의 크기 변화가 명확하게 나타나는 것을 알 수 있고, 타원형 결함은 물론 원형 결함의 경우에도 동일한 경향의 결과를 얻을 수 있다.
이와 같은 결과로 유리 기판(1) 내부의 결함을 검출하는데 기울기 지표(GI)를 사용하는 것이 타당하며, 기울기 지표(GI)가 최대값을 가질 때 결함(1a)이 존재하는 결함면에 카메라(11)의 초점면을 일치시킴으로써 결함(1a)의 선명한 영상을획득할 수 있다.
본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법의 실제 적용 및 작용을 알아보기 위하여 도 2에서 나타낸 장치를 이용하여 유리 기판(1)에 대한 결함(1a)의 검출을 실험하였다.
영상획득에 사용된 비젼 보드(Vision board)는 Matrox 사의 Meteor II 이고, 카메라(11)는 삼성 BE360ED Monochrome 카메라를 사용하였으며, 조명(14)으로는 카메라와 동축을 이루고 있는 초고휘도 LED를 사용하였고, 컴퓨터(15)는 AMD Duron 1GHz를 사용하였다.
도 12는 수백 ㎛정도의 기포에 대한 기울기 지표(GI)의 z축으로의 이동에 따른 변화를 보여주며, z축으로 100㎛씩 이동시키며 영상을 획득하고 획득한 각각의 영상에 대하여 기울기 지표(GI)를 계산하였다.
도 12에서 보는 바와 같이 기울기 지표(GI)의 값이 어떤 특정한 위치에서 급격히 증가했다가 감소하는 것을 볼 수 있는데, 원점으로부터 거리가 1.1mm 부근에서 가장 큰 값을 가짐을 나타낸다.
도 13a 내지 도 13c는 도 12에서 나타낸 기울기 지표의 변화에 따라 기울기 지표(GI)가 최대값을 가질 때의 영상과 그 주변에서의 기울기 지표(GI) 값으로 치환한 영상으로서 원점으로부터 거리가 각각 1.0mm, 1.1mm, 1.2mm 일 때의 기포의 영상이다.
도 13a 내지 도 13c에서 보는 바와 같이, 기울기 지표(GI)가 최대값을 가지는 원점으로부터 거리가 1.1mm일 때 기포가 존재하는 평면과 카메라(11)의 초점면이 일치함을 인식할 수 있으며, 기울기 지표(GI)를 이용하여 유리 기판(1) 내부의 기포와 같은 결함(1a)이 존재하는 평면을 판정할 수 있음을 알 수 있다.
수십 ㎛정도의 미세한 불순물에 대한 실험결과는 도 14에서 카메라(11)의 초점면의 z축으로의 이동에 따른 불순물에 대한 기울기 지표의 변화를 나타내며, 불순물의 크기가 도 12 및 도 13에서 나타낸 기포보다 훨씬 작고 모양도 다르지만 기포와 마찬가지로 카메라(11)의 초점면이 결함면에 도달하게 되면 주위의 기울기 지표(GI)에 비해 월등히 큰 기울기 지표(GI) 값을 갖는 부분이 존재하는 것을 볼 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 도 14에서 나타낸 기울기 지표의 변화에 따라 기울기 지표(GI) 값이 최대값을 가질 때의 영상과 그 주변에서의 기울기 지표(GI) 값으로 치환한 영상으로서 원점으로부터 거리가 각각 0.9mm, 1.0mm, 1.1mm 일 때의 불순물의 영상이다.
도 15a 내지 도 15c에서 보는 바와 같이, 기울기 지표(GI)가 최대값을 가지는 원점으로부터 거리가 1.0mm일 때 불순물이 존재하는 평면과 카메라(11)의 초점면이 일치함을 인식할 수 있으며, 기울기 지표(GI)를 이용하여 유리 기판(1) 내부의 불순물과 같은 결함(1a)이 존재하는 평면을 판정할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법은 내부에 결함(1a)이 존재하는 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 깊이방향 위치를 검출하기 위하여 카메라(11)를 이용한 자동 포커싱 기법을 이용하였으며 결함(1a) 존재면에 대한 인 포커스(In focus) 판정의 기준으로 기울기 지표(GI)를적용하였다.
본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법에서 기울기 지표(GI)의 사용에 대한 타당성을 검증하기 위하여 결함(1a) 경계의 두께변화와 배경명도의 변화에 따른 기울기 지표(GI) 값의 변화를 알아보는 시뮬레이션을 실시하여 그 결과를 설명하였으며, 본 발명에서 제시된 알고리즘이 실제 공정에 적용이 가능함과 아울러 원하는 작용을 하는지에 대하여 실험을 실시하여 그 결과 역시 상세히 언급하였다.
따라서, 기울기 지표(GI)가 아웃 오브 포커스 상태로부터 인 포커스 상태로 진행함에 따라 값이 커지며, 기울기 지표(GI)가 최대값일 때 유리 기판(1)의 표면(1b)으로부터 카메라(11)의 초점면이 이동한 거리(d)를 결함(1a)의 깊이방향의 위치로 판별하여 미세한 결함(1a)의 존재유무를 정확하게 판단할 수 있으며, 결함(1a)의 x축과 y축이 이루는 수평면에 카메라(11)의 초점면을 포커싱할 수 있어 결함(1a)의 선명한 영상을 획득할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법의 가장 바람직한 실시예에 따르면 카메라의 초점면을 유리 기판의 표면으로부터 내부로 이동시켜서 카메라로 촬영된 영상을 처리하여 산출되는 기울기 지표를 통해 조명의 밝기와 결함의 크기, 형상, 두께 등과 무관하게 결함의 깊이방향 위치를 정확히 산출할 수 있으며, 산출된 결함의 깊이방향의 정확한 위치를 통해 미세한 결함이라도 선명한 결함의 영상 획득을 가능하도록 함으로써 유리 기판의 불량 여부를 정확하고 신속하게 판단할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법은 카메라의 초점면을 유리 기판의 표면으로부터 내부로 이동시켜서 카메라로 촬영된 영상을 처리하여 산출되는 기울기 지표를 통해 조명의 밝기와 결함의 크기, 형상, 두께 등과 무관하게 결함의 깊이방향 위치를 정확히 산출할 수 있으며, 산출된 결함의 깊이방향의 정확한 위치를 통해 미세한 결함이라도 선명한 결함의 영상 획득을 가능하도록 함으로써 유리 기판의 불량 여부를 정확하고 신속하게 판단할 수 있도록 하는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (3)

  1. 카메라를 이용하여 유리 기판의 결함을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 결함이 내부에 위치하는 상기 유리 기판의 표면에 상기 카메라의 초점면을 일치시키는 단계와,
    상기 카메라의 초점면을 상기 유리 기판의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계와,
    상기 초점면을 일정 거리 이동시킨 상기 카메라로 결함을 촬영하는 단계와,
    상기 카메라에 의해 촬영된 영상으로부터 결함과 배경의 경계에서의 명도 기울기를 계산하여 상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리에 따른 기울기 지표(GI)를 산출하는 단계와,
    상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리와 상기 유리 기판의 두께를 비교하는 단계와,
    상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리와 상기 유리 기판의 두께를 비교하는 단계에서 상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리가 상기 유리 기판의 두께를 초과하면 상기 기울기 지표(GI)중에서 최대값에 해당하는 상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리를 결함의 깊이방향 위치로 결정하는 단계
    를 포함하는 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리에 따른 기울기 지표(GI)를 산출하는 단계에서 상기 기울기 지표(GI)는 하기 수학식에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법.
    여기서 ∇G는 하나의 화소와 이웃하는 화소의 명도 기울기이고, ∇Gmax,는 하나의 영상내의 명도 기울기 값의 최대값이며, ∇Gmin는 하나의 영상내의 명도 기울기 값의 최소값임.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리와 상기 유리 기판의 두께를 비교하는 단계에서 상기 유리 기판의 표면으로부터 상기 카메라의 초점면이 이동한 거리가 상기 유리 기판의 두께 이하이면 상기 카메라의 초점면을 상기 유리 기판의 내부로 일정 거리 이동시키는 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 유리 기판에 존재하는 결함의 깊이방향 위치 검출방법.
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