KR20110039797A - 비전 검사용 다중 조명장치 - Google Patents

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Abstract

명시야 동축낙사 방식과 함께 암시야 반사조명을 추가함으로써, 제한적으로 검출이 되거나 검출이 되지 않은 결함들을 검출할 수 있어 검사의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 비전 검사용 다중 조명장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 비전 검사용 다중 조명장치는 카메라와 동축선상에 배치되어 피검사체 측으로 수직하게 조명광을 전달하는 제 1 조명수단, 및 피검사체 측으로 경사진 조명광을 전달하는 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단,으로 이루어진다.

Description

비전 검사용 다중 조명장치{MULTI ILLUMINATION SYSTEM FOR VISION INSPECTION}
본 발명은 비전 검사용 다중 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 명시야 조명(Bright Field Illumination)과 암시야 조명(Dark Field Illumination)을 일체화함으로써, 평판디스플레이(FPD; Flat-Panel Display) 패널의 결함의 검출능력을 높여 검사의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 비전 검사용 다중 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비전 검사 시스템은 조명과 카메라를 사용하여 검사 대상물의 이미지를 캡쳐 한 후 비전 이미지 프레세싱 알고리즘을 적용하여 사용자가 찾아내고자 하는 각종 결함을 검출해 내는 장비이다.
전술한 비전 감사 시스템에서는 명시야 조명(Bright Field Illumination), 또는 암시야 조명(Dark Field Illumination) 중 어느 하나가 사용되는데, 주로 명시야 조명이 사용된다.
명시야 조명은 적어도 하나 이상의 광원에서 발산하는 빛을 폭이 일정한 라인(Line) 형태의 빛으로 바꿔주는 라인 가이드(Line Guide), 라인 가이드에서 발산 하는 빛을 집광하는 집광렌즈, IR영역대의 파장을 차단시켜주는 IR필터, 빛을 분리 또는 회절시켜주는 빔스플리터로 구성된다.
명시야 조명의 작동상태를 간략하게 설명하면, 광원에서 다각도로 발산된 빛은 집광렌즈를 거쳐 발산폭의 2배가량의 폭으로 집광되고 그 빛은 가시광선영역보다 파장이 긴 적외선 영역의 빛을 필터링하는 IR필터를 거쳐 그 빛의 방향을 분리하여 회절시키는 빔스플리터를 통해 적어도 50%이상의 빛이 검출하고자 하는 대상체로 조사된다. 즉, 명시야 조명은 평판디스플레이 패널의 검사영역을 촬상하는 하나이상의 카메라와 렌즈 모듈의 하부에 위치하여 패널에 동축낙사 방식으로 광을 조사한다.
그런데, 종래 명시야 조명은 다양한 종류의 결함들을 크기나 종류 별로 동일하게 검출이 되지 않고 미세크기(3마이크로미터)의 결함과 결함의 모양에 대해서 일부 검출 능력이 떨어지는데, 그 이유로는 평판디스플레이 패널의 특성상 레이어(Layer) 별로 적층된 두께가 다르며 기존 방식의 경우 미적층구간과 적층구간에 대하여 적층된 두께의 식별이 불가능하여 검출 가능한 결합의 크기에 제한이 있고 결함의 모양에 따라 검출 능력이 달라지는 문제점이 있었으며, 또 다른 이유로는 패턴매칭(Pattern Matching) 검사방식에서 중요한 요소가 되는 대조(Contrast)의 차이가 그 이유인데, 명시야 동축낙사의 경우 검사 위치에 결함이 있음에도 대조의 차이가 작아서 검출을 하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 명시야 동축낙사 방식과 함께 암시야 반사조명을 추가함으로써, 제한적으로 검출이 되거나 검출이 되지 않은 결함들을 검출할 수 있어 검사의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 비전 검사용 다중 조명장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은,
비전 검사용 다중 조명장치에 있어서,
조명장치는,
카메라와 동축선상에 배치되어 피검사체 측으로 수직하게 조명광을 전달하는 제 1 조명수단; 및
피검사체 측으로 경사진 조명광을 전달하는 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단;으로 이루어진 비전 검사용 조명장치를 제공한다.
제 1 조명수단은,
광원으로부터 안내된 조명광을 균일한 상태의 폭이 일정한 라인 형태의 조명광으로 변환하는 제 1 라인 가이드;
제 1 라인 가이드에서 조사된 조명광을 집광하는 집광렌즈;
집광렌즈를 통과한 조명광 중 IR영역대의 파장을 차단시켜주는 IR필터; 및
IR필터를 통과한 조명광을 피검사체 측으로 회절되게 하는 빔스플리터;로 이루어진다.
또한 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단은 제 1 조명수단의 하부에 서로 마주 보게 이격 배치되며,
제 2 조명수단 및 제 3 조명수단은,
광원으로부터 안내된 조명광을 균일한 상태의 폭이 일정한 라인 형태의 조명광으로 변화하는 제 2 라인 가이드 및 제 3 라인 가이드; 및
제 2 라인 가이드 및 제 3 라인 가이드에서 조사된 조명광을 상기 피검사체 측으로 반사하는 제 1 반사경 및 제 2 반사경;으로 이루어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 비전 검사용 조명장치는, 피검사체에 수직하게 조명광을 조사함과 아울러 카메라와 동일한 축 상에 조명광을 전달하는 제 1 조명수단, 카메라와 다른 축 상에서 피검사체 측으로 조명광을 전달하는 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단을 구비함으로써, 피검사체의 표면불량 및 피검사체의 미세홈 및 미세돌기를 동시에 검출할 수 있어 검출 능력을 높일 수 있을 뿐만 아니라 검출기에서 광학모듈을 줄일 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 비전 검사용 다중 조명장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 비전 검사용 다중 조명장치의 도식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 다른 비전 검사용 다중 조명장치(100)는, 피검사체(도시되지 않음)에 수직하게 조명광을 조사함과 아울러 카메라(도시되지 않음)와 동일한 축 상에 조명광을 전달하는 제 1 조명수단(110), 카메라와 다른 축 상에 서 피검사체 측으로 조명광을 전달하는 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)으로 이루어진다. 바람직하게는 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)은 동일한 구조를 가지면서 서로 마주보게 배치된다.
먼저, 제 1 조명수단(110)은 광원으로부터 안내된 조명광을 균일한 상태의 폭이 일정한 라인(line) 형태의 조명광으로 변환하는 제 1 라인 가이드(112;Line Guide), 제 1 라인 가이드(112)에서 조사된 조명광을 집광하는 집광렌즈(114), 집광렌즈(114)를 통과한 조명광 중 IR영역대의 파장을 차단시켜주는 IR필터(116), 및 IR필터(116)를 통과한 조명광을 피검사체 측으로 회절되게 하는 빔스플리터(118)를 구비한다.
빔스플리터(118)는 카메라(도시되지 않음)와, 카메라에 의해 촬영되는 촬영구역 사이에서, 카메라와 동일한 시야 축 상에 배치되는데, 이러한 빔스플리터(118)는 제 1 조명수단(110)의 조명광을 촬영구역으로 집중시킴과 동시에 카메라를 통과시켜 촬영구역에서 영상을 촬영할 수 있도록 한다.
즉, 이러한 제 1 조명수단(110)은 모든 조명광이 카메라로 들어가는 명시야 조명(Bright Field Illumination)이다.
한편, 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)은 광원으로부터 안내된 조명광을 균일한 상태의 폭이 일정한 라인(line) 형태의 조명광으로 변화하는 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)와, 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)에서 조사된 조명광을 촬영구역으로 반사하는 제 1 반사경(124a) 및 제 2 반사경(124b)을 구비한다.
제 1 반사경(124a) 및 제 2 반사경(124b)은 입사되는 조명광을 전부 반사하는 할 수 있도록 반경 22.0㎜의 오목한 곡률을 가지는 것이 바람직하다. 그리고 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)는 조명광의 광량 및 반사각이 조절될 수 있도록 피검사체의 스캐닝 방향으로 평행하게 이동가능하게 배치됨이 바람직하다.
누구나 알 수 있듯이, 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)은 경사진 조명광 만이 카메라로 들어가는 암시야 조명(Dark Field Illumination)이다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 조명수단에 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단이 결합된 상태를 보인 사시도이며, 그리고 도 3은 도 2의 분해사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 조명수단(110)의 집광렌즈(114), IR필터(116) 및 빔스플리터(118)는 함체 형상의 케이스(130)의 내부에 배치되는데, 집광렌즈(114), IR필터(116) 및 빔스플리터(118)는 케이스(130)의 내부 일측에서 내측 타측으로 순차적이게 배치된다. 그리고 케이스(130)의 일측 외측면 상에는 제 1 라인 가이드(112)가 장착된다.
제 1 라인 가이드(112)에서 조사된 조명광은 케이스(130) 내로 안내되어 집광렌즈(114), IR필터(116) 및 빔스플리터(118) 까지 순차적으로 안내되고, 빔스플리터(118)에서 회절된 조명광은 케이스(130)의 하부를 지나 피검사체 측으로 안내된다.
한편, 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)은 케이스(130)의 하부에 서로 마주보게 이격 배치되는데, 이를 위해서 케이스(130)의 하부에는 제 2 조명수 단(120a)의 제 2 라인 가이드(122a)가 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 1 하우징(140a)과, 마찬가지로 제 3 조명수단(120b)의 제 3 라인 가이드(122b)가 수평방형으로 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 2 하우징(140b)을 구비한다. 제 1 하우징(140a) 및 제 2 하우징(140b)은 이격되게 배치된다.
제 1 하우징(140a) 및 제 2 하우징(140b)은 제 1 조명수단(110)의 빔스플리터(118)에서 회절되어 케이스(130)의 하부로 안내되는 조명광에 간섭되지 않게 케이스(130)의 하부에 통상의 볼트에 의해 장착되는 상판(142a, 142b)과, 상판(142a, 142b)의 양단에서 하부로 수직하게 연장되는 한 쌍의 측벽(144a, 144b)을 구비한다. 즉, 제 1 하우징(140a) 및 제 2 하우징(140b)은 측면에서 봤을 때 단면이 대략 "∩"자 형상을 가진다.
이렇게 형성된 제 1 하우징(140a)의 측벽(144a) 사이로는 제 2 라인 가이드(122a)가 슬라이딩 가능하게 장착되고, 제 2 하우징(140b)의 측벽(144b) 사이로는 제 3 라인 가이드(122b)가 슬라이딩 가능하게 장착된다. 제 1 하우징(140a)의 측벽(144a) 및 제 2 하우징(140b)의 측벽(144b)에는 각각의 측벽(144a, 144b)의 길이방향을 따라 가이드홈(146a, 146b)이 형성되고, 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)에는 각각의 가이드홈(146a, 146b)에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 가이드돌기(148a, 148b)가 형성된다. 누구나 알 수 있듯이 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)는 통상의 구동수단, 예를 들면 실린더와 같은 구동수단과 연결되어 구동수단의 구동에 의해 이동된다.
한편, 서로 마주보는 제 1 하우징(140a)의 일측 상부 및 제 2 하우징(140b) 의 타측 상부에는 제 2 반사경(124b) 및 제 1 반사경(124a)이 장착되는데, 이를 위해서 제 1 하우징(140a)의 마주보는 측벽(144a)의 내측면 상에는 제 2 반사경(124b)이 끼워지는 끼움홈(150a)이 제 2 라인 가이드(122a)에 간섭되지 않게 형성되며, 마찬가지로 제 2 하우징(140b)의 마주보는 측벽(144b)의 내측면 상에는 제 1 반사경(124a)이 끼워지는 끼움홈(150b)이 제 3 라인 가이드(122b)에 간섭되지 않게 형성된다. 바람직하게는 끼움홈(150a, 150b)은 제 1 하우징(140a) 및 제 2 하우징(140b)의 일측 및 타측 상부에서 제 1 하우징(140a) 및 제 2 하우징(140b)의 타측 및 일측 하부로 경사지게 형성되며, 라인형태의 조명광이 조사되는 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)의 선단은 제 1 반사경(124a) 및 제 2 반사경(124b) 측으로 경사지게 형성된다.
그리고 제 2 반사경(124b)이 끼워진 제 1 하우징(140a)의 측벽(144a)의 일측, 제 1 반사경(124a)이 끼우진 제 2 하우징(140b)의 측벽(144b)의 타측에는 연질의 재질로 제작된 스토퍼(152a, 152b)가 통상의 나사에 의해서 결합된다. 이러한 스토퍼(152a, 152b)는 제 1 반사경(124a) 및 제 2 반사경(124b)이 제 2 하우징(140b) 및 제 1 하우징(140a)에서 이탈되는 것을 방지함과 아울러 제 2 라인 가이드(122a) 및 제 3 라인 가이드(122b)가 제 1 반사경(124a) 및 제 2 반사경(124b)에 충돌하는 것을 방지한다.
하기에는 전술한 바와 같이 형성된 비전 검사용 다중 조명장치(100)의 작동상태를 간략하게 설명한다.
제 1 조명수단(110), 및 제 2 조명수단(120a), 제 3 조명수단(120b)에 각각의 광원으로부터 조명광이 전달되면, 제 1 조명수단(110)의 조명광은 피검사체가 놓여진 촬영구역으로 수직한 방향으로 전달되고, 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)의 조명광은 제 1 반사경(124a) 및 제 2 반사경(124b)에 반사되어 피검사체가 놓여진 촬영구역으로 경사진 방향으로 전달된다.
이렇게 피검사체가 놓여진 촬영구역으로 수직하게 입사되는 제 1 조명수단(110)의 조명광은 촬영구역에 모두 입사되기 때문에 피검사체 패턴의 형상이 그대로 카메라에 촬영된다. 따라서 제 1 조명수단(110)의 조명광은 패턴 형상의 불량여부를 명확하게 검출할 수 있게 한다. 그리고 제 2 조명수단(120a) 및 제 3 조명수단(120b)의 조명광은 촬영구역에 경사지게 입사되기 때문에 피검사체의 형성된 미세한 홈, 및 미세한 돌기가 촬영영상에서는 어둡게 나타나기 때문에 불량여부를 용이하게 검출할 수 있게 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비전 검사용 다중 조명장치의 도식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1 조명수단에 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단이 결합된 상태를 보인 사시도이며, 그리고
도 3은 도 2의 분해사시도이다.
<도면의주요부분에대한부호의설명>
100 : 비전 검사용 다중 조명장치 110 : 제 1 조명수단
120a : 제 2 조명수단 120b : 제 3 조명수단
130 : 케이스 140a : 제 1 하우징
140b : 제 2 하우징

Claims (11)

  1. 비전 검사용 다중 조명장치에 있어서,
    상기 조명장치는,
    카메라와 동축선상에 배치되어 피검사체 측으로 수직하게 조명광을 전달하는 제 1 조명수단; 및
    상기 피검사체 측으로 경사진 조명광을 전달하는 제 2 조명수단 및 제 3 조명수단;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 조명수단은,
    광원으로부터 안내된 조명광을 균일한 상태의 폭이 일정한 라인 형태의 조명광으로 변환하는 제 1 라인 가이드;
    상기 제 1 라인 가이드에서 조사된 조명광을 집광하는 집광렌즈;
    상기 집광렌즈를 통과한 조명광 중 IR영역대의 파장을 차단시켜주는 IR필터; 및
    상기 IR필터를 통과한 조명광을 상기 피검사체 측으로 회절되게 하는 빔스플리터;로 이루어진 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 조명수단 및 상기 제 3 조명수단은 상기 제 1 조명수단의 하부에 서로 마주보게 이격 배치되며,
    상기 제 2 조명수단 및 상기 제 3 조명수단은,
    광원으로부터 안내된 조명광을 균일한 상태의 폭이 일정한 라인 형태의 조명광으로 변화하는 제 2 라인 가이드 및 제 3 라인 가이드; 및
    상기 제 2 라인 가이드 및 상기 제 3 라인 가이드에서 조사된 조명광을 상기 피검사체 측으로 반사하는 제 1 반사경 및 제 2 반사경;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 반사경 및 상기 제 2 반사경은 입사되는 조명광을 전부 반사하는 할 수 있도록 오목한 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 반사경 및 상기 제 2 반사경은 22.0㎜의 곡률반경을 가지는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 조명수단의 상기 집광렌즈, 상기 IR필터 및 상기 빔스플리터는 함체 형상의 케이스의 내부 일측에서 내측 타측으로 순차적이게 배치되고, 상기 케이스의 일측 외측면 상에는 상기 제 1 라인 가이드가 장착되며,
    상기 제 1 라인 가이드에서 조사된 조명광은 상기 케이스 내로 안내되어 상 기 집광렌즈, 상기 IR필터 및 상기 빔스플리터 까지 순차적으로 안내되고, 상기 빔스플리터에서 회절된 조명광은 상기 케이스의 하부를 지나 피검사체 측으로 안내되는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 조명수단 및 상기 제 3 조명수단은, 상기 케이스의 하부에 이격 장착되고 상기 제 2 라인 가이드 및 상기 제 3 라인 가이드가 수평방향으로 슬라이딩 가능하게 장착되는 제 1 하우징 및 제 2 하우징을 구비하며, 상기 제 1 하우징의 일측 상부에는 상기 제 2 반사경이 장착되고, 상기 제 2 하우징의 타측 상부에는 상기 제 1 반사경이 장착되는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징은 상기 제 1 조명수단의 상기 빔스플리터에서 회절되어 상기 케이스의 하부로 안내되는 조명광에 간섭되지 않게 상기 케이스의 하부에 장착되는 상판과, 상기 상판의 양단에서 하부로 수직하게 연장되는 한 쌍의 측벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 하우징의 상기 측벽 및 상기 제 2 하우징의 상기 측벽에는 길이방향을 따라 가이드홈이 형성되고, 상기 제 2 라인 가이드 및 상기 제 3 라인 가이드에는 각각의 상기 가이드홈에 슬라이딩 가능하게 끼워지는 가 이드돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 하우징에 구비된 상기 측벽의 일측 상부 내측면 및 상기 제 2 하우징에 구비된 상기 측벽 타측 내측면에는 상기 제 2 반사경 및 상기 제 1 반사경이 끼워지는 끼움홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 반사경이 끼워진 상기 제 1 하우징에 구비된 상기 측벽의 일측, 그리고 상기 제 1 반사경이 끼우진 상기 제 2 하우징(140b)에 구비된 상기 측벽의 타측에는 연질의 재질로 제작된 스토퍼가 결합되어, 상기 제 1 반사경 및 상기 제 2 반사경의 이탈을 방지하면서 상기 제 2 라인 가이드 및 상기 제 3 라인 가이드가 상기 제 1 반사경 및 상기 제 2 반사경에 충돌하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 비전 검사용 조명장치.
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