KR20160118722A - 3d 비전검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 비전검사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비전검사 대상물이 안착되는 스캐닝 스테이지와, 상기 스캐닝 스테이지상에 안착된 검사 대상물에 레이저를 조사하고, 카메라를 통해 다수개의 라인 레이저의 이미지를 촬영하는 비전센싱부와, 상기 비전센싱부에서 촬영된 이미지를 합성하여 3D 데이터를 생성하는 3D 데이터 생성부와, 기저장된 검사기준 3D 데이터와, 상기 3D 데이터 생성부에서 생성된 검사대상 3D 데이터를 비교하여 검사 대상물의 양불을 판단하는 검사판단 제어부를 포함하여 제공된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 비전센싱부에서 라인 레이저를 통해 추출된 높이값 정보를 2D 이미지화하여 부품검사에 소요되는 시간을 단축하여 생산라인에서 연속적으로 생산되는 부품의 전수검사가 이루어지도록 하는 효과가 있다.
또한, 비전센싱부에서 라인 레이저를 통해 추출된 특정 검사영역의 높이정보를 특정 색상값으로 변환된 2D 이미지가 생성되도록 하여 방대한 데이터의 저장 및 처리가 효율적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Description

3D 비전검사 시스템{3D vision inpection system}

본 발명은 3D 비전검사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기기 부품 생산 및 조립공정에서 3D 비전 검사 방법을 통해 전수검사가 가능하며, 비전검사에 사용되는 3D 데이터를 2D 이미지 정보로 변환하여 방대한 데이터의 저장 및 처리가 효율적으로 이루어지도록 하는 3D 비전검사 시스템에 관한 것이다.

비전 검사 장치는 검사자가 육안 또는 현미경 등을 통해 수작업으로 반도체, LCD, 기계 등의 부품을 일일이 검사하는 것을 비전카메라 장비를 통해 대신 수행하도록 것을 말하며, 일반적으로 CCD 카메라를 통해 입력된 각 CCD 화소의 밝기값 비교, 평균과 표준편차를 통해 평균과 극도로 떨어진 부분의 검색, 문제가 되는 부분의 면적 계산 등을 수행하도록 한다.

예를 들어 LCD 포미터의 불량화소를 판별하기 위해서는 종래에는 LCD를 켜 놓고 검사자가 육안으로 일일이 확인하곤 했으나, 비전기술을 응용하여 LCD 화면 영상 이미지를 카메라로 촬영하고, 분석장비를 통해 자동으로 불량의 유무, 불량 발생 위치, 불량발생 종류까지 판별이 가능하도록 한다.

이러한 비전 검사 기술은 검사자의 고유한 사고 능력인 판단을 대신해 준다는 측면에서 확장성이 매우 넓고, 유용한 분야로 최근 CCD 현미경 카메라의 경우에는 이전에는 검사자가 볼 수 없는 작은 영역을 크게 확대 및 촬영하여 불량을 판단할 수 있도록 도움을 주는 역할을 하게 된다.

한편, 비전 검사 기술은 산업구조가 고도화된 미국, 일본, EU 등에서 1980년대 후반부터 널리 보급되어 활용하고 있으며, 국내의 경우 반도체 산업의 활성화와 함께 1990년대 들어 본격적으로 사용되기 시작하여 PCB 관련 산업, 전기 부품산업, 제약 산업, 화학 산업, 자동차 산업 등에 적용되어 점차 그 활용분야가 확대되어 왔으며 최근에는 LCD, OLED 제조 및 태양광 산업을 비롯한 타 산업분야로도 확대되고 있다.

아울러, 최근 제조업체들은 생산성 향상을 위해 고속, 고해상은 물론 더욱 정밀하고 정확한 비전검사가 요구되고 있으나, 국내 보급된 비전 장치들은 대부분 2D 기반의 비전 검사 시스템이 보편화되어 있으나, 이러한 2D 비전 검사는 불량검출에서 정품을 불량으로 판독하는 등의 오류발생이 잦게 되며, 이에 최근 일부 대기업을 중심으로 이를 극복하기 위해 3D 비전 검사 기술이 활용되고 있다.

특히 전장부품인 릴레이(세라믹 어셈블리)의 플라즈마 용접부 검사는 2D 비전 검사 시스템으로는 제품의 완전 검출이 용이하지 않을 뿐만 아니라 검사 조건상 2D 비전으로 90% 이상의 불량 검출이 불가능하여 3D 비전에 의한 검사 방법을 채택하고 있다.

그러나 이러한 3D 비전 검사 시스템은 2D 비전 검사 시스템에 비해 정확도 및 응용 범위가 높기는 하나 처리해야 하는 방대한 데이터의 양 때문에 전수검사가 어려운 문제점을 가지게 된다.

따라서, 3D 비전 검사가 적용되고 있는 대부분의 검사 시스템은 주로 무작위 샘플링에 기반을 둔 정밀도 검사에 국한되어, 3D 비전 센서를 이용하여 정확도가 높으면서 디지털 기기부품의 생산 및 조립라인에서 전수 검사가 가능한 3D 비전검사 시스템에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

한국등록특허 제0558325호 한국등록특허 제0885982호 한국등록특허 제1269976호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기기 부품 생산 및 조립공정에서 3D 비전 검사 방법을 통해 전수검사가 가능하며, 불량판정율 에러율이 적은 보급형 3D 비전 검사 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 비전검사에 사용되는 3D 데이터를 2D 이미지 정보로 변환하여 방대한 데이터의 저장 및 처리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 비전검사 대상물이 안착되는 스캐닝 스테이지와, 상기 스캐닝 스테이지상에 안착된 검사 대상물에 레이저를 조사하고, 카메라를 통해 다수개의 라인 레이저의 이미지를 촬영하는 비전센싱부와, 상기 비전센싱부에서 촬영된 이미지를 합성하여 3D 데이터를 생성하는 3D 데이터 생성부와, 기저장된 검사기준 3D 데이터와, 상기 3D 데이터 생성부에서 생성된 검사대상 3D 데이터를 비교하여 검사 대상물의 양불을 판단하는 검사판단 제어부를 포함하여 제공된다.

아울러, 상기 검사판단 제어부에서는 라인 레이저를 통해 특정 검사영역의 높이값에 따른 검사 이미지를 생성하여, 검사기준 이미지의 높이값에서 상부 한계치값과 하부 한계치값의 공차영역을 설정하여, 검사대상 3D 데이터의 특정 검사영역 높이값이 상기 공차영역 내에 포함되는지 여부를 검사한다.

더욱이, 상기 3D 데이터 생성부에서 생성된 3D 데이터에서 특정 검사영역의 높이정보를 특정 색상값으로 변환하여 2D 이미지를 생성하는 2D 이미지 변환부와, 상기 2D 이미지 변환부에서 생성되는 이미지의 인덱스 정보가 포함된 데이터가 저장 분류되는 데이터베이스를 더 포함하여 제공된다.

여기서 상기 데이터베이스에 저장되는 이미지의 인덱스 정보에는 이미지생성날짜정보가 포함되며, 상기 데이터베이스에서는 상기 이미지생성날짜정보에 기초하여 이미지 생성날짜가 일정 기간 경과한 이미지 데이터는 상기 데이터베이스에서 삭제되도록 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 비전센싱부에서 라인 레이저를 통해 추출된 높이값 정보를 2D 이미지화하여 부품검사에 소요되는 시간을 단축하여 생산라인에서 연속적으로 생산되는 부품의 전수검사가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

또한, 비전센싱부에서 라인 레이저를 통해 추출된 특정 검사영역의 높이정보를 특정 색상값으로 변환된 2D 이미지가 생성되도록 하여 방대한 데이터의 저장 및 처리가 효율적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 비전검사 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 3D 비전검사 시스템의 주요 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 3D 데이터 생성부에서 라인 레이저를 이용한 검사 이미지를 생성한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 비전검사 시스템의 주요구성을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 2D 이미지 변환부에 의해 생성된 이미지의 일례를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 비전검사 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 3D 비전검사 시스템의 주요 구성을 나타낸 블럭도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 3D 비전검사 시스템은 스캐닝 스테이지(10), 비전센싱부(20), 3D 데이터 생성부(30) 및 검사판단 제어부(40)를 포함하여 구성된다.

스캐닝 스테이지(10)는 비전검사 대상물이 안착되는 것으로서, 컨베이어에 의해 연속적으로 검사 대상물이 이송된다.

비전센싱부(20)는 스캐닝 스테이지(10)상에 안착된 검사 대상물의 형상을 스캔하는 것으로서, 본 발명에서는 레이져 광 삼각법을 이용하여 3D 데이터가 생성되도록 한다. 이러한 레이저 광 삼각법은 일측에 설치되는 레이저 조사수단을 통해 검사 대상물에 레이저를 조사하여, 대상물 표면에 형성되는 라인 레이저를 경사진 방향으로 설치되는 카메라로 촬영하여, 이렇게 얻어진 여러개의 이미지를 통해 3D 이미지를 생성시키도록 하는 것이다.

3D 데이터 생성부(30)는 비전센싱부(20)에서 촬영된 여러 이미지의 라인 레이저를 추출하고 이를 계산하여 삼차원의 3D 데이터를 생성하게 된다.

검사판단 제어부(40)는 검사표준 데이터인 검사기준 3D 데이터와 3D 데이터 생성부(30)에서 생성된 검사대상 3D 데이터를 비교하여 검사 대상물의 양불을 판단하게 된다. 이러한 검사판단 제어부(40)는 미리 저장된 검사기준 3D 데이터를 이용하여 스캐닝 스테이지(10)로 이송되는 검사 대상물의 데이터를 전송받아 연속적인 검사가 수행되도록 한다.

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 3D 데이터 생성부에서 라인 레이저를 이용한 검사 이미지를 생성한 예를 나타낸 도면이다.

도 3의 왼쪽 이미지는 검사판단 제어부(40)에서는 라인 레이저를 통해 특정 검사영역의 높이값에 따른 검사기준 이미지를 생성한 것이고, 오른쪽 이미지는 검사대상 이미지를 생성한 것이다.

이러한 검사 이미지를 기준으로 검사판단 제어부(40)에서 양불을 판단하게 되는데, 도 4에서와 같이 검사판단 제어부(40)에서는 검사기준 이미지의 높이값에서 상부 한계치값(Upper Treshold)과 하부 한계치값(Low Treshold)의 공차영역을 설정하여, 검사대상 3D 데이터의 특정 검사영역 높이값이 공차영역 내에 포함되면 양호한 것으로 판단하고, 공차영역을 벗어나면 불량으로 판단한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3D 비전검사 시스템의 주요구성을 나타낸 블럭도이고, 도 6는 2D 이미지 변환부에 의해 생성된 이미지의 일례를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면 본발명의 다른 실시예에서는 방대한 3D 데이터를 2D 이미지화하여 데이터의 저장 및 처리가 효율적으로 이루어지도록 하는데 있다.

이를 위해 본 발명에서는 3D 데이터를 2D로 변환하는 2D 이미지 변환부(50)와, 2D 이미지 데이터를 저장하는 데이터베이스(60)를 더 포함하여 제공된다.

2D 이미지 변환부(50)는 3D 데이터 생성부(30)에서 생성된 3D 데이터에서 특정 검사영역의 높이 정보를 특정 색상값으로 변환하여 2D 이미지가 생성되도록 한다. 이는 도 5의 예시에서와 같이 단면 구조와 비교하여 보면 색상별로 높이가 다름을 알 수 있다. 이러한 변환 이미지를 통해 각 픽셀의 색상값 정보를 비교하여 불량 검출 캘리브레이션이 매우 용이하게 된다.

아울러, 2D 이미지 변환부(50)에서 생성된 이미지는 각 이미지의 인덱스 정보가 포함된 데이터를 데이터베이스(60)에서 저장 및 분류시키게 된다. 이렇게 저장되는 이미지는 이미지의 부품명, 부품번호, 이미지생성날짜 등의 인덱스 정보에 의해 분류되도록 한다. 아울러 데이터베이스(60)에서는 이미지생성날짜정보에 기초하여 이미지 생성날짜가 일정 기간을 경과한 이미지 데이터를 자동적으로 삭제되어, 데이터 처리가 효율적으로 이루어지도록 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 3D 비전검사 시스템은 검사대상 특정 부위의 높이값 정보를 2D 이미지화하여 신속하게 검사를 수행하여 검사 신뢰도를 높이면서도, 검사대상 부품의 전수검사가 이루어질 수 있도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 스캐닝 스테이지 20 : 비전센싱부
30 : 3D 데이터 생성부 40 : 검사판단 제어부
50 : 2D 이미지 변환부 60 : 데이터베이스

Claims (4)

1. 비전검사 대상물이 안착되는 스캐닝 스테이지와;
   상기 스캐닝 스테이지상에 안착된 검사 대상물에 레이저를 조사하고, 카메라를 통해 다수개의 라인 레이저의 이미지를 촬영하는 비전센싱부와;
   상기 비전센싱부에서 촬영된 이미지를 합성하여 3D 데이터를 생성하는 3D 데이터 생성부와;
   기저장된 검사기준 3D 데이터와, 상기 3D 데이터 생성부에서 생성된 검사대상 3D 데이터를 비교하여 검사 대상물의 양불을 판단하는 검사판단 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 비전검사 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 검사판단 제어부에서는 라인 레이저를 통해 특정 검사영역의 높이값에 따른 검사 이미지를 생성하여, 검사기준 이미지의 높이값에서 상부 한계치값과 하부 한계치값의 공차영역을 설정하여, 검사대상 3D 데이터의 특정 검사영역 높이값이 상기 공차영역 내에 포함되는지 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 3D 비전검사 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 3D 데이터 생성부에서 생성된 3D 데이터에서 특정 검사영역의 높이정보를 특정 색상값으로 변환하여 2D 이미지를 생성하는 2D 이미지 변환부와;
   상기 2D 이미지 변환부에서 생성되는 이미지의 인덱스 정보가 포함된 데이터가 저장 분류되는 데이터베이스를; 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 비전검사 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 데이터베이스에 저장되는 이미지의 인덱스 정보에는 이미지생성날짜정보가 포함되며, 상기 데이터베이스에서는 상기 이미지생성날짜정보에 기초하여 이미지 생성날짜가 일정 기간 경과한 이미지 데이터는 상기 데이터베이스에서 삭제되도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 비전검사 시스템.
   

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