KR20190045645A - 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치 - Google Patents

3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치 Download PDF

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KR20190045645A
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Abstract

본 발명은 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정대상구역에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 동작되는 복수개의 프로젝터를 방사대칭형으로 배치함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 인쇄회로기판을 복수개의 측정대상구역으로 분할하고, 분할된 각각의 측정대상구역을 그 측정대상구역에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역과 일반 측정구역으로 구분하되, 상호 구분된 측정구역에 따라 프로젝터들의 작동 개수를 조절함으로써 3차원 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는, 복수개의 부품이 장착된 인쇄회로기판의 정해진 측정대상구역에 빛을 조사하는 조명과; 상기 측정대상구역에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상기 측정대상구역을 중심으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 방사대칭형으로 배치되는 복수개의 프로젝터와; 상기 모아레 패턴이 투영된 측정대상구역을 촬영하는 카메라와; 상기 복수개의 프로젝터 및 상기 카메라의 작동을 제어하는 촬영제어부와; 상기 카메라에서 촬영된 모아레 패턴 이미지를 조합하여 3차원 영상을 형성하는 3차원영상형성부를; 포함하되, 상기 촬영제어부는, 상기 인쇄회로기판을 복수개의 측정대상구역으로 분할하고, 상기 분할된 각각의 측정대상구역을 그 측정대상구역에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역과 일반 측정구역으로 구분하여 정하며, 상기 카메라가 상기 일반 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 중 정해진 일부의 프로젝터만 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치{HYBRID MOIRE MEASURING DEVICE FOR 3D INSPECTION}
본 발명은 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정대상구역에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 동작되는 복수개의 프로젝터를 방사대칭형으로 배치함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 인쇄회로기판을 복수개의 측정대상구역으로 분할하고, 분할된 각각의 측정대상구역을 그 측정대상구역에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역과 일반 측정구역으로 구분하되, 상호 구분된 측정구역에 따라 프로젝터들의 작동 개수를 조절함으로써 3차원 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치에 관한 것이다.
인쇄회로기판(PCB) 장착 검사와 같이 높이가 수십 um에서 수십 mm 까지의 범위가 넓은 측정이 필요한 3D 검사기 분야에서는 모아레 방식을 이용한 3D 측정기가 사용되는 것이 일반적이다.
통상적으로 모아레 간섭 무늬를 이용하여 반도체 부품의 리이드 들뜸이나 볼의 높이 등을 측정하는데에는 그림자식과 영사식이 있다. 즉, 격자를 물체위에 형성하는 방법으로서 물체의 표면에 직접적으로 격자를 새기는 방법과, 조명광에 의해서 투과형 격자의 그림자가 물체에 비쳐서 마치 격자가 있는 것처럼 보이게 하는 방법이다.
그림자식 모아레법은 측정하고자 하는 물체 앞에 기준 격자를 위치시키고 조명을 하면서 일정한 각도로 이를 관찰함으로써 기준 격자와 물체위에 형성된 기준 격자의 그림자와의 간섭으로 인하여 모아레 간섭 무늬가 형성되도록 하는 것이다.
도 1 에 도시된 것은 일반적인 그림자식 모아레 간섭 무늬를 이용한 검사 방법의 원리를 나타내는 것이다.
도면을 참조하면, 부품(1)의 표면에 기준 격자(4)를 배치하고 조명 광원(3)으로부터 광을 투사함으로써 부품(1)의 표면에 그림자가 생기도록 한다. 이때, 관찰자(2)는 부품(1)의 각 표면들의 지점(A, B, C, D, E)에 대하여 관찰을 하게 된다. 각도(α)로 표시된 것은 부품(1)의 표면상의 일지점에서의 법선과 광 원(13)을 향해 연장된 선이 이루는 각도이다. 또한 각도(ψ)로 표시된 것은 부품(11)의 표면상의 일지점에서의 법선과 관찰자(12)를 향하여 연장된 선이 이루는 각도이다. 한편 g 는 기준 격자(14)상의 격자들의 피치를 나타낸다. W 는 부품 표면상의 특정 위치에서의 표면과 기준 격자(1) 사이의 갭을 나타낸다.
종래기술로 등록특허공보 제10-0468869호(2005.01.29. 공고)에는 "모아레 간섭 무늬를 이용한 부품 검사 장치 및 방법"이 제안된 바 있다.
하지만, 상기의 종래기술은 단일(single) 모아레 측정 방식으로서 2π 모호성으로 인하여 수 um의 측정 정밀도에서 1mm 미만의 측정 한계가 생기는 단점이 있었다.
이에, 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴을 이용한 이중파장방식을 이용하고, 측정의 정밀도를 높임과 동시에 그림자 영역을 극복하기 위하여 복수개의 쌍으로 이루어진 프로젝터를 이용하는 방법을 생각할 수 있으나, 인쇄회로기판의 모든 구역을 부품의 높이, 파인 피치의 리드, 경면 솔더링 여부에 관계없이 동일한 방법으로 측정할 경우 상당한 시간이 소요되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 검사의 정밀도를 향상시킴은 물론, 3차원 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는, 복수개의 부품이 장착된 인쇄회로기판의 정해진 측정대상구역에 빛을 조사하는 조명과; 상기 측정대상구역에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상기 측정대상구역을 중심으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 방사대칭형으로 배치되는 복수개의 프로젝터와; 상기 모아레 패턴이 투영된 측정대상구역을 촬영하는 카메라와; 상기 복수개의 프로젝터 및 상기 카메라의 작동을 제어하는 촬영제어부와; 상기 카메라에서 촬영된 모아레 패턴 이미지를 조합하여 3차원 영상을 형성하는 3차원영상형성부를; 포함하되, 상기 촬영제어부는, 상기 인쇄회로기판을 복수개의 측정대상구역으로 분할하고, 상기 분할된 각각의 측정대상구역을 그 측정대상구역에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역과 일반 측정구역으로 구분하여 정하며, 상기 카메라가 상기 일반 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 중 정해진 일부의 프로젝터만 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수개의 프로젝터는, 중심점을 기준으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 배치되는 제1, 2 프로젝터와, 상기 제1, 2 프로젝터와 연직하게 배치되는 제3, 4 프로젝터와, 상기 제1, 2 프로젝터와 상기 제3, 4 프로젝터의 양측 사이 공간에 각각 배치되는 제5, 6 프로젝터 및 제7, 8 프로젝터로 이루어지고, 상기 촬영제어부는, 상기 카메라가 상기 정밀 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 전체가 작동되도록 제어하고, 상기 카메라가 상기 일반 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 중 제1, 2 프로젝터와, 제3, 4 프로젝터만 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 복수개의 프로젝터 각각은, 적어도 3 bucket 이상의 알고리즘으로 이중파장을 구현할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는 측정대상구역에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 동작되는 복수개의 프로젝터를 방사대칭형으로 배치함으로써 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는 인쇄회로기판을 복수개의 측정대상구역으로 분할하고, 분할된 각각의 측정대상구역을 그 측정대상구역에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역과 일반 측정구역으로 구분하되, 상호 구분된 부품구역에 따라 프로젝터들의 작동 개수를 조절함으로써 3차원 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 그림자식 모아레 간섭 무늬를 이용한 검사 방법의 원리의 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서로 다른 피치를 갖는 2개의 모아레 파장을 새로운 피치를 갖는 모아레 파장으로 생성하는 모습을 도시한 개념도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치의 사시도
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판에 장착된 부품의 높이차를 도시한 도면
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 측정대상구역을 구분한 모습을 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치의 구성도
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서로 다른 피치를 갖는 2개의 모아레 파장을 새로운 피치를 갖는 모아레 파장으로 생성하는 모습을 도시한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치의 사시도이며, 도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판에 장착된 부품의 높이차를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판의 측정대상구역을 구분한 모습을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치의 구성도이다.
도 2 내지 도 6을 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는 조명(10)과, 복수개의 프로젝터(20)와, 카메라(30)와, 촬영제어부(40)와, 3차원영상형성부(50)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는 인쇄회로기판(A)에 부품이 제대로 장착되었지는 여부를 검사를 위한 장치로서, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 인쇄회로기판(A)에는 복수개의 부품이 장착되어 있다.
상기 조명(10)은 복수개의 부품이 장착된 인쇄회로기판(A)의 정해진 측정대상구역(A1, A2)에 빛을 조사하는 구성이다.
상기 복수개의 프로젝터(20)는 상기 측정대상구역(A1, A2)에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상기 측정대상구역을 기준으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 배치된다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 서로 다른 피치를 갖는 2개의 모아레 파장을 새로운 피치를 갖는 모아레 파장으로 생성하는 모습을 개념적으로 도시하였다. 2개의 파장의 차이에 따라 그 크기가 결정된다.
상기 인쇄회로기판(A)에서의 부품 장착 검사시 요구되는 3차원 높이 측정 영역은 수십 um에서 수 mm로서 매우 넓은 영역임에도 불구하고, 정밀도는 수 um 이내로 매우 정밀함을 요구하고 있다.
본 발명의 일실시예에서는 이와 같이 넓은 측정 영역과 정밀도를 동시에 갖기 위하여 이중 파장 모아레 방식을 채택하게 된 것이다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 상기 복수개의 프로젝터(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 중심점을 기준으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 배치되는 제1, 2 프로젝터(21, 22)와, 상기 제1, 2 프로젝터(21, 22)와 연직하게 배치되는 제3, 4 프로젝터(23, 24)와, 상기 제1, 2 프로젝터(21, 22)와 상기 제3, 4 프로젝터(23, 24)의 양측 사이 공간에 각각 배치되는 제5, 6 프로젝터(25, 26) 및 제7, 8 프로젝터(27, 28)로 이루어진다.
측정하고자 하는 대상체의 높이가 높은 경우 그림자의 영역이 넓게 나타나기 때문에 측정 불가능한 영역이 넓게 분포되는데, 본 발명의 일실시예에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 중심점을 기준으로 복수개의 프로젝터(20)를 배치하는 것이다.
또한, 상기 8개의 프로젝터(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)는 상호 마주보는 곳에 배치한 프로젝터와 쌍으로 작동되어 4개의 쌍으로 작동되고, 그 작동은 후술할 촬영제어부(40)에 의해 제어된다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 복수개의 프로젝터(20) 각각은 적어도 3 bucket 이상의 알고리즘으로 이중파장을 구현할 수 있도록 구성되는데, 4 bucket 알고리즘의 성능이 가장 우수하다고 알려져 있다.
상기 카메라(30)는 상기 모아레 패턴이 투영된 측정대상구역(A1, A2)을 촬영하여 필요한 영상을 획득하는 구성이다.
상기 복수개의 프로젝터(20) 각각이 4 bucket 알고리즘으로 이중파장을 구현하는 경우 각 프로젝터 별로 4장의 이미지가 필요하고, 8개의 프로젝터로 구성된 본 발명의 일실시예에서 상기 복수개의 프로젝터(20)가 모두 작동되는 경우에는 상기 카메라(30)는 결국 총 32장의 이미지를 촬영하는 것이다.
상기 촬영제어부(40)는 상기 복수개의 프로젝터(20) 및 상기 카메라(30)의 작동을 제어하는 구성이다.
본 발명의 일실시예에서 상기 촬영제어부(40)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 인쇄회로기판(A)을 복수개의 측정대상구역(A1, A2)으로 분할하고, 상기 분할된 각각의 측정대상구역(A1, A2)을 그 측정대상구역(A1, A2)에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역(A1)과 일반 측정구역(A2)으로 구분하여 정한다.
상기 일반 측정구역(A2)에는 부품에 파인 피치 등의 리드가 포함되어 있지 않은 구역도 포함될 수 있다.
또한, 상기 촬영제어부(40)는 상기 카메라(30)가 상기 일반 측정구역(A2)을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터(20) 중 정해진 일부의 프로젝터(21, 22, 23, 24)만 작동되도록 제어한다.
즉, 본 발명의 일실시예에서 상기 촬영제어부(40)는 상기 카메라(30)가 상기 정밀 측정구역(A1)을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터(20) 전체(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)가 작동되도록 제어하고, 상기 카메라(30)가 상기 일반 측정구역(A2)을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터(20) 중 제1, 2 프로젝터(21, 22)와, 제3, 4 프로젝터(23, 24)만 작동되도록 제어한다.
즉, 상기 일반 측정구역(A2)에는 그림자 영역이 적어 4개의 프로젝터(21, 22, 23, 24)만 작동되더라도 3차원 영상을 원활하게 확보할 수 있기 때문에 다른 프로젝터(25, 26, 27, 28)은 작동시키지 않는 것이다.
따라서, 상기 카메라(30)는 정밀 측정구역(A1)에서 전술한 바와 같이 총 32장의 이미지를 촬영해야 하는 반면에, 일반 측정구역(A2)에서는 그 절반인 총 16장의 이미지만 촬영하면 되는 것이다.
이는 상기 카메라(30)가 성능 좋은 고속 카메라로 구성되어 이미지를 촬영한다 하더라도 총 32장의 이미지를 촬영하기 위해서는 많은 시간이 소요되고, 나아가 3차원영상형성부(50)에서 총 32장의 이미지를 기준으로 각 프로젝터 별로 3차원 계산을 수행해야 함으로써 추가로 많은 시간이 소요되는데, 일반 측정구역(A2)에서는 총 16장의 이미지만을 촬영하면 되기 때문에 3차원 검사에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있게 되는 것이다.
상기 3차원영상형성부(50)는 상기 카메라(30)에서 촬영된 모아레 패턴 이미지를 조합하여 3차원 영상을 형성하는 구성이다.
앞에서 설명되고 도면에서 도시된 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
A 인쇄회로기판
A1 측정대상구역 중 정밀 측정구역
A2 측정대상구역 중 일반 측정구역
10 조명
20 복수개의 프로젝터
21 제1 프로젝터
22 제2 프로젝터
23 제3 프로젝터
24 제4 프로젝터
25 제5 프로젝터
26 제6 프로젝터
27 제7 프로젝터
28 제8 프로젝터
30 카메라
40 촬영제어부
50 3차원영상형성부

Claims (3)

  1. 복수개의 부품이 장착된 인쇄회로기판의 정해진 측정대상구역에 빛을 조사하는 조명과;
    상기 측정대상구역에 2개의 서로 다른 피치를 갖는 모아레 패턴이 투영되도록 상기 측정대상구역을 중심으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 방사대칭형으로 배치되는 복수개의 프로젝터와;
    상기 모아레 패턴이 투영된 측정대상구역을 촬영하는 카메라와;
    상기 복수개의 프로젝터 및 상기 카메라의 작동을 제어하는 촬영제어부와;
    상기 카메라에서 촬영된 모아레 패턴 이미지를 조합하여 3차원 영상을 형성하는 3차원영상형성부를; 포함하되,
    상기 촬영제어부는, 상기 인쇄회로기판을 복수개의 측정대상구역으로 분할하고, 상기 분할된 각각의 측정대상구역을 그 측정대상구역에 장착된 부품의 종류에 따라 정밀 측정구역과 일반 측정구역으로 구분하여 정하며, 상기 카메라가 상기 일반 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 중 정해진 일부의 프로젝터만 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 프로젝터는,
    중심점을 기준으로 상호 대향되는 위치에 쌍을 이루며 배치되는 제1, 2 프로젝터와, 상기 제1, 2 프로젝터와 연직하게 배치되는 제3, 4 프로젝터와, 상기 제1, 2 프로젝터와 상기 제3, 4 프로젝터의 양측 사이 공간에 각각 배치되는 제5, 6 프로젝터 및 제7, 8 프로젝터로 이루어지고,
    상기 촬영제어부는, 상기 카메라가 상기 정밀 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 전체가 작동되도록 제어하고, 상기 카메라가 상기 일반 측정구역을 촬영하는 경우 상기 복수개의 프로젝터 중 제1, 2 프로젝터와, 제3, 4 프로젝터만 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 프로젝터 각각은, 적어도 3 bucket 이상의 알고리즘으로 이중파장을 구현할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치.
KR1020170138465A 2017-10-24 2017-10-24 3차원 검사를 위한 하이브리드 모아레 측정 장치 KR20190045645A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11313794B2 (en) 2019-10-06 2022-04-26 Orbotech Ltd. Hybrid 3D inspection system

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