KR20220056291A - 로봇을 이용한 비전검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇을 이용한 비전검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제품에 부착되는 부품의 조립위치 및 상태를 정확히 측정하기 위해서 로봇을 이용하여 부품의 조립위치를 카메라로 순차적으로 촬상하되, 그림자의 픽셀값을 계산하여 보다 정확한 위치를 측정할 수 있도록 한 로봇을 이용한 비전검사장치에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 로봇을 이용한 비전검사장비에 의하면 촬상된 그림자를 합성한 후에 각 그림자의 픽셀값의 기울기를 통한 값으로 계산하기 때문에 색상의 차이가 일정하지 않아도 그 부분의 정확한 값은 측정가능하고, 부품만의 정확한 위치를 산출할 수 있는 픽셀값과 이에 따른 픽셀값의 예상위치를 기울기를 통해서 확인하므로 대상물의 경계의 정확한 위치와 크기를 산출할 수 있으며, 대상물인 부품의 주연부에서 반사되어 그림자가 또 발생하여도, 픽셀값이 가장 낮은 부분을 찾아서 여기에 기울기 예상값을 추가하기 때문에 정확한 측정이 가능한 등의 효과가 발생한다.

Description

로봇을 이용한 비전검사장치{VISION TEST DEVICE USING SEQUENTIAL LIGHT TECHNIC}
본 발명은 로봇을 이용한 비전검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제품에 부착되는 부품의 조립위치 및 상태를 정확히 측정하기 위해서 로봇을 이용하여 부품의 조립위치를 카메라로 순차적으로 촬상하되, 그림자의 픽셀값을 계산하여 보다 정확한 위치를 측정할 수 있도록 한 로봇을 이용한 비전검사장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 및 디스플레이 패널의 검사는 사람이 검사하는 육안검사에서 카메라를 이용하여 자동으로 검사하는 방식으로 전환되고 있으며, 그 대표적인 장비로 비전검사장비(Automatic Optical Inspection)가 개발되어 널리 사용되고 있다.
비전검사장비는 눈이나 일반 센서로 찾아내기 어려운 산업현장의 불량이나 결함을 카메라와 렌즈 광학계 그리고 일련의 소프트웨어 알고리즘을 적용하여 고속으로 결함을 정확하게 찾아내는 시스템으로써, 반도체 및 LCD 등의 미세 패턴 제조공정에서 널리 사용되고 있는 시스템이다. 전술한 카메라는 주로 특정한 영역을 촬영하는 구역 스캔 카메라(Area Scan Camera), 직선상의 구역을 촬영하는 라인 스캔 카메라(Line Scan Camera) 등이 사용되며, 이와 같은 카메라가 기능을 발휘하기 위하여 조명장치가 반드시 필요하다.
산업현장에서 제품을 자동으로 생산할 경우에 필요한 모든 부품이 정확한 위치에 부착되었는지, 위치가 잘못 부착되지는 않았는지 등의 검사공정이 이루어진다.
종래에는 이러한 검사과정을 육안으로 검사를 하였으나, 상기한 것과 같이 카메라를 이용하여 이를 촬상하고, 각 부품의 위치와 부착정도를 확인하게 된다.
상기 부품검사를 위한 종래의 비전검사장비에 관한 기술은 대한민국 특허청 등록특허공보 제1380653호, 공개특허공보 제2015-0066824호 등에 개시된 바 있다.
또한, 종래에는 이러한 문제점을 극복하기 위해서, 순차적 조명을 이용한 비전검사장치가 제공되는데, 종래의 로봇을 이용한 비전검사장치는 제품의 주연부를 순차적으로 조명을 비추면서 촬영하여, 카메라에 촬영되는 그림자를 합성한 후에 부품이 정확한 위치와 높이에 설치되었는지를 확인할 수 있도록 형성된다.
그러나, 종래의 순차적조명을 이용한 비전검사장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.
(1) 촬상되는 그림자를 합성했을 때 그림자의 색상의 차이가 일정하지 않아서 정확한 측정이 어렵다.
(2) 대상물인 부품의 위치에서 넓게 분포하는 그림자의 길이에 의해서, 부품만의 정확한 위치와 크기를 측정할 수 없다.
(3) 대상물인 부품의 주연부에서 반사되어 그림자가 또 발생하여 정확한 위치의 경계값의 산출이 어렵다.
상기한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 가운데에 카메라가 형성되고, 상기 카메라의 전방주연부로 8개의 구역으로 나눠져서 내부에 LED조명이 형성되는 가변형링조명이 형성되며, 상기 카메라는 각각 하나의 각 구획의 LED조명이 켜질 때마다 피검품을 촬상하고, 8개의 영상을 획득하되,
상기 8개의 영상을 합하여, 하나의 형상으로 완성하고, 0~255로 표시되는 픽셀값을 인식한 후 그래프의 기울기 예상값을 계산하여 픽셀값이 낮은 값의 위치에서 기울기 예상값을 적용한 예상위치를 더하여 정밀한 경계위치를 계산함으로써 부품의 크기를 정확히 측정할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 로봇을 이용한 비전검사장비에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 촬상된 그림자를 합성한 후에 각 그림자의 픽셀값의 기울기를 통한 값으로 계산하기 때문에 색상의 차이가 일정하지 않아도 그 부분의 정확한 값은 측정가능하다.
(2) 부품만의 정확한 위치를 산출할 수 있는 픽셀값과 이에 따른 픽셀값의 예상위치를 기울기를 통해서 확인하므로 대상물의 경계의 정확한 위치와 크기를 산출할 수 있다.
(3) 대상물인 부품의 주연부에서 반사되어 그림자가 또 발생하여도, 픽셀값이 가장 낮은 부분을 찾아서 여기에 기울기 예상값을 추가하기 때문에 정확한 측정이 가능하다.
도 1은 종래의 순차적 조명을 이용한 비전검사장비의 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 로봇을 이용한 비전검사장치의 개념도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 로봇을 이용한 비전검사장치의 가변형링조명의 평면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 로봇을 이용한 비전검사장치를 이용한 촬상의 예를 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 로봇을 이용한 비전검사장치를 이용한 촬영 후에 대상물의 주연부에 나타난 픽셀값을 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 로봇을 이용한 비전검사장치를 이용한 촬영 후에 대상물의 주연부에 나타난 픽셀값을 정확히 계산하기 위한 기울기 개념도.
본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서, 본원 명세서의 도면은 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 사용된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명이 명확하게 하도록 하기 위해서 다소 과장되거나 단순화되어 표시될 수 있다.
또한, 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 기술적 사상과는 관계없는 부분의 설명은 생략하였고, 본원 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여서 설명하였다.
본 발명에서 정의된 용어 및 부호들은 사용자, 운용자 및 작성자에 의해서 임의로 정의되거나, 선택적으로 사용된 용어이기 때문에, 이러한 용어들은 본원 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 하고, 용어자체의 의미로 한정하여서는 안된다.
본 발명은 가운데에 카메라(110)가 형성되고, 상기 카메라(110)의 전방주연부로 8개의 구역으로 나눠져서 내부에 LED조명(130)이 형성되는 가변형링조명(200)이 형성되며, 상기 카메라(110)는 각각 하나의 각 구획의 LED조명(130)이 켜질 때마다 피검품을 촬상하고, 8개의 영상을 획득하되,
상기 8개의 영상을 합하여, 하나의 형상으로 완성하고, 0~255로 표시되는 픽셀값을 인식한 후 그래프의 감소 기울기 예상값을 계산하여 픽셀값이 낮은 값의 위치에서 기울기 예상값을 적용한 예상위치를 더하여 정밀한 경계위치를 계산함으로써 부품의 크기를 정확히 측정할 수 있도록 한다.
상기 카메라(110)는 흑백 또는 그레이 카메라(110)이고, 픽셀값이 RGB 형태로 0~255의 값으로 표시될 수 있는 카메라(110)이다.
상기 가변형링조명(200)은 카메라(110)의 렌즈의 측면에 부착될 수 있도록 형성되되, 가운데에는 카메라(110) 렌즈가 위치할 수 있도록 비어있다.
상기 가변형링조명(200)은 8개의 구역으로 방사형으로 나눠지고, 각 구역마다 동일한 개수의 LED조명(130)이 형성된다.
상기 가변형링조명(200)은 8개의 구역으로 나눠진 것이 바람직하나, 4개, 6개, 10개, 12개 등 다양하게 구역을 나눠서 촬영이 가능하고, 여러개의 중첩이미지는 더 높은 품질의 정확도를 만들어 낼 수 있다.
상기 LED조명(130)은 각각 동일한 조도를 가지도록 형성되는 것이 적당하고, 백색광으로도 무방하다.
상기 카메라(110)로 대상물을 촬상하면, 도 4의 (a)와 같이 8개의 구역별 각 촬영이미지가 획득되고, 이를 중첩하면 도 4의 (b)와 같이 중첩이미지를 얻을 수 있다.
이때, 중첩이미지를 자세히 살펴보면, 도 5와 같이 대상물의 주연부에 형성되는 그림자는 주연부에 넓게 퍼져서 일정한 픽셀값들을 가지게된다.
도 5의 픽셀값을 확대해 보면, 그림자가 가장 진하게 나타나는 즉 픽셀값이 가장 낮게 나타나는 부분(9부분)을 경계로 획득하게 된다.
그러나, 도 5에서 측정된 부분(9부분)이 대상물의 실제수치와는 차이가 있는데, 이는 반사광부분에 의해서 정확한 위치를 예측하기가 어렵기 때문이다.
도 6은 일정 직선상에 나타난 픽셀값들을 막대그래프로 표시한 것인데, 이를 자세히 살펴보면 가장 어두운부분(픽셀값이 가장 낮은 부분)에서 일정 기울기로 더 낮아져야 할 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 픽셀값이 가장 낮은 값 이전의 적어도 3개의 감소되는 기울기 값을 산술적으로 계산하여 가장 낮은 값의 위치에서 진행되는 감소 기울기를 예측한 후 이를 적용한 예상위치(△)를 예상하여 정밀한 경계위치(9+예상위치(△))를 측정한다.
즉, 각 픽셀값의 변화율의 추이는 Y1 내지 Y3까지 측정이 가능하고, 각 X1,2,3의 위치에서 값을 알고 있으므로,
Figure pat00001
예상경계위치는
Figure pat00002
로 계산될 수 있다.
상기와 같이 정밀한 경계위치를 측정하게 되면, 피검품의 작은 설치위치의 오류나, 거의 분별이 어려운 높이로 부착되는 피검품의 위치도 정확히 찾을 수 있어서 장치의 정확도를 현저히 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예로 형성되는 로봇을 이용한 비전검사장비에 의하면 촬상된 그림자를 합성한 후에 각 그림자의 픽셀값의 기울기를 통한 값으로 계산하기 때문에 색상의 차이가 일정하지 않아도 그 부분의 정확한 값은 측정가능하고, 부품만의 정확한 위치를 산출할 수 있는 픽셀값과 이에 따른 픽셀값의 예상위치를 기울기를 통해서 확인하므로 대상물의 경계의 정확한 위치와 크기를 산출할 수 있으며, 대상물인 부품의 주연부에서 반사되어 그림자가 또 발생하여도, 픽셀값이 가장 낮은 부분을 찾아서 여기에 기울기 예상값을 추가하기 때문에 정확한 측정이 가능한 등의 효과가 발생한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
10 : 베드 30 : 피검품
100 : 몸체 110 : 카메라
130 : LED조명 200 : 가변형링조명

Claims (3)

  1. 가운데에 카메라(110)가 형성되고, 상기 카메라(110)의 전방주연부로 8개의 구역으로 나눠져서 내부에 LED조명(130)이 형성되는 가변형링조명(200)이 형성되며, 상기 카메라(110)는 각각 하나의 각 구획의 LED조명(130)이 켜질 때마다 피검품을 촬상하고, 8개의 영상을 획득하되,
    상기 8개의 영상을 합하여, 하나의 형상으로 완성하고, 0~255로 표시되는 픽셀값을 인식한 후 그래프의 감소 기울기 예상값을 계산하여 픽셀값이 낮은 값의 위치에서 기울기 예상값을 적용한 예상위치를 더하여 정밀한 경계위치를 계산함으로써 부품의 크기를 정확히 측정할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇을 이용한 비전검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가변형링조명(200)은 4개, 6개 또는 12개의 구역으로 나눠지고, 각각 4개, 6개 또는 12개의 영상이 획득되는 것을 특징으로 하는 로봇을 이용한 비전검사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가장 낮은 픽셀값을 Y3라 하고, 전 픽셀값을 Y2, 전전 픽셀값을 Y3라 할 때, 예상위치값은
    Figure pat00003

    로 계산되는 것을 특징으로 하는 로봇을 이용한 비전검사장치.
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