KR20230013699A - 비전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 비전 대상물에 광을 조사하는 광원부, 광원과 비전 대상물 사이의 광 경로 상에 광원부에 대응하여 배치되고 광원부 방향보다 비전 대상물 방향으로 단면적이 넓은 광 파이프, 광원부와 광 파이프 사이에서 광 파이프를 고정하는 고정 수단, 및 광 파이프와 비전 대상물 사이에 배치되는 개구부를 포함하는 마스크를 포함하는 비전 시스템을 제공한다.

Description

비전 시스템{CURING DEVICE}
본 발명은 검사 대상체에 광을 조사하는 비전 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 과제의 지원을 받아 완성되었습니다.
Figure pat00001
비전 시스템은 다양한 장치들을 검사하기 위해 검사 대상체에 광을 조사한다.
광을 조사하는 비전 시스템은 구성요소들의 공정 오차 등 다양한 이유로 정렬이 틀어져 광원으로부터 광이 검사 대상물에 균일하게 조사되지 않을 수 있다.
또한 비전 시스템은 광원으로UV 램프 광원을 친환경적인 LED 광원으로 대체하고 있다. 그러나, 비전 시스템에 사용되는 LED 광원은 출력 파장이 제한될 뿐만 아니라 LED 광원의 발열 때문에 광원의 출력의 균일도를 유지시키기 어려울 수 있다.
본 발명은 구성요소들의 공정 오차와 관계없이 광원들의 정렬을 향상시켜 광이 검사 대상체에 균일하게 조사되는 비전 시스템을 제공한다.
또한 본 발명은, 광원의 출력 파장이 다양하고 광원을 냉각시켜 출력의 균일도를 유지할 수 있는 비전 시스템을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명은, 비전 대상물에 광을 조사하는 광원부, 광원과 비전 대상물 사이의 광 경로 상에 광원부에 대응하여 배치되고 광원부 방향보다 비전 대상물 방향으로 단면적이 넓은 광 파이프, 광원부와 광 파이프 사이에서 광 파이프를 고정하는 고정 수단, 및 광 파이프와 비전 대상물 사이에 배치되는 개구부를 포함하는 마스크를 포함하는 비전 시스템을 제공한다.
일실시예에 따른 비전 시스템은 구성요소들의 공정 오차와 관계없이 광원들의 정렬을 향상시켜 광이 검사 대상체에 균일하게 조사될 수 있다.
또한 다른 실시예에 따른 비전 시스템은, 광원의 출력 파장이 다양하고 광원을 냉각시켜 출력의 균일도를 유지할 수 있다. .
도 1은 실시예들에 따른 비전 시스템이 설치되는 검사 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 비전 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2의 비전 시스템의 일부 분해사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 내부 케이스에 위치한 함체의 하부 사시도이다.
도 5a 및 도 5b, 도 6은 도 4의 함체의 분해 사시도들이다.
도 7은 도 5a 및 도 5b의 광원부의 하나의 광원의 배치도이다.
도 8은 도 5a 및 도 5b의 광 파이프의 사시도이다.
도 9a 및 도 9b, 도 10은 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용하지 않은 경우와 적용한 경우의 광 조사 범위들을 도시하고 있다.
도 11a 및 도 11b는 도 1의 다른 실시예에 따른 비전 시스템의 사시도들이다.
도 12는 도 11a의 비전 시스템의 일부 분해 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 일 실시예에 따른 비전 시스템이 설치되는 검사 장치의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 검사 장치(100)는 스테이지(110)가 그 양단에 설치된 안내레일(120)을 따라 소정 방향(이하, 이를 "Y축 방향"이라 한다)으로 왕복운동할 수 있다. 이러한 스테이지(110)에는 비전 대상물(130)이 위치하게 된다. 스테이지(110)는 안내레일(120) 상에서 Y축 방향으로 왕복운동하게 된다. 비전 대상물(130)은 반도체 및 디스플레이, 이차전지 등 다양한 형태의
스테이지(110) 양단의 안내레일(120) 상에는 한 쌍의 지지대(140)가 마주보도록 설치될 수 있다. 수직 지지대(140)의 상단에는 다시 이들을 가로질러 연결, 즉 스테이지(110) 상방을 가로질러 연결하는 수평 지지대(150)가 설치될 수 있다. 수평 지지대(150)에는 수평 지지대(150)를 가로지르는 방향(이하, 이를 "X축 방향"이라 한다)으로 왕복운동할 수 있는 비전 시스템(200)이 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 비전 시스템(200)은 비전 대상물(130)을 스테이지(110)에 고정시킨 상태에서 스테이지(110)를 X축 또는 Y축 방향으로 이동시키며, 비전 대상물(130)를 검사할 수 있다. 비전 시스템(200)은, 반도체 및 디스플레이, 이차전지 등에 대한 검사 장비용 정밀 광학기기이다. 비전 시스템(100)은 반도체, 디스플레이 등의 검사 공정뿐만 아니라 이차전지 외관검사, 컷팅 검사 등 다양한 비전 검사 분야에 응용할 수 있다.
도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 비전 시스템의 사시도이다. 도 3은 도 2의 비전 시스템의 일부 분해사시도이다. 도 4는 도 2 및 도 3의 내부 케이스에 위치한 함체의 하부 사시도이다. 도 5a 및 도 5b, 도 6은 도 4의 함체의 분해 사시도들이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 비전 시스템(200)은 내부 케이스(202)에 함체(204)를 포함하고 있다. 내부 케이스(202)는 통형상, 예를 들어 사각형 단면의 통형상이다. 내부 케이스(202)의 하면(206)에 관통구멍(206a)이 배치되고, 상면(207)은 일부가 개방되어 있을 수 있다.
내부 케이스(202)는 판재들의 조립체로 구성되고, 구성요소들이 일반적으로 알려진 조립방식, 예를 들어 볼트-너트 체결방식이나, 홈-돌출부 삽입 방식에 의해 내부에 내장될 수 있다.
비전 시스템(200)은 비전 대상물(130)에 광을 조사하는 광원부(210)과, 광원부(210)과 비전 대상물(130) 사이의 광 경로 상에 광원부(210)에 대응하여 배치되고, 광원부 방향보다 비전 대상물 방향으로 단면적이 넓은 광 파이프(220), 광원부(210)와 광 파이프(220) 사이에서 광 파이프(220)를 고정하는 고정 수단(230), 광 파이프(220)와 비전 대상물(130) 사이에 개구부(242)를 포함하는 마스크(240)를 포함한다.
광 파이프(220)와 고정수단(230), 마스크(240)는 함체(204) 내에 위치하고, 광원부(210)는 함체(204) 내에 배치된 고정수단(230) 상에 위치한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 광원부(210)와 고정수단(230) 사이에는 양자를 이격시키기 위한 이격판(250)에 위치할 수 있다. 이격판(250)은 렌즈가 삽입되는 다수의 구멍들(252)이 배치될 수 있다. 이 구멍들(252)의 형상은 다양할 수 있은데, 예를 들어 원형 또는 사각형일 수 있다.
광원부(210)는 발광장치이면 어떠한 장치라도 가능하다. 광원부(210)는 광을 발광하는 복수의 광원들(212)을 포함할 수 있다. 복수의 광원부(210)가 구비될 경우, 광원부(210)의 수에 대응하는 수의 광 파이프들(250)이 구비될 수 있다. 즉, 광원부(210)의 광원들(212)의 수에 대응하는 수의 광 파이프들(220)이 구비될 수 있다.
광 파이프(220)는 UV 실리콘 재질일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 광 파이프(250)는 UV 실리콘 소재로 제작함으로써, 생산속도를 높이고 파손의 우려를 감소시킬 수 있다. 구체적인 UV 실리콘 소재로서 Momentive 사(社)의 LST-7080J 소재가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
LST-7080J 소재는 현재 사용되는 광에 대한 저항성이 있으며, 적용 온도가 약150℃ 정도로 높고, 광 투과율이 94%로 높아 광출력에 효과적이기 때문에 광학 물질의 소재로 사용하기에 적합하다.
광 파이프(220)는 광원부(210)와 검사 대상물(130) 사이의 광 경로 상에 광원부(210)에 대응하여 배치되고, 광원부(210) 방향보다 검사 대상물(130) 방향으로 단면적이 넓어 광을 확산시킬 수 있다.
광 파이프(220)는 광원부(210)로부터 일정 간격, 예를 들어 약 0.1mm 내외의 간격을 두고 배치될 수 있다. 이와 같이, 광 파이프(220)는 광원부(210) 상에 소정의 간격을 두고 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 광원부(210) 및 광 파이프(220) 사이의 간격 크기는 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
광 파이프(250)가 광원부(210)와 비전 대상물 사이의 광 경로 상에 배치됨으로써, 광원부(210)로부터 조사되는광의 손실률이 적어지고, 광 파이프(250)를 통과한 광이 균질하게 형성되어 평행광이 보다 쉽게 구현될 수 있다.
이와 같이, 광원부(210)로부터 조사된 광은 광 파이프(250)를 통과하면서 넓은 면적으로 비전 대상물에 균일하게 조사될 수 있다.
광 파이프(220)가 광원부(210)과 검사 대상물(130) 사이의 광 경로 상에 배치됨으로써, 광원부(210)로부터 조사되는 광의 손실률이 적어지고, 광원부(210)로부터 조사되는 광이 광 파이프(220)를 통과한 후 균질하게 형성되어 평행광이 보다 쉽게 구현될 수 있다.
일 실시예에 따른 비전 시스템(200)은 함체(204)에 배치된 고정수단(230)을 추가로 포함한다.
고정 수단(230)은 함체(204) 내에 배치되고, 각 광 파이프(220)가 통과하여 고정 수단(230) 위로 돌출되는 고정 구멍(232)을 포함한다. 고정수단(230)은 고정 구멍(232)을 통과하여 돌출된 광 파이프(220)에 삽입되고 고정 수단(230)의 밑면과 결합된 고정링(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.
고정수단(230)을 통해 광 파이프(220)와 광원부(210)의 광원(212)을 균일하게 정렬할 수 있어 광 파이프(220)의 가공 공차에 의한 개별 움직임을 제어할 수 있다. 또한, 고정수단(230)의 무게로 인해 발생하는 광 파이프(220)의 손상은 광 파이프(220)에 삽입되면서 고정수단(230) 하단부에 위치한 고정링으로부터 광 파이프(220)가 받는 고정수단(230)의 무게에 의한 물리적 손상 방지할 수 있다.
광원부(210)로부터 조사된 광은 고정수단(230)으로 정렬된 광 파이프(220)를 통해 넓은 면적으로 검사 대상물(도 1의 130)에 균일하게 조사할 수 있다. 이때, 고정수단(230)을 포함하지 않은 경우, 광원(212)으로부터 검사 대상물(130)에 조사되는 광이 광 파이프(220)를 통과하여, 균일한 광이 검사 대상물(130)에 조사되지 않을 수 있다. 고정수단(230)이 광원부(210)와 광 파이프(220)의 정렬을 맞추어 광을 검사 대상물(130)에 균일하게 조사할 수 있다.
도 7은 도 5a 및 도 5b의 광원부에 포함되는 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 타입 LED 광원장치의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 광원부(210)에 포함되는 광원들(212)은 기판에 직접 결합한 둘 이상의 LED 칩들을 포함하는 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 타입 LED 광원장치일 수 있다. COB 타입 LED 광원장치(212)는 둘 이상의 파장들의 UV 광원을 조사하면, 단일 모듈을 형성하기 위해 제조업체에서 기판에 직접 결합한 둘 이상의 UV LED 칩들(214)을 포함한다. UV LED 칩들(214)는 비전 대상물(130)의 필요에 따라서 둘 이상의 파장들 중 하나의 파장의 UV 광원을 조사할 수 있다.
COB 타입 LED 광원장치(212)는 불필요한 부품이 없고 공통부분(패턴, 패드 등)을 생략할 수 있어 UV LED 칩들(214)의 간격을 현저히 줄여 단위 면적당 집적도를 높일 수 있어 전체적인 광 출력이 크게 향상시킬 수 있다. 또한, COB 타입 LED 광원장치(212)는 넓은 면적의 방열부(미도시)를 갖게 되어 LED 패키지를 사용했을 때보다 낮은 열저항을 갖게 되어 방열특성이 매우 우수하며 기구적 부착 등이 매우 용이할 수 있다.
또한, UV 경화를 위해 특화된 COB 타입 LED 광원장치(212)는 범용의 패키지 타입의 UV LED에 비해 집광특성이 좋아야 하며, UV LED의 발산각을 좁혀 집광함으로써 경화용도에 적합할 수 있다.
결론적으로, COB 타입 LED 광원장치(212)는 단파장 LED 광원장치에 비해 공간을 절약하여 광 효율을 높일 수 잇고, 다양한 경화 공정에 파장을 대응시킬 수 있다.
즉, UV LED 칩들(214)은 도 7에 도시한 바와 같이, 둘 이상의 파장들, 예를 들어, 레드 파장, 그린 파장, 블루 파장, 화이트 파장들의 UV 광원을 조사할 수 있다. 다른 예로, UV LED 칩들(214)은 둘 이상의 파장들, 예를 들어 365nm, 375nm, 385nm, 395nm, 405nm의 파장들의 UV 광원을 조사할 수 있다.
UV LED 칩들(214)은 각 파장을 선택하여 사용하거나, 동시에 사용할 수 있다. 예를 들어 특정 파장만 필요한 경우 특정 파장의 UV 광원을 조사하는 UV LED 칩(224)에만 전원을 공급할 수 있다. 또는 둘 이상의 특정 파장들이 필요한 경우 둘 이상의 UV LED 칩들(214)에 전원을 공급할 수 있다.
도 8은 도 5a 및 도 5b의 광 파이프의 사시도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 하나의 광 파이프(220)의 형상은, 제한되지 않지만, 상부가 절개된 사각뿔 형상일 수 있다. 광 파이프(220)의 형상이 상부가 절개된 사각뿔 형상인 경우 광 파이프(220)가 통과하여 고정 수단(230) 위로 돌출되는 고정 구멍(232)의 형상도 상부가 절개된 사각뿔 형상의 상단부가 삽입될 수 있도록 위쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상 또는 아래쪽으로 갈수록 폭이 넓어지는 형상일 수 있다.
예를 들어, 광 파이프(220)의 형상이 상부가 절개된 사각뿔 형상인 경우가 상부가 절개된 원뿔 형상인 경우보다 고정 구멍(232)에 삽입되어 이격되는 것을 상대적으로 줄일 수 있다. 이에 따라 광원부(210)와 광 파이프(220)의 정렬을 보다 잘 맞출 수 있다.
도 9a 및 도 9b, 도 10은 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용하지 않은 경우와 적용한 경우의 광 조사 범위들을 도시하고 있다.
도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용하지 않은 경우와 적용한 경우을 대비할 때, 도 9a에 도시된 바와 같이, 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용한 경우 면적에 고른 형태로 광이 조사되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 비전 시스템을 이용하여 광을 검사 대상체에 했을 때 검사의 품질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 일 실시예에 따른 비전 시스템을 표시장치의 경화 공정에 이용할 경우, 경화 진행 시 일정한 품질을 유지할 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용하지 않은 경우 거리에 따라 빛이 퍼지고 결상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 전술한 예와 같이 광 파이프를 적용하지 않은 비전 시스템을 표시장치의 경화 공정에 이용할 경우, 경화 진행 시 결상이 되지 않는 면적에는 경화 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용한 경우 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용하지 않은 경우와 비교하여 약 20% 광량 상승 결과가 나타났다. 또한, 도 2의 비전 시스템에 광 파이프를 적용한 경광원에서 퍼지는 광을 집속시켜 광 효율을 증대하여 광 출력이 높게 나타났다.
도 11a 및 11b는 도 1의 다른 실시예에 따른 비전 시스템의 사시도들이다. 도 12는 도 11a의 비전 시스템의 일부 분해 사시도이다.
도 11a 및 도 11b, 도 12를 참조하면, 다른 실시예에 따른 비전 시스템(300)은, 외부 케이스(308) 내에 내부 케이스(304)가 배치될 수 있다. 내부 케이스(304)에는 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 일 실시예에 다른 비전 시스템(200)이 배치될 수 있다.
외부 케이스(308)는 판재들의 조립체로 구성되고, 구성요소들이 일반적으로 알려진 조립방식, 예를 들어 볼트-너트 체결방식이나, 홈-돌출부 삽입 방식에 의해 내부에 내장될 수 있다.
외부 케이스(308)의 상면(308a)에는 제1냉각구멍(308b)이 배치되고, 적어도 하나의 측면(308c)에도 제1냉각구멍(308b)이 배치될 수 있다. 다른 측면(308d)에는 제2냉각구멍(308e)이 배치될 수 있다. 제1냉각구멍(308b)은 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이 원형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2냉각구멍(308e)은 다른 측면(308b)의 세로방향으로 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
외부 케이스(308)의 상면(308a)에는 손잡이부(309)가 배치될 수 있다. 이 손잡이부(309)는 비전 시스템(300)을 손으로 이동하는 손잡이로 사용될 수 있다,
외부 케이스(308)의 또다른 측면(308f)에 도 1을 도시하여 설명한 검사장치(100)에 체결하기 위한 체결수단(310)이 배치될 수 있다. 체결수단(310)은 외부 케이스(308)의 또다른 측면(308f)에 배치되어 검사장치(100)에 체결되는데 사용되는 홀들(312) 또는 장공들(314)을 포함한다. 체결수단(310은 평평한 평면으로 검사장치(100)에 밀착시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 비전 시스템(300)은 외부 케이스(308)의 내측에는 제1냉각구멍(308b) 방향으로 배치된 냉각기(360)를 추가로 포함할 수 있다. 냉각기(360)는 예를 들어 바람을 일으키는 냉각팬이나 유체의 이동을 통해 열펌핑하는 냉각장치 등일 수 있다. 냉각기(360)가 둘 이상인 경우, 외부 케이스(308)의 상면(308a) 및/또는 적어도 하나의 측면(308c)에 배치된 제1냉각구멍(308b)도 각각 둘 이상일 수 있다.
또다른 실시예에 따른 비전 시스템(300)는 냉각기(360) 주위에 열전도가 낮은 금속 또는 합금의 냉각판(370)을 추가로 포함할 수 있다. 냉각판(370)은 하부판(372)과 하부판(372)으로부터 외부 케이스(308)의 길이방향으로 연장된 하나 이상의 냉각핀(372)을 포함한다. 냉각핀(372)이 둘 이상인 경우 둘 이상의 냉각핀(372)과 대향하는 제2냉각구멍(308e)도 둘 이상일 수 있다.
냉각판(370)은 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 일 실시예에 다른 비전 시스템(200)의 광원부(210) 상에 배치될 수 있다. 냉각기(360)가 냉각판(370) 상배치될 수 있다.
따라서, 제1냉각구멍(308b)과 제2냉각구멍(308e), 냉각기(360), 냉각판(370)은 광원부(210)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위해 사용된다. 냉각판(370)은 광원부(210)에서 발생한 열을 냉각기(360)로 전달하는 기능을 할 수 있다. 냉각구멍(308b)은 냉각기(360)에 의해 발생한 바람에 의해 외부로 가열된 공기를 방출하는 기능을 할 수 있다.
이상 도면들을 참조하여 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않은다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 비전 대상물에 광을 조사하는 광원부;
    상기 광원과 상기 비전 대상물 사이의 광 경로 상에 상기 광원부에 대응하여 배치되고, 상기 광원부 방향보다 상기 비전 대상물 방향으로 단면적이 넓은 광 파이프;
    상기 광원부와 상기 광 파이프 사이에서 상기 광 파이프를 고정하는 고정 수단; 및
    상기 광 파이프와 상기 비전 대상물 사이에 배치되는 개구부를 포함하는 마스크를 포함하는 비전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 각각 둘 이상의 파장들의 광을 조사하는 둘 이상의 광원들을 포함하고, 상기 광원부의 광원들의 수에 대응하는 수의 상기 광 파이프들이 구비되는 비전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원들은 기판에 직접 결합한 둘 이상의 LED 칩들을 포함하는 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 타입 LED 광원장치인 경화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정 수단은 상기 광 파이프가 통과하여 상기 고정 수단 위로 돌출되는 고정 구멍을 포함하는 비전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 파이프는 상부가 절대된 사각뿔 형상이고, 상기 고정 구멍은 상부가 상기 광 파이브의 절개된 사각뿔 형상의 상단부가 삽입될 수 있도록 위쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상 또는 아래쪽으로 갈수록 폭이 넓어지는 형상인 비전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원부 상에 배치되는 냉각판; 및
    상기 냉각핀 상에 배치되는 냉각기를 추가로 포함하는 비전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각판과 상기 냉각기는 외부 케이스 내에 배치되고, 상기 냉각판과 상기 냉각기에 대응하는 위치에 냉각구멍들이 상기 외부 케이스에 배치된 비전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    검사장치에 체결하기 위한 체결수단이 상기 외부 케이스의 측면에 배치되고,
    상기 체결수단은 상기 검사장치에 체결되는데 사용되는 홀 또는 장공을 포함하는 비전 시스템.
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