이미지를 비교할 수 있는 스마트 비전검사장치 개발

이 발명은 부품 조립과정에서 조립 또는 실장된 검사 대상물을 카메라로 촬영한 후 촬영된 이미지를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 검사 대상물의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전 검사장치이다. 검사 대상물을 검사 위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부와, 스테이지부의 상부에 위치하며 검사대상물에 조명을 제공하는 조명부, 조명 상부에 설치되며 검사대상물의 영상을 반사시키기 위한 미러부, 미러부의 좌우측에 각각 설치되어 반사된 검사 대상물의 영상을 촬영하는 제1 카메라부 및 제2 카메라부가 있다. 또한 제1 카메라부 및 제2 카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부, 그리고 스테이지부와 미러부 및 제1 제2 카메라부를 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하는 제어부로 구성되는 것이 특징이다.


일반적으로 인쇄회로기판(PCB) 등에 표면실장부품을 조립하는 표면실장기술(SMT; Surface Mounting Technology)은 표면실장부품(SMD; Surface Mounting Device)을 소형화·집적화하는 기술과, 이 표면실장부품을 정밀하게 조립하기 위한 정밀조립장비의 개발, 각종 조립장비를 운용하는 기술 등을 포함한다.

여기서 표면실장라인은 표면실장기와 비전검사장치 같은 장비로 구성된다. 이 표면실장기는 표면실장부품을 인쇄회로기판에 실장하는 장비로, 테이프·스틱·트레이 형태로 공급되는 각종 표면실장부품을 부품공급기(Feeder)로부터 공급받아 인쇄회로기판의 실장위치에 올려놓는 작업을 수행한다. 그리고 비전검사장치는 표면실장부품의 납땜공정 완료 전후로 표면실장부품의 실장상태를 검사하며 검사결과에 따라 다음공정으로 인쇄회로기판을 이송시키게 된다.

이때 기존의 비전검사방법은 컨베이어를 통해 납땜이 완료된 인쇄회로기판이 수평 이송되면 위치조절장치에서 초기 위치를 조절하고, 조절이 완료된 후 조명등이 인쇄회로기판을 조사하면 카메라가 각 표면실장부품의 납땜부위를 촬영하는 것이었다. 이후 비전검사장치는 납땜부위의 조사상태를 모니터로 출력하고 연산하여 실장의 양호·불량을 검사하거나, 표면실장부품의 실장 유무를 검사하게 된다.

도면 1 은 종래 기술에 따른 비전검사장치를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도면 1을 참조하면 종래 기술에 따른 비전검사장치는 램프 등을 이용하여 광이 조사되는 조명부(110)와 조명부(110)의 상부에 설치되어 검사대상물(120)에 실장된 각종 부품(121)의 영상정보를 촬영하기 위한 카메라부(100)로 구성된다.

여기서 종래 기술에 따른 비전검사장치는 구동 컨베이어에 탑재된 카메라부(100)와 조명부(110)가 검사대상물(120)의 상부에서 전·후·좌·우로 이송되어 미리 설정된 좌표에서 촬영을 수행하는 형태로 구성된다. 또한 카메라부(100)와 조명부(110)가 일정 위치에 고정된 상태에서 검사대상물(120)이 실장되는 스테이지부(미도시)가 전·후·좌·우로 이송되어 미리 설정된 좌표에서 촬영을 수행하는 형태로도 마련될 수 있다.

그러나 이 기술에 따른 비전검사장치는 검사대상물(120)에 실장된 부품, 즉 검사대상부품의 크기 또는 납땜부위의 크기에 상관없이 검사대상물(120)의 검사영역을 일정하게 분할시켜 카메라부(100)에 의해 획일적인 해상도로 촬영되기 때문에 영역별 검사 해상도에 대해 능동적으로 대처하기가 어려웠다. 또한 검사시간이 증대되고, 검사대상물(120)의 영상정보를 획득하는 카메라부(100)의 배율 성능이 적절하지 않을 경우 정밀한 검사를 수행하지 못하는 단점도 있었다.

해결 과제

이 발명은 위에서 제기한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 검사대상물의 검사영역을 미시적인 검사판정을 요하는 영역과 거시적인 검사판정을 요하는 영역으로 구분하여 촬영을 수행한다. 이를 통해 보다 효율적으로 검사를 수행할 수 있다. 이 발명의 또 다른 목적은 단순한 구동 제어를 통해 검사대상물에 실장된 부품의 크기 또는 납땜부위의 크기에 따라 선택적으로 검사를 구현할 수 있다는 데에 있다.

이 발명의 비전검사장치는 표면실장라인에서 표면실장작업을 마친 인쇄회로기판의 표면실장부품을 검사할 경우, 선행장비의 컨베이어를 통해 다음 공정으로 이동되기 이전에 비전검사를 실시할 수 있도록 설치된다. 이와 같은 비전검사장치는 선후행 장비의 컨베이어와 컨베이어 사이에 형성되는 공간에 배치되는 방식으로 설치될 수 있고, 선후행장비와 연계시키지 않고 단독 테이블 형태로도 사용될 수 있다.

도면 2는 이 발명에 따른 비전검사장치의 측단면도이며, 도면 3은 검사대상물을 촬영하는 제1 제2 카메라부의 촬영범위를 개략적으로 도시한 평면도이며, 도면 4는 이 발명에 따른 전체 비전검사장치의 측면도이다.

도면 2 내지 도면 4를 참조하면 이 발명에 따른 비전검사장치는 부품 조립과정에서 조립 또는 실장된 검사대상물을 카메라로 촬영한 후 촬영된 이미지를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치라는 것을 알 수 있다.

구성은 검사대상물(5)을 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부(10)와, 스테이지부(10)의 상부에 위치하며 검사대상물(5)에 조명을 제공하는 조명부(20), 조명부(20)의 상부에 설치되며 검사대상물(5)의 영상을 반사시키기 위한 미러부(30), 미러부(30)의 좌우측에 각각 설치되어 반사된 검사대상물의 영상을 촬영하는 제1 카메라부(40) 및 제2 카메라부(50), 그리고 제1 카메라부(40) 및 제2 카메라부(50)에서 촬영된 영상을 판독하여 검사대상물(5)의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부(60), 스테이지부(10)와 미러부(30) 및 제1 제2 카메라부(40, 50)를 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하는 제어부(70) 등으로 된다. 제1 카메라부(40)와 제2 카메라부(50)는 상이한 배율의 렌즈를 포함하여 구성된다.
여기서 스테이지부(10)는 검사대상물(5)이 착좌되는 공간을 제공하는 구성요소로서, 검사대상물(5)의 위치를 조절 및 고정시키기 위한 위치조절부(미도시) 및 고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 스테이지부(10)의 상부에는 조명부(20)가 설치된다.

조명부(20)는 검사대상물(5)의 정확한 영상정보를 확보하기 위해 검사대상물(5)에 조명을 제공하는 구성요소로, 중앙을 관통하는 시야확보부(21)의 외측면에 복수의 램프(22a, 24a, 26a)가 배열설치되어 검사대상물(5)을 사방에서 조명하도록 설치할 수 있다. 조명부(20)는 제1 조명부(22)와 제2 조명부(24), 그리고 제3 조명부(26)로 구분된다.

제1 조명부(22)는 조명부(20)의 상부에 설치되며 검사대상물(5)에 수직으로 입사되는 광원을 제공하며, 제1 조명부(22)의 측부에 배치되어 수평성분의 광원을 제공하는 제1 램프(22a)와 제1 램프(22a)와 일정거리 이격되어 사선으로 배치되는 반반사거울(22b)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 조명부(22)는 제1 램프(22a)에서 조사되는 수평성분의 광원이 반반사거울(22b)에 의해 수직성분의 광원으로 반사되어 검사대상물(5)에 수직으로 입사되는 광원을 제공할 수 있다.

제2 조명부(24)는 제1 조명부(22)의 하부에 설치되며 검사대상물(5)에 수직보다 작은 각으로 입사되는 광원을 제공하는 역할을 수행한다. 측상부에 일정 기울기로 기울어져 광원을 제공하는 제 2 램프(24a)를 포함하며, 이 경우 제2 램프(24a)에서 조사된 광원은 검사대상물(5)에 대하여 소정의 각(θ2)으로 입사된다.

제3 조명부(26)는 제2 조명부(24)의 하부에 설치되며 제2 조명부(24)에서 제공되는 광원 입사각보다 작은 각으로 입사되는 광원을 제공하는 역할을 수행한다. 더불어 측상부에 일정 기울기로 기울어져 광원을 제공하는 제3 램프(26a)를 포함하며, 이 경우 제3 램프(26a)에서 조사된 광원은 검사대상물(5)에 대하여 소정의 각(θ1)으로 입사된다. 제3 램프(26a)의 조사각(θ1)은 제2 램프(24a)의 조사각(θ2)보다 작은 각을 구비하도록 마련될 수 있다.

다시 설명하자면, 조명부(20)는 제1 제2 제3 램프(22a, 24a, 26a)에서 각각 다른 각으로 검사대상물(5)의 상부 사방에서 조명을 제공함으로써 검사대상물(5)에 실장된 부품에 따른 그림자 발생을 방지할 수 있다. 또한, 조명부(20)는 스테이지부(10)에 근접설치된 고정형 직접조사방식으로 마련돼 조명원의 광량감소 및 영상의 광량감소를 최소화할 수 있으며, 조명원과 검사대상물(5)과의 거리가 멀어짐으로 인해 발생하는 광량의 감소를 개선할 수 있다.

조명부(20)의 상부에는 미러부(30)가 설치될 수 있다. 미러부(30)에는 조명부(20)의 시야확보부(21)와 대응되어 관통되는 관통부(31)가 형성되며, 제1 제2 고정미러부(34, 36)와 가동미러부(35)를 포함한다. 제1 제2 고정미러부(34, 36)는 나중에 설명할 제1 카메라부(40)와 제2 카메라부(50)의 하부에 각각 배치되어 전반사거울로 마련될 수 있다.

제1 제2 고정미러부(34, 36)는 가동미러부(35)에 의해 반사된 검사대상물(5)의 영상을 제1 제2 카메라부(40, 50)로 반사시키는 역할을 수행한다. 가동미러부(35)는 제1 제2 고정미러부(34, 36) 사이에 배치되며, 서로 예각을 이루는 2개의 반사면을 포함하여 제1 제2 고정미러부(34, 36)로 검사대상물(5)의 영상을 반사시키는 역할을 한다. 또한, 미러부(30)는 가동미러부(35)를 좌우측으로 구동시키기 위한 제어모터(미도시)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 제1 제2 고정미러부(34, 36)의 반사각을 조절시키기 위한 회전모터(미도시)를 포함할 수도 있다.

미러부(30)의 좌우측에는 촬영범위가 상이한 제1 카메라부(40)와 제2 카메라부(50)가 각각 설치될 수 있다. 여기서 촬영범위는 상과의 거리, 초점심도, 카메라 렌즈의 성능 등 여러가지 요소에 따라 달라질 수 있지만, 실시 예에서는 제1 카메라부(40)의 렌즈 배율과 제2 카메라부(50)의 렌즈 배율이 상이한 것으로 설명한다.

제1 카메라부(40)는 가동미러부(35)와 제1 고정미러부(34)에 의해 반사된 검사대상물(5)의 영상정보를 촬영하기 위한 구성요소이다. 바람직하게는, CCD(charge coupled device)카메라로 마련될 수 있다.

제1 카메라부(40)는 도면 2에서와 같이 제1 광경로(44)의 범위를 촬영할 수 있도록 마련되어 후술하여 설명할 제2 카메라부(50) 보다 넓은 범위의 영역을 촬영할 수 있도록 마련된다. 즉, 제어모터(37)의 구동에 의해 가동미러부(35)가 우측으로 구동되면 제1 고정미러부(34)와 가동미러부(35)에 의해 검사대상물(5)의 영상이 제1 광경로(44)의 범위로 확보될 수 있다. 따라서 제1 카메라부(40)는 제1 광경로(44) 범위의 영역을 촬영할 수 있다.

제2 카메라부(50)는 가동미러부(35)와 제2 고정미러부(36)에 의해 반사된 검사대상물(5)의 영상정보를 촬영하기 위한 구성요소로써, CCD(charge coupled device) 카메라로 마련될 수 있다. 여기서 제2 카메라부(50)는 도면 2에서와 같이 제2 광경로(54)의 범위를 촬영할 수 있도록 마련되어 제1 카메라부(40) 보다 작은 범위의 영역을 촬영할 수 있다. 즉, 제어모터(37)의 구동에 의해 가동미러부(35)가 좌측으로 구동되면 제2 고정미러부(36)와 가동미러부(35)에 의해 검사대상물(5)의 영상이 제2 광경로(54)의 범위로 확보된다. 따라서 제2 카메라부(50)는 제2 광경로(54) 범위의 영역을 촬영한다.

이 실시 예에서는 제1 카메라부(40)의 배율이 제2 카메라부(50)의 배율에 비해 저배율로 설정됨으로써, 제1 카메라부(40)는 제2 카메라부(50)에 비해 보다 넓은 영역에 대한 촬영을 수행할 수 있다. 또한 제2 카메라부(50)의 배율이 제1 카메라부(40)의 배율에 비해 고배율로 설정됨으로써, 제2 카메라부(50)는 제1 카메라부(40)에 비해 정밀한 검사를 수행할 수 있다.

이 발명에 따른 비전검사장치는 가동미러부(35)의 구동에 의해 제1 카메라부(40) 또는 제2 카메라부(50)로 검사대상물(5)의 영상을 촬영할 수 있도록 구성되기 때문에 검사대상물(5)의 검사영역을 조절할 수 있다. 따라서 도면 3에서와 같이 검사대상물(5)에 실장된 부품(3, 4)의 크기 또는 납땜부위(1)의 크기에 따라 제1 제2 카메라부(40, 50) 촬영범위를 선택적으로 이용하여 검사를 수행하여 검사시간을 단축시킬 수 있다.

검사대상물(5)의 영역 중 고해상도로써 검사를 요하는 영역일 경우, 해당 영역을 제2 카메라부(50) 촬영범위(A)로 촬영 및 검사를 수행하여 각 결합부분에 대한 정밀한 검사를 수행할 수 있다. 또한 검사대상물(5)의 영역 중 저해상도로도 검사가 가능한 영역일 경우, 제1 카메라부(40)의 넓은 촬영범위(B)로 촬영 및 검사를 수행하여 보다 신속한 검사를 수행한다.

비전처리부(60)는 제1 제2 카메라부(40, 50)로부터 획득된 검사대상물(5)의 영상정보를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 검사대상물(5)의 양호·불량 여부를 판단한다.

제어부(70)는 스테이지부(10), 미러부(30), 제1 제2 카메라부(40, 50)의 구동 및 동작을 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하는 구성요소이다. 제어부(70)는 이 발명에 따른 비전검사장치 전체의 구동을 제어한다. 즉, 도면 4에서와 같이 이송 컨베이어(80)에 결합된 비전검사장치를 고정된 검사대상물(5) 상부에서 전후좌우로 이송시켜 미리 설정된 검사대상물(5)의 촬영영역에 따라 제1 카메라부(40) 또는 제2 카메라부(50)에 촬영제어신호를 전송하도록 마련될 수 있다. 또한, 제어부(70)는 시스템 제어 프로그램에 따라 비전검사장치의 촬영위치제어와 촬영된 영상의 처리와 조명부 제어 등의 물리적인 제어를 담당함은 물론 검사작업수행 및 데이터 연산 작업을 수행한다. 아울러 제어부(70)는 작업내용 및 검사결과를 모니터에 출력하기 위한 출력장치 제어와 작업자가 설정 및 제반사항을 입력할 수 있는 입력장치 제어 등 비전검사장치의 총괄적인 제어를 담당한다.

이 발명에 따른 비전검사장치는 단순한 구동 제어를 통해 검사대상물에 실장된 부품의 크기 또는 납땜부위의 크기에 따라 선택적인 촬영범위를 구비하는 복수의 카메라부를 마련함으로써 검사시간을 단축시킬 수 있으며, 검사대상물의 검사영역을 미시적인 검사판정을 요하는 영역과 거시적인 검사판정을 요하는 영역으로 구분하여 촬영을 수행함으로써 보다 효율적인 검사를 수행할 수 있다.

자료제공 |특허청, 특허권자 |미르기술, 발명자 |박찬화 등록특허 10-1123051