WO2012134146A1 - 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치 - Google Patents

스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치 Download PDF

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WO2012134146A1
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vision
inspection object
grid pattern
inspection
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박찬화
김성현
구자명
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Mer Skilful Feat Co Ltd
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Mer Skilful Feat Co Ltd
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    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N2021/95638—Inspecting patterns on the surface of objects for PCB's

Definitions

  • the present invention relates to a vision inspection apparatus, and more particularly, by performing a vision inspection using a plaid together with a stereo vision, the vision using a stereo vision and a plaid that can quickly and accurately measure the height of the inspection object It relates to an inspection apparatus.
  • SMT Surface Mounting Technology
  • PCB printed circuit board
  • SMD surface-mounting components
  • Surface mount lines consist of equipment such as surface mounters and vision inspection equipment.
  • the surface mounter is a device for mounting surface-mounted parts on a printed circuit board.
  • the surface mounter receives various surface-mounted parts supplied in the form of tape, stick, and tray from a feeder and places them on the mounting position on the printed circuit board. Perform.
  • the vision inspection apparatus inspects the mounting state of the surface mount component before or after the soldering process of the surface mount component is completed and transfers the printed circuit board to the next process according to the inspection result.
  • a typical vision inspection apparatus includes a lighting unit to which light is irradiated using a lamp or the like, a camera unit for photographing image information of various components mounted on an inspection unit and reflecting light from the lighting unit. It comprises a half mirror for transmitting the shape of the inspection object to the camera unit while being reflected on the inspection object.
  • the lighting unit is arranged in the housing by arranging a plurality of lamps in a plurality, when the illumination of the inspection object to supply power to the plurality of lamps to irradiate light.
  • All of the above inspection methods measure the two-dimensional shadow shape and calculate the three-dimensional height by using a trigonometric function.
  • the conventional vision inspection apparatus includes an illumination unit 110 to which light is irradiated using a lamp and the like, and an image of various components installed on the inspection object by being installed on the illumination unit 110. And a half mirror 130 for reflecting the light from the illumination unit 110 to capture information and transmitting the shape of the inspection object to the camera while reflecting light from the illumination unit 110.
  • the lighting unit 110 is arranged in the housing 140 by arranging a plurality of lamps, and, when irradiating the light to the inspection object to supply power to the plurality of lamps to irradiate light.
  • a half mirror provided for capturing an image while reflecting light is disposed in front of the central camera unit, thereby preventing a clearer image.
  • the present invention has been made to solve the above problems, to provide a vision inspection apparatus capable of measuring the height of the inspection object quickly and accurately.
  • Still another object of the present invention is to provide a vision inspection apparatus capable of improving the uniformity of light irradiated onto a surface of an inspection object.
  • Still another object of the present invention is to provide a vision inspection apparatus capable of capturing a clearer image by removing a half mirror disposed in front of a central camera unit.
  • Vision inspection apparatus for achieving the above object is to determine the good or bad of the inspection object by comparing the photographed image with the pre-input target image after taking the inspection object assembled or mounted during the assembly of the parts with the camera
  • An apparatus for vision inspection comprising: a stage unit for fixing or transferring an inspection object to an inspection position, an illumination unit positioned at an upper portion of the stage unit and providing illumination to the inspection object, and positioned at a center of the illumination unit
  • a central camera unit for acquiring a two-dimensional shape of the camera, a side camera unit disposed in a plurality of sides of the central camera unit, a grid pattern irradiation unit disposed in the side of the central camera unit, and an image photographed by the central camera unit
  • a vision processor which reads out and determines whether the inspection object is good or bad; And a control unit for controlling the grid pattern irradiation unit and the camera unit, wherein two predetermined cameras of the side camera unit photograph the inspection object to measure the height of the inspection object, and one of the grid pattern ir
  • the grid pattern irradiation unit comprises any one of a liquid crystal panel or a micromirror module.
  • the height measured by the irradiated grid pattern is configured to have a resolution larger than the height of the inspection object measured by the two cameras.
  • the plurality of grid pattern irradiation units are disposed.
  • a light diffusing unit is disposed in front of the lighting unit.
  • the lighting unit may include a horizontal lighting unit for irradiating light in a vertically downward direction and an inclined lighting unit for irradiating light in an oblique direction.
  • the plurality of grid pattern irradiation units are disposed to face each other with respect to the central camera unit.
  • the side camera portions are disposed to face each other with respect to the center camera portion.
  • the light diffusing unit may be disposed in front of both the horizontal lighting unit and the inclined lighting unit.
  • a positioning camera unit for checking the position of the inspection object may be disposed at one side of the central camera unit.
  • the positioning lighting unit and the half mirror may be disposed in front of the positioning camera unit.
  • the angle between the central camera portion and the grid pattern irradiation portion on the side view is 25 degrees to 45 degrees.
  • the height of the inspection object can be calculated quickly and accurately.
  • the uniformity of the light irradiated on the surface of the inspection object can be improved.
  • Fig. 1A is a perspective view showing a state in which a lattice pattern is irradiated to the part.
  • FIG.1 (b) is a top view which shows the state which irradiated the grid with a component.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of a conventional vision inspection apparatus.
  • FIG. 3 is a schematic side view of a vision inspection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a vision inspection apparatus according to the present invention.
  • 5 is a conceptual diagram showing the relationship between the period of the lattice pattern and the height of the parts.
  • FIG 3 is a schematic side view of a vision inspection apparatus according to the present invention
  • Figure 4 is a schematic plan view of the vision inspection apparatus according to the present invention.
  • the vision inspection apparatus after taking the inspection object 5 assembled or mounted in the assembly process of the part with a camera and compares the photographed image with the previously input target image ( 5) A vision inspection apparatus for discriminating good or bad of 5), the stage unit 10 for fixing or conveying the inspection object 5 to the inspection position, and the upper portion of the stage unit 10, the inspection An illumination unit 20 for providing illumination to the object 5, a central camera unit 30 positioned at the center of the illumination unit 20 to obtain a two-dimensional shape of the inspection object 5, and the central camera unit A side camera portion disposed in plural on the side of 30, lattice pattern irradiation portions 50-2, 50-4, 50-6, and 50-8 disposed on the side of the central camera portion 30; The image taken by the central camera unit 30 is read and the Vision control unit 60 for determining a defect, and the control unit 70 for controlling the stage unit 10, the grid pattern irradiation unit and the camera unit, two cameras of the side of the predetermined camera unit ( 5) photographing to measure the height of the test object
  • Vision inspection apparatus of the present invention is installed to perform the vision inspection before moving to the next process through the conveyor of the preceding equipment, when inspecting the surface-mounted parts of the printed circuit board after the surface mounting work in the surface mounting line .
  • Such vision inspection apparatus can be installed in a manner that is arranged in the space formed between the conveyor of the line, trailing equipment and the conveyor, can also be used in the form of a single table without being connected to the line, trailing equipment.
  • the stage unit 10 is a component that provides a space in which the inspected object 5 to be inspected is seated, and a position adjusting unit (not shown) and a high position for adjusting and fixing the position of the inspected object 5. It may be configured to include a government (not shown).
  • the lighting unit 20 is installed on the upper portion of the stage unit 10 continuously or intermittently along the circumferential direction around the central camera unit 30.
  • the lighting unit 20 is a component that provides illumination to the inspection object 5 in order to secure accurate image information of the inspection object 5, by placing a plurality of lamps or LED bulbs to the inspection object (5) ) Can be arranged to illuminate from side to side.
  • the lighting unit 20 includes a horizontal lighting unit 22 and the inclined lighting unit 23.
  • the horizontal lighting unit 22 is installed on the upper portion of the stage 10 serves to provide the light incident to the inspection object (5) perpendicularly.
  • the inclined light unit 23 is disposed at the side of the vertical light unit 22 to provide light in the oblique direction.
  • the central camera unit 30 is a component for photographing the inspection object 5 in a plan view, and preferably, may be provided as a charge coupled device (CCD) camera.
  • CCD charge coupled device
  • the degree of deformation of the pattern can be measured the height of the inspection object.
  • a half mirror is disposed in front of the center camera unit, and reflects the light from the lighting unit, and is configured to capture an image through the camera.
  • the center camera unit 30 No half mirror is placed in front.
  • a plurality of side camera units 40-2, 40-4, 40-6, and 40-8 are arranged symmetrically with respect to the center camera unit 30 on the side of the central camera unit 30, thereby providing an image. Eliminate blind spots and take pictures quickly.
  • the four side camera parts 40-2, 40-4, 40-6, and 40-8 are symmetrically arranged with respect to the center camera part 30, such as a substrate. Examine the lifting and uninsertion of the parts placed on the inspection object.
  • the grid pattern irradiation unit 50-2, 50- to compensate for the limitation of the resolution as described above. 4, 50-6, 50-8 to measure the height by capturing the grid pattern is irradiated by the central camera unit 30 to measure the finer height.
  • the height measured by the grid pattern irradiated by the grid pattern irradiation unit 50-2, 50-4, 50-6, 50-8 is the height of the inspection object measured by the two cameras (stereo vision) It is configured to have a higher resolution (more detailed height measurement).
  • the grid pattern irradiation unit (50-2, 50-4, 50-6, 50-8) is a configuration for measuring the height by irradiating the grid pattern on the inspection object 5, a liquid crystal panel or a digital micromirror display ( DMD: Digital Micromirror Display and light source.
  • DMD Digital Micromirror Display and light source.
  • the shadow of the grid-shaped shadow is irradiated onto the inspection object 5 under the control of the control unit 70, and the degree of deformation of the grid-shaped shadow through the central camera unit 30, We can calculate the height of.
  • the grid pattern irradiation unit 50-2, 50-4, 50-6, 50-8 also has four grid pattern irradiation units 50-2, 50-4, 50-6, centered on the central camera unit 30. 50-8) are arranged symmetrically, and configured to irradiate the grid 5 to the inspection object 5 selectively.
  • the arrangement angle a between the grid pattern irradiation unit 50-2, 50-4, 50-6, 50-8 and the central camera unit 30 is arranged in an angle range of 25 degrees to 45 degrees. .
  • the angle (a) When the angle (a) is smaller than 25 degrees, the degree of deformation of the grid pattern according to the height of the component is small, which may cause an error in the height calculation.
  • the angle (a) is larger than 45 degrees, the grid pattern irradiation unit ( 50-2, 50-4, 50-6, 50-8), the difference in the width of the grid pattern irradiated on the near and far sides is too large, which may cause errors in the height calculation.
  • the vision processor 60 calculates the image information of the inspection object (5) obtained from the camera unit through a mathematical process, and compares the good or bad of the inspection object (5) by comparing it with a reference value input in advance To judge.
  • controller 70 is a component including a motion controller for controlling the driving and operation of the stage unit 10, the first and second camera units, and is provided to control the driving of the entire vision inspection apparatus according to the present invention. Can be.
  • the controller 70 is responsible for physical control such as photographing position control of the vision inspection apparatus, processing of photographed images, and lighting unit control according to a system control program, as well as performing inspection task and data calculation task.
  • control unit 70 is in charge of the overall control of the vision inspection apparatus, such as output device control for outputting the work contents and inspection results to the monitor and input device control for the operator to input the settings and all the details.
  • the light diffusion unit 25 such as a light diffusion plate is disposed in front of the illumination unit 20, so that the light from the illumination unit 20 is evenly irradiated to the entire area of the inspection object.
  • the light diffusion unit 25 is configured to be bent in a side cross-section so that the light diffusion unit 25 can be disposed in front of both the horizontal light unit 22 and the inclined light unit 23.
  • a positioning camera unit 80 for checking the position of the inspection object.
  • the positioning lighting unit 84 and the half mirror 82 is disposed in front of the positioning camera unit 80.
  • the configuration for positioning is accommodated in the housing of the separate positioning camera unit 80, thereby reducing the housing diameter of the central camera unit 30 It can be reduced and management is easy even in case of accessory failure.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an operation principle of a vision inspection apparatus using a stereo vision and a plaid according to the present invention.
  • a straight line connecting the points a, b, c and d conceptually shows the height that can be measured by stereo vision.
  • the height that can be measured by stereo vision has a resolution of 500 micrometers, all heights from 0 to 500 micrometers are recognized as the same height, and another height from 500 to 1000 micrometers To be recognized.
  • the stereo vision method primarily measures the approximate height of the component.
  • the height of the hexahedral component illustrated in FIG. 5 is 1680 micrometers, the height of the component is primarily measured in the range of 1500 and 2000 micrometers through stereo vision.
  • the grid pattern is examined to determine that the height from point d to point R is 180 micrometers.
  • the total height of the part is 1500 + 180, measured 1680 micrometers.
  • the lattice pattern matching the first lattice pattern on the left side in FIG. 1 is 1-1 lattice pattern on the right side. It is not possible to determine whether the lattice 1 or 3-1 lattice pattern, that is, whether the lattice pattern on the upper surface of the part and the lattice pattern on the bottom surface coincide after several cycles (lattice spacing).
  • the stereo vision and the plaid is measured according to the requirements of the height inspection device, respectively, once the stereo vision and the plaid, or the stereo vision is taken once, the plaid is measured by moving the upper surface of the inspection object more accurate height measurement It may be configured to enable.

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Abstract

본 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 비전검사장치로서, 상기 검사대상물을 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부와, 상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 검사대상물에 조명을 제공하는 조명부와, 상기 조명부의 중심에 위치되어 검사대상물의 2차원 형상을 획득하기 위한 중앙카메라부와, 상기 중앙카메라부의 측부에 복수 개 배치되는 측부카메라부와, 상기 중앙카메라부의 측부에서 상기 측부카메라부의 카메라와 카메라 사이에 배치되는 복수 개의 격자무늬조사부와, 상기 중앙카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부와, 상기 스테이지부와 상기 격자무늬조사부 및 상기 카메라부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 측부 카메라부 중에서 미리 정해진 2개의 카메라가 검사대상물을 촬영하여 검사대상물의 높이를 측정하고, 상기 격자무늬 조사부 중의 어느 하나가 격자무늬를 조사하여 높이를 측정하도록 구성된다.

Description

스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치
본 발명은 비전검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테레오 비전과 함께 격자 무늬를 이용하여 비전 검사를 수행함으로써, 검사대상물의 높이를 신속하고도 정확히 측정할 수 있는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 인쇄회로기판(PCB) 등에 표면실장부품을 조립하는 표면실장기술(SMT; Surface Mounting Technology)은 표면실장부품(SMD; Surface Mounting Device)을 소형화/집적화하는 기술과, 이러한 표면실장부품을 정밀하게 조립하기 위한 정밀조립장비의 개발 및 각종 조립장비를 운용하는 기술을 포함한다.
표면실장라인은 표면실장기와 비전검사장치와 같은 장비로 구성된다. 상기 표면실장기는 표면실장부품을 인쇄회로기판상에 실장하는 장비로서 Tape, Stick, Tray 형태로 공급되는 각종 표면실장부품을 부품공급기(Feeder)로부터 공급받아 인쇄회로기판 상의 실장위치에 올려놓는 작업을 수행한다.
그리고, 상기 비전검사장치는 표면실장부품의 납땜공정 완료전 또는 완료 후, 표면실장부품의 실장상태를 검사하며 검사결과에 따라 다음공정으로 인쇄회로기판을 이송시키게 된다.
통상적인 비전검사장치는 램프 등을 이용하여 광이 조사되는 조명부와, 상기 조명부의 상부에 설치되어 검사대상물에 실장된 각종 부품의 영상정보를 촬영하기 위한 카메라부와 상기 조명부로부터의 광을 반사하여 검사대상물에 비추면서도 검사대상물의 형상을 상기 카메라부에 전달하기 위한 하프 미러를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 조명부는 각종의 램프를 복수 개 배열하여 하우징 내에 배치되며, 검사 대상물에 조명을 조사할 경우에는 상기 복수 개의 램프에 전원을 공급하여 빛을 조사하게 된다.
통상적인 비전검사방법은, 컨베이어를 통해 검사대상물이 수평 이송되면 위치조절장치에서 초기 위치를 조절하고, 조절이 완료된 후 엘이디 부품 또는 인쇄회로기판 상에 격자를 통해 광을 조사하면, 조사된 광이 검사대상물의 표면에 비쳐 형성된 그림자 형상을 분석함으로써, 3차원적 높이를 측정하게 된다.
이후 촬영 부분을 연산하고 기준값과 비교함으로써, 높이와 연관되는 부품 실장의 양호/불량을 검사하거나, 표면실장부품의 실장 유/무를 검사하게 된다.
상기와 같은 검사방법은 모두 2차원적 그림자 형상을 측정하여 삼각함수를 이용함으로써 3차원적 높이를 계산한다.
따라서, 조사된 광에 의해 형성된 그림자 패턴을 명확히 촬영 구분하는 것이 구조광을 이용한 비전검사장치에 있어서는 매우 중요한 요소이다.
그런데, 도 1 에서와 같이, 높이를 가지는 검사대상물에 격자 무늬 광을 조사하고 이를 평면적으로 촬영할 경우, 상기 검사대상물의 높이가 격자 무늬의 간격보다 상대적으로 매우 높으면, 검사대상물 상부에 조사된 격자무늬(1, 2, 3)와 바닥면의 격자무늬(1-1, 2-1, 3-1) 중 어느 것이 애초 동일한 격자 무늬인지를 구분할 수 없게 된다.
따라서, 이러한 요인은 높이 검사에 있어 오차를 유발할 수 있는 요인으로서, 이러한 오차의 제거를 위해 높이 측정에 요구되는 영상 사진의 수를 증가시키고, 영상 사진를 기초로한 높이 계산 과정을 복잡하게 하여 검사에 소요되는 전체 시간을 지연시키는 요인이 된다.
한편, 상기와 같은 검사방법은 모두 2차원적 그림자 형상을 측정하여 삼각함수를 이용함으로써 3차원적 높이를 계산한다.
따라서, 조사된 광에 의해 형성된 그림자 패턴을 명확히 촬영 구분하는 것이 구조광을 이용한 비전검사장치에 있어서는 매우 중요한 요소이다.
그런데, 도 2 에 도시된 바와 같이, 통상적인 비전검사장치는 램프 등을 이용하여 광이 조사되는 조명부(110)와, 상기 조명부(110)의 상부에 설치되어 검사대상물에 실장된 각종 부품의 영상정보를 촬영하기 위한 카메라부(120)와 상기 조명부(110)로부터의 광을 반사하여 검사대상물에 비추면서도 검사대상물의 형상을 상기 카메라부에 전달하기 위한 하프 미러(130)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 조명부(110)는 각종의 램프를 복수 개 배열하여 하우징(140) 내에 배치되며, 검사 대상물에 조명을 조사할 경우에는 상기 복수 개의 램프에 전원을 공급하여 빛을 조사하게 된다.
상기 종래 비전검사장치에서는 광을 반사시키면서도 영상을 촬영하기 위해 제공되는 하프 미러가 중앙의 카메라부 전방에 배치됨으로써, 보다 선명한 영상의 촬영에 방해가 되었다.
또한, 조명부로부터의 광이 직접 검사대상물의 표면에 조사되므로, 광이 중첩되어 직접 조사되는 부분은 상대적으로 매우 밝은 반면 광밀도가 낮은 부분은 상대적으로 어둡게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기 중앙의 카메라부 내에 검사대상 기판이 올바른 위치에 장착되었는지의 여부를 인식하기 위한 레이저, 카메라 등의 구성이 수용되므로, 상기 중앙의 카메라를 수용하기 위한 하우징에 수용되는 전체 구성의 종류, 크기 및 무게가 증가되어 유지 보수에 불편함을 유발하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 검사대상물의 높이를 신속하고도 정확하게 측정가능한 비전검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 검사대상물의 표면에 조사되는 광의 균일도를 향상시킬 수 있는 비전검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 중앙의 카메라부 전방에 배치되는 하프 미러를 제거함으로써, 보다 선명한 영상의 촬영이 가능한 비전검사장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 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 비전검사장치로서, 상기 검사대상물을 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부와, 상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 검사대상물에 조명을 제공하는 조명부와, 상기 조명부의 중심에 위치되어 검사대상물의 2차원 형상을 획득하기 위한 중앙카메라부와, 상기 중앙카메라부의 측부에 복수 개 배치되는 측부카메라부와, 상기 중앙카메라부의 측부에 배치되는 격자무늬조사부와, 상기 중앙카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부와, 상기 스테이지부와 상기 격자무늬조사부 및 상기 카메라부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 측부 카메라부 중에서 미리 정해진 2개의 카메라가 검사대상물을 촬영하여 검사대상물의 높이를 측정하고, 상기 격자무늬 조사부 중의 어느 하나가 격자무늬를 조사하여 높이를 측정하도록 구성된다.
여기서, 상기 격자무늬조사부는 액정 패널 또는 마이크로미러모듈 중의 어느 하나를 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 조사된 격자무늬에 의해 측정되는 높이는 상기 2개의 카메라에 의해 측정되는 검사대상물의 높이보다 큰 해상도를 가지도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 격자무늬조사부는 복수 개 배치된다.
한편, 상기 조명부의 전방에는 광확산부가 배치된다.
또한, 상기 조명부는 수직하방향으로 광을 조사하기 위한 수평조명부와 경사 방향으로 광을 조사하기 위한 경사조명부를 포함하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 복수 개의 격자무늬조사부는 상기 중앙카메라부를 중심으로 상호 대향 배치된다.
바람직하게는, 상기 측부카메라부는 상기 중앙카메라부를 중심으로 상호 대향 배치된다.
한편, 상기 광확산부는 상기 수평조명부와 경사조명부 모두의 전면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 중앙카메라부의 일측부에는 검사대상물의 위치 확인을 위한 위치확인카메라부가 배치될 수 있다.
여기서, 상기 위치확인카메라부의 전방에는 위치확인조명부와 하프미러가 배치될 수 있다.
바람직하게는, 측면도 상 상기 중앙카메라부와 상기 격자무늬조사부 사이의 각도는 25도 내지 45도이다.
본 발명에 의해, 검사대상물의 높이를 신속하고도 정확히 계산할 수 있다.
또한, 검사대상물의 표면에 조사되는 광의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한, 중앙의 카메라부 전방에 배치되는 하프 미러를 제거함으로써, 보다 선명한 영상의 촬영이 가능하다.
도 1(a) 는 부품에 격자 무늬를 조사한 상태를 도시한 사시도이다.
도 1(b) 는 부품에 격자 무늬를 조사한 상태를 도시한 평면도이다.
도 2 는 종래 비전검사장치의 측단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략 측면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략 평면도이다.
도 5 는 격자무늬의 주기와 부품의 높이 관계를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3 은 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략 측면도이며, 도 4 는 본 발명에 따른 비전검사장치의 개략 평면도이다.
도 3 과 4 를 참조하면, 본 발명에 따른 비전검사장치는 부품 조립과정에서 조립 또는 실장된 검사대상물(5)을 카메라로 촬영한 후 촬영된 이미지를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 검사대상물(5)의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서, 상기 검사대상물(5)을 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부(10)와, 상기 스테이지부(10)의 상부에 위치하며, 상기 검사대상물(5)에 조명을 제공하는 조명부(20)와, 상기 조명부(20)의 중심에 위치되어 검사대상물(5)의 2차원 형상을 획득하기 위한 중앙카메라부(30)와, 상기 중앙카메라부(30)의 측부에 복수 개 배치되는 측부카메라부와, 상기 중앙카메라부(30)의 측부에 배치되는 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)와, 상기 중앙카메라부(30)에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물(5)의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부(60)와, 상기 스테이지부(10)와 상기 격자무늬조사부 및 상기 카메라부를 제어하는 제어부(70)를 포함하며, 상기 측부 카메라부 중에서 미리 정해진 2개의 카메라가 검사대상물(5)을 촬영하여 검사대상물의 높이를 측정하고, 상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8) 중의 어느 하나가 격자무늬를 조사하여 높이를 측정하도록 구성된다.
본 발명의 비전검사장치는 표면실장라인에서 표면실장작업을 마친 인쇄회로기판의 표면실장부품을 검사할 경우, 선행장비의 컨베이어를 통해 다음 공정으로 이동되기 이전에 비전검사를 실시할 수 있도록 설치된다.
이와 같은 비전검사장치는 선, 후행 장비의 컨베이어와 컨베이어 사이에 형성되는 공간에 배치되는 방식으로 설치될 수 있고, 선, 후행장비와 연계시키지 않고 단독 테이블 형태로도 사용될 수 있다.
여기서, 상기 스테이지부(10)는 검사될 검사대상물(5)이 착좌되는 공간을 제공하는 구성요소로서, 상기 검사대상물(5)의 위치를 조절 및 고정시키기 위한 위치조절부(미도시) 및 고정부(미도시) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 스테이지부(10)의 상부에는 조명부(20)가 상기 중앙카메라부(30)를 중심으로 원주 방향을 따라 연속적 또는 단속적으로 설치된다.
상기 조명부(20)는 상기 검사대상물(5)의 정확한 영상정보를 확보하기 위하여 검사대상물(5)에 조명을 제공하는 구성요소로써, 복수의 램프 또는 엘이디 전구를 다수개 배치하여 상기 검사대상물(5)을 사방에서 조명하도록 마련될 수 있다.
상기 조명부(20)는 수평조명부(22)와 경사조명부(23)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 수평조명부(22)는 상기 스테이지(10)의 상부에 설치되어 상기 검사대상물(5)에 수직으로 입사되는 광을 제공하는 역할을 수행한다.
상기 경사조명부(23)는 상기 수직조명부(22)의 측부에 배치되어 경사 방향의광을 제공하는 역할을 수행한다.
상기 중앙카메라부(30)는 검사대상물(5)을 평면적으로 촬영하기 위한 구성요소로써, 바람직하게는, CCD(charge coupled device)카메라로 마련될 수 있다.
상기 중앙카메라부(30)에 의해 검사대상물(5)의 2차원적 검사를 수행함과 동시에, 상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)에 의해 조사된 격자 무늬가 변형된 정도를 촬영하여 검사대상물의 높이를 측정할 수 있다.
종래 비전검사장치의 경우, 통상 중앙카메라부의 전방에 하프미러가 배치되어 조명부로부터의 조명을 반사하면서도, 상기 카메라를 통한 영상의 촬영이 가능하도록 구성되는데, 본원 발명의 경우 상기 중앙카메라부(30) 전방에 하프미러가 배치되지 않는다.
따라서, 상기 중앙카메라부(30)를 통해 보다 선명한 영상의 촬영이 가능해진다.
상기 중앙카메라부(30)의 측부에는 복수 개의 측부카메라부(40-2, 40-4, 40-6, 40-8)가 상기 중앙카메라부(30)에 대해 대칭적으로 배치됨으로써, 영상의 사각 지역을 제거함과 동시에 영상의 촬영을 신속히 수행할 수 있다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 네개의 상기 측부카메라부(40-2, 40-4, 40-6, 40-8)가 상기 중앙카메라부(30)에 대해 대칭적으로 배치되어, 기판 등의 검사대상물에 배치되는 부품의 들뜸, 미삽 등을 검사한다.
또한, 상기 측부카메라(40-2, 40-4, 40-6, 40-8) 중에서 미리 정해진 두 개의 카메라를 통해 검사대상물의 영상을 촬영함으로써, 두 영상의 변이를 추정하여 3차원 공간 좌표(x, y, z)를 얻어내고, 검사의 기준점이 되는 공간 좌표와 비교함으로써, 검사대상물의 높이를 측정한다.
그런데, 상기와 같은 스테레오 카메라를 이용한 거리 인식(높이 인식) 기술로 인식할 수 있는 높이의 해상도에 한계가 있으므로, 상기와 같은 해상도의 한계를 보충하기 위해 상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)에 의해 조사되는 격자무늬를 상기 중앙카메라부(30)로 촬영하여 높이를 계산함으로써 보다 세밀한 높이를 측정하게 된다.
따라서, 상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)에 의해 조사되는 격자무늬에 의해 측정되는 높이는 상기 2개의 카메라(스테레오 비전)에 의해 측정되는 검사대상물의 높이보다 큰 해상도(보다 세밀한 높이 측정)를 가지도록 구성된다.
상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)는 상기 검사대상물(5)에 격자무늬를 조사하여 높이를 측정하기 위한 구성으로서, 액정패널 또는 디지털 마이크로미러 디스플레이(DMD: Digital Micromirror Display)과 광원을 포함하여 구성된다.
그리하여, 상기 제어부(70)의 제어에 의해 격자 형상의 그림자가 검사대상물(5) 상에 조사되도록 하고, 상기 격자 형상의 그림자가 변형된 정도를 상기 중앙카메라부(30)를 통해 촬영함으로써, 부품의 높이를 계산할 수 있다.
상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8) 역시 상기 중앙카메라부(30)를 중심으로 네 개의 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)가 대칭적으로 배치되어, 선택적으로 검사대상물(5)에 격자 무늬를 조사하도록 구성된다.
상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)와 상기 중앙카메라부(30) 사이의 배치 각도(a) 는 25도 내지 45도의 각도 범위로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 각도(a)가 25도보다 작을 경우에는 부품의 높이에 따른 격자무늬의 변형 정도가 작아 높이 계산에 오차를 야기할 있으며, 상기 각도(a)가 45도보다 클 경우에는 상기 격자무늬조사부(50-2, 50-4, 50-6, 50-8)에 가까운쪽과 먼쪽에 조사되는 격자무늬 폭의 차이가 지나치게 커져 높이 계산에 오차를 야기할 수 있다.
상기 각도 범위로 배치될 경우, 조사된 격자무늬를 상기 중앙카메라부(30)를 통해 촬영하면, 검사 대상물의 높이에 따라 격자 무늬가 적절히 변형되기 때문이다.
한편, 상기 비전처리부(60)는 상기 카메라부로부터 획득된 검사대상물(5)의 영상정보를 수학적인 처리를 통해 계산하여, 미리 입력된 기준 값과 비교함으로써 상기 검사대상물(5)의 양호 불량을 판단한다.
또한, 상기 제어부(70)는 상기 스테이지부(10), 제 1, 2 카메라부의 구동 및 동작을 제어하는 모션 컨트롤러를 포함하는 구성요소로써, 본 발명에 따른 비전검사장치 전체의 구동을 제어하도록 마련될 수 있다.
상기 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, 상기 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.
한편, 상기 조명부(20)의 전방에는 광확산판과 같은 광확산부(25)가 배치되어, 상기 조명부(20)로부터의 광이 검사대상물의 전체 영역에 고루 조사되도록 한다.
그리하여, 검사대상물(5) 상에서 어두운 부분과 밝은 부분의 차이를 감소시켜 보다 선명한 영상을 촬영할 수 있다.
상기 광확산부(25)는 상기 수평조명부(22)와 경사조명부(23) 모두의 전방에 배치될 수 있도록 측단면 상 꺽여진 형태로 구성된다.
한편, 상기 중앙카메라부(30)의 일측부에는 검사대상물의 위치 확인을 위한 위치확인카메라부(80)가 배치된다.
여기서, 상기 위치확인카메라부(80)의 전방에는 위치확인조명부(84)와 하프미러(82)가 배치된다.
그리하여, 종래 중앙 카메라를 통해 검사대상물의 위치를 확인하는 경우에 비해, 위치 확인을 위한 구성들이 별도의 위치확인카메라부(80)의 하우징 내에 수용됨으로써, 상기 중앙카메라부(30)의 하우징 직경을 감소시킬 수 있으며, 부속 고장의 경우에도 관리가 용이해진다.
도 5 는 본 발명에 따른 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치의 작동 원리를 나타내기 위한 개념도이다.
먼저, 도 5 에서 a, b, c, d 점을 잇는 계단형상의 직선은 스테레오 비전에 의해 측정될 수 있는 높이를 개념적으로 도시한다.
즉, 예를 들어 스테레오 비전에 의해 측정될 수 있는 높이는 500 마이크로미터의 해상도를 가진다고 하면, 0에서 500마이크로미터까지의 높이에 대해서는 모두 동일한 높이로 인식하며, 500에서 1000마이크로미터까지는 또 다른 높이로 인식하게 된다.
이것은 스테레오 비전을 이용하여 부품의 높이를 측정할 경우의 해상도를 개념적으로 설명하는 것이며, 구체적인 숫자는 달라질 수 있다.
상기 스테레오 비전 방법에 의해 일차적으로 부품의 대략적인 높이를 측정하게 된다.
즉, 도 5 에 예시된 육면체 형상 부품의 높이가 1680마이크로미터라 할 경우, 스테레오 비전을 통해 일차적으로 1500 과 2000 마이크로미터 범위에 부품의 높이가 해당됨을 측정하게 된다.
그 다음 순서로서, 격자 무늬를 조사하여 d 점으로부터 R 점까지의 높이가 180 마이크로미터인 것을 측정하게 된다.
따라서, 부품의 총 높이는 1500 + 180 으로서 1680마이크로미터로 측정한다.
만약, 스테레오 비전을 통한 높이 측정 과정이 없이 격자무늬 한가지 만으로써 부품의 높이를 측정하게 된다면, 도 1 에서 좌측의 1번 격자무늬와 애초 일치하는 격자무늬가 우측의 1-1 격자무늬인지, 2-1 격자무늬인지, 3-1 격자무늬인지, 즉 부품의 상면에 있는 격자 무늬와 바닥면에 있는 격자 무늬가 상호 몇번의 주기(격자 간격)를 경과하여 일치되는지의 여부를 판단할 수 없게 된다.
그런데, 스테레오 비전을 통해 일차적으로 대략적 높이를 측정한 상태에서 격자무늬를 통해 세밀한 높이를 측정한다면 격자 무늬가 몇번의 주기를 경과하여 일치되는지의 여부를 판단할 수 있게 된다.
본 발명에서는 상기와 같이, 스테레오 비전과 보다 높은 해상도의 세밀한 격자 무늬를 함께 이용하되, 스테레오 비전을 통해서는 대략적인 높이의 범위를 측정하고, 보다 세밀한 격자 무늬를 이용하여서는 보다 정확한 높이를 측정할 수 있도록 함으로써, 신속하고도 정확히 높이 검사를 수행할 수 있다.
상기 스테레오 비전 및 격자 무늬는 높이 검사장치의 필요 사양에 따라, 스테레오 비전 및 격자 무늬를 각각 한번 촬영하거나, 스테레오 비전을 한번 촬영하고, 격자 무늬는 검사대상물 상면을 이동시키며 촬영함으로써 보다 정확한 높이 측정이 가능하도록 구성될 수도 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 부품 조립과정에서 조립 또는 실장된 검사대상물을 카메라로 촬영한 후 촬영된 이미지를 미리 입력된 대상 이미지와 비교하여 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하기 위한 비전검사장치로서,
    상기 검사대상물을 검사위치에 고정 또는 이송시키는 스테이지부와;
    상기 스테이지부의 상부에 위치하며, 상기 검사대상물에 조명을 제공하는 조명부와;
    상기 조명부의 중심에 위치되어 검사대상물의 2차원 형상을 획득하기 위한 중앙카메라부와;
    상기 중앙카메라부의 측부에 복수 개 배치되는 측부카메라부와;
    상기 중앙카메라부의 측부에 배치되는 격자무늬조사부와;
    상기 중앙카메라부에서 촬영된 영상을 판독하여 상기 검사대상물의 양호 또는 불량을 판별하는 비전처리부와;
    상기 스테이지부와 상기 격자무늬조사부 및 상기 카메라부를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 측부 카메라부 중에서 미리 정해진 2개의 카메라가 검사대상물을 촬영하여 검사대상물의 높이를 측정하고, 상기 격자무늬 조사부가 격자무늬를 조사하여 높이를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자무늬조사부는 액정 패널 또는 마이크로미러모듈 중의 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조사된 격자무늬에 의해 측정되는 높이는 상기 2개의 카메라에 의해 측정되는 검사대상물의 높이보다 큰 해상도를 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 격자무늬조사부는 복수 개 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부의 전방에는 광확산부가 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부는 수직하방향으로 광을 조사하기 위한 수평조명부와 경사 방향으로 광을 조사하기 위한 경사조명부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 격자무늬조사부는 상기 중앙카메라부를 중심으로 상호 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 측부카메라부는 상기 중앙카메라부를 중심으로 상호 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광확산부는 상기 수평조명부와 경사조명부 모두의 전면에 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙카메라부의 일측부에는 검사대상물의 위치 확인을 위한 위치확인카메라부가 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 위치확인카메라부의 전방에는 위치확인조명부와 하프미러가 배치되는 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    측면도 상 상기 중앙카메라부와 상기 격자무늬조사부 사이의 각도는 25도 내지 45도인 것을 특징으로 하는 스테레오 비전과 격자 무늬를 이용한 비전검사장치.
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