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KR100912651B1 - 자동 영상 검사 장치 - Google Patents

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KR100912651B1
KR100912651B1 KR1020070135246A KR20070135246A KR100912651B1 KR 100912651 B1 KR100912651 B1 KR 100912651B1 KR 1020070135246 A KR1020070135246 A KR 1020070135246A KR 20070135246 A KR20070135246 A KR 20070135246A KR 100912651 B1 KR100912651 B1 KR 100912651B1
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주식회사 앤비젼
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Abstract

본 발명은 각도와 거리 조절이 가능한 자동 영상 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체 혹은 LCD 생산 과정에서 반도체 기판이나 다른 부품들의 표면 혹은 내부에 존재하는 결함을 정확하게 검사하기 위해 카메라와 조명의 각도를 자동으로 조절할 수 있는 자동 영상 검사 장치에 관한 것으로 검사 대상이 위치하는 작업대, 상기 작업대 상의 상기 대상이 위치할 특정 초점을 포함하는 중심축을 기준으로 회전하고, 상기 초점에 카메라의 초점이 일치하도록 카메라가 장착된 제 1 회전체 및 상기 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 초점과 조명의 광축이 일치하도록 조명장치가 장착된 제2 회전체를 포함한다.
작업대, 제 1 회전체, 제 2 회전체, 카메라, 조명 장치

Description

자동 영상 검사 장치{APPARATUS FOR AUTOMATIC VISUAL INSPECTION}
본 발명은 각도와 거리 조절이 가능한 자동 영상 검사 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체 혹은 LCD 생산 과정에서 반도체 기판이나 다른 부품들의 표면 혹은 내부에 존재하는 결함을 정확하게 검사하기 위해 카메라와 조명의 각도를 자동으로 조절할 수 있는 자동 영상 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 혹은 LCD 등을 생산하는 현장에서는 다수의 세분화된 공정에 의해 최종 제품이 완성된다. 따라서, 생산 과정에서 반도체 기판과 같은 부품의 결함은 나중에 완제품을 폐기해야 하는 심각한 문제를 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 적절한 시점에 반도체 기판이나 부품의 결함을 검출하는 검사 장비가 필요하게 되었다.
일반적으로 반도체 등을 검사하는 장비는 고해상도의 디지털 카메라 혹은 스캐너와 같은 원리의 라인 스캔 카메라를 이용한다. 하지만, 디지털 카메라 혹은 라인 스캔 카메라를 이용하는 경우 카메라와 조명 장치가 검사 대상인 피사체와 이루는 거리 및 각도에 따라 다양한 영상이 획득되고, 그 획득된 영상에 따라 검사 결 과가 달라지는 문제가 발생한다. 따라서, 각각의 검사 대상에 따라 가장 적절한 카메라의 거리, 각도와 조명 장치의 거리, 각도를 사전에 시험을 통해 찾아야 한다. 이렇게 찾아진 조건을 이용하여 실제 검사 장치를 설계 제작하게 된다.
하지만, 카메라와 조명 장치의 최적의 설치 조건을 산출하지 않고 검사 장비를 설계 제작한다면, 검사 장비를 완성한 후에 카메라와 조명 장치의 최적의 거리 및 각도를 찾기 위해 불필요한 비용과 시간을 추가적으로 낭비하는 문제가 있다.
도 1 은 기존에 각각의 피사체에 대해 최적의 조건을 산출하기 위한 검사 장비의 예를 나타낸다.
도 1에 나타난 바와 같이 카메라(110)의 광축과 조명장치의 광축이 만나는 곳(130)에 피사체를 위치하도록 하고, 카메라(110)를 피사체와 직각이 되는 위치에 장착하고 조명 장치(121)를 지지하는 지지축(120)을 수평 방향으로 이동하면서 조명 장치(121)의 광축이 피사체를 향하도록 상하로 이동하면서 가장 적절한 조명장치의 거리와 각도를 산출한다.
하지만, 도 1 과 같은 장치의 경우에는 카메라(110)가 고정된 위치에서 조명장치(121)의 위치 및 각도를 수동으로 조절해야 하는 문제가 있다. 또한 카메라(110)의 각도 및 거리를 변경하고자 하는 경우에는 다시 수동으로 그 위치를 정하고, 조명 장치(121)를 다시 수동으로 조절해야 하는 번거로움이 있었다.
이에 따라, 검사 대상인 피사체의 종류에 따라 검사 장비에 장착된 카메라 및 조명 장치의 거리 및 각도를 쉽게 조절하여 최적 조건을 산출할 수 있는 수단이 필요하게 되었다.
또한, 카메라와 조명 장치의 최적의 조건을 산출함에 있어서 검사 과정에서 발생할 수 있는 오차를 최소화하고 자동으로 거리 및 각도를 아주 정밀하게 조절할 수 있는 수단이 필요하게 되었다.
그리고, 카메라와 조명 장치의 최적의 조건을 산출함과 동시에 산출된 최적의 조건으로 피사체를 직접 검사할 수 있는 수단이 필요하게 되었다.
상기와 같은 필요를 충족시키기 위해, 본 발명의 자동 영상 검사 장치는 검사 대상이 위치하는 작업대, 상기 작업대 상의 상기 대상이 위치할 특정 초점을 포함하는 중심축을 기준으로 회전하고, 상기 초점에 카메라의 초점이 일치하도록 카메라가 장착된 제 1 회전체 및 상기 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 초점과 조명의 광축이 일치하도록 조명장치가 장착된 제2 회전체를 포함한다.
이때, 상기 제 1 회전체는 상기 장착된 카메라를 상하 또는 좌우로 움직이는 이송수단을 더 포함하고, 상기 제 2 회전체는 상기 장착된 조명장치를 상하 또는 좌우로 움직이는 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 자동 영상 검사 장치는 일단은 상기 작업대에 연결되고 타단은 상기 제 1 회전체에 연결되는 제 1 지지축과 일단은 상기 작업대에 연결되고 타단은 제 2 회전체에 연결되는 제 2 지지축을 구비하여, 상기 작업대에 연결된 부분이 이송 수단에 의해 상기 작업대 위를 움직이면서 상기 제 1 회전체 및 제 2 회전체를 회전시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 이러한 상기 지지축은 양단이 축과 베어링으로 구성되고, 상기 지지축과 상기 작업대가 연결되는 부분 혹은 상기 지지축과 상기 제 1 및 제 2 회전체가 연결되는 부분은 공압 클램프 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 반침대는 상기 검사 대상을 움직이는 이송 수단을 구비한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 영상 검사 장치는 검사 대상에 따라 가장 적당한 카메라와 조명 장치의 거리 및 각도를 자동으로 쉽게 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 회전체의 끝단에서 발생할 수 있는 백래시(backlash)를 삼각 구조의 지지축을 이용해 쉽게 극복할 수 있고, 또한 공압을 이용해 작은 진동에 의한 흔들림도 막을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 자동 영상 검사 장치는 대규모의 검사 장비를 설치하기 전에 가장 적당한 조건을 산출하기 위한 장치로 이용할 수 있을 뿐만 아니라 그 자체로써 검사장치로 이용할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 2 는 본 발명이 채택하고 있는 기본적인 원리를 나타낸다.
본 발명에서 기본적으로 적용하는 원리는 카메라의 초점과 조명 장치의 광축이 만나는 지점에 피사체를 위치하도록 한 후에 카메라와 조명 장치의 각도 및 위치를 변경하는 경우에도 카메라의 초점과 조명 장치의 광축은 계속해서 피사체를 향하도록 하는 것이다.
이미 잘 알려진 바와 같이, 도형인 원(circle)은 원점(210)으로부터 동일한 거리에 있는 점의 집합이고, 또한 원점(210)을 지나는 무수한 직선들이 존재한다. 따라서, 원점(210)을 지나는 반지름 직선(201) 상의 점들은 원점을 향한다. 또한 이 반지름 직선(201)을 원점을 중심으로 회전하는 경우에도 반지름 상의 모든 점들은 원점을 향하게 된다. 이와 같은 원리를 이용해 카메라와 조명 장치의 각도 및 위치가 변하는 경우에도 카메라 초점과 조명 장치의 광축이 피사체를 계속적으로 향하게 할 수 있다.
도 3 은 본 발명에 의해 카메라와 조명 장치가 설치되는 조건을 나타낸다.
도 3 은 도 2 의 원리를 영상 검사 장치에 적용하는 방법을 나타내고 있다. 구체적으로 피사체가 위치하게 되는 작업대(350)의 상부의 특정 지점(300)을 중심으로 두 개의 회전체(310, 320)가 설치되고, 두 개의 회전체(310, 320)의 각각의 측면(330, 340)이 서로 붙어있다고 가정한다. 처음에 서로 붙어 있는 면(360)을 하나의 직선으로 볼 경우에 그 면은 특정 지점(300)을 원점으로 하는 원의 반지름으로 볼 수 있다.
따라서, 그 면(360)은 특정 지점(300)을 중심으로 회전을 하는 경우에도 항상 특정 지점(300)을 향한다. 따라서, 두 개의 회전체(310, 320) 중에서 하나의 회전체(310)에 카메라를 장착하고 그 카메라의 초점을 상기 특정 지점(300)을 향하게 함과 동시에, 다른 회전체(320)에 조명 장치를 장착하고 조명 장치의 광축이 상기 특정 지점을 지나는 직선과 일치되도록 설치하는 경우에는 두 개의 회전체(310, 320)를 어떤 각도로 조절하든 혹은 장착된 카메라와 조명 장치를 특정 지점(300)으로부터 어떤 거리에 장착하든지 관계없이 카메라의 초점과 조명 장치의 광축은 특정 지점을 향하게 된다. 이하, 본원발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4 는 본 발명에 의한 자동 영상 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명에 의한 자동 영상 검사 장치는 검사의 대상이 되는 피사체가 위치하게 되는 작업대(410), 작업대(410)의 특정 지점(440)을 중심으로 회전하는 제 1 회전체(420)와 제 2 회전체(430)를 포함하고, 각각의 회전체에는 카메라(421)와 조명 장치(431)가 장착된다.
구체적으로, 작업대(410)는 검사 대상이 되는 피사체가 위치하게 되는데, 피사체는 작업대(410)에 구비되는 이송 수단에 의해 좌우로 이동한다. 피사체를 영상으로 검사하기 위해 피사체는 특정 지점(440)에 위치한다.
작업대(410)의 상부에는 특정 지점(440)을 중심으로 회전하는 제 1 회전체(420)와 제 2 회전체(430)가 구비된다. 제 1 회전체(420)에는 피사체의 영상을 획득하기 위해 카메라(421)가 설치된다. 카메라(421)는 영상 촬영에 적당한 다양한 종류의 카메라를 이용할 수 있다. 특히, 고해상도의 디지털 카메라, 라인 스캔 카메라 또는 에리어 카메라 등 다양하게 적용될 수 있다. 카메라(421)는 카메라(421)에 의한 초점이 특정 지점(440)을 향하도록 설치되어야 한다.
제 1 회전체(420)은 카메라(421)를 상하, 좌우로 움직일 수 있는 이송수단을 구비한다. 카메라(421)가 상하, 좌우로 움직이는 방법은 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서와 같이, 제 1 회전체(420)을 기준으로 상하로 이동하는 별도의 이송 수단을 구비하고, 이에 장착된 카메라(421)는 이송 수단 위에서 좌우로 이동할 수 있다. 또는 카메라 자체가 제어 신호에 따라 제 1 회전체(420) 상을 상하, 좌우로 이동하는 형태로 이루어질 수도 있다.
제 1 회전체(420)이 작업대(410)의 특정 지점(440)을 중심으로 회전하는 방법에 여러 가지가 있다. 여기서 특정 지점(440)은 하나의 점으로 설명하고 있지만, 작업대(410)의 특정 지점을 포함하는 하나의 축을 포함하는 개념이다. 이를 중심 축이라고 하고 제 1 및 제 2 회전체(420, 430)는 이 중심축을 중심으로 회전한다. 제 1 회전체(420)은 작업대(410) 상의 특정 지점(440)에 구비된 구동 수단에 의해 회전될 수 있다. 다른 방법으로 도 4에 도시된 바와 같이 작업대(410)의 특정 지점(440)과 제 1 회전체(420)의 측면 상의 특정 위치(423) 그리고 작업대(410) 상부면을 따라 이동하는 이송 수단(428)을 연결하는 지지축(425, 426)을 구비하여 이송 수단(427)의 이동에 따라 제 1 회전체(420)을 회전시킬 수 있다. 이때 각각의 지지축(425, 426)과 제 1 회전체(420) 및 작업대(410)의 특정 위치(423)과 이송 수단(428)의 연결부분은 축과 베이링으로 구성되어 이송 수단(428)의 이동에 따라 제 1 회전체(420)가 회전할 수 있도록 설치된다. 이러한 구조는 제 1 회전체(420)가 회전하는 경우에 백래시(backlash)가 발생하여 정확한 각도를 측정하기 곤란한 경우가 발생하므로 특정 지점(440)과 제 1 회전체(420) 그리고 작업대(410)의 이송 수단(428)을 연결하는 삼각 구조를 통해 제 1 회전체(420)에 발생하는 수직축의 무게를 수평 방향으로 분산하여 백래시(backlash)를 막을 수 있다.
본 실시형태에서, 제1 지지축은 일단이 상기 제1 회전체의 특정위치(423)에 연결되고, 타단은 상기 작업대(410)의 평면을 따라 슬라이딩 되는 이송수단(428)에 연결되는 제1 고정바(425)를 포함할 수 있다. 상기 이송수단(428)과 상기 제1 고정바(425)가 연결되는 지점(427) 및 상기 제1 회전체와 상기 제1 고정바(425)가 연결되는 지점(424)은 축과 베어링으로 구성되어 있어, 상기 이송수단(428)이 상기 작업대의 평면을 따라 슬라이딩 됨에 따라 상기 제1 고정바(425)에 의해 상기 제1 회전체(420)는 상기 중심축(440)을 중심으로 회전운동을 할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제1 지지축은 일단이 상기 제1 회전체의 특정위치(423)에 연결되고, 타단은 상기중심축(440)에 연결되는 제3 고정바(426)를 더 포함할 수 있다.
이처럼, 본 실시형태에서는, 제1 회전체가 회전하는 경우에 백래시가 발생하여 정확한 각도를 측정하기 곤란한 경우가 발생될 수 있으므로, 중심축(440)과 제1 회전체의 일지점(423) 및 작업대 상의 이송수단(428)을 연결하는 삼각구조를 통해 제1 회전체(420)에 발생하는 수직축의 무게를 수평방향으로 분산하여 백래시를 막을 수 있다.
제 2 회전체(430)에는 피사체에 광을 투사하는 조명 장치(431)가 장착된다. 조명 장치(431)는 광축이 작업대(410)의 특정 지점(440)을 향하도록 설치된다. 그리고 제 2 회전체(430)는 제 1 회전체(420)와 마찬가지로 조명 장치(431)가 상하 좌우로 이동할 수 있도록 이동 수단을 구비한다. 이에 대한 설명은 제 1 회전체(420)의 설명과 동일하므로 이를 생략한다. 또한, 제 2 회전체(430)가 작업대(410)의 특정 지점(440)을 중심으로 회전하는 방법도 제 1 회전체(420)와 동일하 므로 이에 대한 설명도 생략한다.
도 5 는 본 발명에 의한 자동 영상 검사 장치의 하나의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5 에 도시된 자동 영상 검사 장치는 도 4에서 설명된 자동 영상 검사 장치의 구성을 더욱 구체적으로 3차원에서 설명한다. 따라서, 일부 중복되는 설명은 생략한다.
자동 영상 검사 장치는 작업대(510), 제 1 회전체(520) 및 제 2 회전체(530)로 크게 나누어진다.
작업대(510)는 검사 대상이 되는 피사체가 이동하면서 카메라(525)의 초점과 조명 장치(535)의 광축이 작업대(510)와 만나는 지점(이하, 초점이라 함)에 위치하게 된다.
작업대(510)에는 작업대(510)를 지지하는 네 개의 받침(511)이 하부면에 구비된다. 그리고 작업대(510)의 상부면에는 초점을 포함하는 중심축의 양단에 제 1 회전체(520)와 제 2 회전체(530)가 중심축을 중심으로 회전할 수 있도록 대칭되도록 설치된다. 또한, 작업대(510)의 상부면에는 피사체를 움직이는 이송수단(512, 513)이 구비된다. 여기서, 이송수단(512, 513)은 레일 모양으로 상부면의 양측으로 구비된다. 다만, 이용되는 레일과 설치방법은 다양하게 적용가능하다.
또한, 작업대(510)의 상부면의 양측에는 제 1 회전체(520)와 제 2 회전체(530)의 회전시에 발생할 수 있는 백래시(backlash)를 줄이기 위해 제 1 회 전체(520) 및 제 2 회전체(530)와 연결되는 지지축(526, 536)과 연결되는 이송 수단(528, 538)이 수평으로 이동할 수 있는 레일이 형성된다. 따라서 이송수단(528, 538)이 레일 상을 이동하면서 지지축(526, 536)에 연결된 제 1 회전체(520)와 제 2 회전체(530)를 회전시킨다. 지지축(526, 536)이 연결되는 제 1 회전체(520) 및 제 2 회전체(530)의 연결부분(527, 537)과 작업대 상의 이송 수단(528, 538)에는 축과 베어링으로 구성된다.
지지축(526, 536)은 제 1 회전체(520)와 제 2 회전체(530)에 각각 두 개씩 구비된다.
제 1 회전체(520)와 제 2 회전체(530)는 서로 대칭되게 설치되고, 제 1 회전체(520)에는 카메라(525)가 제 2 회전체(530)에는 조명장치(535)가 각각 설치된다. 특히, 카메라(525)와 조명 장치(535)를 설치하는 경우에 있어서는 카메라(525)의 초점이 검사 대상이 위치하는 작업대의 초점을 향하도록 설치되고, 조명 장치(535)는 광축이 작업대의 초점을 향하도록 설치되어야 한다. 그 결과 초점을 포함하는 중심축을 기준으로 회전하는 제 1 회전체(520)와 제 2 회전체(530)의 회전과 관계없이 카메라(525)와 조명 장치(535)는 항상 초점의 검사대상을 향하게 된다.
제 1 회전체(520)는 작업대(510)의 중심축의 양단에 각각 회전가능하게 연결된 두 개의 지지대(521, 522)와 이 지지대를 연결하는 연결바(523)으로 구성된다. 그리고 카메라(525)는 두 개의 지지대(521, 522) 사이에 연결된 이동바(524)에 장착된다. 이동바(524)는 제어신호에 따라 두 개의 지지대(521, 522)의 상하로 이동하고, 카메라(525)는 제어신호에 따라 이동바(524)에서 좌우로 이동한다.
제 2 회전체(530)는 조명 장치(535)가 이동바(534)에 설치되어 있는 것을 제외하고 그 구성과 작동에 있어서 제 1 회전체(520)와 동일하다. 따라서, 제 2 회전체의 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그리고, 본 발명은 카메라(525)와 조명 장치(535)가 특정 거리 및 각도로 고정되어 검사 대상을 촬영하는 경우에 발생할 수 있는 진동의 발생에 의한 흔들림을 방지하기 위해, 지지축(526, 536)이 연결되는 제 1 회전체(520) 및 제 2 회전체(530)의 연결부분(527, 537)과 작업대 상의 이송 수단(528, 538)에는 공압에 의한 공압 클램프 장치를 구비한다. 공압 클램프 장치는 공압에 의해 베이링과 축의 움직임을 고정한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 은 종래 영상 검사 장비의 원리를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명이 채택하고 있는 기본적인 원리를 나타낸다.
도 3 은 본 발명에 의해 카메라와 조명 장치가 설치되는 조건을 나타낸다.
도 4 는 본 발명에 의한 자동 영상 검사 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명에 의한 자동 영상 검사 장치의 하나의 실시예를 나타내는 도면이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
410 : 작업대 420 : 제 1 회전체
421 : 카메라 425 : 지지축
427 : 이송 수단 430 : 제 2 회전체
431 : 조명 장치 440 : 중심축

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 검사 대상이 위치하는 작업대;
    상기 작업대 상의 상기 대상이 위치할 특정 초점을 포함하는 중심축을 기준으로 회전하고, 상기 초점에 카메라의 초점이 일치하도록 카메라가 장착된 제 1 회전체;
    상기 중심축을 중심으로 회전하고, 상기 초점과 조명의 광축이 일치하도록 조명장치가 장착된 제 2 회전체;
    상기 작업대의 평면을 따라 슬라이딩되는 제1 이송 수단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 회전체의 일지점에 연결되는 제1 고정바(bar)를 포함하는 제1 지지축; 및
    상기 작업대의 평면을 따라 슬라이딩되는 제2 이송 수단에 일단이 연결되고 타단이 상기 제2 회전체의 일지점에 연결되는 제2 고정바(bar)를 포함하는 제2 지지축
    을 포함하는 자동 영상검사 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 고정바는,
    상기 제1 이송수단에 연결되는 일단 및 상기 제1 회전체에 연결되는 타단이 축과 베어링으로 구성되며,
    상기 제2 고정바는,
    상기 제2 이송수단에 연결되는 일단 및 상기 제2 회전체에 연결되는 타단이 축과 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동 영상 검사 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 고정바는,
    상기 제1 이송수단에 연결되는 부분 및 상기 제1 회전체에 연결되는 부분이 공압 클램프 장치를 구비하고,
    상기 제2 고정바는,
    상기 제2 이송수단에 연결되는 부분 및 상기 제2 회전체에 연결되는 부분이 공압 클램프 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 영상 검사 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 작업대는
    상기 검사 대상을 움직이는 이송 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 영상 검사 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1 지지축은,
    일단이 상기 중심축에 연결되고 타단이 상기 제1 회전체의 일지점에 연결되는 제3 고정바를 더 포함하고,
    상기 제2 지지축은,
    일단이 상기 중심축에 연결되고 타단이 상기 제2 회전체의 일지점에연결되는 제4 고정바
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 영상 검사 장치.
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