[논문]인공지능기법을 이용한 전자회로보오드의 자동검사전략에 대한 연구

고윤석

문제 정의

따라서 본 연구에서는 전자회로 데이터베이스로부터 회로 연결성을 자동으로 추적하여 검사대상 소자와 그 회로패턴을 정확하게 확인한 후, 고도 전문가의 경험적 지식에 의해 아날로그 소자들의 결함을 정확하게 검사할 수 있도록 검사 지식베이스를 자동으로 생성하도록 함으로써 검사시스템 구축 비용을 최소화할 수 있는 전문가 시스템을 제안한다. 검사 지식베이스는 저항, 콘덴서, 코일, 다이오우드, Tr 등의 아날로그 소자들에 대한 미삽, 역삽, 오삽문제 등에 대한 검사전략 지식들을 포함한다.
본 연구에서는 전자회로 보오드의 테스트 패턴을 자동으로 생성하는 자동 테스트 테이블 생성 전략을 제안하였다. 따라서, 제안된 전문가 시스템의 정확성을 검증하기 위해서는 주어진 모델에 대해서 자동 테스트패턴 테이블 작성 결과를 검증해야 한다.
본 연구에서는 표면실장조립라인에서 대량 생산되는 실장 PCB를 검사하여 아날로그 부품의 결함을 신속, 정확하게 판별함으로써 생산제품의 고품질화와 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 전자회로보오드 검사시스템의 검사테이블 자동 생성 전문가 시스템을 제안하였다. 전문가 시스템은 DB로부터 회로 연결성을 자동으로 추적하여 측정하고자 하는 부품과 그 회로패턴을 정확하게 확인한 다음, 고도 전문가의 경험적 지식에 의해 저항, 콘덴서, 코일, 다이오우드 그리고 Tr 등과 같은 아날로그 부품들에 대해서 미삽, 역삽, 오삽문제 등을 정확하게 검사할 수 있도록 검사패턴을 작성, 자동적으로 검사지식 테이블을 구축하도록 하였다.

제안 방법

PT5의 경우 펄스 트랜스의 경우로써 전문가 시스템은 2차측 코일을 RULE 4]에 의해 정전압 가딩회로하에서 RULE 9]에 근거하여 신호원 8, 즉 정전압 AC 0.3V, 16Hz를 인가하여 측정할 것을 제안한다. 측정 결과는 Q081V로서 아래와 같이 환산하면 268mH가 된다.
정상임으로 판정되었다. 그러나 PT6번이나 PT18번의 경우처럼 실장기판상의 희로의 특수성으로 인해 측정결과가 허용오차범위를 벗어나는 경우가 발생할 수 있는데 이러한 경우는 정확한 정격값을 측정하는 것이 사실상 어려운 경우로써 RULE 13]에 의해 양품 보오드의 측정값을 보정값으로 결정한 후 그 값을 기준으로 측정결과가 허용오차범위내에 있는 지를 비교하여 양부를 판정하도록 한다. 이 경우 오차가 40%를 넘어 정확한 실제 콘덴서의 용량측정은 불가능하지만 양품보드에 대한 측정값을 보정치로 하여 새로운 기준값으로 하고 검사대상 보오드의 해당 부품에 대한 측정값을 그 기준값과 비교함으로써 미삽이나 오삽, 접촉불량, 그리고 부품파손 등의 경우를 정확히 검사할 수 있다.
이때, 각각의 탐색 부품 대해 검사규칙 들을 적 용하여 측정방법과 가딩전략들을 결정함으로써 검사전략테이블을 구축한다. 그리고 검사실행모듈은 구축된 검사 지식에이스를 이용하여 순차적으로 실장보오드에 대한 검사를 실행, 보오드의 양, 불을 판별한다. 그림 5는 전문가 시스템의 구성을 보인다.
동시에 회로상의 모든 회로부품들이 상호 연결되어 병렬저항이나 임피던스 성분을 가지게 됨으로써 회로에서 개별 소자의 저항이나 임피던스 값을 정확하게 측정하는 것을 어렵게 하는 문제를 해소하기 위해 즉정하고자 하는 부품을 주변회로로부터 분리하기 위한 가딩회로를 구성한다. 끝으로 측정하고자 하는 부품에 대해 검사신호를 가한 후 약간의 시간지연 후 발생되는 출력 값을 측정하여 저항이나 임피던스 값을 계산, 정상 값과 비교함으로써 결함을 확인한다.
먼저 검사하고자 하는 회로 보오드를 치구부에 장착시키는데, 이때 치구부는 케이블에 연결된 접촉 푸르브를 회로 보오드의 납땜부에 강제적으로 접촉시킴으로써 스캐너부와 전기적인 연결관계를 구성한다. 다음 검사테이블에 근거하여 측정하고자 하는 부품을 결정한 후 스캐너부의 릴레이를 제어하여 전기적인 회로를 구성한다. 동시에 회로상의 모든 회로부품들이 상호 연결되어 병렬저항이나 임피던스 성분을 가지게 됨으로써 회로에서 개별 소자의 저항이나 임피던스 값을 정확하게 측정하는 것을 어렵게 하는 문제를 해소하기 위해 즉정하고자 하는 부품을 주변회로로부터 분리하기 위한 가딩회로를 구성한다.
또한 측정기법에 따라 대웅하는 식 (1)과 식 (2)를 이용, 측정값을 실제값으로 환산하여 표 2의 환산값 항목에 표시하였고 또한 그 허용오차를 기록하였다. 대표적인 몇가지 사례를 설명하면 다음과 같은데, 지연시간에 대한 설명은 생략된다.
본 실험에서는 전문가 시스템이 수립한 검사전략의 유효성을 검증하기 위해서 그림 9에 보인 회로상의 각각의 전자부품들에 대해 표 2의 제안된 검사전략에 따라 검사회로를 구성하여 그 측정값을 표 2의 측정값 항목에 기록하였다. 또한 측정기법에 따라 대웅하는 식 (1)과 식 (2)를 이용, 측정값을 실제값으로 환산하여 표 2의 환산값 항목에 표시하였고 또한 그 허용오차를 기록하였다.
전문가 시스템을 제안하였다. 전문가 시스템은 DB로부터 회로 연결성을 자동으로 추적하여 측정하고자 하는 부품과 그 회로패턴을 정확하게 확인한 다음, 고도 전문가의 경험적 지식에 의해 저항, 콘덴서, 코일, 다이오우드 그리고 Tr 등과 같은 아날로그 부품들에 대해서 미삽, 역삽, 오삽문제 등을 정확하게 검사할 수 있도록 검사패턴을 작성, 자동적으로 검사지식 테이블을 구축하도록 하였다.
제안된 모델은 총 18개의 노드로 구성된다. 전문가 시스템은 데이터베이스로부터 1번노드를 초기노드로 하여 전자회로의 전기적 연결성을 추적, 각 부품을 탐색하고, 검사규칙을 적용하여 각 부품에 최적한 검사전략패턴을 수립, 표 2로 표시되는 검사전략테이블을 생성하였다.
3Vrms 정전압원을 신호원으로 하고 지연시간을 200ms로 한다. 측정의 정확도를 기하기 위해 커패시턴스 범위는 1pF〜50mF을 9개의 범위로 분류하는데 이 규칙은 커패시턴스가 범위7(30μF<CV<300μF)에 속하는 경우 최적한 신호원 10(AC 160Hz, 0.3Vrms)와 측정지연시간 7(200ms)을 선택하기 의한 규칙이다. 여기서 AC 정전압원은 16Hz~16KHz의 주파수를 4개로 구분하여 신호원 8-11의 6개 타입으로 한다.

대상 데이터

따라서 측정회로 또는 실험회로는 정전류 가딩회로(그림6)이며 신호원은 정전류 10mA, DC 3V이다. 측정한 값이 5.
의해 신호타입이 7이다. 따라서 측정회로 또는 실험회로는 정전압 가딩회로(그림7)이며 신호원은 정전압 DC 3V이다. 이때 측정한 값이 1.
그리고, 16, 17번 노드는 쵸핑을 위한 전력용 트랜지스터의 베이스와 에미터 단자를 표시한다. 제안된 모델은 총 18개의 노드로 구성된다. 전문가 시스템은 데이터베이스로부터 1번노드를 초기노드로 하여 전자회로의 전기적 연결성을 추적, 각 부품을 탐색하고, 검사규칙을 적용하여 각 부품에 최적한 검사전략패턴을 수립, 표 2로 표시되는 검사전략테이블을 생성하였다.

성능/효과

만약 측정결과가 10%이내에 드는 경우 정상으로 판정하게 된다. PT7-8, PT10-11, PT15-16의 경우 RULE 12]에 의해 모두 허용범위내에 포함됨으로써 정상적인 Tr임을 확인할 수 있다.
자동으로 수립할 수 있음을 보였다. 그리고 실험 및 고찰을 통해 수립된 검사전략들의 유효성과 정확성이 입증되었다. 따라서 제안된 전략이 전자회로 보오드 검사시스템의 자동 검사전략 수립지원을 위해 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
전문가 시스템은 동적 추론기관의 구현, 데이터베이스 인터페이스는 물론 하드웨어의 직접제어를 위해 C언어로 설계, 구현된다. 끝으로, 하나의 대표적인 전자회로에 대해 수개의 부품에 대한 검사결과를 보임으로써 제안된 전문가 시스템의 정확성을 입증한다.
측정 결과는 Q081V로서 아래와 같이 환산하면 268mH가 된다. 따라서 허용오차가 7.6%로써 양품의 코일이 정확하게 삽입되어 있음을 확인할 수 있다.
이상의 실험결과를 통해 전문가 시스템이 각 부품의 특성과 회로를 인식, 검사규칙들을 기반으로 각 부품에 대해 다양한 신호원과 지연시간, 가딩전략들 중에서 가장 유효한 검사전략을 자동으로 수립할 수 있음을 알 수 있다. 또한 검사규칙들의 유효성이 입증됨으로써 제안된 전략이 실장 부품 검사 시스템의 자동 검사전략 수립 지원을 위해 효과적으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.
전문가 시스템은 평가결과에서 검사규칙들을 근거로 부품의 특성과 회로를 인식하여 정확하게 각 부품에 대한 검사전략을 자동으로 수립할 수 있음을 보였다. 그리고 실험 및 고찰을 통해 수립된 검사전략들의 유효성과 정확성이 입증되었다.
전체적으로 양품의 저항이나 Tr, 트랜스, 다이오우드의 경우 측정오차가 10% 이내로 제한되고 콘덴서의 경우 20% 이내로 제함됨으로써 각각 RULE 12]와 RULE 13]에 의해 모든 정상임으로 판정되었다. 그러나 PT6번이나 PT18번의 경우처럼 실장기판상의 희로의 특수성으로 인해 측정결과가 허용오차범위를 벗어나는 경우가 발생할 수 있는데 이러한 경우는 정확한 정격값을 측정하는 것이 사실상 어려운 경우로써 RULE 13]에 의해 양품 보오드의 측정값을 보정값으로 결정한 후 그 값을 기준으로 측정결과가 허용오차범위내에 있는 지를 비교하여 양부를 판정하도록 한다.

후속연구

그리고 실험 및 고찰을 통해 수립된 검사전략들의 유효성과 정확성이 입증되었다. 따라서 제안된 전략이 전자회로 보오드 검사시스템의 자동 검사전략 수립지원을 위해 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
따라서, 제안된 전문가 시스템의 정확성을 검증하기 위해서는 주어진 모델에 대해서 자동 테스트패턴 테이블 작성 결과를 검증해야 한다. 그림 9는 성능 검증을 위해 도입된 전자회로모델을 보인다.
자동으로 수립할 수 있음을 알 수 있다. 또한 검사규칙들의 유효성이 입증됨으로써 제안된 전략이 실장 부품 검사 시스템의 자동 검사전략 수립 지원을 위해 효과적으로 활용될 수 있음을 확인할 수 있다.

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