[논문]레이저 미세피치 홀 가공의 생산효율성 향상을 위한 영상처리 측정 기법 적용

표창률

doi:10.5228/kspp.2010.19.5.320

레이저 미세피치 홀 가공의 생산효율성 향상을 위한 영상처리 측정 기법 적용
Application of Image Processing Technique to Improve Production Efficiency of Fine Pitch Hole Based on Laser 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.19 no.5 = no.119, 2010년, pp.320 - 324

표창률 (인덕대학 기계자동차과)

Abstract ▼ AI-Helper

Multi-Layer Ceramic Circuit(MLCC) in the face of thousands of fine pitch multi hole is processed. However, the fine pitch multi hole has a size of only a few micrometers. Therefore, in order to curtail the measurement time and reduce error, the image processing measurement method is required. So, we proposed an image processing measurement algorithm which is required to accurately measure the fine pitch multi hole. The proposed algorithm gets image of the fine pitch multi hole, extracts object from the image by morphological process, and extracts the parameters of its position and feature by edge detecting process. In addition, we have used the sub-pixel algorithm to improve accuracy. As a result, the proposed algorithm shows 97% test-retest measurement reliability within 2 ${\mu}m$. We found that the algorithm was wellsuited for measuring the fine pitch multi hole.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 fine pitch multi hole의 가공 중 실시간 영상 측정 시스템에 적용 가능한 영상처리 알고리즘을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 레이저를 이용한 fine pitch multi hole 의 가공 생산 효율 향상을 위해 가공 중 측정이 가능하도록 영상처리를 기반으로 한 측정 알고리즘을 개발하였다. 측정알고리즘 개발을 위해 형태학, 에지 검출 및 부화소 기법을 이용 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

영상처리 알고리즘을 검증하기 위해 레이저가 공시스템에서 가공된 Fig. 10과 같은 패턴이 반복되는 fine pitch multi hole을 본 연구에서 개발된 영상처리를 이용한 측정 결과와 공구현미경 (microscope)을 이용한 측정한 결과와 비교하여 Table 1에 나타내었다. 본 측정에 사용된 공구현 미경은 0.
영상의 실세계 좌표 변환을 위해 영상의 원점으로부터 스캐닝(scanning)을 하여 경로상 명암이 변화 하는 점을 감지한다. 이를 통해 최초 감지된 가공부위를 검색한 다음 형태학적 알고리즘을 이용하여 홀의 중심점을 계산한다. 스캐닝 중 만약 홀의 영상이 영상의 경계에 위치하면, 즉 Fig.
이는 전수검사에서의 측정 오차를 감안하면 신뢰할만한 결과라 할 수 있다. 측정결과를 바탕으로 측정 재현성을 확인하기 위해서 fine pitch multi hole에서 66㎛의 지름을 가진 D1 ~ D10을 30회 반복 측정하였다.
본 논문에서는 레이저를 이용한 fine pitch multi hole 의 가공 생산 효율 향상을 위해 가공 중 측정이 가능하도록 영상처리를 기반으로 한 측정 알고리즘을 개발하였다. 측정알고리즘 개발을 위해 형태학, 에지 검출 및 부화소 기법을 이용 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

대상 데이터

10과 같은 패턴이 반복되는 fine pitch multi hole을 본 연구에서 개발된 영상처리를 이용한 측정 결과와 공구현미경 (microscope)을 이용한 측정한 결과와 비교하여 Table 1에 나타내었다. 본 측정에 사용된 공구현 미경은 0.1㎛의 분해 정밀도를 갖는 Olympus社 의 STM6-LM이다. 공구현미경을 이용한 측정 결과와 영상처리 기법을 이용한 측정 결과를 비교 하면 최대오차가 2㎛ 이내인 것을 확인할 수 있다.

이론/모형

이렇게 검출된 윤곽선 정보와 함께 부화소(sub-pixel) 기법을 이용하여 측정 정밀도를 증가시켰다[7]. 부화소 기법은 CCD 각픽셀이 가지고 있는 밝기 값(known pixel value) 정보를 바탕으로 수학적인 보간법을 이용하여 부화소중 특정 위치의 밝기 값을 계산하게 되는데, 본 연구에서는 포물선 보간법(parabolic interpolation)을 사용하였다. 어떤 평가함수 f(x)의값이 정수 픽셀 위치 x=H에서 최대값 f m 을 갖고, f(H-1) = f i , f(H+1) = f r 이라 하면, f(x)가 최대가 되는 x값, H s 는 식 (1)과 같은 보간 방법에 의해 구할 수 있으며, Fig.
이상적인 윤곽선검출 방법은 윤곽선의 중심에 위치한 윤곽선만을 찾을수 있어야 한다. 이렇게 검출된 윤곽선 정보와 함께 부화소(sub-pixel) 기법을 이용하여 측정 정밀도를 증가시켰다[7]. 부화소 기법은 CCD 각픽셀이 가지고 있는 밝기 값(known pixel value) 정보를 바탕으로 수학적인 보간법을 이용하여 부화소중 특정 위치의 밝기 값을 계산하게 되는데, 본 연구에서는 포물선 보간법(parabolic interpolation)을 사용하였다.

성능/효과

(1) Fine pitch multi hole 영상데이터의 고속 처리를 위해 형태학적 마스킹(masking) 기법을 적용하였으며, 포물선 보간법을 사용하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있었다.
(2) 개발된 알고리즘 적용한 결과, 최대 3.7 ㎛ 이내의 오차로 측정이 가능하였으며 약 97%의결과가 2 ㎛ 이내의 오차 범위 내에 존재하였다.
Fig. 11은 반복 측정 결과를 나타내고 있으며, 분석 결과 직경의 최대 차이는 약 3.7㎛이고 2 ㎛ 이내의 오차 범위 내에 존재하는 결과가 약 97%가 존재하여, 매우 높은 측정 재현성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
1㎛의 분해 정밀도를 갖는 Olympus社 의 STM6-LM이다. 공구현미경을 이용한 측정 결과와 영상처리 기법을 이용한 측정 결과를 비교 하면 최대오차가 2㎛ 이내인 것을 확인할 수 있다. 이는 전수검사에서의 측정 오차를 감안하면 신뢰할만한 결과라 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상처리시스템에게 적합한 측정 알고리즘의 선택이 중요한 이유는 무엇인가?	따라서 fine pitch multi hole 의 레이저가공 공정에 영상처리기 법을 이용한 실시간 측정 시스템을 적용하면 fine pitch multi hole 의 정밀 측정이 가능하고, 가공 중발생하는 불량의 실시간 모니터링이 가능하여 생산효율을 높일 수 있다. 그러나 영상처리시스템은 측정대상물에 적합한 측정 알고리즘을 적용하여야 측정 정밀도를 향상시킬 수 있어 적합한 측정 알고리즘의 선택은 매우 중요하다.
	다층회로인쇄 세라믹기판이 가공 및 측정에 많은 어려움이 있는 이유는 무엇인가?	특히 Fig. 1 과 같이 반도체 검사장 비에 사용되는 다층회로인쇄 세라믹기판(MultiLayer Ceramic Circuit)은 대면적에 수천 개의 원형 혹은 사각 fine pitch multi hole 이 가공되는데 fine pitch multi hole 의 직경 및 홀 사이의 피치에 약 1/10 비율 즉, 수 ㎛ 이내로 가공오차를 줄여야 하기 때문에 가공 및 측정에 많은 어려움이 있다. 이런 세라믹기판은 물리적인 측정 장비로 측정 하기가 매우 어려우며 광학 장비를 이용한다 하여도 측정 속도 및 정밀도를 고려할 때, 효율성은 매우 낮다.
	다층회로인쇄 세라믹기판의 측정 및 효율 관련 한계점은 무엇이 있는가?	1 과 같이 반도체 검사장 비에 사용되는 다층회로인쇄 세라믹기판(MultiLayer Ceramic Circuit)은 대면적에 수천 개의 원형 혹은 사각 fine pitch multi hole 이 가공되는데 fine pitch multi hole 의 직경 및 홀 사이의 피치에 약 1/10 비율 즉, 수 ㎛ 이내로 가공오차를 줄여야 하기 때문에 가공 및 측정에 많은 어려움이 있다. 이런 세라믹기판은 물리적인 측정 장비로 측정 하기가 매우 어려우며 광학 장비를 이용한다 하여도 측정 속도 및 정밀도를 고려할 때, 효율성은 매우 낮다. 그러나 영상처리기법을 측정에 이용하면 카메라와 렌즈의 시스템 구성에 따라 수 ㎛의정밀도를 갖는 측정이 가능하고 영상이 획득되는 시간과 거의 동일하게 처리되는 빠른 측정 속도를 가지기 때문에 효율성이 우수하다.

참고문헌 (7)

K. Kawahara, Y. Shidama, T. Muyazaki, Y.
K. Ikeuchi and T. Kanade, 1998, Automatic

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P. Maragos, 1987, Tutorial on Advances in
E. Fink and M. Heath, 2001, Image-Processing

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W. Frei and C. C. Chen, 1977, Fast Boundary

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A. Goshtasby. and H. L. Shyu, 1995, Edge
C. R. Pyo, S. M. Yang, S. H. Kang and S. M. Yoon,

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