[논문]전자부품의 고속 외관검사를 위한 시스템 설계

유승열

전자부품의 고속 외관검사를 위한 시스템 설계
System Design for High-speed Visual Inspection of Electronic Components 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.11 no.3, 2012년, pp.39 - 44

Abstract ▼ AI-Helper

Electronics in modern lives have become more miniaturized and precise. Multi Layered Ceramic Capacitor (MLCC) occupies 50% of electronic components consisting of electronics. This high volume of the production needs high speed and more precise machine performances. The dominate parts of the production equipments are the module transporting components and the visual inspection module. Most visual inspection has been off-line because of the image processing time. In this paper, a new image processing method is proposed to reduce thousands of matrix calculation for image processing and realize on-line high speed inspection.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 단위 부품의 검사 속도를 10msec이내의 고속 외관 검사 속도를 구현하기 위한 시스템의 구성, 이미지 처리의 구성을 제안하고자 한다.

제안 방법

4절에서 적용한 불량 검사알고리즘에 따라 양품, 불량품의 경우를 확인 하였다. 오차의 정의는 아래와 같이 정의되며 오차가 10%이상인 경우는 불량으로 판정한다.
SMD Chip의 고속 외관검사를 위한 시스템개발을 위하여 제어시스템을 구성하고 영상처리 소프트웨어를 제작하였으며 병렬처리기법을 이용한 영상처리 알고리즘 알고리즘을 개발하고 에 적용하여 실제 실험을 통해 유효성을 검증하였다.
검사 시스템은 전자부품 이송 시스템, 조명 장치, 영상처리 시스템으로 구성되어 있으며 고속으로 이송되는 전자부품을 CCD 카메라를 이용하여 상부의 외관검사(파손, 긁힘, 색상 변화, 외부전극손상)를 수행하고 영상처리 결과는 호스트PC에 전송한다.
고속 이송 대상체인 SMD 칩 1005에 적합 하고 외관특징 검출에 적합한 조명을 선정하기 위해 할로겐 램프 조명, 동축 LED 조명, 돔(Dome)형 LED조명을 실험하여 비교 하였다.
본 논문의 영상처리 알고리즘은 크게 솔더(solder) 부분의 불량 검출과 바디 부분의 불량 검출로 나누어져 있다. 솔더 부분의 영상처리 알고리즘은 세 개의 단계로 구성되어 있고 바디의 영상처리 알고리즘은 네개의 단계로 구성되어 있다.
위와 같이 구성된 시스템을 이용하여 영상처리를 하기 위한 플랫폼으로 마이크로소프트사의 비쥬얼 스튜디오2008을 사용하였으며 MFC 대화상자 기반으로 시스템을 프로그램 하였다.
특히 병렬처리 기법에서 Intel C++ Compiler의 OpenMP을 사용하여 이미지의 반복적인 for-loop부분의 계산 및 솔더부, 바디부를 cpu별로 할당시켜 이미지 처리속도를 크게 개선하였다.
한편 최대한 짧은 셔터스피드를 적용 시켜야 하기 때문에 영상의 밝기가 감소 되는 문제는 기존의 연속적 전원공급 방식 대신 트리거(tigger) 신호와 동기화하여 순간적으로 최대 밝기를 내어 주는 스트로브(strobe) 전원공급 방식을 사용함으로써 해결하였다.

대상 데이터

Fig. 3처럼 여러 조명 방식 중에서 약간의 굴절이 있는 표면과 광택이 있는 물체의 크랙과 금속 표면을 균일하게 비추는 용도에 최적화 된 돔형 LED 조명을 선정하였다.
고속이동, 급속정지의 반복동작을 위해 Oriental ARM46-AC Step Motor를 사용하였으며 고속촬영이 가능한 Table 1과 같은 PGR Grasshopper 03K2 CCD Camera를 사용하여 Fig. 2와 같이 검사시스템을 구성하였다.
램(RAM)은 CPU와 Memory간의 병목현상을 최소화하기 위해 1,600MHz로 동작하는 EK Memory의 DDR3 RAM을 사용하였고 그래픽 성능을 강화하기 위해 Nvidia GeForce GTS250 그래픽카드를 사용하였다.

성능/효과

초기에 불량검출을 위한 알고리즘 구현에 따른 처리속도는 Table 3에 나타내었다. 기본적이면서 필수적인 data처리과정은 약 5 msec가 소요되고 실제 불량검사와 관련된 processing 과정은 약 20msec로 나타났다.
43%로 계산되었다. 불량 MLCC의 경우는 왼쪽, 오른쪽의 솔더 부분의 면적을 계산하여 오차를 계산한 결과는 각각 12.32% 와 13.03%로 나타났다. 바디의 경우는 17.
솔더부분 및 바디부분은 동일한 알고리즘으로 수행 가능하며 특히, 좌측과 우측의 영상처리는 병렬처리로 가능하기 때문에 좌측과 우측을 동시에 실행하고 그 결과를 이용하여 바디부분의 영상처리를 수행하도록 하여 불량검출의 속도를 현저히 줄였다.
10의 경우는 정상 MLCC의 알고리즘 결과를 보여주고 있다. 왼쪽, 오른쪽의 솔더부분의 면적을 계산하여 오차를 계산한 결과는 각각 8.14%와 5.74%로 나타났다. 바디의 경우는 8.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MLCC란 무엇인가?	또한 우주-항공산업 분야 및 자동차 산업 현장에서 측정장비 및 전기 제어장치가 사용되는 모든 곳에는 초소형의 SMD(Surface Mount Device) Chip 형태의 전자부품이 사용된다. 대표적으로 MLCC(Multi Layered Ceramic Capacitor)는 전하를 일시적으로 저장하는 콘덴서의 일종이며, 오늘날 SMT에 사용하는 가장 보편적인 콘덴서 형태이다. SMD Chip 중에서도 대표적으로 최근 MLCC 제조기술은 전자장비들의 계속적인 소형화 추세를 가능하게 하도록 초소형화, 고용량화 되어가고 있다.
	SMD의 형태는 무엇이 있는가?	전자 부품의 소형화에 따른 전자기기의 핵심부품(저항, 커패시터, 인덕터)은 SMD(Surface Mount Device)형태로 일반화되어 제조되고 있는 주된 SMD의 형태는 칩인덕터(Chip Inductor), 칩 저항(Chip Resistor), 칩커패시터(Chip Capacitor) 등이 있으며 이것에 대한 칩 커패시터의 다양한 형태 및 크기는 Fig. 1에 나타내었다.
	전자부품 제조 설비의 성능이 중요하다는 것을 증명하는 사례는 무엇인가?	결국 전자부품 생산장비의 생산공정, 검사공정, 포장공정까지 모든 공정에 고생산성, 고품질성이 포함된 포괄적인 장비 기술이 필요하다. 예를 들어 MLCC 검사 및 Taping 장비는 최대 5,000(ea/min)의 생산량을 보이는 일본업체와 달리 국내 업체의 기술력으로는 생산성과 품질을 기대하기 어려운 실정이다. 국내 한 Vision 업체에서 용량검사, 외관검사, Taping, 세가지 공정을 처리하는 설비를 제작한 바 있으나, 일본 설비에 비해 생산성이 60~65%정도밖에 되지 않아 생산성 저하문제로 현장에서 더 이상 사용하지 않고 있다. 각각의 요소 기술 개발 및 고속 공정에서의 각 요소별 동작 동기화 기술개발이 절실한 상황이다. 따라서 전자부품 제조 설비의 성능이 매우 중요하며, 현재 가장 필요시 되고 있는 부분은 전자부품의 외관을 실시간으로 고속 검사하는 기술이며 다양한 전자부품의 외관 검사기술들이 개발되고 있다[1-3].

참고문헌 (7)

김기순, 김기영, 김준식, "초소형 RF-chip inductor 의외관검사알고리즘에관한연구,"한국신호처리.시스템학회논문집, 1권, 1-1 호, pp. 89-96, 2000.
김한나, 강수민, 허경무,"BGA 솔더볼외관검사시스템개발,"정보및제어심포지엄논문집, pp. 57-59, 2010.
Hong-Dar Lin., "Computer-aided visual inspection of surface defects in ceramic capacitor chips," Journal of Materials Processing Technology ,Vol. 189, Issues 1-6, pp. 19-25, July 2007.

상세보기
한종우, 최영규, "제지공정의실시간검출을위한영상기반웹검사시스템," 반도체디스플레이기술학회지, Vol. 9, No. 2, pp. 47-51, 2010.
김현진, 이인호, 박창준, 오원근,"WindowNT 기반의다중스레드를이용한 IC 리드프레임검사시스템,"대한전자공학회학술대회, 10(1), pp. 511-514, 1997..
Slabaugh G, Boyes R, Yang X, "Multicore Image Processing with OpenMP," IEEE signal processing magazine, Vol. 27 No.2, pp. 134-138, 2011.
정영훈, "OpenMP 병렬프로그래밍," FREELEC, 2011.

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