기획특집(2)


초정밀 자동검사 시스템
트렌드 센싱 300H 테크노스 PC

컨셉트

기존 라인은 물론이고 라인 설치부터 도입하여 「불량을 만들지 않는 제조 라인 」을
구축하는 트렌드 센싱 3000H 테크노스 PC (사진)는 종전검사 시스템 기능의 결함을 판별
하여 「불량을 만들고 」 있던 시스템과는 완전히 반대의 컨셉트를 가지고 있다.
모든 업계에서 신제품의 개발기간은 더욱 단축되는 경향을 보이고 있으며, 연구 생산에서 그대로 본 생산으로 이행하는 예가 급격히 증가하는 가운데 검사 시스템을 도입하는 타이밍이 크게 변하고 있다.
이것을 실현한 것이 당사의 새로운 시스템이다. 종전에는 생산설비의 수율을 개선한 후 문제가 있는 부분에 검사 시스템을 투입하거나 최종 부분에서 불량의 유출을 방지하는 것이 목적이었다.
당사의 신(新)시스템은 시험 생산 때부터 도입되어 적극적으로 문제점을 발견하고, 불량 원인을 확실하게 없애기 위한 정보를 얻을 수 있는 시스템이다.
이 성능을 구비하기 위해서는 몇 가지 우수한 성능을 더해야 한다.

● 기본 검출성능은 인간의 눈의 성능을 초월할 것
● 불량 원인이 어디에 있는지를 탐색하기 위해 라인의 어떤 위치에서도 도입할 수
　 있는 성능
● 인라인화할 수 있다. 검사가 제조 라인의 속도에 맞출 수 있는 성능을 가질 것
● 생산성 향상을 가져오는 비용 절감의 이점이 있을 것

테크노스 PC는 고정밀도 검출로 세계 특허를 가지고 있으며 제27회「신기계개발상 」을 수상하였고 그 중 최정상인 「중소기업청장관상 」을 수상했다. 당사의 트렌드 센싱 3000H 테크노스 PC 는 앞의 각 성능을 현실적으로 실현할 수 있는 세계 최초의 시스템이다.

① 기본 성능
종전의 검사 시스템은 CCD 방식이나 레이저 방식이었으며 이들 시스템은 결함을 눈으로 보는 경우보다는 더 접근해야만 검출할 수 있었다.
기본적으로 목시검사(目視檢査)보다 정밀도가 낮고 이를 대체하기에는 무리였다.
테크노스 PC 시스템은 눈으로 보는 것의 6배나 되는 거리에서도 결함을 발견하며, 카메라 하나로 목시검사의 정밀도를 초월하는 세계 최초의 시스템으로서 종전에 사용되던 CCD 라인 센서 방식 정밀도의 400배이다. 그림 1에 인간의 눈, 테크노스 PC,CCD 방식 각각이 같은 50미크론의 결함을 어떤 거리에서 볼 수 있는지를 나타내었다.
원리대로라면 대상물 시야 폭의 1/81,920의 결함을 검출할 수 있으며 실용적으로도 약 1/20,000의 결함을 발견할 수 있다. 그림 1에서 1,000mm폭의 1/20,000은 50미크론이며 이것은 객관적으로 인간이 볼 수 있는 최소의 크기라고 한다. 물론 당사의 시스템으로 대상물에 더욱 접근하면 최소 검출 0.3 미크론,최대 대상물의 크기는 30m까지 볼 수 있다.
테크노스 PC 의 시스템은 미세결함뿐만 아니라 명도 1/28,416의 색난조도 검출할 수 있다. 목시의 명도 정밀도는 1/1,500 ~1/2,000이라고 하므로 인간의 약 14배나 되는 미세한 명도차까지 검출할 수 있는 것이다. 이로써 어떤 성능에서도 완전히 목시를 뛰어넘고 있다. 사람 눈의 약 1/10의 성능밖에 안되는 CCD 방식과는 완전히 다른 검출 성능이다. 이것이 뒤에 설명할 세계 특허나 수상이다.

② 라인의 어디에서든 불량 탐사 전개가능
그림1과 같이 결함을 CCD의 20배 거리에서 검출할 수 있으므로 CCD의 4,000배에 달하는 초점심도(대상물 50미크론인 때)를 가지고 있다고 볼 수 있다.
그림의 경우,초점심도는 ±120mm나 되며 대상물이 입체형상이거나 라인이 다소 진동하고 있어도 초점이 완전히 합치된다. 특히 필름이나 렌즈 등 투명체 내부의 이물 검사 등에서는 두께 방향의 어디에서나 명확히 검사할 수 있다.
50미크론을 검출할 때,종전 CCD 방식에서는 초점심도 ±30미크론에 불과했으며, 60미크론 두께 이상의 필름인 경우에는 결함은 흐려지고 라인의 진동도 허용하지 않았다. 라인 도입을 고려할 경우, 어떤 부분에서나 도입할 수 있으며 결함 발생 위치의 탐사,특정에 큰 힘을 발휘한다. 이 성능이 라인 구축시에 필요한 데이터를 용이하게 수집하기위한 필요조건이 될 수 있을 것이다.
간단한 전개가 가능하다는 점은 몇 대의 카메라를 설치해야 하는 CCD 방식이나 레이저식 등의 종전 방식에서는 전혀 생각할 수 없는 면일 것이다.

③ 검사속도의 대응
종전의 검사 시스템에서는 목시 이상의 검사 기준을 클리어하려면 검사속도가 늦어지며 라인 속도보다 검사속도가 훨씬 낮기때문에 오프라인 시스템으로 하지 않을 수 없었다. 진정 검사를 하고 체크하려는 위치에 검사 시스템을 구축하는 것이 곤란했다.
테크노스 PC는 매초 최대 88억회의 연산을 하는 슈퍼 컴퓨터를 탑재하여 매초 1,000만점,각 점 256명도의 디지털 화상정보를 처리하여 시야폭 1/81,920,명도 1/ 28,416을 실현하고 있다. 휴대전화의 백 패턴이나 플라스틱 커버 등은 약 0.1 초의116 검출시간, 출력에 1/40초,브라운관이나 플라스마 디스플레이, 액정 등 고정밀도로 넓은 면적일 때에도 1초대에서 결함을 검출하며 출력도 마찬가지로 1/40초에 검사를 종료한다.
또한 대상물의 속도는 4,000m/ 분 이상에도 대응할 수 있어 실제로도 1,800m/ 분을 클리어하고 있다. 검사속도가 완전히 생산속도를 상회하고 있기 때문에 어떤 제조업의 라인에서도 인 라인으로 도입이 가능하다.

④ 라인 모니터링
옛날처럼 오프라인 검사 시스템의 워크를 반송하는 곳에 사람이 자리하고 있을 때에는 반송시 작업자가 결함을 발견하는 경우도 있었다. 그러나 최근과 같이 깨끗한 환경을 강화하기 위해 인간을 배제하거나 생산속도의 고속화로 눈으로 하는 검사가 곤란한 경우, 다른 방법을 취하지 않으면 오프라인 검사 시스템으로 검사하기 이전의 스토리지에서 대량의 불량이 발생하게 된다.
이 대량의 불량이 생산속도의 고속화와 함께 불량률을 크게 증가시키고 있었다. 전자동화 라인이므로 라인 전수(全數)의 모니터링은 절대적인 필요조건이다. 또한 이 기능을 라인 사이드뿐만 아니라 클린룸 밖이나 먼거리에 떨어져 있는 사무소에서도 감시할 수 있는 시스템이 필요하다.

⑤ 도입금액을 완전히 상회하는 효과
생산성을 저하시키는 라인에 기인하는 결함은 발생주기,위치,형상,크기 등 몇 가지 특징을 가지고 있다. 다만 결함을 분류하기만 하는 것이 아니라 비주얼에 그 결과를 표시(특허 출원중의 시스템)하여 언제든지 각 결함의 도큐먼트 데이터를 검색할 수 있는, 완전히 새로운 디팩트 네비게이터라고 하는 기능이 불량률의 극적인 저하에 큰 의미를 갖는 검사 데이터를 제시한다. 불량률 저하,가동률 향상이 라인의 이익에 크게 공헌할 수 있다.

⑥ 기술 컨설팅으로 라인의 최적화
필요하다면 25년이 넘는 캐리어를 바탕으로 한 컨설팅으로 제조 라인이나 검사 라인 구축을 비롯하여 현장에서의 노이즈 대책이나 검출방법에 이르기까지, 최적화를 위해 지원하는 것이 가능하다.
이들 컨설팅은 관련회사의 기술사 사무소가 맡고 있으며 기술 개발에서 현장 적용,유저의 장래 구상에 이르기까지 기초부터 근본적인 원인을 탐지하기 때문에 불량률 감소에 큰 효과를 기대할 수 있다.
내용은 타깃 라인의 최적화로 시작하여 신제품 개발에 관계하는 일까지 폭넓은 분야에서 실제 유용하게 쓰이고 있다.
이상과 같은 성능으로 라인의 결함이 발생하는 원인을 추구하여 근본부터 차단하고,불량률을 극적으로 저하시키는 정보를 작성함으로써 돌발적인 결함 발생을 감시하는 기능을 가진 시스템이 바로 테크노스의 「트렌드 센싱 3000H 테크노스 PC 」와 이것을 지지하는 엔지니어링 및 컨설팅인 것이다.

시스템 구성

당사의 시스템은 이미 일본의 대표적인 기업 38개사 중 제조업 분야에 있어서 만큼은 100%의 납입실적을 가지고 있다. 이것은 철강,자동차,전기,화학,종이,필름 등의 주요 제조업에 각각의 응용분야가 있어 눈으로 하는 검사를 대신하여 사용되고 있다는 것을 말해 주고 있다. 이들 각분야의 산업은 라인 구축 단계에서부터 많은 차이가 발생한다.이러한 점에 착안하여 이것을 통합해 가면서 각자가 만족할 수 있는 구성을 개발하였다.
그림 2에 시스템의 바리에이션을 들었다.
또한 용이한 시스템의 도입이 가능하도록 저가격 설정 해석 시스템을 투입했다. 해석 시스템은 사진 2와 같이 스마트한 싱글 타워와 카메라의 조합으로 시스템을 구성한다. 이 시스템도 장시간의 해석업무에 대비하여 일년 365일 강력한 사양을 취하고 있다. 그리고 모두 업그레이드함으로써 언제든지 기능을 향상시킬 수 있어 지나친 투자의 낭비를 막을 수 있다.

① 기본 시스템 3000H-TPC 싱글 타워
신개발의 DOS/V 호환 테크노스 PC 와 트렌드, 센싱의 해석 기능을 통합한 시스템이다.
스마트한 싱글 타워 디자인에 고감도 디지털 카메라를 탑재했다. 해석 소프트웨어와 케이블류도 표준 장비되어 있다.
5,120화소×12,800화소,각 화소 256단 명도의 포맷을 가진 64M타입과 5,120화소 ×200화소,각 화소 256단 명도의 1M 타입이 있다. 이는 해석용으로서 도입되었지만 인라인시에 어느 정도까지 검사가 가능한지 시뮬레이션할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 업그레이드를 통해 그림 2의 ②,③,④와 같은 인라인 타입의 도입도 가능하다.

② 베이식 시스템 3000H-TPC-DOS1V
매초 최대 88억회의 연산을 하는 비(非)노이만 슈퍼 컴퓨터를 탑재하는 세계 최강의 인라인 검사 베이식 시스템이다.
스마트한 싱글 타워에 온라인 프로세서를 탑재하는 3000H 컨트롤러를 부가하여 인라인 리얼타임 검사에 대응할 수 있다. 프로세서는 뉴로 타입의 정밀도가 보통인것과 트렌드, 센싱 타입의 고정밀도 타입을준비했다. 프로세서 수는 1에서 4까지 검사 내용에 따라 자유롭게 탑재할 수 있으며, 출력 타입도 결함 원인의 탐사기능을 가진 네비게이션 타입과 결함 위치를 지도 정보로 표시하는 MAP 타입, OK/NG 만의 로 코스트 타입 등 용도에 맞추어 준비하고 있다.

③맞춤 시스템 3000H-TPC-DOS2V
세계 최강의 결함검사 시스템과 검사결과의 프로세스를 유저의 사양에 맞추어 용이하게 구축할 수 있는 시스템으로서 검사하는 과정에서 다른 통계 시스템을 상승시켜 라인의 생산성을 향상시킬 수 있다.
대상물의 결함 화상을 PC 통합환경에서 프로세스할 수 있는 옵션도 준비했다. ②의기능에 추가하여 결함 화상의 프로세스를 전문으로 실행하는 프로세서를 탑재했다.
TAG라고 하는 데이터 통합 시스템에 의하여 화상 데이터와 도큐먼트 데이터를 통합한다. 워크 타깃이 충분한 콘트라스트를 가지고 있으면 라인의 대상물이 가로방향으로 움직여도(워킹)자동적으로 추종하여 검사할 수 있다.

④하이엔드 시스템 3000H-TPC-DOS3V
세계 최강의 결함검사 시스템과 대상물의 결함 화상 프로세스에 추가하여 상위 프로세스 컨트롤러와의 통신기능도 겸비하고,설정에서 검사결과의 수집까지 상위 컨트롤할 수 있는 최상위 시스템이다. 풍부한 철강분야에 관한 경험을 바탕으로 설계되어 있으며 심플한 시스템에 고도의 기능을 탑재하고 있다. 또한 멀티 디스플레이에도 대응하고 있다.

각 부의 기능과 특징

① 카메라부
고감도 디지털 카메라로 미묘한 명도를 확실하게 포착한다. 10 년에 가까운 우라늄 농축 관련 기술 개발 기간 동안 육성된 고정 밀도 기술을 구사하고 있으며, 특히 센서의성능을 얻는 기술면에서 큰 차별성을 보인다.
데이터는 독자적인 10비트 병렬 데이터로서 컨트롤러를 위해 출력된다. 컨트롤러와의 제휴로 시야폭 정밀도 1/81,920,명도 정밀도 1/28,416을 기록하고 있다. 그 감도는 이미 100세트 이상의 납입실적을 가진 2000H 시리즈의 7배이며 고감도라는 정평이 나 있어 프로젝션 디스플레이의 암 부분이나 반도체의 역반사에 의한 미묘한 명도차까지 확실하게 포착할 수 있다.

②컨트롤러부(3000H)
슈퍼 컴퓨터를 탑재한 컨트롤러는 매초 최대 88억회의 연산을 하며, 카메라부에서 포착한 미묘한 명도 변화를 연산에 의하여 강조한다.
이 기술은 미국, 독일, 프랑스, 영국,스위스, 오스트레일리아의 유럽 5개국과 한국에서 이미 국제특허를 취득하여 인간의 눈으로밖에는 할 수 없었던 고정밀도 기능과 대상물의 상태 변화를 취소할 수 있는 기능을 가지고 있다.
프로세서는 초고속 검사를 실현하기 위해 하드웨어화되어 있으며 디지털 시그널 프로세서를 사용한 것의 200배 이상, 소프트웨어로 연산을 하는 시스템과는 비교가 되지 않을 정도의 단시간 안에 고도의 연산을 할 수 있다.

③ 맨 머신 인터페이스 PC(타워)
초고속 슈퍼 컴퓨터부와 독자적인 인터페이스로 연결되어 있다. 퍼스널 컴퓨터의 편리함과 로 코스트라는 이점을 살리면서 판독한 화상 데이터를 3차원, 2차원으로 표시하며 탐사 데이터를 네비게이션 기능으로 알기 쉽게 표시한다.
종전에는 몇 대의 퍼스널 컴퓨터를 병렬로 배열하여 조작할 수밖에 없었던 것을 단 1대의 타워에 최대 3대 분의 퍼스널 컴퓨터를 수용할 수 있으며, 각각의 퍼스널 컴퓨터는 해석,기록탐사, 상위 시스템과의 통신으로 특화되어 있기 때문에 퍼스널 컴퓨터의 멀티 태스크에 의한 보틀넥을 최소로 하고 유저의 요망에 대응하는 사용의 편리함을 향상시키는 소프트웨어 개발 기간의 단축에 크게 기여하고 있다. 각 퍼스널 컴퓨터와 슈퍼 컴퓨터는 유기적으로 연결되어 있으며 기능향상을 위한 대응도 최단 시간 안에 실행할 수 있다.

전기,전자기기 분야

가장 많이 신제품이 출하되고 빈번하게 모델이 변하는 곳이 바로 이 업계다.기술혁신도 놀라운 속도로 실행되어 생산이 확립되기도 전에 라인이 형성되는 업계이기도 하다.그러므로 달려가는 가운데 불량률을 격감시켜 나가는 방법이 필요하다.
이와 같이 상승시의 불량률을 격감시키는 정보출력 수단을 가진 시스템이 선택되는 것은 필연적인 결과라고 할 수 있을 것이다.또한 다종 생산에 간단히 대응할 수 있는 방법도 필요하며 이를 위해 자동적으로 파라미터를 변경하는 방법도 준비되어 있다.

전기 , 전자부품 분야

① 촬상 소자(撮像素子)
전자 카메라에 사용되는 촬상 소자 분야에서는 수백만 화소의 센서 개발경쟁이 격화되고 있으며, 이 소자는 그 칩을 검사하는 데 응용된다. 또한 마이크로 렌즈의 문제나 접착의 문제 등을 다루는 토털 외관 검사에서눈으로 하는 검사를 통하지 않으므로 고속 , 고정밀도 그대로 24시간 실행할 수 있다.

② 마이크로 렌즈
촬상 소자의 칩에 탑재되는 마이크로 렌즈의 형상 불량 등 여러 가지 불량 검사에 응용된다. 촬상 소자와 마찬가지로 시야폭은 수밀리에서 수십밀리인데, 종전의 CCD 검사 시스템에 비하여 수백배의 초점심도를 가진 시스템이기 때문에 글라스 렌 즈 내의 이물 검출도 안정적으로 실행할 수 있다.

③ 휴대전화 부품
패션화되고 있는 휴대전화의 부품은 전지를 비롯하여 경량화,고성능화가 진행되고 있다. 외장부의 외관이나 표시부의 외관,표시부의 백 라이트 검사 등도 극히 짧은 택트(TACT)가 요구되므로 눈으로 하는 검사에서는 인원을 배열하는 방법밖에 없었다. 테크노스 PC 의 트렌드 센싱에서는 이러한 검사의 경우,0.1 초 정도면 실행 가능하며,1 대로 수십명분을 24시간 검사할 수 있다.