[헬로티]

품질향상과 합리적인 가격은 검사를 위한 비전 시스템의 사용을 확대했지만 구매 전에 몇 가지 요소를 고려해야

기술 발전으로 머신비전 카메라가 이전보다 저렴한 비용으로 더 많은 기능을 제공할 수 있는 새로운 고품질 센서가 탄생했다. 이러한 요인들은 다양한 산업과 규모있는 기업들이 이 새롭고 개선되고 더 저렴한 카메라를 도입하도록 동기를 부여한다. 다만 업계와 상관없이 비전 솔루션을 도입하는 동안 고려해야 할 여러 가지 요소들이 있다.

수십 년 동안, 회사들은 제품의 가치가 높거나 결함이 있을 경우 잠재적인 문제들이 있을 때 검사 목적으로 비전 시스템을 사용해 왔다. 이제는 고부가가치가 아니거나 결함이 있을 경우 잠재적 위험을 내포하지 않더라도 품질 좋은 제품을 생산하는데 관심이 있는 기업들에게는 비전 검사가 보다 저렴해지고 있다.

 

 

라인 스캔 또는 에어리어 스캔?

 

라인 스캔 카메라이든 에어리어 스캔 카메라이든 제조업체가 필요로 하는 카메라의 종류는 애플리케이션에 따라 다르다. 대부분의 사람들은 고해상도 디지털 카메라와 유사한 에어리어 스캔 카메라의 이면에 있는 기술을 이해한다. 에어리어 스캔 카메라는 수평 및 수직 요소로 2D 이미지를 생성한다.

라인 스캔 카메라들은 이해하기가 좀더 어렵다. 라인 스캔 카메라는 한 줄을 보고 한 줄 슬라이스를 계속 잡으면서 카메라를 기준으로 물체를 움직여 2D 이미지를 만든다. 한 시야에 물체의 실제 크기를 담을 수 없으면 라인 스캔 카메라를 고려해야 한다. 가장 일반적인 라인 스캔 카메라의 사용은 대형 종이롤, 직물, 알루미늄, 강철 또는 유리판과 같은 ‘웹’검사와 관련된 애플리케이션이다.

5만 피트의 종이 롤을 검사하려면, 에어리어 스캔 카메라의 단일 촬영 방법으로는 이 작업을 수행할 수 없다. 종이 롤과 같은 물체가 이미 일반적인 제조 공정의 일부로 움직이고 있기 때문에 라인 스캔 카메라가 이와 같은 응용 분야에서 작동한다. 라인 스캔 카메라는 종이 롤의 선을 여러 개의 2D 영상으로 엮는다. 각각의 이미지가 1000개 라인 높이라면 카메라는 1000개 라인을 하나의 2D 이미지로 잡고, 다음 이미지는 1,001~2,000까지의 라인으로 잡는다. 카메라는 5만 피트의 종이 롤을 2D 영상으로 분할하지만 이 과정에서 손실되는 것은 없다.

많은 머신비전 애플리케이션의 기본 선택은 에어리어 스캔 카메라다. 애플리케이션에 알루미늄 캔, 유리 병 또는 분리되는 구성품 검사가 포함된다면, 이것이 올바른 선택일 것이다. 라인 스캔 카메라는 에어리어 스캔 카메라가 제공할 수 있는 것보다 높은 해상도가 필요하거나 물체가 정상적인 시야에서 포착할 수 없는 것 등의 에어리어 스캔 카메라가 의미가 없는 경우에 사용된다.

해상도 요구 사항

 

해상도는 머신비전 카메라를 선택하는 과정에서 고려해야 할 핵심 사항이다. 해상도를 계산하려면 시야의 크기를 알고 분석되야 하는 가장 대상을 알아야 한다. ‘대상물’라는 용어는 일반적으로 제품의 결점들이나 물체의 매우 작은 요소를 나타낸다. 이 모양은 인쇄 회로기판의 작은 구멍과 같이 존재해야 하거나 알루미늄 시트의 긁힘과 같이 존재하지 않아야 하는 것일 수도 있다. 이러한 경우, 해당 대상이 무엇인지, 결점인지 또는 존재해야 할 것인지를 탐지할 필요가 있다.

대부분의 경우, 감지하는 대상이 얼마나 작은지를 고려할 때 ‘모든 것’을 감지하는 카메라를 갖는 것은 말 할 필요가 없는 것이다. 그러나 이러한 접근 방식이 항상 현실적이거나 또는 필요한 것은 아니다. 해상도는 카메라 비용을 높이는 주요 요소 중 하나다. 필요한 만큼의 해상도를 얻는 것이 중요하지만 과용하지 않는 것도 중요하다.

 

일반적으로 경험에 따른 법칙은 다음과 같다. 특정 크기의 지형지물을 정확하게 감지하려면 해당 영역을 덮는 최소 3개의 픽셀을 계획해야 한다. 하나의 픽셀만을 해석하여 대상을 항상 감지할 수 있는 것은 아니다. 대상의 여러 픽셀들로 이 대상이 정상임을 확실히 할 수 있다. 예를 들어, 1/100 인치의 작은 대상을 감지하려면 3 배 작은 픽셀, 즉 3/1000 인치를 선택하면 된다.

해상도가 높을수록 대상물을 식별하기가 쉬워지겠지만, 이제는 시스템 비용과 필요한 해상도를 따져봐야 할 때다. 결정하기 전에 테스트 해 봐야 한다. 제조업체의 카메라를 빌려서 즉, 고해상도 사진 카메라를 사용하여 필요한 해상도를 파악할 수 있다.

이미징 속도

 

애플리케이션이 캔, 병 또는 피스톤과 같은 개별 구성 요소를 검사하는 경우 초당 몇 개의 구성 요소를 검사해야 하나? 주어진 시간 동안 공간의 한 지점을 지나 이동하는 구성 요소는 몇 개인가? 1 초당 3개인가? 분당 50개? 카메라는 최소한 이 속도가 되어야 한다. 약간의 여유가 있는 것이 좋다. 애플리케이션이 25fps 카메라를 요구하는 경우 30fps카메라를 선택하면 된다. 이렇게 하면 오류에 대한 여유가 생긴다.

라인 스캔 카메라는 적절한 획득 속도를 결정하기 위해 조금 더 많은 수학이 필요하지만, 그리 어렵지 않다. 해상도를 결정한 후에는 물체가 얼마나 빨리 움직이는지 알아 내고 필요한 해상도를 얻기 위해 몇 초 안에 몇 개의 라인을 잡아야하는지 결정해야 된다. 3/1000 인치의 픽셀 해상도가 필요하고 물체가 초당 100 인치로 움직이는 경우, 초당 최소 33,333 라인 즉, 33.3kHz 라인 속도가 필요하다.

상호 연결 표준

 

선택할 수 있는 서로 다른 상호 연결 표준이 있으며 이 선택은 속도와 카메라와 컴퓨터 사이의 거리라는 몇 가지 요구 사항을 기반으로 한다. 속도가 우선 순위인 경우, 필요한 속도로 카메라에서 호스트 컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있을 정도로 빠른 인터커넥트를 찾으면 된다. 고속 표준으로는 Camera Link, Camera Link HS 및 USB3 Vision이 있다. Camera Link HS는 사용 가능한 최고 속도의 인터커넥트 중 하나이지만 영상 취득기가 필요하다. USB3 Vision은 속도면에서 Camera Link HS만큼 빠르지 않다. 그러나 USB 연결은 일반적으로 컴퓨터에 내장되어 있으므로 데이터를 수집하기 위해 영상 취득기나 추가 하드웨어가 필요하지 않다.

 

GigE Vision이 기가비트 이더넷 사양을 기반으로 하고 카메라와 컴퓨터 사이의 먼 거리를 이동할 수 있기 때문에 GigE Vision을 선택하는 사람도 있다. 카메라가 컴퓨터에서 10~15m 이상 멀리 떨어져 있어야 하는 경우 GigE Vision을 선택하는 것이 좋다. GigE Vision은 Camera Link와 USB3 Vision 보다 느리지만 카메라가 컴퓨터와 멀리 떨어져 있는 경우 이것만이 유일한 선택일 수 있다.

거리 때문에 GigE Vision이 필요한 애플리케이션의 경우 제조업체들은 이 속도 장벽을 줄이거나 없애기 위해 노력하고 있다. 일부 제조업체는 카메라와 컴퓨터 간의 장거리 이점을 유지하면서 GigE Vision의 유효 속도를 높이기 위해 압축과 유사한 방법을 사용하여 데이터를 보다 효율적으로 전송하는 방법들을 찾아냈다. 애플리케이션에 GigE Vision이 필요한 경우 제조업체에 문의하여 효율성을 향상시킬 수 있는 어떤 것을 제공할 것인지를 확인하면 된다.

빛의 파장

 

모든 애플리케이션에서 빛의 파장이 문제가 되지는 않는다. 그러나 일부 애플리케이션에서는 카메라가 특정 파장의 빛에 민감해야 한다. 예를 들어, 화폐 검사에서는 UV 또는 적외선에서만 볼 수 있는 보안 기능이 있을 수 있다. 이 경우, 카메라가 해당 파장에 충분한 감도를 가지고 있어야 검사를 성공적으로 수행할 수 있다.

 

또한 카메라가 문제의 형상을 시각화 할 수 있도록 하기 위해 상응하는 파장 특성을 갖는 광원이 필요하다. 대부분의 애플리케이션에는 백색 조명 또는 광대역 조명이 사용되며, 표준 카메라만 있으면 충분하다. 검사 시 특별한 조명이 필요한 경우, 필요한 광 파장에 적합한 카메라인지 확인해야 한다.

환경

 

많은 비전 시스템이 매우 따뜻한 장소에 설치된다. 카메라는 민감한 전자 장비로 구성되며 온도의 영향을 받는다. 모든 카메라 제조업체는 해당 제품의 작동 온도 사양을 제공한다. 일반적으로 환경이 온도 사양을 초과하더라도 카메라가 작동하지 않는다는 의미는 아니다. 대신 이 사양의 범위를 초과하면 카메라 성능이 저하될 수 있다는 것을 의미한다. 더운 환경에서 성능이 저하되는 가장 일반적인 방법은 카메라가 ‘노이즈 현상’이 되어 이미지에 의도하지 않은 밝기 변화가 있는 것이다. 또한 온도 사양을 초과하면 일반적으로 카메라 수명에 부정적인 영향을 미친다.

카메라를 작동 온도 사양 내에 유지하기 위해 많은 제조업체에서 방열판 방법을 사용한다. 따라서 어떤 카메라를 구입할지 고려할 때는 작동 환경 온도를 평가하고 카메라 작동 사양을 조사하고 필요한 경우 제조업체가 카메라를 작동 상태를 유지하기 위해 제공할 수 있는 옵션에 대해 논의하면 된다.

카메라 주문제작

 

만약 시간이 지남에 따라 대량의 카메라를 구입할 계획이 있다면, 제조업체들은 기꺼이 약간의 주문 제작을 제공할 것이다. 공장에서 한, 두 개의 라인에 비전 시스템이 한, 두 개만 필요한 경우, 구매 옵션은 기성 모양 및 기능을 갖춘 카메라로 제한될 수 있다. 그러나 몇 년 동안 매년 1,000개의 비전 시스템이 필요할 경우라면, 일부 제조업체는 높은 수준의 주문제작을 제공할 것이다. 이러한 경우, 비싸고 불필요한 기능을 제거하거나 표준 제품에 포함되지 않은 기능을 추가할 수 있다. 만약 장기적인 계획에 카메라를 대량 구입하는 것이 포함된다면, 이러한 여러 옵션들 중 어떤 것이 협상될 수 있는지 알아보기 위해 제조업체에 언급할 가치가 있다.

예산

 

해상도 그리고 속도와 마찬가지로 비용도 구매 결정에 있어 필수적인 요소다. 현 시점에서 비전 시스템을 구입하여 설치하기로 결정했다면, 이미 기술의 비용 효율성과 ROI(투자 수익) 예측에 대한 결정이 있었을 것이다. 이러한 평가는 카메라 예산을 좌우한다.
해상도를 고려할 때와 마찬가지로, 비용은 비전 시스템으로 달성할 수 있는 것을 좌우한다. 원자 수준까지 제품을 검사하는 것이 매력적이지만 그 정도의 해상도는 비용이 많이 들 것이다. 구매자는 비전 시스템 비용을 ROI와 비교해야 한다.

 

카메라 선택 과정에 접근하는 한 가지 방법은 비용을 최우선으로 고려하고 다음에 작업을 생각하는 것이다. 이를 통해, 구매자들이 카메라 구매로 인해 비용이 감당할 수 없게 되는 길로 가는 것을 막을 수 있을 것이다.

빠른 카메라 선택을 위한 팁
1, 예산을 먼저 결정한다. 예산은 해상도의 기준이 될 것이기 때문이다.
2. 카메라 해상도는 최소한 대상 영역에 대한 3픽셀의 범위를 제공해야 한다.
3. 필요한 것보다 영상촬영률이 약간 높은 카메라를 선택한다.
4. 카메라와 컴퓨터 사이의 속도와 거리에 따라 카메라의 상호 연결 표준이 결정된다.
5. 검사가 수행될 조명 및 환경 조건에서 카메라가 올바르게 작동하는지 확인한다.
6. 제조업체가 카메라를 사용자 정의할 의사가 있는지 확인한다.