초심으로 다시보는 머신비전 따라잡기

초심으로 돌아가 머신비전의 기본개념을 알아보는 시간을 마련했다. 언제부터 시작됐을까? 어떤 과정으로 검출을 수행하는가? 그리고 머신비전에서 제일 중요한 카메라는 어떻게 사용되는가? 모르고 지나쳤던 기본적 지식을 다시 다져보자.
정리 | 편집부

머신비전이란 무엇인가? 말 그대로 보는 기계이다. 그럼 이 머신비전의 기능은 무엇인가? 보는 것에서 그치지 않고 제품의 불량품 여부를 판독하는 정밀검사로 기능한다. 머신비전은 매뉴얼에 따른 정밀검사를 대체 하거나 보완하기 위한 기술인 것이다. 이 기술은 공장 자동화의 시대에 여러 산업에서 다양하게 사용되고 있다. 생산속도와 생산량을 높이고 제품의 질을 향상시키는데 기여하고 있다.

머신비전의 개념

머신비전 검사는 컨베이어의 물체 수 파악, 일련 번호 판독, 표면 결함 검사 등으로 구성된다. 제조업체는 고속, 고배율 확대, 24시간 작업 또는 측정의 반복성 등이 필요한 시각 검사에서 머신 비전 시스템을 선호한다.

예를 들어 반도체 제조는 시각 검사기술에 크게 의존하며 이 기술 없이는 컴퓨터칩의 생산율이 현저하게 감소할 수 밖에 없다. LCD의 제조 또한 대형화된 모니터를 검사하기 위해선 당연히 머신비전의 기능을 필요로 한다.

역사와 규모

머신비전 기술은 1920년대 미국에서 컴퓨터에 의한 화상처리를 기반으로 시작됐다. 그리고 1960년대 우주탐사 과정에서 우주선의 화상기술에 대한 불만족으로 기술발전의 계기가 마련됐다. 1970년대는 반도체산업의 급성장과 함께 미세한 검사가 필요하게 되었다. 그래서 머신비전 기술의 필요가 증대되었고 1970년대 말에서 1980년대 초 사이에 세계적인 머신비전 기업들이 모습을 드러냈다.

한국은 1990년대 말 IMF를 맞은 대기업 연구원들이 새로운 돌파구를 찾고자 머신비전 기업을 설립하였다. 2000년대 초 디스플레이 산업의 급성장에 따라 LCD와 같은 제품의 검사에 사람의 한계를 넘어선 크기와 물량이 요구되었다. 그 덕택에 머신비전 산업의 발전이 따라오게 되었다. 현재 LCD 산업의 수요가 폭증하면서 머신비전의 수요 또한 증가하고 있다.

머신비전 시스템의 처리과정

① Imaging : 화상형성과 취득
제품의 화상을 컴퓨터로 가져오는 단계이다. 제품의 불량여부를 확실히 판독하기 위해 조명으로 환경을 조성한다. 머신비전 시스템은 제조현장에 설치해야하기 때문에 제조시간을 고려하여 조명을 선택해야 한다. 또한 렌즈도 환경에 적합한 선정이 필요하다.

② Processing and analysis: 화상처리와 분석
카메라를 통해 컴퓨터로 입력된 화상은 디지털 데이터로 바뀐다. 그것을 소프트웨어로 활용하여 이미지 프로세싱이 진행된다. 예를 들어, 잡음을 제거하고 윤곽선을 강조하며 블랍을 처리하는 등의 과정이다. 그리고 화상처리 이후 제품의 불량여부를 판독하는 과정이다. 컴퓨터가 품질관리와 생산기술적인 지식을 디지털로 바꾸어서 제품을 분석하고 결론을 내린다.

③ Communication : 과정을 제어하는 시스템으로 처리하고 분석한 결과를 전송하는 작업을 맡는다.

④ Action : 비전시스템의 명령에 따라 직접적 행동이 취해진다.

머신비전의 종류

① 위치파악
Locate application은 대상을 찾는 역할을 한다. 그리고 대상의 위치나 방향에 대한 정보를 인식하는 기능을 한다. 그림과 같이 로봇을 이용한 bin picking application에서 머신비전은 대상에 대한 기준 좌표를 찾는다. 예를 들어 찾은 정보를 로봇에게 보내서 bin(대상)을 집어내도록 하는 것이다.

② 측정
Measurement application은 대상의 실제치수를 측정하는 용도로 사용된다. 예를 들어 거리, 지름, 굴곡(뒤틀림), 면적, 높이, 부피 등을 측정한다. 그림을 보면 카메라는 병의 목 부분에서 여러 곳의 직경을 측정하고 있다.

③ 검사
Inspection application은 제품의 오점을 검사하는 용도로 사용된다. 예를 들어 병에 정확한 라벨이 붙어 있는지 여부, 조립 과정에서 나사의 유무 등이 있다. 그림에서는 머신비전이 브레이크 패드의 결점을 검사하고 있다.

④ 확인
Identification application은 글자나 다양한 코드를 읽는 용도로 사용된다. 예를 들어 식품 포장의 유통기한, 바코드 등이 있다. 그림에서는 바코드와 매트릭스를 동시에 읽고 있다.

머신비전의 카메라 타입

머신비전에 사용하는 카메라에는 어떤 종류가 있는지 알아보자. 머신비전에서는 모든 카메라가 기존의 아날로그 카메라가 아닌 디지털 카메라를 사용한다. 그리고 크게 비전 센서, 스마트 카메라, PC기반 시스템으로 나눌 수 있다.

① 비전 센서
비전 센서는 특정 작업을 수행하기 위해 설정된 센서이다. 일반적인 카메라 시스템과는 달리 유연하게 소프트웨어가 기능하여 작업을 수행한다. 또한 비전 센서는 다른 비전 시스템에 비해 설치 시간이 짧다. 예를 들어 색상 분류, 윤곽 확인, 문자 인식 등의 기능을 한다. 그림의 비전 센서는 식품 포장 뚜껑의 색상을 검사하고 병에 붙은 유통기한을 확인하고 있다.

② 스마트 카메라
스마트 카메라는 PC없이 이미지를 분석하는 분석 장치를 내장한 카메라이다. 손쉽게 설치할 수 있는 스마트 카메라는 그만큼 다양하고 넓은 범위에서 사용된다.

③ PC 기반시스템
PC 기반시스템은 카메라로 이미지를 획득한 후에 PC로 전송하는 시스템이다. PC로 전송해야 하는 데이터의 양이 크기 때문에 스트리밍 장치를 사용한다. 그림은 사과의 부피검사, 목재 절단 최적화 검사 등을 수행하고 있다.

④ 멀티 스캔카메라
멀티 스캔카메라는 동시에 여러 가지 기능을 하는 카메라이다. 한 번 스캔으로 2D Gray scale과 3D이미지를 얻을 수 있다.