‘머신 비전 시스템을 혁신하는 3D 기술 노하우’ 세미나 성황리 개최
본지 발행처 상은 미디어와 (주)이오비스 공동주최
월간 비전 시스템 발행처인 상은 미디어(대표 신현익)와 머신 비전&공장 자동화 전문 기업인 (주)이오비스(대표 김종환)는 지난 11월 3일(화) 여의도 사학연금서울회관에서 공동주최로 ‘머신 비전 시스템을 혁신하는 3D 기술 노하우’를 주제로 세미나를 개최하였다. 이번 세미나는 3D 머신 비전 시스템에 관련된 최근의 검사 기술의 흐름과 제품에 대한 소개로 꾸며졌다.
이날 세미나에 참석한 약 70여명의 참관객들은 그동안 3D 비전 시스템을 구축하는데 여러 가지 어려움이 많아 이를 해소하기 위한 정보 수집에 큰 관심을 보였다.
현장 애로사항 해결 지원 초점
이날 세미나 오전 첫 강의는 LMI Technologies사의 Product manager Nathan Funk와 Sales Manager Michael Chen이 맡아 ‘3D 비전 검사 기술 이론 및 응용사례’를 주제로 발표했다. 이 강의에서는 레이저 광삼각법과 모아레 3D 검사기술원리, 세계 시장별 활용과 응용 사례에 대해 소개했다.
이어 에스피오(주) 서정석 부사장의 ‘머신 비전 광학 기술’에 대한 강의가 진행되었다. 이날 서 부사장은 주제발표를 통해 텔레센트릭 렌즈와 컨벤셔널 렌즈 장단점 및 적용사례, 3D 비전 검사 시스템 구성시 광학적 고려사항과 활용사례에 대해 구체적인 내용을 소개했다.
국내외 머신 비전 관련 업체 전문가 강연
오후 강의는 Optotune Korea의 유현석 지사장이 맡아 ‘폴리머 튜너블 렌즈를 사용한 Fast Auto Focus와 Real 3D 구현사례’를 발표했다. 유 지사장은 이번 세미나 발표에서 폴리머 튜너블 렌즈를 소개하고 초점 고속 가변 액상 렌즈 기술 원리와 적용 사례와 향후 트랜드에 대한 전망을 설명했다.
이어진 네 번째 강의는 (주)이오비스의 안재일 차장이 맡아 진행했는데 안 차장은 ‘산업용 적외선 카메라의 기술 원리와 다양한 개발사례’를 주제로 SWIR, MWIR, LWIR 등 파장별 적외선 카메라 기술을 소개하고 적용 사례를 발표했다. 또한 Area, Line scan 타입의 적외선 카메라 기술을 소개하며 이에 대한 장단점을 비교 설명했다.
마지막으로 세미나를 마무리한 (주)이오비스 김종환 대표는 ‘머신 비전 시스템 광학기술 동향’을 주제로 머신 비전용 카메라, 렌즈, 조명, 인터페이스 3D 등 기술동향을 설명하고 시장의 흐름에 대한 정보를 제공했다.
3D 비전 검사 기술 정보 교류의 장
이번 세미나에서 주최측은 “3D 비전 검사에 대한 필요성이 대두하고 있는 현장에서 정보 부족 사양 불명확, 개발 인력 부족이라는 난제들을 해결하는데 직접적인 문제 해결 정보를 얻고자 하는 참관객들에게 유익한 정보 교류의 장이 되었다”는 평가를 내렸다.
특히 이번 세미나를 공동주최한 (주)이오비스 김종환 대표는 “3D 비전 시스템 개발 계획이 있는 분들에게 3D 기술 및 제품을 소개하고 함께 테스트 할 수 있는 기회를 제공하게 되었다”고 밝히고 “이런 세미나를 통해 정보를 얻는다면 시간과 비용 면에서 가장 효율적인 방법이 될 것이다”라고 강조했다.
“CMOS 센서는 발전적 경쟁 상황에서
다양한 모델의 센서 출시로
절대적 점유율을 확보할 것입니다”
머신 비전 시스템 분야의 동향과 트렌드
(주)이오비스의 김종환 대표는 이번 세미나에서 ‘머신 비전 시스템 광학 기술 동향’에 대한 현장 강의에서 알찬 정보로 참관객들에게 큰 관심을 불러 일으켰다.
이에 강의에서 다 발표 하지 못한 CMOS vs CCD의 장·단점 및 현재 추세, 머신 비전 분야에서의 센서 시장 변화와 인터페이스 발전이 3D 기술에 어떠한 영향을 미치는지 등 구체적인 내용에 대해 서면 인터뷰를 실시했다.
다음은 김종환 대표가 답해 온 인터뷰 내용을 정리해서 실은 내용이다.
Q 이번 세미나에 연사로 참석하신 소감에 대해 한 말씀 부탁드립니다.
이번 세미나에서는 다양한 분야에서 3D 비전 검사 기술의 필요성이 있다고 생각하고 계신 분들이 많이 참석하셨습니다. 이는 3D 검사에 대한 필요성이 현재 또는 가까운 미래에 있고 현재까지는 3D 비전 시스템을 구축하는데 여러 가지 어려움들이 있기 때문이라고 생각됩니다.
그 어려움들로는 정보 부족, 사양 불명확, 개발 인력 부족, 예산 부족 등인데 저희 이오비스에서는 이런 고객들의 어려움들을 최대한 해소하고자 다양한 정보 제공, 용어 및 사양 정립, 현재의 3D 기술상황과 한계, 솔루션 제공, 등을 목적으로 다양한 제품들을 개발 업그레이드하며 전시회 및 기술 세미나를 통해 소통하고 있습니다.
따라서 3D 비전 시스템 개발 계획이 있는 분들은 이오비스를 통해 빠르게 원하시는 3D 기술 및 제품을 소개받고 함께 테스트하시는 것이 시간과 비용 면에서 가장 효율적인 방법이라 생각됩니다.
Q CMOS센서의 장·단점과 현재 CMOS 센서가 주목받는 이유가 무엇이라고 생각하십니까?
CMOS vs. CCD는 이미 많은 자료들을 통해 장단점들에 대해 들으셨을 텐데요 2015년 현재 시점에서 요약해서 말하자면, CMOS 센서가 대부분의 면에서 CCD를 압도했거나 대등하다는 것입니다.
이미지 센서에서 중요한 요소는 감도, 속도, 해상도, 비용, 노이즈, 등인데 속도와 해상도, 비용면에서는 CMOS가 CCD를 압도했고, 노이즈 면에서는 대등한 수준이 되었는데 전체적으로 CCD는 한계 상황인데 반해 CMOS는 계속 발전하고 있습니다.
현재까지 CCD는 세계적으로 2개 회사에서 제공해옴에 따라 종속적이었음에 반해 CMOS센서는 팹리스 회사들이 설계하여 외주 생산하는 방식으로 발전적 경쟁 상황에서 다양한 모델의 센서들이 출시되면서 지속적으로 기술 발전을 계속하며 비용 효율성도 좋아져 비전 시스템 시장을 확대시키는 긍정적 역할을 하고 있습니다.
Q 최근 CMOS센서의 시장 점유율이 점점 커지고 있는데 CCD 센서 전망을 어떻게 보십니까?
CMOS 센서 점유율이 머신 비전 시장에서도 이미 CCD 보다 높은 상황인데 이 추세는 앞으로 더욱 가속될 것입니다. SONY는 2025년까지 모든 CCD 모델을 단종시킨다고 공지하였고 이를 실행해 나가고 있으며 과거 KODAK 센서를 흡수 합병한 ON Semiconductor도 CCD 모델들을 단종시켜 나가면서 CMOS 센서들을 활발히 개발·발표하고 있습니다. 이로 인해 CMOS 센서가 자연스레 절대적인 점유율을 갖게 될 것으로 예상됩니다.
Q 센서 시장의 변화와 인터페이스의 발전이 3D 기술 및 제품에 어떠한 영향을 끼친다고 생각하십니까?
현재 3D 제품 및 기술을 시스템에 적용할 때에 제한 요소 중의 하나가 해상도와 속도인데 그 둘에 큰 영향을 주는 것이 이미지 센서이고 인터페이스입니다.
먼저 센서의 경우 과거 CCD는 출력방식이 아날로그 방식이라서 출력 tap 당 속도를 높이면 노이즈가 증가하고 반복성이 떨어지는 등의 부작용이 있고 Tap 수를 4개 이상으로 늘리면 이미지 병합 시에 Tap 간의 감도 차이로 한계가 있어서 속도 한계에서 정체되어 있었는데 이런 구조적인 문제가 없는 CMOS 센서의 발전으로 최근에는 12Mega@180fps, 12Mega@300fps, 25Mega@72fps, 4Mega@180fps 등의 센서로 8장의 2D 이미지로 한 장의 3D데이터를 얻는 모아레 방식을 적용할 경우, 초당 6~10fps 의 고해상도3D 데이터를 얻을 수 있는 상황이 되었습니다.
인터페이스 역시 세계 공식 비전 협회인 유럽 EMVA, 미국 AIA, 일본 JIIA 등에서 고속 표준으로 완성시킨 CXP Ver.1.0의 경우, 3,125MByte/s @4CH 의 Max. Bandwidth를 가지고 많은 제품들이 양산되어 판매 중이며 내년 11월에 독일 비전쇼에서 발표 예정인 Ver.2.0 은 이전 대비 두 배인 6,250MByte/s @4CH 의 사양으로 표준화 준비 중으로 이는 3D 기술 및 제품을 더욱 발전하게 하는 기반이 될 것입니다.
Q 비전 시스템 시장에서 주로 사용되는 대표적인 3D 비전 기술 종류와 장·단점은 무엇입니까?
광삼각법
측정체의 표면에 선형의 레이저 빔을 조사하여 레이저 빔축과 일정각도로 기울어진 카메라(이미지 센서)에 맺힌 상의 좌표정보와 레이저 빔과의 관계를 이용하여 좌표정보를 추출하여 높이정보를 구하는 방식입니다.
비전 시장에서 대표적이고 전통적으로 사용되고 있는 3D 기술 방식으로 비용이 상대적으로 낮고 상용화된 레이저 광원 3D 센서 제품들이 다양하다는 것이 장점이고 그림자 부분은 측정이 안되고 반사가 심한 물체는 검사에 한계가 있습니다만 최근에는 광삼각 제품이 백색광으로 Slit beam을 구성하고 정반사 시켜 반사체까지도 검사하는 제품들이 양산되어 있습니다.
모아레 무늬
3D 비전 검사에서 대표적으로 사용되는 모아레 방식은 격자(Grating)을 piezo motor 를 이용 ㎚~㎛ 단위로 미세하게 움직이며 3D 데이터를 얻는 Phase-Shift 방식이 많이 쓰이는데 최근에는 원하는 패턴을 디지털 방식으로 카메라와 동기화하여 조사하고 3D 데이터를 얻는 디지털 모아레 기술이 선호되고 있습니다.
모아레 방식은 Area센싱 형태로 대면적의 3D 데이터를 고속으로 얻을 수 있는 장점이 있으며 최근에 고속 이미지 센서 및 고속 인터페이스를 갖춘 고속 카메라들의 양산으로 더욱 힘을 얻고 있고 시스템 측면에서는 2D검사와 3D 검사를 병행하여 사용할 수 있다는 장점과 간섭계나 공초점 방식에 비해 전체 시스템 검사 속도를 높일 수 있다는 장점이 있습니다.
단점으로는 패턴 프로젝터를 하나만 사용하면 그림자 부분의 3D 데이터를 얻을 수 없다는 것인데 이는 비용은 올라가지만 2개 또는 4개의 패턴 광학계를 구성하면 해결할 수 있으며 다른 3D 제품들이 비해 상대적으로 비용 효율성이 높다는 것도 장점입니다.
백색광 간섭법(White-light interferometry)
이 방식은 백색광이 내부의 Beam splitter 에서 기준 미러(Reference)와 대상체(Object)로 가는 두 개의 빔(레퍼런스 빔, 오브젝트 빔)으로 나누어지고 그 두 개의 빔이 기준 미러와 대상체 표면에서(혹은 굴절률의 경계면에서) 반사되어 카메라에 상이 맺히게 되는데 이렇게 여러 파장이 중첩되어 있는 백색광은 두가지 빔의 경로차이가 0에 가까울수록 간섭 강도가 커지는 원리를 이용하게 되며, 시스템을 수직으로 움직여 단층 촬영하듯이 촬영한 영상들에서 위치에 따른 Pixel별 밝기를 나타내는Phase Peak를 구하고, 이들을 연결하는 Envelop에서 Pixel별로 진폭이 가장 큰 높이(Envelope Peak)를 시스템의 이동거리를 참조해서 연결 구성하여 3D 데이터를 얻는 방식입니다.
장점은 높은 단차 측정력과 분해능과 웨이퍼나 글래스와 같이 반사율이 높은 재질도 검사 가능한 것이며 단점은 수직스캔하므로 진동에 민감하고 하나의 FOV에서 3D 데이터를 얻기 위해 많은 단층 촬영으로 해야 하므로 측정 속도가 느립니다만 최근에는 초고속 센서와 프로세서를 탑재한 WSI 센서도 출시되었고 고속 고해상도 카메라와 멀티 프로세싱 기법을 통해 속도 단점을 극복하고 있습니다.
(주)이오비스에 대해
(주)이오비스는 머신 비전&공장 자동화 전문 기업으로 세계 여러 곳에 파트너 업체를 두고 있어 다양한 기술과 솔루션 제공을 하고 있다.
또한 위에서 언급한 광삼각법, 디지털 모아레, 백색광 간섭계 등을 포함한 다양한 3D 기술 및 제품을 보유하고 있으며 고객들이 방문하여 함께 테스트할 수 있도록 데모 장비들이 준비되어 있어 광학계를 포함한 3D 모듈을 공급함으로써 비전 시스템을 개발하는 고객들을 지원하며 솔루션을 제공한다.
3D 기술 외에도 카메라와 그래버도 공급하고 있는데 성능과 가격에서 우월한 신제품 CMOS 카메라들로 기존의 CCD 카메라 제품들을 교체할 수 있도록 지원하고 이로 인해 원가는 낮추고 성능을 올리는 효과를 제공한다.
(주)이오비스가 공급하는 대표적인 카메라로는 뷰웍스의 TDI시리즈가 있다. TDI Line scan 카메라는 세계 최초로 18K@256stage@90Khz 카메라를 개발 양산하여 반도체 및 디스플레이 검사에서 요구되던 1㎛ 광학 분해능이 가능하게 되었으며 18K 이외에도 12K, 9K, 4K TDI 카메라가 있다.
또한 고속·고해상도 CXP 카메라 및 그래버에는 100MP@18fps , 12MP@180fps, 12MP@300fps, 25MP@72fps, 5MP@250fps, 등이 있다.
그리고 하나의 그래버에서 4대의 카메라를 사용할 수 있는 4MP@160fps@CXP 1CH 카메라와 EURESYS 의 CXP 그래버인 Coaxlink 시리즈가 함께 호환되어 제공된다.
