3D 이미징은 머신비전 검사 시스템의 새로운 시대를 선도한다
LMI Technologies
비전 검사 담당자는 3D 이미징의 발전으로 어려운 검사 작업을 극복할 수 있다. 머신비전 시장에서 3D 이미징은 성숙기에 접어들고 있으며 2D 이미징에서 해결할 수 없는 애플리케이션을 다루고 있다. 3D 기술을 개선하면 다양한 검사 작업을 비용 효율적으로 단순화할 수 있다. 이것으로 머신비전 검사를 더 높은 수준으로 올린다.
LMI Technologies의 CEO는 “제조 환경에서 2D와 3D의 융합은 구성 요소가 조립품에 얼마나 잘 결합되어 있는지를 측정하고 최종 적합성, 마무리, 그리고 포장을 평가하는 데 필요합니다.”라고 말한다.
머신비전 기술 전문 시스템 통합 업체인 Integro Technologies의 수석 비전 시스템 구성자에 따르면, 산업 자동화를 위한 2D및 3D 구현을 통해 정확도가 향상되었으며, 또한 측정 및 재구성을 하는 3D 공간에서의 검사 작업을 통한 로봇 안내 및 bin picking은 대부분의 작업보다 정밀도가 훨씬 더 중요하다.
최종 사용자는 이제 구성 요소가 일반 3D 이미지 수집 시스템이 아니라 많은 경우 특정 작업에 대한 적용 가능성을 더욱 타깃으로 삼았다.
많은 3D 이미징 장치 또한 3D point cloud를 통하여 색상, 질감, 그리고 기타 2D 이미징 기능이 포함되도록 확장한다. 3D 이미지와 그레이 스케일 텍스처, 그리고 색상 정보의 결합은 머신비전 시장에서 다소 새로운 것이다. 이 정보가 식별, 차별화, 위치, 또는 개체의 측정에 중요할 수 있다.
3D 이미지 자체에는 그레이 스케일이나 컬러 콘텐츠가 없다. 이 콘텐츠를 공간적으로 올바른 방식으로 3D 이미지에 통합하면 큰 장점을 얻을 수 있다. 많은 경우에 3D 프로파일은 단순히 객체 또는 객체의 기능을 완전히 정의하지는 못한다.
또한, 3D는 사용자가 표면의 각도와 거리와 같은 평면 형상을 측정할 수 있게 한다. 이것은 6 자유도로 움직이고 효과적으로 작동하는 각도와 자세가 필요한 로봇을 지원하는 중요한 기능이다.
첨단 기술
머신비전 구성 요소 공급 업체는 일반적인 3D 이미징 요구를 해결하는 제품을 개발하고 있다. 하드웨어 및 소프트웨어 제조업체 Eureys는 기존 2D 카메라 및 레이저 라인 프로젝터와 인터페이싱할 수 있는 프레임 그래버를 제공하여 이미지와 결합할 수 있는 3D 높이 데이터를 작성한다. 또한, Euresys Open eVision Easy 3D 소프트웨어 라이브러리는 2차원 이미지 데이터 및 3차원 형상 데이터를 정확하게 보정하고 생성하며, 이제는 측정(gauging)과 계측(measurement for metrology)과 같은 전통적인 머신비전 툴을 사용하여 처리할 수 있다. OCR 및 패턴 매칭을 통해 까다로운 비전 애플리케이션을 해결할 수 있다. .
Eureys의 판매 및 지원 아메리카 담당 부사장의 말에 따르면, 이전에 3D 이미징은 알려진 고정 위치에서 동일한 대상을 바라보는 여러 카메라를 사용하거나, 구조화된 조명 패턴이나 레이저 포인트, 또는 라인 생성기와 결합된 단일 카메라를 사용하여 3D 이미징을 수행했다. 카메라의 거리를 결정하기 위해 이미지의 각 포인트를 계산하거나 삼각형화할 수 있도록 카메라와 패턴 생성기의 정확한 정렬이 필요했다. 이 프로세스에는 많은 컴퓨팅 성능이 필요했다.
오늘날 FPGA와 멀티 코어 임베디드 프로세서 아키텍처는 컴퓨터 비전을 위한 3D 이미지 데이터의 인라인 및 실시간 사용을 가능하게 하는 해상도와 이미징 속도를 높여 이러한 계산을 수행할 수 있게 해준다. 또한, 한때 달성하기 어려웠던 일은 이제 기성 센서와 고급 소프트웨어 라이브러리를 통해 수행할 수 있으므로 시스템 통합 업체 및 기계 제조업체는 3D 측정을 비전 프로세스에 더욱 쉽게 통합할 수 있다. 고객이 3D 센서를 기계에 장착하는 방법에 집중하고 정확하고 반복 가능한 3D 포인트 클라우드를 생산할 것이라는 신뢰를 가지면 기술을 채택할 가능성이 커진다.
머신비전 고객은 측정 시간, 스테레오, 레이더, 그리고 레이저 삼각 측량과 같은 다양한 3D 측정 기술에 액세스할 수 있다. Gocator 제품 포트폴리오에서 LMI Technologies는 움직이는 부품에 대한 레이저 삼각 측량, 또는 고정 부품에 대한 스테레오 프린지 프로젝션을 바탕으로 하는 3D 스마트 센서를 제공한다. 레이저 프로파일러는 어류 및 육류 가공에서의 최적의 부피 추출을 위한 제재의 로그 스캐닝에서부터 핸드폰 어셈블리에서의 고정 장치 위치 검사에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 사용된다.
이 모든 경우 스캔 대상이 스캔 평면을 통해 이동하고 3D 표면이 검사를 위해 즉석에서 구축된다. 프린지 투영은 자동차 body-in-white 애플리케이션에서 슬롯, 홀, 개구, 그리고 스터드와 같은 형상을 측정하기 위해 로봇 계측에 이상적이다. 검사하는 동안 3D 포인트 클라우드 스냅하는 데 걸리는 시간에 로봇은 정지 상태를 유지한다.
레이저 삼각 측량과 스테레오 프린지 프로젝션은 높은 정확도와 속도를 제공하며, 통합형 밴드 패스 필터를 통해 인라인 자동화, 검사, 그리고 최적화 프로세스를 위한 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하기 위해 높은 수준의 주변 광을 허용할 수 있다.
한편, 산업용 로봇 제조업체인 FANUC America Corporation은 3D 비전의 가장 보편적인 용도 중 하나인 비전 가이드 로봇에 대해 구조화된 빛을 사용하는 세 가지 기술을 제공한다. 이 회사의 3DL 제품은 2D 이미지에서 두 개의 레이저 라인을 사용하여 하나의 3D Pose 결과를 생성한다. 3DA는 2개의 디지털 2D 카메라와 DLP 광 프로젝터를 사용하여 다중 이미지 스테레오를 사용한다. 3DV는 동일한 접근법을 사용하지만 단 하나의 이미지만으로 더 빠르게 만든다.
FANUC의 제조 담당자에 따르면, 다중 이미지 접근법은 단일 이미지보다 더 정확한 데이터를 제공할 수 있지만 실제로 사용되는 애플리케이션에 따라 달라진다. 3D 데이터를 추가함으로써 부품 세분화가 쉬워졌으며 정밀한 3D 위치를 추출할 수 있게 됐다.
bin picking은 3D 이미징 분야에서 가장 큰 애플리케이션 중 하나다. 빈의 각 부품에 대한 정확한 3D 위치 정보가 필요하며 2D로 이를 수행하는 좋은 방법은 없다. 또한, 컨베이어상의 부품 추적은 3D를 사용할 때 부품과 벨트 사이의 2D 콘트라스트가 문제가 되지 않기 때문에 3D를 사용할 수 있는 많은 장점이 있다.
Eureys는 자체 3D 이미징 시스템을 구축하려는 고객을 위해 3D 프로파일링을 위한 온보드 처리 기능이 있는 특수 CoaxPress 호환 Coaxlink Quad 3D-LLE 레이저 라인 추출 프레임 그래버를 제공한다. 이것은 데이터의 정확한 교정을 위해 Easy3D 라이브러리와 결합될 수 있다.
앞으로의 목표는 시스템 통합 업체와 기계 제조업체에게 더 큰 유연성을 제공하는 것이다. 적절한 해상도 조합을 제공하지 않을 수 있는, 사전에 구성된 3D 스캐닝 솔루션 중에서 선택하지 않고, 구성 요소에서 자신의 3D 이미저를 구축하기 위해 시야와 이미징 해상도 요구 사항에 적합한 2D 카메라와 레이저 라인 생성기를 선택할 수 있다.
장애물 극복
다른 머신비전 기술과 마찬가지로, 3D 이미징에서도 문제점이 제시된다. 부분 반사율은 구조가 밝은 스테레오 3D 이미징을 고려한 것이다. 부품이 반사도가 높으면 깊이 이미지 또는 포인트 클라우드 알고리즘에 이 스테레오 계산을 수행하는 데 문제가 있다. 어두운 부분이나 검은 부분으로 발생할 수 있는 반사가 충분하지 않은 경우에도 동일한 문제가 적용된다. Fanuc의 3DV 기술은 다양한 노출과 광도에서 여러 스냅을 수행한 다음 해당 이미지를 병합하여 이러한 문제를 극복한다.
위치 정확도가 또 다른 문제점이 될 수 있다. 센서를 매우 정확하게 설치하거나 고정해야 한다. 이는 어렵게 느껴질 수도 있다. 새로운 머신비전 기술과 마찬가지로 최종 사용자를 교육하는 것은 어려움이 될 수 있다. 많은 고객이 기술에 익숙하지 않고 3D에 대한 정확하지 않은 생각을 가지고 있다. 예를 들어, 3D를 설치하거나 유지하기가 훨씬 어렵거나 2D보다 비용이 많이 든다는 오해를 한다.
LMI는 사용자가 PC 또는 모바일 장치에서 실행되는 웹 브라우저를 사용하여 회사의 스마트 센서에 연결할 수 있는 FactorySmart 접근법으로 오해를 극복했다. 이 소프트웨어를 사용하면 3D로 부품을 시각화하고 측정 도구를 끌어다 놓을 수 있으며 합격/불합격 의사 결정을 위해 결과에 관해 소통할 수 있다.
3D 이미징과 같은 첨단 머신비전 기술의 경우 최종 사용자는 사용하기 쉽고 비용 효율성 측면에서 항상 동일한 이점을 기대한다. 비전 제품 제조업체는 수많은 검사 작업에서 정확성과 신뢰성을 향상시키는 목표 솔루션을 개발함으로써 이러한 요구 사항을 해결한다.
자료 제공: LMI Technologies(www.lmi3D.com)
