라인 기반 스테레오 비전 시스템으로볼 베어링과 롤러 베어링 검사
볼 베어링과 롤러 베어링의 수명과 안전한 작동을 위해서는 베어링이 완전히 장착되고 오류 없이 완벽하게 작동하는 것이 중요하다. 생산 결함을 안전 하고 안정적으로 감지하기 위해 생산 직후 100% 자동 검사가 가능한 최첨단 솔루션이 필요하다. 이 검사는 손상을 방지하기 위해 수동 개입 없이 비접촉 식으로 자동으로 이루어진다.
미국의 화상 처리 시스템 통합업체인 Active Inspection은 높은 유연성과 빠른 속도가 강점인 Chromasens의 3DPIXA 3D 스테레오 라인 스캔 카메라를 기반으로 이러한 베어링용 검사 시스템을 개발했다. 이 시스템은 간단한 티치인을 통해 거의 모든 유형의 볼 베어링과 롤러 베어링에 사용할 수 있으며 최대 3μm 크기의 아주 작은 결함까지 감지할 수 있다.
Active Inspection의 전무이사 Arun Dalmia는 “오류 카탈로그와 검사할 롤러, 볼, 슬리브 베어링의 다양한 유형을 분석한 결과 맞춤형 검사 시스템만이 모든 요구 사항을 충족할 수 있다는 것을 곧 알게 됐다. 이 시스템 컨셉을 위해서는 부품의 빠른 속도와 아주 작은 결함의 검출을 결합해야 했다. 그리고 함몰 및 평탄도 검사를 수행하기 위해서는 안정적이고 정밀한 3D 시스템이 필요했다”고 말했다.
요구 사항
이 검사 시스템은 생산 라인에서 직접 베어링을 검사하도록 설계되어 각 부품을 양쪽에서 검사한다. 분당 최대 80개의 부품을 동일한 속도로 직접 생산 하고 검사한다. 검사 대상 결함에는 볼, 롤러 및 니들 누락, 핀 누락, 불완전한 각인(잉크) 및 다양한 유형의 스크래치뿐만 아니라 함몰, 프레스 결함 및 평탄도 제어 등이 포함된다.
시스템 개념
시스템 컨셉의 중요한 기준은 양쪽 베어링의 인스펙션, 빠른 속도 및 필요한 정확도였다. 특히 프레스 결함을 확실하게 감지하는 것이 가장 큰 과제였다. 이러한 결함은 개별 베어링 부품을 눌렀을 때 발생할 수 있다. Arun Dalmia는 이에 대해 “시스템 컨셉의 중요한 기준은 양쪽 베어링의 검사, 빠른 속도 및 필요한 정확 도였다. 특히 프레스 결함을 확실하게 감지하는 것이 가장 큰 과제였다. 이러한 결함은 개별 베어링 부품이 함께 압착될 때 발생할 수 있다. 이러한 오류는 폭과 높이가 매우 작고 깊이가 100μm에 불과하며 매우 평평하기 때문에 이를 감지하려면 정밀한 3D 데이터가 필요하다. 베어링의 금속 표면과 부분적으로 연마된 표면도 베어링의 무광택 부분과 마찬가지로 결함이 있는지 검사해야 한다”고 말했다.
광범위한 사전 조사 끝에 이 검사 작업에 필요한 모든 기준을 충족하는 Chromasens의 3DPixa가 3D 카메라 시스템으로 선정되었다.
▪분당 최대 29kHz/초의 빠른 속도로 80개의 부품을 재생
▪가로 15μm, 세로 5μm의 고해상도
▪컬러 이미지와 3D 데이터를 동시에 수집
하지만 3DPixa는 또 다른 중요한 이점도 제공한다. 이에 대해 Arun Dalmia는 “광택이 있는 표면의 3D 레코딩은 확산 조명을 사용해야만 가능하다. 작은 결함을 감지하려면 15μm의 높은 측면 해상도가 필요하다. 10μm의 높은 높이 해상도는 평탄도를 안정적으로 제어하는 데 필요하다”고 말했다.
▲ 스테레오스코픽(stereoscopic) 이미지에서 계산된 3D 데이터는 3차 원의 모든 객체 포인트에 대한 좌표, 즉 x, y 및 z 축의 좌표를 제공한다.
스테레오 라인 스캔 카메라
여기에는 15마이크로미터의 측면 레졸루션(resolution)과 105mm의 감지 범위를 가진 3DPixa Dual 15μm가 사용된다. 두 개의 렌즈를 서로 수평으로 배치하고 오프셋 영역 스캔 카메라를 사용하는 일반적인 스테레오 비전 시스템과 달리 3DPixa는 스테레오 및 라인 스캔 카메라 기술과 2D 컬러 및 3D 측정을 결합한 두 개의 7,300 x 3(RGB) 라인 스캐너로 3D 표면을 이미징하는 새로운 방법을 사용한다. 라인 스캔 카메라 기술과 2D 컬러 및 3D 측정을 지원한다. 스테레오 시스템은 3D 데이터를 기록 하기 위해 하우징에 단단히 연결된 두 대의 라인 스캔 카메라를 사용한다.
동일한 물체 지점에서 나오는 빛은 라인 스캐너의 오른쪽과 왼쪽 카메라로 동시에 캡처된다. 물체가 움직이면 이미지의 한 지점 집합을 두 번째 이미지의 동일한 지점 집합과 비교하여 3D 정보를 계산하는 스테 레오 이미지를 생성한다. 두 이미지를 비교하여 상대 적인 깊이 정보를 계산하고 스테레오 카메라 시스템에더 가까운 물체가 더 먼 물체보다 더 큰 차이를 갖는 이른바 디스패리티 맵(disparity map)으로 생성할 수있다. 스테레오 이미지의 3D 데이터를 고속으로 계산 하기 위해 고급 그래픽 카드가 사용된다.
시스템 구조
검사 시스템은 양쪽에서 볼 베어링의 이미지를 획득할 수 있는 특수 컨베이어 벨트로 구성된다. 첫 번째 카메라 스테이션으로 베어링의 윗면을 이미지로 촬영한 후, 베어링은 특수 메커니즘으로 검사되고 평행한 아래쪽 벨트 위에 180도 회전된 상태로 놓이게 된다. 이 두 번째 밴드를 통해 베어링은 두번째 카메라 스테이션이 되고 베어링의 아래쪽을 픽업하여 검사한다.
대화형 레시피 편집기
각 유형의 볼 베어링에 대한 테스트 레시피가 저장되어 있다. 100가지 이상의 다양한 유형의 베어링을 테스트하고 있으며 부품 카탈로그는 지속적으로 증가하고 있다. 기존 방법으로 레시피를 생성하려면 시스템 운영자에게 너무 많은 시간이 소요되었을 것이다. 특히 오류 감지를 위한 파라미터를 최적 화하려면 동일한 부품을 여러 번 통과해야 했고, 부품의 오류가 확실하게 감지될 때까지 매번 파라미터를 조정해야 했다. 인라인 검사 시스템에서 이 작업에는 많은 노력이 필요하며 라인 가동 중단을 초래할 수도 있다.
따라서 Active Inspection은 고객사의 레시피 생성을 획기적으로 간소화 하는 대화형 레시피 에디터를 개발했다. 이 레시피 편집기를 사용하면 몇 가지 좋은 부분과 나쁜 부분만을 기반으로 레시피를 만들고 최적화할 수 있다. 고객은 이러한 샘플 부품의 저장된 이미지를 기반으로 새 레시피의 매개변 수를 입력한다. 레시피 편집기는 저장된 이미지를 기반으로 새로운 결과를 즉시 계산하고 이를 동적으로 표시한다. 따라서 작업자는 시스템을 통해 부품을 다시 운반할 필요 없이 새 부품의 파라미터를 최적의 값으로 매우 빠르게 설정할 수 있다.
▲ 레시피 편집기를 사용하면 좋은 부분과 나쁜 부분만을 기준으로 레시피를 만들고 최적화할 수 있다.
SPS와의 커뮤니케이션
검사 시스템은 지멘스 데이터 및 정보를 통해 고객의 생산 공장 제어(SPS) 와 교환된다. PLC는 검사 시스템에서 다음에 검사할 부품을 검사 시스템에 알려준다. 그러면 이 부품에 해당하는 레시피가 로드되고 활성화된다. 생산은 일반적으로 동일한 유형의 배치로 이루어진다. 즉, 동일한 유형의 베어링이 한 배치에서 생산된다. 또한 PLC는 부품이 카메라 아래로 들어와 이미지 획득을 시작해야 할 때 검사 시스템을 구성한다. 부품 검사가 완료되면 검사 시스템은 결과(양호 또는 불량)를 PLC로 전송하고, PLC는 적절한 절차를 시작하여 배출하거나 양호한 경우 다음 처리 단계로 이송한다.
요약
3D 베어링 검사는 수백 가지 유형의 볼 베어링과 롤러 베어링을 자동으로 검사하고 최대 3μm 크기의 아주 작은 결함까지 감지할 수 있도록 설계되었다. 이 시스템은 분당 최대 80개의 부품을 검사한다. 이를 위해 하이엔드 그래픽 카드를 사용하여 스테레오 이미지의 3D 데이터를 고속으로 계산한다. 검사 시스템에는 이미지및 결과 데이터베이스가 있어 모든 결과를 저장하고 다시 표시하며 PLC와 통신하여 검사 결과를 제어 시스템으로 전달한다.
자료제공: Chromasens 제품관리자 Klaus Riemer 박사
Active Inspection의 전무이사 Arun Dalmia
