패키지 검사에 쓰이는 비전시스템
카메라와 조명 이용 … 리피터로 장거리 검사까지
식품 산업에서 패키지 검사는 매우 중요한 공정이다. 제품을 완성하는 단계인 만큼 검사해야 할 항목들이 많기 때문이다. 내용물이 맞게 담겨있는지, 라벨이 잘못 부착되지는 않았는지, 케이스에 이상은 없는지 등 다양한 항목을 검사해야 하다 보니 속도뿐만 아니라 정확성 또한 중요하다. Point Grey Research가 제공하는 자료를 바탕으로 패키지 검사 분야에서 비전시스템이 어떻게 활용되는지 살펴본다. (편집자 주: 이 자료는 비전시스템이 패키지 검사 분야에 도입되던 초창기에 작성되었다. 하지만 현재 머신비전 검사 분야에 탑재되는 기술과 방식 면에서는 큰 차이가 없기에 기술의 원리를 이해하기에 적합하다.)
자료제공 | Point Grey Research(ww2.ptgrey.com)
식품산업에서 비전시스템은 제품의 품질을 보장하고 포장 상태를 확인하기 위해 쓰인다. 비전시스템은 제품을 분류하고 확인하며 감시하는 ‘두 번째 눈’이 된다. 기업은 전체 공정 중에서도 포장 문제를 강조함으로써 상품이 새거나 막힌다든가 기계가 고장이 나는 등의 결함 문제를 막을 수 있다.
머신비전으로 손쉬운 검사를
MCSVision은 OEM 업체로, 비전시스템과 통합 서비스 및 턴키 솔루션을 공급한다. 이 회사의 공장 조립 라인은 높은 품질은 물론이고 빠른 속도까지 보장하는 비전시스템을 사용하고 있다. 이 비전시스템에는 Point Grey Research의 카메라가 쓰인다. 이 회사는 Point Grey의 카메라를 활용해 고객의 요구에 맞추어 주문생산하는 비전시스템을 만들고 있다. 구체적으로 유리부터 플라스틱까지, 고양이 사료 봉투부터 측량 장치에 이르기까지 거의 모든 종류의 비전시스템을 개발하고 있는 것.
MCSVision의 제품 중 하나인 51R75는 컨베이어 기반의 케이스 팩 검사 시스템이다. 이 시스템은 플라스틱 뚜껑이 달린 말린 과일 용기를 만드는 데 쓰인다. 이 시스템은 용기의 총량은 물론이고 뚜껑이 제대로 달려있는지, 라벨은 정확한 위치에 있는지, 색상은 일치하는지 등의 여부를 정확히 확인하기 위해 RGB 정보를 사용한다. 결함 기록을 열람 및 재사용할 수 있도록 만든 것은 물론, 생산 과정에서 뚜껑이 젖혀지거나 색상이 잘못 출력되는 등 불량품이 발생했을 때는 작업자가 생산라인을 멈춘 뒤 확인할 수도 있다.
머신비전-PLC-PC의 만남
이 시스템의 구성 요소로는 인텔의 듀얼코어 프로세서를 탑재한 임베디드 PC와 Allen Bradley의 PLC가 대표적이다. 이 둘을 통해 카메라와 조명 그리고 다른 하드웨어 구성 요소를 제어할 수 있다. PLC 트랙은 Banner Engineering의 광전식 감지기(photoelectric detector)를 사용해 케이스 유무를 판별한다. 또한 51R75는 컨테이너 상단에 Point Grey Research의 Flea2 FL2-08S2C 1024×768 컬러 카메라를 탑재해 컨베이어벨트 위를 빠르게 지나가는 케이스들을 포착할 수 있다.
MCSVision의 대표인 Jim O’Reilly는 “우리는 오랫동안 비전시스템에 Point Grey의 카메라를 써왔으며 제품의 높은 품질에 만족하고 있다”고 말했다. 그는 “Flea2 카메라는 끊임없이 진동하는 환경의 응용프로그램에서 가장 핵심적인 역할을 함으로써 지속적인 신뢰도를 보여준다”며, “Flea2의 800Mbit/s IEEE 1394b(FireWire)인터페이스는 51R75가 분당 650개 이상의 케이스를 검사할 수 있도록 기틀을 마련했다”고 밝혔다.
제어 하드웨어와 PLC는 여러 해가 지난 뒤에도 신뢰성과 에너지 효율을 유지하기 위해 수냉식 세척형 인클로저를 채용했다. 카메라와 조명을 수용하고 있는 인클로저는 세척하기 쉽게 만들어져있다. 케이스가 검출되면 PLC는 전자 셔터를 열고 이미지를 수집하기 위해 Flea2 카메라에 트리거 신호를 보낸다. 또한 51R75 조명에는 MCSVision에서 제작한 백색 LED 시스템과 지능형 감지 마이크로프로세서를 탑재했다(이 기술은 특허 출원했다).
이미지 수집과 카메라 제어는 Point Grey Research의 FlyCapture 카메라 드라이버 및 소프트웨어가 수행한다. 캡처한 이미지는 25피트 FireWire 케이블을 통해 스트리밍되어 PCI Express 카드를 통해 호스트 PC로 전송된다. 이후에는 MCSVision가 케이스 검사를 위해 만든 독자적 이미지 처리 소프트웨어를 통해 처리된다. MCSVision은 또한 내부 소프트웨어를 개발해 검사 알고리즘 혹은 운영자 GUI를 수정하는 기술을 갖추었다.
리피터로 장거리 검사 실현
MCSVision은 51R75 케이스 팩과 함께 4대의 카메라를 탑재한 51R84 360° 라벨검사 시스템을 ‘Robots, Vision & Motion Control Show’에서 선보인 바 있다.
“우리는 Point Grey Research의 FirePRO LDR(이하 장거리 리피터)를 51R84에 탑재하는 것을 검토했다”며, “호스트 컴퓨터가 여타 시스템과 100m 이상 떨어져야 하는 애플리케이션을 고려했다”고 O’Reilly가 말했다.
FirePRO 장거리 리피터는 GigE 신호를 사용한 세계 최초의 리피터 시스템으로, GigE 물리 계층을 이용해 FireWire 데이터를 전송한다. 이는 IEEE 1394b 800Mb/s 데이터를 100m 길이의 표준 카테고리 5e 케이블을 통해 실시간으로 전송한다. 낮은 지연시간을 가진 GigE 물리층 프로토콜은 IEEE 1394b 네트워크가 타이밍 요구 사항을 준수하도록 보장한다.
O’Relly는 “LDR은 우리에게 FireWire의 장점을 십분 활용할 수 있도록 했다. 즉, 다중 카메라 애플리케이션에서의 신뢰성과 GigE의 케이블 길이 등 여러 장점을 실현한 것”이라며, “이는 기존 카메라나 드라이버 인클로저의 변경 없이 사용거리를 늘리려는 고객들에게 이익이 될 것”이라고 덧붙였다.
