자동차 생산 현장에서의 머신비전 카메라
독립형 검사 시스템에 적용 … 헤드램프 검사·조정 지원
머신비전이 활약하는 곳 중 하나가 바로 자동차 생산 현장이다. 하지만 종사자가 아닌 이상 대부분의 사람들은 ‘카메라로 촬영하고 소프트웨어가 분석해서 컨베이어벨트나 로봇을 움직이고…’ 하는 식으로 두루뭉수리한 개념만을 이해하고 있다. 이에 Basler에서 제공하는 머신비전 활용사례를 통해 자동차 생산 분야에서 머신비전이 어떻게 활약하고 있는지 분석해본다.
자료제공 | Basler (www.baslerweb.com)
문서에서 다루게 되는 목적은 자동차용 헤드램프의 윗변에 특정 색상의 광원을 만들기 위해 자동으로 움직이는 독립형(stand-alone) 생산 및 검사용 시스템을 구축하는 것이다. 구체적으로, 이 시스템은 모든 기계 및 전자적 장치들을 완전히 자동화하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 수행하기 위해 머신비전 시스템은 이미지를 분석해 수학적으로 값을 구한 뒤 그것을 스크린에 비춘다. 이 값을 바탕으로 머신비전 시스템은 스테퍼 모터를 조절한다. 여기서 스테퍼 모터는 헤드램프의 조리개를 열고 닫는 역할을 한다.
해결방법 및 이점
이 장치는 프로젝션 화면에 비친 이미지를 분석하는 데 쓰인다. 프로젝션 화면에는 자동차 헤드램프를 조절하기 위해 분석한 결과들이 출력된다. 이 분석을 바탕으로 다양한 종류의 헤드램프를 실험 및 조정할 수 있다.
여기에 쓰이는 장치는 알루미늄 및 캐스트알루미늄으로 만들어져있으며, 각기 다른 유형의 헤드램프를 실험할 수 있음은 물론 향후 램프의 유형이 달라져도 실험할 수 있도록 만들어졌다.
이 장치는 여러 머신비전 업체들의 합작품이다. 내쇼날인스트루먼트가 개발한 LabVIEW를 기반으로 한 소프트웨어가 Basler의 Scout 카메라는 물론이고 시스템의 전기·전자적 요소들을 모두 컨트롤할 수 있다. PC가 조작원콘솔(오퍼레이터와 데이터 처리 시스템 사이의 통신에 사용되며 프로그램이나 주변장치 동작을 제어하거나 정보를 얻는 데 사용하는 장치. 편집자 주) 역할을 한다.
한편, 합리적인 크기를 유지하기 위해 이 장치는 대형 무색수차대물렌즈와 대각선 형태의 거울을 사용해 광원과 헤드램프 사이의 초점거리를 180cm 가량으로 줄였다.
이 장치의 작동과정은 다음과 같다. 헤드램프는 회전 테이블에 있는 대체 장비(총 여섯 개)에 수동으로 설치된다. 이 기구는 단 몇 분 안에 장비를 변경할 수 있다. 회전 테이블의 첫 번째 위치에서 램프가 켜져 광원이 안정적으로 기록될 때까지 유지된다(이때 광원을 기록하기 시작하면 빛의 색이 바뀐다). 위치 조정 단계에서 스테퍼 모터로 구동되는 두 개의 드라이버는 조절나사와 접촉할 때까지 헤드램프 쪽으로 움직인다. 비전시스템이 제공하는 정보를 바탕으로 드라이버는 색상을 조절하기 위해 나사를 교체한다. 이후 정확한 색상이 표시될 때 나사를 푼다. 드라이버가 나사를 성공적으로 조절했을 경우 회전 테이블의 마지막 위치에서 헤드램프가 표시된다. 헤드램프 하나를 조절하는 데는 평균적으로 40초가량 걸린다.
헤드램프 조리개를 통한 색상 평가는 화면에 표시된 가장자리 부분 분석을 기반으로 하고 있다. 실제 색상과 장치 제작에 필요한 색상간의 차이는 색상원의 둘레에 있는 두 색 사이의 기울기를 통해 제공된다. 가장자리 밝기의 선명함은 직사각형의 국경을 가로지르는 수직선의 평균 각도에 따라 달라진다.
이 장치는 헤드램프에 있는 조정 나사를 돌림으로써 모서리의 특징을 조절한다. 내부에 있는 스테핑 모터는 드라이버를 돌리거나 풂으로써 실제 조명과 원하는 조명 사이의 색상과 선명도 차이를 줄인다. 조절 알고리즘은 여러 작은 단계를 반복 수행한다. 이 때 원스텝 조정 기능을 사용하지 않는 이유는 색상의 차이와 조여진 각도(tightening angle) 사이에 선형관계가 없기 때문이다.
가장자리 검사가 끝나면 장치는 밝고 어두운 지역의 밝기 검사를 실행한다. NI Vision Acquisition 소프트웨어를 이용한 응용프로그램은 카메라의 노출매개변수를 변경하며, 이 소프트웨어 드라이버는 Basler 카메라와 완벽히 호환된다.
바슬러 카메라와 내쇼날인스트루먼트의 소프트웨어 및 하드웨어 툴의 유연성을 완벽하게 통합한 결과, 복잡한 기계도 쉽게 설계하고 유지 및 관리할 수 있다.
장치에 사용된 제품
·Basler의 scA640-70fc 카메라
·내쇼날인스트루먼트의 LabView와 개발 모듈 그리고 NI Vision
·수집 소프트웨어(IEEE 1394·GigE 그리고 아날로그 카메라 드라이버)
·마이크로소프트 윈도 2000을 탑재한 산업용 PC
Basler는?
Basler는 산업용 애플레키에션·의료장비·교통시스템·비디오감시 분야에 쓰이는 산업용 디지털카메라를 생산한다. 1988년에 설립된 이 회사는 머신비전 기술에 25년 경험을 축적함은 물론 자사 기술을 집적한 디지털카메라를 15년째 생산하고 있다.
