Blackfly 카메라로 품질관리 검사

Pneumatic Ejection 시스템 Jar용기 불량 검출
과거에는 용기의 유통기한 검사를 수작업을 통해 진행했다. 이와 같은 작업은 시간이 많이 걸리고, 사람이 진행하는 방법이라 실수의 발생 가능성이 높았다. 수작업 검사를 줄이고 작업 효율성을 높이기 위해, AAK(AarhusKarlshamn)는 자사의 식품생산 및 물류 공정과정에 Jar용기의 유효기간 검사를 수행하는 Adbro의 자동화된 비전 시스템을 도입하였다.
자료제공 | 싸이로드(www.cylod.com)

식품류 생산 공정과정 중에 Jar용기에 든 제품들의 유통기한 표기여부를 제품 출하 전에 미리 확인한다. 대부분의 유통 기한은 용기의 상단부 뚜껑에 표시 되어 있으며, 스티커 혹은 탭 등으로 붙인 안전 Seal 장치의 여부도 이러한 작업 시에 같이 확인된다.

과거에는 용기의 유통기한 검사를 수작업을 통해 진행해 왔으며, 이와 같은 작업은 시간이 많이 걸리고, 사람이 진행하는 방법이라 실수의 발생 가능성이 높았다. 수작업 검사를 줄이고 작업 효율성을 높이기 위해, AAK는 자사의 식품생산 및 물류 공정과정에서 필요한 식료품 Jar용기의 유효기간 검사를 위해 Adbro의 자동화된 비전 시스템을 도입하였다.

해당 시스템의 소프트웨어는 커스터마이징이 가능하므로 다양한 모양과 크기의 Jar용기(예를 들어 마요네즈, 겨자 소스, 혹은 샐러드 드레싱)의 Jar Inspection 또한 가능하다.

처리과정
Jar용기는 0.5m/s로 이동하는 컨베이어 벨트에 의해 운반되어 머신비전 기반의 품질관리 검사 시스템 장비로 이동된다. IFM Electronic의 07P200 07P-DPKG Opto-Reflective 센서와 SICK의 DFS60 엔코더가 설치된 장비는 컨베이어 벨트에 놓여진 Jar용기가 정확한 검사 위치에 도달할 때까지 Jar용기의 위치를 트레킹한다. 정확한 검사 위치에 Jar용기가 오면 5개의 카메라가 360도 반경으로 Jar용기 뚜껑부분을 캡처한다.

Point Grey의 BFLY-PGE-13E4C Blackfly 컬러 카메라들은 Jar용기로부터 300mm 떨어진 위치에서 Jar용기의 상단 바깥부분을 촬영하며, 각각의 카메라들은 6mm Focal Length의 CS Mount 렌즈와 함께 작동된다. 5번째 카메라는 다양한 Jar용기의 높이에 따라 PC 컨트롤에 의해 수직으로 움직이면서 Jar용기 최상단 뚜껑부분의 이미지를 획득한다.

시스템이 작동하고 카메라에 의해 획득된 이미지 데이터는 GigE 인터페이스와  Moxa의 5 Port GigE 스위치를 통해 Intel Multicore i7 PC로 전달되고 5개의 이미지는 비전 인스펙션 프로그램으로 이미지 프로세싱된다.

Software Solution
Adbro Control 비전 인스펙션 프로그램 소프트웨어는 C# 프로그램(Object-Oriented) 언어로 개발되었으며, 움직이는 컨베이어 벨트에서 Jar용기의 정확한 검사위치를 계산하여 정확하게 측정한다. 만약 카메라가 유통기한이 없는 Jar용기를 발견하면 Pneumatic Ejection 시스템을 가동하여 해당 용기를 물류 라인에서 제거한다.

유통기한, 라벨 그리고 안전 Seal 장치의 여부를 확인하기 위해 이미지 프로세싱 시스템은 각각의 검사 과정을 수행하는 C# 클래스가 포함되어 있다. 이러한 클래스들은 HALCON 통합 개발환경(IDE)에 의해 이미지 프로세싱의 특정 항목을 클래스별로 수행할 수 있다.

C# 프로그램 언어는 클래스별로 통합된 이미지 프로세싱 루틴을 작동시키며, 사용자가 HMI 인터페이스를 통해 해당 클래스를 사용할 수 있다. 또한 그래픽 사용자 인터페이스를 사용해서 변경이 가능하다. 완벽한 이미지 프로세싱 시스템 구축을 위해 시스템은 Jar용기 상의 라벨위치 등 특정한 부분을 인식하는 캘리브레이션을 거치게 되며, 이를 위해 이미지 스테이션 안에 Jar용기를 임시로 놓고 촬영한다. 이와 같은 트레이닝 과정을 통해 전반적인 물체의 모형 이미지가 생성되고, 해당 이미지에서 제품에 부착된 라벨 위치를 데이터화하여 데이터베이스에 저장된다.

같은 모양의 제품은 MVTec 이미지 프로세싱 라이브러리의 매칭 알고리즘에 의해 자동으로 분별된다. 이는 이미지 상 Jar용기의 특정한 위치를 감지할 수 있으며, 인식된 특정위치의 데이터로부터 이미지 영역의 위치(라벨 위치)를 추출해낸다.

이러한 과정에서 시스템은 라벨의 색상을 HALCON 이미지 프로세싱 라이브러리의 Color Thresholding 알고리즘을 통해 인식할 수 있으며, 특히 안전 Seal 같은 경우 대부분 다른 색깔의 탭을 사용하므로 검사 시에 부착 여부를 손쉽게 판별할 수 있다. 유통기한 코드 인식 또한 비슷한 원리로써 Jar용기 뚜껑 부분의 특정한 위치를 추출하여 Color Thresholding 알고리즘을 사용해 다른 색깔의 영역을 감지해 내고 유통기한 표기 여부를 판별한다.

Pneumatic Ejection
상기 명시한 3종의 검사 시스템(유통 기한, 라벨, 안전 Seal 장치의 유무)을 거쳐 품질관리 기준에 미달된 제품은 자동화 시스템에 의해 제거된다.

Pneumatic Ejection 시스템은 IFM의 Opto-Reflective 센서를 작동시켜서 불량제품이 컨베이어벨트 밖으로 제거되었는지를 확인한다. 만약 제거되지 않았다면 경고 장치가 작동되어 수작업으로 생산공정 라인에서 제거하도록 알려준다. 해당 시스템은 여러 다양한 타입의 제품모형을 이미지화하여 Jar Inspection을 진행하므로 사용자가 HMI Touch Screen 인터페이스를 통해 시스템을 재구성할 수 있다. Jar용기에 어떤 결함이 있는지를 클래스별로 기록하므로 사용자는 어떤 결함이 주로 발생하는지에 대해서도 확인 가능하다.

또한 검사 파라미터 값, 라벨 색깔 등 제품별 특징을 수치화하여 Excel 파일로 제공한다. 현재로는 개발을 고려하지 않지만 해당 비전 시스템에 새로운 검사 OCR Measurement 클래스를 첨가하여 유통기한 날짜 인식 등의 기능으로 발전 또한 가능할 것이다. Adbro의 비전 검사 시스템은 영국 Runcorn의 AarhusKarlshamn 식품 생산공정에 설치되었으며, 1분당 150개의 Jar용기를 성공적으로 검사하고 있다.