적외선 열화상 카메라의 원리와 산업현장에서의 적용사례 (3)

적외선 열화상 카메라는 각종 산업현장에서 아주 유용하게 활용되고 있다. 식품산업에서부터 자동차 분야에 이르기까지 그 활용도가 너무 높아 일일이 열거하기 힘들 정도이다. 이 카메라에 대한 이해를 돕기 위해 본지에서는 3회 시리즈를 통해 열화상 카메라의 이해와 머신비전을 위한 열화상 카메라의 적용사례를 수록한다. 

|연재 순서|

(1) 열화상 카메라의 이해 (1)
(2) 열화상 카메라의 이해 (2)
(3) 머신비전을 위한 열화상 카메라와 적용사례

자동화 및 안전을 위한 열화상 카메라

고품질과 낮은 원가, 높은 생산성을 유지하는 것이 생산라인의 엔지니어와 기술자들의 임무이다. 자동화용 적외선 열화상 카메라는 머신비전, 프로세스제어 및 품질보증 이미징 등의 용도에 가장 효과적인 툴로서 생산품의 품질과 생산성을 높여 타사보다 경쟁력과 수익성을 향상시킨다. 생산 공정에서는 언제라도 문제가 발생될 수 있다. 그러나 육안으로 열 관련 문제점을 발견하거나 또는 위험한 온도 변화를 감지하는 것은 힘들다.

자동차 또는 전지/전자 장치 제조공정 등 대부분의 경우 열 관련 데이터는 매우 중요한 정보이다. 머신비전도 제조 공정상의 문제를 발견할 수는 있지만 열과 관련된 문제는 감지하지 못한다. 자동화용 적외선 열화상 카메라는 생산라인 엔지니어와 관리자에게 머신비전보다 훨씬 더 많은 정보를 제공한다. 실제로 비접촉 정밀 온도 측정 방법으로 적외선과 견줄 수 있는 것은 없다. 자동화용 적외선 열화상 카메라는 머신비전의 수준을 한 차원 높였으며 비접촉식 정밀 온도 측정 및 비파괴 시험과 관련된 용도에 완벽한 솔루션을 제공한다.

자동화용 적외선 열화상 카메라

고정 설치식(자동화용) 열화상 카메라는 위치에 구애 받지 않고 어디에든 설치하여 온도 차이를 감지하고 측정하여 열 패턴을 가시화함으로써 생산공정을 모니터링한다. 최근 잘 알려진 FLIR 시스템의 A-시리즈 소형이면서 저렴한 가격의 자동화용 열화상 카메라이다. PC를 통해 완전히 제어되며, 각종 표준과 호환돼 NI·코그넥스·매트록스·MV텍 및 Stemmer Imaging 등 여러 업체의 머신 비전 소프트웨어와 연결되는 게 특징이다.

>>>> 업계 적용사례

자동차 산업에서의 자동 품질관리 노하우

사례1. 포드자동차 그룹은 연간 판매 대수 기준으로 미국 2위, 세계 4위의 자동차 제조업체이다. 포드 젱크에서는 3대의 고정형 열화상 카메라를 설치하여 앞유리와 뒷유리 히팅시스템, 에어컨의 차가운 공기 배출구 등을 시험한다. 카메라 중 한 대는 전면에 설치되어 앞유리를 측정하고 한 대는 후면에 설치되여 뒷유리를 측정한다. 그리고 다른 한대는 오른쪽 도어의 창을 관측할 수 있는 위치에 설치되어 앞 뒤 유리창과 에어컨 배출구 온도를 측정한다. 열화상 카메라로 측정한 데이터는 PLC로 전송되며 여기서 미리 규정된 파라미터와 비교한다. 측정값이 파라미터의 규정 범위 이내이면 그 자동차의 앞 또는 뒷유리 히팅장치는 합격 판정을 받게 된다. 시험 설비의 화면에 합격 또는 불합격은 녹색 또는 적색으로 표시된다. 만일 적색 불합격 표시등이 켜지면 그 차는 수리하는 곳으로 반송된다. 그리고 녹색이 표시되면 다음 시험장소로 이동하게 된다.

사례2. 피아트 자동차는 접착공정의 품질을 보증하기 위하여 고성능 자동화 열화상 카메라를 기반으로 하는 자동 피드백 시스템을 구축했다. 자동차는 연비를 향상시키기 위해 무게가 가벼워야 하지만 동시에 충분한 강성을 유지해야 한다. 이 두 개의 목표를 함께 달성하기 위하여 최신 자동차의 차체 패널은 구조를 이루는 접착층 위에 금속층을 입혀 조합한 형태로 제작된다. 이 층들은 전자기 유도가열 방법으로 접착된다. 그러나 이 방법은 고도의 기술을 요하는 것이므로 먼저 제대로 접착되려면 온도가 정확해야 한다.

피아트 자동차는 생산공정에 지장을 주지 않고 완전한 접착력을 확보할 수 있는 방법을 모색했다. 640 × 480의 고화질과 0.05℃의 미세한 온도차이 검출 그리고 GigE 이더넷을 지원하는 자동화용 열화상 카메라를 통해 유도가열 시스템의 가열 과정을 평가하고 최적화 할 수 있게 해주며 문제 발생 시 자동 경보를 발생하여 즉시 시정 조치를 취하게 한다.

식품산업에서의 열화상 카메라 활용

식품산업에서는 생산·운송·보관·판매 등 전체 과정에서 썩기 쉬운 상품의 온도를 세심하게 통제해야 한다. 부패한 식품이나 잘못 조리된 식품으로 인한 질병에 대해 경고가 끊임 없는 것만 보더라도 엄격한 프로세스 통제의 필요성을 알 수 있다. 여기에는 거의 항상 사람이 관여하기 때문에 식품 가공자에게는 인간의 실수를 최소화하면서 비용을 낮추는 중요 동작의 자동화 도구가 필요하다. 열화상 카메라와 관련 소프트웨어는 식품에 대해 100% 검사를 수행할 스마트 비접촉 센서 역할을 하며, 조리 공정을 마친 장비·냉장제품·조리식품 등의 온도를 검사한다. 열화상 카메라는 사용하기 간편하고 작아서 거의 모든 곳에 설치되므로 식품 가공 공정의 효율을 개선하는데 도움이 된다.

열화상 카메라를 사용할 수 있는 예는 다음과 같다.

오븐으로 구운 식품, 마이크로파로 조리한 식품, 찐쌀과 그밖의 곡물의 마니크로파 건조, 오븐의 적정온도 검사, 냉동식품 포장칸의 적절한 충전, 셀로판 밀봉의 무결성 확인, 컽포장 상자의 날재 접착부위 검사, 냉장고 칸과 냉동고 칸의 감시, 기타 PCB 검사 및 화재 예방 등 풍력발전기에서 생산되는 전력은 재생되는 에너지의 대표적인 예이다. 따라서 유럽은 물론 전세계에서 많은 풍력발전단지가 건설되고 있다. 그러나 풍력발전기는 지속적인 감시와 유지정비가 필요한 시설이다. FLIR 열화상 카메라는 풍력발전기의 예방정비 프로그램 수립에 중요한 역할을 한다.

화석연료의 고갈과 가격 인상에 따라 다른 종류의 연료를 사용하려는 움직임이 활발하다. 프랑스의 운수회사인 Lille Metropole Communaute Urbaine과 Transpole은 이와 같은 변화에 앞장서서 천연가스를 자동차 연료로 사용하기 시작했다. 이를 위하여 천연가스를 프랑스-벨기에 국경 부근에 있는 Transpole 사의 버스 기지에 저장하게 되었다. 그러나 천연가스의 저장은 위험하다. 만일 화재가 발생하면 비록 확률은 매우 낮지만 큰 피해를 초래하는 가스 폭발을 일으킬 염려가 있기 때문이다.

이 문제에 대하여 자동화용 열화상 카메라를 사용하는 조기경보 시스템이 해결책을 제시한다. 이 시스템은 실제로 화재가 발생하기도 전인 극히 초기 단계에서 화염을 감지하므로 회사의 종업원들은 물론 인근지역의 주민들을 안전하게 보호해주고 있다.

글 |FLIR 한국총판 MDS테크놀로지 이동구 과장(dongkue@mdstec.com)