360° 광학기술 사용지침
1대 카메라로 사물 전체 이미지를 얻을 수 있는 기술
어떤 사물의 모든 표면을 검사하기 위해서는 보통 3~4대의 카메라를 사용하지만 단 1대의 카메라로 검사가 가능하게 만드는 기술이 있다.
바로 Polyview 광학기술이다. 이 광학 시스템은 4면, 6면, 8면 그 이상 사물의 측면 이미지를 편리한 위치와 각도에서 볼 수 있게 해주고, 외측 표면과 구멍의 내측 표면 검사를 가능하게 해 준다. 따라서 모든 측면 이미지들은 1대의 카메라 샷에 담김으로 필요한 모든 정보는 Pericentric 렌즈와 같이 한 장의 이미지에 담을 수 있다.
이 글은 옵토엔지니어링 국내 Official 파트너인 Far Island Corporation, Ltd.가 제공한 기술자료로 1대의 카메라로 사물 전체 이미지를 얻을 수 있는 기술에 대해 소개한다.
기존 카메라들의 문제점
완전한 사물의 표면을 보기 위해서는 많은 머신 비전 애플리케이션이 필요하다. 이는 검사가 필요한 사물의 복잡한 구조들이 사물의 윗면보다 사물의 측면에 위치해 있기 때문이다.
대부분의 원통형 사물, 즉 병이나 다양한 용기, 바코드 인식, 기계 부품이나 제품 표면의 상처와 결함 및 불순물, 그리고 상품 표면의 글귀들이 정확히 프린트 됐는지에 대한 검사를 필요로 한다.
위와 같은 경우, 보편적으로 더 많은 카메라(보편적으로 3개에서 4개의 카메라)를 사용하여 사물의 윗면 이미지에 여러 측면 이미지를 추가하여 검사한다. 이 방법은 시스템 전산 소프트웨어가 여러 카메라로부터 가져오는 이미지를 일시에 처리해야 하기 때문에 시스템 운영에 제한을 가져오며 설치 비용증가를 초래한다.
이와 다른 많은 경우, 머신 비전 시스템 엔지니어들이 선호하는 방법으로써 카메라를 일렬로 세워 사물의 표면을 라인별로 스캔하는 방법이 있다. 이 방법은 많은 기술적 문제와 재정적 이슈를 초래하며, 이는 이 시스템을 사용하기 위해선 사물을 회전시키는 고가의 장비가 필요로 하며 그 회전 속도 조절도 문제가 된다.
또한, 라인스캔 카메라들은 선형 검지기의 폭을 광학 시스템을 통해 확대시킬 시 매우 강력한 조명원을 필요로 하므로 피사계 심도가 감소한다.
이러한 이유들로 여러 설계자들은 사물의 회전이 필요 없고 1대의 카메라를 이용한 광학적인 해법을 찾는데 고심해 왔다. 이로 인해, 서로 다른 종류의 광학적 셋업으로 Pericentric 렌즈, 홀 광학검사, Catadioptric(다중-거울) 시스템 그리고 다른 종류의 광학 탐침 시스템 등을 통해 이에 대한 해법을 찾았다.
Pericentric 렌즈의 소개
Pericentric 렌즈는 한 이미지에 검사될 사물의 모든 특징을 표시할 수 있어 설계자들에게 가장 선호하는 방식으로 제공 할 수 있다. 또한, 이미지는 소프트웨어로 처리되어 정면 이미지로 표시되어 분석을 용이하게 한다.
사물을 주위에 설치된 다중반사판 장치를 이용한 광학 테크닉을 통한 외측 표면검사는 많은 장점을 얻을 수 있다.
또 다른 방법으로는 Telecentric 렌즈와 사물 주변에 설치된 다중거울장치를 통해 사물의 표면을 보는 방법이 있다.
보통 4개에서 5개의 측면 이미지가 거울을 통해 얻어지고, 만약 거울이 정확히 배치되고 광행로가 일치하게 되면 완벽히 포커스 된 사물 이미지를 갖게 된다. Telecentric 렌즈를 통해 얻은 모든 이미지들은 확대 배율과 촬영 각도가 정확하게 일치하게 되며, 완벽한 매칭 소프트웨어 처리공정을 가능하게 한다. 이와 같은 이유들로 인해 위 구성은 측정 목적으로 매우 적합하다.
거울 조합, Pericentric 렌즈와 Telecentric 렌즈를 통해 제공되는 다양한 장점들은 Polyview 광학에 의해 발현된다. 이 다중 거울 광학시스템은 4면, 6면, 8면 그리고 더 많은 사물의 측면 이미지를 편리한 위치와 각도에서 볼 수 있게 해 주고, 이 기술은 외측 표면과 구멍의 내측 표면 검사를 가능하게 해준다. 모든 측면 이미지들은 1대의 카메라 샷에 담김으로 필요한 모든 정보는 Pericentric 렌즈와 같이 한 장의 이미지에 담을 수 있다.
Polyview 광학기술 또한 매우 좋은 해상도를 보여주고, 낮은 F-값에서도 운용될 수 있기 때문에 매우 빠른 이미지 획득이 가능하다.
내측 표면 검사 광학기술
Polyview 광학기술은 사물의 캐비티(Cavity)의 내 측면을 효율적으로 운용할 수 있도록 해 준다. 그러나 때로는 다른 솔루션들이 더 효율적이고 콤팩트 함을 보여줄 때도 있다. 예를 들어 캐비티의 내측 면을 검사할 때 홀 검사 광학의 이미지는 Pericentric 렌즈가 제공하는 이미지와 흡사하다.
홀 광학검사 시스템은 Pericentric 렌즈와 같이 평면 대신 곡면으로 적용된 이미지를 볼 수 있게 디자인 되었다. 홀 광학검사 시스템은 원통형 구멍들의 표면에 완벽히 포커스 할 수 있게 되고 따라서 구멍과 캐비티 표면을 보기 위해 효율적으로 제어할 수 있다. 원거리 시각에서도 부품 속에 삽입하는 광학 탐침 없이도 사물의 표면 이미지를 자세하게 얻을 수 있다.
홀 광학검사는 대부분의 사용 환경에 적합하나, 원통형 구멍의 수직 촬영이 불가능하게 되며 캐비티를 통과하는 구조나 바깥에서 보이지 않는 구멍 안의 구조는 볼 수 없게 된다.
이러한 경우 광학 탐침을 시스템에 추가하여 사용하게 된다. 보편적인 방법으로 캐비티 안에서부터 카메라 디텍터까지 이미지들을 전달하기 위해 광섬유를 기반으로 Fiberscope, Boroscope나 번들화 된 공명 광섬유와 같은 부품을 사용한다.
그러나 이러한 방법들로는 한 번들 속에 포함할 수 있는 최대 광섬유 수로 얻을 수 있는 해상도는 화소가 적은 카메라의 해상도 보다 훨씬 낮아지는 심각한 한계에 부딪치게 된다.
따라서 반드시 고해상도 이미지가 필요할 경우 카메라와 직접적인 광학적 커플링이 선호되고 있다. 광학 탐침은 특별한 마크로 렌즈로 만들어 졌으며 구면 거울 또는 비구면 거울을 통해 캐비티의 내측 벽을 렌즈에 담을 수 있다.
이 방법은, 만약 검사작업이 탐침을 이용해 구멍의 전체 깊이를 자세히 스캔 할 필요가 없을 경우, 설정한 깊이 폭 내의 작은 결함도 발견 할 수 있다.
캐비티 내의 결함 자체가 매우 작을 경우, 매우 높은 배율이 필요하며 그에 따라 좁은 화각을사용하여 검사되게 된다. 그러므로 1대의 카메라 샷을 통해 전체 표면의 매우 작은 부분만이 검사되고, 따라서 탐침의 움직임이 캐비티의 내측 벽의 깊이와 함께 360°회전이 가능하여야 전체적인 이미지를 얻을 수 있다.
이러한 방식은 탐침의 움직임과 정밀한 위치설정 시스템 외에도 탐침의 서로 다른 높이의 캐비티의 내측 벽을 이미징하여 얻기 때문에 이미지 매칭을 위한 특정한 소프트웨어 알고리즘이 필요하게 된다.
자료제공 | Far Island Corporation, Ltd(www.fi-corp.com)
