다양한 유형의 비전 시스템 및 플랫폼

머신 비전 시스템에는 대략적으로 1D, 2D, 3D 총 3가지 종류가 있다. 코그넥스가 작성한 이 글을 통해 세 가지 비전 시스템의 특징과 차이점에 대해 알아본다. 또한 비전 시스템에서 사용되는 장치들과 비전 시스템의 애플리케이션에 대해서 간단히 살펴보자.

1D 비전 시스템
1D 비전은 동시에 사진 전체를 분석하는 대신, 가장 최근에 취득한 10개의 라인 그룹과 이전의 그룹간의 변화를 평가하는 것처럼 한 번에 하나의 디지털 신호 라인을 분석한다. 이 기법은 보통 종이나 금속, 플라스틱 또는 다른 부직포 시트나 롤 제품과 같이 연속 공정으로 생산되는 재료의 결함을 검출하고, 분류한다.

2D 비전 시스템
가장 일반적인 검사 카메라는 <그림 2>에서 보는 것처럼, 다양한 해상도로 2D 스냅샷 캡처를 포함해 면 스캔을 수행한다. 또 다른 유형의 2D 머신 비전 라인 스캔은 <그림 3>에서 보는 것처럼, 라인 별로 2D 이미지를 구현한다.

에어리어 스캔 vs. 라인 스캔
특정 애플리케이션에서 라인 스캔 시스템은 에어리어 스캔 시스템에 비해 확실한 장점을 제공한다. 예를 들어, 둥근 원통형 부품을 검사하는 경우, 부품의 전체 표면을 커버하기 위해 여러대의 에어리어 스캔 카메라가 필요할 수 있다. 하지만 하나의 라인 스캔 카메라를 이용해 앞에서 부품을 회전시켜 이미지를 펼치는 방식으로 전체 표면을 캡처하는 방법도 있다. 예를 들어, 라인 스캔 시스템은 카메라가 부품의 뒷면을 보기 위해 컨베이어 상의 롤러를 관찰해야 하는 경우 비좁은 공간에 쉽게 장착할 수 있다. 또한 라인 스캔 시스템은 보통 전통적인 카메라 보다 더 높은 해상도를 제공한다. 라인 스캔 시스템은 이미지를 만들기 위해 부품을 움직여야 하기 때문에, 연속으로 움직이는 제품에 매우 적합하다.

3D 시스템
3D 머신 비전 시스템은 일반적으로 여러 대의 카메라와 하나 이상의 레이저 변위센서로 구성된다. 로봇 가이드 애플리케이션에서 다중-카메라 3D 비전은 부품의 방위 정보를 로봇에 제공한다. 이러한 시스템은 각기 다른 위치에 탑재된 여러 대의 카메라를 가지고 있으며, 3D 공간에서 목표 위치의 삼각 측량을 수행한다. 반면 3D 레이저 변위 센서 애플리케이션은 보통 한 대의 카메라만으로 표면 검사와 부피 측정을 수행한다. 높이 맵은 물체에서 반사된 레이저의 위치 변위로 만들어진다. 물체나 카메라는 라인 스캔과 유사하게 제품 전체를 스캔할 수 있도록 움직여야 한다.
보정된 오프셋 레이저 변위 센서는 20㎛ 미만의 정확도로 표면의 높이 및 평탄도 등의 파라미터를 측정할 수 있다. <그림 6>은 결함을 확인하기 위해 브레이크 패드의 표면을 검사하는 3D 레이저 변위센서를 나타낸 것이다.

머신 비전 플랫폼
머신 비전은 PC-기반 시스템이나 3D 및 다중-카메라 기반 2D 애플리케이션을 위해 설계된 비전 컨트롤러와 독립형 비전 시스템, 간단한 비전 센서, 이미지-기반 바코드 리더기 등 여러 물리적인 플랫폼을 통해 구현된다. 보통 개발 환경이나 기능, 아키텍처, 비용 등의 애플리케이션 요건에 따라 적합한 머신 비전 플랫폼을 선택하면 된다.

PC-기반 머신 비전
PC-기반 시스템은 직결식 카메라나 이미지 취득 보드와 쉽게 인터페이스가 가능하며, 설정 가능한 머신 비전 애플리케이션 소프트웨어를 지원하는데 매우 적합하다. 또한 PC는 Visual C/C++, Visual Basic, Java, 그래픽 프로그래밍 환경과 같은 익숙한 언어를 이용해 다양한 맞춤형 코드를 개발할 수 있다. 하지만 갈수록 개발이 길고 복잡해지기 때문에 보통 대규모 설비에는 한계가 있으며, 주로 전문적인 머신 비전 사용자나 프로그래머에게 의존해야 한다.

비전 컨트롤러
비전 컨트롤러는 PC-기반 시스템의 성능과 유연성을 모두 제공하지만, 혹독한 공장 환경의 엄격한 조건에 더욱 적합하다. 비전 컨트롤러는 3D 및 다중-카메라 기반 2D 애플리케이션을 보다 쉽게 구성할 수 있으며, 시간과 비용에 있어 합리적인 단일 작업을 개발하는데 적합하다. 이를 통해 보다 정교한 애플리케이션을 매우 비용 효과적인 방법으로 구성할 수 있다.

독립형 비전 시스템
독립형 비전 시스템은 비용 효과적이면서도 빠르고 쉽게 설정이 가능하다. 이러한 시스템은 카메라 센서, 프로세서, 통신 기능을 모두 갖추고 있으며, 일부 시스템은 조명 및 자동초점 광학장치를 통합하고 있다.
또한 대부분 이러한 시스템은 공장 전역에 설치할 수 있을 만큼 작고 경제적이다. 주요 공정 지점에 독립형 비전 시스템을 적용함으로써, 생산 공정 초반에 결함을 발견하고, 장비 문제를 보다 신속하게 식별할 수 있다. 통합 이더넷 통신이 제공되기 때문에, 사용자는 프로세스 전반에 걸쳐 비전을 구축하거나 두 대 이상의 시스템을 함께 연결하여 시스템 간에 데이터를 교환하고, 호스트에서 관리할 수 있는 완벽한 관리 및 확장 가능한 비전 영역 네트워크를 구축할 수 있다.
또한 네트워크로 연결된 비전 시스템은 공장 및 엔터프라이즈 네트워크로 쉽게 업링크가 가능하며, TCP/IP를 통해 공장 내의 모든 워크스테이션에서 비전 결과, 이미지, 통계 데이터를 비롯한 여러 정보를 원격으로 확인할 수 있다. 이러한 시스템은 간단한 가이드 설정이나 보다 복잡한 프로그래밍 및 스크립팅을 지원하는 구성 환경을 제공한다. 일부 독립형 비전 시스템은 보다 뛰어난 시스템 구성을 제어하고, 비전 애플리케이션 데이터를 처리할 수 있는 강력하면서도 유연한 프로그래밍 및 스크립팅을 추가하여 간편하게 설정할 수 있는 개발환경도 제공하고 있다.
비전 센서 및 이미지-기반 바코드 리더기
비전 센서 및 이미지-기반 바코드 리더기는 보통 프로그래밍이 필요하지 않으며, 사용하기 편리한 인터페이스를 제공한다. 대부분 전용 프로세싱으로 단일-지점 검사를 제공하는 모든 장비에 쉽게 통합이 가능하며, 공장 전역의 네트워크에 연결할 수 있는 통합 이더넷 통신을 제공한다.

결론
머신 비전은 프로세스 및 품질제어를 위해 디지털 이미지의 정보를 자동으로 추출한다. 대부분의 제조업체는 반복적인 검사 작업에 더욱 적합하기 때문에 사람보다는 자동화된 머신 비전을 이용한다. 머신 비전은 더욱 빠르고, 객관적이며, 지속적으로 작업이 가능한데다, 분당 수백여 개 또는 수천 개의 부품을 검사할 수 있으며, 매일 매일 24시간 일관되고 안정적인 검사 결과를 제공한다.
측정, 계산, 위치확인, 디코딩은 오늘날 제조 분야에서 머신 비전이 수행하고 있는 가장 일반적인 애플리케이션들이다. 머신 비전을 통해 결함을 줄이고, 수율을 향상시키고, 규제를 준수하고, 부품을 추적함으로써 제조업체들은 비용을 절감하고, 수익률을 증대시킬 수 있다. 또한 머신 비전을 이용해 폐기물을 줄이고, 가동 중단시간을 최소화하고, 프로세스를 향상시킬 수 있다.

자료제공 | 코그넥스 코리아(www.cognex.co.kr)