컨택트 이미지 센서 기술, 다양한 인쇄 공정 검사 효율성 향상
CIS(Contact Image Sensor, 컨택트 이미지 센서) 기술이 지폐, 보안/홀로그램, 실크스크린, 디지털, 플렉소 인쇄 등 다양한 인쇄 공정에서의 검사 품질을 크게 향상시키고 있다. 인쇄 기술은 자동 차, 소비재, 지폐, 라벨 제조 등 여러 산업에 걸쳐 널리 활용된다. 인쇄 방식 또한 실크스크린, 플렉소그래피, 잉크젯, 디지털 프린팅 등 다양할 뿐 아니라 보통 종이, 플라스틱, 유리, 섬유처럼 평평한 기판 위에 구현된다.
인쇄 품질의 중요성
인쇄 품질이 불완전하거나 잘못될 경우, 그 영향은 상황에 따라 달라질 수 있다. 일부 경우에는 완제품이나 소비자의 인식에 큰영향을 미치지 않을 수도 있지만, 의료 라벨이나 자동차용 인쇄 전기 회로처럼 특정 용도에서는 제품 성능과 소비자 안전에 치명 적인 결과를 초래할 수 있다.
예를 들어, 의료용 라벨에는 스캐너가 판독해야 하는 1D 및 2D 바코드뿐 아니라 사람이 읽을 수 있는 로트 번호와 유효기간 코드가 함께 인쇄된다. 복용 방법은 100% 정확해야 할 뿐만 아니라 명확하게 읽을 수 있어야 한다. 소수점 하나의 누락이나 ‘8’을 ‘6’으로 인식할 수 있는 모호한 인쇄는 심각한 사고로 이어질 수 있다.
이와 마찬가지로, 자동차의 리어 윈도우 열선에 쓰이는 실크스크린 방식의 인쇄 전기 회로에서 한 줄이 누락될 경우, 해당 부품은 현장에서 제 성능을 발휘하지 못하거나 완전히 작동하지 않을 수 있다. 또한, 지폐의 경우 위조 방지를 위해 워터마크나 홀로그램 등 보안 요소가 고품질로 인쇄되어야 한다.
이처럼 높은 수준의 인쇄 품질을 유지하기 위해 머신 비전 기술이 활용되는 것이다. 머신 비전은 인쇄의 일관성과 품질을 확보하고, 동시에 폐기물 발생을 줄이는 데 효과적이다. 하지만 평평한 기판 위에 인쇄가 이루어지는 특성상, 카메라와 렌즈를 사용하는 기존 광학 축소 시스템은 촬영 거리의 차이로 인해 시야 끝부분에서 이미지 왜곡이 발생하는 한계가 있다.
인쇄 검사에 적합한 CIS 기술
CIS 기술은 로드 렌즈 배열(rod lens array)을 활용해 전체 시야에서 왜곡 없이 1:1 비율의 이미지를 생성함으로써, 인쇄 결함을 더욱 정밀하게 감지할 수 있다. 이미지 전반에 걸쳐 일관된 품질을 유지 하며, 경계가 선명하고 가장자리 인식 성능이 우수하다. 팩스기의 등장과 함께 처음 상용화된 이후, 최근에는 산업용 라인 스캔 머신 비전 분야에서 CIS를 활용하려는 제조사와 시스템 통합업체가 점점 늘고 있다.
기존의 광학 축소 시스템은 넓은 시야를 확보하기 위해 여러 개의 카메라, 렌즈, 브래킷, 그리고 복잡한 보정 절차가 필요하다. 예를 들어, 폭 1미터의 웹(web) 인쇄를 검사하려면 카메라 시스템을 두세 개나 설치해야 한다. 반면, CIS는 1미터 폭의 스캔을 단일 카메라로 처리할 수 있어 구성과 설치가 훨씬 간단하다. 이러한 이유로 CIS는 인쇄와 같은 웹 기반 공정에 최적화된 솔루 션으로 주목받고 있다.
미쓰비시전기 KD 시리즈
미쓰비시전기의 KD 시리즈 CIS는 LineScanBar 기술과 고도로 컴팩트한 설계를 기반으로, 기존 또는 신규 생산 라인에 손쉽게 적용할 수 있다. 일체형 모듈 하우징은 최소한의 공간만 차지하면서도 최신 비전 시스템의 모든 요소를 통합하고 있다. LineScanBar는 조명 시스템, 렌즈, 센서를 하나의 컴팩트한 하우 징에 탑재해 제공하며, 모듈 간 교체도 몇 분 이내에 완료할 수 있어 유지보수도 매우 용이하다.
CIS에 적용된 로드 렌즈 기술은 굴절률이 조절된 로드 렌즈 배열 을 통해 고화질 이미지와 1:1 스케일을 구현한다. 여기에 텔레센트 릭(telecentric) 시야각이 적용돼 이미지 왜곡을 방지하고, 정밀한 측정을 가능하게 한다. 픽셀 크기는 42 x 42 마이크로미터로, 실제 600dpi 해상도를 제공한다.
미쓰비시전기의 LineScanBar는 트라이리니어 CMOS 센서와 RGB 필터를 탑재해 높은 색 재현력을 확보했다. 최적 정렬된 통합형 백색 LED 조명과 이진화(binning) 기능을 통해 고속 이미지 캡처가 가능하며, 조명 시스템 사용 여부에 따라 해상도는 150~600dpi까지 조절할 수 있다.
KD 시리즈 CIS는 날카로운 에지 전환(edge transition)을 갖춘 왜곡 없는 이미지를 획득함으로써, 머신 비전 시스템의 핵심인 반복 가능하고 신뢰할 수 있는 검사 결과를 실현한다. 또, 머신 컨트롤 시스템과 연동돼 인쇄 품질과 생산 데이터를 실시간으로 제공 하여 전체 인쇄 효율을 향상시킨다.
품질 향상 및 공정 제어 강화
CIS 기술은 렌즈, 조명, 이미지 캡처 기능을 단일의 소형 헤드에 통합하고 있으며, 컴팩트한 설계와 짧은 작동 거리 덕분에 다양한 크기의 인쇄 장비에도 쉽게 통합할 수 있다. 이를 통해 장비의 공간 부담과 도입 비용이 모두 줄어든다.
KD 시리즈 CIS는 공장 자동화 부품과 연동될 경우, 고품질 인쇄와 정밀한 공정 제어가 가능해진다. 센서에서 수집된 데이터는 실시간으로 머신 컨트롤 시스템에 전달되어 폐쇄 루프를 구성하고, 스마트한 데이터 관리와 투명한 생산 공정을 통해 폐기물을 줄이고 효율성을 높이는 지속 가능한 인쇄 환경을 조성한다.
KD 시리즈 CIS는 센서 IC 배열, 로드 렌즈 배열, 조명을 하나로 통합한 콤팩트 이미지 센서 모듈로 구성돼 있으며, 로드 렌즈의 1:1 이미지 비율은 기존 라인 스캔 카메라 시스템보다 왜곡이 적어 정확도가 향상된다. 고해상도 이미지 획득을 통해 인쇄 공정의 미세 결함도 보다 쉽게 감지할 수 있다.
KD 시리즈는 조명 일체형 모델과 비조명형 모델 두 가지로 제공 된다. 조명 일체형 모델은 렌즈 배열, 광원, 센서 IC를 통합한 구조이며, 비조명형 모델은 외부 광원을 자유롭게 선택해 다양한 조명 각도와 조건, 투과광 활용이 가능하다. 두 모델 모두 다양한 응용 분야에 대응할 수 있도록 표준 규격으로 제공된다.
자료제공: Mitsubishi Electric(www.mitsubishielectric.com)
