레이저 빔 프로파일링 특성화를 위한 카메라 활용 예시
미국 매사추세츠주 서머빌의 엔지니어링 컨설턴트 기업인 Axiom Optics의 CinCam InGaAs 시스템에 사용되는 SWIR 레이저 빔은 Allied Vision의 Goldeye SWIR 카메라를 탑재하고 있다. 이 글을 통해 Allied Vision의 Goldeye 시리즈가 Axiom Optics의 기술을 만나 어떻게 시너지 효과를 일으켰는지 소개하고자 한다.
예를 들어 재료의 용접과 절단, 의료용, 분광학과 측략 등 레이저를 이용한 애플리케이션 아주 다양하다. 레이저를 최적의 상태로 시킬 수 있다면, 매우 유용하게 사용이 가능하다. 시간이 지나면서 레이저의 광범위한 사용은 결국 레이저의 성능 저하와 효율성 저하로 이어진다. 이 시점에서 사용자는 레이저 특성 분석을 수행해야 한다.
과거에는 사용자들은 종이, 나무 블록 혹은 건식 벽체 슬래브와 같은 다양한 재료의 화상을 분석하여 시험을 수행했다. 이러한 테스트는 레이저 사용자에게 몇 가지 분석 결과를 제공했지만 레이저의 ‘상태’를 적절하게 평가하기에 충분한 정보를 제공하지 못했다. 또한 이러한 테스트를 통해 사용자는 실시간으로 레이저를 평가할 수 없었다. 빔 프로파일러가 빛을 발하는 분야는 따로 있었다. 레이저 빔 프로파일러를 사용하면 레이저 빔의 공간 강도 뿐만 아니라 다음과 같은 정보들을 측정할 수 있다.
-빔 프로파일 또는 2D 전력 분배: 일반적으로 원하는 결과가 가우스 또는 평면 톱 프로파일로 나타나는 빔의 2D 강도 플롯이다.
-2D 빔 사이즈 측정
-빔 확산: 거리에 따른 빔의 확산 측정
-M2를 이용한 빔 품질: 레이저의 초점 능력
-포인팅 안정성
자외선에서 원적외선에 이르기까지 전자기 스펙트럼을 커버하는 많은 유형의 레이저가 있다. SWIR 파장의 레이저는 인간의 눈에는 보이지 않기 때문에 실시간 평가가 더욱 유리하다. 단파 적외선 파장(SWIR)이 900 - 1800㎚인 레이저의 경우 SWIR 빔 프로파일러가 필요하다. Axiom Optics는 이 작업을 수행할 수 있는 CinCam InGaAs SWIR 빔 프로파일러 솔루션을 제공한다.
Axiom Optics + Goldeye = CinCam InGaAs
CinCam InGaAs는 SWIR 파장(0.9 ~ 1.8 미크론)의 레이저 빔 특성을 분석하기 위한 턴 키 및 사용자 친화적 솔루션이다. 이 솔루션은 실험실과 생산 환경 모두에서 사용할 수 있는 다용도 솔루션이다. CinCam InGaAs에는 CinCam InGaAs 320, CinCam InGaAs 640, CinCam InGaAs 636 세 가지 모델이 있다. 세 모델 모두 대부분의 빔 크기를 프로파일링 할 수 있다. 또한 사용자에 따라 레이저 빔 프로파링일 소프트웨어인 Cinogy의 RayCi를 구성할 수 있다(예. 실험실 기술자 ,엔지니어, 생산 기술자 등).
레이저 빔 프로파일링을 위한 Goldeye의 어시스트
CinCam InGaAs는 Allied Vision의 Goldeye 기가비트 이더넷(GigE) 기종 SWIR 카메라를 3 가지 모델 모두에서 사용한다. Axiom Optics의 영업/3D 센서 및 카메라 전문가인 Nick Lechocinski는 Goldeye에 대해 “Goldeye는 다양한 이유로 우리 시스템에 완벽한 카메라 라인이다. Goldeye의 세 가지 모델은 가격과 성능 면에서 고객의 다양한 요구 사항을 해결한다. 또한, Goldeye는 TEC1 냉각(열-전기 냉각) 기능을 가지고 있으며 이는 레이저 빔 프로파일 링에서 완성된 정량 측정에 필수적이다.”라고 말했다.
CinCam InGaAs 모델에 사용된 3가지 Goldeye SWIR 모델의 기본적인 스펙은 Goldeye G-008 TEC1(320×256 해상도에서 334fps), Goldeye G-032 TEC1(0.3Megapixels에서 100fps), Goldeye G-033(0.3Megapixels에서 301fps) 이다. 세 모델 모두 기가비트 이더넷(GigE) 인터페이스가 장착되어 있으며, Goldeye SWIR 모델은 각 CinCam InGaAs 모델에 이점을 제공한다.
Goldeye G-008 TEC1은 가격 면에서 Axiom Optics의 ‘초심자용 모델’인 CinCam InGaAs 320에 사용된다. 해상도가 중요하지 않고 제품 환경에 이상적이라면 더 큰 픽셀을 제공할 수도 있다. CinCam InGaAs 640에 사용된 Goldeye G-033 TEC1은 최소 픽셀 피치 15㎛를 가지므로 더 작은 빔의 프로파일링과 추가적인 빔 디테일의 획득이 가능하다. Goldeye G-032 TEC1은 CinCam InGaAs 636으로 대형 빔 또는 다중 빔을 프로파일링 할 수 있는 최대 활성 영역을 제공한다.
Allied Vision의 Goldeye SWIR 카메라는 InGaAs(Indium Gallium Arsenide) 센서 기술을 사용하여 SWIR 스펙트럼인 900 - 1700㎚ 범위에서 민감하다. Goldeye는 고급 이미지 보정 알고리즘 및 TEC과 냉각과 같은 이미지 보정 및 최적화 기능을 사용하여 고품질의 저노이즈 이미지를 제공한다.
55㎜×55㎜×78㎜의 소형의 견고한 하우징 디자인은 Goldeye를 시스템에 쉽게 통합할 수 있는 폼 팩터를 제공한다. 모든 Goldeye 모델에는 Camera Link 인터페이스가 탑재되어있다.
소프트웨어가 키(Key)다
RayCi 소프트웨어는 CinCam InGaAs 시스템에서 톱니바퀴와 같이 아주 중요한 요소이다. Windows 운영 체제(XP, Vista, Windows 7 및 8)를 지원하며 단일 컴퓨터에서 여러 개의 빔 프로파일러 카메라를 동시에 제어 할 수 있다.
RayCi의 직관적인 메뉴 구조와 설계로 사용자가 표준 설정에 빠르게 액세스하고 사용하기 쉽다. Lechocinski는 "비교할 수 없는 시각화 모드, 광범위한 분석 기능 및 새로 개발된 수정 알고리즘은 레이저 빔 분석에서 가장 높은 정확성을 보장한다."고 말했다.
RayCi 소프트웨어를 사용하면 다음과 같은 다양한 레이저 빔 특성화를 완료 할 수 있다.
-빔 폭 기법(2차 모멘트, 나이프 에지, 이동 슬릿, 고원 및 가우스 피트)을 적용하여 빠르고 신뢰할 수 있는 표준 빔 반경 결정할 수 있다.
-고유한 측정 도구를 통해 빔 반경, 빔 위치와 전력밀도 위치를 지속적으로 모니터링 할 수 있다.
-새로운 빔 품질 M2 도구로 정확한 빔 품질 분석 가능
-고유한 시계열 측정 - 레이저 빔 매개 변수 및 일시적인 동작을 지속적으로 모니터링하고 분석 할 수 있는 선택 가능한 간격으로 일련의 연속 측정
-무게 중심으로 계산된 ISO 11670 표준에 따른 포인팅 안정성의 연속 측정
이러한 특성화는 프로파일링 중에 측정 결과를 최적으로 시각화 할 수 있도록 상세한 일러스트레이션으로 캡처된다. RayCi의 두 가지를 동시에 분석 할 수 있는 능력으로 실시간 데이터와 이전에 저장된 데이터 간의 비교가 가능하다.
Lechocinski는 “Allied Vision의 Goldeye SWIR 카메라를 선택한 이유는 수많은 SWIR 카메라 옵션, 우리 소프트웨어의 사용 용이성 및 이상적인 카메라 솔루션을 우리에게 제공하기 위해 우리의 응용 프로그램을 이해하고자하는 욕망 때문이다.”라고 말했다.
자료제공 : Allied Vision
