Metaphase, 세계 최초 고성능 SWIR 조명 제조
다양한 형태의 조명 제품 활용
국제 무기 거래 규정으로 인해 군용에만 제한적으로 적용이 가능했던 InGaAs 격자를 활용한 SWIR(단파 적외선) LED가 산업용으로 재탄생했다. 메타페이즈 테크놀로지(Metaphase Technologies, 이하 Metaphase)의 SWIR LED 조명과 다양한 카메라가 만나 현장 테스트를 거쳐 성능을 입증했다. 새로운 SWIR 조명을 활용하면 비전 시스템으로 탄소가 풍부한 물질, 액체 및 다중 레이어 물체의 결함 감지 기능을 향상 시킬 수 있다.
Metaphase는 일반적으로 InGaAs라고 하는 InAs와 GaAs의 합금 격자로 가능한 최초의 고성능 SWIR LED를 출시하기 위해 LED 제조업체와 제휴를 맺었다.
SWIR LED와 조명은 이전에도 머신비전에 사용됐지만 5~50㎽ LED로 제한이 있었다. 새로운 고성능 SWIR LED 조명은 이전 세대 SWIR LED보다 14배 이상 강력하다. 조명의 세기가 강해지면 SWIR 조명이 고속 인라인 자동화에 완전히 통합돼 SWIR 애플리케이션의 새로운 적용 분야 개척 가능성이 높아진다.
SWIR 스펙트럼에서 LED의 확산과 집중에 관한 개발 및 최적화가 이뤄져 에어리어 스캔 및 라인 스캔 형식 모두에서 사용가능한 Metaphase의 SWIR LED 조명이 시장 최초로 출시됐다.
2016년 11월 VISION Messe Sttutgart에서 라인 조명이 처음으로 공개됐으며 2017년 6월에는 에어리어 스캔 조명이 출시됐다.
SWIR 기술은 SWIR 스펙트럼(900~1700㎚)에서 빛을 포착하고 방출하기 위해 InGaAs 격자를 사용한다. InGaAs 격자 기술을 활용한 SWIR 기술은 주로 국제 무기 거래 규정(ITAR)으로 인해 군용에만 제한적으로 사용됐다. 즉, SWIR LED가 InGaAs 격자 기술을 상업적으로 활용한 최초의 예시이다. 일부 카메라는 ITAR 제한이 해제됐지만 여전히 제한 받는 고해상도 카메라가 있다. InGaAs 적외선 카메라는 SWIR InGaAs 조명 장치와 동일한 물질과 스펙트럼 반응성을 공유하기 때문에 쌍을 이뤄 작동한다.
2017년 Metaphase는 시스템 통합 업체와 협력해 고전력 SWIR 조명과 ITAR 제한이 없는 InGaAs 카메라를 성공적으로 결합했다. 새로운 카메라와 조명의 조합은 다방면 검사에 활용이 가능했다.
Metaphase는 에어리어 스캔, 라인 스캔, 현미경 렌즈·조명 시스템 등 다양한 SWIR 애플리케이션을 위한 SWIR 조명을 개발했다. 모든 이미징 애플리케이션과 마찬가지로 적절한 SWIR 조명 선택이 검사 애플리케이션의 성공을 좌우한다. 자동 SWIR 기반 검사 시스템을 설계할 때 가시광선 검사 시스템의 조명과 동일한 표준을 준수하는 조명을 선택했다. 자동 SWIR 검사 시스템의 광원은 높은 균일성, 낮은 정반사, 충분한 강도 및 필요한 커버리지 영역을 제공하면서도 필요한 기능과 대비를 제공해야한다. 가시광선 검사와 마찬가지로 SWIR 조명에도 백라이트, 앙각 암시야 조명, 축 전방 조명, 확산 다중 각도 조명(돔 조명) 등 다양한 용도에 적합한 조명이 있다. 성공적인 SWIR 기반 검사는 최적의 파장 선택에 따라 크게 좌우된다. Metaphase의 개별 파장 제어 기능을 가진 올인원 조명은 단일 또는 다중 SWIR 파장으로 구성된 SWIR 조명기기의 기능을 포함한다.
정밀한 측정이 가능한 SWIR
SWIR은 X선과 마찬가지로 여러 재료를 투시하는 이미징을 제공 할 수 있다. X선 또는 SWIR 보다 짧은 파장의 빛은 가시광선처럼 플라스틱을 투과 할 수 없다.
이러한 투시 기능 때문에 X선은 일부 애플리케이션에 유용하다. 하지만 광생물학적 안전 규격인 IEC-62471에 따르면 일반적으로 X선 이미징이 사람의 눈 건강에 SWIR 보다 나쁜 영향을 끼친다고 알려졌다. SWIR 기술은 X선의 단점을 극복했을 뿐만 아니라 유지 보수 및 장비 운송 면에서 더 경제적이고 비파괴검사가 가능하다. 예를 들어 불투명한 플라스틱 용기에 세제를 담을 때, 내용물의 적정 높이를 결정할 정밀한 수준의 측정이 필요하다면 SWIR가 적합하다. SWIR을 사용하면 플라스틱 용기를 투과해 고대비 이미지를 볼 수 있기 때문이다.
접착제 혹은 용매 구별하기
Metaphase는 테스트를 통해 SWIR 이미지가 뚜렷한 차이점을 통해 다양한 종류의 접착제와 용매를 구분할 수 있다는 사실을 밝혔다. 접착제 검출에 사용되는 많은 애플리케이션들은 UV 물질을 이미지화하기 위해 UV 첨가제를 사용한다.
하지만 SWIR은 UV 첨가제 없이도 투명한 접착제의 높은 차이점 이미지를 포착할 수 있다. 접착제의 화학적 구성은 SWIR 빛의 흡수가 다르며 서로 다른 그레이 스케일 값을 제공하기 때문에 가능한 일이다. 이러한 빛의 상호 작용은 다양한 용매를 구별하는 데도 사용된다.
다양한 제품 포장에 활용되는 SWIR
SWIR 기반 이미징은 식품 및 포장 산업에서 아주 유용하게 사용된다. 식품 및 농산물은 기본적으로 일정 수준의 수분을 포함한다. 수분이 SWIR 영역인 약 1450㎚ 부근에서 빛을 최대로 흡수하기 때문에 SWIR은 식품 및 농산물을 다루는 자동화 작업이 가능하다.
제닉스(Xenics)의 Bobcat SWIR 카메라와 Metaphase의 1450㎚ ISO2 선형 프런트 라이트를 사용해 촬영한 봉지 샐러드의 모습에서 확연한 차이를 보인다. 마른 상추는 빛을 반사하고, 촉촉한 상추에 있는 수분이 SWIR 빛을 흡수해 보다 어두운 이미지가 생성된다. 그레이 스케일 값과 수분 농도 사이에는 선형 상관관계가 있음을 의미한다. 불투명한 용기에 적당한 수준으로 내용물을 채우는 것은 초음파 감지 또는 가시광선을 사용하는 전통적인 비전 시스템에게 다소 어려운 공정이다.
용기의 불투명도에 따라 가시선 백라이트 조명을 통해서는 액체가 보이지 않을 수 있기 때문이다. SWIR 기술을 사용하면 더 긴 파장의 빛이 플라스틱을 투과하기 때문에 세제의 충전 수준이 매우 선명하게 촬영된다. 세제에 있는 수분이 SWIR 빛을 흡수해 일반적으로 백라이트 검사에서 보이는 수준의 우수한 대비를 제공하기 때문이다. 제닉스 Bobcat 카메라와 Metaphase의 MetaStandard SWIR 1450㎚ 백라이트를 조합하면 이러한 세제 검사가 가능하다.
SWIR과 화학물질 분석
설탕가루과 정제소금은 가시광선에서 외관상 매우 유사하지만, 분자 구성의 차이로 인해 SWIR 이미지에서는 다르게 나타난다.
포톤포커스(Photon Focus)는 MV3 SWIR 카메라와 Metaphase 1450㎚ ISO2 선형 프론트 라이트를 사용해 화학물질의 구분이 가능함을 증명했다. SWIR 이미지에서 설탕가루는 SWIR 빛을 1400~1700㎚ 범위에서 정제소금 보다 훨씬 많이 흡수해 MV3 카메라로 촬영했을 때 어둡게 나타난다. SWIR 빛 범위에 따른 정제소금과 설탕가루의 흡수량 그래프가 확연한 차이를 보여준다. 이러한 특징을 바탕으로 SWIR 이미지는 순도 및 오염 통제 애플리케이션에 활용된다.
출처 : Metaphase Technologies(www.metaphase-tech.com)
