자동차 조향 제어 부품 테스트 장비에 적용된 이미지 처리 시스템

Stemmer Imaging 

안전한 조향

고정밀 메타-플라스틱 복합 부품은 많은 자동차 애플리케이션에 사용된다. 이 같은 하이브리드는 자동차 제조업체의 조향 제어와 모델에서 볼 수 있다. 복합 부품 제조는 Swoboda의 핵심 기술 중 하나이다. Swoboda의 어셈블리는 기어 컨트롤, 커넥터, 마그넷 및 고전압 어셈블리뿐만 아니라, 수많은 다른 자동차 구성 요소의 전자장치, 그리고 기계장치 사이의 인터페이스로도 사용할 수 있다.

이미지 처리는 테스트 스테이션에서 제품의 품질관리를 위한 표준 구성 요소이다. 이는 자동차용 전자기계식 조향 장치 제조에도 적용된다. 하이브리드 요소는 플라스틱 부품과 금속도체 라인 및 결합된 표면을 갖는다. 또한, 현대 자동차 조향 장치의 필수적인 부분을 형성한다.

복잡한 구성 요소에 대한 전체 생산 프로세스는 매우 다각적이다. 때문에 다양한 제조와 테스트 방법을 고려한 조합이 필요하다. 자동차의 모든 제어 요소는 매우 중요한 기능이다. 고장 또는 조향 장치의 지원에 대한 성능저하로 인해 교통상황이 위험할 수 있다. 그러므로 기능 어셈블리의 모든 구성 요소는 오류가 없어야 한다.

광학 테스트 시스템의 어려운 과제: 재료 표면의 차이

어셈블리의 품질관리는 까다로운 작업이다. 프로세스 기술부서의 Swoboda 이미지 처리 전문가는 “주요 이슈는 이런 재료표면 간의 차이가 있는 제품을 테스트할 때입니다. 무연마 상태에서 연마 후, 금속 부품 표면에 대한 품질에서의 광학적 차이는 광 반사가 다르기 때문에 기존의 이미지 처리 시스템으로 분석하기 어렵습니다.

이로 인해 허위 불량(pseudo-rejects)이 증가하고 재조정에 대한 추가 비용이 발생합니다. 우리가 시험소에서 몇 달 동안 사용해온 시스템은, 고해상도에서 표면 품질을 감지하고 분석할 수 있는 수준입니다. 이미지 처리 전문가의 말에 따르면, 결함 탐지의 신뢰성은 상당히 향상됐습니다. 이런 허위 불량이 초기 단계에서 보다 약 2/3로 줄었습니다. 우리는 여전히 불량 탐지 및 경사의 필요한 탐지를 최적화할 잠재력을 보았습니다. 또한, Stemmer Imaging과 긴밀한 협조 하에 적절한 솔루션을 찾고 있습니다.”라고 테스트 스테이션의 실현에서 직면한 작업에 대해 설명했다.

유용한 대안으로써의 Trevista

Swoboda에서 스티어링 컨트롤 구성 요소가 제조되는 장비는 2009년부터 운영됐다. 처음엔 회사 엔지니어가 2D 이미지 처리 시스템을 기반으로 테스트 스테이션을 구현했으나 허위 불량이 증가했다. Wiggensbach 운영 관리자는 “우리가 최소화하려던 것은, 수동으로 검사했을 때 결함이 없는 것으로 판명된 결함부품의 잘못된 배출이었습니다.”라고 당시 상황을 요약했다.

Swoboda 이미지 처리 시스템의 개발자중 한 명이 “따라서 우리는 적절한 대체 시스템을 찾고 있었고, 2012년 5월에 제어 무역 박람회(Control trade fair)에서 솔루션을 찾았습니다.”라고 덧붙여 말했다. Stemmer Imaging의 Tobias Henzler 박사는 이미지 처리 솔루션 및 3D기술에 대한 책임자이며, Stemmer가 배포한 Trevista 시스템을 시연했다.

특히 광택이 있는 부품 검사

Trevista 이미지 처리 시스템은 Swoboda에서의 적용에서 특징을 최대로 발휘한다. Trevista 시스템의 돔형 조명 장비는, 시험샘플에 최적의 조명을 보장하고 방해받는 주변 빛을 멀리한다.

견고한 설계로 제조 프로세스와 자동 테스터에 안정적으로 통합할 수 있다. 그러나 시스템의 전문기술은 Swoboda 하이브리드 어셈블리처럼, 반짝이거나 반사되는 표면 검사에 적합한 Shape-from-Shading 기술이다. 다양한 표면을 가진 반짝이는 금속 부품 외에도 검정색 플라스틱 소재를 검사할 수 있다.

시스템의 뛰어난 기능이 다른 돔 조명(dome illuminations)과 비교되는 차이점은, 테스트 샘플이 네 가지 방향으로부터 분산된 빛으로 조명되며, 카메라는 각각의 경우에서 이미지를 찍는다는 것이다. 특별한 계산 알고리즘은 입력 이미지를 처리하고, 그들로부터 4개의 값진 합성 이벤트 이미지를 생성한다.

첫 번째와 두 번째는 x 및 y방향으로 표면의 로컬 슬로프를 나타낸다. 세 번째, 소위 곡률 이미지는 방향과 독립적으로 표면의 지형을 기록한다. 네 번째 이미지는, 표면의 순수한 질감을 기록하고 빛을 자극하지 않으면서 기존의 2D 이미지와 비교할 수 있다. 따라서 지형 형상특성을 윤활제 및 부식 영역에 의해 유발된, 재료의 휘도 특성 또는 변형과 확실하게 구별할 수 있다.

네 개의 이미지는 오류를 자동으로 평가하기 위해 이미지 처리 시스템으로 전송된다. 계산 알고리즘은 컴퓨터 기반이다. Telemyne DALSA의 소프트웨어 플랫폼 Sherlock과 Stemmer Imaging의 CVB(Common Vision Blox)에 통합돼 있다. 이 조합을 사용하면 수 마이크로미터 깊이의 작은 결함 특성까지 눈에 보이게 할 수 있다.

곡선 이미지가 표면의 모양 특성을 명확하게 보여줌으로써, 이미지 프로세싱 소프트웨어의 매개변수화를 쉽고 안전하게 만들어준다. 이로써 자동으로 분리되지 않았던 결함을 확인할 수 있게 해주는 것이 시스템의 장점이다.

영역 스캔 카메라는 Trevista 시스템에서 움직이지 않는 어셈블리를 검사하기 위해 원칙적으로 사용된다. 이것은 Swoboda 테스트 셀에 사용되는 핵심이다. 그러나 회전 대칭 구성 요소의 자켓 표면을 검사하는 경우, 라인 스캔 카메라를 함께 사용하면 완벽한 검사가 가능하다. 조명의 타이밍은 카메라의 특성에 특별히 적응돼야 한다.

빠른 구현

Wiggensbach의 Swoboda 이미지 처리 전문가는 “응용 분야별로 다양하게 수행한 결과 현재 2D 시스템 대신, 2012년 10월에 테스트 시스템을 장비에 통합할 수 있었습니다. 고객이 어셈블리의 생산 및 테스트에 비교적 짧은 시간대를 지정했기 때문에 신속한 구현이 유용했습니다. 우리는 일정한 작동 조건에서 스테이션이 안정적으로 작동한다는 것을 증명하자마자, 수작업으로 시력 검사를 완벽하게 수행할 목적을 갖고 있습니다. 사이클 시간은 문제되지 않았습니다. 정해진 주기 시간을 준수하기 위해 Trevista 시스템으로부터 충분한 여유를 가지고 있었습니다.”라고 말했다. 운영 관리자에 따르면 새로운 시스템을 사용할 때 추가 수동 검사가 현저히 줄었다.

성공적인 파트너 관계

Swoboda 직원은 Stemmer Imaging과의 협력을 긍정적으로 평가한다. “특히 문제 발생 시 즉각적인 지원에 대해, 이미지 프로세싱 제공업체에게 매우 만족합니다. Stemmer Imaging과의 파트너십은 이미지 프로세싱 시스템을 위한 견고하고 신뢰할 수 있는 요소가 됐습니다.”라고 말했다. 빠른 반응시간은 Swoboda 운영 관리자로 하여금 적합한 공급업체를 선택했음을 확인시켜준다.

품질보증 팀 리더는 “Stemmer Imaging과 함께 일하는 또 다른 장점은, 애플리케이션에 필요한 개별 솔루션을 얻을 수 있다는 것입니다. 표준 시스템은 기술적으로 순수한 이미지를 해결할 수 있었습니다. 처리 작업을 수행했지만, 나중에 시스템이 라인에 추가됨에 따라 표준 시스템에 대한 일부 변경 사항이 필요하다는 것이 증명됐습니다.”라고 언급했다.

유용한 지원의 또 다른 형태는, Stemmer Imaging이 평가 단계에서 Trevista 시스템을 Swoboda KG에 대여해줬다는 사실이다.

“초기에 Trevista를 독립형 시스템으로 설치하고, 결과가 재현 가능한지와 괜찮은지를 테스트할 수 있었습니다.”라고 덧붙였다.

자료 제공: Stemmer Imaging(www.stemmer-imaging.com)