라인 스캔 애플리케이션을 위한 완벽한 조명 솔루션 ②

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5. 올바른 조명 길이 선택

시야각이 중앙에서 가장자리 쪽으로 갈수록 모든 렌즈의 밝기가 감소하여 이미지가 생긴다. 밝기의 감소는 cos4(φ)에 비례하며, 여기서 φ는 광 축으로부터 측정된 각도다.

그림 7에서 볼 수 있듯이 이미지의 중심에서 외부 영역으로의 상당한 밝기 감소가 있다. 밝기와 SNR이 중앙에서 가장자리로 감소하는 이유는 시야각이 넓지 않기 때문이다.

또한, 빛의 적절한 길이는 이미지의 외부 영역에서 추가 문제를 피하기 위해 모든 애플리케이션에서 중요하다. 물체의 중심이 양면에서 에너지를 받는 동안 물체의 바깥 쪽 가장자리는 빛이 부족하다.

객체 자체보다 긴 조명 모듈을 사용하는 것이 좋다. 조명과 물체 사이의 거리가 멀수록 장치가 길어진다. 충분한 조명 조건을 유지하려면 다음과 같은 경험 법칙을 사용할 수 있다.

6. 백색 LED: 올바른 선택

LED는 적색, 녹색, 청색, 황색, 호박색, 흰색, 그리고 IR과 같은 다양한 색상으로 사용할 수 있다. 자외선 LED도 사용할 수 있지만 파장이 365nm보다 작으면 수명이 매우 짧고 방출이 약하다. 반면에 950nm 이상의 파장을 갖는 IR-LED는 출력이 매우 제한적이다. 그럼에도 불구하고 다른 색상과 파장은 스펙트럼 동작이 다른 표면에서 물건을 볼 수 있게 해준다.

과거에는 높은 강도가 요구되는 곳에서는 종종 빨간 조명이 사용되었다. LED 기술의 최신 성능 향상은 주로 백색 LED에 있다. 우리는 이러한 고출력 LED를 자동차 헤드 라이트, 또는 가로등으로 보았다. 흰색 LED의 핵심은 사실 파란색 LED이다. 그리고 파란색의 일부를 나머지 가시광선으로 변환시키는 것은 인광체다.

그림 9는 백색 LED 내부의 청색 LED의 440nm 부근에 있는 청색 피크를 보여준다. 스펙트럼의 나머지 부분은 변환 물질(형광체)의 결과다. LED 제조업체는 백색 LED의 색상을 안정하게 유지하는 것이 현명한 기술이다. 파란 칩에는 공차가 있고 변환 재료에는 추가 공차가 있다. 이것은 모두 동일한 생산 라인 내에서 생성된 원치 않는 다른 백색 색상을 초래한다. 이런 식으로 LED 제조업체는 LED를 여러 그룹으로 분류한다. 각 그룹(비닝)은 효율 및 색상 면에서 일정한 허용 오차 범위를 가지고 있다.

올바른 조명 소스를 선택하는 측면에서 비닝을 고려해야 한다. 조명 모듈의 색상이 조각마다, 또는 심지어 동일한 조명 장치 내부에서도 다르면 이미지 분석이 복잡해진다.

7. 비가시광선 스펙트럼, 어디에 사용할까?

자외선 LED는 형광 표시를 볼 때 사용된다. 대부분 405nm 광원이 형광 물질을 여기시키기에 충분하다. 반면 접착제, 니스, 또는 수지의 경화 공정을 위해서는 UV LED가 더 나은 선택일 수 있다. 자외선 LED는 청색/백색 LED와 비교하여 그다지 강력하지는 않지만, 반사기 기술을 통해 자외선을 집중시킴으로써 강도를 높일 수 있다.

IR 표시 등은 유기 물질을 탐지하기 위해 식품 검사 애플리케이션에 사용된다. 1,200~1,700nm의 파장은 다른 재료를 구별하는 데 도움이 된다. 불행히도 이러한 파장 범위의 오늘날 IR LED는 아직 충분히 강력하지 않으므로 필터가 있는 기존의 할로겐 전구가 사용된다.

8. 편광(Polarization)

반사 재료, 또는 표면은 항상 조명과 관련된 문제다. 카메라 앞에서 90도 회전된 편광자와 함께 원하지 않는 빛의 반사를 없앨 수 있다.

기술적인 응용 분야에서의 분극화는 하나의 도전 과제다. 한편으로는, 조명 모듈이 특정 온도 범위 내에 머무르는 것이 중요하며, 다른 한편으로는 교차된 편광판 배치는 대략적으로 효율을 감소시킨다(초기 방출의 18%). 그래서 좋은 SNR과 관련하여 1차 방사는 매우 높아야 하며, 교차된 편광판 배열에서도 우수한 이미지를 얻을 수 있어야 한다.

9. LED 컨트롤러: 주요 매개변수는 무엇인가?

시장에는 여러 가지 콘셉트가 있다. 일부 컨트롤러는 통합되어 있고, 다른 컨트롤러는 심지어 별도로 사용된다. LED 컨트롤러는 단지 하나의 다른 종류의 전원 공급 장치가 아니다.

안정된 검사 장치는 안정된 환경을 필요로 한다. LED 컨트롤러가 온도 변화, 또는 LED에 공급 전류가 안정적이지 않으면 밝기가 변경되어 재료 검사가 불가능해질 수 있다. 특히 라인 스캔 카메라의 주파수가 매우 높을 때나 LED 컨트롤러를 선택할 때 특별한 주의가 필요하다. 단기간의 밝기 변화가 즉시 보인다.

산업 환경에서 견고한 설계와 적절한 인터페이스 선택이 가능해야 한다. 제어 인터페이스를 통해 광 출력을 원격 조정할 수 있다. 동일한 재료 생산 라인에서 여러 재료를 검사해야 하지만 다른 광 레벨이 필요하다.

사용할 수 있는 인터페이스는 다음과 같다.

- 이더넷

- RS485

- USB

- RS232

- PWM

- 아날로그

컨트롤러가 XLC4와 Corona II의 페어링과 같이 특수 조명 시스템용으로 설계된 경우 모니터링/감시 기능을 통합할 수도 있다. 예를 들어, 조합 XLC4/코로나 II 에서 LED 및 컨트롤러 온도뿐만 아니라 다른 유용한 정보도 읽을 수 있다. 이를 통해 머신비전 애플리케이션에서 안정성 분석 및 제어가 가능하다.

10. 결론

비전 시스템을 이용한 재료 검사는 까다로운 작업이다. 여러 측면을 고려해야 한다. 잠재적인 부작용에 대한 심층적인 지식도 중요하다. 빛은 비전 시스템의 기본 요소다. 광원의 신중한 선택은 위험을 최소화하는 성공 열쇠다.

11. 추가 내용: 동전의 다양한 조명 상황

다음 이미지는 서로 다른 조명 기술이 동일한 물체에 미치는 영향을 보여준다. 적절한 기술을 선택하는 데 어려움이 있음을 보여준다.

자료 제공: Chromasens(www.chromasens.com)

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