3차원 이미지 처리 기술로 복잡한 표면까지 측정하는 EoSens®

MIKROTRON

효율적인 생산을 위해 짧은 사이클 타임과 고품질이 요구될 때, 마이크로 부품의 지형(표면 형상)을 어떻게 모니터링 하는가? 3D-Shape GmbH는 Mikrotron의 백색광 간섭계, 고급 센서, 3D이미지 처리의 강력한 카메라 기술을 사용하여 복잡한 표면을 측정한다.

복잡한 3차원 이미지 처리 기술은 복잡한 구성 요소의 품질 관리를 하는데 점점 더 중요해지고 있다. 속도, 유연성, 정밀성 및 분석 가능성 면에서 3차원 이미지 처리 기술은 접촉형 측정 시스템보다 우수하다.

몇 년 전까지도, 산업 생산 라인에서 고정밀 측정은 상상할 수가 없었다. 오늘날은 짧은 사이클 타임으로도 몇 나노 미터의 측정까지도 품질 관리가 가능하다. 이는 전자 부품, 항공기 그리고 자동차 산업에서 초정밀 마이크로 부품의 금형 구성에까지 적용된다.

백색광 인터페이스를 이용한 지형 측정

정밀 광학 및 이미지 처리 소프트웨어뿐만 아니라 프로세서 및 카메라 기술의 빠른 혁신을 통해 간섭계에 대한 관심이 높아지고 있다. 백색광 간섭계를 사용하면 거칠고 부드러운 물체의 지형을 매우 정확하게 측정하고 캡처할 수 있다. 간단히 말해, 측정 대상과 기준 미러는 광원으로 조명되고 이것은 반투명 거울(빔 스플리터)에 의해 두 부분으로 분리된다.

프로세스가 계속됨에 따라 밝기 변화가 발생하면 카메라의 이미지 센서에 기록된다. 이들은 특수 소프트웨어로 분석되며 각 픽셀에는 높이 값이 할당된다. 그러면 나노 미터 범위에서 매우 차별화된 프로파일 높이가 생성된다. 공정이 다양한 층에서 수행되면 복잡한 구조가 전체 높이로 기록된다.

생산 라인 시스템에 통합할 수 있으며 광범위한 애플리케이션 분야에 적용할 수 있다. 밀봉 표면의 평탄도 및 거칠기를 결정하고 밀링 및 드릴링 공구의 3D이미지를 제공하며 절삭 인서트의 마모에 대한 정보도 제공하며 전자 장치에서 가장 작은 접점의 주기 길이 및 스텝 높이를 확인한다. 정확도는 측정 영역 크기, 사용된 광학 및 카메라 해상도에 따라서 직접 영향을 받는다.

KORAD3D 시스템의 측정 정확도 및 측정 속도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 내장 카메라의 성능이다. 시스템을 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있도록 하기 위해 더 큰 측정 영역이 유리하다. 그러나 측정 영역이 클수록 측정이 더 정확하지 않다.

따라서 카메라의 핵심 요구 사항은 메가 픽셀 해상도이다. 물론 이것은 콘트라스트 및 노이즈 동작 및 카메라 감도와 같은 이미지 품질의 다른 중요한 측면에 추가된다. 동시에 카메라는 높은 프레임 속도를 제공할 수 있어야 한다. 전체 구조는 레이어 별로 기록되며 생산 라인 내에서 매우 짧은 사이클 시간으로 기록된다. 그러나 측정 깊이를 두 배로 늘리면, 측정 시간도 두 배로 걸린다. 결과적으로 대량의 데이터를 처리해야 하며 이것은 이미지를 실시간으로 캡처하고 전송하는 카메라에서만 가능하다.

마이크로 범위에서 KORAD3D로 모니터링

3D-Shape가 이러한 모든 요구 사항을 가장 잘 충족하는 카메라를 찾고 있었다. Erlangen에 본사를 둔 이 회사는 물리적으로 가능한 최첨단을 목표로 하고 있으므로 최신 기술을 갖춘 카메라가 필요했다. 개발 책임자에 따르면 궁극적으로 Mikrotron EoSens®는 모든 요구 사항을 충족하는 유일한 카메라였다. 따라서 이 회사는 KORAD3D 측정 시스템 제품군에 Mikrotron EoSens®를 장착하기로 결정했다.

1,280×1,024 픽셀의 전체 화면 해상도에서 카메라는, 고성능 base/full-camera link(160/700MB/초) 인터페이스를 통해 초당 최대 500개의 이미지를 제공한다. 3D-Shape는 Mikrotron EoSens®으로 미조립의 회로 기판을 180fps(초당 프레임)의 프레임 속도로 모니터링 할 수 있었다. 심지어 더 높은 프레임 속도인 최대 500fps를 애플리케이션에 적용했다.

EoSens®는 14×14 µm의 단일 픽셀의 넓은 영역과 40%의 높은 픽셀 필 팩터(pixel fill factor)를 기반으로 한다. 따라서 조명 시스템에 필요한 투자가 줄어들고 이미지 처리를 위한 더 높은 밝기 및 콘트라스트 범위를 설정할 수 있다.

이 외에도 전환 가능한 노출 최적화 기능이 있다. 일반적으로 이것은 CMOS 센서의 선형 이미지 역학을 육안의 비선형 역학에 맞게 두 가지의 자유롭게 선택할 수 있는 수준에서 조정한다. 이로써, 밝은 영역이 억제되어 모든 영역에서 매우 밝은 어두움의 차이가 있어도 디테일이 추정될 수 있다. 가장 까다로운 이미지 처리 작업에서 장점이 발휘된다.

KORAD3D 시스템이 유지해야 하는 주기 시간을 감안할 때 데이터 처리 가속화에 대한 각 기여가 중요하다. 여기에는 ROI 기능이 포함되는데, 개별 작업의 크기와 위치 또는 평가할 수용 필드에 맞게 자유롭게 정의하고 사용자를 지정할 수 있다. 따라서 데이터 양이 줄어들고 분석이 가속화된다. 동시에 프레임 속도를 획기적으로 높일 수 있다. 내장된 다중 ROI 기능을 통해 사용자는 전체 그림에서 최대 3개의 서로 다른 이미지 필드를 정의할 수 있다.

지형 켑쳐 처리 시간- 약 1 초

KORAD3D 시스템으로 만든 지형의 측정 정확도를 좁은 범위로 유지하려면 이미징 품질의 여러 기능이 함께 작동하여 성능 향상 전체를 형성해야 한다. EoSens®의 글로벌 셔터는 캡처한 프레임을 완전히 정지시키고 실시간으로 저장한다.

다음 이미지가 이미 노출되어있는 동안 왜곡과 번짐 효과가 없는 동적 프로세스 이미지를 제공한다. C-마운트 렌즈 마운트 외에 F-마운트 옵션도 있다. F-마운트 옵션은 조작자가 카메라와 렌즈를 고정된 보정 장치에 연결하여 분석의 정확성을 높인다.

이 뛰어난 성능 데이터 외에도, 시스템 통합을 간소화하는 콤팩트한 카메라 디자인으로 사용자에게 확신을 준다.