목재 검사의 완전 자동화를 구현한 다중 카메라 시스템

IDS

독일에 본사를 둔 Lessmann GmbH는 금속 가공, 건설 현장 등에 필요한 다용도 브러쉬 제품을 공급하고 있다. 브러시 유형은 직선형에서 인체공학적인 형태까지 다양하지만 한 가지 공통점은 브러쉬 몸체는 가공되지 않은 붉은 너도밤나무(beech)로만 만들어진다는 것이다. 브러시 모델에 따라 손잡이 끝에 두 개의 걸이용 구멍이 있을 뿐이다.

브러시는 매우 합리적으로 자동 생산된다. Lessmann은 헨드 브러시 목재의 우수한 품질을 위해 고전적인 이미지 처리를 유지해왔다. Lessmann은 수년 동안 고전적인 이미지 처리방식에 의존해 왔다. 그러나 이제 견고한 IDS 산업용 카메라와 SIMAVIS® H 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 종전에 감지할 수 없는 공차 편차(tolerance deviations)를 안정적으로 감지하는 Bavarian system house Simon IBV GmbH의 이미지처리 시스템을 구현했다.

애플리케이션

시간당 1500개 생산 속도로 완전 자동으로 밀링되는 목재 브러시 핸들은, 떨림 모양의(quiver-shaped) 리셉터클(receptacles)이 있는 순환 체인에 의해 밀링 머신으로부터 제거되어 세로의 컨베이어 벨트로 밀려가게 된다.

멀티 카메라 시스템이 컨베이어 벨트 상에 설치되어, 2~6열 핸드 브러시 목재에 균열, 쪼개짐 및 크기와 같은 결함이 있는지 확인한다. SIMON IBV의 공인 서명권자인 Daniel Simon은 “처리되지 않은 구릿빛인 너도밤나무는 색상과 결 모양이 매우 다양하기 때문에 테스트 작업이 매우 까다롭다. 하지만 너도밤나무는 경도, 지속 가능성 등이 우수하다”고 말했다.

목재가 컨베이어 벨트 상에서 생산을 거치는 동안, 타입 GigE uEye FA의 총 4대의 IDS 카메라가 증분형 인코더에 의해 트리거된다. 이 센서는 벨트 위치에 반응하여 브러시 본체의 임의의 위치 변화는 벨트 움직임에 의해 감지된다. 이미지 캡처는 카메라 당 2.5mm 오프셋(offset)되므로 각 카메라는 10mm 마다 새로운 이미지를 촬영한다. 캡처된 이미지들은 첫 번째 카메라가 시야에 목재의 본체가 있음을 감지할 때까지 폐기된다. 이 시점부터는, 다른 3대의 카메라들이 활성화되고 카메라당 최대 35장의 사진들이 촬영된다. 더 이상 시야에 브러시 본체가 생기지 않게 되자마자 사진 촬영을 중지하므로, 카메라 1에 의해 이미지들의 개수가 제한된다.

IDS 카메라들로 캡처된 이미지들은 이미지 캡처와 동시에 사전 처리되고 합성된다. 따라서, 평가 시간 동안, 다음 브러시의 전처리 뿐만 아니라 이미지 획득이 이미 수행될 수 있다. 4개의 오프셋 카메라들로부터 동일한 상황의 개별 이미지들은 소프트웨어에 의해 잘리고 크기가 조정되고 하나의 전체 이미지로 병합된다. 브러시 본체들은 각 카메라에 대해 서로 다른 가중치 기준으로 평가된다. 가중치는 평가 기준의 테스트 시퀀스를 통해 수행된다. 첫 번째 단계에서는 길이, 너비, 높이, 대칭 및 모양 편차와 같은 대략적인 기하학적 요소들이 평가된다.

브러시 본체 내에 있는 구멍들의 위치와 포개짐이 확인된다. 브러시 본체의 외형 치수가 공차내에 있는지, 브러시 본체가 비대칭이거나 변형됐는지, 구멍들이 정확한 지름과 위치를 가지고 있는지 확인할 수 있다. 그 뒤엔 단계별 표면 검사가 이어진다.

Simon IBV의 시스템 통합자인 Matthias Eimer는 "우선, 어두운 영역들은 세트포인트(setpoint) 사양에 따라 분할되고 평가된다.”며 “그 뒤 세트포인트 사양에 따라, 편차가 있는 변색(discolouration)은 검색되고, 선별되며 평가된다."고 설명했다.

거친 스팟들에 대한 공차들도 목표 값으로 설정되고 그 이후에 평가될 수 있다. 프레임별 평가의 마지막 단계에서만 카메라가 균열을 검색한다. 마지막으로, 전체 결과는 뷰의 개별 평가로부터 형성되고 병합된다. 이 시스템은 총 32개의 세트포인트들을 확인하며, 그 중 27개는 정확하게 정의된 공차 사양을 준수하는지 확인한다.

FA 제품군에서 사용되는 uEye 카메라들은 특히 견고하므로 브러시 공장과 같은 혹독한 환경에서 사용할 수 있도록 예정되었다. 카메라 하우징, 렌즈 튜브 및 나사식 커넥터는 보호 등급 IP65/67의 요구 사항들을 충족한다. 또한 통합된 이미지 메모리로 인해 필요한 멀티 카메라 작동에 최적으로 적합하고, 이것은 이미지 캡처를 이미지 전송으로부터 분리하고 이 애플리케이션에서 전송 전에 이미지들의 버퍼링을 가능하게 한다. GigE Vision 펌웨어가 탑재된 GV-5280FA 산업용 카메라들은 Sony의 IMX264 2/3"글로벌 셔터 CMOS 센서가 장착되어 있어 뛰어난 이미지 품질, 높은 감광도 및 매우 높은 동적 범위를 제공한다.

사용된 4개의 CMOS 카메라는 거의 노이즈가 없고 하이 콘트라스트 5MP 이미지들을 제공한다. 정확히 이러한 기능들을 갖춘 카메라 모델은 까다로운 브러시 테스트에 사용하도록 권장 되었다. Sony 센서는 매우 우수하며 보호 등급이 충족된다. Daniel Simon은 “IDS 카메라는 통합하기 쉽다. 이 솔루션의 핵심은 특별히 개발한 소프트웨어”라고 말했다.

소프트웨어

SIMAVIS® H는 완전한 솔루션을 신속하게 조립할 수 있는 이미지 처리 소프트웨어이다. 이 머신 비전 소프트웨어는 ProVision®(이전 SIEMENS 개발)과, 통합된 개발 환경을 갖춘 산업용 이미지 처리를 위한 표준 소프트웨어인 HALCON을 기반으로 한다.

이 소프트웨어는 목재 브러시 본체 테스트의 요구 사항을 개별 반영할 수 있다. 공차 임계값들은 기능에 따라 많은 세트포인트들로 설정될 수 있다. SIMAVIS® H는 유형 관리, 세트포인트 메뉴, 인증 개념, 언어 전환, 통계 모듈 등 수동 및 자동 작동을 포함하여, 시스템 운영 담당자에게 직관적인 사용자 인터페이스를 제공한다.

전망

IDS 전무이사 Jürgen Lessmann는 “제어를 통해 자동 처리가 가능하다. 새로운 이미징 솔루션을 사용하면 이제 목재 결함을 보다 안정적으로 감지할 수 있다. 이로 인해 불량 목재 비율이 약 2%에서 1% 미만으로 떨어졌다.”고 말했다.

브러시 본체 검사 후 와이어를 채우는 것은 이미 자동화됐으며 완성된 핸드 브러시는 로봇의 도움으로 포장된다.브러시 몸체의 제어로 인해 이전의 수동 품질 관리를 생략할 수 있었다. 기계 담당자에게 업무 효율성을 높여주고 생산성을 증가시켰다. 이 예시적인 애플리케이션에서 인공 지능의 미래에 많은 잠재력을 제공한다. 다중 카메라 시스템은 브러시 생산뿐만 아니라 다양한 산업에 적용될 수 있다.

자료 제공: IDS(www.IDS-imaging.com)

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