3D 스테레오 라인스캔 카메라 기반 베어링 검사 시스템 개발 성공 사례
이미지 처리 시스템 통합업체인 Active Inspection(activeinspe‑ ction.com)은 높은 유연성과 고속이 특징인 Chromasens의 3DPIXA 3D 스테레오 라인 스캔 카메라를 기반으로 베어링에 대 한 검사 시스템을 개발했다. 이 시스템은 간단한 티치인으로 거의 모든 유형의 볼 및 롤러 베어링에 사용할 수 있으며 최대 3㎛ 크 기의 아주 작은 결함도 감지한다.
Active의 Arun Dalmia 전무이사는 “에러 목록과 검사할 롤 러, 볼 및 슬리브 베어링의 다양한 유형을 분석한 결과 맞춤형 검 사 시스템만이 모든 요구사항을 충족할 수 있음을 보여주었다”며 “시스템 개념을 위해 부품의 빠른 속도와 아주 작은 결함의 감지 를 결합해야 했다. 움푹 들어간 부분과 평탄도 검사를 수행하려면 안정적이고 정확한 3D 시스템이 필요하다”고 말했다.
요구 사항
검사 시스템은 생산 라인에서 직접 베어링을 검사하도록 설계되 었으며 각 부품은 양쪽에서 분당 최대 80개의 부품이 동일한 속 도로 직접 생산 및 검사된다. 검출할 결함은 볼, 롤러 및 니들 누 락, 핀 누락, 불완전한 각인(잉크) 및 다양한 유형의 스크래치뿐만 아니라 함몰, 프레스 결함 및 평탄도 제어를 포함한다.
시스템 개념
시스템 개념의 중요한 기준은 양쪽 베어링의 검사, 고속 및 요구 되는 정확도였다. 특히 어려운 점은 프레스 결함을 안정적으로 감 지하는 것이었다.
Arun Dalmia는 “개별 베어링 구성 요소가 함께 눌려질 때 이 러한 현상이 발생할 수 있다. 이러한 오류는 폭과 높이 확장이 매 우 작고 깊이가 100㎛에 불과하여 매우 평평하기 때문에 감지에 는 정밀한 3D 데이터가 필요하다. 베어링의 금속 및 부분적으로 연마된 표면은 베어링의 더 많은 무광 부분에 결함이 있는지 확인 해야 한다”고 설명한다.
광범위한 사전 조사 후 Chromasens의 3DPixa가 검사 작업에서 필요한 모든 기준을 충족하기 때문에 3D 카메라 시스템으로 선택 됐다.
• 80개 부품/분에 대해 최대 29kHz/초의 고속
• 15㎛(측면) 및 5 μm 높이의 고해상도
• 컬러 이미지와 3D 데이터의 동시 획득
그러나 3DPixa는 또 다른 중요한 이점도 제공한다. Arun Dalmia 는 광택 표면의 3D 기록이 확산 조명을 통해서만 가능하다고 설 명한다. 작은 결함을 감지하려면 15㎛의 높은 측면 분해능이 필 요하다. 또 평탄도를 안정적으로 제어하려면 10㎛의 높은 높이 분해능이 필요하다.
스테레오 라인 스캔 카메라
15마이크로미터 측면 해상도와 105㎜의 감지 범위를 가진 3DPixa Dual 15㎛가 여기에 사용된다. 두 개의 렌즈가 서로 수평 으로 배치되는 일반적인 스테레오 비전 시스템과 비교하여 오프 셋 영역 스캔 카메라가 사용되는 반면 3DPixa는 스테레오를 결합 하는 두 개의 7,300x3(RGB) 라인 스캐너로 3D 표면을 이미징하 는 새로운 방법을 사용한다.
3D 데이터를 기록하기 위해 스테레오 시스템은 하우징에 단단 히 연결된 두 개의 라인 스캔 카메라를 사용한다. 라인 스캐너의 오른쪽 및 왼쪽 카메라로 동일한 물체 지점의 빛이 동시에 캡처된 다. 객체가 이동함에 따라 이미지의 점 집합을 두 번째 이미지의 동일한 점 집합과 비교하여 3D 정보가 계산되는 스테레오 이미지 를 생성한다.
두 이미지를 비교하여 상대적 깊이 정보를 계산하고 소위 차이 맵으로 생성할 수 있다. 이 맵에서는 스테레오 카메라 시스템에 가까운 물체가 멀리 있는 물체보다 더 큰 차이를 갖는다. 고급 그래픽 카드는 스테레오 이미지에서 3D 데이터를 고속으로 계산하 는 데 사용된다.
시스템 구조
검사 시스템은 양쪽에서 볼 베어링의 이미지를 획득할 수 있는 특 수 컨베이어 벨트로 구성된다. 첫 번째 카메라 스테이션으로 베어 링 상단면의 이미지를 획득한 후 베어링은 특수 메커니즘으로 검 사되고 평행한 하부 벨트에서 180도 회전되어 놓인다. 이 두 번째 밴드를 사용하면 베어링이 두 번째 카메라 스테이션이 되고 베어 링의 아래쪽이 선택되고 확인된다.
대화형 레시피 편집기
볼 베어링의 각 유형에 대한 테스트 레시피가 저장된다. 100가지 이상의 다양한 베어링 유형이 테스트되었으며 부품 카탈로그가 지속적으로 증가되고 있다. 기존 방법으로 레시피를 생성하는 것 은 시스템 운영자에게 너무 많은 시간이 소요되었을 것이다.
특히 오류 감지를 위한 매개변수의 최적화는 부품의 오류가 안정적으 로 감지될 때까지 매개변수를 조정할 때마다 동일한 부품을 여러 번 통과해야 했다. 인라인 검사 시스템에서 이는 많은 노력을 필 요로 하며 라인 다운타임을 의미하기도 한다.
따라서 Active Inspection은 고객을 위한 레시피 생성을 크게 단순화하는 대화식 레시피 편집기를 개발했다. 이 레시피 편집기 를 사용하면 몇 가지 좋은 부분과 나쁜 부분만을 기준으로 레시피 를 만들고 최적화할 수 있다.
고객은 이러한 샘플 부품의 저장된 이미지를 기반으로 새 레시피의 매개변수를 입력한다. 레시피 편집기는 저장된 이미지를 기 반으로 새 결과를 즉시 계산하고 역동적으로 표시한다. 이를 통해 작업자는 시스템을 통해 부품을 다시 이동할 필요 없이 새 부품에 대한 매개변수를 최적의 값으로 매우 빠르게 설정할 수 있다.
생산 공장의 SPS와의 통신
검사 시스템은 Siemens 데이터 및 정보에서 고객의 생산 공장 (SPS) 제어와 교환된다. PLC는 검사 시스템에서 다음에 검사할 부품을 검사 시스템에 알려준다. 그런 다음 이 부품에 해당하는 레시피가 로드되고 활성화되며, 생산은 일반적으로 동일한 유형 의 배치로 이루어진다. 즉, 동일한 유형의 베어링이 한 배치로 생 산된다.
또한 PLC는 부품이 카메라 아래에 들어가고 이미지 획득 을 시작해야 할 때 검사 시스템을 형성한다. 부품 검사가 완료되면 검사 시스템은 결과(양호 또는 불량)를 PLC로 전송하고 PLC 는 적절한 절차를 시작한다.
요약
3D 베어링 검사는 수백 가지 유형의 볼 및 롤러 베어링을 자동으 로 검사하고 최대 3㎛ 크기의 아주 작은 결함도 감지하도록 설계 되었다. 시스템은 분당 최대 80개의 부품을 검사한다.
이를 위해 하이엔드 그래픽 카드를 사용하여 스테레오 이미지에서 3D 데이 터를 고속으로 계산한다. 검사 시스템에는 모든 결과를 저장하고, 다시 표시하고, PLC와 통신하여 검사 결과를 제어 시스템에 전달 할 수 있는 이미지 및 결과 데이터베이스가 있다.
자료제공: Chromasens(www.chromasens.de)
