맞춤형 조명 솔루션으로 정확한 ‘유리병 검사’

머신 비전 검사 시스템은 물체를 검사할 때 고품질 이미지를 생성하기 위해 적절한 조명이 필요하다. 그러나 요구를 충족시킬 수 있는 조명 솔루션이 없기 때문에 고객들은 어려운 문제에 맞닥뜨리게 된다. 뿐만 아니라 불투명한 결함과 투명한 결함을 모두 정확하게 찾아내기 위해 시간당 30만개의 유리병(초당 거의 100개 의 병)을 360도 100% 검사해야 할 경우, 기존의 맞춤형 솔루션으로는 다양한 문제와 제한 사항을 경험할 수 밖에 없는 상황이다.

일반적으로 유리병 검사가 어려운 이유는 여러가지가 있다. 첫 째, 병의 색상은 투명한 유리에서 어두운색까지 다양할 수 있다. 즉, 서로 다른 병의 결함을 명확하게 확인하려면 적절한 파장을 선택해야한다. 병에는 특이한 모양, 맞춤 스탬프 또는 고유한 디자인 측면이 있어 검사 중에 설명해야 하는 잘못된 긍정을 유발할 수 있다. 결과적으로 조명은 고도로 구성 가능하고 적응 가능해야 한다.

고객들은 ▲크거나 부피가 큰 폼 팩터 ▲복잡한 운영 ▲LED는 일반적으로 직렬 또는 병렬 스트링으로 배치되어 개별 LED를 제어하는 기능이 제한되기 때문에 어레이 내의 개별 LED를 처리할 수 없는 문제 ▲LED 광원의 과잉 구동으로 인한 비효율 ▲1kW를 초과하는 대형 전원공급장치(PSU)에 대한 요구사항 등 다양한 문제에 직면해 있다. 따라서 비용과 공간 효율성이 뛰어난 새로운 맞춤형 LED 솔루션이 필요하다.

이번 기사에서는 다양한 모양, 크기 및 색상의 유리병을 생산라인 속도에서 용기품질과 무결성을 최고수준으로 확인할 수 있도록 도와주는 유리 검사 솔루션에 대해 자세히 알아보고자 한다.

맞춤형 조명 솔루션

고객은 카메라의 대비를 최대화하기 위해 넓은 다이내믹레인지에 걸쳐 빛의 밝기를 정밀하게 제어해야 했다. 또한 카메라와 머신 비전 소프트웨어가 합격/불합격을 결정하기 위해서는 700mm x 350mm의 높은 균일성도 필요했다. 또 맞춤형 조명 패턴을 쉽게 생성할 수 있어야 하므로 개별 LED 제어가 필요했다. 이는 일반적으로 대부분의 솔루션에서 전자 회로 복잡성과 비용을 증가시킨다. 그러나 이 새로운 맞춤형 솔루션이 실행 가능한 옵션이 되려면 비용이 이전 시스템과 일치해야 하는 또 다른 요구 사항이있었다.

파트너십 접근 방식

고객이 필요로 하고 원하는 것을 제공하려면 고객이 필요로 하지 않거나 원하지 않는 것도 이해하는 것이 중요하다. 따라서 Prophotonix 엔지니어는 솔루션에 포함되어야 하는 것과 포함되지 않아야 하는 것을 미리 논의하기 위해 시간을 할애했다. 여러 분야의 엔지니어팀과 수석 기술자 간의 논의를 바탕으로 높은 수준에서 필요한 것은 더 나은 해상도, 더 많은 유연성 및 우수한 전기 효율성을 모두 비용 효율적으로 제공하는 솔루션이라는 결론을 내렸다.

이후 실험실 프로토타입에서 광학적으로 작동할 적절한 파장과 구성을 결정하기 위해 다양한 병을 제공했다. 이 테스트는 적절한 디자인을 신속하게 개발하는데 도움이 되었으며 샘플을 테스트하고 검증할 수 있는 작업 프로토타입을 제작했다. 이 프로토타입은 검증을 위해 고객에게 보내졌고 승인을 받은 후 생산에 투입되었다.

맞춤형 LED 솔루션

Prophotonix 솔루션에는 다양한 광학 패턴을 구현하기 위해 개별적으로 제어할 수 있는 900개 이상의 LED가 포함되어 있다. 이 장치는 또 흰색, 파란색 및 적외선을 포함한 여러 LED 파장을 수용할 수 있어 사용자가 특정 병에 대한 솔루션을 최적화할 수 있다.  뿐만 아니라 LED 기판과 전자 장치는 모듈식 구조로 되어 있어 특정 애플리케이션 요구 사항이나 선호도에 따라 다양한 크기의 어레이를 쉽게 구축할 수 있다. 모듈식 설계는 또한 조명을 더 쉽게 정비할 수 있게 하고, 더 빠른 증분 업그레이드를 가능하게 하며, 유사한 구성 요소를 재사용했기 때문에 더 지속 가능한 솔루션이다.

강력한 펌웨어

이 디자인의 핵심 요소 중 하나는 LED에 전원을 공급하는 드라이버를 제어하는 보드에 마이크로프로세서가 있다는 점이다. 이 제품은 SIMD 프로세서와 포화산술을 결합하여 마이크로 초 미만의 정밀도로 최대 1,000PWM 출력을 계산할 수 있는 소프트웨어 알고리즘을 생성한다.  마이크로 컨트롤러 장치(MCU)는 SIMD 명령을 사용하여 이러한 계산 중 4가지를 한번에 수행한다. 또한 지침은 서로 다른 단계를 파이프라인으로 처리하여 MCU가 하나의 클록 주기에서 4개의 PWM 작업을 수행할 수 있도록 신중하게 배열되었다.

저비용 LED 제어

많은 수의 LED를 제어하기 위해 단일 프로세서가 수백 개의 픽셀을 제어하고 수천개까지 확장할 수 있다. 개별 LED의 경우 마이 크로프로세서는 출력 제어 신호를 통해 다양한 강도 및 펄스 듀티 사이클에서 LED를 켜거나 끌 수 있다. 필요한 경우 펄스 지연도 프로그래밍할 수 있다.

마이크로프로세서가 개별 또는 여러 개의 LED를 켜거나 끄는 패턴을 정의할 수 있는 LED의 개별 제어로 인해 강도의 정밀 제어가 가능하다. 조명은 100µs에서 6개의 고유한 스트로브 패턴이 가능하며 사용자가 프로그래밍할 수 있다. 여러개의 LED 라이트 스트로브 프로필을 프로그래밍하고 램프에 로컬로 저장할 수 있다. 또한 시스템은 테스트/설정 모드에서 시스템이 카메라에 연결되어 있는 동안 특정 LED 어레이 패턴을 실시간으로 변경할 수 있다. 사용자는 이러한 정밀 제어 기능을 모두 수행하고 95% 이상의 균일성을 달성할 수 있다.

저비용 전력

이러한 램프는 마이크로프로세서가 LED 패널에 전력을 공급하는 스위처 PCB와 통신하기 때문에 고전력으로 작동할 수 있다. 마이크로프로세서는 전용 활성화 신호를 통해 일부 또는 모든 스위처 회로를 켜거나 끌 수 있다. 스위처 PCB는 LED 패널의 LED 스트립 수에 따라 일련의 스위처 회로를 완벽하게 제어한다. 각 LED 스트립에 대해 하나의 스위처 회로가 제공된다. 또 최적의 정전류드라이버 작동 전압을 설정한다. 이 설계는 고가의 고전력 PSU가 필요하지 않다.

저비용 펄스 에너지 시스템

전력 소비와 시스템 비용을 줄이기 위해 펄스 에너지 저장 시스템을 사용하여 짧은 시간 동안 LED를 점멸한다. 예를 들어 48V 전원공급장치를 사용하는 백라이트의 경우 LED가 꺼져 있는 동안 이 펄스 에너지 저장 시스템은 입력된 전압과 전류를 가져와 0V 에서 60V까지 전자 회로 뱅크를 충전한다. 그런 다음 일련의 스위처 회로가 회로에서 가변 전압 전하를 받아 이를 LED에 적용할 수 있는 정전압으로 변환한다. 이 충전량은 LED를 여러번 점멸하기에 충분하다.

컴팩트, 비용 효율적

Prophotonix 맞춤형 펌웨어를 통해 LED를 훨씬 더 세밀하게 제어할 수 있기 때문에 이 솔루션은 해상도, 밝기, 생성할 수 있는 패턴 측면에서 훨씬 더 많은 제어를 제공하며 기존 솔루션보다 저렴한 비용으로 이 모든 작업을 수행한다. 또 최종 사용자의 학습 곡선은 매우 낮다. 둘 다 레거시 버전이더라도 최종 사용자의 기존 인터페이스 및 소프트웨어와 원활하게 상호 작용하도록 펌웨어를 프로그래밍했기 때문에 추가 비용과 시간을 절약할 수 있다.

자료제공: ProPhotonix( www.prophotonix.com)