기술이 발전함에 따라 훨씬 더 많은 기능을 저렴한 비용으로 제공할 수 있는 높은 품질의 이미지 센서들이 발표되고 있습니다. 이러한 센서들이 계속해서 발표됨에 따라 다양한 업계에서는 저렴하면서도 기능이 발전한 카메라를 많이 사용하려 합니다. AIA(Automated Imaging Association)에 따르면 북미지역의 머신비전 관련 제품 판매는 2010년 1.6억 달러에서 20억 달러까지 치솟았습니다. AIA의 Alex Shikany(Director of Market Analysis)는 작년에 "공장 자동화 영역은 여전히 중요하지만, 음식과 소비재, 임베디드 비전, 교통 및 생명 과학 등 모든 업계에서 머신비전을 알아보고 있습니다."라고 언급했습니다. 하지만, 업계와 관계없이 솔루션을 추구할 때 고려해야 하는 많은 요인이 있습니다.

수십 년 동안 기업들은 제품이 결함과 관련된 잠재적 책임이 있거나 높은 가치가 있을 때 검사 목적을 위해 비전 장비를 사용해 왔습니다. 이제 비전 검사 장비는 높은 품질로 생산하길 원하는 기업에 더욱 저렴하게 제공되고 있습니다. 따라서, 제품에 높은 가치나 결함 등 잠재적인 위험이 없는 경우에도 사용하고 있습니다. 예를 들어, 못과 나사, 골판지, 플라스틱 용기와 같은 기구류도 검사 장비를 사용하고 있습니다.

 

 

Line scan 또는 Area scan?

Line scan 카메라 또는 Area scan 카메라 등 제조업체가 요구하는 카메라 종류는 애플리케이션에 따라 다릅니다. 대부분의 사람들은 고해상도 디지털 카메라와 비슷한 Area scan 카메라의 숨겨진 기술을 이해합니다. Area scan 카메라는 2차원 이미지(가로 및 세로)를 생성합니다.

Line scan 카메라는 이해하기 조금 어려울 수 있습니다. Line scan 카메라는 1차원 선형 구조의 센서를 사용합니다. Line 단위로 촬영하여 2차원 이미지를 획득합니다. 카메라 또는 검사체를 이동하여 센서와 수직인 축을 따라 2차원 이미지를 얻을 수 있습니다. Area scan 카메라의 FOV(field of view)에 개체를 포함할 수 없다면 Line scan 카메라를 고려해야 합니다. 가장 일반적인 Line scan 카메라의 애플리케이션으로는 종이, 직물, 알루미늄, 강철, 유리시트 등의 "Web"을 검사가 있습니다.

애플리케이션이 50,000 m 길이의 종이 롤을 검사해야 하는 경우 Area scan 카메라로는 한 번의 샷으로 촬영할 수 없습니다. 종이 롤 등 개체가 정상 제조 공정의 일부로 이미 이동하고 있으므로 이같은 애플리케이션에서는 Line scan 카메라를 사용할 수 있습니다. Line scan 카메라는 종이 롤에서 라인들을 획득하여 여러 개의 2D 이미지로 만듭니다. 각 이미지가 1,000 라인 길이인 경우 카메라는 하나의 2D 이미지에 1,000 라인을 그랩한 다음 1,001 라인부터 2,000 라인까지는 다음 이미지로 그랩합니다. 카메라는 50,000 m의 종이 롤을 2D 이미지로 생성하면서 이 과정에서 어떠한 누락된 이미지가 발생하지 않습니다.

 

 

Area scan 카메라는 의약품 용기나 음료수 캔 등 개별 부품을 검사하는 데 사용됩니다.

 

 

Line scan 카메라는 종이 롤 등 "Web"을 검사하는 데 사용됩니다.

 

 

많은 머신비전 애플리케이션에서는 기본적으로 Area scan 카메라가 선택됩니다. 애플리케이션이 알루미늄 캔, 유리병, 개별 부품 등을 검사하는 경우 이 선택은 올바릅니다. Area scan 카메라가 촬영할 수 없는 더 높은 해상도가 필요하거나 일반 FOV(field of view)로 촬영할 수 없는 경우 Line scan 카메라가 사용됩니다.

 

 

해상도 요구 사항

머신비전 카메메라를 선택할 때 해상도는 가장 중요한 고려 사항입니다. 해상도를 계산하려면 FOV(field of view)의 크기와 해결해야 할 최소 특성 크기를 알아야 합니다. “특성”이라는 용어는 일반적으로 제품의 결함이나 개체의 가장 작은 부분을 의미합니다. 이러한 특성은 PCB(Printed Circuit Board)의 작은 구멍 또는 알루미늄 시트의 긁힌 자국 등이 될 수 있습니다. 이러한 경우 결함이나 작은 특성을 검출해야 합니다.

많은 경우, 얼마나 작은 특성을 검출해야 하는지 고려할 때 당연히 카메라가 "모든 것"을 검출한다는 것을 알아야 합니다. 이러한 방식은 항상 현실적이지도 않고 필요하지도 않습니다. 해상도는 카메라 비용과 관련된 주요 요소 중 하나입니다. 필요한 만큼 무리하지 않을만큼 해상도를 선택해야 합니다. 일반적으로 알려진 바는 다음과 같습니다. 특정 크기의 특성을 정확하게 검출할 수 있으려면 최소 3개 픽셀이 그 영역을 덮어야 합니다. 픽셀 1개만 해석하여 특성을 검출할 수 없습니다. 특성을 여러 픽셀이 덮을 수 있으면 수차로 인해 발생하는 왜곡인지 판단할 수 있습니다. 예를 들어, 1/100 인치만큼 작은 특성을 검출하려면 픽셀 크기는 3배 더 작은 3/1000 인치여야 합니다.

해상도가 높을수록 특성을 쉽게 파악할 수 있지만 해상도와 비례하여 비용도 증가합니다. 승인하기 전에 몇 가지 테스트를 수행하세요. 앤비젼에서 카메라를 대여하거나 같은 해상도의 다른 카메라를 사용하여 얼마나 높은 해상도가 검사에 필요할 지에 대한 아이디어를 얻으세요.

 

 

이미지 처리 속도

애플리케이션이 캔, 병, 피스톤 등 개별 부품을 검사해야 하는 경우 1초에 얼마나 많은 부품을 검사해야 하나요? 지정된 기간 동안 주어진 공간에서 얼마나 많은 부품이 이동하나요? 초당 3개인가요? 분당 50개인가요? 카메라는 최소 이 속도로는 이미지를 획득해야 합니다. 약간의 여유가 있는 것이 좋습니다. 애플리케이션이 25fps로 이미지를 획득해야 한다면 30 fps로 이미지를 획득하는 카메라를 선택하세요. 이를 통해 오류의 여지를 줄일 수 있습니다.

Line scan 카메라는 적절한 획득 속도를 결정하는 데 좀 더 많은 계산을 해야 하지만 어렵지 않습니다. 해상도를 결정하면 개체가 얼마나 빠르게 이동하는지를 파악하고 필요한 해상도를 얻기 위해 초당 그랩해야 할 라인 수를 결정해야 합니다. 3/1000 cm의 픽셀 해상도가 필요하고 개체가 초당 100 cm로 이동한다면 Line scan 카메라의 최소 Line rate는 33.3 kHz (초당 33,333 라인)여야 합니다.

 

 

인터페이스 표준

카메라와 컴퓨터를 연결할 수 있는 거리와 속도 등 다양한 인터페이스 표준을 선택할 수 있습니다. 속도가 우선시 된다면 필요한 속도만큼 카메라에서 컴퓨터로 데이터를 전송하는 데 충분히 빠른 속도를 낼 수 있는 인터페이스 표준을 찾으세요. 일부 고속 인터페이스로는 Camera Link, Camera Link HS, USB3 Vision 등이 있습니다. Camera Link HS는 사용할 수 있는 최고 속도의 인터페이스이지만 프레임 그래버와 함께 사용해야 합니다. USB3 Vision은 Camera Link HS만큼 빠르지는 않습니다. 하지만, USB 연결 단자는 일반적으로 컴퓨터에 내장되어 있으므로 데이터를 획득하기 위한 추가 장치나 프레임 그래버가 없어도 됩니다.

GigE Vision은 Gigabit Ethernet 사양을 기반으로 하고 카메라와 컴퓨터 사이의 거리가 멀더라도 사용할 수 있으므로 어떤 사람들은 선택합니다. 10 ~ 15 m로 컴퓨터와 카메라가 먼 거리에 위치해야 하는 경우 GigE Vision은 좋은 선택입니다. GigE Vision은 Camera Link나 USB3 Vision 표준보다 느리지만 카메라가 컴퓨터와 먼 곳에 위치해야 하는 경우 유일하게 선택할 수 밖에 없습니다.

거리로 인해 GigE Vision을 사용해야 하는 애플리케이션을 위해 제조업체들은 속도 장벽을 제거하거나 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 앤비젼에 카메라를 공급하는 Teledyne DALSA는 카메라와 컴퓨터의 거리가 먼 곳에서 사용할 수 있는 장점을 유지하면서 GigE Vision의 실제 속도를 향상시키기 위해 압축과 비슷한 방식을 사용하여 보다 효율적으로 데이터를 전송하는 TruboDrive 기술을 찾아냈습니다. 애플리케이션이 GigE Vision을 필요로 한다면 효율성을 향상하기 위해 무엇을 제공할 수 있는지 논의해야 합니다.

 

 

빛의 파장

빛의 파장은 모든 애플리케이션에서 고려해야 하는 문제가 아닙니다. 하지만 일부 애플리케이션은 특정 파장에서 감도가 높은 카메라가 있어야 합니다. 화폐 검사를 예로 들면, 자외선 또는 적외선에서만 표시되는 보안 특성이 있을 수도 있습니다. 이러한 경우 성공적으로 검사를 수행하기 위해 카메라가 그 파장에서 충분한 감도가 있는지 확인해야 합니다. 또한, 해당 특성을 시각화할 수 있도록 해당 파장 속성을 갖는 광원이 있어야 할 수도 있습니다.

 

 

검사 프로세스의 일부로 화폐의 보안 특성 등을 검사하기 위해 자외선 또는 적외선이 사용됩니다. 이러한 경우 필요한 빛의 파장에서 카메라의 감도가 높아야 합니다.

 

 

대부분의 애플리케이션에서는 White 조명 또는 Broadbad 조명과 표준 카메라를 사용해도 충분합니다. 특수 조명을 포함해야 하는 검사 애플리케이션의 경우 요구되는 빛의 파장에 적합한 카메라인지 확인해야 합니다

 

 

환경

대부분의 비전 장비는 온도가 높은 환경에 설치됩니다. 카메라는 민감한 전자 장비로 구성되므로 온도에 영향을 받습니다. 모든 카메라 제조사들은 제품의 동작 온도 사양을 제공합니다. 일반적으로 머신비전 장비를 설치하는 환경에서는 이러한 사양을 초과하는 경우 카메라가 동작하지 않는다는 것을 의미하지 않습니다. 대신, 이러한 사양 범위를 초과하면 카메라 성능이 저하할 수 있다는 것을 의미합니다. 온도가 높은 환경에서 저하되는 성능 중 가장 일반적인 것은 바로 "노이즈"가 많이 발생한다는 것입니다. 이미지 내에서의 의도하지 않은 밝기 변화가 발생하는 것을 노이즈라 합니다. 또한, 온도 사양이 초과된 곳에서 카메라를 사용하면 일반적으로 카메라 수명에 부정적인 영향을 미칩니다.

동작 온도 사양 범위 내로 카메라를 유지하기 위해 많은 제조사들은 고객이 방열 방법론을 사용하도록 유도합니다. 따라서, 구매할 카메라를 고려할 때 동작 환경의 온도를 파악하고, 카메메라의 동작 사양을 조사한 다음, 앤비젼이 제공할 수 있는 옵션을 논의해야 합니다다. 필요하다면 카메라를 그냥 동작하도록 해도 좋습니다.

 

 

카메라 품질

만약 고객이 시간을 두고 카메라를 대량으로 구매할 계획이 있는 경우 제조사는 일부 커스터마이징을 제공할 수 있습니다. 공장의 하나 또는 두 개의 라인에서 한두 개의 비전 장비만 필요하다면 구매 옵션은 아마 표준 제품으로 제한될 수 밖에 없습니다. 수 년에 걸쳐 수천 개의 비전 장비가 필요한 경우 일부 제조업체는 높은 수준의 커스터마이징을 제공할 것입니다. 이러한 상황에서는 필요하지 않은 기능을 제거하고 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 표준 제품에 포함되지 않은 기능을 추가할 수도 있습니다. 장기 계획에 대량 카메라 구매가 포함된 경우 이러한 옵션 중 하나를 협상할 수 있는 지 여부를 앤비젼에 확인해야 합니다.

 

 

예산

해상도와 속도와 마찬가지로 비용은 구매 결정에 있어 필수적인 요소입니다. 이 시점에서 비전 장비를 구매하고 설치한다는 결정을 하게 된 경우 이미 기술의 투자 대비 효율성과 투자수익률을 계산해 보았을 수 있습니다. 이러한 평가가 카메라 예산을 결정할 것입니다.

단, 해상도를 고려하는 경우처럼 비전 장비로 달성할 수 있는 것을 비용이 가리킬 수 있습니다. 원자 수준으로 제품을 검사할 수도 있지만, 이런 수준의 해상도를 갖춘 카메라의 비용은 엄청날 것입니다. 구매자는 ROI와 비교하여 비전 장비의 비용을 검토해야 합니다.

 

 

빠르게 카메라를 선택할 수 있는 TIP

 

● 해상도를 설정할 수 있는 지침이 될 수 있는 예산을 먼저 결정하세요.

● 카메라의 해상도는 특성 영역을 최소 픽셀 3개가 덮을 수 있어야 합니다.

● 필요한 것보다 약간 높은 Frame rate/Line rate로 사용할 수 있는 카메라를 선택하세요.

● 카메라와 컴퓨터의 전송 속도와 사용해야 할 거리를 통해 인터페이스를 선택하세요.

● 검사해야 하는 환경이 카메라가 적절하게 동작할 수 있는 환경인지 확인하세요.

● 앤비젼에 문의하여 커스터마이징할 수 있는 지 확인하세요.

 

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