머신 비전 카메라 가이드: 산업용 검사에 적합한 카메라를 선택하는 방법

검사 정확도를 좌우하는 핵심 머신 비전 카메라 사양

해상도 및 화소 크기: 세부 정보 캡처와 시야각 및 렌즈 제약 조건 간의 균형

높은 해상도를 통해 검사 담당자는 PCB 패드가 정확히 맞춰졌는지 확인할 때 중요한 1.5마이크론 크기의 미세한 결함까지 식별할 수 있습니다. 오늘날 20메가픽셀 이상의 센서는 사람 눈으로는 알아차리기 어려운 문제들을 감지할 수 있습니다. 카메라 해상도가 낮은 대신, 화소 크기가 약 3.45~9마이크론 정도로 더 큰 픽셀은 실제로 카메라가 더 많은 빛을 수집하는 데 도움이 되지만, 이로 인해 디테일의 선명도가 떨어지는 단점이 발생한다. 또한 한 번에 어느 정도의 영역을 관찰해야 하는지에 대한 전반적인 고려 사항도 있으며, 이는 센서와 렌즈의 최적 조합에 직접적인 영향을 미친다. 많은 사람들은 고해상도의 고급 멀티메가픽셀 센서를 저렴하거나 너무 작은 렌즈에 무작정 결합하는 실수를 저지르는데, 그 결과 카메라 자체가 아니라 렌즈가 오히려 약점이 되어 버린다. 넓은 검사 영역을 다룰 때는 어떤 구성 요소 하나만에 집중한다고 해서 좋은 결과를 얻을 수 없다. 처음부터 전체 시스템이 원활하게 상호 작용해야 한다.

프레임 속도 및 셔터 유형: 고속 생산 라인에서 모션 블러 제거

초당 5미터 이상의 속도로 작동하는 고속 컨베이어 벨트에서 왜곡 없는 이미징을 위해서는 전 프레임을 한 번에 캡처하는 글로벌 셔터가 필수적인 솔루션이 된다. 롤링 셔터는 빠르게 움직이는 물체를 따라잡기 어렵고 왜곡된 이미지를 만들기 쉬우므로 적합하지 않다. 필요한 프레임 속도를 계산할 때는 기본적으로 검사 대상 물품의 이동 속도를 검출해야 하는 결함 크기로 나누면 된다. 예를 들어, 초당 3미터의 속도로 이동하는 제품에서 0.1밀리미터 크기의 미세한 결함을 찾아내야 한다면, 최소한 초당 300프레임 이상의 촬영이 필요하다는 계산이 나온다. 시간당 약 2만 개의 제품을 처리하는 제조 라인은 중요한 검사를 수행할 때 움직임을 완전히 정지시키기 위해 마이크로초 단위의 노출 시간과 함께 초당 500프레임 이상을 요구하는 경우가 일반적이다. 예를 들어 병 마개의 나사산이 올바르게 형성되었는지 확인하거나 용접 이음매를 정확하게 추적하는 작업 등을 생각해볼 수 있다. 위치 설정이 매우 중요한데, 사소한 정렬 오차라도 결함을 발견할 수 있는지 여부를 결정짓기 때문이다.

동적 범위 및 양자 효율: 결함 검출을 위한 대비와 저조도 감도 극대화

최소 120dB의 동적 범위를 갖춘 카메라는 반사율 차이가 미묘하여 종종 놓치기 쉬운 부분까지 정확하게 캡처할 수 있습니다. 예를 들어 하이라이트가 과다 노출되거나 그림자 영역의 잡음에 묻히는 일 없이, 광택 있는 금속과 백라이트가 적용된 투명 플라스틱을 어떻게 처리하는지 생각해보세요. 양자 효율이 80% 이상인 센서(백면 조명 CMOS 기술로 가능)와 함께 사용하면 이러한 카메라는 이득을 극도로 높였을 때 발생하는 과도한 잡음 없이도 어두운 환경에서 놀라울 정도로 잘 작동합니다. 복합 소재 내부의 숨겨진 결함을 확인할 때 진정한 효과가 나타납니다. 빛의 흡수 방식에서 발생하는 미세한 변화는 재료 내부의 공극(void)을 나타냅니다. 자동차 제조사들도 이를 특히 유용하게 활용합니다. 생산 라인에서 공장 조명이 깜박이거나 조도가 변하는 상황에서도 자동차 도장면의 극미세 외관 결함, 때때로 반사율 차이가 단지 5% 수준일지라도 정확하게 찾아낼 필요가 있기 때문입니다.

재료 및 파장 요구 사항에 맞는 머신 비전 카메라 센서 기술 선택

가시광, UV, SWIR 센서: 표면 아래 결함 탐지를 위한 가시광 스펙트럼을 초월한 이미징이 필요한 경우

일반적인 가시광선 센서는 표면을 점검할 때는 훌륭하게 작동하지만 플라스틱, 복합재 부품 또는 실리콘 부품과 같은 재료 아래에 숨겨진 것을 감지할 때는 한계가 있습니다. 200~400nm 범위의 UV 센서는 스캔 대상 물질을 여기시켜 미세한 균열이나 발광하는 물질을 감지할 수 있습니다. 반면, 900~2500nm 파장 범위에서 작동하는 단파장 적외선(SWIR) 센서는 불투명한 플라스틱 및 실리콘 웨이퍼를 실제로 투과하여 내부 침수, 층 간 박리 또는 향후 문제를 유발할 수 있는 온도 변화와 같은 문제를 찾아낼 수 있습니다. 작년에 발표된 연구에 따르면, 이러한 SWIR 센서는 일반 조명 방식보다 의약품 포장에서 거의 40% 더 많은 숨겨진 결함을 발견했습니다. 요컨대, 센서의 파장을 다양한 재료가 빛을 흡수하는 방식에 맞추는 것이 심각한 문제가 발생하기 전에 이를 조기에 포착하는 데 결정적인 차이를 만듭니다.

단색 대 색상 센서: 산업용 품질 보증(QA)을 위한 감도, 속도 및 스펙트럼 정확성의 상호 절충

흑백 센서는 빛을 흡수하는 베이어 필터가 없기 때문에 일반적으로 컬러 센서에 비해 약 60퍼센트 더 높은 양자 효율을 제공합니다. 이는 곧 이미지를 더 빠르게 캡처할 수 있고 어두운 조명 조건에서도 훨씬 더 잘 작동한다는 것을 의미합니다. 이러한 장점들로 인해 흑백 센서는 금속 표면의 미세한 스크래치나 고속으로 진행되는 병 포장 공정에서 발생하는 작은 결함을 감지하는 데 이상적입니다. 실제 색상이 품질 검사에 중요한 경우가 아니라면 컬러 센서는 거의 사용되지 않습니다. 예를 들어 알약의 코팅이 일관된지 확인하거나 자동차 도료가 서로 다른 패널 간에 일정하게 보이는지 판단하는 경우에만 컬러 센서가 활용됩니다. 하지만 컬러 센서에는 함정도 존재합니다. 디모자이싱(demosaicing) 과정으로 인해 지연이 발생하며, 실제로 해상도와 감도 모두 낮아지는 현상이 나타납니다. 많은 시설에서는 그 결과로 잘못된 불량 판정(false rejects)이 더 증가하는 상황을 겪고 있습니다. 색상이 중요하지 않은 대부분의 검사 작업에서는 흑백 센서를 사용하는 것이 회색조에서 정확한 검사를 유지하면서 전체적인 검사 속도를 높이고 오류를 줄여줍니다.

면 스캔 대 선 스캔 머신 비전 카메라: 부품 형상 및 동작 프로파일에 따른 선택

면 스캔을 선택해야 할 경우: 정지 상태 또는 주기적으로 움직이는 복잡한 2D 특징의 부품

면 스캔 카메라는 전체 이미지를 한 번에 캡처하므로, 자세한 2D 분석이 필요할 때 거의 움직이지 않거나 가끔씩만 움직이는 부품을 검사하는 데 적합합니다. 예를 들어 인쇄 회로 기판의 납땜 조인트 검사, 라벨이 올바르게 부착되었는지 확인, 또는 여러 특징을 가진 부품들의 정렬 작업 등을 들 수 있습니다. 이러한 카메라는 한 번의 촬영으로 여러 가지 다른 요소를 동시에 점검할 수 있으므로 전자제조업에서 흔히 볼 수 있는 배치 생산 환경에서 유리하게 작용하며, 짧은 정지 시간 동안 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다. 다만 부품이 촬영 사이에 약간 움직일 경우 흐릿한 이미지를 방지하기 위해 타이밍 조절이 여전히 중요합니다. 하지만 이러한 제약 사항이 있음에도 불구하고, 반복적인 표준 설계를 따르지 않는 복잡한 형상이나 불규칙한 패턴을 처리하는 데 있어서 면 스캔 시스템은 여전히 매우 다재다능합니다.

라인 스캔을 선택해야 할 경우: 연속적인 웹, 컨베이어 또는 회전 실린더 검사

라인 스캔 카메라는 생산 중 웹 검사, 빠른 컨베이어 벨트 또는 회전하는 원형 물체처럼 끊임없이 움직이는 응용 분야를 위해 특별히 설계되었습니다. 이러한 카메라는 초당 5미터 이상의 속도로 이동하는 물체에서도 실제로 모션 블러를 제거할 수 있습니다. 라인 스캔 카메라는 픽셀의 단일 줄을 생산 라인을 따라 이동하는 소재의 속도와 정확히 동기화시켜 늘어지거나 왜곡되지 않은 선명한 이미지를 생성합니다. 따라서 종이 롤, 금속 시트, 플라스틱 필름과 같은 긴 연속 제품 검사에 매우 적합합니다. 또한 병이나 캔이 회전할 때 주변 전체를 완전하게 관찰할 수 있습니다. 포장 업계 종사자들이 일반적으로 알고 있듯이, 이러한 라인 스캔 장비는 기존의 에리어 스캔 시스템 대비 데이터 양을 약 80퍼센트 줄여줍니다. 그리고 결정적인 점은 생산 공정을 전혀 멈추지 않아도 결함을 동일한 수준으로 정확하게 감지할 수 있다는 것입니다.

산업용 등급의 연결성 및 환경 보호 기능을 통한 신뢰할 수 있는 머신 비전 카메라 배포

공장 현장에서 머신 비전 시스템의 문제점 약 70퍼센트는 실제로 열악한 환경 요인들 때문입니다. 극심한 고온이나 저온, 날아다니는 먼지, 기계에서 발생하는 지속적인 진동, 그리고 전자기 간섭(EMI)까지 생각해보세요. 산업용 카메라는 이러한 문제에 대응하기 위해 특수 설계 기능을 갖추고 있습니다. IP67 등급의 외함은 먼지와 습기를 차단해주며, GigE Vision 연결 단자는 EMI로부터 차폐되어 전기적 잡음이 심한 환경에서도 깨끗한 데이터 전송이 가능합니다. 강화된 마운트 덕분에 견고한 진동에도 견딜 수 있고, 영하 30도에서 섭씨 70도까지 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동합니다. 따라서 뜨겁게 달아오른 용광로 옆, 얼어붙은 터널 내부 또는 진동이 심한 대형 장비 근처 어디에서나 성능을 발휘할 수 있습니다. 또한 급격한 전압 변화로부터 보호해주는 내장형 전원 백업 기능도 탑재되어 있습니다. 이러한 모든 보호 기능들은 예기치 못한 정지를 방지하고 품질 검사를 지속적으로 유지함으로써 생산 공정이 원활하게 진행되도록 도와줍니다. 일반 소비자용 카메라는 이렇게 혹독한 환경에서 완전히 고장 나기 전까지는 도저히 버틸 수 없습니다.