기계 비전 조명에서 자외선 및 적외선의 응용

머신 비전 시스템은 현대 산업 자동화, 품질 검사 및 연구에서 매우 중요하며, 조명은 그 핵심 구성 요소입니다. 가시광은 일반적이지만 자외선(UV) 조명 그리고 적외선(IR) 조명 가시광이 부족한 부분에서 독특한 이점을 제공합니다. 본 기사에서는 머신 비전에서의 특성, 주요 응용 분야 및 미래 트렌드를 살펴봅니다.

1. 머신 비전에서의 UV 및 IR 조명 개요

전자기 스펙트럼의 가시광 영역(400–760 nm)은 인간의 눈으로 감지할 수 있지만, 자외선(10–400 nm)과 적외선(760 nm–1 mm)은 머신 비전의 능력을 확장시켜 줍니다. 실제로 근자외선(UV-A, 315–400 nm) 는 안전성과 센서 호환성 측면에서 선호되며, 반면에 근적외선(NIR, 760–1400 nm) 그리고 단파장 적외선(SWIR, 1400–3000 nm) iR 작업에서 흔히 사용되며, 수정된 표준 센서와 함께 작동하여 재료를 효과적으로 투과합니다.

UV는 특정 물질에서 형광을 유도하는 반면, IR은 화학 조성에 기반한 재료와의 상호작용(흡수/투과)을 통해 작용합니다. 이러한 고유한 상호작용이 각각의 머신 비전 활용을 이끕니다.

2. UV 광원의 응용 분야

UV 조명은 형광식 그리고 소재의 대비 보이지 않는 결함, 오염물질 또는 특징들을 탐지하기 위해 활용됩니다.

2.1 산업용 품질 검사

UV는 표면 결함 및 제품 완전성에 대한 품질 관리에서 널리 사용됩니다. 폴리머(예: 자동차 플라스틱 부품) 및 코팅(예: 가전제품 도장)의 경우, UV는 형광 첨가제를 조명하여 균열이나 핀홀(pinholes)과 같은 결함 부위가 형광을 내지 않아 어두운 영역으로 나타나도록 하며, 시스템이 이를 감지합니다. 식품/의약품 분야에서는 유기 오염물질(곰팡이, 박테리아)을 식별하고 정제 코팅의 균일성을 확인하는 데 사용되며, 유기 물질이 비형광 재료 대비 형광을 발현하기 때문입니다.

2.2 인증 및 위조 방지

자외선(UV)은 문서(여권) 및 화폐(유로/미국 달러 형광 실선)의 숨겨진 보안 기능을 드러냅니다. 고급 제품(명품, 전자기기)은 UV 마킹된 라벨을 사용하며, 머신 비전이 UV 조명 하에서 이를 스캔하여 진위를 확인함으로써 공급망 내 위조 방지에 기여합니다.

3. 적외선(IR) 광원의 응용

적외선(IR)은 소재 침투 , 열 대비 향상 , 그리고 눈부심 감소 에 탁월하여, 가려지거나 조도가 낮은 상황에 이상적입니다.

3.1 물질 투과 및 숨겨진 특징 탐지

NIR/SWIR은 불투명한 물질을 투과할 수 있습니다. 반도체 분야에서는 가시광선으로는 접근할 수 없는 IC/PCB 내부 연결부(납땜 접합부, 결함)를 검사합니다. 농업 분야에서는 NIR이 과일의 내부 결함(타박상)을 드러내고 흡수율을 통해 곡물의 수분 함량을 측정하여 선별 및 저장을 최적화합니다.

3.2 열화상 및 온도 측정

적외선(IR)은 비접촉 온도 모니터링을 위해 열복사를 감지합니다. 제조업(금속 주조, 용접)에서는 열화상 맵을 사용하여 과열 또는 저온 부위를 탐지함으로써 품질을 보장합니다. 의료 분야에서는 IR이 피부 온도를 측정하여 발열을 감지하거나 혈류 변화를 통해 상처 치유 과정을 추적하는 데 활용되며, 수의학에서도 비침습적인 방식으로 동물의 부상을 탐지하는 데 사용됩니다.

3.3 눈부심 감소 및 저조도 촬영

IR은 반사성 표면(금속, 유리)에서 발생하는 눈부심을 피할 수 있으며 어두운 환경에서도 작동합니다. 교통 관제나 물류 야드와 같은 실외 감시용이나 스테인리스 스틸 가전제품과 같은 반사성 재료 검사 시 IR은 눈부심을 제거하고 선명한 영상을 제공하여 가시광선으로는 확인하기 어려운 긁힘 자국이나 오목한 변형 등을 명확히 드러냅니다.

4. UV와 IR 광원 간의 주요 차이점

UV는 형광/대비를 이용하여 숨겨진 특징이나 오염 물질을 검출하며, UV 감지 카메라가 필요합니다. UV-A는 낮은 농도에서 안전하지만, UV-B/C는 피부와 눈에 해로울 수 있습니다. IR은 불투명한 물질의 검사나 열 모니터링을 위해 투과성 및 열복사를 활용합니다. 대부분의 NIR은 일반 센서와 호환되며(SWIR은 전용 센서 필요), NIR은 일반적으로 안전하지만 고출력 IR은 과열을 유발할 수 있습니다. 선택은 작업에 따라 달라지며, 예를 들어 식품 오염 물질 검출에는 UV를, PCB 내부 점검에는 IR을 사용합니다.

5. 향후 동향 및 발전

UV/IR 기술은 소형화(휴대용 시스템용 소형 LED), 다중 스펙트럼 이미징(UV/가시광/IR 결합을 통한 종합적 분석, 예: 식품 품질 평가), AI 통합(결함 검출 정확도 향상 및 실시간 의사결정 개선을 위한 알고리즘) 방향으로 발전하고 있습니다.

6. 결론

자외선(UV)과 적외선(IR)은 가시광으로는 불가능한 작업을 가능하게 함으로써 머신 비전을 혁신합니다. UV는 숨겨진 결함 및 오염물 검출, 인증에 탁월하며, IR은 투과성, 열화상 이미징 및 눈부심 감소 기능을 제공합니다. 산업 분야에서 정확도 요구가 높아짐에 따라 이들 기술의 역할은 더욱 커질 것이며, 각각의 특성을 이해함으로써 기업은 품질, 보안, 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

HIFLY는 머신 비전 조명 분야에서 15년 이상의 제조 경험을 보유하고 있으며, 전문적인 R&D 팀을 운영하고 있습니다. 적외선 또는 자외선 조명에 대한 맞춤형 요구 사항이 있으시면 언제든지 문의해 주세요!