투명 유리병의 스크래치를 검출하기 위한 머신 비전 시스템

투명 유리병 제조 과정에서 제품 품질을 보장하는 것이 무엇보다 중요합니다. 유리병에 생긴 흠집은 미관상의 문제뿐 아니라 구조적 무결성과 사용 가능성에도 영향을 줄 수 있습니다. 전통적인 수작업 검사 방식은 시간이 많이 소요되고 노동 집약적이며 인간의 오류가 발생하기 쉬운 단점이 있습니다. 따라서 기계 시야 시스템이 유리병 표면의 흠집을 탐지하는 데 있어 신뢰성 있고 효율적인 대안으로 등장하고 있습니다.

기계 시야 시스템에 사용된 제품들

조명 시스템

유리병 표면의 흠집을 명확하게 식별하기 위해서는 적절한 조명이 필수적입니다. 유리병의 특성과 검출하고자 하는 흠집의 종류에 따라 다양한 조명 기법을 적용할 수 있습니다.

백라이팅은 일반적으로 사용되는 방법입니다. 밝고 균일한 백라이트 광원(예: LED 라이트 패널)이 유리병 뒤에 배치됩니다. 빛이 투명한 유리를 통과할 때, 매끄러운 표면의 결함인 스크래치는 빛을 차단하거나 산란시킵니다. 이로 인해 스크래치가 밝은 배경 대비 어두운 선이나 영역으로 나타나 식별이 용이해집니다. 이 기술은 유리 전체를 관통하는 스크래치나 상대적으로 깊은 스크래치를 탐지하는 데 특히 효과적입니다. 이러한 스크래치는 빛의 흐름을 보다 명확하게 방해하기 때문입니다.

측면 조명은 유리병 표면의 얕은 긁힘을 감지할 때 또 다른 효과적인 방법입니다. 병의 옆면에 일정 각도로 광원을 배치함으로써 빛이 표면에 닿고, 얕은 긁힘은 그림자를 드리웁니다. 이러한 그림자는 긁힘과 주변 매끄러운 표면 간의 대비를 증가시켜 카메라에 작은 긁힘까지도 가시적으로 만들어 줍니다. 측면 조명의 각도는 매우 중요합니다. 각도가 너무 가파르면 과도한 눈부심이 발생할 수 있고, 반대로 각도가 너무 완만하면 그림자가 충분히 뚜렷하지 않을 수 있습니다.

렌즈 주위에 360도 조명을 제공하는 링 라이트는 널리 사용되고 있습니다. 이는 카메라의 시야 범위 주변에 균일하게 빛을 방출하여 유리병 표면 전체가 고르게 조명될 수 있도록 합니다. 이를 통해 어두운 부분에서 스크래치가 드러나지 않는 불균일한 조명을 방지할 수 있습니다. 링 라이트는 유리병의 곡면에 있는 스크래치를 검출하는 데 유리하며, 병의 윤곽을 따라가며 표면의 다양한 부분에 일관된 조명을 제공할 수 있습니다.

유광 조명은 눈부심 및 반사 문제를 해결하기 위해 사용된다. 유리는 반사율이 높으며, 일반 조명은 원치 않는 반사를 유발할 수 있어 흠집을 가릴 수 있다. 유광 조명은 카메라 렌즈에 편광 필터와 함께 사용하면 이러한 반사를 줄이거나 제거할 수 있다. 편광된 빛의 파동은 특정 방향으로 진동하며, 카메라의 필터는 해당 방향으로 진동하는 빛의 파동만 통과시켜 산란되고 반사된 빛을 걸러내어 흠집이 더 잘 보이도록 한다.

검출 과정에서 발생하는 문제들

빛의 반사 및 굴절

투명 유리병의 스크래치를 감지하는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나는 빛의 반사와 굴절입니다. 유리는 매우 반사성과 굴절성이 높은 소재입니다. 빛이 유리병 표면에 닿을 때 여러 방향으로 반사되어 눈부심과 스펙큘러 하이라이트가 발생하며, 이는 스크래치의 가시성을 흐리게 할 수 있습니다. 또한, 유리 내부를 통과하는 빛은 굴절될 수 있어 스크래치의 외형이 왜곡되어 보일 수 있습니다. 이러한 문제는 특정 조명 설정을 사용할 경우 더욱 두드러집니다. 예를 들어, 조명 각도가 최적화되지 않은 경우 유리병의 매끄러운 표면에서 반사된 빛이 스크래치에 의해 산란된 빛보다 훨씬 강해져, 카메라가 스크래치의 명확한 이미지를 촬영하는 것을 어렵게 만듭니다.

유리병 표면 및 스크래치 특성의 변동성

유리병은 매끄러움, 질감, 색상 등 다양한 표면 특성을 가질 수 있습니다. 일부 유리병에는 양각 무늬나 라벨이 적용되어 있어 스크래치 검출 과정에 복잡성이 추가될 수 있습니다. 또한, 스크래치 자체도 크기, 형태, 깊이, 방향 등이 다양할 수 있습니다. 작고 얕은 스크래치는 표면 특징이 복잡한 영역에 위치할 경우 쉽게 간과될 수 있습니다. 깊은 스크래치는 얕은 스크래치와 광학적 특성이 달라 정확한 검출을 위해 조명 기법이 달라질 수 있습니다. 또한, 스크래치의 방향은 빛과의 상호작용 방식 및 카메라에 포착되는 방식에 영향을 줄 수 있습니다. 조명 방향과 평행한 스크래치는 수직인 스크래치에 비해 가시성이 낮을 수 있습니다.

난이도 분석

조명 설정 및 최적화

최적의 조명 설정을 구현하는 것은 상당한 어려움이 있습니다. 다양한 종류의 조명이 존재하기 때문에 특정 유리병과 스크래치 특성에 가장 적합한 조명 또는 조합을 결정하는 것은 까다로운 일입니다. 이는 광범위한 테스트와 조정을 필요로 합니다. 예를 들어, 곡면이 심한 유리병의 경우 원형 조명과 측면 조명의 조합이 필요할 수 있으며, 모든 부분이 제대로 조명될 수 있도록 해야 합니다. 반면 매끄럽고 평탄한 표면을 가진 병의 경우 배경 조명만으로도 충분할 수 있습니다. 또한 조명의 강도는 정밀하게 조절되어야 합니다. 조명이 너무 세면 과다 노출로 인해 스크래치의 디테일이 사라질 수 있고, 너무 약하면 스크래치가 배경과 구분되지 않을 수 있습니다.

결론

머신 비전 시스템은 투명 유리병의 긁힘 자국을 탐지하는 데 효과적인 해결책을 제공하며, 조명 시스템이 이 과정에서 핵심적인 역할을 합니다. 백라이트, 사이드 라이트, 링 라이트, 편광 조명과 같은 적절한 조명 기술을 활용함으로써 이러한 시스템은 긁힘 자국의 가시성을 높이고 유리병 제조 공정의 품질 관리를 개선할 수 있습니다. 그러나 검출 과정에는 조명 반사 및 굴절 문제, 유리병 및 긁힘 특성의 변동성, 복잡한 생산 환경 등 여러 도전 과제가 존재합니다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 정밀한 조명 설정 및 최적화, 시스템 캘리브레이션 및 통합, 유지보수가 필요합니다. 기술이 지속적으로 발전함에 따라 유리병 긁힘 검출을 위한 머신 비전 시스템에 조명 기술의 한층 더 진보된 통합이 이루어질 것으로 기대되며, 이는 유리 제조 산업에서 보다 효율적이고 정확한 품질 관리를 가능하게 할 것입니다.