머신비전시스템 구성요소

1. 머신 비전 시스템이란?

머신 비전 시스템은 통합 전자 부품, 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 알고리즘의 어셈블리로, 환경에서 캡처된 이미지를 처리하고 분석하여 운영 지침을 제공합니다. 비전 시스템에서 수집한 데이터는 프로세스를 제어 및 자동화하거나 제품 또는 재료를 검사하는 데 사용됩니다.

 

 

 

많은 제조 산업은 작업자에게 일상적이고 반복적이며 피곤하고 시간이 많이 소요될 수 있는 작업을 수행하는 데 머신 비전 시스템을 적용하여 생산성을 높이고 운영 비용을 절감합니다. 예를 들어, 생산 라인의 머신 비전 시스템은 분당 수백, 수천 개의 부품을 검사할 수 있습니다. 유사한 유형의 검사는 작업자가 수동으로 수행할 수 있습니다. 그러나 훨씬 느리고 비용이 많이 들며 오류가 발생하기 쉬우며 시간 제한으로 인해 실행 중인 모든 부품을 오프라인으로 품질 검사할 수 있는 것은 아닙니다.

 

머신 비전 시스템은 또한 정확하고 일관되며 반복 가능한 감지, 검증 및 측정 시스템을 제공하여 높은 제품 품질과 생산 수율을 촉진합니다. 공정 초기에 결함을 감지하여 결함 부품의 생산 및 탈출을 방지할 수 있습니다. 산업 공정에서 제품 및 재료의 규정 및 사양에 대한 추적성과 규정 준수를 개선합니다.

 

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2 . 머신 비전 시스템의 구성 요소

1) 조명 및 머신 비전 시스템

조명은 물체를 비추고 카메라에서 볼 수 있도록 물체의 뚜렷한 특징을 강조하는 역할을 하며 머신 비전 시스템의 중요한 측면 중 하나입니다. 카메라는 볼 수 없는 물체를 검사할 수 없기 때문에 카메라 및 물체에서 광원까지의 거리, 각도, 강도, 밝기, 조명의 모양, 크기 및 색상과 같은 조명 매개변수를 최적화하여 검사 대상 기능을 강조해야 합니다.

 

또한 물체가 빛에 닿을 때 카메라에서 명확하게 보여야 하기 때문에 조명 최적화 중에 개체의 표면 속성도 고려해야 합니다.

조명은 LED, 석영 할로겐, 형광등 및 크세논 스트로브 광원으로 제공할 수 있으며 방향성 또는 확산성일 수 있습니다.

 

머신 비전 시스템의 조명 기술은 다음과 같이 분류됩니다.

 

 

 

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1-1) 역광

백라이트는 뒤에서 대상을 비추며 밝은 배경에 어두운 실루엣이 나타나면서 대비를 만듭니다. 백라이트는 투명 부품의 구멍, 틈, 균열, 기포 및 긁힘을 감지하는 데 사용되며 부품을 측정, 배치 및 배치하는 데 적합합니다. 매우 정밀한(서브픽셀) 가장자리 감지가 필요한 경우 조명 제어 편광이 있는 흑백 조명을 사용하는 것이 좋습니다.

 

 

 

 

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1-2) 확산 조명

확산 조명은 반짝이는 반사 및 혼합 반사 대상을 비추는 데 사용되며, 균일한 다방향 조명이 필요합니다.

 

확산 조명에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 돔 디퓨즈 라이팅(Dome Diffuse Lighting)은 가장 일반적인 디퓨즈 라이팅 기법으로, 곡면과 반사면에 효과적입니다. 눈부심을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
• 축상 조명 또는 동축 조명은 거울을 사용하여 광선을 대상 및 카메라와 동축 방향으로 대상에 반사합니다. 카메라와 비스듬히 기울어진 표면이 나타납니다. 축상 조명은 평평한 표면에서 각진 모양, 질감 또는 지형적 특징을 강조하는 데 효과적입니다.
• Flat Diffuse Lighting은 전면 또는 프로젝션 조명으로 사용할 수 있는 고확산 광원을 가지고 있습니다. 물체는 평평한 확산 광원의 중앙에서 볼 수 있습니다. 이 조명 기술은 PCB 검사에 널리 사용됩니다.

 

1-3) 부분 명시야 조명

부분 명시야 또는 방향성 조명에서는 각진 방향성 광원의 광선이 재료에 직접 부딪힙니다. 카메라와 물체는 서로 동축 위치에 있으며 부분적인 명시야 조명은 대비를 생성하고 표면의 지형적 특징을 강조하는 데 좋습니다. 그러나 이 조명 배열은 조명 핫스팟 반사를 생성하므로 반사 표면에서는 덜 효과적입니다.

 

1-4) 암시야 조명

암시야 조명에서 방향성 광원(예: 막대, 스폿 또는 링 조명)의 광선은 표면에서 낮은 각도(10-150)로 물체에 부딪힙니다. 이 조명 배열은 카메라에 빛을 반사하여 긁힘, 각인 및 노치와 같은 표면 결함을 밝게 보이게 하며 나머지 표면은 어둡게 보입니다.

 

 

 

컬러 필터 및 편광판과 같은 장치는 머신 비전 조명에 사용될 수 있습니다. 색상 필터는 표면의 대상 형상을 밝게 또는 어둡게 하는 데 사용되며 편광판은 눈부심 및 핫스팟과 같은 조명 노이즈를 줄이고 대비를 높이기 위해 카메라에 설치됩니다.

 

 

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2) 머신 비전 렌즈

렌즈는 이미지를 캡처하여 빛의 형태로 카메라 내부의 이미지 센서에 전달합니다. 대부분의 렌즈에는 색상 인식 기능이 장착되어 있으며 머신 비전 카메라의 렌즈는 교환식 렌즈(C-마운트 또는 CS-마운트) 또는 고정 렌즈일 수 있습니다. 렌즈는 다음과 같은 특성으로 특징지어지며, 이는 렌즈가 캡처할 수 있는 이미지 품질을 설명합니다.

 

• 시야각은 이미지 센서가 보는 영역을 나타냅니다. 초점 거리가 더 긴 렌즈는 시야가 줄어듭니다.
• 피사계 심도는 물체가 최적 초점 평면에서 더 멀리 이동할 경우 초점을 다시 맞추지 않고 허용 가능한 이미지 품질을 유지하는 기능을 나타냅니다. 또한 물체의 허용 가능한 동작 범위에도 영향을 줍니다.
• 초점 심도는 물체가 같은 위치에 있는 동안 센서가 움직일 때 초점 품질이 어떻게 변하는지를 나타냅니다.
• 조리개는 빛이 카메라로 들어가기 위해 통과하는 렌즈의 개구부입니다. 렌즈로 들어오는 빛의 양을 조절합니다. 피사계 심도와 반비례합니다.

 

 

 

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3) 이미지 센서

머신 비전 카메라 내부의 이미지 센서는 렌즈에서 포착한 빛을 디지털 이미지로 변환합니다. 일반적으로 CCD(Charged Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 기술을 사용하여 광자를 전기 신호로 변환합니다. 이미지 센서의 출력은 렌즈가 관찰한 영역에 빛의 존재를 보여주는 픽셀로 구성된 디지털 이미지입니다.

 

해상도와 감도는 이미지 센서의 중요한 사양이며 해상도는 디지털 이미지에서 센서에 의해 생성되는 픽셀 수입니다. 해상도가 높은 센서는 더 높은 품질의 이미지를 생성하므로 검사 대상에서 더 많은 세부 사항을 관찰할 수 있고 더 정확한 측정값을 얻을 수 있습니다. 해상도는 또한 작은 변화를 인식하는 머신 비전의 능력을 나타냅니다. 반면에 감도는 이미지에서 구별 가능한 출력 변화를 감지하는 데 필요한 최소 빛의 양을 나타냅니다. 해상도와 감도는 서로 반비례하며 해상도가 높으면 감도가 감소합니다.

 

4) 비전 프로세싱 유닛

머신 비전 시스템의 비전 처리 장치는 알고리즘을 사용하여 센서에서 생성된 디지털 이미지를 분석합니다. 비전 처리에는 외부적으로(컴퓨터에 의해) 또는 내부적으로(독립형 머신 비전 시스템의 경우) 수행되는 일련의 단계가 포함됩니다.

 

먼저, 이미지 센서에서 디지털 이미지를 추출하여 컴퓨터로 전달합니다. 다음으로, 이미지에 필요한 기능을 두드러지게 만들어 분석을 위해 디지털 이미지를 준비합니다. 그런 다음 이미지를 분석하여 관찰 및 측정해야 하는 특정 특징을 찾습니다. 기능의 관찰 및 측정이 완료되면 정의되고 사전 프로그래밍된 사양 및 기준과 비교됩니다. 마지막으로 결정이 내려지고 결과가 전달됩니다.

 

5) 통신 시스템

통신 시스템은 비전 처리 장치가 내린 결정을 특정 기계 요소에 신속하게 전달합니다. 기계 요소가 정보(또는 신호)를 수신하면 기계 요소가 개입하여 비전 처리 장치의 출력을 기반으로 프로세스를 제어합니다. 이 메커니즘은 RS-232 직렬 출력 또는 이더넷 형태의 직렬 연결을 통한 개별 I/O 신호 또는 데이터 통신에 의해 수행됩니다.