“머신비전의 성패, 조명에서 갈린다”
“머신비전의 성패, 조명에서 갈린다”
  • 오현식 기자
  • 승인 2019.04.18 11:45
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- Andreas Waldl, B&R 머신 비전 전문가
B&R의 머신 비전 전문가인 Andreas Waldl은 “조명은 모든 머신 비전 시스템의 핵심 요소”라고 말한다.
B&R의 머신 비전 전문가인 Andreas Waldl은 “조명은 모든 머신 비전 시스템의 핵심 요소”라고 말한다.

머신비전 카메라는 프로세스 제어, 제품 분류 또는 품질 검사 수행 등 점점 더 많은 제조 시스템에서 사용되고 있다. 사람들은 머신 비전 카메라에만 중점을 두고 놓치고 있는 것이 있다. 바로 조명이다. 카메라가 정확하고 반복 가능한 결과를 도출해내는 것도 모두 조명이 있어야 가능한 일이기 때문이다. 

포착된 물체를 카메라가 어떻게 인지하는지를 결정하는 것은 바로 조명이다. 빔의 강도와 각도, 파장과 함께 정밀한 타이밍과 지능형 제어가 합쳐져 차이를 만든다. 그런데 보통 현장에서는 각각의 이미지 캡쳐와 조명, 스트로브strobe 제어가 디지털 입력과 출력을 통해 처리되고 있다. 이 모두를 하나의 통합 포트폴리오로 제공하는 제조업체가 없기 때문이다.

Andreas Waldl B&R 머신비전 전문가는 “특정 머신비전 솔루션의 경우 일반적으로 카메라용, 스트로브 제어기용, 조명용, 기계 제어기용 등 4개의 하드웨어 공급자를 통하여 공급받아야 한다”고 지적했다.

B&R은 이러한 개별 공급의 문제점을 통합 솔루션으로 해결한다. 카메라와 조명까지 포괄하여 자동화 시스템에 통합되는 머신비전 솔루션을 제공함으로써 단순화된 공급과 유지보수를 비롯한 다양한 이점을 제공한다는 것이다.

B&R은 카메라와 조명 요소가 기계 네트워크에 완벽하게 통합된 완전 통합형 머신비전 솔루션을 제공한다.
B&R은 카메라와 조명 요소가 기계 네트워크에 완벽하게 통합된 완전 통합형 머신비전 솔루션을 제공한다.

현장에서의 조명 문제 해소
Waldl은 “스트로브 펄스가 짧으면 LED 를 최대 정격 전류의 300%까지 작동시킬 수 있다”라고 설명하면서 “지금까지 기존 조명에서 보지 못했던 강도 수준을 B&R의 조명에서 확인할 수 있다”고 강조했다.

B&R 조명은 노출 시간을 매우 짧게 할 수 있고 저소음인 동시에 외부의 빛에 거의 영향을 받지 않는 솔루션을 보유하고 있다. 이를 통해 조명 조건이 좋지 않은 생산 현장에서도 원활하게 작동하는 머신비전 시스템을 완성시킨다.

Andreas Waldl은 “보통 기계들이 위치한 생산 공간은 조명 조건이 좋지 않은 경우가 많다. 따라서 빛이 문제의 근원이 되기도 한다”라며 “외부 빛을 제거하면 머신 비전을 통한 측정 및 검사 결과의 품질을 크게 향상시킬 수 있다. 기계 제작자는 부피가 크고 비싼 하우징의 기계를 제작하거나 높은 강도의 스트로브 조명을 사용하여 외부 빛에 노출되는 것을 방지할 수 있다”고 말한다.

조명에 따른 품질 비교. 오른쪽이 특수 렌즈가 탑재된 LED B&R 조명 솔루션으로, 보다 높은 균일성을 확인할 수 있다.
조명에 따른 품질 비교. 오른쪽이 특수 렌즈가 탑재된 LED B&R 조명 솔루션으로, 보다 높은 균일성을 확인할 수 있다.

또한 머신비전 애플리케이션에서 일관된 결과를 얻으려면 가능한 균일한 조명으로 물체를 비춰야 한다. 이를 위해서는 지능적으로 설계된 조명이 필요하다. 특히 온도 변화나 경과 시간 등이 LED 빛의 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 요인으로, 이들 변화 요소들을 교정할 수 있는 자동화된 솔루션이 요구된다.

B&R의 각 LED에는 빛이 고르게 방사되는 특수 렌즈가 탑재돼 생산 공정이 진행되는 도중에 별도로 교정 작업이 필요치 않다. 자동으로 현장의 조명을 교정하여 머신비전에 악영향을 미치는 부정적인 요소들을 자동으로 교정하는 지능형 조명을 제공한다.

유연한 적용으로 산업혁신 지원
오늘날 보다 비즈니스 환경변화에 맞춘 유연성과 신속성, 그리고 비용절감이 요구되는 상황은 특정한 하나의 작업을 진행하는 것보다 더 많은 것을 요구한다. 매일 매순간 제품 라인의 혁신이 일어나고 있는 인더스트리4.0과 IIoT시대에 맞춰 머신비전에서도 이러한 변화에도 대응할 수 있는 보다 유연한 솔루션이 요구된다.

B&R의 완전 통합 솔루션은 모든 파라미터 데이터를 저장하고, 필요에 따라 데이터를 손쉽게 사용할 수 있게 해 유연한 변화를 지원한다. 사용자는 언제든 몇 가지 소프트웨어 설정만 변경해도 빛의 색상, 스트로브 펄스의 지속시간 또는 초점 길이, 카메라의 노출 시간 또는 라이트 바light bar의 각도를 조정할 수 있으며, 동일한 조명 컴포넌트도 다른 파라미터를 사용하여 밝은 영역과 어두운 영역 모두를 구현할 수 있게 한다.

다른 한편으로 Waldl은 “많은 기계 제작자들은 다른 플래시 색상의 사용 가능성을 과소평가하고 있다”며 “색상을 선택한다는 것은 특정 제품의 특징 또는 등록 표시를 강조하거나 숨길 수 있음을 의미한다”고 말했다.

B&R 조명은 균일한 빛을 제공하기 위한 특수 렌즈 뿐 아니라 최대 4가지의 다른 색상을 제공하는 조명으로 탐지 대상의 특징을 빠르게 포착할 수 있게 한다.
B&R 조명은 균일한 빛을 제공하기 위한 특수 렌즈 뿐 아니라 최대 4가지의 다른 색상을 제공하는 조명으로 탐지 대상의 특징을 빠르게 포착할 수 있게 한다.

Waldl에 따르면, B&R이 적외선, 자외선 등 최대 4가지 색상으로 각 조명 제품, 즉 카메라 통합 LED까지 제공하는 것도 이러한 요소 때문이다. 이를 통해 B&R의 머신비전 솔루션은 단 하나의 카메라로도 특징을 빠르고 연속적으로 포착하는 역량을 보유하고 있다.

B&R의 조명 포트폴리오는 유연한 라이트 바, 라이트 링, 백라이트를 포함한다. 카메라는 최대 64개의 통합 LED를 사용할 수 있다. 각 조명은 통합된 스트로브 컨트롤러를 가지고 있으며 한 번에 최대 4개의 다른 LED 색이 이용 가능하다. 선택 범위는 흰색과 다양한 가시색부터 적외선 및 자외선까지 다양하다. 정확한 대조, 색상, 조명 및 강도 조정은 어떤 애플리케이션에서도 가능하다.

B&R의 유연한 라이트 바는 -40°~90°의 전자 각도 조정이 가능하다. 라이트 바는 독립적으로 사용하거나 4개, 6개 또는 8개 그룹으로 구성된 링라이트로도 구성할 수 있다.  카메라와 조명은 각각 하나의 케이블만 있으면 된다. 카메라는 필요한 24 VDC 전원을 공급하는 M12 하이브리드 커넥터를 통해 기계 네트워크에 통합된다. 추가적인 카메라 또는 B&R 조명 부품은 데이지 체인Daisy-chain 케이블링으로 쉽게 두번째 하이브리드 연결이 가능하다.

통합으로 동기화 뒷받침
시스템간의 디지털 입출력을 통해 전달하는 정보는 전송이 지연될 수도, 전송의 오류가 발생할 수도 있다. 문제는 이들이 발생하면 현장 시스템에서 가장 중요한 동기화를 저해할 수 있다는 점이다.

예를 들어, 단순히 카메라의 조리개를 여는 정확한 초를 촬영하기 위해 스트로브의 타이밍을 맞추는 것은 불가능하다. 카메라가 노출되는 동안 스트로브 펄스가 켜져 있으려면 스트로브 펄스의 작동 시간을 늘리는 방법 뿐이지만 스트로브 펄스의 작동 시간을 늘리면 LED의 수명이 크게 단축된다.

엔지니어는 빛의 강도를 줄임으로써 LED 수명을 늘릴 수 있지만, 결국에는 더 긴 노출이 필요하게 된다. 고속 애플리케이션에서 장기 노출은 자칫 이미지를 흐리게 할 수 있다. 다른 옵션은 센서 신호를 증폭시키는 것인데, 이 또한 소음을 더하고 포착된 이미지의 질을 떨어뜨리는 문제가 있다.

이러한 문제를 근본적으로 해결하는 방법이 통합이다. 카메라·스트로브 컨트롤러·조명 모두가 하나의 시스템으로 구성된 B&R의 머신비전 솔루션은 조명 제어와 자동화 시스템이 초미세정밀도로 동기화되기 때문에 매우 짧은 광 펄스를 제공한다. 이를 통해 LED의 수명을 연장하는 동시에 엄청 빠르게 움직이는 물체도 날카롭고 선명하게 찍을 수 있다. 조명 범위 또한 매우 균일하고 재생성이 높아 품질도 전반적으로 향상된다.

프로그래밍이 필요없는 구성
Waldl은 "머신비전 시스템을 설치할 때 기존 방식의 프로그래밍이 필요하지 않다”고 덧붙였다.

B&R은 사용자가 애플리케이션 설정을 드래그 앤 드롭만으로도 수정이 가능하게끔 미리 프로그래밍 되어있는  소프트웨어 컴포넌트를 개발했다. 머신비전 소프트웨어 컴포넌트는 동작 제어·사용자 관리·레시피 관리 및 경보 시스템과 같은 기능을 실행하는 다른 컴포넌트와 간단히 연결할 수 있으며, 기본적으로 갖춰진 기계 간의 네트워크로 실시간 종합 진단 기능도 이용 가능하다.

Waldl은 “이러한 요소들을 통해 머신비전 애플리케이션을 만드는 데 수반되는 추가 개발시간을 크게 줄일 수 있다”고 강조했다.


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