비전시스템은 수백만 개의 제품을 검사·식별·확인·안내하는 역할을 한다. 장비 및 제품의 결함을 제거하고 조립 상태를 확인하며 기록을 제공한다. 이를 통해 사용자가 목표로 한 품질과 안전 사항을 충족할 수 있다. 하지만 비전시스템은 그 종류가 다양해 각 응용사례에 적합한 비전시스템을 규정하기 어려운 경우가 많다. 

작업에 적합한 비전시스템을 선택하기 위해 필요한 일반적인 질문과 이에 대한 답변을 게재한다.

Q. 비전시스템을 여타 구성요소와 통합하는 방법은? 

A. 현존하는 머신비전 시스템은 대부분 소프트웨어를 통합하고 있다. 소프트웨어를 통해 부품 탐색이나 검사 등의 각종 기능을 자동으로 프로그래밍한다. 

오늘날의 비전시스템 중 일부는 자동보정(Automatic Calibration) 기능을 탑재하고 있다. 

구분 및 분류 분야의 응용사례에서 사용하는 기능으로는 퀵 뷰(Quick View) 시운전 모드가 있다. 비전시스템이 각 부품의 상태를 점검해 합격 혹은 불합격 여부를 결정하는 것을 말한다. 이 기능은 응용사례가 얼마나 원활히 작동하는지를 판단할 수 있는 바로미터이기도 하다. 머신비전과 관리 도구를 통합하면 시스템을 백업·복제·복원하고 펌웨어 업그레이드를 수행할 수 있게 된다.

머신비전을 통해 네트워크 기능을 활용함으로써 얻을 수 있는 이점은 다양하다. PC와 자료를 교환하며 PLC와 로봇 그리고 자동화 장비 등을 분석하고 피드백을 내릴 수도 있다. 
 

머신비전에 네트워크 기능을 활용할 수 있는 몇 가지 선택사항이 있다. 비전시스템과 소프트웨어를 짝지음으로써 작업이나 운영 내용에 상관없이 작업자가 원격으로 작업을 관찰 및 제어할 수 있다.

이더넷 케이블과 산업용 이더넷 프로토콜, 이를테면 EtherNet/IP·프로피넷·MC 프로토콜·파워링크·모드버스 TCP 등을 활용해 로봇과 PLC 그리고 다양한 장치를 비전시스템과 통합할 수 있다. 이더넷 케이블 및 프로토콜을 활용하면 값비싼 네트워크 게이트웨이나 복잡한 배선이 불필요하다. 

필드버스 네트워크를 활용하는 것도 하나의 방법이다. 필드버스 네트워크로는 CC-Link·DeviceNet·프로피버스(프로토콜 게이트웨이 액세서리 활용) 등이 있다. 이 외에 RS-232 및 RS-485 시리얼 프로토콜도 비전시스템과 다양한 로봇 컨트롤러를 연결하는 또 다른 방법이다.

이와 대조적으로 머신비전과 PC를 기업 수준에서 연결하려면 ▲원격 로그인을 위한 텔넷 ▲동적 호스트 설정 통신 규약(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP) ▲플러그 앤 플레이 기능을 수행하기 위한 서버로부터의 네트워크 IP 주소 할당 ▲코딩 없이 이더넷 기술만으로 자료를 교환하고 장비를 제어하기 위한 TCP/IP 클라이언트/서버 ▲네트워크 상에 영상을 보관하기 위한 파일전송 프로토콜(FTP) ▲비전시스템에 숫자 문자열 대신 이름을 할당할 수 있는 도메인 네임 서비스(DNS) 등이 필요하다.

Q. 부품 추적 도구는 무엇이며, 어떻게 비교할 수 있는지?

A. 부품 추적 도구는 일종의 소프트웨어 알고리즘이다. 카메라의 시야, 즉 촬영 범위 내로 부품을 들어오도록 만든다. 이는 다양한 머신비전 응용사례의 첫 단계로 작용한다. 픽 앤 플레이스 응용사례에서도, 부품 조립 확인 응용사례에서도 마찬가지다. 부품 추적은 응용사례의 성공 혹은 실패 여부를 결정하는 역할을 한다. 부품 혹은 장비를 찾아내지 못한다면 검사·측정·식별 자체가 불가능하기 때문이다.

부품의 위치를 추적하는 것은 어려운 작업이다. 작업을 원활하게 수행하기 위해서는 소프트웨어가 패턴 인식 기능을 활용해 부품을 식별할 수 있도록 만드는 것이 중요하다. 부품이 가진 허용오차 및 조명의 변화에도 원활히 작업할 수 있는 훈련 패턴을 갖춘 비전시스템이 핵심적 역할을 하는 이유다.

Q. 전처리(Pre-Processing) 기능이란 무엇인가?

A. 영상 전처리 기능은 카메라를 통해 미가공 영상을 취한 뒤 대상의 특징을 디지털적으로 강조한다. 이 기능은 비전시스템의 정확도를 높인다. 

현존하는 거의 모든 비전시스템은 전처리 기능을 탑재하고 있다. 최근의 사용자들은 ▲표면 반사를 제거하고 ▲부품과 배경의 대비를 높이며 ▲사소한 영상 특징을 감추고 ▲매끄럽고 거친 표면 질감을 명확히 표현하는 등 다양한 기능을 포함한 시스템을 기대하고 있다.

Q. 머신비전을 활용해 부품 면적을 검사할 때 팁이 있다면?

A. 보다 정밀한 측정을 원한다면 반복도가 높고 렌즈 왜곡(특히 영상의 바깥쪽의 왜곡)을 보정할 수 있는 비전시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 또 일부 계측 도구를 사용하면 설계자가 사용자 정의 스크립트 혹은 함수를 사용하지 않고도 측정 응용사례를 구축할 수 있다. 

Q. 머신비전 시스템을 통해 문자를 판독하려면 어떻게 해야 하는가?

A. 자동차 부품부터 약병에 이르기까지, 모든 제품에는 기계가 확인할 수 있는 문자가 붙어있다. 광학 문자 인식(OCR) 소프트웨어는 카메라가 수집한 영상을 판독하고, 왜곡된 문자·두꺼운 문자·배경이 바뀌는 문자·손상을 입은 문자·기타 변형된 문자들을 조정해 디지털 형태로 변환할 수 있다.
오늘날에는 소프트웨어가 문자를 빠르게 읽고 판독할 수 있어야 한다는 어려움이 있다. 일부 머신비전 시스템은 각 문자의 다양한 형태를 기록하고 이를 통해 특정한 글꼴을 학습함으로써 이러한 요구사항에 잘 대처하고 있다.

Q. 산업용 부호 판독 도구에 필요한 기능은 무엇이 있을까?

A. 최근 2D 데이터매트릭스 코드 및 QR코드의 사용량이 폭발적으로 증가하고 있다. 산업현장에서 이러한 코드를 활용하기 위해서는 부적절하게 인쇄되거나 품질이 떨어지거나 불규칙적으로 배치한 코드도 판독할 수 있는 머신비전 시스템이 필요하다.

표면 재질이나 다양한 표시방법(잉크젯·인박Stamping·새김Etching·점 새김Dot Peening 등)에 상관없이 모든 문자를 판독할 수 있는 비전시스템을 사용하는 것이 이상적이다. 일부 머신비전 시스템은 분당 7200개 이상의 코드를 판독하고, 인쇄 품질을 평가하며, 인쇄에 실패했을 경우 보고서를 작성한다.

Q. 혹독한 환경이나 비좁은 공간에서는 어떤가?

A. 머신비전은 필요한 응용사례에 즉시 활용할 수 있도록 조절할 수 있다. 성능·해상도·형태에 따라 다양하게 변경할 수 있는 것. 일부 비전시스템은 IP 등급 및 NEMA 등급을 갖춘 금속 케이스 안에 담겨있어 별도의 인클로저 없이도 먼지와 습기가 있는 환경에서 원활하게 작업한다. 만약 좁은 공간이 문제라면 보다 작은 제품 혹은 대체 설계를 고려하는 것이 바람직하다. 예를 들어 에어리어스캔 카메라 대신 라인스캔 카메라를 사용하는 것이 있다. 라인스캔 카메라는 일정한 시간마다 제품을 촬영하고, 영상을 저장 및 분석함으로써 한꺼번에 다량의 부품을 판독한다.

응용사례가 얼마나 자세한 영상을 획득해야 하는지에 따라 필요한 해상도가 결정된다. 높은 화소 수는 정확도와 반복성을 결정짓는 요인이다. 카메라의 화소 수가 높으면 더욱 정확한 영상을 반복적으로 획득할 수 있음을 의미한다. 하지만 화소 수를 정하기에 앞서 가장 먼저 확인해야 할 것은 응용사례에 필요한 시야(Field of View)를 정하는 것이다. 그 다음부터는 응용사례에 따라 필요한 사항이 달라진다. 예를 들어 부품 운반 분야에서의 자동화 작업에서는 카메라가 조립라인의 폭(너비) 전체를 영상화해야 하는지, 각 부품의 일부만을 촬영해야 하는지, 아니면 둘 사이의 어떤 타협점을 찾아야 하는지 결정해야 한다. 이러한 요인에 따라 응용사례에 적합한 해상도가 달라진다.

보다 쉽게 설명하기 위해, 640×480 해상도의 머신비전 시스템을 가지고 부품을 촬영해야 한다고 가정하자. 조립 라인의 폭이 12in. 인 경우, 640픽셀로 이를 촬영하고자 하면 각 in. 당 약 53개의 픽셀로 촬영하게 된다. 일정한 선반 안에 있는 부품의 개수를 새는 응용사례에서는 적합한 해상도다. 하지만 머신비전이 부품의 폭을 ±0.001in. 의 허용오차로 측정해야 하는 경우에는 반드시 더 높은 해상도가 필요하다. 마찬가지로 흑백 카메라로는 대상물의 영상을 획득하거나 판독할 수 없는 미세한 특징을 가지고 있을 때에는 색상을 촬영할 수 있는 머신비전을 통해 미묘한 차이를 감지할 수 있다.

언제나 그렇듯, 이러한 사항들을 명확히 하기 위해서는 제조업체와 상담하는 것이 바람직하다.