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[케이스스터디] 웨이퍼·플라스틱 투과·수분검출 등 검사 위한 SWIR 카메라 활용방법
SWIR 카메라 이미지 취득 사례 모음

[자료=화인스텍, 정리=최종윤 기자] 고속, 고정밀 검사에 최적화된 카메라, 렌즈, 조명, 프레임 그래버 등의 머신비전 전문 기업과 파트너십을 맺고 머신비전 분야의 선두 기업으로 거듭나고 있는 화인스텍이 ‘SWIR 파장의 범위와 특징’에 대해 소개한다. 화인스텍은 SWIR 파장의 효과를 극대화할 수 있도록 사용이 가능한 카메라, 렌즈, 조명 솔루션을 제공한다.

화인스텍이 ‘SWIR 파장의 범위와 특징’에 대해 소개한다. 화인스텍은 SWIR 파장의 효과를 극대화할 수 있도록 사용이 가능한 카메라, 렌즈, 조명 솔루션을 제공한다. [사진=gettyimage]

SWIR이란?

SWIR은 Short-Wave Infrared의 약자로 SWIR의 빛은 일반적으로 900nm~1,700nm 사이로 NIR과 MWIR의 사이로 정의되지만 700nm~2,500nm로도 분류할 수 있다. 일반적인 카메라 센서에 쓰이는 실리콘 센서는 약 1,000nm 이상을 볼 수 없다. SWIR 이미징에는 SWIR 파장을 볼 수 있는 특별한 성분으로 제조된 센서가 필요하다. InGaAs(Indium, gallium, arsenide-인듐, 갈륨, 비소) 센서는 SWIR 카메라에 사용되는 기본 센서로 SWIR 대역을 커버하면서 최소 550nm부터 최대 2,500nm까지 영역을 확장할 수 있다.

SWIR을 사용하는 이유는?

MWIR(Mid-Wave Infrared)이나 LWIR(Long-Wave Infrared)과 같이 사물 자체에서 방출되는 빛과는 달리 SWIR은 가시광선과 유사하게 물체에 반사되고 흡수된다. SWIR 전용 렌즈는 전용 파장 대역을 사용할 수 있도록 코팅 및 설계돼 있으며, SWIR을 사용하기 위해서는 반드시 SWIR 전용 렌즈를 사용해야 한다. SWIR 광학계에 일반 렌즈를 사용하게 되면 낮은 품질의 이미지와 왜곡을 발생시킬 수도 있다.

SWIR 파장은 유리를 투과할 수 있어 SWIR 전용 렌즈 및 광학 부품들은 가시광 광학설계와 동일한 기술을 사용해 제작된다. 그로 인해 타 파장대의 특수 렌즈보다 저렴하게 사용할 수 있다. 안개, 연기, 특정 재료(실리콘 등)로 인해 가시광 빛에서 사용이 어렵거나 검사가 불가능한 상황에서 SWIR의 투과 성능을 사용해 투명하게 볼 수 있으며, 가시광에서 비슷하게 보이는 특정 색상과 물체들을 쉽게 구별할 수 있다.

회로기판, 태양전지 등 다양한 용도에서 사용되는 ‘SWIR’

SWIR 어플리케이션은 회로 기판 검사, 태양전지 검사, 제품검사, 위조, 식품, 식별 및 분류, CCTV 등 다양한 용도에 사용할 수 있으며, SWIR 이미지의 장점은 가시광과 동일한 조건에서 촬영된 이미지[사진1]를 예로 들 수 있다. 다시 한번 강조하자면, SWIR은 특정 파장 범위를 정해 그 파장에 적합한 부품으로 설계 및 코팅된다. SWIR에서만 검사 가능한 어플리케이션에서 사용하기 위해서는 SWIR로 설계된 카메라와 렌즈, 그리고 그 파장에 맞는 조명의 선택이 중요하다.

SWIR 카메라 이미지 취득 사례

아래는 Omron Sentech사의 SWIR 카메라로 촬영한 사례다. 아래 사례들은 가시광(왼쪽 이미지)에서와 SWIR(오른쪽 이미지) 영역에서의 이미지를 비교했다.

치간 브러쉬(850~1650nm)

폴리에틸렌 소재의 치간 브러쉬의 내부 와이어를 확인하는 어플리케이션으로 940nm 파장대에서 투과돼 내부 와이어가 제대로 꽃혀 있는지 확인할 수 있다.

치석 제거기(850~1650nm)

치석 제거기의 경우 내부의 뾰족한 심부분을 확인하는 어플리케이션이 였으나, 850~1650nm 파장대에서 모두 확인했으나, 소재 자체가 투과되지 않는 소재를 사용한 것으로 추정된다. SWIR 파장대에서도 투과되지 못하는 것을 확인할 수 있다.

반창고(940~1650nm)

다음은 반창고의 종이패키지를 투과해 반창고가 잘 위치돼 있는지 확인하는 어플리케이션이다. 종이패키지의 문자가 사라지고 패키지 내부의 반창고를 확인 가능하다. 얇은 종이의 경우 투과가 가능하며, 문자의 색에 따라서 프린트된 문자도 투과가 가능한 것으로 추정된다.

커넥터(940~1650nm)

커넥터의 경우 커넥터를 투과해 백색 플라스틱 내부의 선이 누락됐는지 확인하는 어플리케이션으로, 파장을 올릴수록 누락된 부분이 확실하게 보이는 것을 확인할 수 있다.

쌀과 이물(940~1650nm)

쌀과 이물을 분류하는 어플리케이션이다. 쌀은 검정색으로 보이며, 다른 이물질들은(플라스틱, 고무 등) 하얗게 보이는 것을 확인할 수 있다. 쌀의 경우 빛의 흡수율이 높다고 추측된다.

비닐 봉지(1200~1650nm)

두 개의 다른 비닐(플라스틱)봉지를 투과해 내용물을 확인하는 어플리케이션이며, 표면의 프린트에 따라 다른 파장대를 사용한 것을 볼 수 있다.

IC카드 내부 투과(1200~1650nm)

두개의 다른 IC카드를 투과해 내부의 회로를 확인하는 어플리케이션이며, 종류에 따라 다른 파장대를 사용해야 될 수도 있다.

SWIR 조명을 물체에 직접 조사한 사례

패턴 웨이퍼(1200~1550nm)

패턴 웨이퍼의 경우 1200~1550nm에서 표면의 패턴을 투과해 웨이퍼 안쪽에 설치된 차트를 확인할 수 있다.

필름 및 베어 웨이퍼(1200~1550nm)

반면 필름 웨이퍼 및 베어 웨이퍼는 둘 다 안쪽에 설치된 차트를 투과하지 못했다. 패턴 웨이퍼와의 코팅 차이로 인해 투과하지 못한 것으로 추정된다.

소금과 설탕 비교(1200~1650nm)

다음은 소금과 설탕을 비교하는 어플리케이션이다. 소금은 하얗게, 설탕은 검게 보이는 것을 확인할 수 있다. 설탕은 소금에 비해 빛의 흡수력이 더 높다고 추정된다.

사과 멍 검사(1200~1550nm)

사과의 상한 부분을 검출하는 어플리케이션이다. 상한 부분에는 수분이 모이기 때문에 1450nm 부근에서 검게 보이는 것으로 추정된다.

 

 

 

 

[최종윤 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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