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머신비전의 핵심요소, 조명이 답이다
머신비전 카메라는 프로세스 제어, 제품 분류, 품질 검사 수행 등 점점 더 많은 제조 시스템에서 사용되고 있다. 머신비전 카메라에만 중점을 두고 놓치고 있는 것이 있는데, 바로 조명이다. 카메라가 정확하고 반복 가능한 결과를 도출해내는 건 조명이 있어야 가능한 일이다.

B&R, 고강도 지능형 조명 솔루션 통해 머신비전 활용성 높여

[인더스트리뉴스 정형우 기자] B&R의 안드레아스 왈들(Andreas Waldl) 머신비전 전문가는 “조명은 모든 머신비전 시스템의 핵심 요소”라고 말한다. 카메라가 포착된 물체를 어떻게 인지하는지를 결정하는 것은 조명이다. 빔의 강도, 각도, 파장 외에도 모든 차이를 만드는 두 가지 요인은 정밀한 타이밍과 지능형 제어다.

보통 현장에서 각각의 이미지 캡처, 조명 및 스트로브(Strobe) 제어는 디지털 입력과 출력을 통해 처리된다. 왜냐하면 이 모두를 하나의 통합 포트폴리오로 제공하는 제조업체가 없기 때문이다. 왈들 전문가는 "특정 머신비전 솔루션의 경우 일반적으로 카메라용, 스트로브 제어기용, 조명용, 기계 제어기용 등 4개의 하드웨어 공급자가 있다"고 설명했다.

B&R 안드레아스 왈들(Andreas Waldl) 머신비전 전문가 [사진=B&R]

고강도 지능형 조명 솔루션 제공

왈들 전문가는 “스트로브 펄스가 짧으면 LED를 최대 정격 전류의 300%까지 작동시킬 수 있다”며, “지금까지 기존 조명에서 보지 못했던 강도 수준을 B&R의 조명에서 확인할 수 있다”고 설명했다. B&R 조명은 노출 시간을 매우 짧게 할 수 있고 저소음인 동시에 외부 빛의 영향을 거의 받지 않는 솔루션을 가지고 있다.

“기계는 조명 조건이 좋지 않은 생산 공간에 있기 때문에 외부 빛이 문제의 근원이 될 수 있다”는 왈들 전문가는 “즉, 외부 빛을 제거하면 머신비전을 통한 측정 및 검사 결과의 품질을 크게 향상시킬 수 있고, 기계 제작자는 부피가 크고 비싼 하우징의 기계를 제작하거나 높은 강도의 스트로브 조명을 사용해 외부 빛에 노출되는 것을 방지할 수 있다”고 강조했다.

머신비전 애플리케이션이 일관된 결과를 얻으려면 물체에 가능한 균일하게 조명이 비춰져야 한다. 그러려면 지능적으로 설계된 조명이 필요하다. B&R의 각 LED에는 빛이 고르게 방사되는 특수 렌즈가 달려 있다. B&R 솔루션으로 공장을 위한 조명이 교정되면, 생산이 진행되는 도중에 별도로 교정 작업이 필요치 않다. 온도 변동 및 경과 시간은 LED 빛의 강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 요인이지만, B&R이 제공하는 지능형 조명은 이러한 증상이 나타나도 자동으로 교정되는 장점이 있다.

B&R은 카메라와 조명 요소가 기계 네트워크에 완벽하게 통합된 솔루션을 제공한다. [사진=B&R}

유연성을 강조한 통합 솔루션

“한 가지 특정한 일만 잘 할 수 있는 머신비전 솔루션으로는 만족할 수 없다”는 왈들 전문가의 말처럼 매일 매순간 제품 라인의 혁신이 일어나고 있는 인더스트리4.0과 산업 IoT 시대에 비전 솔루션은 다양한 변화에도 적용할 수 있어야 한다. B&R의 완전 통합 솔루션은 모든 파라미터 데이터를 저장하고, 필요에 따라 데이터를 손쉽게 사용할 수 있다.

사용자는 언제든 몇 가지 소프트웨어 설정만 변경해도 빛의 색상, 스트로브 펄스의 지속시간 또는 초점 길이, 카메라의 노출 시간 또는 라이트바(Light Bars)의 각도를 조정할 수 있다. 동일한 조명 컴포넌트도 다른 파라미터를 사용하면 밝은 영역과 어두운 영역 모두를 구현할 수 있다. 

“많은 기계 제작자들은 다른 플래시 색상의 사용 가능성을 과소평가하고 있다”는 왈들 전문가는 “색상을 선택한다는 것은 특정 제품의 특징 또는 등록 표시를 강조하거나 숨길 수 있다는 것을 의미한다”고 설명했다. B&R이 적외선, 자외선 등 최대 4가지 색상으로 각 조명 제품, 즉 카메라 통합 LED까지 제공하는 것도 이와 같은 이유 때문이다. 그뿐만 아니라, 단 하나의 카메라로도 특징을 빠르고 연속적으로 포착할 수 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 컬러 사용이 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 디지털 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 체인(Daisy-chain) 케이블링으로 쉽게 두 번째 하이브리드 연결이 가능하다.

B&R 기계 비전 카메라(왼쪽)는 균일한 조명이 제공되지만 다른 통합형 카메라(오른쪽)는 그렇지 못한 것을 확인할 수 있다. [사진=B&R]

동기화를 통한 품질 향상

시스템간의 디지털 입출력을 통해 전달하는 정보는 전송이 지연될 수도, 전송의 오류가 발생할 수도 있다. 이러한 문제들이 발생하면 시스템을 동기화할 수 있는 능력은 크게 제한된다. 예를 들어, 단순히 카메라의 조리개를 여는, 정확한 초를 촬영하기 위해 스트로브의 타이밍을 맞추는 것은 불가능하다. 왈들 전문가는 “엔지니어로서, 카메라가 노출되는 동안 스트로브 펄스가 켜져 있으려면 스트로브 펄스의 작동 시간을 늘리는 방법 뿐”이라며, “하지만 스트로브 펄스의 작동 시간을 늘리면 LED의 수명이 크게 단축된다”고 설명했다.

엔지니어는 빛의 강도를 줄임으로써 LED 수명을 늘릴 수 있지만, 결국에는 더 긴 노출이 필요할 것이다. 왈들 전문가는 “고속 애플리케이션에서 장기 노출은 소음을 더하고 포착된 이미지의 질을 떨어뜨려 이미지를 흐리게 할 수 있다”고 지적했다. 이외의 옵션은 센서 신호를 증폭시키는 것이다.

B&R의 머신비전 솔루션에서는 카메라, 스트로브 컨트롤러, 조명 모두가 하나의 시스템으로 구성된다. 이것은 몇 가지 결정적인 이점이 있다. 조명 제어와 자동화 시스템이 초미세정밀도로 동기화되기 때문에 광 펄스가 매우 짧을 수 있다. 이는 LED의 수명을 연장하는 동시에 엄청 빠르게 움직이는 물체도 날카롭고 선명하게 찍을 수 있다. 조명 범위 또한 매우 균일하고 재생성이 높으며, 품질도 전반적으로 향상된다.

B&R 포트폴리오의 각 조명은 최대 4가지 다른 색상을 지원한다. 특별히 개발된 렌즈는 균일한 조명을 보장한다. [사진=B&R]

프로그래밍이 필요 없는 구성

왈들 전문가는 “머신비전 시스템을 설치할 때 기존 방식의 프로그래밍이 필요하지 않다”고 설명했다. B&R은 사용자가 애플리케이션 설정을 드래그 앤 드롭(drag-and-drop)만으로도 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 있다. 왈들 전문가는 “기본적으로 갖춰진 기계간의 네트워크로 실시간 종합 진단 기능도 이용 가능하다”며, “B&R은 머신비전 애플리케이션을 만드는 데 수반되는 추가 개발시간을 대폭 줄였다”고 강조했다.

[정형우 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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