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운영자 작성일 : 2017-01-17
제 목 [강좌] 머신 비전의 구성 요소

 

 

머신 비전의 구성 요소 비전 시스템의 성공은 주요 구성 요소의 사용에 달려 있습니다. 머신 비전 시스템의 주요 구성 요소로는

조명, 렌즈, 이미지 센서, 비전 프로세싱, 통신이 있습니다. 조명은 카메라를 통해 그 기능을 분명히 나타낼 수 있도록 부각시키

면서 검사되어야 할 부분을 비춥니다.

렌즈는 이미지를 캡처하여 빛의 형태로 센서에 나타냅니다. 머신 비전 카메라의 센서는 이 빛을 디지털 이미지로 변환한 다음 분

석을 위해 프로세서로 전송합니다. 비전프로세싱은 이미지를 검토하고 필요한 정보를 추출하고, 필수 검사를 실행하여, 결정

을 내리는 알고리즘으로 구성됩니다. 마지막으로, 정보를 기록하거나 사용하는 직렬 연결을 통해 장치로 전송되는 데이터 또는

이산 I/O 신호로서 통신이 완료됩니다.

조명 모듈, 센서, 프로세서와 같은, 대부분의 머신 비전 하드웨어 구성 요소는 상업용 기성품 (COTS)으로 제공됩니다. 머신 비전

시스템은 COTS에서 조립되거 나, 단일 장치에서 모든 구성 요소를 갖춘 통합 시스템으로 구매될 수 있습니다.

머신 비전 시스템의 다양한 구성 요소

▶ 조명

조명은 성공적인 머신비전 결과를 얻기 위한 핵심 요소다. 머신비전시스템은 물체 자체를 분석하는 것이 아니라 물체에서 반사된 빛을 분석하여 이미지를 생성한다. 

 

조명 기법에서는 광원이 사용되며 부품과 카메라에 대해 광원을 배치한다. 특수 조명 기술은 부품을 실루엣화하여 불필요한 부분은 무효화하고 필요한 부분은 강화하며, 이를 통해 이미지를 향상할 수 있다.

 

역광 조명: 역광 조명은 외부 또는 에지만 측정하는 애플리케이션을 위해 물체의 윤곽을 향상한다. 역광 조명을 사용하면 형태를 감지하고 치수를 더 확실하게 측정할 수 있다.


축 확산 조명: 축 확산 조명은 측면에서 광학 경로로 조명을 연결한다(동축 방식). 측면에서 비추는 반투명 거울은 부품의 아래쪽을 밝혀주며 부품은 반투명 거울을 통해 빛을 카메라로 다시 반사한다. 이에 따라 빛이 균등하게 비춰지고 이미지가 균일하게 보이게 된다.


구조형 광: 구조형 광은 조명 패턴(평면, 격자 또는 더 복잡한 모양)을 알려진 각도로 물체 위에 투영한다. 이를 통해 대비 독립적 표면 검사, 치수 정보 획득 및 용적 계산을 수행할 수 있다.

 

암시야 조명: 지향성 조명은 표면 결함을 더 쉽게 드러내 주며, 암시야 및 명시야 조명을 포함한다. 일반적으로 암시야 조명은 저대비 애플리케이션에 적합하다.

 

암시야 조명에서는 카메라로부터 반사형 조명이 반사되고 표면 질감으로부터 산광이 산란되며 고도 변화가 카메라에 반사된다.


명시야 조명: 명시야 조명은 고대비 애플리케이션에 이상적이다. 그러나, 고압 나트륨 및 석영 할로겐과 같은 방향성이 강한 광원은 날카로운 그림자를 생성할 수 있으며 일반적으로 전체 시야에서 일관된 조명을 제공하지 못한다. 따라서, 반사면이나 반짝거리는 표면의 핫스폿 및 정반사는 더 넓게 확산되는 광원이 있어야 명시야에서 균일한 조명을 제공할 수 있다.

 

확산형 돔 조명: 확산형 돔 조명은 검사 대상 기능에 가장 균일한 빛을 제공하며 검사 대상이 아니며 시야에 혼란을 줄 수 있는 이상현상을 감출 수 있다.

 

 

스트로브 조명: 스트로브 조명은 고속 애플리케이션에서 움직이는 물체를 정지시켜 조사할 때 사용된다. 스트로브 광을 사용하면 이미지가 흐릿해지는 것을 방지할 수 있다.

 

 

▶ 렌즈

​렌즈는 이미지를 포착하여 카메라의 이미지 센서에 전달한다. 렌즈는 광학 품질과 가격이 매우 다양하며 어떤 렌즈를 사용하느냐가 포착한 이미지의 품질과 해상도를 결정한다. 대부분의 비전시스템 카메라에는 두 가지 기본 패턴의 렌즈, 즉 상호교환형 렌즈와 고정형 렌즈가 있다. 

 

상호교환형 렌즈는 보통 C-마운트 또는 CS-마운트이다. 렌즈와 확장 렌즈를 적절히 조합하면 최상의 이미지를 획득할 수 있다. 독립형 비전시스템의 일부인 고정형 렌즈는 일반적으로 자동 초점을 사용하며, 부품에 자동으로 초점을 맞출 수 있는 액체 렌즈도 있고 기계적으로 조정되는 렌즈도 있다. 자동 초점 렌즈는 일반적으로 특정 거리에서 시야가 고정되어 있다.

 

▶ 비전프로세싱

검사 대상 물체에서 올바르게 빛이 비춰진 이미지를 포착하는 카메라의 기능에는 렌즈 뿐만 아니라, 카메라 내의 이미지 센서도 영향을 미친다. 이미지 센서는 일반적으로 전자 결합 소자(CCD) 또는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 기술을 사용하여 빛(광자)을 전기 신호(전자)로 변환한다. 

 

기본적으로, 이미지 센서의 역할은 빛을 포착하여 노이즈, 감도 및 동적 범위가 균형을 이룬 디지털 이미지로 변환하는 것이다. 이미지는 픽셀이 모인 것으로 어두운 빛은 어두운 픽셀을, 밝은 빛은 밝은 픽셀을 생성한다. 

 

카메라의 센서 해상도가 애플리케이션에 적합한지 반드시 확인해야 한다. 해상도가 높을수록 이미지가 더 정교해지므로 더 정확하게 측정할 수 있다. 필요한 해상도는 부품 크기, 검사 허용값 그리고 그 외 매개변수에 의해 결정된다.

▶ 통신

비전시스템에서는 다양한 기성 부품이 사용되는 경우가 많으며 이러한 품목은 조직화되어 다른 머신 요소와 쉽고 빠르게 연결되어야 한다. 일반적으로, 개별 I/O 신호나 데이터가 직렬 연결을 통해 장치(정보를 기록하거나 사용하는 장치)에 전송되어 이 작업이 이루어진다. 개별 I/O 접점은 Programmable Logic Controller(PLC)에 연결될 수 있으며 여기서 정보는 stack light와 같은 표시기나 작업 셀을 제어하는 데 사용되거나 솔레노이드에 바로 전달된다. 이 솔레노이드는 거부 장치를 작동하는 데 사용될 수 있다.

 

직렬 연결을 통한 데이터 통신은 기존의 RS-232 직렬 출력 또는 이더넷의 형태일 수 있다. 일부 시스템은 이더넷/IP와 같은 상위 수준의 산업 프로토콜을 사용하며, 이는 모니터 등의 장치나 기타 작업자 인터페이스에 연결되어 애플리케이션에서 공정의 모니터링과 제어를 간편하게 수행할 수 있는 작업자 인터페이스를 제공한다.

 

출처 : COGNEX


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