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by 도미노코리아 May 21. 2021

비전 센서와 머신비전, 비전검사시스템

스마트 팩토리를 위한 제조업의 핵심 검사 기술들을 소개합니다.

스마트 팩토리 예시 이미지 출처 : Domino Printing Science

제품 설계 및 개발, 제조 및 유통과 물류 등 전 생산과정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술(ICT)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시키는 지능형 생산공장을 의미하는 스마트팩토리.

공장 자동화와 스마트팩토리를 도입하는 것에 대해 정부 차원에서도 민간 차원에서도 다양한 노력과 지원이 지속되고 있습니다.

오늘은 제조업의 '검사' 공정을 자동화해주는 기술들인 비전 센서와 머신 비전에 대해서 알아보겠습니다.

비전 센서란?

비전 센서는 산업용 카메라의 일종으로 사람의 눈처럼 물체의 형태, 크기, 문자, 패턴 등을 판별할 수 있는 센서를 의미하며, 조립, 생산 및 품질 관리 라인에서 사용되어 생산 효율성을 증대시키도록 도와줍니다.

다른 센서들과 달리 비전 센서는 제조업체의 검사 공정을 더욱 세밀하고 정확하게 도와주어 가능한 검사 범위를 크게 확장하고 더욱 많은 정보를 추출하여 제공합니다.

제조 라인에서 빠르게 불량 판정을 진행할 수 있어 공장의 자동화 및 생산성과 수익성을 한 층 높이는 데 도움을 주는 중요한 기술 중 하나입니다.

부품 마킹 라인 이미지 출처 : Domino Printing Science

비전 센서는 FOV(시야)를 설정하여 하나의 이미지에서 존재 유무, 완전성, 방향 등의 여러 검사를 진행할 수 있으며, 품질 및 공정 개선을 위해 추가로 다양한 데이터를 생성할 수 있습니다.

기존의 고가의 카메라 시스템을 대체할 수 있는 비전 센서는 보다 지능적인 기술을 이용하여 기능이 다양하고 사용이 쉽고 간편하며, 더욱 작은 크기로 공간 차지가 적어 높은 효율과 경제성을 가지고 있습니다.

비전 센서의 주요 활용은 아래와 같습니다.

1) 윤곽 감지 및 비교

- 제품의 윤곽을 감지하여 제품 완성도, 위치, 방향, 제품 모양과 크기 등을 확인하여 검사를 진행할 수 있습니다.

2) 픽셀 계산

- 이미지 그레이스케일 값 영역의 픽셀을 계산하여 다양한 기준에 따라 검사를 진행할 수 있습니다.

3) 코드 리딩

- 1D 바코드와 QR코드, 데이터매트릭스 코드를 비롯한 2D바코드를 인식하고 정보를 읽을 수 있습니다.

4) 3D 센서

- 3D처럼 센서로 사물을 스캔하여 많은 수의 측정된 거리값을 사용하여 여러 개의 가상 센서를 만들 수 있습니다. 이를 이용하여 제품을 3D 스캔하여 검사 진행이 가능합니다.

비전 센서는 위 기능들로 활용하여 조립 라인에서 제품 부품 존재 여부 및 제품 완성도 평가, 위치 검출과 정렬 작업이 가능하며, 1D 및 2D 바코드와 텍스트를 인지하여 제품 추적 및 제어, 식별 작업, 제품 품질 관리 작업 등을 할 수 있습니다.

산업용 카메라의 또다른 비전 센서와 비슷한 종류로 스마트 카메라가 있는데, 스마트 카메라는 카메라의 내부에 이미지 처리 프로세서를 내장하여 광범위한 어플리케이션에서 획득한 이미지를 내부적으로 분석 및 처리하여 위치, 측정 등이 가능한 기술입니다.

머신 비전이란?

스마트 비전검사시스템 이미지 출처 : Domino Printing Science

머신 비전은 이미지를 캡처하고 프로세싱하는 기능을 실행하는 장치에 대한 작동 지침을 제공하는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 이루어진 모든 산업, 비산업 애플리케이션을 포함하며, 제조 라인에서 사용되는 산업용 비전 시스템은 다른 분야에 비해 더욱 높은 견고성, 신뢰성, 안전성이 요구되며, 일반적으로 비교적 저렴한 비용과 높은 정확성, 높은 견고성, 높은 신뢰성, 높은 기계적 안정성과 온도 안정성을 얻을 수 있습니다.

산업 자동화 애플리케이션의 대표적인 기술인 머신 비전은 이미지 처리 및 데이터 추출을 위해 주로 사용되며, 주요 용도는 자동 검사 및 분류, 산업용 로봇, 공정 안내 등이며, 주요 기능 활용은 아래와 같습니다.

1) 픽셀 계산

- 밝거나 어두운 픽셀 수 계산

2) 분할

- 디지털 이미지를 분할하여 이미지를 더욱 분석하기 쉽게 단순화 및 변경합니다.

3) 색상 분석

- 색상을 사용하여 부품, 제품, 항목 식별 및 색상 품질을 평가하고, 색상을 사용하여 특징을 분리합니다.

4) 얼룩 감지 및 추출

- 이미지 픽셀의 개별 얼룩이 있는지 이미지를 검사합니다.

5) 신경망 / 딥 러닝 / 머신 러닝 처리

6) 바코드, 데이터 매트릭스 및 2D 바코드 판독

7) 광학 문자 인식

- 일련 번호, 로트 번호, 유통기한 등 텍스트 자동 인식 및 판독, 저장된 목표값과 비교하여 불량 판정

스마트 비전검사시스템으로 캔 코드 검사 중 이미지 출처 : Domino Printing Science

대표적으로 활용되는 사례 중 하나인 제조 라인에서 사용되는 머신 비전 검사 시스템은 포장 라인에서 제품에 직접 혹은 포장재에 마킹된 유통기한, 로트번호, 일련번호, 바코드 등을 자동으로 검사하여 불량품을 최소화하고, 제품 리콜로 인해 낭비되는 비용 및 브랜드의 신뢰도를 높이는 역할로 사용됩니다.

제조 라인에서 마킹 검사를 위해 사용되는 머신 비전 검사 시스템의 대표적인 기능은 아래와 같습니다.

1) 마킹 코드 유무, 위치 검사

- 제조일자, 유통기한, 로트번호, 일련번호 등의 코드 마킹이 적절한 위치에 이루어졌는지를 검사할 수 있습니다.

2) 기계판독코드(MRC) 바코드 검사

- 1D 바코드, 2D 바코드를 비롯한 기계판독코드(MRC)가 높은 가독성을 가지고 올바로 마킹되었는지를 검사할 수 있습니다.

3) OCR/OCV 광학 판독 검증

- 마킹된 코드를 스캔하여 광학문자인식 및 판독으로 더욱 정밀하고 자세하게 코드의 가독성과 품질 등급을 검증할 수 있습니다.

4) 글자 수 세기

여기서 OCR은 광학 문자 인식(Optical Character Recognition)을 뜻하며, 사람이나 기계로 비롯된 문자의 형상을 스캐너로 스캔하여 기계가 읽을 수 있는 문자로 변환하는 것입니다.

이 기능은 문자의 형상을 읽을 수 있는지의 여부를 검사하는 데 주로 사용됩니다.

OCV는 광학 문자 검증(Optical Character Verification)을 뜻하며, 인쇄된 내용물의 품질을 검사하고 문자나 모양 등의 가독성을 확인하는 데 사용됩니다.

OCV는 이미 데이터베이스에 저장된 문자(코드)와의 일치 여부를 확인하여 문자의 유효성과 인쇄의 품질을 검증하는 데 유용합니다.