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[3D 검사 주요기술] Part 3 : 백색광 간섭 측정기

앤비젼 — Tue, 22 Apr 2025 08:30:29 +0900

다음으로 머신비전에서도 특히, 정밀한 3D 측정이 필요할 때 많이 쓰이는 백색광 간섭 측정기(White Light Interferometry)에 대해서도 알려드릴게요.

[백색광 간섭 측정기]

백색광 간섭 측정기는 백색 광원을 사용해서 물체의 표면을 측정하는 방법이에요. 반사된 빛이 서로 간섭을 일으켜 빛의 무늬를 만들어내고, 이를 분석해서 거리를 계산하고 있죠. 이 장비는 아주 민감하게 작동해서 투명한 물체나 까다로운 표면에 대해서도 적용할 수 있어서 다양한 산업 분야에서 제품의 품질 향상과 생산성 향상을 위해 활용되고 있어요.

반도체 제조나 규격 검사 같은 분야에서 레이저 대신 백색 광원을 사용하여 물체의 표면을 조명하고, 이를 통해 미세한 높이 차이나 경도를 정밀하게 측정합니다. 그리고 반도체 제조에서는 미세한 표면 특성을 정확하게 파악하여 제조 과정에서 발생할 수 있는 결함이나 불량 부분을 조기에 발견하는데 활용됩니다.

작동 원리를 살펴보기 전에 먼저 백색 광원에 대해서 설명해 드릴게요.백색 광원은 여러 파장의 광을 가지고 있어서 표면에 비추면 빛의 파장이 상호 간섭하게 됩니다. 레이저와는 달리 다양한 파장을 사용하게 되어 정밀한 측정이 가능하죠. 우선 간섭을 만들기 위해 빛을 분리합니다. 백색광은 빔 스플리터라 불리는 광학 구성 요소를 통과하게 되는데, 이 장치는 빛을 서로 다른 경로로 분리해 냅니다.그리고 이렇게 분리된 빛은 간섭기를 통과한 후에 다시 합쳐집니다.

반사된 빛은 래퍼런스 미러로 보내지는데, 래퍼런스 미러는 움직일 수 있어서 빛의 양을 조절합니다. 나머지 부분은 시료 표면으로 조사되어 반사된 빛과 참조 광이 다시 빔 스플리터로 돌아가게 됩니다.

반사된 빛은 간섭기에서 다시 만나게 되는데, 두 빛 파장이 합쳐질 때 그 상태는 상호 간섭에 따라 변화하게 되죠. 높이 차이가 있는 지점에서는 빛이 상호 간섭하여 간섭 패턴이 생성되고, 이 패턴은 표면의 미세한 변화를 나타내는 정보를 담고 있어요.

그리고 시료 표면은Z 축 방향으로 이동할 수 있어서 각 지점에서 간섭무늬 강도가 최대가 되는 광로 차(Z 축 높이)를 구하면 해당 지점의 형상(높이차)을 정확하게 측정할 수 있어요. 간섭 패턴은 센서 등 다른 감지 장치를 통해 측정되고, 이 정보는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 3D 모델로 시각화됩니다.

이러한 방식으로 백색광 간섭 측정기는 높은 정밀도와 해상도로 표면의 미세한 특성을 측정하고, 제조 과정에서의 품질 향상을 기대할 수 있는 기술이라고 볼 수 있어요.

그래서 앞서 이야기한 것처럼 백색광 간섭 측정기는 매우 높은 정밀도와 해상도를 제공하고, 표면의 미세한 불규칙성도 측정할 수 있습니다. 또한, 비접촉식으로 작동하기 때문에 시료 표면을 손상시키지 않고 정밀한 측정을 수행할 수 있어요. 이 기술은 반도체 제조, 규격 검사, 광학 렌즈 제작, 나노 테크놀로지, 의료 기기 제조 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

이 게시글의 전문은 출판도서 ⌜머신비전 비밀노트⌟ 에서 만나보실 수 있으며, 무단으로 복사해 게재할 경우 민,형사상의 불이익이 있을 수 있습니다.

필진 소개

김우섭, Woody
앤비젼 3D 엔지니어

조근조근 3D 고급 기술에 대해
알려주는 3D 전문가

'머신비전 비밀노트' 판매처

앤비젼 — Tue, 3 Dec 2024 09:54:29 +0900

안녕하세요.
(주)앤비젼 솔루션 커뮤니케이션 그룹입니다.

앤비젼이 창립 21주년을 맞아 '머신비전 비밀노트'라는 책을 발간하게 되어 소개드립니다.

이 책은 머신비전 회사에 입사한 신입사원 애니가 선임들에게 OJT를 받으며 머신비전 기초 개념을 배우고, 실제 제품을 선정하는 과정을 소설로 담아, 한 권으로 머신비전 기초를 쉽고 재미있게 익힐 수 있도록 구성했습니다.

특히, 신입사원을 위해 머신비전 교육을 준비하시는 분들, 짧은 시간 안에 머신비전 기초를 익혀야 하는 분들에게 유용한 책이 될 것이라고 자부합니다.

'머신비전 비밀노트'는 교보문고, YES24, 알라딘, 쿠팡 등 주요 온·오프라인 서점 88곳에서 만나보실 수 있으니 많은 관심 부탁드립니다.

감사합니다.

머신비전 판매처 바로가기 >

앤비젼에서 머신비전 비밀노트를 출간했다구요?

앤비젼 — Wed, 23 Oct 2024 13:16:37 +0900

앤비젼은 머신비전 개념을 많은 사람에게 알리기 위해 『머신비전 한 권으로 아는 척하기』라는 책을 2015년에 출간한 데 이어, 올해 『머신비전 비밀노트』도 출간하였습니다. 특히 『머신비전 비밀노트』는 작년에 앤비젼 창립 20주년을 기념해 출간된 특별한 의미를 지닌 책입니다.

지난 1년간 책 출간을 위해 앤비젼에서 근무하는 엔지니어들이 직접 하나하나 글을 쓰고, 솔루션 커뮤니케이션 그룹에서 삽화까지 정성스럽게 그렸습니다.

『머신비전 비밀노트』가 만들어진 과정과 그 의미를 앤비젼 엔지니어들과 함께 나누어 보았습니다.

Q: '머신비전 비밀노트' 출간 배경은 무엇인가요?

A: 앤비젼은 설립 당시부터 Supporting Your Vision이라는 가치를 가지고 고객들과 함께 새로운 도전을 이어가고, 그 과정에서 함께 성장하는 것을 중요하게 생각해왔어요. 이번에 특별히 창립 20주년을 맞이하여 이 소중한 가치를 더 많은 사람들과 나누고 싶어서 ‘머신비전 비밀노트’를 출간하게 되었습니다.

Q: 2015년 발간된 '머신비전 한 권으로 아는 척 하기'와는 어떤 점이 다른가요?

A: ‘머신비전 한권으로 아는 척하기’는 백과사전과 같은 아카데믹한 책이었습니다. 반면 ‘머신비전 비밀노트’는 이론에 기반해 소설 형태로 재미있게 읽을 수 있도록 구성되었죠. 처음 접하는 독자들도 쉽게 이해할 수 있도록 생소한 용어들도 쉽게 풀어쓰려고 노력하였고, 삽화 및 캐릭터도 직접 그렸답니다. 참고로 책에 나오는 캐릭터들은 외주를 맡긴 것이 아니라, 애플리케이션 엔지니어 이성일님이 직접 작업해 주신 것이랍니다. 현업에서도 바쁘셨을 텐데 주말을 반납하시고 제작에 참여해 주신 것에 대해 이 자리를 빌려 감사 인사를 드리고 싶어요!

왼쪽부터 머신비전 신입사원 애니, 3D 전문가 올라프, 이미징모듈 전문가 비비안, 카메라 전문가 제이든, 렌즈 전문가 머피, 조명 전문가 빌리, 어플리케이션 전문가 데니

Q: 그럼 책의 내용에 대해 간략하게 알 수 있을까요?

A: 이 책은 머신비전에 대해 전혀 모르는 애니라는 주인공이 머신비전 회사 앤비젼에 입사해 OJT를 받는 이야기예요. 애니가 앤비젼의 다양한 머신비전 전문가들을 만나면서 기초 개념을 배우고, 나중에는 실제 머신비전 제품을 선정하는 과정까지 담고 있죠. 머신비전이 낯선 분들도 소설 속 애니와 함께 성장하는 경험을 통해 쉽게 공감하실 수 있을 거예요!

Q: 집필 과정에서 가장 중점을 둔 부분은 무엇인가요?

A: 가장 큰 고민은 ‘어떻게 하면 더 많은 사람들이 머신비전 개념을 쉽게 이해할 수 있을까?’ 하는 것이었어요. 지난 20년 동안 앤비젼은 현장에서 많은 경험을 쌓았고, 그 과정에서 축적된 지식과 노하우도 갖추게 되었죠. 지금은 온라인으로 전환했지만, 오프라인 교육센터도 운영 했었습니다. 이러한 경험들을 바탕으로 집필할 때에도 초보자들도 쉽게 이해할 수 있도록, 어려운 개념을 친근하게 설명하는 데 많은 시간과 정성을 쏟았어요. 애니와 같은 분들이 읽으시면서 쉽게 다가올 수 있도록 노력한 만큼 재미있게 봐주시면 좋을 것 같아요.

Q: 앞으로의 계획이 궁금합니다.

A: 이번 출간은 앤비젼 20주년을 기념하는 특별한 프로젝트였었고, 후속작에 대해서도 고민하고 있는데, 독자들이 더 궁금해하고 필요한 내용이 있다면 기꺼이 준비하고 싶네요. 무엇보다 저희 회사가 ‘머신비전’ 이라는 분야를 더 많은 사람들에게 알리고, 그 과정에서 좋은 영향력을 미칠 수 있도록 꾸준히 노력할 예정입니다. 앞으로도 재미있고 유익한 콘텐츠로 계속 소통하도록 노력할테니 많은 관심 부탁드릴게요.

총 240페이지로 구성된 “머신비전 비밀노트”는 교보문고, 예스예스 24,알라딘 등 주요 서점에서도 구매할 수 있습니다. 머신비전에 관심 있는 분들이라면 꼭 한번 읽어보시면 좋을 것 같습니다! SUPPORTING YOUR VISION!

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머신비전 비밀노트 출판에 도움을 주신 앤비져너 분들

글쓴이: 김우섭(3D), 이성일(어플리케이션),양찬석(카메라, 렌즈), 정세진(이미징 모듈), 정용범(조명)

디자인: 조혜현(삽화), 이성일(캐릭터)

기획: 김하랑

자동초점 시스템에서 심도는 왜 중요한가요?

앤비젼 — Wed, 23 Oct 2024 09:41:19 +0900

[자동초점 시스템(AFM)은 왜 필요할까요?]

자동초점 시스템(AFM, Autofocus Module)은 시료가 움직일 때 이미지의 초점을 조절해 주는 모듈이에요. 한문장으로 정리하자면 ‘시료가 이동할 때 이미지 초점이 나가지 않게 즉, 심도 범위 안을 유지할 수 있도록 광학계의 높이를 변경하는 모듈’이라고 할 수 있어요.

만약 이해가 잘 안 된다면 이전에 카메라, 렌즈, 3D 등에서 배웠던 개념들을 한번 더 살펴보도록 할게요. 먼저 카메라의 종류는 여러 방법으로 분류할 수 있지만 크게 Line scan 카메라와 Area scan 카메라가 있다고 들었죠? 일상적으로 우리가 익숙한 카메라는 센서가 2차원으로 배열되어 있는 Area 카메라지만, 머신비전에서는 이야기가 조금 달라요. 우리가 사진을 찍을 때는 물체가 멈춰져 있는 반면에 산업에서는 디스플레이, 반도체 등 검사하고자 하는 대상이 끊임없이 이동하기 때문에 ‘Scan’이라는 이름이 뒤에 따라붙게 됩니다.

자동초점 시스템에서도 마찬가지입니다. 우리가 카메라로 촬영할 물체가 컨베이어 벨트 상에서 멈춰있다면, 초점을 잘 맞춰서 사진을 찍으면 됩니다. 그런데 컨베이어 벨트에서 빠르게 움직이는 물체를 촬영하게 되면 물체가 위아래로 움직이게 되어 제대로 촬영하지 못할 거예요.그래서 초점을 자동으로 맞춰주는 Autofocus를 맞춰놓고 촬영을 하면 자동으로 초점이 맞춰지겠죠? 이제 촬영해야 할 대상을 컨베이어 위의 PCB 기판이라고 생각해 봅시다. 우리가 원하는 건 기판 위에 있는 글씨를 읽어야 하는 것인데 이때 문제는 보통 PCB 기판이 평평하지 않다는 것입니다.

[자동초점 시스템에서 심도가 왜 중요할까요?]

어떤 물체가 지나가고 있고, 라인 스캔으로 이미지를 찍는다는 것쯤은 이해하셨을 거예요.그런데 기판이 평평하지 않은 게 무슨 문제가 되는지 잘 모르실 수 있습니다.

힌트를 주자면 렌즈를 공부할 때 봤을 수도 있을 ‘심도’의 개념을 떠올려 보세요.

심도란 초점이 잘 맺히는 영역입니다. 그럼 심도 밖으로 시료가 올라가거나 내려가면 이미지는 흐려지게 될 것입니다. 라인 스캔 할 때 높이 차이가 있으면 이미지가 흐려지니까 제대로 검사할 수가 없겠죠?

그렇다면 여기서 한가지 궁금한 게 생깁니다. 보통 핸드폰 카메라로 사진을 찍어봤을 때, 멀리 있는 물체가 흐려 보이지는 않죠? 머신비전과 비슷한 CCTV 영상에서도 보면 흐려 보이거나 하지 않습니다. 그건 왜 그런 걸까요?

핸드폰 카메라, 블랙박스, CCTV에 사용하는 광학계들은 공통점이 있어요. 그리고 그건 작은 이물을 보는 검사장치와는 다른 점이기도 해요.

정답은 배율이에요. 우리가 일상적으로 사용하는 카메라들은 넓은 영역을 한눈에 보는 용도지요. 큰 것(수 미터)을 작게(수 밀리미터) 보니까 ‘축소’하는 상황이라고 할 수 있겠죠. 그러면 배율은 0.33x, 0.01x처럼 1보다 작게 사양서에 쓰여 있을 겁니다. 반면 작은 것을 크게 봐야 하는 고배율일 때는 심도가 좁아 흐려지는 것을 볼 수 있죠.

이제 상황으로 쉽게 설명해 볼까요? 손금을 본다고 생각하고 손바닥을 눈에 가까이 대본 후 그 상태에서도 바로 앞의 물체가 선명하게 보이나요? 어지러우면 한쪽 눈을 감고 시도해 보면 좀 더 쉬워요.

아마 흐릿해 보일 겁니다. 그 뒤에 있는 물체들은 더 흐릿해 보이는데요. 손금(작은 물체)을 눈(큰 영역)에 맺히게 하려니까 고배율 시스템이고, 심도 밖에 있는 물체들은 흐려 보인다.라고 깨달을 수 있습니다.

오늘이 지나도 배율이 커질수록 심도가 좁아지는 특성을 잘 기억하고 있으면 좋겠네요. 배율이 n배 증가할 때 심도는 n² 이 줄어든다는 점도 알면 도움이 될 거예요. 아래 그림을 보면 심도의 범위를 더 직관적으로 이해할 수 있을 것 같네요.

이 심도 안에 들어오게 하는 방법은 쉽게 두 가지가 있는데요.

시료를 이동하거나, 광학계를 이동하거나 둘 중 하나입니다. 당연히 우리는 시료에 외력을 가하고 싶지 않죠. 그래서 광학계를 움직이는 것을 선택한 것이고, 이게 맨 처음 제가 자동초점 시스템을 한 문장으로 설명한 것입니다.

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정세진, Jason
앤비젼 광학모듈 엔지니어

복잡한 광학 모듈도 예시를 통해 쉽게 설명해주는 전문가

색수차 공초점 측정기는 무엇인가요?

앤비젼 — Fri, 18 Oct 2024 15:32:04 +0900

이번에는 색수차 공초점 측정기(Chromatic Confocal Imaging)에 대해서 얘기해 볼까요?

[색수차 공초점 측정기]

색수차 공초점 측정기는 레이저가 아닌 다양한 색상의 빛을 사용하여 표면의 높이나 피복 두께와 같은 3D값을 측정하는 광학 기술 중 하나예요.색상이 물체와 가장 가까울 때 반사되는 빛을 측정하여 거리를 계산하죠. 이 기술은 레이저보다 느리지만, 정밀하고 섬세한 측정이 가능해서 아주 작은 높이 변화도 정밀하게 감지하고, 높은 해상도의 이미지를 제공할 수 있는 특징이 있죠.

동작 방법을 말씀드리자면 먼저, LED나 다른 광원을 사용하여 빛을 발생시켜요. 이 광원에서 나온 빛은 특수 렌즈를 통과하면서 빛의 파장에 따라 초점거리가 변하죠. 다양한 파장의 빛이 서로 다른 초점거리로 조절되어 제품 표면에 도달하게 되는 거예요.

제품 표면에 도달한 빛은 반사되고, 이 반사된 빛은 카메라 센서로 다시 수집됩니다. 각 라인은 다른 파장을 가진 빛을 반사하게 되므로, 센서는 각 라인에 대한 빛의 파장을 식별할 수 있게 되는 거죠.

그럼 어떻게 높이값을 계산하고, 이미지를 만들어 낼까요?

센서는 수집한 빛의 파장을 기반으로 각 라인 별로 표면과의 거리를 계산해요. 파장이 다른 빛은 서로 다른 거리에서 초점을 맞추기 때문에 각 라인의 높이값을 계산할 수 있게 되는 거죠. 그리고 그 높이값을 어떻게 이미지로 만들어 내는지 설명드릴게요. 센서는 각 라인에 대한 높이값을 계산한 다음, 이 정보를 모아 한 장의 이미지로 생성합니다. 이 이미지가 제품의 단면이나 표면을 정확하게 표현하게 되는 거죠.

색수차 공초점 측정 기술은 제조 및 품질 관리 분야에서 다양하게 활용됩니다. 반도체 제조, 의료 기기 제조, 자동차 산업, 공학, 공정 제어 등에서 표면 검사 및 측정에 널리 사용되고 있어요. 예로 반사율이 높은 곡선형 엣지, 투명한 다층 구조 검사에 활용됩니다.

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김우섭, Woody
앤비젼 3D 전문 엔지니어

조근조근 3D 고급 기술에
대해 알려주는 3D 전문가

레이저 삼각법은 무엇인가요?

앤비젼 — Fri, 18 Oct 2024 15:21:23 +0900

3D 머신비전 검사에 사용되는 주요한 기술 세가지에 대해 이야기 해보도록 할게요.

제가 지금부터 말할 기술은 레이저 삼각법(Laser triangulation), 색수차 공초점 측정기(Chromatic Confocal Imaging), 백색광 간섭계(White Light Interferometry)이에요. 이 세 기술은 각각 다른 원리를 사용하여 물체의 표면을 측정하고, 그에 따라 특징과 장단점이 다릅니다.

[레이저 삼각법]

레이저 삼각법 (Laser triangulation)은 레이저를 사용해서 물체의 형태와 표면을 측정하는 방법이에요. 레이저를 물체에 비추고, 반사된 레이저를 캐치해서 거리를 계산해요. 이 기술은 레이저를 이용하여 빠르고 정확하게 3D 정보를 측정하는 강력한 방법이에요. 그리고 이동하는 물체나 복잡한 물체의 표면 높이와 위치를 정밀하게 파악하여 품질 향상과 생산성 향상에 큰 도움이 되죠.

레이저 삼각법을 적용한 3D 제품은 센서와 레이저 광원으로 이루어져 있어요. 기본적인 작동 원리는 측정 대상에 레이저 빔을 쏘고, 그 중 일부가 센서로 반사되는 것이에요.

대상이 움직이면 레이저 빔도 따라서 감지기 쪽으로 이동하게 돼요. 감지기는 그 거리를 측정하는데 사용되는 신호를 생성해서 보내죠. 데이터는 주로 카메라의 이미지 센서를 통해 아날로그 혹은 디지털 출력 형태로 변환됩니다.

이 센서들은 빛의 양의 피크 분포를 감지하여 대상의 위치를 정확하게 찾아내는데 사용돼요. 주로 최대로 충전된 픽셀을 통해 위치를 결정하고, 다른 표면의 반사에 의해 활성화 된 낮은 충전 픽셀은 무시돼요.

레이저 삼각법은 공학, 제조, 로봇공학, 품질 통제, 의료 장비, 자동차 산업 등 다양한 분야에서 활용돼요. 예를 들어 자동차 산업에서는 자동차 표면의 불량 검출과 조립 정밀도 측정에 쓰이고, 의료 분야에서는 치과 스캔과 치아 모델링에 활용돼요.

다음 시간에 색수차 공초점 측정기(Chromatic Confocal Imaging), 백색광 간섭계(White Light Interferometry)에서도 살펴보도록 할게요.

필진 소개

김우섭, Woody
앤비젼 3D 전문 엔지니어

조근조근 3D 고급 기술에
대해 알려주는 3D 전문가

머신비전에서 3D검사가 왜 필요한가요?

앤비젼 — Fri, 18 Oct 2024 10:19:09 +0900

시대의 흐름에 따라 기술도 발전합니다. 예전엔 2D 이미지로만 검사를 했는데, 제품의 높이나 표면 상태를 정확하게 파악하기 어려웠어요. 그래서 3D 머신비전이 나온 거죠. 3D는 대상체의 3차원 정보를 획득하고 분석하는 기술이에요. 물체의 3D 형태를 고려하므로 불량 특성을 더 정확하게 감지하고 분석할 수 있다는 장점이 있죠. 그래서 3D검사는 더 복잡하고 정교한 시스템과 알고리즘이 필요하고, 3D 형태와 관련된 정확한 정보를 제공합니다.

[2D 검사 vs 3D 검사]

머신비전 3D검사

2D 검사는 표면 검사, 문자 인식, 포장 검사, 레이블 인식, 위치 결정 등과 같은 분야에서 주로 사용돼요. 반면 3D 검사는 3D 모양 검사, 물체의 부피 측정, 곡률 측정, 공간 분석, 높이 측정 등과 같은 고도의 정밀성이 필요한 분야에서 특히 유용하게 쓰이고 있답니다.

[3D 기술 소개]

머신비전 3D검사

여기 보이는 그림은 머신비전에서 흔히 쓰는 3D 기술을 정밀도와 속도 기준으로 분류를 해놓았어요. X축의 경우 왼쪽으로 갈수록 더 정밀한 기술이고, Y축은 위로 갈수록 더 빠른 기술을 나타내고 있습니다.

우선 아주 빠르고 정밀한 기술부터 차례로 설명드릴게요. 색수차 공초점 측정 기술(Confocal Confocal)은 BGA나 50μm 이하의 BGA나 투명한 물체의 두께를 측정하는데 사용되며, 미세 용접부 및 반도체 웨이퍼 검사에도 활용됩니다.

그 옆에 레이저 삼각법(Laser Triangulation)이라는 기술이 있는데, 이는 PCB나 100μm 이상의 작은 범프를 감지할 수 있습니다. 이 기술은 보통 2차 전지, 원통형 및 파우치형 제품을 제조하는데 필수적으로 사용하고 있습니다. 한편, 스테레오 비전(Stereo Vision)이라는 기술은 주로 물류 박스와 같은 비교적 간단한 물체를 빠르고 저렴하게 측정하는데 사용됩니다.

그리고 현미경처럼 매우 작은 영역에서 정밀한 측정을 할 수 있는 기술들도 살펴볼게요. 이 중 현미경 간섭계(Interferometry Microscope)는 최대 3nm 크기의 아주 미세한 물체를 관찰할 수 있고, 수십 나노미터의 Z축까지도 측정할 수 있습니다. 이러한 기술들은 주로 연구나 제품 검토용으로 많이 사용됩니다.

마지막으로, 속도나 정밀도가 크게 요구되지 않는 비교적 간단한 작업을 위한 3D기술들도 있습니다. 이 기술들은 가격이 저렴하며, 고급 기술을 필요로 하지 않는 작업 환경에서 많이 활용됩니다.

이 포트폴리오는 머신비전 검사에서 어떤 3D 기술을 선택해야 하는지 쉽게 알 수 있도록 도와줍니다. 검사 사양에 따라 빠르고 정밀한 측정이 필요한지, 아니면 저렴한 비용으로 간단한 작업을 처리할지를 고려하여 이 포트폴리오에서 자신에게 맞는 도구를 선택하면 됩니다.

머신비전 3D검사 머신비전이란?

필진 소개

김우섭, Woody
앤비젼 3D 엔지니어

조근조근 3D 고급 기술에 대해
알려주는 3D 전문가

오랜 기간 안정적인 밝기를 유지하는 머신비전 조명의 핵심 기술 - “Sensing&Feedback” 기능

앤비젼 — Fri, 30 Aug 2024 15:57:15 +0900

머신비전용 조명 소스의 Sensing&Feedback 기능은 일정한 광량 유지를 통해 이미지 품질을 보장하고, 검사 프로세스의 신뢰성을 높이기 위해 사용됩니다. 조명의 상태, 이미지 캡처 결과, 시스템 상태 등을 실시간으로 모니터링하고, 이에 따라 조명을 조정하거나 사용자에게 알림을 제공하는 다양한 역할을 수행합니다. 이번 포스팅에서는 이러한 Sensing&Feedback 기능이 탑재된 CCS사의 FALUX Sensing 조명의 특성에 대해 알아보고자 합니다.

<CCS사의 FALUX Sensing 조명>

LED는 다양한 파장, 긴 수명, 단가 측면에서 매우 큰 장점이 있어 계속해서 수요가 증가하는 광원이지만 동시에 Rank에 따라 LED 간 밝기 편차가 발생하며, 사용 초기에 비해 열 및 수명에 따라 광량이 저하되는 문제가 있어 사용/관리에 어려움이 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 FASTUS Sensing 조명은 Photodiode sensor를 탑재하여 조명의 실시간 밝기를 감지합니다. 이를 통해 타겟한 밝기 값과 다른 경우 전류값을 보상하여 밝기를 유지합니다.또한 온도 보상 회로를 통해,점등 후 온도 상승이나 주변 온도 변화로 인한 밝기 변동 또한 보상합니다. 밝기와 온도 외에도 SN, 사용 시간 등 수십가지 항목에 대해 모니터링이 가능합니다.

이러한 모니터링 값을 기반으로 CCS의 OPPF컨트롤러에서는 전류값 보상을 통해 일정한 광량을 유지할 수 있습니다. 이처럼 밝기를 자동으로 관리하는 Sensing 조명 기능을 통해 약 40,000 시간동안 밝기 저하 없이 안정적으로 운용 가능합니다.

CCS 사 FALUX Sensing 구성

CCS사 FALUX Sensing 피드백 기능

앤비젼이 공급하는 초고휘도 REVOX 소스 또한 광량 피드백 기능을 통해 30,000시간동안 안정된 출력이 가능합니다. 이처럼 오랜 기간 안정적인 성능으로 조명을 사용하고자 하는 머신비전 장비에서는 이러한 "피드백 기능"이 매우 중요한 기능으로 각광받고 있습니다.

REVOX 소스 피드백 기능

앤비젼 조명기술센터는 고객의 니즈 파악부터 기술 검토, Concept study, 제품 개발 및 성능 평가, 피드백 반영, 시장 출시 등 전 과정에 걸쳐 각 시장과 검사에 맞는 최적의 조명 솔루션을 제안합니다. LightTools 개발 프로그램을 비롯하여 다양한 성능 평가 장비들(색채 휘도계, 오실로스코프 & 전류 프로브, 투과 반사 스펙트럼 측정 시스템, 광속 측정기, 조도계)을 갖추고 있어 솔루션의 완성도를 높입니다.

다양한 검사에 필요한 산업용 조명에 대한 상담이 필요하시면 언제든지 문의 부탁드립니다!

국가 연구개발 우수성과 100선에 선정된 'AOI용 자동 초점 시스템' 개발 스토리

앤비젼 — Fri, 24 Nov 2023 13:19:33 +0900

지난 11월 9일, 앤비젼(대표 김덕표)의 '세계 최고 수준의 AOI용 자동초점 시스템'으로 국가 연구개발 우수성과 100선에 선정되었습니다.

이 시스템은 반도체 및 디스플레이 산업의 발전으로 제품의 미세화가 가속화됨에 따라 검사 대상의 크기가 작아지고 불량의 크기도 작아지는 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다.

아래는 AOI 자동초점 시스템을 개발한 솔루션 R&D센터의 대표 지원수 상무(이하 Lucas)와 일문일답한 내용입니다.

Q: Lucas! 국가 연구개발 우수성과 100선에 선정되신 것을 진심으로 축하합니다!

Lucas: 네, 감사합니다. 이부분은 저뿐만 아니라 솔루션 R&D 센터의 그룹원들의 노력과 헌신이 있었기에 가능했다고 생각합니다.

Q: AOI용 자동 초점 시스템을 개발하게 된 배경이 있으실까요?

Lucas: 현재 반도체 및 디스플레이 산업의 발전으로 제품의 미세화가 가속화되면서 검사 대상의 크기가 작아지고 불량의 크기도 작아지고 있습니다. 이러한 불량을 정확하게 검사하기 위해서는 고배율의 검사 광학계가 필요하지만, 고배율의 검사 광학계에서는 초점 심도가 짧아지기 때문에 자동으로 초점을 맞추는 기술도 필요했습니다. 이러한 배경에서 자동 초점 시스템을 개발하게 되었습니다.

앤비젼 솔루션 R&D센터 연구진들 (왼쪽부터 나동수 과장, 지원수 상무, 백남석 대리, 정세진 대리, 최학범 부장, 박경희 차장)

Q: 자동 초점 시스템이 국내에서 인정받기까지 무려 3년이 걸리셨네요. 자동 초점 시스템을 개발하시면서 혹시 힘든 점은 없으셨나요?

Lucas: 그러게 말입니다. Kick-off 미팅을 코로나19가 발병한 지 얼마 안 되어서 시작했으니까 벌써 시간이 많이 흘렀네요. 처음 자동 초점 센서 개발을 위해 일본 업체와 협업을 시도했는데, 20억 원이라는 무리한 개발비와 함께 여러가지 조건들을 요구해서 초기 개발을 포기할 수 밖에 없었습니다. 다행히 2020년 국가 지원 과제로 선정되어 비용을 지원받아 다시 개발에 착수할 수 있었습니다. 국내 최초로 정반사 레이저 변위센서를 개발하고, 이를 적용한 자동광학 검사기용 자동 초점 장치가 세계 최고 속도 및 정밀도를 구현하여 큰 자부심을 느끼고 있습니다.

Q: 자동초점 시스템은 어떻게 구성되어 있나요?

Lucas: 자동초점 시스템은 크게 3개의 구성 요소로 이루어져 있습니다.

우선 첫 번째는 광학계와 검사 대상 간의 거리를 측정하는 자동 초점 센서입니다. 자동 초점 센서는 정반사 레이저 삼각법을 적용한 레이저 변위 센서를 응용하여 국내최초로 개발되었습니다. 검사 대상 표면에 레이저를 조사하고, 표면의 높이에 따라 변하는 레이저 위치를 계산하여 거리를 측정합니다. 레이저 위치 변화를 다양한 알고리즘을 적용하여 잡음을 최소화하면서 동시에 고속 계산이 가능하도록 설계되었습니다. 정밀도는 머리카락보다 더 얇은 수준의 1 마이크로미터 이하이며, 간격 측정 속도는 9kHz (초당 9,000개 간격 데이터 측정)입니다.

두 번째는 측정된 거리에 따라 광학계의 위치를 조정하는 자동 초점 스테이지입니다. 자동 초점 스테이지는 정밀 가동된 기구와 정밀 모터를 사용하여 광학계의 위치를 조정합니다. 0.5 마이크로미터 이내의 오차에서, 최대 20kg 무게의 광학계를 1,200mm/s 스캔 속도를 가지는 고속 자동 검사기에 적용할 수 있습니다. 이는 현존하는 자동 초점 장치 중 세계 최고 속도라고 보시면 될 것 같습니다.

세 번째는 두 구성 요소를 제어하는 자동 초점 제어기입니다. 자동 초점 제어기는 FPGA 기반으로 프로세서를 설계하고 제어 알고리즘을 구현하였습니다. 레이저 신호를 받아 신호의 수준을 점수화여 높은 점수 즉, 무결점 신호만 선별하는 스코어링 알고리즘으로 잡음이 없는 데이터를 얻을 수 있는 특화된 알고리즘이 적용되어 있습니다. 이 알고리즘으로 다양한 검사 대상에 적용할 수 있게 되었습니다.

앤비젼 연구진들이 자동초점시스템 테스트 하는 모습

Q: 자동초점 시스템을 통해 어떤 성과를 기대하시나요?

Lucas: 자동초점 시스템은 반도체 및 디스플레이 산업의 품질 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 자동초점 시스템을 통해 검사 대상의 미세 불량을 정확하게 검출할 수 있게 되면서, 반도체 및 디스플레이 산업에서의 불량률 감소 및 수율 향상에 도움이 될 것으로 예상됩니다. 또한, 고배율 검사기의 안정적이고 정확한 검사를 가능하게 함으로써, 최첨단 제품의 개발 및 생산을 지원할 수 있을 것으로 기대됩니다.

Q. 고생하셨습니다. 앞으로도 계속해서 국내 전자제품 산업의 경쟁력 향상을 위해 검사 솔루션 개발에 힘써주시길 응원하겠습니다.

Lucas: 네. 감사합니다.

바코드 스캐너 관련 기술 용어

앤비젼 — Thu, 11 May 2023 13:50:36 +0900

[카메라 기술 백서 #17] 바코드 스캐너 관련 기술 용어

바코드의 시작

우리가 일상 생활에서 흔히 접할 수 있는 바코드의 시작은 언제였을까요? 시작은 지금으로부터 76년전으로 거슬러 올라갑니다. 1948년 미국에 살았던 Bernard Silver는 식품체인업계에서 자동으로 상품정보를 읽을 수 있는 시스템을 필요로 한다는 소식을 듣고 최초의 바코드를 개발합니다. 그리고 4년 후인 1952년에는 친구인 Woodland와 “분류장치와 방법" 이라는 특허 출원까지 이르게 됩니다.

네 줄로 된 바코드

미국 특허 Patent number: 2,612,994 (1952/10/7)

위 그림과 같이 바코드는 정해진 위치에 흰색 세로줄 유무에 따라서 이진화된 숫자를 해독하는 원리로 이루어진 기호입니다. 1973년 미국 음식 연쇄조합은 세계상품코드(Universal Product Code)를 도입하였고, 1978년에는 영국, 프랑스, 독일 등과 일본연합이 국제공통상품번호(European Article Number)을 EAN 코드를 도입하였습니다. 한국에서는 1988년 EAN 국제기구에 가입하여 국가번호코드 ‘880’을 부여받아 한국상품번호(KAN)를 사용하게 되었고, 이후 EAN 체계를 따르는 나라는 100개를 넘게 되었습니다. 2002년에는 UPC 체계 사용국이 EAN 기구에 가입하였고, 2003년에는 UPC와 EAN 기구를 통합하여 국제표준코드 GS1 체계를 출범하게 되었습니다.

바코드의 종류

바코드의 종류는 크게 2가지입니다. 첫째는 1D 코드로 '판독 오류 유무 체크'를 위한 코드입니다. 크게 2가지 타입이 있는데 13자리(국제표준도서번호(ISBN)로도 활용) 타입과 8자리 타입이 있습니다. 주요 1D 코드로는 EAN, UPC, Code 39, Code 128 등이 있으며 각 코드의 종류마다 문자&숫자 조합, 길이, 특징이 각각 다릅니다.

Code Type	Character Set	Length	특징
EAN8/13 or UPC-A/E	숫자만(0~9)	7 or 12자리	Start/Stop 없음, 유통 코드용
Code 39	숫자/알파벳/7개 특수문자	무한대	제품 번호를 표시 가능, 5개의 바로 1문자 표시, 산업용 바코드로 통용
Code 128	모든ASCII값(숫자,알파벳, 기호, 제어문자 등)	무한대	GS1-128로 각 업계에서 이용되기 시작함

표준형 코드와 단축 코드

1D 코드의 구성 요소

두번째는 '한정된 크기에서 더 많은 정보가 필요할 때 사용'하는 2D 코드입니다. 1D 대비 약 100배 많은 정보를 담을 수 있어 많은 양의 데이터 처리에 적합하며, 높은 보안 및 비밀 유지가 가능합니다. 주요 코드로는 QR, DM, Vericode 등이 있습니다.

Code Type	Data양 (@알파벳 숫자)	최대 크기(셀)	특징
QR코드	~4296	~177x177	정방형(1:1)
DM코드	~2335	~144x144	GS1-128과 동일한 구성
Veri코드	~261	~48x48	미국 Veritec사의 라이선스 구입 필요

2D 바코드 예시 [출처: Wikipedia]

바코드 주요 기술 용어 정리

바코드에서는 밀(Mil)이라는 용어를 많이 쓰는데, 이는 바코드의 밀도를 표현하는 단위입니다. 1 mil = 1/1000 inch(0.0254mm)의 크기입니다. 즉, 10mil 이면 가장 작은 폭이 0.25mm입니다.

또한 바코드 입장에서의 해상도인 PPM(Pixel per Module)은 다음과 같습니다.

PPM 계산 공식

실제 상황으로 예를 들자면, 2mm 크기의 22x22 Data Matrix Code 유형을 인식하기 위해 카메라가 보는 가로/세로 영역의 크기인 FOV 가 40mm이고, XY해상도가 5,120 x 5,104인 제품(25M irayple 7000 series)으로 촬영한다고 가정할 때 PPM을 계산해보면, 5120(px))/(40(mm))×(2(mm) )/(22(ea)) = 11.6PPM이 나옵니다. 이 PPM 수치는 여유가 있어 더 넓은 FOV를 커버 가능하며(3PPM 이상일 때까지), FOV(40mm) 내에서 2mm 코드가 여러 개 있어도 한번에 읽을 수도 있다는 의미입니다. 참고로 앤비젼이 제공하는 iRayple 바코드 리더기는 1D에서는 1.3 pixel, 2D에서는 3pixel 이상은 되어야 코드를 인식할 수 있습니다.

또한 각 코드별 인식 시간을 의미하는 Decoding(Detect or Readcode) time은 Image Quality, Decoding 알고리즘 등의 영향을 받습니다. 따라서, 카메라 내부에서 Image Quality를 변경하기 위해 Exposure Control, ISP Control, Barcode Process Control 등을 진행할 수 있습니다. 또한 바코드의 인쇄(Print) 품질에 따라서 Decoding이 어려운 경우도 있는데, 이 때는 해당 이미지 최소 100장 이상 제조사에 보낸 후 기술 지원을 통해 알고리즘 개선도 가능합니다.

이 밖에도 머신비전, 광학에서 자주 사용하는 기초 기술 용어나 바코드 관련 용어는 아래에 소개되어 있습니다. 더 궁금하신 사항은 댓글이나 메일(info@envision.co.kr)로 문의주시기 바랍니다.

<머신비전 기술 기초 용어>

Pixels(픽셀 개수) = Sensor Size / Pixel Size
WD(Working Distance): 렌즈 끝단에서 대상체(물체)까지의 길이
F.O.V(Field of View): 카메라(BCR)가 보는 가로/세로 영역의 크기
D.O.F(Depth of Field, 심도) : 대상체(물체)의 포커싱(초점)이 맞는 구간
Resolution(광학 해상도): 실제 구성된 광학계에서 한 개의 Pixel로 표현하는 크기
Magnification(배율-M)

Frame rate(fps) 촬영속도

<바코드 관련 주요 용어>

Dot/Module/Cell : 한 개의 정보를 표현하는 단위(크기)
Alignment Patterns : 왜곡으로 발생하는 각 도트의 위치 어긋남을 보정
Version Information(포맷 정보) : 오류 정정률과 마스크 패턴에 관한 정보
Timing Pattern : 코드 내의 모듈 좌표를 결정
Quiet Zone : 공백 구간

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필진 소개

류진성, Jacob
앤비젼 Applicaition Engineer

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