[머신비전 제품 선정 방법] Case1 : 스크래치와 이물 검출을 위한 제품을 선정하라!

[의뢰사항]

우선 어떤 카메라를 사용하면 될지 선정을 해볼까요?

한면의 길이가 90mm를 보는 영역을 한 픽셀당 50μm로 본다는 거니까 몇 픽셀짜리 카메라가 필요한지 알 수 있을 것 같아요. 그럼 90mm를 μm로 변환하면 90×1000 = 90,000μm가 되고, 이를 50μm로 나누면 몇 픽셀의 카메라인지 알 수 있겠죠?

실제 봐야 하는 영역은 제품보다 큰 FOV를 가져야하니 계산된 해상도보다 큰 카메라를 선정하면 되겠네요. 90,000μm를 50μm로 나누면 1800개의 Pixel이 필요하니까 최소 1,800 ×1,800 이상 되는 카메라가 필요하겠네요. 즉, 3.2M(3.2Mega pixel, 3,200,000개의 픽셀 수) 이상의 카메라 중에서 확인해 봐야겠어요.

 

카메라의 가로 해상도와 세로 해상도가 다른 경우가 많기 때문에 해상도를 주의해서 확인하면 좋을 것 같아요. 이제 대략적인 해상도는 구해졌으니 필요한 Frame rate를 확인해 볼까요?

분당 600개를 검사해야 한다고 했으니, 초당 10개, 즉 1초에 10장을 찍을 수 있는 카메라, 최소 10fps 이상 촬영이 가능한 제품이 필요하겠네요.

X: 1800 이상 Y: 1800 이상 되는 Sensor에 최소 10fps 이상이 되는 카메라를 찾아보니 A7500MG20E 카메라가 적합하네요.

다음으로 적합한 렌즈와 조명을 찾아볼까요?

필요한 배율을 살펴보면, 배율 = Pixel size/픽셀당 해상도인데, 카메라의 픽셀 사이즈가 3.45μm니까 3.45/50를 계산하면 0.069x네요. 그리고 검토했던 카메라의 Mount는 C-mount이고, Sensor의 대각선 길이가 2/3″이니, 2/3″ Image circle을 가지고 있는 C-mount 렌즈를 찾아볼게요.

이 중에서 제품 표면이 어두울 수 있으니 최대한 밝기를 확보하기 위해 F/#가 작은 렌즈, 즉 밝은 렌즈를 우선적으로 선별하면 F/2를 가진 렌즈가 좋을 것 같아요.

 

이제 설치를 위한 공간을 고려해야 하니, WD(Working Distance, 작동거리) 조건에 맞는지도 확인을 해야 해요. 계산 공식을 통해 대략적인 WD를 알 수 있는데, WD = 초점거리×(1+1/배율)로 계산할 수 있어요.

200~300mm 공간이라고 했으니, WD 250mm에서 우선 계산해보면, 250 = 초점거리×(1+1/0.069)이므로, 초점거리는 16.1이 나오네요. 16mm 렌즈 중에서 선정하면 될 것 같아요. 하지만 계산된 WD는 실제 렌즈 설계치에 따라 조금씩 달라질 수 있으니 반드시 Datasheet를 통해 확인해 봐야해요. 사용 가능한 16mm 렌즈 자료를 보니, WD는 약 220mm가 되네요.

렌즈와 카메라를 선정했으니, 이제 조명을 검토해 볼까요?

제품의 상부 표면을 검사해야 하므로 Bright field 조명이면 될 것 같고, 이물 검사와 스크래치 검사를 위해서는 조명의 조사 각도가 중요할 수 있으므로 Dark field 조명이 더 적합할 수도 있겠네요. 전체 FOV를 커버할 수 있는 조명을 찾아봐야겠어요. 조명의 종류 중에 링조명과 사각 바조명이 우선 테스트가 가능할 것 같아요.

 

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필진 소개

 

이성일, Denny 앤비젼 어플리케이션 엔지니어 머신비전 최적의 조합을 찾아내는 어플리케이션 전문가