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그럼 LED로 만든 머신비전 조명들을 보면서 이야기를 나눠볼까요?

여기 보이는 선은 라이트 가이드(Light guide)라고 하는데, 빛을 전달하는 장치입니다. 이 장치는 보통 광섬유(Optical Fiber), 원통형 렌즈(Cylindrical Lens), 막대 렌즈(Rod Lens) 등으로 만들어집니다. 특히 광섬유(Optical Fiber)가 자주 쓰여서 그냥 ‘fiber’라고 부를 때도 있어요. 라이트 가이드를 사용해서 물체에 빛을 비추는 조명을 소스 조명이라고 하고, 라이트 가이드 없이 직접 빛을 비추는 조명은 다이렉트 조명이라고 합니다.

[소스(Source) 조명]

소스 조명은 보통 매우 강한 빛을 발산합니다. 라이트 가이드를 통해 빛을 검사할 대상에 전달한다고 했죠? 주로 강한 빛이 필요한 경우, 소스 조명과 라인 가이드를 함께 사용합니다. 라이트 가이드는 다양한 모양이 있는데, 긴 줄 모양의 라인 가이드, Dark field 검사용 가이드, 동그란 모양의 Ring guide 등이 있어요.

또한 소스 조명의 빛이 나오는 부분은 다양한 Light guide와 연결할 수 있도록 보통 동그란 모양을 가지고 있습니다. 소스 조명은 보통 소스 조명을 조절하는 컨트롤러 보드, 열을 식히기 위한 쿨링팬과 히트싱크가 함께 포함된 완제품으로 나옵니다. 최근에는 조명을 제어하는 컨트롤러 보드와 전원을 따로 분리한 새로운 형태의 헤드 분리형 소스 조명도 출시되고 있어요.

[다이렉트(Direct) 조명]

다음으로 다이렉트 조명에 대해 설명드릴게요. 다이렉트 조명은 빛이 직접 물체 측에 조사됩니다.

보통은 컨트롤러를 외부에 놓고 케이블로 연결하여 사용합니다. 길고 좁은 바 형태의 바 조명, 평평하고 넓은 형태의 면 조명, 둥그렇고 가운데가 빈 형 태의 링 조명, 반구 모양의 돔 조명 등 다양한 형태로 만들어질 수 있습니다. 참고로 다이렉트 조명뿐만 아니라 소스 조명도 라이트 가이드 - 파이버 구성에 따라서 링, 바 형태로 빛을 물체에 전달할 수 있습니다. 다이렉트 조명은 사용자 입장에서 컨트롤러에 끼우기만 하면 되니 간편한 구성이 장점이고, 다양한 구조를 구현하는데에 소스 조명 – 파이버 조합보다 유리합니다.

정리를 하자면 소스 조명은 매우 강한 빛을 발산할 수 있어서 실제 더 강한 빛을 요구하는 솔루션에서는 다이렉트 라인 바 조명보다는 소스 조명이 더 좋죠. 반면 다양한 구조를 원하거나 간편하게 사용하려면 다이렉트 조명이 더 좋을 수 있습니다.

여기에 조명들은 다이렉트 조명이에요. 하나하나 설명 드릴테니 형태들을 잘 봐두세요.

동축(Coaxial) 조명

이 조명은 가장 많이 쓰이는 조명 형태 중 하나입니다. 동축 조명이라고 부르죠. 렌즈의 주 광축과 동일한 각도로 빛이 조사되는 형태입니다. 나중에 자세하게 설명드릴게요.

링(Ring) 조명

이건 링 조명이라고 불러요. 반지처럼 생겼죠? 렌즈를 중심에 놓고 사용하게 됩니다. LED의 조사각도, LED의 개수, 링의 직경 등 다양한 배치를 할 수 있습니다.

바(Bar) 조명

이 형태는 바 조명이에요. 직선 형태이므로 물체의 특성에 맞추어 적절한 위치에 놓는 것을 쉽게 상상할 수 있을 겁니다.

돔(Dome) 조명

돔 조명은 간접 조명으로 그림자 없는 선명한 이미지를 생성할 수 있는 조명으로 여러 방향에서 간접광을 비추기 때문에 형태가 고르지 않은 대상물에 부드러운 확산광을 고르게 비출 수 있습니다. 따라서, 표면 상태를 고르게 유지하여 검사 지점의 명암비를 선명하게 할 수 있습니다.

백 라이트(Backlight) 조명

백 라이트 조명은 오브젝트의 윤곽을 명확하게 만듭니다. 그래서 투명 혹은 반투명한 대상체의 불투명부 경계선을 또렷하게 볼 수 있어요. 그리고 불투명한 대상체의 Edge 검사 시에도 또렷한 이미지를 얻을 수 있습니다.

스팟(Spot) 조명

스팟 조명은 부분만을 강조하여 빛을 비춰주는 조명으로, 특정 부분을 강조하거나 특정 색을 강조할 수 있는 조명입니다.

관찰하는 대상이 잘 보여질 수 있도록 하기 위해서는 조명을 어떤 각도로 놓는지도 중요합니다.

브라이트필드(Bright field) 조명

Bright field 조명입니다. Bright field는 정반사 각도가 렌즈 NA에 들어가는 형태, 물체 입장에서는 높은 곳에서 빛이 들어오는 형태를 말하죠.

다크필드(Dark field) 조명

다음은 Dark field 조명입니다. Dark field는 정반사 각도가 렌즈 화각에 들어가지 않는 형태, 물체 입장에서는 낮은 곳에서 빛이 들어옵니다. 평평한 표면보다는 울퉁불퉁한 부분을 보고 싶을 때 필요합니다.

동축(Coaxial) 조명

다음은 머신비전에서 흔히 많이 쓰고 중요한 동축 조명입니다. 동축 조명은 렌즈 수직으로 빛이 입사되는 구성입니다. 정반사 각도가 NA에 당연히 들어가므로 때에 따라 Bright field 검사용 조명이라고 일컬어지기도 합니다. 그런데 엄밀하게는 동축 조명과 Bright field는 다른 것이 맞습니다.

그리고 아래 그림과 같이 목적에 따라 한 번에 여러 개를 달아놓기도 합니다.

제가 설명드린 머신비전에서 쓰이는 조명들은 왜 그렇게 만들어졌는지, 왜 그 자리에 놓여졌는지, 어떤 목적 혹은 성능을 타겟으로 만들어졌는지에 따라 다양합니다. 또한, 머신비전 조명들도 색을 바꿀 수도 있습니다.

조명업체에서는 보통 White/Red/Green/Blue 등의 가시광선대역과 UV/IR 대역들의 제품을 보유/판매하고 있어요. 물체의 스펙트럼을 알고 적절한 스펙트럼을 갖는 색상을 선택해야 하죠. 더 작은 대상물을 보기 위하여 파장이 짧은 Blue나 UV를 사용하는 경우도 있고, 얇은 막을 투과하여 안쪽 특성을 보기 위하여 IR을 사용하는 경우도 있습니다.