1. 머신비전 시스템에서 조명의 역할 및 중요성

 

비전 검사에서 조명의 역할은 큰 비중을 차지하고 있습니다. 정확한 이미지 분석을 위해서는 머신비전의 조명의 역할이 중요하게 작용합니다.

 

머신비전 검사에 있어 정확성이 높은 이미징(이미지 처리) 검사를 시행하기 위해서는 선명한 이미지를 취득하는 것이 필수입니다.
머신비전 조명은 검사하고자 하는 영역을 균일하게 조사(照射)하여 선명한 이미지를 제공합니다. 
선명한 이미지는 검사하고자 하는 비전 시스템의 알고리즘을 더욱 견고하게 만들어 오차를 줄이고, 더욱 정확한 결과를 얻는 데 도움을 줍니다.

 

 

머신비전 조명의 중요성

 

[머신비전 조명의 중요성]

 

"산업에서 최적화된 머신비전 조명 선정은 여러가지 이점을 갖습니다"

 

 

이처럼 머신비전에서 조명이 주는 다양한 이점들이 있지만, 그중 선명한 이미지 취득에 있어 가장 중요한 포인트는 ‘대비’입니다.
선명한 대비를 가진 이미지는 긁힘, 형태 구조 인식, 식별 등 검사하고자 하는 영역을 뚜렷하게 부각하여 수월한 비전 검사 알고리즘을 만듭니다.

 

위의 이미지에서 알 수 있듯이 조명이 균일하게 조사되지 않아 선명한 대비도를 얻지 못한 이미지는 검사 알고리즘에 어려움을 줍니다.
즉, 균일한 조명을 통하여 대비도가 높은 이미지를 얻게 되면 검사 알고리즘을 수월하게 진행하여 이미지 검사를 더욱 빠르고 효율적으로 진행합니다.

 

 

 

2. 머신비전 조명 종류

 

 

| 머신비전 조명의 종류 |

 

다양한 산업에서 우리가 원하는 이미지를 취득하기 위해서는 어플리케이션에 최적화된 조명을 선정해야 합니다.
조명은 그 특성에 따라 다음과 같이 나눠집니다.

 

 

image source: LVS, REVOX

 

 

다음은 자주 사용되는 대표적인 9종류의 머신비전 조명의 특징입니다.

 

 

이처럼 다양한 조명 종류는 각각의 특성과 장점을 가지고 있어, 검사 대상 물체와 목에 따라 적절히 선택되어야 합니다.
일반적으로 조명은 조명 컨트롤러와 함께 사용됩니다. 조명 컨트롤러의 I/O를 사용하여 어플리케이션에 적합할 수 있도록 조명을 제어합니다.

 

I/O* 입출력(input/output)

 

 

 

3. 어플리케이션 별 적절한 조명 선택

 

머신비전이 일관되고 안정적이게 수행되기 위해서는 해당 어플리케이션에 적합한 조명 구성 요소를 선택하는 것이 중요합니다.
머신비전 조명의 타입은 조명이 물체 도달하는 방식으로 주로 직사광, 면발광, 백라이트, 돔형, 동축조명 등이 있으며 그외 다양한 타입이 있습니다.

 

 

[머신비전 조명의 타입]

 

 

이처럼 조명의 타입을 통해서 특정 형태나 기술을 기반으로 조명을 분류하고 있습니다.

다음 각 어플리케이션에 적합한 조명의 용도와 특징을 확인해보세요.

 

링조명 (직사광)

용도: 침부품 검사, 프린트 기판의 위치결정, 플라스틱 용기의 검사 라벨검사, IC 날인 검사

특징: 고휘도 led 표준 타입으로, 폭넓은 용도로 사용이 가능

 

링조명 로우 앵글 (직사광)

용도: BGA의 납땜 볼 위치 / 형상 / 면적검사, 레이져 각인 판독, 웨이퍼 유리 기판의 흠집, 오염 등의 검사

특징: Low-Angle 조사로 인한 엣지 및 흠집검사에 최적 – 깔대기형의 확산판 사용가능

 

바조명 (직사광)

용도: LED 결함검사, 복잡한 형강 인식, 완성품의 크랙검사, QFP/SOP 검사, 금속판 표면검사

특징: 초 고휘도 LED를 고밀도로 배치, 액정 문자의 검사나 라벨 등의 검사에 최적인 조명

 

돔형 다단조명 (직사광)

용도 : 굴곡이 있는 제품, 표면 스크래치, 알루미늄 용접, 알약 등의 라인스캔 돔 조명

특징 : 360도 방향에서 골고루 비추어 그림자 없는 균일하게 비추는데 최적

다단조명* 조명이 여러 층 또는 여러 파장대의 LED를 사용하여 피사체를 다양한 각도에서 비추도록 설계된 조명

링조명 (면발광)

용도: 캡측면, 내측면의 오염검사, 웨이퍼 외관 검사, 납땜 검사와 커넥터의 피치검사

특징: 헐레이션 현상으로부터 최적의 결과물을 얻을 수 있음

헐레이션 현상* 반사도가 높은 표면에 빛이 반사되어 발생하는 현상으로, 눈부심 현상이라고도 함.

 

링조명 로우앵글 (면발광)

용도: IC 날인검사, 기판 상의 상품 검사, 외형 및 표면 검사

특징: 광택 있는 검출체에 대해 균일하고 얼룩 없는 균일한 확산광 조사

 

동축 조명 (면발광)

용도: 웨이퍼, 금속표면, 필름, 액정, 유리 등 경면상의 정렬검사, 프린트 기판 패턴

특징: 시야 전체를 밝고 균일한 동축광으로 반사율이 높은 경면 물체의 손상이나 크랙 검사에 최적

플랫조명 (백라이트)

용도: 리드프레임검사, 투명필름의 오염검사, 투과조명으로 균일성이 필요한 경우

특징: 하부로부터 고휘도로 균일한 조사가 가능하므로, 형태 및 치수 검사에 최적

돔형 무영조명

용도: PCB 기판, 휴대폰 키패드, 캔바닥 검사

특징: 약간 굴절이 있고 표면 광택이 있는 물체의 문자 검사와 금속 표면을 균일하게 비추는데 최적

무영조명* 돔 형태의 조명으로 “무영”은 그림자가 없다라는 의미. 즉, 빛이 피사체에 균일하게 비추어 그림자가 생기지 않도록 하는 조명방식.

 

그 외 UV, SPOT 조명 등이 있습니다.

 

 

4. 선명한 이미지 취득을 위한 머신비전 조명 고려 요소

 

 

| 조명 선택 시 고려해야 할 요소 |

 

적절한 조명을 선택하기 위해서는 먼저, 물체의 재질을 확인한 후 검사 목적을 파악해야 합니다.
예를 들어, 표면 결함, 내부 결함, 크랙, 스크래치 등을 검출하기 위해서는 고대비 조명이나 특수 조명이 필요합니다.
반면, 치수나 형태를 측정하기 위해서는 물체의 표면을 균일하게 조사하는 조명이 필요합니다.

 

다음으로 검사 목적을 확정했다면 조명의 타입과 종류를 선택해야 합니다.
고해상도의 선명한 이미지를 취득하기 위해서는 조명의 균일성, 사이즈, 색상, 조사각 등을 고려해야 합니다.
조명의 조사각은 물체의 특정 부분을 강조하거나 그림자를 최소화하는 데 사용됩니다. 색상 검사가 필요한 경우에는 특정 파장의 조명이 필요한지 파악해야 합니다.
이처럼 각 조명의 특징과 목적을 이해함으로써 더 고화질의 이미지를 얻을 수 있습니다.

 

image source: LVS

 

위 이미지는 조명의 색상에 따른 어플리케이션 이미지입니다.
왼쪽의 동축조명에서 발견되지 않았던 왼쪽 하단의 긁힘을 가운데 직사광 로우 앵글 조명을 푸른 광원으로 사용했을 때
선명하게 부각되며 물체의 엣지 역시 확인할 수 있습니다.

 

image source: LVS

 

다음으로 조명의 파장의 종류에 따라 부각되는 부분이 상이하며 바코드 검사의 경우 맨 오른쪽의 IR 파장대에서 바코드를 선명하게 이미징 할 수 있습니다.

 

 

 

| 더 정확한 이미징을 위한 링조명, 동축조명 포인트 |

 

 

링조명 RING LIGHT: 링조명과 로우앵글 링조명

 

링조명

링조명은 대게 오브젝트에 약간 떨어져 있고 카메라에 가깝게 설치합니다. LED 소자가 피사체에 직접 조사되어 화각의 중심을

효율적으로 밝힙니다. 예를 들어 배경을 밝게 포착하고 고대비로 텍스트 및 검사하고자 하는 영역을 고대비로 돋보이게 합니다.