최적의 머신 비전 광학을 위해 고려해야 할 6가지 핵심 요소는 무엇입니까?

머신 비전 기술을 통해 머신은 카메라, 센서 및 소프트웨어를 사용하여 주변 환경을 "확인"하고 "이해"할 수 있습니다. 기계는 사람의 눈처럼 사물을 검사하고 평가할 수 있으며, 훨씬 더 빠르고 정확하게 검사할 수 있습니다. 이 기술은 제조 분야의 검사, 측정 및 의사 결정을 빠르고 정확하게 자동화하는 데 사용됩니다. 올바른 광학 장치를 선택하면 고품질 결과를 보장하는 데 큰 차이가 나타납니다.

머신 비전으로 작업하면서 다음과 같은 궁금증이 생기실 것입니다. 렌즈가 달라지면 검사와 결함 감지에 어떤 영향을 미칠까? 고해상도를 위해 고급 렌즈에 투자해야 할까? 아니면 저렴한 옵션으로도 충분할까? 시스템 최적화는 이미지 품질에 직접적인 영향을 미치는 6가지 핵심 요소를 이해하는 것에서 시작됩니다. 

1. 시야각(FOV): 카메라가 한 번에 볼 수 있는 양

시야각(FOV)은 카메라 센서와 선택한 센서 간의 관계로 측정됩니다. 밀리미터 단위로 측정되는 렌즈의 초점 거리가 각도 단위로 측정되는 FOV를 결정합니다. 초점 거리가 긴 렌즈는 시야각은 좁지만 줌 기능(배율)이 더 좋고, 초점 거리가 짧은 렌즈는 시야각은 넓지만 줌 기능이 부족합니다. 

예:

• 긴 초점 거리 렌즈: 확대하여 인쇄된 회로 기판(PCB)의 작은 디테일을 검사합니다. FOV는 더 좁지만 솔더 조인트와 같은 작은 구성 요소를 자세히 볼 수 있습니다.
• 짧은 초점 거리 렌즈: 전체 어셈블리 라인을 한 번에 포착합니다. FOV가 더 넓어 생산 과정을 거치는 여러 부품 또는 제품을 한눈에 볼 수 있습니다.

2. 작동 거리: 렌즈 전면과 물체 사이의 공간

작동 거리는 사용 목적의 영향을 크게 받습니다. 밀폐된 공간에서 작업하고 있으며, 비전 시스템을 부품 가까이에 설치해야 합니까? 아니면 생산 라인에서 대형 자동차 부품을 검사하는 것과 같이 유연성이 있습니까? 이러한 요소를 고려하면 검사 과정을 최적화할 렌즈 선택에 도움이 될 수 있습니다. 

3. 해상도: 이미징 시스템의 미세한 특징을 포착하는 능력

이미지 센서는 픽셀로 구성되며 각 픽셀은 마이크로미터 단위의 크기를 나타냅니다. 픽셀 수가 높을수록 해상도가 높아져 보다 정밀한 이미징이 가능합니다. 작은 물체의 경우 검사 과정에서 복잡한 디테일을 캡처하려면 더 높은 해상도가 필요합니다. 센서를 선택할 때는 해상도가 검사하려는 부품의 크기, 복잡성에 걸맞는지 확인하십시오.

4. 심도: 물체가 선명하고 초점이 맞는 상태로 유지되는 거리의 범위.

심도(DOF)는 카메라와 다양한 거리에 있는 물체도 선명하게 보이도록 하여 많은 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 바코드 리더기가 있는 물류 환경에서는 큰 DOF가 필요합니다. 왜냐하면 FOV 내의 물체가 크기나 배율이 다를 수 있기 때문에, 바코드가 렌즈 초점이 맞는 다양한 작동 거리에 위치할 수 있기 때문입니다. 

DOF는 빛이 들어오는 구멍인 렌즈 조리개(f-number 또는 f-stop)의 영향을 받습니다. 애퍼처가 작을수록(f-번호가 클수록) 빛이 적게 들어오지만 DOF가 커져 장면의 초점이 더 잘 맞습니다. 애퍼처(더 작은 f-숫자)가 커지면 더 많은 빛을 수용하지만 DOF는 얕아져, 특정 거리 내의 물체만 선명하게 보입니다. 

작동 방식: 

• 깊은 DOF: 창고의 선반에에 놓인 제품을 스캔할 때 전경 및 배경 품목에 모두 초점이 유지되므로, 시스템에서 다양한 거리에 있는 바코드를 읽을 수 있습니다.
• 얕은 DOF: 컨베이어 벨트 위의 작은 부품을 검사할 때 카메라는 부품 자체에 초점을 맞추고 배경 기계는 흐릿하게 보입니다. ​ 

5. 센서 크기: 카메라 센서 활성 영역의 크기로, 수평 치수로 지정됨

이미지 센서는 1인치에서 ¼인치까지 다양한 크기로 제공됩니다. 센서의 크기는 캡처할 수 있는 빛의 양을 결정하여 이미지 품질과 저조도 성능에 영향을 미칩니다.  

실제 사용: 

• 대형 센서: 더 많은 빛을 포착하여 이미지 선명도를 높이고 노이즈를 줄여 특히 어두운 환경에 적합합니다.
• 소형 센서: 적은 양의 빛을 포착하지만 컴팩트한 디자인과 더 세밀한 디테일에 집중하는 장점이 있습니다.  

원하는 FOV와 함께 이미지 센서의 수평 치수(mm 단위)를 사용해 애플리케이션에 필요한 일차 배율(PMAG)을 결정할 수 있습니다. 

6. 일차 배율(PMAG): 센서 크기와 FOV 사이의 비율

PMAG는 머신 비전 렌즈를 선택할 때 고려할 또 하나의 핵심 요소입니다. 렌즈의 초점 거리, 센서 크기, 원하는 FOV에 따라 결정되며, 이 모든 것이 검사 대상에 필요한 배율 수준에 영향을 미칩니다. 

PCB를 검사하면서 아주 작은 저항을 촬영해야 하는 경우, 적절한 PMAG를 사용하면 확대해서 명확하게 볼 수 있습니다. 일반적으로 센서가 클수록 선명도가 향상되며, FOV는 보드의 어느 부분을 한 번에 볼 수 있는지를 결정합니다.  

PMAG를 계산하는 방정식은 다음과 같습니다.

센서 크기/FOV = PMAG

예를 들어, 센서가 10mm고 FOV는 50mm인 경우 PMAG는 0.2입니다. 즉, 물체가 실제 크기의 0.2배로 확대됩니다. 작업에 가장 적합한 렌즈를 선택하려면 PMAG에 대해 숙지하는 것이 좋습니다.  PMAG는 심도와 해상도에도 영향을 미치며, 최종 이미지의 디테일 수준과 초점을 결정하여 장면의 얼마 만큼이 초점이 맞는지, 최종 이미지의 디테일 수준이 어느 정도인지를 결정합니다.