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The Factory Tough Camera
Factory Tough
테스트는 카메라 설계 및 프로토타입 단계에서 시작되며, 이 단계에서 카메라 하드웨어 설계는 여러 스트레스 테스트를 통해 검증됩니다. 이 검증 단계에서 카메라 유닛은 극한 온도, 물리적 충격, 연속 및 랜덤 진동, 전자기 노이즈, 전원 서지 등 다양한 조건에서 테스트됩니다. 일부 테스트는 공인 제3자 시험소에서 수행되며, 다른 테스트는 사내에서 진행됩니다. 또한 카메라는 전자기 방출, 전압 레벨, 유해 물질 등에 대한 국제 규격 준수 여부도 테스트 및 인증받습니다.
검증 단계가 완료되면, 카메라 테스트는 양산 과정의 유닛 테스트로 이어집니다. 이 단계에서는 모든 카메라 유닛이 내부 유닛 테스트를 거칩니다. 여기에는 열 사이클링 기능 테스트, 침투 테스트, 센서 정렬 테스트, EMVA 1288 이미지 품질 테스트 등이 포함됩니다. 이러한 모든 테스트는 다양한 기계, 장비, 전자기 간섭이 존재하는 산업 환경에서도 안정적으로 작동하는 Factory Tough 카메라를 보장합니다.
검증 테스트
검증 테스트는 카메라 프로토타입 단계에서 수행되며, 카메라 프로토타입의 기능 동작과 견고한 설계를 확인합니다. 이 테스트는 일반적인 운용 환경에서 마주치는 수준을 훨씬 넘어 카메라를 극한 조건까지 밀어붙이기 위한 것입니다. 검증 테스트는 양산이 시작되기 전에 설계상의 약점을 찾아내는 데 도움이 됩니다. 테스트에서 약점이 드러나면 원인 조사가 시작되고, 최종적으로 설계 변경이 이루어집니다. 이후 재설계된 카메라는 다시 테스트되어 통과할 때까지 검증 과정을 반복합니다.
극한 온도 사이클링
무엇을 테스트하나요?
열 챔버 내에서 카메라 설계가 극한의 고온 및 저온을 견딜 수 있는지 테스트합니다. 이때 적용되는 고온 및 저온 조건은 유닛 테스트 단계에서 수행되는 열충격 테스트보다 훨씬 더 가혹합니다. 테스트 중 카메라는 전원 사이클링과 이미지 스트리밍 등 기능 테스트를 반복적으로 수행합니다.
표준: 특정 표준은 없지만, 프로토타입 테스트의 프레임워크로 HALT(Highly Accelerated Life Testing)를 사용합니다.
왜 중요한가요?
이 단계는 양산이 시작되기 전에 카메라의 약점을 식별하는 데 도움이 됩니다. 테스트 중 카메라의 고장 여부를 모니터링하여 엔지니어가 문제를 개선하고 수정할 수 있도록 합니다. 이러한 테스트는 설계 결함이 양산 모델로 이어지는 것을 줄이는 데 도움이 됩니다.
열충격 챔버
열 테스트 챔버를 사용하면 카메라를 극한의 고온 및 저온 챔버에서 테스트할 수 있습니다. 카메라는 내부 플랫폼을 통해 챔버 사이를 빠르게 이동합니다.
충격 / 임팩트 / 진동(랜덤) 테스트
무엇을 테스트하나요?
카메라가 물리적 충격, 즉 펄스를 견딜 수 있는지 테스트합니다. 카메라는 충격 테스트 장비인 전기동역학 셰이커에 장착되며, 이 장비는 X, Y, Z축을 따라 서로 다른 주파수와 강도의 펄스를 생성합니다.
랜덤 진동 및 충격 기록 예시.
전자기 셰이커는 테스트 결과를 측정하고 보고합니다. 테스트 후 카메라는 물리적 손상을 보이지 않았으며, 표준 작동 중 정상적인 이미지를 생성했습니다.
표준: IEC / DIN EN 60068-2-27 Environmental testing – Part 2-27: Tests – Test Ea and guidance: Shock. IEC / DIN EN 60068-2-64 Part 2-64: Tests – Test Fh: Vibration, broadband random and guidance.
| 테스트 | 표준 | 파라미터 |
|---|---|---|
| 충격 | DIN EN 60068-2-27 | 각 축(x/y/z), 20g, 11ms, +/- 10회 충격 |
| 범프 | DIN EN 60068-2-27 | 각 축(x/y/z), 20g, 11ms, +/- 100회 범프 |
| 진동(랜덤) | DIN EN 60068-2-64 | 각 축(x/y/z), 4.9g RMS, 15-500Hz, 0.05g2/Hz 가속도, 축당 30분 |
왜 중요한가요?
산업용 장비는 수많은 움직이는 부품으로 구성된 복잡한 시스템 내에서 작동합니다. 움직이는 부품에 장착된 카메라는 갑작스러운 방향 전환과 예기치 않은 충격에 노출됩니다. 머신 비전 카메라에서 충격 및 진동 테스트는 카메라의 구조 설계를 검증합니다. 이는 카메라 내부 구성 요소의 견고성뿐만 아니라 카메라 장착 설계와 렌즈 마운트의 강도까지 테스트합니다. 충격과 진동을 견딜 수 있는 카메라는 산업 제조 외에도 자동차 분야의 불규칙한 도로 환경, 모바일 로보틱스의 경로 탐색 중 충돌 등 다양한 애플리케이션에서 유용합니다.
진동 테스트를 위해 준비된 LUCID 카메라.
LUCID 카메라는 전기동역학 셰이커에 고정됩니다. 이 전기동역학 셰이커는 충격과 진동의 크기 및 지속 시간을 제어합니다. 카메라는 실시간 모니터링을 위해 PC에 연결됩니다. 실제 운용 조건을 시뮬레이션하기 위해 더미 렌즈도 장착됩니다.
진동(정현파) 테스트
무엇을 테스트하나요?
카메라가 조화 진동 패턴을 견딜 수 있는지 테스트합니다. 이 테스트는 카메라에 매우 가혹하며, 전기동역학 셰이커가 귀마개가 필요할 정도로 큰 소음을 발생시키는 수준으로 진동합니다. 전기동역학 셰이커는 낮은 주파수에서 높은 주파수까지 조화 주파수를 스윕합니다. LUCID 카메라의 경우 58~500Hz 범위에서 분당 1옥타브의 스윕 속도로, 10g 피크(20g 피크 투 피크) 조건에서 테스트합니다. 이는 X, Y, Z축 모두에 대해 수행됩니다.
표준: IEC / DIN EN 60068-2-6 Environmental testing – Part 2-6: Tests – Test Fc: Vibration (sinusoidal).
| 테스트 | 표준 | 파라미터 |
|---|---|---|
| 진동(정현파) | DIN EN 60068-2-6 | 각 축(x/y/z), 10-58 Hz: 1.5mm, 58-500 Hz: 10g, 1 oct/min, 축당 1시간 52분 |
왜 중요한가요?
애플리케이션 엔지니어가 진동을 줄이기 위해 최선을 다하더라도, 기계, 엔진, 모터, 기타 움직이는 부품은 항상 어느 정도의 진동을 발생시킵니다. 회전, 맥동 또는 진동하는 힘은 조화 진동을 방출합니다. 이러한 조화 진동 중 일부는 일정하게 발생하면서도 육안으로는 감지되지 않을 수 있습니다. 정현파 테스트는 공진으로 인해 카메라 설계에 존재할 수 있는 약점을 드러냅니다. 설계 내 공진은 흔들림 주파수가 공진 주파수와 일치할 때 카메라에 불균형적으로 큰 스트레스를 유발할 수 있습니다. 공진에 취약한 설계 요소의 예로는 PCB 위의 높이가 큰 부품이 있으며, 이는 다이빙 보드처럼 진동할 수 있습니다.
스윕 속도
이 테스트에서 정현파 진동 주파수는 분당 1옥타브씩 증가합니다. 이를 “스윕 속도”라고 합니다.
EMC 테스트(전자파 적합성)
무엇을 테스트하나요?
산업 환경에서 발생하는 정전기 방전 및 전자기 간섭에 대해 카메라가 충분한 내성을 갖추었는지 테스트합니다. 카메라는 전자기 노이즈, 전원 서지, 전압 강하 및 기타 간섭에 노출됩니다. 이는 산업 환경에서 사용할 때 장치가 의도한 대로, 고장 없이 동작하도록 보장하기 위한 것입니다.
정전기 방전 내성
카메라가 전원이 켜진 상태로 이미지를 스트리밍하는 동안, 특수 ESD 건을 사용해 카메라의 특정 지점에 전압을 방전합니다. 이 테스트는 전자 부품을 손상시키거나 데이터 전송을 중단시킬 가능성이 있습니다. 아래 예시에서 Triton 카메라는 성능 저하 없이 테스트를 통과했습니다.
표준: IEC / DIN EN 61000-6-2 (Generic standards – Immunity standard for industrial environments)
왜 중요한가요?
적절한 산업용 EMC 내성 테스트가 없으면 머신 비전 카메라가 산업 환경의 전자기 간섭을 견딜 수 있다는 보장이 없습니다. 이러한 환경에는 주거용 또는 상업용 환경보다 더 높은 수준의 전자기 간섭을 발생시키는 다양한 모터, 전력 시스템, 장치가 존재합니다. 이 테스트는 카메라가 완전히 동작하며 이미지를 스트리밍하는 동안 더 강한 전자기장, 더 높은 전도성 노이즈, 더 큰 전원 서지, 더 큰 정전기 방전을 견딜 수 있는지 확인합니다.
| EN 61000-6-2 EMC 내성에서는 정확히 무엇을 테스트하나요? |
|---|
| 무선 주파수 전자기장 내성(DC 및 PoE): 80 – 1000MHz @ 10 V/m 1400 – 2000MHz @ 3 V/m 2000 – 2700MHz @ 1 V/m |
| 무선 주파수 공통 모드(AC 주전원 및 Ethernet): 0.15–80MHz, 10 VRMS, 3s dwell time |
| 서지 내성(DC 및 PoE): 최대 ±2 kV |
| 전기적 빠른 과도현상 – 버스트 내성: AC Input: 최대 ±2 kV Ethernet Port: 최대 ±1 kV |
| 전원 포트(DC 및 PoE)의 전압 강하 및 단시간 정전 내성: 30%, 60%, 100% 전압 감소 |
| 정전기 방전 내성: 접촉 방전 최대 ±8 kV 및 공기 방전 최대 ±15 kV에서 총 50회 직접 방전(각 극성 25회) |
정전기 방전 및 전자기 간섭의 원인:
EMI 테스트(전자기 간섭)
무엇을 테스트하나요?
앞선 섹션에서는 카메라가 어느 정도의 환경 스트레스를 견딜 수 있는지에 초점을 맞췄습니다. 하지만 카메라 자체에서 방출되는 요소, 특히 사용 중 다른 장치에 간섭을 일으킬 수 있는 전자기장과 전자기 방해도 테스트하고 측정해야 합니다. 이러한 방출 강도를 제한하는 글로벌 표준이 존재합니다. 카메라를 포함한 모든 전기 장치는 특정 지역에서 판매되기 전에 이러한 표준을 충족해야 합니다.
표준: IEC / DIN EN 61000-6-3 (Part 6-3: Generic standards – Emission standard for equipment in residential environments), FCC Class A (Commercial/Industrial, USA), FCC Class B (Residential, USA), CE (EMC 2014/30/EU)
왜 중요한가요?
설계가 미흡한 장치는 강한 EMI를 방출하며 적합성 테스트를 통과하지 못합니다. 테스트 실패는 저품질 부품, 부적절한 부품 배치, 접지 부족, 전원 공급 효율 저하 등 여러 문제를 의미할 수 있습니다. 이러한 표준을 준수하는 카메라는 최적화되고 전력 효율이 높으며, 동작 중 다른 장치와 안전하게 함께 사용할 수 있는 카메라 설계를 검증하는 데 도움이 됩니다.
EMI 적합성 표시
FCC 및 CE 마크는 EMI 방출 적합성을 나타내기 위해 제품 라벨에 표시되거나 제품에 각인됩니다.
유닛 테스트
유닛 테스트는 양산 중 각 카메라 유닛에 적용되는 품질 보증 테스트를 의미합니다. 유닛 테스트는 카메라 기능과 성능의 일관성을 확인하고, 결함이나 성능 이상이 있는 유닛을 선별하는 데 도움이 됩니다.
열충격 테스트
무엇을 테스트하나요?
각 카메라는 고온(상한)과 저온(하한)을 번갈아 적용하는 열 챔버에서 테스트됩니다. 상한과 하한은 카메라의 정의된 동작 온도 사양보다 약간 더 가혹하게 설정되어 카메라가 적절한 한계 조건에 도달하도록 합니다. 열 사이클링 동안 기능 테스트가 주기적으로 실행됩니다. 기능 테스트의 예로는 전원 사이클링(켜기/끄기), 지속적인 이미지 스트리밍 및 이미지 획득, 이미지 청크 CRC 확인, 신호 대 잡음비(SNR) 확인 등이 있습니다. 비트 오류를 확인하고, 전력 소비 수준이 허용 오차 범위 내에 유지되는지도 모니터링합니다. 이러한 열 사이클링은 여러 시간 동안 여러 차례 반복됩니다.
열 사이클링 테스트 및 모니터링 예시
열충격 테스트 중 카메라는 테스트 및 모니터링됩니다. 이를 통해 결함이 있는 카메라를 감지하고 선별할 수 있습니다.
| 녹색 점 = 카메라 기능 테스트 |
|---|
| 전원 사이클링(켜기/끄기) |
| 이미지 스트리밍 |
| 이미지 청크 CRC |
| 신호 대 잡음비(SNR) |
| 비트 오류 |
| 전력 소비 |
표준: 특정 표준은 없지만, 유닛 테스트의 프레임워크로 HASS(Highly Accelerated Stress Screening)를 사용합니다.
왜 중요한가요?
온도 사이클링은 고객에게 전달되기 전에 결함이 있는 카메라 유닛을 선별하는 데 도움이 됩니다. 또한 각 카메라 유닛이 정의된 동작 온도 범위 내에서 문제없이 정상적으로 작동하도록 보장합니다.
EMVA1288 이미지 품질 임계값 테스트(이미지 성능 테스트)
무엇을 테스트하나요?
각 카메라는 플랫 필드 조명 장치에서 테스트되어 EMVA 1288 표준(EMVA: European Machine Vision Association)에 기반한 이미지 품질을 측정합니다. 테스트 결과는 허용 가능한 공차 범위 내의 품질 수준에 도달해야 합니다. 측정 항목에는 시간적 암전류 노이즈, 포화 용량, 광응답 불균일성, 암신호 불균일성, 선형성 오차가 포함됩니다.
표준: EMVA Standard 1288 – Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras.
왜 중요한가요?
동일한 모델의 카메라 유닛 간 이미지 품질 성능이 일관되도록 보장합니다. 이미지 품질 임계값에 도달하지 못한 유닛은 제거되어 추가 테스트를 받게 됩니다. 또한 거의 모든 카메라 제조업체는 EMVA 1288 표준에 기반한 이미지 품질 테스트를 수행합니다. 이를 통해 사용자는 서로 다른 카메라 센서와 여러 카메라 제조업체 간에 표준화된 이미지 품질 결과를 비교할 수 있습니다.
| Triton 5.0MP의 테스트 기준 예시 |
|---|
| 시간적 암전류 노이즈: 2.4 e- 미만 |
| 포화 용량: 9500 e- 초과 |
| 광응답 불균일성: 3% 미만 |
| 암신호 불균일성: 1.5 e- 미만 |
| 선형성 오차 1% 미만 |
GPIO 신호 테스트
무엇을 테스트하나요?
GPIO 입력 및 출력 신호가 올바른 전압 임계값을 갖는지 테스트합니다. 카메라가 이미지를 성공적으로 획득하도록 적절한 전압 신호를 카메라에 전송합니다.
표준: 특정 표준은 없지만, Triton, Atlas IP67, Helios2의 24V PLC 로직 레벨 지원은 전기적 노이즈가 많은 산업 환경에서 더 높은 전압 신호를 사용할 수 있게 합니다.
왜 중요한가요?
머신 비전 카메라는 공장 현장의 다른 장치와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 이러한 장치는 카메라를 트리거하거나, 반대로 카메라가 외부 장치를 트리거하도록 동기화됩니다. 입력 신호의 경우, 산업 환경의 높은 전기적 노이즈로 인해 오트리거가 발생할 수 있으므로 카메라가 더 높은 임계 전압으로 트리거를 수신하도록 설정될 수 있는 것이 중요합니다. 이를 위해 Triton 및 Helios2 카메라는 노이즈가 많은 환경에서도 안정적인 트리거링을 지원하는 조정 가능한 임계값 레벨을 제공합니다.
Active Sensor Alignment
센서와 마운팅 플랜지 정렬 테스트
무엇을 테스트하나요?
센서 틸트, 이미지 중심과 렌즈 마운트 간 정렬, 백 포컬 거리(BFD)를 측정합니다.
센서 틸트는 센서 평면 전체에서 초점 위치 차이를 유발합니다.
렌즈 배럴이 중심에서 약간 벗어나 있으면 이미지 모서리가 어두워질 수 있습니다.
사양을 벗어난 센서 회전은 카메라 장착을 더 복잡하게 만들 수 있습니다.
표준: 특정 표준은 없지만, 센서 배치 단계에서 Active Sensor(광학) Alignment를 수행하여 센서 위치를 실시간으로 측정하고 각 유닛에 대해 정확한 센서 배치를 보장합니다.
왜 중요한가요?
심과 수동 배치 기법을 사용하는 기존의 기계식 센서 배치 방식과 달리, Active Sensor Alignment는 센서가 렌즈 배럴에 정확히 정렬되도록 보장합니다. 이는 센서 중심부터 가장자리까지 선명하고 균일한 이미징을 구현하는 데 매우 중요합니다. 이를 통해 유닛 간 일관된 이미지 품질을 제공하며, 애플리케이션 엔지니어가 각 애플리케이션 유닛마다 카메라 조정을 걱정하지 않고 안심하고 카메라를 설계에 적용할 수 있습니다.
Active Sensor Alignment 장비
이 이미지에서는 Triton 유닛의 센서를 카메라 렌즈 배럴에 정렬하고 고정하는 작업이 진행되고 있습니다.
IP67 테스트(먼지 및 물 침투)
무엇을 테스트하나요?
카메라 케이스가 먼지와 물의 침투로부터 얼마나 보호되는지 테스트합니다. 압력 테스트와 수중 침수 테스트가 수행됩니다.
표준: IP67(IEC 표준 60529)은 카메라에 먼지 침투가 없어야 하며(방진), 수심 1m(3 ft 3 in)에서 30분 동안 방수가 가능해야 함을 규정합니다.
왜 중요한가요?
모든 전기 장치에서 먼지와 습기는 매우 치명적인 영향을 줄 수 있습니다. 이는 절단, 긁힘, 세척 공정이 이루어지는 산업 환경에서 더욱 두드러집니다. 예를 들어 과일 및 채소 가공 공장에서는 토양에서 유입되는 먼지 입자와 물 분사로 인한 습기가 존재합니다. 안정적인 카메라 동작을 유지하려면 IP67 카메라를 선택하는 것이 중요합니다. 또한 외장형 IP67 인클로저는 오래전부터 사용되어 왔지만, IP67 보호 기능이 카메라에 내장되어 있으면 애플리케이션 공간을 더 효율적으로 활용할 수 있습니다. 별도의 IP67 인클로저가 필요 없기 때문에 애플리케이션 설계자는 더 콤팩트한 시스템을 구축할 수 있으며, 조립 시간을 줄이고 유지보수를 더 쉽게 할 수 있습니다.
침투 테스트
모든 Triton, Atlas IP67, Helios2 유닛은 IP67 방수 침투 테스트를 거칩니다.
Triton/Triton2/Triton10 IP67 GigE, Atlas/Atlas10 IP67 5GigE, Helios2 3D ToF 카메라
모든 머신 비전 카메라가 산업 공장의 혹독한 환경을 견디도록 설계된 것은 아닙니다. 많은 카메라 제조업체가 자사 카메라가 24/7 산업용 운용에 적합하다고 말할 수 있지만, 이를 위해서는 적절한 테스트와 보고를 통해 특정 기준과 표준을 먼저 충족해야 합니다. 카메라 제조업체마다 방대한 카메라 사양을 비교하고 검토하는 데는 많은 시간이 소요될 수 있습니다. 따라서 Factory Tough 카메라를 선택할 때 가장 큰 과제는 올바른 테스트 표준이 무엇인지, 그리고 그 표준이 무엇을 의미하는지 이해하는 것입니다. 이 기술 자료는 이러한 테스트에 대한 개요를 제공하며, 의료 또는 군사용과 같은 모든 잠재적 테스트를 빠짐없이 다루는 것은 아니지만, 산업 환경을 위해 특별히 설계된 가장 일반적인 테스트와 카메라 사양을 소개합니다.
LUCID는 머신 비전 카메라 설계 분야에서 축적한 풍부한 경험을 바탕으로 Factory Tough 카메라를 제공합니다. 특히 Triton, Atlas IP67, Helios2 카메라는 EMC 산업 내성, 충격 및 진동 인증, IP67 방진 및 방수 보호를 갖추어 혹독한 산업 환경에서 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 산업용 사용 환경의 과제를 견딜 수 있는 혁신적인 카메라를 개발함으로써, LUCID는 비전 애플리케이션 설계자가 고객을 위해 더욱 견고하고 오래 지속되는 비전 애플리케이션을 구축할 수 있도록 지원합니다.
