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사례 연구
산업: 목재(lumber)/목재 가공(Wood Processing)
제품: Triton 5 MP 카메라
SDK: 사용자 정의 소프트웨어
머신 비전 카메라를 사용한 자동화 목재 표면 검사
목재 검사는 목재의 특성과 분류가 모두 특성을 갖고 있으므로 어려운 작업이 될 수 있다. 목재 패널과 보드의 결함을 감지하고 비용이 많이 발생하는 반품 및 낭비를 방지하기 위해 높은 수준의 검사가 중요하다. 여기에는 옹이(knot), 분할(split) 및 제조 공정 중에 발생하는 갈라짐(crack)을 감지하는 작업이 포함된다. 자동화된 등급판정 기계는 목재의 실제 결함을 포착할 수 있지만 정령이 잘못된 칼날이나 기타 제조상의 문제로 인한 마킹을 놓칠 수 있다. 목재의 표면 마감 결함은 발견하기 어렵기 때문에 적절한 조명도 중요하다.
이러한 어려움을 염두에 둔다면 올바른 조명을 통해 목재 표면의 이미지를 캡처하고 줌인을 위해 보드의 정지 화면으로 보여주는 비전 시스템으로 검사자의 작업을 지원 및 보강할 필요가 있다. 이를 통해 검사자는 기계류로 인한 문제를 정확하게 진단하고 문제가 다른 보드에서 반복되는 것을 방지할 수 있다.
고품질의 검사 프로세스는 비용이 많이 드는 반품 및 낭비를 방지하고 옹이, 분할 및 제조 공정 중에 발생하는 갈라짐을 포함하여 목재의 결함을 감지하는 데 필요하다.
과제
더긴 코로웰 목재회사(Durgin and Crowell Lumber Company)는 스트로브잣나무(eastern white pine)을 사용한 내부 판넬 및 외부 사이딩 전문업체이다. 소비자는 자신의 집 벽, 천장 또는 바닥에 보기 흉한 줄무늬나 패인 자국이 생기는 것을 원하지 않기 때문에 공장에서 출하되기 전에 목재 보드를 검사하는 것이 중요하다. 이 제재소는 과거부터 사람을 고용하여 보드 등급을 매기고 검사했다. 노동시장 경색과 회사 운영에 영향을 미치는 기타 문제를 고려하여 이들은 프로세스를 계발하고 가속화하기 위한 원격 요소를 추가함으로써 품질 관리 팀을 강화하기로 결정했다. 자동화된 등급 판정기는 보드를 등급별로 효율적으로 분류하지만 제조 결함을 포착하지는 않는다. 따라서 제재소에서는 제조 결함을 찾아내는 검사 시스템을 추가하여 검사자들이 보드가 성형기를 통과하면 적시에 계획되어 있는 결정을 내릴 수 있도록 했다.
솔루션
보드킨 설계 및 엔지니어링(Bodkin Design & Engineering)은 이미징 솔루션 전문업체로 제조 공정에서 발생하는 보드 표면의 눈에 잘 띄지 않는 결점과 결함을 찾아내는 고속 머신 비전 시스템을 만드는 임무를 맡았다. 표면 마감 검사기(Surface Finish Inspector)라고 하는 비전 솔루션을 통해 제재소의 품질 관리 직원은 제어실, 생산 현장 또는 다른 장소에서 원격으로 컴퓨터 모니터를 통해 보드를 볼 수 있다.
표면 마감 검사기는 2 x 1.5 x 6피트 크기의 인클로저 안에 배치된다. Bodkin의 엔지니어는 해당 시스템을 인클로저 안에 배치하여 제어되지 않는 주변의 빛이 이미징 프로세스를 방해하지 않도록 한다. 보드가 컨베이어 시스템을 통해 인클로저를 통과할 때 이미지가 촬영된다.
이 비전 시스템은 5 MP Sony Pregius IMX264 센서가 장착된 LUCID의 Triton 카메라를 사용한다. 프레임 속도는 보드의 속도와 시야에 따라 설정되어 이미지가 끊어짐 없이 연결될 수 있다. 픽셀 FOV(Pixel field of view) 및 블러 스팟(blur spot)은 원하는 최소 감지가능 결점 기능을 통해 설정되었다.
표면 마감 검사기를 통해 품질 관리 직원은 제어실에서 또는 원격으로 컴퓨터 모니터를 통해 보드를 볼 수 있다.
인클로저 안에 수용된 비전 시스템이 2개 설치된다. 즉, 컨베이어를 따라 보드가 이동하는 2개의 라인 각각에 하나씩 설치된다. 머신 비전 시스템은 보드가 성형기를 통과한 직후에 설치되므로 직원들이 실시간으로 이미지를 검토하여 문제 발생 시 이를 해결하기 위해 생산 라인을 중지해야 하는지를 결정할 수 있는 최대한의 시간을 확보할 수 있다. 성형기는 생산공정에서 자동화된 등급판정기보다 앞쪽에 설치된다.
직원들이 보드를 충분히 자세히 볼 수 있도록 구조화된 조명 시스템이 사용되었다. 머신 비전 시스템은 결함을 강조할 뿐만 아니라 분당 842피트로 움직이는 보드를 정지화면을 보여준다. Bodkin 팀은 물체 거리가 750mm이고 초점 거리가 16mm이며 프레임 속도가 21fps인 시스템을 설계했다. 이미지 필드 크기는 폭이 12인치인 목재 보드를 수용하기 위해 16인치이다.
2개의 이미징 라인은 선정된 컴퓨터의 데이터 속도 및 스토리지 요건을 설정하는 단일 프로세서를 통해 실행된다. 자체적으로 개발한 이미지 처리 소프트웨어는 모든 이미지를 연속적으로 연결하여 움직이는 보드에 대한 하나의 긴 이미지를 생성하여 작업자가 연속적으로 볼 수 있도록 했다. 두 시스템의 이미지는 하나의 PC에서 처리되었다. 제재소는 카메라 설정 변경과 같이 필요에 따라 시스템을 미세조정하거나 공장 직원과 함께 수정 작업을 수행하도록 표면 마감 검사기에 원격으로 액세스할 수 있었다.
표면 마감 검사기는 5MP Sony Pregius IMX264 센서가 장착된 LUCID의 Triton 카메라를 사용한다.
인클로저에 수용된 시스템에 의해 주변의 빛은 이미징 프로세스를 방해하지 않는다.
결론
보조수단이 없이 수작업으로 검사할 경우 결함의 약 70-80%만 포착할 수 있지만 자동화된 비전 시스템 사용 시 최대 98%의 정확도로 결함을 감지하여 검사 품질을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 이러한 시각을 이용하는 작업에 머신 비전을 사용하는 첨단 기술 도입은 생산성을 크게 높이고 인건비와 낭비를 줄일 수 있다.