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Dual 레이저 라인 프로파일 센서를 적용한 두께 측정 3D 비전 솔루션
2021.02Hit. 174
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두께 측정 어플리케이션 휴대폰과 같은 모바일 기기나 반도체, 디스플레이 패널, 이차전지 등의 정밀 전자 부품 제조 공정에서 대상물의 형상이나 두께 측정을 통한 불량검사는 스마트 팩토리 시대의 품질 개선과 수율 향상의 측면에서 중요한 과제가 되고 있습니다. 이 문제를 해결하는 기술 솔루션으로 Dual 레이저 라인 프로파일 센서를 적용한 두께 측정 3D 비전 솔루션을 소개합니다. 
Dual 라인 프로파일 센서 기반 두께 측정 3D 비전 솔루션 이 솔루션을 적용하면 반사가 심한 대상물의 두께를 측정할 수 있는데, 이는 2 대의 레이저 라인 프로파일 센서를 대상물의 위 아래에 대칭되도록 설치하여 고속/고정밀로 라인스캔한 후 데이터를 합성 연산함으로써 두께 값을 측정하는 3D 비전 기술입니다. 
( Gocator 레이저 프로파일 센서를 적용한 두께 측정 시스템의 구성 ) 2 대의 센서 각각으로부터 대상물의 상면과 하면의 거리를 각각 측정하고 이 거리의 차이를 이용하여 대상물의 두께를 측정하는 방식 인데, 대상물의 상면과 하면에 설치한 2 대의 센서는 6-DOF(Degree of Freedom, 자유도)로 그 위치와 방향을 정밀하게 정렬할 수 있고 취득한 데이터를 합성(Merge)하여 별도의 기준면(reference surface) 없이 적용이 가능합니다. 포인트 방식 레이저 센서와 비교하면 상하면 전체 영역의 두께 측정이 한번에 가능하며, 동시에 표면의 3D surface 불량 또한 검사가 가능한 것이 큰 장점입니다. 멀티 센서 동기화 페어링 2 대의 센서 간의 동기화(Synchronization)는 두께 측정 성능에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. 동기화가 정확하지 않아 서로 다른 시간에 스캔이 이루어질 경우 측정 제품의 진동으로 인한 측정 오차가 발생할 수 있기 때문입니다. Gocator 센서는 멀티 센서 네트워크 기술을 통해 이 문제를 근본적으로 해결해 줍니다. 우선 하나의 트리거 신호를 공유해 사용하므로 정확히 동기화하여 데이터를 획득할 수 있습니다. Dual센서 네트워크는 Main 센서와 Buddy 센서로 구성되며, Main 센서는 네트워크에 연결된 Buddy 센서를 자동으로 인식하여 페어링(Pairing)을 수행합니다. 페어링이 완료되면 Buddy 센서의 데이터는 Main 센서로 전송되고, 2 대 센서의 데이터는 공통 좌표계를 기준으로 합성(Merge)되어 검사 및 측정에 활용됩니다. 하나의 GUI로 센서 설정, 측정 및 화면 표시까지 수행하여 사용자 편의성 또한 뛰어납니다. 센서 정렬 및 캘리브레이션 측정의 정밀도는 2 대 센서의 정렬에 영향을 받습니다. 따라서 고정밀 측정이 필요할 경우 정렬 오차로 인한 측정 오류를 최소화하는 것이 중요합니다. 센서와 대상물 간의 상대적 경사로 인한 오차 발생도 주의할 필요가 있습니다. 예를 들어 1mm의 정렬 오차와 2 도의 기울기의 경우 35 μm의 측정 오차가 발생할 수 있습니다. Gocator 센서는 Custom Calibration 시편을 사용하여 6-DOF 정렬을 자동으로 쉽고 빠르게 진행할 수 있습니다. 멀티 센서 데이터의 합성 Gocator 센서는 2 대의 센서를 자동으로 정렬하고, 데이터를 합성 리샘플링하여 공통 좌표계 기준으로 통합된 하나의 3D 높이 데이터 세트를 만들어 냅니다. 
( Gocator 멀티 센서의 데이터 합성 ) 다중 노출(Multi-exposure) 기능 대부분의 두께 측정 어플리케이션은 측정 대상이 빠르게 움직이는 제조 공정에 적용됩니다. 이런 환경에서는 센서 노출 시간(Exposure Time)을 최대한 짧게 사용하는 것이 유리합니다. 그러나 대상물 표면의 특성 등의 이유로 센서 스캔의 정확도 확보가 어려운 제품일 경우 노출시간을 늘려서 사용하면 더 많은 반사광을 수신할 수 있어 보다 정확한 측정을 할 수 있습니다. Gocator 센서를 사용하면, 특히 서로 다른 표면 특성을 갖는 제품의 경우에는, 2 개 이상의 노출 시간을 적용하여 복수 개의 데이터 중에서 적합한 것을 선택할 수 있는 다중 노출(Multi-exposure) 기능의 적용이 가능합니다. 온도 변화 및 열팽창 오차 정밀한 두께 측정에서는 온도 변화 및 열팽창으로 인한 측정 오차 발생을 최소화하는 것이 중요합니다. 예를 들어 16 ppm/K의 열팽창 계수를 가진 전형적인 알루미늄 또는 스테인레스 스틸 프로파일에 센서를 장착하면 실험 테스트에서 대기 온도가 5 ℃ 변화하면 센서 데이터가 80 μm 이상 변동할 수 있다. 대조적으로 열팽창 계수가 일반적으로 1.2 ppm/K 인 표준급의 Invar 마운팅 프레임을 사용하면 6 μm로 줄일 수 있습니다. Gocator 센서의 경우 내부 온도 센서가 장착되어 있어 실시간으로 온도 모니터링이 가능합니다. 열팽창으로 인한 오차를 최소화하기 위해서는 환경 온도를 관리해야 하며, Gocator 센서를 온도 변화가 없는 상태에 도달시킨 후 사용해야 합니다. 
- 2021년 2월 23일 (주)이오비스 뉴스레터 - 3D 검사의 필요성 
2D 비전과 3D 비전의 가장 큰 차이점은 높이 측정이 가능한 점입니다. 평면 데이터(X, Y축)만 취득 가능한 2D 비전에 비해 3D 비전은 제품의 형상과 좌표 정보((X, Y, Z축)를 제공함으로써 품질 검사를 한 단계 업그레이드할 수 있습니다. 획득된 Z값을 통해서는 높이, 두께, 부피뿐 아니라 검사 물체의 이물, 결함 크기까지 구할 수 있습니다. 기존 2D 카메라를 이용한 커넥터 핀 유무 검사에 3D 카메라의 높이 정보를 추가하여 높이 성형 불량까지 2.5D 방식의 검사 항목이 확대되고, 투명한 디스플레이 상부에 도포된 레진의 폭, 두께 및 높이의 검사까지도 가능해진 것입니다. 인력을 대체하기 위한 검사 시스템에서 사람이 검사할 수 없는 높이, 형상, 표면 등의 항목으로 활용도가 점차 확대되면서 3D 검사의 필요성이 요구되고 있습니다. Gocator, All-in-One 스마트 3D 센서 
LMI Technologies사의 Gocator 시리즈는 3D 검사, 특히 실시간 인라인 검사에 최적화된 스마트 3D 센서입니다.
스마트 3D 센서의 장점 
고성능 3D 스캔
표준 웹 브라우저 사용
다양하고 정밀한 Built-in 측정 툴
멀티 센서 네트워킹
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