자동 시각 검사 시스템 기술훈련을 위한 라인스캔 카메라 기반의 실습장비 제작 Implementation of Line Scan Camera based Training Equipment for Technical Training of Automated Visual Inspection System원문보기
자동 시각 검사 장비는 전 세계적으로 제조업 기반의 기업들의 공장 자동화 시스템의 주요 장비로 자리 잡고 있다. 반도체, LCD, 철강, 제지 등 다양한 분야에서 품질관리의 자동화를 위하여 필수적으로 활용되고 있다. 그러나 대학, 직업전문학교 등의 교육기관에서는 이에 대한 교육이 거의 이뤄지지 못하고 있다. 본 논문에서는 자동 시각 검사 시스템의 기술훈련을 위하여 라인스캔 카메라 기반의 자동 시각 검사 장비 교육을 위한 실습 장비에 대해서 다루고 있다. 제작된 시스템은 산업현장에 널리 사용되고 있는 X-Y stage 기반으로 구성되었으며, 영상의 픽셀해상도는 $10-30{\mu}m$의 범위에서 가변적으로 조절 가능하다. 또한 조명구조에 따른 영상효과를 확인하기 위하여, 측면 직사조명과 동축조명을 장착하여 활용할 수 있도록 구성되어 있다. 이는 훈련자가 실습환경에서 다양한 조건들을 변경시키며 실습을 수행할 수 있음을 의미하며, 실제 제조 현장에서 활용되는 라인스캔 카메라 기반의 머신비전 시스템과 거의 동일한 기능을 수행하도록 제작되었다.
자동 시각 검사 장비는 전 세계적으로 제조업 기반의 기업들의 공장 자동화 시스템의 주요 장비로 자리 잡고 있다. 반도체, LCD, 철강, 제지 등 다양한 분야에서 품질관리의 자동화를 위하여 필수적으로 활용되고 있다. 그러나 대학, 직업전문학교 등의 교육기관에서는 이에 대한 교육이 거의 이뤄지지 못하고 있다. 본 논문에서는 자동 시각 검사 시스템의 기술훈련을 위하여 라인스캔 카메라 기반의 자동 시각 검사 장비 교육을 위한 실습 장비에 대해서 다루고 있다. 제작된 시스템은 산업현장에 널리 사용되고 있는 X-Y stage 기반으로 구성되었으며, 영상의 픽셀해상도는 $10-30{\mu}m$의 범위에서 가변적으로 조절 가능하다. 또한 조명구조에 따른 영상효과를 확인하기 위하여, 측면 직사조명과 동축조명을 장착하여 활용할 수 있도록 구성되어 있다. 이는 훈련자가 실습환경에서 다양한 조건들을 변경시키며 실습을 수행할 수 있음을 의미하며, 실제 제조 현장에서 활용되는 라인스캔 카메라 기반의 머신비전 시스템과 거의 동일한 기능을 수행하도록 제작되었다.
The automated visual inspection system (machine vision system) for quality assurance is important factory automation equipment in the manufacturing industries, such as display, semiconductor, etc. There is a lot of demand for the machine vision engineers. However, there are no technical training cou...
The automated visual inspection system (machine vision system) for quality assurance is important factory automation equipment in the manufacturing industries, such as display, semiconductor, etc. There is a lot of demand for the machine vision engineers. However, there are no technical training courses for machine vision technologies in vocational schools, colleges and universities. In this paper, we present the implementation of line scan camera based equipment for technical training of the automated visual inspection system. The training system consists of the X-Y stage which is widely used in machine vision industries and its variable image resolution are set to $10-30{\mu}m$. Additionally, this training system can attach the industrial illumination, either the direct illuminator or coaxial illuminator, for verifying the effect of illuminations. This means that the trainee can have a practical training in various equipment conditions and the training system is similar to the automated visual inspection system in industries.
The automated visual inspection system (machine vision system) for quality assurance is important factory automation equipment in the manufacturing industries, such as display, semiconductor, etc. There is a lot of demand for the machine vision engineers. However, there are no technical training courses for machine vision technologies in vocational schools, colleges and universities. In this paper, we present the implementation of line scan camera based equipment for technical training of the automated visual inspection system. The training system consists of the X-Y stage which is widely used in machine vision industries and its variable image resolution are set to $10-30{\mu}m$. Additionally, this training system can attach the industrial illumination, either the direct illuminator or coaxial illuminator, for verifying the effect of illuminations. This means that the trainee can have a practical training in various equipment conditions and the training system is similar to the automated visual inspection system in industries.
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문제 정의
따라서 영상획득 환경을 제어하기 위해서 조명 및 광학계가 매우 중요한 요소이다. 머신비전 소프트웨어는 현재 산업현장에서 널리 사용되고 있는 상업용 영상처리 라이브러리의 사용법에 대해서 다룬다. 국내외 머신비전 시스템 업계에서는 영상처리 알고리즘의 신뢰성 및 연산속도 향상을 위하여 상업용 라이브러리를 많이 사용하고 있다.
본 논문에서는 국내외 산업현장에서 널리 활용되고 있는 라인스캔 카메라 기반의 머신비전 시스템 교육용 실습장비 제작에 관해서 다루고 있다. 선행연구에서 라인스캔 카메라 기반의 교육장비 및 훈련 프로그램의 필요성, 실습장비 설계에 대해서 발표하였으며, 그에 대한 후속연구로 실습장비를 제작하였다.
우리의 선행연구에서는 산업체에서 널리 사용되고 있는 라인스캔 카메라 기반의 머신비전 시스템에 대한 교육 프로그램을 제안하였고[3,4], 이를 위한 실습장비도 제안하였다[9]. 이를 바탕으로 본 논문에서는 교육 매체 및 실습 장비를 제작하였다. 교육 프로그램은 하드웨어, 소프트웨어, 광학계를 기준으로 구성되었으며, 제작된 실습 장비는 이를 반영하여, 산업체에서 널리 사용되는 X-Y stage 기반으로 구성되었으며, 영상의 픽셀 해상도는 10-30 μm의 범위에서 가변적으로 조절 가능하도록 구현되었다.
제안 방법
교육 프로그램은 하드웨어, 소프트웨어, 광학계를 기준으로 구성되었으며, 제작된 실습 장비는 이를 반영하여, 산업체에서 널리 사용되는 X-Y stage 기반으로 구성되었으며, 영상의 픽셀 해상도는 10-30 μm의 범위에서 가변적으로 조절 가능하도록 구현되었다.
교육 프로그램은 하드웨어, 소프트웨어, 광학계를 기준으로 구성되었으며, 제작된 실습 장비는 이를 반영하여, 산업체에서 널리 사용되는 X-Y stage 기반으로 구성되었으며, 영상의 픽셀 해상도는 10-30 μm의 범위에서 가변적으로 조절 가능하도록 구현되었다. 또한 조명의 구조에 따른 영상 효과를 확인하기 위하여, 측면 직사 조명과 동축조명을 장착하여 활용할 수 있도록 제작되었다.
우리의 선행연구에서는 산업체에서 널리 사용되고 있는 라인스캔 카메라 기반의 머신비전 시스템에 대한 교육 프로그램 필요성 및 교육 프로그램을 제안하였다. 제안된 방법은 하드웨어, 소프트웨어, 광학계를 중심으로 구성되어 있으며, 교육 대상자의 수준에 맞춰서 훈련시간이 30시간에서 60시간까지 가변적으로 구성되도록 제안하였다[3,4]. 표 1은 본 실습 장비가 활용되는 교육 프로그램을 나타내고 있다[3,4].
선행연구에서 라인스캔 카메라 기반의 교육장비 및 훈련 프로그램의 필요성, 실습장비 설계에 대해서 발표하였으며, 그에 대한 후속연구로 실습장비를 제작하였다. 제작된 실습장비는 실제 산업현장에서 널리 사용되는 X-Y Stage 구조로 제작되었으며, 산업현장에 활용하기에 가장 중요한 광학계 부분을 중심으로 실습을 수행할 수 있도록 구성되었다. 제작된 장비의 구성은 실제 산업용 검사 장비의 구조와 거의 동일하다.
대상 데이터
본 논문에서 제작한 실습장비는 총 3축으로 구성되었다. 이중에서 X-Y stage 기반의 자동화된 X축과 Y축은 각각 카메라 좌우 이동과 카메라 이미지 스캔 이동을 담당한다.
Toolbar 버튼에는 모션제어, 영상획득 다이얼로그를 띄울 수 있는 버튼이 있으며, 기타 영상 확대, 축소 등 부가적인 기능들을 담당하는 버튼들이 위치한다. 본 메인 소프트웨어는 모션제어 파트와 영상획득 및 디스플레이 파트로 구성되어 있다. 모션제어 파트는 장비의 전체 운용을 담당한다.
카메라 상하이동은 영상의 해상도를 변경할 때, working distance가 변경되는 점을 대응하기 위하여 장착되었다. 영상 촬영용 조명은 자유롭게 조명과 제품간의 거리, 각도, 높이 등을 조절할 수 있도록 구성되었다.
후속연구
따라서 기존의 컴퓨터 비전, 영상처리 과목등과 같이 알고리즘 위주의 교육이 이뤄진 후, 본 교육장비를 이용한 교육이 이뤄진다면 훈련자는 보다 현장 중심적인 교육을 받는 것을 의미한다. 본 논문에서 발표된 시스템은 제조업 QA 엔지니어, 설비 엔지니어 및 자동화 장비 설계 엔지니어, 검사 알고리즘 소프트웨어 개발자 등 다양한 분야의 엔지니어에게 효과적인 교육을 제공할 수 있을 것으로 예상한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
산업현장에서 사용되는 머신비전 시스템은 어떻게 구분하는가?
이러한 머신비전 시스템은 하드웨어, 광학계, 소프트웨어를 통합한 고도의 전문성을 요구하고 있다. 산업현장에서 사용되는 머신비전 시스템은 영역 카메라(area camera)를 사용하는 시스템과 라인스캔 카메라(line scan camera)를 사용하는 시스템으로 구분할 수 있다. 이중에서 라인스캔 카메라를 사용하는 시스템은 카메라 센서의 구조로 인하여 하드웨어 및 조명 시스템의 구성이 복잡하며, 따라서 이에 대한 전문적인 교육이 필요하다[3,4].
머신비전이란?
기계에 인간이 가지고 있는 시각과 판단 능력을 부여한 것을 머신비전(Machine Vision) 이라고 하며, 사람의 시각이 인지하고 판단하는 기능을 하드웨어와 소프트웨어의 시스템이 대신 처리하는 기술을 의미한다. 제조업 관련 산업계에서는 제품의 외관에 대한 검사 혹은 측정을 수행하는 머신비전 응용 시스템이 널리 사용되고 있다[1-3].
라인스캔 카메라를 사용하는 시스템은 전문적인 교육이 필요한데, 실제의 교육 현황은 어떠한가?
이중에서 라인스캔 카메라를 사용하는 시스템은 카메라 센서의 구조로 인하여 하드웨어 및 조명 시스템의 구성이 복잡하며, 따라서 이에 대한 전문적인 교육이 필요하다[3,4]. 그러나 대부분의 대학 및 직업훈련교육기관에서는 머신비전 시스템에 대한 교육은 컴퓨터 비전, 영상처리 등에 대한 교과목에 대한 교육이 주로 이뤄지고 있으며, 알고리즘, 소프트웨어 그리고 하드웨어를 통합하는 교육 프로그램은 거의 이뤄지지 않고 있다[5-8].
참고문헌 (9)
T. S. Newman and A. K. Jain. "A survey of automated visual inspection," Computer Vision and Image Understanding, vol. 61, no. 2, pp. 231-262, 1995.
J. Ko and J. Rheem, "A study on technical training of factory automation equipment: a case of automated visual inspection system for quality assurance," in Proceeding of the KIPEE Conference 2012, Cheonan, vol. 4, no.1, pp. 72-73, 2012.
J. Ko and J. Rheem, "Technical training on automated visual inspection system for factory automation quality assurance," The Journal of Korean Institute for Practical Engineering Education, vol. 4, no. 2, pp. 91-97, Dec. 2012.
G. Bebis, D. Egbert, and M. Shah, "Review of computer vision education," IEEE Transactions on Education, vol. 46, no. 1 pp. 2-21, 2003.
B. A. Maxwell, "A survey of computer vision education and text resources," International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence, vol. 15, no. 5, pp. 757-773, 2001.
J. Ko, X. Mu, and J. Rheem, "Design of technical training equipment for the automated visual inspection system: a case of line scan camera based system," in Proceeding of the KIPEE Conference 2013, Cheonan, vol. 1, no. 1, pp. 1-2, 2013.
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