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검정색 고무재질 및 광택이 나는 물체를 3D 스캔 시, 최상의 결과를 얻는 방법 3D 스캐닝의 정확도는 특정 색상과 재질에 영향을 많이 받습니다. 여기에는 특히 까다로운 검은색, 고무 재질, 광택이 나는 재질이 포함됩니다. 까다로운 조건에도 좋은 결과를 얻을 수 있는 방법이 있습니다. 궁금하지 않으신가요? 그 방법을 알려드리기 위해 전문가인 Ivan Zatkuliak씨와 이야기 나눠보았습니다. 많은 고객들은 표면이 까다로운 물체까지 처리할 수 있는 자동화 시스템을 원합니다. 그러기 위해선 로봇이 물체를 인식하고 정확한 X, Y, Z 좌표를 찾기 위한 3D 비전이 장착되어야 합니다. 그래야 정확하게 대상을 탐색하고 선택할 수 있기 때문입니다. 문제는 3D 비전 시스템이 검은색이나 고무 및 광택 재질과 같이 스캔하기 어려운 물체를 스캔해야 할 때 발생합니다. 이러한 색상이나 표면은 3D 스캐닝 프로세스의 난제입니다. 자동차분야 – 비전 가이드 로봇을 이용하여 검은색 고무 타이어를 피킹(picking)하는 상황 를 예로 들어 보겠습니다. 타이어를 선택해서 옮기는 작업은 매우 평범한 작업이지만 좋은 결과를 얻기 위해서는 강력한 3D 비전 솔루션이 필요합니다. 이번 블로그 글에서는 검은색 타이어를 인식하고 선택하는 것이 어려운 이유를 살펴본 후, 우수한 결과를 얻을 수 있는 비법을 알려드리겠습니다. 검은색 고무와 광택 재질의 3D 스캐닝이 어려운 이유는? 다시 타이어 이야기로 돌아가겠습니다. 타이어의 표면은 검고, 고무 재질이며 광택까지 납니다. 이런 특성은 다음과 같은 문제가 발생하는 원인이 되며 3D 비전 시스템에 문제가 발생할 수 있습니다. 우선 매우 어둡거나 검은 표면으로는 3D 데이터를 얻을 만한 contrast가 부족하다는게 문제입니다. 또, 이런 어두운 색상과 표면은 레이저 빛, 즉 광자를 흡수해버려 카메라로 제대로 반사되지 않는 문제가 발생해 많은 3D데이터가 손실됩니다. 레이저가 아닌 다른 인공적인 빛으로 표면을 비추는 것은 스캔한 물체의 3D정보가 오히려 손실되기 때문에 전혀 도움이 되지 않습니다. 빛나는 표면은 난반사를 일으키기 때문에 스캔하기가 어렵습니다. 난반사는 카메라 뷰 밖으로도 빛이 반사된다는 뜻인데요, 이 밖에 표면 내 미세한 부분마다 레이저 빛을 반사 시켜 상호반사의 원인이 됩니다. 위 두가지 상황에서 왜곡된 빛이 3D 데이터 수집 프로세스를 방해합니다. 타이어 피킹(picking)의 또 다른 어려움 위에서 특정 유형의 재료와 관련된 3D 스캐닝의 어려운 점을 설명하였습니다. 그러나 타이어 피킹(picking) 어플리케이션 설계 시 고려해야 할 점은 이 뿐만이 아닙니다. 또 다른 문제는 스캔 시 필요한 공간입니다. 스캔할 때에는 충분한 거리에서 타이어를 스캔할 수 있을 정도로 공간이 확보되어야 합니다. 일반적으로 타이어는 높은 팔레트 위에 놓여져 있고, 선택된 후 다른 곳에 이동됩니다. 또, 잡은 타이어를 팔레트 사이에 두고 로봇이 자유롭게 움직일 수 있는 충분한 공간이 확보되어야 합니다. 이러한 점들을 고려할 때 필요한 스캔 거리는 4m 이상이 되어야 합니다. 검은색 타이어를 3D 스캔하는 방법 우리는 자동차 업계의 고객으로부터 위와 같은 프로젝트를 의뢰 받았습니다. 정확히는 타이어를 골라내는 자동화 솔루션 개발 프로젝트였으며 우리는 훌륭하게 대응하였습니다. 방법은 다음과 같습니다. 우리는 PhoXi 3D 스캐너 중 가장 큰 FOV를 커버하는 XL모델을 사용하였습니다. 아래 PhoXi 3D XL 모델의 기능 덕분에 최상의 결과를 얻을 수 있었습니다. 1) 검은색, 고무재질, 광택표면 등을 포함한 모든 유형에 대한 고품질 3D 스캔 2) 효과적인 주변광 억제 3) 반사필터를 사용하여 표면 광택으로 발생하는 노이즈 제거 4) 4m의 스캔 영역, 필요하다면 더 큰 영역도 스캔 가능한 XL모델 5) 까다로운 산업 환경과 조명 조건에서도 강력하고 견고한 성능 이렇게 PhoXi 3D 스캐너의 가장 큰 모델인 XL을 로봇에 장착하여 3D스캐닝과 타이어 자동화 피킹(picking) 과제를 해결할 수 있었습니다. Photoneo 3D 스캔 솔루션을 여러분의 프로젝트에 적용 가능한지 확인 해보시겠습니까? 귀사의 프로젝트에 적합한 솔루션인지 확신할 수 없는 경우에도 걱정하지 마세요. 저희는 상담과 무상대여로 가능성 여부에 대한 검토를 지원 해드리고 있습니다. ㈜화인스텍에 연락주시면 자세한 상담 드리도록 하겠습니다.
2023.03.14그림 1: AT 3D센서는 캔 뚜껑의 곡률을 스캔하고 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성합니다. (사진제공 AT - Automation Technology) 한 글로벌 음료 제조업체는 음료 충전 및 뚜껑 밀봉 과정에서 발생하는 캔 뚜껑의 곡률 결함으로 인한 공정 중 가동 정지 시간을 줄이고 품질 관리 개선을 위해 캔 압력 검사가 필요했습니다. 이러한 가동 중지 시간을 없애고 공정을 최적화하여 생산량을 늘리기 위해 제조업체는 캔 압력을 검사하는 어플리케이션을 개발하려고 했습니다. 하지만 문제는 3D 스캐너를 사용하여 컨베이어 벨트에서 최대 속도로 이동하고 있는 캔의 압력을 바로 검사하는 것이었습니다. AT – Automation Technology(독일 Bad Oldesloe, www.automationtechnology.de) 및 EVT – Eye Vision Technology (독일 Karlsruhe, www.evt-web.com)는 이와 같은 어플리케이션에 대한 3D 솔루션을 제공해 드리고 있습니다. 과정 소비자가 음료가 들어 있는 캔을 열면 음료가 탄산이든 아니든 간에 쉬익 소리가 납니다. 그 쉬익 소리는 그냥 나는 것이 아닙니다. 이 소리를 통해 캔이 적정한 충전량과 충전 압력으로 채워져 있는지를 확인 할 수 있습니다. 충전 기계는 이 과정을 매일 수천 번 수행합니다. 소비자가 캔을 열 때 쉬익 하는 소리가 들리지 않으면 무언가 이상하다고 생각 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 적정한 충전량과 충전 압력을 유지 하는 것은 매우 중요 합니다. AT와 EVT는 캔음료를 검사하는 어플리케이션을 만들었습니다. 24시간 작동하며 초당 40개의 캔(분당 2,400캔), 하루 350만개의 캔을 스캔 할 수 있습니다. AT/EVT 솔루션을 적용하기 전에 음료 제조업체는 one-point 센서(한 점의 높이를 측정)를 사용하여 캔을 검사했지만 원하는 결과를 얻지 못했습니다. One-point 센서가 너무 부정확하여 결국 너무 많은 불량품이 발생했습니다. 당시 EVT는 이미 라벨 위치 검사, 캔의 목 검사 또는 스크래치 검사와 같은 2D 검사를 이 공장에 공급 중인 업체였습니다. 제조업체는 EVT가 3D 솔루션도 제공한다는 사실을 듣고 캔 압력 검사용 어플리케이션을 개발하게 되었습니다. 해결책 이 어플리케이션을 위해서 AT사의 C5-CS 3D센서와 EVT사의 소프트웨어를 사용 하였으며 소프트웨어는 현장의 검사 시스템에 연결된 리눅스 컴퓨터에 설치 되었습니다. 데이터는 GigE 인터페이스를 통해 전송됩니다. 제조업체는 압력을 제어하기 위해서 캔을 운반하는 컨베이어 벨트에 트래커를 장착했습니다. 이 트래커는 캔의 위치를 실시간으로 추적하며 AT의 3D센서인 C5-2040CS23-100에 신호를 전달합니다. AT 3D센서는 캔 상단 면의 높이, 형상을 스캔하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성합니다. 그런 다음 EVT 소프트웨어는 이 포인트 클라우드 데이터를 사용하여 높이, 형상 값을 확인하고 캔의 압력이 높은지, 낮은지를 검사합니다. 그렇게 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용한 캔의 압력 검사 시스템이 완성 되었습니다. 그림 2: EVT 소프트웨어는 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 곡률을 확인하고 캔에 과압 또는 저압이 있는지 검사합니다. 먼저 항상 같은 위치에 있는 캔의 테두리를 기준으로 잡고 캔 상단에서 가장 높은 위치에 있는 캔마개의 위치를 가지고 캔 상단 면의 불룩함 정도를 측정 합니다. 캔에는 최소 150μ의 압력이 있어야 하며 100μ 미만이면 압력이 너무 낮으므로 캔을 불량으로 처리해야 합니다. 이 측정에는 허용 오차가 있으며 캔 곡률 값이 이 허용 오차를 벗어나는 즉시 컨베이어 벨트 측면에 부착된 노즐에서 압축 공기로 캔이 배출됩니다. 위 검사가 정상적으로 동작하는지 확인하기 위해 하루에 한 캔은 표면 마감 불량으로 인한 불량 처리가 되는지 확인합니다. AT는 프로파일 당 2,048포인트의 해상도와 초당 25,000 프로파일의 속도 때문에 이 어플리케이션에 C5-2040CS-23-100을 사용하기로 결정했습니다. 센서는 100mm의 X축 FOV를 가지고 있어 센서가 컨베이어 벨트의 캔 위치 변화에도 유연하게 반응할 수 있습니다. 그리고 이 센서는 GenICam 호환 카메라이기 때문에 소프트웨어는 GenICam을 통해 카메라를 제어하고 포인트 클라우드 데이터를 획득한 다음 소프트웨어가 이 포인트 클라우드 데이터를 처리 및 검사합니다. EVT 소프트웨어는 3D 검사 도구가 있는 EYE Vision Standard 소프트웨어로 구성됩니다. 이 어플리케이션에서는 조명 설치 공간 확보부터 시작하여 여러 가지 조명에 관련된 문제를 생각할 필요가 없었습니다. 그 이유는 AT 3D 센서는 카메라와 레이저가 일체형이며 컴팩트 하기 때문 입니다. 그리고 레이저 광을 사용한 프로파일 측정은 매우 견고하며 주변 빛의 간섭이 없기 때문 입니다.
2022.10.31