3D 카메라와 3D 스캐너는 형태상의 차이점만 있고 응용할 수 있는 분야는 거의 동일하다고 보면 된다. 카메라는 제품 명칭에서 알 수 있듯이 카메라와 외장형 레이저로 구성이 되고 3D 스캐너는 일체형 Case에 이미지 센서와 레이저가 구성된 것으로 보면 된다. 이 글에서는 라온피플 3D 카메라를 이용한 응용 분야에 대해서 알아보도록 하겠다. 동영상 데모 영상을 직접 보면 쉽게 이해할 수 있다.
3D 카메라 기능
1. 뷰어 구성과 기능
3D 카메라에는 일반 머신비전 카메라(Machine Vision Camera)에 없는 매우 다양한 기능을 제공한다. 3D 카메라는 아래와 같이 8Group 기능으로 나눌 수 있다.
▲ 그림 1. 3D 카메라 기능 구성과 화면 구성
• Set-up : IP 설정과 같은 기본 동작을 위한 설치 기능
• Image Setting : ROI, 레이저 ON/OFF, Frame Rate 조정과 같은 카메라 파라미터 설정 기능
• Calibration : Lens Distortion, Metric Calibration
• Filter : Average, Median, Smoothing 등과 같은 필터 설정 기능
• File Management : Profile 및 3D 영상 데이터 저장 및 열기 기능
• Display Mode : 2D, 3D, Profile View와 같은 다양한 디스플레이 설정 기능
• 측정 : 2D 및 3D 측정 기능
2. Profile
라온피플에서 출시 예정인 제품은 3D 카메라/스캐너에서 profile을 이용한 3D 카메라이다.
▲ 그림 2. Profile 개념도
Profile은 쉽게 각 단면으로 이해하면 된다. 고속으로 획득한 이미지에서 치수 정보만을 추출한 뒤 시간 축으로 계속 합성을 해서 3D 영상 정보를 획득하는 방식이다.
3D 카메라에서 안정적인 Profile 데이터 구현 관련 알고리즘 다름으로 성능에 영향을 미치는 요소는 속도이다. 속도는 구현에서 두 가지가 확보되어야 한다.
• Profile data 획득 및 전송 안정성 (X, Z 정보 포함)
• Profile에 대한 시간 축 합성 (Y 정보 포함)
물론 속도가 무조건 빠르다고 좋은 것은 아니다. 불안정한 Profile 데이터를 빨리 보내기만 하면 양질의 Quality의 3D 데이터를 만들어 낼 수 없다. 레이저 영상 및 Profile 데이터를 고속 획득 및 추출하더라도 3D 카메라는 하나의 점이 모여서 3D 영상을 만들어 내기 때문에 세 번째에 해당하는 각 점과 Real 좌표계 매핑 처리 속도가 늦어지면 속도 확보는 어렵다.
High Speed 확보를 위한 구성 요소는 그림 3과 같다. 레이저 영상 획득은 일반적인 머신비전 카메라와 차이점은 없지만, Profile 데이터 추출 및 Real 좌표계 매핑은 3D 카메라에서 추가된 요소이며 라온피플은 자체 알고리즘을 확보했다.
▲ 그림 3. High Speed 구성 요소
Profile 합성 시에는 정확한 간격을 유지하는 것이 매우 중요하다. 고속으로 이미지를 촬영하더라도 3D 영상 처리를 위한 고속 알고리즘이 뒷받침되지 않으면 그림 4의 오른쪽 그림과 같이 잘못된 3D 영상을 생성하기 때문에 High Speed Profile 데이터를 고속 처리해서 합성해야만 왼쪽과 같은 정상적인 3D 이미지를 획득할 수 있다.
▲ 그림 4. Profile 합성
3D 카메라 응용
3D 카메라는 실제로 어느 산업 분야에서 응용 가능할까? 제조 분야에만 국한해도 응용 분야는 매우 다양하다. 높이 정보를 이용해서 실제 적용할 수 있는 분야를 알아보겠다. 동영상 데모 영상(http://laonple.blog.me/)을 보면 쉽게 이해할 수 있다.
3D 카메라지만 모든 응용을 3D 영상을 이용하지는 않고 검사 대상체, 검사 속도, 검사 항목에 따라서 3D 영상 및 Profile 데이터를 분류해서 응용할 수 있다.
1. 3D를 응용한 검사 분야
전자/사출/물류/전장/식음료/약품 산업 분야에 응용할 수 있는 분야는 매우 다양하다(그림 5, 6).
▲ 그림 5. 3D 응용 분야 – 전자
▲ 그림 6. 3D 응용분야 – 사출
2. 검사 예 ① – Profile을 이용한 제품 두께 검사
강판과 같은 제품은 일정한 형태를 유지하고 있기 때문에 3D 영상 획득을 이용해서 검사하는 것보다는 Profile 데이터에서 직접 검사 결과를 획득하는 것이 시간상으로 매우 유리하다.
강판과 같이 일정한 형태의 제품 검사 과정은 간략하게 그림 7과 같이 표현할 수 있다.
▲ 그림 7. 제품의 검사 과정
3. 검사 예 ② – 3D 영상을 이용한 Connector Pin 유/무 검사
불량 제품과 정상 제품은 정면에서 보는 경우 거의 차이가 없다. 하지만 3D 스캔을 해서 높이 정보를 비교하면 명확하게 차이가 보인다(그림 8).
▲ 그림 8. 3D 영상을 이용한 제품 검사
3D 영상에서 높이 정보를 이용해서 불량 제품은 자동으로 인식한 Pin 수가 18Pin이기 때문에 화면과 같이 NG로 판정될 수 있으며 결과는 자동으로 공정 프로그램에 전달되어 데이터베이스에 저장할 수 있다.
▲ 그림 9. 3D 영상을 이용한 Connector Pin 유무 검사
위에서 보여준 실제 응용 사례는 앞으로 구현해야 할 부분의 극히 일부분이다. 높이를 측정하는 기능으로 프레스 가공, PCB 부품 높이, 물류 박스 등에 응용 분야를 확대할 수 있다.
라온피플 3D 레이저 카메라 확장성
렌즈와 레이저가 고정된 형태의 스캐너는 제품 크기, 설치 장소의 제한이 발생하는 경우 새로 구매해야 하는 불편함이 있다.
▲ 그림10. 3D 카메라와 외장형 레이저 일체형 고정 액세서리
제품 크기와 설치에 대한 유연성을 확보하기 위해 라온피플은 3D 카메라 및 외장형 레이저를 스캐너와 같이 사용할 수 있도록 여러 가지 액세서리를 준비하고 있다.
김의석 _ 라온피플 수석
