현재 측정 현장에서는간단한 조작으로 순식간에 측정을 할 수 있는 측정기의 수요가 높아지고 있다. 왜냐하면 현장에는 다양한측정기가 적용돼 있으며, 이러한 각각의 측정기마다 복잡한 설정이 필요하기 때문에 측정자가 이 모든 측정기의사용방법을 습득하는 데 엄청난 노력이 요구되고 있기 때문이다. 이와 더불어 납품처의 요구에 따라, 임의 선별검사를 하던 제품을 전수검사로 전환하는 경우 측정시간을 기존보다 대폭 단축할 필요가 있을 수 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 개발, 출시된 ExMeasure는 조작이 간단할 뿐 아니라, 고속 측정도 가능하다는장점이 있다.
공업제품 치수 계측의 현재
공업제품의 치수를 계측하는 현장에서 사용되는 측정기는 측정 대상물, 요구 정밀도, 택트 시스템 등에 따라 그 종류가 다르다. 그중 2차원 치수를 계측하기 위한 대표적인 측정기로는 일명 ‘노기스’라고 불리는 버니어 캘리퍼스 및 마이크로미터를 비롯해 투영기, 측정현미경, CNC 이미지 측정기 등을 꼽을 수 있다.
버니어 캘리퍼스 및 마이크로미터 : 비교적 큰 측정물을 손쉽게 계측할 수 있는 치수 측정기로, 대상물을 사이에 끼우거나 측정부를 접촉하는 방법으로 측정한다.
- 투영기 : 원반 스크린에 제품이 정확한 배율로 투영돼 스크린을 보면서 측정하거나 차트지를이용해 측정한다.
- 측정 현미경 : XYZ 스테이지에 장착된 디지털 카운터의 이동량으로 치수 측정이 가능하며, 카메라를 설치해 좌표계산 시스템과 연동시킬 수도 있다(그림 1).
- CNC 이미지 측정기 : 측정 순서를 프로그래밍하고 그것에 따라 XYZ의 자동 스테이지가 자동으로 움직여 조명을 제어하면서 측정한다.
측정 현장에서의 문제점
CNC 이미지 측정기 이외의 매뉴얼 측정기는 제품이 제각각 다른 경우 손쉽게 측정하기에적합하지만, 사람의 손과 측정시간이 걸린다는 문제가 있다.
한편, 자동 측정기인 CNC 이미지 측정기 등은고정밀도로 자동계측을 할 수 있지만, XYZ의 스테이지 이동에 시간이 걸리고 시스템 구성이 복잡하기때문에 비싸다는 한계점이 있다.
‘ExMeasure’는 이 같은 측정 현장에서의 영원한 테마라고 할 수 있는 ‘정밀하게, 고속으로, 저렴하게’라는 요구사항을 해결한 제품이라고 할 수 있다.
하드의 문제를 해결하는 이미지 처리 알고리즘
가격이 경제적이면서도 고속 측정이 가능하도록 XYZ 스테이지는 제어하지 않고, 에어리어 카메라를 이용해 1숏 촬영으로 제품 전체를 측정할 수 있는방법을 고안했다.
광시야 이미지에서 측정할 경우 고배율 렌즈에 비해 1화소당 실치수가 매우 크다. 이러한 촬영환경에서 정밀도를 높이기 위해서는 하드, 렌즈, 조명, 카메라 등 각 기기에 있어 정밀도가 요구된다. 또, 광시야가 될수록 외광의 영향을 받기 쉬워지기 때문에 이미지내의 어떤 곳에 배치해도 안정된 정밀도를 얻을 수 없다. 어떤 곳에 놓아도 같은 정밀도를 보증하기 위해서는렌즈의 왜곡을 소프트웨어로 회피하는 것이 필수다.
따라서 일본 이노테크에서는 다음과 같은 수법으로 정밀도를 높이는 데 성공했다. 기존 측정기에서의고정배율은 1화소당 1개의 교정값 정보로 계측하는 것이 일반적인데 반해, 이 시스템에서는 이미지 내 전체 픽셀이 렌즈의 왜곡상태나 조명의 얼룩을 고려한 다른 교정값을보유하고 그 교정값으로 측정하는 것이 특징이다. 이로써 광시야 렌즈로 어느 곳에 있을 때도 일정 이상의고정밀도로 고속으로 측정할 수 있는 측정기를 실현할 수 있었다.
ExMeasure은 시야별로 광시야 타입 및 고배율 타입을 표준품으로 하며, 각 제품의사양은 다음과 같다.
광시야 타입 : 시야 70.4×52.8mm, 측정정밀도 ±5μ
고배율 타입 : 시야 23.0×18.0mm, 측정정밀도 ±2μ
측정 대상물 위치를 전체로 파악
광시야에서 측정이 가능해졌기에 생긴 이점으로는 여러 가지를 들 수 있다. 대표적으로대상물 전체를 한 번에 인식할 수 있기 때문에 대상물을 어떻게 놓아도 회전 각도를 인식해 자동 얼라인먼트를 할 수 있게 됐다는 점이다.
측정 현미경이나 CNC 이미지 측정기의 경우 시야가 좁기 때문에 전체상을 파악하기 어려워 CNC 이미지 측정기로 자동 계측을 할 경우 지그 등으로 정해진 장소, 간격, 기울기에 샘플을 배치해 계측해야만 했다. 하지만 ExMeasure는 광시야로 측정 대상물을 인식하므로 샘플이 어떤 각도로 놓여 있는지 금방 파악할 수 있으며, 이로써 스테이지에 측정 대상물을 놓고 측정 버튼을 누르기만 하면 측정이 가능하다. 또, 시야 내에 여러 개를 무질서하게 배치했을 경우에도 각각이 어떤기울기를 가진 것인지 파악해 순식하게 측정할 수 있다.
작업 효율 높이는 다양한 기능
ExMeasure는 측정자가 간단하게 사용할 수 있도록 세심한 부분까지 고려한 제품이다.
우선 ‘간단 Easy 측정 모드’를 꼽을 수 있다. 자동 측정기의 경우 측정 전에 작업자가 준비해야할 것들이 매우 많다. 예를 들어, 제품의 어느 곳을 어떤측정 항목으로 측정할 것인지 혹은 에지 인식 설정 등과 같은 여러 가지 조건의 조합을 고려하면서 설정할 필요가 있는 것이다. 하지만 이 경우에도 ExMeasure의 ‘간단 Easy 측정 모드’를활용하면 이러한 전단계가 필요 없어진다. 대상물을 놓고 측정하기만 하면 형상에 따라 필요한 측정 개소를모두 계측할 수 있을 뿐 아니라, O링 및 칩 등과 같은 간단한 형상의 외부 치수 검사에 있어 매우효과적이다.
두 번째로는 나사 측정에 특화된 기능을 들 수 있다. 나사 측정의 경우 나사 게이지를 사용해측정물을 실제로 끼워보고 규정된 회수만큼 박아 넣을 수 있는지 혹은 규정된 마진을 만족하고 있는지 등을 검사하는 것이 보통이다. 이 경우에도 ExMeasure의 특화된 나사 측정 기능을 활용하면보다 손쉽게 측정이 가능하다. 나사를 스테이지에 놓고 측정을 누르기만 하면 나사산을 인식해 JIS 규격에 준거한 측정을 실시할 수 있기 때문이다. X축 스테이지제어 타입이라면 긴 나사 계측도 가능하다.
이 외에도 형상 측정 기능을 활용하면, CAD 형식의 형상 데이터를 읽어 설계값으로부터측정 대상물이 교차 범위를 벗어난 개소가 없는지 확인하고, 교차 범위를 벗어난 요철이 있으면 NG 표시를 할 수도 있다.
공장 내 품질검사 효율화에 최적
일본 이노테크의 ExMeasure는 실제로 반도체,금속 금형, 수지 성형품 등을 생산하고 있는 공장의 품질검사 효율화에 공헌하고 있다. 이 같은 성과를 인정받아 일본 리소나 중소기업진흥재단과 일간공업신문사가 공동 주최하는 제25회 ‘중소기업 우수 신기술·신제품상’에서 소프트웨어 부문 장려상을 수상하기도 했다.
그러나 ExMeasure도 만능이 아니기 때문에 정확한 측정이 안 되는 대상물도 존재한다. 두께가 얇고, 측정 개소에 크게 차이가 없는 제품의 경우 정확한측정이 가능하지만, 반면 반사상으로 에지 경계가 잘 보이지 않는 대상물이나 투명체, 높이 차이가 매우 큰 제품의 경우 정확한 측정이 불가능하다. 이노테크는이처럼 범용품으로는 대응할 수 없는 제품의 경우에도 개별적으로 대응할 수 있는 방법을 고안하는 등 성능 향상을 위해 지속적으로 노력해 나가고 있다.
데라카와 히사시(TerakawaHisasi) 일본 이노테크 개발부
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