치수 검사기란?
치수검사기는 LED 기판, CMOS 센서 기판, 세라믹 기판 등 주로 소형 전자부품의 치수를 검사하는 고기능의 외관 검사 장비입니다.
외관 검사 장비 중 하나인 치수 검사는 부품이나 제품이 규격에 맞게 완성되었는지 합격 여부를 판단하는 검사 장비입니다. 마이크로미터 단위의 정밀한 치수 측정이 가능하며, 완제품의 합격/불합격 검사에 장비를 사용함으로써 전수 검사가 가능해졌습니다.
또한, 반송장치와 화상처리를 연동하여 자동 치수 검사 라인을 구축할 수 있습니다. 화상처리에는 고성능 카메라가 탑재되어 있어 중간품에서도 상태 확인을 위해 사용되거나 가공 시 위치 결정에 활용되기도 합니다. 또한, 전자 부품뿐만 아니라 금속 부품의 치수 측정도 가능합니다.
치수 검사의 사용 용도
치수 검사 장치는 미크론 단위의 정밀도가 요구되는 전자 부품에 많이 사용되고 있습니다. 구체적으로 전극 시트의 간헐적 도장, 스트라이프 도장 등 도장부의 가장자리 폭, 정렬 여부, 레지스터 길이 등의 치수 측정이 가능합니다. 또한, 결함이나 미도장 부위를 검출할 때에도 사용됩니다.
이외에도 외벽의 보드, 타일 등의 치수 검사, 목재나 압출 공정 후의 표면 검사 등도 치수 검사 장비의 사용 용도이며, 3D 치수 검사가 가능한 기종에서는 광물이나 식품 등의 부피 확인도 가능합니다.
또한 사람의 눈으로는 측정이 불가능한 부분의 측정도 가능합니다. 예를 들어, O링의 내경이나 외경, 금속 부품의 끝부분의 R형상이나 각도 측정 등 영상처리를 통해 측정하기 어려운 부위의 치수 측정이 가능해집니다.
치수 검사 장치의 원리
치수 검사 장비는 고성능 CCD나 CMOS 카메라를 사용하여 검사합니다. 레이저 광을 스캔하여 높이 정보를 얻어 3D의 XYZ축 치수를 측정할 수 있는 기종도 있습니다.
제조 라인에서는 화상 처리를 통한 치수 측정 결과, 규격 외로 판별된 불량품이 제거되고, 양호한 제품만 자동으로 다음 공정으로 넘어가게 됩니다.
치수 검사 장치의 작업 절차는 먼저 조명을 대상물에 비추고, 렌즈를 통해 카메라로 이미지를 촬영합니다. 그 이미지를 영상처리장치로 인식하여 측정합니다.
1. 카메라 선정
측정 대상의 검사가 필요로 하는 치수 공차에 맞게 화소수를 선정합니다.
2. 조명
정반사형, 확산반사형, 투과형이 있으며, 측정 대상의 표면 상태에 따라 선택합니다.
3. 이미지 처리 (에지 검출)
엣지(Edge)는 이미지 처리에서 색의 농담이 잘 드러나는 부분입니다. 제품의 높이, 재질, 색상, 질감의 차이 등이 엣지로 나타납니다. 치수 검사 장치에서는 엣지로 나타난 부분의 길이와 각도, 엣지로부터의 중심 위치 등을 측정할 수 있습니다. 모서리와 모서리 사이의 거리를 측정하기 때문에 측정 정확도는 모서리가 명확하게 나타나는지 여부에 따라 결정됩니다.
치수 검사 장비의 기타 정보
1. 외관 검사 장치
외관 검사 장치는 제품의 외관을 자동으로 검사할 수 있는 장치입니다. 외관 검사 장치는 육안 확인에 해당하는 것이 카메라 등의 이미지 센서이고, 두뇌를 대신하는 것이 화상 처리 장치나 소프트웨어입니다. 판단기준에 기재되는 수치는 과거 데이터를 참고하기 때문에 기준치 작성은 용이합니다.
그러나 외관 검사 장비는 도입 후 바로 가동할 수 있는 것은 아닙니다. 검사기에는 준비가 필요하고, 사전 조정과 확인에 시간이 걸리기 때문입니다. 영상 등의 센서나 광원 위치, 이물질을 검출하는 판정값 설정이 어려워 영상 소프트웨어가 본래 검출하고자 하는 이물질을 검출하지 못하는 경우도 있습니다.
이러한 문제는 하드웨어의 위치 설정을 반복적으로 변경하여 적절한 위치를 찾아내면 해결됩니다. 소프트웨어 설정에서 예상치 못한 불합격이 처음 검출되더라도 그 데이터를 학습하여 다음 적정 판정값 등 판정 데이터를 업데이트하기 때문에 이후 동일한 불합격이 발생하지 않습니다.
2. 이미지 치수 검사
이미지 치수 검사는 이미지를 통해 대상물의 높이, 깊이 등을 즉각적으로 측정할 수 있는 방법입니다. 이미지 센서의 치수 측정은 대상물의 평면화에서 가장자리를 검출하여 그 위치, 폭, 각도를 측정합니다. 또한, 에지 검출 원리를 익히면 최적의 검출을 설정할 수 있습니다.
에지는 영상에서 명암의 경계를 의미하며, 에지 검출은 이 명암의 경계를 영상처리로 검출하는 것을 말합니다. 에지는 다음과 같은 과정을 통해 처리됩니다.
① 투영 ② 미분 ③ 미분의 최대값이 100%가 되도록 보정 ④ 서브 픽셀 처리(미분 파형의 최대 부분을 중심으로 대략 3개의 픽셀에 대해 그 픽셀로 형성된 파형에서 보간 연산을 통해 엣지 위치를 100분의 1 픽셀 단위까지 측정하는 과정)의 4단계로 이루어집니다.
화상 처리의 장점은 촬영한 데이터를 바탕으로 부품 각 부분의 치수를 자동으로 측정하고, 그 수치를 데이터로 저장할 수 있다는 점입니다. 또한, 영상처리를 통한 치수 검사를 통해 각 부분의 측정된 치수를 수치로 저장하여 데이터를 활용함으로써 치수 정보 관리, 형상 분석, 공정 개선에도 활용할 수 있습니다.