형상 측정 센서란?
형상 측정 센서(영어: Shape measurement sensor/Profile measurement sensor)는 물체의 형상을 측정하는 장치입니다.
두께나 길이를 측정하는 변위 센서의 일종으로, 특히 곡면이나 깊이 등 복잡한 형상을 측정하는 것을 형상 측정 센서라고 합니다. 식품부터 공산품까지 다양한 업종의 제조 현장에서 활용되고 있습니다.
비접촉식 레이저로 측정하는 타입이 주를 이루며, 대상물이나 원하는 측정 정밀도에 따라 선택하는 것이 중요합니다.
형상 측정 센서의 사용 용도
형상 측정 센서는 주로 제품의 외관 형상을 측정하는 데 사용됩니다. 제품의 갈라짐, 깨짐, 균열, 찌그러짐 외에 면적, 부피 등 완성된 형상이나 부품의 조립 상태를 확인하는 데 유용합니다.
예를 들어 식품의 경우, 쿠키나 과자의 깨짐, 부서짐 등의 불량을 자동으로 검출할 수 있으며, 3D 측정형 제품에서는 면적이나 부피도 검출할 수 있습니다.
산업용 제품이라면 각종 가공제품의 가공 결과를 자동으로 양-불량을 판별하는 용도 등에 사용됩니다. 용접의 형상 확인 등도 용도 중 하나입니다.
형상 측정 센서의 원리
1. 광절단 방식의 원리
비접촉식 레이저를 이용한 광절단 방식은 센서에서 라인상의 레이저를 쏘아 측정 대상물에 반사시켜 수광부(소자)에서 수광하여 대상물과의 거리를 측정합니다. 측정한 거리에서 삼각 측량을 통해 실제 형상을 계산하여 형상 데이터를 생성할 수 있습니다.
2. 측정의 해상도
임의의 위치에 고정된 센서에 대해 컨베이어와 같은 라인 위에 물체를 올려놓고 움직여 연속적으로 전체를 측정합니다. 단위 시간당 센서의 측정 횟수에 따라 측정의 해상도가 결정되는데, 예를 들어 1초에 1m씩 움직이는 라인에서 1초당 1,000회 측정할 수 있다면 1mm 단위로 형상을 측정할 수 있습니다.
측정한 결과를 컴퓨터로 처리하여 디스플레이 등에 표시하여 결과를 확인할 수 있습니다. 폭, 높이, 면적, 부피 등의 측정 결과를 자동으로 처리하는 제품도 있습니다.
빛을 비추어 반사시키는 원리 때문에 반사가 많은 유리 제품(전자부품의 CCD나 CMOS, 수정진동자의 수정편 등), 반사가 잘 안 되는 고무 제품(타이어 등)이나 반사가 잘 안 되는 색상의 대상물의 형상을 측정하기 위해서는 이에 특화된 센서가 필요합니다.
형상 측정 센서의 종류
1. 광학식 변위 센서
삼각측량을 검출 원리로 하는 센서로, 수강소자에 PSD를 사용한 것과 영상소자를 이용한 것이 있습니다.
2. 선형 근접 센서
코일에 교류전류를 흘리면 자속이 발생하는데, 금속인 물체를 통과하면 물체에 대해 와전류가 발생합니다. 이 와전류의 방향은 발생한 자속 변화를 방해하는 자속을 발생시키는 방향으로 발생합니다.
그 결과 코일의 인덕턴스가 변화하게 되고, 인덕턴스 변화량을 읽음으로써 코일과 대상물 사이의 거리 변위를 측정할 수 있습니다.
3. 초음파 변위 센서
송신기를 사용하여 대상물에 초음파를 발신하고, 그 반사파를 수신기를 사용하여 수신합니다. 초음파의 발신과 수신 사이의 시간을 측정하여 거리를 산출하는 방식입니다.
형상계측센서 기타 정보
삼각측량
삼각측량이란 삼각형의 원리를 이용하여 멀리 떨어진 지점과의 거리를 측정하는 방법입니다. 어떤 두 점 사이의 정확한 거리를 알고 있다면, 그 두 점으로부터 멀리 떨어진 곳의 어떤 지점과의 거리는 그 두 점과의 각도만 알면 계산할 수 있습니다.
이는 ‘삼각형의 한 변과 그 양 끝의 각도가 정해지면 삼각형이 확정된다’는 성질에 근거하여 확정된 것입니다. 형상 측정 센서에서 삼각측량 방식의 장점은 색상이나 배경의 영향을 덜 받는다는 점입니다.
일반적인 수광량 판별형과 달리 공작물 표면에서 반사된 레이저 빛으로 거리를 판별하기 때문에 공작물이나 배경의 색상이나 재질의 영향을 최소화할 수 있습니다. 예를 들어, 공작물과 배경이 동색인 경우에도 안정적인 위치 판별이 가능합니다.