[첨단 헬로티]
이오비스(대표 김종환)는 영상처리& 공장 자동화 분야의 비전 전문기업으로, 국내에 2D와 3D 측정 핵심 솔루션을 제공하고 있다.
이번 2019 KMVIA 어워드에 선정된 IOIVS CUBE는 최근 각광받는 3D측정 기술로서 고속/고정밀을 요하는 양산공정에 적합한 광삼각법과 구조광(모아레) 기술을 적용한 3D측정 모듈이다. 구조광 기술은 패턴 광을 대상물에 조사하여 3D 데이터를 복원하는 Active 3D 측정 기술이다. 지난 4년간의 기술개발 끝에 기존의 아날로그 방식의 패턴프로젝터를 최신 디지털 기술로 대체하여 과거 아날로그(PZT) 방식에 비하여 위상오차가 적고 속도가 더 빠른 프로젝션 기술을 개발하는데 성공하였다.
또한, 3차원 측정 방식에 필수적인 프로젝터의 광학적인 오차를 자체적으로 보정할 수 있는 알고리즘을 개발해 측정 정밀도를 향상시키는 측정방식과 관련 기술을 2016년에 특허 출원해 등록보유하고 있다. 해당 특허는 2016년 하반기 한국일보 우수특허대상을 획득한 바가 있어 기술의 우수성을 인정받기도 하였다.
기존에는 균일도를 향상하기 위해 마이크로 렌즈 어레이나 라이트가이드 등을 이용해 프로젝터를 설계했기 때문에 시간과 비용이 많이 소요되고 부피도 커지는 문제가 존재했다. 하지만 이오비스의 알고리즘을 통한 균일도 보정으로 하드웨어 비용과 개발 리소스를 획기적으로 줄일 수 있어 까다로운 3D 측정 애플리케이션에 비용 효율이 높은 솔루션이 될 것으로 기대하고 있다.
▲ 균일도 보상 전 vs 균일도 보상 후
이오비스의 CUBE 3D 모듈은, 광삼각법을 기본으로 하는 디지털 패턴 DLP 프로젝터를 통해 측정 대상물의 표면에 비추어진 패턴 이미지를 고해상도 고속의 카메라로 영상 획득에서 3D 데이터 처리까지 0.3초 (3M 카메라 기준) 이내의 고속처리가 가능한 모듈로서 자체적으로 개발 양산한 제품이며 고객 요구인 해상도 FOV 3D 검출력 등의 사양에 맞춰 커스터마이징이 가능한 확장성 좋은 3D 센서 모듈이다.
또한 CUBE 3D는 레이저 센서 방식이 아니기 때문에 2D와 3D 측정이 동시에 가능하며, CUBE 3D는 광효율이 뛰어나 1000:1 이상의 명암비로 선명하고 반복능 1µm 이내의 정밀한 측정이 가능하다.
성능평가
양산용 계측 시스템으로 적합한가를 판가를 하기 위하여 3D 측정 선형성을 테스트 하였다. 이오비스 Cube Customizing 모델 중 FOV가 가장 크고 패턴간격이 가장 넓은 3Di-120 프로젝터를 사용하였으며 정밀 Z축 스테이지를 통해 측정면의 위치를 정확하게 변경하면서 기준면 대비 상대 높이를 측정 하였다. 이때, 전체 100um 변위를 1um간격으로 증가시키면서 100회, 2um간격으로 증가시키면서 50회, 5um 간격으로 증가시키면서 20회, 10um 간격으로 10회 증가시키면서 Cube를 통해 높이를 측정하였다.
테스트 결과 R-Square 0.9995이상의 Height linearity를 확인할 수 있었고 1um의 미세 변화도 측정 가능함을 확인하였다. 120mm 이상의 대면적 프로젝션 임에도 불구하고 광원노이즈, 모터축 오차, 주변 진동 등을 고려 하더라도 매우 종은 결과를 보였다.
CUBE 기술의 특장점은?
Cube는 TI(Texas Instruments)사의 DLP기술을 적용하였으며 여기에 사용되는 DMD(Digital Micromirror Device)는 과거에 프로젝터 용으로 많이 사용되던 LCOS Diplay소자에 대비해서 2배이상 빠른 속도, 10만 시간의 소자수명, UV에 대한 안정성, 4~5배의 밝기의 장점 등을 갖추고 있다. 또한 과거의 Pezo(PZT)를 사용하는 아날로그 방식에 대비해서도 속도가 빠르고 Settling타임이 없이 안정적으로 패턴이송이 가능하고 기계적인 움직임이 없기 때문에 캘리브레이션에 용이하고 유지보수가 쉽다. 그리고, 머신비전에서 가장 중요하고 기본적인 2D검사와 접목하여 기존 2D 비전을 그대로 사용하면서 3D 영상을 부가적으로 취득할 수 있어 기존 검사 솔루션과 함께 검사 성능을 획기적으로 보완할 수 있는 솔루션을 제공할 수 있다.
▲ Ti's DMD
응용분야는?
CUBE는 3D Point cloud data 생성하여 실시간 2D/3D 측정 및 검사에 활용할 수 있으며 베터리 검사, 휴대폰 부품 외관 검사, 자동차 부품검사, BLU 검사, PCB 검사 , SMT분야 3D SPI & 3D AOI등에 유용하게 쓰일 수 있다. 구조광 기술의 상용화에 가장 활발한 국내 유명 AOI 장비 업체들은 기술 유출에 민감하여 검사설비로서가 아닌 3D 비전모튤 단품 공급을 꺼리고 있어, 사용자 요청에 따라 수정이 가능하고 모든 장비에 탑재할 수 있는 이오비스 3D 모듈의 가치는 매우 크다고 할 수 있다.
또한, 시중에 판매되는 고가의 산업용 패턴 프로젝터(빔 프로젝터 포함)는 측정/검사 장비에 탑재하기에는 부적합하다. 이는 검사하고자 하는 영역에 패턴을 조사하는데 어려움이 있고 부피가 크고 불필요한 기능이 탑재되어 장비 내에 장착되기에는 적합치가 않다.
▲USB C-type connector와 3D 측정 결과