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레이저 변위 센서의 작동 방식

보통 포인트 레이저로 알려진 레이저 변위 센서는 삼각 반사를 사용해 단일 지점을 측정합니다. 반면 레이저 프로파일러는 전체 라인을 측정합니다. 레이저 변위 센서의 측정 정확도는 높지만, 데이터가 지점 간에 측정되기 때문에 효율이 낮습니다. 레이저 프로파일러는 정반대의 트레이드오프를 갖습니다. 이들 기기는 표면을 스캔하여 3D 윤곽을 빠르게 형성할 수 있지만, 정확도가 줄어듭니다. 사용할 레이저 측정 접근방식의 선택은 애플리케이션 요구 사항에 좌우되며, 주로 정확도 또는 속도가 더 높은 우선순위를 갖습니다.amp;nbsp;

뚜껑이 있는 용기 안에 들은 쿠키 수를 세든지, 자동차 패널의 정렬을 검증하든지, 인쇄회로기판에서 전자 구성품의 위치를 측정하든지 상관없이 사용이 간편한 3D 비전 시스템으로부터 이점을 얻을 수 있는 제조 분야의 목록은 실제로 무한합니다. 

오늘날 3D 머신 비전 설계자들은 자유재량에 따라 레이저 변위 시스템(레이저 스캐너라고도 함), 입체현미경, ToF(time-of-flight) 솔루션을 포함하여 3D 애플리케이션 문제를 해결하기 위해 여러 가지 옵션을 사용할 수 있습니다. 3가지 솔루션 세트 중, 레이저 변위 센서가 가장 일반적이며, 인라인 및 오프라인 작업 모두에서 가장 빠르고, 가장 정확하며, 가장 비용 효율적인 3D 데이터 수집 기능을 제공합니다. 

프로파일러 vs 선형 변위 vs 영역 변위

레이저 변위 센서는 물체의 높이, 너비, 각도, 면적, 위치를 포함해 정밀한 2D 및 3D 표면 측정값을 생성합니다. 레이저 변위 센서는 선형 프로파일러, 선형 변위 센서, 영역 스캔 변위 센서 등 3가지 주요 영역으로 나뉩니다. 

레이저 프로파일러는 이미지의 2D 슬라이스(예: 물체를 절반으로 절단한 이미지) 또는 개별 프로파일을 연속 이미지로 쌓아서 만든 3D 표면 맵을 생성합니다. 일반적으로 이는 스캔 중인 물체를 추적하는 인코더로부터 모션 데이터를 사용해 이루어집니다.

2D 높이 맵 및 3D 포인트 클라우드 비교

2.5D 높이 맵(왼쪽) 및 3D 포인트 클라우드(오른쪽)

레이저 변위 센서는 이 작업을 한 단계 더 나아가 전체 물체에 대한 트루 3D 포인트 클라우드를 생성하여 보다 나은 정확도와 유용성을 구현합니다(이미지 처리 소프트웨어가 트루 3D 환경에서 작동하도록 완전히 최적화된 것으로 가정). 레이저 변위 센서는 컨베이어 위, 간혹 컨베이어 아래에 장착되어 움직이는 물체를 스캔합니다. 이러한 센서는 경우에 따라 로봇 암의 끝에 부착되어 센서-물체 스캔 동작을 제공합니다.

로봇 피킹 기능이 있는 컨베이어 벨트에서 주조 금속 부품을 검사

마지막으로, 일부 영역 스캔 변위 센서는 레이저와 대해 물체를 이동시키기 보다는, MEM(미세전자기계) 미러를 사용해 물체 주변에서 레이저 광원을 이동시킵니다. 

레이저 삼각 측량을 통한 높이 측정

레이저 변위 센서는 레이저 삼각 측량을 사용해 보정된 밑면(선 그래프에서 ”0(영점)“ 위치로 생각)으로부터 픽셀 높이를 결정합니다. 

작동 중, 레이저 변위 센서가 정지 상태이거나 상대 운동 상태일 수 있는 물체에 레이저 라인을 투사합니다. 예를 들어 In-Sight 3D-L4000 머신 비전 시스템에 사용된 것처럼 선형 변위 센서를 움직이는 컨베이어 위에 장착하거나, 움직이는 로봇 암 위에 장착할 수 있습니다. 

레이저 변위 센서 내의 레이저 라인 생성기로부터 알려진 거리 및 각도에 위치한 디지털 센서가 반사된 빛을 캡처합니다. 센서 내에서 실행되는 레이저 삼각 측량 소프트웨어가 물체에서 이동할 때 투사된 레이저 라인 모양의 변화를 기준으로 표면 맵 또는 3D 포인트 클라우드를 재구성합니다. 그리고 나서 추가적인 작업을 위해 결과가 다운스트림 PLC, 재료 처리 시스템 및/또는 생산 추적 소프트웨어로 전달됩니다. 

 

2D 및 3D: 두 가지 방법의 장점을 실현

이처럼 단순한 작동 원리를 토대로, 레이저 변위 센서는 다음을 포함한 여러 산업 제조 분야에서 프로파일, 위치, 격차 측정에 널리 사용되고 있습니다.

  • 자동차 어셈블리의 유무 확인
  • 식품 및 포장의 밀봉 상태, 부피 측정
  • 압출 응용 분야의 금형 간극, 두께 및 웹 검사
  • 전자제품, 소비재 패키지 제품의 구성품 높이, 위치, 평편도 검사

정확도 이외에, 레이저 변위 센서는 초당 수백만 개의 3D 데이터 포인트를 수집해 고분해능 3D 포인트 클라우드 모델을 구성할 수 있을 정도로 빠른 속도를 자랑합니다. 매우 높은 속도로 작업할 수 있는 기능 덕분에 컨베이어 아래로 이동하는 제품의 100% 측정이 가능하며, 따라서 제품 샘플링을 위해 라인을 중단할 필요가 없어집니다. 이로써 비용 절감, 품질 개선, 처리량 증대 등의 결과를 얻을 수 있습니다.

가장 믿을 수 있는 레이저 변위 센서는 2D 그레이스케일 이미지를 비롯해 3D 포인트 클라우드를 제공합니다. 스페클 없는 고급 레이저 스캔 시스템을 채택함으로써 차세대 레이저 변위 센서는 우수한 품질의 2D 이미지를 생성할 수 있는 균일성과 광출력을 갖추고 있습니다. 이러한 첨단 시스템은 전통적으로 레이저 프로젝터에 있어 오염이 문제가 되는, 컨베이어 밑면에 뒤집힌 상태로 장착된 경우라도 안정적인 작동을 보장합니다.

21-032 Speckle Gif

블루 스페클 없는 레이저 라인(왼쪽) 및 스페클이 있는 레드 레이저 라인(오른쪽)

위에서 언급한 바와 같이, 가장 강력하고 직관적인 머신 비전 소프트웨어 프로그램을 갖춘 최신 레이저 변위 센서의 폭넓은 측정 범위는 레이저 프로파일러 시스템이 실제로 모든 인라인 3D 측정 애플리케이션을 해결할 수 있는 기능을 선사합니다. 이로써 제조업체와 머신 설계업체들은 시간과 비용을 줄이는 동시에, 전체 제품 품질을 개선할 수 있습니다.

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