AI와 완벽한 추적 기능을 갖춘 멀티 카메라 시스템으로 제품 결함 발생 가능성 차단

하지만 요구 사항이 까다롭습니다: 자동차 산업의 엄격한 품질 보증 기준을 충족하기 위해서는 복잡한 부품 형상도 빠른 공정 속도로 최대의 정밀도와 공정 신뢰성을 갖추고 검사해야 합니다. 감지 오류, 시리얼 번호 또는 배치에 대한 불충분한 추적성, 환경 조건 변화로 인한 문제는 비용이 많이 드는 오류, 생산 중단 및 불만 사항으로 이어질 수 있습니다.

VIVALDI Digital Solutions GmbH는 실시간 AI 품질 검사를 위한 혁신적인 솔루션을 개발했습니다. Intel 프로세서가 탑재된 엣지 서버 외에도 지능형 이미지 프로세싱은 ‘SensorBox’에서 핵심적인 역할을 합니다. 체코의 한 자동차 공급업체와 생산 현장을 위해 설계된 이 장비는 최대 70대의 IDS Imaging Development Systems의 USB3 uEye+ XC 오토포커스 카메라로 여러 검사 셀에서 표면 검사를 위한 자동 육안 검사를 수행하고 있습니다.

"테스트 셀에 통합된 IDS 카메라는 독일 OEM 알루미늄 부품 표면의 고해상도 이미지를 캡처합니다. 이 경우에는 전기 모터입니다."라고 Vivaldi의 매니징 디렉터 Uwe Siegwart는 카메라의 작업을 설명합니다. 캡처한 이미지는 노출, 화이트 밸런스, 색상 보정 등의 요소를 최적화하기 위해 사전 처리됩니다. AI는 스크래치, 기공, 먼지 등 다양한 표면 결함을 인식합니다. "체코에 위치한 이 공장에는 엄격한 요구 사항이 있습니다. 결함 카탈로그에 따르면 0.2mm의 결함은 확실하게 감지해야 합니다. 컴포넌트당 테스트 시간은 36초를 초과해서는 안 됩니다."라고Uwe Siegwart는 엄격한 가이드라인에 대해 설명합니다. 성공적으로 구현된 시스템을 통해 하루에 최대 2,400개의 전기 모터 하우징을 100% 자동으로 테스트할 수 있습니다.

AI 전문가는 왜 IDS의 uEye XC 카메라를 선택했을까요?

"자체 개발한 cam controller의 인터페이스와 컴팩트한 크기 외에 센서의 기능 범위와 필요한 카메라 수에 따른 가격도 중요한 역할을 했습니다."라고 Vivaldi 비즈니스 개발 부서의 Eike Humpertrk는 말합니다. "결정적인 요인은 이 오토포커스 카메라가 카메라로부터 다른 거리에 있는 여러 표면을 캡처할 수 있다는 점이었습니다." 이를 통해 테스트 프로세스가 엄청나게 간소화되고 효율성과 유연성이 향상됩니다. 이는 다양한 컴포넌트 변형을 테스트해야 할 때 매우 중요한 요소입니다. 매크로 렌즈를 장착하여 사용하면 카메라의 최소 피사체 거리도 매우 쉽게 단축할 수 있습니다.

onsemi 13.10MP CMOS 센서 AR1335는 컴팩트한 uEye+ XC에 장착되어 있으며, 이 부분에서도 높은 점수를 받았습니다. 이 롤링 셔터 컬러 센서(4200 x 3120px, 픽셀 크기 1.1µm)는 초당 20장의 이미지를 전송하며 디테일한 이미지를 보장합니다. "BSI 픽셀 기술을 통해 변화하는 조명 조건에서도 센서가 일관되게 정밀하고 신뢰할 수 있는 결과를 제공할 수 있습니다."라고 IDS의 2D 카메라 제품 책임자 Jürgen Hejna는 설명했습니다. 이 센서가 이 애플리케이션에 특히 적합한 것은 뛰어난 저조도 성능과 최소한의 픽셀 노이즈 때문만이 아닙니다. "24배 디지털 줌은 자동 화이트 밸런스 및 정밀한 색상 보정과 결합되어 이 까다로운 테스트 절차의 성공에 크게 기여하고 있습니다."라고 Jürgen Hejna는 강조합니다. 32 x 61 x 19mm의 컴팩트한 크기와 가벼운 무게에도 견고하여 산업용으로 사용하기에 적합합니다. 2D 카메라 전문가는 또 다른 장점에 대해서도 언급합니다: "여기에 사용되는 구성 요소는 자동차 산업 솔루션의 가장 중요한 요구 사항 중 하나인 긴 가용성이 특징입니다."

IDS peak를 통한 간단한 통합 및 성능 극대화

"앞서 언급한 USB3.0 카메라의 장점을 최대한 활용하기 위해 저희는 IDS peak를 사용하고 있습니다. IDS에서 제공하는 SDK를 통해 IDS Vision 전송 프로토콜을 코드에 원활하게 통합할 수 있었습니다."라고 Uwe Siegwart는 통합에 대해 설명합니다. 이 USB3 Vision산업용 카메라는 IDS의 강력한 소프트웨어 개발 키트를 사용하여 애플리케이션에 맞게 특별히 프로그래밍할 수 있습니다. "저희는 IDS USB3 비전 전송 프로토콜을 통해 IDS peak와 함께 이미지를 생성하는 REST API를 사용합니다. USB2.0을 통한 전송 속도가 480Mbit/s로 제한되는 Video4Linux 드라이버를 사용하는 대안과 달리, IDS USB3 비전을 사용하면 USB3.0을 통해 5Gbit/s 이상의 대역폭을 사용할 수 있습니다." 라고 Uwe Siegwart는 말합니다. 결과적으로 대역폭이 증가하여 해상도가 높아지고 전송 시간이 단축되는 이점이 만들어집니다.

엣지 서버를 통한 AI 지원 분석 및 동기식 카메라 제어

동시 이미지 처리 작업은 복잡하고 도전 과제도 다양합니다. 알루미늄 부품은 반짝이는 표면이 빛을 반사하는 경우가 많기 때문에 이미지에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 반사는 빛 반사에 의해 가려지거나 왜곡되기 때문에 스크래치, 콜드런, 채터 자국 또는 표면 불규칙성과 같은 결함을 정확하게 인식하기 어렵게 만듭니다. 또한, 알루미늄 부품의 경우 처리되지 않은 표면이 매번 다르게 보이는 경우가 많습니다. 가공이 이루어지지 않은 영역은 구조와 색상 뉘앙스가 다르게 나타나지만 이를 실제 결함과 혼동해서는 안 됩니다. 따라서 AI 기반 이미지 프로세싱은 처리할 표면의 정상적인 재료 구조와 결함으로 간주되는 실제 원시 영역을 정확하게 구분할 수 있어야 합니다.

생산 현장의 주변 환경에 따라 이미지 프로세싱도 더욱 까다로워집니다. 특히 냉각 윤활제의 혼합으로 인한 공기질과 같은 요인은 이미지의 선명도와 카메라 선명도에 영향을 미칠 수 있습니다. 또 상자 자체의 기계 장치와 주변의 다른 기계로 인해 발생하는 온도 변동과 진동이 있습니다. 이러한 진동으로 인해 이미지가 흐려지거나 위치 편차가 발생하여 결함을 감지하는 것은 더욱 어려워질 수 있습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 이미지 프로세싱 시스템의 세밀한 조화가 필요했습니다. 조명, 카메라 위치 및 이미지 평가 알고리즘을 조정하여 반사를 최소화하고 재질 차이를 정확하게 이해할 수 있도록 했습니다. 동시에 이 시스템은 환경적 요인으로 인한 혼선을 보상하고 계속해서 신뢰할 수 있는 결과를 제공할 수 있을 만큼 견고합니다. 결함이 있는 구성 요소는 고객의 자체 유지보수 팀에서 빠르고 쉽게 교체할 수 있어야 합니다.

"최적화된 인프라를 통해 이미지 프로세싱을 수행합니다. USB 허브당 최대 8대의 카메라를 연결할 수 있어 여러 검사 구역을 동시에 녹화할 수 있습니다. 이러한 USB 허브는 최대 두 대까지 자체 개발한 'cam controller' 에 연결하여 이미지 신호를 묶어 처리합니다. 여러 대의 캠 컨트롤러가 엣지 서버와 네트워크로 연결되어 있습니다. 이 서버는 AI 지원 분석을 계산할 뿐만 아니라 시스템 컨트롤러와 직접 통신하여 카메라의 트리거를 조정하고 동기화된 녹화를 보장합니다."

단계별로 자동화된 최종 검사

많은 기업들이 여전히 새로운 AI 지원 기술 도입을 주저하고 있습니다. 비발디의 프로세스는 기존의 품질 관리를 직접적으로 대체하지는 않습니다. "처음 8~12주 정도는 기존과 같이 수작업 최종 검사를 수행하며 vCHECK 모듈의 지원을 받습니다."라고 Eike Humpert는 설명합니다. 즉, 최종 검사자는 더 이상 집계 목록이나 결함 카드를 사용하여 결함을 수동으로 문서화하지 않고 개별 (세부) 이미지에 디지털 방식으로 결함을 표시합니다. 이를 위해 최종 제어 스테이션에서 터치 PC를 통하여 디지털 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 최종 검사자는 이미지에서 결함을 찾아 사전에 정의된 결함 카테고리에 따라 결함을 분류합니다.

여기에는 두 가지 장점이 있습니다: 먼저 최종 검사자는Vivaldi와 함께 단계별로 디지털 최종 검사에 익숙해질 것 입니다. 두번째로, 오류 및 분류 라벨링된 제품 이미지를 사용하여 AI를 훈련시킵니다. 또한 불만 처리 과정의 일부로 문서화된 과거에 인식된 결함 부품과 같은 기존 제품 이미지가 훈련에 사용됩니다.

"수동 및 자동 표면 검사를 결합하면 대량 생산 시에도 1% 미만의 오류율을 달성할 수 있습니다."라고 Eike Humper는 강조합니다. 동시에 이러한 접근 방식을 통해 AI를 지속적으로 학습시킬 수 있습니다. 사용자는 AI가 확인하고 제어하는 범위를 지속적으로 제어할 수 있습니다.

실시간 이미지 인식과 추적성을 위한 정보 저장의 결합

고성능 USB3 산업용 카메라와 함께 CamBox를 구현함으로써 품질 보증의 결정적인 발전을 이룰 수 있었습니다. 이 기술을 사용하면 매우 빠른 공정 속도에서도 안정적이고 고정밀도의 부품 테스트를 수행할 수 있습니다. 탐지 품질은 변동 없이 일정하게 유지됩니다.

결정적인 장점은 각각의 주변 조건이 변하더라도 안정적으로 감지할 수 있다는 점입니다. 조명, 온도 또는 기타 외부 영향의 변동은 테스트 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 여러 검사 특성을 동시에 분석할 수 있는 기능 덕분에 검사 프로세스의 효율성이 크게 향상되고 있습니다.

또 다른 뛰어난 기능은 각 시리얼 번호에 대한 자동 이미지 저장으로 공정 및 품질 데이터의 완벽한 추적을 보장합니다. 이로써 테스트 결과를 언제든지 추적하고 문서화할 수 있으며, 이는 매우 까다로운 산업 분야의 품질 보증을 위한 결정적인 요소입니다. "최종 결정권은 계속 사람이 가지고 있어야 합니다."라고 Uwe Siegwar는 말합니다. "모든 것이 OEM의 엄격한 QA 가이드라인을 충족해야 합니다. 각 구성 요소의 전체 부가가치 수명 주기는 감사가 가능한 방식으로 문서화되어야 합니다. 즉, 어떤 부품이 언제 어떤 시스템에서 어떤 테스트 장비로 테스트되었고 어떤 결과가 나왔는지를 의미합니다." Vivaldi 시스템은 이 모든 것을 보장합니다.

특징 한눈에 보기:

• 빠른 프로세스 속도에서도 안정적인 구성 요소 테스트
• 변동 없는 안정적인 감지
• 주변 환경의 개별적인 변화에도 안정적인 감지 기능 제공
• 여러 검사 특성을 동시에 검사
• 완벽한 추적성을 위한 자동 이미지 저장
• 손쉬운 유지보수
• 구성 요소 수준에서의 추적성(프로세스 및 품질 데이터)

"우리의 기술은 유연하고 플랫폼은 확장성이 뛰어납니다. 최첨단 기술에 최적화되어 있으며, 다양한 제조 공정에 원활하게 통합할 수 있습니다."라고 Uwe Siegwart는 설명합니다. "솔루션의 확장성 덕분에 다양한 산업 분야의 기업들은 개별 요구 사항에 맞게 품질 관리를 조정할 수 있습니다." 프로세스 및 품질 데이터의 지능형 데이터 처리를 통해 오류의 원인을 조기에 파악할 수 있으므로 제조 기업의 핵심 프로세스에서 지속적인 프로세스 개선이 가능합니다.

"디지털화된 품질 데이터를 실시간으로 수집하고 다른 생산 파라미터와 연결하면 효율성이 향상될 뿐만 아니라 불량품과 재작업이 크게 줄어듭니다. 오류를 최소화하고 비용을 절감하며 생산 공정은 최적화됩니다." 이 시스템은 이미 체코에서 성과를 거두고 있습니다: 연간 불만 건수는 3분의 2로 줄었고, 인식할 수 없는 표면 결함도 0건으로 줄었습니다.