안녕하세요. (주)이프입니다. 검사 장비 노하우 네 번째 글은 초고속 비전검사입니다. 분당 수백 개 이상이 흐르는 포장 · 전자부품 · 2차전지 라인에서는 한 개를 검사하는 데 쓸 수 있는 시간이 수십 ms 밖에 없습니다. 이때는 광학계, 비전 PC, 알고리즘을 따로 고르면 안 되고, 하나의 시간 예산을 셋이 나눠 쓴다는 관점으로 함께 설계해야 합니다.
핵심
먼저 "개당 몇 ms" 인지 정하고, 촬상 · 전송 · 처리 · 판정 출력에 시간을 나눕니다. 그다음 각 구간이 평균이 아니라 최악의 경우에도 예산 안에 드는 부품과 방법을 고릅니다.
1. 시간 예산부터 나누기
예를 들어 분당 600개라면 개당 100 ms 입니다. 이를 이렇게 나눠 봅니다(예시).
| 구간 | 예산 | 줄이는 방법 |
|---|---|---|
| 촬상 (노출 · 트리거) | 5 ms | 스트로브로 짧은 노출, 하드웨어 트리거 |
| 영상 전송 | 15 ms | 필요한 해상도만, ROI 읽기, 고대역 인터페이스 |
| 처리 (알고리즘) | 50 ms | ROI 축소, 단계별 조기 판정, 병렬 처리 |
| 판정 · 출력 | 5 ms | 하드웨어 출력 · 빠른 통신, 저장은 비동기로 분리 |
| 여유 | 25 ms | 최악 시간 · OS 지연 · 증속 대비 |
여유 없이 평균값으로 맞추면 가끔 생기는 지연 한 번에 다음 제품을 놓칩니다.
2. 광학계 선정 : 빛을 시간 안에 모으기
- 필요한 해상도만 : 고화소일수록 전송 · 처리 시간이 늘어납니다. 최소 결함이 3화소 정도 걸리는 최소 화소 수를 고르세요
- 글로벌 셔터 + 스트로브 : 움직이는 제품을 짧은 순간에 정지시킴 (플라잉 글 참고)
- 큰 화소 · 고감도 센서 : 짧은 노출에서 노이즈를 줄임
- 조리개와 피사계 심도의 균형 : 조리개를 열면 밝지만 심도가 얕아짐. 제품 높이 변동을 먼저 확인
- 텔레센트릭 렌즈 : 제품 위치 · 높이가 조금씩 달라져도 배율이 일정해 고속 치수 측정에 유리
- ROI 읽기 · 비닝 : 센서 일부만 읽어 프레임 레이트를 올림. 필요한 영역이 정해져 있으면 효과가 큼
3. PC 선정 : 대역폭과 최악 시간
| 항목 | 확인할 것 |
|---|---|
| 대역폭 계산 | 해상도 × 프레임 × 비트 수 × 카메라 대수. 예 : 5MP × 100 fps × 8bit ≈ 500 MB/s (1대) |
| 인터페이스 | GigE(1 · 10 · 25G), USB3, CoaXPress 중 대역폭 · 케이블 길이 · 안정성에 맞게. 고대역은 프레임 그래버 사용 |
| PCIe 레인 | 프레임 그래버 · 고속 랜카드 · GPU 를 동시에 꽂을 때 레인 수가 부족하지 않은지 |
| CPU | 카메라 · 검사 스레드를 나눠 병렬 처리할 코어 수와 클럭 |
| GPU | AI 추론이 있으면 추론 시간을 실측해 예산 안인지 확인 |
| 저장 | 모든 영상을 동기로 저장하면 처리가 밀림. NG 위주 저장, 별도 스레드 · SSD 로 비동기 저장 |
| OS 설정 | 절전 · 화면 보호기 · 자동 업데이트를 끄고, 네트워크 카드 설정(점보 프레임 · 수신 버퍼)을 카메라 권장값으로 |
4. 알고리즘 선정 : 빠른 것부터, 필요한 곳에만
- ROI 를 좁게 : 전체 영상이 아니라 검사할 부위만 처리
- 단계별 조기 판정 : 빠른 유무 · 위치 검사에서 NG 가 나면 무거운 검사는 생략
- 매칭은 피라미드 · 각도 범위 제한 : 위치 · 회전 범위를 실제 기구 오차만큼만
- 전처리는 최소로 : 무거운 필터를 여러 번 겹치기보다 광학으로 대비를 확보하는 편이 빠름
- 룰베이스 먼저, AI 는 필요한 곳에 : 정형 검사는 룰베이스로 빠르게, 비정형 외관 결함에만 AI. AI 는 입력 크기를 ROI 로 줄이고, 여러 ROI 를 한 번에 묶어 추론
- 파이프라인 병렬 : 촬상 · 처리 · 저장을 분리해 이전 제품 처리 중에 다음 제품을 촬상
5. 시간이 넘치면 조용히 넘기지 말 것
초고속 라인에서 가장 위험한 것은 처리 시간이 넘쳤을 때 결과를 내지 못한 제품을 그대로 흘려보내는 것입니다.
- 처리 시간 상한(타임아웃)을 두고, 넘기면 NG 처리 + 알람으로 분명히 드러내기
- 사이클마다 처리 시간을 기록하고 최대값 · 분포를 봐서 여유가 줄어드는 추세를 미리 확인
- 트리거 수와 판정 수를 비교해 누락을 감지
Vision Agent 는 노드별 처리 시간을 결과 뷰어에서 보여 주고 사이클 타임을 대시보드로 모아, 어떤 단계가 시간을 쓰는지 바로 찾을 수 있게 합니다.
6. 설계 체크리스트
| No | 항목 | 정할 값 |
|---|---|---|
| 1 | 개당 시간 | 최대 생산 속도 기준 ms, 증속 계획 |
| 2 | 구간별 예산 | 촬상 · 전송 · 처리 · 출력 · 여유 |
| 3 | 최소 해상도 | 결함 크기 대비 최소 화소, ROI 읽기 가능 여부 |
| 4 | 조명 · 셔터 | 스트로브 펄스, 글로벌 셔터, 심도 |
| 5 | 대역폭 | 카메라 합산 대역폭과 인터페이스 · PCIe 여유 |
| 6 | 처리 시간 | 평균이 아닌 최악 시간 실측 |
| 7 | 초과 처리 | 타임아웃 시 NG · 알람, 누락 감지 |
마치며
초고속 검사는 좋은 부품 하나로 해결되지 않고, 시간을 어디에 쓰는지 끝까지 계산하는 설계에서 결정됩니다. 다음 글에서는 한 제품의 여러 면을 모두 봐야 하는 6면 검사를 턴테이블 · 플립 · 로봇 방식으로 비교하겠습니다.
