안녕하세요. (주)이프입니다. 검사 장비 노하우 일곱 번째 글은 비전 얼라인입니다. 합착 · 조립 · 도포 · 레이저 가공 · 로봇 픽업처럼 제품 위치를 맞춰야 하는 공정에는 거의 빠지지 않는 기능입니다. 최근 사내 엔지니어 교육용으로 정리한 얼라인 교육 자료를 바탕으로, 셋업 순서와 방식, 주의점을 현장 관점에서 정리했습니다.
얼라인이 어려운 진짜 이유
얼라인은 마크를 찾는 검출 방식이나 보정 계산 프로그래밍이 어려운 것이 아닙니다. 어려운 것은 네 가지입니다.
① 정밀한 셋업 : 기구 상태, 좌표계 · 부호, 캘리브레이션을 하나씩 맞추는 일
② 예외 처리 : 못 찾았을 때, 이상한 값이 나왔을 때, 맞지 않을 때 멈추는 일
③ 각 업무의 증명 : 기구 · 전장 · 제어 · 비전이 각자 "내 쪽은 정상" 임을 숫자로 보여 주는 일
④ 정상의 데이터화 · 리포트화 : 매번 같은 위치로 얼라인이 끝난다는 것을 기록으로 남기는 일
1. 얼라인은 여섯 단계로 이루어진다
셋업과 정기 점검 때 하는 일(기구 점검, 캘리브레이션)과, 제품이 들어올 때마다 반복하는 일(위치 측정, 보정량 계산, 보정 적용), 그리고 검증으로 나뉩니다. 현장에서 "얼라인이 안 맞는다" 는 문제의 대부분은 매 사이클 로직이 아니라 앞의 두 단계의 누락이나 오류에서 시작됩니다.
| 순서 | 단계 | 핵심 할 일 |
|---|---|---|
| 0 | 좌표계 · 부호 합의 | 비전 · 스테이지 · PLC 의 축 방향, 각도 부호, 단위, 보정량 정의를 한 장의 표로 정리 |
| 1 | 기구 점검 | 직진도 · 직교도 · 백래시 · 회전축 흔들림 · 이동 정확도, 카메라 틸팅 · 초점 |
| 2 | 캘리브레이션 | 분해능 · 설치각(또는 9점), 회전 중심, 2카메라면 카메라 간 거리 |
| 3 | 위치 측정 | 패턴 매칭 · 에지 교점 · 원 · 블롭 중 선택, 멀리 떨어진 두 마크로 각도 |
| 4 | 보정량 계산 | 공정 결과가 맞는 상태를 기준으로 저장, 회전 중심을 고려한 dX · dY · dθ |
| 5 | 보정 적용 | 기구 보정 · 이미지 보정 · 좌표 보정 중 공정에 맞는 방식, 재측정으로 수렴 확인 |
| 6 | 검증 · 리포트 | 반복성 세 단계, 정합성, 셋업 기준 리포트 작성 |
2. 먼저 좌표계와 부호를 맞춘다
얼라인에서 가장 흔한 사고는 계산식이 아니라 부호입니다. 이미지 좌표는 좌상단이 원점이고 아래로 증가하지만 스테이지와 로봇은 보통 위로 증가합니다. 각도도 장비마다 시계 방향을 플러스로 쓰기도 합니다. 셋업 첫날 축 하나씩 일부러 틀어 넣고(X 만 +1 mm, Y 만 +1 mm, θ 만 +0.5°) 보정 결과가 원위치로 돌아오는지 확인하면 어느 부호가 틀렸는지 바로 나옵니다. 보정할수록 오차가 두 배씩 커진다면 거의 항상 부호 문제입니다.
3. 기구부터 확인한다 : 캘리브레이션으로 덮지 말 것
캘리브레이션은 스테이지가 직선으로 움직이고, 두 축이 직각이고, 회전축이 흔들리지 않는다고 가정합니다. 이 가정이 깨진 상태에서 캘리브레이션을 하면 숫자는 나오지만 특정 위치에서만 맞는 장비가 됩니다.
| 항목 | 확인 방법 | 빼먹으면 |
|---|---|---|
| 직진도 | 일정 간격(예 : 5 mm)으로 이동하며 마크 측정, 이동 방향과 수직 성분의 흔들림 | 위치마다 보정 오차가 달라짐 |
| 직교도 | X 이동 궤적과 Y 이동 궤적 사이 각도가 90° 인지 | X 를 보정하면 Y 가 따라 틀어짐 |
| 백래시 | 같은 위치를 + · - 양방향에서 접근해 비교 | 접근 방향에 따라 결과가 달라짐 |
| 회전축 흔들림 | θ 를 여러 각도로 돌리며 원 피팅 잔차 | 회전 중심이 각도마다 달라 보임 |
| 카메라 틸팅 | 격자 지그로 시야 네 모서리와 중앙의 분해능 비교 | 화면 가장자리에서만 오차 |
4. 캘리브레이션 : 픽셀을 mm 로, 회전 중심까지
- 분해능 · 설치각 : 정확히 아는 거리만큼 움직이고 마크가 몇 픽셀 움직였는지. 이동량은 시야의 50 ~ 70% 정도, 왕복 여러 번 평균
- 9점 캘리브레이션 : 아홉 위치의 픽셀 · 장비 좌표 쌍으로 분해능 · 축 기울기 · 직교 오차 · 부호를 한 번에. 계수를 구한 뒤 각 점의 잔차를 반드시 확인
- 회전 중심 : 회전 전후 마크로 원의 중심을 구함. 두 후보 중 실제 회전 방향과 맞는 쪽을 고르고, 가능하면 여러 각도로 원 피팅
- 2카메라 간 거리 : 같은 마크를 스테이지로 정확히 옮겨 두 카메라에서 찍어 구함. 이 값은 각도 계산의 기준선
5. 측정 방식 : 무엇으로 찾든 각도는 멀리 떨어진 두 마크로
| 방식 | 장점 | 주의 |
|---|---|---|
| 패턴 매칭 | 어떤 형상이든 등록, 각도까지 한 번에 | 점수 임계값 미달은 반드시 NG, 대칭 마크는 90° 단위로 모호 |
| 에지 교점 | 마크 없는 패널 · 판재의 코너, 서브픽셀 | 버 · 먼지 이상치 제거, 챔퍼 근처 피하기 |
| 원 · 홀 | 회전에 영향 없이 위치가 안정 | 각도를 모르므로 두 개 사용 |
| 블롭 무게중심 | 빠름 | 가림 · 반사에 중심이 쉽게 이동 |
각도 오차는 대략 위치 측정 오차 ÷ 마크 간격입니다. 위치 오차 5 µm 에서 마크 간격 10 mm 면 약 0.029°, 300 mm 면 0.001° 아래로 내려갑니다. 그래서 얼라인 마크는 제품에서 가능한 한 멀리 둡니다. 반대로 0.01° 각도 오차는 200 mm 떨어진 곳에서 약 0.035 mm 의 위치 오차가 됩니다.
6. 보정량 계산과 적용
- 기준은 공정 결과가 맞는 상태로 저장 : 비전이 보기 좋은 상태가 아니라, 실제로 합착 · 조립해 본 결과가 맞는 위치
- 회전 중심을 고려 : θ 를 돌리면 제품 대표점도 원호를 따라 움직이므로, 그 이동까지 포함해 X · Y 보정량을 구함. "θ 먼저, 그다음 XY" 같은 규약을 PLC 담당자와 문서로 합의
- 적용 방식 : 실제 위치가 맞아야 하면 기구 보정(XYθ · UVW 스테이지), 검사 · 측정이면 이미지 보정(ROI 추종), 작업 헤드가 움직이면 좌표 보정(도포 · 용접 · 로봇)
- 재측정으로 수렴 확인 : 기구 보정은 한 번에 끝내지 않고 다시 측정해 허용 오차 안인지 확인, 보통 2 ~ 3회 안에 수렴
7. 예외 처리 : 결과를 못 낸 것이 틀린 결과보다 안전하다
| 상황 | 처리 |
|---|---|
| 마크를 못 찾음 (점수 미달) | 이전 값이나 0 으로 보정하지 말고 NG · 알람 |
| 두 마크 간 거리가 기준과 다름 | 마크 오검출 또는 다른 제품 투입. 보정하지 않고 NG |
| 보정량이 기구 범위 · 정상 산포보다 큼 | 제품 투입 이상 가능성. 보정하지 않고 알람 |
| 정해 둔 횟수 안에 수렴하지 않음 | 회전 중심 · 부호 · 기구 이상 신호. 공정 진행하지 말고 알람 |
| 검사 장비에서 얼라인 실패 | 검사를 그대로 진행하면 엉뚱한 위치를 보고 양품 판정. 반드시 NG |
8. 매번 같은 위치로 끝나는가 : 반복성을 해치는 것들
얼라인이 "됐다" 는 기준은 한 번 맞는 것이 아니라 매번 같은 위치로 끝나는 것입니다. 반복성은 세 단계로 나눠 보면 어디서 흔들리는지 바로 드러납니다.
- 정지 반복 측정 : 아무것도 움직이지 않고 연속 측정 → 비전 자체의 흔들림 (조명 깜빡임, 노이즈, 초점, 진동)
- 재투입 반복 : 제품을 뺐다 넣기 반복 → 안착 · 클램프 편차가 더해짐
- 얼라인 전체 반복 : 일부러 틀어지게 넣고 얼라인 후 최종 위치 재측정 → 시스템 전체 성능
각 단계에서 X · Y · θ 의 범위와 3σ 를 구해 공정 공차와 비교합니다. 첫 단계가 나쁘면 뒤의 결과는 의미가 없으므로 순서대로 진행합니다. 반복성이 안 나올 때 현장에서 자주 만나는 원인은 이렇습니다.
| 원인 | 어떻게 나타나나 | 확인 · 대책 |
|---|---|---|
| 진동 | 정지 측정에서도 값이 흔들림. 다른 축 · 이웃 설비 동작 때 커짐 | 카메라 브라켓 강성, 정착 대기 후 촬상, 바닥 · 설비 진동 분리 |
| 부착 · 클램프 시 밀림 | 얼라인 후 클램프 · 흡착 · 가압하는 순간 위치가 이동 | 고정 후 재측정해 밀림량 기록, 클램프 순서 · 압력 조정 |
| 흡착 · 안착 편차 | 재투입 단계에서 커짐 | 흡착 패드 상태 · 진공압, 안착 가이드 |
| 서보 정착 전 촬상 | 이동 직후 측정값이 들쭉날쭉 | 위치 완료(인포지션) 신호 확인 후 정착 시간 두고 촬상 |
| 백래시 · 접근 방향 | 보정 방향에 따라 최종 위치가 달라짐 | 항상 한 방향 접근 시퀀스 |
| 열 변형 · 드리프트 | 가동 시간 · 계절에 따라 조금씩 틀어짐 | 카메라 간 거리 · 기준 마크 주기 측정 |
| 케이블 · 공압 영향 | 특정 위치 · 자세에서만 틀어짐 | 케이블베어 장력, 공압 변동 확인 |
| 제품 · 마크 상태 | 특정 로트 · 공급사만 흔들림 | 마크 오염 · 반사, 서브패턴 등록, 조명 조정 |
9. 각 업무의 증명 : 기구 · 전장 · 제어 · 비전
얼라인 문제는 여러 팀의 경계에서 생깁니다. "비전이 안 맞는다" 는 말이 나오면 각 담당이 자기 영역이 정상임을 숫자로 보여 줄 수 있어야 원인을 빨리 좁힐 수 있습니다.
| 담당 | 증명할 것 (셋업 기록에 남길 숫자) |
|---|---|
| 기구 | 직진도 · 직교도 · 백래시 · 회전축 흔들림 측정값, 카메라 · 조명 브라켓 고정 상태, 클램프 · 흡착 후 밀림량 |
| 전장 | 트리거 · 인포지션 신호 타이밍, 조명 컨트롤러 동작, 노이즈 · 접지, 카메라 · 조명 전원 안정 |
| 제어 | 보정량 정의 · 부호 · 단위 · 배율 합의서, 축별 +1 mm 테스트 결과, 정착 대기 · 수렴 횟수 로직 |
| 비전 | 캘리브레이션 결과와 잔차, 반복성 세 단계 결과, 정합성(지령 이동량 대비 측정 이동량), 예외 처리 동작 확인 |
10. 정상을 데이터로, 리포트로
셋업이 끝났을 때 "잘 맞는다" 는 말 대신 셋업 기준 리포트를 남겨 두면, 이후 문제가 생겼을 때 지금 상태를 그때와 비교하는 것만으로 원인을 좁힐 수 있습니다.
- 캘리브레이션 결과 : 분해능 · 회전 중심 · 카메라 간 거리와 잔차
- 반복성 : 세 단계별 X · Y · θ 범위와 3σ, 공차 대비 비율
- 정합성 : 여러 거리에서 지령 대비 측정 이동량, 회전 복귀 결과
- 정상 운전 분포 : 사이클마다의 측정값 · 점수 · 보정량 · 이동 후 잔차 · 수렴 횟수
- 정기 점검 : 같은 항목을 주기적으로 다시 재서 셋업 기준과 비교
사이클마다 남긴 로그는 트러블슈팅의 출발점이 됩니다. 증상을 숫자로 바꾸고, 비전과 기구를 분리해 확인하고, 하나씩 바꿔 봅니다.
Vision Agent 의 얼라인 세팅 화면은 측정 방식(패턴 · 에지 교점 등) 선택, 2카메라 구성, 분해능 · 회전 중심 · 원점 캘리브레이션을 순서대로 진행하도록 되어 있고, 도움말 교육 탭의 얼라인 튜토리얼로 따라 해 볼 수 있습니다. 설정 변경은 감사 추적으로 남아, 셋업 기준과 지금 상태를 비교할 때 함께 확인할 수 있습니다.
마치며
얼라인은 "찾고 계산하는 기술" 보다 "맞춰 놓고, 멈출 때 멈추고, 정상임을 증명하는 기술" 입니다. 셋업 첫날 좌표계 · 부호 표와 기구 점검 기록을 남기고, 끝날 때 반복성 리포트를 남기는 것만으로도 현장 문제의 상당 부분을 미리 막을 수 있습니다. (주)이프는 얼라인 장비의 광학 · 캘리브레이션 · 보정 로직 셋업과 검증 리포트 작성까지 함께 진행합니다.
