현대 제조 분야에서 소형화, 고정밀화, 그리고 유연한 소재의 사용이 점차 보편화됨에 따라, 기존의 접촉식 측정 방식으로는 더 이상 모든 응용 분야의 요구를 완벽하게 충족할 수 없게 되었습니다. 변형 가능하거나 미세하거나 기하학적으로 복잡한 부품을 다룰 때, 물체에 물리적으로 접촉하지 않고도 고정밀 측정을 달성하는 것이 절실히 요구되고 있습니다. 비접촉식 광학 측정 기술은 강력한 솔루션으로 부상하여 많은 산업 검사 시스템의 필수적인 부분을 차지하고 있습니다.
1. 비접촉 광학 측정이란 무엇인가요?
이름에서 알 수 있듯이, 비접촉 광학 측정은 측정 대상에 물리적으로 접촉하지 않고 광학 시스템을 통해 치수, 표면 및 위치 데이터를 수집하고 처리하는 것을 의미합니다. 이 접근 방식은 이미지 처리, 광원 제어, 정밀 광학, 기하학적 알고리즘 등의 기술을 통합합니다.
일반적인 워크플로우에서 광원은 윤곽 조명, 동축 조명, 구조광과 같은 특정 조명을 작업물 표면에 투사합니다. 반사되거나 투과된 빛은 고해상도 광학 렌즈(예: 텔레센트릭 렌즈)에 의해 포착되어 CCD 또는 CMOS 이미지 센서에 초점을 맞춥니다. 이미지 처리 시스템은 에지 검출, 회색조 분석, 그리고 기하학적 계산을 수행하여 특징점을 추출하고 길이, 직경, 각도, 위치 편차 등의 치수 데이터를 출력합니다.
이 방법의 가장 중요한 특징 중 하나는 비접촉 방식입니다. 재료의 압축이나 변형 위험을 없애므로 유연한 PCB, 박막, 성형 플라스틱 부품과 같은 섬세한 부품에 특히 적합합니다.
2. 핵심 구성 요소 및 작동 원리
광원 시스템
조명 설정은 광학 측정에 매우 중요합니다. 다양한 조명 기술은 이미지 선명도와 윤곽 추출에 직접적인 영향을 미칩니다.
윤곽 조명(백라이트)은 정확한 2D 엣지 프로파일링을 위해 고대비 흑백 실루엣을 생성합니다.
동축 조명은 금속이나 질감이 있는 구성 요소와 같이 반사되거나 복잡한 표면에 이상적입니다.
구조화된 빛(예: 레이저 스트라이프)은 정밀한 3D 표면 지형 측정에 사용됩니다.
이미징 시스템(렌즈)
고품질 렌즈는 이미지 해상도와 기하학적 충실도를 결정합니다. 텔레센트릭 렌즈는 전체 시야에 걸쳐 일정한 배율을 유지하여 물체 거리 변화로 인한 오차를 제거합니다. 이는 고정밀 치수 측정에 필수적입니다.
이미지 캡처 및 처리 장치
CCD 또는 CMOS 센서에 포착된 이미지는 에지 감지, 좌표 추출, 그리고 기하 구조 분석을 위한 처리 알고리즘을 거칩니다. 최신 시스템은 종종 하위 픽셀 해상도를 지원하여 측정 정확도를 크게 향상시킵니다.
모션 플랫폼 및 제어 시스템
자동화 시스템에서 X/Y/Z축 플랫폼은 센서 또는 물체의 움직임을 제어하여 다중 위치 및 다중 각도 측정을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 자동 초점 및 영역 스캐닝 기능과 결합하여 처리량과 일관성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
3. 산업 내 장점 및 가치
접촉 기반 방법에 비해 비접촉 광학 측정은 여러 가지 주요 이점을 제공합니다.
향상된 효율성
사이클 간 기계적 프로빙, 클램핑 또는 프로브 세척이 필요 없습니다. 신속한 대량 검사가 가능하며, 빠르게 진행되는 품질 관리 환경에 적합합니다.
복잡하고 유연한 소재에 대한 적응성
고무 부품, 박막 또는 미세 구조 등 쉽게 변형되거나 깨지기 쉽거나 접촉 측정에는 너무 작은 구성 요소를 측정하는 데 이상적입니다.
마이크론에서 서브 마이크론까지의 정확도
고해상도 광학 장치와 고급 이미지 처리 알고리즘은 현대 정밀 제조의 엄격한 요구 사항을 충족합니다.
강력한 자동화 및 디지털 통합
생산 라인과 쉽게 통합되어 인라인 검사, 자동 판단 및 데이터 추적이 가능합니다. 스마트 및 디지털 제조의 더 광범위한 목표를 지원합니다.
4. 광범위한 응용 분야
비접촉 광학 측정은 현재 전자, 반도체, 자동차 부품, 의료 기기, 정밀 공구 등의 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
FPC(유연성 인쇄 회로) 제조에서는 트레이스 폭과 간격을 검사하는 데 도움이 됩니다.
금형 생산에서는 CAD 모델과 치수 적합성을 검증합니다.
정밀 플라스틱 사출에서는 플래시, 싱크 마크, 휨 등의 결함을 부품에 닿지 않고도 감지합니다.
비접촉 광학 측정의 원리와 구성 요소를 이해함으로써 제조업체는 품질 보증에 대한 통제력을 강화할 수 있습니다. 실제 적용 분야에서 이 기술은 정밀도와 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 유연하고 맞춤형 생산의 요구를 충족합니다. 비전 알고리즘과 광학 하드웨어가 지속적으로 발전함에 따라 산업 검사에서 광학 측정의 역할은 더욱 중요해질 것입니다.