제조업계의 비전 검사 시스템

제조업계에서 근무하면서 비전 검사에 대해서 여러 가지 업무를 했다. 비전 검사기는 관련 기술이 발달하면서 여러 종류의 검사공정에서 널리 사용하고 있는데, 그에 비해 아직은 관련된 세부적인 표준과 기준이 확실히 마련되어 있지 않다고 생각한다. 비전 검사를 관리하면서 품질관리 측면에서 필수라고 생각하는 것들을 순서대로 정리해 보았다.

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촬영 화면(화상)의 일관성 확보

생산라인에서 수 차례의 세트 교체에도 불구하고 이전에 생산했던 때의 비전검사 촬영 화면을 똑같이 유지하는 것은 어렵다. 보통 검사 관련 조정을 작업자의 감으로 맞추기 때문에 작업자는 검사기를 세팅할 때 NG마스터는 NG로 배출되고 양품은 OK로 어떻게든 통과시키기만 하면 그만이다. 하지만 이런 방식의 조정은 품질 문제를 일으킨다.

1. 아날로그 조정의 최소화
세트 교체 시에도 카메라의 밝기, 초점, 대상물과의 거리를 일정하게 유지할 수 있도록 검사부를 설계해야 한다. 카메라와 대상물과 조명을 제각각 조정할 수 있게 하면 안 되고 자유도를 최대한 줄여야 한다. 초점 조절자는 손을 대지 못하도록 조치하고, 카메라의 위치는 조절자 대신 전동 실린더를 활용해서 세트 교체하는 모델에 카메라 위치를 저장해놓도록 하면 좋다.

2. 대상물 위치 변동의 최소화
일반 촬영일 경우 대상물이 지나가는 컨베이어의 폭을 최소화하고 이전 포지션에서 최대한 일정한 위치에 제품을 공급해주도록 한다. 또는 촬영부가 제품을 안착시킨 후 촬영하는 타입일 경우에는 대상물의 유격이 없도록 안착부 설계를 최적화한다. 파노라마 촬영(라인 스캔) 일 경우에는 어떤 조건에서도 일정한 속도로 회전시킬 수 있도록 구동부를 설계하고 회전 시 대상물이 슬립 되지 않도록 이전 포지션에서 유수분을 최대한 제거해야 한다.

대상물의 명확한 기준점 설정

카메라와 대상물에 대한 최적화가 되면 이번에 생산할 때 화면이 저번에 생산했을 때와 같을 것이고, 다음 달에도 같은 화면으로 검사를 할 수 있게 되어 작업자에 의한 변화점을 최소화할 수 있다. 이제는 비전 프로그램에서의 조작이다.

1. 대상물의 특징 파악
비전 검사의 종류가 어떠한 특징의 유무만 판별하고 그 특징을 촬영하기 위해 대상물의 정렬도 필요 없는 수준이라면 그 특징 자체를 기준 위치로 설정하여 간단하게 OK/NG를 판정할 수 있다. 하지만 보통 대상물의 판정 대상 특징은 촬영 시마다 일정 범위 내에서 위치가 회전하거나 다른 방향으로 정렬되는 경우가 많다.

2. 기준 패턴의 설정
이때 명확하게 인식할 수 있는 대상물의 기준 패턴을 설정해야 한다. 촬영 조건에 따라 다르지만 기준 화상과 촬영 화상의 매칭 또는 유사도가 항상 90% 이상이 될 수 있는 패턴으로 설정해야 품질적인 Risk가 적어진다. 보통은 양품에나 불량에나 무조건적으로 존재하는 기준 패턴을 찾아 설정하고, 카메라가 기준 패턴을 찾지 못한 경우 대상물 또는 검사기능의 심각한 이상으로 인식하여 자동라인이 정지되고 작업자가 대상물과 검사 상태를 직접 확인하도록 프로세스화 해야 한다.

촬영 이미지 후처리 최적화

카메라 조명의 설정 이외에도 소프트웨어에서 이미지의 밝기, 대조, 기타 필터 등을 추가로 설정할 수 있다. 검사 대상 특징의 식별을 최대화하고, 노이즈를 최소화하는 것은 이미지 후처리를 활용해서 해야 한다. 만일 카메라가 이미 최적화된 상태에서 대상물의 노이즈로 인해 양품이 NG로 판정된다고 해서 초점을 일부러 흐리게 하는 등 카메라를 직접 조작하면 안 되고, 비전 시스템 메이커에 연락해서 소프트웨어에서 후처리로 노이즈를 없앨 방법을 컨설팅받아야 한다.

비전 검사능력 보증 체계 확보(마스터 점검)

1. 검사 항목별 전체 마스터 구비
비전 검사기 세팅이 완료되면 해당 검사에서 검출하는 모든 항목에 대한 OK, NG마스터가 있어야 한다. 비전검사 시 대상물의 치수까지 계측하는 경우에는 계측 값과 실제값을 일치화 시킨 후 상하한에 대한 NG마스터가 각각 있어야 하고, 특성 유무, 형태, 위치 등 고객이 요구하는 모든 항목, 도면 규격에 대한 NG마스터가 있어야 한다.

2. 마스터 점검 주기 설정
자동 라인 가동 중에는 반드시 적절한 주기로 해당 마스터 점검이 이루어져야 한다. 적절한 주기란 로트 변경 시나 Shift 변경 시 그리고 검사 관련 조명, 렌즈의 오염이나, 지그의 마모 주기를 고려하여 품질, 생산, 생산기술 부서 간 협의로 주기를 설정한다. 가능하다면 Auto 마스터 체크 시스템을 도입하여 마스터 점검 누락의 방지와 동시에 작업 Load를 줄이고 가동률을 올리는 투자를 진행하는 것도 좋다.

적절한 NG배출, 처리 방법 표준화

검사 항목의 중요도에 따라서 또는 기타 설비 특성에 따라서 NG배출 방법을 설정한다. 라인에서 NG판정 시 자동으로 배출하고 계속 가동을 할 것인지, 알람을 발생시키며 정지할 것인지를 정한다. 배출된 부적합품에 대해서는 즉시 폐각할 것인지, 육안 확인 후 검사기에 재투입할 것인지, 수동 검사까지 실시할지 등 처리 방법까지 명확히 설정되어야 한다.

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정리

비전 검사기는 사람에 의한 육안 검사를 대체하여 고정비를 줄이면서 검사 정확도까지 향상하는 좋은 수단이다. 하지만 잘못된 검사 방법은 품질 확보를 어렵게 해서 완전히 사람을 대체하지 못하고 검사기 도입에 대한 효율성을 떨어뜨린다.

요점은 비전 검사기를 다이얼 게이지처럼 만들어야 한다는 것이다. 누가 측정하든지 같은 결과를 내놓고 최소한의 검교정만 실시하면 언제라도 신뢰성 있는 측정값을 내놓는 비전 검사가 되어야 한다는 것이다.

최근 비전 시스템 검사 툴을 통한 논리에 기반한 검사가 아닌 AI학습을 통한 딥러닝을 활용한 검사도 도입하는 업체가 늘어나고 있다. 하지만 개인적으로 딥러닝은 고객에 정확한 검사 프로세스를 납득시키기 어려운 부분이 있다고 생각하며, 굳이 딥러닝을 도입하지 않더라도 99.99% 이상의 정확도를 확보할 수 있는 비전 검사 수준이 제조업계 대다수이다. 비전 검사가 제조업계에 많이 쓰이고 있는 만큼 관련된 별도의 표준이 빨리 수립되어야 한다고 생각한다.