전북대학교 - 자동차 유리 마크 자동검사 시스템

Author(s):
김성진 연구원 - 전북대학교 TIC센터 연구개발실

Industry:
Manufacturing

Products:
LabVIEW, Vision Development Module

The Challenge:
마크의 인쇄 상태를 가열로 진입 이전에서 검사하기 위하여 머신 비전 시스템을 통해 컨베이어 상에서 이동하는 유리의 마크 이미지를 획득하고 이를 분석하여 불량 유무를 판정하는 시스템을 개발하고자 하였다.

The Solution:
본 개발 시스템은 컨베이어 상에서 이동하는 유리에 인쇄된 마크에 대하여 머신 비전을 통해 이미지를 획득하여 이를 분석하고 불량 유무를 판별함으로써 공정 중에 발생하는 제품의 불량을 조기에 감지하여 조치할 수 있게 해주고, 제품의 양불 기준을 규정화하여 제품의 품질을 향상시키도록 하였다.

요약 :
컨베이어 상에서 이루어지는 자동차 유리의 마크 인쇄 과정은 다양한 불량 요소를 내포하고 있다. 본 개발 시스템은 컨베이어 상에서 이동하는 유리에 인쇄된 마크에 대하여 머신 비전을 통해 이미지를 획득하여 이를 분석하고 불량 유무를 판별함으로써 공정 중에 발생하는 제품의 불량을 조기에 감지하여 조치할 수 있게 해주고, 제품의 양불 기준을 규정화하여 제품의 품질을 향상시키도록 하였다. 또한 통계 관리를 통해 제품의 생산 수량 및 각종 데이터를 관리하도록 하였다.

개발 배경 :
자동차 유리 생산에 있어 제조자 및 생산LOT 관리를 위해 마크를 실크스크린 방법으로 인쇄하고 있다. 이러한 작업 과정에서 마크가 찌그러짐이나 핀홀 등의 불량요인이 발생되고 있다. 기존 라인의 경우 컨베이어 상에서 인쇄 작업이 이루어져 작업자가 이송 중인 제품상의 마크를 육안으로 확인할 수 없었고, 품종 교환 등의 작업 교체 시기 샘플링 검사를 해야 했으며, 게다가 인쇄 작업 후 가열로를 통해 경화 작업이 이루어져 경화된 제품에 대하여 육안 검사를 통해 불량을 파악할 수 밖에 없었다. 불량을 발견하여도 가열로 내부의 제품(100여장)을 모두 불량으로 인정하고 이를 폐기한다.
그래서 이러한 마크의 인쇄 상태를 가열로 진입 이전에서 검사하기 위하여 머신 비전 시스템을 통해 컨베이어 상에서 이동하는 유리의 마크 이미지를 획득하고 이를 분석하여 불량 유무를 판정하는 시스템을 개발하고자 하였다.
또한 라인에 대한 생산 수량, 불량률 등과 같은 생산 데이터를 수집하여 이를 통계 처리 하여 제품에 대한 품질을 균일화시키고, 이를 통해 전반적인 제품의 품질 향상을 도모하고자 하였다.

본론 :

하드웨어
본 개발 시스템은 컨베이어 상에 이송 중인 유리의 마크에 대한 이미지를 수집하고 이를 통해 마크의 불량요인(Appearance, Position)을 검사하고 양불을 판별하며, 생산 데이터를 수집하여 생산 관리를 통계적 기법을 통해 명확히 하고자 하였다. 그리고 기존의 생산 라인과 인터페이스를 통해 불량 발견 시 작업자 알람 및 라인정지 등을 통해 작업자가 불량 요인을 조치하여 제품의 품질을 향상시키고자 하였다.

1. 검사 항목 / 측정 환경
유리 마크의 검사 항목은 아래와 같다.
- 마크 Apperance : 찌그러짐, 회전, 핀홀, 글자 단락 등
- 마크 Position : 제품별 마크 인쇄 지정 위치 ± 0.5mm 이내
- 검사 적용 모델 : 200여종
- 컨베이어 구동 속도 : 200㎜/s

2. 시스템 구성
컨베이어 상에서 유리의 인쇄 작업과 경화를 위한 가열로까지는 컨베이어의 운전이 가속으로 이루어지고 있으며 제품을 정지하여 측정할 수 있는 공간적 여유와 시간적인 여유가 주어지지 않아서 컨베이어 상에서 이송하는 유리에 대해 마크 이미지를 추출하도록 시스템을 구성하였다.
시스템은 유리 진입 감지 센서, 조명, 카메라로 구성하였으며, 기존 제어반과는 DIO 접점을 통해 인터페이스를 하였다. 시스템 개략도는 아래의 그림과 같다.

그림 1. 시스템 개략도

소프트웨어
프로그램의 화면 구성은 작업자의 편의를 고려한 GUI를 채택하였으며 검사 이미지, 측정 데이터, 검사 결과, 생산 수량 등의 정보를 파악하고, 다양한 품종의 적용을 위해 품종 데이터를 각각 저장하고 작업 시 이를 불러와서 바로 적용하고자 하였다. 또한 비전의 경우 환경 변수를 무시할 수 없어 설정 값(Template Image 등)을 조정할 수 있도록 하였다.

그림 2. 프로그램의 화면 구성

1. 시스템 기능
- 비전 검사 : 마크 Appearance, 마크 Position
- 측정 항목 설정 기능 : 각 측정 항목별 측정 환경 설정 기능
- 생산 관리 기능 : 생산 수량, 불량률, 작업 시간 등 생산 관리 기능
- 품종 설정 기능 : 200여종의 다품종에 대한 측정 데이터 보관 / 설정
- 측정 이력 기능 : 기존 작업 데이터 불러오기
- 주기 : 2.5초
- Distance Resolution : 0.1mm

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
(1) 제품 품질 향상
- 제품 전수 검사 진행 : 기존 샘플링 검사
- 제품 검사 기준 확립 : 기존 사용자 감성 검사
- 제품 품질 균일화
(2) 생산 관리 효율화
- 제품 불량 요인 조기 조치를 통한 생산 원가 감소 (폐기율 감소)
- 생산 데이터를 기반으로 생산 관리 원활
- 생산 중인 제품 마크 모니터링 가능(기존의 경우 Line 정지 및 제품 취출을 통한 검사)
- 작업자 부담감 해소 : 인쇄 불량 검출에 대한 작업자 부담 해소

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김성진 연구원
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