품질 검사
AOI 비전 검사: 기계는 어떻게 한눈에 결함을 찾아내는가
코드 디스크의 핀홀, 잔류 크롬, 스크래치는 수 μm에서 수십 μm에 불과한 경우가 많아, 사람의 눈으로 오래 보면 피로해지고 놓치기도 합니다. 자동 광학 검사(AOI)는 ‘조명, 촬상, 비교, 분류’의 네 단계로 결함을 찾아내고 위치를 기록합니다. 이 글에서는 그 원리와 AOI·육안 검사 각각의 장점과 한계를 설명합니다.
2500라인 코드 디스크의 경우 판독 반경 20 mm에서의 선폭은 25 μm 정도에 불과합니다. 이런 눈금선 수천 개 가운데서 수 μm짜리 핀홀 하나를 찾으려면 검사자가 현미경 아래에서 한 칸씩 살펴봐야 하고, 오래 보다 보면 눈이 피로해지고 판단도 흐트러집니다.
AOI(자동 광학 검사)는 이 ‘다른 그림 찾기’를 카메라와 알고리즘에 맡기는 것입니다. 먼저 이미지를 찍고, 기준 이미지와 비교하고, 차이가 큰 곳을 박스로 표시한 뒤, 마지막으로 어떤 결함인지 판정합니다(그림 1 참조).
1단계: 조명, 결함을 ‘눈에 띄게’
결함이 보이느냐는 조명이 결정합니다. 글래스 코드 디스크는 보통 배면 투과 조명을 씁니다. 크롬 선은 빛을 막아 검게, 유리는 빛을 통과시켜 밝게 보입니다. 핀홀은 검은 선 안의 밝은 점이 되고 잔류 크롬은 밝은 슬릿 안의 검은 점이 되어 콘트라스트가 크기 때문에 가장 검출하기 쉽습니다.
메탈 반사형 코드 디스크는 동축 반사 조명을 씁니다. 표면 스크래치와 파티클에는 사광 조명을 하나 더 추가하는 경우가 많습니다. 평평한 면은 빛을 정반사해 내보내지만, 스크래치와 파티클은 빛을 렌즈 쪽으로 산란시켜 어두운 배경 위에 밝은 선으로 드러납니다. 많은 장비가 여러 조명을 조합해 각각 다른 결함을 잡습니다.
2단계: 촬상, 픽셀은 결함보다 작게
결함을 안정적으로 검출하려면 보통 이미지에서 최소 몇 픽셀은 차지하기를 바랍니다. 예를 들어 5 μm 결함을 잡으려면 픽셀 하나에 대응하는 크기를 1–2 μm로 만들어야 합니다. 이때 폭 4000픽셀 카메라라도 시야는 4000 × 2 μm = 8 mm에 불과하므로, 디스크 전체를 여러 시야로 나누어 찍거나 디스크를 회전시키며 라인 스캔 카메라로 연속 스캔해야 합니다.
배율이 높을수록 피사계 심도는 얕아집니다. 디스크가 조금만 평탄하지 않아도 국부적으로 초점이 어긋나므로, 고배율 검사에서는 고정과 초점 맞춤에도 요구 사항이 있습니다. 분해능, 시야, 검사 시간 세 가지를 함께 저울질해야 합니다.
3단계: 비교, ‘다른’ 곳 찾기
흔히 쓰는 판정 방법은 세 가지입니다.
- 기준 이미지와 비교: 기준 이미지는 설계 데이터나 합격으로 확인된 디스크에서 얻습니다. 촬상 이미지와 기준 이미지를 정렬한 뒤 픽셀 단위로 빼서, 차이가 임계값을 넘는 영역을 의심 지점으로 봅니다. 정렬이 매우 정확해야 하며, 그렇지 않으면 모든 눈금선 에지에서 차이가 나타납니다.
- 주기 비교: 인크리멘탈 트랙은 반복 패턴이므로 각 주기를 이웃 주기와 비교해 ‘모양이 다른’ 칸을 표시할 수 있습니다.
- 규칙 판정: 선폭, 간격, 밝은 점의 면적을 직접 측정해 설정 범위를 벗어나면 경보를 냅니다.
4단계: 분류와 기록
의심 지점을 찾으면 알고리즘이 그 면적, 가로세로 크기, 명암, 형상을 추출합니다. 주변보다 밝고 둥근 것은 대개 핀홀, 주변보다 어둡고 슬릿 안에 있는 것은 대개 잔류 크롬이나 파티클, 가늘고 긴 것은 대개 스크래치입니다. 여기에 판독 영역 안에 있는지, 몇 개인지를 더해 판정을 내립니다.
AOI는 각 결함의 좌표와 이미지도 저장합니다. 모든 디스크의 같은 위치에 같은 결함이 있다면 대개 포토마스크의 문제이고, 위치가 무작위로 분포한다면 파티클과 청정도에서 비롯되었을 가능성이 큽니다. 이런 기록은 추적성 확보와 공정 개선에 매우 유용합니다.
육안 검사와 비교
| 항목 | AOI | 육안 검사 |
|---|---|---|
| 일관성 | 파라미터가 같으면 결과가 재현됨 | 경험과 피로의 영향을 받음 |
| 속도 | 빠르고 양산에 적합 | 느림 |
| 기록 | 좌표와 이미지를 자동 저장 | 수기 기록에 의존 |
| 오경보 | 먼지, 물자국에도 경보가 날 수 있음 | 닦아낼 수 있는 오염을 구별할 수 있음 |
| 새로운 결함 | 알고리즘이나 규칙을 조정해야 함 | 경험으로 판단할 수 있음 |
AOI에도 보이지 않는 것이 있습니다. 디스크 측면의 치핑, 평면도, 광학 밀도 수치는 다른 장비로 측정해야 합니다. 임계값을 너무 엄격하게 잡으면 오경보가 많아지고, 너무 느슨하게 잡으면 검출 누락이 생깁니다. 그래서 흔히 AOI로 먼저 선별한 뒤 경보가 난 지점을 사람이 현미경으로 재판정합니다.
정리
AOI의 핵심은 ‘비춰 낼 수 있고, 선명하게 찍을 수 있고, 정확하게 비교할 수 있고, 제대로 구분할 수 있는 것’입니다. AOI는 외관 검사를 재현 가능하고, 기록이 남고, 추적 가능한 것으로 만들어 주지만, 임계값 설정과 사람의 재판정은 여전히 빠질 수 없습니다. AOI 결과를 볼 때는 ‘합격 여부’뿐 아니라 결함의 위치 분포에도 주목할 필요가 있습니다.
중국어 원문 기사 번역 (0031). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com
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