레이저 변위 센서
제품 라인업
레이저 변위 센서에는 속도, 정도 그리고 모든 용도에서 탁월한 성능을 제공하는 능력이 요구됩니다. KEYENCE의 최첨단 기술로 제작된 LK-G5000은 모든 면에서 세계 최고를 지향합니다.
카메라 내장 레이저 변위 센서 IX 시리즈는 에어리어 내라면 어디라도 높이를 판별할 수 있습니다. 카메라로 대상 물체의 위치를 확인하고, 레이저가 추종하여 높이 정보를 취득함으로서 라인에서 작업 위치가 어긋나더라도 원하는 포인트의 높이를 레이저로 판별할 수 있습니다. 또한 워크의 기울기나 개체 차이 등으로 레이저가 닿는 높이가 바뀌어도 기준에 대한 높이의 차이를 1대로 판별할 수 있습니다. 예를 들어, 부품의 조립 라인에서는 유무 판별뿐만 아니라 부품 들뜸 등 높이 판별을 활용한 검사를 1대로 실현할 수 있습니다. 또한 금속 부품 등의 광택으로 인해 헐레이션이 생기거나, 검색하고자 하는 포인트와 배경이 동일 색상인 경우에도 검출 오류가 발생하지 않습니다. 이에 따라 인라인에서도 안정적인 자동 판별 검사를 실시할 수 있습니다.
KEYENCE의 1D 레이저 변위 센서(1D laser displacement sensors)는 대상의 높이, 위치 또는 거리를 비접촉 방식으로 측정할 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 1D 레이저 변위 센서(1D laser displacement sensors)를 여러 대 조합할 경우, 두께나 폭과 같은 측정도 가능합니다. 고정도 변위 센서는 크게 공초점 방식(Confocal)과 레이저 삼각 측정 방식(Laser triangulation)으로 나뉘며, 두 방식 모두 정확하고 안정적인 비접촉 측정 솔루션을 제공합니다. 하지만 적용 분야 및 대상 물체에 따라 측정에 적합한 방식이 달라질 수 있습니다.
아래는 각 방식의 종류, 측정 원리 및 장점에 대한 설명입니다.
멀티 컬러 공초점 방식(Multi-color Confocal Method)
공초점 변위 센서는 동일한 축에서 빛을 조사하고 수신합니다. 색은 저마다의 고유한 초점 거리를 가지고 있는데, 멀티 컬러 공초점 센서는 이러한 특성을 이용하여 여러 색상(파장)의 빛을 조사함으로써, 어떤 색상이 대상 물체에 초점을 맞추고 있는지를 감지한 후 거리를 측정합니다.
KEYENCE CL-3000 시리즈 멀티 컬러 레이저 동축 변위 센서는 기존 모델보다 더 밝은 광원을 사용하여, 표면 반사율에 관계없이 전체 범위에서 안정적인 측정 결과를 제공합니다.
레이저 삼각 측정 방식(Laser Triangulation Method)
대상 물체의 표면에서 반사된 빛의 각도를 이용해 위치를 계산하는 방식입니다. 센서에서 발사된 레이저 빛이 대상 물체의 표면에서 반사되고, 반사된 빛의 일부가 렌즈를 통해 센서 헤드의 수광 소자에 도달합니다. 이때, 대상 물체의 거리에 따라 반사 각도가 달라지며, 빛이 수광 소자에 도달하는 위치도 달라집니다. 이를 통해 대상 물체와의 거리를 계산합니다.
KEYENCE LK-G5000 시리즈 초고속·고정도 레이저 변위 센서는 고해상도 CMOS를 사용하여 미세한 위치의 변화도 안정적으로 측정할 수 있습니다.
공초점 표면 스캔 방식(Confocal Surface Scanning Method)
이 방식은 튜닝 포크를 이용해 렌즈를 빠르게 진동시킴으로써 측정 범위 내에서 레이저의 초점을 상하로 이동시키는 방식입니다. 반사된 빛은 핀홀에 집중되며, 초점이 대상 물체의 표면에 정확히 맞춰질 때 더 강한 빛이 핀홀을 통과합니다. 이때, 렌즈의 위치를 기록하여 대상의 위치를 계산합니다.
레이저 변위 센서(Laser Displacemet Sensors)의 장점
투명체나 광택이 있는 대상 물체 등, 다양한 재질과 용도에 맞춰 최적의 센서를 선택할 수 있다는 점이 레이저 변위 센서(Laser displacemet sensors)의 큰 장점입니다. 이를 통해 고정밀 비접촉 측정이 가능하며, 다양한 분야에 폭넓게 응용할 수 있습니다.
대상 물체의 재질이 금속과 같이 긁힘에 강한 단단한 재질이라면, 버니어 캘리퍼스(Vernier calipers)나 마이크로미터(Micrometer) 같은 접촉식 측정기 또는 LVDT와 같은 접촉식 변위 센서를 사용하여 인라인으로 측정할 수 있습니다. 하지만 대상 물체가 부드럽거나 민감한 경우에는 측정 압력으로 인해 오차가 발생할 수 있습니다. 따라서 웨이퍼나 박막, 헤어라인 금속 표면처럼 접촉으로 인해 품질에 영향을 받을 수 있는 민감한 대상 물체의 경우, 비접촉식 레이저 변위 센서(Non-contact laser displacement sensors)를 사용하면 오차나 손상 없이 안정적으로 측정할 수 있습니다. 또한 투명하거나 광택이 있는 표면도 비접촉 방식을 통해 안정적으로 측정할 수 있으므로, 레이저 변위 센서(Laser displacemet sensors)는 다양한 응용 분야에 활용될 수 있습니다.
KEYENCE CL-3000 시리즈 멀티 컬러 레이저 동축 변위 센서는 센서 헤드를 소형·경량으로 구현하였으므로 장비에 손쉽게 장착할 수 있으며, 대상 물체까지의 거리를 정밀하게 측정함으로써 높은 수준의 위치 제어를 실현할 수 있습니다.
CL-3000 시리즈 고정도 변위 센서는 분광 유닛을 분리하여 본체에 탑재하고, 센서 헤드에는 렌즈만 배치함으로써 소형화와 경량화를 실현했습니다. 빛이 동일한 축을 따라서 측정하기 때문에, 좁은 틈새의 높이도 사각지대 없이 측정할 수 있습니다. 또한, 열이나 전기/자기 노이즈의 영향을 받지 않으므로 안정적인 측정이 가능합니다.
장비 제어 측면에서는, 센서가 대상의 높이를 고속으로 측정하고 이 정보를 장비 제어 시스템에 실시간으로 전달함으로써, 단차가 있는 대상 물체나 이송 중에 기울어진 대상 물체도 실시간으로 측정할 수 있습니다. 이를 통해 자동화 공정에서도 품질을 안정적으로 유지할 수 있습니다.
레이저 변위 센서(Laser Displacemet Sensors)의 도입 사례
유리의 두께 측정(한쪽 면에 패턴이 있는 경우)
유리의 양면에 레이저 변위 센서(Laser displacemet sensors)를 배치하여 두께를 측정할 때, 유리 표면과 패턴 표면의 반사율이 다를 경우, 패턴 표면에서 트래킹 오류가 종종 발생합니다. 하지만 CL-3000 시리즈 레이저 변위 센서는 빛의 초점이 맞는 위치를 측정하는 멀티 컬러 공초점 방식을 사용하므로, 대상 물체에서 반사되는 빛의 강도 차이에 영향을 받지 않으며, 고정밀로 안정적인 측정을 실시할 수 있습니다. 이로 인해 트래킹 오류의 영향을 최소화하고, 검사에 대한 사이클 타임을 단축할 수 있습니다.
디스펜서 노즐(Dispenser nozzle)의 높이 측정 및 제어
정밀하고 고도화된 자동 코팅 공정을 실현하려면, 고성능 디스펜서 로봇뿐만 아니라 노즐과 함께 움직이며 눈의 역할을 수행하는 고정밀 변위 센서가 필요합니다. CL-3000 시리즈 레이저 동축 변위 센서를 디스펜서 노즐과 함께 설치하면, 대상의 높이를 실시간으로 측정하고 이를 장비 제어 시스템에 피드백함으로써 노즐의 높이를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 소형·경량인 센서 헤드는 디스펜서 노즐 옆에 손쉽게 장착할 수 있으며, 동작 정지 시 발생할 수 있는 잔류 진동을 줄이는 데에도 효과적입니다. 또한, 멀티 컬러 공초점 방식은 동축 방식을 통해 넓은 측정 범위를 제공하며, 투명체, 거울 같은 표면, 광택 있는 소재(경면체), 오목한 형상, 단차가 있는 대상 물체, 기울어지거나 곡면인 대상 물체 등 다양한 조건에서도 안정적인 높이 측정과 피드백 제어를 할 수 있습니다.
측정기・정밀 변위 센서 선택 방법 페이지에서는 자동차(차체·부품), 반도체, 의료 관련, 케이블/화이버, 철강·금속, 필름 및 시트, 전기·전자 부품 등 다양한 산업 분야에서 검증된 레이저 프로파일 센서(Laser profile sensors) 및 기타 레이저 변위 센서(Laser displacemet sensors), 측정 시스템(Measurement systems)의 솔루션을 소개합니다.
또한 두께, 폭, 높이, 단차, 외경, 내경, 스트로크, 위치 결정, 편차, 편심, 흔들림, 진동, 형상, 프로파일, 3D 검사 등 측정 항목별로도 적용 사례를 확인하실 수 있습니다.
레이저 변위 센서(Laser Displacemet Sensors)와 관련된 자주 있는 질문
CL-3000 시리즈 멀티 컬러 레이저 동축 변위 센서는 투명 유리뿐만 아니라, 다양한 재질과 복잡한 형상을 가진 대상 물체에 대해서도 높은 정밀도로 안정적인 측정을 실시할 수 있는 센서입니다. 특히 비접촉 방식을 사용하기 때문에, 유리처럼 깨지기 쉬운 재질을 측정할 때에도 표면 손상에 대한 걱정 없이 안전하게 사용할 수 있습니다. 이 CL-3000 시리즈 고정도 변위 센서는 하나의 컨트롤러에 최대 6개의 센서 헤드를 동시에 연결할 수 있으므로, 다양한 방식으로 평탄도를 검사할 수 있습니다. 예를 들어, 유리의 네 모서리와 중앙을 동시에 측정하거나, 끝단 6군데를 각각 측정하여 전체적인 평탄도를 정밀하게 분석할 수 있습니다. 이는 복잡한 형상이나 넓은 면적을 가진 대상 물체의 품질을 검사할 때 매우 유용합니다. 또한 CL-3000 시리즈 레이저 변위 센서의 센서 헤드는 작고 가벼운 구조로 설계되어 있어, 좁은 공간이나 로봇 암 같은 제한된 설치 환경에서도 쉽게 장착할 수 있습니다. 센서 헤드에는 전자 부품이 포함되어 있지 않고 광학 유닛만 배치되어 있기 때문에, 열이나 전자기적 노이즈(예: 전자파)의 영향을 받지 않으며 항상 안정적인 측정 결과를 제공합니다.
PCB(인쇄 회로 기판)나 Solder mask(솔더 마스크)는 반투명한 특성을 가지고 있으며, 다양한 색상의 얇은 보호 코팅재 유형의 재질로 구성되어 있습니다. 이로 인해 레이저가 내부로 침투하면서 난반사가 발생하게 되며, 이러한 반투명성과 색상 차이로 인해 측정값이 불안정해질 수 있습니다. 하지만 KEYENCE CL-3000 시리즈 멀티 컬러 레이저 동축 변위 센서는 여러 파장의 레이저 빛을 조사하고, 그중 대상 표면에 정확히 초점을 맞춘 특정 파장만을 선택적으로 측정합니다. 이 방식 덕분에 PCB뿐만 아니라 빛이 쉽게 침투하는 유리, 실리콘 웨이퍼, 마이크로 렌즈 등에 대해서도 높은 정밀도로 안정적인 측정을 실시할 수 있습니다. 심지어 비눗방울처럼 매우 민감한 표면의 변위도 물리적 접촉 없이 측정할 수 있을 정도로 섬세합니다.
거리 측정 변위 센서(Distance displacement sensors)의 목적은 대상 물체가 기준점으로부터 얼마나 이동했는지를 측정하는 것입니다. 이 센서들은 설계 특성상 마이크로미터(μm) 또는 나노미터(nm) 단위의 매우 미세한 변위까지 측정할 수 있으며, 일부 고급 모델은 나노미터보다 더 정밀한 수준까지도 측정할 수 있습니다. 특히 제조 분야에서는 이러한 센서를 통해 물체의 정확한 위치를 측정할 수 있으며, 이는 다양한 애플리케이션에 활용됩니다. 예를 들어, 장비가 정해진 범위 내에서 제대로 작동하고 있는지를 모니터링하거나, 제품의 품질을 검사하고 관리하는 데 사용됩니다. 이 중에서도 품질 관리와 관련된 용도는 특히 중요하며, 이는 계측학과도 관련이 있습니다. 즉, 제품의 정확한 규격을 확인하기 위해 변위를 측정함으로써, 제품이 설계 기준에 맞는지를 판단할 수 있습니다.
적절한 변위 센서(Displacement sensors)를 선택하기 위해서는, 측정 대상과 용도에 맞는 센서와 측정 방식을 선택하는 것이 중요합니다. 이를 위해 고려해야 할 요소는 여러 가지가 있지만, 그중에서도 측정 범위, 해상도, 정확도는 가장 핵심적인 요소입니다. 측정 범위는 센서가 감지할 수 있는 거리의 폭을 의미하며, 대상이 움직이는 범위를 충분히 커버할 수 있어야 합니다. 해상도는 센서가 감지할 수 있는 가장 작은 변화의 단위를 의미하며, 미세한 변화를 얼마나 정밀하게 측정할 수 있는지를 결정합니다. 정밀도는 측정값이 실제 값과 얼마나 가까운지를 나타내며, 품질 관리나 정밀 가공 등에서 매우 중요한 요소입니다. 하지만 앞서 언급했듯이, 모든 측정 방식이 모든 재질에 적합한 것은 아닙니다. 일부 센서는 특정 재질을 측정하는 데 더 적합하며, 반대로 다른 재질에서는 오차가 발생할 수 있습니다. 또한, 동적 변위(Dynamic displacement, 움직이는 대상의 변위)를 측정하는 경우에는 샘플링 속도 또한 중요한 고려 대상 요소이며, 이러한 경우에는 빠르게 변화하는 데이터를 정확하게 포착할 수 있도록, 그만큼 빠른 샘플링 속도를 구현할 수 있는 센서를 선택해야 합니다.
공초점 센서(Confocal sensors)와 레이저 삼각 측정 센서(Laser triangulation sensors)는 모두 비접촉식 레이저 변위 센서(Non-contact laser displacement sensors)이지만, 작동 원리가 근본적으로 다르기 때문에 적용 분야도 다릅니다. 레이저 삼각 측정(Laser triangulation) 방식은 센서가 대상 물체의 표면에 레이저를 조사하고, 그 빛이 반사되어 수광 소자에 도달하는 각도를 측정하는 방식입니다. 반사된 빛의 각도 변화는 대상 물체 표면의 위치 변화에 비례하므로, 이를 통해 변위값을 계산할 수 있습니다. 이 방식은 측정 속도가 빠르다는 장점이 있어, 고속 응용 분야에 적합합니다. 반면, 공초점(Confocal) 방식은 센서가 다양한 파장의 빛을 조사하고, 그중 어떤 파장이 대상 물체의 표면에 정확하게 초점을 맞추었는지를 감지하여 위치를 판단하는 방식입니다. 초점이 맞는 파장이 바뀌는 것을 통해 대상 물체의 위치 변화를 측정하는 방식입니다. 공초점 센서(Confocal sensors)는 원통형 튜브 안에 여러 개의 광학 렌즈가 정밀하게 배열된 구조를 가지고 있으므로, 측정 안정성이 매우 뛰어납니다. 하지만 이러한 구조적인 특성 때문에 측정 속도는 비교적 느릴 수 있으며, 고속 측정이 필요한 경우에는 레이저 삼각 측정(Laser triangulation) 방식이 더 유리할 수 있습니다.
