Contrast Sensor란? 마크 검출 원리

Contrast Sensor란 대상물에 빛을 조사하고 배경과 인쇄 마크에서 반사되는 광량 차이를 비교하여 마크의 위치를 검출하는 센서입니다. Registration Mark 검출 원리와 활용방법을 알아봅니다.

Contrast Sensor란 무엇이며 어떤 역할을 할까?

Contrast Sensor는 제품이나 포장재 표면에 인쇄된 Mark와 Background 사이의 명암 또는 반사광 차이를 검출하는 광학센서입니다. 산업현장에서는 Contrast Mark Sensor, Registration Mark Sensor 또는 Mark Sensor라고도 부릅니다. 센서 내부의 Light Source가 대상물에 빛을 조사하면 표면의 색상과 밝기, 재질에 따라 서로 다른 양의 빛이 반사됩니다. Receiver는 이 반사광을 전기신호로 변환하고 내부 Signal Processing Circuit은 미리 설정된 기준과 비교하여 Mark가 센서 위치를 통과했는지 판단합니다. 특히 Packaging Machine에서 Film에 인쇄된 Registration Mark를 찾아 절단, Sealing, Labeling 위치를 동기화하는 용도로 많이 사용됩니다. 이 밖에도 인쇄물 위치확인, Label 정렬, Tube 절단위치, 제품의 인쇄표시 확인 등에 활용됩니다. 단순히 물체가 있는지를 검출하는 일반 Photoelectric Sensor와 달리 물체 표면에서 발생하는 작은 Contrast 변화를 빠르게 구분하는 것이 핵심적인 역할입니다.

배경과 마크의 반사광 차이를 어떻게 검출할까?

Contrast Sensor의 기본원리는 대상물 표면에서 돌아오는 반사광의 차이를 비교하는 것입니다. 센서가 Background에 빛을 조사했을 때 Receiver가 일정한 광량을 검출하고 인쇄된 Mark가 지나가면서 반사광이 증가하거나 감소하면 내부 회로가 그 변화를 감지합니다. 예를 들어 밝은 배경 위에 검은색 Mark가 있다면 일반적으로 Mark에서 돌아오는 광량이 더 작아질 수 있습니다. 반대로 어두운 배경 위의 밝은 Mark에서는 수광량이 증가할 수 있습니다. 센서는 Background Level과 Mark Level 사이에 Switching Threshold를 설정하고 측정값이 이 기준을 통과하면 Digital Output을 전환합니다. Teach-in 기능을 지원하는 제품에서는 배경과 Mark를 각각 학습시켜 적절한 Threshold를 자동으로 결정할 수도 있습니다. 중요한 점은 센서가 반드시 검은색 Mark만 검출하는 것은 아니라는 것입니다. 핵심은 Mark와 Background 사이에 센서가 구분할 수 있을 정도의 Optical Contrast가 존재하는지 여부입니다.

RGB·백색광 광원을 사용하는 이유는 무엇일까?

Mark와 Background가 서로 다른 색상이라도 단순한 밝기차이는 크지 않을 수 있습니다. 예를 들어 사람의 눈에는 서로 다른 색으로 명확하게 보이지만 특정 파장의 빛에서는 비슷한 반사율을 나타낼 수 있습니다. 이러한 문제를 줄이기 위해 산업용 Contrast Sensor에는 White LED나 Red·Green·Blue 광원을 사용하는 제품이 있습니다. RGB 방식에서는 대상물에 적절한 파장의 빛을 선택하여 Mark와 Background 사이의 Contrast를 크게 만들 수 있습니다. 센서가 여러 광원을 자동으로 비교하고 가장 큰 신호차이를 만드는 색상을 선택하는 제품도 있습니다. 예를 들어 특정 색상의 인쇄 Mark가 Green Light에서는 배경과 큰 반사차이를 만들지만 Red Light에서는 차이가 작을 수 있습니다. 따라서 광원선택은 안정적인 Registration Mark 검출에 중요한 요소가 됩니다. 다만 RGB Contrast Sensor는 여러 색상을 정확한 색좌표로 판별하는 Color Sensor와 목적이 다릅니다. Contrast Sensor는 색의 이름을 식별하기보다 공정제어에 필요한 Mark와 Background의 차이를 빠르게 검출하는 데 중점을 둡니다.

Contrast Sensor와 Color Sensor는 무엇이 다를까?

Contrast Sensor와 Color Sensor는 모두 대상물에서 반사되는 빛을 이용하지만 처리하는 정보와 사용목적이 다릅니다. Contrast Sensor는 주로 Background와 Mark 사이의 상대적인 밝기나 반사광 차이를 검출하여 하나의 기준위치를 찾는 데 사용됩니다. 포장 Film이 고속으로 이동할 때 Registration Mark가 센서 앞을 지나가는 순간을 검출하고 PLC나 Motion Controller가 그 신호를 이용해 Cutter와 Sealing 장치를 동기화하는 것이 대표적인 예입니다. 반면 Color Sensor는 RGB 등의 색 정보를 분석하여 빨강, 파랑, 녹색처럼 여러 색상 또는 미세한 색차를 구분하는 데 적합합니다. 따라서 단순한 인쇄 Mark 위치검출에는 Contrast Sensor가 효율적이고 제품 자체의 색상별 분류가 목적이라면 Color Sensor를 검토할 수 있습니다. 그러나 센서 제조사에 따라 기능이 일부 겹칠 수 있으며 RGB 광원을 사용하는 Contrast Sensor도 존재하므로 광원 종류만 보고 Color Sensor라고 판단해서는 안 됩니다.

마크센서를 설치할 때 무엇을 확인해야 할까?

Contrast Sensor를 설치할 때는 Sensing Distance와 Light Spot의 크기, Mark의 폭 및 제품 이동속도를 확인해야 합니다. Spot이 Mark보다 지나치게 크면 배경과 Mark를 동시에 측정하여 Contrast가 감소할 수 있습니다. 반대로 매우 작은 Spot은 미세한 위치변화나 진동의 영향을 크게 받을 수 있습니다. 광택이 강한 Film이나 Foil에서는 Specular Reflection으로 수광량이 급격하게 달라질 수 있으므로 센서의 설치각도를 조정하거나 제조사가 권장하는 Mounting 방법을 적용해야 합니다. 고속 Packaging Line에서는 Response Time과 Switching Frequency가 충분히 빨라야 하며 PLC Input Filter와 Scan Time도 함께 고려해야 합니다. Light ON·Dark ON 설정은 Mark에서 출력이 발생하도록 공정조건에 맞춰 선택하고 NPN·PNP Output 역시 PLC Input 방식과 일치시켜야 합니다. 결국 Contrast Sensor는 배경과 인쇄마크 사이의 작은 반사광 차이를 빠르게 검출하여 절단·포장·인쇄·라벨링 공정의 정확한 기준위치를 제공하는 산업용 광학센서입니다.