Evolution: 머신비전의 진화

머신비전과 스캐닝의 새로운 앞날

머신비전과 센서와 공장자동화의 연관성은 이제 두 말 하면 입 아플 수준이 되었다. 불과 수 년 전까지만 하더라도 인간의 눈을 대체하는 것은 불가능하다고 여겨졌지만, 이제는 인간의 눈보다 훨씬 정교한 작업을 수행함으로써 새로운 가능성을 제시하고 있다. 머신비전과 센서 그리고 스캐닝 기술의 현주소에 대해 알아보자.

목차
1. 문제 해결 도구로써의 HMI
2. 비전 가이드 로봇의 시대가 온다
3. 센서: 측정에서 정보수집까지
4. 영상 기반 판독기, 운송의 능률을 높이다
5. 식품 안전 개선, 단번에 끝장내자

1. 문제 해결 도구로써의 HMI

비전시스템 및 원격 기술은 HMI가 진단을 위한 도구로 발돋움할 수 있게 만들었다.

영상을 진단 도구로 사용해 조립라인 중 일부에서 일어나는 문제를 해결할 수 있다. 오류가 일어나거나 제조공정을 제어하는 것이 한계에 부딪힐 때마다 비전시스템이 녹화를 시작한다. 이러한 방법을 통해 문제를 조기에 파악및 수정할 수 있다.

이 시나리오는 ‘먼 미래에는 가능한, 현재와는 크게 벗어나있는 기술’과는 상당한 거리가 있다. 제조업계는 이미 이러한 기술을 활용하고 있다.

미쓰비시 일렉트릭 오토메이션의 제품 담당 책임자인 Deana Fu는 “이제는 오류의 원인을 파악하고 예방책을 세우기 위해 작업자가 HMI로 다가가 녹화한 영상을 재생할 수 있는 시대가 온 것”이라고 말했다.

첨단 시스템을 더욱 신속히 완성하기 위해 그래픽 오퍼레이터 인터페이스(GOT)에 대한 사전에 구성된 템플릿을 개발했다. 이 템플릿은 코그넥스의 In-Sight 비전시스템과 함께 작동한다. Deana Fu는 “이 비전 카메라는 이더넷을 통해 GOT와 직접적으로 연결할 수 있다”며, “화면을 통해 매개변수를 수정 및 편집할 수 있다”고 말했다.

현대의 HMI는 공정을 감시 및 관찰하는 기술자와 작업자에게 한 단계 더진보한 문제해결의 열쇠를 제공한다. 특정 영역에서의 디스플레이뿐 아니라 원격 연결을 통해서도 문제를 해결할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 이에 대해 Fu는 “더 이상 PLC와 VFD의 문제를 해결하기 위해 제어반과 물리적으로 연결하는 것에 대해 걱정할 필요가 없다”고 말했다.

작업자와 기술자들은 원격 접속을 활용해 현장 밖에서 진단도구를 사용함으로써 문제 해결에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있다.

GE Intelligent Platforms의 OI/HMI 제품 관리자인 Tom Craven은 “업그레이드에는 물론 비용이 발생하지만, 이는 단 한 번의 현장 출장 서비스 비용에 불과하다. 바꾸어 말하면, 한 번의 출장 서비스를 방지하는 것만으로도 업그레이드 비용을 상쇄할 수 있는 셈”이라고 말했다.

이러한 모니터링은 OEM 업체에게 더 많은 유지 및 관리 서비스를 제공할 뿐 아니라 장비가 원자재 판매를 목적으로 하는 이들에게도 도움을 준다. Craven은 “HMI는 과거 대량의 화학약품 판매에만 적용되었을 뿐”이라며, “오늘날에는 현장의 각 지점에서 쓰인 실제 화학물질의 양을 계산하고 재고관리를 하는 데에도 사용할 수 있다”고 말했다.

Craven은 “소비자 기술(Consumer Technologies)을 꾸준히 적용 및 적응하는 것이 HMI 업그레이드에 대한 결정 및 판단에 대한 공식을 바꾸어놓고 있다”고 말했다. “전화기가 더 이상 통화 용도로만 쓰이지 않는 것처럼, 오퍼레이터 인터페이스는 단순히 기계 상태를 알려주는 창이 아닌 전략적인 포털 역할을 한다”는 것이 Craven의 설명이다.

이 시나리오는 ‘먼 미래에는 가능한, 현재와는 크게 벗어나있는 기술’과는 상당한 거리가 있다. 제조업계는 이미 이러한 기술을 활용하고 있다.

작업자와 기술자들은 원격 접속을 활용해 현장 밖에서 진단도구를 사용함으로써 문제 해결에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있다.

머신비전 기술이 어떻게 산업용 픽 앤 플레이스 로봇 공정은 물론, 로봇 시장 전체에 확대 적용되고 있는지 살펴본다.

산업용 로봇의 선구자는 유니메이션이다. 초기 개발자들 중 하나라고 일컫는 것(비록 최초로 개발한 이들은 아닐지 몰라도). 회사는 자사가 개발한 로봇을 프로그래밍할 수 있는 수송장치(프로그래머블 트랜스퍼 머신)라 칭했다. 이 장치는 기본적으로 개체를 한 지점에서 다른 지점으로 옮기는 역할을 했다.

유니메이션이 프로그래밍 가능한 수송장치를 개발 및 도입한 이후, 픽 앤 플레이스 로봇은 수많은 기술의 발전을 겪어왔다. 현존하는 모든 로봇에 영향을 미칠 정도로 커다란 발전 중 하나로는 새로운 비전 기술의 도입이 있다.

내쇼날인스트루먼트의 비전 제품 영업부장인 Carlton Heard는 “머신비전 기술의 도입 및 혼합을 통해 로봇이 다양한 부품을 옮길 수 있을 뿐 아니라 작업 내용을 중간에 바꿀 수도 있다. 처리해야 하는 부품을 직접 감지하고 감지 결과를 작업에 적용할 수 있기 때문”이라고 말했다.

“픽 앤 플레이스 작업 안내에 비전을 사용하였을 때 얻을 수 있는 추가적인 이점으로는 부품에 대한 즉각적인 검사에도 동일한 영상을 사용할 수 있는 것이 있다”며, “비전을 공정의 일부로 통합하면, 육안 검사를 수행하기 위해 제조공정의 마지막 지점에서 직접 기다리지 않고도 공장 생산라인의 어느 지점에서든 같은 작업을 수행할 수 있다”고 이 Heard는 설명했다.

오늘날에는 비전과 로봇이 컴퓨터 처리 능력을 포함하며 한층 더 큰 통합을 실현하고 있다. 이러한 장치는 FPGA와 CPU를 사용함으로써 동일한 하드웨어 플랫폼 내에서 시스템 통합은 물론 다양한 자동화 작업을 수행한다. 뿐만 아니라 시각적 서보 제어 등의 작업도 지원한다.

Carlton Heard는 “시각적 서보 제어 기능은 일부 고성능 제어에 대한 요구사항을 충족한다. 영상을 로봇 혹은 모션컨트롤 장치에 대한 연속적인 피드백 장치로써 활용함으로써 문제를 해결할 수 있다”며, “이미 일부 영상 피드백 기술은 인코더와 같은 여타 피드백 기술을 대체하고 있다”고 귀뜸했다.

반도체 웨이퍼 제조공정은 특별한 제조분야 중 하나로 손꼽힌다. 이 분야는 일찍이 시각적 서보 제어를 이용하고 있다. Heard는 “이 분야에서의 새로운 기계들은 모션컨트롤과 머신비전 기술을 결합하고 있다”며, “막 절단한 칩의 사소한 결함도 정밀하고 정확하게 감지한다”고 말했다. 이러한 장비 및 방식은 절삭공정을 지능적으로 조절하며, 결함을 보상하고, 제조공정에서 결과물을 더 많이 만들 수 있다. 즉, 생산효율성을 향상시킬 수 있는 것.

비전 기능을 탑재한 로봇의 또 다른 성장 분야로는 모바일 로봇 분야가 있다. 모바일 로봇은 장애물 회피부터 동시 위치측정 및 맵핑에 이르기까지 다양한 분야에서 활약한다. 원활한 작업 수행을 위해서는 정교한 영상 기능이 필요하다.

Heard는 “향후 10년 동안 자율 로봇(인간의 지시나 조작 없이 스스로 판단하여 동작하는 로봇. 출처 지식경제용어사전)에 수많은 비전시스템이 사용될 것이다. 그 수는 아마 고정 로봇 팔에 사용되는 비전시스템을 뒤덮을 만큼 많을 것”이라고 예측하고 있다.

Heard는 “우리는 지금 영상 센서(이미지 센서)의 낮은 비용과 훌륭한 처리능력으로 인해 비전 기술 이용에 대한 제한요소가 사라지고 있는 지점에 도달해있다”고 말했다.

Heard는 “마이크로소프트의 키넥트가 좋은 예”라며, “키넥트는 게임 이외의 분야에도 사용할 수 있는 API(Application Program Interface. 운영체제와 응용프로그램 사이의 통신에 사용되는 언어나 메시지 형식을 말한다. 출처 두산백과)를 가지고 있다. 키넥트를 활용하면 지능형 로봇이나 기계장치를 만들 수 있다. 머신비전 기능을 내장한 하드웨어와 이를 즉시 사용할 수 있는 소프트웨어는 모바일 로봇 분야에서 더 큰 도약의 촉매 역할을 할 것”이라고 말했다.

3. 센서: 측정에서 정보수집까지
개별제조(Discrete Manufacturing) 산업에서 사용하는 새 센서 기술을 검토하기에 앞서, 편집부에서는 최종사용자가 새 센서를 단순히 기존의 오래된 기술을 대체하기 위해 사용하는지, 혹은 더 많은 제조 정보 관련 정보를 수집하기 위해 전략적으로 활용하는지에 대한 궁금증을 가졌다. 조사 결과는 다음과 같다.

최신 센서의 비즈니스 인텔리전스(기업들이 신속하고 정확한 비즈니스 의사 결정을 위해 사용하는 데이터의 접근, 수집, 보관, 분석 등의 애플리케이션과 기술의 집합. 출처 IT용어사전) 역량은 향상된 정밀도 못지않게 중요한 역할을 한다. 코그넥스의 전(前) 애플리케이션 기술자이자 현(現) 제품 마케팅 책임자인 Bob Tremblay는 “최종사용자는 생산라인으로부터 생산하는 제품에 대한 더 많은 정보를 얻을 수 있게 되었다”며, “뿐만 아니라 이 정보를 제조공정을 미세하게 조정하는 데에 사용할 수도 있다”고 말했다. “이렇게 얻은 정보를 활용하면 엄청난 투자자본수익률(ROI)를 얻을 수 있다”는 것이 Tremblay의 설명이다.

Tremblay는 비록 잠재적 수익률 혹은 실질수익률의 범위를 수량화하거나 하지는 않았지만, 센서를 사용한 후 수 주 안에 투자자본을 회수할 수 있을 것이라고 말했다.

센서의 또 다른 용도로는 센서 정보를 기반으로 한 생산량의 미세조정이 있다. 이 분야에서 이익을 제공하는 센서는 레이저 변위 센서다.

표면평탄도가 서로 다른 물체에 대한 작업을 해야 하는 경우, 레이저 변위 센서의 순수 측정값과 정보수집 기능 사이에 직접적인 관계가 생겨난다. 이러한 현상은 자동차 및 의료기기 분야와 같이 제조업체가 제품 표면의 거친 정도나 각 부품 사이의 접합상태 등을 확인해야 하는 분야에서 활발하게 이루어진다.

평탄도는 즉각적인 임의추출조사 방법을 활용해 측정하는 것이 일반적이다. 이 경우 보통 CMM(Coordinate Measuring Machine, 한국에서는 흔히 삼차원측정기라고 일컫는)을 통해 작업을 수행한다. Tremblay는 “하지만 여기에는 제조업체가 오랫동안 고심해 온 문제가 있다”며, “미묘하고 감지하기 힘든 특성 변화(예를 들어 평탄도가 0.5~1.0㎜씩 변화하는 경우)를 제어하기는 어려운 일”이라고 지적했다.

결과적으로 각 특성의 변화를 관찰 및 감시하는 것은 많은 시간을 잡아먹는다. “CMM의 무작위 추출 검사를 활용하면, 운이 좋은 경우 각 샘플 혹은 스캔마다 수 시간 정도가 걸릴 것”이라는 게 Tremblay의 설명이다.

생산라인에서 만든 평평한 표면을 가진 제품의 견본이 도착하면, CMM으로 다시 이송하고 장치에 검사물을 고정한 뒤에야 검사를 시작하게 된다. 검사를 마치면 같은 과정이 역순으로 이루어진다. Tremblay는 “이러한 과정에서 다양한 형식의 접촉이 이루어지며, 따라서 물체의 표면에 영향을 미칠 수 있음에 주의해야 한다”고 조언했다.

레이저 변위 센서를 활용한 자동화 3D 기능은 게임의 판도를 바꿀 수 있는 열쇠다. Termblay의 설명에 따르면, 이 기술은 비접촉·비침습 샘플링을 실현한다. Termblay는 “이 기술은 계속적이고 연속적인 온라인 샘플링을 실현하며, 이로 인해 최종사용자가 문자 그대로 ‘쉴 새 없이 검사개체에 주목할 수 있다’”고 강조했다. 또한 “어떠한 사양 변화든 5미크론 범위 내에서 확인할 수 있다”고 덧붙였다.

새로운 센서 기술을 활용할 수 있는 또 다른 분야가 바로 전자공업 및 전자산업 분야다. 이 분야에서는 한 공정에서 다른 공정으로 이동할 때, 컨테이너를 통해 제품을 운반하는 과정에서 문제가 발생한다. 이 공정에서 레이저 변위 센서는 다양한 변화를 감지할 수 있다. 예를 들어 검체의 모서리에 뜻하지 않게 흠이 생겼다든지, 높이가 변화하는 것 등이 있다.

Tremblay는 “모든 검사 및 검토 결과가 무조건적으로 좋거나 나쁘다고 말할 수는 없지만, 부적절한 검사가 나쁜 영향을 초래할 수 있으리라 판단하기는 어렵지 않은 일”이라고 말했다.

부품 측정 분야에서 역시 새로운 기술을 찾아볼 수 있다. 특히 동시에 일제히 검사 혹은 실험해야 하는 측정 분야에서 그렇다.

Tremblay는 “제품을 직접 사용하는 환경 내에서 직접 검사를 수행해야 하는 분야가 대표적이다. 의료기기 분야를 예로 들 수 있다”며, “검사 중이나 검사 후에 일어난 굽힘(휨) 현상으로 인해 검체가 변화하지는 않았는지, 또 휘어졌다면 얼마나 휘어졌는지를 알고 싶은 경우 레이저 변위 센서가 적합한 선택”이라고 말했다.

혹독한 환경, 특별한 요구

용접 작업이 필요한 제조업체는 용접물의 표면 거칠기나 높이 등이 일정함을 입증해야 한다.

이러한 가혹한 환경에서는 터크가 변경 및 조정해 출시한 WeldGuard 유도형 근접센서를 사용할 수 있다. 이 장치를 통해 센서와 비즈니스 인텔리전스 장비를 동시에 손에 쥐게 된다.

자동차 제조업계는 현재 수많은 센서를 활용하고 있다. 터크 이동식 장비 시장부서의 자동차 사업개발 책임자인 Brain Torbox에 따르면 “차체, 파워트레인, 소조립(Sub-Assembly) 및 조립 분야 등에서 센서를 사용하고 있다”며, “특히 가혹한 분야인 용접작업에도 센서를 활용한다”고 설명했다. 용접작업에 투입되는 센서는 용접 슬래그에 무방비하게 노출되며, 부품이 센서 본체나 케이블과 부딪히면서 열적 손상 및 물리적 손상에 시달린다.

가혹한 환경에서 센서를 사용한다는 것은 센서 공급업체가 유도형 근접센서의 수명을 늘릴 새로운 길을 찾아야 함을 의미한다. Torbox는 “터크 센서는 표준형 제품에 한 번 수정을 가해 용접 및 조립 분야 등 거친 응용사례에도 견딜 수 있도록 만들었다”고 말했다. 여기서 수정사항으로는 스테인리스강 및 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTEE) 재질의 케이블 배럴·슬리브를 상자 안에 담아두거나(Potted-In) 빠른 접속을 실현하는(Quick-Connect) 구조로 구성하는 것 등이 있다.

유도형 근접센서는 강하고 튼튼하다. 하지만 지능적인 요소나 아니거나 예측 기능이 없는 제품이 대부분이다. 유도형 근접센서를 사용하는 분야는 보통 Run to Failure(RTF) 응용사례인 경우가 많기 때문이다. Torbox는 “RTF는 일반적으로 용접 및 조립 분야에 쓰이는 근접센서에 적용하고는 한다”며, “여기에 수정을 가해 RTF 기간을 대폭 확대하는 데에 기여했다”고 말했다.

예를 들어 용접 환경에서 표준형 센서는 약 하루 동안의 수명을 보장한다. 하지만 수정을 가하면 수명을 한 달까지 연장시킬 수 있다는 것이 Torbox의 주장이다. Torbox는 “만약 표준 센서가 한 주 동안 견딜 수 있는 환경이라면 터크의 센서는 6주 내지 8주까지 그 수명을 연장할 수 있다”고 말했다. 따라서 RTF 응용사례에 종사하는 작업자 및 관리자는 센서의 실수 및 실패를 계속해서 예측하거나 이로 인해 작업이 멈추는 것에 대해 고민하지 않아도 된다. 대신 유도형 근접센서가 오작동을 일으켰을 때 합리적이고 타당한 계획을 세워 생산 중단 현상을 최소화할 수 있다.

Torbox는 자사의 최종사용자로부터 얻은 자료를 바탕으로, 센서가 오작동을 일으킬 때마다 500달러에 가까운 손실이 발생할 것으로 예측했다. 비용 손실 중 대부분은 다운타임(시스템, 기계, 장치 등이 고장이 발생했기 때문에 휴지休止를 계속하고 있는 시간을 말한다. 출처 산업안전대사전)으로 인해 일어난다.

Torbox는 “만약 공장에서 매일 50개의 센서를 잃는다면, 시간이 지남에 따라 누적되는 비용은 눈덩이처럼 불어날 것”이라고 조언했다.

예측 표시

잦은 작업 정지와 이를 처리하는 방법은 모든 제조업체의 공통적인 관심사이자 골칫거리다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 씨크는 기존의 유연하고 부드러운 모듈형 안전제어장치인 FX3를 개선함으로써 자세한 진단 기능 및 자동 구성 기능을 제공한다.

씨크의 안전 부문 관리자인 Steve Aamodt는 “컨트롤러(안전제어장치)는 회사의 안전 시스템의 중추 역할을 하며, 장비와 소통할 수 있는 로직을 규정 및 제공한다”고 말했다.

Aamodt는 또한 “씨크의 새 안전제어장치는 자동복구 기능을 탑재하고 있다. 고장 수리 및 장애 조정이라는 관점에서 도움이 된다”고 말했다.

Aamodt는 “시스템이 갑작스럽게 멈추면 재부팅 및 프로그램 재설치 등의 작업이 필요하다. 안전제어장치는 여기에 드는 시간을 수 시간에서 수 분으로 단축한다”며, “또한 진단 기능은 왜 오류가 일어났는지에 대한 통찰력을 부여한다”고 설명했다.

많은 공장에서 작업자들이 ‘빨간불’의 원인이 되는 문제를 해결하기 위해 공장 주변을 어슬렁거리고는 한다. 하지만 스마트 기기가 등장함에 따라 이처럼 불필요한 활동이 점차 줄어들고 있다.

Aamodt는 “안전 스캐너가 공장 전체의 흐름이 매끄럽지 않다는 자료 및 정보를 입수할 경우, 최종사용자는 스캐너와 연결된 로봇을 통해 전자적으로 부적절한 부분을 찾아 이를 해결할 수 있다”고 말했다. 이는 공정에 아무런 조치를 취하지 않는 것은 물론이고 작업자가 직접 조치를 취하는 것보다도 확실한 해결책으로 작용하기도 한다.

Aamodt는 앞서 설명한 예측 표시(Preemptive-Indication) 기능을 일종의 예측정비로 간주할 수도 있다고 말했다. “센서의 예측 출력(Predictive Output)을 통해 더 많은 내용과 정보를 중앙 스테이션에 제공하며, 작업자들은 자세한 정보를 바탕으로 더 지능적인 의사결정을 할 수 있게 된다”는 것이 Aamodt의 설명이다.

Aamodt는 또한 안전한 작업을 보장하기 위해 새로운 센서 기술을 탑재한 제조업체를 찾으라고 조언했다.

제조업체를 찾기에 앞서 그는 네 가지의 선별기준을 제시했다. ▲사용에 있어 제품 생산에 간섭하거나 지장을 주지 않을 것 ▲안전 측면에서 인증을 받을 것 ▲장치의 작동에 영향을 끼치지 않을 것 ▲장비의 현 상태와 작업상태에 대한 정보를 제공할 것이 그것이다.

4. 영상 기반 판독기, 운송의 능률을 높이다

가전제품 운송 라인의 검사(스캐닝) 및 검증 과정을 자동화함으로써 자원을 절약하고 생산성을 높이며 단 6개월 만에 투자자본수익률(ROI)을 끌어올렸다.가전제품을 전문으로 취급하는 제3자(Third-Party) 물류기업은 최근 검사 및 검증 과정을 자동화함으로써 시간과 자원을 절약할 수 있음을 확인했다. 회사는 코그넥스의 영상 기반 바코드 판독기를 사용함으로써 운송 라인의 직원을 기존 12명 내지 16명에서 2명 내지 3명으로 대폭 줄였다. 또한 매 시간 당 360개의 제품을 처리할 정도로 처리량도 늘어났다.

99.5%의 판독률을 등에 업은 이 물류기업은 또한 변화하는 기업 요구에도 적응할 수 있는 발판을 마련했다. 이들이 활용하는 바코드 판독기는 2D 코드를 처리할 수 있음은 물론이고 다양한 방향으로 놓인 바코드도 읽을 수 있었다. 또한 매년 15만 달러에 달하는 비용을 절약하게 되었으며, 자동화 구축에 쓰인 비용을 불과 반 년 만에 회수할 수 있었다.

노동집약적 작업

또 다른 제3자 물류기업은 55,000㎡가 넘는 시설을 운영하고 있다. 이 시설에서는 매일 3만 5천 개의 제품을 직접 소비자에게 전달하며, 2천 5백 개에서 5천 개의 제품을 매장으로 운반한다. 이전까지는 생산라인에 16명의 직원이 투입되어 매일 6천 개 내지 1만 5천 개의 소비자 제품을 처리했다.

생산라인을 최초로 설계했던 당시에는, 직원들이 소형 레이저 기반 스캐너를 사용해 바코드 데이터를 받아들였다. 첫 검사 구역에서 한 사람이 상자 전면에 부착된 두 개의 코드(연속 코드Serialized Code 및 SKU 코드)를 획득했다. 획득한 자료는 창고관리시스템으로 전송되었다. 창고관리시스템은 상자를 다음 행렬로 보내 다른 작업을 수행할 수 있도록 만든다. 이후 배송화물목록을 나타낸 라벨을 수동으로 인쇄 및 부착한다. 이 때 라벨은 상자의 윗면과 측면에 동시에 부착한다.

다음 검사 구역에서는 이전 구역에서 검사했던, 상자 전면에 부착된 두 개의 코드를 새로이 검사한다. 동시에 앞서 측면에 부착했던 화물목록을 나타낸 라벨을 다시 한 번 검사한다.

이러한 교차 검사를 통해 상품과 화물목록의 라벨이 정확하게 일치하는지 확인할 수 있다. 모든 사항이 일치할 경우 생산라인을 따라 다음 단계로 넘어간다.

영상을 기반으로 한 자동화

이 회사는 물류 시스템 통합업체인 StreamTech Engineering에게 협력을 요청했다. 배송라인을 자동화하기 위해서다. StreamTech의 기술자인 Bob Miller는 “회사는 우리에게 많은 설계 기준을 제공했다. 자동 분배·검사·출력·적용·라벨 자동 교차 검사·품질관리(QC) 자동 불합격 지역 등을 포함하고 있었다”고 설명했다.

회사는 또한 상자를 컨베이어 벨트에 공급하는 과정을 자동화하고자 했다. 기존에는 작업자가 더 커다란 상자에서 상자를 하나하나 끌어내려 벨트 위에 올려놓아야 했다.

프로젝트가 요구하는 또 다른 사항 중 하나는 새로이 자동화된 라인이 향후의 요구사항에도 대응할 수 있어야 한다는 것이었다. 2D 바코드를 사용하는 것이 대표적 예였다. 또한, 업체는 기존의 말뚝 울타리 방향(Picket Fence Orientation)보다는 사다리 방향(Ladder Orientations)에서 바코드를 확인 및 판독하고자 했다. 이는 이동식 소형 스캐너 분야에서는 문제가 되지 않을 사안이었지만, 자동화된 바코드 판독기는 다양한 방향에서 코드를 획득할 수 있어야 했다.

StreamTech는 레이저 기반 스캐너의 성능에 대해 우려했다. 구체적으로 상자에 있는 라벨을 지속적으로 판독할 수 있는지에 대해 고민하고 있었다. 라벨 위치와 부착 방향 그리고 코드 형태 등이 계속해서 변화하기 때문이다. 또한 2D 코드 혹은 바코드를 다양한 방향에서 인식하는 측면에서 능력이 부족함을 느꼈다. 이에 Miller는 코그넥스의 DataMan 302 영상기반 판독기를 사용하기로 결정했다.

판독기는 영상을 획득하며, 일련의 알고리듬을 사용해 영상을 읽기 쉽게 만든다. 알고리듬 중 일부는 코드의 전체 영상을 획득한 뒤 코드의 위치 및 방향을 식별함으로써 판독을 용이하게 만든다. 또 다른 알고리듬은 검체의 서로 다른 재질 및 표면으로 인해 코드 품질이 감소하는 현상을 줄이는 역할을 한다.

Miller는 “DataMan 302는 전 방향 판독 기능을 제공한다”며, “울타리 방향이에서든 사다리 방향에도, 그리고 비뚤어지고 왜곡된 방향이든 상관없이 어떤 방향에서든 영상을 획득할 수 있다”고 이야기했다.

DataMan 302는 라벨이 손상된 경우에도 손쉽게 판독하며, 상자 내의 바코드 위치나 방향에 상관없이 높은 처리량을 보인다. 이는 새로운 1DMax+ 알고리듬을 사용하기 때문이다. 1DMax+ 알고리듬은 Hotbars 기술을 통합한 것이 특징이다. 고속 바코드 판독 응용사례에서도 원활한 처리량을 보장한다.

Hotbars는 텍스처를 사용해 다양한 방향에 놓인 바코드를 찾아낸다. 또한 고 해상도 1D 신호를 추출해 이를 분석 및 해독한다.

Hotbars 파인더는 원 소스 영상(Raw Source Image)을 분석하여 ID 코드가 존재할 확률이 있는 영역의 목록을 만든다. 또한 코드의 여타 특징 및 방향을 종합적으로 판단할 수 있다. 이후 1D 신호를 추출한다. 신호는 픽셀 격자(Pixel Grid)의 수학적 기초 모델로써 사용된다. 신호는 블러(Blur. 흐림 현상)을 감소시키고 잡음(Noise)을 줄임으로써 높은 정확도를 유지한다.

StreamTech가 설계한 주문제작 장치(디스펜서)에서 시작한 새로운 자동화 라인은 더 나은 처리량과 유연함을 바탕으로 60여 개의 제품 상자를 처리할 수 있는 원동력이 되었다. 이 주문제작 장치는 압축 공기를 통해 상자를 컨베이어 벨트 위로 적재한다.

첫 번째 검사구역에서는 한 대의 DataMan 302 판독기가 상자 앞면에 위치한 두 개의 1D 코드를 판독한다. 그 다음 두 대의 Zebra PAX4 프린터 엔진이 배송 라벨을 출력하고 이를 상자에 부착한다.

이후 상자는 교차 검사 구역에 진입하게 된다. DataMan 302 판독기가 두 면을 판독할 수 있기는 하지만, StreamTech는 상자와 바코드가 교차 검사 구역에 도착하는 지점에서 독특한 요구사항이 생길 수 있을 것이라고 판단했다. 따라서 이 구역에는 두 대의 DataMan 302 바코드 판독기를 설치했다. 한 대는 상자의 앞면을, 다른 한 대는 측면에 부착된 배송 라벨을 판독한다.

두 바코드 판독기의 판독률은 99.5%~99.8% 가량을 유지하며, 회사는 이 수치에 매우 만족했다.

회사는 또한 자사의 라인이 향후에도 유리한 입장에 있다는 확신을 가지고 있다. Miller는 “DataMan 302는 2D 코드를 판독하며, 코그넥스 소프트웨어는 다중 1D 및 2D 기호를 가지고 있어 설정을 그대로 적용하거나 필터링할 수 있다”고 말했다.

새로운 자동화 라인은 처리량이 시간당 2400케이스에서 2760케이스로 증가했다. 아직까지는 전체 작업에 두세 명의 사람이 필요하다. 각각의 작업자는 디스펜서 시스템을 통해 화물을 적재하는 역할, 완성품을 운반하는 역할, 라인을 감시하고 관찰하는 역할(프린터에 라벨 용지를 채우거나 돌발상황에 대처하는 등)을 한다.

작업자가 줄어듦으로 인해 예상 비용을 줄이고 투자수익률을 빠르게 회수할 수 있다. 결과적으로 회사는 속도가 빠르고 비용이 저렴한 라인을 갖게 되었다.

5. 식품 안전 개선, 단번에 끝장내자

오늘날 주요 식품제조업체에게는 높은 속도로 제품 코드를 검사할 수 있으며, UPC 바코드(통일 상품 코드. 미국의 식품과 잡화류 등, 이른바 슈퍼 아이템 상품에 관한 제조업, 도매업, 소매업 등의 7개 단체에 의한 공통상품코드. 출처 전 세계 규격사전)를 판독하고 라벨이 완전히 부착되었는지 확인할 수 있는 솔루션이 필요하다.

오늘날 무 유당 제품, 무 글루텐의 제품, 땅콩을 탑재한 견과류 등을 생산하는 장비와 시설은 흔하다. 대부분의 시설에서 연간 수백만 캔의 식품 및 음료를 만들고 있다. 이러한 환경 속에서 제품에 부적절한 라벨을 부착하는 것이 중요한 문제로 대두되었다. 잠재적인 책임 문제를 야기할 수 있기 때문이다.

식품 제조업계가 당면한 과제는 캔에 인쇄된 문자 단위 표시방식의 제품코드와 라벨에 부착된 통일 상품 코드(UPC) 바코드가 서로 일치해야 한다는 것이다. 하지만 이를 검사하는 과정은 쉽지 않다. 검사량이 많고 속도가 빠르며, 밝고 환한 금속 배경 탓에 제품 코드를 읽는 것이 어렵기 때문이다.

한 식품제조업체는 Matrix Technologies에게 비전시스템 기반 검사 솔루션 제작을 의뢰했다. 업체는 제품 코드 검사에 필요한 라인 속도를 높이고자 했다. 또한 통일 상품 코드를 판독하고 라벨이 완전히 부착되었는지 확인해야 했다. 궁극적으로 솔루션을 통해 각종 규정을 준수하고 제품을 추적할 수 있는 능력을 향상시키고자 했다.

패턴을 인식하는 새 기술

Matrix Technologies는 코그넥스의 In-Sight 비전시스템을 활용한 솔루션을 제시했다. 코그넥스의 In-Sight는 밝은 배경 내에서도 캔의 제품 코드를 검사할 수 있다. 또한 분당 1천 개의 제품을 검사한다.

Matrix Technologies의 브라이트 스톡(고점도의 윤활유 조합재료의 하나. 출처 화학용어사전) 라벨링 솔루션 및 제품 검사 솔루션은 라벨을 부착한 직후 제품을 검사한다. 패턴 부합 도구는 위치나 장소에 상관없이 양식 및 패턴을 파악한다.

이 응용사례에서 비전시스템은 각각의 문자를 판독하는 대신 제품의 영상을 촬영한 뒤 그 결과를 세 자리 제품 코드와 맞추어보는 방식으로 작업한다. 비전시스템을 활용해 장치의 시야각 내의 어디서나 제품 코드를 검출할 수 있다. 구성이 쉽고 용이한 것 역시 장점이다.

Matrix Technologies의 브라이트 스톡 검사 솔루션은 레이저 스캐너를 사용해 각 제품의 라벨에 적힌 바코드를 판독한다. 광섬유 센서는 돌출되어 있거나 펄럭거리는 라벨을 감지해 부적절하게 부착된 라벨을 식별한다. 근접센서가 비전시스템과 바코드 리더 모두를 작동시킨다. 비전시스템과 바코드 스캐너 그리고 광섬유 센서는 서로 독립적으로 각 제품을 검사하며, 결과에 따라 통과 혹은 오류 신호를 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 제공한다. PLC는 전체 검사 지역을 감시하며, 통과 혹은 실패 신호를 통해 제품을 불합격 영역 혹은 다음 검사 장소로 옮긴다.

간편한 설치

인간 기계 간 인터페이스(HMI)는 PC를 통해 실시간으로 업데이트되는 영상은 물론, 검사 통계자료와 진단 그리고 구성 등을 출력한다.

스크린에는 제품을 촬영한 영상과 함께 통과 혹은 실패 결과가 표시된다. 또한 통과 혹은 실패 횟수도 함께 표시하며, 각 검사가 실패했을 때 사용자에게 알린다. 비전시스템은 검사에 실패한 모든 제품의 영상을 촬영 및 기록한다.

전사적 자원관리(ERP. 기업의 자원을 효율적으로 관리해 기업의 경쟁력을 강화하는 통합정보시스템. 출처 시사상식사전)는 제품 코드 및 UPC 코드와 긴밀한 연관이 있다. 시스템은 마이크로소프트 SQL 서버를 사용해 구성 및 매개변수를 집중화하며, 실패한 검사결과를 보관한다. 설정 모드는 ERP 및 SQL 서버를 활용해 최신 업데이트를 유지하는 역할을 한다. 작업자가 ‘설정 모드’ 버튼을 누르면, 시스템은 검사하고 있는 바로 다음 제품의 바코드를 인식하고, 이를 올바른 제품 코드를 검색 및 내려받는 데에 활용한다. 여기에는 아무런 데이터 입력도 필요하지 않다.

윤진근 기자 다른기사 보기