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기술 융합 거듭한 머신비전, 정밀한 검사로 공정 신뢰도 높인다
스타트업부터 대기업까지 시장 진입 활발, 치열한 경쟁 및 솔루션 확대 전망

[인더스트리뉴스 조창현 기자] 신기술이 등장하고 기존 기술에 대한 발전이 가속화되는 가운데, 제조업 내에도 기술간 융합을 통해 고도화된 솔루션 도입이 이뤄지고 있다. 특히 머신비전 분야는 ML·DL 등을 포함한 AI 기술과 빅데이터 및 5G 같은 다양한 ICT 기술이 접목되면서 검사 정확도를 높이고 있으며, 공정 효율 개선에도 실질적인 도움을 주고 있다. 컴퓨터를 활용해 사람의 시각 능력을 재현하는 ‘머신비전’은 현재 스마트팩토리 내 다양한 영역에서 적용이 확대되는 중이다.

머신비전은 검사 자동화 영역에서 기존 룰 베이스 기반 검사나, 육안검사를 대체하는 수단으로 주목받고 있다. [사진=utoimage]

2021년 기준 110억 달러 규모로 시장을 형성했던 머신비전 업계는 현재 시장이 정체됐다는 인식이 강하다. 코로나19 이후 많은 기업에 제조 자동화에 대한 중요성을 인지해 머신비전에 대한 니즈는 커졌지만, 좋지 않은 대내외적 여건으로 각종 투자 등 자금 흐름이 끊겼다는 것이다. 시장조사 기관 마켓앤마켓(MarketsandMarkets)에 따르면, 글로벌 머신비전 시장은 2026년까지 연평균 7.1%씩 성장해 155억 달러 규모에 달할 것으로 전망된다. 또 프로스트앤설리번(Frost&Sullivan)에서 지난해 진행한 조사에서는 마켓앤마켓에서 예측한 155억 달러를 상회해 2026년 기준 203억 달러에 달할 것이라는 예측치를 발표했다.

업계에서는 당장 올해보다는 다음해부터 시장이 커질 것이라는 전망을 내놨다. 어려운 시기를 지나고 있는 머신비전 업계는 최근 주목받고 있는 물류 자동화 및 이차전지 분야 등 새로운 영역으로 사업을 확장하며, 판로를 개척하고 시장을 선점하기 위한 경쟁에 돌입했다. 특히 뉴로클이나 마키나락스, 스누아이랩 같은 우수 기술을 보유한 스타트업부터 지브라테크놀로지스 같은 거대기업까지 시장에 활발히 진출하면서 경쟁이 한층 더 뜨거워질 것으로 예상된다.

기존 검사 대체, 자동화에 필수

머신비전은 인간의 눈과 같다. 우리 눈이 물체를 인식하는 것과 같이 머신비전도 사물을 감지하는 역할을 한다. 머신비전은 카메라 센서 같은 하드웨어와 각종 알고리즘을 갖춘 소프트웨어를 조합해 하나의 시스템으로 작동한다. 이에 제품에 대한 검사 작업을 자동화하고, 제품 조립 과정에서 취급해야 하는 장비를 정확하게 짚어주는 등 다양한 역할을 수행하고 있다.

특히 검사 자동화와 관련해서는 기존 룰 베이스 기반 검사나, 육안검사를 대체하는 수단으로 주목받고 있다. 사람은 작업자의 컨디션이나 숙련도로 인해 작업 능률이 달라지지만, 머신비전 검사 시스템은 정해진 기준에 따라 제품을 일관성 있게 검사하기에 정확도와 신뢰도가 높다는 것이 이유다.

최근에는 불량 여부와 종류까지 스스로 판별할 수 있는 검사 장치가 나오고 있다. 정부에서도 관련 기능을 수행하는 장치를 ‘스마트 비전 검사 시스템’으로 명명해 스마트제조 분야 장비 및 디바이스 기술개발 전략 품목으로 지정한 바 있으며, 완전 자동화된 공장을 만들기 위해 반드시 준비해야 하는 분야로 바라보고 있다. 검사 자동화 등 다양한 공정에 있어 머신비전이 갖는 중요도가 크다는 것이다.

중기부가 발표한 중소기업 기술로드맵에 따르면, 스마트 비전 검사 시스템 발전 및 사용성을 높이기 위해 비전 기술 경량화 및 고도화가 필요하다. 또 시스템 신뢰성과 실용성 향상을 위해 산업군이나 제조 분야별로 특화된 데이터 및 대응 전략도 확보해야 한다. 무엇보다 비전 검사에 특화된 카메라 센서와 광원을 융통성 있게 적용할 수 있어야 하며, 센서 정보와 클라우드 플랫폼간 안정적이면서도 신속 정확한 교류가 중요하다.

현재 글로벌 머신비전 시장을 선도하는 주요 기업으로는 미국 코그넥스(Cognex)와 텔레다인(Teledyne), 일본 키엔스(Keyence) 및 독일 바슬러(Basler) 등이 있다. 코그넥스는 자동화 프로세스를 위한 머신비전 시스템과 센서, 소프트웨어와 함께 표면 검사 시스템 및 산업용 ID 판독기를 종합적으로 제공하고 있다. 텔레다인 제품은 디지털 이미지 처리 및 엔지니어링 시스템 등에 활용되고 있으며, 키엔스와 바슬러도 비전 검사를 위한 다양한 장치 및 솔루션을 제공하고 있다.

업계에서는 머신러닝이나 딥러닝 등 AI 관련 기술을 적용한 머신비전 솔루션을 선보이고 있다. [사진=utoimage]

AI 등 신기술 결합 추세, 시장 경쟁 치열

AI 앞에서는 머신비전도 예외가 없다. 관련 기술 발전 및 적용 확산으로 머신비전 업계에서는 신기술을 접목해 다양한 제품을 선보이고 있으며, 머신러닝이나 딥러닝 등 AI 관련 기술을 적용한 머신비전 솔루션도 등장했다. 소프트웨어 역량을 올리고, 다양한 기능을 제공하는 솔루션 공급을 통해 시장을 선도하겠다는 것이다. 일례로 업계를 선도하는 코그넥스는 지난 2018년 6월 딥러닝 기반 이미지 분석 소프트웨어 ‘비전프로 비디(VisionPro ViDi)’를 공장 자동화 목적으로 최초 개발했으며, 자동화 시스템에 대한 △반복 가능성 △정확성 △빠른 처리 속도를 결합해 제조업 검사 자동화에 있어 혁신을 만들어 냈다.

아울러 검사 대상물이 내부에 있는 공정에 대한 머신비전 솔루션 적용 과정에서는 연기나 물, 불 같은 열악한 환경 속에서 진행해야 하는 경우가 많다. 기존 솔루션에는 이미지를 처리하는 과정에서 한계가 존재했지만, 기술 발전을 거듭한 머신비전 시스템은 어려운 조건에도 검사를 진행할 수 있게 됐다. 구체적으로 화상처리 기술 고도화, 카메라 센서 및 디바이스 지능화 등과 맞물려 생산 공정 내 최적화를 통한 제조 상황 맞춤 자율 교정이 가능하게 된 것이다. 또 3D 이미지 처리 기술도 지속적으로 발전하며 입체적인 형상에 대한 분석까지 가능하게 됐다.

아울러 머신비전 기술 발전으로 각기 다른 산업 환경에서도 오류 상황을 감지해 제조 기기에 대한 자율적 교정이 이뤄지도록 하고, 상황에 대한 조절 및 생산 불량을 최소화하면서 실시간으로 모니터링까지 할 수 있게 됐다. 또한 생산 공정 최적화를 위해 각 공정 상황과 생산물 위치 현황을 실시간으로 파악하는 인지 기술이 개발되기도 했다.

다양한 기술이 접목되고 있는 머신비전 분야에는 업계를 선도하기 위한 경쟁도 치열하다. 국내기업 중에서는 △뉴로클 △마키나락스 △스누아이랩 △아이코어 같은 스타트업부터 △라온피플 △뷰온 △화인스텍 등 일정 수준 규모를 갖춘 업력 10년 이상 기업까지 많은 업체가 각기 다른 강점과 기술력을 기반으로 고객에게 다양한 솔루션을 공급하고 있다.

이차전지 등 다양한 분야로 적용 확산

현재 머신비전을 활용한 다양한 솔루션은 산업 자동화 및 스마트 제조 같이 지능화된 제조 라인에서 제품 품질 향상과 생산 공정 효율화를 주도하는 핵심 요소로 주목받으며 활용도가 커지고 있다. 구체적으로 검사 공정을 신속히 진행할 수 있도록 도와 생산성을 향상시키고, 비용 대비 효율성이 떨어졌던 애플리케이션에 대한 운영을 개선하는 등 다양한 효과를 내고 있다.

FA저널이 지난해부터 3회에 걸쳐 진행한 머신비전 관련 조사 결과를 종합하면 전 산업 분야에서 머신비전 솔루션 도입이 이뤄지고 있었으며, 전자·반도체·디스플레이 분야와 함께 최근 주목받는 이차전지 등 배터리 분야 및 전기차를 포함한 자동차 분야에서 머신비전 솔루션 도입이 늘어난 것으로 나타났다. 또 식품이나 제약·의료·바이오 분야에서도 관련 솔루션 도입이 증가 중이며, 물류 자동화 분야에서도 머신비전에 대한 관심이 커지고 있다.

전통적으로 머신비전 솔루션 공급업체들의 주력 시장인 전자 및 반도체·디스플레이 분야에서는 제품 소재 및 핵심 부품들에 대한 외관 검사 영역에서 솔루션을 주로 활용하고 있다. 반도체 외관 검사에서는 회로 기판 사이에 발생한 미세한 찍힘이나 크랙에 대한 정밀한 측정까지 가능하다. 또 딥러닝 기반 솔루션 도입으로 사전에 입력한 정보에 따라 회로 조립 상태나 구성 요소 식별 등을 손쉽게 진행해 기존 육안 검사 대비 정확성을 높일 수 있다. 육안 검사시 발생 가능한 회로 및 기판 파손 문제까지 방지할 수 있어 안전성 확보에도 도움이 된다.

최근 주목 받는 이차전지 생산 과정에서는 2.5D 알고리즘 및 LED 광학계 조명을 활용한 영상처리나, 전처리 알고리즘을 활용한 불량 검사 등을 활용해 이차전지 △크기 △형태 △위치 등을 확인할 수 있으며, 결함 발생 시에도 사전 파악해 제조 안정성과 효율성을 향상시킬 수 있다. 또 자동차 산업에서는 조립 라인뿐만 아니라, 에어백이나 타이어 및 브레이크 시스템 등 중요한 자동차 부품 생산 과정에도 적용 가능하다. 자동차 내부에는 많은 부품이 탑재되는 만큼 2D 및 3D 머신비전, 딥러닝 기술이나 바코드 판독 등을 활용해 안정적인 차량 생산 공정을 구현해낼 수 있다.

머신비전 활용 솔루션은 자동화 및 스마트 제조 내 핵심 요소로 주목받고 있다. [사진=utoimage]

물류 자동화에도 적용 가능하다. 물류센터는 물건 위치를 파악하고 인식하는 것이 중요한데, 머신비전을 활용해 제품 크기와 형태, 색상 및 바코드 등을 인식하고 분류할 수 있다. 패키징 공정에서는 딥러닝 기반 솔루션 등을 활용해 포장 작업 이전에 제품 병뚜껑 등이 제대로 결합됐는지 확인할 수 있다. 이에 제품 누출을 방지 및 결함 발생으로 인한 배송 지연을 예방할 수 있다. 물류 자동화에 있어 핵심인 AGV·AMR 등에도 머신비전 솔루션을 적용해 로봇이 물건을 인식하고, 이동할 수 있도록 돕는다.

FA저널에서 올해 4월 진행한 시장조사에서도 공급기업들은 향후 한 단계 더 발전하고, 새로운 솔루션을 제공하기 위한 목표 중 하나로 ‘물류 자동화’ 시장과 ‘이차전지’ 분야를 많이 언급했다. 구체적으로 로봇 업계와 협력을 통해 AGV나 자율주행 시스템을 위한 솔루션을 공급하고, 품질 검사 및 이상 예측 서비스 등을 통합해 생산 과정 내 품질 검증에 대한 일원화된 서비스를 제공하겠다고 답했다. 또 새로운 시장으로 주목받고 있는 이차전지 관련 시장에도 적극 진출하겠다는 의지를 밝혔다.

한편 머신비전은 단순 제품 검사 영역을 넘어 통합 감시와 모니터링 및 보안을 위한 CCTV 시스템에도 적용되며 객체 얼굴 인식 및 이상 징후 감지에 활용되고 있다. 추가적으로 머신비전을 활용해 현장 작업자 안전을 위한 시스템이나, 차량 번호 인식률을 높여 정확하게 판독하는 솔루션도 나오고 있다.

스마트팩토리 고도화를 위한 필수 요소

머신비전은 산업 자동화를 돕는 핵심 요소 중 하나로 제품 평가 및 결함 발견, 로봇 및 기타 장비에 대한 생산성 향상을 지원한다. 구체적으로 작업 지시나 데이터 수집 같은 활동에서 생산 라인이나 공정 자체에 대해 많은 정보를 제공하며, 단순 센서와 달리 방대한 이미지 데이터를 생성하는 등 인더스트리 4.0 환경에서 활용도가 높다.

AI 기술과 IoT, 빅데이터 및 클라우드 등 다양한 ICT 기술과도 융합되며 이전보다 정교해진 머신비전 관련 기술력은 공장 내부 기기 혹은 부품간 연결성까지 높여주며, 제조업 스마트팩토리 고도화에 있어 중요한 역할을 담당할 수 있다는 것이 업계의 중론이다.

실제로 FA저널에서 진행한 시장조사에서도 솔루션 구축을 고려하고 있는 기업 중 대부분은 △검사 자동화를 통한 스마트팩토리 고도화 △업무 효율화 △검사 신뢰도 향상 △생산성 향상 △인건비 절감 등 머신비전이 제공하는 다양한 이점을 제시하며 도입을 검토하고 있다고 응답했다. 또 솔루션을 기구축한 다양한 산업군 내 기업들은 품질 검사나, 불량 검사 같은 공정에서 생산성 향상에 실질적인 도움이 됐다고 답했다.

다양한 기술과 융합된 머신비전은 스마트팩토리 고도화에 있어 중요한 역할을 담당할 수 있다. [사진=utoimage]

최근에는 제품 소형화 및 정밀화 트렌드로 사람이 감지하기 어려운 불량이나 문제도 발생하고 있기에 이전보다 안정적이면서도 확실한 검사 시스템이 요구된다. 특히 각 제품에 탑재되는 배터리 같은 전자 부품들이 세밀화되고, 관련 기술도 고도화되면서 검사를 정확히 수행할 수 있는 머신비전에 대한 수요가 늘고 있다. 또 작업장 내 중대재해 관련 처벌이 강화되며, 작업자 사고 방지에 대한 철저한 관리 및 감독도 중요시되고 있어 안전한 검사 수행을 돕는 머신비전 솔루션에 대한 수요 증가가 예상된다. 단순 제품 검사 수행뿐만 아니라, 작업자 안전을 위해 객체를 감지하는 솔루션으로 머신비전을 활용한다면 작업장 내 안전 향상에도 도움이 될 수 있다.

중소기업 기술로드맵에서는 머신비전 기술 중 AI 기반 실시간 영상분석 기술과 센싱 정보융합 기반 가상 센서 기술, 포터블 검사를 위한 저전력 검사 기술 등 3가지를 향후 스마트 비전 검사 시스템 구축에 필요한 핵심기술로 꼽았다. 각 기술에 대해서는 2027년 이전까지 기술개발을 끝마칠 계획이다. 이에 검사 대상에 대해 매우 빠르고 정확한 이미지 정렬과 함께 정보융합을 기반으로 한 검사 성능 개선, 머신비전 검사 시스템을 위한 내장형 소프트웨어 기술개발 등 다양한 목표를 달성할 방침이다.

로드맵과는 별개로 머신비전 솔루션을 제공하는 업체들은 현재 높은 정밀도 및 해상도를 갖춘 제품들을 지속 출시하며, 제조업뿐만 아니라 다양한 산업 분야에서도 머신비전을 활용할 수 있다는 것을 보여주는 등 솔루션 활용에 대한 가능성을 높이고 있다.

머신비전 시장 확대 위한 논의 진행

FA저널에서는 지난 4월 17일 ‘2023년 제조산업 발전을 위한 머신비전 산업 트렌드 전망 간담회’를 열고 머신비전 업계 발전을 위한 방향을 모색했다. 간담회에는 라온피플, 뷰온, 비즈캠, 아이코어, 화인스텍, 코그넥스코리아 등 총 6개 기업 대표 및 관계자들이 참석해 머신비전 산업 분야 내 다양한 최신 이슈에 대한 의견을 교환했다. 구체적으로 △2023년 머신비전 시장 내 화두 및 전망 △최신기술 및 활용도 △주요 기업들의 사업 전개 방향 △솔루션 확산 전략 등을 순차적으로 논의했다.

참석자들은 기술 발전과 인력 부족 등으로 시장에서의 니즈 및 솔루션 적용 검토가 증가하고 있지만, 주력 시장 침체로 업황이 좋지 않다고 전했다. 이에 이차전지 시장에서 경쟁이 치열하게 이뤄지고 있으며, 솔루션 다각화를 통해 다양한 산업 분야 및 기업 규모별로 적용 가능한 솔루션을 제공하고 있다고 언급했다.

[조창현 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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