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프로세스와 제품의 품질 보장하는 B&R의 통합 머신 비전
Spilker, 코팅과 변환을 위해 스마트 센서 도입… 값싸고 손쉬운 파일럿 시스템 선보여

[B&R 제공] B&R의 고객들에게 있어서 머신 비전의 기능을 구현하는 일은 신규나 기존 제조 시스템 어느 것이든지 더 이상 시간과 비용 면에서 막대한 오버헤드를 수반하지 않는다. 특히 B&R의 통합 머신 비전 기술을 고객에게 최초로 선보인 기계제작 업체 ‘Spilker’는 인쇄와 라벨링, 자동차, 제약, 포장 산업을 위한 펀치 프레스 및 전체 라인을 완벽하게 구축하고 있다.

‘Spilker’는 B&R의 통합 머신 비전 기술을 활용해 인쇄와 라벨링, 자동차, 제약, 포장 산업을 위한 펀치 프레스 및 전체 라인을 완벽하게 구축하고 있다. [사진=F. Roßmann, B&R]

Spilker의 마크 포세켈(Mark Possekele) 세일즈 매니저는 "B&R의 통합 머신 비전 시스템을 써서 우리가 구현 가능한 기능은 우리 파일럿 시스템의 절대적인 하이라이트"라고 말했다. 통상적으로 제조업체들은 상당히 각광받는 솔루션의 소요 비용을 알고 나면 뒷맛이 씁쓸해지는 게 일반적이다. 이에 대해 포세켈 매니저는 “신규 개발 혹은 시설개장을 불문하고 비용 절감은 당사 고객은 물론 우리에게도 좋은 소식이다. B&R의 솔루션이 차별화되는 점이 바로 여기에 있다”고 강조했다.

이 솔루션의 강점은 뮌헨에서 개최된 종이, 필름 및 호일 변환에 대한 ‘2019 ICE’ 전시회에서 새로운 비전 솔루션을 처음 접한 고객들의 입소문으로 나왔다. 이런 긍정적인 피드백은 포세켈 매니저에게 확실히 만족스러운 일은 아니었다. 그만큼 이 솔루션이 수많은 Spilker 고객들의 요구사항에 완벽하게 들어맞았기 때문이다.

Spilker는 B&R의 스마트 센서(Smart Sensor)로 단 며칠 만에 머신 비전 기능을 갖춘 파일럿 시스템을 장착하고 2019년 3월 ICE 전시회에서 그 결과를 실시간으로 시연했다. [사진=F. Roßmann, B&R]

증가하는 비전 기능의 수요… 복잡한 기존의 비전 시스템

Spilker는 사용자 맞춤형 변환 기계(converting machine) 및 펀치 프레스 제작에서 틈새시장을 발견했다. 포세켈 매니저와 헨릭 슈필커(Henrik Spilker) 매니징 디렉터는 머신 비전에 대한 보다 심층적인 접근을 통해 회사의 자동화 노하우를 더욱 확장할 수 있는 확실한 진일보를 얻을 수 있었다. 전시회는 이러한 노력을 통해 얻어진 첫 번째 애플리케이션을 제시할 수 있는 완벽한 기회를 제공했다.

역량 있는 수많은 공급 업체를 평가한 끝에 Spilker는 파일럿 시스템을 위해 두 개의 제품을 선택했다. 해당 파일럿 시스템은 B&R 솔루션 외에도, 웹 처리에 대한 품질 보증 분야에서 잘 알려진 또 다른 전문업체의 검사 솔루션을 구비한 점이 특징이었다.

Spilker 소속 자동화 전문가인 디르크 슈타르케(Dirk Starke) 프로그래머는 “이 전문업체가 제공한 검사 시스템은 사전 프로그래밍을 적용한 표준 기능으로, 이상적인 제품의 사전 정의된 이미지와 실시간 이미지를 비교할 수 있는 기능과 압력제어 기능을 포함한 것이다. 또한, 시스템 작동도 매우 간편하다"고 설명했다. 그러면서도 "다만, 이 시스템의 단점은 기본 측정기능을 제공하지 않고, 단지 제품의 불량 여부만을 알려 준다는 것”이라며, “그와 같은 기능들은 훨씬 더 고가의 비용으로 간접적으로만 얻을 수 있다. 게다가, 라인 컨트롤러와 직접 통신할 수 있는 인터페이스도 부족하다"고 말했다.

Spilker사는 고객이 점점 더 엄격해지는 문서화 및 품질 보증의 요건에 대처할 수 있도록 하기 위해 기존의 머신 비전 솔루션 공급업체를 평가했다. 포세켈 매니저는 "이들 공급업체는 당사가 공정처리 스테이션의 설정 값으로 사용하거나 문서화 목적으로 고객에게 전달할 수 있는 측정값을 제공한다는 점에서 그들 수준의 가격 범위에서 시스템을 공급한다. 그러나 이러한 독립형 및 PC-기반 솔루션의 문제는 이를 기계 제어 환경에 통합하는 데 어려움이 있다는 점이다. 또한 새로운 엔지니어링 환경에 적응하기 위한 집중교육도 필요했다. 특히 전시회 일자가 임박해 문제가 되기 쉽다“고 말했다.

Spilker에서 사용하는 B&R 스마트 센서(Smart Sensor)는 각 라벨에 대한 위치 값을 실시간으로 제공하며, 이와 값은 시스템의 다이 커터를 제어하는데 사용된다. [사진=F. Roßmann, B&R]

B&R의 통합 비전… 통합 조명 및 이미지 처리 가능

따라서 Spilker의 전문가들은 B&R이 머신 비전 솔루션을 취급하고 있다는 소식에 주목할 수밖에 없었다. Spilker는 B&R의 원활하게 통합된 자동화 포트폴리오를 응용해 외부 파트너에 의존하지 않고 자사의 자동화 솔루션을 자체적으로 개발했다. 이 곳의 개발자들이 B&R 제품으로 작업하고 Automation Studio 엔지니어링 환경에서 카메라를 구성하는 일에 이미 익숙하다는 것을 의미했다.

슈필커 디렉터는 “B&R의 발표 이후 우리는 즉시 파일럿 고객으로 자원했다”며, “시장에는 많은 비전 시스템이 출시돼 있지만, B&R의 제품처럼 한 손에 꼽을 수 있을 정도로 매우 강력하면서도, 비전 기술을 처음 접하는 새로운 고객에게 적합하고 손쉽고 저렴하게 통합 가능한 패키지는 그리 많지 않다”고 말했다.

Spilker는 현지 B&R 사무소와 사전 논의를 거쳐서 전시 데모를 위해 구상된 제작 작업과 필요한 측정값을 제시했고, 일은 급속도로 진행됐다. 그리고 Spilker는 B&R 비전 전문가들의 추천에 따라 내장 조명이 통합된 1.3메가픽셀 스마트 센서(Smart Sensor)를 설치했다.

스마트 센서는 Automation Studio 개발 환경에 직접 통합되어 OPC UA를 통해 통신하므로 측정값을 제어 및 HMI 애플리케이션의 실시간 변수로 사용할 수 있다. [사진=F. Roßmann, B&R]

이 센서는 이미지 처리를 전적으로 수행하며, 검사 결과 평가만 기계 컨트롤러에 맡긴다. 1밀리초(ms)의 트리거 정밀도를 통해, 천공 위치 모니터링 및 조정을 위한 매우 엄격한 제어 루프를 설계할 수 있으므로 공정 안정성이 더욱 향상됐다. 16개의 고성능 내장 LED는 노출 시간이 100밀리초 미만으로 작동한다. 짧은 노출은 외부 광원의 간섭을 최소화하고 이미지 처리 시간을 단축시켜 빠르게 움직이는 물체를 캡처할 수 있도록 한다. 이에 대응하기 위해 스마트 센서에는 코드 판독, Blob 분석, 매칭, OCR 및 측정을 포함한 다양한 비전 기능이 구비돼 있다.

아울러 B&R은 새로운 카메라 시스템으로 Spilker의 학습 곡선을 더욱 강화하고 개발을 가속화하기 위해 슈타르케 팀에게 추가 지원을 제공했다. 이들은 몇 시간 내에 생산 시제품을 기반으로 대략적인 설정을 하고 비전 시스템의 통합 매칭 기능을 사용해 여러 가지 측정 기능을 설정했다. 파일럿 시스템에서 이러한 함수는 세 가지 위치 파라미터를 제공한다. 편차가 너무 커질 경우, 프로세싱 스테이션 도구가 그에 맞게 조정된다.

파일럿 시스템에서 50x70mm 셀프 접착형 라벨은 roll-to-roll 공정에서 한 번에 두 개씩 회전 천공되고, 추가 구멍은 스티커 부착 전에 두 곳에서 천공된다. 와인더, 크로스 커터 및 로터리 다이 커터와 같은 기계 부품은 기계의 후면 패널에 장착된다. 개방형 기계 레이아웃을 통해 개별 부품에 쉽게 접근할 수 있고 생산 공정에 대한 통찰력을 극대화할 수 있으며 스마트 센서(Smart Sensor)의 장착도 손쉽게 가능하다.

광범위한 머신 비전 기능

B&R의 맵 비전(mapp Vision) 소프트웨어 솔루션은 쉽게 구성 가능한 소프트웨어 블록에 캡슐화된 광범위한 머신 비전 기능이 포함한다. 일반적인 경우에 요구되는 프로그래밍 작업이 여기에는 필요하지 않다.

△코드 감지(식별)
mapp Vision은 가장 일반적인 1D와 2D 코드를 포함해 40개 이상의 다양한 코드 유형을 처리할 수 있다. 이 기능은 스스로 최적화하며 매우 빠른 속도에서도 신뢰성 있는 결과를 받아볼 수 있다.

△텍스트 감지(OCR)
통합 문자 인식 기능은 딥러닝 알고리즘과 함께 작동한다. 따라서 OCR 기능은 매우 신뢰할 수 있으며, 불량한 영상 화질로도 고속 판독이 가능하다.

△형상 검출(Blob)
형상 검출은 마이크로픽셀 정밀도로 형상의 크기와 무게중심을 결정한다. 또한 방향과 평균 회색 값에 대한 정보를 제공한다.

△객체 비교(매칭)
매칭 기능은 객체, 위치 및 방향을 쉽게 식별한다. 에지 기반의 매칭 외에 상관관계 기반의 버전도 사용할 수 있다.

△측정(Metrology)
mapp Vision은 미터법을 사용하고 있어서 강력하고 매우 정확한 측정기기를 제공한다. 또한, 선 또는 원 세그먼트를 따라 모서리를 서브픽셀 정확도로 측정한다.

Automation Studio의 필수 구성요소

B&R의 스마트 센서는 컨트롤러의 엔지니어링 환경에 직접 통합돼 OPC UA를 통해 통신하기 때문에, 별도로 프로그래밍할 인터페이스가 없다. 실시간으로 컨트롤러가 사용할 수 있는 위치, 방향 및 기타 데이터를 통해 드라이브는 어떤 편차에도 빠르고 정확하게 반응할 수 있다.

슈타르케 프로그래머는 “우리는 컨트롤러의 스마트 센서에서 측정값을 처리하기 위한 루틴을 개발하고, 기계의 HMI 애플리케이션에서 제어 루프와 머신 비전 기능의 시각화를 프로그래밍했다”며, “스마트 센서를 써서 작업함으로써, 이들 센서가 B&R의 엔지니어링 환경에 원활하게 통합되고 자동화 개발자의 요구에 맞춘 고도로 통합된 솔루션임을 확인했다”고 밝혔다.

이 사실은 매우 짧은 구현 시간 내에 증명됐다. B&R 전문가와 Spilker 팀이 파일럿 시스템의 비전 기능을 가동하는 데는 4일도 채 걸리지 않았다. 그리고 이 기능은 시스템의 첫 기동과 함께 완벽하게 수행됐다.

전시회 관람객들로부터 받은 긍정적인 경험과 찬사에 비추어 볼 때, 슈타르케 프로그래머는 “B&R 머신 비전이 회사의 미래에 중요한 역할을 할 것이라고 확신했다”며, “특히 복잡한 오류 발생 시나리오를 감지하거나 위치를 포착하는 기존 센서의 한계를 뛰어넘는 경우를 감안하면, 스마트 센서는 완벽한 솔루션이다”고 강조했다.

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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