이력관리의 핵심 ‘코딩 및 비전’

보다 향상된 기술적 진보를 통해 DPM(Direct Part Marking) 및 머신 비전은 소비자의 요구와 업계 규제를 만족시키기 위해 지속적으로 발전해 왔다. 이 글에서는 코딩 및 마킹, 비전의 중요성 및 기능에 대해 설명하고, 이를 결합한 기술력을 통해 기존의 제조분야는 물론 최근의 물류 현장에 이르기까지 어떻게 완벽한 제품 이력관리(Traceability)를 실현할 수 있는지를 살펴보고자 한다.

이력관리 이슈 부상

소비자의 요구가 지속적으로 급증하고 엄격한 법률 및 규제가 모든 제조분야 전반에 걸쳐 적용됨에 따라 제품의 전 과정에 대한 추적기능의 필요성은 당분간 가장 중요한 이슈로 부각될 전망이다. 이는 규제기관에 순응하는 것뿐만 아니라 협의된 요건에 충족하는 제품을 수령하게 되는 최종 사용자들에게도 반가운 일이다.

오래지 않아 코딩 및 이력관리는 유행어처럼 모든 사람들의 입에 오르내리게 됐고, 완벽한 이력관리 기능을 실현하기 위해 머신 비전의 활용 또한 필연적으로 증가했다. 시스템 성능과 비용 효과가 급격히 증가함에 따라 비전은 모든 제조분야에 걸쳐 획기적으로 발전했으며 1D, 2D 코드 또한 곧 일상화됐다. 좋은 소식이 빨리 퍼지는 것처럼 코드 판독과 이력관리의 이점은 물류 분야에서도 빠르게 현실화됐다.

IT 시작은 코드

이력관리를 구현하기 위한 가장 우선적인 핵심 구성요소는 코드다. 일반적으로 1D 바코드는 오직 숫자로만 부호화가 되지만, 2D는 프린트 라벨에 글자와 숫자가 결합된 알파뉴메릭(표준은 48셀×48셀, 10mm×10mm 내의 최대 150개 알파뉴메릭)으로 암호화가 가능하다. 보통 1D 바코드는 고유의 시리얼 넘버가 코드 내에 암호화돼 있는 색인(Look-Up) 테이블이나 데이터베이스를 기반으로 동작하며 데이터베이스를 참조한다. 하지만 물류 분야의 공통 시나리오인 데이터베이스에 액세스하지 않는다면 내부 자체 코드로는 충분하지 않다.

비교해 보면, 모든 2D 코드 데이터는 내부 데이터베이스에 액세스할 필요 없이 내부에(고유 시리얼 넘버/날짜/목적지 등) 암호화할 수 있기 때문에 현장에서 완벽한 이력관리 기능을 구현할 수 있다. 이러한 유연성은 상당한 양의 코드 판독과 제품/수송 점검을 데이터베이스 접속이 불가능한 이동 중에 처리해야 하는 물류 회사에게는 필수적인 요건으로 입증되고 있다.

DM의 뛰어난 특성

완벽한 이력관리를 실현하기 위해 요구되는 제품의 핵심 정보와 종종 중요 요인으로 작용하는 공간 문제로 인해 2D Data Matrix 코드 ECC200이 업계 표준으로 부상했다(그림 1). 표준 바코드보다 훨씬 작은 Data Matrix 코드의 다기능적 특성은 제품 이력관리 분야의 선두에서 이를 이끌어왔다(그림 2).

이 코드는 제조된 각각의 제품이나 부품을 비롯해 생산라인상에서의 내부 이력관리 및 제품의 전체 수명주기 동안의 외부 이력관리를 위해 부품의 표면에 직접 마킹된 디지털 각인을 고유의 방식으로 식별한다.

Data Matrix 코드의 주된 역할은 다음과 같다.

● 에러-검증.

● 부품 이력관리.

● 부품 인증.

● 공급 체인 관리.

표준 ECC200상에는 이용 가능한 24개의 정사각형 포맷과 직사각형 포맷이 있다(표 1, 2). 이를 통해 사용자는 단일 코드에 6개 및 3,116개의 숫자 혹은 2,000개의 알파뉴메릭 간의 부호화를 유연하게 구성할 수 있다. 하지만 일상적으로 사용할 수 있는 보다 일반적인 형태는 단일 코드에 약 30~40개의 알파뉴메릭 문자가 이용될 것이다.

Data Matrix 코드에는 다음과 같은 정보를 저장할 수 있다.

● 날짜 및 로트 넘버.

● 배치 넘버.

● 제조업체 상세정보.

● 시리얼 넘버.

● 특정 제품 데이터(목적지 등).

Data Matrix 코드는 자동차 부품 및 회로 보드에서부터 가스요금 청구서 및 약병에 이르기까지 이미 매우 다양한 제품에 걸쳐 사용되고 있다(그림 3).

마킹 옵션

도트 피이닝(Dot Peening) 및 레이저 마킹, ECE(Electro-Chemical Etching), 잉크젯 프린팅을 비롯한 DPM 식별을 위해 주요 방법들이 Data Matrix 코드를 생성하기 위해 사용돼 왔다. 마킹 공정을 결정하는데 영향을 미치는 중요한 요인들로는 제품 수명 기대치, 소재 구성요소, 환경적인 마모요인, 생산량 등이 있다. 다른 고려사항으로는 표면 질감, 각 부품상에 암호화돼야 하는 데이터 양뿐 아니라 부품상에서 이용 가능한 마킹 공간 및 위치 등이 있다.

도트 피이닝

이는 바늘 끝을 카바이드 혹은 다이아몬드로 만든 스타일러스로, 마킹될 소재 표면에 공기압이나 전기 기계적으로 충격을 가함으로써 구현되며, 까다로운 제품주기 요건을 필요로 하는 자동차 및 우주항공 업계에서 폭넓게 사용되고 있다(그림 4).

레이저 마킹

이는 마크를 만들기 위해 부품 표면을 녹이거나 기화 혹은 변형을 일으키려고 부품 표면에 열을 가하는 것이다(그림 5). 품질은 레이저와 마킹하고 있는 소재 간의 상호 작용에 따라 달라진다. 레이저는 원형이나 사각형의 모듈을 모두 만들 수 있으며, 고속 및 일관성, 그리고 높은 수준의 정밀도를 제공한다. 레이저 마킹은 반도체 및 전자기기, 의료기기 업계에서 폭넓게 사용되고 있다.

ECE(Electro-Chemical Etching)

ECE는 스텐실 임프레션으로 마킹되는 표면의 소재를 산화시킴으로써 마크를 생성하는 공정이다. ECE는 표면이 곡선이거나 압박에 민감한 부품에 적합하며, 종종 의료기기의 마킹을 위해 사용된다.

잉크젯 프린터

이는 부품 표면에 정밀하게 잉크를 떨어뜨리며 나간 다음, 잉크 자국을 만든 액체가 증발하고 나면 모듈 패턴을 생성하고자 하는 부품 표면에 색이 물들어 남게 되는데, 이를 통해 마크를 구성한다. 잉크젯 마킹은 움직이는 부품의 빠른 마킹이 가능하고 매우 선명한 명암을 얻을 수 있다.

코드 판독 - 2가지 핵심 구성요소

코드가 특정 부품이나 제품에 마킹이 되고 난 다음, 이를 정밀하게 판독할 수 없다면 소용이 없다. 이제 머신 비전이 이를 총괄해야 하며, 이를 통해 완벽한 제품 이력관리를 달성할 수 있다.

전통적으로 머신 비전 시스템은 측정, 게이지, 검증, 검사, 가이드를 위해 제조분야에 사용돼 왔으며, 종종 하나의 특정 작업을 수행하기 위해 생산 공정의 단일 지점에 설치됐다. 제품 이력관리를 위한 고객의 수요증가와 강화된 규제 대응으로, 특별히 ID 마켓을 위해 설계된 비전 시스템의 범주가 급격히 증가했다.

머신 비전 시스템은 Data Matrix 코드를 검증하는데 있어 확실한 정확성과 안정성을 제공한다. 현재 첨단 기술이 제공되면서 비전 시스템은 가장 까다로운 고속 생산 라인은 물론 그 이상의 처리 능력을 보유하고 있다.

전형적인 제조 애플리케이션에서는 마킹된 부품이 비전 센서 앞을 지나가게 함으로써 Data Matrix 코드의 이미지를 캡처한 다음, 특화된 이미지 프로세싱과 식별 알고리즘을 이용해 이를 처리한다. 이러한 기술을 사용한 코드 판독 성능은 마킹 문제나 일반적인 제품의 마모로 인해 발생할 수 있는 낮은 명암대비 혹은 형태가 분명치 않은 코드는 처리할 수 없다.

그림 6의 데모 결과에 의하면, Data Matrix 코드는 마킹 품질의 변형이나 부품의 회전, 혹은 조명 제약에도 불구하고 첨단 ID 리더에 의해 판독이 가능하다.

코드상에 저장된 데이터를 판독하는 것과 더불어, 센서는 제품이 최고의 2D 코드 품질로 마킹될 수 있도록 생산 공정상에서 특정 마킹 품질에 대한 피드백을 제공할 수 있다. 이는 전혀 낭비 없이 완벽하게 코드 품질을 유지하도록 함으로써 전반적인 생산 효율을 향상시키기고 운영비용을 절감할 수 있도록 한다.

코드 리더기 옵션

대부분의 머신 비전 시스템은 고정형 센서의 형태로 생산 라인상에 통합되며, 컨베이어나 인덱서 혹은 로봇을 통해 자동으로 처리되고 이동하는 부품을 식별하기 위해 사용된다. 운영에 있어서 이러한 형태의 리더기는 연속적으로 혹은 인덱스에 따라 움직인다 하더라도 마크가 반복적으로 리더기 앞에 위치될 수 있도록 고정된 위치에 장착된다. 또한 애플리케이션 요구에 따라 통합 광원 혹은 외부 광원으로 설정이 가능하다.

하지만 최대한의 유연성을 제공하기 위해 첨단 ID 코드 리더기는 핸드헬드 기기로도 제공이 가능하다(그림 7). 이는 부품 처리가 자동화돼있지 않거나 부품이 매우 큰 경우에 적합하다. 이러한 방법은 최종 목적지에 도달하기 전에 여러 위치에서 부품을 점검해야 할 필요가 있는 물류 분야에서 사용하기에 이상적이다.

1D 및 2D 리더기가 모두 물류 분야에 사용되고는 있지만, 부상하고 있는 주류 리더기들은 2D에 기반한 이미지들이다. 가장 큰 이유는 2D 리더기는 이미 검증된 미래 지향적 솔루션으로 1D 및 2D 코드를 모두 판독할 수 있는 능력을 가지고 있는 반면, 1D 레이저 스캐너는 오직 1D 바코드만 판독할 수 있기 때문이다. 또한 1D 레이저 스캐너(바코드 스캐닝에 적합한 방식)는 전경과 배경 간의 80% 명암대비 요건을 갖춰야 하기 때문에 판독에 어려움을 겪고 있다. 반면에 2D 코드 리더기는 20%의 명암대비(가끔은 그 이하)로 레벨이 떨어지더라도 판독이 가능하며, 뿐만 아니라 코드가 회전하더라도 영향을 받지 않는다. 이러한 모든 것들은 코드 판독 기술에 투자할 때 고려해야 하는 중요한 요소들이다.

이력관리 선도하는 물류 업계

물류 분야에서 이력관리를 통해 실현할 수 있는 2가지 주요 이점은 더 많은 데이터를 더 적은 공간에 저장할 수 있다는 것과 코드 내 손상에 대한 큰 폭의 허용오차 범위 레벨을 가질 수 있다는 것이다. 2D 코드를 사용한 이력관리는 물류 기업들이 모든 수송 단계마다 빠르고 효율적으로 각각의 아이템을 추적할 수 있도록 함으로써 안전하게 물품을 수송할 수 있도록 한다.

2D 코드 안에는 상당한 양의 데이터를 담을 수 있어서, 기록 구분 및 업계 표준 포맷 문자 암호화와 함께 데이터 포맷 기능이 광범위하게 활용될 수 있으며, SAP 및 다양한 ERP 백엔드 시스템의 2D 코드 내에서 데이터의 플러그 앤 플레이가 가능하다. 또한 입력하는데 필요한 정보를 ‘색인’ 하기 위해 데이터베이스에 접속할 필요 없이 백엔드 데이터베이스에서 직접 데이터를 완전히 해체하거나 서브 문자열로 쉽게 포맷할 수 있다.

물류 업계의 전형적 애플리케이션

● 언제라도 제품의 위치를 파악(추적 및 이력관리)하기 위한 1D/2D/OCV (Optical Character Verification).

- 추적 : 현재 어디에 무엇이 있는가?

- 이력관리 : 어디로 무엇이 가 있는가?

● 올바른 제품 라벨.

● 올바른 제품 포장(포장 안에 올바른 제품이 들어가 있는지).

● 올바른 제품의 데이터/로트 코드, 또한 날짜 및 로트 코드의 품질.

● 1D/2D와 일치하는 날짜/로트 코드 혹은 유효기한.

결론

제조업체들이 일상적으로 직면하고 있는 생산 공정상의 도전과제들이 증가하면서 많은 기업들이 코딩 및 머신 비전의 기술적 진보를 활용하기 위해 연구하고 있으며, 그 결과 제품 이력관리를 통해 제공되는 상당한 혜택의 성과를 거둬들이고 있다.

<코그넥스 ID 비즈니스 사업부 라이 조단 ID 제품 마케팅 담당>

[월간 FA저널 ()]