[B&R 제공] 검사의 효율성과 비용절감을 위해 Christ Packing Systems은 완전 자동화된 새로운 수평 케이스 포장기(Packer)를 도입하려고 했다. 하지만 도입을 위해서는 라이트 커튼의 한계는 물론, 기존 카메라의 수준을 넘어서야 한다는 난관에 직면했다. 이에 B&R의 통합 머신 비전 시스템으로 눈을 돌렸다.

검사의 효율성과 비용절감을 위해 완전 자동화된 수평 케이스 포장기를 도입하기 위해 Christ Packing Systems은 'B&R의 통합 머신 비전 시스템'으로 눈을 돌렸다. [사진=utoimage]

“우리의 포장 기계는 전통적으로 제품 존재를 확인할 수 있는 기능을 제공한다. 그러나 여기에 필요한 검사 유형과 범위는 고객은 물론, 포장중인 제품, 기계 유형에 따라 크게 달라진다.”

Christ Packing Systems의 Timo Bochtler 전기 엔지니어링 책임자가 말했다. Timo Bochtler는 “과거에는 수평 및 수직 케이스 포장기 상단 및 측면 로더에 라이트 커튼과 기존 카메라 시스템이라는 서로 다른 2가지 검사 시스템을 사용했다”고 설명했다.

수직형 케이스 포장기에서는 라이트 커튼을 사용해 번들 제어를 매우 간단하고 비용 효율적으로 구현할 수 있다. 제품 레이어가 적층 구역에서 카톤 상자안으로 밀려들어가면, 라이트 커튼의 빔은 제품 유무를 확인한다. 커튼은 레이어에 수직으로 빔을 향한다. 레이어가 완성되면, 레이어가 밀려 통과하고 라이트 빔은 일정시간 동안 중단된 채로 유지된다. 제품이 누락돼 빔이 통과되는 경우 빔 중단 시간의 변경으로 오류 메시지가 표시된다.

단순하지만 유연성 없는 ‘라이트 커튼’

라이트 커튼은 낮은 하드웨어 가격 뿐만 아니라, 다음과 같은 이점을 제공한다. 다른 포맷으로 변경할 때 사용자는 작동자 인터페이스를 통해 검사 프로세스를 새로운 조건으로 쉽게 적용시킬 수 있다. 단지 해야 할 일은 필요한 빔의 수 및 일치하는 빔 중단 시간과 함께 스택의 시작과 끝 위치(폭)를 설정하는 것이다. 그러나 실제 본격적인 생산이 시작되려면 먼저 수차례의 시험 운전이 필수다. 선택된 라이트 빔 구성이 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는지 확인해야 하기 때문이다. 만약 레이어에 둥근 제품이 포함된 경우, 빔이 통과할 수 있는 간격이 생겨 오류 메시지가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 작동자는 각각의 빔을 비활성화 시켜야 한다.

Timo Bochtler는 “경우에 따라서 생산을 원활하게 유지하기 위해 각각의 끝에서 두개의 빔을 서로 비활성화 해야 할 때가 있고, 결국 그렇게 할 때마다 검증 결과의 질도 떨어진다”고 말했다. 이어 "또 포맷을 변경할 때, 작동자가 빔을 다시 활성화하는 것을 잊어버릴 위험도 따른다"고 전했다. 결국 어느 쪽이든 라이트 커튼은 많은 작은 제품의 레이어를 스캔하고 예기치 못하게 요구되는 변경을 처리하는데 어려움이 있다는 취지다.

Christ의 CaseTeq 케이스 포장기는 미리 접착된 운송 케이스를 세우고, 포장하고, 밀봉하는 강력하고 완벽한 자동화된 수평 시스템이다. [사진=B&R]

복잡하면서 번거롭고 비싼 ‘카메라’ 솔루션

아울러 수평 케이스 포장기에서는 라이트 커튼을 사용할 수 없다. 지금까지 Christ는 수평 케이스 포장기의 패킹 완성도를 검증하기 위해 픽 앤 플레이스 축에 장착된 카메라를 사용해 왔다. Christ는 이미지 처리를 위해 필요에 따라 카메라, 렌즈, 이미지 처리 시스템(일반적으로 PC), 특별한 이미지 처리 소프트웨어, 그리고 조명 요소들로 구성된 시스템으로 고전적인 접근 방식을 취했다. 이 솔루션은 라이트 커튼 보다 더 복잡하고 비싸지만 추가적인 유연성, 성능 및 신뢰성을 제공한다. 또한 위치와 패턴을 인식하고, 코드와 텍스트를 읽어내는 것과 같은 번들 검사뿐만 아니라, 더 복잡한 검사들도 수행할 수 있다.

단점은 많은 하드웨어와 소프트웨어에 따른 비용이다. 과소평가해서는 안 되는 또 다른 요소는 기계의 소프트웨어 개발자를 위한 추가 시간과 노력이다. 전통적으로 머신 비전은 독립형 시스템이므로 프로그래머는 독점 소프트웨어와 추가 인터페이스에 대한 사용법을 익혀야만 했다. 또한 이미지 처리 소프트웨어와 기계 애플리케이션에 얼마나 잘 통합될 수 있을 것인가에 대한 제한도 있다. 무엇보다도 이미지 처리 소프트웨어를 사용하는 사람은 누구나 특별한 훈련이 필요하다.

제조업체의 경우, 일반적으로 써드파티 지원에 의존한다는 의미이다. 또한 이 시스템은 설치되고 하드웨어를 교체할 때마다 현장에서 교정을 수행해야만 한다. Timo Bochtler는 “우리는 숙련된 기계 엔지니어로 카메라 전문가가 아니다”라면서, “우리는 어떤 상황에서 조명이 필요한지를 경험해 보지 못했다”고 말했다. 비용을 줄이려고 조명을 사용하지 않는 기계제작자는 결국 나중에라도 조명을 집어넣어야 하는 위험이 뒤따른다. 반면에 꼭 필요하지 않은 조명을 설치하면 투자가 낭비된다. 요컨대 Christ가 이제까지 시도했던 모든 검사 솔루션에는 예측할 수 없는 위험과 숨겨진 비용이 있었던 것이다.

해결책, B&R의 통합 머신 비전

B&R에서 통합 머신 비전 시스템을 처음으로 Christ의 관리팀에 제시하자, 그들은 곧바로 주목했다. 그 이유는 명확했다. B&R Automation Studio 엔지니어링 소프트웨어로 깔끔하게 짜여진 비전 시스템은 기계제작자와 개발자들이 접근하고 관리하기가 쉽기 때문이다. 친숙한 자동화 환경의 편안함에서 그들에게 필요한 모든 카메라 기능에 액세스하고 기계 애플리케이션과도 쉽게 통합할 수 있다. 전문적인 이미지 처리 노하우가 필요치 않기 때문에 입문 교육이 최소한으로 유지된다.

포괄적인 포트폴리오가 요구되는 어떠한 조건에도 적합한 조합을 제공한다. 여기에는 통합 조명과 다양한 해상도, 그리고 외부 조명과 같은 액세서리들로 구성된 다양한 카메라 유형을 포함한다. 솔루션을 진정으로 차별화하는 것은 통합 수준이다. 모든 구성요소는 공통 네트워크로 연결되고 동일 애플리케이션에서 제어된다. 이것이 바로 마이크로초(ms) 미만의 범위에서 플래시와 셔터 타이밍을 동기화하고, LED 구성요소를 가장 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 것이다.

B&R의 카메라는 이제 다양한 검사 작업을 수행하게 될 것이다. [사진=B&R]

확장 가능하고 사용하기 쉽다

QR코드 판독과 위치 감지와 같은 특정한 이미지 처리 기능이 요구되는 상황에서는 B&R 카메라의 Smart Sensor 버전이 올바른 선택이다. 동급의 많은 다른 디바이스들과 달리 필요한 각 기능마다 별도 카메라 하드웨어를 설치할 추가 설치할 필요가 없다. 사용자는 Automation Studio 엔지니어링 환경에서 필요에 따라 Smart Sensor 기능을 구성하기만 하면 된다. 여러 기능이 요구되는 경우에는 강력한 Smart Camera로 쉽게 업그레이드 할 수 있다. 이미 개발된 어떤 애플리케이션 소프트웨어, 파라미터, 모델도 계속해서 사용할 수 있다. 또 카메라와 렌즈는 공장에서 보정된 상태로 제공되므로, B&R 비전 제품을 시운전할 때 이 단계를 반복할 필요가 없다. 카메라가 모든 설정을 컨트롤러에서 가져오기 때문에 설치가 이보다 쉬울 수 없다.

버튼 하나로 전환

긴밀하게 통합된 B&R 솔루션은 사용자에게도 이점을 제공한다. 초점 설정을 포함한 모든 파라미터를 레시피로 저장하고 버튼을 누르면 새로운 케이스 형식을 수용할 수 있다. Timo Bochtler는 “제품이나 케이스 형식에 대한 데이터를 아직 사용할 수 없더라도 문제될 것이 없다”면서, “새로운 제품에 대해 가르치고, 레이어에서 제품이 어떻게 배열되는지 입력하면, 나머지는 시스템이 처리해 준다”고 밝혔다. B&R 컨트롤러 또한 신속한 제품 전환을 구현하는 것이 매우 쉬웠으며, Christ는 기꺼이 이를 배웠다. 시스템 관리 및 레시피 관리 시스템은 HMI 애플리케이션에 직접 통합될 수 있다. Automation Studio 환경의 친숙한 툴을 진단에 사용할 수 있다. B&R의 mapp Vision 소프트웨어 컴포넌트는 프로그래머에게 MVTec의 HALCON 머신 비전 라이브러리에 액세스할 수 있도록 한다. 이 라이브러리는 위치 감지, 완전성 검증, 품질 평가 및 식별을 위해 현장에서 증명된 즉시 사용가능한 알고리즘으로 가득하다. Timo Bochtler는 기쁘게 말했다.

“우리와 같은 자동화 전문가들이 간단한 소개만으로도 머신 비전 솔루션을 우리 스스로 쉽게 구현할 수 있도록 지원한다.”

B&R 비전 시스템이 제공하는 이점으로 인해 Christ는 B&R의 새로운 머신 비전 솔루션을 통해 레이어 완전성 검증을 수행하는 최초의 완전 자동화된 수평 케이스 포장기를 도입하기로 결정했다. 이 회사는 향후 모든 2차 포장 기계를 새로운 기술로 전환한다는 궁극적인 목표로 B&R 시스템을 기반으로 한 새로운 검사 작업을 추가할 계획이다.

Timo Bochtler는 “B&R의 비전 패키지에는 필요한 모든 것이 있다”면서, “이 확장 가능한 솔루션을 통해 우리는 이전에 필요로 했던 개별적인 제어 시스템을 머신 비전을 위한 완전 통합된 단일 솔루션으로 교체할 수 있었다”고 밝혔다. Bochtler 씨는 이어 “경제성이 높을 뿐만 아니라, 검사 프로세스에 귀중한 유연성과 신뢰성을 추가했다”면서, “동시에 우리와 우리 고객들에게 놀랄 정도로 기존에 내재됐던 위험마저 줄여 줬다”고 평가했다.

[최종윤 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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