비전으로 로봇 진화 이끈 코그넥스

 

 

코그넥스가 자사의 머신 비전 시스템을 적용한 로봇이 4대의 로봇 역할을 대체한 사례를 공개했다. 머신 비전 시스템을 기반으로 한 이 최신 로봇은 피츠-토르스 엔지니어링(Fitz-Thors Engineering)이 자동차 공급업체를 위해 개발 것으로, 기존 셀에서 발생했던 공전시간을 제거하고 지속적으로 동작할 수 있다. 특히 근접센서를 필요로 하지 않으면서도 보다 많은 부품을 처리할 수 있어 업계의 이목이 집중되고 있다.

 

머신 비전을 장착하고, 세밀한 작업셀 레이아웃을 갖춘 로봇은 4대의 유닛으로 구동하던 기존 애플리케이션에서 나머지 3대를 다른 용도로 사용할 수 있을 만큼 가동성이 뛰어나다.

 

자동차 인테리어 부품에 사용하는 VOC(Volatile Organic Compound)가 함유되지 않은 코팅 시스템은 표면 장력을 높이고, 코팅 부착력을 향상시키기 위해 난연 처리가 필요하다. 난연 처리를 위해 사용된 기존의 셀은 4개의 스테이션을 갖추고 있으며, 각 스테이션에 하나의 로봇이 사용되거나 난연 처리 부품이 근접센서와 함께 턴테이블 기구에 탑재된다. 피츠-토르스 엔지니어링(Fitz-Thors Engineering)은 4개의 모든 스테이션을 위해 하나의 로봇으로 동일한 처리량을 제공하는 셀을 구현함으로써 이러한 방식을 개선했다. 

 

비전 시스템은 부품이 기구의 적절한 위치에 배치될 수 있도록 난연 처리 이전에 부품을 확인한다. 새로운 로봇은 기존 셀에서 발생했던 상당한 양의 공전시간을 제거하고, 지속적으로 동작할 수 있으며, 근접센서도 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고 훨씬 더 많은 부품을 처리하는 것은 물론, 센서 배선에 필요한 시간도 없앨 수 있다. 최대 생산량으로 동작할 경우 새로운 셀은 기존 셀과 마찬가지로 4명의 작업자가 필요하지만 최대 생산량 미만으로 동작할 경우에는 각각 2개의 셀을 담당하는 두 명의 작업자만 있으면 된다. 

 

 

전통적인 내연-처리 방법

자동차 인테리어에 사용되는 대부분의 플라스틱 부품은 촉감이나 음향 성능을 향상시키기 위해 코팅 처리된다. 특히 최근 규정에 따라 폴리우레탄이나 자외선 코팅 기반의 VOC-프리 코팅 시스템을 사용해야만 하며, 이는 높은 수준의 표면 장력을 가진 기질이 필요하다.

 

내연 처리는 코팅 부착력을 증대시키는데 도움을 줄 수 있고, 프리머(Primer)가 필요하지 않기 때문에 표면 장력을 제공하는 저렴하면서도 효율적인 방법이다. 자동차 산업의 내연 처리는 높은 품질을 유지하기 위해 일반적으로 로봇을 적용하고 있다. 

 

보통 차량 내부에 있는 핸들이나 계기판, 콘솔, 글로브 박스 등과 같이 처리가 필요한 여러 부품들의 내연 처리를 위해 사용된 기존의 셀은 스테이션별로 로봇이 제공되는 별도의 스테이션을 갖추고 있으며, 부품이 기구의 적절한 위치에 배치되도록 하기 위해 근접 센서를 장착한 맞춤식 기구를 가지고 있다. 각 기구는 로봇으로부터 작업자가 안전하게 위치하도록 턴테이블 위에 탑재된다. 작업자가 부품을 적재한 다음, 로봇이 내연 처리를 할 수 있도록 부품 및 기구가 정확한 위치에 놓이도록 턴테이블이 회전한다. 

 

 

로봇 시스템 진화에 대한 고민

피츠-토르스 엔지니어는 새로운 형상의 내연-처리 시스템을 만들기로 결정했다. 이들은 로봇이 상당한 시간 동안 공전상태에 있는데도 왜 각 스테이션마다 로봇이 필요한지 의문을 가졌다. 또한 머신 비전이 부품의 적절한 위치를 확보하는데 있어 근접센서 보다 뛰어난 결과를 가져다 줄 수 있을지 자문해 보았다. 피츠-토르스의 엔지니어는 비전 시스템으로 구동되는 로봇은 셀에 있는 내연 처리를 위한 각 기구로 보다 빠르게 움직일 수 있고, 올바른 부품이 기구의 적절한 위치에 배치되어 있는지 검증하며, 기구의 부품을 내연 처리한 다음, 빠르게 다음으로 이동할 수 있다고 결론지었다.

 

 

로봇의 진화, 코그넥스 비전 기술력으로 완성되다

피츠-토르스 엔지니어는 비전 센서는 검사작업 개발에 너무 제한적이고, 표준 비전 시스템은 비용 효율성이 떨어질 수 있어 엔트리-레벨의 비전 시스템을 선택했다. 이들은 올바른 부품이 기구에 정확하게 배치되었는지를 확인하기 위해 백분율 매칭을 제공하는 각도 방향 제한 기능을 갖춘 패턴 확인 비전 툴을 이용해 소프트웨어 유저 인터페이스를 갖춘 비전 시스템을 구성했다. 패턴-확인 기능은 부품이 시야각 범위 내 어느 곳에 위치해도 상관없기 때문에 이 프로그램은 기구가 각기 다른 위치에 있더라도 유무여부를 일관성 있게 검출할 수 있다. 

 

독립형 구조인 이 비전 시스템은 IP67 등급의 산업용 하우징 안에 자동초점 광학장치를 비롯해 통합 조명 등을 갖추고 있다. 자동초점 기능을 통해 사용자는 각 검사 부품에 대한 초점값을 설정하거나 저장할 수 있다. 또한 쌍방향 소프트웨어를 통해 수동으로 초점 레벨을 정밀하게 조정할 수 있으며, 렌즈에 대한 어떠한 매뉴얼 조정 없이도 원활하게 부품을 전환할 수 있다. 통합 백색 조명은 대부분의 비전 애플리케이션에 최적화되어 있다. 특정 부품이나 특징을 강조하기 위해 특수 컬러 조명이 필요한 경우에는 옵션으로 제공되는 4개의 컬러 조명을 이용할 수 있다. 

 

이 로봇은 부품을 난연 처리하기 위한 표면 처리기에 적합하며, 모든 프로세스 케이블 및 호스는 간섭이나 마모로 인한 고장을 줄이기 위해 로봇 팔 내부에 연결되어 있다. 또한 통합 드레싱은 달성 가능한 최대 가속도를 제한 없이 언제나 이용할 수 있도록 해준다. 이 로봇은 스윙 기준으로 반경은 337㎜, 기본 폭은 511㎜에 불과하다. 표면 처리기는 강력한 청색 불꽃 및 플라즈마 영역을 만들기 위해 인화성 가스를 발화시킨다. 이 불꽃은 부품 표면상의 전자 밀도 및 분포를 변화시키고, 산화를 통해 표면 분자를 극성화한다. 또한 이 난연 처리는 습윤 및 접착성을 높이는 다른 기능적 화학물질 그룹들을 침적시킨다. 

 

 

작업자의 안전까지 고려한 로봇 시스템

피츠-토르스 엔지니어링은 최근 시장을 선도하는 자동차부품업체를 위한 난연-처리 셀을 구축했다. 4개의 스테이션 시스템은 소형 부품을 처리하기 위해 턴테이블을 사용하며, 다른 3개의 스테이션은 계기판과 같은 대형 부품을 처리하도록 개방되어 있다. 

 

로봇의 안전기능 옵션을 통해 작업자는 턴테이블 없이도 3개의 스테이션에 안전하게 부품을 적재할 수 있다. 센서는 작업자의 위치를 모니터하며, 로봇의 안전기능 옵션은 자동 가동을 유지하기 위해 기하학 상태 및 속도를 제한하는데, 이를 통해 작업자로부터 안전한 거리가 유지되도록 로봇 움직임이 제한된다. 안전 툴은 작업자 위치를 기반으로 지속적으로 계산을 하며, 로봇 움직임은 정의된 영역 안에서 유지될 수 있도록 제한된다. 작업자는 개방형 기구 중 하나 또는 턴테이블에 부품을 적재하고 녹색 버튼을 누른다. 로봇 제어기가 기구 내 부품 여부와 작업자의 위치에 기반해 로봇을 제어한다. 작업자는 로봇이 다른 스테이션에서 작업하고 있는 동안 셀에 들어가 부품을 배치할 수 있다. 

 

 

비전 시스템, 근접센서를 대체하다

근접센서 대신 비전을 이용함으로써 각 기구는 더 많은 종류의 부품을 처리할 수 있게 되었으며, 별도로 기구를 조작하지 않고도 자주 설계를 변경할 수 있다. 또한 근접센서를 제거함으로써 시스템을 설치할 때 발생했던 상당한 양의 배선 작업도 사라졌으며, 설계에 따른 변경이 발생하더라도 배선을 다시 할 필요가 없다. 이 비전 시스템은 근접 센서만큼의 비용이 들지만, 향후 변화에 따른 훨씬 뛰어난 유연성을 제공하기 때문에 총 소유비용(Cost of Ownership)은 줄어든다.

 

셀에 사용된 하나의 로봇은 정지하지 않고 지속적으로 부품을 처리한다. 셀이 차지하는 공간도 4대의 로봇과 4개의 턴테이블을 사용하는 기존의 셀보다 훨씬 작아졌다. 시스템이 최대 생산속도로 가동되는 경우, 4명의 작업자가 최대 처리량을 위해 지속적으로 부품을 적재할 수 있다. 또 다른 옵션은 두 명의 작업자가 각각 2개의 스테이션에 부품을 적재함으로써 생산속도를 감속해서 가동할 수도 있다. 

 

 

테스트 스탠드를 위한 머신 비전

피츠-토르스 엔지니어링은 여러 다른 애플리케이션에도 머신 비전을 사용했다. 예를 들어, 이 회사는 최근 또 다른 선도 자동차 공급업체를 위해 자동화된 맞춤식 비전 애플리케이션을 완성했다. 이 테스트 스탠드는 도어 패널 내부에 있는 나사 및 플라스틱 클립의 위치, 컬러를 확인하기 위해 비전 시스템을 사용했다. 

 

완성된 이 기구는 도어 패널이 작업자에 의해 올바르게 배치되었는지를 확인하고, 패널이 배치되고 나면, 작업자는 2개의 버튼을 눌러 테스트를 시행한다. 

이 디스플레이는 불량은 물론, 올바르지 않거나 패스너가 누락된 것은 빨강색 원 안에 배치시키고 빨강 박스의 사분면 주변에 디스플레이함으로써 작업자에게 불량부품을 알려준다. 이러한 시각적 지시를 통해 작업자가 부품이 왜 불량인지를 빠르게 식별할 수 있도록 도와주며, 결과값은 향후 결함이 발견될 경우 부품의 이력을 추적할 수 있도록 데이터베이스에 저장된다.

 

이 글에서 소개한 최초의 난연-처리 셀은 이미 1년 이상 성공적으로 운영되어 왔다. 피츠-토르스 엔지니어링은 최근 자동차 공급업체를 위한 두 번째 시스템을 구현했다. 이 새로운 셀은 현재의 셀을 백업하는 기능도 갖추고 있으며, 또한 새로운 부품을 손쉽게 처리하고, 처리량을 증대시켜준다. 

 

한편 코그넥스는 머신 비전 분야의 세계적인 선도 기업으로 머신 비전 및 산업용 ID 시스템, 장비 등을 설계, 개발, 제조, 공급하고 있다. 코그넥스의 비전 및 ID 시스템은 전세계의 제조 및 유통 분야 전반에 걸쳐 공정자동화와 품질 향상을 위한 다양한 검사 및 ID 인식, 가이드 애플리케이션에 폭넓게 사용되고 있다. 코그넥스는 머신비전 분야의 세계 선두 업체로서, 1981년 설립 이후 100만 대 이상의 머신 비전 시스템을 출하했으며, 30년 이상 머신 비전 및 이미지 기반 산업용 ID 기술에 주력해 오고 있다. 코그넥스 본사는 메사추세츠 나틱(Natick)에 위치하고 있으며, 미주, 유럽, 아시아 지역에 지사를 두고 있다. 

 

코그넥스코리아 www.cognex.co.kr

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 비전으로 로봇 진화 이끈 코그넥스