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[기획특집] 보편화되고 있는 ‘비전 가이드 로봇(VGR)’, 그 이유는?

로봇과 머신비전을 하나로 사용할 때 그 유용성 입증되고 있어

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헬로티 김진희 기자ㅣ

 

지난 수십 년 동안 자동화 기술은 극적으로 발전했다. 로봇은 더 빠르고 정확하며 더 광범위한 작업을 자동화 할 수 있게 되었다. 비전 기술은 수년에 걸쳐 더 저렴하고 빠르며 지능화되었다. 최근에는 두 가지 자동화 기술이 함께 사용될 때 유용한 것으로 입증되었다.

 

머신비전을 통한 로봇 가이드는 유연한 생산 및 생산 라인을 실현함으로써 용이하게 제품 변경을 적용할 수 있도록 한다. 선택 및 배치를 위한 부품 위치 식별 또는 구성부품 조립을 위한 로봇 가이드 외에도 머신비전 시스템을 사용하면 제품을 처리하거나 조립할 때 1D 및 2D 바코드를 검사, 측정 및 판독할 수 있다. 또한 높은 비용이 초래되는 정밀 고정을 제거하고 사고로 인한 로봇 부식을 차단하는 한편, 툴링 교체 없이 다양한 부품 유형을 처리한다.

 

비전 가이드 로봇(VGR) 애플리케이션이 빠르게 보편화되고 있다. 이는 최신 기술의 비용이 꾸준히 감소하고 있기 때문이다. VGR 애플리케이션을 작동하는 데 필요한 조명, 카메라, 렌즈, 레이저 및 소프트웨어는 모두 가격이 떨어지고 있으며 더 많은 최종 사용자가 액세스 할 수 있다. 여기에 비전 기술도 더 많은 능력을 발휘하고 있다.

 

카메라는 그 어느 때보 다 똑똑한 반면 센서는 더 자세한 분석을 위해 더 많은 세부 정보를 캡처하고 더 많은 이미지 데이터를 컴퓨터로 전송할 수 있다. VGR 기술은 시장 채택의 주요 동인이지만 고객은 그 어느 때보 다 더 많은 것을 요구하고 있다.오늘날의 비전 가이드 로봇은 시각 데이터를 기반으로 물체를 인식, 진행 및 처리하는데 필요한 모든 기술을 포함한다.

 

사진1. 제품의 부품 제조와 포장을 위한 비전 가이드 로봇(VGR)에 대한 재개된 관심은 지난 10년간 정교한 기술의 발전에 상당부분 기여하고 있다.

 

제품의 부품 제조와 포장을 위한 비전 유도 로봇(VGR)에 대한 재개된 관심은 지난 10년간 정교한 기술의 발전에 상당부분 기여하고 있다. 다양한 장치의 크기, 속도, 정밀도, 유연성 및 가격의 향상은 로봇 자동화에 고품질 비전 기술을 사용할 수 있다는 확신이 다시 생기고 있다.

 

고유한 애플리케이션 요구사항을 충족하기에 적합한 로봇은 이제 운영자의 개입과 재프로그래밍 없이도 작업을 수행할 수 있다. 또한 머신비전의 정밀도의 향상은 차세대 영상 시스템을 개발하여 물체를 찾고 그에 따라 로봇에 정확하고 수용 가능한 위치를 제공하며, 다양한 시장에 대한 요구를 효율적이고 경제적으로 충족시키는 데 필요한 기능을 제공하는 차세대 영상 시스템을 만들어냈다.

 

 

비전 가이드 로봇의 중요성

 

오늘날 비전 가이드 로봇은 로봇에 대한 기준을 제공하는 데 필요한 조명, 카메라 및 소프트웨어 등을 포함하는 시각적 데이터를 기반으로 물체를 인식, 진행 및 처리하는 데 필요한 모든 기술을 포함한다. 이러한 기준들은 2차원(2D) 시야에 대한 X, Y 좌표 또는 3차원(3D) 시야에 대한 X-Y-Z 좌표 중 하나이며, 로봇은 이 좌표를 사용하여 물체를 정확하게 선택, 처리 및 방향을 지정한다.

 

특히, 조립 및 용접을 위한 로봇은 항상 동일한 위치에 있는 견고하고 잘 정의된 물체에 대해 사전 정의된 작업을 반복하는 데 있어 탁월한 성능을 보여 왔다. 그러나 이러한 물체들의 모양이 다양하거나 항상 정확하게 같은 위치에 있지 않으면 로봇은 실패한다. 이러한 이유로 문제를 완화시키기 위해 VGR이 필요하다. 만약 로봇이 물체의 위치를 ‘알고’ 있지 않으면, 물체를 찾기 위해 ‘볼 수’ 있어야 한다. 본질적으로, 어떤 종류의 도움 없이는 로봇은 ‘시각장애인’ 이다.

 

또한 VGR은 연속형이며, 적합한 해결책은 특정 애플리케이션에 따라 다르다. 2차원 시스템은 몇 가지 주의사항을 제외하고는, 물체의 위치를 인식하고 X, Y 좌표를 선택할 수 있다. 3차원 시각은 물건들이 아무렇게나 놓여있거나 다양한 방향으로 쌓이는 상황에서 필요하다. 


2D머신비전을 통해 격차 해소

 

많은 초기 비전 시스템은 목적에 맞게 설계되었으며 융통성을 발휘할 수 있는 여지가 거의 없었다. 사용된 카메라와 센서는 성능이 느리고 외부 빛에 민감하며, 구현 비용이 많이 들었다. 마찬가지로, 이러한 시스템과 함께 작동하는 도구는 사실상 존재하지 않았다. 비싸고 신뢰할 수 없는 시스템을 초래한 이 모든 것들은 제조업자들은 낙담하고 의심하게 만들었다. 이로 인해 2차원 머신비전의 필요성이 대두되었다.

 

2차원 머신비전은 그레이스케일 또는 컬러 이미징을 사용하여 2차원 맵을 만들어, 부품 대비에서의 이상 또는 변동을 표시한다. 또한 2D 비전 기술이 작동하려면 물체가 평평한 표면에 있어야 하며, 크기와 모양이 일정해야 한다.

 

부품의 깊이 데이터가 필요하지 않은 단일 평면(X, Y)에서 2D솔루션은 항상 동일한 위치에 있는 견고한 부품과 실제 위치에서 달라질 수 있는 동일한 부품 사이의 간격을 연결하려 했다. 시각 장애인을 보조하는 안내견처럼, 2D카메라는 로봇에게 적절한 부품 위치를 알리는 데 도움을 준다.

 

시간이 지나면서 이미지를 획득하고 부품을 인식하기 위한 속도의 향상은 비전 시스템이 움직이는 물체(즉, 컨베이어의 물체들)를 처리하는 데 도움이 되었다. 이러한 향상된 기능으로 인해 이제 애플리케이션의 다양화가 가능해졌다. 검사, 바코드 판독, 표면 표시 감지 및 기본 위치 확인과 같은 작업이 이뤄질 수 있으며, VGR방법을 사용하여, 오늘날 2D머신비전을 가장 많이 사용할 수 있도록 하였다.

 

비전을 통한 검사는 일부 설정된 기준에 따라 부품을 검사하여 부품의 품질을 결정한다. 이러한 시스템은 반복적인 업무 특성 때문에 인간보다 더 적합하며, 더 빠르고, 객관적으로 수행될 수 있다. 안타깝게도, 검사 시스템의 목적은 합격하지 못한 부품을 폐기하는 것이기 때문에 검사 시스템은 때때로 사업비용으로 여겨진다.

 

반면, 가이드 시스템은 무작위성을 줄여 처리량과 정확도를 향상시킨다. 이는 항상 구조의 주요 이점으로 간주된다.

 

비전 기술의 이러한 혁신이 기능성, 품질, 신뢰성 및 비전 시스템의 사용성을 크게 최적화한 반면, 2차원 특성은 특정 애플리케이션, 특히 선택 및 배치에 매우 제한적이었다. 결국, 전체 부품을 ‘볼 수 없는’ 경우에, 어떻게 부품을 실제로 감지할 수 있을까?

 

통합 조명의 도입

 

일부 제조업체는 선택과 배치를 위한 두 대의 카메라가 장착된 로봇 팔로 성공을 거두었지만, 이러한 시스템은 프로그래밍과 설정에 어려움을 겪을 수 있다. 오늘날 3차원 비전 기술은 이러한 어려움 및 그 이상을 극복할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 3D 기술의 발전은 3차원적 시각를 향상시키는 데 기여하였으며, 일부에서는 이를 VGR의 ‘신성한 성배’라고 부르기도 한다. 이것은 특히 무작위의의 빈을 고르는 경우에 해당한다.

 

객체가 빈에 랜덤하게 표시되는 경우, 특히 서로 겹쳐지는 경우, 자동화 솔루션은 무작위로 배치된 부품들을 감지하고 구조화된 통합 조명과 3D CAD 조합을 사용하여 해당 부품을 처리하는 방법을 결정할 수 있다. 카메라 기술과 처리 소프트웨어의 지속적인 개선으로 인해 로봇 시스템은 사용자 프로그래밍 없이도 물체를 찾고, 인식하고, 선택할 수 있는 완벽한 기능을 갖추게 되었다.
 

 

머신비전 기술의 현황

 

기술은 모든 면에서 계속 발전하고 있다. 현재 추세에서는, 특히, 재료 취급에 대한 검사 와 지침을 위한 애플리케이션의 다양성이 크게 증가하고 있다. 검사 시스템은 품질 개선과 함께 불량 부품을 폐기하기 때문에 ‘추가 비용’으로 인식되기도 하지만, 지침따른 처리량 증기는 순익에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.

 

또한 완전한 비전 시스템은 공급 업체들에 의해 더욱 통합되고 사전 포장되어 회사들이 한 조립세트 저체를 완전히 스스로 조립할 필요가 없어지고 있다. 비전 시스템은 2D데이터를 3D포인트 클라우드 및 개체의 이미지와 결합하여 부품의 위치와 방향을 단 몇초 만에 파악할 수 있다.

 

소프트웨어가 카메라 하드웨어의 속도와 다양성에 맞게 발전함에 따라 비전 시스템은 설치, 사용 및 유지관리가 더욱 쉬워진다. 마찬가지로 향상된 성능과 융통성으로 로봇은 보다 정밀하고 빠른 속도로 작업을 수행할 수 있으며, 인공지능은 이전의 ‘경험’을 바탕으로 비전시스템이 학습하고 적응할 수 있게 해 준다.

 

오늘날, 2D 및 3D 비전 가이드 시스템은 다양한 산업 분야의 많은 애플리케이션의 격차를 효과적으로 해소하고 있으며, 애플리케이션 문제가 발생할 경우, 로봇 비전 기능을 활용하여 지원할 수 있다. 그리고 만약 현재 특정 애플리케이션에 현재 해결책이 없다하더라도, 기술은 계속해서 발전하고 개선되어, 미래에 고품질, 부가가치 로봇 솔루션의 ‘신세계’를 도입할 것이다.

 

고객이 요구하는 비전 가이드 로봇은?

 

비전 가이드 로봇의 최종 사용자의 요구는 기술의 미래 방향을 결정하는 데 도움이 된다. 오늘날 최종 사용자는 VGR 기술에서 몇 가지 일반적인 사항을 요구하고 있다.

 

첫째, 랜덤 피킹이다. 최종 사용자는 전담 작업자를 교체하고 조립 라인을 단순화하기 위해 랜덤 빈 피킹 기능을 더 자주 요청한다.

 

둘째, 덜 단단한 고정 장치:  VGR 기술은 고정 장치와 관련된 비용을 줄이기 위해 위치에서 부품 방향이 다른 물체를 선택하고 배치할 수 있어야 한다.

 

셋째, 유연성 향상: 다양한 부품 방향을 처리하는 것 외에도 VGR 기술은 유연성과 생산성을 높이기 위해 동일한 조립 라인에서 여러 부품을 처리해야 한다.

 

넷째, 높은 통합이다.  최종 사용자는 생산 효율성을 극대화하기 위해 검사를 위해 카메라를 배치하거나 카메라 앞에 부품을 배치하는 로봇을 요청하면서 로봇과 비전 기술의 융합을 증가시켜야 한다.

 

최종 사용자의 요구는 기술 혁신을 주도하고 이 기술의 미래를 형성하는 데 도움이 된다. 오늘날의 제조 환경에서 최종 사용자는 동일한 것을 많이 요청하고 있으며 공급 업체는 이러한 요구를 가장 먼저 충족하기 위해 노력하고 있다.

 

VGR 기술은 수년에 걸쳐 빠르게 발전했다. 로봇과 비전 기술의 통합은 산업 분야에서 로봇 애플리케이션의 유연성, 속도 및 수익성을 향상시켰다.

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