제조 현장에서의 과제 해결과 화상처리 활용
  • 월간 FA저널
  • 승인 2012.10.23 10:08
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이소베 류쥬 코그넥스 필드 프로덕트 마케팅 매니저

 

장치 조립성 향상시켜 조립/가동 시간과 비용 단축

생산에서 절대적으로 필요한 화상처리 기술은 모든 제조 공정에서 활용되고 있다. 특히 일본의 제조 산업은 고도의 기술을 필요로 하는 고부가가치 제품을 안정적으로 대량 제조함에 따라 이 기술이 필수라고도 볼 수 있다. 화상처리 업계는 이 시장으로부터 기대에 부응하기 위해 기술의 향상, 특히 검출 정밀도와 신뢰성을 향상시키기 위한 최선의 노력을 계속해 왔다. 그러나 제조 현장에서 다양하게 화상처리를 활용하니 최초 알게 된 새로운 과제가 발생했다.

바야흐로 화상처리는 반도체나 일렉트로닉스 관련 업계에만 국한되지 않고 자동차, 식료품, 일반 소비재 등 온갖 업종의 모든 제조 공정에서 사용된다. 이 사실을 비췄을 때 순수한 화상처리 기술만으로는 사용자 요구에 부응하는 진정한 해결책이 될 수 없다. 본 원고에서는 제조에서의 과제를 우선 먼저 생각하고, 그 과제에 대해 차세대 화상처리가 어떠한 해결책을 제공하는지 확인해 본다.

제조 현장 내 과제와 화상처리 관계
화상처리는 일본 내 제조에서 없어서는 안 되는 생산 기술로서의 지위를 확립했지만, 아직도 현장의 요구를 모두 응할 수 있지 않다. 화상처리의 순수한 성능도 물론 그 중 하나인 것은 틀림없다. 그러나 화상처리가 영향을 주는 것은 단순히 검출 성능이나 계측 정밀도만이 아니다. 우선, 제조 현장이 안고 있는 과제를 이해하고, 그 과제에 대해서 화상처리가 어떻게 요인하고 있는지를 파악해야 한다. 제조에서의 과제를 정리하고 그것들에 화상처리가 어떻게 관계하고 있는지 다음과 같이 기술한다.

생산기술 고도화에 대한 대응
일렉트로닉스 산업의 보다 높은 고성능화 요구로 인해 가공·조립에 관련하는 생산기술은 10년 전과는 비교할 수 없을 정도로 고정밀화 됐다. 물론 화상처리가 이 고정밀화에 유용하게 사용되고 있지만, 한층 더 높은 고정밀화, 많은 처리량이 필요하게 됐을 때 화상처리는 난관에 부딪혔다. 또한 동시에, 이러한 품질에 대해서도 요구가 엄격해지고 있어 제조품에 대한 고도의 전수 검사가 필수가 됐다. 엄격한 외관 검사를 실시하면서도 처리량은 떨어뜨릴 수 없다. 그러한 상황 속에서 새로운 화상처리 그 자체의 기본 성능의 향상이 요구되고 있다.

설비 상각 사이클의 단기화
이른바 컨슈머 대상 제품은 그 수명이 소비자 변화에 따라 짧아지고 있다. 예를 들면 휴대전화 업계의 경우, 예전 같으면 같은 생산 설비로 같은 제품을 수년간 제조할 수 있었지만, 요즘은 소비자에게 외면당하지 않기 위해 신모델 투입이나 마이너 체인지의 사이클이 반년 정도까지 단축돼 설비의 유동적인 운용이 필수가 되고 있다. 제조 변경에 대응하기 쉬운 설비인 것은 물론, 부분적으로 제조 장치를 교체하거나 개조했을 때 보다 빨리 장치에 화상처리를 추가하거나 혹은 제조 품질 향상에 맞춰 고성능 화상처리로 신속히 바꿔 얼마나 빨리 생산 가능한 상태로 완성할 수 있는 지가 중요하다.


어려운 환경 도입
제조에 화상처리 도입이 진행되고 있지만, 아무 공정에나 도입이 진행되고 있지는 않다. 화상처리로 이용된 하드웨어는 일반적인 환경 하에서 사용을 상정한 것이 대부분이다. 예를 들어 자동차 제조 등에서 빠트릴 수 없는 절삭 공정과 세정 공정 등에서 절삭가루나 기름, 물 등 액체가 비산하는 환경에서의 사용은 상정하고 있지 않다. 그러나 가공 대상의 정밀도나 품질의 유지를 보다 확실하게 하기 위해서는 이러한 어려운 환경에도 화상처리에 의한 품질 감시가 필수가 되고 있다.

비용 저감
말할 필요도 없지만, 아시아의 저렴한 제조 시장과 더불어 강한 엔고 배경으로 인해 일본의 수출 사업은 국제 경쟁력을 잃어 어려운 국면에 처해 있다. 제조에 드는 비용의 최적화가 당면한 최대 중요 과제이지만, 비용 저감에 의해 일본의 제조업이 자랑하는 고품질을 잃어버린다면 의미가 없다. 원료나 설비의 비용을 줄일 뿐만 아니라, 제조 운용에 들던 인적 작업의 최적화와 제품 비율 개선, 전력 절약 등 모든 관점에서 제조에 드는 비용을 분석해 최적화해 나가는 것이 중요하다. 특히 화상처리는 눈에 보이는 비용으로서는 기기 비용뿐이지만, 도입이나 운용에 공정수가 늘어나기 쉽고, 눈에 보이지 않는 비용이 크게 든다.

글로벌 제조 대처
아시는 바와 같이 일본의 제조업은 제조 거점의 국외 진출을 진행시켜 왔다. 그러나 아직도 과제는 많다. 설비가 완성되면 나머지는 현지 오퍼레이터로 운용할 수 있지만, 그렇게 되기까지 시간이 걸린다. 제조 장치는 현지에서 제조해 거기서 도입하는 것이 바람직하지만, 현재 일본의 제조에서 요구되는 성능의 제조 장치를 만들 수 있는 제조업체를 현지에서 찾기란 매우 어렵다.

일본에서 제조해 현지에 보내게 되지만, 제조 장치의 현지 안전 규격의 적합성 확보, 제조 장치에 사용되는 부품의 현지 보수성, 그것들이 가지는 오퍼레이터 인터페이스의 언어, 또한 매뉴얼 언어, 현지어에 의한 웹 서포트 등 제조 장치 업체만으로는 다 해결할 수 없는 문제도 적지 않다. 특히 화상처리는 현지 오퍼레이터의 조작이 반드시 발생하는 기기이며, 더구나 이 조작이 나쁘면 장치 전체의 실행에 영향을 주고, 경우에 따라서는 장치의 고장으로 이어지기도 한다.


과제 해결 위한 화상처리 대처
지난 4월, 코그넥스는 이러한 과제를 해결해 제조 현장 요구에 부응하기 위해 신제품을 발표했다. 간단한 5개의 콘셉트로 최첨단 화상처리 기술을 보다 광범위한 제조업에 사용할 수 있는 화상처리 시스템 In-Sight EZ의 후속인 In-Sight EZ-700 시리즈다.

이 제품은 직감적인 조작만으로 코그넥스의 최첨단 화상처리 기술을 제조 장치에 간단하게 도입할 수 있는 개발 환경 이지 빌더(Easy Builder)를 갖춰 복잡한 구성이 되기 쉬운 화상처리 시스템을 올인원 패키지로 합쳐, 화상처리 도입을 위한 모든 토털 코스트를 최적화하는 것을 주목적으로 설계됐다. 올해 7월에 본격적인 화상처리 기기로서는 처음으로 오토 포커스 기구를 탑재한 모델을 발매했다. 그 In-Sight EZ-700 시리즈에 의한 제조 현장이 안고 있는 문제에 해결책을 몇 가지 소개한다.

화상처리의 ‘표준’ 끌어 올려 향후 제조에 대응할 수 있는 고속·고정밀도·미세 검출 제공
화상처리가 표준적으로 고정밀도·미세 검출을 제공할 수 없었던 것은 화상처리 업계의 제멋대로인 억측이 그 밑바탕에 깔려 있다. 지금까지 화상처리 업계는 30만 화소·30fps의 성능을 ‘표준’ 카메라 성능이라고 평가해 20년간 이것을 표준으로서 지켜 왔다. 이것보다 높은 성능은 ‘고해상도’ 카메라나 ‘고속’ 카메라로 평가됐다.

In-Sight EZ-700 시리즈에서는 원 랭크상의 해상도, 48만 화소를 표준 카메라 해상도로 채용. 1.6배의 해상도를 제공했다. 이에 따라 고해상도 카메라를 선정하지 않아도 기존 시스템 이상의 고정밀도나 미세 검출이 가능하다. 이와 같이 화상 저장 속도도 102fps의 고속 촬상을 모든 모델에서 실현, 프로세서 처리도 고속화해 비용은 그대로 고해상도화와 동시에 고속화도 실현하고 있다.

화상처리 도입 사이클을 큰 폭으로 바꾸는 오토 포커스 기구
In-Sight EZ-700 시리즈는 본격적인 화상처리 시스템으로서는 처음으로 오토 포커스 기구를 탑재한 모델을 발매하고 있다. 화상처리의 카메라는 단지 설계도 대로만 설치한다고 해서 되는 것은 아니다. 렌즈의 포커스나 줌 조정, 조명 위치의 조정 등, 화상처리를 알고 있는 사람에 의한 적절한 조정이 필요하다. 오토 포커스 기구는 이 상식을 바꿔, 카메라를 설치하고 버튼을 누르는 것만으로 설정이 완료돼, 지금까지 시간이 걸렸던 카메라의 조정 시간을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 또한 오토 포커스 모델은 렌즈·조명을 조립한 상태로 출하하고 있기 때문에 납품된 상자에서 본체를 꺼내면 렌즈와 조명의 설치 작업을 하지 않고 바로 설치해 바로 사용할 수 있다. 더욱이 렌즈와 조명을 조립할 때의 사고도 방지할 수 있어 일석이조의 효과를 얻을 수 있다.

장치의 조립성 향상시켜 설비 조립·가동까지의 시간·비용 최소화
개발 환경 이지 빌더에서 화상처리 구축에 걸리는 시간을 최소화했을 뿐만 아니라, 제조 장치의 제어 기기와 접속성을 향상시켜, 장치 조립에 필요한 시간의 최소화를 도모하고 있다. 모든 기기는 이더넷만으로 접속 가능, 화상처리와 시퀀서의 접속에 필요한 시간은 불과 몇 분, 완전 래더리스(Ladderless)로 시퀀서에서 화상처리의 제어가 가능하게 됐다.

또한, 다축 로봇 컨트롤러나 모션 컨트롤러 등의 구동계 제어기기와의 직접 접속도 가능, 시퀀서를 개입시키지 않음으로써 시스템 전체의 응답 속도를 개선할 수 있다. 물론 장치의 엔지니어링 공정 수의 최소화로도 연결되며 이 효과는 매우 크다고 말할 수 있다.


IP 67 내환경 성능 실현, 열악 환경에 최소 비용으로 도입
In-Sight EZ-700 시리즈는 표준으로 IP 67 내환경 성능을 탑재, 분진이나 액체 물보라가 일어나는 환경에서 카메라 방호 하우징 없이 화상처리를 도입할 수 있다. 카메라 방호 하우징은 비용이 들 뿐만 아니라 설치 공간이 필요하며 카메라 정비시에 하우징의 설치·분리나 카메라를 꺼냈다가 다시 넣을 필요가 있기 때문에 현실적이지 않다.

또한 코그넥스에서는 IP 67에 준거한 외부 조명을 준비하고 있어 화상처리 본체뿐만 아니라 조명 등의 주변기기도 포함한 토털 솔루션을 제공한다. In-Sight EZ-700 시리즈라면 그런 하우징 설계나 비용 없이 절삭유나 세정수의 물보라가 일어나는 환경에서도 문제없이 화상처리를 도입할 수 있다.

외부 조명 전원 불필요, 시스템을 심플화할 뿐만 아니라 비용도 삭감
화상처리를 사용하는데 있어서 반드시 필요한 것이 조명이다. 여기에는 전원 유닛이 필요하고, 제어기기 접속, 제어가 필요하며, 시스템 구축상에서는 그 기능에 비해 시간이 소모된다. 그러나 간단하게 생각해 보면 조명은 화상처리와 동기화만 할 뿐, 화상처리와 직접 접속, 제어되는 것이 바람직하다.

In-Sight EZ-700 시리즈는 조명 전원 기능을 내장해 외부 조명을 직접 접속, 제어가 가능. 조명 전원 유닛이 불필요해져 점등 제어를 위한 제어기기 프로그램이 필요 없다. 또한, 장치의 엔지니어링 공정수의 최소화로 연결되기에 이 효과는 매우 크다고 볼 수 있다.

각국의 안전 규격 적합 및 다국어 지원 등
In-Sight EZ-700 시리즈는 CE, FCC, KCC, TUUD NRTL, RoHS 등 각종 안전 규격에 준거하고 개발 환경 In-Sight Explorer는 7개 국어(일본어, 영어, 중국어, 한국어, 프랑스어, 독일어, 스페인어)에 대응해 대부분의 나라에서 안심하고 사용하실 수 있도록 설계됐다. 또한, 52개국 대상으로 웹에 의한 서포트도 전개, 41개의 거점으로부터 기술자 서포트 등, 세계에서 가장 극진한 월드 와이드 서포트 체제를 시행하고 있다.


맺음말: 화상처리 스펙은 제조 현장이 기점
화상처리의 가치는 화상처리 툴의 성능이 좋고 나쁨만으로는 가늠할 수 없다는 것을 In-Sight EZ-700 시리즈의 특징으로부터도 이해했을 거라 생각한다. 화상처리에는 해당 툴이 우수한 것은 당연하며 더 나아가 지금의 제조 현실에 대해서 기기로서 조화를 이루고 있는지, 그렇지 않은 것인지를 확인해 나갈 필요가 있다.

In-Sight EZ-700 시리즈는 확실히 지금의 제조 현실에 맞는 제품으로 완성되고 있지만, 향후 시장 변화에 의해 제조 현장의 과제가 바뀌고 그에 따라 화상처리의 모습도 바뀌게 된다. 향후도 업계의 동향에 주목하고 현장의 소리에 귀를 기울여 제품의 전개를 생각해 나가지 않으면 안 된다. 또한 화상처리의 성능이 툴 성능만으로 측정할 수 없다고 하는 것은 극단적으로 말하면 화상처리의 성능은 화상처리만으로도 측정할 수 없다고도 생각할 수 있다. 제어기기나 다른 가공기, 센서 기기와의 병용으로 제조 장치가 시스템화 되고 있는 것을 생각하면, 시스템으로서의 완성도를 보다 높이는 기기간 제휴는 빠뜨릴 수 없다.



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