독일의 음료 산업에서는 각 크레이트(Crate)들이 출고되기 전에 누락된 병의 유무와 불량률을 검사받는다. 그래서 각 공장들은 행여나 발생할 수 있는 문제들을 사전에 봉쇄하기 위해 혁신적인 시스템으로 새롭게 설비를 구축하고 있다. 그 중 ifm electoronic의 efector pmd 3d 비전센서는 이전의 포토센서들이 감지하지 못했던 아주 작은 불규칙한 문제까지도 검출함으로써 우수한 성능을 자랑한다.
독일 Eifel 지역에 소재한 Gerols teiner Brunnen사는 다양한 유리 제품을 취급한다. 매시간 최대 6만개의 병들이 해당 공정라인에 채워지며 수많은 이종 센서들로 인해 공정은 오류 없이 진행되고 있다. 생산의 최종 공정인 ‘풀 크레이트 제어’는 크레이트가 정확한 숫자의 미네랄워터 병들로 채워져 있는지의 가부사항을 체크한다. ifm은 이곳에 3D 비전센서를 공급함으로써 작업 사이클을 단축시키는 등 공정의 변화를 일으켰다.
오류 소스
자동화가 이뤄진 공장에서 크레이트에 누락된 병이 발생하는 경우는 극히 드물다. 행여 그런 상황이 발생한다면 대부분의 원인은 병 포장(Bottle Packer)에 있다.
공정 라인의 공압 그리퍼는 소팅 시스템을 지난 병들을 집어내 빈 크레이트에 담는다. 이 과정에서 일부의 병을 집지 못해 문제가 발생할 수 있는데, 대부분의 풀 크레이트 검사 유닛은 다음 과정인 컨베이어 벨트에 설치된다.
ifm은 이러한 문제를 자사의 솔루션으로 해결할 수 있다고 설명한다. efector pmd 3d 비전센서는 병뚜껑으로부터 센서까지의 거리를 카메라 이미지에서 정의된 위치에서 평가한다. 만일 설정된 범위를 벗어났을 경우 에러 신호를 전달하고 해당 크레이트는 불합격 처리받는다. 단 1개의 센서만으로 여러 개의 누락된 병을 신뢰성있게 감지하는 것이다.
더구나, 기존 방식에서는 은색 또는 어두운 무광 프린트의 병뚜껑 특성에는 문제를 일으켰지만, 이 센서는 아무런 문제를 야기시키지 않는다.
3D 제어 장점
기존의 크레이트 모니터링 방식인 직접 반사형 센서에 비해 efector pmd 3d는 크레이트의 추가적인 오류도 감지할 수 있다. 밀리미터에 가까운 정확도로 미세한 높이 여부까지도 정확하게 감지한다. 예를 들어, 크레이트 바닥과 병 사이에 불순물로 인해 병의 높이가 약간 틀어졌다면 역시 이를 감지해 불합격으로 처리한다.
특히 이 제품은 다른 형태의 크레이트와 병들을 소프트웨어 파라미터 설정에 의해 매우 쉽게 설정할 수도 있다. 레퍼런스 이미지는 간단한 스위치를 이용해 나중에 선택할 수도 있다. 플랜트 설비를 새로 구입시 이 제품을 바로 적용하면 시간과 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
[누락된 병의 여부사항 감지]
신속한 처리 기능
Gerolsteiner는 터치패널 디스플레이에 테스트 결과를 시각화하기 위해 센서의 이더넷 프로세스 인터페이스를 사용한다. 설비 운영자는 크레이트의 모든 병들에 대한 거리 값을 읽을 수 있다. 통계 기능을 이용해 정의된 기간 동안 오류도 감지할 수 있으며, 이 통계를 통해 종종 오류로 인식되던 병의 위치에 대한 정보까지 평가할 수 있다. 따라서 설비 운영자는 적절한 기능을 수행하지 못하는 설비 파트를 찾아내 바로 교정할 수 있다. 이 같은 분석은 설비를 설정할 때 특히 유용하다.
적용 결과
Gerolsteiner Brunnen은 efector pmd 3d를 이용해 풀 크레이트 검사 시스템을 향상시킬 수 있었다. 소프트웨어를 이용해 크레이트의 서로 다른 기하학적인 형태를 손쉽게 적용할 수 있어, 기계적인 수정이 필요 없어졌다. 또한 이종 산업분야의 품질관리에서도 간편하게 통합할 수 있다.
Gerolsteiner의 한 관계자는 “이 센서를 적용함으로써 고품질 표준으로 향하는 중요한 단계가 됐다”고 설명하기도 했다.
efector pmd 3d의 특징
기술적인 장점을 떠나 이 센서는 가격 경쟁력이 뛰어나다. 기존 방식에서는 병의 개수만큼 하드웨어를 설치해 비용적 낭비가 심했다. 더구나 케이블과 컨트롤러 전자장치의 비용도 추가해야만 했다. 그러나 efector pmd 3d 센서는 3,072개의 측정 포인트 기능으로 1대 설치만으로도 이러한 문제를 해결할 수 있다.
3차원의 검출체를 감지할 수 있는 대표적인 3D 센서 제품으로, PMD 테크놀로지에 기반한 TOF(Time of Flight) 측정 방식을 볼륨, 거리, 레벨 감지 등의 다른 애플리케이션의 평가도 가능하게 한다.
센서 칩은 64×48픽셀의 해상도를 보유하고 있으며, 각 칩 매트릭스의 픽셀은 검출체의 거리를 평가한다. 이로 인해 동시에 3,072개의 거리 값을 결과로 가질 수 있으며, 칩 매트릭스상의 검출체 이미지와 개별 거리 값들은 하나의 3D 이미지에 상응한다. 이러한 값들은 48m가량의 명확한 범위에서 6.5m까지의 범위 검출체 또는 장면 특성의 세부 평가를 가능하게 한다.
평가 유닛은 센서에 내장돼있으며 결과는 2개의 스위칭 출력 또는 아날로그 출력, 이더넷 프로세스 인터페이스를 통해 컨트롤러로 전송된다. 센서의 파라미터들은 장치의 버튼을 통해 설정될 수 있으며, PC에서도 설정할 수 있다. 파라미터 설정과 통신을 위해 센서는 1개의 이더넷 인터페이스를 제공한다.
