프로세스와 제품의 품질을 보장하는 통합 비전

B&R 고객의 경우, 신규 또는 기존 제조 시스템에서 머신 비전 기능을 구현하는 일이 더 이상 시간 및 비용 면에서 막대한 오버헤드를 수반하지 않는다. B&R의 통합 머신 비전 기술 기반의 솔루션을 고객에게 최초로 제공하는 업체는 Spilker로 인쇄, 라벨링, 자동차, 제약 및 포장 산업을 위한 펀치 프레스 및 전체 라인을 완벽하게 구축하고 있다.

Integrated vision assures quality in process
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Spilker 세일즈 매니저인 마크 포세켈 (Mark Possekele) 씨는 “B&R의 통합 머신 비전 시스템을 써서 우리가 구현 가능한 기능은 우리 파일럿 시스템의 절대적인 하이라이트입니다.”라고 말했다. “하지만 통상 그 정도로 각광받는 솔루션에 소요되는 비용을 알게 되면 뒷맛이 씁쓸한 것이 일반적입니다. 이 솔루션이 차별화된 점이 바로 여기에 있습니다 – 신규 개발 혹은 시설개장을 불문하고 비용절감은 당사 고객은 물론 우리에게도 좋은 소식입니다.”

이러한 찬사는 뮌헨에서 개최된 종이, 필름 및 호일 변환에 대한 ‘2019 ICE’ 전시회에서 새로운 비전 솔루션을 처음 접한 고객들의 입소문으로 나왔다. 이렇듯 긍정적인 피드백은 포세켈(Possekele) 씨에게 확실히 만족스러웠는데, 놀랄 일은 아니었다. 결국 이 솔루션이 수 많은 Spilker 고객들의 요구사항에 완벽하게 들어맞았기 때문이다.

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Spilker는 B&R의 스마트 센서(Smart Sensor)로 단 며칠 만에 머신 비전 기능을 갖춘 파일럿 시스템을 장착하고 2019년 3월 ICE 전시회에서 그 결과를 실시간으로 시연했다. (출처: F. Roßmann)

증가하는 비전 기능에 대한 수요

Spilker는 사용자 맞춤형 변환 기계(converting machine) 및 펀치 프레스 제작에서 틈새 시장을 발견했다. 포세켈(Possekele) 씨와 매니징 디렉터인 헨릭 슈필커 (Henrik Spilker) 씨에게 있어서 머신 비전에 대한 보다 심층적인 접근 방식으로 회사가 축적한 수년간의 자동화 노하우를 확장하는 것은 확실한 진일보였다. 전시회는 이러한 노력을 통해 얻어진 첫 번째 어플리케이션을 제시할 수 있는 완벽한 기회를 제공했다.

역량 있는 수많은 공급 업체를 평가한 끝에 파일럿 시스템을 위해 두 개의 제품을 선택했다. 해당 파일럿 시스템은 B&R 솔루션 외에도, 웹 처리에 대한 품질 보증 분야의 잘 알려진 전문업체의 검사 솔루션을 구비한 점이 특징이다.

“이 검사 시스템의 장점은 사전 프로그래밍을 적용한 표준 기능으로, 이상적 제품의 사전 정의된 이미지와 실시간 이미지를 비교할 수 있는 기능 및 압력제어 기능을 포함한 것입니다. 또한, 시스템 작동도 매우 간편합니다.” Spilker 소속 프로그래머이자 자동화 전문가인 디르크 슈타르케(Dirk Starke) 씨가 덧붙여 말했다. “다만, 단점은 이 시스템이 기본 측정기능을 제공하지 않고, 단지 제품의 불량 여부만을 알려 준다는 것입니다. 그와 같은 기능들은 훨씬 더 고가의 비용으로 간접적으로만 얻을 수 있습니다. 게다가, 라인 컨트롤러와 직접 통신할 수 있는 인터페이스도 부족합니다.”

너무 복잡한 기존의 비전 시스템

Spilker사는 고객이 점점 더 엄격해지는 문서화 및 품질 보증에 대한 요건에 대처할 수 있도록 하기 위해 기존의 머신 비전 솔루션 공급업체를 평가했다. “이들 공급업체는 당사가 공정처리 스테이션의 설정값으로 사용하거나 문서화 목적으로 고객에게 전달할 수 있는 측정값을 제공하는 점에서 당사 수준의 가격 범위에서 시스템을 공급합니다.” 포세켈(Possekel) 씨의 설명이다. “그러나 이러한 독립형 및 PC-기반 솔루션의 문제는 이를 기계 제어 환경에 통합하는 데 어려움이 있다는 겁입니다. 또한 새로운 엔지니어링 환경에 적응하기 위한 집중교육도 필요합니다. 특히 전시회 일자가 임박하여 문제가 되기 쉽습니다.”

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Spilker에서 사용하는 B&R 스마트 센서(Smart Sensor)는 각 라벨에 대한 위치 값을 실시간으로 제공하며, 이와 값은 시스템의 다이 커터를 제어하는데 사용된다. (출처: F. Roßmann)

B&R의 통합 비전

B&R이 머신 비전 솔루션을 취급하고 있다는 소식에 Spilker의 전문가들이 주목한 것은 당연하다. 이 기계 제작사는 B&R의 원활하게 통합된 자동화 포트폴리오를 응용하여 외부 파트너에 의존하지 않고 자사의 자동화 솔루션을 자체적으로 개발했다. 이 곳의 개발자들이 B&R 제품으로 작업하고 Automation Studio 엔지니어링 환경에서 카메라를 구성하는 일에 이미 익숙하다는 것을 의미했다.

“B&R의 발표는 우리에게 뜻밖의 행운으로 다가왔습니다.” 슈필커(Spilker) 씨는 이렇게 소회를 밝혔다. “우리는 즉시 파일럿 고객으로 자원했습니다. 시장에는 많은 비전 시스템이 출시되어 있지만, B&R과 같은 패키지, 즉 한 손에 꼽을 수 있을 정도로 매우 강력하지만, 비전 기술을 처음 접하는 새로운 고객에게 적합하고, 믿을 수 없을 정도로 손쉽고 저렴하게 통합 가능한 패키지는 많지 않습니다.”

Spilker는 현지 B&R 사무소와 사전 논의를 거쳐 전시 데모를 위해 구상된 제작 작업과 필요한 측정값을 제시했고, 일은 급속도로 진행되었다. “B&R의 비전 전문가들은 내장 조명이 통합된 1.3메가픽셀 스마트 센서(Smart Sensor)를 추천했습니다. 그리고 우리는 그 권고를 따랐습니다.” 슈필커(Spilker) 씨의 설명이다.

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스마트 센서(Smart Sensor)는 Automation Studio 개발 환경에 직접 통합되어 OPC UA를 통해 통신하므로 측정값을 제어 및 HMI 어플리케이션의 실시간 변수로 사용할 수 있다. (출처: F. Roßmann)

통합 조명 및 이미지 처리

이미지 처리는 전적으로 센서에서 수행하며, 검사 결과 평가만 기계 컨트롤러에 맡긴다. 1밀리초의 트리거 정밀도를 통해, Spilker는 천공 위치 모니터링 및 조정을 위해 매우 엄격한 제어 루프를 설계할 수 있으므로 공정 안정성이 더욱 향상된다. 16개의 고성능 내장 LED는 노출 시간이 100밀리초 미만으로 작동한다. 짧은 노출은 외부 광원의 간섭을 최소화하고 이미지 처리 시간을 단축시켜 빠르게 움직이는 물체를 캡처할 수 있도록 한다. 스마트 센서(Smart Sensor)에는 코드 판독, Blob 분석, 매칭, OCR 및 측정을 포함한 다양한 비전 기능이 구비되어 있다.

새로운 카메라 시스템으로 Spilker의 학습 곡선을 더욱 강화하고 개발을 가속화하기 위해 B&R은 슈타르케 팀에게 추가 지원을 제공했다. 이들은 몇 시간 내에 생산 시제품을 기반으로 대략적인 설정을 하고 비전 시스템의 통합 매칭 기능을 사용하여 여러 가지 필요한 측정 기능을 설정했다. 파일럿 시스템에서 이러한 함수는 세 가지 위치 파라미터를 제공한다. 편차가 너무 커질 경우, 프로세싱 스테이션 도구가 그에 맞게 조정된다.

파일럿 시스템에서 50 x 70mm 셀프 접착형 라벨은 롤투롤(roll-to-roll) 공정에서 한 번에 두 개씩 회전 천공되고, 추가 구멍은 스티커 부착 전에 두 곳에서 천공된다. 와인더, 크로스 커터 및 로터리 다이 커터와 같은 기계 부품은 기계의 후면 패널에 장착된다. 개방형 기계 레이아웃을 통해 개별 부품에 쉽게 접근할 수 있고 생산 공정에 대한 통찰력을 극대화할 수 있으며 스마트 센서(Smart Sensor)의 장착도 손쉽게 가능하다.

Automation Studio의 필수 구성요소

스마트 센서(Smart Sensor)는 컨트롤러의 엔지니어링 환경에 직접 통합되어 OPC UA를 통해 통신하기 때문에, 별도로 프로그래밍할 인터페이스가 없다. 실시간으로 컨트롤러가 사용할 수 있는 위치, 방향 및 기타 데이터를 통해 드라이브는 어떤 편차에도 빠르고 정확하게 반응할 수 있다.

“우리는 컨트롤러의 스마트 센서(Smart Sensor)에서 측정값을 처리하기 위한 루틴을 개발하고, 기계의 HMI 어플리케이션에서 제어 루프와 머신 비전 기능의 시각화를 프로그래밍했습니다.” 슈타르케 씨의 말이다. ” 스마트 센서(Smart Sensor)를 써서 작업함으로써, 이들 센서가 B&R의 엔지니어링 환경에 원활하게 통합되고 자동화 개발자의 요구에 맞춘 고도로 통합된 솔루션임을 확인했습니다.”

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HTML 5 및 mapp Technology를 통해 Spilker는 사용자에게 스마트폰이나 태블릿을 사용하여 기존의 HMI 작동 및 웹 기반 작동을 모두 제공할 수 있다. (출처: F. Roßmann)

불과 며칠 만에 작업완료

이 사실은 매우 짧은 구현 시간 내에 증명되었다. B&R 전문가와 Spilker 팀이 파일럿 시스템의 비전 기능을 가동하는 데는 4일도 채 걸리지 않았다. 그리고 이 기능은 시스템의 첫 기동과 동시에 완벽하게 수행되었다.

전시회 관람객들로부터 받은 긍정적인 경험과 찬사에 비추어 볼 때, 슈타르케 씨는 B&R 머신 비전이 회사의 미래에 중요한 역할을 할 것이라고 확신하며 이렇게 강조한다. “특히 복잡한 오류 발생 시나리오를 감지하거나 위치를 포착하는 기존 센서의 한계를 뛰어넘는 경우를 감안하면, 스마트 센서(Smart Sensor)는 당사 포트폴리오에 완벽한 솔루션입니다.”

광범위한 머신 비전 기능

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