변기 생산에 도움 주는 레이저 스캐너

3차원 포인트클라우드 방식 활용 … NVision

미국 NVision에 있는 기술자들이 욕실 제조업체에 도움을 줄 수 있는 비전시스템을 개발했다. 제품의 외관을 따라 경로를 생성하고, 그 경로에 에나멜을 분사하는 로봇을 개발한 것.

변기 및 변기수조는 도자기로 만들어진다. 변기 재료인 자기는 여러 흙을 독특한 방식으로 혼합해 만든다.

자기를 구울 때는 유약 과정이 필수다. 화장실에 서식하는 박테리아가 변기에 침투함으로써 사용자의 건강을 악화시키므로 이를 방지하기 위한 처리가 필요한 것. 제조업체는 에나멜 스프레이와 로봇을 통해 그릇 표면에 유약을 처리하여 이 공정을 자동화하고 있다.

이 공정을 완벽히 자동화하기 위해서는 작업자의 수고가 필요하다. 먼저 화장실의 CAD 모델을 만든 뒤 거기에 로봇의 움직임 패러미터를 작성해 덧씌운다. 그러기 위해서는 로봇의 경로를 입력해 그 경로를 프로그래밍해야 한다.
하지만 변기 제조업체는 변기 및 변기수조를 결합한 CAD 모델 제작에 어려움을 겪고 있었고 이를 극복하고자 NVision에 도움을 요청했다.

NVision의 기술자는 제조업체 공장에서 사용하고 있는 9피트짜리 로봇 팔에 Z8 핸드헬드 스캐너를 장착했다. 그 뒤 로봇 팔로 변기와 변기수조가 결합된 제품의 숫자를 검색했다.

NVision의 핸드헬드 스캐너는 물체의 3차원적 형상을 캡처할 수 있는 휴대용 스캐너다. 높은 해상도·정확도·빠른 자료 획득 속도를 갖춘 이 스캐너를 자유롭게 이동할 수 있는 기계 팔에 부착해 쉽고 빠르게 3차원 영상을 획득하고자 한 것.
스캐너는 검사 결과를 바탕으로 포인트 클라우드를 생성했다. 이 클라우드 포인트는 각 x·y·z 좌표 수백만 개와 i·j·k 벡터로 이루어져있다. 다음으로 스캐너와 함께 제공되는 통합 소프트웨어가 포인트 클라우드를 STL 폴리곤 파일로 변환한다. 이 소프트웨어는 실시간 렌더링 기능은 물론이고, 전체 모델 편집 기능, 폴리곤 감소 기능, 모든 표준 3D 패키지로 데이터를 출력할 수 있는 기능 등을 갖추었다.

이 시스템을 통해 작업한 결과, 변기수조가 달린 다섯 개의 변기를 스캔하는 데까지 다섯 시간밖에 걸리지 않았다. NVision의 엔지니어인 콜린 엘리스는 “구워지지 않은 점토를 다룰 때는 신중해야 했다”며, “자연적으로 파손되기 쉬운 상태이기 때문”이라고 작업의 어려움에 대해 이야기했다. “변기 덮개 아래쪽 형상을 획득하는 것이 가장 큰 도전과제였다”는 것이 엘리스의 설명이다.

스캔 작업으로부터 2일 후, NVision은 STL 형식으로 만들어진 데이터를 제조업체에 전달했다. STL 형식 파일은 로봇 경로를 프로그래밍하기 위한 CAD 형식으로 전환할 수 있으며, 제조업체로써는 새 작업을 즉각 시작할 수 있음을 의미했다.