화상 처리 시스템 FH 시리즈
기계 택 타임의 새로운 발상으로 화상 처리
화상 처리의 고속화만을 지향하는 시대에 오므론은 기계 택 타임으로 새로운 발상 전환을 시도했다. 고속 화상 입력으로 입력 시간이 줄어 택 타임을 1/7 가량 단축했고, 형상 서치를 통해 속도는 9배 갸량 향상시켰다. FH 시리즈는 발상의 전환으로 고속화와 멀티화를 모두 구현해 무리없이 택 타임을 연장한 것이다.
화상 처리 시스템은 센서, PLC, 서보 모터 등 여러 기기가 연동해 작동하게 된다. 화상 센서는 위치를 계측, 검사하고 그 결과를 바탕으로 기계 동작이 제어된다. 따라서 기계 전체가 고속, 고정밀도로 움직이기 위해서는 화상 센서가 보다 높은 성능을 발휘해야 하는 것이다. 화상 처리 시스템 FH 시리즈는 이런 화상 센서의 관점에서 컨트롤러를 통해 고속, 고정밀도를 실현하도록 만들었다. 또한 카메라 인터페이스 및 화상 처리 알고리즘 등 모든 것을 내장한 본체형 화상 처리 시스템으로 설계 시 빈번하게 일어나는 변경 사항을 유연하게 PC 기반에 준하는 수준으로 대처할 수 있다.
1. 기계 택 타임의 저하 없이 고해상도 구현
초고속 화상 입력(최고 3.3ms)
카메라 고해상도화는 점점 빠른 속도로 진행되고 있다. 이에 발맞춰 고해상도 화상을 동작 속도에 맞게 처리하기 위해서는 입력 시간을 줄여야한다. FH 시리즈는 고속 화상 입력으로 택 타임을 1/7 가량 단축했다.
초고속 서치(형상 서치 Ⅲ)
형상 서치를 통해 사용 빈도가 높은 서치 처리 알고리즘을 기존 대비 최대 9배로 향상시켰다. 외란광, 중첩, 광택, 손상 등의 불안정한 촬영 조건에도 속도 저하 없이 안정적으로 대상을 서치할 수 있게 만들었다.
실시간 화상 전송
고해상도 카메라는 늘어나는 화소 수 만큼 데이터양도 늘어나므로 화상입력시간뿐만 아니라 전송시간도 과부하가 걸릴 수 있다. 이에 FH 컨트롤러는 화상전송 버스의 고속화와 멀티화를 구현해 고해상도 카메라의 대용량 화상을 실시간으로 전송케 했다. 속도를 우선시하기 때문에 성능이 떨어졌던 고정밀 계측에서도 FH는 무리없이 택 타임 연장을 실현한다.
2. 기계마다 다른 고속화 요청을 해결 ‘4코어 CPU’
Case 1. 여러 대의 카메라 연산을 지연 없이 실행
이전 공정의 계측 결과를 이용해 다음 공정을 제어할 경우에도 4코어 완전 병렬 처리로 대기시간 없이 각 공정을 고속으로 처리할 수 있다. 4개 공정의 계측 결과를 컨트롤러 1대 내에서 간단하게 연산 가능하므로 공정간 연동 동작을 프로그램 없이 실현하는 것이다.
일반 화상 센서 : ‘처리 대기’가 빈번
병렬 처리가 불가능한 일반 화상 센서에서는 모든 곳에서 대기 시간이 발생한다. 또한 기계 택 타임을 연장할 수 없는 경우에는 공정마다 컨트롤러를 도입해 병렬 처리를 실행해야 하므로 비용 증가라는 문제가 생긴다.
Case 2. 기계 택 타임을 기존 대비 1/4로 단축
４개의 코어로 트리거를 처리해 트리거 간격을 기존 대비 1/4로 단축할 수 있다.
계측 처리에 사용하는 메인 메모리와는 별도로 카메라 화상을 저장해 두는 화상 버퍼를 각 카메라에 탑재해 메인 메모리가 계측 처리 중에도 최대 256장의 카메라 화상을 입력할 수 있다.
Case 3. 여러 라인을 대기 시간 제로로 병렬 처리
라인 택 타임을 지연시키지 않고 4대의 컨트롤러를 1대에 집약해 라인 수가 많은 공정에서 비용을 절감할 수 있다.
3. 계측 결과를 고속으로 출력해 기계 택 타임을 향상
머신 컨트롤용 네트워크 EtherCAT
EtherCAT은 머신 컨트롤에 최적화된 고속 오픈 네트워크다. 머신 오토메이션 컨트롤러 NJ 시리즈나 모션 제어를 위한 서보 모터/드라이버 G5 시리즈와 연결해 워크의 위치 검출부터 축 기둥까지를 일반적인 통신규격보다 고속으로 제어할 수 있다.
워크의 정지 시간을 배제하는 위치 결정 솔루션 연속 얼라인먼트
μm 단위의 정밀도가 요구되는 기계에서는 1회의 얼라인먼트로 오차가 수렴되지 않는 경우가 있다. 이 때 여러 번의 얼라인먼트를 실시하면 처리시간 증가가 문제된다. 오므론은 처리시간 증가의 주원인으로 꼽히는 워크 정지시간을 배제하는 제어 방법을 사용했다. 고속, 고정밀도 제어를 실현하는 오토메이션 플랫폼 Sysmac으로 연속적으로 워크 위치를 검출하고 목표 위치까지의 이동 거리를 순차적으로 갱신해 워크를 정지시키지 않고 고속으로 목표 위치에 근접할 수 있다.
4. 위치 결정 제어에 요구되는 고정밀도의 화상 처리 형상 서치Ⅲ
초점이 흐린 화상에서도 오차가 적은 위치 검출
오므론은 템플릿을 고속으로 서치·매칭하는 기술을 개발해왔다. 이 기술을 바탕으로 공장자동화 현장에서 중요시되는 견고성을 크게 진화시킨 형상 서치Ⅲ를 내놓았다. 글래스 접합 등의 카메라에서 거리가 다른 워크를 계측할 때 크기 차이나 초점 이탈이 발생할 수 있는데 이런 경우에도 새로운 알고리즘의 형상 서치Ⅲ는 오차 없이 위치 검출이 가능하다.
악조건에서도 오차가 적은 고정밀도 서치
실제 계측에서 빈번히 발생하는 아래와 같은 악조건에서도 고정밀도 서치가 가능합니다.
비교 상태의 시각화로 고정밀도 서치를 간단하게 설정
고성능 서치에는 애플리케이션에 맞춰 튜닝할 수 있도록 다양한 파라미터가 준비돼 있다. 그러나 설정자로는 내부 처리를 확인하기 어려우므로 알고리즘의 성능을 충분히 이끌어 내려면 많은 조정 시간과 노하우가 필요하다. 형상 서치 Ⅲ에서는 모델 데이터와 계측 대상의 부분적인 비교 상태를 시각화해 어떤 부분의 비교가 잘 되지 않았는지를 간단하게 알 수 있도록 했다. 이를 통해 비교 레벨을 확인하면서 다양한 파라미터를 튜닝해 최고의 성능을 이끌어 낼 수 있게 됐다.
5. 계측 결과를 기계의 제어량으로 변환해 출력
2차원 위치 결정에 사용하는 주요 스테이지/로봇에 대응
FH 시리즈에는 FA 현장에서 자주 사용되는 스테이지/로봇에 맞춘 전용 설정 화면이 탑재돼 있다. 설정을 메워 가는 것만으로 간단하게 스테이지/로봇의 각 축 이동량을 출력할 수 있다.
일반 렌즈에서도 고정밀도의 위치 결정이 가능, 화상 마스터 캘리브레이션
고정밀도 위치 결정을 위해서는 화상 처리와 스테이지/로봇의 좌표계를 정확히 맞추는 것이 중요한데 이를 위한 기능으로 화상 마스터 캘리브레이션이 있다. 샘플링점의 이동 노하우, 카메라 설치 시 미묘한 기울기의 영향, 렌즈 왜곡의 영향 등으로 인해 실제 환경에서는 시행착오가 드러났다.
하지만 FH 시리즈는 필요한 최소의 조건 설정만으로 스테이지/로봇의 축 가동 범위와 화상 처리 시야를 최대한으로 살리는 샘플링점의 이동 패턴을 자동으로 계산해 PLC에 필요한 각 축이동량을 지시한다.
지시대로 작동시키면 최적의 샘플링이 이뤄지고 화상 처리와 스테이지/로봇의 좌표계를 정확히 맞출 수 있다. 또한 카메라의 기울기나 렌즈의 왜곡 보정 계수도 동시에 계산한다. 이 기능으로 작성한 캘리브레이션 변환 파라미터를 이용하면 왜곡율이 높은 일반 렌즈에서도 간단하게 고정밀도 위치 결정을 실현할 수 있다.
한국오므론제어기기
오므론은 공장 자동화 분야에서 가장 신뢰받는 브랜드 중 하나로 독자적인 Sensing&Control 기술로 70년 이상 전세계에서 제품 품질 및 사용자 안정성을 개선해왔다.
오므론 산하 한국오므론제어기기주식회사는 ‘Realiaing’의 캐치프레이즈를 내걸고 생산현장에 혁신을 내걸고 새로운 가능성을 실현하고 있다.
이들은 센서, 스위치, Safety Component, Relay, Control Component, FA 시스템 기기, 모션/드라이브, PCB Inspection System, 에너지 절약 지원/환경 대책 기기, Power Supplies/In Addition, 태양광 인버터 등의 부품을 공급하고 있을 뿐만 아니라 서울 및 천안 교육장에서 각각 CJ PLC 관련 통신, 서보 교육과 Sysmac NJ 교육을 실시하고 있다.
