자동화된 생산라인에 DPM 이력관리 프로세스 구현
공급체인 전반에 걸친 아이템의 제조·보관·이동에 대한 부품 추적과 이력관리는 생산량 산출·재고관리, 매출전망, 그리고 여타의 경영활동에 사용되기 때문에 중요하다. 또한 이력관리는 올바른 부품에서 적합한 시퀀스로 적절한 프로세스가 수행되도록 하여 품질을 향상시킬 수 있다.
수명주기 전반에 걸쳐 부품을 추적하기 위해 제조업체들은 DPM(Direct Part Mark)으로 알려진 영구적인 2D(Two-Dimensional) 코드를 마크한다. 2D 코드는 기존의 1D 바코드에 비해 저장 가능한 데이터 양과 오류 정정, 작은 크기 등의 장점으로 인해 널리 사용되고 있다. 또한 2D DPM 코드는 복제가 어렵기 때문에 위조방지를 위한 방안으로 유용하다. 레이저 스캐너가 1D 선형 바코드만 판독할 수 있는 것에 비해 자동 이미지-기반 ID 리더기는 이러한 마크를 디코딩할 수 있는 유일한 기술이다. 자동 식별 기술은 생산이 진행되는 동안 수동으로 데이터를 입력할 필요가 없어 사람의 실수를 방지하고 효율을 향상시킬 수 있다.
완전 자동화된 생산 라인에서 부품은 컨베이어·인덱서·로봇 등으로 처리되고 이송되며, ID 리더기는 마크가 반복적으로 리더기 앞에 놓일 수 있는 고정된 위치에 탑재된다. 마찬가지로 프리젠테이션 리더기는 지속적인 판독 사이클로 작동되며, 작업자가 리더기 앞에 부품을 배치하면 자동으로 디코딩 작업을 수행한다.
이 글에서는 고정형 코드 리더기로 완전 자동화된 생산라인에 DPM 이력관리 프로세스를 구현하기 위해 가장 우선적으로 고려해야 할 코드 선택, 마킹 프로세스 및 배치, 데이터 인코딩과 판독성, 솔루션 선택 등에 관한 사항을 정리한다.
1. 코드 선택
산업 표준 그룹은 ISO29158(이전에는 AIM DPM이라고 알려진)과 같이 특정 애플리케이션을 위한 코드를 정의하고 있다. AIAG(Automotive Industry Action Group)는 ATA(Air Transport Association), 미국 DoD(Department of Defense), GS1, SEMI 등과 마찬가지로 가이드라인을 가지고 있다.
구체적으로 명시하고자 할 때는 일반적으로 제품생산과 공급체인 전반에 걸쳐 효율을 향상시킬 수 있는 산업 가이드라인을 따르는 것이 유의미하다. 하지만 해당 산업에 유효한 가이드라인이 없다면, 자체적으로 이를 만들기 위해 기존의 가이드라인을 이용할 수 있다. 주목할 점은 Data Matrix ECC200이 적극적으로 권장되고 있으며, 금속·유리·세라믹·플라스틱 소재를 비롯한 대부분의 산업에서 선택되고 있다는 것이다.
Data Matrix ECC200은 단일 코드로 6 자리에서 3116 자릿수 사이를 모두 인코드할 수 있는 24 정사각형 포맷과 6 직사각형 포맷으로 제공되므로 매우 유연하다. 또한 코드의 60%가 손상되더라도 성공적으로 코드를 디코딩할 수 있는 리드 솔로몬(Reed Solomon) 오류 정정 기능을 지원한다. 이 코드는 공개된 것이기 때문에 마킹·판독 장비 공급업체들이 지원 장비의 성능을 향상시키기 위해 상당한 R&D 리소스를 투자하고 있다.
2. 마킹 프로세스 및 배치
2D DPM 코드는 소재와 부품 및 환경적 조건에 따라 여러 방법으로 부품에 마킹된다. 마킹 프로세스 결정에 영향을 미치는 중요한 요소에는 부품의 기대수명, 소재 구성요소, 환경적 마모성, 생산량 등이 포함된다. 다른 고려사항으로는 표면 질감, 각 부품에 인코드되어야 하는 데이터 양 뿐만 아니라 마크를 위해 가용한 공간·위치 등이 있다.
도트 피닝(DOT PEENING)은 마킹할 소재의 표면에 끝날이 카바이드나 다이아몬드로 된 스타일러스로 타격을 가해 만든다.
과제 : 판독 솔루션은 기호의 모듈을 형성하는 타격 자국과 부품 표면 사이에 명암을 만들기 위해 조명 기법을 활용해야만 한다.
애플리케이션 : 까다로운 수명 요구조건으로 인해 자동차·항공우주 산업에 폭넓게 사용된다.
레이저 마킹은마킹을 만들기 위해 표면을 녹이거나 기화시키거나 어떻게든 변화를 일으키기 위해 부품에 열을 가한다.
과제 : 마크의 품질은 레이저와 마킹될 소재 간의 상호작용에 의해 결정된다.
애플리케이션 : 반도체와 전자·의료기기 산업에서 가장 많이 사용된다.
ECE(ELECTRO-CHEMICAL ETCHING)는 스텐실임프레션(Stencil Impression)을 통해 마킹되는 표면의 금속 산화작용을 이용해 마크를 만드는 공정이다.
과제 : ECE는 시간 소모가 많은 공정이며, 지속적인 소모성 품목의 경우 비용 부담이 크다.
애플리케이션 : ECE는 소량의 곡면 마킹이나 제트엔진·자동차·의료기기 등의 스트레스에 민감한 부품에 적용되고 있다.
잉크젯 프린터는 영구적인 모듈 패턴을 만들기 위해 부품 표면에 정밀하게 잉크 방울을 떨어뜨리면서 나아간다.
과제 : 잉크젯 마킹은 마크의 영속성 및 명암 레벨을 결정하는 부품의 표면과 잉크의 화학적 상호작용으로 인해 부품 표면의 사전작업이 필요할 수 있다.
애플리케이션 : 잉크젯 마킹은 이동하는 부품의 고속 마킹이 가능하고 탁월한 명암을 제공한다.
부품 상의 코드 위치는 코드 판독성에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다. 제조공정 전반에 걸쳐 명확한 가시성을 확보해야 하며, 어느 곳에서라도 부품의 특색이나 가장자리, 노이즈/텍스처 혹은 다른 간섭요소에 상관없이 ‘클리어 존(Clear Zone)’을 제공해야 한다.
가장 까다로운 판독 상황을 가진 부품으로는 코드 왜곡이나 정반사를 일으킬 수 있는 원통형 혹은 윤기가 나는 표면을 가진 부품들이다.
3. 데이터 인코딩 및 판독성
데이터 인코딩은 생성된 Data Matrix 코드 안에 ‘저장된’ 정보의 양과 관련이 있다. 인코딩할 정보를 결정하는 것은 보통 기업이 규정한 사양이나 이력관리 프로젝트에서 요구하는 조건에 따라 진행된다. 어떠한 데이터를 인코딩 할지 선택할 때 코드 크기가 판독성에 영향을 미칠 수 있으므로 부품 상에서 가용한 공간의 크기 또한 고려해야 한다.
판독성은 리더기가 얼마나 쉽게 혹은 어렵게 코드를 성공적으로 판독하는지를 정의하기 위해 사용하는 개념이다. 만약 코드가 판독이 불가능하다면, 부품은 처리되지 않거나 생산라인이 멈추게 된다. 프로세스 전반에 걸쳐 일관되게 코드를 판독할 수 있는 리더기의 능력은 중요하다. 제조업체들은 판독률의 변화는 감내할 수 있지만, 100만 번의 판독 당 불과 3.4회 결함에 해당하는 식스 시그마 판독률을 달성하기 위해 고군분투하고 있다.
전반적인 판독성에 상당한 영향을 미치는 요소 중 하나는 마크의 품질이다. 마크의 품질 검사 프로세스는 검증이라고 한다. 검증 프로세스는 특정 산업별 가이드라인으로 정의되어 있으며, 일반적으로 오프라인에서 진행된다. 마크 품질 외에도 전반적인 판독률에 영향을 미칠 수 있는 다른 요소들도 고려해야 한다. 리더기가 Data Matrix 코드를 디코딩하는 방법을 좀 더 자세히 이해한다면 도움이 된다.
시야각 내에서 성공적으로 코드의 위치를 찾는 것이 성공적인 판독의 첫 번째 단계이다. 다음 단계는 리더기가 어떠한 모듈이 밝고, 어떠한 모듈이 어두운지를 판단하는 것이다. 모양과 크기는 일정하지만 부품 표면은 다른 특징과 구별되는 차이점을 가지고 있는 모듈로 이뤄진 코드 패턴은 가장 안정적인 디코딩을 제공한다. 하지만 DPM 애플리케이션의 본질상 공정이 진행되는 동안 표면 텍스처의 변화 및 부품 프리젠테이션의 변화, 마킹머신의 가변성, 전체 수명주기 동안 진행되는 부품의 변화 등으로 인해 이는 어렵기 마련이다.
4. 솔루션 선택
여러분은 코드 타입과 인코딩 데이터, 프로세스, 마크의 위치를 선택했다. 탁월하다. 하지만 해당 라인에서 다른 공급업체로 받은 부품의 DPM 코드를 판독할 수 있어야만 할지도 모르기 때문에 일관된 마크 품질을 보장할 수는 없다. 어떻게 해당 애플리케이션을 처리할 수 있는 리더기를 올바르게 선택할 수 있을까?
가장 중요한 요구조건은 리더기가 해당 라인에서 높은 판독률을 제공해야 하는 것이며, 높은 처리량과 완벽한 이력관리를 보장해야 한다는 것이다. 가능한 최고의 판독률을 실현하기 위해 평가과정 중에 검토해야 할 3가지 카테고리는 디코딩 소프트웨어, 이미지 형성, 사용 편의성 등이다. 만약 ID 리더기가 이러한 카테고리에서 만족스러운 특성을 제공하지 못한다면, 올바른 것을 찾을 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
3가지 평가 카테고리
①디코딩 소프트웨어
코드 판독 알고리즘은 모든 이미지 기반 ID 리더기의 토대를 형성한다. 앞서 논의한 것처럼 부품의 소재 구성요소나 부품 프리젠테이션의 변화, 제조공정에서 초래되는 가변성으로 인한 왜곡처럼 코드의 판독성에 영향을 미치는 다양한 변수들이 존재한다. 강력한 알고리즘은 어떠한 형태의 품질 저하가 진행된 표면이라도 마킹된 모든 코드를 판독할 수 있다. 여러분이 상상할 수 있는 변동성과 여러 샘플 부품으로 솔루션을 테스트해 보길 바란다.
뿐만 아니라 최첨단 알고리즘은 해상도·조명·광학 등의 도움으로 더욱 뛰어나고 빠르게 수행할 수 있다.
②이미지 형성
판독 솔루션은 근본적인 파라미터 설정을 변경할 필요없이 코드의 명암·초점·품질의 변화에 대처할 수 있어야 한다. 명암 변화를 시뮬레이션하기 위한 조리개 및 노출, 배경 문제를 시뮬레이션하기 위한 조명 위치, 그리고 피사계 심도 변화를 시뮬레이션 하기 위한 초점 등을 조정하여 해당 설정을 테스트해 보라. 이러한 조건에서 일관된 판독성능을 제공하는 판독 솔루션은 설치 비용이 적게 들고 장애요인을 최소화한다.
해상도 요건을 결정할 때 고려해야 할 가장 중요한 점은 해당 시야각 내에서 필요한 PPM(Pixels per Module) 수이다. 보다 높은 해상도의 리더기는 더 넓은 시야각을 위한 높은 PPM을 유지할 수 있으며, 불확실한 위치 문제를 해결할 수 있다. 빠른 고속 애플리케이션의 경우 표준 해상도의 리더기는 일반적으로 더 빠른 성능을 제공한다. 하지만 일부 고해상도 이미지를 이용하면 이러한 애플리케이션에 더 빠른 반응시간을 구현할 수 있는 이미지 부품만을 사용할 수도 있다.
조명은 금속 및 다른 판독이 어려운 소재를 비롯해 DPM 애플리케이션에서 특히 중요하다. 예를 들어, 도트 핀 애플리케이션을 위한 적절한 조명 기법은 공정의 성패를 좌우할 수 있다. 이러한 마크는 조명이 조정되지 않으면 판독이 어렵다. 제어 가능한 조명을 갖춘 지능형 미세조정 기술은 이러한 애플리케이션에서 중요하다.
사용자들이 렌즈를 변경할 수 있는 리더기는 머신의 설계 요건에 따라 작업거리가 다른 경우에도 리더기를 유연하게 배치할 수 있는 탁월한 적응성을 제공한다. 종종 머신은 리더기를 고려하기 이전에 설계되기 때문에 리더기를 쉽게 보강할 수 있는 유연한 광 옵션을 가져야 한다.
강력한 리더기라 할지라도 배치 및 유지관리가 너무 어렵다면 최종 사용자에게는 무용지물이 된다.
③ 사용 편의성
리더기를 배치할 때, 애플리케이션에 최적화하기 위해 다른 파라미터들을 설정한다. 따라서 단계적인 프로세스를 통해 초보자들도 이해하기 쉬워야 한다.
또한 리더기는 다른 디바이스와 결과를 통신할 수 있어야 하며, 요구되는 통신 방법이 이더넷이나 RS-232 등 그 무엇이든 기존의 공장 네트워크에 통합할 수 있어야 한다. 엔터프라이즈 레벨에서 리더기와 PC 간의 통신 링크를 구축하기 위해서는 리더기가 EtherNet/IP, PROFINET, MC Protocol, Modbus/TCP 등을 비롯한 광범위한 표준 네트워크 프로토콜을 지원해야 한다. 또한 이러한 연결은 리더기를 관리할 수 있도록 중앙 집중형방식을 제공해야 하기 때문에 선택한 ID 리더기가 공장이나 그보다 먼 원격지에서 네트워크를 통해 관리 및 제어작업을 할 수 있는지 확인해야 한다.
사용이 간편한 설정 툴을 통해 리더기를 통합하는데 소요되는 시간을 최소화할 수 있으며, 전반적인 시스템 유지관리 업무를 줄일 수 있다.
갈무리
DPM 판독은 어려운 이미지 분석 문제를 해결할 수 있는 전문지식과 기술을 필요로 하는 도전적인 애플리케이션이 될 수도 있다. 일반적으로 산업용 머신 비전에 대한 경험이 있는 기업들은 최고의 DPM 판독률을 제공하는 적절한 전문성과 기술을 가지고 있다. 여러분이 선택한 공급업체 또한 완벽하게 해당 애플리케이션을 구현할 수 있는 필요한 지원을 제공하고 성공적인 설치가 가능하도록 가이드할 수 있어야 하며, DPM 판독 솔루션 공급업체로서의 역할을 장기적으로 유지할 수 있는 재정적인 안정성도 갖춰야 한다.
자료제공|코그넥스 코리아 www.cognex.com
