작지만 꼭 필요한 ‘머신 비전 케이블’

YNK솔루션·한국이구스 등 … 신기술 대응에 업체들 총력

머신 비전 케이블은 머신 비전 시장에서 없어서는 안 될 중요한 자원이다. 머신 비전 케이블은 일반 케이블이 할 수 없는 일을 수행한다. 즉 선명하고 정확한 이미지 자료를 수집하고 복잡한 명령을 고속으로 전달한다. 하지만 현장 작업자를 포함한 많은 사람들이 케이블에 관련된 정보를 쉽게 얻지 못하는 것이 현실. 이에 본지는 머신 비전 케이블에 관한 간략한 정보들을 모아 기재한다.

머신 비전은 물론이고 컴퓨터와 관련된 모든 부품에서 빼놓을 수 없는 것이 바로 ‘연결선’이다. 머신 비전 케이블은 작업 현장에서 카메라가 받아들인 정보를 컴퓨터 등으로 전송하는 역할을 한다. 또한 메인 시스템에서 명령을 내릴 때에 전달을 돕기도 한다. 말 그대로 메인 시스템과 카메라 사이의 연결을 돕는 매개체이다. 대부분 업계에서는 이 케이블을 ‘액세서리’정도로 치부하고 있다. 많은 비전 시스템 회사 홈페이지를 보면 케이블은 액세서리 란에 올라와있다. 하지만 이 케이블이야말로 머신 비전 분야에서 없어서는 안 될 중요한 요소이다.

머신 비전 케이블이란

머신 비전 케이블은 카메라와 메인 시스템 사이를 연결해주는 케이블로 일반 케이블보다 더욱 높은 전송량과 속도 그리고 안정성을 필요로 한다. 카메라 성능이 아무리 뛰어나더라도 케이블 성능이 좋지 않거나 신호 왜곡 혹은 데이터 감쇄 등으로 오류를 범하게 된다면 작업 전체가 마비된다. 그렇기에 사용 애플리케이션에 따른 전문적인 설계 기술이 필요한 제품군이기도 하다.

머신 비전 케이블이라는 어감이 생소하다면 컴퓨터 본체에 모니터나 마우스 혹은 키보드를 이어주는 연결선을 떠올리면 된다. 머신 비전 케이블 역시 카메라와 컴퓨터를 이어주는 역할을 하므로 다른 연결선과 크게 다르지 않다. 또한 USB, PS/2, 모니터 연결선 등은 모두 다른 케이블을 사용한다. 모니터를 연결해주는 선이라고 할지라도 DVI·RGB 등으로 종류가 나누어지는 것. 머신 비전 장비들도 각 기기마다 서로 다른 종류의 연결선을 필요로 한다. 즉 어떤 한 종류의 케이블이 이 세상에 존재하는 모든 카메라와 컴퓨터 혹은 프레임 그래버 등을 연결시켜주지는 않는다. 카메라와 프레임 그래버가 호응할 수 있는 머신 비전 케이블을 사용하여야 한다.

케이블과 커넥터

머신 비전 케이블을 처음 접한 이들은 다양한 종류에 당황할지도 모른다. 같은 인터페이스 케이블이라고 할지라도 그 모양이 제각각이기 때문이다. 심지어는 동일한 종류의 인터페이스 케이블을 구매했는데 연결을 하지 못하는 경우도 있다. 이러한 문제는 커넥터의 종류를 완전히 이해하지 못했기 때문에 생겨난다. 머신 비전 케이블은 커넥터(Connector)와 선(Line)이 결합되어 만들어진다. 이 중 선 부분은 각 인터페이스별로 다른 형태를 취한다. 이는 인터페이스별로 영상을 전달하는 방식이 전부 다르기 때문이다. 그리고 커넥터 부분은 인터페이스 그리고 카메라 형태에 따라 모양이 달라진다. 같은 인터페이스라고 할지라도 각 기종별로 커넥터 모양이 다르기 때문에 각 장치연결에 필요한 커넥터 모양을 주의 깊게 살펴보아야 한다.

예를 들어 GigE케이블은 우리가 흔히 LAN선이라고 알고 있는 RJ45커넥터를 쓴다. 하지만 같은 RJ45커넥터라고 할지라도 카메라 제조업체 그리고 모델에 따라 잠금 나사스크류 플러그가 없는 것, 잠금 나사가 커넥터 좌우로 달려있는 것, 잠금 나사가 상하로 달려있는 것 등 많은 종류가 존재한다. 또한 USB 2.0 및 3.0 선도 제조사 및 기종별로 납작하고 넓은 형태의 타입 A와 좁은 모양을 한 타입 B로 나뉜다. USB를 지원하는 제품 기종에 따라 암수 차이도 있다.

FireWire(IEEE1394)방식은 커넥터 바디와 몰드 바디 그리고 핀 바디 등으로 종류가 나뉜다. 커넥터에 클립을 부착하였는지 여부도 유심히 살펴야 한다. CameraLink 및 Mini CameraLink 방식도 접합부인 MDR/SDR의 크기와 모양 그리고 꺾인 방향 등이 제각각이므로 카메라의 쓰임과 용도에 알맞은 커넥터를 찾는 것이 중요하다. 이처럼 각 인터페이스별로 표준 규격은 마련되어있지만 이 표준이 모든 제품에 동일하게 적용되지는 않으므로 주의하여야 한다.

케이블과 인터페이스

머신 비전 케이블은 머신 비전 인터페이스에 맞추어 개발된 것이 대부분이기에 이 둘은 서로 떼어놓을 수 없다. 머신 비전 케이블에 대해 이야기하기 위해서는 머신 비전 인터페이스에 대한 이해가 필요하다.

머신 비전 인터페이스가 무엇인지 이해하기 어렵다면 컴퓨터 메인보드를 생각하면 된다. 이 보드에 어떤 그래픽카드(프레임 그래버)가 포함되어있는지 혹은 어떤 선-USB나 IEEE1394같은-을 지원하는지에 따라 카메라와 머신 비전 케이블을 선택하게 된다. 즉 어떤 인터페이스가 개발되고 나서 해당 인터페이스에 맞추어 프레임 그래버와 카메라가 만들어졌고, 이들을 연결하기 위해 케이블이 개발된 것이다.

현재 머신 비전 인터페이스 기술은 몇 가지 종류로 나뉜다.

▲Analog(NTSC/PAL)방식 ▲USB방식 ▲FIreWire(IEEE1394)방식 ▲Gigabit Ethernet(GigE)방식 ▲CameraLink방식 ▲CoaXPresse방식 등으로 분류할 수 있다.

특히 최근에 등장한 방식인 ▲CameraLink -HS (Infiniband)와 ▲CoaXPress는 비표준 방식이라는 특징으로 지금까지의 인터페이스와는 차이를 보인다.

이들 인터페이스들은 전송방식부터 전원 공급 방식 그리고 각 기술에 대응하는 기기 등이 전부 다르다. 또한 인터페이스가 중점적으로 개발된 배경에 따라 전송 속도 및 케이블을 통한 전력 공급 여부 그리고 연결선 길이 등 특징이 제각각이다. 따라서 사용자들은 각 작업환경이 필요로 하는 요소에 따라 케이블의 종류를 선택해야 한다. 인터페이스의 종류에 대한 정보는 본지 6월호에서 상세히 다루었으므로 이번 지면에서는 간략하게만 소개한다.

Analog(NTSC/PAL) 방식은 카메라로부터 아날로그 비디오 신호를 전송하던 방식이다. 이 방식은 주로 방송국에서 가정으로 영상을 송출할 때 사용되고 있다. 이 기술은 0.3Gb/s의 느린 속도로 전송된다는 단점이 있지만 100미터의 긴 케이블 길이를 자랑한다. USB 방식 인터페이스는 프레임 그래버가 필요 없고 개별적 전원 케이블 또한 필요로 하지 않아 비용 효율성이 높다는 특징이 있다. 반면 USB 케이블은 길이가 통상 5미터 미만으로 사용에 제약을 받는다.

IEEE 1394 인터페이스는 파이어와이어(FireWire)라고도 불린다. 1986년부터 개발이 시작되어 1995년이 되어서야 업계 표준 규격으로 빛을 보게 된 이 인터페이스는 해상도 면이나 프레임 속도 면에서 선택할 수 있는 폭이 넓다.

CameraLink는 다양한 애플리케이션을 처리하기 위해 Base·Medium·Full의 세 가지 대역폭 구조를 제공하는 것이 특징이다. 최대 10미터 길이의 케이블을 사용한다. 최근 개발된 CameraLink-HS 기술은 CamreaLink의 한계인 데이터 처리, 확장성과 유연성 문제, 데이터 복수 문제 등을 해결해준다. 300Mb/s부터 16Gb/s까지의 밴드위스 확보, 광케이블을 이용해 1,000미터 이상 연장 가능한 케이블, 실시간 신호 등의 완벽한 비전 인터페이스 제공을 목표로 만들어졌다.

GigE Vision은 1Gb/s의 높은 전송속도와 100여 미터의 케이블 길이를 자랑하며 무선 인터넷으로도 연결할 수 있어 활용도가 높다. 보안 및 장거리 비전 애플리케이션에 적합하다. 최근 GigE Vision은 10GigE라는 이름으로 한층 더 발전하였다. 이론상 10Gb/s의 전송 속도를 자랑하고 네 개의 케이블을 모두 연결했을 때 40Gb/s라는 종합 속도가 나온다.
CoaXPress는 일반적인 동축 케이블(Coaxial Cable)을 통해 비디오 전송, 통신, 제어 등을 케이블마다 6.25Gb/s라는 최대 전송 속도로 수행한다. CameraLink기술에 비해 1세대 케이블만으로 영상 데이터·제어 신호·GPIO·Trigger 신호·전원 등을 모두 한 케이블로 연결할 수 있다는 점도 매력적이다.

인터페이스 선택 방안

머신 비전 인터페이스가 다양한 만큼 한 인터페이스를 선택하기에는 갈등이 따르기 마련이다. 장비 가격이 높은데다 인터페이스별 차이가 분명하므로 작업 환경에 따라 적합한 인터페이스를 선별하는 것이 중요하다.

머신 비전 인터페이스를 선택할 때 우선적으로 고려해야 할 것은 ‘카메라와 PC 혹은 프레임 그래버 사이의 거리’이다. 각 머신 비전 인터페이스에 따라 사용 가능한 최장거리가 달라진다. 머신 비전 케이블은 종류별로 짧게는 3미터에서 길게는 100여 미터 이상까지 다양한 길이가 준비되어있다.

현재는 CoaXPress방식이 130미터로 가장 긴 기본 케이블 길이를 자랑한다. 아날로그 방식과 Gigabit Ethernet(GigE)방식이 100여 미터로 그 뒤를 바짝 쫓고 있으며 그 뒤로 CameraLink방식이 7미터, FIreWire(IEEE 1394)방식이 4.5미터, USB3.0기술이 3미터 순으로 길다. 따라서 작업 환경에 맞는 길이의 케이블을 선별하는 것이 무엇보다 중요하다.

100미터 넓이의 작업장에서 USB 인터페이스를 사용하는 건 불가능한 일이다. 대부분의 인터페이스는 광케이블 방식의 리피터나 허브 등을 이용해 케이블 길이를 늘일 수 있어 거리적 제약은 거의 없다. 하지만 케이블 길이가 길어질수록 전송 속도가 떨어짐은 물론이고 보안상 취약점이 생기기도 하므로 신중하게 고려하여야 한다.

인터페이스 전송 속도도 고려해봐야 할 부분이다. 머신 비전 시장에서는 10GigE Vision이 케이블당 10Gb/s로 가장 앞서있고 그 뒤를 CoaXPress가 케이블당 6.25Gb/s로 바짝 뒤쫓는다. 다음으로는 CameraLink HS 방식이 케이블당 3.125Gb/s의 속도를 자랑하고 CameraLink가 최대 6.1Gb/s, USB 3.0 기술이 5Gb/s 그리고 GigE Vision과 IEEE 1394b 기술이 각각 2Gb/s와 768Mb/s의 속도로 뒤를 이어간다.

인터페이스를 세팅하는 방법과 현장에 적용하는 방법을 보면 그 차이가 더욱 명확해진다. USB 연결은 많은 사람들에게 익숙한 연결방식으로 플러그 앤 플레이를 이용한 간편한 설치 및 사용으로 인기가 많다. 또한 GigE 기술은 LAN선을 사용하는 만큼 허브나 라우터를 사용해 메인시스템과 카메라 사이의 길이를 연장할 수 있어 넓고 커다란 환경에 적합하다.

CameraLink방식 카메라는 보통 LineScan 분야에 많이 개발·이용되고 있다. 이는 카메라가 움직이는 것이 아니라 컨베이어벨트 즉 검체물이 직접 움직이는 것이 특징이다. 균일한 여러 제품들을 빠른 속도로 검사할 때 유용하게 사용된다. 각 인터페이스가 가진 특징을 명확히 이해하는 것도 중요하다. 여러 카메라를 동시에 그리고 특히 무선 기술을 이용하여 구동하고 싶다면 GigE 카메라가 제격이다. 라우터와 허브를 이용하면 여러 카메라를 간편하게 관리할 수 있다. 편리하고 번거롭지 않은 사용을 원한다면 USB 방식을 택하면 된다. 높은 해상도와 빠른 전송에는 최근에 등장한 10GigE 인터페이스나 CameraLink-HS 혹은 CoaXPress 방식이 적합하다.

주요 업체별 특징

머신 비전 케이블 분야에서 이름을 알리고 있는 곳은 몇 업체 되지 않는다. 그 중 대표적인 업체가 YNK Solution과 한국이구스이다.

YNK Solution은 Clean 환경·고 굴곡(High Flex)·EMI(Electromagnetic Interference) 영향 최소화 환경이 요구되는 프리미엄 애플리케이션에 특화되어 있다. 특히 현재 주요제품인 Innoflex라는 제품군은 CameraLink·GigE·IEEE1394 등의 비전 인터페이스뿐 아니라 특수한 사양의 맞춤형 제품도 커버하고 있다. 검사 장비 애플리케이션이 확대되고 고성능 장비가 요구되는 시장에서 완벽한 대응이 가능하다는 것이 YNK Solution의 장점이다.

이구스도 이 분야에서 높은 인지도를 갖고 있다. 독일에 있는 이구스 본사에서는 결함이 발생할 때마다 고객들에게 테스트 보고서를 제공한다. 이는 각 구매자들의 작업환경에서 오류가 났을 때 그 오류를 해결하기 위한 솔루션으로, 독일 본사에서 오류가 났던 작업장과 같은 환경을 조성해 직접 작업을 테스트하게 된다.

즉 공률·작업 횟수·카메라와 케이블 종류 등 문제가 발생했던 작업장과 완벽히 같은 환경을 만들어 수천 번 이상 테스트를 거치게 되는 것이다. 이러한 실험은 비전 분야뿐 아니라 체인 부식도 실험이나 구간별 및 거리별 움직임 등 FA 전반적 분야에 제공한다. 이는 오로지 테스트 룸에 커다란 투자를 하고 있는 이구스만이 가진 특징이다.

커다란 시장 변화 생겨

머신 비전 인터페이스가 성장함에 따라 케이블 시장 또한 큰 변화를 맞이하고 있다. 현재 시장을 주도하는 것은 GigE·PoCL·USB3.0 등의 신기술 인터페이스이다. 한국이구스에 따르면 이들 인터페이스를 사용하는 업체들의 주문량이 부쩍 늘어나고 있다. 신기술을 지닌 카메라가 속속 등장함에 따라 카메라를 구동할 수 있는 케이블 역시 새로운 기술로 향하게 되는 것이다. 특히 앞으로는 USB3.0과 CoaXPress기술이 주가 될 것이라는 게 업계의 전망이다. 반면 아날로그 방식은 유지 및 보수를 위해서만 주문되고 있다고 한다.

하지만 시장 전체의 크기는 점점 줄어들고 있는 추세이다. 더욱이 비전 시장에서 최대 수혜시장인 LCD(FPD), 반도체 업계에서 대대적인 설비투자 감소가 이루어졌다. 이에 비전 업계들의 표정 역시 밝지만은 않다. 현재로서는 하반기에 설비 투자 회복을 기대하고 있는 형국이라고 YNK Solution은 밝혔다.

현재 머신 비전 케이블 시장에는 새로운 ‘큰 손’이 생겨나고 있다. 완제품을 제공하는 업체들이 그들이다. ‘토털 솔루션’을 지향하는 업체들이 점점 늘어나는 추세에 맞추어 카메라를 취급하는 업체에서 해당 카메라에 대응하는 커넥터와 케이블을 주문하는 사례가 늘고 있는 것. 이는 카메라와 케이블을 따로 구매해야 했던 기존 사용자들에게 커다란 편의를 제공한다. YNK Solution에서도 완제품을 제공하고 있다.

최근 반도체나 자동차 검사 등의 환경에서는 카메라가 유연하게 이동하는 것이 빠른 전송속도만큼이나 중요해졌다. 이에 한국이구스에서는 독일 이구스가 자랑하는 케이블 베어(플라스틱을 이용한 트랙)를 결합시킨 솔루션을 개발하여 제공하고 있다. 특히 이동이 잦은 로봇용 케이블을 중점적으로 공략하고 있다. 한국이구스 권태혁 과장은 “움직임이 머신 비전 시장에서 새로운 화두로 떠오르는 만큼 기존 고정형 케이블보다 더욱 견고하고 튼튼하며 절단 위험이 적은 이동식 케이블이 작업환경에 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

이는 케이블 전선과 케이블 베어를 결합해 한 상품으로 만드는 독일 방식을 국내에서 유일하게 재현하는 것이다. 이에 케이블 단선이 일어났을 때 케이블뿐 아니라 기계 결함, 전기적 결함 등 애플리케이션 솔루션을 종합적으로 낼 수 있는 특징이 있다.

글 |윤진근 기자 pen@automotivemnt.com