강화된 비전시스템으로 검사 프로세스 자동화 성능 향상 사례
기술과 서비스의 세계적인 선도 공급업체인 Bosch 그룹은 100년이 넘는 시간 동안 주요 산업에서 활동해 왔다. Bosch는 전 세계적으로 다양한 부문에서 사업을 운영하고 있으며, 주로 네가지 사업 부문인 모빌리티 솔루션, 산업 기술, 소비재, 에너지 및 건축 기술에 집중하고 있다. 브라질 쿠리치바에 위치한 Bosch 지사에서는 자동차 산업용 디젤 엔진 분사 시스템 솔루션 개발에 주력하고 있다. 이 지사의 주요 고객은 디젤, 오프로드, 상업용 차량과 관련된 다국적 기업들로 구성되어 있다.
Bosch의 디젤 인젝터 노즐 제조 과정에서는 작업자가 생산할 특정 부품을 선택하여 기계에 투입하고, 생산이 완료되면 검사와 포장이 끝난 부품을 꺼낸다. 이 인젝터 노즐은 디젤 연료를 엔진의 연소실로 이동시켜 차량의 추진력을 제공하는 중요한 엔진 부품이다. Bosch 팀은 이 부품들의 설계와 품질이 매우 중요하기 때문에 비전 기술을 사용하여 추적성과 검증을 관리하고 있다.
생산 라인 팀의 요청에 따라 Bosch는 인젝터 노즐의 마킹 판독및 검증 프로세스를 개선하고 추적성을 높이기 위해 향상된 비전 시스템을 도입했다. 이를 통해 생산 후 수동 검사를 필요로 하는 부품의 수를 줄이는 것이 목표였다. Bosch의 비전 시스템 설계자인 Moises Santana는 “검사 프로세스를 더욱 자동화할 수 있는 기회가 있었다. 새로운 시스템은 동일한 컴퓨터에서 세 개의 독립 적인 프로세스를 동시에 처리할 수 있다”라고 설명했다.
새롭게 업데이트된 비전 시스템은 Zebra Concord PoE 프레임 그래버 4개 입력 장치와 Zebra Indio I/O 카드를 포함한 산업용 PC로 구성되어 있으며, 이 PC에는 Intel i7 코어와 시스템을 제어하는 Aurora Design Assistant 소프트웨어가 탑재되어 있다. LumiVision의 전면 조명 바 3개가 충분한 조명을 제공하고, 산업용 KUKA 로봇은 금속 부품을 정확한 위치에 놓아 Teledyne Dalsa의 GigE Vision 카메라 3대로 촬영할 수 있도록 한다. 이미 지가 촬영된 후, 로봇은 인젝터 노즐을 다음 공정으로 이동시킨다.
Santana는 “우리가 새로운 비전 시스템을 도입하게 된 여러 가지 이유가 있다”라며, “소프트웨어 도구들이 굉장히 유연하다. 다양한 GigE Vision 및 USB Vision 카메라 모델과 호환되는 유연한 비전 시스템이다”라고 설명했다.
설치 시간 단축, 비용 절감
이 비전 시스템에서 세 개의 GigE 카메라는 중요한 역할을 담당 한다. 두 개의 카메라는 인젝터 노즐에 새겨진 코드의 광학 문자 인식(OCR) 및 광학 문자 검증(OCV)을 수행하며, 세 번째 카메라는 완제품을 감싼 포장 튜브 외부에 부착된 바코드 라벨을 읽는다. Bosch는 샷 피닝 공정 후 실린더형 금속 표면에 새겨진 코드 (사람이 읽을 수 있는 코드)를 정확히 읽기 위해 머신 비전 기술의 정밀성을 필요로 했다.
Bosch 시스템의 독창적인 요소 중 하나는 라인 스캔 카메라 대신 영역 스캔 카메라를 사용해 실린더형 인젝터를 스캔하는 방법 이다. 이 과정은 각 노즐을 회전시키며 일련의 이미지를 수집한 후, 각 이미지의 중앙 띠를 이어 붙여 평면화된 이미지를 만드는 방식으로 진행된다.
평면화된 이미지가 완성되면 Aurora Design Assistant 소프트 웨어의 StringReader 단계를 통해 각 이미지의 숫자 코드를 읽을수 있다. 이 접근법 덕분에 Bosch 팀은 설치 시간을 단축하고 설치 과정을 간소화하며 비용을 절감할 수 있었다.
Santana는 “이 프로젝트에서 CircleFinder를 사용해 형상을 찾고 StringReader를 통해 문자 인식을 수행하는 등 여러 소프트웨어 단계를 조합해 사용했다. 또한, 외부 애플리케이션으로 이미지를 송수신하기 위한 다양한 이미지 필터와 맞춤형 도구도 사용했 다”라고 설명했다.
Santana는 이어서 “Aurora Design Assistant의 그래픽 인터 페이스는 사용하기 편리하며, 수요 기반 온라인 플랫폼을 통한 교육도 유용했다. Sensor do Brasil로부터 훌륭한 기술 지원도 받았고, Bosch 팀은 프로젝트 내내 많은 지원을 받는다는 느낌을 받았다”라고 덧붙였다.
실버 불릿 솔루션(Silver Bullet Solution)
이 비전 시스템을 구축하는데 약 한 달이 소요되었으며, 이 정도의 복잡성을 지닌 시스템으로는 대단히 빠른 작업이었다. 시스템 자체는 조작이 간단하여, 머신 비전에 대한 사전 경험이 없는 작업자도 쉽게 운영할 수 있다. 브라질 Bosch 지사는 Vision Academy 교육 플랫폼을 통한 자율 학습에 만족했으며, 팀은 특히 Aurora Design Assistant를 사용해 평면화된 이미지의 몽타주를 만드는 방법과 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)와의 통신 구성에 대한 지원을 요청했다. Santana는 “지원 팀의 응답 시간이 적절하고 능숙했다”라고 말했다.
▲ 인젝터 실린더의 세그먼트를 사용하여 평면화된 이미지를 구성하기 위한 필요한 조정을 표시하는 화면.
▲ 웹 기반 운영자 화면에서 세 가지 검사가 동시에 실행되는 모습을 보여준다. 두 대의 카메라가 두 개의 인젝터에 대해 OCR을 수행하고, 한 대의 카메라는 튜브 포장에 있는 바코드를 읽어 소프트웨어에 명시된 형식과 일치하는지 검증한다. 결과는 제조및 검증 프로세스를 제어하는 PLC에 전달된다.
하루 7000개 부품 생산량 달성
새 비전 시스템이 가동되면서 Bosch는 인젝터 노즐 표면 결함을 검사하기 위해 프로세스에 추가 카메라 두 대를 더 배치하고, 이 솔루션을 두 번째 기계에도 적용할 계획을 세우고 있다. Santana 는 “유사한 비전 시스템을 활용한 향후 프로젝트를 개발할 예정이다. 인공지능(AI)을 사용한 추가 애플리케이션과 스마트 카메라를 통합하는 방안도 고려하고 있다”라고 말했다.
브라질 Bosch 팀은 다양한 브랜드와 서드파티 하드웨어로 구성된 시스템에서 원하는 유연성과 사용 편의성을 제공하는 Aurora Design Assistant에 매우 만족했다. Santana는 “브라질 현지의 뛰어난 기술 지원과 온라인 교육 접근성은 큰 장점이었다. 이미지의 획득부터 분석, 처리까지 모든 과정이 원활하게 이루어 졌고, 실시간 시각화가 가능해 Bosch의 높은 품질 기준을 충족하는 솔루션이 되었다”라고 확신했다.
새 비전 시스템 덕분에 쿠리치바 공장은 하루 7000개의 부품 생산량을 달성했으며, 하루 불량률을 5%로 줄이는 데 성공해 이전보다 크게 개선된 성과를 거두었다.
자료제공: Zebra(www.zebra.com)
