FLIR, 동전 제조 시스템 활용사례
동전은 사람들이 매일 가지고 다니는 몇 안 되는 물건 중 하나이다. 디지털 지불 수단의 보급에도 불구하고 동전은 여전히 식료품점, 키오스크, 티켓 기계 및 주차 미터기를 사용하기 위해 없어서는 안 될 물건이다. 미국에서는 수십억 달러의 동전들이 유통되고 있는데, 동전들은 정확히 똑같을 필요가 있다.
각 동전은 앞면과 뒷면이 같아야하고 지름, 가장자리 모양 및 무게가 같아야 한다. 따라서 주요 통화의 주조 작업은 산업적인 대량 생산이기 때문에 고정밀 프로세스로 작동해야한다. 이 글을 통해 플리어의 카메라가 미국에서 25센트짜리 동전을 주조할 때 어떻게 활용되는지 정보를 제공하고자 한다.
동전 제작하기
대부분의 사람들 사진과 같은 불량 동전을 본적이 없을 것이다. 그 이유는 바로 동전을 만드는 공정에 있다. 각 동전의 규격 지름은 1인치의 1000분의 1, 무게는 1그람의 1000분의 1의 오차 범위 내에서 같도록 정해져있다. 마찬가지로 동전의 앞면과 뒷면의 디자인은 동일한 각도로 정렬되어야한다. 동전 주조 과정에서 이 그림들은 최대 100톤의 압력을 받아 동전의 빈 칸에 새겨진다.
이러한 금형은 ‘master hub'의 정밀한 사본이다. 높은 정밀도 요건과 높은 마모 속도로 인해 주요 주조 공정에서는 연간 약 50,000회에 걸쳐 금형을 자주 교체하고 있다.
따라서 제조 공정을 자동화하고 스탬프기에 금형의 정확한 삽입을 보장하는 것이 동전 생산의 산출량을 극대화하는데 중요한 요소가 된다.
동전 금형을 위한 필수 요소
스탬핑 기계에서 앞면과 뒷면 사이의 정확한 회전 각도를 보장하기 위해, 그라인더는 원통형 금형도구 각각의 작은 부분을 코인 설계에따라 지정된 각도로 맞춘다. 이렇게 하면 다이가 스탬프 기계에 올바른 각도로 들어간다. 동전 주조를 위한 요구 사항은 금형을 위한 코인 디자인의 실제 각도를 정확하게 인식하고 올바른 피드백을 제공하여 정밀하게 맞추기 위해 금형 도구를 그라인더의 오른쪽 각도에 배치하는 것이다.
Alignment System은 금형 도구의 디자인 각도를 인식하는 알고리즘상의 어려움 외에도 CNC 강철 연삭기의 가혹하고 습기 찬 환경 조건을 견뎌야한다. 고장 없이 24시간, 매일 작동하기 위한 신뢰성과 최소한의 유지 보수 조치 또한 필요로 한다.
해결법
Artemis Vision은 거칠고 도전적인 주변 조건에 필요한 정확성을 제공하고 24시간 내내 작동할 수 있는 동전 주조기기를 위한 정렬 시스템을 개발했다.
Artemis의 시스템 디자이너는 강렬한 인클로저에 소형 기계 비전 시스템을 도입했는데, 여기에는 2.3MP 해상도의 FLIR Grasshopper3 카메라와 비전 인터페이스가 포함되었다. FLIR의 Grasshopper3는 확장 링을 포함한 Tamron의 고정 초점 C 마운트 렌즈와 샤프트에서 금형 도구까지 영역을 비추는 확산광을 탑재했다.
카메라는 빛나는 금형 도구 표면의 촬영이 가능한 높은 동적 범위를 제공하는 Sony Pregius IMX174 센서를 사용한다. 정렬 시스템은 FLIR의 FlyCapture SDK를 사용하여 PC에서 사전 처리되는 연속 비디오 스트림을 캡처한다.
그런 다음 Microscan의 Visionscape 소프트웨어를 사용하여 각도를 1/10도 미만의 정확도로 인식한다. 그 결과는 그라인더에 적용되어 코인 금형 도구를 정확한 각도로 회전시킨다. Angle Detection System의 기본 모델은 5″×12″크기로 24시간, 매일 작동이 가능하도록 설계되었다. 이 시스템은 기가비트 이더넷 외에 인터페이스로 RS-232, USB, RS-485 및 디지털 I/O도 제공한다.
정확한 정렬 시스템의 필요성
정렬 시스템은 통해 보다 빠른 생산, 고품질의 동전과 최적의 수율을로 이어진다. 그라인더에는 약간의 오차가 허용되므로 최종 동전에서 결점이 발견되지 않도록 프레스 중에 금형의 방향을 정확하게 조정해야한다. 동전 주조는 수익률이 낮고 긴 다운 타임이 발생할 수 있으며, 잘못 정렬되어 불필요한 비용이 발생하는 등 다양한 상황을 마주할 수 있다.
결점을 수동으로 감지하기 어렵기 때문에 작업자가 매번 정렬에서 최소한의 편차를 얻는 것을 예상할 수 없다. 정렬 시스템은 정렬 오류를 효율적으로 식별하고 수정하여 이러한 문제를 해결하는데 도움이 되며 결과적으로 사람의 눈으로 분류하는 것보다 훨씬 더 정확하고 빠르다.
왜 FLIR 인가?
Artemis Vision의 Tom Brenna 회장은 FLIR의 Grasshopper3 GigE Vision 카메라를 선택한 이유에 대해 “우리가 FLIR 제품에 의지하는 이유는 현장에 도입한 이후 몇 년 동안 매우 적은 고장만이 발생했기 때문이다. Angle Detection System은 CNC 머신에 내장되어있어 액세스 및 지원이 어려워 하드웨어에 의존 할 수 있기를 원한다. FLIR에서 제공하는 다양한 GigE Vision 카메라 모델 중에서 2.3MP 및 CMOS 글로벌 셔터 기술이 적용된 Sony Pregius IMX174 센서는 화질에 중요한 높은 동적 범위를 가지기 때문에 필요한 각도를 정확하게 인식 할 수 있다. GigE 카메라 인터페이스 덕분에 안쪽 각도 감지 시스템이 있는 CNC 장비와 컴퓨터 사이의 거리가 더 멀어지며 컴퓨터도 쉽게 연결될 수 있다.”고 말했다.
또한 그는 “많은 스탬핑, 밴딩, 절단과 기타 산업 용도에서 기계 도구와 작업 재료의 정확한 정렬이 핵심이다. 다양한 제어 인터페이스, 콤팩트하고 견고한 인클로저 그리고 동전 주조를 위한 높은 모듈형 시스템 설계 덕분에 이 솔루션은 더 큰 부품을 수용할 수 있도록 다른 렌즈로 유연하게 적용할 수 있다.”고 말했다.
자료제공 : FLIR
