TM Robotics / 빈 피킹 로봇의 성능을 향상시킨 TSVision 3D 시스템

빈 피킹(bin picking)시스템은 아이템이 유사하거나 다양한 품목으로 가득 찬 빈(bin) 또는 토트(tote)로부터 분류되고 제거돼야 하며, 포장완성 또는 추가 제조공정을 위해 개별 컨테이너에 배치되도록 해야 한다.
이 작업은 지루하고 반복적이며 빠르게 진행되지만, 높은 정확성과 일관성이 요구돼 자동화를 위한 이상적인 후보가 된다. 작업하는 사람은 부품이 가득한 뒤죽박죽인 상자를 보고, 즉시 모양과 위치를 기반으로 항목을 가져오는 가장 좋은 방법을 식별할수 있다. 또한 내부에 도달하면 쉽게 상자의 가장자리를 피할 수 있다. 그러나 이러한 복잡한 작업의 자동화는 최근까지는 엄두도 내지 못했던 일이다.
 

애플리케이션에는 항상 3D카메라, 비전 소프트웨어 및 로봇팔과 적절한 그리퍼가 요구되지만 실제 문제는 항상 소프트웨어다. 오버 헤드에 고정된 카메라는 품목이 가득한 빈을 스캔하지만, 시각적 소프트웨어는 이미지를 분석하고 위치, 모양 및 접근 용이성에 따라 픽업할 적절한 항목을 정의하고 해당 정보를 로봇에 전달한다. 그리고 난 후 조각을 집어 올릴 수 있다. 지금까지 공장에서는 정교함과 정확성이 부족한 비전 소프트웨어를 사용해 왔다.

새로운 로봇 및 카메라 기술에서도 비전 시스템의 문제는 미해결

이러한 시스템에 대한 도전은 모든 단계에서 존재한다. 로봇팔은 6축이동을 제공해야 한다. 이로써 로봇팔은 상자 측면을 건드리지 않고 다양한 접근법 벡터를 사용해 저장소에 도달한다. 그런 다음  다양한 위치 및 방향에서 서로 위에 놓일 수있는 항목을 집어 올릴 수 있다. 카메라는 로봇 동작을 조정할 수 있을 만큼 신속하게 데이터를 스캔, 처리 및 전달할 수 있어야 한다. 캡처된 이미지는 빈에 있는 항목의 윤곽선 이상을 표시할 만큼 명확해야 한다. 로봇 그리퍼가 대상 품목에 효과적으로 접근하려면 뒤죽박죽이되거나 겹칠 수 있는 항목의 위치와 방향을 식별해야 한다. 6축 로봇팔 및 고속 3D 카메라 시스템의 발전으로 이러한 문제가 해결됐지만, 비전 시스템 소프트웨어는 계속 걸림돌이 되고 있다. 일반적인 비전 소프트웨어는 비용이 많이 들고 복잡하기 때문에 로봇이 모델(피킹 할 항목의 컴퓨터 정의 모양)을 인식하도록 ‘가르치는’전문 CAD 프로그래밍이 필요하다.

초기 프로그래밍 후에도 시스템이 단일 빈에서 여러 모델을 인식하거나 로봇의 이상적인 접근 벡터 및 피킹 포인트를 식별하기 위해 빈에서 모델의 위치를 인식하는 것이 어려울 수 있다. 물론 애플리케이션이 변경돼 여러 항목을 선택하는 경우, 전문적으로 시스템을 다시 프로그래밍해야 하는 시간과 비용을 반복해야 한다. Toshiba Machine이 구현한 새로운 접근법은 이러한 장애물을 극복하기 위해 최신 비전시스템 기술과 소프트웨어를 결합해 소량의 매우 가변적인 애플리케이션에도 자동 빈 피킹을 실현한다.

새로운 비전시스템 기술 손쉬운 프로그래밍으로 장애물 제거

이 시스템은 연속적인 실시간 3D 이미지를 위해 초당 30프레임의 속도를 낼 수 있는 2개의 통합 고속 스테레오 카메라를 통합한다. 이미지 캡처와 처리 및 시차작동(항목의 위치 식별)은 카메라 내부에서 수행된다. 이 카메라는 350mm X 280mm의 측정필드와 600mm ~ 800mm의 DOF(depth of field)로 700mm 높이에서 ± 0.07mm의 정확도를 제공한다. 카메라의 정확성을 향상시키기 위해, 임의의 조명패턴을 빈으로 비추면 프로젝터는 품목 내부의표면을 강조 표시하고 이로써 카메라에게 더 정확한 식별을 위한 추가적 위치 및 방향 데이터를 제공한다.
 

비전 소프트웨어는 복잡한 CAD데이터 없이도 손쉽게 모델을 등록 할 수 있다. 이 소프트웨어는 카메라로 항목의 이미지를 캡처하고 둘러싸기 위해 마우스를 사용해 모델을 등록한다. 서로 다른 위치와 방향에서 샘플 작업물을 여러 번 캡처한 후 비전시스템이 자동으로 복합 모델 데이터를 생성한다. 여러 부분이 있는 경우 불필요한 부분을 마스크하기 위해 마우스를 사용해 단일 항목의 인식률을 향상시킬 수 있다.
일단 모델이 등록되면, 카메라와 로봇베이스 좌표시스템의 교정은 간단하다. 카메라는 로봇이 잡고 있는 동안 모델의 이미지를 여러 위치와 방향으로 여러 번 캡처하고 비전 소프트웨어는 부품의 위치와 고도를 계산한다. 여러 개의 피킹점을 식별하고 최적의 피킹 점을 선택할 수 있다.(그림3 참조)
 

이 과정에서 여러 모델을 등록하고 매개변수를 쉽게 조정할 수 있다. 이 시스템을 통해 사용자는 마우스를 사용해 빈 위치, 개구 영역 및 높이를 쉽게 측정할 수 있다. 이를 통해 소프트웨어는 가장 효과적인 접근벡터를 위해 로봇팔을 유도해 팔이 상자와 충돌하지 않고 팁이 상자와 간섭하지 않는 부분을 집어 들게 한다. 이 소프트웨어는 훈련을 받지 않은 사용자도 로봇팔의 위치를 ​​변경하고 빈을 측정하는 각 단계를 거치므로 특별한 교육이나 프로그래밍 전문 지식이 필요하지 않다. 이 시스템은 애플리케이션 요구에 따라 여러 가지 로봇 옵션을 통합할 수 있으며, 생산 현장의 다른 시스템과 쉽게 인터페이스할 수 있다. 예를 들어 직교좌표로봇은 토트를 채우고 운반할 수 있으며 SCARA 또는 6축 로봇은 포장 또는 비닝(binning) 용 아이템을 선택한다.

새로운 비전 시스템 및 로봇 자동화 결과는 이상적인 솔루션

2D비전 센서는 오랫동안 로봇 자동화 시스템의 표준이었다. 그러나 이러한 센서는 2차원 위치와 자세만 인식할 수 있기 때문에 위치 감지 및 피킹을 올바르게 수행하기 위해, 객체의 중첩을 제거하고 부품을 정렬하는 별도의 전처리 메커니즘을 설계하고 구현해야 하는 경우가 종종 있었다. 이러한 추가 프로세스는 원하는 프로세스 자동화 및 인력 감축에 역행해 왔다. 대량의 물체를 선택할 수 있는 3D 비전 센서와 로봇을 이용하는 시스템에 대한 기대가 높았던 반면, 그러한 시스템은 전통적으로 설치 방법과 프로그래밍 노하우 및 많은 구현 비용과 같은 여러 기술적 장애물을 포함해 왔다. 오늘날, 모든 것이 바뀌고 있다.
 

비용 경쟁력이 있는 TSVision3D 시스템은 빈피킹 애플리케이션의 고속, 정확성 및 일관성 요구 사항을 충족하도록 설계됐다. 선택해야 할 항목의 주기시간은 상황에 따라 다르며 일반적으로 3초의 시간이 걸리므로 처리 속도와 정확도 간의 최적의 균형을 제공한다. 이미지 또는 트레이당 하나의 공작물만 존재하는 경우 사이클 타임은 0.7초만큼 빨라질 수 있지만 공작물로 가득 찬 이미지는 5초 안에 처리할 수 ​​있다. 비전시스템은 식품 또는 의약품 포장, 주문 이행, 가공 출력 또는 제조구성요소 비닝과 같은 균일한 모양의 모든 고체물체를 선택하거나 처리해야 하는 애플리케이션에 이상적이다. 시스템은 자동화를 통해 보다 정확하고 일관되게 수행할 수 있는 반복적인 그리고 지루하고 빠르게 진행되는 프로세스에서 한 명 또는 두 명의 수동 작업자를 해방하게 한다.
 

Toshiba Machine의 TSVision3D 시스템 이전에는 3차원 비전기술은 광범위한 전문지식을 필요로 했기 때문에 사용하기 어려웠다. TSVision3D는 최소한의 교육만으로도 누구든지 이해하고 구현할 수 있도록 개발됐다.     

자료 제공 : TM Robotics (www.tmrobotics.com)