Datalogic / 자동 인식(Automatic Identification) 솔루션 ①

소개

Industry 4.0과 IoT는 오늘날의 기술 혁신을 지배하고 있다. ‘스마트 팩토리’는 변화하는 요구 사항에 신속하게 대응할 수 있도록 스스로를 구성하고 최적화한다. 프로세스의 완전한 가시성은 효율적인 계획과 제어 절차의 토대이다. 주어진 시간에 구성 요소의 처리 상태와 위치를 포함해서, 재료의 가시성과 추적성이 있어야 한다. 그러나 이것은 생산 및 물류 프로세스의 모든 단계에서 객체가 고유하게 식별되고 추적되는 경우에만 가능하다.

공급망 전반에 걸친 제품의 지속적인 식별은, 향후 모든 산업 분야에서 성공을 거두는 데 중요해질 것이다. 또, 보다 빠르고 효율적이며 유연하게 업무를 수행하게 될 것으로 보인다. 최대의 프로세스 신뢰성과 추적성이 요구되는 곳에선 완벽한 자동 식별이 필수적이다. 이는 특히 헬스 케어 부문에서 그렇다. 지난 수십 년 동안 코드와 식별 프로세스 및 데이터 수집 솔루션이 지속적으로 발전했다.

여기서는 자동 식별의 기본 사항에 대한 개요를 제공한다. 서로 다른 기술을 사용할 수 있으며, 각각의 장점과 가능성은 물론 다양한 시스템의 제한 사항을 강조한다.

1. 자동 식별의 기초 - ‘코어 코드’

객체는 어떻게 식별될 수 있을까? 크기, 색상, 무게 또는 질감과 같은 자연적인 특성은 유용한 단서를 제공한다. 금속 부품을 예로 들면, 인간의 지문과 비슷한 독특한 표면 질감을 기반으로 작업물이 명확하게 식별될 수 있다.

1950년대 초 기술자료 영역에서 개체에 인공 마커 또는 바코드가, 1960년대 중반에는 제약업계에서 자동 식별 시스템이 사용되기 시작했다.

바코드는 기계가 인쇄된 데이터를 읽는 가장 쉬운 방법을 나타낸다. 바코드로 암호화된 정보는 특수 스캔 장치의 도움을 받아 스캔되고 기록된다. 이런 1차원 코드는 단순하며 상대적으로 짧은 시퀀스로 구성된다. 일반적으로 항목의 가격이나 위치와 같은 제한된 정보를 검색하는 데만 사용할 수 있다. 그래서 1980년대 말에 정보 밀도가 더 높은 다차원 광학 코드(예 : 2차원 스택 코드 및 매트릭스 코드) 개발이 시작됐다.

Industry 4.0의 네트워킹 세계에서, 특정 객체에 대한 관련 데이터 전부는 시스템의 모든 위치에서 사용할 수 있다. 이를 위해서는 프로세스의 단계 전체에서 개체를 고유하게 식별해야 하며, 개체 레이블을 지정하는 동안 더 많은 데이터 볼륨이 필요하다.  간단한 바코드가 한계에 이를 것이다.

1-1. 표시 형식

오늘날에는 제조 및 물류분야에서 객체를 기계적·시각적·전자적 그리고, 자동으로 읽을 수 있는 다양한 옵션이 있다. 기계적 식별은 모양이나 무게와 같은 고유 식별 특성과 함께 작동한다. 그러나 스코프는 매우 제한적이다. 예를 들면, 피킹 중 컨트롤 측정으로 개체의 무게를 측정하는 것이다. 시각적 식별은 오늘날 사용되는 모든 식별 기술 중에서 가장 보편적이며 앞으로도 중요한 역할을 수행할 것이다.

RFID(Radio Frequency Identification)와 동일한 방법을 사용하는 전자 신분 확인 역시 성장을 경험하고 있다. 이 경우, 정보는 일반적으로 RFID 태그로 알려진 반도체 칩에 저장된다. 칩이 안테나에 연결되면 해당 RFID 리더가 접촉하지 않고 데이터를 읽을 수 있다. 이 기술은 큰 잠재력을 제공하지만 더 많은 투자가 필요하며, 신체 조건으로 인해 부분적으로 제한된다. 어느 식별 기술이 적합한지는 요구 사항과 가능성 및 사용 가능한 예산에 따라 다르다. 미래엔 광학 코드와 RFID 태그를 결합하는 하이브리드 식별 개념의 수가 증가할 것이다.

시각적으로 검출 가능한 코드 및 특성

1D 코드 – 단순하고 입증됐다. 그러나 제한적이다.

1D 코드는 고전적인 바코드이다. 일련의 선과 다양한 너비의 틈이 있다. 때로는 문자 행으로 보완된다. 막대는 항상 하나의 선형 행으로 배열되기 때문에 1차원 바코드라고 한다.

바코드 시스템은 수십 년 동안 시험과 테스트를 거쳤으며 제조 및 재생산이 쉽다. 현재 사용 중인 대부분의 스캐너와 호환된다. 간단한 코드 구조로 인해 스캐너 요구 사항도 매우 낮다. 그래서 1D 코드용 스캐너는 일반적으로 2D 코드를 읽을 수 없다. 1차원 바코드의 주요 한계는 최대 데이터 볼륨에 있다. 두 자리 숫자의 문자만 전송할 수 있기 때문에 추가 정보를 묻기 위해 데이터베이스에 연결해야 한다.

2D 코드 - 다기능 및 오류 허용

매트릭스 코드와 같은 2D 코드를 사용하면 수천 개의 알파벳을 좁은 공간에서 암호화할 수 있다. 인쇄 품질과 대비에 관한 요구 사항은 매우 낮다. 그래서 거의 모든 소재에 적용 가능하다. 공구 또는 기계 부품의 영구 마킹을 포함한, 다양한 응용 분야에 적합하다. QR코드와 같은 일부 2D 코드는, 스마트 폰 앱을 사용하는 모든 사람이 스캔할 수 있다는 점에서 훨씬 가능성이 크다. 오류 수정 절차로 인해 많은 2D 코드가 손상되거나 더러워졌을지라도 해독할 수 있다(콘텐츠의 최대 30%를 더 이상 읽을 수 없다고 해도).

그러나 이는 스캐너에 대한 수요를 증가시킨다. 또한, 이미지 캡처 소프트웨어가 있는 디지털 카메라를 필요로 한다. 한편으로는 더 높은 비용을 의미하고, 다른 한편으로는 스캔 당 더 많은 정보와 각도나 상향식으로도 코드가 해독될 수 있다는 것을 의미한다. 2D 스캐너는 항상 1D 바코드를 판독할 수 있다.

일반 텍스트, 치수, 결함 등 - 식별 너머의 새로운 가능성

일반 텍스트, 컬러 코드, 제품의 정확한 치수 또는 제품의 결함 인쇄물 등, 이 모든 것은 산업용 이미지 처리 시스템으로 기록할 수 있다. 여기에는 1D 및 2D 바코드를 해독할 수 있는 강력한 프로세서가 장착된 스마트 카메라가 포함된다.

1-2. 마킹 방법

광학 표시의 설계 및 적용은 제품의 유형, 공정 흐름, 공정 환경 또는 후속 사용에 달려 있다. 스펙트럼은 직접 인쇄에서 라벨링, 엠보싱 또는 레이저 마킹에 이르기까지 다양하다.

라벨링

일반적으로 라벨링은 종이나 플라스틱 라벨이 표시할 오브젝트에 달라붙도록 요구한다. 플라스틱이나 뜨거운 접착제로 젖은 라벨링은 음료 또는 의약품의 대규모 생산에 일반적으로 사용된다. 자체 점착 라벨은 코드가 다른 표면에 부착될 수 있는 다양한 가능성을 제공한다. 코드나 일반 텍스트에 이상적이며 RFID 기술과 결합될 수 있다.

직접 인쇄

이 방법에서 코드는 레이블에 인쇄되지 않고 객체의 표면에 직접 인쇄된다. 표면의 구조와 기하 구조는 상응하는 인쇄 잉크로써 공정 안전 인쇄에 적합해야 한다. 이런 유형의 라벨링은 보통 제품 포장과 함께 인쇄해야 하는 물체와 관련 있다. 때문에 추가 비용을 초래하지 않는다.

직접 부품 마킹(DPM)

DPM(Direct Part Marking)에서는 기호, 코드, 일반 텍스트가 엠보싱, 채점, 조각과 같은 다양한 기술을 사용해 개체 표면에 직접 적용된다. Dot Peen 시스템은 바늘의 기계적 움직임을 통해 강철 또는 알루미늄과 같은 견고한 재료의 엠보싱에 사용된다.

스타일러스 스탬핑 시스템(stylus stamping systems)에서 바늘은 위아래로 움직이지 않고 작업물 안으로 밀어 넣어진다. 레이저 기술의 도움으로 표면을 직접 표시하면, 도구 마모 없이 소형화된 재료와 구성품에 영구적인 라벨을 부착할 수 있다. 마크가 완벽하게 위생적이고, 위조를 방지할 수 있다.

2. 데이터 수집 가능성/시스템

바코드와 특성을 자동으로 식별하려면 이런 특성을 빠르고 안전하게 감지할 수 있는 장치와 시스템이 필요하다. 애플리케이션 영역, 라벨 유형 및 프로세스 조건에 따라 레이저 스캐너, 카메라, 모바일 장치, 고정 시스템에 이르기까지 다양한 버전과 기술을 사용할 수 있다.

2-1. 자동 식별을 위한 기술

레이저 스캐너 - 1D 코드에 매우 빠르다.

레이저 스캐너는 미세한 이동점으로 1D 코드를 스캔하고 광전 변환기로 반사된 광선을 읽는다. 스캔 속도가 굉장히 빠르기 때문에 캡처할 개체가 매우 빠르게 이동하는 애플리케이션에 적합하다.

레이저 스캐너는 높은 범위에서 읽을 수 있으며 큰 판독 영역이 있다. 판독 영역은 스캐너까지의 최소 및 최대 거리이다. 레이저 스캐너는 핸드 헬드 장치에서 크기, 무게, 에너지 소비로 인한 제한 때문에 강점을 활용하기 어렵다. 이 분야에서 카메라 기반 시스템이 널리 보급된 이유이다.

레이저의 파장은 고정돼 있으며 단색이다. 따라서 코드의 색상과 기질에 대한 특별한 요구 사항이 생긴다. 스캔할 표면은 가능한 한 반사가 없어야 한다.

카메라/이미저 - 다양하고 매우 유연하다.

카메라나 이미징 기술을 사용해서 코드와 특성을 캡처하는 것은 새로운 기술 개발로 인해 더 많은 가능성을 제공한다. 고해상도 이미지 레코딩 칩, 최적의 조명을 위한 대용량 LED 광원, 그리고 더 높은 이미지 처리 능력을 갖춘 점점 더 작은 마이크로프로세서 시스템이 기술의 적용 가능성을 개선하고 확장한다.

기본 형식 두 가지로 선형 카메라와 2D 카메라가 있다. 선형 카메라는 레이저 스캐너와 마찬가지로 단일 반복 이미지 라인을 생성한다. 예를 들면 설치 공간이 제한적인 애플리케이션에서 레이저 기반 시스템을 대체할 수 있다. 이 점에서 2D 카메라보다 우수하기 때문에 매우 높은 물체 속도에도 사용된다.

2D 카메라는 매우 유연한 방식으로 사용할 수 있다. 하드웨어와 소프트웨어는 큰 노력 없이 다른 작업과 상황에 맞춰서 조정할 수 있다. 작은 공간에서 높은 정보 밀도를 필요로 하는 1D와 2D 코드(예 : 매트릭스 코드)를 디코딩할 수 있지만, 모양, 색상, 치수 또는 결함과 같은 특성도 카메라 기반 이미지 처리로 기록된다.

2-2. 휴대용 장치 및 고정 시스템

생산 및 물류 환경의 식별 작업에는 휴대용 스캐너와 고정 시스템이 모두 사용된다.

휴대용 스캐너 - 빠르고 유연하게 개체를 기록한다.

핸드 헬드 장치는 사람의 조작에 의존하며, 대개 상품과 자재의 부분 자동화나 수동 처리에 사용된다. 물체의 정확한 기록에 대한 책임은 작동자에게 있다. 이 장치는 음향 또는 시각적 피드백을 통해 작업자를 지원한다. 확고하게 정의된 작업장에서 사용하기 위한 유선 버전과, 완전한 이동성을 위한 무선 장치가 있다.

현대의 핸드 헬드 스캐닝 장치는 일반적으로 카메라 기반이며, 1D 및 2D 코드의 다방향 스캐닝을 허용한다. 코드의 해상도에 따라 판독 거리는 직접 접촉에서 10m 이상까지 다양하다. 휴대용 스캔 장치의 경우, 인체 공학적 요소와 사용자 편의성이 큰 역할을 한다. 스캔 집약형 응용 프로그램에서도 작업자가 가능한 한 적은 노력을 필요로 한다. 인체 공학적 그립과 균형 잡힌 무게 분배로 장치를 쉽게 잡을 수 있다.

직관적인 목표 시스템은 첫 번째 스캔 성공률을 극대화한다. 조용하고 쾌적한 흰색 조명을 갖춘 조명 시스템은 사람의 눈에 쉬워 보인다. 성공적인 스캔 프로세스는 보통 신호음에 의해 확인된다. 시끄럽거나 노이즈에 민감한 환경에서 'Green Spot'기술과 같은 명확한 시각적 피드백 신호가 사용된다. 여기서 녹색 점이 코드에 투영돼 성공적인 스캔을 확인한다.

중요한 추가 기능으로는 보호 등급 IP65의 방수, 방진, 창고, 팔레트의 초점 심도에 따른 코드 판독이 있다. 이더넷/Profinet 인터페이스 또는 USB-HID 인터페이스는 장치의 쉬운 통합을 위해 매우 중요하다.

고정식 시스템 - 완전 자동화된 프로세스

고정식 시스템은 재료의 흐름이 완전히 자동화된 시나리오에서 사용된다. 이런 강력한 솔루션을 통해서, 컨베이어를 따라 매우 빠르게 움직이는 물체를 높은 신뢰성으로 식별할 수 있다. 레이저 기술이 적용된 고정 스캐너는, 1D 코드 식별에 이상적이고 비용 효율적이며 검증된 솔루션을 제공한다.

카메라 기술이 적용된 고정 스캐너를 사용하면 2D 코드와 직접 표시된 코드를 스캔할 수 있다. 산업용 이미지 처리 기능을 갖춘 솔루션은 그 이상이다. 그들은 일반 텍스트와 가능한 결함 그리고 객체의 크기를 감지할 수 있다.

카메라 기술이 적용된 고정 스캐너는 다재다능하다. 콤팩트한 형태 덕분에 매우 좁은 공간에 쉽게 통합될 수 있다. 응용 분야에 따라서 센서, 광학 장치, 전자식 포커스 제어 장치가 있다. IP65 보호 및 대형 작동 온도 범위는 까다로운 산업 조건에서도 완벽하게 작동한다. 통합 인터페이스는 데이터와 녹화된 이미지를 전송한다. 직관적인 사용자 인터페이스는 설치와 사용 및 유지보수를 용이하게 한다.

인터페이스 - 올바른 연결

적절한 인터페이스는 데이터 수집 장치를 고객의 시스템에 간단하게 통합하고 제어 수준으로 신뢰할 수 있는 데이터를 전송하는 데 중요하다.

자동화 분야에서 이더넷과 Profinet이 광범위하게 사용되기 때문에 적절한 인터페이스가 있어야 한다. USB-HID 인터페이스의 사용 또한 널리 퍼져 있다. 핸드 헬드 장치의 경우 RS-232, 키보드 쐐기, USB와 같은 다양한 연결 옵션이 있는 다중 인터페이스를 사용할 수 있다. 장치의 무선 네트워크의 경우 Bluetooth®나 W-LAN이 사용된다.

코드, 특성 및 올바른 종류의 녹음 기술

<4월호에 계속>

자료 제공: Datalogic(www.datalogic.com)