이미지 기반 코드 판독 기술이 적용된 머신비전 응용 사례
SICK
시설 내에 배치된 이미지 기반 데이터 캡처 기술은 전략적으로 1D 및 2D 코드를 읽는 능력을 뛰어넘는 이점을 제공한다.
소매 유통 센터(DC, Distribution Centers)는 출하가 소매상점을 위한 트럭화물이든, 또는 소포 운송 업체가 직접 소비자에게 보내는 것인지 여부에 상관없이, 고객의 기대에 부응하기 위해 지속적으로 늘어나는 처리량과 정확성 요구를 충족해야 한다. 점점 더 빠른 속도로 다양한 처리 영역을 통해 재고 정보를 신속하고 성공적으로 캡처할 수 있는 소매 유통 센터의 능력은, 종종 회사가 성공하는 데 중요한 요소다.
DC는 제품에 적용되는 정보를 읽고 처리하기 위해 자동 식별 및 데이터 캡처(AIDC, Automatic Identification and Data Capture) 기술을 구현해야 한다. 선택된 시스템, 또는 시스템 조합은 개개인(각각), 케이스 및 팔레트 레벨에서 다음 두 가지 형식 중 하나로 데이터를 읽을 수 있어야 한다.
- 선형/1D 바코드: 어두운 선과 밝은 공간의 패턴으로 엔코딩된 데이터로서 UPC, EAN, 코드 128, 코드 39, 그리고 인터리브(Interleave)된 2/5 형식을 포함할 수 있다.
- 매트릭스/2D 코드: PDF 417, DataMatrix, Maxicode, 그리고 QR 코드 형식을 비롯한 어두운 점과 밝은 점의 둥근형, 또는 정사각형 패턴으로 엔코딩된 데이터
AIDC를 위한 다중 모달 접근법의 활용 (Multi mdal approach for AIDC)
1D 및 2D 코드를 판독할 때 레이저 기반(라인 스캔, 또는 전방향성) 및 카메라/이미지 기반(영역 어레이 및 라인 어레이)의 두 가지 주요 식별 기술 제품군이 시판된다.
레이저 및 카메라 기반의 데이터 캡처의 두 기술이 소매 유통업에 자리잡고 있다는 사실을 이해하는 것이 중요하다. 일부 애플리케이션은 레이저와 카메라를 함께 사용할 수 있다. 모든 상황에서 다른 하나를 대체할 필요는 없다. 새로운, 또는 기존의 레이저 기반 기술과 카메라 기반 기술을 선택적으로 통합하는 멀티 모드 솔루션을 적용하면 합리적인 투자 전략을 유지하면서 다양한 프로세스 기반 이점을 얻을 수 있다.
알맞게 적용되고 설치되면, 이러한 기술들은 읽기속도를 99.5% 초과하거나 심지어 일부 작업에서는 99.9%를 초과할 수 있다. 따라서 주요 차이점을 이해하고, 공급자와 공급망 전체에서 각 솔루션에 가장 적합한 방법을 파악하는 데 도움이 되는 공급업체와 협력하는 것이 중요하다. 비용 대비 효과적으로 균형 있게 멀티 모드 방식을 전략적으로 카메라 기술에 취하고, 그리고 선택적으로 기존의 레이저 기반 AIDC 아키텍처에 적용함으로써 투자 수익을 극대화하고 최고 수준의 운영 성능을 보장할 수 있다.
여기에서는 카메라가 가장 큰 이익과 최대 투자 수익을 제공하는 소매 유통 센터에 초점을 둔다.
카메라 기술: 개요
이미지 기반 코드 판독 기술(image-based code reading technology)이라고도 하는 이 기술은 카메라가 1D 바코드와 2D 매트릭스 코드를 모든 방향으로 읽을 수 있는 스캔 엔진을 갖추고 있다.
카메라에는 두 가지 스타일이 있다.
영역 어레이 카메라(Area array cameras): 이 카메라는 2차원 데이터 캡처 이미저(capture imager)를 사용하여 (디지털 카메라로 촬영한 스냅 샷과 유사하게) 한 번에 항목, 대소문자, 또는 팔레트의 전체 영역의 전체 이미지를 캡처한다. 이미지 영역은 픽셀 단위로 측정된다. 예를 들어, 1024x768 픽셀 센서는 해당 해상도에서 직사각형 모양의 이미지를 캡처한다.
카메라는 개별 장치의 기능 및 실제 해상도에 따라 초당 5~100개 이상의 이미지를 캡처하여 여러 장의 사진을 찍는다. 이미지는 카메라에 의해 디코딩이 되어 상위 레벨 제어 시스템으로 데이터를 전송한다.
이미지 속도 제한과 시야(Fov, 일반적으로 16인치 미만)로 인해 일반적으로 코드 판독을 위해 컨베이어 라인을 통해 여러 개의 카메라가 필요하다. 코드가 완전히 캡처되게 하려면 2~6개의 영역 배열 카메라를 필드의 최소 4인치 중복 부분과 나란히 설치해야 한다. 여러 영역 어레이 카메라를 적절한 범위로 사용해야 하는 상황에서는 단일 라인 어레이 카메라가 비용 효율이 높아지고 향상된 기능을 제공할 수 있다.
라인 어레이 카메라(Line array cameras): 센서의 1차원 픽셀 배열을 사용한 이 카메라 기술은 영역 배열 카메라와 다르게 사진을 찍는다. 이 장치는 하나의 스냅 샷에서 전체 이미지를 촬영하는 대신 항목이 조명 필드를 통과하면서 점진적으로 이미지 조각을 얻는다. 이 기술은 매우 높은 전송 속도에서도 고해상도 이미지를 생성한다.
시장에 출시된 최신 장치는 최대 8,000픽셀 이상의 이미지 폭에서 초당 30,000회 스캔이 가능하다. 생성된 고해상도 이미지로 인해 이 시스템은 최대한 광범위한 코드를 판독하는 데 이상적이다.
이 라인들은 광학 문자 인식(OCR), 또는 기타 외부 이미지 처리를 가능하게 하는 코드의 2차원 이미지로 조합된다. 또한, 통합 코드 그레이딩 툴은 라인 어레이 카메라 시스템에서 더욱 정확하고 일관성이 있으며, 시야 전체에 걸쳐 향상된 조명 일관성 및 지속적으로 조정된 초점 거리로 인하여 영역 어레이 카메라의 시스템에서보다 일관성 있는 경향이 있다.
라인 어레이 카메라는 기능적으로 본질적으로 넓은 시야(카메라로 캡처할 수 있는 이미지 영역의 한계)와 피사계 심도(DoF, 수용 가능한 깨끗한 초점 범위에서 캡처할 수 있는 가장 가까운 물체와 가장 멀리 있는 물체 사이의 거리)를 가지고 있다. 이 기술은 일반적으로 영역 카메라보다 비용이 많이 든다. 단 하나의 라인 어레이 카메라는 40인치 와이드 컨베이어(wide conveyor)를 36인치 높이의 카톤(carton)으로 덮을 수 있으며, (경우에 따라 2, 3, 또는 4개의 영역 카메라가 필요할 수 있기 때문에) 프리미엄 성능으로 비용 효율적인 솔루션으로 사용할 수 있다.
소매 유통 센터의 제품관리에 이상적인 애플리케이션
모든 종류의 1D, 또는 2D 코드를 읽는 팔레트의 면(설치에 따라 다름)만큼 큰 이미지를 생성할 수 있기 때문에, 소매 유통 센터에서의 카메라 기반 솔루션에 이상적인 애플리케이션은 자동 컨베이어 시스템 내에서 방향 전환, 또는 유도부분이다. 다시 말해서, 카메라를 주로 추가하거나 멀티 모드 설치를 위해 레이저 스캐너와 통합할 수 있다.
고정 위치 카메라는 대상 품목(각 케이스 또는 팔레트)의 여섯 면(오버 헤드, 네 측면, 벨트와 롤러의 틈 사이)을 모두 커버하기 위해 최대 6개 축의 라인 측면에 자주 장착된다. 카메라로 캡처한 정보는 스캔한 항목의 대상을 결정하는 창고 관리 시스템(WMS, warehouse management system)으로 전달된다.
예를 들어, 팔레트 또는 케이스의 수령 시점에 5면, 또는 6면 스캔 터널을 설정할 수 있다. 완전히 자동화된 핸들링에 적용된 이 시스템은, 일관성 없는 코드 유형, 품질 및 배치로 표시된 다양한 패키지 및 레이블 크기를 수용한다. 이 애플리케이션은 카메라를 사용하여(한 개의 카메라가 머리 위나 아래에 놓인 경우와 같이 단독으로, 또는 레이저 스캐너와 함께) 스토리지, 순방향 피킹, 교차 도킹 등과 같은 제품을 다음 목적지로 신속하게 식별하고 라우팅할 수 있다. 카메라는 이미지를 캡처하여 기록하고 발생할 수 있는 모든 읽기 오류를 기록한다.
설비 내에서 컨베이어 라인을 내려 가면, 항목을 식별하기 위해 카메라가 다양한 라우팅 포인트에 배치되어 있다. 캡처된 데이터를 사용하여 대상을 확인한 후 시설의 다른 영역(저장, 순방향 피킹, 교차 도킹 등)으로 전환, 또는 안내를 활성화한다.
공급망의 다른 파트너 또는 고객에게 직접 출하를 위한 라벨을 생산하는 시설의 경우, 스캔 터널에 장착된 카메라가 인쇄 품질과 자동 라벨 인쇄 및 적용 기계가 공급한 코드의 적절한 위치를 확인할 수 있다.
소매 유통 센터에서 카메라 기반 AIDC의 이점
어떤 종류의 1D 또는 2D 코드라도, 읽을 수 있는 능력 외에 카메라가 캡처하는 디지털 사진은 여러 면에서 유용할 수 있다.
1. 손상된 코드 또는 불량한 코드 읽기: 정교한 알고리즘 덕분에 카메라 기반 스캔 엔진은 누락된 데이터를 해석하기 위해 수학적 보간을 만들 수 있다. 가독성 특성(readability characteristics)이 향상될 수 있는 인쇄된 코드 기호 문제의 예로는 30% 미만의 코드 대조(contrast), 불충분한 영역 및 누락된 인쇄 요소로 인한 수직 보이드(vertical voids)가 있다. 사용자는 읽기 속도를 극대화하기 위해 카메라/이미지 기반 코드 읽기 기술에 투자할 수 있다.
또한, 포착된 디지털 이미지는 코드 판독 오류 및 카톤 정렬 불량, 회전된 카톤, 손상된 라벨, 또는 잘못 인쇄된 코드와 같은 운영상의 영향과 근본 원인 분석에 대한 문서화를 위해 발송물의 출처로 전자 방식으로 전송될 수 있다.
2. 공급 업체로부터 코드 위치 준수: 특정 소매 업체 및 운송 업체는 공급 업체의 공급 방식을 수용하기 위해 사례, 또는 소포의 일관된 위치에 코드 보유 라벨을 부착해야 한다. 규정을 준수하지 않으면 공급 업체, 또는 유통센터의 수익에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 재정적 벌칙, 혹은 지불 거절이 발생할 수 있다.
앞의 예제에서와 마찬가지로, 카메라 기술은 케이스 또는 팔레트의 전체 측면 이미지를 캡처하여 인 바운드 수신 시점에서 오류를 문서화한다. 아웃 바운드 지점에서 이미지를 보관하면 레이블 제작자가 코드의 적절한 위치를 문서화할 수 있다. 이미지는 나중에 분석 및 프로세스 수정을 위해 사용할 수 있다.
3. 코드 자격: 1D 및 2D 코드의 품질 표준은 국제 표준화기구(ISO) 및 국제 전기 기술위원회(IEC)에 의해 수립되었다. 품질은 기호 대조, 변조 및 해독 시간, 품질 관리 검증기 활용 등 다양한 특성을 기반으로 평가된다. 검증자는 등급, 또는 등급을 일반적으로 숫자 척도로 지정한다. 해독 속도가 공급망 전체에서 중요하기 때문에 대부분의 거래 파트너는 작업에 대해 허용할 수 있는 최소 코드 등급을 설정한다. 최소 등급을 충족시키지 않는 비호환 코드는 지불 거절 대상이다.
명확한 것은 카메라 기반 이미징 시스템이 검증자가 아니라는 것이다. 그러나 카메라 기반 스캐너로 캡처한 이미지를 사용하여 코드의 품질에 대한 ‘자격’, 또는 인라인 모니터링을 수행할 수 있다. 카메라 기반 시스템은 통과한 모든 기호를 읽고 분석하여 인쇄 품질과 관련된 사전 설정된 매개변수와 비교하여 측정한다.
데이터 수집 및 분석 소프트웨어와 결합하면 코드 특성의 사소한 변화에 대한 경향을 식별할 수 있다. 시간이 지남에 따라 이러한 변화를 추적함으로써 더럽거나 불에 타진 프린트 헤드, 막힌 잉크 제트 노즐, 먼지, 주름, 또는 기타 결함과 같은 조작상의 문제로 인해 심볼의 등급을 낮추는 것이 아니라 식별할 수 있다. 이를 통해 시설에서는 시정 조치를 구현하고 전반적인 예방 유지 보수 활동을 향상시켜 생산 중단을 방지할 수 있다.
4. 품질 관리: 카메라 기반 이미징 시스템은 케이스 봉인 및 선적 전에 올바른 품목을 선택했는지 확인하기 위해 상자의 내용을 확인하고 문서화하도록 설정할 수 있다. 발송, 또는 수령 시 상자의 상태를 디지털로 문서화하고 보관할 수도 있다. 수령인이 패키지 및 내용물에 손상을 보고하거나 물품이 주문서에서 누락된 경우, 확인 및 수령 유효성 확인을 위해 사진 증거를 검색할 수 있다.
5. 프로세스 평가: 확장된 시야를 캡처할 수 있기 때문에 카메라를 사용하여 패키지 및 이를 처리하는 주변 자동화 기술을 검사할 수 있다. 예를 들어, 카톤이 컨베이어 라인의 어떤 곳에서 지속적으로 손상되는 경우 카메라가 캡처한 이미지는 항목 간의 부정확하거나 일치하지 않는 간격, 컨베이어상의 잘못된 배치, 또는 너무 작거나 큰 하중과 같은 원인과 위치를 결정하는 데 유용할 수 있다.
요약
카메라 기술이 계속 진화하고 비용 효율성이 높아짐에 따라, 사용자가 이미지로 수행하고자 하는 다른 작업에 대한 논의에는 소매 유통 네트워크에서 사용되는 식별 기술이 예가 될 것이다.
그러나 현재, 카메라 기반 기술이 광범위한 기술 분야 중에서 하나의 가능한 AIDC 솔루션으로 남아 있으며, 1D 및 2D 코드 모두를 읽을 수 있는 능력을 넘어서는 장점을 지니고 있다. 장점으로는 품질 및 프로세스 제어 분석, 공급 업체 준수를 관리하기 위한 문서, 코드 및 라벨 문제의 근본 원인에 대한 문제 해결, 그리고 그들이 식별한 케이스 및 팔레트에 대한 각각의 배치 확인 등이 있다.
소매 유통 센터는 적절한 기술 분야를 적절한 분야에서 적절하게 적용함으로써, 데이터 수집에 대한 효율적이고 비용 효율적인 솔루션의 이점을 누릴 수 있다. 멀티 모드 방식으로 적용할 수 있는 다양한 보완 기술의 완벽한 솔루션 포트폴리오를 제공하는 강력한 AIDC 공급 업체와의 협력은 고객사의 기술 평가 및 선택 프로세스에 도움이 될 뿐만 아니라 운영에 이상적인 솔루션을 생성한다.
자료 제공: SICK(www.sick.com)
