포장 및 물류 자동화를 위한 3D 스마트 센서의 효율적 기술 구현 방법

LMI

포장 및 물류 산업은 상품의 이동을 위한 복잡한 유통망의 구조를 형성하고 있다. 이는 유통 단계에서 패키지 측정, 품질 검사 및 자재 처리 최적화 등이 필요하다. 현재 많은 회사는 이를 수동으로 수행하고 있다. 하지만 온라인 구매가 대폭 증가함에 따라 제조업체는 ‘창고 프로세스 자동화’를 최우선 과제로 삼고 있다. 스마트 3D 센서는 이 프로세스를 위한 공장 자동화의 핵심 드라이버 중 하나다.

자동화의 이점

- 개선된 제조 및 이행 

- 높은 생산 및 주문 처리 속도

- 높은 처리량 

- 제품 품질 향상

- 비용 효율성 향상

본문에서는 3D 스마트 센서 기술 구현의 이점과 몇 가지 애플리케이션을 살펴본다. 특히 다양한 패키징 및 물류 애플리케이션을 해결하기 위해 설계된 넓은 시야각의 3D 레이저 프로파일러 Gocator 2490에 대해 소개한다.

패키지 치수

치수 측정은 크기 조정, 분류, 팔레타이징 및 디팔레타이징을 포함한 포장 및 물류 프로세스에서 필수적이다. 또한 업계의 배송비 산정을 중량 기준에서 용적 중량으로 청구하는 방식으로 전환돼 정확한 치수측정이 더욱 중요해졌다.

1. 상자 부피 치수

엔지니어는 큰 직사각형 판지 상자를 측정하고 무게를 결정하기 위해 정확한 부피 측정을 제공해야 한다. 상자는 일반적으로 2m/s의 속도로 컨베이어에서 이동한다. 이 경우 단일로 넓은 시야각을 제공하는 Gocator 2490 스마트 센서는 1m X 1m 스캔 영역에서 800Hz의 속도로 전체 상자 크기 (WxHxD)를 스캔하고 측정할 수 있다. 심지어 2m/s의 컨베이어 속도에서 3차원으로 2.5mm의 해상도를 제공한다. 경쟁 카메라 시스템은 X, Y 및 Z 축에서 3-5mm 해상도를 제공한다.

2. 충전 검사

2490 센서는 3D 맵 데이터를 기반으로 충전량을 측정하기 위해 열린 상자를 스캔하는 데에도 사용할 수 있다. 사용 가능한 총 상자 부피에서 충전 부피를 빼면 센서가 ‘허공 용적(void volume)’ 측정 값을 산출하는 방식이다. 이 측정값은 다운 스트림으로 전달될 수 있으며 최적의 충전 수준을 달성하기 위해 내용의 재포장 여부를 안내한다. 반면 2D 비전 솔루션은 높이 맵 데이터를 생성할 수 없으므로 중요한 체적 측정을 할 수 없다.

3. 패키지 크기 조정 및 정렬

라벨이 부착되고 스캔되면 패키지는 수령, 크기 조정 및 분류를 위해 수거 스테이션 또는 창고로 운송된다. Gocator 3D 스마트 센서는 이 프로세스를 자동화하는 데 사용된다. 상자를 스캔하고 정확한 크기를 측정한 다음 자동으로 적절한 위치로 분류한다. 내장된 타이머 또는 인코더 태그 및 추적 로직은 각 상자가 분류 스테이션에 도착할 때까지 올바르게 식별되도록 한다.

4. 로봇 팔레타이징 및 디팔레타이징

주문 처리 애플리케이션에서 로봇 팔레타이징 및 디팔레타이징 모두 치수 측정이 필요하다. Gocator 2490 센서는 로봇 팔에 장착되어 적재된 팔레트를 스캔하고 정확한 위치 좌표를 제공하여 상자를 정확하게 들어 올려 아웃 바운드 컨베이어에 배치한다.

센서의 시야는 2미터로 전체 팔레트와 내용물을 한 번의 스캔으로 처리할 수 있다. 이 센서는 로봇 보정 알고리즘을 제공하고 데이터를 직접 로봇에 실시간으로 전달한다.

패키지 추적성

패키지를 픽업하면 바코드 라벨이 부착되고 추적성을 위해 스캔된다. 3D 스마트 센서를 사용하여 바코드의 스캔, 읽기 및 추적을 자동화할 수 있다.

적용 사례- 바코드/라벨 판독

1D 바코드는 물류 창고에서 패키지의 위치와 이동을 라벨링하고 추적하는데 가장 널리 사용되는 형식이다. 이 애플리케이션을 위해 엔지니어는 Gocator®에서 실행되는 내장 소프트웨어를 사용하여 2D 비전 카메라 또는 1D(선형) 바코드 또는 3D 스캔의 OCR 로 인코딩된 데이터를 스캔하고 읽을 수 있다.

패키지 품질 검사

치수 측정 외에도 패키지에 표면 결함이 있는지 검사해야 한다. 입고 및 분류 과정에서 이러한 유형의 품질 검사를 수행하여 함몰, 찢어짐, 구멍 및 접힘과 같은 결함을 확인한다.

애플리케이션 예- 표면 결함 감지

두 개의 Gocator 2490 센서를 사용하여 컨베이어를 따라 이동하는 상자의 노출된 면을 스캔하여 손상 패키지에 플래그를 지정하는, 실시간 결함 감지를 제공할 수 있다. 합격/불합격 제어 결정에는 모든 상자에 대한 시간 및 위치 정보가 찍혀 있다. 각 결정 태그는 다운 스트림 분류 장비에 전달돼 결과를 나타낸다.

스마트 3D 센서 vs 비행 시간 (ToF) 및 LIDAR

LIDAR 및 ToF는 움직이는 거리 측정을 기반으로 하는 패키징 및 물류 애플리케이션에 사용되는 3D 비전 솔루션이다. Gocator 2490 3D 스마트 센서는 이러한 다음의 주요 이점을 제공한다.

더 높은 정확도: 3D 스마트 센서의 지점간 Z 해상도(높이)는 ToF 기술보다 10배 이상 정확하다. 또한 보다 정확한 측정을 위해 측면(프로필 전체)에 더욱 높은 밀도의 데이터를 제공한다.

더 빠른 속도: LIDAR는 거울을 회전시켜 대상의 표면을 가로질러 광점을 이동시킨다. 이는 스캔 속도에 상당한 제한을 두게 된다. 이에 비해 스마트 3D 레이저 라인 프로파일러는 내장형 광프로젝션 및 최적화된 설계로 ToF 비전 솔루션보다 4배 빠른 속도를 제공하며, 또한 PC 또는 하드웨어 가속을 통해 훨씬 빠른 속도를 향상시킬 수 있다. 이를 통해 고속 자동 포장 라인의 제품 처리량을 높일 수 있다.

쉬운 적용: 3D 스마트 센서는 산업용 PC나 외부 컨트롤러 없이 센서 온보드에서 모든 처리, 측정, 제어 의사 결정을 수행한다. LIDAR 및 ToF와 달리 까다로운 수준의 통합이나 여러 장치 데이터를 결합할 필요가 없으므로 비전 시스템을 보다 간단하고 비용 효율적으로 구성할 수 있다.

- 크기 조정 및 정렬을 위해 패키지 치수를 정확하게 측정 

- 빈 공간 결정

- 산업용 로봇과 원활하게 통합하여 팔레트를 적재 및 분리

- 추적을 위해 1D 및 2D 바코드 디코딩

- 함몰, 찢어짐, 구멍 및 접힘과 같은 패키지 결함 감지

자료 제공: LMI(www.LMI.com)