음료 제조에 쓰이는 스마트카메라
표정(標定)과 수량 오류 제거 … 완벽한 포장점검 지원
세계적 음료 제조업체들은 케이스 포장과 수량 측정 공정에서 고객들의 불만 제기와 더불어 기계 오작동으로 인해 어려움을 겪었다. 이런 현상이 발생한 원흉은 바로 기계의 고장이다. 자동화 솔루션 및 서비스 제공업체인 Acquire Automation은 완벽한 포장 점검 시스템을 개발해 문제를 해결할 수 있는 업체를 물색했다. 이를 해결하기 위한 솔루션에는 기존의 케이스 포장기기를 통합함은 물론 수축포장 및 비수축포장된 40~50개의 케이스를 계산하고 확인하는 머신비전 장치를 사용했다.
자료제공 | Matrox Imaging(www.matrox.com)
회사는 검사 라인에 머신비전 시스템과 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 기반으로 한 피드백 제어 시스템, 직관적인 휴먼 머신 인터페이스(HMI), 그리고 카메라를 보호하고 제품을 적절히 비출 수 있는 조명 시스템을 갖춘 이미징 프레임을 추가했다.
이 중 HMI와 이미징 프레임은 Acquire Automation에서 설계한 것이다. 그리고 비전 시스템은 이미지 획득 및 알고리즘 수행을 위해 매트록스의 Iris GT 스마트카메라를 채택했다. 다른 머신비전 구성요소로는 브레이크아웃 보드와 렌즈 그리고 120V 고주파 형광등과 케이블을 포함했다.
스마트카메라 기반 비전 시스템
검사 애플리케이션에는 통합 개발 환경(IDE)을 제공하는 Iris GT 스마트카메라를 채용함과 동시에 매트록스 디자인 어시스턴트 프로그램을 활용했다. IDE는 코딩 프로그램이나 스크립트 대신 플로차트를 구성함으로써 사용자에게 창조적이고 효과적인 머신비전 애플리케이션을 제공한다. 개발이 완료되면 프로젝트(혹은 플로차트)는 각 Iris GT 카메라에 전송 및 저장된다. 프로젝트가 한 번 배치된 이후부터는 사용하기 쉬운 웹기반 HMI를 통해 PC에서 지속적으로 모니터할 수 있다. 이를 통해 사용자는 제어 시스템에 연결하거나 복잡한 시스템 프로그래밍 작업을 수행하지 않고도 시스템을 조종하거나 시스템과 소통할 수 있다.
각각 디자인 보조 도구는 작업 공정도 단계 혹은 검사 애플리케이션에서 사용된다. 주요 도구인 패턴 매칭은 구체적으로 주스 상자의 존재 여부 및 진행 방향을 확인한다. 추가 도구인 고정 장치와 강도(强度) 검사기 그리고 이미지 프로세싱 툴은 검사 대상의 정확한 위치를 요구하며 패턴 매칭 도구의 임계 허용 오차를 설정할 수 있도록 돕는다.
Acquier는 작업자로 하여금 검사 수량을 확인하고, 허용 공차를 설정하며, 이전 이미지를 저장하고, 카메라 설정을 조정하기 용이하게 하기 위해 HMI를 설계했다. HMI에는 시스템 변경 권한이 없는 직원을 접근하지 못하게 하기 위해 로그인 액세스 제어 기능을 탑재했으며 데이터 수집 및 동향 파악을 위한 세부 제품 카운터를 제공한다. 시스템은 후속 분석을 위해 자동적으로 실패한 검사 이미지를 저장한다.
왜 스마트카메라인가
몇몇 요인들을 고려한 끝에 음료 제조업체들은 매트록스의 Iris GT 스마트카메라를 케이스 포장용 비전 시스템으로 선택했다. 이와 관련해 Acquire의 John Duffin 부사장은 “Iris GT의 소형 폼팩터가 큰 역할을 하고 있는 것은 물론, 응용프로그램 지원팀을 포함한 매트록스 조직의 크기와 전문 지식 역시 중요하다”며, “매트록스는 Acquire의 솔루션 팀과 완벽히 협업했다”고 설명했다. 그는 “양사는 최종적으로 매트록스의 스마트카메라가 탄탄한 솔루션을 제공할 수 있는 업체라고 확신했다”고 말했다.
매트록스 이미징의 미국 중서부지역 주 배급업체인 North Coast Technical Sales로부터 받은 도움에 힘입어, Aquire는 매트록스의 비전 부서가 제공하는 기술 지원의 도움을 받고 있다. 매트록스 비전 부서는 알고리즘 전문가로 구성되어있으며, 고객 지원 가능성을 평가해 가장 최적의 솔루션을 실현할 수 있도록 매트록스 처리·분석 도구의 사용을 결정한다. 매트록스 이미징의 이미지 처리부서 매니저인 Arnaud Lina는 “머신비전 구성요소 공급업체인 매트록스는 제품의 기능과 고객이 자신의 응용 프로그램에 해당 제품을 통합하는 데 필요한 전문지식 사이에 갭이 있다는 것을 안다”고 설명했다.
Arnaud Lina는 또한 “머신비전은 절대로 완벽한 과학이 아니며 앞으로도 그럴 것”이라며, “비전 부서의 목표는 가장 효율적이고 직접적인 방법으로 우리의 경험과 고객에 대한 지식을 전달 할 수 있는 다리 역할을 하는 것”이라고 밝혔다.
John Dufflin Acquire 부사장은 “우리는 프로젝트를 개발하고 실행 최적화를 참조 및 검토하는 과정에서 비전 부서의 전문 지식을 여러 차례 활용했다”며, “통합 지원 팀은 터치 스크린 드라이버를 제작하고 초점 적응 과정에서 사용자 정의 단계를 개발하며 속도와 HMI 상호작용에 대한 최적화 플로차트를 제작하는 데 도움을 주었다”고 말했다.
John Dufflin은 “이러한 지원은 Acquire의 한정된 예산과 시간 안에서 솔루션을 제작하고 배포할 수 있도록 도왔다”며 만족해했다.
설치
Acquire의 개발기간동안 당면한 과제 중 하나는 소비자와 제작자 사이의 상호작용이었다. 비록 여러 재고관리코드(SKU)가 생산라인에서 작동하고 있었다고 하더라도 서로 소통하기에는 역부족이었던 것. 이를 해결하기 위해 양사는 모든 변경사항에 대처하고 처리할 수 있을 정도로 비전 플로차트를 유연하게 바꾸었다.
John Duffin 부사장은 “우리는 상자의 색상·크기·위치 등 다양한 특징을 결정짓는 데 도움을 줄 수 있도록 했다”며, “이는 일반적 결과에 대한 비전 허용오차 및 패턴에 대한 판단을 바탕으로 했다”고 설명했다. 또 다른 과제는 여타 재고관리코드와 마찬가지인 것이었는데, 주스 상자에 번들 필름을 제공하느냐 혹은 그렇지 않느냐 하는 것이었다.
갈무리
솔루션은 사용자들로부터 극히 긍정적인 응답을 받았다. 사용자들이 이 솔루션을 통해 포장 방향 및 카운트 오류를 해결할 수 있었기 때문이다.
시스템은 왜곡·누락·파손·추락뿐 아니라 수축 포장된 주스 상자의 분실·섞임·뒤집힘 오류와 J카드의 손상 그리고 왜곡되거나 비스듬한 트레이 등을 감지할 수 있다. 비전 시스템은 제품 문제를 식별하기 위해 노력할 뿐 아니라 신속하게 문제를 처리하고 오류의 근본 원인을 파악하는 데에 도움이 된다.
이는 결과적으로 작업시간을 대폭 줄임은 물론 고객의 불만과 리콜 요청을 크게 감소시킨다. 이에 대해 John Duffin은 “비전이 없으면 이 모든 문제를 품질견본을 통해서만 확인할 수 있을 것”이라며, “그 시점에서 수정 작업은 수천 개의 제품을 검사하기 위해 비전 시스템 대비 수백 배의 수동 검사를 필요로 하는 매우 노동집약적인 작업이 될 것”이라고 덧붙였다.
