Success Story

비전 시스템 기반 진동 보울 피더로 400개 이상의 각기 다른 부품을 안정적으로 처리

코그넥스 코리아(Cognex Korea, www.cognex.co.kr)

그림 1.피더는 사진 좌측에 있는 플레넘(Plenum)에 부품이 올려 진다. 이 기사에서 언급된 애플리케이션에 사용된 부품은 보이지 않지만, 대략 동일한 크기의 다양한 캔디를 이용해 언급된 상황을 설명하고 있다.

진동 보울 컨베이어는 정해진 방향으로 소형 부품들을 경제적이고 안정적으로 처리할 수 있는 방법이다. 하지만 진동 보울 피더의 가장 큰 취약점은 기계식 채널과 가이드를 사용하고 있어 방향이 제한적이라 오직 단 하나의 부품이나 유사한 제품군만을 처리할 수 있다는 것이다. 항공기의 잠금장치를 프레스에 적재하는 작업은 진동 보울 피더나 픽&플레이스 로봇으로 자동화하는데 이상적일 수 있다. 문제는 415개의 부품을 처리하기 위해서는 수십 개의 서로 다른 피더가 필요하다는 것이다.

릭산 어소시에이츠(Rixan Associates, Inc.)는 특정 크기 범주에서 거의 무제한으로 여러 부품들을 처리할 수 있도록 채널과 가이드를 머신 비전으로 대체한 독특한 개념의 진동 보울 피더(Vibratory Bowl Feeder)를 개발했다. 이 피더는 어떠한 방향으로도 보울 안에 부품을 무작위로 배치할 수 있는 진동 보울 피더 개념을 사용한다. 비전 시스템이 적절한 방향에서 적합한 부품을 확인하면, 피더를 멈추고, 부품의 위치를 로봇에게 전송하여, 프레스에 이 부품을 적재할 수 있도록 한다. 특허 출원중인 릭산의 다기능 RFS-1000 진동 보울 피더 시스템의 가격은 약 4만5천 달러이지만, 생산성을 20% 증대시키고, 작업자가 개입할 필요가 없어지기 때문에 대부분의 사용자들은 1년 미만에 투자비용을 회수할 수 있다.

진동 보울 피더의 유연성 향상

전통적인 진동 보울 피더는 보울 바닥에서 배출 통로까지 휘어져 올라가는 나선식선반과 같은 경사로를 이용한다. 통로의 피스톤식 움직임이 부품을 경사로로 밀어 올리는데, 부적절한 방향으로 놓여있는 부품들이 떨어지지 않고, 적절한 방향으로 놓여있는 부품들만이 통과할 수 있도록 장애물이나 차단막 또는 다른 방향의 장치들이 통로를 따라 배치되어 있다. 진동 보울 피더는 보통 매우 유사한 부품의 단일 제품군만을 처리할 수 있다. 이 제품군 내의 각기 다른 부품은 장애물이나 장치 방향을 변경하거나 조정해야 하며, 이는 상당한 시간이 소요된다. 이로 인해 높은 효율과 상대적으로 저렴한 비용임에도 불구하고 진동 보울 콘셉트는 일반적으로 다수의 서로 다른 부품이 포함된 애플리케이션에는 거의 적용하지 않는다.

릭산 어소시에이츠의 사장인 스페판 해리스(Stephen Harris)는 최근 비전 시스템이 속도 및 정확성, 안정성이 향상됨에 따라 유연한 진동 보울 피더를 제공하기 위해 채널 및 가이드 대신 비전 센서를 사용할 수 있게 되었다고 설명했다.

해리스는 스탬핑 프레스 공정에서 매우 다양한 고부가가치 항공기 잠금장치를 처리하는 솔루션 선발 작업에 참여하여 이 콘셉트를 검증할 기회를 가졌다. 이전에는 작업자가 통에서 부품을 꺼내 프레스에 적절한 방향으로 적재했었다. 제조업체는 작업자가 프레스에 손이 닿을 때 수반되는 잠재적인 위험을 제거하기 위해 이러한 방향조정 작업을 자동화하기를 원했다.

또한 이 작업의 반복적인 특성 상 작업자는 주기적으로 휴식을 취해야 했고, 이는 애플리케이션 생산성을 제한하는 요소이기도 했다.

그림 2. 코그넥스In-Sight 비전 시스템이 진동 피딩 시스템의 상단 중간에 탑재되어 있다.

새로운 진동 피더 콘셉트

마크 배티스티(Mark Battisti) CTO(Chief Technical Officer)가 총괄하고 있는 릭산의 엔지니어들은 장애물이나 차단막 없이 24인치 진동 보울을 추적하는데 사용하는 독특한 방식의 피딩 콘셉트를 개발했다. 보울 상단에 도달한 모든 부품은 융기된 반투명의 플레넘에 배치되기 때문에 위에 탑재된 비전 시스템은 각 부품의 종류 및 방향을 손쉽게 식별할 수 있다. 로봇은 올바른 부품을 픽업하게 되고, 적절하지 않은 부품은 보울로 다시 되돌아가게 된다.

릭산은 코그넥스(Cognex)의 In-Sight 5401 비전 시스템 및 미쓰비시전기(Mitsubishi Electric)의 RV-6SL-S11 로봇을 채택했으며, 코그넥스와 미쓰비시전기 간의 상호 개발 노력을 통해 통합이 이뤄졌다. 미쓰비시의 Melfa-Vision 소프트웨어는 로봇 프로그래밍 소프트웨어는 물론, 코그넥스 In-Sight Explorer 소프트웨어를 포함하고 있으며, 통합 솔루션처럼 로봇과 비전 시스템을 통시에 설정할 수 있다. 이러한 새로운 접근법은 부품의 위치확인 및 검사와 같은 기능을 갖춘 비전 기반 로봇 애플리케이션을 쉽게 개발할 수 있도록 해주며, 더 많은 기능을 로봇 자체로 수행할 수 있도록 해준다.

Melfa-Vision은 대부분의 로봇 애플리케이션을 지원할 수 있는 표준 작업 프로그램을 포함하고 있으며, 초보자들도 최고 3개의 로봇과 7개의 비전 센서를 갖춘 로봇 비전 애플리케이션을 쉽게 개발할 수 있도록 해준다.

릭산의 엔지니어들은 미쓰비시전기의 로봇을 선택했는데, 이유는 초당 최고 6미터를 이동하는 빠른 속도와 긴 작업거리 때문이었다. 또한 다른 모델에 비해 프로세싱 성능이 최고 7배에 달하고, 풀 8bit 이미지를 초당 최고 60개를 수집할 수 있는 이미지 수집 속도 때문에 코그넥스의 In-Sight 비전 시스템을 선택했다.

단 몇 분 만에 새로운 부품에 대한 프로그램 가능

애플리케이션을 개발하기 위해 릭산 엔지니어들은 피더와 연계하여 로봇을 보정하는 Melfa-Vision 위자드를 먼저 구동했다. 그런 다음, 픽업에 이상적인 방향의 로봇 그리퍼에 부품을 올려놓는다. 이 프로세스에서는 어떤 지점과 방향에서 부품을 픽업할지 로봇이 판단하게 된다.

다음으로, Melfa-Vision 위저드를 선택하여 CognexPatFind 객체 위치확인 툴을 실행하고, 스크린에 부품 주변으로 사각형을 그린다. PatFind 툴은 영점각 방향에서 즉각적으로 부품을 인식한다.

이 프로세스는 불과 몇 분밖에 소요되지 않으며, 이것으로 단일 부품을 처리하는 피더 프로그램이 모두 완료된다.

이때부터는 비전 시스템이 플레넘을 지나가는 특정 부품을 자동으로 인식하게 된다. 부품이 보이면, 시스템은 피더를 멈추도록 신호를 보낸다. 그런 다음, 부품의 정확한 위치를 결정하고, 프리젠테이션 각도를 계산하기 위해 마지막 하나의 이미지를 수집한다. 로봇은 부품의 위치로 이동하고, 부품의 방향에 맞게 각도를 틀어 부품을 픽업하고, 픽업해야 할 부품이 모두 처리되면, 피더가 재시동 되도록 신호를 보낸다.

이 애플리케이션에서 대부분의 부품은 상단에서 하단까지 대칭을 이루고 있기 때문에, 위에서 언급한 것처럼 플레넘 배면광을 통한 실루엣으로도 식별이 가능하다. 일부 다른 부품들은 프레스에 적재되기 전에 특정 측면이 위로 향해지도록 해야 한다.

코그넥스 PatMax 툴은 이러한 부품들의 어느 측면이 위로 향해 있는지를 인식하는데 사용된다. 비전 시스템을 트레이닝하는데 필요한 것은 적절한 방향으로 플레넘에 부품을 배치하는 것이며, 이는 Melfa-Vision에서 PatMax 기능을 선택만 하면 된다. 하향 조명은 패턴 인식이 필요한 부품에 사용되며, 백색 조명은 일부 부품에, 그리고 반사방지 편광 조명도 다른 부품들을 위해 사용된다.

방향이 잘못된 부품들은 다시 보울로 간단히 보내지며, 적절한 방향이 될 때까지 계속해서 진행된다. 또한 비전 시스템은 여러 부품들 사이에서도 하나의 부품을 구별할 수 있기 때문에 작업자는 어떤 부품이 다른 부품으로 변경되더라도 보울을 치울 필요가 없다. 이전부터 남아있던 부품들은 해당 프로그램이 다시 구동될 때까지 사용되지 않도록 피더를 그냥 통과하게 된다.

그림 3. 비전으로 구동되는 완벽한 로봇 작업 셀

작업자 개입 제거, 생산성은 20% 향상

패스너 제조업체는 한 대의 릭산피딩 시스템을 구매했고, 이를 몇몇 부품에 맞게 프로그램했다. 최초의 피딩 시스템은 매우 성공적이었으며, 이 제조업체는 이미 2대의 시스템을 추가로 구매하여 모든 부품들을 처리할 수 있도록 프로그래밍 작업을 하고 있다. 이 피딩 시스템은 작업자가 풀 스피드로 처리했던 것보다 약간 느리기는 하지만, 시스템이 중단되지 않기 때문에 사람이 작업했던 것에 비해 생산성은 20% 향상됐다. 또한 비전 시스템은 수작업 피딩 시에 잘못된 방향으로 프레스에 부품을 놓이는 오류들을 제거했으며, 심각한 고장을 유발하는 잠재적인 툴링 손상을 방지할 수 있다.

해리스는 “이 애플리케이션의성공의 핵심은 코그넥스 In-Sight 비전 센서의 설정 편의성 및 정확성, 안정성”이라고 말하고 “고객은 비전 시스템의 성능은 물론, 비전 센서와 로봇 간의 긴밀한 통합에 충분히 만족했다. 부품의 특성을 인식하는데 사용한 PatMax 툴은 우리가 검토한 업계의 다른 경쟁사 툴보다 훨씬 빠르고 정확했다. 또한 코그넥스 비전 센서와 미쓰비시 로봇 간의 간편한 통합은 비전 기반 로봇 애플리케이션을 개발하는데 소요되는 시간을 상당히 단축할 수 있었으며, 대부분의 경우 단일 라인 코드를 작성할 필요가 없었다. 비전 기반 로봇은 수많은 부품을 처리하는 애플리케이션을 자동화할 수 있도록 효율적이고 경제적인 진동 보울 피더에 처음으로 적용할 수 있게 됐다”고 밝혔다.