산업 자동화 혁신: 로봇용 첨단 3D 비전 기술

더 많은 산업이 운영에 로봇이 필요함을 인식함에 따라, 향후 5년간 전 세계 산업용 로봇 설치 대수는 긍정적 성장을 경험할 것입니다. 자동화에 대한 이러한 관심 증가와 함께 연구 개발 투자가 늘어나고 있습니다. 그 결과 더 린(Lean)한 로봇 시스템과 더 첨단 구성 요소가 등장하고 있습니다. 로봇 워크셀의 성장 트렌드는 3D 자동 비전입니다. 이 기술은 로봇이 물체의 위치, 크기, 깊이, 색상을 식별할 수 있게 합니다. 물류, 식품 가공, 생명과학, 제조 같은 분야에서 시각 구성 요소를 사용하여 프로세스를 자동화하는 방법을 찾고 있습니다.

3D 비전의 다양한 접근 방식은 무엇인가?

비전 기술은 '원 사이즈 핏 올(one size fits all)' 도구가 아닙니다. 애플리케이션, 장비, 제품, 환경, 예산 같은 특정 요소가 비전을 공정에 어떻게 통합할지 결정합니다. 로봇 시스템에서 실시간 3D 이미징을 설정하는 데 표준은 없습니다. 그러나 비전 통합 전문가들이 사용하는 몇 가지 표준 기술이 있으며, 각각 특정 작업에 이점을 주도록 맞춰져 있습니다. 이 기술들은 스테레오 비전, 비행시간법(TOF), 레이저 삼각측량, 구조광입니다.

레이저 삼각측량(Laser Triangulation)

물체가 레이저 스캐너에서 방출된 빛 빔을 통과합니다. 특정 각도에 위치한 카메라가 물체가 통과할 때 레이저 라인의 이미지를 기록하여 빔을 왜곡시키고 물체의 프로파일을 생성합니다.

구조광(Structured Light)

프로젝터가 물체에 패턴을 투영하기 위해 얇은 빛 밴드를 생성합니다. 다른 각도의 카메라들이 빛에서 나오는 다양한 곡선을 관찰하여 물체의 3D 이미지를 개발합니다.

비행시간법(Time of Flight, ToF)

카메라가 고출력 레이저 스캐너를 사용하여 물체에서 반사된 빛을 이미지 센서로 다시 방출합니다. 카메라에서 물체까지의 거리는 송신광과 수신광 사이의 시간 지연을 기반으로 계산됩니다.

스테레오 비전(Stereo Vision)

로봇 시스템이 두 대의 카메라를 사용하여 서로 다른 각도에서 찍은 물체의 동일한 2D 뷰를 기록합니다. 소프트웨어는 두 카메라의 확립된 위치를 사용하고 두 평면 이미지에서 대응되는 점들을 비교하여 변이를 식별하고 이미지를 생성합니다.

어떤 애플리케이션이 3D 로봇 비전을 사용하는가?

현대 산업용 로봇이 물체를 감지하고, 부품을 인식하고, 올바른 각도에서 구성 요소를 잡을 필요가 있습니다. 전통적인 로봇은 부품을 일관되게 위치시키는 데 완벽하지만, 현대 로보틱스는 조각이 어디에 있는지 감지하기 위해 보정을 조정할 수 있습니다. 후속 동작이 불확실한 순서에 있기 때문에 전체 생산 라인이 멈추는 대신, 시스템은 변화를 빠르게 인식하고 적응합니다. 그 결과 산업 전반에 걸친 다양한 산업 애플리케이션이 3D 로봇 비전에 투자합니다. 여기에는 물류, 식품 가공, 생명과학, 제조, 자동차 산업이 포함됩니다. 수많은 분야가 자동화함에 따라 비전 기술 사용은 새로운 영역으로 확장되고 있습니다. 디팔레타이징 애플리케이션은 다양한 유형의 배송 박스로 채워진 팔레트를 스캔하기 위해 3D 비전 구성 요소를 사용합니다. 텍스처 패턴을 기반으로 박스 유형을 감지하고 지정된 영역으로 보낼 수 있도록 스캐너를 사용하여 이미지를 소프트웨어로 보냅니다. 식품 가공 공장은 다중 분광 비전 기술과 특수 조명을 사용하여 제품을 검사하고 부패를 감지합니다. 전통적으로 비전 기술을 사용해온 애플리케이션은 더 혁신적인 장비로 업그레이드하고 있습니다. 한 항공우주 기업은 기존 검사 도구를 3D 스캐닝으로 대체하여 터빈 블레이드 결함을 검사하고, 검사 시간을 18시간에서 45분으로 단축했습니다. 비전 기술은 물류 애플리케이션, 다중 분광 머신 비전, 3D 비전과 머신 러닝 결합, 더 먼 거리에서 더 정밀한 이미지를 위한 액체 렌즈 등 미래 트렌드가 예측되며 계속 확장될 것입니다.

비전 애플리케이션을 위한 필수 서브시스템과 구성 요소

가장 조율된 자동화 시스템은 단일 자동 제어 시스템 이상의 구성 요소가 통합되어 효율적인 워크셀 어셈블리를 만듭니다. 객체 추적, 제품 프로파일링, 빈 피킹 같은 첨단 3D 비전 옵션을 공정 라인에 통합할 때, 시스템은 3D 이미지 데이터를 생성해야 합니다. 로봇 시스템에서 3D 비전 사용은 적절한 전력 공급, 실시간 처리, 안전을 촉진하기 위해 다양한 구성 요소 통합을 필요로 합니다. 성공적인 자동화의 또 다른 중요한 구성 요소는 통신 능력입니다. 디지털 시대에 시스템을 다른 장비와 디지털로 연결하여 데이터 공유를 위한 연결 포트를 갖는 것은 좋은 관행입니다. 신흥 로봇 기술은 같은 목적으로 Wi-Fi 연결을 촉진합니다. 설계 단계에서 위험 평가 연구를 수행하는 것이 시스템 오작동 위험이 있는 문제를 식별하고 제거하는 유일한 방법입니다. 3D 비전 장착 로봇은 장비 부상과 손상을 방지하기 위해 장비를 안전하게 정지시킬 수 있습니다. 구매자가 연구와 선행 계획에 투자하면 결과는 유연하고 사용하기 쉬운 자동화 시스템이 될 것입니다.

결론

현대 제조는 더 적은 것으로 더 많은 것을 요구하며, 더 린한 생산 라인이 더 큰 출력을 제공해야 합니다. 로봇 비전의 영향은 다양한 생산 영역으로 계속 확장되어 자동화 공정을 개선하는 완전히 새로운 방법을 찾을 것입니다. 향후 자동화 시스템에서 더 많은 3D 시각 구성 요소가 일반화될 것으로 기대됩니다.