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논스톱 외관 검사 로봇
| 마이크로-나노 로봇 전문업체인 (주)NT 리서치의 김경환 대표가 ASSE 2009 전시회 기간 중 제조업용 로봇을 선도할 2가지의 혁신적인 기술에 대해서 설명하였다. 1nm 정밀도의 로봇 매니퓰레이터와 논스톱(Non-Stop) 외관검사 로봇을 이용한 응용에 대한 것으로 본 내용에서는 논스톱 외관검사 로봇에 대해 설명하도록 한다. |
1. 논스톱 외관 검사 로봇
가. 고속검사
Non-STOP으로 촬영하여 불량을 판정하고 난 뒤 수십 개소의 검사항목을 단시간으로 처리한다. 가감속이 없는 등속주행으로 종전의 STOP & MOVE 방식에 비해 월등하게 속도가 향상되었다.
나. 논스톱 외관 검사 로봇 구성
디지털 카메라(VGA, XGA), 전원 1대당 LED 2개까지, PC - HDD, D-Net, CC-LINK, IEEE 1394/USB, D/A Board.
2. 로봇 미들웨어, ORiN2 개요
가. ORiN2의 배경
네트워크에 접속된 FA기기에 통일적으로 접속 가능한 표준 인터페이스 사양
나. ORiN2의 특성
① 기기에 의존하지 않는 어플리케이션 개발 가능
② 어플리케이션의 재사용성 향상
③ 다수의 표준적인 개발언어가 이용가능
3. ORiN2 활용의 장점
ORiN을 도입하게 되면 1대씩 백업하던 설비를 사내에서 일괄 보존할 수 있고, 기기전용언어로 상호 접속하던 것을 범용언어로 간단하게 접속할 수 있다. 또한 생산라인에 있어서는 설비사양에 맞춘 설계를 표준 S/W 편성 구축으로 할 수 있게 된다.
4. 로봇 미들웨어를 이용한 외관검사
구분 ORiN 사용 전 Hardware 구성 Software
ORiN 사용 후
- Sensor 입력을 Robot controller에서 처리
- 센서 입력을 위한 확장 Board가 필요.- Sensor 입력을 PC에서 처리
- PC의 다양한 interface 이용가능
- 센서입력을 이용한 지능 알고리즘을 Robot Controller에서 처리
- 감각지능 모듈이 로봇 controller에 종속적임.
- 이종 시스템간의 통합이 어려움.- 센서입력을 이용한 지능 알고리즘을 PC에서 처리
- 감각지능 모듈이 로봇 controller에 독립적으로 적용 가능
- 이종 시스템간의 통합이 용이함.
5. 논스톱 경로 제어
가. 경로 제어
정지동작은 화상촬영 위치의 정도는 높지만 Cycle Time은 느리다. 논스톱동작은 Cycle Time은 빠르나 화상촬영 위치가 틀어진다.
또한 고정도의 화상취득 위치가 필요한 경우에는 정지동작과 조합도 가능하고 고속이동을 하면서 정화한 촬영한 고속 병렬 화상처리가 가능하다.
나. 촬영 지점 교시
촬영지점 Teaching으로 로봇을 촬영하고자 하는 검사위치로 이동시켜 그 곳의 포지션 값을 저장시킨다.
6. 경로 생성
가. MOVE S
현재 위치로부터 SETSPLINEPOINT에서 등록한 통과점을 통하여 최종 통과점으로 이동 경로는 매끄러운 곡선이 된다.
툴 끝의 속도는 가감속 시를 제외하고 곡선상을 일정 속도로 동작 자세는 통과점마다 패스동작으로 통과한다.
나. TAKERM
① CLRSPLINEPOINT 1 : ‘궤도번호 1번의 자유곡선에서 통과점을 모두 클리어.
② SETSPLINEPOINT 1, P1 : ‘궤도번호 1번의 자유곡선에서 P1를 1번째의 통과점으로 한다.
③ SETSPLINEPOINT 1, P2 : ‘궤도번호 1번의 자유곡선에서 P2을 2번째의 통과점으로 한다.
④ SETSPLINEPOINT 1, P3 : ‘궤도번호 1번의 자유곡선에서 P3를 3번째의 통과점으로 한다.
⑤ MOVE S, 1 : ‘P1, P2을 통과하고 P3로 이동하는 자유곡선 동작을 실행.
7. 촬영 지점 Area 설정
가. 간섭체크를 실시하는 영역 설정
간섭체크 영역을 선언하고 간섭의 체크는 툴 좌표계의 원점과 간섭체크 영역으로 지정한 육면체를 비교한다.
간섭체크 영역의 내측에 툴 좌표 원점을 검출하면 간섭으로 판정하고 간섭체크는 최대 8개의 영역에 대하여 동시에 실시한다.
나. 간섭체크를 실시하는 영역 설정
① AREA 1, P1, (1,1,1), -1, -1, 0 : ‘1번의 영역에 P1포지션에서 x,y,z방향 각1mm의 정육면체 영역을 저장.
② AREA 2, P2, (1,1,1), -1, -1, 0 : ‘2번의 영역에 P2포지션에서 x,y,z방향 각1mm의 정육면체 영역을 저장.
③ AREA 3, P3, (1,1,1), -1, -1, 0 : ‘3번의 영역에 P3포지션에서 x,y,z방향 각1mm의 정육면체 영역을 저장.
④ SETAREA 1 : ‘1번의 영역 체크를 유효로 함.
SETAREA 2 : `2번의 영역 체크를 유효로 함.
SETAREA 3 : ‘3번의 영역 체크를 유효로 함.
다. Trigger 신호 발생영역 간섭 시 Trigger & Strobe 신호 발생
① AREA 1, P1, (1,1,1), 31, -1, 0
② AREA 2, P2, (1,1,1), 31, -1, 0
③ AREA 3, P3, (1,1,1), 31, -1, 0
31번 IO를 카메라 Trigger단자와 조명의 Strobe단자에 연결하고 영역 간섭 시 31번 IO를 SET시키고 영역을 벗어나면 RESET 된다.
8. 특징 및 장점
조작 키패드에서 간단 Teaching, 컴퓨터의 간단조작으로 화상처리 설정한다.
Step1 : 조작키패드로 이동 → Step2 : 간단 GUI로 화상처리 설정(검사대상 영역 범위 값) → Step3 : 동작확인 순으로 누구든지 간단조작, 간단설정이 가능하다.
ROBOT Point 등록 · 조명조도 · 정확한 Speed · 화상거리설정?Master 등록이 마우스만으로 설정가능하다.
9. 결품, 이품 검사 / Code 인식
가. 결품(유무인식) · 이품검사
① 인식방법 : 정상적으로 만든 Master화상을 등록해두고, 검사화상에 대해서 그 등록한 양품Master를 Search하여 그 결과가 양품화상에 어느 정도 일치하는가에 따라 양품판정을 행한다.
② 화상처리 : 화상처리 부분에는 실적이 있는 시판 화상처리 Soft를 사용한다(형태인식(기하) Search, 정격화 상관 Search).
나. Code 인식
① 인식방법 : 각종 2차원 Code 독해함수, Barcode 독해함수에 의해 인쇄된 2차원 Code, Barcode Data를 독해한다.
② 화상처리 : 각종 2차원 Code 독해함수와 Barcode 독해함수.
이상은 화상검사 경험이 적은 사람도 간단히 검사할 수 있다.
다. 이품 확인
① 화상처리 : Edge Model Search · 정규화 상관 Search 등.
② 인식방법 : 정상인 품번의 화상을 등록해두고 검사화상에 대해서 그 등록된 품번 Model을 Search하여 품번 화상에 어느 정도 일치하는가에 따라 불량판정을 행함.
③ 인식조건
· Edge Search의 경우 : 품번 Model의 윤곽이 화상 위에 명확하고, 그 윤곽이 이품 화상의 윤곽과 차이가 있는 것.
· 정규화(正規化） 상관 Search의 경우 : 품번 Model 화상이 화상 위에 휘도농담(輝度濃淡)이 있는(농담이 없는 화상은 불가), 어느 정도 면적이 있고(얇은 선 등의 화상은 불가), 그 품번 Model과 이품 화상에서 휘도농담 분포에 차이가 있는 것.
라. 결품 확인
① 화상처리 : Edge Model Search · 정규화 상관 Search 등.
② 인식방법 : 정상적으로 조립된 화상을 등록해 놓고, 검사 화상에 대해서 검사화상을 등록한 양품 model을 Search하고 양품화상에 어느 정도 일치하는가에 따라 불량반정을 행함.
③ 인식조건
· Edge Search의 경우 : 양품 Model의 윤곽이 화상에서 명확하고, 그 윤곽이 결품상태의 윤곽과 차이가 있을 것.
· 정규화(正規化）상관 Search의 경우 : 양품 Model 화상이 화상에서 휘도/농도가 있고(농도가 없는 화상은 불가), 어느 정도의 면적이 있고(얇은 선 등의 화상은 불가), 양품상태와 결품 상태로 휘도/농도 분포에 차이가 있는 것.
마. 품번 인식
① 화상처리 : QR 독해함수 · Barcode 독해함수.
② 인식방법 : QR 독해함수 · Barcode 독해함수에 의해 인쇄된 QR Code · Barcode Data를 독해함.
③ 인식조건 : 인쇄된 Code에 어느 정도의 농도가 있고, 큰 얼룩 및 인쇄의 결손이 없어야 한다. 또한 화상에서 일정한 정도의 크기여야한다. 화상에서 Code가 너무 작을 경우 불가하다.
10. 상세설정과 Custom 기능
간단한 설정뿐만 아니라 User 정의 Command 설정으로 검사 내용에 맞춘 복잡한 화상처리가 가능하고 Custom 기능의 활용으로 치수측정 등 가능하다.
11. 엔진 외관 검사 적용 예
※ 논스톱 외관 검사 로봇 시스템
대부분의 생산 라인은 제품의 최종 검사로 끝나는데, 그 중 작업자의 눈으로 외관을 검사하는 과정은 매우 지루하고 실수가 발생할 수 있다. 그동안 비전을 이용한 자동 검사 방법이 채용되어 왔으나, 두 가지 문제점 때문에 기대만큼 확산되지 못하였다. 첫째는 인간만큼 최종검사의 속도가 빠르지 못한 점이고 둘째는 영상 처리의 오인식이 적지 않게 존재한다는 점이다.
이번에 (주)NT 리서치에서 일본 DENSO WAVE와 공동 개발한 논스톱 외관 검사 로봇 기술은 이러한 두 가지 문제점을 해결하여 최종 검사 과정의 자동화를 훨씬 용이하게 하는 혁신 기술이다.
로봇의 끝에 카메라와 조명으로 구성된 비전을 장착하여 원하는 각도로 3차원 피검사물을 보는데, 로봇이 정지하지 않고 영상 획득, 영상 처리, 양불 판정까지 끝낸다. 로봇이 논스톱으로 이동하는 동안에 이 모든 과정이 진행되기 때문에 소요되는 검사 시간은 로봇 이동 시간과 거의 일치한다. 사람의 검사 속도를 훨씬 능가하는 고속 검사가 가능하다.
논스톱 외관검사 로봇에는 환경의 조명 조건에 매우 강인한 영상 처리 알고리즘(패턴 매칭 알고리즘)을 사용하고 있어서 로봇 비전의 오인식을 걱정할 필요가 없다. 작업자는 처음에 검사하는 부분의 로봇 위치, 양품의 표준 영상을 순차적으로 모델 등록해주면 된다. 이 로봇은 자동차 산업, LCD 산업은 물론 식품 산업, 재료 산업 등에 폭넓게 활용될 예정이다.
* 자료제공 : NT 리서치
