Masonite는 미국 플로리다주 탬파에 본사를 둔 글로벌 건축 제품 회사입니다. 북미, 남미, 유럽, 아시아 및 아프리카의 18개국에서 80개 이상의 시설을 운영하고 있으며 약 10,000명의 직원을 보유한 Masonite는 전 세계의 도어 제조 파트너에게 직접 공급하는, 세계 최고 수준의 성형 도어 패널 제조를 선도하는 기업입니다. 아일랜드 리트림 주 캐릭온섀넌에 위치한 Masonite의 시설은 미화 1억 3,800만 달러 투자의 결과이며, Masonite의 두 번째로 큰 시설입니다. 이 최첨단 생산 시설은 32개국에 도어 페이싱을 수출합니다.
당면 과제
아일랜드 리트림 주 캐릭온섀넌에 위치한 Masonite의 시설은 다양한 패턴의 많은 도어 페이싱을 생산하므로 생산 라인이 생산을 마치면 자동으로 분류하여 올바른 수집 베이에 정렬해야 합니다. 잘못 분류된 페이싱은 수동으로 다시 정렬해야 합니다. 수동 재분류는 인력이 많이 소모되며, 페이싱이 손상되고 결과적으로 수익 손실이 발생합니다.
Masonite Ireland는 기존 도어 페이싱 검사 비전 시스템을 보유하고 있었으며, 이는 원래 목적에 충실히 기여해 왔습니다. 그러나 고급 성형 디자인과 도어 페이싱 사업 확장에 따라 새로운 비전 기술이 필요하게 되었습니다. 기존 비전 시스템 소프트웨어에는 가능한 모든 도어 페이싱 라이브러리가 포함되어 있지만, 새로운 페이싱을 쉽게 추가할 수 없어 엔지니어링 인력이 별도의 전문 프로그래밍을 해야 했습니다. 앞으로 Masonite는 예측 가능한 미래의 요구 사항을 충족하는 비전 시스템 솔루션을 적용하고자 했습니다. 또한 시스템은 매우 정확하고, 사용하기 쉬우며, 운영 인력이 빠르게 설정을 입력하고, 생산에 사용되는 많은 수의 성형 도어 설계를 처리할 수 있어야 했습니다.
전문가와 함께 하기
지속적인 프로세스 개선에 투자하기 위해 Masonite는 전문 산업용 머신비전 회사인 Alpha Vision Design(AVD)에 의뢰해 Masonite Ireland 엔지니어링 담당자와 협력하여 인라인 자동 분류 시스템을 구축했습니다. 시스템은 성형 설계와 표면 질감을 기반으로 도어 페이싱을 식별할 수 있어야 했습니다. 두 개의 도어 페이싱이 나란히 압착되며, 많은 수의 단일 도어 페이싱 다이에서 다양한 도어 패턴 조합이 만들어집니다. 다이는 수천 가지로 조합할 수 있으므로 여러 다이 조합과 다이의 잦은 변경을 처리하려면 정렬 시스템이 필요했습니다.
생산 시작 시점에 작업자는 간단한 설정 마법사를 통해 시스템에 첫 번째 페이싱 세트의 설정을 입력합니다에 대한 시스템을 교육받습니다. 그런 다음, 후속 면을 자동으로 검사하고 분류합니다. 그런 다음 비전 시스템은 생산 라인의 제어 시스템과 커뮤니케이션하여 분류된 페이싱을 적절한 수집 베이로 옮깁니다.
이 프로젝트에서는 몇 가지 흥미로운 기술적 도전 과제를 맞게 되었습니다. 페이싱은 매우 넓기 때문에(도어 길이 × 도어 너비 2배) 전체 페이싱에 균일한 조명을 적용하기 어려웠습니다. 이전에 Masonite는 정의된 검사 영역 내의 페이싱에 조명을 적용하기 위해 표준 대형 조명, 고주파 조명, 형광 조명을 사용했습니다. 도어 페이싱의 물리적 특성(넓은 영역, 완벽하게 평평하지 않음)으로 인해 기존의 조명은 비전 시스템에 고품질 이미지를 제공하기에는 역부족이었습니다. 조명은 모든 비전 시스템의 매우 중요한 구성 요소이므로, 이러한 애플리케이션에서 조명에 상당한 개선이 필요하다는 점을 파악했습니다.
또한 컨베이어 벨트로 직접 받치지지 않는 부분에서 페이싱이 기울어질 수 있으므로 회전과 굽힘 또는 뒤틀림을 처리할 수 있는 안정적인 시스템이 필요했습니다. 그 결과, 도어 페이싱의 패턴 프로파일이 왜곡되어 보일 수 있으며, 일반적으로 이로 인해 획득한 이미지가 늘어나거나 눌려보이게 됩니다. 교차 상관 기술 기반의 표준 패턴 매칭 도구는 이러한 상황에서는 성능이 저하될 것입니다.
솔루션
전 세계적으로 대부분의 머신비전 애플리케이션은 2D 검사 기술을 기반으로 합니다. 3D 검사는 여전히 비교적 전문화되어 있지만, 기술이 성숙해지고 보급이 확산용되면서 새로운 시장이 부상하고 있습니다. 레이저 삼각 측량을 사용한 3D 검사는 (다른 3D 기술이 다수 있더라도) 3D 애플리케이션을 배포하는 가장 일반적인 플랫폼일 것입니다. 조명에 사용되는 레이저는 비용 효율적인 솔루션을 제공하며 많은 공급업체와 제조업체에서 쉽게 구비할 수 있습니다. 또한 레이저 기반 3D 시스템은 프로파일이 잘 정의되었으며 반사되지 않는 대형 부품을 스캔하는 데 특히 효과적이므로 이러한 비전 애플리케이션에 적합합니다.
이 시스템은 다이오드 레이저 라인 생성기와 라인 스캔 3D 이미지 획득 카메라(다른 장비 제조업체에서 제공)를 사용하여 성형 도어의 정면에 있는 패턴의 3D 데이터를 획득하도록 설계되었습니다. 레이저 라인 생성기는 이중 도어 페이싱이 검사 컨베이어를 따라 이동할 때 이중 도어의 전체 폭에 걸쳐 가로지르는 가시적인 레이저 라인을 비춥합니다. 샤프트 인코더를 사용하여 3D 카메라를 컨베이어 속도와 동기화하여 도어 페이싱의 길이 방향을 따라 적절한 해상도로 3D 데이터를 획득합니다. 3D 카메라는 도어 페이싱의 폭에서도 유사한 픽셀 해상도를 유지하도록 구성되어 있습니다.
높이가 중요한 이미지 데이터는 CameraLink 인터페이스를 통해 PC의 프레임 그래버로 전송되어 검사 중인 이중 도어의 2D 높이 프로파일 이미지(비트맵 형식)를 구축하고 생성합니다. 그런 다음 Cognex의 강력한 VisionPro™ 소프트웨어를 사용하여 이미지를 처리합니다. VisionPro는 사용하기 쉬운 형식으로 높은 품질의 이미지 획득 및 처리를 제공합니다. 고급 PatMax® 툴은 이 애플리케이션에서처럼 낮은 대비에서도 고유한 기하학적 패턴 매칭을 수행하고 형상을 분류하는 기능을 제공합니다.
“스마트” 2D 비전 카메라와 할로겐 조명은 디지털 입력 신호를 사용하여 비전 시스템에 통합된 필수 표면 질감 정보를 제공하는 데 사용됩니다.
Masonite Ireland의 엔지니어링 인력이 3D 및 2D 비전 하드웨어의 사양, 설계, 설치 및 시운전을 완료했다면 시스템은 이미지 정보를 추출하고 처리하기 위한 프로그래밍 준비가 완료된 것입니다. AVD는 Masonite의 요구 사항에 따라 사용자 지정 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제작했습니다. 이 인터페이스는 운영 담당자가 쉽게 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 복잡하지 않도록 설계되었으며, 제조 시설의 다른 시스템과 동일한 색상 코드 체계를 사용합니다.
사용 편의성 원칙의 일환으로, 시스템 사용에 필요한 운영 설정의 수는 최소한으로 유지했습니다. 이 시스템은 프로그래밍이나 구성을 기술자나 엔지니어만 할 수 있을 정도로 복잡한 엔지니어링 툴은 아니었습니다. 제공된 시스템은 생산 인력이 새로운 도어 페이싱의 설정을 입력하는 데 4분 미만이 소요되며, 사각형을 그리고 위치 감지 툴을 배치하는 기술 외에 추가적인 기술이 필요하지 않습니다.
최종 사용자 결과
“도어 페이싱의 다양한 다이 조합, 넓은 표면적 및 상대적으로 얕은 성형 몰드의 깊이를 고려할 때, 고품질의 반복 가능한 이미지를 획득하고 수많은 도어 페이싱 조합을 정확히 분류하는 적합한 비전 시스템을 지정하기 어려웠습니다.”
“이 솔루션에는 혁신적인 접근 방식이 필요했으며, 그 결과 이전에는 호환되지 않았던 하드웨어와 소프트웨어를 통합할 수 있되었습니다. Alpha Vision Design은 비전 시스템 엔지니어링이라는 전문 분야에서 상당한 전문성을 보유하고 있어 시스템 통합업체로 선정되었습니다. 이들은 사용자 지정 인터페이스 소프트웨어를 제작하여 하드웨어와 소프트웨어 간의 격차를 해소하는 데 성공했고, 덕분에 애플리케이션이 최첨단 비전 시스템으로 거듭날 수 있었습니다.”
“AVD와 협력하여 설계한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 사용하기 매우 직관적인 것으로 증명되었습니다. GUI(그래픽 사용자 인터페이스)는 시스템 성능을 파악하는 데 필요한 모든 관련 정보를 한눈에 제공하며, 운영 인력이 별도의 전문 지식 없이도 이를 확인할 수 있습니다. 또한 엔지니어링 인력은 GUI의 보다 고급 액세스 수준 보호 기능을 사용하여 시스템을 디버깅하고 유지보수할 수 있습니다. 시스템의 사용 편의성은 핵심 요구사항이었으며, 이러한 사항을 보완하지 못했다면 실패는 전체 프로젝트의 성공에 부정적인 영향을 미쳤을 것입니다. 지시만 받으면 생산 라인 직원이 필요에 따라 시스템에 새로운 도어 패턴 조합을 무리 없이 학습시킬 수 있습니다다.”
“코그넥스 VisionPro 소프트웨어의 고급 기능은 프로젝트의 성공에 크게 기여하여 시스템이 원래 사용자 요구 사양을 초과 달성하고 99.97% 이상의 정렬 정확도를 제공할 수 있게 했습니다(즉, 10,000개 중 잘못 분류되는 수는 3개 미만임3 미만이 잘못 분류됨). 제품을 수동으로 재분류할 필요성은 사실상 사라져, 생산성은 높아지고 운영 인력은 제품에 가치를 더하는 작업을 수행할 수 있습니다.”
AVD의 비전 시스템 전문성과 결합된 코그넥스소프트웨어의 뛰어난 성능 덕분에 최첨단 비전 시스템을 구축할 수 있게 되었습니다. 이에 따라 가까운 미래에 Masonite Ireland에서 유사한 프로젝트를 구현할 수 있는 토대를 마련할 수 있었습니다.”
AVD 소개
Alpha Vision Design은 품질 관리 및 제조 자동화를 위한 산업 머신비전 시스템 애플리케이션을 전문으로 합니다. 당사의 광범위한 전문 지식은 시스템 통합, 소프트웨어 개발, 광학 및 조명을 아우르고 있습니다 비전 시스템 설계 및 애플리케이션 개발 분야에서 10년 이상의 경험을 보유한 Alpha Vision Design은 많은 선도적인 블루칩 제조 기업이 선호하는 파트너입니다.