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[기획] 스마트팩토리 구현을 위한 스마트 비전 솔루션의 진화

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오므론 로보틱스 비전 시스템

인공지능과 머신러닝 솔루션의 융합
전문기업 인수합병을 통한 스마트 솔루션 기술 융합

단순한 모니터링 시스템으로만 사용되었던 비전 센서가 제조 산업분야로 들어오면서 머신 비전 기술은 획기적인 발전을 거듭해 왔다. 최근에는 인더스트리4.0과 스마트팩토리의 구현방안에 대한 기술발전이 지속되고 있는 가운데, 인공지능과 머신러닝 솔루션에 대한 혁신적인 발전도 비전 기술에 대한 새로운 적용 영역을 확대해 나가고 있다.

그동안 반도체와 식음료라인에서 단순 검사장비로 머물렀던 머신 비전이 인공지능과 머신러닝을 업고 스마트 비전으로 진화하면서, 스마트 팩토리 구현에서의 핵심 솔루션으로 성장해 가고 있다.

비전 기술의 발전으로 인해 기존의 센서로는 검사 할 수 없었던 영역까지 비전센서가 검사를 할 수 있게 되면서, 비전센서가 기존 센서의 수요를 상당 부분 대체할 수 있을 것으로 생각된다. 특히 제품 들이 과거에 비해서 더욱 소형화, 정밀화되면서 불량 률을 낮추기 위해서 제품 및 부품을 더욱 정확하게 검사하는 것이 중요해지고 있다. 이에 따라 앞으로 비전센서의 수요는 계속 증가할 전망이다.

'코그넥스 비디 스위트(Cognex ViDi Suite)

코그넥스 비디 스위트(Cognex ViDi Suite) (이미지. 코그넥스)

[코그넥스]
비전센서 분야에서 가장 큰 이슈는 단연 인공지능과 머신러닝과의 융합이다. 대표적인 글로벌 머신비전 업체인 코그넥스(Cognex)는 지난해 딥러닝 소프트웨어 전문업체 미디시스템즈(ViDi Systems)를 인수했다. 이를 기반으로 코그넥스는 최근 딥러닝 기반의 산업용 머신비전 애널리틱스 솔루션인 ‘코그넥스 비디 스위트(Cognex ViDi Suite)’를 출시했다.

이번에 출시된 코그넥스 비디 스위트는 산업 이미지 분석 전용으로 설계된 딥 러닝 기반의 소프트웨어로 기계 학습의 첨단 알고리즘 세트를 기반으로 신뢰할 수 있는 이미지 분석을 제공한다.

기존의 머신비전 기술은 복잡한 배경에서 비정형적인 불량을 검출하거나 변형이 많은 복잡한 패턴을 정확하게 인식할 수 없었다. 코그넥스 비디 스위트는 차별화된 접근 방식과 인간의 학습 과정을 모델링한 예시 기반의 학습 방법으로 기존 머신비전의 한계를 극복하여 기존 방법으로는 프로그래밍 할 수 없었던 까다로운 검사 및 분류 문제도 해결한다.

조재휘 코그넥스코리아 지사장은 “코그넥스 비디 스위트는 고객들이 비용 효율적이고 믿을 수 있는 자동 품질 관리 시스템을 구축할 수 있도록 지원하는 딥러닝 머신비전 소프트웨어 솔루션”이라고 설명하고, “이번 신제품은 제약, 의료 기술, 자동차, 직물, 인쇄, 물류 및 시계 산업 등 섬세한 검사를 요구하는 분야에서 유용하게 활용될 것”이라고 말했다.

오므론 로보틱스 비전 시스템

(이미지. 오므론)

[오므론]
자동화 및 센서 시스템 전문기업 오므론(Omron)도 일찌감치 비전 시스템의 스마트화에 적극 나서고 있다. 특히 탁상형 협동로봇과 자율주행이송로봇에 머신비전을 결합하는 방안으로 새로운 제조 및 물류 솔루션을 구상하고 있다.

오므론은 지난 2017년 산업용 카메라 전문업체 센텍(SEN TECH)을 인수를 완료했다. 오므론센텍은 산업용 머신 비전, 의료 및 실험실 등 다양한 용도의 카메라를 개발하고 글로벌 판매하는 산업용 카메라의 선두 주자다. 현재까지 약 200 기종에 다양한 Variation과 고화질을 유지하면서 소형화·고속화를 추구하는 고도로 집약된 카메라 설계 기술을 확보했다.

오므론은 “지금까지 보유하지 못했던 초소형 고화질을 실현하는 카메라 및 그 설계 및 개발 기술을 캡처하여 오므론의 화상 처리 컨트롤러와 맞춰 나가는 사업을 강화”한다는 구상이다. 또한 “각종 산업용 로봇 및 품질 검사 장비와 결합하여 가공 및 조립, 검사 등 모든 생산 공정에 카메라가 설치되어있는 정보가 왕래함으로써 품질과 생산성을 크게 향상시킨 혁신적인 제조업 현장의 실현”에도 적극 나설것이라고 밝혔다.

물론 오므론이 이미 인수한 어뎁트테크놀로지스를 통해 확보한 자율주행이송로봇(AMRs)과 인공지능 솔루션도 한 몫을 톡톡히 하고 있다. 여기에 협동로봇과 비전 카메라 기술을 결합하고, 기존 오므론의 고정밀 화상처리 기술을 통해서 초소형 고화질 스마트 비전 센서 솔루션을 구상하고 있다. 협동로봇에 스마트 비전을 내장시키고, 3차원 물체인식을 통해 Pick & Place하는 스마트 로보틱스 솔루션으로 발전시켜 나갈것으로 기대된다.

[발루프]
비전 및 센서 솔루션 전문기업 발루프(Balluff)는 지난해 2017년 ISS(innovative software services)와 메트릭스 비전(Matrix Vision)을 동시에 인수하고, 비전 센서에서의 카메라부문(메트릭스 비전)과 소프트웨어 애널리틱스 솔루션(ISS) 부문을 강화하면서 하드웨어 중심에서 솔루션 중심으로 비즈니스 중심축을 변화해 나가고 있다.

플로리안 허믈레 발루프 CEO는 인수발표에서 “발루프의 네트워크 기술과 인수한 두 기업의 소프트웨어 역량은 발루프가 단일 공급업체로서 좀 더 포괄적인 자동화 솔루션을 제공할 수 있게 해 줄 것”이라며, “iss와 Matrix Vision 그리고 두 회사의 직원들이 가지고 있는 노하우는 발루프가 디지털 분야에서 도약할 수 있는 기회를 좀 더 효과적으로 활용하고, 하드웨어는 물론 소프트웨어 포트폴리오를 확대하는 데에도 도움을 줄 것”이라고 기대했다.

특히 메트릭스 비전은 다양한 제품군을 선보이면서 지금까지 발루프 그룹 내에서 비교적 중요도가 낮았던 사업 영역을 한층 보완하게 됐다. 이는 바로 카메라 기반의 센서장치다. 1986년에 설립된 임직원 100명의 Matrix Vision은 산업용 이미지 처리 분야의 프레임 그래버, 표준 산업용 카메라, 비디오 센서, 임베디드 시스템과 소프트웨어 개발 및 마케팅 분야에 전문화된 기업이다. 발루프는 메트릭스 비전을 인수하기 전부터 수년동안 발루프의 비전 관련 개발 파트너로 역할을 담당해 왔다.

오토닉스 비전 시스템

오토닉스 비전 시스템 (이미지. 오토닉스)

[오토닉스]
국내 센서 시스템 전문개발업체 오토닉스(Autonics)가 최근 비전 시스템을 출시하면서 국내 시장에 바람을 일으키고 있다. 오토닉스는 국산 개발을 통해 그동안 해외 수입 제품들이 독점해 왔던 비전 센서들의 고가 정책에 영향력을 행사하고, 자사는 물론 전체 비전 센서의 국내 공급가격을 끌어내리는 것을 통해 다양한 시장에서의 비전 응용을 통한 생태계 확산으로 파이 키우기에 적극 나선다는 구상이다.

오토닉스의 첫번째 제품인 비전센서 VGT시리즈는 조명 일체형 제품으로 기존 비전 시스템에 비해 간단한 설치와 사용자 편의성을 향상시켰다. 또한 글로벌 셔터 방식으로 정확한 촬영과 총 9가지의 필수 검사 기능을 통하여 정밀한 판정이 가능하다. 여기에 간편한 설치로 사용 편의성을 보장할 뿐 아니라, 검사 결과 이미지를 FTP 서버로 전송해 저장할 수 있어 데이터의 관리 및 분석도 제공한다.

오토닉스의 비전센서 VG시리즈는 출시전부터 관련 업계로부터 큰 관심을 받고 있다. 이미 국내의 한 식품업체에 적용해 운용되고 있으며, 이 회사의 해외공장에도 확대 적용이 예정되어 있다. 이외에도 또다른 식품업체와 반도체 장비업체들에서도 다수 테스트 과정을 진행하고 있다.

오토닉스는 “실제로 자동차부품 및 식품 업체에 적용된 사례가 있는데, 식품업체는 단순하게 제조년월일의 유무를 보는 어플리케이션이 대부분이고, 긴급하게 진행되는 경우가 많다.”고 밝힌다. 일반 소비재의 경우, 누락 여부를 검사하는 것이 대부분인데, 테스트 기간이 짧더라도 검사가 된다고 하면 바로 적용해서 사용하는 경우가 많다. 반도체 분야는 충분한 과정을 거쳐서 검증절차를 까다롭게 진행되는 경우가 많다. “반도체 업계에서는 아직까지 검증기간이라고 볼 수 있다. 지금 테스트하는 것들이 결과가 잘 나오면, 올해 하반기 경에는 반도체 분야 에서도 VG시리즈가 적용된 사례가 가시화될 것으로 보인다.”고 전망했다.

오상원 객원기자 news@icnweb.co.kr

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훼스토 IO-Link 기술로 Industry 4.0 연결한다

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전동 실린더 EPCO, 서보 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블이 있는 OMS(Optimised Motion Series) 패키지는 기존의 전기 위치 시스템보다 훨씬 저렴하다.

IO-Link 기술이 적용된 Festo 자동화 기술

표준화된 IO-Link 기술은 센서 및 액추에이터의 심플하고 경제적인 연결을 지원한다. 3 ~ 5 개의 배선을 가진 이 저비용 연결 기술은 혁신적인 개발 결과로, 복잡한 배선없이 최소한의 자재로 점대점 연결을 실현한다.
IO-Link는 새로운 형태의 버스 시스템은 아니지만 필드 버스, 이더넷 시스템을 대체하기 위한 새로운 종류의 통신 인터페이스로 추가 개발되었다.

이 기능을 사용하면 제어 시스템에서 센서 또는 액추에이터의 파라미터 데이터를 다운로드 할 수 있을 뿐만 아니라 진단 데이터를 제어 시스템에 전송할 수도 있다. 기존에는 제일 하위 레벨을 필드버스 인터페이스 통합하기 위해서 매우 많은 비용이 들었지만 이제는 디지털 또는 아날로그 값과 모든 파라미터 및 진단 데이터를 케이블의 스크리닝, 트위스트, 임피던스 또는 종단 저항 추가와 같은 특별한 작업 없이도 심플한 3선 또는 5선 케이블로 전송할 수 있다.

O-Link: 컨트롤러, 밸브 터미널, 비례 제어 밸브 및 센서를 통해 Festo는 완벽한 범위의 IO-Link 자동화 기술을 제공한다.

O-Link: 컨트롤러, 밸브 터미널, 비례 제어 밸브 및 센서를 통해 Festo는 완벽한 범위의 IO-Link 자동화 기술을 제공한다.

필드버스와 IO-Link 슬레이브 간의 게이트웨이는 일반적으로 여러 IO-Link 마스터 채널이 있는 필드버스 디바이스 형태로 제공된다. 사이즈 때문에 필드버스가 필요하지 않은 소형 머신 또는 시스템에서는 PLC가 IO-Link 마스터 역할을 한다.

보안 강화

IO-Link는 아날로그, 바이너리 및 직렬 통신 장치에 대한 보안 연결을 제공한다. 자동차 BIW 제조 및 어셈블리 현장의 작업자 보호를 위한 안전 펜스, 중장비 건설 및 머신 툴에서, 매뉴얼 워크 스테이션, 어셈블리 셀, 입/출력 스테이션 등과 같은 복잡한 센서 기술 및 터미널이 적용된 곳에서 전형적인 IO-Link 어플리케이션을 찾아볼 수 있다.

미래 연결 컨셉을 지원하는 IO-Link는 표준화된 프로토콜이기 때문에 낮은 투자 리스크를 가진다. 그 결과 장비 다운타임이 줄어들고 생산성이 향상된다. 디바이스와 마스터 시스템 간의 진단 및 운영 데이터의 포괄적인 데이터 교환은 문제 해결을 가속화시키고 상태 모니터링 시스템의 기초를 형성한다.

업무 단순화를 통한 효율성 증가

IO-Link는 설치 및 배선을 위한 균일하고 표준화 된 효율적인 기술이다. IO-Link 디바이스는 간단하고 편리하게 파라미터화할 수 있으며, 엔지니어링 소프트웨어 툴없이 교체 직후에 바로 작동 상태로 되돌릴 수 있다.

IO-Link 마스터를 통해 지능형 센서 및 액추에이터의파라미터를 쉽게 설정하고 재할당 할 수 있다. IO-Link를 통한 복잡하지 않고 표준화된 센서-액추에이터 조합의 배선은 자재 비용을 절감하고, 물류의 단순화가 가능해지며 시간을 절약할 수 있게 된다. 이로 인해 설치를 훨씬 편리하게 할 수 있다.

전동 실린더 EPCO, 서보 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블이 있는 OMS(Optimised Motion Series) 패키지는 기존의 전기 위치 시스템보다 훨씬 저렴하다.

전동 실린더 EPCO, 서보 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블이 있는 OMS(Optimised Motion Series) 패키지는 기존의 전기 위치 시스템보다 훨씬 저렴하다.

향상된 경쟁력

Festo라는 단일 공급원을 통해 다양한 마스터, 압력 및 유량 센서, 변위 엔코더/위치 센서, 5 개 밸브 터미널 시리즈, 비례 압력 제어 밸브, 스텝 모터 컨트롤러 및 연결 케이블과 같이 IO-Link를 위한 포괄적인 제품 제공이 가능하다. 또한 Festo는 공장 자동화 및 프로세스 오토메이션에 대한 풍부한 어플리케이션과 산업 종사자를 위한 기본 및 심화 교육을 제공한다.

IO-Link 마스터와 CECC/CPX-E 컨트롤러

4 개의 IO-Link 마스터 포트가 있는 소형 컨트롤러 CECC를 사용하여 경쟁력 있고 일관된 분산 설치가 가능하며, 전기 및 공압 드라이브를 제어한다. 이 소형 컨트롤러는 지능형 센서 및 밸브 터미널의 설치 및 네트워크 비용을 줄여 줄뿐만 아니라, 제어 캐비닛 내부 및 외부의 유용한 진단 옵션을 제공한다.

Festo는 크고 복잡한 어플리케이션을 위한 모듈형 모션 컨트롤러인 CPX-E를 제공한다. I/O 모듈은 모듈 당 4 개의 IO-Link 마스터를 사용할 수 있다. CPX-E는 EtherCAT® 마스터가 장착되어 있으며 독립형 CoDeSys 컨트롤러로 사용하거나 PROFINET 또는 EtherNet/IP 네트워크로 서브 시스템 및 슬레이브를 통합할 수 있다.

CPX 터미널

리모트 I/O로 사용하거나 밸브 터미널 MPA 또는 VTSA와 함께 사용하면 IO-Link 디바이스에 하나 이상의 마스터 인터페이스를 통합 할 수 있다. 기능 통합 덕분에 공압 및 전기 드라이브를 제어하는 것이 CPX 터미널에서 매우 용이하다. PROFINET 또는 Sercos 지원 CPX 터미널은 2 채널 IO-Link의 I-Port 인터페이스를 갖추고 있다. 따라서 개별 IO-Link 타사 디바이스를 밸브 터미널의 근접한 곳에 바로 연결할 수 있다.

밸브 터미널

MPA-L, VTUG, VTUB, VTOC 또는 기존 CPV와 같은 밸브 터미널과 비교하여 경제적이며 효율적인 설치가 가능하다. 밸브 터미널용 멀티 핀 연결 케이블은 표준 M12 케이블과 IO-Link로 대체된다. 이렇게 하면 자재 비용이 절감되고 특히 유연하고 쉬운 설치, 특히 까다로운 작업 조건에 대한 적응과 같은 기술적 장점을 제공한다.

4 개의 IO-Link 마스터 포트가 있는 소형 컨트롤러 CECC를 사용하여 경쟁력 있고 일관된 분산 설치가 가능하다.

4 개의 IO-Link 마스터 포트가 있는 소형 컨트롤러 CECC를 사용하여 경쟁력 있고 일관된 분산 설치가 가능하다.

전기 자동화

구성 및 진단을 위한 통합 웹 서버가 있는 모터 컨트롤러 CMMO-ST도 IO-Link 인터페이스를 지원한다. CMMO-ST는 스텝 모터를 위한 폐 루프 서보 컨트롤러이며 Festo의 OMS (Optimized Motion Series)의 중요한 부분이다. OMS 시스템은 포지셔닝을 매우 쉽게 만든다. 전기 실린더 EPCO, 서보 기능이 있는 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블은 기존의 전기 위치 제어 시스템보다 훨씬 저렴하다.

EPCO가 있는 Festo의 OMS는 두 가지 방법으로 구성할 수 있다. 웹 구성 및 서버의 파라미터 클라우드를 사용하여 매우 간단하고 빠른 구성을 할 수 있다. 컨트롤러는 자체 IP 주소를 가지며 사전 정의 및 테스트 된 조합에 필요한 모든 데이터가 포함된 카탈로그가 제공된다. 즉, 사용자가 많은 시간을 절약 할 수 있다.

비례 압력 제어 밸브 VPPM

IO-Link에 연결된 비례 제어 밸브 VPPM은 차폐된 아날로그 케이블이 필요하지 않아 신호 레벨이 간섭을 받을 확률이 감소된다. 파라미터는 IO-Link 마스터에서 설정되고 데이터가 저장된다. 이는 실용적이며 부품을 교체한 후 바로 재시작 할 수 있다. IO-Link는 점대점 연결 덕분에 짧은 사이클 시간이 가능하다. 압력 제어, 테스트, 미터링, 프레스 및 피팅 어플리케이션은 주로 특수 기계, 식품 및 음료, 인쇄 및 종이, 자동차 및 전자 산업에서 적용된다.

위치 센서 SDAT

IO-Link의 균일한 인터페이스는 개별 센서 연결을 대체하므로 복잡한 센서를 쉽게 통합할 수 있다. 즉, 위치 센서 SDAT 및 파라미터화 가능한 압력 및 유량 센서를 통합하여 저렴한 비용으로 설치할 수 있다. 예를 들어, 위치 센서 SDAT는 스크루 드라이빙, 리벳팅, 초음파 용접, 가압 및 클램핑을 위한 프로세스 모니터링에서부터 물체 감지에 이르기 까지 높은 반복 정밀도로 피스톤 위치를 감지한다. [제공. 훼스토]

더 자세한 내용보기 http://www.festo.com/cms/en-gb_gb/15646.htm

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산업용IoT

NXP, 산업용 IoT 엣지 애플리케이션 보안 지원

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NXP LOGO

NXP 반도체는 저비용의 산업용 IoT 엣지 애플리케이션을 위한 Arm Cortex-M33 및 Arm 트러스트존(TrustZone®)을 적용한 업계 최초의 마이크로컨트롤러 플랫폼 LPC5500을 출시했다. 저전력 40nm 임베디드 플래시 프로세서에 기반한 LPC5500 마이크로컨트롤러(MCU) 시리즈는 한층 새로운 수준의 프로세싱 효율성, 보안, 기능을 제공한다.

LPC55S69 디바이스는 최대 100MHz 코어 클록 주파수에서 32uA/MHz 효율을 달성한다. 신호 처리 및 암호화를 위해 밀착 결합된 추가 가속기를 갖춘 듀얼 코어 Cortex-M33 기능과 고급 엣지 애플리케이션을 위해 최대 640KB 플래시 및 320KB에 이르는 온-칩 SRAM을 갖추고 있다. LPC55S69는 차동 쌍 모드(differential pair mode)로 16비트 연속 근사형 ADC(SAR ADC)를 통합하며, 50MHz 고속 SPI, 통합 피지컬 트랜시버(physical transceiver)를 갖춘 고속 USB, 8개의 유연한 통신 인터페이스, 동시 Wi-Fi 연결 및 외부 데이터 로깅을 위한 듀얼 SDIO 인터페이스 등 시스템 확장에 사용할 수 있는 풍부한 주변장치 세트이다. 또한, 오프로딩 및 사용자 정의 작업을 실행하기 위한 NXP의 자율 프로그래밍 로직 유닛(logic unit)으로 향상된 실시간 병렬 처리 기능을 제공한다.

Cortex-M33의 핵심 기능 중 하나는 전용 코프로세서 인터페이스로서, 긴밀히 결합된 코프로세서를 효율적을 통합해 CPU 처리 기능을 확장한다는 점이다. 동시에 완전한 생태계 및 툴체인 호환성을 유지한다. NXP는 이와 같은 기능을 활용해 컨볼루션(convolution), 상관 관계, 행렬 연산, 전달 함수와 필터링 등 핵심 ML 및 DSP 기능을 가속화하는 코프로세서를 구현한다. Cortex-M33에서 실행 시 대비 최대 10배로 성능을 향상시킨다. 또한 이 코프로세서는 널리 사용되는 CMSIS-DSP 라이브러리 콜(API)을 활용해 고객 코드 이식성을 간소화한다.

통합 표준 보안 기능으로는 변경 불가한 하드웨어 ‘RoT(root-of-trust)’를 통한 보안 부팅, SRAM PUF 기반 고유 키 저장소, 인증 기반 보안 디버그 인증, AES-256&SHA2-256 가속화 및 보안 클라우드-투-엣지 통신을 위한 DICE 보안 표준 구현이 있다. 공개 키 인프라(PKI) 또는 비대칭 암호화는 ECC와 RSA 알고리즘용 전용 비대칭 가속기로 한층 가속화된다.

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