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“이젠 제조업 현장도 ‘스마트 자동화’로 간다”

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작성자 최고관리자
댓글 0건 조회 415회 작성일 21-10-28 09:53

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스마트팩토리오토메이션월드2021’서 다양한 스마트자동화 기술 선봬

디지털 기술 접목 스마트 자동화, 사람 대신 AI나 머신러닝, 딥러닝, IoT

검사와 감지, 원격 모니터링, 계량 등의 머신비전, 협력로봇다관절 로봇

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이젠 중소기업이나 스타트업을 막론하고 스마트팩토리가 궁극적으로 이뤄야 할 목표로 부상하고 있다. 디지털 기술을 접목한 스마트 자동화와, 사람 대신 AI나 머신러닝, 딥러닝, IoT 등에 의한 검사와 감지, 원격 모니터링, 계량 등을 하는 머신비전, 그리고 협력로봇이나 다관절 로봇 등 다양한 형태의 로봇자동화(RPA) 등이 그런 것들이다. 이런 기술들은 8일부터 10일까지 열린 스마트팩토리오토메이션월드2021’에서 한 눈에 볼 수 있었다.

 

8일 코엑스에서 개막한 스마트팩토리오토메이션월드2021’에선 우선 작업의 효율성을 높이고 물류를 자동화하기 위한 로봇이 대거 선보였다. 이들은 AI알고리즘에 의해 설계된 후 와이파이 제어패드에 의해 작동하는 등 그 원리도 각기 다양하다.

 

먼저 와이파이로 연결되는 제어 패드에 의해 작동되며, 하나의 패드로 여러 대의 로봇을 제어하는 기술인 눈길을 끈다. 이는 자동화 로봇 공정에 적용할 수 있는 로봇 베이스, 스탠다드 그리퍼, 협동로봇이 결합된 제품이다. 온로봇 컴퓨트박스, 이와 연결된 로봇 컨트롤러, 툴플랜지 등의 하드웨어로 작동되는 것이다. 한 대기업은 기반 하중 25kg의 힘과 6축 토크센서의 물류 및 자동화공정용 로봇을 선보였다. 이는 공작기계에 소재를 삽입, 분류하거나 팔레트에 로딩하며, 물체를 핸들링 내지 이송, 적재하는 머신텐딩 작업에 능하다.

 

전시장에선 이른바 수평 다관절 로봇도 등장했다. 이는 마치 사람 동작과 흡사하게 로봇 베이스 자체가 Z축 상하운동을 하면서 유연하고 탄력적인 움직임을 보인다. 구부리거나 옆으로 돌리거나, 앉았다 일어서고 뒤돌아 서는 등의 동작을 자유자재로 해낸다. 이 밖에 수평면에서 빠르게 pick & place와 조립을 해내는 로봇, 고정밀, 고감성의 DD모터를 사용, 고도의 반복작업 정밀도를 구현하는 로봇 등도 선을 보였다.

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이번 전시회에선 작업장에 필요한 AIIoT를 이용한 검사기술과 원격 모니터링 또는 감지 기법을 포함한 머신비전도 대거 출시되었다. 이들은 인간의 육안 검증이나 공간적 거리를 초월한 기술로서, 스마트팩토리를 구축하기 위한 가장 우선적 장치다. 각종 하자나 훼손 부위, 결함 등을 감지하고, 이를 교정하거나 최적화하기 위한 기술이다.

 

이를 위해 신경망 네트워크 모델을 제조 시스템에 접목하기 위한 각종 장치나 프로그램이 대거 등장하고 있다. 한 업체 관계자는 머신 비전은 로봇 용접, 컨베이어, 정렬기와 같은 기계가 스스로 보고, 분석, 작동할 수 있도록 지원한다고 했다. 그중 딥러닝 버전 소프트웨어로서 이미지 해석용 딥러닝 모델을 생성할 수 있는 범용 SW도 눈길을 끌었다. 이는 사용자가 GUI상에서 이미지 데이터를 자유롭게 관리할 수 있으며, 자체 오토 딥 러닝알고리즘을 활용하여 노코드로 최적의 모델을 생성할 수 있다. 또 일단 생성된 모델을 실제로 공장이나 작업장에 적용할 수 있도록 한 API도 관심을 모았다. 이는 대규모 서버 PC부터 임베디드 프로세서까지 다양한 플랫폼을 지원하며, 각 플랫폼에 최적화된 인퍼런스를 제공한다는 설명이다.

 

조명과 색상을 이용한 머신비전 조명기술도 등장했다. 회사마다 기술 내용이 다소 다르지만, 대체로 카메라, 젠즈, 조명을 이용해 적절한 이미지를 획득한 후 그 이미지를 프로세서, SW가 목표한 작업에 적합하게 영상처리와 분석을 통해 특정 작업을 수행하는 방식이다. 이는 도장 표면과, 부품 조립위치, 부품 불량이나 누락 여부, 제품 정보, 안전과 보안 검사 등에도 널리 활용된다

 

이 밖에도 광학기술과 AI를 접목한 머신비전 조명기술을 선보였다. 이들은 카메라에 입력된 영상 신호를 샘플 단위로 정의된 비트(bit)로 디지털화하여 PC가 처리할 수 있는 신호로 바꿔주는 원리다. 이때 피사체의 이미지 신호를 CCD/CMOS 이미지 센서를 이용해 전기적인 신호로 바꿔주는 방식이다.

 

AIIoT검사감지, 원격 컨트롤러

 

이번 스마트팩토리오토메이션월드2021’에서 유독 눈길을 끄는 것은 작업장에 필요한 AIIoT를 이용한 검사기술과 원격 모니터링 또는 감지 기법이다. 이들은 인간의 육안 검증이나 공간적 거리를 초월한 기술로서, 스마트팩토리를 구축하기 위한 가장 우선적 장치로 주목받고 있다.

 

국내 최초 AI 유광제품 검사 솔루션을 표방하는 L사의 기술도 그 중 하나다. 회사측 설명에 따르면 이는 패턴 광학계와 자체 개발한 AI딥러닝 기술로서 육안으로 검사하는 것보다 훨씬 빠르고 정확한 검사를 할 수 있다.

 

무엇보다 패턴 조명과 AI딥러닝 기술을 접목한 점이 특징이다. 이를 통해 유광 제품 표면의 덴트(파인 홈)나 스크래치, 이물질 등 각종 결함을 정밀하게 검출해내고, 하자 가능성을 줄일 수 있다. 그래서 자동차 외관이나 생활가전, 휴대폰 케이스 등 다양한 유광제품에 쓰일 수 있는 기술이다.

 

특히 눈길을 끄는 것은 이를 위해 서둘러 AI를 도입할 경우 생기는 오류나 이상 징후 등에 대비한 ‘AI 데이터관리 시스템이다. 다시 말해 중소기업들까지 공정 기술의 일환으로 AI를 앞다퉈 도입하다보니 최적 성능은커녕, 오류가 반복되고 있는 현실에 대비한 치유 장치인 셈이다. 실제로 시간이 지나면서 여러 변수와 변곡점이 발생하고, 추가 학습을 제대로 진행하지 못함으로 인해 AI 성능이 저하되는 경우가 많다.

 

또 고사양의 PC와 특정 프로그램을 도입하다보니, 오로지 AI작업용 PC에서만 사용할 수 있게 되는 점도 문제다. 새롭게 생성된 AI모델을 사람이 직접 장비에 적용하느라 오히려 시간이 더 걸릴 수도 있고, 기업의 관리 능력을 벗어나는 빅데이터가 생성되고 학습됨으로써 한계에 달하는 경우도 많다. 이에 지속적인 AI성능을 개선하고, 생성된 최적의 모델을 각 디바이스에 자동으로 업데이트하며, AI모델별 성능 리포트를 제공해 프로젝트 단위별로 분석할 수 있게 하는 등 최적의 AI환경을 구축해준다는 얘기다.

 

이런 AI데이터관리 시스템과 결합된 각종 검사 장비들 역시 최적의 성능을 발휘한다는 설명이다. 고속으로 결함을 검출, 분류하고, (Gap)의 단차를 검사할 수 있고, 검출 결과 도식화를 통하 추적 관리를 할 수 있으며 비용이나 인건비를 절감하고 수율을 극대화할 수 있다는 등의 장점이 있다.

 

이런 메커니즘은 산업용 통합 방재시스템이나 모니터링 시스템에도 유용하다. G사가 개발한 기술에 따르면 실시간 공정과 생산설비에 대한 모니터링과 제어 시스템으로 스마트팩토리를 완성한다. 그 과정에서 디이털 통신기기와 음향과 영상 표시 및 위치 추적 기기, 아날로그 통신기기 등이 접합된 무선통신(와이파이, 지그비, 로라, 와이선 등)을 통해 고성능, 저비용의 산업용 원격 무선통신 환경을 매개로 한다.

 

스마트 센서도 날로 기술이 발달하고 있다. 이번 전시회에서도 각기 다양한 기술과 제품이 출시되어 눈길을 끌었다. 그 중에서도 수많은 장비를 한꺼번에 모두 연결시켜주는 프로그래밍을 구축할 수 있는 스마트센서가 대표적이다. 블루투스 또는 무선 네트워크를 통해 각종 제품이나 공정을 원격으로 모니터하고, 제어, 분석하는 기능이다.

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제조사마다 적용한 기술은 다소 차이가 있지만, 대체로 오픈소스 기반의 알고리즘을 활용한 경우가 많다. 알고리즘 라이브러리나 오픈소스 라이선스의 샘플 코드, 그리고 모든 시스템 구성 요소의 드라이버를 포함한 사실 등을 장점으로 내세우기도 한다. 또 안전한 데이터 프로토콜, 내장 충전식 리튬이온 배터리, 내장된 확장 보드를 통한 기능 확장, 표준 및 고급 사용자를 위한 API 등의 스펙을 내세운 경우가 많다.

 

앞서 G사의 경우는 “24시간 사용할 수 있어 단기간 개념 증명이나 장기간 프로젝트 모두에 자유럽게 적용할 수 있다면서 특히 다양한 MEMS(Micro-ElectroMechanical System) 센서 등 상태 모니터링도 가능하다고 차별점을 강조했다. MEMS미세 전자 기계시스템으로서 초소형의 고감도 센서다. 물리적, 화학적, 생물학적 감지를 통해 외부 환경에 대한 감시, 검출, 모니터링을 위한 도구로 활용돠고 있으며, 최근엔 스마트폰에도 많이 사용된다.

 

또 다른 G사는 유사한 기술을 바탕으로 적외선 온도계를 비롯, 혼입형 감지기, 가스감지기, 배전반 화재 감지기, 연기감지기 등 다양한 감지 장치를 선보여 관심을 끌기도 했다. 공구와 공작기계 전문 기업인 부쉬의 경우도 새로 디지털 기술을 접목한 감지 및 센서 기술을 대량으로 개발, 공개했다.

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이른바 BLE(블루투스 로우 에너지)를 통해 실시간으로 데이터를 확인할 수 있고, USB인터페이스를 통한 유선통신, 여러 가지 상황이나 문제를 하나의 디바이스로 분석할 수 있는 기능 등이 핵심이다. 또 프로그래밍이 불필요하기 때문에 손쉽게 사용할 수 있거나, 스트로밍이나 로깅, 이벤트 모드 등에 의한 다양한 데이터를 수집할 수 있도록 하는 등의 차별화 포인트를 내세우기도 한다.

 

이런 감지와 모니터링 기술은 스마트팩토리를 구축하기 위한 선결적 요소인 만큼 기술 발전의 속도도 빠르다. 보쉬의 한 관계자는 스마트 자동화에선 무엇보다 강력한 다중 센서 모니터링으로 안전하고 정확한 무인 시스템을 갖추는게 중요하다면서 거친 작업 환경에선 IoT나 고도화된 AI시스템이 접목된 첨단 머신 비전 기술은 스마트 팩토리의 상징과도 같은 기술로 자리잡을 것이라고 밝혔다.

 

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