비전 시스템(Vision System)은 오랫동안 비용과 복잡성이 단점으로 지적되어 왔다.

이를 해결하기 위해 Beckhoff 및 B&R( 비앤드알산업자동화 )과 같은 업체는 제어와 비전을 통합하는 노력을 전개해오면서, 비전 업계에 새로운 기술 트렌드를 열었다.

통합형비전 의 최대 장점은 비전 시스템 프로그래밍의 단순화로 인해 통합 프로세스를 단순화 시킨다는 점이다. Beckhoff의 TwinCAT Vision은 PLC, 모션 제어, 로봇 공학, 고급 측정 기술, IoT(사물 인터넷), HMI 및 머신 비전 등 광범위한 기계 기능을 모두 제어 플랫폼에 통합한다는 점에서, 기존 머신 비전 업체들과는 차별화된 기술영역을 보여주고 있다.

Beckhoff와 B&R, 이 두 업체가 전개해 나가는 통합형 비전 기술을 통해, 머신 비전 업계에 가져올 변화를 점쳐 본다.

 

<기획·취재/최교식 기자 cks@engnews.co.kr>

 

 

 

비전을 자동화 시스템에 통합하는 프로세스가 여전히 복잡한 작업으로 남아 있던 문제를 해결하기 위해 Beckhoff는 2018년 ‘SPS/IPC/Drives 전시회’에서 선보인 TwinCAT Vision 소프트웨어의 출시와 함께, PC 기반 제어 시스템에 이미지 처리 기능을 통합했다.

 

Beckhoff, PLC·모션 제어·로봇 공학·고급 측정 기술·IoT·HMI 및 머신 비전 등 광범위한 기계 기능을 모두 제어 플랫폼에 통합

 

Beckhoff Korea는 올해 2월 개최된 ‘SEMICON KOREA 2024’에서 자동화에 완벽히 통합된 머신 비전 데모를 선보였다.

이 새로운 소프트웨어는 PLC, 모션 제어, 로봇 공학, 고급 측정 기술, IoT(사물 인터넷), HMI 및 머신 비전 등 광범위한 기계 기능을 모두 엔드 투 엔드 엔지니어링 및 제어 플랫폼에 통합한다는 점에서 업계에 새로운 바람을 일으켰다. 이러한 통합을 통해 TwinCAT Vision은 타사에서 개발하는 별도의 비전 솔루션을 필요로 하지 않으며, 다른 자동화 작업과의 일관된 실시간 동기화 또는 고급 추적 솔루션의 지원을 통해 기계 제작에서 방대한 혁신 잠재력을 열어 준다.

Beckhof Korea 백경현 과장은 “Beckhoff 비전 솔루션은 EtherCAT 범용 필드버스 인터페이스를 활용하여 브랜드에 독립적인 프로토콜을 사용함으로써, 범용성을 보장하면서도, 하드웨어와 소프트웨어 일치에 따른 동기화를 구현했다는 점이 장점이다. 또한 머신 비전과 TwinCAT 소프트웨어의 통합, 또는 TwinCAT 소프트웨어 내 머신 비전 기능의 통합을 통해 사용자는 머신 비전과의 동기화뿐만 아니라, TwinCAT이 제공하는 확장성을 머신 비전에 적용할 수 있어 더 많은 이점을 얻을 수 있다”고 피력한다.

Beckhoff는 TwinCAT Vision ( 트윈캣비전 )을 통해 이미지 처리 로직을 코딩하기 위한 특수 도구나 프로그래밍 언어의 필요성을 제거함으로써, 비전 시스템 통합 프로세스를 단순화 시켰다. 친숙한 PLC 프로그래밍 언어를 사용해 머신 비전 어플리케이션을 PLC에서 생성할 수 있도록 함으로써 이러한 단순화를 달성했다. 즉, PLC 프로그래머는 이제 외부 전문가의 지원 없이 머신 비전 어플리케이션을 직접 만들 수 있다는 커다란 이점을 얻게 된 것이다.

제어 및 비전을 TwinCAT Vision에 통합함으로써 소프트웨어는 TwinCAT PLC에서 불러올 수 있는 이미지 처리 기능 및 기능 블록 라이브러리와 함께 PLC 기능의 형태로 필요한 이미지 처리 기능을 제공할 수 있다. Beckhoff는 TwinCAT의 유연한 런타임 시스템이 이러한 기능과 기능 블록을 실시간으로 실행할 수 있다고 설명한다.

GigE Vision을 준수하는 거의 모든 종류의 카메라가 TwinCAT Vision으로 작동할 수 있으며, TwinCAT Engineering에서 구성한 표준 카메라 인터페이스를 통해 여러 대의 카메라가 병렬로 작동하도록 만들 수 있다. 또한 카메라는 엔지니어링 환경에서 또는 런타임 시스템의 중간 프로세스에서 직접 보정할 수 있다.

또한 TwinCAT Vision 소프트웨어는 비전 시스템의 통합으로 인해 종종 발생하는 네트워크 대역폭 문제를 해결한다. Beckhoff는 TwinCAT Vision이 기술 통합을 통해 이미지 처리와 제어 어플리케이션 간의 통신 문제를 피할 수 있을 뿐만 아니라 처리 시간 및 데이터 전송 속도에 대한 운영 체제의 영향으로 인해 발생하는 것과 같은 외부 요인도 완화한다고 설명한다. 이 소프트웨어는 이미지 처리 및 제어 구성 요소가 서로 직접 통신할 수 있도록 하기 때문에 이를 수행할 수 있다. Beckhoff는 이미지 처리가 PLC와 동일한 실시간 수준에서 작동하기 때문에 응답 시간이 단축되고, 결과적으로 기계가 더 빠르고 효율적으로 작동할 수 있다고 강조한다.

 

B&R, 2017년 ‘SPS IPC Drives’에서 자동화 시스템에 완벽하게 통합될 수 있는 이미지 프로세싱 솔루션 소개

 

한편, B&R은 지난 2017년, ‘SPS IPC Drives’에서 자동화 시스템에 완벽하게 통합될 수 있는 세계 최초의 이미지 프로세싱 솔루션을 소개했다. 이 솔루션은 카메라, 소프트웨어 및 조명 액세서리로 구성됐다.

이 솔루션의 핵심은 다양한 지능형 카메라 기술이다. 하단의 옵션은 단순한 머신 비전 센서를 대체하는 반면, 최상급의 옵션은 고급 스마트 카메라의 잠재력을 최대한 활용한다. 기성 소프트웨어 구성 요소를 사용하여 최소한의 새로운 프로그래밍으로 응용 프로그램을 만들 수 있다.

조명 요소는 카메라에 통합되어 있거나, 외부 장치로 사용되거나, 이 둘의 조합으로 사용할 수 있다. 고속 이미지 캡처를 위한 매우 정밀한 동기화와 명시야 또는 암시야 조명과 같은 물체별 기능을 쉽게 구현할 수 있다. 이미지 트리거 및 조명 제어는 자동화 시스템의 나머지 부분과 실시간 및 마이크로초 미만의 정밀도로 동기화할 수 있다.

B&R의 머신 비전 시스템은 엔지니어링 툴, 실시간 운영 시스템 및 어플리케이션 소프트웨어 등 모든 레벨에 통합되어 있다. 자동화의 모든 측면을 위한 단일 개발 환경을 통해 제어 엔지니어는 이제 많은 머신 비전 작업을 스스로 구현할 수 있다.

B&R Korea 서승철 부장은 “비전 솔루션을 자동화 시스템에 통합하면 마이크로초 단위의 정확한 동기화가 가능해져, 특히 고속으로 움직이는 생산라인에서도 매우 정확한 품질 관리가 가능하다. 이러한 통합은 고속 및 고정밀이 필요한 자동차, 제약, 전자 산업에서 특히 중요하다. B&R의 통합 비전 시스템은 하드웨어와 소프트웨어가 하나로 통합되어 있어, 엔지니어들이 여러 도구를 사용하는 대신 하나의 엔지니어링 도구로 모든 작업을 관리할 수 있게 한다. 이를 통해 개발 시간과 유지보수 비용이 절감되고, 시스템의 복잡성을 줄일 수 있다. 따라서 운영 효율성이 크게 향상된다”고 말한다.

또 “이미지 처리를 기계 제어 환경에 통합하면 사용자는 실시간으로 품질 관리를 수행할 수 있으며, 기계가 작동 중 발생하는 미세한 결함을 즉시 감지하고 처리할 수 있다. 이는 제품의 품질을 높이고, 불량품을 줄이는 데 중요한 역할을 한다”고 역설한다.

 

B&R  지능형카메라 는 자동화 시스템과 완벽하게 통합되어, 고정밀 동기화를 통해 고속 생산 환경에서도 정확한 이미지 처리를 수행한다.

 

AI 강화 머신 비전

 

Beckhoff는 OCR 기능을 위한 TwinCAT3 Vision OCR, TF7260 및 데이터 분석을 위한 머신 러닝 알고리즘에 활용할 수 있는 TwinCAT3 Vision Machine Learning, TF7800 등의 패키지를 제공하고 있다.

이러한 비전 솔루션에 대한 패키지들은 비전 전문가가 아닌 일반 PLC 및 PC 엔지니어들에게 머신 비전 기능을 효과적으로 사용할 수 있게 지원하고 있다.

B&R은 지난해 하반기, 자사의 스마트 카메라 포트폴리오에 딥 러닝 기능을 추가했다. 이 프로젝트에서 나온 첫 번째 제품은 딥러닝 기반 광학 문자 인식(OCR) 기능이다. 이 심층적인 OCR은 인식하기 어려운 글꼴에서도 빠른 읽기 속도를 달성한다. 또한, 머신 비전 소프트웨어 전문업체인 MVTec 및 AI 프로세서 전문업체인 Hailo와의 협력을 통해 B&R 카메라는 딥 러닝 알고리즘과 관련된 전력 소비 문제를 해결하는 효율적인 엣지 디바이스로 자리매김했다. MVTec과의 협력을 통해 기계 제조업체는 사용 가능한 최고 성능의 비전 기능을 선택할 수 있다.

B&R Korea 서 부장은 “B&R은 머신 비전 시스템에 딥러닝 기술을 적극적으로 도입하여, 품질 관리와 결함 감지 작업의 효율성을 극대화하는 데 중점을 두고 있다. 딥러닝 기반의 OCR(광학 문자 인식)은 훈련이나 복잡한 매개변수 설정 없이도 정확하게 동작하며, 복잡한 문자나 저품질 이미지도 신뢰성 있게 인식할 수 있다. 또한, 딥러닝 기반의 이상 감지 기능은 표면 결함이나 미세한 불량을 자동으로 탐지하여 제조업의 생산성을 높이고 불량률을 감소시킨다. 이러한 기술은 AI 전문가 없이도 사용 가능하도록 설계되었으며, 스마트 팩토리의 구현을 위한 핵심 요소로 작용하고 있다”고 말한다.

 

 

제조업, 자동차, 전자 제품, 의료 기기 등 다양한 산업에서 높은 수요 예상

 

Beckhoff 코리아는 자사의 기존 고객사인 이차전지, 가공기 장비사와 함께 검사비전을 개발 및 적용 중에 있는 것으로 밝히고 있다. 또한, 기존 협력사를 통해 포장 제조 전문업체에 TwinCAT PLC, 모션, 비전을 적용한 이젝터를 구성해 납품한 이력이 있는 것으로 알려졌다.

또 B&R Korea 서 부장은 “B&R의 Vision 비즈니스는 지속적인 성장을 보이고 있으며, 특히 스마트 팩토리와 자동화 시스템의 수요 증가에 힘입어 성과가 두드러진다. B&R은 딥러닝 기반의 비전 솔루션을 통해 다양한 산업에 고성능, 고정밀 비전 시스템을 제공하여 고객사의 생산성과 품질을 향상시키고 있다. 이러한 기술은 특히 OCR과 결함 감지 기능에서 탁월한 성과를 보이며, 불량품 감소와 생산성 증대에 기여하고 있다”고 밝히고 있다.

서 부장은 또 “통합형 Vision 시스템의 수요는 자동화 및 디지털화의 가속화와 함께 지속적으로 증가할 전망이다. B&R의 통합형 Vision은 고속 처리와 정밀성이 요구되는 산업에서 핵심적인 기술로 자리잡고 있으며, 특히 제조업, 자동차, 전자 제품, 의료 기기 등 다양한 산업에서 높은 수요가 예상된다. 딥러닝 기반의 기능을 통합한 머신 비전 시스템은 품질 검사 및 결함 감지의 신뢰성을 높이고, 다양한 애플리케이션에서 유연하게 적용될 수 있어 시장에서 그 필요성이 커지고 있다​”라고 말한다.

 

향후 머신 비전 기술은 AI와 딥 러닝의 적용, 고속 처리의 강화, 유연한 시스템 통합을 중심으로 발전할 것

 

이와 함께 Beckhoff Korea 백 과장은 “산업용 장비는 단순한 제어를 넘어서, 직접 보고, 판단하고, 데이터를 학습하여, 행동하는 형태로 진화 중이다. 이에 발맞추어, Beckhoff는 TwinCAT PLC, 모션, 비전 그리고 머신 러닝 솔루션을 지속적으로 출시하고 있다”고 밝혔다.

또, B&R Korea 서 부장은 “향후 머신 비전 기술은 AI와 딥 러닝의 적용, 고속 처리의 강화, 유연한 시스템 통합을 중심으로 발전할 것으로 보인다. 딥러닝 기반의 기술은 복잡한 결함 감지 및 OCR 작업을 더욱 정밀하게 수행할 수 있으며, 고속 처리 능력의 발전은 실시간 생산라인 모니터링과 품질 검사의 신뢰도를 높일 것이다. 또한, 머신 비전 시스템은 더욱 모듈화되고 유연해져 다양한 산업과 어플리케이션에서 쉽게 적용될 수 있을 것으로 전망된다. 이러한 기술 발전은 스마트 팩토리 구축에도 중요한 역할을 할 것이다​”이라고 의견을 피력하고, “B&R은 AI 전문가 없이도 비전 시스템을 사용할 수 있도록 편리한 솔루션을 제공하여, 진입 장벽을 낮추고 더 많은 고객층을 확보하는 데 주력하고 있다​”라고 밝혔다.