자동차 전장 부품 및 기술 동향
자료제공: 유지현 과장
코그넥스 코리아 / www.cognex.com
코그넥스(Cognex)의 In-Sight 5110과 함께 DataMan 7500, DataMan 100 ID 판독기를 배포함으로써 독일의 Borg Warner Turbo Systems는 터보차저 생산 공정의 품질 관리를 새로운 방향으로 개선했다. Cognex ID 판독기(DataMan 7500 및 DataMan 100)를 사용하는 주된 목적인 구성품의 개별 코드를 식별한다는 목적 아래 추적 기능 프로젝트를 구현했을 때 생산 공정과 그 이상에서 완벽한 추적 기능을 달성할 수 있었다.
완벽한 부품 추적 성능을 위한 최상의 혼합, Cognex ID 판독기
350만 가지 제품 추적
매년 약 350만 대의 터보차저가 BorgWarner Turbo Systems 생산 공장에서 출하된다. 2,000명 이상의 직원이 제품, 시장, 개발을 지원 및 담당하고 있습니다. 2006년 초기, 먼저 혁신 전문가 팀이 코어 어셈블리 코딩을 사용하여 데이터를 추적한다는 목표 아래 데이터 추적 프로젝트를 착수한다. 코어 어셈블리는 터보차저의 최초 생산 상태로, 나머지 모든 구성품이 탑재되어 있습니다. 터보차저는 거의 모든 다른 기술, 특히 자동차 분야보다 디젤 엔진을 개선한 소규모 발전소이다. 최고 온도 1050 °C, 압력 3 bar에 노출시키는 완벽한 생산 품질이 필수적이다. 프로젝트의 목적 중 하나는 Cognex ID 판독기(DataMan 7500 및 DataMan 100)를 사용하여 구성품의 개별 코드를 식별하는 것이다. 몇 번의 테스트를 실시한 후, 구성품을 쉽고 빠르게 코딩하기 위해 2D 매트릭스 코드가 인쇄된 접착 레이블을 사용하기로 결정했습니다. 또한 더럽혀진 뒤에서 코드를 쉽게 읽을 수 있다.
비용 절감 추적 기능
부품 조립의 첫 단계부터 최종 검사까지 전 과정에서 모든 중요한 생산 매개 변수가 탐지 및 검사되고, 향후 처리를 위해 BorgWarner의 중앙 데이터베이스에 결과가 저장된다. 이러한 방법으로 생산에서 오류를 최소화할 뿐만 아니라, 결함이 탐지될 경우에 터보차저의 데이터 내역으로 생산 조건을 재구성함으로써 향후 자동차 제조업체에 의해 야기될 논쟁을 방지하고 조사 대상을 최소 품목으로 제한할 수 있다. 마찬가지로 이전 단계에서 이미 수집된 데이터를 사용한 일관된 검증이 오류 방지에 기여하므로 데이터 추적 시스템이 사전 대응적 도구가 될 수 있다. 이는 자동차 공급업체에게 상당한 비용 절감 효과를 가져다준다.
어떤 단계에서든 모든 코드 읽기
PC가 모든 워크스테이션에 설치되어 있고, 각 스테이션에서 운전자는 DataMan 7500을 사용하여 코드를 스캔한다. 스캔한 데이터는 현재 코어 어셈블리로 정확히 할당된다. 데이터 시스템이 작업 단계와 검사 기준을 지정하고, 작업이 끝난 후 구성품의 승인 여부를 결정한다. 다른 지점에서는 DataMan 100이 작업 균형을 검사하여 터보차저의 중앙 집중적 작동 가능성을 확인한다.
열악한 생산 환경에도 적용 가능
마지막으로 고객 분류에 따라 터보차저 등급 플레이트에 데이터 매트릭스 코드를 표시한다. 1초도 채 안되는 짧은 시간에 Cognex In-Sight 5110이 데이터 매트릭스 코드의 상태를 테스트하여 생산 과정에서 열에 의해 접착 레이블이 파손된 후에도 탐지된 설정 및 어셈블리 값이 제조한지 몇 년이 경과된 후에도 데이터베이스를 통해 터보차저 번호와 계속 연결될 수 있도록 지원한다.
비전 시스템, 자동차 부품공급업체가 주요 품질 이점을 확보하고 인건비를 절감할 수 있도록 지원
자동차 부품공급업체에서 생산하는 트랜스미션 제어 모듈(TCM)은 차량의 성능에 있어 필수적인 요소로, 조립 라인에서 전달된 각 장치의 기계적인 완전성을 검증하기 위해서는 100% 검사가 필요하다. 수동 검사만으로는 완벽한 정확성을 보장할 수 없기 때문에 공급업체는 수동 검사에 만족하지 않았다. 공급업체의 철학은 단 하나의 불량 부품이라도 완전히 제거하는 것이다. 또한 공급업체는 향후 문제가 발생할 경우를 대비하여 각각의 부품이 검사를 통과했음을 나타내는 증빙 자료를 제공해줄 것을 원했다.
자동차 부품공급업체는 Universal Instruments와 협력하여 경제적인 비용으로 100% 품질을 제공하는 자동화 솔루션을 개발하였다. 고객은 이미 개별 구성부품 수준에서 추적 기능을 제공할 수 있도록 레이저 마킹 시스템을 사용하기로 결정했다. 이 애플리케이션에서 Universal이 가진 문제점은 팰릿의 1D 바코드와 제품상의 2D 데이터 매트릭스 코드, 텍스트를 판독하고 기계적인 완전성 보장을 위해 제품의 출력 및 신호 포트를 검사하는 것이었다. 이러한 모든 공정은 단시간 내에 제한된 공간에서 수행되어야 했다.
Universal Instruments의 제품 관리 및 솔루션 통합 부문 이사인 Francois Caudrillier는 "이 애플리케이션에는 극히 광범위하면서도 도전적인 비전 작업이 수반됩니다."라면서, "이와 같이 매우 까다로운 문제를 충족할 수 있는 3가지의 비전 시스템을 찾는 것은 어려운 일이 아닐 것입니다. 하지만 서로 다른 3개의 시스템을 사용할 경우 솔루션의 복잡성과 비용이 크게 증가할 것입니다. 또 3개의 기존 비전 시스템을 비좁은 하나의 공간에 설치하는 것은 물리적으로도 불가능할 것입니다. Cognex In-Sight짋5100C(사진은 이전 버전이나, 검사 스테이션은 이전 모델의 Cognex 비전 시스템을 사용한 것과 유사함)는 이러한 문제에 대한 해결책을 제시해주었습니다. 이 시스템은 2D 데이터 매트릭스 코드를 판독하고 광학문자인식을 비롯한 차원 검사를 수행할 수 있습니다. 애플리케이션의 요구 사항을 모두 충족하는 단일 비전 시스템을 채택함으로써 단 하나의 프로그래밍 환경에서 작업하고 전체 프로젝트에서 단일 인터페이스를 사용할 수 있었기 때문에 시간과 비용을 모두 절감할 수 있었습니다"고 설명했다.
그는 이어, "Cognex는 이 애플리케이션에서 우수한 지원을 제공하였습니다"라면서, "우리가 Cognex로 제품 샘플을 보내면 해당 애플리케이션에 적합한 렌즈 및 조명 솔루션을 정의할 수 있도록 도움을 받았습니다. 이러한 지원을 통해 회사 엔지니어들이 프로젝트의 다른 측면을 작업할 수 있는 시간적인 여유를 확보할 수 있었습니다"고 말했다. Universal Instruments에서 개발한 솔루션에는 1500mm 너비의 Polaris Junior 어셈블리 셀이 사용됩니다. Polaris Junior 셀은 리드 나사에 의해 구동되고 0.0004인치의 반복 가능성을 갖춘 Galil 모션 카드에 의해 제어되는 3축 겐트리를 특징으로 합니다. Omron 프로그램 가능 논리 컨트롤러(PLC)는 검사 작업의 위치와 순서를 정의한다.
새로운 검사 시스템은 수동 검사와 상대적으로 정확도에 있어 추가적인 개선 사항을 제공한다. 모든 자동차 부품공급업체는 고객에게 단 하나의 불량 부품이 납품될 때의 위험을 인식하고 있으며, 수동 검사 시 지속적인 오류의 위험이 있다는 점을 잘 알고 있다. 이러한 자동차 부품공급업체는 실제로 오류 가능성을 없애기 위해 각 구성부품에 대한 100% 자동화 검사를 확보하기 위해 필요한 조치를 취한다. 또한 머신비전은 수동 검사의 필요를 없앰으로써 추가적인 비용 절감의 이점을 제공한다. 공급업체는 계속해서 고객의 기대치 이상을 충족하기 위해 향후 머신비전의 사용을 확대할 계획이다.
이태리의 자동차 제조사 Cabi사는 높은 프로필의 자동차 고객을 위한 엔진 모터를 생산하기 때문에 제품의 안정성과 품질 보증에 있어서 어떤 실수든지 허용하지 않는다. 이 기준은 이 업계에서 가장 중요하게 여겨지게 되었기 때문에, 각 제품을 완전하게 추적하는 기능은 필수적이다. Cabi사는 각 제품을 확실히 추적하기 위하여 각 제품의 표면에 DPM(직접부품마킹)을 사용하는 Technifor사를 선택하였다. Cabi사는 Cognex의 Checker와 In-Sight 비전 시스템을 사용하여 생산공정에서 불량발생의 위험을 없애고 생산의 각 공정에서 마킹된 코드를 판독하고 검사하고 있다.
높은 프로필: 높은 기준
Cabi사의 생산 공장에는 다양한 작업 구역이 있다. 각 구역은 특정 고객 전용으로 지정되어있다. 각 제품에는 그 고객을 나타내는 특정한 그래픽 상징이 있다. 모든 생산 절차에서 시작부터 불량이 방지되기 때문에 그러한 고객별 개별 생산이 가능한 것이다. 또한 고객 별 부품인식기능(client identification)뿐만 아니라, 2D 코드로 각 제품에 대한 추적이 보장된다.
이러한 이중의 부품인식기능은 Checker™로 기호를 검출하는 첫 단계와 In-Sight짋로 코드 검증과 판독을 수행하는 두 번째 단계로 이루어진다. 혁신적인 비전 센서 Checker는 레이저를 사용하여 2D코드로 제품이 마킹되기 전에 각 기호의 존재 유무를 탐지하는데 사용된다. Cabi사는 이전에 비전 센서를 사용한 적이 없었다. 그런데 기존의 시스템은 코드를 검증하거나 그 존재 여부를 확인하지 못하는 것으로 판명되었기 때문에 Cabi사는 Technifor와 Cognex의 조언을 구했다.
Technifor의 임무는 각 모터 생산 중에 코드를 마킹하고 판독해야 하는 것이었다. 그들은 각 제품의 표면에 2D 코드를 표시하는 레이저 마킹 공정을 사용했다. 고속, 산업 환경에서 이러한 종류의 판독과 검증을 수행하려면 강력하고 고성능 솔루션이 필요하다. Cognex In-Sight 비전 시스템이 각 코드가 판독되고, 검증되고 기록되어야 하는 지점에 배치되었다. 각 제어 지점에서 각 제품에 대한 정확한 추적 정보가 유지될 수 있도록 각각의 생산 검사가 기록된다. 이 자세한 정보는 고객사의 작업에 연동되어있는 데이터베이스에 자동으로 입력된다. 이 지점에서 코드가 판독되고, 검증되고 검사된다는 사실이 그 결과와 함께 데이터베이스로 기록된다.
다중작업(multi-tasking): Cognex 비전 솔루션은 모든 종류의 한계를 극복합니다
제조환경의 특성과 애플리케이션의 어려운 상황 때문에 머신 비전이 유일한 솔루션이었다. Checker는 각 제품 위의 기호의 존재 유무를 확인하는데 사용되므로 적합한 제품에 적합한 코드가 마킹되었는지 확인한다.
Checker는 생산 중 불량을 탐지하는 새로운 방법을 제공하는 Cognex의 혁신적이고 저비용 고효율의 새로운 센서이다. 본 애플리케이션의 레이저 마킹에 기술적인 제약이 있었기 때문에 강력한 비전 시스템을 설치해야 했다. 본 공정은 매우 효율적이고 내구성이 강해서 채택되었지만, 낮은 대비(low contrast)와 표면반사의 문제를 극복하여 코드를 100%를 판독할 수 있는 고성능 비전 솔루션을 필요로 했다.
ID Max 소프트웨어가 설치된 Cognex In-Sight 카메라는 데이터 수집 작업도 지원할 수 있을 뿐만 아니라 코드의 검증과 판독 기능도 신뢰성 높은 유일한 수단임이 입증되었다. In-Sight 비전 시스템은 가장 까다로운 환경에조차 높은 성능을 발휘한다. 진보된 소프트웨어 툴로 인쇄 품질이나 표면의 특성과 상관없이 1D 와 2D 및 RSS, CS, DateMatrix 코드를 판독할 수 있다. In-Sight ID 판독기의 코드 판독 기능인 ID Max는 저품질의 코드를 판독하고, 추적하며 검증할 뿐만 아니라 처리도 할 수 있다.
경쟁력있는 기술: Cabi사의 머신 비전 불량 방지 생산 공정
Cabi사는 Cognex의 비전 시스템의 고성능의 기능 덕분에 고객들의 요구사항을 만족시킬 수 있게 되었다. Cabi사에서 출고되는 각 제품은 Cognex 비전 시스템에 기초한 Technifor의 "마킹과 판독"기능으로 "생산에서부터 폐기"까지 추적될 수 있다. Cabi사는 현재 전 생산공정이 시종일관 제어되고 검사되고 기록된다는 사실을 고객에게 보장해줄 수 있다. 그들은 또한 각 제품이 완벽하게 추적될 수 있고 정확하게 검사되었다는 것을 입증할 수 있다. 앞선 기술 중 최고의 기술을 이용하여, Cabi사는 경쟁력을 유지면서 자사 고객들에게 그 가치를 제공하고 있다.
비전 시스템 솔루션은 "pick and place" 애플리케이션을 더욱 유연하게 합니다
자동차 산업의 매연 먼지 필터 제조사인 독일의 Engelhard Technologie사는 In-Sight 비전 센서를 사용하여 생산 라인의 효율성을 제고하고 있다.
Engelhard Technologie GmbH사는 Nienburg 공장의 생산 공정 중에 로봇을 사용하여 재료를 처리한다. 자동차 산업용 매연 먼지 필터 제조를 최적화하기 위하여, 자사의 로봇 제조사인 Staubli사의 조언에 따라서 세계적 전문가인 Cognex사의 비전 시스템을 설치하기로 했다. 그에 따라 12월까지 비전 시스템이 설치되었고, In-Sight Explorer의 효율적인 개발 환경 덕분에 4주 내에 'pick-and-place' 비전이 장착된 로봇 솔루션이 설치되어 운영되고 있다.
비전 = 정확성 = 효율적인 로봇 애플리케이션
세라믹 필터는 Firing 공정 후에 즉시 자동으로 컨베이어로, 그 다음에는 로봇 셀로 이동된다. 각각의 매연 필터 제품은 매우 미세한 차이가 있을 뿐이지만, 비전 시스템의 필터 처리과정에는 여전히 신뢰성이 요구된다.
로봇 셀에 사용되는 In-Sight 5100 비전 센서는 25개의 다양한 필터의 다양한 형태들 중에서 각각의 개별적인 모양을 인식하고 또 정확한 위치를 파악해야 한다. 이 각도는 로봇에 정밀한 데이터로 제공되며 2D 코드를 동일 지점에서 판독하기 때문에 정확해야만 한다. 본 애플리케이션의 큰 장점은 PatMax 소프트웨어의 일부로서 In-Sight에 통합된 비전 툴이다. 이 툴들은 기하학 중심의 물체 인식을 사용하여 운영된다. 이를 통해 99.9%의 정확성의 목표를 설정할 수 있게 되었다.
In-Sight 비전 센서는 정확한 위치 데이터로 로봇을 지시한다. 그 후 선별된 세라믹 필터는 로봇에 의해 컨베이어 벨트에 놓이고 포장(packaging) 스테이션으로 이동된다.
빠르고 유연한 구성
Engelhard Technologie GmbH사의 프로젝트 실행 책임자인 Thomas Wente씨는 "프로젝트를 빠르고 신뢰성 있게 실행하는 것도 매우 중요하다고 여겼지만, 필요에 따라 운영자들이 공정을 변경할 수 있기를 원했습니다." In-Sight 비전 시스템은 구성 및 설치와 조직이 쉽기 때문에 모든 공정에 적용 시 빠르게 적응할 수 있을 뿐만 아니라 프로젝트 설치를 앞당기며 프로젝트 작업을 매우 유연하게 한다.
비전을 사용한 컬러 탐지
매연 필터를 포장하는 것과 같은 추가적인 제어 작업에 적용하는 것 또한 가능했다. In-Sight 5100C 컬러 비전 센서를 사용하여 각 필터에 녹색 품질 라벨의 존재 유무와 카드보드 상자가 표시된 제품의 수를 담고 있는지 확인한다. 포장된 제품의 수를 지속적으로 확인하며 실제로 생산된 수를 비교함으로써 불량품의 수를 파악할 수 있다. 생산 라인에서 Cognex사의 전문가의 지원으로 불과 2일 만에 제어 작업 설치를 함으로써 간단한 운영자 인터페이스의 혜택을 구현하는 또 하나의 예를 보여주었다.
확장 가능한 개발 환경
초기부터 비전 시스템을 생산 라인에 추가하기로 계획했었다. Windows 환경에 기초한 사용 편리한 운영 플랫폼을 사용하여 Vision 태스크를 완료하는 시간을 절감하고 각 애플리케이션별 솔루션이 가능해졌다. 초기 셋업 시간과 비용을 절약한 In-Sight Explorer 개발 환경을 사용하여 작업이 바로 시작되었다. 운영자들은 In-Sight Explorer 사용 방법을 빠르게 습득하여 Vision 개발 시간을 절약하면서 기능적인 시스템의 유연성과 회사의 생산 네트워크에 통합시키는 기반을 제공했다. 또 다른 In-Sight는 기존의 로봇 셀에 통합되었으며 두 개의 추가 비전 센서가 두 번째와 마지막 로봇셀의 설치를 제어한다.
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