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Locator Studio - 간단한 3D 피킹(Picking) 어플리케이션을 위한 새로운 방법 평평한 바닥 위의 움직이는 물체를 집는 정도의 간단한 작업을 자동화하고 싶으신가요? 이정도 난이도의 작업을 위한 것이라면 세밀한 경로설정 및 알고리즘까지 갖춘 bin picking solution까지 필요하지 않습니다. 로봇 주위에 높은 벽이나 이동 시 충돌위험 없는 평평한 표면 위에서 물체를 집는 것이라면 최신 3D비젼을 적용한 간단한 솔루션 만으로도 해결할 수 있습니다. 이렇게 간단한 솔루션을 적용하면 더 빠르게 작업할 수 있고, 보정과 설정도 쉬워지고 기능을 단순화 할 수 있는 등의 장점이 있습니다. 자동화된 bin picking은 관련된 복잡성 때문에 매우 어려운 기술적 과제로 여겨집니다. "눈 앞의 성배" (Holy Grail in sight)라고 불리기도 하죠. 우리는 여러분이 가장 까다로워하는 bin picking 어플리케이션을 완벽히 숙달할 수 있도록 심혈을 기울여 강력한 로봇지능 솔루션을 개발했습니다. 바로 Bin Picking Studio 입니다. 그러나 매번 bin picking solution처럼 정교하고 복잡한 솔루션이 필요한 것은 아닙니다. 때론 기초적이고 간단한 시스템만으로도 충분히 해결할 수 있는 어플리케이션이 있죠. 높은 난이도의 bin picking 어플리케이션을 위한 복잡한 솔루션은 꽤 많지만, 오히려 빠르게 물체 위치를 파악하고 충돌 없는 피킹(picking)을 위한 간단한 시스템은 없었습니다. 이 때문에 Photoneo는 간단한 어플리케이션을 위한 3D picking 도구인 Locator Studio를 개발했습니다. 이 새로운 Locator Studio는 기존의 검증된 기술적 원리를 토대로 작동하지만 단순성은 기존 bin picking solution보다 빠른 속도, 손쉬운 보정과 구성 및 작동, 특별한 기술이 없어도 손쉽게 사용할 수 있는 등의 많은 이점을 제공합니다. Locator Studio의 주요 장점을 요약하면 다음과 같습니다. * 충돌 없는 환경에서 매우 빠르고 간단한 3D 피킹(picking) * 물체 바로 위 혹은 로봇 팔에 부착된 Phoxi 3D 스캐너나 MotionsCam-3D를 통한 빠른 스캐닝 속도와 우수한 품질의 3D 포인트 클라우드 제공 * 웹을 통한 간편한 캘리브레이션과 설정 * 이전 물체를 picking하는 동안 다음 물체를 단 한 번의 스캔으로 CAD기반의 강력한 위치 데이터 제공 * TCP/IP를 통한 대부분의 모든 로봇 시스템과의 빠른 통합 고성능의 Bin Picking Studio와 간단한 Locator Studio와의 차이점을 더 잘 이해하고 싶다면 아래의 표를 참고하세요. Applications - Locator Studio를 사용할 조건과 환경 Locator Studio는 충돌 없는 환경에서 특정방향으로 이동하는 물체를 집어야 하는 모든 상황에서 사용할 수 있도록 기존 2D나 2.5D application을 업그레이드 합니다. 충돌 없는 환경이란 쟁반, 에어캡, 얕은 통, 정지 및 이동하는 컨베이어 벨트나 랙과 같이 충돌 위험이 없는 평평한 표면을 말합니다. Picking 외 지원하는 application으로는 조립이나 나사 고정, 정밀한 부품의 배치를 위한 delayering, destacking, deracking 또는 부품의 위치 확인 등이 있습니다. Locator Studio는 Phoxi 3D 스캐너 및 MotionCam-3D와 함께 사용할 수 있습니다. 또한 사용자 선호도와 application 상황에 맞게 직접 비전장비를 보정할 수 있습니다. 시스템이 picking하는 방향이나 벡터를 정의할 수 있는 기능이 기본제공되어 추가작업 없이도 원하는 순서나 방향대로 부품을 선택할 수 있다는 점 또한 큰 장점입니다. 기술 호환성 Locator Studio는 TCP/IP 프로토콜을 통해 모든 장치와 통신하므로 이더넷만 있으면 사용할 수 있습니다. 개방된 프로토콜이 철저하게 문서화되어 있기 때문에 모든 로봇 브랜드나 산업용 조작기와 통합할 수 있으며, 이를 통해 Locator Studio는 진정한 만능 스튜디오가 됩니다. TCP/IP 인터페이스는 임의의 컨트롤러나 사용자 설정이 되어있는 PC 또는 PLC와 같은 중간 장비를 통해 비전 컨트롤러와 로봇 컨트롤러를 연결해줍니다. 이것은 새로운 기능입니다. 이전 방식은 스캐너를 비전 컨트롤러와 연결하고 비전 컨트롤러를 로봇 컨트롤러에 연결하는 것이었습니다. Bin Picking Studio가 6축 로봇만 지원하는 데 반해 Locator Studio는 호환성에 제한이 없습니다. Locator Studio는 더 유연하고 보편적인 SCARA, DELTA 또는 팔레트 로봇과 같이 높은 자유도를 가진 고관절 로봇이나 7축 시스템에서 사용할 수 있습니다. 작동 방식 Bin Picking Studio와 마찬가지로 Locator Studio도 두 가지 방법으로 보정(Calibration)할 수 있습니다: 1) 일반적으로 통(bin)위에 있는 로봇 셀의 고정된 위치에 스캐너를 장작하는 외부 보정방식 2) 로봇 팔(arm)에 스캐너를 직접 장착한 상태에서 사용자의 손과 눈으로 보정하는 방식 외부 보정 시 사전에 측정된 크기의 볼을 로봇 팔(arm)의 끝점 또는 그리퍼(gripper)에 부착하여 사용합니다. 손과 눈으로 보정하는 것은 패턴이 있는 보정 보드를 사용합니다. 보정 프로세스는 로봇이 특정 자세를 취한 상태에서 스캐너가 보정 볼이나 보드를 볼 수 있는 여러 지점을 추가하는 것으로 구성됩니다. 사용자는 Locator Studio의 웹 GUI를 통해 보정 지점을 추가할 수 있습니다. 또한 각 자세마다 로봇의 TCP정보를 제공해야 합니다. 반자동 보정을 선택하면 TCP정보도 제공하는 전용 로봇 호출을 통해 로봇이 직접 포인트를 추가합니다. 필요한 만큼의 포인트를 추가한 후 보정 정확도와 매트릭스가 계산되어 비전시스템에 저장됩니다. 이렇게 보정에 성공하면 물체를 피킹(picking)할 준비를 마칩니다. 로봇이 물체의 위치정보를 요청하는 것으로 프로세스가 시작하는데, 이 요청에 따라 비전시스템은 스캔을 수행하며 스캔은 Vision Controller에서 직접 포인트 클라우드로 처리됩니다. 이후 실시간으로 CAD데이터로 변환되어 각 물체의 위치는 X,Y,Z좌표의 형태로 이더넷을 통해 전송됩니다. 스마트 메모리기능과 다양한 형태의 그리퍼(gripper)덕분에 시스템은 여러 모양의 부품의 위치를 확인하고 동시에 피킹(picking)할 수 있게 되었습니다. 이 기능은 기존의 bin picking solution에서는 찾을 수 없던 것입니다. Locator Studio 1.0.0버전은 주로 vacuum이나 magnetic gripper를 고려하여 디자인되었기 때문에 충돌회피 기능을 제공하지 않으므로 기계적으로 gripper와 부품의 충돌을 방지할 수 없습니다. 또한 Locator Studio는 기존의 전통적인 picking 기술로 작동되는데, 이는 새로운 프로그래밍 언어를 배울 필요가 없다는 것을 의미합니다. 하지만 많은 프로세스가 로봇 쪽에서 실행된다는 점에서 사용자가 로봇 프로그래밍에 대한 지식이 있다면 활용면에서 시너지 효과는 매우 클 것입니다.
2023.09.06그림 1: AT 3D센서는 캔 뚜껑의 곡률을 스캔하고 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성합니다. (사진제공 AT - Automation Technology) 한 글로벌 음료 제조업체는 음료 충전 및 뚜껑 밀봉 과정에서 발생하는 캔 뚜껑의 곡률 결함으로 인한 공정 중 가동 정지 시간을 줄이고 품질 관리 개선을 위해 캔 압력 검사가 필요했습니다. 이러한 가동 중지 시간을 없애고 공정을 최적화하여 생산량을 늘리기 위해 제조업체는 캔 압력을 검사하는 어플리케이션을 개발하려고 했습니다. 하지만 문제는 3D 스캐너를 사용하여 컨베이어 벨트에서 최대 속도로 이동하고 있는 캔의 압력을 바로 검사하는 것이었습니다. AT – Automation Technology(독일 Bad Oldesloe, www.automationtechnology.de) 및 EVT – Eye Vision Technology (독일 Karlsruhe, www.evt-web.com)는 이와 같은 어플리케이션에 대한 3D 솔루션을 제공해 드리고 있습니다. 과정 소비자가 음료가 들어 있는 캔을 열면 음료가 탄산이든 아니든 간에 쉬익 소리가 납니다. 그 쉬익 소리는 그냥 나는 것이 아닙니다. 이 소리를 통해 캔이 적정한 충전량과 충전 압력으로 채워져 있는지를 확인 할 수 있습니다. 충전 기계는 이 과정을 매일 수천 번 수행합니다. 소비자가 캔을 열 때 쉬익 하는 소리가 들리지 않으면 무언가 이상하다고 생각 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 적정한 충전량과 충전 압력을 유지 하는 것은 매우 중요 합니다. AT와 EVT는 캔음료를 검사하는 어플리케이션을 만들었습니다. 24시간 작동하며 초당 40개의 캔(분당 2,400캔), 하루 350만개의 캔을 스캔 할 수 있습니다. AT/EVT 솔루션을 적용하기 전에 음료 제조업체는 one-point 센서(한 점의 높이를 측정)를 사용하여 캔을 검사했지만 원하는 결과를 얻지 못했습니다. One-point 센서가 너무 부정확하여 결국 너무 많은 불량품이 발생했습니다. 당시 EVT는 이미 라벨 위치 검사, 캔의 목 검사 또는 스크래치 검사와 같은 2D 검사를 이 공장에 공급 중인 업체였습니다. 제조업체는 EVT가 3D 솔루션도 제공한다는 사실을 듣고 캔 압력 검사용 어플리케이션을 개발하게 되었습니다. 해결책 이 어플리케이션을 위해서 AT사의 C5-CS 3D센서와 EVT사의 소프트웨어를 사용 하였으며 소프트웨어는 현장의 검사 시스템에 연결된 리눅스 컴퓨터에 설치 되었습니다. 데이터는 GigE 인터페이스를 통해 전송됩니다. 제조업체는 압력을 제어하기 위해서 캔을 운반하는 컨베이어 벨트에 트래커를 장착했습니다. 이 트래커는 캔의 위치를 실시간으로 추적하며 AT의 3D센서인 C5-2040CS23-100에 신호를 전달합니다. AT 3D센서는 캔 상단 면의 높이, 형상을 스캔하여 3D 포인트 클라우드 데이터를 생성합니다. 그런 다음 EVT 소프트웨어는 이 포인트 클라우드 데이터를 사용하여 높이, 형상 값을 확인하고 캔의 압력이 높은지, 낮은지를 검사합니다. 그렇게 3D 포인트 클라우드 데이터를 이용한 캔의 압력 검사 시스템이 완성 되었습니다. 그림 2: EVT 소프트웨어는 포인트 클라우드 데이터를 이용하여 곡률을 확인하고 캔에 과압 또는 저압이 있는지 검사합니다. 먼저 항상 같은 위치에 있는 캔의 테두리를 기준으로 잡고 캔 상단에서 가장 높은 위치에 있는 캔마개의 위치를 가지고 캔 상단 면의 불룩함 정도를 측정 합니다. 캔에는 최소 150μ의 압력이 있어야 하며 100μ 미만이면 압력이 너무 낮으므로 캔을 불량으로 처리해야 합니다. 이 측정에는 허용 오차가 있으며 캔 곡률 값이 이 허용 오차를 벗어나는 즉시 컨베이어 벨트 측면에 부착된 노즐에서 압축 공기로 캔이 배출됩니다. 위 검사가 정상적으로 동작하는지 확인하기 위해 하루에 한 캔은 표면 마감 불량으로 인한 불량 처리가 되는지 확인합니다. AT는 프로파일 당 2,048포인트의 해상도와 초당 25,000 프로파일의 속도 때문에 이 어플리케이션에 C5-2040CS-23-100을 사용하기로 결정했습니다. 센서는 100mm의 X축 FOV를 가지고 있어 센서가 컨베이어 벨트의 캔 위치 변화에도 유연하게 반응할 수 있습니다. 그리고 이 센서는 GenICam 호환 카메라이기 때문에 소프트웨어는 GenICam을 통해 카메라를 제어하고 포인트 클라우드 데이터를 획득한 다음 소프트웨어가 이 포인트 클라우드 데이터를 처리 및 검사합니다. EVT 소프트웨어는 3D 검사 도구가 있는 EYE Vision Standard 소프트웨어로 구성됩니다. 이 어플리케이션에서는 조명 설치 공간 확보부터 시작하여 여러 가지 조명에 관련된 문제를 생각할 필요가 없었습니다. 그 이유는 AT 3D 센서는 카메라와 레이저가 일체형이며 컴팩트 하기 때문 입니다. 그리고 레이저 광을 사용한 프로파일 측정은 매우 견고하며 주변 빛의 간섭이 없기 때문 입니다.
2022.10.31머신비전 3D 검사의 종류 안녕하세요? 화인스텍 마케팅 팀 입니다. 화인스텍 블로그를 찾아주셔서 감사합니다. 3D 머신비전-3D 검사의 종류에 대해 포스팅하겠습니다. 3D 머신비전-3D 검사 제품이 많이 나와있습니다. 그렇다면 어떤 방식으로 검사하는지 알아보시죠. <사진 1> 크게 위와 같이 나뉘게 됩니다. 1. CMM (Coordinate Measuring Machine) - 접촉식 첨부된 동영상과 같이 접촉식 3D 검사 방법입니다. 특징 Probe 센서를 물체에 직접 닿게 하여 측정하는 방식 제조업에 오래전부터 이용한 방식 장점 비접촉식에 비해 이물 영향 적음 정밀하고 신뢰성 있는 데이터 대상 물체의 모든 방향 측정 가능 단점 Object의 민감도에 따라 이물, 변형, 파괴 등의 문제 야기 초소형 물체 측정 불가 측정 속도가 매우 느림 2. 광 삼각법 (Light Triangulation) <사진 1> 3D 머신비전-3D 검사 광삼각법 - Automation Technology MCS-1280 특징 보편적으로 사용하는 방식 레이저가 물체에 반사되어 Camera 센서에 노출된 Laser Profile Data를 이용 장점 단순한 광학 조건 (일체형 3D 스캐너) 빠른 측정 속도 단점 Object 재질에 민감함 카메라 또는 물체가 이동 또는 회전해야 함. 3. 공초점 (Confocal) <사진 2> 3D 머신비전-3D 검사 공초점 (Confocal) 방식 특징 광원으로부터 대상과 초점이 맞지 않는 빛은 제거하고 초점이 일치하는 빛만 데이터로 취득 장점 정밀한 높이 및 두께 측정 가능 단점 너무너무너무 느린 취득 속도 4. 모아레 패턴 투영 (Moire) 특징 모아레 패턴(줄무늬)를 이용하여 형상 측정 각 패턴의 형태를 삼각 측정 방식을 이용하여 3D 정보 추출 장점 면적으로 스캔 가능 고속 동작 단점 분해능의 한계 (비용의 증가) 5. ToF (Time of Flight) <사진 4> IFM 3D 카메라 O3D303 <이미지출처 : https://www.ifm.com/kr/ko/product/O3D303?tab=information> 특징 빛을 물체 표면에 조사하여, 빛이 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리 계산 한 개의 Pixel에 2개의 Receptor가 존재 <사진5> TOF Image 장점 대형 대상체 측정에 용이 고속 동작 단점 높음 전력 소모 빛 간섭 영향 낮은 높이 분해능의 한계 머신비전 3D 검사의 종류에 대해 알아봤습니다. 어떠신가요? 이해가 잘 되셨기를 바라며, 이번 포스팅은 마치겠습니다.
2022.05.193D 기본 교육 - 기본 용어 정리 안녕하세요 화인스텍 마케팅 팀입니다. 화인스텍 블로그를 찾아주셔서 감사합니다. 오늘은 머신비전 3D 검사 기본 용어에 대해 포스팅하겠습니다. 1. 데카르트 좌표 머신비전 3D 검사를 볼 때 가장 기본인 좌표입니다. 데카르트 3D 좌표계라고 하는데 이름은 어렵지만 아래 이미지와 같이 AutoCad 는 물론 3D Tool에서 항상 보던 그 녀석입니다. <사진 1> 데카르트 좌표 X, Y, Z 축의 하나의 점으로 표현하여 위치를 나타냅니다. 2. Depth Map(Height Map, Range Map, 깊이 맵) 이미지의 각 픽셀에 세 번째 좌표가 Gray value로 표현된 2D 이미지입니다. 픽셀 값은 물리적 높이 값이 아닌, 광 삼각 측량의 레이저 라인 프로파일의 변위를 나타내고 Calibration 단계를 거쳐 Point Cloud, ZMap으로 변환하는데 사용됩니다. Depth Map은 아래와 같은 이미지입니다. <사진 2> Depth Map Image 3. Point Cloud Data(PCD) 스캔 된 객체를 나타내는 3D 점 좌표의 집합이라고 생각하시면 됩니다. 3D Processing에 사용됩니다. <사진 3> Point Cloud Data(PCD) 4. Mash 3D Point Cloud Data 점들을 연결하여 3D 표현으로 만드는 표현방식입니다. 단어 그대로 그물망처럼 점을 이어 표현하는 방식입니다. <사진 4> Point Cloud Data 와 Mash 표현 5. ZMap 3D 데이터 표현 방식 중 다른 방식입니다. 2.5D Image라고 부르기도 합니다. 메트릭 및 Calibration이 적용된 이미지이며, 픽셀 값에 물리적 높이 값이 적용되어 있습니다. ZMap에서는 우리가 일반적으로 사용하는 2D Processing 가능합니다. <사진 5> ZMap 6. LLE(Line Laser Extraction) 카메라 센서로 획득된 레이저 프로파일로 Depth Map을 생성할 수 있습니다. LLE 알고리즘에 따라 정확도가 달라질 수 있는 점은 숙지하셔야 합니다. <사진 6> LLE 생성 과정 아래 EURESYS에서 출시한 Coaxlink LLE Framegrabber에 알고리즘이 탑재되어 있습니다. <사진 7> EURESYS Coaxlink Quad 3D-LLE CoaxPress Interface Camera만 있다면 3D Camera처럼 사용이 가능합니다. 무료 소프트웨어 #머신비전 3D 무료소프트웨어 를 소개해 드릴까 합니다. 1. ImageJ Software 간단한 이미지 분석이 가능한 무료 소프트웨어이며, 16Bit Image View 가 가능합니다. 실제로 3D Depth Map Image는 16Bit 이미지로 윈도 기본 뷰어에서는 제대로 보이지 않습니다. <사진 8> ImageJ 이미지 뷰어 차이 2. CloudCompare Software 3D 포인트 클라우드 데이터 프로세싱 무료 소프트웨어입니다. 3D (Point Cloud Data) 확장자 : .PCD .PLY .CSV .XYZ … 등 지원을 합니다. <사진 9> CloudCompare Software CloudCompare는 3D 포인트 클라우드 프로세싱 소프트웨어입니다. 3D 포인트 클라우드 데이터를 편집하고 랜더링하기 위한 기본 도구 세트를 제공하며 통계 계산, 색상, 거리 측정, 리샘플링 등의 고급 기능도 제공하는 소프트웨어입니다. 오픈소스 프로젝트이며 무료 소프트웨어이기 때문에 누구나 사용할 수 있습니다. 머신비전 3D 검사 기본 용어에 대해 살펴봤습니다. 도움이 되셨길 바라며, 다음 포스팅 때 뵙겠습니다.
2022.05.17