[첨단 헬로티]
예측 유지보수, OPC 통합 아키텍처 및 퀀텀닷 기술 주목
기계기능, 가동중지시간(다운타임) 및 생산목표를 측정하여 공장의 성능을 보고하는 센서에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 빠르고 정확하며 일관된 품질데이터를 제공하는 센서에 대한 수요도 높아지고 있다. 한 업계 관계자는 “센서는 공장의 눈이다. 센서는 그 순간에 무슨 일이 일어나고 있는지 알려주므로 생산라인에 직접 가 있지 않더라도 생산상황에 대해 항상 알 수 있다. 이러한 오늘날 공장환경에서는 생산라인이 계속 작동하도록 유지하고 고객 요구사항을 충족하는 제품을 만들고 여러 응용프로그램을 수행하는 기계를 구현하는 것이 필수적”이라고 말한다.
이러한 요구에 부응하여 단일패키지 내에 센서와 여러 기능을 통합하고 있다. 예를 들어 한 업계 관계자는 “레이저 센서에는 유무감지 기능 외에도 거리출력을 포함한다”고 말했다. 센서가 근접성, 광전성 또는 광섬유를 처리하더라도, 다양한 기능은 물론 감지범위가 증가된 많은 센서들이 사용 가능하게 되었다. 오늘날의 센서는 그 기능과 지능이 계속 발전하여 더 작고 거친 환경에서도 처리능력이 발전하게 되었다.
IO-Link 및 예방 유지보수
4차 산업혁명이 도래함에 따라, 제조업체는 성능, 효율성 및 생산성을 향상시키기 위해 보다 연결되고 지능적인 머신을 위한 산업용 네트워크를 도입하고 있다. 보다 지능적인 센서를 이용하여 예측 유지보수가 가능하게 되었고, 문제를 예측 및 계획하게 되었다. 센서를 올바로 사용하면 예측 유지보수를 통해 다운타임을 줄일 수 있다. 예측진단을 활용하는 강력한 센서는 허위 센서신호를 줄이는데 도움이 된다.
특정 재료의 수요증가와 같은 제조환경이 변화함에 따라 유연성이 높은 센서에 대한 수요가 증가한다. 이러한 센서의 유연성은 더 다양한 물체를 감지할 수 있도록 감지범위가 길거나 배경을 억제하는 것과 같은 기술을 의미한다. 예측 유지보수가 가능하려면 제조업체는 빠른 실시간 조정 및 생산라인 재조정이 가능하도록 실시간 센서데이터를 많이 수집하는 것이 중요하다. 비교적 저렴하고 효과적인 개방형 통신 프로토콜인 IO-Link가 제격이다. IO-Link는 센서와 컨트롤러 간 확장이 가능하고 직접 통신이 가능하다.
한 업계 관계자는 “예측 유지보수를 위한 무선센서를 사용하면 진동, 온도, 전류 및 압력과 같은 특성을 모니터링하여 장비상태를 추적하고 경고 및 경보조건에 대한 임계값을 설정할 수 있다”고 설명한다. 그는 "IO-Link는 배선감소 및 표준화, 데이터 가용성 향상, 원격구성 및 모니터링, 간단한 장치교체 및 확장된 진단과 같이 변화하는 분야에도 유연하게 대응하는 수많은 장점을 가지고 있다"고 덧붙였다.
그에 따르면, IO-Link와 같은 기술을 통해 센서는 더 많은 데이터를 수집하고 조립라인에서 발생하는 상황을 정확하게 모니터링하며 문제를 식별하고 기계 성능을 유지할 수 있다. 명확한 물체감지 및 정밀측정 기능을 갖춘 특수센서가 이 분야에서 선두를 달리고 있다. 예를 들어, 특수센서는 과거에는 어려웠던 깨끗하고 검은 그리고 반짝이는 금속 표적을 확실하게 감지할 수 있다.
IoT가 이끄는 산업현장
물론 IO-Link 기능을 사용하려면 먼저 IoT에 적합해야 한다. 한 업계 관계자는 IoT는 센서 개발의 ‘거대한 추진력’으로 작용했으며, 제조업체는 중요한 성능 및 생산데이터에 대해 액세스를 할 수 있게 되어 운영에 대한 더 큰 가시성이 가능하게 되었다. 제조업체는 센서를 통해 문제를 해결하고 추세를 파악하며 데이터 중심으로 더 나은 의사결정을 내릴 수 있게 되었다.
기계는 플랜트-센서 수준까지 연결되어 예측 유지보수 추세를 따를 수 있게 되었다. 또한 IoT로 인해 또한 여러 센서기능이 단일 패키지로 동기화되었다.
한 업계 관계자는 “IoT로 인해 센서제조업체들은 센서에 더 많은 지능을 추가하고 구성가능한 기능을 포함시키고 있다”며 “IO-link와 같은 IoT 플랫폼을 사용하여 센서로부터 제품 구성, 알람 데이터를 가져와 데이터를 사용할 수 있게 되었다”고 설명했다.
예를 들어, 이전에는 유무만을 등록하는데 사용되던 근접센서는 이제 지능을 추가하여 IO-Link를 통해 내부온도를 제공할 수 있게 되었다.
OPC 통합 아키텍처
IoT를 통해 비전센서는 무수한 기술과 연결될 수 있으므로 상호운용성 표준이 필수적이다.
한 업계 관계자는 “기계-대-기계 통신을 위해 개발된 산업상호 운용성 표준인 OPC UA (OPC 통합 아키텍처)를 흥미로운 개발이라고 생각한다”고 말했다. 이 분야는 유럽 최대의 기계공업산업협회인 VDMA를 포함하여 전 세계의 모든 주요 머신비전 무역협회가 표준을 채택하여 표준이 실행하도록 크게 기여하였다.
그는 “OPC UA는 고급센서 기술과 딥러닝과 같은 트렌드와 결합하여 머신비전 기술을 포인트 솔루션에서 산업세계와 실제세계를 연결하는 브리지(bridge)로 전환하는데 기여하였다”며 “현재 이 브리지는 ‘현대 기업의 주요 데이터 소스’인 비전시스템 및 ID 리더의 형태로 발전하였다라”고 말한다.
센서 자체도 데이터를 위한 브리지이다. 클라우드 기반 시스템은 센서를 사용하여 공장현장에서 정보를 가져와 클라우드 기반 스토리지로 전송한다. 이 오프사이트 스토리지를 통해 제조업체는 센서 세부정보를 원격으로 수집하여(예: 센서를 재구성, 교체 또는 재프로그래밍의 필요성 확인) 센서장치가 액세스할 수 없는 위치에 있는 경우 사용하기 편리하다.
퀀텀닷 기술
한 업계 관계자는 퀀텀닷 기술 기반의 이미징 센서가 유망하다고 말한다. CMOS와 SWIR 기술을 혼합한 센서는 빛을 전하로 변환하는데 매우 효율적인 퀀텀닷 기술을 사용하여 비용을 줄이고 속도와 해상도를 높였다.
SWIR 이미징에 중점을 둔 퀀텀닷 센서와 카메라는 이미 시장에 나와 있지만 퀀텀닷 기술은 결국 추가 광 스펙트럼 형태로 센서시장을 선도할 것이다. 표준 CMOS 이미저(imager)에서 가능한 것보다 더 넓은 스펙트럼 반응을 갖는 단일 센서; 특정 응용분야에 맞는 맞춤형 다중 스펙트럼 반응 가능성에 대해 한 업계 관계자는 말한다.
고해상도 카메라
한 업계관계자는 CMOS 분야가 발전함에 따라 해상도는 증가하고 픽셀크기는 감소했다고 말한다. 그는 “고성능 이미징에 더 적합한 고해상도 센서를 사용하면 종횡비가 넓은 센서와 같은 차별화 요소가 가능해서 자율주행차량에 사용될 수 있을 것"이라고 말한다.
또한 그는 “머신비전이 고해상도와 보다 지능적인 카메라를 수용함에 따라 공장 내외부에서 새로운 자동화된 솔루션이 가능해 질 것”이라며 “이 솔루션으로 인해 공장운영은 스마트폰 조작만큼이나 단순해져 향후 엔지니어링 요구사항 및 관련 비용을 크게 줄어들 것”이라고 설명했다.
따라서 Cognex는 최대 12메가 픽셀 해상도의 스마트 카메라에 대한 관심이 높아질 것으로 전망하고 있다. 한 업계 관계자는 "고해상도 센서는 자동차엔진을 검사하는 단일 스마트 카메라가 고정밀 검사를 하면서 2백만 또는 5백만 픽셀 스마트 카메라의 몇 대에 해당하는 작업을 수행할 수 있음을 의미한다"고 말했다.
HDR
최신 HDR(High Dynamic Range: 밝고 어두운 부분이 모두 잘 나오게 하는 기능)과 이미지 처리기술을 이용하여 스마트카메라는 조명이 균일하지 않는 넓은 물체의 여러 영역을 검사할 수 있다. 한 업계관계자는 "과거에는 조명차이가 있으면 결함으로 오인되거나 조명 차이가 나타나지 않았다"며 "오늘날 HDR-plus는 조명차이의 영향을 줄여서 몇 년 전만 해도 머신비전 기술이 할 수 없었던 까다로운 환경에서 응용프로그램을 사용할 수 있게 되었다"고 말했다.
그는 고급 스마트카메라가 FPGA에서 또는 제조 후 구성하는 집적 회로에서 HDR-plus기술을 실행하여 프레임속도로 획득한 이미지의 품질을 향상시키는 반면, 보완센서 기술로 인해(예를 들어 ToF센서) 거리기반 동적 초점 또는 자동초점이 가능하게 되었다.
또한 그는 프레임속도로 동적 자동초점을 가능하게 하는 도구로 Cognex의 고성능 통합 토치(HPIT) 이미지 형성 시스템과 고속 액체렌즈기술을 언급한다. 그는 “패키지와 제품 크기가 크게 다르고 카메라가 다양한 초점 범위에 빠르게 적응해야 하는 고속터널분류 및 창고관리와 같은 응용프로그램을 위해 최신 ID 리더기는 HPIT 기능을 통합하고 있다”라고 설명한다.
