베이커리 업계의 3D 비전 가이드 로봇

베이커리 업계의 3D 비전 가이드 로봇

 

어플리케이션

제과제빵 업계는 포장 분야의 생산 프로세스를 최적화하여 높은 위생 기준을 유지하면서 동시에 낮은 비용으로 다양한 제품을 생산하기 위해 노력하고 있습니다 . 바로 이러한 이유 때문에 핀란드의 맞춤형 턴키 로봇 공학 시스템 공급업체인 KINE Robotics 는 고도로 자동화된 기술 솔루션에 집중했습니다. 이 업체는 산업용 베이커리를 위해 OEM Finland와 협력하여 산업용 작업 로봇이 다양한 크기와 모양의 포장된 베이커리를 컨베이어 벨트에서 안전하게 잡아 운송 상자에 넣을 수 있도록 하는 컨베이어 추적 시스템을 개발했습니다.

로봇은 Basler blaze 3D ToF 카메라를 사용하여 컨베이어 위 포장물의 정확한 위치와 방향을 판단합니다. 개발 시간이 짧고 특별한 조명이 필요하지 않기 때문에 카메라는 안정적이고 경제적이며 비용 효율적인 시스템을 구축하는 기반이 되었습니다.

 

 

 

 

• 컨베이어 벨트 위의 각 포장물의 안정적인 식별 및 위치 감지를 지원하는 비전 시스템
• 운송 상자의 제과류를 포장하기 위한 제품 친화적인 그리퍼 솔루션이 탑재된 고정식 로봇 시스템
• 포장 라인 내에서 다양한 업체가 제조한 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어를 통합하여 효율적인 전체 시스템을 구현

비전 가이드 로봇 시스템은 다음과 같이 까다로운 문제점을 해결해야 합니다.

• 제품의 종류가 다양하고 제과류의 모양 및 크기가 서로 다르기 때문에 컨베이어 벨트에서 봉지의 위치와 방향을 판단하기가 어렵습니다.
• 투명 플라스틱 포장은 낮은 컨트래스트와 반사 때문에 광학 센서로 감지하기 어렵습니다.

 

솔루션

수작업으로 제과류를 피킹하던 기존 작업 방식이 3D 비전 가이드 로봇 솔루션으로 대체되어 시스템의 효율성이 높아지고 오류 발생 가능성이 낮아졌습니다.

3D ToF 카메라는 오브젝트의 표면을 300,000개 이상의 XYZ 좌표가 포함된 포인트 클라우드로 기록합니다.

이전에 포장된 제과 제품을 수동으로 피킹 및 배치하던 프로세스는 보다 빠르고 오류 발생 가능성이 낮은 프로세스를 위해 고성능 시스템으로 대체되었습니다. 시스템의 구성 요소는 컨베이어 속도를 극대화하기 위해 서로 동기화됩니다. 핵심 요소는 3D 카메라 기술이 적용된 비전 시스템으로, 2D 기술과 비해 빛, 색상 및 컨트래스트에 관계없이 포장물의 위치 및 방향을 정확하게 감지합니다.

로봇이 포장물을 잡기 전에, 컨베이어 벨트 위에 설치된 Basler blaze-101 3D 카메라는 ToF(Time-of-Flight) 방법을 사용하여 300,000개 이상의 XYZ 좌표가 포함된 포인트 클라우드로 표면을 기록합니다. Matrox Design Assistant X 소프트웨어는 포인트 클라우드를 깊이 맵으로 변환하고 이 맵은 2D 비전 도구를 통해 분석되어 로봇의 그립 포인트를 결정합니다. 로봇 자체의 형태는 4축으로 된 St ubli TS2-60 SCARA 로봇입니다.

Matrox Design Assistant X 비전 소프트웨어는 포인트 클라우드를 깊이 맵으로 변환하고 이 맵은 2D 비전 도구를 통해 분석되어 로봇의 그립 포인트를 결정합니다.

로봇은 TCP(전송 제어 프로토콜)를 통해 머신 비전의 피킹 좌표 정보와 컨베이어 벨트의 엔코더 신호 및 광학 트리거 센서를 결합하는 Stä ubli VALtrack 소프트웨어와 통신합니다. Basler 카메라와 Matrox 소프트웨어는 물론 모든 구성 요소사이의 원활한 상호 작용은 KINE Robotics가 이 시스템을 선택한 이유 중 하나였습니다.

다른 3D 기술과 비교할 때 ToF 기술이 적용된 blaze 카메라는 이러한 특정 측정 작업에 대해 안정적이고 비용 효율적인 솔루션입니다.

 

이점

“이 프로젝트는 최신 3D 기술의 이점을 보여주는 대표적인 예입니다. 기존의 컨트랜스트 기반 2D 분석 대신에 포장물은 위치와 방향을 기반으로 식별됩니다. 그 결과 애플리케이션이 훨씬 더 강력해지고 포장물 색상 변형에 영향을 덜 받게 됩니다” OEM Finland의 프로젝트 책임자인 Miikka Himanka가 덧붙입니다. Basler blaze를 사용할 경우 얻게 되는 기타 이점은 다음과 같습니다.

• Time-of-Flight 방법을 사용하여 최대 5mm 단위까지 정확하고 빛과 콘트라스트에 영향을 받지 않는 독립적인 3D 이미징
• 최대 30fps의 프레임 속도를 지원하여 움직이는 오브젝트에 적합
• 카메라에 이미 통합된 조명과 보정된 광학 장치 덕분에 하드웨어 설치 용이
• 공급업체 간 통신 프로토콜인 GigE Vision 및 GenICam(GenTL)을 사용하여 카메라의 시스템 통합 용이
• 확산 반사 및 밝은 표면을 효과적으로 감지
• 사람 눈에 보이지 않는 NIR(근적외선) 대역의 940nm 파장 스펙트럼으로 간섭 없는 작업
• 업계에서 검증되고 내구성이 뛰어난 IP67 하우징 보호 등급의 카메라 하드웨어

전체 컨베이어 추적 시스템은 포장 라인의 자동화 프로세스와 완벽한 조화를 이룹니다. KINE Robotics는 ToF 기술이 적용된 Basler blaze 카메라를 통해 추가 광원 없이 작업을 수행할 수 있었기 때문에 전체 시스템 비용을 낮추면서 경제적이고 빠른 시스템을 구축할 수 있었습니다. 이 추적 시스템은 수동 처리에 비해 오류 발생률을 낮추고 제품 처리량 및 예측 가능성을 높여줍니다. 그 결과 분당 25~30개의 포장물을 로봇 그립으로 처리할 수 있습니다.

"저는 ToF 카메라와 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 머신 비전과 관련된 전체 비용을 기존 카메라 및 조명 옵션에 비해 75%나 절감할 수 있었던 것으로 추정합니다. 3D 정보는 기존의 색상 및 컨트래스트 기반 감지 방법에서 제공하는 정보보다 확실히 우수합니다."

이 시스템은 뛰어난 유연성을 입증하고 있어 이미 추가 확장이 고려되고 있습니다. blaze 카메라는 품질 관리 부문의 결함 감지 작업에도 사용할 수 있습니다. 정보의 깊이를 증가시키기 위해 Basler ace 2D 카메라와 결합하는 것은 추가적인 RGB 색상 정보로 깊이 맵을 풍성하게 하는 또 다른 옵션입니다.

“Basler blaze 카메라는 이 애플리케이션을 위한 최고의 "기성" 3D 비전 솔루션이었습니다. 이 카메라에는 외부 광원이 필요하지 않으며 컨트래스트 및 색상에 영향을 받지 않고 작동합니다.”

Tero Urponen, KINE Robotics 의 프로젝트 책임자

 

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