Leica의 레이저 스캐너 BLK 360

레이저 스캐너 개발 요건은 상당히 까다롭다. 하지만 측정 기술 전문가와 정밀 메커니즘 전문가의 협력으로 복잡한 과제를 짧은 시간에 해결할 수 있었다.

클라우스폴라트(Klaus Vollrath), 자유 기고가 / 감수: 라이카 지오시스템즈 코리아 마케팅부 김민경 과장

일반적으로 첨단 제품의 개발 프로젝트는 선행 모델에 비해 비교적 크지 않은 개선을 목표로 한다. 스위스 초정밀 측량/측정장비 제조사 Leica Geosystems의 레이저 스캐너 BLK 360은 이른바 와해성(기존의 특성과 전혀 다른 차별화된) 제품이다. 이 제품은 시장 표준을 훨씬 뛰어넘는 특성을 조합했기 때문이다. 이처럼 완전히 새로운 개념의 측정기를 성공적으로 구현하기 위해서는 기계 정밀 가공 업체인 Polymeca도 크게 한몫을 하였다.

개발 팀의 과제는 측정(측량) 기술자가 아니어도 조작할 수 있는 레이저 스캐너를 제작하는 것이다.

“이번 프로젝트의 목표는 새로운 사용자 그룹이 이 환상적인 기술을 사용할 수 있도록 새로운 유형의 레이저 스캐너를 개발하는 것이었습니다.”(시몬 마크, Leica Geosystems AG 전략적 개발 리더) 레이저 스캐너는 수십 년 전부터 다양한 영역에서 사용되고 있으며, 레이저 펄스를 이용하여 주변을 스캔하고 펄스 전송 시간과 수신 시간으로부터 측정 포인트의 정확한 좌표를 산출한다. 높은 해상도의 점군(포인트 클라우드) 형태로 공간과 물체를 광범위하게 파악할 수 있다. 또한 정교한 소프트웨어를 이용하여 컴퓨터에서 3D 이미지를 생성하고, 다양한 용도로 이용할 수 있다. 하지만 지금까지 시장에서 이용할 수 있는 장비들은 가격대가 매우 높게 형성되고, 운반하기가 까다로우며, 특별히 교육을 받아야 이용할 수 있었다. Leica 개발 팀은 현재 기술에 비해 비약적 도약이라 할 수 있는 와해성 수준의 개선을 요청받았다. 새로 개발해야 할 레이저 시스템은 작고 가벼우며 버튼 클릭으로 쉽게 작동이 가능하고, 공간 좌표 외에 컬러 이미지 정보와 적외선 정보를 제공하면서, 기존에 시장에 있는 다른 제품들보다 훨씬 저렴해야 했다. 그리고 역시 중요한 것으로, 기존의 Leica Geosystems의 품질 요건을 완전히 충족해야 했다.

Polymeca는 수십 년 전부터 산업 분야의 기업들을 위한 고객 맞춤 정밀 기계 장치를 제조하고 있었다.

요건 가운데 하나는 스캐너가 이미지 정보는 물론 적외선 데이터도 제공할 수 있어야 한다.

“처음에 10명이 채 안 되던 팀은 개발을 진행하면서 한때 40명까지 늘었습니다.”(시몬 마크) 개발 팀은 전자, 광학, 기계, 이미지 처리, 소프트웨어, 생산 계획 또는 공급 체인 관리 등 다양한 분야의 전문가들로 구성되었다. 이들의 적극적인 참여로 팀원들은 매우 복잡한 이 작업을 1년 6개월이 안 되는 기간에 전체적으로 마칠 수 있었다. 2016년 11월에 예고한 후 2017년 상반기에 첫 번째 납품이 이루어졌다. 중앙이 분리된 돔 형태의 작고 취급하기 편한 이 시스템은 무게가 1kg에 불과하며, 삼각대를 사용하거나 직접 받침에 세워 사용하고, 버튼을 한 번 눌러 시작할 수 있다. 이후 전체 측정 시퀀스는 전자동으로 진행되며, 데이터는 태블릿에 저장한 후 가공하거나 확인할 수 있다. 도달 범위는 60m이고 측정 정확도는 10mm 당 ±4mm이며, 측정 속도는 초 당 360,000 포인트이다. 전체 공간을 3분 만에 빠짐없이 포착할 수 있고, 모든 측정 포인트에 컬러 정보와 적외선 정보가 할당된다. 이로 통해 가상 현실 어플리케이션 등에 사용하도록 공간 좌표를 이미지 정보와 연결할 수 있다. 적외선 카메라 덕분에 부분적으로는 표면 아래를 지나가는 라인도 감지할 수 있다. 이 장치는 건축, 터널 건설, 영화 제작, 인테리어 설비 또는 공장의 기존 설치물 사이에 추가 장비를 설치해야 하는 공장 설계자로부터 큰 호응을 받았다. “이 장치의 결정적인 구성 요소에는 섀시 또는 돔형 하우징과 같이 기계적으로 가공되는 금속 요소입니다.”(하인츠 슈타우브, Polymeca 마케팅 매니저) 제품 개발 과정에서 Leica Geosystems 팀과 긴밀한 협력이 이루어졌다. 지금은 두 업체는 협력 관계가 되었지만, Polymeca는 납품업체로 채택되기 전에 결정적인 선택 절차를 통과해야 했다. Polymeca가 낙점된 요인은 Polymeca가 모회사인 Hexagon 안팎의 선도적인 기업들과 수십 년간 협력하면서 얻은 광범위한 경험과 특수한 노하우였다. Polymeca는 기계 가공의 최고 정밀도 측면과 표면 마감 부문에서 이미 확고한 자리를 차지하고 있었다.

개발 프로젝트를 성공적으로 이행하기 위해서는 측정 기술 전문가들과 컴포넌트 전문가들 사이의 협력이 필요하다.

본질적인 플러스 요소는 운반, 취급 및 시험 절차를 포함하는 이 모든 것이 원스톱으로 가능하여 여러 하청업체가 결부된 번거로운 납품 체인을 구성할 필요가 없다는 점이었다. Polymeca는 자체 연구실과 기술 장비로 개발 프로세스가 빠르고, 디자인 팀의 요건에 맞춰 복잡한 프로세스 솔루션을 구상하고 최적화하여 검증할 수 있었다. 이러한 원스톱 숍 능력은 다른 정밀 가공 시장에서는 거의 찾아보기 힘들다.

자석 장착 배터리함 덮개는 진동이 없으며 정교한 감쇠 메커니즘을 보장한다.

“정밀성에 대한 예시로는 카메라 모듈이 장착된 돔형 쉘을 들 수 있습니다.”(하인츠슈타우브) 카메라 모듈은 다양한 각도로 하우징 내에 배치되며, 이미지를 중첩하여 소프트웨어를 통해 형성되는 픽셀 데이터를 레이저 스캐너와 IR 센서 적외선 데이터의 거리 정보와 결합한다. 이를 위해 15 메가픽셀 카메라의 배치뿐만 아니라 컬러 특성과 관련해서 공통으로 보정해야 한다. 이를 위한 전제 조건으로 관련 보조 광원과 IR 카메라를 포함하여 카메라의 극도로 정확하고 장시간 안정적인 배치가 필요하다. 이 쉘 및 배터리함 덮개와 같은 다른 금속성 요소들은 Polymeca가 가공하여 표면 처리한다. 이어서 부속 부품, 카메라 장비 및 센서 장비를 포함하는 전체 서브시스템과 관련 전자 장치를 완전히 조립하고 테스트한 후 바로 장착할 수 있는 상태로 납품한다. 카메라 장비의 특별한 기능 중 하나는 HDR (High Dynamic Range) 모드이다. 이 모드에서 매우 다양한 감광도 설정으로 여러 장의 사진을 빠르게 연속적으로 촬영한다. 해당 이미지 정보 계산으로 비트 단위로 정보 깊이가 훨씬 깊은 이미지를 생성하여 밝기가 크게 변하는 경우에도 노출 과다 또는 노출 부족을 피할 수 있다.

레이저 스캐너의 기술적 특성 외에 장비 표면의 촉각과 시각적 요건을 충족해야 한다.

“이 장비 개발에서 외관과 표면 촉감도 중요한 요소 가운데 하나였습니다.”(시몬 마크) 가격은 저렴하지만 스캐너가 Leica Geosystems의 고급스러운 브랜드 가치를 충족해야 한다는 데에 큰 의미를 두었다. 만질 때마다 지문이 찍히는 양극 산화 코팅은 처음부터 고려 대상이 아니었다. Polymeca는 이 장치를 위해 완전히 특수한 표면 처리 기술과 표면 구조를 개발하였고 자사 제품의 코팅도 개발하고 자체 시스템으로 코팅 처리하기 때문에, 이 표면 구조는 코팅과 조합되어 벨벳 느낌의 매끈한 무광 블랙 표면을 이루어, 미적으로도 높은 기준을 충족하고 청소하기도 용이했다. 장치에 고유의 강점을 부여하는 기술 개발은 경험이 풍부한 Polymeca에게도 큰 도전이었다. 까다로운 요건을 완전히 충족할 때까지 광범위한 시험과 일련의 테스트가 필요했다. 제시된 요건이 얼마나 엄격하였는지, 돔형 하우징 하단부 측면에 위치하는 배터리함의 곡선 덮개가 표면 구조 면에서도 정확하게 하우징의 다른 부분과 촉각적으로 일치해야 한다는 점에서 알 수 있다.

고급스러운 표면 마감은 이번 개발 프로젝트의 중요한 측면 가운데 하나이다.

“Polymeca의 선택이 옳았습니다. 협력이 진행되면서 Polymeca 직원들은 이번 개발 작업에 상당히 기여하고 많은 아이디어를 내면서 역량을 갖춘 파트너임을 입증하였습니다.”(시몬 마크) Polymeca는 이번 프로젝트에서 기계적 가공, 측정 기술, 표면 마감, 어셈블리 조립 및 품질 보장 등 장비를 기반으로 한 광범위한 경험에서 성공에 크게 기여하였다. 이는 제조 공정 구현에도 영향을 미쳤으며, 디자인과 최적화에도 Polymeca와 개발 팀 간의 긴밀한 협력으로 실현되었다.

레이저 스캐너 BLK360 관련문의: korea@leica-geosystems.com