카메라 기반 위치 제어 센서를 통한 적재 위치 정밀 제어 및 다운타임 감소

팔레트와 컨테이너 랙은 기본적으로 수직기둥과 수평 바로 구성된다. 지난 20 년 동안 랙 설비 디자인에는 많은 변화가 있었다. 예를 들면 비용 절감을 위해 얇은 두께의 재료를 더 많이 사용하고 있으며 어플리케이션의 범위는 계속 넓어지고 있다. 그뿐만 아니라 셔틀 시스템의 통합 등으로 충격과 부하의 가능성도 늘어났으며, 랙에 미치는 온도와 진동의 중요성도 커지고 있다. 적재형 팔레트와 컨테이너 랙을 사용할 경우 팽창이나 처짐으로 인한 랙의 구성 요소의 변형을 신중히 고려해야 한다.

단일 적재 팔레트 랙을 사용하는 고층 창고와 복도식 적재 차량 등에 대해 허용 가능한 제한 편차, 변형 등은 초기에 유럽 표준 DIN EN 15620 “철제 고정 보관 시스템”에 의해 정의되었다. 이 표준법은 기능적 요구 사항을 충족하는 동시에 고층 창고 설비에 적절히 적용할 수 있다.

DIN EN 15620 표준에 따르면, 적재 칸 정밀 위치 제어 시스템을 갖추어 고층 창고 설비가 자동으로 제어되도록 한다. 이때 정밀한 위치 제어를 위해서는 창고 내 철제 구조물의 허용 오차에 작용하는 영향을 고려해야 한다.

이러한 영향에는 고르지 않은 창고 바닥, 재질로 인한 기구 공차 외에도 벽과 공기의 압력, 부하 상태로 인한 탄성 변형, 다양한 적재 상태(공차 주행, 적재 칸 제거)로 인한 정적 및 동적 하중, 가속 및 감속으로부터 받는 하중, 온도 변화로 인한 열 변형 및 자재 팽창 등 다양한 요소들이 있다. 만약 초기에 작업자가 다른 하중 상태의 변형만 고려한다면, 바의 변형으로 수평 위치가 바뀔 수 있다.

수평 위치가 바뀔 수 있는 것처럼 진동, 열 또는 충격 부하로 기둥이 변형되면서 수직 위치도 바뀔 수 있다. 따라서 고층 창고의 정밀 위치 제어를 위해서는 기능적 요구 사항을 준수하는 것이 특히 중요하다. X 및 Y 방향의 위치 설정을 위해, 일반적으로 대략적인 위치 설정, 정밀 위치 제어가 모두 사용된다. 예를 들어, 고층 창고의 대략적인 위치 설정을 위해 바코드 위치 제어 시스템, 감지 거리가 긴 광학거리 센서 또는 인크리멘탈 센서를 사용한다. 대략적인 위치를 잡은 후, 적재 위치 정밀 제어를 통해 고층 창고의 최종 목표 지점에 도달한다.

고층 창고 설비의 운반 대차에는 위치 설정 방향 (X 및 Y) 당 최소 2 개의 확산 반사형 센서(즉, 최소 4 개의 센서)가 장착된다. 물체가 감지되지 않으면 센서 출력은 ‘OFF’이다. 센서가 기둥이나 바의 가장자리를 감지하면 센서 출력이 ‘ON’으로 표시된다. 이러한 신호 상태를 이용하여 고층 창고 설비의 움직임 방향을 감지하고, 가장자리를 기준으로 목표 위치를 계산할 수 있다. 아래 그림은 해당 바이너리 평가를 사용하는 센서 배치 이미지이다. 화살표는 고층 창고 설비가 움직여야 할 방향을 나타낸다. 다른 상태도 비슷한 방식으로 이루어진다.

수년에 걸쳐 입증된 스위칭 센서 솔루션은 여러 가지 단점이 있다. 예를 들어, 적재 칸 사용 유무 확인, 팔레트 등이 뒤로 밀리지 않도록 하는 피드스루 모니터링 또는 프로젝션 제어 등과 같은 애플리케이션에는 추가 센서가 종종 장착되기 때문에 운반 대차에서 사용할 수 있는 공간이 극히 제한적이다. 또한 확산 반사형 센서는 감지 표면의 광택, 난반사 또는 외란광(특히 에너지 절약 조명 설비의 HF 라이트)의 영향으로 스위칭 오류가 쉽게 발생할 수 있다. 이로 인한 기계의 다운 타임 발생은 적재 및 작업량을 감소시킨다. 하지만 가장 큰 단점은 설치 및 작동 중 복잡한 정렬 작업이다. 이 정렬 작업은 일정 수준 이상의 정확도가 요구되기 때문에 매우 숙련되고, 자격을 갖춘 작업자가 필요하다. 이외에도 스위칭 센서는 예비 광출력 등과 같은 센서 상태에 대한 추가 정보를 제공하지 않는다. 또한 진단 및 예방 정비를 위해 Industry 4.0 디지털화를 이용한 새로운 솔루션 방식을 지원하지 못한다.

그렇다면 미래 지향적인 적재 위치 정밀 제어 솔루션은 무엇인가?

여러 개의 확산 반사형 센서를 사용하는 대신에, 특정 어플리케이션에 맞춘 평가 알고리즘이 있는 카메라 기반 위치 제어시스템 하나로 스마트하게 적재 위치 정밀 제어를 할 수 있다. 이 시스템은 기존의 스위칭 센서보다 더 빠르고 편리한 솔루션을 제공한다. 컴팩트한 시스템에 카메라와 평가장치가 통합된 솔루션은 특별한 기술 지식이 없어도 누구나 쉽게 시운전하고 작동할 수 있다. Leuze의 IPS 200i / 400i 은 현재 시장에서 가장 작은 카메라 기반의 위치 제어 센서이다. 이 센서는 ‘Quality Score’를 통해 고층 창고에서 장비의 다운타임 발생을 줄이고 상태 모니터링이 가능하다. 또한 작동 중에 별도의 장착, 정렬 및 재조정 등이 필요 없어 설치나 정렬을 위한 시간을 줄일 수 있다. IPS 200i / 400i는 추가의 ‘Quality Score’를 사용하여 센서 또는 랙의 변동 사항을 알릴 수 있다. 만약 사용자가 오류를 조기에 인지하면 예방 정비를 구현할 수 있다. ‘Quality Score’는 오염 또는 필름 돌출을 신속히 발견하여 시스템 중단을 방지한다. 시스템 장애 이전에 발생할 수 있는 특이 사항을 식별해서 위험할 수 있는 시스템 구성요소를 적절히 제거할 수 있는 기능이다. 이 정보를 사용하면 사전에 유지 보수 관리를 계획할 수 있어 가동 중지 시간을 최소화하고 비용 효율성을 높일 수 있으므로 이는 비용 측면에서 중요한 요소이다. 또한 제어 시스템의 접근 없이 관련 모든 데이터를 전 세계에서 사용할 수 있는 통합 웹서버도 큰 장점 중의 하나이다.

빠른 시운전과 높은 판독 성능

IPS 200i는 단일 적재 컨테이너 및 팔레트 창고를 위해 개발되었으며 IPS 400i는 이중 적재 팔레트 창고를 위한 제품이다. 두 제품 모두 쉽고 빠르게 시운전하고 작동할 수 있으며 사용자 안내 마법사가 있는 웹 기반 다국어 지원 프로그램으로 시운전에 걸리는 시간을 최소화해준다. 또한, XML 명령으로 구성하거나 코드 생성 도구와 인쇄된 파라미터 코드를 사용하여 시운전할 수 있다. 센서를 정렬할 때는 LED 조명으로 즉각적인 피드백을 제공하여 차량을 주차하는 것처럼 쉽게 센서를 세팅할 수 있다. 마커의 위치는 측면에 장착된 4 개의 LED를 통해 센서에 점등으로 표시된다. 이 원리는 자동차의 음파 거리 센서와 유사하다. 각 측면 LED는 하나의 사분면에 해당한다. 마커가 사분면 중 하나에 있으면 해당 LED가 켜지거나 깜박인다. 마커가 중앙 (좌표원점)에 있으면 4 개의 LED가 모두 동시에 켜지고 센서는 최적의 위치에 배치된다. 또한 정렬 모드에서 깜박이는 주파수는 마커에서 원점 좌표까지의 거리를 시각적으로 표시한다.

피사계 심도(Depth of Field)에 최적화된 새로운 센서는 고정형 초점 방식으로 대략적인 위치 지정 후 X 또는 Y 방향으로 고층 창고 장비의 정밀 위치 제어에 사용된다. 정확한 랙의 위치 제어를 위한 보정 좌표를 고층 창고 장비로 전송할 수 있다. 이 스마트 센서는 팔레트 보관함의 단일/이중 적재 수평 바 또는 기둥에서 둥근 구멍이나 반사지를 감지하여 X 또는 Y 방향에서 목표 위치에 대한 팔레트 또는 컨테이너의 위치 편차를 결정한다. 센서는 단일 또는 이중 적재 위치 제어에 다른 프로그램을 사용한다. 위치 제어 센서는 하나 이상의 이미지를 그레이 값으로 생성한다. 먼저 센서가 이 이미지에서 정의된 둥근 마킹(구멍/반사경)을 검색한다. X/Y 편차는 목표 위치까지 밀리미터 단위로 출력되거나 사용 가능한 스위칭 출력을 통해 사분면으로 출력된다. IPS 400i는 250mm ~ 1,900mm의 작업 범위를 커버하며 반사판 옵션을 사용하여 최대 2,400mm까지 감지할 수 있다.

Depth of Field 내 마커를 감지하는 IPS 제품

일반 창고는 물론 냉동 창고까지 다양한 온도에서 사용 가능

IPS 200i/400i는 66 x 43 x 44 mm의 컴팩트한 사이즈와 산업용 디자인으로 설치가 용이하다. 또한 IP 65의 보호 등급에 –30° C까지 급속냉각 환경에도 사용할 수 있다. 기본 사양은 플라스틱 커버의 하우징이며 유리 커버도 선택할 수 있다. 또한 3방향(양측면, 후면)으로 설치가 가능해서 특히 고층 창고에서 설치가 용이하다. 밝은 독립 적외선 LED 조명으로 외부 추가 조명 없이 움직이는 물체에서 짧은 노출시간을 제공하여 컨베이어나 보관 시스템에서도 쉽게 사용할 수 있다. 넓은 판독 영역과 빠른 물체의 속도의 어플리케이션에도 적용이 가능한 센서이다. 지능형 이미지 처리 알고리즘은 높은 처리량을 물론 안정적인 위치 제어를 보장한다. 또한 FTP 이미지 전송으로 이미지를 완벽하게 저장할 수 있다.

고객의 네트워크 환경에서 쉽게 통합은 물론 원격 제어까지

통합 이더넷 인터페이스 (TCP / IP 또는 UDP) 및 PROFINET 인터페이스 (옵션)를 사용하면 고객의 네트워크 환경에 직접 통합할 수 있고, 원격제어를 통해 위치에 상관없이 빠르게 진단할 수 있다. 무엇보다도 IPS 200i / 400i는 ’Quality Score’를 통해 고층 창고 장비의 정지 원인을 조기에 감지할 수 있다. 예방 정비는 인더스트리 4.0에서 중요한 요소 중의 하나다. 카메라 기반 솔루션을 사용한 정밀 위치 제어 센서는 이러한 예방 정비를 위해 장기적인 운영 비용을 절감할 수 있는 미래지향적이며 스마트한 설루션이다.”(Abraham, Sven, Leuze electronic의 Identification + Machine Vision 제품 매니저)