CAD기반의 신개념 비전, 정렬 작업의 로봇화 실현

(주)NT리서치의 3차원 비전 ‘NTVision-3D’
CAD기반의 신개념 비전, 정렬 작업의 로봇화 실현

(주)NT리서치가 야심작으로 내놓은 NTVision-3D
NTVision은 (주)NT리서치의 로봇 비전 제품 시리즈로서, 대상물의 조립 상태나 표면의 결함을 검사하는데 사용된다. 6축 로봇 팔 끝에 고성능 카메라와 조명으로 구성된 로봇비전 모듈을 장착하여 대상물의 검사 부위를 차례대로 통과하면서 비전 검사를 하는 액티브 방식이다. 조립 상태 검사 제품인 NTVision-NS의 경우, 해당 부품의 유무, 비슷한 부품들의 조립 오류, 케이블의 배선 상태를 로봇 무정지 상태에서 고속으로 검사할 수 있다. 그리고 표면 결함 검사 제품인 NTVision-SD는 스크래치, 크랙, 이물질(오염) 등 대상물의 세밀한 표면 상태를 높은 해상도(500만 화소)의 카메라와 넓은 시야를 가진 고성능 렌즈로 검사할 수 있다.
이번에 새롭게 출시된 3차원 비전 제품인 NTVision-3D는 대상물의 위치와 자세를 고속으로 측정할 수 있어 로봇이 그리퍼로 대상물을 안정적으로 잡을 수 있다<그림 1>. 흔히 사용하는 2차원 비전인 경우, 대상물의 3차원적인 위치와 자세를 알 수가 없기 때문에 대상물을 수평으로 잡을 수밖에 없어 흡착이나 파지에 실패하는 경우가 많았다. 산업 현장에서는 다수의 대상물이 한데 섞여 있을 때 하나씩 분리하여 정렬해야 하는 공정이 많은데, 이 경우, NTVision-3D를 이용하면 정렬 공정을 로봇화할 수 있다.

 

NTVision-3D, CAD 정보 이용한 3차원 비전 제품
3차원 비전에는 여러 가지 방식이 있다. 선이나 격자 등의 특정 광 패턴을 대상물에 투사하고 2차원 카메라로 찍어 대상물의 위치와 자세를 알아내는 투사광 방식, 기존의 2차원 카메라에 레이저 변위 센서를 병용하는 방식, 레이저 스캐너를 이용하는 방식 등이 대표적이다. 그러나 산업 현장에서 사용하기에는 인식 속도나 정확도 면에서 충분하지 않은 경우가 대부분이었다. NTVision-3D는 이러한 단점을 극복하기 위해서 대상물의 CAD 정보를 이용하여 3차원 비전을 구현했다. 대상물의 3차원 정보를 센서로 계측하는 데에는 처리 시간이 많이 걸리고 인식률이 충분히 높지 않은 경우가 많다. NTVision-3D에서는 대상물의 CAD 정보와 3차원 계측 결과를 절묘하게 결합함으로써 계측 시간을 줄이고 인식률을 개선한 것이 큰 특징이다.

요즘은 3차원 CAD 설계가 일반화되어 양산 제품의 CAD 파일은 어느 회사나 가지고 있기 마련이다. NTVision-3D는 2대의 카메라로 구성된 스테레오 방식으로 대상물을 3차원 계측한다. 2대의 스테레오 카메라는 로봇 끝에 부착하거나 천장에 설치한다. 로봇 끝에 부착하면 대상물을 다양한 각도로 촬영할 수 있고, 천장에 설치하면 대상물을 고정된 각도로 촬영하지만 넓은 시야를 확보할 수 있다.
<그림 2>는 NTVision-3D의 시스템 구성도이다. 대부분의 3차원 CAD 소프트웨어에서 지원하는 대상물의 STL 형식 파일을 입력하고, 사용하는 로봇의 제어 프로그램과 간단히 연동해주면 나머지는 NTVsion-3D가 자동으로 처리해 준다. 카메라 제어, 영상처리, 로봇 연동을 위해서 별도의 PC가 필요하다. DENSO, KUKA 등 주요 메이커의 로봇에 모두 대응할 수 있을 뿐만 아니라 다른 기종의 로봇이라도 로봇비전에 필요한 설정이 간단하다.

기존 영상처리 속도 및 인식률 획기적으로 개선!
<그림 3>은 NTVision-3D를 이용하여 3차원 영상처리한 결과를 보여 준다. 대상물이 수납 박스에 아무렇게나 섞여 있을 때, 특정 대상물만을 선별하여 정렬해 주는 어플리케이션(비정렬 Bin Picking)을 고려해 보자. NTVision-3D는 사용자가 입력해 준 대상물의 CAD 정보(STL 형식)와 2대의 카메라를 이용한 3차원 측정 결과를 결합하여 박스 내에서 특정 대상물을 선별하고 위치/자세를 로봇 제어기로 보내 준다. 이 때 단순히 대상물의 위치와 자세만 로봇 제어기로 보내 주는 것이 아니라, 로봇의 그리퍼가 대상물을 잡는 최적의 위치와 자세를 지능적으로 판단해 준다. 대상물이 섞여 있을 때 제일 위에 있는 물체부터 하나씩 그리퍼로 집어야 하는데 이러한 최상위 물체의 인식, 그리퍼로 집을 수 있는 최적의 위치 등을 자동으로 판단해주는 것이다. 대상물을 집어낼 때마다 카메라로 다시 촬영하여 최신 영상 정보로 업데이트해 주는 것은 기본이다. 종래에는 이러한 3차원 비전 기능의 처리 속도가 너무 느리거나 인식률이 떨어지는 등의 문제가 있었다. 그러나 CAD 정보와 3차원 센싱 정보가 결합함으로써 영상처리 속도와 인식률을 획기적으로 개선한 것이 NTVision-3D의 가장 큰 특징이다.                   
(주)NT리서치  www.ntresearch.net

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - CAD기반의 신개념 비전, 정렬 작업의 로봇화 실현