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“Zivid 2 3D 카메라는 CapSen PiC 비전 및 모션 플래닝 소프트웨어에 가장 까다로운 피스 피킹 애플리케이션에서 요구되는 빠르고 초정밀한 조작을 구현하는 데 필요한 이미지 해상도와 이미지 캡처 시간을 모두 제공합니다. 두 측면 사이에 타협이란 전혀 없으며, 카메라의 이미지 진도(trueness)는 실로 놀라운 수준입니다.”
Mark Stevens
CapSen Robotics 사업개발 이사
03 과제
의료 제품 키팅은 CapSen PiC 로봇 솔루션에 서로 상충하는 두 가지 중요한 요구 사항을 제시했습니다. 한편으로는 매우 높은 해상도의 이미지 캡처와 처리가 필요했고, 다른 한편으로는 초고속 사이클 타임도 보장해야 했습니다.
CapSen Robotics의 사업개발 이사 Mark Stevens는 이렇게 설명합니다. “빈에서 피킹하여 카톤에 담을 수 있는 의료 제품의 종류는 정말 방대합니다. 피펫, 주사기, 면봉부터 포장, 튜브, 병에 담긴 의약품까지 무엇이든 될 수 있습니다.”
다양한 SKU를 올바르게 감지하고 피킹하려면 고품질 3D 비전이 필요합니다.
“이 제품들은 모두 물리적 크기가 비교적 작고 형상도 크게 다를 뿐 아니라, 재질도 매우 다양합니다. 광택이 있거나 반투명한 것도 있고, 단단한 것도 있으며, 위생을 위해 셀로판으로 포장된 유연한 것도 있습니다.”
“그래서 프로젝트 초기에, 크기, 형상, 재질에 관계없이 가능한 한 폭넓은 의료 제품을 더 정확하게 구분하고 픽 앤 플레이스할 수 있을 만큼 포인트 클라우드 데이터의 진도(trueness)가 뛰어난 3D 머신 비전 카메라가 필요하다는 것을 깨달았습니다.”
동시에 의료 키팅 셀은 매우 빠르게 작동해야 합니다. 상당수가 연속으로 가동되며, 제품 피킹 수량은 연간 수만 건이 아니라 수천만 건 단위로 측정됩니다. 따라서 엄격한 사이클 타임 준수가 필수적이었습니다.
Stevens는 이어서 말합니다. “어떤 종류의 의료 제품이든 5초 미만의 픽 앤 플레이스 사이클 타임을 꾸준히 달성하는 것이 초기 벤치마크 목표였습니다. 하지만 이는 언제나 서로 연관된 여러 요인에 따라 달라질 수밖에 없었습니다.”
“시스템의 전체 사이클 타임을 최적화하는 데 있어 우리 소프트웨어의 역량에는 충분한 자신이 있었지만, 여전히 카메라의 이미지 캡처 품질과 속도, 그리고 로봇 팔과 엔드 이펙터의 작동 속도에 의존할 수밖에 없었습니다. 두 가지 모두 신중한 검토가 필요했습니다.”
04 솔루션
다양한 3D 머신 비전 기술과 PiC 소프트웨어를 통합해 온 깊은 경험을 바탕으로, CapSen은 이 의료 키팅 애플리케이션에 이미지 품질과 사이클 타임 모두에서 이전 경험을 뛰어넘는 카메라 성능이 필요하다는 결론을 빠르게 내렸습니다.
스테레오 비전, ToF(Time-of-Flight), 레이저 삼각측량 방식의 주요 대안을 배제하고, CapSen은 Zivid Two 카메라를 선택했습니다. CapSen은 이미 이전 모델인 Zivid 1+를 기반으로 유사한 시스템을 설계한 바 있으며, 첫 시험에서 새 카메라의 시간 부호화 구조광(백색광) 기술이 필요한 해상도와 속도를 제공할 수 있음이 입증되었습니다.
Stevens는 이렇게 말합니다. “CapSen PiC는 본질적으로, 그리고 의도적으로 특정 카메라에 종속되지 않도록 설계되었지만, 그럼에도 소프트웨어와 하드웨어 간의 시너지는 애플리케이션마다 적절해야 합니다. 이번 경우에는 모든 종류의 의료 제품을 처리하는 데 필요한 높은 수준의 디테일과 정확도를 카메라의 3D 포인트 클라우드 데이터가 반드시 제공해야 했습니다.”
“동시에 카메라의 이미지 캡처 시간도 키팅 애플리케이션에 요구되는 엄청난 피킹 속도를 달성할 만큼 빨라야 했습니다. 세상에서 가장 효율적인 소프트웨어라도 느린 이미지 캡처 속도를 보완할 수는 없습니다. 감추거나 적당히 넘어갈 수 있는 부분이 아닙니다.”
고정 장착된 소형 Zivid 2 카메라는 CapSen의 의료 키팅 솔루션에 네이티브 컬러 3D 포인트 클라우드를 제공하여 5mm 미만의 물체 특징까지 정확하게 구분할 수 있도록 합니다. HD 해상도는 230만 화소, 포인트 정밀도는 60µm, 평균 진도 오차는 0.2% 미만입니다.
이 사례에서는 약 700mm의 일반적인 작동 거리에서 운용되며, 카메라의 수평 및 수직 시야각은 각각 57º와 35º입니다. 이를 통해 760mm x 435mm 크기의 영역을 커버할 수 있어 표준 크기의 토트 빈을 충분히 수용합니다.
플랫폼에 장착되는 로봇 팔로 CapSen은 6축 Yaskawa MOTOMAN GP7을 선정했습니다. 도달 거리 0.92m, 최대 가반 하중 7kg의 소형 고속 로봇입니다. 0.1mm의 반복 정밀도로 평행 핑거 그리퍼나 진공 엔드 이펙터 중 어느 것을 사용하든 필요한 조작 정확도를 보장했습니다.
05 결과
CapSen은 3D 비전 기반 의료 키팅 애플리케이션에서 연간 수천만 건의 다양한 물체 픽 앤 플레이스 작업을 수행합니다.
CapSen PiC와 Zivid Two 카메라 솔루션의 이미지 캡처와 물체 감지를 합한 속도는 0.5초 미만으로 CapSen에 의해 입증되었으며, 이는 동일한 애플리케이션용 다른 3D 비전 솔루션보다 약 3~5배 빠른 수준입니다.
이러한 뛰어난 성능에, 로봇이 현재 물체를 픽 앤 플레이스하는 동안 다음 이미지를 처리하고 다음 피킹 경로를 계획하는 CapSen PiC의 방식이 더해져 피킹당 평균 사이클 타임은 4초에 불과합니다.
Zivid 2 카메라의 아티팩트 저감 기술, 네이티브 컬러 작동, 높은 다이내믹 레인지 덕분에 CapSen 솔루션은 무광, 유광, 반투명, 비닐 포장 등 다양한 의료 제품을 픽 앤 플레이스할 수 있습니다.
장기 검증 테스트에서 이 최첨단 의료 키팅 데모는 24시간 연중무휴로 오류 없이 가동되었으며, CapSen은 연간 수백만 개의 다양한 의료 제품을 안정적으로 피킹할 수 있다고 확신하고 있습니다.
CapSen은 현재 유사한 고처리량 생산 환경에서 더 큰 규모의 과제인 디팔레타이징에 이 솔루션을 적용하는 방안을 검토하고 있습니다.
사회경제적 측면에서도 이 솔루션은 여러 산업에서 점점 중요해지고 있는 문제를 해결합니다. 키팅 단가가 낮거나 처리량이 매우 많은 경우, 연중무휴 3교대로 수작업을 수행할 인력을 확보하기는 점점 더 어려워지고 있습니다.
CapSen Robotics의 자동 키팅 시스템은 빠르고 위생적이며 오류 없는 솔루션을 짧은 투자 회수 기간으로 제공하여, 인력을 덜 힘들고 더 부가가치 높은 업무에 배치할 수 있도록 합니다.