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3차원 스캐너 기반 자동화 측정 시스템의 모든 것 1편

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ISSOFT CASE STUDY  
3차원 스캐너 기반 자동화 측정 시스템의 모든 것
- 구축 프로세스와 체크리스트 -

최근 생산 설비 및 측정을 위한 자동화 도입을 검토하거나 관심이 있는 기업이 늘어나고 있습니다. 생산 설비 자동화는 이미 여러 산업 분야에서 활발하게 도입되어 성과를 내고 있습니다. 하지만, 3차원 스캐너를 활용한 자동화 측정 시스템은 아직 도입 초기 단계에 있으며, 이에 대한 구체적인 사례나 검증된 프로세스는 상대적으로 부족한 상황입니다.

본 글에서는 자동화 측정 시스템 도입 시 반드시 고려해야 할 핵심 사항과 구축 프로세스를 구체적으로 설명드리고자 합니다. 

3차원 스캐너 기반: 자동화 측정 시스템 도입을 위한 프로세스

3차원 스캐너를 활용한 자동화 측정 시스템 도입은 다음과 같은 주요 단계로 진행됩니다. OLP(Off-Line Programming) 소프트웨어를 활용한 시뮬레이션 및 레이아웃 검증을 통해 최적화된 자동화 측정 시스템을 구축합니다.

[1. 정보 수집]
시스템 도입의 첫 단계로, 측정 대상 및 설치 환경에 대한 정확한 정보를 수집하고, 수집된 정보를 기반으로 적합한 스캐너, 로봇 등을 선정하여 레이아웃을 생성합니다.
  ● 측정 제품 정보 – 측정할 제품의 크기, 형상, 재질, 관리 공차 등
  ● 측정 환경 – 온도, 습도, 조명 상태 등
  ● 설치 공간 – 시스템 설치 공간의 크기 및 제약 조건 등

[2. 레이아웃 및 시뮬레이션]
수집된 정보를 기반으로 측정 제품이 측정 영역을 벗어나지는 않는지, 로봇과 스캐너 시스템은 몇 대 정도 필요하고 추가 부가축이 필요한지, 로봇과 스캐너 시스템의 위치는 적절한지 등을 확인하면서 환경에 맞는 레이아웃을 생성합니다.
  ● 측정 C/T 확인 – 측정 사이클 타임 검토
  ● 설치 공간 확인 – 로봇 및 스캐너의 위치와 설치 가능 여부 검토
  ● 측정 가능 영역 확인 – 측정 대상이 스캐너 범위를 벗어나지 않는지 확인

[3. 설계 및 제작]
시뮬레이션을 거쳐 측정 시간 및 측정 포인트 획득에 대한 문제가 없다고 판단되면, 최종 레이아웃을 확정하여 시스템에 대한 설계 및 제작을 시작합니다. 만약 타공정과의 연계가 필요한 경우, 통신 방법과 결과물 출력 방식 등을 최종 협의하여 진행해야 합니다.
  ● 레이아웃 기반 설계 진행 – 시뮬레이션 결과 반영
  ● 제작 착수 – 확정된 설계에 따라 시스템 제작 진행

[4. 설치 및 시운전]
제작이 완료되면 시스템 설치 및 시운전을 진행합니다.
  ● 측정 시스템 셋업 – 장비 설치 및 정밀 조정
  ● 시스템 시운전 수행 – 측정 시간, 정확도, 공정 연계 상태 점검 및 수정

[5. 가동]
시운전 과정에서 발생하는 문제점을 보완하여 자동화 측정 시운전이 성공적으로 완료되면 시스템을 정식 가동합니다.
  ● 측정 시스템 가동 – 측정 프로세스 자동화 시작

1단계 정보 수집

시스템 레이아웃을 효과적으로 생성하기 위해서는 다음과 같은 정보가 필수적으로 요구됩니다.

✅ 측정 제품
 ● 측정 대상품의 크기
 ● 제품 측정 관리 공차
 ● 제품의 측정 포인트
 ● 측정 사이클타임(C/T)

✅ 측정 환경
 ● In Line / At Line
 ● 진동, 분진, 온도, 습도
 ● 설치 공간
 ● 제품 거치 조건

✅ 3차원 스캐너
 ● 정확도
 ● 신뢰성
 ● 측정 영역
 ● 측정 속도

먼저 측정 제품의 경우, 제품의 사이즈와 형상, 관리 공차, 측정 포인트의 위치와 개수, 그리고 측정 사이클 타임에 대한 정보가 필수적입니다.
제품의 크기와 형상은 스캐너의 측정 범위를 결정하는 데 중요한 기준이 되며, 관리 공차는 스캐너의 정확도 요구 사항을 결정합니다. 또한 측정 포인트의 위치와 개수는 로봇의 경로 설정 및 측정 시간에 영향을 미치며, 사이클 타임은 전체 공정의 생산성과 직결되기 때문에 반드시 정확하게 파악해야 합니다.

측정 환경의 경우 시스템이 설치될 공간의 조건을 명확히 파악해야 합니다.
시스템이 인라인 공정에 설치될 것인지, 별도의 독립된 공간에 설치될 것인지에 따라 시스템의 레이아웃 및 설계 방향이 달라질 수 있습니다. 또한 현장의 진동이나 분진 상태가 시스템의 측정 정확도에 미치는 영향을 최소화하기 위해 이를 사전에 점검해야 하며, 온도 및 습도 상태가 일정하게 유지되는지도 중요한 고려 사항입니다.

이러한 정보를 기반으로 3차원 스캐너의 요구 정확도와 측정 속도, 측정 영역 및 측정 환경에 적합한 스캐너를 선정하고 레이아웃을 작성합니다.
제품의 크기와 형상, 측정 포인트의 위치 및 개수를 고려해 스캐너의 측정 범위와 로봇의 경로를 최적화하며, 측정 사이클 타임을 충족시킬 수 있도록 설계합니다. 측정 환경의 제약 조건을 반영해 시스템의 배치와 스캐너, 로봇의 위치를 결정하고, 시뮬레이션을 통해 성능을 사전에 검증함으로써 안정적이고 효율적인 자동화 측정 시스템 구축이 가능합니다.

2단계 레이아웃 및 시뮬레이션

레이아웃 및 시뮬레이션 생성에는 OLP(Off-Line Programming)가 필수적으로 사용됩니다.

OLP 소프트웨어란? 시뮬레이터를 통해 실제 로봇이 없는 상태에서 로봇 프로그램을 생성하고, 로봇의 이동 경로와 동작 상태를 시뮬레이션으로 검증하는 소프트웨어
OLP 소프트웨어를 통해 측정 시스템의 레이아웃을 설계하고, 가상 공간에서 시스템 설치에 필요한 공간, 측정 가능 영역, 측정 포인트 확보 여부 등을 사전에 확인할 수 있습니다. 또한 로봇의 이동 경로 및 측정 소요 시간을 분석해 시스템이 요구 조건을 만족하는지 검토할 수 있습니다.

가상 환경에서 시스템을 셋팅함으로써 사전에 발생할 수 있는 문제점이나 측정 시간, 간섭이나 충돌 가능성을 파악하고, 이를 해결하기 위한 대안을 마련할 수 있습니다. 이를 통해 실제 시스템 설치 단계에서 발생할 수 있는 시행착오를 최소화하고 시스템 구축 시간을 단축할 수 있습니다.

이즈소프트에서는 크레아폼 전용 OLP 소프트웨어인 Automation범용 소프트웨어인 Metrolog X4를 통해 자동화 측정 솔루션을 제공하고 있습니다.

✅ 레이아웃 생성 및 시뮬레이션 목적
● 가상의 공간에서 시스템 설치 필요 공간 및 제품의 측정 포인트, 측정 영역 확인
● 로봇의 경로 및 측정 소요시간 확인 (측정 C/T)
● 검토 단계에서 확인할 수 없는 부분을 가상의 공간에 배치하여 효율적인 검토 가능
● 로봇 이동 시 충돌에 대한 위험을 미리 감지
Automation은 크레아폼 스캐너에 최적화된 전용 OLP 소프트웨어로, 로봇 프로그램 생성 및 경로 최적화 기능이 강력해 로봇 비전문가도 쉽게 사용할 수 있습니다. 시뮬레이션에서 획득한 스캔 데이터와 실제 측정 데이터 간의 오차가 없으며, 측정 데이터에 영향을 미칠 수 있는 스캐너의 시야율과 충돌 가능성을 자동으로 계산해 최적의 경로를 생성합니다. 또한 간단하고 직관적인 레이아웃을 지원해 로봇, 스캐너의 트래커, 턴테이블, 측정 부품 등의 위치를 자유롭게 설정할 수 있습니다.

Metrolog X4는 다양한 브랜드의 로봇 모델을 지원하는 3차원 측정기 및 스캐너 범용 소프트웨어 소프트웨어입니다. 로봇, 스캔 시스템 및 부가축의 개수에 제한 없이 구현 및 제어가 가능하며, 크레아폼 소프트웨어와 동일하게 충돌 방지 및 경로 최적화 기능을 제공합니다. 특히 다양한 컨셉의 레이아웃 구성이 가능한 장점이 있습니다.