향상된 제품 안전, 규정 준수, 추적을 위해 트레이서빌리티 4.0 솔루션을 사용하는 방법

창고 및 공장의 실시간 자산 추적 및 트레이서빌리티는 자동차 부품 및 하위 조립, 소비자 백색 가전, 항공 우주, 운송, 전자 시스템 생산을 위한 인더스트리 4.0 및 공급망 관리의 주요 측면입니다. 트레이서빌리티는 특히 중요합니다. 여기에는 원자재, 부품, 하위 조립품, 완제품의 내역 및 사용에 대한 위치 추적 및 문서화가 포함됩니다. 생산 효율 및 제품 품질 지원에 더해 트레이서빌리티 4.0은 위조 부품으로부터의 보호, 정확한 리콜 지원, 규정 준수 보장을 비롯하여 제품 안전의 필수 측면입니다.

트레이서빌리티 4.0 솔루션은 대개 제품에 직접 표시되거나 레이블에 표시된 1D 또는 2D 바코드를 사용하여 모든 개별 부품에 마킹을 하고 생산 공정에 걸쳐 품목의 이동을 능동적으로 추적해야 합니다. 이 과정은 매우 어려울 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 자동차에는 추적해야 할 부품이 20,000개 이상 있습니다. 트레이서빌리티 4.0 구현은 복잡할 수 있습니다. 각 부품에 간단히 마킹하는 것으로는 충분하지 않습니다. 바코드 판독이나 부품의 시각적 검사를 위해 단일 영상 플랫폼을 사용하는 것이 좋습니다. 또한 열악한 산업 환경이나 가변적 조명 조건에서 영상 장치를 작동시켜야 합니다.

인더스트리 4.0의 트레이서빌리티 요구를 지원하기 위해, 설계자는 시각적 검사를 위해 1D 및 2D 바코드를 판독할 수 있고 영상 성능을 향상시키기 위해 자동 초점이 지원되는 산업용 스마트 영상 장치로 전환할 수 있습니다. 이러한 스마트 영상 장치는 손상된 바코드도 판독할 수 있는 고급 디코딩 알고리즘을 포함합니다. 응결과 관련된 문제를 최소화하기 위해 이중 프런트 윈도우로 구성되었으며 열악한 환경에서 성능을 보장하기 위해 IP65/67 보호 등급을 획득했습니다.

이 기사에서는 트레이서빌리티 4.0의 개발과 트레이서빌리티 4.0이 제품 안전, 제품 추적, 규정 준수를 지원하는 방법을 검토하고, 기본 바코드 유형과 손상된 바코드를 읽기 위한 재현 소프트웨어를 살펴본 후, 시스템 통합 문제 및 기계적 렌즈 자동 초점 시스템과 액체 렌즈 자동 초첨 시스템 간 상호 절충에 대해 논의합니다. 마지막으로 바코드 판독 및 머신 비전 응용 프로그램 설정을 위한 소프트웨어 개발 도구와 함께 Omron의 스마트 산업용 영상 장치를 소개합니다.

트레이서빌리티 4.0이 유용한 분야

트레이서빌리티 4.0은 인더스트리 4.0의 필수적인 부분입니다. 그러나 모든 제조 공정이 인더스트리 4.0 공정인 것은 아닙니다. 소매 및 창고와 같은 다른 용도에서는 트레이서빌리티 4.0이 필요하지 않습니다. 그러면 트레이서빌리티 4.0은 어떻게 발달했을까요(그림 1)?

• 트레이서빌리티 1.0은 일반적으로 정확도 및 효율성을 향상시키기 위해 바코드를 사용하여 제품을 자동으로 식별합니다.
• 트레이서빌리티 2.0은 날짜 및 로트 코드를 사용하는 공급망으로 전환되었습니다. 이는 더 높은 수준의 품질, 소비자 신뢰, 목표한 리콜을 지원하도록 설계되었습니다. 트레이서빌리티 2.0은 소매 업계에서 여전 사용되고 있습니다. 또한 미국 식품 의약국(FDA)에서도 의료 기기의 고유 장치 식별자(UDI)를 위해 이를 사용합니다. 이때부터 국제 표준 기구(ISO)가 바코드 품질 사양을 개발하기 시작했습니다.
• 트레이서빌리티 3.0은 날짜 및 로트 코드 대신 개별 장치 추적의 시작이 되었습니다. 플라스틱 및 금속 부품을 위한 직접 부품 마킹(DPM) 기술은 열악한 산업 환경에서의 사용을 위해 개발되었습니다. 제품 및 부품 진품 검증을 보장하기 위해 위조 방지 프로그램을 위한 기본 사항이 개발되었습니다.
• 트레이서빌리티 4.0은 포괄적 부품 내역 및 개별 부품의 기하 공차(GD&T)를 비롯한 완전한 구현입니다. GD&T는 항공 우주 및 자동차 제조와 같은 정밀 제조에서 필수적이며 정확한 GD&T 값에 기반해 부품을 설치하여 고정밀 조립을 보장하고 고품질 시스템을 지원합니다.

그림 1: 트레이서빌리티 4.0은 인더스트리 4.0의 필수 부분이지만 이전 세대의 트레이서빌리티를 완전히 대체하지는 않습니다. (이미지 출처: Omron)

바코드 유형 및 표준

트레이서빌리티가 더욱 정교해짐에 따라 바코드 유형이 발전 및 확장되고 있습니다. 오늘날 선형, 2D(예: 데이터 매트릭스, QR 코드, 아즈텍 코드), 적층 선형(예: PDF 417, 마이크로 PDF, 컴포지트 코드)을 비롯한 여러 공통 바코드 유형이 있습니다(그림 2). 바코드는 부착된 레이블에 인쇄되거나 부품에 직접 마킹될 수 있습니다. 바코드에 대한 다양한 표준이 있으며 그 예는 다음과 같습니다.

• AIAG B4 - 자동차 산업 활동 그룹 부품 식별 및 추적
• AS9132 - 항공 우주 공학자 협회, 부품 마킹에 대한 데이터 매트릭스 품질 요구 사항
• EIA 706 - 전자 산업 협회, 부품 마킹
• ISO/IEC 16022 - 국제 기호 사양
• ISO/IEC 15418 - 기호 데이터 형식 의미론
• ISO/IEC 15434 - 기호 데이터 형식 구문
• ISO/IEC 15415 - 2D 인쇄 품질 표준
• ISO/IEC 15416:2016 - 1D 인쇄 품질 표준
• ISO/IEC TR 29158:2011 - 직접 인쇄 마크(DPM) 품질 안내서
• SPEC 2000 - 항공 교통 협회, 전자 커머스, 영구 부품 ID 포함
• IUID - 미국방부, 영구 및 고유 항목 식별
• UDI - FDA 의료 장치 식별

그림 2: 트레이서빌리티 4.0은 다양한 바코드 스타일 사용을 지원할 수 있습니다. (이미지 출처: Omron)

손상된 바코드의 경우

바코드 마킹은 변경될 수 있으며 완벽하지 않습니다. 인쇄된 바코드에 문제가 없어도 부품이 제조 공정을 거치면서 손상되거나 왜곡될 수 있습니다. 부품 표면과 바코드 사이의 대비 부족과 산업 환경의 매우 가변적인 조명은 트레이서빌리티 4.0 인프라를 개발할 때 해결해야 하는 문제를 일으킵니다.

Omron은 매우 다양한 조건에서 광범위한 바코드를 정확하게 판독하는 문제를 해결하기 위해 광택, 텍스처 또는 곡선을 포함하여 모든 표면에서 거의 모든 코드를 판독할 수 있는 X 모드 알고리즘을 제공합니다. X 모드를 사용하면 소위 '판독 불가'를 최소화하여 지연 및 정지 시간을 최소화할 수 있습니다.

X 모드는 고급 디지털 이미지 처리 및 픽셀 분석을 사용하여 왜곡, 손상, 인쇄 불량 또는 왜곡된 기호를 읽을 수 있도록 합니다. 골판지 및 기타 패키징 상에 잉크젯식으로 인쇄된 코드 또는 반사 금속 표면의 도트핀 마크와 같은 DPM 코드의 경우 X 모드는 이미지의 대비와 선명도를 향상시켜 동적인 환경에서도 코드를 안정적으로 읽고 해석합니다(그림 3). X 모드는 또한 전방향 디코딩을 지원하여 사용 가능한 마운트 각도 범위를 증가시키고 바코드 판독기의 통합을 간소화합니다.

그림 3: 고급 디지털 영상 및 픽셀 처리는 X 모드 소프트웨어가 까다로운 환경에서 코드를 판독할 수 있도록 합니다. (이미지 출처: Omron)

시스템 통합

실제 트레이서빌리티 4.0 시스템은 사용과 관리가 손쉬운 시스템에 여러 카메라를 통합해야 합니다. 이러한 스마트 산업용 영상 장치를 통해 프로세스 엔지니어는 이더넷 스위치를 사용하여 최대 8개의 판독기를 결합하여 여러 코드의 결합된 출력이 필요하거나 코드 위치를 예측할 수 없을 때 360도 코드 판독 및 제품 검사를 지원할 수 있습니다.

전형적인 인더스트리 4.0 작업인 다품종 제조는 바코드 크기, 유형, 조명 및 대비, 위치에 따라 최상의 옵션을 사용하여 판독률과 라인 속도를 최대화하기 위해 여러 설정 중 자동으로 선택하여 지원할 수 있습니다. 이 시스템은 바코드 품질의 인라인 모니터링을 위해 ISO 표준 등급 방법을 사용하며 품질이 사용자 설정 임계값 아래로 떨어지면 경고를 트리거할 수 있습니다.

이러한 스마트 산업용 영상 장치에는 통합된 웹 기반 바코드 판독기 인터페이스가 있습니다. 각 영상 장치는 IP 주소를 사용하여 모든 웹 지원 장치에서 안전하게 액세스할 수 있습니다. 개방형 프로토콜 구조는 장치 통합을 간소화하고 장치 비호환성 문제를 제거합니다. 웹 통합에는 3개의 사용자 액세스 레벨이 포함됩니다. 최고 수준의 보안 및 액세스 권한을 가진 사용자는 판독기의 내부 메모리나 외부 장치에 저장하고 다른 장치로 전송할 수 있는 설정을 편집하여 새로운 장비와 변화하는 환경 요구 사항의 통합 속도를 높일 수 있습니다.

전체 장비 비용을 줄이려면 단일 장치로 여러 판독기의 검사 상태를 모니터링해야 합니다. 표준 영상 장치에는 장치당 하나의 디스플레이가 필요하지만 이러한 스마트 산업용 영상 장치에는 여러 장치에 대해 하나의 디스플레이만 필요합니다. 이는 여러 영상 장치의 설치 및 모니터링을 간소화합니다. 또한 웹 모니터링 소프트웨어가 각 스마트 산업용 영상 장치에 통합되어 있어 태블릿이나 개인용 컴퓨터를 사용하여 여러 영상 장치를 원격으로 모니터링할 수 있습니다.

자동 초점 선택

자동 초점 기능은 까다로운 환경에서 바코드 판독 시스템의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 이 스마트 산업용 영상 장치는 기계적 및 액체 렌즈 자동 초점을 선택할 수 있습니다. 기계적 자동 초점은 소형 모터로 구현됩니다. 이 장치의 기계적 특성은 마모 및 금속 피로가 발생할 수 있음을 의미하며 매년 교체해야 할 수 있습니다. 액체 렌즈 자동 초점은 오일과 물로 구성된 내부 구조의 모양을 변경하기 위해 전압을 인가하여 렌즈의 초점 거리를 변경합니다(그림 4). 액체 자동 초점 메커니즘은 기계적 마모가 없으므로 작동 수명이 수 년에 달할 수 있습니다. 액체 렌즈 기술을 사용하는 영상 장치는 자동으로 초점을 50mm ~ 1,200mm로 조정하고 복잡한 인쇄 회로 기판의 고밀도 데이터 매트릭스 기호도 판독할 수 있습니다. 두 유형의 자동 초점이 있는 영상 장치는 연결 후 어떠한 설정도 없이 몇 초 만에 모든 코드를 판독할 수 있습니다.

그림 4: 기계적 자동 초점(왼쪽)은 액체 렌즈 자동 초점(오른쪽)보다 더 많은 유지 관리가 필요하므로 가동 중지 시간이 더 깁니다. (이미지 출처: Omron)

스마트 산업용 영상 장치

Omron MicroHAWK 코드 판독기는 빠르고 신뢰할 수 있는 작동을 제공하며 이중 프런트 윈도우 구조의 견고한 초소형 하우징은 윈도우 내부의 수분 응결을 방지합니다. 모델에 따라 IP65/67 보호 등급으로 제공되어 까다로운 환경에서 성능을 보장합니다. 이미지 해상도는 0.3메가픽셀 ~ 5메가픽셀로 제공됩니다. 이러한 영상 장치는 광학, 조명, 필터링 옵션과 함께 제공되어 특정 작동 환경 및 영상 요구 사항에 맞게 장치를 최적화할 수 있습니다. MicroHAWK 특징에는 다음이 포함됩니다.

• 이더넷/IP, 이더넷 TCP/IP, PROFINET 연결
• 5VDC ~ 30VDC 전력 입력(이더넷을 통한 전력 공급(PoE) 옵션 포함)
• 고속 이미지 처리를 지원하는 800MHz 프로세서 속도
• 비선형 보정(NLC) 기능은 렌즈 왜곡을 제거하여 지수 20만큼 측정 및 로케이터 성능을 향상시킵니다. 측정값의 출력 단위는 mm 및 픽셀입니다.

이 동일한 장치는 바코드 판독 및 시각적 검사를 위해 최대 60프레임/초를 지원할 수 있습니다. MicroHAWK 코드 판독기의 예에는 다음이 포함됩니다.

• V430-F000W12M-SRP, 1.2MP 영상 장치(시야 5.2mm 초점 거리 렌즈, 표준 자동 초점, 표준 빨간색 외부 조명, 펄스 모드 영상(그림 5)
• V430-F000L12M-SRX, 1.2MP 영상 장치(좁은 16mm 렌즈 및 최대 1,160mm의 자동 초점, 표준 빨간색 외부 조명, X 모드 영상)

그림 5: 이 1.2MP 영상 장치는 넓은 5.2mm 초점 길이 렌즈와 펄스 모드 영상 소프트웨어를 제공합니다. (이미지 출처: DigiKey)

효율적인 설정

Omron의 AutoVISION 소프트웨어는 MicroHAWK 영상 장치의 설정 및 설치를 가속화할 수 있습니다. AutoVISION를 통해 사용자는 장치 및 프로그램에 연결하고 구성하며 작업을 모니터링할 수 있습니다. AutoVISION 작업은 여러 MicroHAWK 영상 장치, 소프트웨어 패키지, 산업용 시스템, 태블릿/PC에 걸쳐 확장 가능합니다. 최대 8개 영상 장치를 단일 시스템에 통합할 수 있습니다. AutoVISION을 통해 이러한 스마트 영상 장치는 부품 존재 유무, 부품 위치, 부품 개수 세기, 색상 감지, 치수 측정과 같은 머신 비전 검사 기능에 사용될 수 있습니다. AutoVISION을 구현하는 과정은 다음 세 가지 단계로 구성됩니다.

• 한 번의 클릭으로 이미지를 캡처합니다.
• 드래그 앤 드롭 도구를 사용하여 검사 영역을 지정하고 출력을 할당합니다.
• 실행 버튼으로 검사 과정을 시작합니다.

AutoVISION 개발 소프트웨어는 다음과 같은 여러 응용 제품에 적합합니다.

• 검사 및 일반 머신 비전
• 패키징 라인
• 조립 공정
• 결함 감지

요약

트레이서빌리티 4.0은 인더스트리 4.0 제조 공정 및 공급 체인망을 지원하지만 다른 응용 분야에서 이전 버전의 트레이서빌리티를 완전히 대체하지는 않습니다. 고성능 영상 장치는 트레이서빌리티 4.0 개발에 중요한 요소입니다. 스마트 산업용 영상 장치는 자동 초점 맞춤 기능이 제공되며 까다로운 환경 및 조명 조건에서 안정적으로 작동할 수 있습니다. NLC 소프트웨어는 측정 정확도를 최대 20배 향상시키며 지원되는 자동 구성 소프트웨어는 고성능 트레이서빌리티 시스템 개발을 가속화합니다.