한국NI, 『2012 ECMS(Embedded Control and Monitoring Symposium』 성황리에 개최

[월간 무인화기술 9월호]

 

 

‘모션과 비전의 통합은 품질 및 효율, 비용 면에서

 

이점을 제공한다’

 

한국NI, 『2012 ECMS(Embedded Control and Monitoring Symposium』

성황리에 개최

 

 

 

 

한국NI는 단일 플랫폼에서 컨트롤과 머신비전이 통합된 솔루션이 갖는 장점을 강조하는데 초점을 맞춘 행사를 진행했다. 윤주영 대리가 발표를 하고 있다.

모션과 비전의 통합은 높은 처리량(빠른 연산)과 더 나은 품질, 기능통합이라는 엔지니어들의 고민 해결

한국NI가 이번 행사를 통해 강조한 것은 모션과 비전의 통합이 높은 품질과 효율성 개선, 비용절감을 실현할 수 있다는 점.
특히, CompactRIO가 고 성능과 안정성이 필요한 어플리케이션을 위해 설계된 임베디드 제어 및 모니터링 시스템으로서, 재구성이 가능한 I/O인 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 섀시에 포함하고 있기 때문에 사용자가 고속 제어 및 모니터링 기능을 LabVIEW를 이용해 직접 구현할 수 있다는 점 역시 이번 행사에서 강조된 핵심 내용 가운데 하나로, 한국NI는 이번 행사에서 CompactRIO가 포함하고 있는 이 FPGA를 통해 커스터마이즈드 기반의 모션 및 비전 어플리케이션에서도 고객에게 실질적인 이점을 제공할 수 있다는 점을 피력했다.
「산업용 장비 개발을 위한 임베디드 모션 솔루션과 방향」을 주제로 첫 번째 발표자로 나선 한국NI의 윤주영 대리는 현재 장비개발 업계는 매출의 25%를 신제품에서 창출하고 있으며, 혁신적인 기술개발과 R & D에 투자를 하고 있다고 말하고, OEM에 대한 엔드유저의 요구사항이 과거에 비해 증가하면서, 장비개발업체들은 자동화 성능에 대한 더욱 많은 부담을 안게 되면서, 장비를 빠르고, 쉽고, 혁신적이고, 안정적이면서, 창의성 있게 개발할 수 있는 방법을 고민하고 있다고 서두를 열었다.
따라서 현재 개발 엔지니어들은 높은 처리량(빠른 연산)과 더 나은 품질, 기능통합이라는 도전과제를 안고 있으며, 모션과 비전의 통합이 이러한 엔지니어들의 고민을 해결해줄 수 있다고 말했다.
산업용 장비 시스템은 데이터 수집과 HMI, 통신 기능, 장비 제어기(Controller), 비전검사, 모션 제어, 장비기구부로 구성이 되며, 이 가운데 장비 제어기는 PLC 형태와 PC 형태, Custom Design의 3 가지 형태가 있는데, 이 가운데 PLC 타입은 산업 표준 제어기로서 높은 신뢰성을 지니며 프로그래밍이 쉬운데 비해, 유연성이 부족하고 제한된 I/O 및 모션, 비전기능으로 인해 시스템을 통합하거나 원하는 기능을 구현하는데 제한이 있다고 말했다.
또 PC 형태는 최신의 PC 기술이 집약되어 고성능을 제공한다는 장점이 있지만, 제한된 하드웨어와 소프트웨어의 통합과 환경적 내구성 부족이 단점으로 지적되고 있다고 설명했다.
또 커스텀 디자인 타입은 유연성이 뛰어나고 정밀한 제어가 가능한 반면, 개발시 많은 시간과 비용이 소요되고 다양한 전문성과 검증이 요구된다고 말했다.

CompactRIO는 재구성 가능한 FPGA를 통해 고속 제어와 타이밍 트리거링 및 프로세싱, 고속 데이터 수집을 커버한다.

 

CompactRIO는 재구성 가능한 FPGA를 통해 고속 제어와 타이밍 트리거링 및 프로세싱, 고속 데이터 수집 커버

이에 비해 자사의 임베디드 시스템인 CompactRIO는 이 세 가지 형태의 장점을 합해서 새로운 플랫폼으로 접근하고 있는 PAC으로서, 이 CompactRIO는 리얼타임 프로세서와 재구성 가능한 FPGA, I/O로 구성되며, 특히 이 가운데 커스텀 디자인적인 성격을 가지는 재구성 가능한 FPGA는 고속 제어와 타이밍 트리거링 및 프로세싱, 고속 데이터 수집을 커버한다고 설명했다.
또 보드 타입의 Single-Board RIO는 CompactRIO와 마찬가지로 RIO의 기본구성인 리얼타임 프로세서와 프로그래밍이 가능한 FPGA, FPGA 디지털 입출력으로 구성이 되며, 10.3*9.7cm의 작은 크기로 공급이 된다고 말했다.
윤 대리는 NI의 임베디드 모션 시스템은 NI SoftMotion이라는 어플리케이션 소프트웨어와 CompactRIO와 Single-Board RIO라는 모션 컨트롤러, 그리고 모션 드라이브 모듈과 드라이브 인터페이스 모듈, Drive/amp, 모터 및 드라이버 모듈 및 EtherCAT Driver라는 Drvie/Amp, 모터로 구성이 된다고 말하고, 전통적인 모션 장비 개발 방법인 순차접근 방법은 중간 중간 에러를 찾거나 기구부에 문제가 발생했을 때 이를 보정하기 위해서 앞 단계로 다시 와서 디자인부터 다시 해야 하는데 비해, NI가 채택하고 있는 혁신적인 장비 디자인은 동시접근방법을 채택, 실제로 장비를 만들기 전에 가상 시뮬레이션 단계를 통해 문제가 되는 부분을 미리 방지할 수 있어서 개발주기를 단축시키고, 개발비용을 줄일 수 있으며, 품질과 신뢰성, 성능을 모두 향상시킬 수 있다는 장점을 제공한다고 말했다.
현재 NI는 자사의 그래픽 기반 시스템 디자인 소프트웨어인 LabVIEW와 솔리드웍스의 SolidWorks 3D CAD 소프트웨어를 긴밀히 연결한 버추얼 프로토타이핑(Virtual Prototyping) 솔루션을 통해 물리적인 프로토타입 비용이 발생하기 전에 머신 및 모션 시스템의 실제 성능을 디자인, 최적화, 검증 및 시각화 처리하는 데 도움을 제공하고 있다.
윤 대리는 이 버추얼 프로토타이핑은 빠른 개발을 가능하게 하고, 위험요소를 감소시키며, 소프트웨어를 통해 반복적인 설계가 가능할 뿐만 아니라, 첫 번째 장비에 대해 높은 완성도를 제공하는 등 많은 장점을 제공한다는 말로 발표를 마무리 지었다.

 

이날 행사에는 많은 데모장비가 전시되어 참석자들의 이해를 도왔다.

 

Roll to Roll System에 적용된 NI의 CompactRIO와 머신비전 사례 소개

이어서 성안기계공업의 이장환 개발팀장이 「모션장비 시장의 현황과 임베디드 제어기 적용사례」를 주제로 Roll to Roll System에 NI의 CompactRIO와 머신비전이 어떻게 적용되었는지를 소개했다.
이 팀장은 성안기계는 Roll to Roll 인쇄장비에 필요한 장비를 개발, 제작하고 있는 기업이라고 소개하고, Roll to Roll System은 Web을 기판으로 사용하기 때문에 Flexible Device에 적합한 시스템으로, Web과 코팅된 필름의 점착성과 관리가 어려워서 Tension Control이 가장 큰 이슈가 되고 있으며, Roll to Roll System의 구성요소인 Roll과 Driving Unit, Indicator, 코팅유닛/프린팅 유닛, 검사유닛, 컨트롤 소프트웨어 등을 통합 제어할 수 있는 기술 역시 이슈로 부상하고 있다고 설명했다.
이 팀장은 성안기계는 과거 컨트롤러로서 PLC를 사용해왔으나, 로직을 자유롭게 변경할 수 없는 단점 때문에 현재 자사에서는 CompactRIO를 사용하고 있으며, 자사의 Roll to Roll 장비 전체가 모두 NI의 CompactRIO 기반으로 되어 있다고 밝혔다.
이 팀장은 코팅 중 시스템 장력 제어 결과 및 코팅 중 시스템 코팅 롤 스피드 결과를 데모를 통해 보여줌으로써, Roll to Roll System을 개발하는데 있어서 CompactRIO가 보여준 성능에 대해 높은 평가를 했다.
이 팀장은 성안기계공업은 현재 Flexile Solar System을 위해 PC기반 통합 제어 시스템, 비접촉 Web Cleaning System(20㎛ 파티클 제거), ATM Pretreatment System (O2/N2), Close Ink Delivery Path, Registration System(코팅위치제어 <30㎛), 비전 검사 시스템(Particle, Defect 분석) 등을 통합적으로 개발하고 양산을 앞두고 있다고 발표를 마무리했다.
여기에서 주목해야 할 대목은 Roll to Roll 인쇄공정의 핵심기술에 해당하는 장력제어(Tension Control)와 레지스터 제어(Phase Synchronization), 프린팅 구간에서의 위상동기(Phase Synchronization) 제어 등에 모두 NI의 기술이 성공적으로 적용되었다는 점.
이 팀장은 LabVIEW를 처음 접한 것은 3년 전으로, 장비개발에 주어진 시간이 3개월 밖에 없었는데, LabVIEW가 기존 PLC나 PC에 비해 접근성이 좋다는 평가를 토대로 NI의 하드웨어와 소프트웨어를 이용한 장비개발을 시도, 성공적으로 개발을 끝내고 현재 장비 전체 시스템을 구축하는 단계에까지 이르렀다고 부연설명을 했다.
이어서 한국NI의 권순묵 대리가 「비전검사 시스템 적용을 통한 시너지 효과」를 주제로 발표를 진행했다.
권 대리는 NI의 비전시스템의 하드웨어는 컨트롤러와 프레임그래버, 카메라로 구성이 되고, 컨트롤러로는 PC PXI와 CompactRIO, EVS를 사용하며, 이와는 달리 스마트 카메라는 카메라가 포함된 독립형 임베디드 컨트롤러로서, 하나의 디바이스에서 이미지 수집 및 처리까지 가능하다고 서두를 열었다.
권 대리는 스마트 카메라는 PowerPC 및 DSP, X86과 같은 고성능프로세서와 I/O, 리얼타임 OS를 내장하고 있으며, 이더넷 원격설정 및 프로그램이 가능하다고 설명했다.
또 NI는 최근 7가지 종류의 하이엔드 스마트 카메라를 출시했는데, 이 고성능 스마트 카메라는 1.6 GHz 프로세서 및 Real-Time 운영 체제를 채택하고 있으며, 방수/방진 기능을 IP67 등급으로 강화했으며, 최대 5M pixel의 고해상도와 컬러를 지원한다. 또 시리얼, 이더넷, USB, 디지털 I/O를 내장하고 있으며, VGA 출력포트를 지원하고 Vision Builder AI를 포함하고 있다.
또 비전 시스템의 소프트웨어로는 Vision Development Module과 Vision Builder for Automated Inspection(AI), Vision Acquisition Software가 있으며, 이 가운데 Vision Development Module은 LabWindows/CVI, Visual Basic, .NET, C/C 에서 사용 가능한 프로그래밍 툴로서, 수백 개의 이미지 프로세싱 함수와 머신비전 함수, 빠르고 간단한 프로토타입을 위한 툴인 Vision Assistant를 포함하고 있다.
또 Vision Builder for Automated Inspection는 스마트 카메라와 같은 독립형 컨트롤러에 배포하기 위한 용도로 사용되는데, 네트워크 연결, 설정, 배포까지 가능하며, 쉽고 빠른 개발이 가능하고, Pass/Fail 관리 기능을 갖추고 있으며, Vision Acquisition Software는 이미지 처리 함수를 포함한 드라이버로서 NI-IMAQ, NI-IMAQdx, NI-IMAQ I/O를 포함하고 있다.

 

 

NI가 새롭게 출시한 고성능 스마트 카메라는 방수/방진기능을 IP 67등급으로 강화했으며, 컬러제품도 출시됐다. (좌)

비전 & 모션 통합 구성도 (우)

 

모션과 비전을 통합하면 기존 자동화 시스템의 정밀도와 정확도가 증가

권 대리는 모션과 비전을 통합하게 되면 기존 자동화 시스템의 정밀도와 정확도가 증가하고, 비전 검사와 처리 단계의 통합을 통해 빠른 처리가 가능하고, 고가의 설비 및 포지셔닝 장비가 불필요하고 인건비를 절감할 수 있을 뿐 아니라, 새로운 제품과 프로세스를 쉽게 적용할 수 있다는 이점을 얻게 되어, 엔지니어는 결과적으로 품질과 비용, 효율이라는 세 가지 측면에서 모두 이점을 얻을 수 있다고 강조했다.
권 대리는 또 모션 & 비전의 통합 유형에는 Synergetic Integration을 비롯해서 Synchronized Integration, Vision Guided Motion, Visual Servo Control이 있으며, Synergetic Integration은 Web Inspection 등에서 대상물체의 이동속도에 맞춰 이미지를 수집하며, Synchronized Integration은 고속 I/O 트리거링을 통한 모션 비전 동기화이며, Vision Guided Motion은 비전으로 대상물체의 위치를 확인하고 현 위치와의 차이만큼을 이동하는 것으로, 이 Vision Guided Motion은 고가의 설비와 포지셔닝 장비가 불필요하기 때문에 비용이 감소하며, 새로운 제품 및 프로세스 적용이 쉽고, 대상 물체 이동 시 정확도가 향상될 뿐 아니라 장비 소모 및 파손 등의 유지보수 비용을 감소시키는 등의 장점을 지니지만, 이미지 수집 시작 시점에 한 번만 위지 정보를 제공하거나 대상물체 이동에 대한 정확도가 로봇의 성능에 의존하는 등의 제한사항이 있다고 설명했다.
또 모션 & 비전의 4 가지 통합 유형 가운데 가장 통합의 정도가 높은 Visual Servo Control은 Vision Guided Motion의 단점을 해결하기 위해 피드백 루프(Feedback Loop)를 추가해 모션이 움직이는 동안에도 계속해서 위치정보를 수집해 모션에 피드백을 전달하는 방식이라고 설명하고, 이 Visual Servo Control 방식을 이용해 모션과 비전을 통합한 데모를 통해 FPGA단에서 계속해서 포지션 컨트롤을 수행하고 레이저를 따라가는 데모를 시연해 보였다.
이어서 권 대리는 NI의 비전 모션 플랫폼을 적용한 어플리케이션 사례를 소개했다.
Cosmetic Assembly 어플리케이션에서는 메이크업 브러쉬 조립을 자동화하는 목적에 NI의 LabVIEW와 CompactRIO를Vision Guided Motion 방식으로 사용해서 빠른 프로토타입 및 개발을 성공적으로 수행한 사례. 또 Sylvania 램프 개발 사례는 작은 할로겐 화합물 램프 개발을 위해 NI의 비전 모션 플랫폼이 도입되어 전극을 배치와 CO2 레이저 컨트롤을 NI 모션으로 제어함으로써, 기존에 PLC를 사용한 시스템보다 더욱 광범위한 램프 제품에 대한 적용이 가능해진 결과를 얻었다고 소개했다. 또 Micro Processing Technology사의 Wafer Scriber Dicing System 사례는 기존에 수동으로 Dicing해오던 과정을 자동으로 더욱 정밀하게 다이싱하는 시스템을 개발하는데 적용되어 20명의 엔지니어가 1년 동안 개발할 시스템을 LabVIEW와 NI의 비전 모션 플랫폼을 사용해 단기간에 개발하는 것은 물론 차후에 유지보수를 자체적으로 하고자 하는 목적도 달성한 사례다.
이날 행사에서는 또 스마트 카메라를 수족관에 넣어서 이미지를 수집하는 데모와 동일한 스마트 카메라를 사용해서 고속으로 인트랙션하는 데모가 함께 소개됐다.

 

FPGA가 내장된 FlexRIO 모듈과 Camera Link 타입의 프레임 그래버를 사용하여, 고속의(1800 frame/sec) 이미지를 수집하고 처리하는 데모.

 

FPGA를 이용한 병렬 프로세싱의 장점 강조

이어서 한국NI의 최우석 대리가 「최적의 모션 시스템 구성을 위한 솔루션」을 주제로 발표를 진행했다.
최 대리는 LabVIEW는 자체 컴파일러를 보유한 그래픽 기반의 프로그래밍 언어로서, 엔지니어에게 익숙한 순서도 개념을 프로그래밍에 도입하고 있다고 설명하고, 모션에서 사용할 수 있는 LabVIEW 프로그램인 NI SoftMotion에 대한 설명을 통해 NI SoftMotion은 LabVIEW Project 상에서 설정 및 테스트를 완료하며, 고급 모션 제어 함수를 제공한다고 말하고, 자사의 장점인 LabVIEW Real-Time과 FPGA 환경을 통해 NI 모션 솔루션은 모션 제어와 하드웨어 구성이 용이하며, C시리즈 모션 드라이버와 모션 드라이브 인터페이스, EtherCAT 통신 모션이 제공된다고 설명했다.
또 I/O 모듈, 재구성 가능한 FPGA 섀시, 리얼타임 프로세서로 구성되는 CompactRIO와 칩 타입의 Single Board RIO, 이 두 가지의 임베디드 모션 제어 솔루션을 다시 한 번 소개하고, LabVIEW Real-Time 모듈을 사용해 LabVIEW 코드를 다양한 리얼타임 하드웨어 타깃으로 배포할 수 있다는 장점을 강조했다.
한국NI는 이날 행사에서 CompactRIO와 9014 모듈을 이용해서 스텝모터와 서보모터, DC모터를 제어하는 데모를 소개했다.
최 대리는 또 멀티코어 CPU에 리얼 타임 기술을 적용해 자동으로 CPU 로드를 분산하고 특정루프를 특정 프로세서에 할당할 수 있으며, NI가 최근 몇 년 간 지속적으로 강조해오고 있는 FPGA를 이용한 병렬 프로세싱의 장점을 소개했다.
즉 FPGA를 이용한 병렬 프로세싱을 통해 사용자의 용도에 맞게 다양하게 재구성이 가능하며, ni.com/ipnet에 유연한 예제가 제공이 되고, 최대 20개의 FPGA 기반의 PID 루프 동시 제어가 가능하다.
이어서 NI 951x 모션 인터페이스 모듈과 드라이브 모듈이 소개됐으며, NI SoftMotion 데모를 통해 윈도 베이스가 아닌 리얼타임 베이스의 CompactRIO가 갖는 장점이 다시 한 번 강조됐다.
최 대리는 최적의 모션 시스템 구성을 위해서는 시스템 통합의 다양성과 시스템 구성의 용이성, 사용의 편리성이 고려돼야 한다고 말하고, NI의 모션 솔루션은 이 세 가지의 조건을 모두 충족시킨다고 설명했다.
이어서 지테크시스템의 김상모 연구소장이 「산업용 PC 기반 모션제어」를 주제로 한 발표로 행사가 마무리됐다.
한편, 이날 행사장에는 등 다양한 데모장비가 전시되어 참석자들의 이해를 도왔다.