빈 피킹(박스 안에 무작위로 위치해 있는 비정형 형상의 제품들을 인식하고 작업자가 희망하는 제품을 집어내어 특정 위치에 정확하게 이동시키는 어플리케이션)은 가장 일반적인 로봇 작업 중 하나이지만 가장 큰 기술적 문제가 발생하는 작업이기도 합니다. 박스 안에 있는 물체를 집어내어 다른 부품이나 환경에 충돌하지 않고 안전하게 정해진 위치에 놓기 위해서는 뛰어난 비전과 로봇 인텔리전스를 장착하고 있어야 합니다.
로봇 셀에 3D 비전 시스템을 장착하는 방법은 두 가지가 있는데, 각각의 용도에 따라 선택할 수 있습니다:
A. 외부 캘리브레이션 / B: 핸드 아이 캘리브레이션
외부 캘리브레이션 (Extrinsic Calibration)
외부 캘리브레이션은 스캐너가 보통 상자 위에 로봇 셀의 고정된 위치에 장착되어 있는 설정에서 사용됩니다. 시스템이 보정된 후에는 스캐너가 로봇에 맞춰 움직여서는 안되지만, 로봇 셀에 맞춰 고정되어 있을 필요는 없습니다.
Photoneo는 PhoXi 3D 스캐너(XS-XL)의 다섯 모델을 제공하며 각각 16cm에서 최대 4m까지 다양한 스캔 볼륨을 제공합니다. 일반적으로 빈 피킹을 위한 공간(로봇이 움직일 수 있는 공간, 상자 및 부품의 크기 등 포함)이 클수록 더 큰 Phoxi 3D 스캐너가 필요합니다. 외부 캘리브레이션은 로봇 암의 끝점 또는 그리퍼에 부착된 공에 의해 수행됩니다. 공은 매끄럽고 너무 반사되지는 않는 재질로 제작되어야 합니다.
핸드 아이 피킹 (Hand-eye Picking)
핸드 아이 캘리브레이션은 3D 비전 시스템이 로봇 암에 바로 장착되어 있습니다. 성공적인 캘리브레이션을 위해서 스캐너는 맨 마지막 조인트 (그리퍼 등) 뒤에 장착되어야 합니다. 보정 후 스캐너 위치를 변경하면 보정 매트릭스가 무효화되며 전체 캘리브레이션 절차를 다시 수행해야 합니다. 핸드 아이 캘리브레이션은 Photoneo PhoXi 3D 스캐너로 인식되는 특별한 패턴이 있는 평평한 종이로 수행됩니다.
핸드 아이 피킹의 장점
핸드 아이 피킹은 전통적인 설정에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 상자 크기가 크고 스캐너가 고정된 시점으로 장착되어 있는 경우, 소형 스캐너로는 상자를 스캔할 수 없습니다. 반면 작은 스캐너를 로봇 암에 직접 장착하는 경우, 스캐너를 사용하여 상자의 물체에 더 가까이 다가가서 스캔할 부분을 선택할 수 있습니다.
또한 핸드 아이 빈 피킹은 상자가 두 개인 경우 유리합니다. 고정된 위치에 장착되어 있는 스캐너는 두 상자를 동시에 스캔할 수 없습니다. 이를 위해서는 적어도 두 개의 스캐너가 필요하겠죠. 반면 스캐너가 로봇 암에 장착된 경우에는 상자와 상자를 이동하며 물체를 적절한 거리와 각도로 스캔하여, 외부 캘리브레이션보다 더 넓은 영역을 커버할 수 있습니다.
핸드 아이 빈 피킹은 로봇 셀이 위치한 곳의 조명을 어둡게 할 필요도 없습니다. 창문에서 나오는 주변광은 3D 비전 시스템에 심각한 문제를 일으킬 수 있기 때문에, 종종 실내 전체를 어둡게 해야 할 때가 있습니다. 로봇에 장착된 스캐너는 먼저 한 상자를 스캔하고 다른 상자로 넘어갈 수 있기 때문에, 환경을 조정해야 하는 노력을 최소화할 수 있습니다.
또한 3D 비전 시스템 자체가 상자에 그림자를 만들어 고품질 장면 획득이 어려워지는 경우도 있습니다. 이 문제는 일반적으로 상자와 스캐너 사이의 위치를 조정하거나, 상자 내의 물건을 수동으로 재정렬하여 비전 시스템이 최종적으로 모든 물체를 스캔할 수 있게 함으로써 해결됩니다. 핸드 아이 빈 피킹은 어떤 각도와 위치에서도 장면을 “볼” 수 있기 때문에 이런 문제가 없습니다.
마찬가지로, 핸드 아이 접근법은 상자 벽면 가까이에 위치한 물체를 집기에도 최적의 방법입니다. 벽은 물론 물체도 그림자가 생겨 인식을 방해할 수 있습니다. 로봇 암에 비전 시스템을 장착하면 그림자가 지지 않는 적절한 각도에서 물건을 집을 수 있습니다.
핸드 아이 피킹이 외부 캘리브레이션에 비해 많은 장점을 가지고 있긴 하지만, 로봇 암에 스캐너를 부착하면 로봇의 움직임이 제한되기도 합니다. 이런 제한을 생각하여, 더 작은 스캐너를 선택하는 것이 좋을 때도 있습니다. Photoneo PhoXi 3D 스캐너 제품군의 경우 XS, S, M, L 사이즈를 모두 제공하기 때문에, 16cm부터 2m까지 스캔할 수 있습니다.
또한 스캔 획득 중에는 로봇이 움직이지 않아야 하기 때문에, 사이클 타임이 길어질 수 있습니다. 따라서 핸드 아이 접근 방식은 시간이 중요한 애플리케이션에는 적합하지 않습니다.
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