상업차량용 디스크 브레이크의 품질을 보증하기 위한 이미지 분석
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상업차량용 디스크 브레이크의 품질을 보증하기 위한 이미지 분석
  • 김종율 기자
  • 승인 2019.02.28 11:21
  • 댓글 0
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머신비전은 자동차 산업에서 큰 역할을 하고 있다. 이번에 소개하는 것은 브레이크 장치를 생산하는 데 활용된 경우이다. 디스크 브레이크(disc brake)는 자동차용 브레이크 장치로 원판 브레이크라고도 한다. 두산백과사전을 참고하자면 차바퀴와 함께 회전하는 디스크 양면에 패드를 압착한 뒤 마찰을 일으켜 제동력을 얻는다.
밀폐형 드럼브레이크의 경우, 반복적으로 사용하면 마찰열로 드럼이 팽창하여 작동하지 않는다. 이 단점을 보완하기 위한 것이다. 주요 부품은 휠허브와 함께 회전하는 디스크, 디스크에 밀착되어 마찰력을 일으키는 패드, 유압이 작용하는 휠실린더, 휠실린더가 들어 있는 캘리퍼 따위로 이루어진다. 

자료제공|AVT(www.alliedvisiontec.com)


Neupro Solutions의 매니징 디렉터인 Dieter Progl에 따르면, 이미지 처리 시스템은 자동차의 브레이크가 올바르게 장착되었는지를 확인하는 데 사용된다.

64개의 각기 다른 정밀검사를 마친 후 각 부품을 조합할 때 다양한 브레이크의 유형을 확실히 보장하기 위한 용도인 것. 그래서 이 시스템은 지능형 소프트웨어와 연결된 데이터베이스를 갖고 있다.

블루-그레이 캐빈(blue-grey cabin)이라고 불리는 이곳은 세계적인 브레이크 시스템 제조업체인 Knorr-Bremse의 디스크 브레이크를 조립하기 위한 공간이다. 그냥 봤을 때에는 극히 평범하게 여겨질 정도로 주목을 받지 못한다.

그러나 이곳에서는 디스크 브레이크의 품질을 보증하는 아주 중요한 임무를 띠고 있다. 제조공정 상 캐리어에 디스크 브레이크을 내려놓는 각각의 엄청난 무게는 테스트 캐빈에서 진행되는 작업 영역 중에서도 특히 정밀하게 검사된다.

예를 들자면 세 대의 카메라와 두 개의 라인 레이저로 구성된 조명 시스템은 브레이크에 초점이 맞춰져 있다. 그래서 이 시스템에 채용된 이 소프트웨어는 디스크 브레이크가 지정된 부품으로 잘 구성되었는지, 혹은 조립 지침에 따라 올바르게 설치되어 있는지의 여부를 아주 빠른 시간에 계산한다. 또한 데이터베이스에는 결함이 있을 경우 재작업으로 결함이 제거되는지의 여부를 판단하도록 하는 각종 정보가 수록되어 있다.

이와 관련해 Knorr-Bremse의 디스크 브레이크 부문 프로젝트 엔지니어인 토마스 바우어(Thomas Bauer)브레이크의 경우 자동차에서 가장 중요한 요소 중 하나이기 때문에 모두 완벽해야 한다. 다시 말해 차량이 운행 중일 때에 브레이크는 절대로 고장을 일으키지 말아야 하므로 이런 세밀한 작업을 한다라고 설명했다.

Knorr-Bremse에서는 브레이크의 정밀한 점검을 위하여 Neupro-Solutions으로부터 이미징 프로세싱 시스템을 주문했다, Neupro-Solutions AVT(Allied Vision Technologies)의 유통업체인 Stemmer Imaging와 협력하고 있다. Knorr-Bremse가 이미징 시스템을 선택한 이유는 육안으로 브레이크를 검사한다는 것은 항상 정확할 수가 없어, 프로세스의 신뢰성을 가지기 위해 자동화된 솔루션을 고려한 것. 이 작은 조립 라인에서 Knorr-Bremse는 대형버스와 6톤 트럭부터 44톤 트럭까지 활용될 수 있는 상용차량용 디스크 브레이크를 생산하고 있다. 이곳에서는 현재 약 1200가지의 브레이크 버전이 있으며, 고객의 요청에 따라 그 숫자는 점점 증가하고 있다.

설명에 따르면 Knorr-Bremse 2004년부터 (앨더스바츠 공장의 브레이크 생산라인이 아니라) 다른 분야에서도 영상 처리 시스템을 사용하고 있었다. 첫 경험이 아니었던 것이다. 이처럼 이미지 프로세싱 시스템을 많이 사용해본 노하우를 바탕으로, 바우어는 하드웨어 독립적이면서 확장성이 높은 영상 처리 시스템을 원했다. 그리고 기존의 응용 프로그램 또는 소프트웨어 알고리즘을 모두 구현할 수 있어야 한다는 것도 시스템 선택에 큰 몫을 차지했다.

이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 바우어는 새로운 응용 기술과 그들의 확장성을 면밀하게 확인했다. 그 후 그는 여러 해 동안 접촉하고 있던 Stemmer Imaging의 이미지 프로세싱 솔루션 영업 담당자를 만났다.

푸크 하임에 있는 자사 조명 실험실에서 Stemmer Imaging의 엔지니어인 슈미츠는 디스크 브레이크에 대한 다양한 응용 프로그램을 테스트한 경험을 갖고 있었다. 그래서 그는 이미징 프로세싱 제품의 활용 범위를 알고 있었고, 그동안 실험실에서 진행했던 테스트의 결과를 토대로 Knorr-Bremse가 원하는 이미징 프로세싱 시스템을 설계할 수 있었다.

3개 회사의 파트너십
계획된 시간 내에 Knorr-Bremse가 이미징 프로세싱 시스템을 도입하는 프로젝트를 달성하기 위해 3개 회사의 동맹이 형성되었다. 먼저 Stemmer Imaging  Neupro-Solutions에게 가능한 빠르게 이미지 프로세싱의 구성 요소를 전달했다. 이를 토대로 Streicher Maschinenbau는 전기 다이어그램과 테스트 캐빈의 기계적인 구조 등을 만들었다.

Neupro의 전무 이사는다양한 고객의 요구를 만족시키고, 디스크 브레이크가 필요로 하는 높은 레벨에 근접하기 위해 우리는 데이터베이스를 생각하기 시작했다고 말했다. Neupro는 데이터베이스 업체인 오라클의 공식 파트너이므로 짧은 시간에 부품 번호와 테스트를 해야할 제품의 수 등을 아우르는 적합한 솔루션을 제공할 수 있었다. 설명에 의하면 브레이크는 문서를 필요로 하는 구성 요소인데, 이것이 이미지 데이터 및 검사 데이터를 모두 데이터베이스에 보관하해야 하는 이유였다. Neupro는 또한 PLC 인터페이스도 제공했다. 이것은 Knorr-Bremse가 어디에 있든 호스트 컴퓨터에서 데이터를 불러내 추가적인 업무를 하도록 지원하기 위함이었다.

그러나 디스크 브레이크 생산에서 해당 데이터는 테스트 캐빈에서 우선적으로 수집돼야 했다. 이를 위해 이 동맹팀은 3개의 AVT GigE Vision 카메라를 활용했다. 이 카메라는 슈나이더 렌즈와 Sherlock 이미지 프로세싱 소프트웨어를 채용한 Z-Laser의 라인 레이저로 구성되어 있다.

활용된 카메라를 좀더 구체적으로 보면 Manta G-504C 제품 2개와, Manta G-146C 컬러 카메라 1개 등 총 3개이고, 이들은 이더넷을 통해 전력이 공급된다. Neupro-Sherlock 플러그인은 데이터베이스에 데이터를 전송한다. Progl에 따르면 개별 검사 알고리즘은 부품 번호를 통해 데이터베이스를 불러온다. 또한 통계적인 데이터베이스에 저장된 측정 데이터를 평가하고 사전에 정의된 임계 값에서 통계적으로 근사치를 수행한다.

이미지 처리 시스템은 검사할 세부 사항에 초점을 맞추고 있지만 검사할 곳은 사실 매우 다양하다. 그래서 바우어는이미지 프로세싱 소프트웨어 기술은 미리 정의된 특정 임계값을 가지고 있지만 여기에 더해 추가적인 확장성도 보장해야 한다고 말했다. 예를 들면 테스트의 수, 최대 카메라의 수 등을 계산할 수 있어야 하는 것이다.

촬영된 이미지의 데이터는 크기도 중요한 바, 데이터의 크기를 줄이기 위해 시스템은 3개의 원본 이미지를 결합하여 JPG 포맷으로 압축하고 일련 번호를 함께 저장한다. 그래서 검색된 브레이크용 모든 문서는 수 초 이내에 사용하게 되고, 이 문서를 통해 마운트된 부품을 정확히 알 수 있게 된다.

시스템 중단없이 설치

이미지 프로세싱 시스템은 디스크 브레이크를 생산하는 동안 설치되었다. 제어 캐비닛과 기계적인 구조는 이미지 프로세싱 시스템이 다른 여타 시스템의 방해를 받지 않으면서 독립적으로 작동하도록 디자인 되었다. 바우어는우리는 심지어 작동이 되는 동안에도 PLC를 적재했다고 말했다.

그는 이어자신의 분야에서 전문성을 가진 사람들과 함께 일했고, 모든 관련 기업 간의 협력이 이번 프로젝트를 성공할 수 있게 만든 요인이었다고 언급했다.

참여 기업이 각각의 분야에서 전문가이기 때문에 바우어에 따르면 촉박한 시간을 맞출 수 있었다. 바우어는 “Stemmer Imaging은 하드웨어의 구성 요소에 관계없이 필요한 모든 이미지 프로세싱을 제공하는 유일한 회사이다. 그리고 그것을 토대로 나는 응용 프로그램과 타당성 조사 등 거기에 필요한 소프트웨어를 얻을 수 있었다고 말했다. 더불어 그는 “Stemmer Imaging의 빠른 서비스도 편리한데, 그 덕분에 푸크하임의 조명 연구소에서 초기 타당성 연구를 진행할 수 있었다라고 강조했다.

프로젝트를 검토한 바우어는 처음에 필요하지 않았던 기능을 프로젝트 단계에서 추가로 도입할 수 있게 된 것 역시 만족했다.

이미지 처리 응용 프로그램은 노출 시간과, 미리 정의된 측정 영역 및 사물의 위치등을 확인한 뒤 자동으로 자신의 위치를 변경하며 각종 사물을 검사한다. 미리 정의된 임계값에서 편차가 감지될 때 메시지는 높은 수준의 호스트 컴퓨터에 자동으로 출력된다. 설치된 산업용 Beckhoff PC는 또한 팬 없이 작동하므로 별다른 유지보수가 필요없다.


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