A로봇 구동, 공정 제어와 관리, Q/C와 모니터링, 머신비전 등의 기반 기술
기존 기계제작 전문 글로벌업체들 신기술 개발 앞장
[중소기업투데이 조민혁 기자] 스마트팩토리가 하나의 트렌드로 자리잡고 있지만, 이에 관한 정보나 기술력이 부족한 중소기업들로선 막연히 자율 구동장치나 자동화 네트워크 정도로만 이해하는 수준이다. 그러나 실제로 각종 기계장치에 IT와 통신기술을 적용한 제조업 현장에선 모션 컨트롤 테크놀로지, 스마트 센서, 가상과 실제를 혼합한 이미지 판독 솔루션 등이 공장 스마트화 내지 디지털 트윈의 가장 핵심이자 기본 요소로 보급되고 있다.
애초 스마트팩토리의 시작은 협동형 로봇이나 다관절 로봇에 의한 스마트 공정에서 시작되었다고 해도 과언이 아니다. 그러나 XR이나 스마트 센서, 모션 컨트롤 테크놀로지를 기반으로 한 SW와 머신비전 기술이 최근엔 스마트팩토리의 필요․충분조건이 되고 있다. ‘2022 스마트팩토리&오토메이션전’에 부품 조립용 다관절 로봇을 출품한 S사 대표는 “두산로보틱스나 슈나이더 일렉트릭, 보쉬, IMC 등 종래 공구나 장비 기술에 주력해오던 글로벌 기업들이 이 분야 시장에 뛰어들면서 스마트팩토리의 양상도 달라지고 있다”고 전했다.
그는 “이들 기업들은 종전부터 특화시켜온 공장 기술에 IT와 통신 기술, 그리고 AI나 VR솔루션을 접목하고 있다”며 “예를 들어 콘트롤러 시스템의 경우 특히 PC제어 기반 콘트롤 시스템이 많이 보급되고 있는데, 로봇 제어를 비롯해 반도체, 의료장비 등에도 적용되고 있다”고 밝혔다. 또 “이같은 모션 컨트롤 시스템은 기왕의 C/C＋＋/.NET을 이용한 어플리케이션을 제작하거나 프로그래밍하는게 보통”이라고 덧붙였다.
그 대표적인 기업인 두산로보틱스는 최근 제품 소개서를 통해 “고출력 주파수를 이용해 고성능 모터를 직접 제어하는 드라이브가 내장되어 있는 경우가 많고, 때론 모터 직결 방식으로 한 네트워크에서 최대 620축까지 제어할 수도 있다”며 “150개의 I/O를 프로그램으로 자유롭게 사용할 수 있으며, 다축 드라이브를 하나의 백플레인에 통합한 구조”라고 설명했다. 또 드라이브나 I /O를 내장함으로써 일부 배선이 제거되고, 간소화됨으로써 공간이나 가격을 절감할 수 있다는 점도 장점이라고 강조했다.
요즘은 또 전통적인 가공장비인 CNC를 제어하는 스마트 컨트롤 기술도 발달하고 있다. ‘2022 로보월드’에 공작용 로봇을 출품한 한 업체는 “이른바 레거시 공작기계와 디지털 기법을 접목한 것으로, 이를 통해 CNC를 그 위치와 속도, 스핀들 회정 등 모든 기능을 자동적으로 제어하는 방법, 즉 뉴메릭 컨트롤(NC) 기술이 응용되고 있다.”면서 이에 마이크로 컴퓨터가 내장된 NC컨트롤러를 소개하기도 했다.
스마트팩토리에서 특히 중요한 것은 스마트 센서 기술이다. 최근 공구 전문 대기업인 보쉬의 경우 모든 장비를 연결시켜 줄 프로그래밍이 가능한 스마트센서를 출시하고 있다. 이는 블루투스나 무선 네트워크를 통해 제품을 원격으로 모니터하고 제어, 분석하는 기능을 갖고 있다. 실시간으로 구성요소를 선택하고 하드웨어를 조립하는 올인원 센서 키드가 그 핵심 장치다.
보쉬 측은 자사 제품에 대해 “오픈소스 샘플코드를 바탕으로 모든 시스템 구성요소의 드라이버를 포함하고 있다”면서 “안전한 데이터 프로토콜과 내장 충전식 리튬 이온 배터리, 내장된 확장 보드를 통한 기능 확장, 그리고 표준 또는 고급 사용자를 위한 API도 차별화 포인트”임을 강조했다.
최근엔 ‘MEMS’ 센서도 스마트 팩토리의 중요한 기술로 주목받고 있다. 이는 ‘Micro-ElectroMechanical Systems’, 즉 미세 전자 기계시스템이다. 초소형의 고감도 센서로서 물리적, 화학적, 생물학적 감지를 통해 외부 환경에 대한 감시, 검출, 모니터링을 위한 도구로 활용되고 있으며, 최근에는 스마트폰에도 많이 사용되고 있는 첨단 센서 기기다.
글로벌 기계 제작업체인 슈나이더 일렉트릭이 구축한 센서 라인업은 그 대표적인 사례다. 이를 도입한 국내의 한 머신비전 전문업체는 “이른바 셀프 티칭(teaching) 기능을 적용해 지능화된 XT/XS 근접 센서를 통해 주변환경을 자동으로 인식해 정확하게 감지하며, 절연체나 도전체 등도 감별해낸다.”면서 “자동인식 버튼으로 개체를 감지, 자동 조정하며 주변 환경을 자동으로 인식하고 초정밀 조정도 가능하다”고 들려줬다.
산업용 기계와 제조 공정에 증강현실(AR) 소프트웨어를 접목한 솔루션도 대중화되고 있다. 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 현실세계에 실시간으로 부가 정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주는 것이다. 이는 태블릿PC나 휴대폰을 통해 기계 공정을 이미지로 인식하게 한다. 그렇게 인식한 이미지 정보를 AR서버에 요청, 와이파이 또는 4G로 정보를 전달하는 것이다. 그 과정에서 태그를 이용해, 직접 기계나 장비를 인식할 수 없는 환경에서도 모니터링을 할 수 있다.
작업 현장의 모니터링 과정에서 필히 있어야 할 각종 감지기는 일부 중소 내지 중견기업들이 활발하게 기술을 개발, 출시하고 있다. 이는 가스나 연기, 화재 등을 각 공정별 마디마다 감지, 감별하여 사고를 예방하는 것이다. 연기감지기, 수․배전반 화재감지기, 가스감지기, 흡입형 감지기, 적외선 온도계 등이 설치되어 하나의 일관 시스템을 구성한다.
스마트팩토리가 최근 물류와 포장재 제작업체로 확산되면서 최근엔 AI 비전 검사 SW도 보급 속도가 빨라지고 있다. 모듈방식으로 학습부터 테스트까지 한 번에 지원하거나, 이미지 내에서 다양한 유형의 결함을 픽셀 단위로 검출하는 기술도 있다. 이를 최근 도입한 물류용 파레트 제작업체는 “이미지 내에서 지정된 물체를 찾고 박스 형태로 검출할 수 있고, 때론 사용자 기준에 맞춰 불량 여부를 판정하거나, 이를 유형별로 분류할 수도 있다”면서 “특히 양호한 제품의 이미지를 학습하고, 이를 기반으로 결함을 검출해낼 수 있어 한층 생산성이 높아졌다”고 전하기도 했다.