Teledyne FLIR 머신 비전 카메라를 활용하는 Instrumental의 신종 AI 검사 플랫폼
제조업은 전 세계의 세계 총생산(Gross World Product, GWP) 중 절반 이상인 40조 달러의 규모를 차지하고 있지만 제조 최적화 회사인 Instrumental에 따르면 지출한 비용의 20%가 낭비된다고 합니다. 이는 GWP의 10%인 8조 달러 규모의 문제에 해당합니다. 2015년에 전직 Apple 엔지니어들이 설립한 Instrumental은 클라우드 소프트웨어, 머신 비전 검사, 인공지능(AI) 및 전자 테스트 데이터를 결합한 최적화 및 검사 플랫폼을 개발하여 엔지니어들이 검사 라인 끝에서 문제를 끝낼 뿐만 아니라 업스트림으로도 문제를 해결할 수 있게 함으로써 낭비를 줄이는 것을 목표로 합니다.
데이터 활용도 강화, 공장 원격 관리
Instrumental의 100개 전자 브랜드를 대상으로 한 2021년 NPI 상태 설문조사 결과, 엔지니어링 시간의 76%가 쉽게 자동화할 수 있거나 더 나은 데이터가 있으면 신속하게 처리될 수 있는 작업에 소비되는 것으로 나타났습니다. 다른 요소들보다도 특히 엔지니어링 시간 자원의 낭비로 인해 브랜드들은 시장이 요구하는 혁신 속도에 보조를 맞추기가 어려워집니다. Instrumental은 자동화된 결함 탐지, 근본 원인 분석, 보고, 안전한 제품 데이터 관리 및 언제 어디서나 활용 가능한 기본 협업 도구를 제공함으로써 엔지니어링 증폭기 역할을 하고 원격 신제품 출시에 대응합니다.
Instrumental의 제조 최적화 플랫폼은 공급망 전체에서 이미지와 기능 테스트 데이터를 집계하고, 인공 지능을 활용하여 잠재적인 근본 원인의 순위를 자동으로 평가합니다. 이를 통해 Instrumental 고객은 문제 해결을 가속화하고, 더 높은 수율을 얻고, 품질을 개선할 수 있습니다.
대량 생산 중에, 조립 라인의 운영자가 제품을 Instrumental 이미징 스테이션에 놓고 버튼을 누른 다음 녹색 또는 빨간색 표시등이 나타날 때까지 4~5초 동안 기다립니다. 제품이 검사를 통과하면 표시등이 녹색으로 표시되고 운영자가 추가 조립을 위해 해당 제품을 라인 아래로 보냅니다. 운영자는 주요 조립 단계 사이에 이미징 시스템에서 제품을 다시 점검하여 고객에게 다양한 단계에서 중요한 이미지 데이터와 함께 제품에 대한 합격-불합격이란 결과를 제공합니다.
또한 이 시스템은 전자 테스트, 측정 및 제조 라인에서 수집된 기타 관련 데이터를 위한 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(Application Programming Interface, API)를 제공합니다. 이 정보는 제품 설계 엔지니어, 품질 엔지니어 및 기타 운영 직원과 같은 다양한 사용자가 이미지 데이터와 더불어 테스트 결과에 액세스할 수 있도록 Instrumental의 클라우드 소프트웨어에서 즉시 사용할 수 있습니다.
Instrumental의 사업 개발 및 솔루션 담당 이사인 Tobias Harrison-Noonan은 이렇게 설명합니다. “Instrumental은 사용자가 데이터를 최대한 활용할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있으며, 이를 통해 민첩성을 갖출 수 있고 공장을 원격으로 관리할 수 있습니다.” “코로나19 팬데믹으로 인해 엔지니어들이 공장에 들어갈 수 없게 만든 큰 변화가 일어난 점을 감안할 때, 과거 어느 때보다도 바로 지금 이 기능이 더 중요해졌습니다.”
작동 방식
Instrumental은 자동화된 생산 라인 배치를 위한 맞춤형 옵션뿐만 아니라 일반적인 표준 구현인 중간 삽입형 이미징 스테이션도 제공합니다. 스테이션 내부에는 Teledyne FLIR의 컬러 머신 비전 카메라, 즉 일반적으로 20MP 롤링 셔터 CMOS 이미지 센서를 탑재한 카메라가 있습니다. 이 시스템은 Edmund Optics의 렌즈를 사용하고, 조명을 위해 산업용 막대형 조명을 갖추고 있습니다. 고객은 Instrumental 스테이션을 즉시 사용할 수 있는 솔루션으로 선택할 수 있으며, 미국과 중국의 전문가 팀을 통해 손쉽게 설치를 조율할 수 있습니다. 또한 고객은 원하는 경우 자체 하드웨어를 사용할 수 있습니다.
머신 비전 카메라의 경쟁 환경에서 Instrumental은 Spinnaker 소프트웨어 개발 키트(Software Development Kit, SDK) 때문에 Teledyne FLIR 카메라를 선택했습니다. Harrison-Noonan은 이렇게 설명합니다. “당사 조사에 따르면 Spinnaker SDK는 아주 편하게 접근할 수 있어 보였고, 통합하기가 상당히 쉬울 것 같았는데, 우리 생각이 옳았습니다.” 또한 Teledyne FLIR Blackfly S 시리즈에는 고객이 최소한의 추가 소프트웨어 개발로도 카메라를 변경할 수 있는 유연성을 제공하는 대규모 카메라 제품군이 있습니다.”
그는 계속 이렇게 설명합니다. “예를 들어, 당사는 기본으로 20MP Blackfly S USB3 카메라를 배치하고 있지만, 팀에서는 최근 움직이는 컨베이어 벨트 애플리케이션에서 모션 블러를 줄이기 위해 글로벌 셔터가 있는 Blackfly S 카메라가 필요했습니다. 해당 카메라가 같은 제품군에 속해 있기 때문에 소프트웨어 수정이 거의 필요하지 않았습니다.”
이와 유사한 상황에서, Instrumental 팀은 투명 물질을 통해 관찰해야 하는 특정 응용 분야를 위해 적외선 조명이 탑재된 흑백 카메라를 배치했습니다. 이 경우에도, Instrumental은 다른 Blackfly S 모델을 쉽게 사용할 수 있었습니다.
직관적인 설정, 24시간 이내의 빠른 ROI
Instrumental 플랫폼은 일반적으로 전자 제품 응용 분야에서 사용되는 것을 볼 수 있지만, 이 스테이션은 다양한 유형의 제품을 수용할 수 있습니다. 결함 교육은 클라우드에서 수행되며, Instrumental은 관리형 클라우드 플랫폼을 위한 엔터프라이즈급 호스팅 보안과 관련해 일련의 광범위한 조치와 프로토콜을 신규 사용자에게 안내함으로써 보안 문제를 완화합니다. Instrumental의 머신 러닝 교육 프로세스는 표적 딥러닝 검사보다 필요 이미지 수가 더 적습니다. 여기서 소프트웨어는 테라바이트 단위의 데이터를 분석하고 상관성을 만듭니다.
Harrison-Noonan은 이렇게 말했습니다. “이 플랫폼은 의도적으로 일반화되도록 설계되었기 때문에 팀이 매우 구체적인 알고리즘을 설계하는 데 2개월을 할애해야 하는 서비스형 AI를 제공하지 않습니다.” “일반적으로 30개의 제품 이미지만 필요하고 AI는 사용자 입력 없이 새로운 문제를 자동으로 식별하기 시작하므로 비전 분야 이외 전문가의 전체 프로세스가 실제로 간소화됩니다.”
추론은 일반적으로 강력한 GPU가 있는 Dell 컴퓨터와 같은 엣지에서 이루어지므로 시스템이 더 빠른 결정을 내리고 인터넷 중단 시에도 계속 운영 상태를 유지할 수 있습니다. 시스템에 30개의 이미지가 준비되면, 데이터 분석을 시작하고 운영자에게 이상을 강조 표시할 수 있으며, 운영자는 그 후 강조 표시된 문제를 확인하거나 제거할 수 있습니다.
또한, 전 세계 어느 곳에서든 여러 사용자가 단일 프로젝트에 액세스하여 교육 단계에 데이터를 제공한 다음 해당 저장소를 중앙 데이터 협업 플랫폼으로 사용할 수 있습니다.
Harrison-Noonan은 이렇게 말했습니다. “예를 들어, Instrumental 플랫폼을 고장 분석에 사용하는 미국의 설계 엔지니어들은 결과 및 조치를 아시아의 품질 및 공장 팀과 직접 공유하여 글로벌 커뮤니케이션을 가속화하는 경우가 많습니다.”
마이크로미터 단위 정밀도로 결함 해결
이미지: Blackfly S USB3 카메라 모델
Blackfly S 20 MP 카메라를 사용하면 Instrumental 이미징 스테이션이 매우 작은 오류로도 고장이 발생할 수 있는 소형 전자 마이크로 어셈블리를 검사하는 데 필요한 높은 수준의 세부 정보를 캡처할 수 있습니다. 예를 들어 휴대폰 검사와 같은 작업의 경우, Instrumental은 광학 장치의 크기를 조정하고 그에 따라 작동 거리를 설정하며 그것으로부터 해상도를 계산합니다.
Harrison-Noonan은 이렇게 말했습니다. “Instrumental은 결함을 찾아내려면 픽셀이 몇 개 있어야 하는지 추산할 수 있게 해 주는 계산기를 사용합니다.” “일반적으로 결함을 포착하려면 5개 또는 6개 픽셀이 필요하다고 할 수 있는데, 이는 일반적으로 그러한 응용 분야에서 달성하고자 하는 목표, 즉 보편적인 모바일 전자 장치 크기의 경우 결함의 크기가 약 150 내지 200µm임을 의미합니다.”
Teledyne FLIR는 20MP 롤링 셔터 글로벌 리셋 이미지 센서를 탑재한 6가지 Blackfly S 카메라 모델을 제공합니다. 이러한 모델은 USB3, GigE 및 보드 레벨 옵션으로 제공되고 65.39%~80%의 양자 효율과 최대 18 FPS의 프레임 속도를 자랑하며 이미지 센서의 범위는 0.4MP~24.5MP입니다.
다음 단계
Instrumental의 시스템은 일반적으로 컬러, 가시 스펙트럼 카메라를 사용하지만, 최근에는 적외선, 심지어 X선 및 3D 이미징 기술과 같은 새로운 데이터 소스로도 확장해 왔습니다.
Harrison-Noonan은 이렇게 말했습니다. “여러 분야의 회사들이 클라우드 기술을 채택하는 것에 대해 인식이 개선되거나 보다 개방적이 되어 가면서, 이 시스템은 팬데믹 기간 중에도 이들이 메트릭을 충족시키고 초과 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.” “Teledyne FLIR는 다양한 응용 분야에 사용되는 카메라로 구성된 광범위한 포트폴리오를 제공하여 새로운 작업을 처리할 수 있는 유연성을 당사 시스템에 제공합니다.”
그는 덧붙여 이렇게 말했습니다. “전 세계의 선도적인 전자 제품 제조업체들이 Teledyne FLIR 카메라를 사용하여 팬데믹 기간 동안에도 품질을 유지하고 생산 일정을 준수하고 있습니다. Instrumental 시스템과 Teledyne FLIR를 활용하는 것이 새로운 데이터 소스를 통해 고객의 요구사항에 맞게 조정할 수 있는 비결이 되고 있습니다.”
Instrumental에 대한 자세한 내용은 https://instrumental.com/about에서 살펴볼 수 있으며, FLIR 머신 비전 카메라에 대한 자세한 내용은 www.teledyneflir.com/machine-vision에서 살펴볼 수 있습니다.
