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심층기획 머신비전, 보이지 않는 불량을 잡아라!

고속·고해상도·넓은 파장범위·3차원 검사…사용자 요구 높아

[산업일보]
제품의 불량을 잡아내는 ‘눈’의 역할을 하는 머신비전은 공장자동화(FA) 분야에서 없어서는 안 될 중요한 부분으로 자리매김하고 있다. 특히 보다 적은 수의 카메라로 빠른 시간 안에 불량품을 잡아내고 전문가가 아니더라도 누구나 쉽게 사용할 수 있는 인터페이스에 대한 요구가 끊임없이 제기되면서 제품 개발·공급기업 역시 이에 대응한 제품을 내놓고 있다. 최근에는 사용자들의 요구에 빠르게 대응하기 위해 인수합병을 통해 제품포트폴리오와 기술력을 강화하는 움직임도 많아지고 있다.


적용분야의 확대
머신비전은 FA 분야에서 인간의 눈을 대신해 결함, 이물질, 균열, 주름 등을 검사하거나 위치 검출, 측정 및 개수 카운트, 바코드 판독, 문자 인식 등에서 다양하게 사용되고 있다. 적용 분야도 반도체 제조, LCD, 디스플레이, 로봇, 자동차, 의료, 인쇄, 물류, 농업 등을 포함하고 있으며 향후에는 더욱 범위가 확대될 것으로 보인다. 자동차만 보더라도 백 모니터와 드라이브 레코더뿐만 아니라, 자동 주행 지게차, 무인 항공기, 드론 등 기존에 사용되지 않았던 분야에서도 머신비전에 대한 요구가 커지고 있다.

머신비전, 보이지 않는 불량을 잡아라!
뷰웍스 김영호 광영상사업부 사업부장


“고성능 카메라 시장은 빠르게 성장하고 있다. 특히 디스플레이 시장의 빠른 교체수요와 자동차 데시보드 등 기존에 사용되지 않았던 디스플레이 분야에서의 사용이 늘어나고 있다. 또한 응용 분야나 신규 분야도 늘어나고 있다. 예를 들면, 고속 철도의 균열이 없는지 주기적으로 모니터링할 때도 고속 고해상도 카메라가 요구되고 있다”고 (주)뷰웍스 김영호 광영상사업부 사업부장(이하 김 사업부장)은 말했다.

(사)한국머신비전산업협회(이하 KMVIA) 이진원 협회장(이하 이 협회장)은 “물류 분야에서도 기존에는 데이터를 읽는 수준에서 최근에는 이미지 데이터까지 원하는 사용자들이 증가하면서 머신비전의 수요가 증가하고 있는 추세”라고 언급했다.

고속·고해상도·3D 요구 높아
최근 머신비전 업계는 사용자의 다양한 요구에 맞춰 기술 또한 진보하고 있다. 고속·고정확도 머신비전뿐만 아니라 분진이 심하거나 조도가 낮은 환경 등 눈으로 식별이 불가능한 환경에서도 검사할 수 있는 적외선, 근적외선 등 가시광선영역에서 확대된 비전시스템이 출시되고 있다. 한 번에 넓은 영역을 찍을 수 있는 고해상도, 깊이를 알 수 있는 3D, 색을 구분할 수 있는 컬러의 요구가 지속적으로 높아지고 있다.

머신비전, 보이지 않는 불량을 잡아라!
한국머신비전산업협회 이진원 협회장


이 협회장은 “국내외 전시회를 통해 살펴보면 최근 머신비전의 추세는 속도는 더욱 빠르고, 고해상도를 통해 더욱 정확하고 더 넓은 면적을 한 번에 확인할 수 있는 요구를 읽을 수 있다”며, “뿐만 아니라 자외선(UV)에서 적외선(IR)까지 파장대역이 확대된 카메라가 등장하고 있다. UV 분야 열화상 카메라의 경우, 눈으로는 구분할 수 없는, 예를 들면, PCB 기판 위의 매우 작은 부품의 발열도 확인할 수 있다. 또 녹색, 적색, 근적외역의 3분광으로 이루어진 다중분광카메라를 통해 농작물의 생육상태를 확인하는데 사용되는 경우도 있다. 안개가 낀 상태, 조도가 낮은 상태에서 IR카메라를 사용하면 안개 속에서 선명하게 목표물을 확인할 수 있다. 즉 파장대가 넓어지면 눈으로 확인이 힘든 부분도 볼 수 있어 생산공정에 적용할 경우 양품률을 높이게 된다”고 설명했다.

김 사업부장은 “현재까지는 한계가 어디일지 모를 정도로 해상도가 높아지고 있다”고 말하며 “이러한 유저의 요구는 여러 번에 나눠서 찍었던 부분에서 한두 번의 촬영으로 넓은 범위 전체를 확인하고자하는 데서 비롯된다”고 말했다. 김 사업부장은, 현재 뷰웍스는 29메가(2십9만 화소) 센서를 가지고 4배 해상도를 116메가(1억 1천6백만 화소)를 만들 수 있는 기술을 가지고 있고 기술 개발을 통해 사용자 요구에 지속 대응해 나갈 예정이라고 밝혔다.

머신비전, 보이지 않는 불량을 잡아라!
코그넥스코리아 조재휘 지사장


3차원(3D)에 대한 요구도 높아지고 있다. 평면적인 2차원(2D) 검사로는 알 수 없었던 결함을 확인할 수 있게 되는 것이다. 코그넥스코리아 조재휘 지사장(이하 조 지사장)은 “3D 머신비전은 2D 머신비전과 달리 외관상의 길이, 폭, 높이, 기울기, 부피 등과 관련된 3차원 검사를 말한다. 명암이나 조명의 변화와 상관없이 미크론 수준의 정확도를 제공해 정확하고 빠르게 오류를 판독할 수 있다”며, “이를 통해 생산 오류를 줄이는 것은 물론, 제조비용을 절감할 수 있어서 앞으로 머신비전 시장에서 3D 기술의 접목은 점차 확대될 것으로 기대된다”고 전망했다.

조 지사장은 “예를 들어, 에어백 센서 커넥터 같은 경우는 컬러 머신비전이 필요한 대표적인 영역이라고 할 수 있다”며 “각 커넥터에 올바른 색상의 전선이 연결됐는지 확인해야 하는데 이 때 컬러 머신비전이 필요하다. 컬러 머신비전은 같은 색깔의 색조 차이까지 구분해내야 하는 고난도 기술이다. 이런 경우에는 색조의 작은 차이까지 안정적으로 구분해내는 고속 컬러 정렬 툴을 사용해야 복잡한 컬러 제품 조작을 신속하게 할 수 있다”고 설명했다.

딥러닝…5년내 꽃핀다
4차 산업혁명과 스마트공장에 대한 요구가 머신비전시장에서 관련 제품에 얼마나 영향을 미치고 있는지는 아직 업계관계자들의 피부에 와 닿을 정도는 아니라고 말한다.

이 협회장은 “머신비전 역시 빅데이터를 통해 인공지능화되는 단계로 가겠지만 아직은 업계에서 큰 변화를 느끼지는 못하고 있다. 하지만 머신비전은 공장 안이라는 규정된 조건 안에서 작업을 수행하기 때문에 일반적인 딥러닝 환경에 비해 조건이 한정돼 있다. 즉 환경적인 면에서 데이터 수집에 효과가 높을 것이라고 생각한다”며 “현재 출시된 딥러닝 툴을 적용하는 기업들이 있지만 아직은 단가가 높은 편이기 때문에 가격이 경쟁력을 갖추고 신뢰성에서도 검증되면 자연스럽게 확산될 것으로 보인다. 그 시기를 앞으로 5년 정도로 보고 있으며 그쯤에는 딥러닝 베이스의 소프트웨어를 많이 사용할 것”이라고 전망했다.

조 지사장은 “스마트 공장과 인더스트리 4.0이 각광을 받으면서 머신비전 솔루션에 대한 관심과 기대도 함께 커지고 있다. 앞으로 업계의 기술력이 발달해 나가려면 빅데이터나 딥러닝, 인공지능 등 새로운 기술을 적극적으로 도입하는 것이 필요하다고 생각된다”고 말했다.

CMOS에서 CCD…완전한 대체는 ‘미정’
머신비전시장의 최근 이슈 중 하나는 CCD(Charge Coupled Device)에서 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)로 재편된 것을 빼놓을 수 없을 것이다. 2000년경까지만 해도 소니의 CCD를 이용하는 것이 당연한 것이었으나 2015년에 들어서면서 머신비전 업계에서 CMOS의 비율이 높아지기 시작했고 최근에는 90% 가까이 CMOS로 대체된 상황이다.

이 협회장은 “최근 CCD에서 CMOS로 거의 대부분 바뀌었다. CMOS는 CCD에 비해 가격적인 면에서 2~4배 가량 저렴하며 고속 촬영 등 다양한 장점이 있다. 뿐만 아니라 CMOS는 고해상도 제품을 지속적으로 출시하고 있어서 기존 CCD 시장을 많이 대체했고 앞으로도 이러한 추세는 이어질 것으로 보인다”고 말했다.

CMOS가 CCD를 완전히 대체할 것이냐는 질문에는 아직 미지수라는 관점이다. 김 사업부장은 “앞으로 과연 CMOS가 CCD가 점유했던 전체 분야를 커버할 수 있을 것인지는 모니터링을 해야 할 부분이라고 생각한다”며 “저조도의 경우 CMOS가 CCD를 100% 대체할 수 없을 것이라는 예측도 있다. 물론 이 역시 예측일 뿐이다. 예전에 디지털카메라는 필름카메라를 완전히 대체할 수 없을 것이라고 했지만 현재는 DSLR 카메라를 사용하는 것처럼 CMOS가 CCD를 완전히 대체할 수 있을지는 알 수 없다”고 말했다.

해외 투자비중 높아…중국 추격 주목해야
기업들이 제품의 가격경쟁력을 갖추기 위해 베트남, 인도네시아, 중국 등에 공장을 설립하는 것은 어제 오늘의 이야기가 아니다. 때문에 머신비전 업체들도 유저의 해외 공장 설립에 맞춰 머신비전 시스템을 최적의 상태로 세팅하고 있다. 문제는 최근 신규 공장 설립이 주춤한 상황이다 보니 프로젝트를 수주한 기업들과 그렇지 못한 기업간의 희비가 엇갈리고 있다.

또한 국내 중소기업에서 해외 프로젝트를 수주했더라도 인력을 파견해야 하는 등 인력확보와 비용적인 부분에서 어려움이 있다. “비전장비는 설치된 환경에 따라 조명을 설치하고 최적의 컨디션을 조절해줘야 하기 때문에 인력을 현장에 투입해서 세팅을 해야 한다. 일례로 중국의 경우 분진이 많아서 조도가 낮아진다거나 정전 등 전기문제가 일어날 수 있기 때문에 현지에 인력을 파견할 수밖에 없는데 중소기업 입장에선 기술력을 갖춘 인력을 해외로 파견하는 부분이 부담이 될 수밖에 없다”고 이 협회장은 말했다.

중국 기업들의 추격도 주목해야 할 부분이다. “중국에서는 기업들이 자체경쟁력을 갖춘 기업들도 있지만 많은 기업들이 국가보조에 의해 빠르게 경쟁력을 갖춰나가고 있다. 카메라의 핵심 부품인 센서의 경우 미국이나 유럽에서 독점해오고 있는데 중국에서 이미지 소자를 개발한 업체들도 나오고 있다”고 김 사업부장은 말했다.

한편, 올해 뷰웍스는 기존 주력해왔던 고해상도 카메라 분야에서 시장경쟁력을 높이며 지난해 2월에 출시한 라인스캔카메라의 저가형 버전을 상반기에 출시할 예정이라고 밝혔다. 김 사업부장은 “자사의 라인스캔카메라는 해외 제품에 비해 가격, A/S 등에서 고객들에게 호응을 얻고 있다"며 “올해는 그동안 기술 개발해 왔던 제품들을 분기별로 선보일 계획도 가지고 있다“고 말했다.

코크넥스 조 지사장은, “한국은 반도체나 LCD 등 머신비전 솔루션이 필수적인 정밀 제조 산업이 매우 발달해 있어 향후 시장 전망도 매우 밝다고 본다. 이에 본사 차원에서 한국 시장에 대한 투자를 꾸준히 하고 있으며, 국내 로컬 파트너에 대한 지원을 통해서 고품질 제품을 제공하고 전문 서비스를 지원할 예정”이라고 말했다.

한국머신비전산업협회 이 협회장은 “기존에 2년에 한 번씩 시행하던 시장조사를 매년 실시할 예정이다. 올해 개최되는 국내 자동화 전시회에 170부수 규모로 참가할 계획으로, 이 전시회에서 산업용 카메라의 역사와 1세대, 2세대 3세대 머신비전업계의 계보도를 준비해서 협회부스에 전시할 계획도 가지고 있다”고 밝혔다. 또한 KMVIA AWARDS를 전시회 오프닝 행사로 선보일 예정이라고 덧붙였다.
김원정 기자 vuswlq@kidd.co.kr

제조기업 강국이 되는 그날까지, 공장자동화 스마트팩토리에 대한 뉴스를 기획·심층 보도하겠습니다.

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