머신 비전 기술은 2D와 3D 비전을 기반으로 전자기기 어셈블리 애플리케이션에서 뛰어난 성능을 기반으로 제조업체들이 보다 낮은 생산비용으로 최고 품질의 제품을 생산할 수 있도록 해준다.

정밀도가 최우선 과제인 모바일 및 웨어러블 기기의 모든 조립생산 단계에서 머신 비전 기술은 없어서는 안 될 필수 솔루션이다. 이미 고정밀 반도체 및 전자기기 생산 분야에서 핵심적인 역할을 수행하고 있는 머신 비전 기술은 2D와 3D 비전을 기반으로 전자기기 어셈블리 애플리케이션에서 뛰어난 성능을 기반으로 제조업체들이 보다 낮은 생산비용으로 최고 품질의 제품을 생산할 수 있도록 해준다.

모바일 및 웨어러블 기기 생산은 신속한 부품 교체를 통해 보다 빠르게 생산량을 증대시킬 수 있어야 한다. 머신 비전 기술은 로봇 가이드, 정밀 정렬, 3D검사, 이미지 기반 코드 판독을 통해 기존의 노동 집약적인 제조환경을 첨단 제조방식으로 전환함으로써 생산현장에서 직면하고 있는 문제들을 보다 신속하고, 손쉽게 해결할 수 있도록 해준다.

특히 모바일 기기 어셈블리를 위해서는 가장 정밀한 정렬 툴과 검증 툴을 기반으로 한 비전 시스템을 구축해야 한다. 코그넥스(Cognex)는 뛰어난 해상도와 매우 빠른 속도, 보다 향상된 컬러 특성을 갖춘 비전 시스템과 다양한 애플리케이션에 최적화된 강력한 비전 툴을 제공함으로써 모바일 및 웨어러블 기기제조 엔지니어들이 까다로운 생산 및 패키징 요건을 실현할 수 있도록 해준다.

사전 어셈블리 검사

사전 어셈블리 단계에서는 최종 어셈블리에 앞서 개별 컴포넌트들의 치수가 올바른지 확인하고 제조상의 결함이 없는지 검사가 이루어져야 한다. 지금까지는 부품 간 이격 거리를 확인하기 위해 레이저 검출 기술이 사용돼 왔으나, 이는 부품의 3D 검사와 더불어, 동시에 국소적인 2D 이미지 확인 작업을 수행할 수 없다. 그 결과 치수가 규격 범위를 벗어난 부품으로 기기가 조립될 수 있으며, 또한 표면 결함이 있거나 커넥터가 동일 평면상의 규격 범위를 초과하는 경우도 발생할 수 있다.

이러한 문제는 코그넥스 3D 변위 센서를 이용해 부품의 치수를 정밀하게 확인하고, 표면 상의 결함도 방지할 수 있으며, 기기 어셈블리 내에 정확하게 배치할 수 있다. 다중 카메라 센서를 통해 제조업체는 탑재 면에 대한 전체 이미지를 확인할 수 있으며, 어셈블리가 완료된 후에는 3D 비전으로 누락된 부품, 잘못 탑재된 부품을 검출하고 적절한 부품 간 이격 거리를 확인할 수 있다.

또한 어셈블리 공정에서는 이물질이 주변 모듈의 하우징 공간에 들어가는 일이 흔히 발생한다. 인접 모듈에서 느슨해진 나사와 같은 이물질이 기기 안으로 떨어질 수 있다. 일반적으로 나사와 잔해물은 크기가 작고 컬러가 다양하므로 기존의 그레이스케일 카메라를 이용해 이 두 가지 모두를 감지하기는 어렵다.

뿐만 아니라 몰딩 공정에서 플래시나 핀(몰딩된 플라스틱 부품 가장자리에 있는 여러 소재들)이 간과된 상태로 생산 단계로 전달되어 어셈블리 공정을 방해할 수도 있다. 이 경우 컬러와 상관없이 동작하는 3D 비전을 사용하여 어셈블리 공정에 지장을 줄 수 있는 잔해물이나 나사(1mm 이하), 플래시 등을 모듈 탑재 면에서 제거할 수 있다.

3D 센서 기술을 이용한 정밀 검증

대부분의 기존 센서 검사 기술은 검사할 부품의 2D 이미지와 3D 이미지를 모두 생성하지 못하기 때문에 이미징 작업을 수행하기 위해 두 개 이상의 센서가 필요하다. 하지만 다중 센서 방식은 제조 공정 속도를 저하시키고, 장비 비용을 증가시키는 데다, 경우에 따라 각 부품마다 적절한 검사를 수행하기 위해 작업자가 수동으로 카메라를 조정해야 할 수도 있다.

코그넥스의 3D 센서는 개체의 3D 및 2D 뷰를 모두 생성할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 2D 및 3D 뷰를 동시에 생성할 수 있기 때문에 하나의 센서로 3D검사는 물론, 문자 및 바코드 판독까지 모두 수행할 수 있다. 이는 시스템을 간소화하고, 검사 공정의 속도를 높여주며, 수동으로 카메라를 조정할 필요가 없어진다.

또한 기존의 센서 기술은 장착된 부품이 기울어졌는지, 잘못된 위치에 배치되었는지, 또는 로봇의 배치 오류로 인해 누락되었는지를 정확히 감지할 수 없다. 이를 검증하기 위해 많은 제조업체들은 시간 소모가 많고, 비용 부담이 크며, 고가의 재작업을 유발할 수 있고, 일관되지 않은 결과를 수반하는 수동검사에 의존하고 있다.

특히 명암의 변화가 심한 까다로운 조명 환경에서 조립되는 모바일 및 웨어러블 기기의 정확한 모듈 배치 검사의 이미징 작업은 3D 센서를 사용하면 크게 간소화된다. 코그넥스 3D 기술은 카메라, 배터리, 버튼, 커버 글래스 어셈블리와 같은 모듈의 정확한 배치 및 그 밖의 사후 어셈블리 기능을 확인하는데 사용된다.

커버 글래스 어셈블리 및 본딩 검증

모바일 및 웨어러블 기기를 생산하기 위해서는 최고의 정확도를 갖춘 머신비전과 함께 높은 제품 품질이 요구된다. 생산 자동화가 이뤄지지 않은 공장은 부품 교체를 위해 로봇을 수동으로 조정해야 하는데, 이는 머신 간의 불일치를 가져올 위험이 존재한다.

이로 인해 모바일 또는 웨어러블 기기에 커버 글래스 스크린이 잘못 정렬되었다면, 제조업체는 막대한 부품 폐기 비용을 감당해야 할 뿐만 아니라, 이 같은 문제가 발견되지 않은 상태로 고객에게 인도될 경우 결함 처리 비용까지 증가하게 된다. 기기의 바디에 정렬되는 박막 금속층은 폐쇄 방식으로 높은 정확도의 정렬이 요구된다. 최상의 정확도를 위해 종종 5미크론 미만의 고정밀도가 요구된다.

정확도와 확장 가능한 생산 환경은 터치 패널 정렬 중 해결해야 하는 두 가지 주요 과제에 해당한다. 코그넥스 AlignPlus 솔루션은 최고 품질의 어셈블리 정밀도를 구현할 수 있다. 이 솔루션은 저비용의 카메라와 렌즈를 사용해 일관되게 높은 정확도를 구현할 수 있으며, 여러 공급업체로부터 제공되는 서로 다른 부품들로 인한 조건 변화에도 유연하게 대처할 수 있다.

또한 모바일 및 웨어러블 기기의 터치 패널 본딩 작업에도 AlignPlus 솔루션을 통해 혜택을 얻을 수 있다. 본딩은 종종 여러 단계의 정렬 공정으로 진행되는데, 이로 인해 처리 시간이 느려지고, 충분한 점착 본딩이 이루어지기까지 이러한 공정을 반복해야 하기 때문에 제조업체의 간접비 증가가 초래된다. 코그넥스의 AlignPlus 솔루션은 정렬 사이클 시간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 일관된 머신 간 반복성을 통해 카메라 설치 및 모션 스테이지 보정에 필요한 시간을 줄일 수 있다.

최종 어셈블리 검증

최종 어셈블리 단계에서는 배터리, 스피커, 카메라와 같은 기기의 모듈 삽입이 이루어진다. 지금까지는 각 모듈 삽입 시 프로그래머가 수동으로 애플리케이션 사용자 지정을 해야 했는데, 이는 시간이 많이 걸리고, 높은 비용이 소모될 뿐 아니라 오류가 발생하기 쉽다. 또한 이후 로봇 및 카메라 보정 작업을 위해 여러 숙련된 작업자가 직접 가이드 조정에 많은 시간을 투자해야 한다. 이러한 상황에서 부품을 교체하게 되면, 보정 업데이트에 따른 막대한 비용과 시간이 다시 소요된다.

해결방안은 코그넥스의 로봇 자동 보정 기능을 이용하는 것이다. 이를 통해 보정 시간이 수시간에서 수분으로 줄어들고, 최종 어셈블리 단계에서 수작업을 제거함으로써 효율과 처리량을 획기적으로 증대시킬 수 있다.

또한 기기 어셈블리의 최종 단계에서 수반되는 여러 공정을 위해 기기 전반에 대한 매우 정확한 측정이 필요하다.

디스플레이 간극 측정 및 디스플레이 장착 레벨, 컴포넌트와 디스플레이 간의 이격, 접착제량의 검사, 하우징 품질 검사 등을 비롯해 여러 다양한 기기 측정이 요구된다.

기존에는 정밀도를 높이기 위해 여러번의 기기 측정을 통해 얻은 데이터를 결합해 처리해야 했다. 즉 스캔이나 기기에서 얻은 데이터를 함께 세밀하게 보정해야 하는데, 이는 시간 소모적인 공정이자 고도의 기술 역량을 겸비한 기술자가 필요하기 때문에 처리량 저하와 높은 제조 간접비를 초래한다.

코그넥스의 2D 및 3D 보정 기술을 구축하면 이러한 최종 어셈블리 단계에서 요구되는 시간을 수시간에서 몇 분으로 단축할 수 있다. 일반적으로 숙련된 작업자가 수작업으로 조정하는데 수시간이 걸리는 절차를 별다른 기술 세팅 없이 몇 분 만에 완수할 수 있다. 치수, 용적, 이격 검사를 위해 다중 센서를 하나로 구현한 코그넥스의 기술은 보다 높은 해상도로 모듈의 모든 측면을 파악할 수 있도록 해준다.

이력관리 및 자재관리

모바일 및 웨어러블 기기의 크기가 작아지면서 이력 추적을 위해 조립 공정중 공정 제어에 사용되는 바코드 라벨은 물론, 기기 내에 탑재되는 부품의 크기도 작아지고 있다. 수천 가지의 전자제품 부품이 섞여 있는 어셈블리 라인에서 결함 있는 부품이 조립되고, 잘못된 작업이 수행되었을 경우, 제조업체는 수천 달러의 손실을 입을 수도 있다.

바코드 판독 공정을 수동에서 자동으로 전환시킴으로써 생산량을 증대시키는 것은 물론, 부정확한 바코드 판독으로 인해 발생할 수 있는 결함 부품 방지 및 폐기되는 부품의 수를 줄일 수 있다.

코그넥스 바코드 리더기는 코드의 손상 및 변형 등 어떤 상황에서도 최고 수준의 판독률을 제공한다.

컨수머 전자기기를 제조하기 위해서는 자재관리 또한 적절하면서도 일관된 정확도가 요구된다. 만약 트레이에서 테스트 스테이션으로 부품을 피킹하는 작업을 기계식 구조물이나 작업자가 직접 수행해야 한다면 상당한 시간이 소요될 수 있다. 특히 컨수머 기기는 부품교체가 잦기 때문에 수동작업의 경우에는 설정 시간도 증가하고, 각 부품에 부합하는 다른 구조물들을 유지관리하거나 공정을 재보정하는 데 많은 비용이 들 수 있다.

코그넥스의 단일 카메라 기반 로봇을 탑재한 VGR(Vision-Guided Robotics) 솔루션은 독립형 In-Sight 하드웨어와 로봇 가이드 애플리케이션, 산업용 통신 등을 제공함으로써 높은 정밀도 달성은 물론, 획기적으로 처리량을 증대시킬 수 있으며, 원활하게 제품 전환을 가능하게 함으로써 탁월한 생산 시스템을 구축할 수 있도록 해준다.