세탁을 위한 지능형 로봇이 자동화 격차를 줄입니다.

세탁을 위한 지능형 로봇이 자동화 격차를 줄입니다.

섬유 및 의류 산업은 현재 공급망 및 에너지 문제로 인해 큰 도전에 직면하고 있습니다. 노동력과 장비 부족과 같은 생산을 방해하는 요인으로 미래의 회복 가능성을 위협받고 있을 뿐만 아니라, 추가적인 압박을 받고 있습니다. 특히 세계적인 맥락에서 업계의 경쟁력은 관련 기업이 이러한 프레임워크 조건에 어떻게 대응하는 냐에 달려 있습니다. 한 가지 해결책은 경제적으로 실행 가능한 방식으로 의류 생산을 유럽으로 다시 옮기는 것입니다. 더 짧은 운송 경로와, 운송 비용 및 온실 가스의 연관된 상당한 절감 측면은 이에 동의합니다. 한편, 더 높은 임금 비용과 이 국가에서 만연한 숙련 노동자의 부족 현상이 보상되어야 합니다. 후자는 섬유 가공의 추가적인 자동화를 필요로 합니다.

독일 뮌헨의 기술 스타트업 sewts GmbH는 이 과제의 큰 잠재력에 집중했습니다. 직물이 어떻게 반응하고 그에 따라 움직임을 어떻게 조정할지를 예측하는 인간과 유사한 로봇의 도움을 받는 솔루션을 개발합니다. 첫 번째 단계에서, sewts는 대규모 산업용 세탁을 위한 어플리케이션을 목표로 삼았습니다. IDS Imaging Development Systems GmbH의 2D 및 {1>3D 카메라<1}를 모두 사용하는 시스템을 통해, 이 젊은 기업가들은 대규모 산업용 세탁에서 마지막으로 남은 수작업 중 하나인 언폴딩(unfolding) 공정을 자동화하고 있습니다. 산업용 세탁에서 공정의 90%는 이미 자동화되어 있지만, 남아 있는 수작업은 인건비의 30%를 차지합니다. 따라서, 자동화를 통한 잠재적인 절감 효과는 엄청납니다.

어플리케이션

산업용 세탁은 이미 많은 양의 세탁물을 처리하기 위해 고도로 자동화된 환경에서 운영되고 있는 것이 사실입니다. 무엇보다도, 세탁물을 접는 것은 기계로 이루어집니다. 그러나 이러한 각각의 기계는 일반적으로 직원이 수작업으로 세탁물을 펼쳐서 주름 없이 공급하는 것을 필요로 합니다. 또한 자격을 갖춘 직원을 찾기가 어려우며, 이는 설비 가동률에 영향을 미치므로 산업용 세탁의 수익성에도 영향을 미칩니다. 이 비즈니스의 계절적 특성은 또한 높은 수준의 유연성을 요구합니다. sewts는 IDS 카메라를 새로운 유형의 지능형 시스템의 이미지 처리 컴포넌트로 만들고, 이 기술은 더러운 직물을 분류하는 것 또는 세탁물을 접는 기계에 투입하는 것과 같은 개별적인 단계들을 자동화하는 데 사용될 수 있습니다.

공동 설립자이자 CTO인 Tim Doerks는 "여기서 특히 어려운 점은 직물의 가단성입니다"라고 설명합니다. 금속과 같은 고체 재료 처리의 자동화는 로봇 공학 및 AI 솔루션의 도움으로 비교적 문제가 없지만, 쉽게 변형 가능한 재료에 사용 가능한 소프트웨어 솔루션과 기존 이미지 프로세싱은 여전히 종종 한계를 가집니다. 따라서 상업적으로 사용 가능한 로봇이나 그리핑 시스템은 현재까지 부정확하게 수건이나 옷 조각을 집는 것과 같은 간단한 동작만 수행할 수 있었습니다. 그러나 sewts의 VELUM 시스템은 이를 제공할 수 있습니다. 지능형 소프트웨어와 통합이 쉬운 IDS 카메라의 도움으로, 직물과 같이 치수적으로 불안정한 재료를 분석하는 것이 가능합니다. 새로운 기술 덕분에 로봇은 집는 동안 이러한 재료의 움직임을 실시간으로 예측할 수 있습니다. VELUM은 수건 및 terry 직물로 만든 리넨과 유사한 천을 기존 폴딩 머신에 주름 없이 쉽게 공급하여 비용에 민감한 자동화 격차를 좁힐 수 있습니다.

Sewts가 개발한 소프트웨어 제품군은 상용 로봇, 그리퍼 및 카메라를 지능형 시스템으로 통합합니다. 적합한 카메라 모듈을 찾는 과정에서 뮌헨에 기반을 둔 이 회사는 타협하지 않는 산업 적합성과 함께 몇 가지 기준을 결정했습니다: "시스템 구성에 따라 2-3대의 3D 카메라를 사용하기 때문에, 비용 효율적인 3D 카메라가 필요합니다. 또한, 무엇보다도 깊이 데이터의 높은 정확도를 보장해야 합니다"라고 Tim Doerks가 설명합니다.

"그 외에도, 우리는 빛에 민감하고 높은 동작 범위를 제공하며 멀티 카메라 시스템에 사용하기에 적합한 2D 카메라가 필요합니다." 설립자들은 IDS 포트폴리오에서 그들이 찾고 있었던 것을 발견했습니다: VELUM 멀티 카메라 시스템의 경우, 새로운 {1>Ensenso S10<1} 3D 카메라와 {2>uEye CP 카메라 시리즈<2}의 모델이 선택되었습니다. 그들의 임무는 2D 및 3D 모두에서, 컨테이너나 컨베이어 벨트에서 순서 없이 세척 및 건조된 후 시스템으로 공급되는 직물의 흥미로운 특징과 집는 포인트를 식별하는 것입니다. 개별 물체의 모양과 위치는 예측될 수 없습니다. 카메라는 재료의 다른 질감들을 캡처합니다. 카메라는 수건에 어떤 단이 있는지 그리고 모서리가 어디에 있는지 구별합니다.

2D 및 3D 카메라의 이미지를 더 높은 2D 해상도를 갖도록 3D 데이터와 함께 매칭시킵니다. 따라서, 우리는 2D 카메라(이 경우 더 높은 해상도)와 3D 카메라(이 경우 정확한 깊이 데이터)의 각각의 장점을 사용합니다.

— Tim Doerks, sewts의 공동 창립자이자 CTO —

1.6MP Sony 센서가 탑재된 {1>Ensenso S10<1} 모델은 구조광을 기반으로 하는 3D 처리를 사용합니다. 협대역 적외선 레이저 프로젝터는 촬영이 어려운 표면이나 조명이 어두운 환경에서도 고대비 도트 패턴을 생산합니다. 1.6MP Sony 센서로 캡처한 각각의 이미지는 최대 85,000개의 깊이 포인트가 있는 완전한 포인트 클라우드를 제공합니다. 인공 지능은 레이저 포인트를 프로젝션의 하드 코딩된 위치에 안정적으로 할당할 수 있도록 합니다. 그 결과 VELUM이 집는 포인트의 좌표를 추출하는데 필요한 깊이 정확도를 갖는 강력한 3D 데이터가 생성됩니다.

GigE Vision 펌웨어가 있는 {1>GV-5280CP-C-HQ<1} 산업용 카메라에는, Sony의 IMX264 2/3" 글로벌 셔터 CMOS 센서가 탑재되어 있습니다. 변동이 있는 조명 조건을 가지는 어플리케이션에서, 최대 GigE 속도 22fps에서 노이즈가 거의 없는 고대비 5MP 이미지(5:4 포맷)를 제공합니다. uEye CP 카메라는 광범위한 픽셀 전처리로 최대의 기능을 제공하고, 이미지 시퀀스 버퍼링을 위한 내부 120MB 이미지 메모리 덕분에 멀티 카메라 시스템에 완벽합니다. 약 50g의 작은 마그네슘 하우징은 견고하고 가벼우며, 공간이 중요한 어플리케이션과 로봇 암에 사용할 카메라에 적합합니다.

소프트웨어

고객 요구 사항 또는 구성에 따라, 2-3대의 uEye 2D 또는 Ensenso 3D 카메라가 사용되며, 두 모델 모두 VELUM에 원활하게 통합 가능합니다. "우리는 생성된 데이터를 준비하는 전문가이고, 이것은 3D 포인트 클라우드로 작업할 때 특히 중요합니다. 이 전처리는 우리의 인공 지능에 적합한 입력값을 생성하기 위한 시스템의 중요한 컴포넌트입니다"라고 Tim Doerks는 강조합니다. Sewts가 개발한 AI는 uEye CP 또는 Ensenso S 카메라에 의하여 제공된 데이터를 처리합니다. 지능형 소프트웨어는 솔기의 진행 방향, 솔기의 높이 또는 상대적 위치와 같은 특징을 이용하여 직물의 위상(topology)을 분석하고, 다양한 텍스처과 자수 패턴을 이용하여 직물 유형 및 클래스에 따라 분류하고, 이러한 결과를 로봇 명령어로 변환합니다.

데이터는 CNN 및 고전적인 이미지 프로세싱을 통해 처리됩니다. "우리는 IDS의 소프트웨어 개발 키트인 {1>IDS peak<1}를 사용합니다. 우리는 Python 및 IDS 라이브러리를 통해 시스템과 연결합니다"라고 Sewts의 공동 설립자이자 CPO인 Till Rickert가 말합니다. "우리에게 IDS 소프트웨어 패키지의 부가 가치는 주로 우리의 하이테크 비전 시스템으로의 간편한 캘리브레이션 및 통합에 있습니다."라고 그는 말합니다.

"AI는 우리 기술의 핵심입니다. 비결정적 자동화 프로세스에 대처할 수 있는 적응형 시스템을 구축하려면 지능형 알고리즘이 필요합니다. 그렇기 때문에 우리는 AI 연구의 최신 결과를 사용하고 필요에 맞게 수정한 다음 최종적으로 하나의 큰 전체로 통합합니다."라고 Till Rickert가 덧붙입니다. 다양한 센서 데이터(예: 광학 정보)를 수신하고, 인간과 비슷한 인지 수준에서 결론을 도출하며, 그 결론을 로봇 명령으로 변환합니다. 이러한 방식으로, VELUM과 같은 시스템은 이전에 인간의 사고가 필요했던 작업을 수행합니다. 이것이 바로 sewts의 기업 철학이 추구하는 바입니다: "우리의 목표는 복잡한 수작업을 원활한 자동화로 전환하는 것입니다."

미래에 IDS 카메라가 셔츠 및 바지와 같은 의류에도 사용될 수 있습니다. "강력한 공정을 구현하기 위하여 이러한 재료들의 특성을 이해하는 것이 중요합니다. 우리는 정교한 재료 시뮬레이션을 통해 이를 달성합니다. 직물의 움직임을 시뮬레이션하기 위하여, 유한 요소법(finite element method; FEM)을 사용하여 특수 FE 시뮬레이션을 생성합니다."라고 Alexander Bley가 설명합니다. 뮌헨의 이 회사는 매우 중요한 비전을 가지고 있습니다: "우리는 의류 생산을 자동화하고 비용 효율적인 방식으로 다시 사용 지점으로 이동시키는 것을 가능하게 만들고 싶습니다. 이러한 방식으로 운송 거리를 단축하고, 보다 안정적인 공급망을 구축하며, CO2 배출을 감소시키고, 과잉 생산 문제를 해결합니다."

추가적으로 섬유가 아닌 재료 관련 어플리케이션도 미래를 위하여 계획 중입니다. 이와 같은 기술에 대한 다양한 잠재적 사용 사례가 있으며, 이미지 프로세싱은 항상 중요한 역할을 할 것입니다. 인공 지능은 이러한 발전을 가속화할 것입니다.

Ensenso S: 인공 지능을 활용한 3D 레이저 포인트 삼각 측량

놀랍도록 빠르고, 믿을 수 없을 정도로 안정적이고 훌륭한 센서: uEye CP