3D 치수 분석 및 품질 관리
혼합 현실: 레이저 트래커 이후 대규모
3D 계측 분야에서 가장 중요한 발전
넓은 측정 범위에서도 뛰어난 정밀도를 자랑하는 레이저 트래커는 항공우주, 육상 운송, 에너지, 조선 등 대형 제조 분야의 3D 계측 프로세스를 혁신적으로 발전시켰습니다. 레이저 트래커의 효율을 높이기 위한 기존 접근 방식으로는 두 명의 작업자를 투입하거나, 외부 프로젝터로 측정 대상에 형상을 투영하거나, 휴대전화를 리모컨으로 활용하는 방법 등이 있었습니다.
이제 이러한 방식은 한계에 도달했습니다.
다행히도 이러한 한계를 극복하기 위한 기술이 이미 존재합니다. 마이크로소프트 홀로렌즈 2 스마트 글래스와 InnovMetric 의 PolyWorks|AR™ 앱은 홀로그램 디스플레이, 추적 시스템, 카메라, 3D 스캐너 및 강력한 소프트웨어를 통해 대규모 측정 성능을 획기적으로 향상시킵니다. 혼합 현실을 통해 대규모 계측은 이전과는 완전히 달라질 것입니다:
- 작업자는 항상 올바른 형상을 측정할 수 있습니다. -- 측정 대상 위에 가이드 그래픽을 중첩하여 표시.
- 대형 스크린과 외부 프로젝터 - 불필요
- 작업자는 작업 중에 두 손을 자유롭게 사용가능.
- 한 번의 제스처로 검사 작업 변경 가능
소형 대 대형
2m 이하의 소형 부품을 측정할 때는 3D 측정 과정이 비교적 단순합니다. 작업자는 측정 대상과 자신의 위치를 항상 명확히 인지할 수 있으며, 일반적으로 컴퓨터 화면에 나타난 측정 데이터를 실제 측정 대상의 위치와 쉽게 연결하여 이해합니다. 또한 사전에 설정된 순서에 따라 다음 측정 위치에 접근하는 방법을 잘 알고 있어, 필요 시 컴퓨터로 돌아가 마우스나 키보드를 이용해 3D 측정 소프트웨어와 상호작용할 수 있습니다.
하지만 측정 대상의 크기가 5m를 넘어가면 측정 과정에서의 효율성 문제가 급격히 증가합니다. 작업자는 공간 내에서 자신의 위치를 파악하거나, 여러 가지 유사한 형상 중에서 실제 측정할 타깃을 구분하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 컴퓨터 화면에 표시된 측정 데이터와 실제 측정 대상의 위치를 연결 짓는 것도 더욱 까다로워집니다. 또한 다음 측정 위치로 이동하기 위해서는 수 미터를 걸어야 할 수도 있으며, 컴퓨터로 매번 돌아가 3D 측정 소프트웨어를 조작해야 하므로 전체 작업 시간이 늘어나게 됩니다.
레이저 트래커가 등장하자 고객들은 신속하게 대형 부품 측정 기술을 변화시키기 시작했습니다. 초기의 대형 부품 측정 작업은 보통 두 명의 작업자를 필요로 했습니다. 한 사람은 현장에서 실제 측정 작업을 수행하고, 다른 한 사람은 컴퓨터에서 측정 소프트웨어를 조작하면서 다양한 기능을 실행하거나 현장에서 발생하는 문제에 대응했습니다. 또 다른 대응책으로는 컴퓨터 화면을 큰 모니터나 프로젝션 스크린, 빈 벽면 등에 투사하여 작업자가 보다 편하게 화면을 볼 수 있도록 했습니다.
이러한 초기 대응책은 상황을 어느 정도 개선했으나 완벽하지는 않았습니다. 두 명의 작업자가 필요하다는 점에서 인력 비용이 두 배로 늘어났고, 넓은 조립 현장 내에서 움직이면서도 고정된 화면을 지속적으로 확인하는 일은 여전히 매우 어려운 일이었습니다.
점점 더 발전하는 기술
다행히 두 가지 기술 덕분에 작업자들은 대형 부품 3D 측정 작업에서 상당한 성능 향상을 이룰 수 있었습니다.
첫 번째는 프로젝션 기술입니다. 레이저 빔을 이용해 3D 형상을 투사하는 레이저 프로젝터와 이미지를 투사하는 영역 기반 프로젝터가 이에 해당합니다. 두 프로젝터 모두 측정 대상의 표면에 안내 기하 형상과 측정 결과를 직접 투사함으로써 측정 과정을 쉽게 수행하고, 측정 결과를 보다 간편하게 분석할 수 있게 합니다.
하지만 프로젝터 사용에도 한계점은 존재합니다. 우선 프로젝터를 측정 대상의 좌표계에 정확히 정렬(localization)하는 것이 쉽지 않으며, 프로젝터는 자신의 위치에서 보이는 표면만 투사할 수 있기 때문에, 대형 부품의 모든 부분을 효과적으로 처리하려면 프로젝터를 여러 위치로 옮기거나 여러 대의 프로젝터를 구매해야 합니다. 또한 새로운 작업을 진행할 때마다 프로젝터 설치를 다시 수행해야 하는 번거로움이 있습니다.
대형 측정 작업의 성능을 향상시킨 두 번째 기술은 모바일 폰입니다. 모바일 폰은 특화된 앱을 통해 빠르게 리모컨처럼 사용할 수 있게 되었습니다. 작업자들은 모바일 폰 화면에서 안내 기하 형상과 측정 결과를 직접 시각적으로 확인할 수 있었으며, 특히 측정 장비 근처에 위치하고 3D 측정 장비의 위치에 따라 화면을 자동으로 조정하는 3D 측정 소프트웨어를 사용할 경우, 화면의 피처를 실제 측정 대상의 위치와 손쉽게 매칭할 수 있었습니다.
또한, 사용자는 원격으로 컴퓨터와 상호작용할 수 있어 많은 경우 한 명의 작업자만으로도 대형 측정을 수행할 수 있었습니다.
더 나아가, 모바일 폰 리모컨의 3D 시각 정보는 프로젝터와 달리 항상 가려지는 영역 없이 이용할 수 있었습니다.
그러나 모바일 폰 역시 한계가 있었습니다. 대부분의 모바일 폰은 3차원 공간에서 방향을 정밀하게 측정할 센서를 갖추지 못했습니다. 화면 디스플레이가 작업자의 시점과 정확히 일치하는 경우는 모바일 폰이 3D 측정 장비에 가까이 있을 때뿐이었습니다. 또한 작업자는 측정 도중에도 모바일 폰을 계속 손에 들고 다녀야 했습니다. 예를 들어 사다리를 오를 때와 같은 상황에서는 작업자의 안전을 위해 양손을 모두 사용해야 하는 어려움이 있었습니다.
혼합 현실
새로운 혼합 현실 기술은 프로젝터와 리모컨의 한계를 극복하면서 동일한 혜택을 제공하고, 추가적으로 여러 강력한 기능을 제공합니다.
프로젝터나 핸드폰을 사용하는 것과 비교하여, Microsoft의 HoloLens 2 스마트 글래스는 다음과 같은 여러 장점을 보여줍니다. 다음과 같은 작업이 가능합니다
- 위치 및 방향 변경 추적(6자유도 추적)
- 눈 움직임 추적
- 측정부위에 그래픽 정보를 투사하는 홀로그램 프로젝션 기술 제공 (장비가 제품의 좌표계에 정렬되었을 때)
- 다수의 카메라와 내장 소프트웨어를 통해 손 동작 인식
- 실시간으로 주변 환경을 스캔
이러한 스마트 글래스의 기본 원리를 활용하면 3D 측정 소프트웨어와 연결된 혼합현실 앱을 개발하여, 프로젝션 및 원격 제어 기능을 구현할 수 있습니다. 측정 대상 위에 안정적으로 기하 형상을 투영해 작업자의 위치나 시야와 관계없이 정확한 측정 가이드를 제공하고 측정 결과를 바로 확인할 수 있으며, 어떠한 가려진 영역도 발생하지 않습니다. 고정된 설치 과정이 없기 때문에 작업자는 직관적인 손동작만으로 빠르게 다른 측정 대상 사이를 전환하며 사용자 인터페이스와 상호작용할 수 있고, 양손을 자유롭게 사용할 수 있어 보다 안전하게 측정할 수 있습니다.
혼합현실 장비의 센서는 프로젝터나 리모컨으로는 제공할 수 없던 혁신적인 기능도 제공합니다. 작업자의 위치와 시야가 항상 파악되기 때문에 레이저 트래커의 레이저 빔이 작업자를 향해 손쉽게 재조정될 수 있습니다. 또한 작업자가 넓은 공간에서 측정 위치를 변경해야 할 때에도 간단하게 위치를 변경할 수 있습니다. 작업자의 머리 움직임이나 시선을 사용해 손쉽게 커서를 조정하거나 특정 지점에 3D 포인트를 생성할 수 있으며, 컬러맵에 주석을 추가하거나 결함을 보고하거나 정렬을 위한 참조점을 정의하는 등의 작업도 자연스럽게 수행할 수 있습니다.
작업자는 손동작을 통해 측정 대상의 좌표계 내에서 3D 형상을 자유롭게 조작할 수도 있습니다. 이를 통해 작업자는 실제 부품에 홀로그램을 정렬하여 혼합현실 장비의 정확한 위치를 대상에 대해 정의할 수 있으며, 현실 이미지와 홀로그램을 결합한 혼합현실 이미지를 자동으로 캡처하여 수동 측정 작업의 추적 가능성을 확보할 수 있습니다.
획기적으로 개선된 대형 계측 작업
혼합현실 디스플레이 기술은 작업자의 업무 효율과 측정 결과를 개선하기 위해 지침, 오버레이, 홀로그램 등 혁신적인 시각적 도구를 제공합니다. 눈앞에서 바로 시각적 가이드와 피드백을 받아 매번 정확한 측정을 보장하고 품질이 향상되는 경험을 하실 수 있습니다.