한국기계연구원, 무인 가공공정 최적화 및 지능화 기술 개발

‘똑똑한’ 감지기능으로 가공 정밀도 크게 향상!

한국기계연구원, 무인 가공공정 최적화 및 지능화 기술 개발

‘똑똑한’ 감지기능으로 가공 정밀도 크게 향상!

전통적인 제조업의 생산시스템기술에 정보통신기술을 적용해 ‘똑똑한’ 기계로 진화시킨 기술이 국내에서 최초로 개발돼 업계가 술렁이고 있다.

황 주 상 기자

미래창조과학부 산하 한국기계연구원 초정밀시스템연구실 김동훈 박사팀은 최근 ‘무인 가공공정 최적화 및 지능화 기술개발 사업’을 통해 일반적인 공작기계에 내장(Builtin) 센서를 이용해 가공 정밀도를 실시간으로 제어할 수 있는 시스템을 개발했다고 밝혔다.

관계자들은 자율화 및 지능화 기능을 동시에 제공하는 이 시스템을 통해 기존의 생산 효율이 획기적으로 향상될 것으로 기대하고 있다.

김동훈 박사팀이 개발한 기술은 무인 가공 공정을 최적화하기 위해 가공물의 가로 및 세로 크기 뿐 아니라 두께를 자율적으로 인식하고 열·진동으로 인해 발생하는 변형을 동적으로 예측 하고 보정하는 기능을 동시에 제공하는 것이 특징이다.

기존에는 가공물의 크기 및 두께를 사용자가 직접 파악해 기계의 초기 가공 원점을 사전에 설정해야 했으나 이 시스템을 이용하면 공구에 부착 가능한 계측 센서를 활용해 가공물의 반경이나 두께를 자동으로 인식하고 기계작동에 즉시 반영할 수 있다. 전문가들은 이를 통해 가공 전 설치에 필요한 시간과 노력을 크게 절감할 수 있게 될 것이라고 관측하고 있다.

기존 기계의 단점 대거 해소

그동안 업계에서는 기존의 기계의 장시간 가동시 열과 진동을 발생해 가공의 정밀도를 저하시키는 것을 단점으로 지적해 왔다. 또한, 계절이나 시간에 따른 열발생 정도의 차이와 작업 도중 발생하는 공구의 회전속도에 따라 발생하는 변형도 고질적인 문제로 제기돼 왔다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 다양한 가공조건을 실시간으로 감지해 자율보정을 할 수 있는 수치제어기(CNC, Computerized Numerical Control)에 지능을 부여하는 한편, 역진동을 이용해 진동으로 인한 기계의 떨림을 크게 억제했다.

또한, 기존의 기계로 가공 도중 공구 절삭력이 보이는 미세한 변화를 감지하는 것이 어려워 공구가 파손시기를 예측하기 어려웠던 점도 공구에 탈‧부착식 센서를 달아 무선으로 공구의 절삭력을 감지해 적절한 시점에 공구를 교환할 수 있도록 유도할 수 있게 했다.

연구팀은 이러한 ‘똑똑’한 시스템을 통해 실시간 가공 정밀도가 50%이상 향상되고 생산성 효율도 30%이상이 증가할 것이라는 결과를 얻었다.

이번 연구개발의 책임자인 한국기계연구원의 김동훈 박사는 “생산제조장비 IT 융합과 지능화 분야의 국내 시장규모는 현재 약 3.9조원으로 해마다 평균 9.5%의 성장률을 기록하는 블루오션 영역”이라며 “이번 무인 가공공정 최적화 및 지능화 기술은 기존의 생산시스템이었던 공작기계에 스마트한 기능을 부여한 융합기술의 대표적인 사례로 기록될 것이며 기계의 정밀도를 높인 개방형 기계시스템을 통해 향후 자동차, 조선, 항공 등 다양한 분야에서 생산 효율성을 높이는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 기술은 2014년도 국가연구개발우수성과 100선에서 기계‧소재 분야 우수성과로 선정되며 시스템의 실효성과 우수성을 입증했다.

FA Journal 황 주 상 기자 (fa@infothe.com)