▲ 김동훈 기계연 박사가 무인 가공공정 최적화 및 지능화 기술에 대해 설명하고 있다..

일반 공작기계에 센서를 적용해 정밀도와 생산 효율을 크게 높인 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택) 초정밀시스템연구실 김동훈 박사팀은 일반적인 공작기계에 내장(Builtin) 센서를 이용해 가공정밀도를 실시간으로 제어할 수 있는 시스템을 개발했다고 29일 밝혔다.

김동훈 박사팀이 개발한 기술은 무인 가공공정을 최적화하기 위해 가공물의 가로, 세로 크기뿐만 아니라 두께를 자율인식 하는 기능과, 열·진동으로 인한 변형을 동적으로 예측/보정하는 기능을 동시에 제공하는 것이 특징이다.

기존에는 가공물의 크기 및 두께를 사람이 직접 파악해 기계의 초기가공원점을 사전에 설정해야 했다. 그러나 이 시스템을 이용하면 공구에 부착 가능한 계측 센서를 활용해 가공물의 반경이나 두께를 자동으로 인식해 기계작동에 바로 반영할 수 있기 때문에 가공 전 설치에 필요한 시간과 노력을 대폭 줄일 수 있다.

또한 이번에 개발된 시스템은 기계를 장시간 가동할 때 발생하는 열과 진동으로 인한 가공 정밀도 저하 문제를 해결했다. 연구팀은 다양한 가공조건을 실시간으로 감지해 자율보정 할 수 있도록 하는 수치제어기(CNC)를 지능화 시켰다. 또한 역진동을 이용해 진동으로 인한 기계의 떨림도 대폭 억제시켰다.

또한, 가공 중에는 공구 절삭력의 미세 감지가 어렵기 때문에 공구가 언제 파손될지 예측하기 어려웠으나, 연구팀은 공구에 탈·부착식 센서를 달아 무선(블루투스)으로 공구의 절삭력을 감지함으로써 적정 시점에 공구를 교환할 수 있도록 했다.

이 같은 시스템을 통해 실시간 가공정밀도가 50% 이상 향상되고, 생산성 효율도 30% 이상 증가하는 결과를 얻었다.

연구책임자인 김동훈 박사는 “생산제조장비 IT 융합 및 지능화 분야의 국내 시장규모는 현재 약 3조9천억원으로, 연평균 9.5% 성장하는 블루오션 영역”이라며, “기계의 정밀도를 높인 개방형 기계시스템을 통해 향후 자동차, 조선, 항공 등 여러 분야에서 생산 효율성을 높이는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편, 이 기술은 2014년도 국가연구개발우수성과 100선에서 기계·소재 분야 우수성과에 선정됐다.

▲ 김동훈 박사팀이 개발한 무인 가공공정 최적화 및 지능화 기술 관련 장비.