▲ 기계연 김병옥 책임연구원이 밸런싱 머신에 대한 기술을 설명하고 있다.

전략물자로 분류될 만큼 핵심적인 정밀 제조장비를 국내 기술로 개발하고 산업 현장에 안착시키는 데 성공했다. 수입 의존도가 높았던 자동화 밸런싱 머신의 국산화로 공급망 안정성과 첨단 제조 공정의 품질 경쟁력 강화가 기대된다.

한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연)은 가상공학플랫폼연구본부 AX융합연구센터 김병옥 책임연구원이 ㈜피앤에스(대표 박봉수)와 함께 고정밀 자동화 밸런싱 머신 핵심기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

이번 성과는 산업통상자원부 지원을 받아 2020년부터 수행한 ‘고정밀 밸런싱 머신 자동화 시스템 개발’과 ‘데이터 기반 지능형 밸런싱 머신 시스템 실증’ 과제를 통해 도출됐다.

밸런싱 머신은 회전체에 존재하는 질량 불균형을 정량적으로 측정하고 국제표준(ISO 21940-11)에서 규정한 허용 범위 이내로 교정하는 정밀 제조장비다. 그동안 고성능 자동화 밸런싱 머신은 일본 등 해외 제품에 의존해 왔으며, 수동·반자동 방식 위주의 구조로 반복 정밀도 유지와 장비 신뢰성 확보에 한계가 있다는 지적이 이어져 왔다.

기계연 연구진은 실제 산업 현장에서 요구되는 반복 정밀도와 내구성 확보에 초점을 맞추고, 장비가 스스로 상태를 진단하고 계측 정확도를 관리하는 지능형 구조를 구현했다. 이를 통해 생산라인에 즉시 적용 가능한 자동화 밸런싱 머신 기술을 완성했다.

개발된 장비는 진동센서 기반 고감도 불균형 측정 기술과 고속 신호처리 기술을 적용해 mg 단위의 미세 불균형을 정밀 검출할 수 있다. 여기에 AI 기반 데이터 정제 알고리즘을 적용해 측정 과정에서 발생하는 노이즈와 비정상 신호를 자동으로 제거함으로써 측정 신뢰성과 반복 정확도를 동시에 확보했다.

또한 절삭 속도·깊이·위치 제어를 통합한 폐루프(Closed-loop) 교정 알고리즘을 적용해 회전체 형상, 재질, 회전속도 변화에 따라 최적의 교정 조건을 자동으로 산출한다. 이를 통해 0.1㎛급 잔류 불균형 검출이 가능한 최고 수준의 정밀 교정 성능을 구현했으며, 장비 스스로 정확도를 유지하는 자율 검교정 기능도 내장했다.

이와 함께 센서 이상, 계측 오류, 구동 불안정 상태를 실시간으로 감지하는 지능형 진단 로직을 탑재해 장비 신뢰성과 안정성을 높였다. 주요 구성 요소를 모듈화해 사용자 요구에 따라 신속한 사양 대응이 가능하며, 생산라인 품질관리 기준장비로 활용할 수 있는 실용성도 갖췄다.

해당 기술은 2025년 7월 친환경 자동차 부품을 생산하는 A사와 첫 납품 계약을 체결하며 상용화에 성공했다. 전량 수입에 의존하던 자동화 밸런싱 머신을 국산 장비로 대체함으로써 공급망 불확실성을 해소하고, 자동차·에너지·항공·국방 등 국가 전략산업 전반의 품질 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.

김병옥 기계연 AX융합연구센터 책임연구원은 “전략물자로 지정될 만큼 중요도가 높은 자동화 밸런싱 머신을 국내 기술로 자립화하고, 실제 산업 현장에서 성능을 입증했다는 점에서 의미가 크다”며 “정밀 제조공정의 품질과 신뢰성을 높이는 핵심 장비로 자리 잡을 수 있도록 후속 기술 고도화와 적용 분야 확대를 지속해 나가겠다”고 말했다.