美 ORNL, 절삭공구 마모 98% 정확도로 감지하는 촉각 센서 개발

▲절삭 공구 마모를 감지하는 모니터링 시스템. (사진=ORNL)

미국 에너지부 산하 ‘오크리지국립연구소(ORNL)’ 연구팀이 절삭 공구의 마모를 감지할 수 있는 '공구 상태 모니터링 시스템(tool condition monitoring system)'을 개발했다고 6일(현지시간) 밝혔다.

​

이 시스템은 기계에 장착된 상태로 실시간 피드백을 제공해 제조업체가 공구의 조기 마모를 방지하고, 가동 중단 시간을 줄일 수 있도록 도와준다.

​

절삭 공구의 성능은 가공 생산성과 부품 품질에 필수적이다. 절삭 가공이란 소재를 정밀하게 제거해 부품을 성형하는 공정으로, 공구 상태에 크게 의존한다. 가공이 진행될수록 절삭 공구는 점차 마모되고, 이는 공정 불안정으로 이어져 부품 품질 저하와 공구 파손을 초래할 수 있다.

​

제조업체들은 이러한 문제를 예방하기 위해 흔히 공구를 수명이 남은 상태에서 조기 교체한다. 이로 인해 공구가 충분히 활용되지 못하고 교체 빈도가 높아지며 비용이 증가한다.

​

기존의 공구 마모 추적 방식은 예측하기 어려운 센서 노이즈와 일관성 없는 촬영 환경으로 인해 한계가 있었다. ORNL 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 빠르고 정확한 마모 측정이 가능한 새로운 모니터링 시스템을 개발하고 관련 연구 성과를 전문 학술지인 ‘웨어(Wear)’에 게재했다.

​

리틴 매슈스(Ritin Mathews) ORNL 연구 책임자는 "이 기술은 공장 현장에서 정밀한 감지와 의사결정 사이의 간극을 메워준다"며 "제조업체가 공구 상태를 명확히 파악해 자신 있게 운영 계획을 수립하고 효율성을 높일 수 있다"고 말했다.

​

연구팀이 개발한 모니터링 시스템은 ‘유연한(플렉시블) 촉각 센서’를 공구의 절삭날에 밀착시켜 상세한 이미지를 포착하는 방식이다. 포착한 이미지를 첨단 컴퓨터 알고리즘을 활용해 실시간으로 분석해 미세한 마모나 손상 징후까지 검출한다. 이를 통해 제조업체는 최적의 시점에 공구 교체 일정을 수립할 수 있다는 설명이다.

​

연구팀은 "이 촉각 센서를 도입하면 공구 파손으로 인한 작업 중단을 줄이고 사후 정비에 따른 인건비를 최소화할 수 있다"고 말했다.

​

이 시스템은 측정 소요 시간이 수초에 불과해 자동화된 실시간 모니터링에 적합하며, 98%의 정확도를 자랑한다. 조명 조건에도 영향을 받지않는다. 센서 가격이 비교적 저렴하고 기존 제조 공정에 손쉽게 통합할 수 있다.

​

ORNL 측은 "이 시스템은 공구 마모 진행 상황을 선제적으로 분석해 제조업체가 핵심 부품 가공에 문제가 생기기 전에 잠재적 이상을 감지하고 대처할 수 있게 해준다"고 설명했다.

 

백승일 기자 robot3@irobotnews.com

저작권자 © 로봇신문 무단전재 및 재배포 금지