센서가 공작 기계에 정밀성을 부여한다

새로운 공작 기계는 더욱 빠르고, 더욱 정밀하고 더욱 생산적이어야 한다. 이러한 개선은 정교한 센서 장치가 있어야만 가능하다. 또한 공작 기계 제조사의 설계자와 납품업체의 시각에서 센서는 최대한 간단하게 통합할 수 있어야 한다. 그런데 이러한 요건들을 하나로 결합할 수 있다.

핵심 내용

– 정밀 센서를 이용해야 공작 기계의 컨트롤 시스템이 프로세스 과정에서 변화에 대한 데이터를 얻어 이를 보상할 수 있다.

– 공작 기계는 작지만 견고하고 정밀한 센서를 원한다.

– 원스톱 센서 시스템 덕분에 장착이 수월하다.

센서는 공작 기계의 감각 기관과 같은 것이다. 컨트롤 시스템이 센서의 정보를 가공하고 이를 이용해 액추에이터를 적절히 트리거링 할 수 있다. 이때 당연히 기계는 전반적으로 센서가 측정하는 만큼만 정확하게 작동할 수 있다.

최근 몇 년간 고정밀 공작 기계에 대한 수요가 증가하고 있음을 목격할 수 있었다. 고도로 정밀한 공작 기계는 부분적으로 종종 마이크로미터 범위의 정확도로 공작물을 생산한다. 이러한 정확도에 도달하기 위해 많은 부분에서 공작 기계 설계가 최적화되어야 한다. 이때 결정적인 구성 요소 가운데 하나가 바로 스핀들이다. 공구와 공작물 사이의 마찰과 높은 회전수가 스핀들 발열을 초래하고, 이는 길이 변화에 영향이 미친다. 스핀들의 유체 냉각은 이러한 효과를 제한할 수 있지만 완전히 보상하지는 못한다. 온도 외에 스핀들이 빠르게 회전하면서 생기는 높은 원심력으로 길이 변화가 나타날 수 있다.

Micro-Epsilon은 Eddy-NCDT 와전류 센서를 기반으로 스핀들 길이 신장을 측정하기 위해 소형화를 통해 완벽하게 통합할 수 있다.

공작물 가공 시 높은 정확도를 달성하기 위해 센서가 스핀들의 길이 변화를 파악하고, CNC가 측정 값을 바탕으로 공구의 위치를 재조정 할 수 있다. Micro-Epsilon은 이러한 적용 사례를 위해 측정 시스템 SGS 4701 (Spindle Growth System)을 제공한다. 이 시스템은 특별히 고주파 스핀들에 사용하기 위해 개발하였다. 이 시스템은 비접촉으로 마모 없이 측정하는 Eddy-NCDT 시리즈의 와전류 기반 유도형 센서를 이용하여 작동한다. 강자성 물질과 비강자성 물질에 맞추어 조율할 수 있는 이 측정 방법은 열, 먼지 또는 오일에도 민감하지 않다.

소형화된 센서, 센서 케이블, 콤팩트한 컨트롤러로 구성되는 이 시스템의 구조 덕분에 설계자들은 전체 구성 요소를 스핀들에 통합할 수 있다. 따라서 센서는 대부분의 응용 사례에서 스핀들 안에 내장되어, 스핀들의 라비린스 링에서 길이 변화를 측정한다. 컨트롤러는 스핀들 하우징의 플랜지 위에 장착하거나 아니면 직접 스핀들 안에 통합할 수 있다. 이 센서 시스템은 길이 변화와 함께 온도를 측정하고, 이 정보를 역시 컨트롤러에 제공한다. 길이 측정 해상도는 0.5μm이고, 고도로 정밀한 생산이 가능하다.

센서가 충돌에 대한 보호 기능을 제공한다

공작 기계의 또 다른 중요 구성 요소는 공구 클램핑 시스템이다. 현대식 머시닝 센터는 대체로 공구를 전자동으로 교체하고, 많은 생산 공장에서 높은 생산성을 책임진다. 매거진 안에는 다양한 공구가 각각 하나의 공구 홀더에 장착된다. 공구 교체 시 자동으로 맞는 공구 홀더를 꺼내, 이를 클램핑 시스템이 공구 홀더를 고정하는 스핀들 위에 이 공구 홀더를 놓는다. 이때 스핀들의 완벽한 클램핑 시스템의 기능이 매우 중요하다. 공구의 잘못된 위치 선정은 많은 비용을 동반하는 가공 결함을 초래할 수 있기 때문이다. 공구가 기울어질 경우 높은 회전속도와 원심력에 의해 최악의 경우 공구가 풀리거나 다른 기계 부품과 충돌을 일으켜 심한 손상을 초래할 수 있다.

LVP 타입의 센서는 공구 클램핑 시스템의 커넥팅 로드의 위치를 확인하여 정확한 공구 위치를 모니터링 한다.

클램핑 위치를 모니터링 하기 위해 근접 스위치나 스위치 링을 자주 사용하며, 번거롭게 조정을 해야 한다. Micro-Epsilon의 센서 LVP 시리즈의 아날로그 센서를 사용하면 구조적으로 훨씬 간단하다. 이 원통형 센서는 클램핑 시스템의 이완 유닛에 간단하게 통합할 수 있다. 센서에 대한 측정 객체로 이용되는 링은 커넥팅 로드에 간단히 접착된다. 이 센서의 측정 원리는 무접촉으로 마모가 생기지 않는다. 이 시스템은 센서가 커넥팅 로드의 리프트 운동에 비례하는 아날로그 신호를 전송하여 연속적인 모니터링이 가능하다. 다른 시스템은 스위칭 포인트를 조정해야 하지만 여기서는 전혀 그럴 필요가 없다. 이 센서에서도 센서 전자 장치는 매우 작아 현장에서 통합할 수 있다.

저렴하게 그리고 간단하게 통합

공작 기계에서 풀어야만 하는 또 다른 측정 과제는 심압대의 위치 결정이다. 이 측정이 비록 기계 정밀성이나 안전에 직접적인 영향을 끼치지 않는다 하더라도, 많은 설계자들에게는 도전 과제가 되고 있다. 따라서 심압대 센터링 포인트의 위치는 종종 최대 몇 미터까지 매우 큰 범위에서 결정되어야 한다. 설상가상으로 측정 시스템에 대한 공간도 제한적인 경우가 많다. Micro-Epsilon은 와이어 센서 타입의 와이어로프 센서로 이상적이고 저렴한 시스템을 제공한다. 이 센서 또한 콤팩트하여 협소한 공간에서 간단하게 장착할 수 있다. 이 센서는 심압대 바로 근처에 설치하지 않아도 된다. 측정 와이어를 편향 롤러를 통해 매우 유연하게 다양한 영역으로 안내할 수 있기 때문이다. 이 센서는 공작 기계에 대한 전형적인 디자인으로 측정 범위가 300 ~ 2,100mm이며, 보다 큰 측정 범위도 구입할 수 있다. 이 센서는 매우 견고하여 공작 기계와 같이 극심한 환경 조건에서도 수명이 길다.

측정 와이어는 간단히 편향할 수 있기 때문에, 와이어로프 센서는 매우 유연하게 기계 구조에 연결할 수 있다.

기계 제조사는 Micro-Epsilon의 센서로 모든 측정 과제를 원스톱으로 해결할 수 있게 되었다. 위에서 언급한 과제 외에 다른 측정 과제도 Micro-Epsilon의 제품으로 해결할 수 있다. 예를 들면 레이저 센서 Opto-NCDT는 매거진에서 공구 마운트의 위치를 정확하게 모니터링 할 수 있다. 신속하고 정밀한 위치 결정은 공작 기계 셋업에도 자주 필요하다. Micro-Epsilon의 센서는 간단히 CNC에 연결할 수 있는 통상적인 인터페이스를 갖추고 있다.

이 센서는 질적으로 매우 고급이며, 공작 기계의 신뢰성과 생산성을 보장한다. 대부분의 센서의 소형화 구조를 통해 이 센서들은 구조를 변경할 필요 없이 기계에 통합할 수 있다.

MM The Future Code

중소 기업을 위한 디지털 전환

Vogel Communications Group의 이틀 간의 이벤트인 The Future Code의 일환으로 MM은 독일 뷔르츠부르크의 Vogel 컨벤션 센터에서 2019년 6월 6일에 중소기업을 위한 디지털 전환을 개최하였다.

이 포럼은 인더스트리 4.0 진입 업체를 위한 플랫폼으로 참가자들에게 디지털 전환으로 가는 경로에서 장애 극복을 지원한다. 참가자들은 업계의 강연 외에 자신들의 문제를 정론화 할 수 있다. 이 행사는 특히 중소기업을 위한 것으로, 중소기업이 어떻게 하면 인더스트리 4.0의 장점을 가장 잘 살릴 수 있을지 그 방법을 제시한다. 또한 참가자들은 인더스트리 4.0 이행을 위한 첫 걸음을 내딛기 위해, 디지털 전환에 대한 행동 지침을 얻을 수 있다. 핵심 주제에는 무엇보다 아날로그 기계와 전통적인 생산 프로세스의 디지털화, 디지털화를 통한 노동 세계의 변화 등이다. 또한 전문가 코너와 제품 솔루션 프레젠테이션도 제공되었다. 자세한 정보 및 등록 방법은 www.thefuturecode.de/digitale-transformation-kmu을 참조한다. 이번 이벤트 The Future Code는 AI, 로봇 공학, 블록 체인과 같은 최신 기술을 논의하기 위한 산업 전문가들의 플랫폼이다.