KITECH

제조 혁신 위해 국내 최초로 금형 수명 정량적 예측 기술 개발한다.

- 생기원, 금형의 한계수명 예측해 제조공정 원가와 품질 경쟁력 모두 확보

- 차량부품 전문 제조업체 ㈜이화테크원에 구축, 조향부품 생산에 활용 中

□ 밀폐된 공간에서 소재를 금속 틀(금형)에 넣고 반복적으로 높은 힘을 가해 제품을 만드는 ‘냉간단조’ 기술은 주로 자동차 부품을 생산하는데 사용된다.

ㅇ 소재에 열을 가하지 않기 때문에 강도가 우수하고 표면도 깨끗한 완성품을 얻을 수 있으며, 원하는 치수대로 정밀하게 가공할 수 있다.

ㅇ 하지만 작업자가 금형을 언제까지 사용할 수 있는지 알 수 없어 제 때 교체되지 못할 경우, 불필요한 공정비용이 들거나 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.

□ 한국생산기술연구원(이하 생기원, 원장 이낙규)이 부품 산업의 제조혁신을 위해 국내 최초로 금형의 한계수명을 정량적으로 예측하고, 품질 검사를 자동화하는 시스템을 개발했다.

ㅇ 냉간단조 금형에는 탄화텅스텐 소재가 많이 쓰이는데, 가격이 높은데 반해 압력을 받다보면 수명이 다해 잘 깨지는 특성이 있다.

ㅇ 개발된 기술은 압력이 반복적으로 가해질 때 금형이 단위 면적 당 받는 하중을 측정하고 분석해서 파손이 예상되는 부분을 찾아낸다.

ㅇ 한계수명이 예측가능해지면 금형이 파손되기 전에 최대한 사용하고 교체하기 때문에 공정비용을 절약할 수 있고, 불량 발생도 줄일 수 있다.

□ 생기원 스마트모빌리티소재부품연구그룹 서영호 박사는 작업자가 쉽게 금형파손 시점을 감지할 수 있도록 반복적 하중에 의한 수명을 시각화하는 모니터링 시스템을 구현해냈다.

ㅇ 기존 방식은 이상적 공정 상황에서의 하중치를 고정 값으로 활용해 수명을 예측하는 방식이라 환경변수를 고려하지 못하고, 공정 중 발생하는 편차도 예측 불가능했다.

ㅇ 반면 생기원에서 개발한 모니터링 시스템은 금형에 피에조 센서*를 설치, 힘이 가해질 때 발생하는 전기신호를 실시간으로 변환하여 그래프로 표현하기 때문에 환경변수와 편차 모두 반영할 수 있다.

* 피에조 : 압력이 가해졌을 때 전압을 발생시키는 전기 회로

ㅇ 해당 시스템은 현재 자동차 부품 전문 제조업체인 ㈜이화테크원에 구축돼 자동차 조향장치에 사용되는 ‘볼스터드(Ball Stud)’ 부품 생산에 활용되고 있다.

□ 나아가, 연구팀은 공정에서 생산된 제품의 품질 검사를 자동화하기 위해 비전 센서를 시스템에 적용할 수 있는 알고리즘도 개발했다.

ㅇ 비전센서는 산업용 카메라로 검사대상의 형태, 크기, 문자, 패턴 등을 판별해 양품과 불량품을 구분하는 센서인데, 사람에 비해 정확도가 높다.

ㅇ 작업자가 눈으로 확인할 경우 1개당 1분이 소요되었지만, 센서를 이용하면 개당 6초로 검사시간이 대폭 단축되고, 검사에 필요한 인건비도 절감할 수 있다.

□ 서영호 박사는 ”제조산업 지능화를 위한 첫 걸음으로서 현재 실제 현장에 적용 가능한 단일 공정 기술이 개발완료된 상태“라며, “향후 대규모 제조업체들과 공정 간 연계와 모듈화 작업을 추진해 글로벌 대응에 힘을 합칠 예정”이라고 밝혔다.

ㅇ 한편, 이번 성과는 생기원 제조혁신지원사업(2020년~2022년 예정)을 통해 수행된 ‘키-테크(Key-Tech)*’ 성과 중 하나로, 올해 2차년도 연구가 진행 중이며 현재 관련 특허 1건이 출원된 상태다.

* ‘키-테크(Key-Tech)*’ 국가 R&D혁신을 주도하고 소·부·장 독립을 뒷받침할 수 있는 생기원 대표기술로, 뿌리산업 등 전통 제조업의 공정개선부터 4차 산업혁명 기반의 차세대 생산시스템까지 다양한 분야의 143개 기술들로 구성