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5축 가공을 위한 철저함 – Marposs의 레이저 공구 측정기와 모니터링 시스템

 5축 가공 시에는 공구 검사와 모니터링으로 제조의 신뢰성과 효율성을 확보해야 한다. 공구 검사는 공구의 유무를 확인하고 마모에 대한 보상을 수행한다. 그러나 절삭 중 실제로 어떤 일이 벌어지는지는 알 수 없는데, 이 중요한 정보의 공백을 채우기 위한 것이 공구 모니터링 시스템이다. 

5축 가공의 기본, 공구 검사
현장에서는 저렴하면서 기본이 되는 접촉식 측정을 통해 공구의 유무, 길이와 경 측정, 파손 등을 점검하고 있다. 접촉식 공구 측정기는 마그네틱 베이스를 이용해 장비 테이블에 부착할 수 있어 측정 공간이 협소하거나 작은 장비에 적합하다. 또 다수의 스핀들 프로브와 주파수·광학식 통신의 하드웨어로 구성이 가능하여 설치비를 줄일 수 있다. 하지만 실제로 공구를 ‘터치’하는 방식이기 때문에 측정과 이송 시 최고 속도 구현은 어렵다. 측정기를 통해 전달받은 피드백은 툴세터로 측정된 데이터와 결합해 공구 마모 오프셋 보정으로 이어진다.

마르포스의 Mida Laser 75HP 접촉식 레이저 공구 세팅 시스템으로 직경 30μm까지 측정이 가능한 축소판 레이저빔. 공구 직경 10μm까지 검출이 가능하여 작은 공구 측정에 적합하다. 둥근 형태의 레이저빔으로 등방성이 요구되는 공구 측정에 적절하다. 서로 다른 방향에서 측정이 필요한 5축 머시닝센터에 알맞다.
마르포스의 비 접촉식 레이저 공구 측정 장치로 직경 30μm까지 측정이 가능한 축소판 레이저빔. 공구 직경 10μm까지 검출이 가능하여 작은 공구 측정에 적합하다. 둥근 형태의 레이저빔으로 등방성이 요구되는 공구 측정에 적절하다. 서로 다른 방향에서 측정이 필요한 5축 머시닝센터에 알맞다.

속도와 정확도를 다 잡은 비접촉식 레이저 측정
반면, 비접촉식 시스템은 레이저를 이용한 공구 측정기다. 레이저는 속도에 상관없이 회전하는 공구 측정이 가능하여 스핀들의 불균형, 속도, 온도와 관련된 변화 등을 감지할 수 있다. 이에 빠른 속도로 파손 여부를 체크하며 공구의 전체 형상이나 개별 공구의 윤곽도 몇 초 만에 측정한다. 또 먼지나 절삭유에 의한 영향을 받지 않는다.

레이저 측정은 초대형 머신과 같이 측정 범위가 넓은 경우에 적용할 수 있다. 송신기와 수신기의 거리를 15m까지 측정할 수 있기 때문이다. 이 거리에서도 1㎛ 이하 반복도의 측정값을 얻을 수 있다. 한편 고정밀 레이저 시스템은 회전 공구의 10㎛까지 측정이 가능하며 최대 범위는 32mm다. 이는 주로 전자나 의료산업용 금형 분야의 작은 초정밀 공작기계에 적합하다.

마르포스 VTS(Visual Tool Setter) 레이저 공구 측정기는 다양한 각도의 위치에서 공구 이미지를 획득할 수 있어, 1mm 미만의 초소형 공구에 대해서도 정밀한 길이와 직경 값을 제공한다.
마르포스 VTS(Visual Tool Setter) 레이저 공구 측정기는 다양한 각도의 위치에서 공구 이미지를 획득할 수 있어, 1mm 미만의 초소형 공구에 대해서도 정밀한 길이와 직경 값을 제공한다.

정보의 공백을 허용치 않는 모니터링 시스템
모니터링 시스템은 센서를 이용하여 변형, 유효 전력, 음향방출(A/E), 진동, 가속도, 힘, 토크, 절삭유 온도와 흐름 등의 작동 상태를 감지하는 것이다. 이로써 전체 공정을 컨트롤한다. 측정은 실시간으로 이루어지며 충돌이나 공구 파손과 같은 잠재적인 문제를 감지하고, 장비와 공작물에 미치는 데미지를 최소화하기 위해 가공 정보에 대한 피드백을 제공한다.

이 모니터링 시스템의 가장 큰 효과는 적응제어방식(Adaptive Control Strategy)을 통해 공구의 절삭력을 최적화하는 데 있다. 즉 실시간 데이터를 기반으로 상황에 따라 절삭 한계값을 조절함으로써 최적의 절삭율을 달성하고 공구 수명 향상으로 수익성을 높이는 것이다. 또 가공 시간을 단축하여 공정의 효율성을 향상시킨다.

CTM
다목적 공구 및 프로세스 모니터링 시스템인 마르포스의 CTM은 유연한 인터페이스 컨셉을 가지고 있어 필드버스 연결(전용 I/O)을 지원하지 않는 솔루션에서부터 분기된 데이터와 필드버스 아키텍처에 이르기까지 통합할 수 있다. 

대량 생산의 경우는 실제 값과 저장된 값을 비교하기 위해 학습된 값인 학습 곡선이 일반적으로 사용된다. 이때 CTM 내의 파라미터를 장비의 잠재력을 최적으로 활용할 수 있는 방식으로 정의할 수 있고, 필요한 한계값을 학습하고 구현하여 애플리케이션에 적용할 수 있다. 이로 인해 긴 절삭 사이클도 원활하게 모니터링할 수 있다. 또한, 맞춤형 보고서와 데이터 분석을 위한 기능을 제공해 사용자는 공구 수명을 연장하고 불량품을 줄이며 공구 파손을 방지하여 공작 기계의 정지 시간을 최소화할 수 있다.

마르포스의 모니터링 시스템 CTM은 파라미터를 장비의 잠재력을 최적으로 활용할 수 있는 방식으로 정의할 수 있고, 필요한 한계값을 학습하고 구현하여 애플리케이션에 적용할 수 있다.
마르포스의 모니터링 시스템 CTM은 파라미터를 장비의 잠재력을 최적으로 활용할 수 있는 방식으로 정의할 수 있고, 필요한 한계값을 학습하고 구현하여 애플리케이션에 적용할 수 있다.

GENIOR™ MODULAR
마르포스의 GENIOR MODULAR는 현재 생산 프로세스에 자동으로 실시간 이미지를 제공하는 자동 지능형 공구 및 프로세스 모니터링 시스템이다. 공구 파손, 누락 및 마모 같은 공정 이상 징후를 안정적으로 식별한다. 또한, 다중 기준 분석을 통해 대부분의 프로세스를 자동으로 조정할 수 있다. 즉, 시스템이 모든 관련 신호를 기록하고 특수 알고리즘을 기반으로 한계값을 설정할 수 있다. 다음 절삭 사이클 동안 GENIOR MODULAR는 자동 한계값을 세밀하게 조정할 수 있으며, 필요에 따라 수동으로 한계값을 변경하고 고칠 수 있는 기능도 제공한다.

마르포스의 GENIOR™ MODULAR는 현재 생산 프로세스에 자동으로 실시간 이미지를 제공해 준다.
마르포스의 GENIOR™ MODULAR는 현재 생산 프로세스에 자동으로 실시간 이미지를 제공해 준다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.