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기본 중의 기본, 워크 세팅 – 레니쇼의 워크 프로브를 이용한 워크 세팅

공작물 세팅에서는 기계 내 원점에서 공작물의 위치를 확인해 좌표계에 지정하는 방식이 사용된다. 공작물 계측 장치는 프로브와 수신기의 통신방식에 따라 광학방식과 무선 주파수 방식으로 나뉜다.

[사진 5] OMP60

광학 방식 공작물 세팅 프로브
프로브가 측정하여 얻은 신호가 수신기를 통해 컨트롤러로 전달되면 컨트롤러가 이 신호를 받아 위치 값을 산출하는 원리로, 프로브와 수신기 간의 통신 방식이 광학을 이용하는 방식이다. TV 리모콘에 비유되는 적외선 타입이기 때문에 프로브와 수신기가 마주봐야 통신이 가능하다. 광학 방식은 키네메틱 프로브와 스트레인 게이지 프로브로 나뉜다. 키네메틱 프로브는 일반적으로 2D 형상 측정 시 주로 사용되며, 스트레인 게이지 프로브는 고정도의 3D 형상 측정에 사용된다.

레니쇼의 OMP40-2와 OMP60는 키네메틱 프로브이다. 구조는 3접점 방식으로, 각 접점에 나란히 위치한 두 개의 볼 가운데 원통형 로드가 있다. 프로브가 측정물에 닿아 꺾이면 로드가 떨어져 저항이 감소해 신호가 발생하는 원리다. 스트레인 게이지 프로브도 구조는 같으나 상단에 미세 변형량을 감지하는 스트레인 게이지가 있는 것이 다르다. 레니쇼의 OMP400과 OMP600이 이 방식인데, 약간의 변동에도 즉시 반응하기 때문에 응답성이 빠르고 0.25㎛의 높은 반복정밀도로 정밀 측정이 가능하다. 또한 3접점 방식과 달리 방향에 상관없이 보정량이 같아서 3D곡면 측정시 보정이 간단하다.

 레니쇼의 OMP40-2(좌)는 키네메틱 프로브, OMP600(우)는 스트레인 게이지 프로브이다. 둘 다 광학 방식을 사용한다.

레니쇼의 OMP40-2(좌)는 키네메틱 프로브, OMP600(우)는 스트레인 게이지 프로브이다. 둘 다 광학 방식을 사용한다.

무선 주파수 방식 공작물 세팅 프로브
RMP60은 2.4GHz의 무선 주파수를 사용하는 FHSS(Frequency hopping spread spectrum, 주파수 도약 방식) 방식을 적용하여 기기 간 안전하고 안정적으로 통신할 수 있도록 최적화 되어 있다. 이때문에 방향에 상관없이 일정한 거리 내(최대 15m)에서 통신이 가능하다. 프로브를 이용해 위치 확인 후 자동으로 공작물의 좌표를 업데이트하여 틀어진 양을 보상하는 방식이 같다. 차이가 있다면 방향과 거리에 구애되지 않아, 큰 장비나 복잡한 구조물을 측정하기 쉽다는 것이다. 또한 정밀가공은 물론 품질관리 피드백이 빠른 것이 특징이다. 형상에 따라 차이가 있지만 측정 값이 산출될 때까지 수초 내에 원점 확인이 가능하다. 이러한 장점은 무선 주파수 방식과 광학 방식 모두에 해당된다.

적용사례를 들어보자. 멀티 팔레트의 경우 팔레트가 바뀔 때마다 지그 공차로 인해 정밀가공이 필요한 경우에는 공작물 원점을 다시 설정해야 한다. 이 작업은 많은 세팅시간이 소요돼 번거롭고 비효율적이다. 프로브를 이용해 원점을 측정하여 가공하면, 팔레트 교환 후 자동으로 원점이 세팅되기 때문에 세팅 시간과 불량률이 감소해 효율성과 정밀도가 향상된다.

 레니쇼의 RMP60은 무선주파수 방식이기 때문에 방향에 상관없이 일정한 거리 내에서 통신이 가능하다.
레니쇼의 RMP60은 무선주파수 방식이기 때문에 방향에 상관없이 일정한 거리 내에서 통신이 가능하다.

공정 중 제어도 가능
이러한 접촉식 프로브를 사용하면, 워크 셋업 단계를 지나 공정 중에도 측정이 가능하다. 절삭과 절삭 사이에 공구 교체 시 프로브를 이용해 변형량을 측정한다. 이로써 기계와 공구의 변이, 가공환경의 변화, 예측하지 못한 변수 등을 감지할 수 있다. 기계와 공구의 변이는 공정이 진행되면서 생기는 마찰과 열로 인한 변형이다. 가공환경의 변화란 아침부터 저녁까지 온도가 올랐다가 떨어지는 하루의 온도 사이클에 따른 변이를 뜻한다. 예측하지 못한 변수란 공구가 임의의 순간에 큰 부하를 받아 파손되는 경우를 이른다. 프로브를 사용해 이렇게 공정 중에 발생하는 변수를 제어할 수 있다. 가공 중 변화된 좌표계와 파라미터, 공구옵셋을 업데이트할 수 있는 것이다. 예를 들어 변형에 의해 기준점이 옮겨질 경우 측정을 통해 틀어진 기준점 만큼 공작물 좌표계를 업데이트하게 된다. 

손쉬운 소프트웨어가 중요
이러한 측정 하드웨어를 운용하기 위한 소프트웨어가 있다. 바로 레니쇼의 ‘Set And Inspect’와 ‘Fanuc GUI’다. 사실 사용자가 직접 매크로 프로그램을 편집하고 추가하기에는 어려움이 있다. 때문에 쉽게 프로브를 운영할 수 있도록 소프트웨어를 사용하는 것이다. 이 소프트웨어로 프로세스 세팅, 인프로세스 게이징, 프로세스 모니터링을 할 수 있다. 즉 작업자가 측정 형상에 맞는 아이콘을 선택하여 간단한 측정 코드를 자동으로 추가할 수 있고, 가공 중간에 측정 사이클을 추가하기 위해 프로브 측정 경로를 자동으로 생성할 수 있다. 숙련도가 높지 않아도 쉽게 사용할 수 있기 때문에 소프트웨어에서 지정된 사이클대로 프로브를 움직이고 그 결과를 파라미터에 업데이트 하는 것이 가능하다.

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 레니쇼의 ‘Set And Inspect’(위)와 ‘Fanuc GUI’(아래). 사용자가 직접 매크로 프로그램을 편집하고 추가하는 것은 어렵기 때문에 쉽게 프로브를 운영할 수 있도록 소프트웨어를 사용한다.
레니쇼의 ‘Set And Inspect’(위)와 ‘Fanuc GUI’(아래). 사용자가 직접 매크로 프로그램을 편집하고 추가하는 것은 어렵기 때문에 쉽게 프로브를 운영할 수 있도록 소프트웨어를 사용한다.

About 이상준 기자

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