금형틀 수명 미리 알아내 공정원가 낮춘다

생기원, 국내 최초 금형 수명 예측시스템 개발
공정 자동화로 6초에 한개씩 불량품 검사 가능

한국생산기술연구원 서영호 박사가 냉각단조 공정 및 금형 수명 모니터링 시스템을 개발해 ㈜이화테크원에 구축했다. 생산기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 다양한 금속부품을 만들어내는 냉간단조 금형의 언제까지 사용할 수 있을지 예측할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 냉각단조 금속 틀의 교체 시기를 알 수 있어 파손되기 전까지 최대한 사용하고 교체해 공정비용을 절약할 수 있고, 불량 발생도 줄일 수 있다.

한국생산기술연구원은 스마트모빌리티소재부품연구그룹 서영호 박사가 국내 최초로 금형의 한계수명을 예측하고, 품질 검사를 자동화하는 시스템을 개발했다고 18일 밝혔다.

서영호 박사는 "제조산업 지능화를 위한 첫 걸음으로서 현재 실제 현장에 적용 가능한 단일 공정 기술이 개발완료됐다"고 말했다.

이 기술은 올해 2차년도 연구가 진행 중이며 현재 관련 특허 1건이 출원된 상태다.

이 연구는 자동차 부품 전문 제조업체인 ㈜이화테크원, 태양금속공업㈜, 프라이맥스와 한국재료연구원이 공동 참여 중이다.

개발된 기술은 압력이 반복적으로 가해질 때 금형이 단위 면적 당 받는 하중을 측정하고 분석해서 파손이 예상되는 부분을 찾아낸다. 냉간단조 금형은 탄화텅스텐 소재가 많이 쓰이는데, 가격이 높은데 반해 압력을 받다보면 수명이 다해 잘 깨지는 특성이 있다.

연구진은 작업자가 쉽게 금형파손 시점을 감지할 수 있도록 반복적 하중에 의한 수명을 시각화하는 모니터링 시스템을 만들었다.

이 시스템은 현재 자동차 부품 전문 제조업체인 ㈜이화테크원에 구축돼 자동차 조향장치에 사용되는 '볼스터드' 부품 생산에 활용되고 있다.

기존 방식은 환경변수를 고려하지 못하고, 공정 중 발생하는 편차도 예측 불가능했다.

반면 연구진이 개발한 모니터링 시스템은 금형에 압력이 가해졌을때 전압을 발생시키는 피에조 센서를 설치했다. 힘이 가해질 때 발생하는 전기신호를 실시간으로 변환해 그래프로 표현하기 때문에 환경변수와 편차 모두 반영할 수 있다.

냉각단조 금형의 한계수명 예측 및 모니터링 장비를 개발한 한국생산기술연구원 서영호(왼쪽) 박사가 금형 수명 모니터링을 설치한 이화테크원 작업장에서 기념 촬영을 하고 있다. 생산기술연구원 제공

또 연구진은 공정에서 생산된 제품의 품질 검사를 자동화하기 위해 비전 센서를 시스템에 적용할 수 있는 알고리즘도 개발했다.

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

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

서 박사는 "향후 대규모 제조업체들과 공정 간 연계와 모듈화 작업을 추진해 글로벌 대응에 힘을 합칠 예정"이라고 밝혔다.

[e-mail] 김만기 기자