한국기계연구원(이하 기계연)이 전량 수입에 의존하던 고정밀 회전체 균형 잡기 기술을 국산화했다.
이에 따라 일본의 수출규제에 대응해 공급망 불확실성을 해소해 자동차, 에너지, 항공, 국방 등 국가 전략산업 품질 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대된다.
기계연은 5일 가상공학플랫폼연구본부 AX융합연구센터 김병옥 책임연구원팀이 산업용 장비 전문기업 ㈜피앤에스와 공동으로 ‘고정밀 자동화 밸런싱 머신’을 개발, 상용화에 성공했다고 5일 밝혔다.
밸런싱 머신은 모터, 터빈, 엔진 등 회전체가 들어가는 기계의 질량 불균형을 측정하고 교정하는 장비로, 회전체 무게중심이 맞지 않으면 진동과 소음이 발생하고 수명이 단축되기 때문에 국제규격(ISO 21940-11)에 따라 불균형을 미세하게 깎아내는 작업이 필수다.
기존 해외 장비들은 수동이나 반자동 방식이 많아 정밀도를 일정하게 유지하기 어려웠다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 인공지능(AI) 기술을 적용해 진동센서가 감지한 신호에서 AI 기반 데이터 정제 알고리즘이 비정상 신호와 노이즈를 자동으로 걸러내도록 했다.
연구팀이 개발한 장비는 단순한 측정을 넘어 교정까지 스스로 수행하는 지능형 통합 시스템으로, 불균형 계측 모듈과 불균형 교정 모듈로 구성된다.
불균형 계측 모듈은 회전체가 돌 때 발생하는 지지부의 미세 진동을 실시간으로 감지, 신호처리부가 주파수 성분을 분리하고 위상을 보정해 정확한 불균형 위치를 산출한다.
이어 불균형 교정 모듈이 계측 데이터를 바탕으로 회전체를 자동으로 이송하고 고정해 정밀 가공기가 불균형한 만큼의 질량을 깎아낸다.
특히 여기에 탑재된 폐루프 교정 알고리즘은 장비가 교정 후 다시 측정을 수행하고 잔류 불균형이 남았는지 확인하는 과정을 스스로 반복해 작업자 숙련도와 상관없이 항상 최상의 품질을 유지하고 생산시간도 최소화한다.
그 결과 머리카락 기의 수백 분의 1 수준인 0.1㎛(g·mm/kg) 수준의 잔류 불균형까지 검출하고 mg 단위 질량 차이까지 정밀하게 보정했다.
이번 성과는 일본의 수출규제 품목이자 국가 전략물자인 고정밀 밸런싱 머신을 독자 기술로 확보해 큰 의미를 갖는다.
해당 장비는 지난해 7월 친환경 자동차부품을 생산하는 A사와 납품 계약을 체결하며 상용화에 성공했다.
김병옥 기계연 책임연구원은 “이번 연구는 전략물자로 지정될 만큼 중요도가 높은 장비를 국내 기술로 자립화하고 실제 양산라인에 적용해 의미가 크다”며 “전기차뿐만 아니라 항공, 에너지, 방산 등 정밀도가 생명인 국가 전략산업 전반으로 적용 분야를 넓혀가겠다”고 말했다.
