1. 수행배경

• 절삭가공 시에 많은 절삭유가 사용되고 있으며, 절삭유의 품질은 절삭가공에 영향을 주는 요인 중 하나입니다. 하지만 많은 기업에서 수동 측정의 번거로움과 절삭유 품질의 중요성에 대한 인식 부족으로 인하여 절삭유가 제대로 관리되고 있지 않아, 가공품질이 떨어지는 현상이 발생합니다. 이러한 문제를 자동 측정 후 마스터 PC와 관리자의 모바일 기기로의 전송을 통하여 기존 수동측정 방식의 번거로움을 해결하고자 하였고, 나아가 스마트 팩토리에 접목시켜 공장 자동화 과정부분의 품질 자동측정까지 생각하고 구현하고자 하였습니다.

   

• 공작기계전에서 공작기계업체 관계자에게 문의한 결과 제조사에서 절삭유에 대한 솔루션은 제공하고 있지 않은 상황이었으며, 실제 현장에서도 절삭유의 부패정도를 후각에 의존하는 등 구체적인 지표 하에 판단하고 있지 않았습니다. 따라서 절삭유의 품질을 정량적, 기계적으로 감시하는 시스템의 필요성이 있습니다.

   

   

2. 수행기간

3. 개발작품 설명

            1) Built-in type

세 개의 센서를 이용하여 동시에 측정하면서도, 소형화를 고려해 설계했습니다.

 

온도센서를 이용하여 절삭유의 온도를 측정하고 만약 30℃보다 높아질 경우 경광봉(붉은색 빛), PC화면과 휴대폰 어플리케이션 화면에 알람이 나오도록 하였습니다.

 

pH센서의 경우에도 pH 9보다 낮아질 경우 경광봉(황색 빛), PC화면과 휴대폰 어플리케이션 화면에 알람이 나오도록 하였습니다.

 

농도센서의 경우 시중에 판매되고 있는 제품들은 고가였습니다. 공작기계에 종사하고 있는 현직자에게 문의한 결과, 절삭유 품질을 측정하는 데에는 높은 정밀도가 요구되지 않으므로 이러한 고가의 농도센서를 이용하기에는 부담이라는 대답을 받았습니다. 이러한 점에 착안하여, 절삭유의 농도에 따라 LED의 빛이 절삭유 속에서 통과하는 광량의 차이를 이용하는 방안을 생각하였습니다. 빛의 광량에 따른 포토트랜지스터의 전류 값을 읽은 후, 광학식 농도계의 농도값과 비교하여 데이터베이스를 만들어서 농도를 측정하도록 하였습니다.

포토트랜지스터와 LED의 거리가 너무 가까울 경우 측정에 문제가 발생하여 프로토 타입을 이용하여 실험한 결과, 3cm의 간격을 설정하였고 이를 설계에 반영하였습니다.

농도도 10%를 초과하거나 미만일 경우 경광봉(녹색 빛), PC화면과 휴대폰 어플리케이션 화면에 알람이 나오도록 하였습니다.

 

현장에서도 바로 확인이 가능하도록 OLED를 장착하여 시각적인 요소를 추가하였습니다.

 

 

2) Portable type

 

사용자의 편의를 생각하여 소형화에 초점을 맞추어 설계를 하였습니다. 스위치를 배치하여 측정하는 순간에만 배터리를 사용하도록 하였으며, 온도 센서와 pH센서는 Built-in type과 동일합니다. 농도센서는 탁도센서를 이용하였고, 센서 값과 광학식 농도계로 측정한 농도값을 비교하여 데이터베이스를 만들어서 농도를 측정하였습니다.

 

센서가 측정한 값들을 상부의 OLED에 출력하여 사용자가 간편하게 확인할 수 있도록 하였습니다.

 

4. 활용방안

• 자외선을 이용하여 절삭유 속 박테리아를 제거하는 것과 같은 솔루션들을 적용시켜, 센서를 이용한 측정뿐만 아니라 품질 향상 방안과 접목 가능합니다.

• BOD와 COD와 같은 화학적인 측정요소들을 추가하여, 정부 주도의 공장 폐수 관리 등에도 적용하여 환경문제를 해결할 수 있습니다.