밸런싱머신 개발 / Balancing Machine Electronics

회전체의 밸런싱은 기계 장치의 수명, 정숙성, 품질과 밀접하다.  국내 관련 측정장비의 제조는 90년대 초반 즈음 시작되었다. 초기 10년 동안은 기술의 수입, 다음 10년 동안 모방 제작, 그런 토대위에 지금은  독립적이며 독자적인 제작 기술을 보유한 업체가 적지 않다. 90년도 이전에는 측정 품질이 낮고  JIG 보상이 이루어지지 않는 그저 측정만 되는 아나로그식 밸런싱머신이 만들어지기도 했다. 당시로써는 매우 신선한 측정기였다. PC가 산업용 부품으로써 본격적으로 쓰이기 시작한 90년대 초기 이런식의 아나로그식 밸런싱 장비가 디지탈화 되기 시작했다. 비단 이 분야만 뿐만아니라 산업계가 전반적으로 아나로그에서 디지탈로 디자인 트랜드가 바뀌던 때였는데 이시기를 거친 장비들은 정밀도와 측정 속도가 좋아져 작업성이 비약적 개선되었다.

 

▲ 필터를 거친 불평형 값 1x성분.

 

 

▲ 제작한 밸런싱머신 전자회로기판. 프리앰프, 가변필터, DSP프로세서, 엔코더프로세서, AD컨버터, 자동화를 위한 Isolation I/O블럭, 전원으로 구성되어 있다. 외부 프로세서의 의존없이 밸런싱 과정에서 요구되는 연산을 수행하도록 했다. 국내 및 글로벌 밸런싱머신 제작사들은 덩치큰 PC와 PCI기반의 애드온카드를 사용하고 있지만 나는 과감히 스타일을 바꿨다.

 

일부러 진동을 일으켜야만하는 휴대폰의 진동모터 따위가 아니라면, 회전기의 진동은 적을수록 가동 품질이 좋아진다. 향상된 밸런싱의 결과는 부품의 진동 감소로 나타나므로  결국 회전체가 쓰여질 제품의 품질이 좋아지게 된다. 밸런싱의 용도는 단지 품질만이 아니라 회전체의 수명 연장과도 연관이 있다.  고속의 회전체는 수명 관리를 하지 못하면 사고로 이어지기도 하는데 아주 굵은 지름의 롤러나 멀쩡하던 스핀들이 어느날 꽝 소리를 내며 부러지기도 한다.

회전기는 규모로 보면 소형부터 거대한 규모까지, 가벼운것 육중한것, 동력 또한 전기식 이나 내연기관인것, 회전체가 원형인것, 원형이 아닌것, 탄성체인것 강성체인것 등 다양하다. 밸런싱의 과정은 규모에 따라 결정된다. 여러 단계를 거처야 하거나 경우에 따라서는 험란한 경우도 있으며 해당 회전체에 대한 지식과 경험이 요구되기도 까다로운 경우도 있다.

대상 물체는 다양하다. 스핀들과 몸체가 일체형인것, 프로펠러와 같이 구동축과 회전체가 분리 결합 되는것, 몸체가 짧은 것, 몸체가 긴것, 지면과 수직상태에서 회전하는것, 수평상태에서 회전하는것, 고속인것 저속인것, 회전체의 직경이 작거나 큰 것 등등, 이들 다양한 형태의 회전체를 밸런싱을 하기 위해서는 그에 맞는 고유의 밸런싱 정책이 쓰여진다.

밸런싱 머신은 세 부분으로 나뉘어진다.  스핀들 및 기구, 전기회로, 전자회로, 소프트웨어다. 이중에서 밸런싱머신의 일렉트로닉스를 구현하기 위해서는 한 두 분야의 이해나 학습만으로는 어렵다. 적지 않은 분량의 학습과 실험이 필요하다. 용도에 따라서 진동의 픽업은 어때야 하는지, 센서출력을 필터링 한 값은 다이나믹 레인지가 어느 정도이어야 하는지 적지 않은 실험을 이어나가야 한다.  

강성 회전체 밸런싱 대한 산업표준은 제정/개정된 ISO21940 Series 및 KSBISO 21940 Series가 폐지 표준인 KSB 0612(1992), ISO1940-1(2003)을 이어가고 있다.  

정교하고 반복성이 있는 밸런싱 측정이 가능한 기술수준에 도달 한다면,  언밸런스 중량 만큼 추가하거나 삭제하는 자동 수정 밸런싱도 가능해진다.  밸런싱머신을 사용하여 대량의 기계부품을 생산하는 가공업체를 방문해보면  '3D' 란 말이 저절로 나온다. 쇠가루 먼지에 절삭유 유증기,  천정 쪽으로도 뿌옇고 바닥도 기름으로 번질번질하다.  말이 좋아 정밀기계 가공업이지 실상은 3D 업종이다.  인건비 폭등도 공정 기계화에 한 몫 하고 있다. 사람이 언밸런스를 수정하는 것보다는 기계가 이 동작을 대신하는것이 월등히 빠르고 품질도 좋다. 경우에 따라서 수십배의 시간 차이가 있는 경우도 있다.