사물인터넷(IoT) 시대가 혁신을 가속화하고 있다. 특히 센서로 사물과 환경의 정확한 상태를 파악할 수 있게 됨에 따라 생산성을 한층 극대화하고, 제품에 새로운 가치를 더하는 것이 가능하게 되고 있다. 다시 말해 센서의 활용이 기업의 경쟁력을 가르는 가늠자가 되고 있는 것이다. 역각 센서를 활용하여 생산성을 높이고, 제품의 경쟁력을 향상시키는 방안을 2회에 걸쳐 알아본다.

연재 순서 : ①역각 센서 기반의 제조 효율화
               ②역각 센서 기반의 스마트 커넥티드 실현

오늘날 제조 장비를 개발하는 설계 엔지니어는 높은 수준의 품질을 유지하면서 동시에 더 나은 생산 효율까지 이뤄내야 한다는 요구에 직면하고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위한 방법은 새로운 스마트 산업 제어 및 진단 도구의 사용이다.

새로운 스마트 산업 제어·진단 도구의 핵심은 감지 기술이다. 감각을 갖춘 도구는 생산 현장에 대한 명확한 정보를 운영자에게 전달, 품질과 생산성 향상이라는 요구에 부응할 수 있도록 지원한다.

힘 감지 관점에서 FlexiForce 센서와 같은 역각 센서(tactile force sensor)는 제품이나 장치에 내장시 이상적인 선택이 될 수 있는 이점을 제공한다. 역각 센서가 내장된 산업 제어·진단 솔루션을 통해 운영자는 제조 공정에서 일어나는 일을 처음부터 끝까지 느낄 수 있게 돼 이를 바탕으로 공정 개선을 이룰 수 있다.

예를 들어 생산 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 변수는 수없이 많지만, 가장 중요한 변수 중 하나는 바로 힘의 변화다. 힘의 변화는 가장 작은 접촉으로도 효율성과 품질에 큰 영향을 줄 수 있어 특히 주의할 요소다. 따라서 힘 감지 기술이 더해진 제어 및 진단 도구는 생산의 주요 단계에서 실제로 일어나고 있는 변화에 대한 더 많은 정보를 캡처함으로써 제조 역량을 강화할 수 있게 한다.

후술되는 다섯 가지 예시는 역각 센서로 질제 제조 역량을 향상시킨 실제 사례다. 이들 애플리케이션에는 Tekscan의 FlexiForce 센서가 적용됐다.

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일반적으로 공정 완료까지 제품은 몇 번의 회전과 방향 전환을 겪어야 한다. 그런데 이러한 공정 중 너무 많은 힘이 가해지게 되면 품질이 떨어질 수 있고, 심지어 손상으로 연결되기도 한다. 힘 감지 기술은 제품이 공정 중 경험할 수 있는 힘을 엔지니어가 느낄 수 있게 한다. 엔지니어는 시스템이 최대한 원활하게 작동하는지 확인하고, 필요한 예방 조치를 진행할 수 있게 된다.
일례로 MMAAZZ는 식음료 제조 업체의 라인 작업 중 음료병 손상을 최소화할 수 있는 PressureQC 솔루션을 개발했다. FlexiForce 역각 센서를 내장한 PressureQC는 생산 공정에서의 레일 이동 등에서 병과 캔에 적용되는 힘의 양을 감지하여 제품 손상으로 인한 손실을 최소화하고 운영 효율성을 높이고 있다. 
※ 유사 애플리케이션  : 스마트 패키징 / 배송 차량 모니터링

로보틱스 조립 시스템

로봇 시스템의 그립 측정은 까다로운 주제 중 하나다. 크기와 비용으로 인해 하중계(load cell)과 같은 전통적인 힘 감지 기술을 로봇에 내장하기 어렵기 때문이다. 촉각 감지 기술을 활용하는 역각 센서는 로봇의 그립 측정을 위한 유일한 대안으로, 로봇의 정확한 터치감을 알 수 있어 민감한 물질까지 취급 가능한, 보다 신뢰할 수 있는 로봇 시스템을 지원한다.
실제로 한 애플리케이션에서 로봇 그리퍼 또는 로봇암의 핵심 영역에 위치한 FlexiForce 센서는 제품과 장비를 안전하고 정확하게 취급할 수 있게 했으며, 또 다른 애플리케이션에서는 FlexiForce 센서가 핸드헬즈 장치에 내장되어 작업자가 적용하는 그립력 수준을 식별하고 로봇이 적절한 동작을 트리거할 수 있게 했다.
※  유사 애플리케이션  : 보호 장비 / 마모 모니터링

품질 관리
역각 센서로 제품 품질에 대한 중요한 정보를 수집할 수도 있다. 제조업체간 변별력은 세부 사항에 존재하는데, 역각 센서는 프로세스의 정밀도와 정확성을 정량화함으로써 더 높은 품질의 제품을 지원한다.
예를 들어 분광 광도계는 기계의 광선이 측정 표면에 제 각도로 위치해야만 정확한 측정을 수행할 수 있다. 특수 효과 마감재의 색상을 정확하게 측정하는 멀티 앵글 분광 광도계를 제작하는 X-Rite는 세 가지 감지 영역을 포함하는 맞춤형 FlexiForce 센서를 분광 광도계에 내장시켜 장치의 균형을 이뤄냈다. X-Rite에서 FlexiForce 센서는 세 지점에서 힘을 측정하여 빔이 올바른 적용 각도에 있는지 확인할 수 있게 한다. 
※  유사 애플리케이션  : 닙(Nip) 컨트롤 / 라미네이팅 / 히트 스테이킹

재고 관리 시스템

재고 관리는 비즈니스에 있어 매우 중요한 일이지만, 어떤 경우에도 많은 시간을 필요로 하는 시간소모적인 작업이기도 하다. 하지만 제품 보관 선반이나 저장소에 역각 센서를 장착함으로써 정확한 정보를 얻을 수 있다.
일례로 전자 제품 제조업체는 FlexiForce 센서를 사용하여 실시간 무선 인벤토리 보고 시스템을 개발하여 재고를 정확하게 파악하는데 성공했다. 제품 보관 상자 아래 쪽에 위치한 역각 센서가 즉각적으로 가해지는 힘 판독 값을 제공함으로써 실시간으로 재고량을 알 수 있게 한 것이다. 이를 통하여 이 기업은 수작업 재고 조사의 필요성을 줄임은 물론 주문 계획 프로세스를 간소화하는데 성공했다. 
※  유사 애플리케이션  : 도난 관리 / 제품 출하 / 스마트 드롭 박스 / 제품 중량 모니터링

작업 안전

미국 직업안전위생국(OSHA)에 따르면, 매년 지게차로 인해 약 85명의 사망자와 3만4900명의 부상자가 발생하고 있다. 역각 센서는 지게차의 안전 강화에도 활용될 수 있다.
한 포크 리프트 제조업체가 FlexiForce 센서를 지게차 시트에 내장한 안전 장치는 이를 보여주는 사례이다. 가변 하중을 측정하여 특정한 힘 임계값이 보여질 때 동작을 트리거하며, 시트에 체중이 감지되지 않으면 차량은 즉각 멈추어 지게차 사고를 예방한다.
※  유사 애플리케이션  : 운전자 모니터링