공작기계 다중 물리량 모니터링 시스템 | PXIe 기반 진동·온도·전류·스트레인 동기 측정 솔루션

응용 배경

CNC 공작기계(Machine Tool) 는 장시간 고부하 운전 과정에서 다음과 같은 다양한 물리 신호가 서로 결합되어 가공 안정성에 영향을 줍니다.

• 전체 기계 진동(Vibration)
• 주축(Spindle)과 볼스크류(Ball Screw) 온도 상승
• 서보 전류(Servo Current) 변동
• 주요 구조 부품의 미세 스트레인(Micro-strain)

이러한 신호들의 상호 작용은 다음 문제를 일으킵니다.

• 가공 정밀도 저하
• 표면 품질 악화
• 공구 수명 단축
• 설비 돌발 고장 → 생산 효율 및 제품 일관성 위협

기존의 인력 순회 점검과 단일 지점 측정 방식으로는 가공 과정의 실시간 감지, 이상 경보, 공정 최적화 요구를 충족할 수 없습니다.

고객은 "사후 수리"에서 "예지보전(Predictive Maintenance)" 으로의 전환을 위해, 통합적·고동기·실시간 다중 물리량 모니터링 시스템 구축이 필요했습니다. 이는 공정 파라미터의 폐루프 최적화와 적응 제어를 지원하기 위함입니다.

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도전 과제

고객이 직면한 핵심 난제는 다음과 같습니다.

1. 이종 신호의 동기 수집

공작기계 가공 과정에서 발생하는 진동, 온도, 전류, 스트레인 등 다양한 물리 신호는:

• 유형이 각기 다름
• 대역폭(Bandwidth) 차이 큼
• 동일 플랫폼에서 고정밀 동기 수집 + 실시간 분석 필요

2. 강한 EMI 환경

산업 현장의 강한 전자기 간섭(EMI)이 데이터 수집 안정성에 심각한 도전 제기.

3. 대용량 데이터 실시간 처리

시스템에 고대역폭 + 저지연 능력 필요 → 실시간 모니터링 및 경보 지원.

4. 시스템 확장성

다양한 생산 라인의 모니터링 요구에 맞춰 유연성과 확장성 확보 필요.

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솔루션

JYTEK은 PXIe 플랫폼 기반 공작기계 다중 물리량 모니터링 시스템을 제공했습니다.

시스템 구성

[CNC 공작기계]
   ├── [진동 가속도계] ──→ [PXIe-9516 DSA] (24비트, 256kS/s)
   ├── [온도 RTD/PT100] ──→ [PXIe-6311 RTD] (0.37°C 정밀도)
   ├── [열전대 (주축)] ──→ [PXIe-6312 TC] (280ppm)
   ├── [스트레인 게이지] ──→ [PXIe-6313 Strain]
   └── [서보 전류 (CT)] ──→ [PXIe-9516 AI]
                ↓
   [PXIe-2316G2 6슬롯 풀쉴드 섀시]
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   [PXIe-3127a 컨트롤러 (Intel Core i7)]
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   ┌──────────────────────────────────┐
   │  μs급 동기화 (PXIe 하드웨어 트리거) │
   └──────────────────────────────────┘
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   [SeeSharp 엣지 분석 + 폐루프 제어]
                ↓
   [실시간 상태 감시 + 이상 경보 + 공정 최적화]

 

 

핵심 특장점

1. μs급 하드웨어 동기화 PXIe 하드웨어 동기 아키텍처로 진동, 온도, 전류, 스트레인 등 다채널 신호의 마이크로초(μs) 단위 동기 수집 구현 → 다소스 데이터의 시간축 엄격 정렬 보장.

2. 강력한 EMI 차폐

• 풀쉴드(Full-shield) 섀시 설계
• 하드웨어 필터링 모듈 채용 → 산업 현장 EMI 환경에서도 안정적·신뢰성 있는 수집

3. 고대역폭·저지연 처리 PXIe-3127a 고성능 컨트롤러로:

• 고대역폭 데이터 전송
• 저지연 실시간 처리
• 온라인 분석 및 엣지 컴퓨팅(Edge Computing) 지원
• 상태 감시 + 고장 경보 실시간 요구 충족

4. 모듈화 + 확장성

• 다양한 생산 라인 요구에 맞춰 기능 모듈 유연 구성
• 시스템 업그레이드 및 기능 확장 편리

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사용 제품

하드웨어

PXIe-2316G2 — 6슬롯 PCIe Gen2 PXIe 섀시

• 고데이터 전송 대역폭
• 풀쉴드 설계 (EMI 대응)

PXIe-3127a — 고성능 컨트롤러

• 11세대 Intel® Core™ i7-11850HE 프로세서
• 엣지 컴퓨팅 지원

PXIe-9516 — 동적 신호 수집 모듈 (DSA)

• 정확도: 0.12%
• 분해능: 24비트
• 16채널, 256 kS/s
• 진동·전류 수집

PXIe-6311 — RTD 온도 수집 모듈

• 정확도: 0.37°C
• 분해능: 24비트
• 채널 절연형
• 주축/볼스크류 온도 측정

PXIe-6312 — 열전대(TC) 입력 모듈

• 정확도: 280 ppm
• 분해능: 24비트
• 채널 절연형
• 고온부 측정

PXIe-6313 — 스트레인 측정 모듈

• 고정밀 스트레인 게이지 인터페이스
• 미세 변형 측정

소프트웨어

SeeSharp® — C# 기반 오픈소스 측정 제어 플랫폼

• 별도 라이선스 비용 없음
• 엣지 분석 + 폐루프 제어 라이브러리

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적용 가능 분야

본 솔루션은 다음과 같은 스마트 제조에 활용됩니다.

• CNC 공작기계 상태 감시(CBM)
• 예지보전(Predictive Maintenance) 시스템
• 주축/볼스크류 건전성 모니터링
• 공구 수명 예측
• 가공 공정 최적화
• 로봇 매니퓰레이터 상태 감시
• 사출 성형기 모니터링
• 반도체 장비 다중 물리량 측정
• 스마트팩토리 디지털 트윈
• 5G + AI 제조 데이터 인프라

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왜 JYTEK 인가?

1. SeeSharp® 측정 제어 플랫폼
C# 기반 강력하고 사용하기 쉬운 개발 환경

2. 검증된 제품 신뢰성
장기간 시장 검증을 거친 안정적인 성능

3. POC(Proof of Concept) 서비스
도입 전 무상 검증으로 사양 적합성 사전 확인

4. 고정밀도
까다로운 산업 측정 요구 충족

5. 비용 효율성
해외 주요 브랜드 대비 우수한 성능 + 합리적 가격으로 전체 제조 단가 절감

6. 빠른 납기
프로젝트 일정 보장

7. 한국 직접 기술지원
제이와이텍코리아 엔지니어가 현장 대응 + 빠른 응답

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결과

JYTEK의 PXIe 다중 물리량 모니터링 시스템을 통해 고객은 다음을 달성했습니다.

• ✅ 공작기계 운영 상태의 실시간 감지
• ✅ 고장 경보 및 지능형 유지보수
• ✅ 설비 가동률 및 생산 안정성 대폭 향상
• ✅ 다소스 신호 동기 수집·처리 난제 해결
• ✅ 향후 지능화 업그레이드를 위한 유연·신뢰성 있는 아키텍처 확보

본 사례는 JYTEK이 스마트팩토리(Smart Factory)와 스마트제조(Smart Manufacturing) 의 핵심 데이터 인프라로서, 한국 제조업의 디지털 전환에 직접 기여할 수 있다는 것을 보여줍니다.