전선 제조는 압출성형 공법이 적용되는 대표적인 분야 중 하나이다. 최근 산업용 센서 및 제어기기 전문 기업 오토닉스는 전선 압출성형 공정에 자사 제품을 이용해 자동화를 실현한 적용 사례를 공개했다. 본지에서는 센서를 활용해 전선 제조 압출성형 공법의 각 공정을 어떻게 고도화하는지 소개한다. 
 

전선 제조 공정의 고도화
전선 제조 공정에는 ‘압출성형(Extrusion Moulding)’ 공법이 사용된다. 이는, 원료를 압출성형기에 공급하고 금형에서 밀어내어 일정한 모양의 단면을 가진 연속체로 변환시키는 성형법이다. 
다양한 고무 관련 제품 중 현대의 전선 산업은 일상생활에서부터 특수 산업까지 우리 실생활에서 빼놓고는 이야기할 수 없는 부분이 됐다. 특히, 날이 갈수록 전력망과 통신망 등의 발전에 따라 가정용 전선, 소방용 케이블, 해저케이블, 초고압케이블 등 전선의 종류와 산업에서의 요구는 더욱 많아지고 있는 추세다. 산업용 센서∙제어기기 전문기업 오토닉스는 최근 전선 압출성형에 있어 자사 제품군이 제공하는 효율적인 가치를 공개했다.

신선 공정 : 로터리 엔코더 

전선 제조공정에서의 첫 번째 단계는 신선 공정이다. 우리가 흔히 아는 일반적인 전선은 수많은 구리선 여러 가닥을 꼬아서 하나의 선으로 만든 제품이다. 이 작업을 위해 구리선을 각 케이블의 사이즈에 맞게 늘려주고 배분하는 공정이 필요한데, 이것이 바로 신선 공정이다. 로터리 엔코더는 이러한 신선 공정에서의 구리선 이동 시 이동 속도를 제어하는데 사용될 수 있다. 

신선 공정(사진. 오토닉스)

연선 공정 : 근접센서와 펄스메타

구리선 여러 가닥을 한 개의 선으로 집합, 일정 가닥(수)을 꼬아주는 연선 공정에서 구리선이 권취되는 보빈의 회전 속도 측정을 위한 도그 검출에 로터리 엔코더와 함께 활용되는 것이 근접센서다. 다양한 사이즈 및 검출거리와 라인업을 갖추고 있는 오토닉스의 근접센서를 활용해 회전하고 있는 보빈의 날개 부분을 감지하고, 일정한 구간에서 보빈이 멈추도록 하는 위치 센싱의 역할을 수행한다.
이렇게 구리선이 권취되는 보빈의 회전수와 속도를 측정해 한눈에 알아보기 쉽게 디지털 신호로 출력을 내보내는데 사용되는 것이 고기능 디지털 펄스메타 MP5 시리즈다. 해당 제품은 회전수와 속도 측정 외에도 주파수, 절대 비율, 통과 시간 등 16가지 동작 모드로 다양한 측정이 가능하며 50kHz의 고속 측정이 가능한 제품으로 빠르게 권취되는 연선 공정에서 각종 속도 및 회전 수 등을 손 쉽고 효과적으로 측정해낼 수 있다.

연선 공정(사진. 오토닉스)

절연 공정 : 근접센서와 온도조절기

그 다음으로는, 구리선에 피복을 입히는 절연 공정 과정이 진행된다. 절연 공정이란, 전기가 불필요한 부분으로 흐르지 않도록 도체를 부도체로 지지하거나 둘러싸는 과정을 뜻한다. 쉽게 말해서, 연선 과정을 거쳐 여러 가닥으로 감겨진 구리선에 피복을 입히는 과정을 뜻한다. 이때 사용되는 제품이 원주형 정전 용량형 근접센서 CR 시리즈다. CR 시리즈는 철, 금속, 플라스틱, 물, 돌, 분체 등 유전율을 갖고 있는 물체를 검출하는데 특화된 근접센서로서 레벨 및 위치 제어에 주로 사용된다. 해당 공정에서는, 피복 원료를 압출기에 투입 시 원료 투입량을 검출하며 제어하는 역할에 사용된다.

절연 공정(사진. 오토닉스)

압출성형기에 원료가 정상적으로 투입됐다면, 이제는 구리선에 피복을 입히는 과정에서 원료 가열을 할 차례이다. 플라스틱 제조에 사용되는 원료인 펠릿(Pellet)이 섭씨 180~190℃의 실린더 안에서 분해되고 녹는데, 이렇게 액체화가 된 펠릿을 압출성형기 속 실린더의 스크류가 일정한 속도로 밀어내며 구리선과 만나게 되어 피복이 입혀지는 것이다.
해당 공정에서 가장 중요한 것은, 피복을 입히기 위해 펠릿을 녹이는 과정에서의 온도를 얼마나 정확하고 정밀하게 제어하느냐이다. 오토닉스의 고기능 PID 온도조절기 TK 시리즈는 50㎳의 고속 샘플링과 ±0.3% 표시 정도를 실현해 고정도의 온도 제어를 실현한다. 뿐만 아니라, 가열과 냉각을 동시에 제어하며 자동과 수동 제어 선택이 가능해 정밀함이 요구되는 해당 공정의 온도제어에 최적화됐다.

절연 공정(사진. 오토닉스)

냉각/건조 공정 : 압력센서 

그 다음 공정은 냉각/건조 공정으로써 열에 의해 강도가 약해진 플라스틱을 빠르게 식히며 고체화시키는 단계이다. 압출성형기를 통해 나온 피복이 입혀진 전선은 일정한 열과 압력을 받았기 때문에 쉽게 변형이 이루어질 염려가 있다. 이와 같은 상황이 발생되지 않도록 순환되는 냉각수를 통해 1차적으로 열을 식히는 작업이 필요하다. 냉각수를 거친 전선은 다음 단계로 수분을 제거하는 에어 분사 건조 과정을 겪게 된다. 이 때 일정한 에어 분사의 압력을 제어하는 것이 디지털 압력센서 PSQ 시리즈다.
PSQ 시리즈는 현재 값과 설정 값을 동시에 표시할 수 있는 2단 디스플레이 디지털 압력센서로써, 해당 공정에서 입력 해 놓은 압력 값과 출력되고 있는 현재의 에어 분사 압력 값의 차이가 어느 정도인지 한눈에 쉽게 알아볼 수 있어 오차를 손쉽게 제어할 수 있다.

냉각/건조 공정(사진. 오토닉스) 

인쇄 및 이동 공정 : 레이저마킹기와 포토센서

전선 제조 공정의 마지막 단계는 인쇄 및 완제품 이송 과정이다. 냉각과 건조 등의 절연 공정을 거친 피복 전선에 오토닉스의 레이저 마킹기 ALF 시리즈를 이용해 규격 및 인증마크, 제조사, 케이블 번호 등 제품의 가장 중요한 정보를 기입하면 이제 완제품으로 태어날 수 있는 모든 준비를 다 갖춘 셈이다. 
레이저 마킹기 ALF 시리즈는 플라스틱은 물론 금속 및 비금속 재질에도 마킹이 가능한 제품으로서 블랙마킹이 가능할 뿐만 아니라, 콤팩트한 사이즈로 생산 공정에서도 설치가 용이하다는 장점이 있다.
인쇄 과정을 마친 피복 전선은 다시 한 번 권취 과정을 거친 후 완제품으로 포장돼 이동한다. 이때 컨베이어 벨트 내 이송 시 포토센서를 적용해 완제품을 검출하거나, 에어 실린더를 이용해 이송 경로를 변경하는 과정이 진행된다.

이동 공정(사진. 오토닉스) 

오토닉스의 포토센서는 초소형부터 마이크로형 및 원주형 등 다양한 사이즈와 검출 거리로 컨베이어 벨트 내 포장 및 이송 공정에 적합할 뿐만 아니라, 다양한 검출체의 재질 및 종류에 따라 선택이 가능하기 때문에 공정 환경 및 사용자의 편의에 따라 맞춤형 공정 실현이 가능하다.

이처럼 하나의 제조 공정에는 거쳐야 할 수 많은 프로세스들이 존재하며 이를 실현하기 위해 다양한 제품들과 솔루션이 요구된다. 기술이 날로 발전하며, 그 수요는 커져감에 따라 전선 산업 및 제조 공정에서의 자동화 기술에 대한 요구 역시 증가할 것이다. 
한편 오토닉스 관계자는 “이러한 자동화의 흐름 속 공정의 첫 시작부터 마지막까지 적용시킬 수 있는 센서, 제어기기 등 다양한 제품 라인업으로 전선 제조 공정 산업을 위한 토털 솔루션을 제공한다”고 전했다. 

*자료. 오토닉스