제4차 산업혁명은 제조업에서 ‘스마트팩토리’라는 새로운 이슈를 낳았다. 스마트팩토리는 기존의 자동화시스템과는 달리, 가상의 세계와 물리 세계를 실시간으로 상호 연결하고, 실제 물리세계의 각종 센서 데이터들을 통합 모니터링, 분석하는 전 과정에서의 스마트한 제조시스템이라 말할 수 있다.

스마트팩토리의 출발점은 센서다. 센서에서의 광범위한 제조 기계와 디바이스에서의 젱보수집이 1차적으로 이루어져야만 이를 통신 네트워크와 클라우드를 통해 IT단으로 올려주고, 이들 데이터를 분석해 예방보전을 시스템적으로 빠르게 구축해 나가는 것이 가능해진다.

스마트팩토리 체계 아래서 센서들이 어떻게 진화하고 있는지 알아본다.

모든 산업 분야가 스마트해지고 있다. 특히 공장 자동화 분야는 모든 공정들이 자동으로 이뤄지는 지능형 공장인 스마트 팩토리 시대를 맞이하여 더 큰 변화가 이뤄지고 있다.

그 한 가운데 센서가 있다. 스마트 팩토리로 거듭나기 위해서는 다양한 센서들이 필요하며, 이러한 니즈에 따라 국내외 많은 센서 제조사들이 고기능, 하이앤드급의 센서를 라인업하고 개발에 박차를 가하고 있다.

그러나 센서는 스마트 팩토리라는 용어가 나오기 전부터 공장 자동화 시스템을 효율화하기 위해 다양한 방면으로 활용되고 있었다. 빛을 이용해 물체의 유∙무를 검출하는 포토센서나 액체나 기체, 유체 등의 압력을 측정하는 압력센서 등이 그 종류이다. 특히 이러한 센서들은 소형화를 필두로 고기능을 실현하며 첨단 산업인 반도체 장비, 산업용 로봇, 각종 자동화 장비 등의 분야에 활용돼 보다 스마트한 생산 현장을 구현해오고 있다.

[포토센서]
자동화에 있어서 포토 센서는 일반적으로 빠르고 비접촉 탐지의 모든 혜택을 제공한다. 포토센서는 필수적으로 방사체와 수신장치로 구성된다. 어떤 물체가 빔 경로로 움직이면, 수신기가 1000분의 1초 단위로 수신된 빛의 양의 변화에 반응하여 방사체에서 방사한 광학 신호를 전기 신호로 변환시킨다. 포토센서는 적색 가시광선, 무반사 적외선 또는 필요한 경우 강력한 레이저 광선으로 작동한다.

반도체나 식품, 포장 등의 산업 분야에서 적은 비용으로 고정도의 성능을 가지며, 미소 물체를 검출할 수 있는 용도로 주로 사용하는 것이 포토센서이다. 그러나 포토센서는 단순히 물체를 검출하는 용도 이외에 식품 기계 등의 광택 검출, 포장 기계 등의 마크 검출 등의 용도로, 종래의 제품에서 정도를 더욱 높이거나, 제품의 사이즈를 소형화 시키며 다양한 분야에서 포토센서의 활용 범위를 점차 넓혀가고 있다.

특히 소형 포토센서는 설치시 공간의 제약을 덜 받을 수 있어 협소한 공간에 설치되거나, 일반 공정 라인 등에 적용되어 공간의 활용을 극대화할 수 있어 다양한 산업에서 큰 호응을 얻고 있다.

[압력센서]
소형화 됨과 동시에, 고기능을 실현하며 보다 스마트한 생산 현장 구현을 위해 사용되는 주요 제품 중 또 다른 하나는 압력센서이다. 광범위한 공정에서 정확한 측정값을 제공하는 압력트랜스미터와 로드셀과 같은 압력센서를 사용한다. 반도체 압력 소자를 제품 내부에 내장하여 소형화시킨 압력센서는 각종 시스템의 압력을 측정하여 표시 및 제어할 수 있어 산업용 기기에 폭 넓게 적용되며 생산성 향상에 많은 도움을 주고 있다.

사용자가 원하는 공정에서 가해지는 압력 정도의 데이터를 알아내려면, 우선 공정에서의 압력 또는 힘이 압력센서의 센서 소자에 도달해야 한다. 압력센서의 소자는 공정의 압력이나 힘에 반응하여, 데이터 수집 장치에서 판도할 수 있는 신호를 생성한다. 여기서 센서 소자는 압력트랜스미터나 로드셀과 같은 압력센서의 핵심이다.

특히 최근출시된 제품들은 부압, 정압, 연성압 측정은 물론, 넓은 압력 사양으로 활용 범위가 넓고, 아날로그 전류 및 전압 출력이 가능해 압력의 장거리 전송이 가능하다. 더욱이 HMI, PC, PLC 등의 직접 입력이 가능할 뿐 아니라 타사와의 컨트롤러와도 호환이 가능해 활용도가 매우 높다.

[액면 레벨센서]
주로 반도체 세정기에 적용되어 액체의 유무를 검출하는 용도로 사용되는 액면레벨센서도 주목된다. 해당 제품은 손가락 한 마디 정도의 사이즈를 가진 소형 제품으로, 투명 파이프에 설치하여 액체의 유무를 검출한다.
기존에 정전용량형 근접센서를 이용해 액체를 검출했던 방식과는 다르게, 액면레벨센서는 빛의 굴절률을 이용하여 파이프 내의 액체의 유무를 검출하기 때문에 더욱 정확하게 검출할 수 있다.

설치도 간편하다. 결속밴드로 장치나 파이프뒤에 붙여 간단히 설치할 수 있다. 두께 10mm의 박형타입도 출시됐다. 이는 밀착 설치가 가능해 최소 4mm의 레벨차 검출를 제공한다. 또한 가연성 환경에서도 사용이 가능하다는 특징이 있다.

김홍덕 국제기자 hordon@icnweb.co.kr