용기용 유리, 특히 유리 병과 유리 용기의 생산은 고도로 자동화되어 있으며 매우 높은 온도가 요구되는 에너지 집약적인 공정입니다. 공정은 원재료 준비 단계에서 시작되며, 모래, 소다회, 석회석, 그리고 재활용 유리를 원하는 유리 조성을 얻기 위해 정해진 비율로 혼합합니다. 이 혼합물은 ‘배치(batch)’라고 불리며, 이후 용해로로 이송됩니다.
용해로는 약 1500 °C의 온도에서 작동하며, 이곳에서 배치는 용융되어 균질한 유리 용융물로 가공됩니다. 유리 용융물이 적절한 점도에 도달하면, 피더(feeder)로 이송되어 ‘고브(gob)’라 불리는 물방울 형태의 유리 덩어리로 성형됩니다. 이 고브들은 최종 유리 용기의 전 단계 소재로, 정밀하게 계산된 타이밍에 절단된 후 성형기로 이송되며, 이는 유리의 형태를 결정짓는 매우 중요한 공정 단계입니다.
유리 고브 생산 과정에서는 최종 제품의 품질에 영향을 미치는 여러 가지 문제가 발생할 수 있습니다. 그중 하나는 유리 배치(batch)의 불균질성입니다. 배치가 충분히 혼합되지 않거나 고르게 용융되지 않으면, 유리 용융물 내부에 점도와 온도 분포의 차이가 발생해 제품 품질이 저하될 수 있습니다.
온도 제어는 생산 공정 전반에서 매우 중요한 요소입니다. 흔히 발생하는 문제 중 하나는 성형 전에 고브가 충분히 쿨링되지 않는 경우입니다. 고브의 온도가 너무 높으면 과도하게 유동성이 커져 성형 과정에서 원하는 형태를 유지하지 못하고, 그 결과 변형이 발생해 최종 제품의 광학적 품질과 기계적 특성이 저하됩니다. 반대로 고브를 너무 빠르게 쿨링하면 유리 내부에 응력이 발생해, 이후 균열이나 파손으로 이어질 수 있습니다.
고브가 성형기로 이송되는 과정에서 발생하는 기계적 영향 역시 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 단계에서 외부 힘이나 위치 변위가 가해지면, 고브가 성형기에 도달하기 전에 변형되거나 손상되어 표면 품질과 구조적 안정성이 저하될 수 있습니다.
불량을 방지하고 고품질 생산을 유지하기 위해서는, 공정 전반에 걸쳐 유리 고브의 위치와 온도를 지속적이고 신뢰성 있게 모니터링하는 것이 필수적입니다.
이 응용 분야에서 유리 고브를 모니터링하기 위한 Optris 솔루션은 PI 1M 적외선 카메라입니다. 이 산업용 고속 카메라는 매우 고온이면서 빠르게 진행되는 공정을 지속적이고 신뢰성 있게 모니터링할 수 있도록 설계되었습니다.
고브의 위치와 온도를 모니터링하기 위해, 두 대의 PI 1M 카메라가 설치되어 피더에서 성형기로 이동하는 동안 유리 고브의 X축과 Y축 방향을 모두 커버합니다.
PI 1M 적외선 카메라는 각 유리 고브의 위치와 온도를 정확하게 파악할 수 있게 해주어, 고브가 금형의 측면 벽에 충돌하는 등의 문제를 사전에 방지합니다. 이를 통해 비대칭적인 온도 손실을 줄일 수 있으며, 결과적으로 병이나 기타 유리 제품의 품질이 향상됩니다. 또한 각 고브의 온도를 기록하고 저장할 수 있어, 온도 이상을 신속하게 감지하고 바로 보정할 수 있습니다.
무료로 제공되는 PIX Connect 분석 소프트웨어를 사용하면 측정 영역을 설정하고 이를 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 장비의 영향으로 이송 경로에 변화가 발생할 경우, 시스템은 작업자에게 즉시 알리거나 문제를 자동으로 보정할 수 있습니다. 이러한 정보는 소프트웨어와 연동된 알람이나 장비 제어기와의 디지털 통신 등 다양한 방식으로 전달될 수 있습니다.
일반적으로 고브 가이드는 정기적인 수동 조정이 필요합니다. 그러나 PI 1M 카메라와 PIX Connect 소프트웨어를 활용한 자동 위치 감지 및 조정 기능은 작업자를 지원해, 다른 공정 변수에 집중할 수 있도록 도와줍니다.
PI 1M 카메라와 PIX Connect 소프트웨어를 사용하면 공정을 한층 더 자동화할 수 있습니다. 90° 각도로 배치된 두 대의 PI 1M 카메라를 통해 유리 고브의 정확한 X-Y 좌표를 산출함으로써, 정밀한 위치 제어가 가능합니다. 이 정보를 바탕으로 장비는 작업자의 수동 개입 없이도 유리 고브의 위치를 자동으로 재조정할 수 있습니다.
유리 고브 모니터링에 Optris 적외선 카메라를 사용하는 가장 큰 장점은 공정 전체를 손쉽게 자동화할 수 있다는 점입니다. 단파장 특성은 유리 고브의 온도를 정확하게 측정할 수 있게 해주며, 카메라의 고속 성능은 정밀한 추적과 위치 파악을 가능하게 합니다.
광택이 없는 대부분의 측정 대상은 표면 상태와 관계없이 비교적 높고 일정한 방사율을 가지며, 특히 장파장 스펙트럼 영역에서 이러한 특성이 두드러집니다. 반면 금속이나 광택이 있는 소재는 장파장 적외선 영역에서 방사율이 낮은 경우가 많습니다. 이처럼 장파장 적외선 대역에서의 낮은 방사율은 측정 결과의 변동성을 키워 신뢰도가 낮은 측정값으로 이어질 수 있습니다. 단파장 PI 1M 적외선 카메라의 분광 범위는 대부분의 금속 재료가 가장 높은 방사율을 보이는 영역과 일치해, 비접촉 원격 온도 측정을 훨씬 간단하게 만듭니다. 플랑크의 복사 법칙에 따르면, 단파장 영역에서는 적외선 복사 에너지가 지수적으로 더 많이 방출됩니다. 그 결과, 단파장에서는 방사율의 선형적 변화가 온도 측정 결과의 반복성에 미치는 영향이 상대적으로 작아집니다. 이러한 특성 덕분에 PI 1M 적외선 카메라를 사용할 경우, 특히 유리 소재의 온도 측정에서 신뢰성과 정확도가 더욱 향상됩니다.
PI 1M은 견고하면서도 컴팩트한 설계를 갖춰, 열악하고 까다로운 환경에서도 사용하기에 적합하며 설치 역시 빠르고 간편합니다. 또한 Optris는 라미나 에어 퍼지(Laminar Air Purge)와 Optris 쿨링 자켓(Cooling Jacket) 등 다양한 액세서리를 제공합니다. 에어 퍼지 시스템은 공기 흐름을 이용해 카메라의 광학부를 항상 깨끗하게 유지함으로써, 먼지나 연기, 기타 입자가 시야를 가리거나 렌즈를 오염시키는 것을 방지합니다. 쿨링 자켓은 물로 쿨링되는 보호 하우징으로, 카메라가 최대 315 °C의 주변 온도에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 해줍니다.
PI 1M 적외선 카메라는 고해상도 열화상 기능을 제공하는 데 그치지 않고, 450 °C에서 1800 °C까지의 넓은 온도 범위를 서브 레인지 없이 측정할 수 있는 뛰어난 성능을 갖추고 있습니다. 우수한 거리 대비 스폿 크기 비율(Distance-to-Spot Ratio)을 통해, 먼 거리에서 촬영하더라도 정확한 온도 측정이 가능합니다. 또한 다양한 응용 환경에 대응할 수 있도록 여러 프레임 속도와 부분 영상(Sub-image) 옵션을 제공합니다. 해상도 764 × 480 픽셀에서는 32 Hz로 동작해 세밀한 열화상 이미지를 제공합니다. 해상도를 382 × 288 픽셀로 낮추면 프레임 속도가 80 Hz로 증가해, 빠르게 움직이는 대상도 선명하게 포착할 수 있습니다. 온도 변화를 빠르게 모니터링해야 하는 응용 분야에서는 72 × 56 픽셀 해상도로 최대 1 kHz까지 동작할 수 있습니다.
PI 카메라는 Optris USB 서버, Optris PI NetBox, 또는 공정 제어를 위한 산업용 프로세스 인터페이스를 통해 손쉽게 연결할 수 있어, 산업 공정에 원활하게 통합됩니다. 이러한 유연성 덕분에 카메라를 더 먼 거리에 설치할 수 있으며, 공정을 원격으로 모니터링하는 것도 가능합니다. 예를 들어 USB 서버를 사용하면 웹 기반 관리 기능을 통해 원격 설정을 수행할 수 있습니다.
이러한 기능들이 결합되어, Optris 적외선 카메라는 다양한 산업 환경에서 유리 고브를 안정적이고 효율적으로 모니터링할 수 있는 신뢰성 높은 솔루션을 제공합니다.
