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전수 검사로 공기구멍까지 잡아내다
 
실시간 용접 모니터링 시스템
 
박슬기기자 | 2012.05.04 | 2012년 5월호
 
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매뉴팩처링 3월호에서 인터뷰한 용접의 달인 김창록 씨는 '용접은 양심이다’라는 말을 했다. 용접 결과물의 질은 겉보기엔 잘 드러나지 않는데다가 제품에 미치는 영향은 크기 때문에 다른 분야보다 더 큰책임감을 갖고 임해야 한다는 것이다. 하지만 용접로봇에게 양심을 기대하기는 어렵다. 그렇다면 어떻게 용접의 질을 높일 수 있을까? 실시간 용접 품질 평가 시스템이란 것이 있다. 사용자가 용접진행과정 중의 다양한 현상과 문제점을 실시간으로 파악할 수 있도록 돕는 시스템이다.
그림1 용접 결과물의 양부를 판단하는 모니터링 시스템의 알고리즘
대량 생산을 하는 업체들은 제품의 안정성과 내구성 확보를 위해 자동화 용접설비의 주기 적인 관리나 후검사 과정을 거치는 등 다각 도의 노력을 하고 있다. 하지만 아무리 기능이 우수하거나 설비가 정교한 환경이라도 용접의 특성상 언제 어떤 종류의 불량이 발생 될지는 아무도 알 수 없고 문제가 발생된 이후 과정에서의 대응도 간단치 않다.
 
  ARC용접, 저항용접을 비롯한 일반적인 용접 공정에 적용될 수 있는 실시간 용접품질 모니 터링은 이러한 애로 사항을 커버할 수 있다.
 이 시스템은 말 그대로 실시간으로 품질을 평가하는 것이기 때문에 별도의 검사 시간이 필요치 않다. 또한 용접 품질 검사의 방법으로 많이 사용되고 있는 X-Ray 검사, 초음파 검사처럼 비용이 많이 들거나 주요 용접 부위을 잘라 품질을 파악해야 하는 파괴검사처럼 결과물에 손상을 가하지도 않는다. 이 두특성을 종합하면 이 시스템의 가장 큰 장점을 도출할 수 있다. 샘플 검사가 아닌 전수 검사가 가능하다는 것이다.
 이 시스템의 원리는 용접 시 나타나는 전류와 전압, 변위 같은 측정 결과값과 평균동저 항, 순시동저항, 입열량 등 다양한 응용값을 활용해 파형으로 표현한 후 패턴 분석을 통해 양부에 대한 평가를 하는 것이다. 사용자는 이 과정에서 위의 그림과 같은 알고리즘을 제품과 용접 조건에 맞게 설정할 수 있다.
  용접 결과의 모든 데이터를 자동으로 분류, 저장, 관리할 수 있다는 것도 장점이다. 2009년 발생한 도요타 리콜 사태 이후 전공정 결과에 대한 기록, 관리의 필요성이 더욱 높아 졌는데 일례로 국내 자동차 기업 중 한 곳은 모든 생산 결과물을 데이터화하는 환경을 구축하겠다는 것을 2013년 목표로 삼았다. 실제로 이 용접 모니터링 시스템은 자동차 부품산업과 전장품 제조업체, 전자부품 사 등대량생산시스템을 가동하고 있는 업체에서 많이 적용되고 있다. 이 시스템은 원격에서도 조회, 조정이 가능하며 NG 발생시 대처 방안에 대한 지원도 포함하고 있다.
  하지만 용접 결함의 종류가 워낙 다양하고 변수도 많기 때문에 모든 용접 불량을 잡아 내는 것은 어렵다는 한계가 있다. 그림 2는 그림1 품질평가 알고리즘 적용의 순서도에 따라 1단계 용접품질관리에서 GOOD이라고 판단된 데이터를 두 번에 걸쳐 거른 결과 그래프다. 이 때 불량품과 양품을 판가름 하는 기준치는 사용자가 설정하기 나름인데 여기 서는 가로 점선으로 표시된 것처럼 85를 기준으로 설정했다. 이 검수 사례에서의 신뢰성은 80%이상으로 나타났으며 기준치에 따라 검출 확률은 달라진다. 따라서 일정 수준 이상의 신뢰도를 가지는 전수검사 시스템을 1차적으로 활용하고 여기에서 NG로 판단된 제품 또는 부품에 한해 2차 검사를 하여 불량을 분류하면 더 효과적인 활용이 된다. 시스템의 효과는 사용자가 얼마나 많은 제작물의 패턴을 유형화, 오류를 분석하고 어느 정도의 기준을 몇 번 적용하느냐에 달렸다고할 수 있다.
 
  위의 이미지는 불량 용접과 양호 용접의 상태를 보여주는 사진과 파형이다. 이는 외관 관찰로는 구분할 수 없는 유형이지만 그림 4에 표시된 두 파형을 분석해보면 불량 용접과 양호 용접의 구별 한 눈에 알 수 있다. 이에 대한 대처로는 불량 용접 파형으로 나타난 부위를 재작업하거나 해당 제품을 양품 그룹에서 분류해내는 방안이 있다.
그림1의 알고리즘 단계를 거쳐 나온 데이터 결과 기준치를 85로 잡았을때 신뢰도 80% 이상의 수준을 보인다.
 
그림3을 보면 불량용접인 그림4와 양호용접인 그림5의 파형의 생김새가 다르다는 것을 알 수 있다.
 

 
 
 
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