KR101837018B1 - 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 검출부(100) 및 제어장치부(600)를 포함하는 레이저 용접 품질 검사 장치에 있어서, 제어장치부(600)는, 검출부(100)를 통한 데이터 수집을 수행하는 데이터 수집 모듈(621); 데이터 수집 과정에서 샘플 데이터에 대해서 검출부(100)의 스팟 사이즈보다 큰 거리의 샘플 데이터를 파티클에 의하거나 측정 오류 데이터로 인식하도록 하는 클래스 분류 기준을 설정한 뒤, 샘플 데이터 형태(시간범위(X축), 두 샘플 간 거리값(Y축)) 중 두 샘플 간 거리값에 대해서 스팟 사이즈 미만의 것과 스팟 사이즈 이상의 것으로 클래스 분류를 수행하는 클래스 분류 모듈(622); 및 검출부(100)에서 조사되는 검출부 스팟 사이즈 이상으로 두 점(두 개의 샘플 데이터)간 거리가 변경 후 다시 스팟 사이즈 이상으로 변경된 경우 오류 데이터로 판정하는 오류 데이터 정정 모듈(623); 을 포함한다.
이에 의해, 공초점 방식의 센서를 이용하여 레이저 용접 간 비드 깊이 확인을 통해 용접의 품질을 확인할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 벡터 양자화를 통해 정정 기능을 제공함으로써, 용접부에 대한 품질을 검사시 각종 파티클에 의해 정확한 깊이가 측정되지 않으므로, 깊이 측정값이 정상 용해된 부분인지, 파티클 인지에 대한 판단하기는 어려운 문제점을 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
이러한 공초점 방식과 벡터 양자화에 의해 레이저 전력(power)은 30~100W 사이로 레이저 용접시 용접시의 품질 확인까지 가능한 정밀한 효과를 제공한다.

Description

레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치{Quality inspection apparatus of laser-welding, and method thereof}
본 발명은 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 공초점 방식의 센서를 이용하여 레이저 용접 간 비드 깊이 확인을 통해 용접의 품질을 확인하도록 하기 위한 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 용접은 레이저 빔으로 용접 모재를 용융시켜서 붙이는 기술이다. 금속에 레이저 빔을 조사하면 레이저 빔에 의한 키홀이 생성되고, 키홀 주변의 금속은 용융되고 생성된 키홀과 금속 용융물을 용접 길이 방향으로 연속해서 이동시킴으로써 용접이 진행된다.
레이저 용접은 고밀도로 집속된 레이저 빔을 이용하여 소재를 가공하는 방법으로 적은 열변형, 높은 생산성, 소재의 제약이 적은 장점이 있으나, 스폿 용접에 비해 정밀한 용접부 매칭을 요구한다.
이에 따라 용접부에 대한 품질을 검사가 정밀하게 수행되어야 하나, 레이저 용접 품질 검사시 플라즈마 상태의 용접 레이저 조사 부분 측정시 각종 파티클에 의해 정확한 깊이가 측정되지 않으므로, 깊이 측정값이 정상 용해된 부분인지, 파티클 인지에 대한 판단하기는 어려운 문제점이 있어 왔다.
대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-0488692호 "레이저 용접의 품질 검사방법 및 그 시스템" 대한민국 특허등록공보 등록번호 제10-0488692호 "레이저 용접의 품질 검사방법 및 그 시스템"
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공초점 방식의 센서를 이용하여 레이저 용접 간 비드 깊이 확인을 통해 용접의 품질을 확인하도록 하기 위한 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 파티클에 의하거나 측정 오류 데이터에 대한 벡터 양자화를 통해 정정 기능을 제공하기 위한 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 레이저 용접 품질 검사 장치의 일양태는, 용접 레이저가 이동하면서 용접 모재를 용융시켜서 용접하는 레이저 용접의 품질을 검사하는 레이저 용접 품질 검사 장치에 있어서: 레이저 용접 품질 검사 장치는, 용접 레이저와 동일한 속도로 이동하면서 용접 모재를 향하여 기설정된 스팟 사이즈의 레이저를 조사하여 용접 레이저에 의하여 용접 모재에 형성되는 용접 비드의 깊이를 용접 모재에 대하여 이동하는 방향으로 연속적으로 검출하는 검출부; 검출부가 수집한 데이터로부터 용접 품질을 판단하는 제어장치부; 를 포함하고, 제어장치부는, 상기 검출부가 검출한 용접 비드의 깊이를 다수개의 샘플이 시간(X축) 및 거리(Y축)의 연속적인 그래프 상에서 표시되는 데이터 형태로 수집하는 데이터 수집 모듈; 거리값의 차가 검출부 레이저의 스팟 사이즈 미만으로 연속되는 다수개의 샘플을 클래스로 분류하는 클래스 분류 모듈; 및 클래스 분류 모듈이 분류한 클래스에 속하는 샘플의 개수가 [수학식 1]에 의하여 계산된 기준 샘플수 미만인 경우에는 이를 오류 데이터로 판정하는 오류 데이터 정정 모듈; 을 포함한다. [수학식 1] 기준 샘플수≤스팟 사이즈/펄스당 이동 거리 (여기서, '스팟 사이즈'는, 검출부에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈이고, '펄스당 이동 거리'는 검출부의 레이저의 펄스당 이동 거리이며, '기준 샘플수'는 상기 [수학식 1]에 의하여 계산되는 값 중 최대의 정수로 정의된다.)
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 오류 데이터 정정 모듈은, 오류로 판정된 샘플 데이터에 대해서는 그 이전 샘플 데이터와 다음 샘플 데이터의 평균으로 연산하여 저장부에 저장하여 샘플 데이터들 간을 비교하여 유사한 패턴으로 근사화하는 벡터 양자화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 제어장치부는, 검출부와 용접 레이저의 초점이 한점에서 공유되는 공초점(confocal) 방식을 이용하는 클래스 분류하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 의한 레이저 용접 품질 검사 장치를 사용하여 레이저 용접 품질을 검사하는 방법의 일 양태는, 제어장치부가, 검출부가 검출한 용접 비드의 깊이를 다수개의 샘플이 시간(X축) 및 거리(Y축)의 연속적인 그래프 상에서 표시되는 데이터 형태로 수집하는 제1단계; 제어장치부가, 거리값의 차가 검출부 레이저의 스팟 사이즈 미만으로 연속되는 다수개의 샘플을 클래스로 분류하는 제2단계; 제어장치부가, 클래스에 속하는 샘플의 개수가 [수학식 1]에 의하여 계산된 기준 샘플수 미만인 경우에는 이를 오류 데이터로 판정하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 제3단계; 를 포함한다. [수학식 1] 기준 샘플수≤스팟 사이즈/펄스당 이동 거리 (여기서, '스팟 사이즈'는, 검출부에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈이고, '펄스당 이동 거리'는 검출부의 레이저의 펄스당 이동 거리이며, '기준 샘플수'는 상기 [수학식 1]에 의하여 계산되는 값 중 최대의 정수로 정의된다.)
본 발명의 실시예의 일 양태에서, 제3단계에서, 오류로 판정된 샘플 데이터에 대해서는 그 이전 샘플 데이터와 다음 샘플 데이터의 평균으로 연산하여 저장부에 저장하여 샘플 데이터들 간을 비교하여 유사한 패턴으로 근사화하는 벡터 양자화하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치는, 공초점 방식의 센서를 이용하여 레이저 용접 간 비드 깊이 확인을 통해 용접의 품질을 확인할 수 있는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 방법 및 장치는, 벡터 양자화를 통해 정정 기능을 제공함으로써, 용접부에 대한 품질을 검사시 각종 파티클에 의해 정확한 깊이가 측정되지 않으므로, 깊이 측정값이 정상 용해된 부분인지, 파티클 인지에 대한 판단하기는 어려운 문제점을 해결할 수 있는 효과를 제공한다. 이러한 공초점 방식과 벡터 양자화에 의해 레이저 전력(power)은 30~100W 사이로 레이저 용접시 용접시의 품질 확인까지 가능한 정밀한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치 중 제어장치부의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 장치에서 사용되는 레이저 용접 단면에 대한 횡방향(D1) 및 종방향(D2) 커팅 개념을 나타내는 도면.
도 5는 도 4에서 용접 비드의 종방향(D2) 절단면을 나타내는 도면.
도 6은 도 4에서 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 나타내는 도면.
도 7은 도 4에서 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 따라 용접이 진행되는 경우 용접 비드의 실시간 측정 샘플링(sampling)을 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치의 공초점(confocal) 방식을 이용한 깊이 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 9는 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치에서 플라즈마 내의 파티클이나 검출부의 오작동 데이터에 의한 측정된 결과를 나타내는 그래프.
도 10은 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치에 의한 클래스 분류 개념을 설명하기 위한 그래프.
도 11은 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치에 의한 오류 데이터 분석의 개념을 설명하기 위한 그래프.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 방법을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 장치(1)를 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치(1) 중 제어장치부(610)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 1의 레이저 용접 품질 검사 장치(1)의 작동 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 용접 품질 검사 장치(1)는, 용접 레이저(400)에 의하여 용접 모재(700)가 용접되는 품질, 실질적으로 용접 모재(700)가 용융되어 형성되는 용접 비드의 깊이를 측정한다. 실질적으로 용접 레이저(400) 및 용접 모재(700)는, 그 일방이 타방에 대하여 직선 방향으로 상대 이동하면서 용접 레이저(400)에 의하여 용접 모재(700)의 용접이 이루어진다. 예를 들면, 용접 레이저(400)에서 조사되는 레이저는 용접용 레이저 미러(300)에 의하여 기설정된 방향으로 굴절된 후 집광렌즈(500)에 의하여 용접 모재(700)의 표면에 집광된다.
본 실시예에서는, 상기 레이저 용접 품질 검사 장치(1)가, 검출부(100) 및 제어장치부(600)를 포함한다. 검출부(100)는, 용접 레이저(400)에 의하여 용접 모재(700)에 형성되는 용접 비드의 깊이를 측정한다. 이때 검출부(100)는, 기설정된 스팟 사이즈로 레이저를 조사하고, 이와 같이 조사된 레이저는 측정용 레이저 미러(200)에 의하여 굴절되어 용접 모재(700)를 향할 수 있다. 예를 들면, 검출부(100)는, 레이저가 용접 모재(700)에 의하여 반사되는 시간 등으로부터 용접 모재(700)에 형성되는 용접 비드의 깊이를 측정할 수 있다. 그리고 제어장치부(600)는, 검출부(100)에서 측정된 용접 모재(700)의 용접 비드의 깊이로부터 데이터를 추출하고, 이를 기초로 용접 품질을 판단한다. 제어장치부(600)는, 입출력 인터페이스(I/O Interface)(610), 제어부(620), 저장부(630) 및 입출력부(640)를 포함한다.
다음으로, 도 3을 참조하면, 도번 11은 검출부(100)에 의한 기작을 나타내는 검출부 조사 영역이고, 도번 12는 용접 레이저(400)에 의한 기작을 나타내는 용접용 레이저(fiber laser) 조사 영역이며, 도번 13은 레이저에 의해 플라즈마로 변형된 부분이고, 도번 14는 플라즈마 상태의 용접 모재 영역이다.
즉, 용접 레이저(400)에 의한 용접 레이저 조사에 따라 용접용 레이저 미러(300)에 의한 굴절 및 집광렌즈(500)에 의한 집광된 레이저 광을 이용한 레이저 용접에 따라 레이저 용접 시작과 동시에 도 1의 용접 모재(700)가 둥근 형태로 용융된다. 실질적으로 도 3과 같은 용접 모재 영역(14)이 용융되어 플라즈마 상태가 되는 것을 알 수 있다.
보다 구체적인 예로, 도 1과 같이 세 가지의 용접 모재(700)를 놓고 용접 진행시 각각의 용접 모재(700)가 단계별로 용융된 후 응고되면서 용접이 이루어지는데 용접 모재(700)가 용융되는 깊이에 따라서 용접의 품질이 결정된다. 실질적으로 용접 모재(700)가 균일한 깊이로 용융되었는지 여부에 따라서 용접의 품질을 판단하는 것으로, 본 발명에서는 용접 모재(700)가 용융된 상태의 깊이를 실시간 측정하여 용접의 품질을 작업자가 판단할 수 있도록 한다.
여기서, 제어장치부(600)는 공초점(confocal) 방식을 이용한 용접 비드(weld bead)의 용접 깊이를 실시간 측정한다. 또한, 플라즈마 상태의 레이저 조사 부분 측정시 각종 파티클에 의해 정확한 깊이가 측정되지 않으므로, 제어장치부(600)는 깊이 측정값이 정상 용해된 부분인지, 파티클 인지에 대한 판단하기 위한 알고리즘을 이용 깊이를 측정한다.
다음으로, 도 4는 레이저 용접 단면에 대한 횡방향(D1) 및 종방향(D2) 커팅 개념을 나타내는 도면이다. 도 5는 용접 비드의 종방향(D2) 절단면을 나타내며, 도 6은 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 나타낸다. 여기서 '횡방향(D1)'이란, 용접 레이저(400)가 용접 모재(700)에 대하여 상대 이동하는 방향과 평행한 방향을 의미하고, '종방향(D2)'이란, '횡방향(D1)'에 직교되는 방향을 의미한다.
도 5와 같은 용접 비드 종방향(D2) 절단면에 의해 용접 비드의 깊이(D1_h1) 측정이 가능하며, 도 4와 같은 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 이용해 용접이 진행됨에 따른 용접 비드의 깊이(D2_h1 내지 D2_hn, n은 2 이상의 자연수)를 도 7과 같이 실시간으로 측정하여 그래프로 도식화할 수 있다.
즉, 도 7은 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 따라 용접이 진행되는 경우 용접 비드의 실시간 측정 샘플링(sampling) 결과를 나타내는 그래프이다. 여기서, 제어장치부(600)는 검출부(100)와 용접 레이저(400)의 초점이 한점에서 공유되는 공초점(confocal) 방식을 이용한 깊이 측정 결과를 획득하며, 이는 도 8과 같은 형태의 그래프일 수 있다.
한편, 도 1과 같은 공초점 방식을 이용한 제어장치부(600)가 공초점 방식을 이용 용접 비드를 실시간 측정한다. 이때 용접 모재(700)의 플라즈마 내의 파티클이나 검출부(100)의 오작동 등에 의하여, 도 9와 같이 상향 또는 하향으로 치솟은 형상으로 구간별로 부정확한 데이터가 생성될 수 있다. 이를 해결하기 위하여 본 실시예에서는, 데이터의 선별을 벡터 양자화하여 클래스를 생성하고 클래스에 해당되지 않는 데이터는 삭제하는 알고리즘을 이용한다. 이를 위하여 본 실시예에서는, 제어부(620)가, 데이터 수집 모듈(621), 클래스 분류 모듈(622), 그리고 오류 데이터 정정 모듈(623)를 포함한다.
보다 상세하게는, 데이터 수집 모듈(621)은 검출부(100)에 대한 입출력 인터페이스(610)를 통한 데이터 세션 연결 뒤, 검출부(100)가 검출한 용접 비드의 깊이로부터, 횡방향(D1) 용접 비드의 깊이(D1_h1 내지 D1_hn, n은 2 이상의 자연수) 및 종방향(D2) 용접 비드의 깊이(D2_h1)에 관한 데이터를 수집할 수 있다. 특히, 데이터 수집 모듈(621)은 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 따라 용접이 진행되는 경우 용접 비드의 실시간 측정 샘플링(sampling) 데이터를 획득한 뒤, 실시간 깊이 측정 결과인 도식화된 그래프를 생성하여 저장부(630)에 저장할 수 있다. 실질적으로 데이터 수집 모듈(621)은, 검출부(100)가 검출한 용접 비드의 깊이를 다수개의 샘플이 시간(X축) 및 거리(Y축)의 연속적인 그래프 상에서 표시되는 데이터 형태로 수집할 수 있다.
클래스 분류 모듈(622)은 실시간으로 측정된 샘플 데이터에 대한 벡터 양자화 과정(vector quantization)을 수행한다. 보다 구체적으로, 클래스 분류 모듈(622)은 벡터 양자화 과정을 진행하기 위해 샘플 데이터를 여러 클러스터(cluster)로 나누어 클래스 분류를 수행하기 위해 샘플 데이터를 시간범위(X축) 및 두 샘플 간 거리값(Y축)의 형태로 생성한다.
"(1,0),(2,5),(3,8),…,(299,10),(300,93),(301,95),(302,13)…"인 예의 경우, 클래스 분류 모듈(622)은 나열된 순서대로 ① 1번째(1,0)와 2번째(2,5) 샘플 데이터 사이의 거리값차: 5(5-0), ② 2번째(2,5)와 3번째(3,8) 샘플 데이터 사이의 거리값차: 3(8-5), ③ 299번째(299,10)과 300번째(300,93) 샘플 데이터 사이의 거리값차: 83(93-10), ④ 300번째(300,93)와 301번째(301,95) 샘플 데이터 사이의 거리값차: 2(95-93)로 연산할 수 있다. 따라서 클래스 분류 모듈(622)은, 1번째 샘플부터 299번째 샘플, 300번째 샘플 및 301번째 샘플을 각각 다른 클래스로 분류할 수 있다. 도 10은 클래스 분류된 그래프 형태를 나타내는 도면이다.
오류 데이터 정정 모듈(623)은 클래스 분류 모듈(622)에 의해 샘플 데이터 간 거리 연산에 따른 클래스 분류가 완료되면, 오류 데이터 추출을 수행할 수 있다. 이때 오류 데이터 정정 모듈(623)은, 클래스 분류 모듈(262)이 분류한 클래스에 속하는 샘플의 개수가 아래의 [수학식 1]에 의하여 연산되는 기준 샘플수 이상 또는 미만인지 여부에 따라서 오류 데이터 여부를 판정한다.
[수학식 1]
기준 샘플수≤스팟 사이즈/펄스당 이동 거리
여기서, '스팟 사이즈'는, 검출부(100)에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈이고, '펄스당 이동 거리'는 검출부(100)의 레이저의 펄스당 이동 거리이며, '기준 샘플수'는 상기 [수학식 1]에 의하여 계산되는 값 중 최대의 정수로 정의된다.
보다 구체적인 예로, 실험에서 사용한 검출부(100)에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈는 7㎛, 최고 분해능이 0.01㎛인 경우 샘플링 거리를 0.5㎛로 조정하는 것이 바람직하다. 여기서 클래스 분류 모듈(622)은 용접 레이저(400)와 검출부(100)의 이동 속도는 동일하며, 검출부는 레이저 펄스(pulse) 200kHz, pod : 1, 이동속도 : 100㎜/s의 스펙(spec)을 갖는 것으로 가정한 경우, 0.5㎛는 1 pulse 당 이동거리는 "1/200000 × 100(㎜) = 0.5㎛"에 의해 연산할 수 있다. 이후, 클래스 분류 모듈(622)은 "7(스팟 사이즈)/0.5(pulse 당 이동거리) = 14(기준 샘플수)" 에 의하여 14개 이상의 샘플이 검출부(100) 레이저의 스팟 사이즈 미만으로 거리값의 차로 연속되는 경우를 클래스로 분리할 수 있다. 따라서 14개 미만의 샘플 사이에서 스팟 사이즈 이상의 거리차 큰 거리의 이동은 파티클에 의하거나 측정 오류 데이터로 인식할 수 있다. 따라서 상기한 예에서, 오류 데이터 정정 모듈(623)은, 300번째 샘플 및 301번째 샘플을 포함하는 클래스(도 11의 e1 영역 참조)를 오류 데이터로 판정한다.
또한 오류 데이터 정정 모듈(623)은, 오류로 판정된 샘플 데이터에 대해서는 그 이전 샘플 데이터와 다음 샘플 데이터의 평균으로 연산하여 저장부(630)에 저장하여 샘플 데이터들 간을 비교하여 유사한 패턴으로 근사화하는 벡터 양자화한다. 상기의 예에서, 오류 데이터 정정 모듈(623)은, 300번째 샘플 및 301번째 샘플의 거리값을 그 이전 샘플 데이터 및 그 이후 샘플 데이터, 즉 299번째 샘플 데이터 및 302번째 샘플 데이터의 거리값인 10과 13의 평균인 11.5를 반올림한 정수인 12로 정정하여 저장부(630)에 저장한다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접 품질 검사 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 먼저, 제어장치부(600)는 검출부(100)를 통한 데이터 수집하는 제1단계가 수행된다(S110). 제1단계(S110)에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면, 제어장치부(600)는 용접 비드 횡방향(D1) 절단면을 따라 용접이 진행되는 경우 용접 비드의 실시간 측정 샘플링(sampling) 데이터를 획득한 뒤, 실시간 깊이 측정 결과인 도식화된 그래프를 생성하여 저장부(630)에 저장한다. 여기서 제어장치부(600)는 실시간 측정 샘플 데이터에 대한 벡터 양자화 과정을 진행하기 위해 샘플 데이터를 여러 클러스터(cluster)로 나누어 클래스 분류를 수행하기 위해 샘플 데이터를 시간범위(X축) 및 두 샘플 간 거리값(Y축)의 형태로 생성한다.
제1단계(S110) 이후, 제어장치부(600)는 샘플 데이터에 대해서 클래스 분류하는 제2단계를 수행한다(S120). 보다 구체적으로, 제어장치부(600)는 제1단계(S110)에서 생성된 샘플 데이터에 대해서 검출부(100) 레이저의 스팟 사이즈 미만의 거리값 차로 연속되는 샘플을 클래스로 분류한다.
제2단계(S120) 이후, 제어장치부(600)는 오류 데이터를 분석 및 정정하는 제3단계를 수행한다(S130). 즉, 제어장치부(600)는, 제2단계(S120)에서 샘플 데이터 간 거리 연산에 따른 클래스 분류가 완료되면, 오류 데이터 추출을 수행한다. 여기서 오류 데이터 추출은, 분류된 클래스 중 기준 샘플수 미만의 샘플을 포함하는 클래스에 대하여 이를 오류 데이터로 판정한다. 또한 제어장치부(600)는, 오류로 판정된 샘플 데이터에 대해서는 이전 샘플 데이터와 다음 샘플 데이터의 평균으로 연산하여 저장부(630)에 저장하여 샘플 데이터들 간을 비교하여 유사한 패턴으로 근사화하는 벡터 양자화한다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 레이저 용접 품질 검사 장치
11: 검출부 조사 영역
12 : 용접용 레이저(fiber laser) 조사 영역
13 : 플라즈마로 변형된 부분
14 : 용접 모재 영역
100 : 검출부
200 : 측정용 레이저 미러
300 : 용접용 레이저 미러
400 : 용접 레이저
500 : 집광렌즈
600 : 제어장치부
610 : 입출력 인터페이스(I/O Interface)
620 : 제어부
621 : 데이터 수집 모듈
622 : 클래스 분류 모듈
623 : 오류 데이터 정정 모듈
630 : 저장부
640 : 입출력부
700 : 용접 모재

Claims (5)

  1. 용접 레이저(400)가 이동하면서 용접 모재(700)를 용융시켜서 용접하는 레이저 용접의 품질을 검사하는 레이저 용접 품질 검사 장치에 있어서:
    레이저 용접 품질 검사 장치(1)는,
    용접 레이저(400)와 동일한 속도로 이동하면서 용접 모재(700)를 향하여 기설정된 스팟 사이즈의 레이저를 조사하여 용접 레이저(400)에 의하여 용접 모재(700)에 형성되는 용접 비드의 깊이를 용접 모재(700)에 대하여 이동하는 방향으로 연속적으로 검출하는 검출부(100);
    검출부(100)가 검출한 데이터로부터 용접 품질을 판단하는 제어장치부(600); 를 포함하고,
    제어장치부(600)는,
    검출부(100)가 검출한 용접 비드의 깊이를 다수개의 샘플이 시간(X축) 및 거리(Y축)의 연속적인 그래프 상에서 표시되는 데이터 형태로 수집하는 데이터 수집 모듈(621);
    그래프 상에서 연속적으로 인접하는 i번째 샘플과 (i+1)번째 샘플의 거리값의 차(여기서, i는 1 이상의 정수)가 검출부(100)에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈 미만으로 연속되는 다수개의 샘플을 클래스로 분류하는 클래스 분류 모듈(622); 및
    클래스 분류 모듈(262)이 분류한 클래스에 속하는 샘플의 개수가 [수학식 1]에 의하여 계산된 기준 샘플수 미만인 경우에는 이를 오류 데이터로 판정하는 오류 데이터 정정 모듈(623); 을 포함하는 레이저 용접 품질 검사 장치.

    [수학식 1] 기준 샘플수≤스팟 사이즈/펄스당 이동 거리
    여기서, '스팟 사이즈'는, 검출부(100)에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈이고, '펄스당 이동 거리'는 검출부(100)의 레이저의 펄스당 이동 거리이며, '기준 샘플수'는 상기 [수학식 1]에 의하여 계산되는 값 중 최대의 정수로 정의
  2. 제 1 항에 있어서,
    오류 데이터 정정 모듈(623)은,
    오류로 판정된 샘플 데이터에 대해서는 그 이전 샘플 데이터와 다음 샘플 데이터의 평균으로 연산하여 저장부(630)에 저장하여 샘플 데이터들 간을 비교하여 유사한 패턴으로 근사화하는 벡터 양자화하는 레이저 용접 품질 검사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제어장치부(600)는,
    검출부(100)와 용접 레이저(400)의 초점이 한점에서 공유되는 공초점(confocal) 방식을 이용하는 레이저 용접 품질 검사 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 레이저 용접 품질 검사 장치를 사용하여 레이저 용접 품질을 검사하는 방법에 있어서:
    제어장치부(600)가, 검출부(100)가 검출한 용접 비드의 깊이를 다수개의 샘플이 시간(X축) 및 거리(Y축)의 연속적인 그래프 상에서 표시되는 데이터 형태로 수집하는 제1단계;
    제어장치부(600)가, 그래프 상에서 연속적으로 인접하는 i번째 샘플과 (i+1)번째 샘플의 거리값의 차(여기서, i는 1 이상의 정수)가 검출부(100)에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈 미만으로 연속되는 다수개의 샘플을 클래스로 분류하는 제2단계;
    제어장치부(600)가, 클래스에 속하는 샘플의 개수가 [수학식 1]에 의하여 계산된 기준 샘플수 미만인 경우에는 이를 오류 데이터로 판정하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접 품질 검사 방법.
    [수학식 1]
    기준 샘플수≤스팟 사이즈/펄스당 이동 거리
    여기서, '스팟 사이즈'는, 검출부(100)에서 조사되는 레이저의 스팟 사이즈이고, '펄스당 이동 거리'는 검출부(100)의 레이저의 펄스당 이동 거리이며, '기준 샘플수'는 상기 [수학식 1]에 의하여 계산되는 값 중 최대의 정수로 정의
  5. 제 4 항에 있어서,
    제3단계에서,
    오류로 판정된 샘플 데이터에 대해서는 그 이전 샘플 데이터와 다음 샘플 데이터의 평균으로 연산하여 저장부(630)에 저장하여 샘플 데이터들 간을 비교하여 유사한 패턴으로 근사화하는 벡터 양자화하는 레이저 용접 품질 검사 방법.
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