KR101968447B1

KR101968447B1 - It기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템

Info

Publication number: KR101968447B1
Application number: KR1020180141507A
Authority: KR
Inventors: 황미란
Original assignee: 황미란
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2019-04-11

Abstract

[기술분야/해결과제]
본 발명은 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템에 관한 것으로, 열처리 공정조건을 작업공정자가 직접 눈으로 확인하기 때문에 생산 제품의 정밀한 품질관리가 어렵고, 제품 출하 후 불량이 발생하였을 경우 어떤 공정에서 불량이 발생하였는지 추적할 수 없어 생산성 저하와 원가 상승요인의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
[해결수단]
본 발명에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법 및 그 시스템은, 부품이력을 ERP에 입력하고 공정이동표를 출력하고, 작업지시에 따라 공정이동표의 바코드 또는 QR코드를 리딩하여 부품과 설비별 공정조건을 확인한 후 이상이 없으면 부품을 투입하고, 부품 투입에서부터 템퍼링 단계까지 열처리 공정에 영향을 미치는 공정변수(온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도 등)를 센서로 실시간 측정하여 모니터링 하고, 공정변수의 측정값이 설정값에서 벗어날 경우 경보 발생과 함께 열처리 설비 라인 전체를 정지시켜 후속 조치할 수 있도록 구성하였다.
[기대효과]
본 발명은 열처리 공정에서 주요한 공정변수들을 실시간으로 측정하여 모니터링할 수 있고, 제조 공정상에서 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하여 그 결과를 공정에 적용시킴으로써, 공정의 최적화, 생산성 향상, 불량률 감소, 원소재 절감 및 수율 감소의 효과를 얻을 수 있다.

Description

IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템{METHOD FOR MONITORING QUENCHING-TEMPERING HEAT TREATMENT PROCESS OF IT BASED AND SYSTEM THEREOF}

본 발명은 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열처리의 생산에 영향을 미치는 주요한 공정변수(온도, CP(Carbon Potential), CO2, LNG 및 Air, 속도 등)들을 실시간으로 측정하여 모니터링 하고, 제조 공정상에서 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하여 그 결과를 공정에 적용시킴으로써, 공정의 최적화, 생산성 향상, 불량률 감소를 구현한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템에 관한 것이다.

통상적으로, 자동차 및 항공기용 볼트와 너트, 스프링와셔를 비롯한 금속제품은 내식성, 내마모성, 내피로성, 내충격성, 경도 등을 향상시키고 사용 수명연장과 부식 방지를 위해 고온에서 가열과 냉각을 반복하는 열처리를 한다. 열처리는 제품의 공정 프로세스 중에서 가장 마지막 단계와 핵심 부분에 해당하기 때문에 모든 산업, 특히 금속산업분야에 파급효과가 매우 크다.

이러한 열처리는 제조 공정의 중간 또는 최종단계에서 이루어지는 것으로, 크게 일반열처리와 특수열처리로 나눌 수 있다.

기존의 열처리 공정은 전세척, 가열, 소입(Quenching), 후세척, 템퍼링(Tempering), 검사, 출하 단계로 이루어져 있으며, 다음과 같은 작업공정 상의 문제점이 있다.

기존의 열처리 공정은 공정조건을 측정하기 위한 계측장비가 일부 설치되어 있으나 모두 독립적으로 설치되어 있고, 각종 공정조건 데이터를 수집하지 못하고 작업공정자가 직접 눈으로 확인하는 형태로 되어 있어, 생산되는 제품의 정밀한 품질관리가 매우 어렵다. 실제 생산된 제품의 품질은 작업자의 성실도에 의해 좌우되는 측면이 있다.

그리고, 각종 계측장비는 아날로그 방식으로 생산공정 작업자가 눈으로 확인만하고 있는 현실이어서 실제 생산된 제품의 품질관리를 위한 생산공정 데이터가 수집되고 있지 못하고 있다.

또한, 제품 출하 후 불량이 발생하였을 경우, 어떤 공정에서 불량이 발생하였는지 추적할 수 없는 현실이어서 생산성 저하와 원가 상승요인으로 작용하고 있다.

또한, 생산 공정 중 주요한 공정변수인 온도, CP(Carbon Potential), CO2, LNG 및 Air, 속도 등을 정확하게 측정하지 못함으로 인해서 정밀한 품질관리가 이루어지지 않고 있다.

또한, 기존의 열처리 생산라인에서는 생산 공정 중에 제품의 품질관리를 실시간으로 모니터링할 수 있는 체제가 구축되어 있지 않으므로 제품 생산 후 불량품이 발생한 다음 사후 조치하고 있는 실정이다.

한편, 열처리 기술은 열처리 산업의 특성상 수요자의 요구에 의해 신기술이 창출되며 새로운 기술이 개발된다. 실예로, 자동차 회사의 경우, 열처리 분야의 기술 발전에 직접적으로 관여하여 자동차 품질 향상에 적용시키기 위해 열처리 공정 모니터링 시스템 개발을 요구하고 있다. 하지만 신기술이 개발되어도 실용화까지는 장시간이 요구되기 때문에 시스템 개발이 시급한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1349121호 (2014.01.02. 등록)

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열처리의 생산에 영향을 미치는 주요한 공정변수(온도, CP(Carbon Potential), CO2, LNG 및 Air, 속도 등)들을 실시간으로 모니터링하고 표준조건의 변화여부를 감지하는 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 열처리 생산공정의 각종 공정 변수를 실시간으로 측정하고 모니터링 하여 이상 발견시 전체 공정을 정지시켜 후속 조치가 이루어지도록 한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 제조 공정상에서 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하고 그 결과를 공정에 적용한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템을 제시하는 데 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는, 열처리 생산공정의 각종 공정 변수를 실시간으로 측정하고 모니터링 하여 열처리 공정에 가장 적절한 공정 조건으로 유지시킴으로써, 고품질의 부품을 연속으로 생산할 수 있고 연료비용도 절감시킬 수 있는 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템을 제시하는 데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법은, (a) ERP PC에서 열처리 부품의 부품이력을 입력받아 ERP에 저장한 후 공정이동표를 출력하고, 열처리 공정 라인에 설치된 PLC 본체에서 상기 공정이동표를 받은 작업자로부터 상기 공정이동표의 바코드 또는 QR코드를 스캐너로 리딩하면, PLC 화면에 부품의 품명, 품번, 규격, 재질, 경도를 포함한 부품의 세부내역과, 부품의 공급가속도, 가열로 온도, 소입 온도, 템퍼링 온도를 포함한 설비별 공정조건을 출력하는 단계; (b) 상기 PLC 화면을 통해 상기 부품의 세부내역과 설비별 공정조건을 확인한 작업자로부터 설비별 공정조건을 입력받거나 작업시작명령을 입력받아 부품을 투입하는 단계; (c) 상기 부품을 60℃±10℃의 온도를 갖는 세척액 속에 넣어서 10분의 세척시간으로 부품에 도포된 가공유와 이물질을 제거하는 전세척 단계; (d) 상기 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서 변성가스를 이용하여 880℃±9℃의 온도와 65±5분의 가열유지시간으로 열처리하는 가열 단계; (e) 상기 부품을 70℃±10℃의 온도를 갖는 소입유 속에 넣어서 17분±5분의 소입 시간으로 담금질하는 소입 단계; (f) 상기 (e)의 소입 단계 후, 경도측정장비를 이용하여 상기 부품의 소입 경도를 측정하는 중간검사 단계; (g) 상기 부품을 60℃±10℃의 온도를 갖는 세척액 속에 넣어서 10분의 세척시간으로 부품에 묻은 소입유를 제거하는 후세척 단계; (h) 상기 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서 고객의 부품요구 조건에 따라 온도를 설정하고 110±5분의 템퍼링 시간으로 열처리하는 템퍼링 단계; (i) 상기 부품을 냉각시킨 후, 고객의 부품요구 조건에 부합하는지 측정장비를 이용하여 부품을 최종 검사한 다음 검사성적서를 출력하고 부품을 출하하는 단계; (j) 상기 (b)의 부품 투입에서부터 상기 (h)의 템퍼링 단계까지 열처리 공정에 영향을 미치는 온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도를 포함한 공정변수를 센서로 각각 측정하여 열처리 공정 라인을 상기 설비별 공정조건으로 유지하도록 제어하고, 상기 센서의 측정값과 상기 설비별 공정조건의 설정값의 하한값 및 상한값을 현황판과 모니터링 PC에 실시간으로 표시하며, 상기 센서에서 측정된 데이터를 ERP에 자동 저장하는 단계; 및 (k) 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우, 상기 현황판과 모니터링 PC에서 설정값을 벗어난 센서의 측정값을 다른 색으로 표시하고 경광등을 점등하고 경보음을 발생시키며, 열처리 공정 라인의 전체 공정을 자동으로 정지시켜 후속조치가 이루어지도록 하고, 해당 센서가 설치된 설비의 공정을 모니터링 PC에서 설정하거나 제어하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 조질열처리 공정 모니터링 방법은, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값의 하한값 또는 상한값을 벗어나거나 열처리 설비 라인이 정지한 경우 작업자 또는 관리자의 스마트폰으로 SMS 문자를 전송하도록 구성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 시스템은, 열처리 부품의 부품이력을 입력받아 ERP에 입력하고 공정이동표를 출력하는 ERP PC; 상기 공정이동표의 바코드 또는 QR코드를 스캐너로 리딩하면, 부품의 품명, 품번, 규격, 재질, 경도를 포함한 부품의 세부내역과, 부품의 공급가속도, 가열로 온도, 소입 온도, 템퍼링 온도를 포함한 설비별 공정조건을 PLC 화면에 출력하고, 상기 PLC 화면을 통해 상기 부품의 세부내역과 설비별 공정조건을 확인한 작업자로부터 작업시작명령을 입력받아 부품을 투입하며, 설비별 공정조건을 설정하는 PLC 본체; 상기 PLC 본체의 작업지시에 따라 부품공급기에서 부품을 공급하고, 전세척, 가열, 소입, 후세척, 템퍼링 공정으로 고온에서 가열과 냉각을 반복하여 강도가 높고 인성이 풍부한 기계적 성질을 부품에 부여하며, 상기 부품의 공급에서부터 템퍼링 공정까지 열처리 공정 라인에 설치된 센서의 측정값을 모니터링하여 열처리 공정 라인을 상기 설비별 공정조건으로 유지하며, 상기 센서의 측정값이 설정값의 하한값 또는 상한값을 벗어난 경우 경광등을 점등하고 경보음을 발생시키며 열처리 공정 라인의 전체 공정을 자동으로 정지시켜 후속조치가 이루어지도록 하는 조질 열처리 설비 라인; 상기 조질 열처리 설비 라인에 설치되며, 열처리 공정에 영향을 미치는 온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도를 포함한 공정변수를 실시간으로 각각 측정하여 ERP에 자동 저장하고, 현황판에 측정값을 실시간 표시하는 복수의 센서; 상기 센서의 측정값과 상기 설비별 공정조건의 설정값의 하한값 및 상한값을 각각 표시하고, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 설정값이 벗어난 센서의 측정값을 다른 색으로 표시하는 현황판; 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 경광등을 점등하고 스피커를 통해 경보음을 발생하는 경보장치; 상기 센서의 측정값과 상기 설정값을 비교하여 상기 조질 열처리 설비 라인의 공정을 실시간으로 모니터링하면서 상기 설비별 공정조건으로 유지시키며, 제조공정상에 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하고, 상기 부품의 세부내역과 설비별 공정조건을 확인하고 상기 센서의 설정값의 하한값 및 상한값을 설정하며, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 해당 센서가 설치된 설비 라인의 공정을 설정하거나 제어하는 모니터링 PC; 및 상기 ERP PC로부터 부품이력을 받아 ERP에 입력 및 관리하고, 상기 센서의 측정값과 상기 설정값의 하한값 및 상한값을 상기 현황판과 모니터링 PC에 실시간 표시하도록 제공하고, 상기 모니터링 PC의 제어에 의해 상기 조질 열처리 설비 라인의 공정을 제어하고, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 상기 경보장치를 작동시키고 상기 조질 열처리 설비 라인의 전체 공정을 정지시켜 후속 조치가 이루어지도록 하며, 작업자 또는 관리자의 스마트폰으로 SMS 문자를 전송하는 관리서버;를 포함하여 구성될 수 있다.

삭제

상기 조질 열처리 설비 라인은, 부품을 전세척조로 공급하는 부품공급기; 상기 부품공급기로부터 공급된 부품을 60℃±10℃의 세척액 속에 넣어서 부품에 도포된 가공유와 이물질을 제거하는 전세척조; 상기 전세척조로부터 공급된 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서, 변성가스를 이용하여 880℃±9℃의 온도와 65±5분의 가열유지시간으로 열처리하는 가열로; 상기 가열로로부터 공급된 부품을 70℃±10℃의 소입유 속에 소정의 시간동안 넣어서 담금질하는 소입조; 상기 소입조로부터 공급된 부품을 60℃±10℃의 세척액 속에 넣어서 부품에 묻은 소입유를 제거하는 후세척조; 상기 후세척조로부터 공급된 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서, 전기열을 이용하여 고객의 부품요구 조건에 따라 설정된 온도와 110±5분의 템퍼링 시간으로 열처리하는 템퍼링로; 및 상기 템퍼링로에서 나오는 부품을 냉각시킨 후 적재함에 적재하는 퇴출장치;를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 열처리의 생산에 영향을 미치는 주요한 공정변수(온도, CP(Carbon Potential), CO2, LNG 및 Air, 속도 등)들을 실시간으로 측정하여 모니터링 하고, 제조 공정상에서 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하여 그 결과를 공정에 적용시킴으로써, 공정의 최적화, 생산성 향상, 불량률 감소를 유도할 수 있는 효과가 있다.

또한, 열처리 공정에서 주요 공정 조건들의 변동에 따른 부품의 품질 변화를 분석하여 현 공정상에서 발생할 수 있는 불량요인을 사전에 억제함으로써, 생산 후 검사에 의한 수율 감소 문제를 해결하고, 원소재 절감 및 공정 불량 저감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 환경의 급속한 변화에 대응하여, 네크(Neck) 공정의 최소화로 원가절감 및 생산성을 향상시키고, 설비별 비가동 상태의 감시 및 조치로 생산효율을 극대화하고, 재고 및 재공 정보의 실시간 파악, 실시간 품질이력 모니터링으로 품질개선, 관리서버(ERP)와 현장 데이터의 통합 실현으로 업무 로스(Loss) 최소화, 생산정보의 실시간 관리 등의 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 시스템의 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 조질 열처리 설비 라인(100)의 공정 단면도 및 구성도
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법을 나타낸 공정 순서도
도 5 및 도 6은 공정이동표의 바코드를 로딩하여 열처리 부품 및 공정조건을 확인하는 PLC 본체(101)와 제품별 작업지시 화면을 나타낸 제품 사진
도 7 및 도 8은 조질 열처리 설비 라인의 주요한 공정변수들을 실시간으로 모니터한 모니터링 화면의 구성도
도 9는 전 센서의 측정값과 설정값(하한값 및 상한값)을 나타낸 모니터링 화면
도 10은 조질 열처리 설비 라인의 각 호기별 공정별 제품위치 및 흐름 현황을 나타낸 모니터링 화면

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

IT 기반의 조질열처리 공정 모니터링 시스템의 실시 예

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 시스템의 구성도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 조질 열처리 설비 라인(100)의 공정 단면도 및 구성도이다.

본 발명의 실시 예에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 조질 열처리 설비 라인(100), 센서(180), 웹서버(210), 관리서버(220), 현황판(240), 경보장치(250), 모니터링 PC(260), ERP PC(270), 스마트폰(280)을 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 조질 열처리 설비 라인(100)은 열처리할 부품을 전세척, 가열, 소입(Quenching), 후세척, 템퍼링(Tempering) 공정을 통해 고온에서 가열과 냉각을 반복함으로써, 강도가 높고 인성이 풍부한 기계적 성질을 부여하게 된다. 이때, 열처리된 부품은 내식성, 내마모성, 내피로성, 내충격성, 경도 등이 향상되고, 사용 수명이 연장되며 부식을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기 조질 열처리 설비 라인(100)은 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, PLC 본체(101), 부품공급기(110), 전세척조(120), 가열로(130), 소입조(유조)(140), 후세척조(150), 템퍼링로(160), 퇴출장치(170)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 PLC 본체(101)는 열처리 공정을 시작하기 전에 열처리 할 부품과 설비별 공정조건을 확인하고, 작업자로부터 작업시작 명령을 입력받거나 설비별 공정조건을 설정받는다.

상기 PLC 본체(101)는 작업지시를 받고 공정이동표(10)를 받은 작업자로부터 상기 공정이동표(10)의 바코드 또는 QR코드를 리딩하여, 부품의 세부내역(거래처, 품명, 품번, 규격, 작지번호, 재질, 경도, 특이사항 등)과 설비별 공정조건(공급가속도, 가열로 온도, 소입조(유조) 온도, 템퍼링 온도 등)을 화면을 출력하고, 이를 확인한 작업자로부터 작업시작 명령을 입력받거나 설비별 공정조건을 설정받는다.

여기서, 상기 공정이동표(10)는 부품이 입고된 후 상기 ERP PC(270)에서 부품이력을 ERP에 입력한 다음 출력하게 된다.

상기 PLC 본체(101)에 대해서는 후술하는 도 5 및 도 6에서 상세하게 설명하기로 한다.

상기 부품공급기(110)는 열처리할 부품을 전세척조로 이송하여 공급하는 설비이다. 여기서, 부품의 장입 속도는 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 달라질 수 있다.

상기 전세척조(120)는 상기 부품공급기(110)에서 공급된 부품을 세척액이 들어있는 탱크 속에 완전히 넣어서 소정의 시간동안 세척하게 된다. 이때, 부품에 도포된 가공유와 이물질이 세척액에 의해 제거된다.

여기서, 상기 세척액의 온도는 60℃±10℃, 세척 시간은 10분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

상기 가열로(130)는 상기 전세척조(120)로부터 공급된 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서, 변성가스를 이용하여 소정의 온도와 소정의 시간으로 열처리한다. 이때, 상기 변성가스는 RX-GAS와 CP(Carbon Potential: LNG+AIR) 가스를 포함한다. 상기 RX-GAS는 산화방지 목적으로 투입되고, 상기 CP(LNG+AIR) 가스는 소재표면 탈탄, 가탄 방지 목적으로 투입된다. 이때, CP값은 부품 재질(소재 탄소함유량)에 따라 결정(조정)될 수 있다.

상기 가열로(130)는 상기 RX-GAS와 CP(Carbon Potential: LNG+AIR) 가스를 사용하여 부품을 가열하게 된다. 이때, 상기 가열로(130)의 가열 온도는 880℃±9℃, 가열유지시간은 65±5분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

상기 가열로(130)에서 상기 메쉬벨트를 통한 부품의 이동 속도는 상기 가열유지시간에 비례하며, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 달라질 수 있다.

상기 가열로(130)의 상부에는 송풍팬(fan)이 설치될 수 있다. 상기 송풍팬은 상기 가열로(130)에 투입되는 가스와 열을 확산하여 온도를 균일하게 퍼트려 주는 역할을 한다.

상기 소입조(유조)(140)는 상기 가열로로부터 공급된 부품을 소정의 온도를 갖는 소입유 속에 소정의 시간동안 넣어서 담금질한다.

여기서, 상기 소입유의 온도는 70℃±10℃, 소입 시간은 17분±5분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

상기 소입조(140)에서의 소입(Quenching) 공정은 상기 가열로(130)에서 가열된 부품을 소입유 속에 넣어 급랭시킴으로써, 부품의 내부에서 일어나는 변화를 저지하여, 고온에서의 안정상태 또는 중간상태를 저온온실에서 유지시키게 된다.

상기 후세척조(150)는 상기 소입조로부터 공급된 부품을 세척액이 들어있는 탱크 속에 완전히 넣어서 소정의 시간동안 세척하게 된다. 이때, 부품에 묻은 소입유를 세척액으로 제거하게 된다.

상기 템퍼링로(160)는 상기 후세척조로부터 공급된 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서, 전기열을 이용하여 고객의 부품요구 조건에 따라 설정된 온도와 소정의 템퍼링 시간으로 열처리한다. 이때, 상기 템퍼링 시간은 110±5분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

상기 템퍼링로(160)에서의 템퍼링(Tempering) 공정은 담질질한 강은 경도는 높아지나 재질이 여리게 되므로 변태점 이하의 온도로 재가열하여 주로 경도를 낮추고, 점성을 높이기 위한 열처리 공정이다.

상기 템퍼링로(160)에서 상기 메쉬벨트를 통한 부품의 이동 속도는 상기 템퍼링 시간에 비례하며, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 달라질 수 있다.

끝으로, 상기 퇴출장치(170)는 상기 템퍼링로(160)에서 나오는 부품을 냉각(공냉)시킨 후 적재함에 적재하여 퇴출시키게 된다. 이때, 상기 퇴출장치(170)에서 퇴출된 부품은 고객의 부품요구 조건에 부합하는지 측정장비를 이용하여 부품을 최종 검사하게 된다.

계속해서, 도 1을 참조하여 본 발명의 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 시스템에 대해 설명하면 다음과 같다.

상기 센서(180)는 상기 조질 열처리 설비 라인(100) 곳곳에 설치되며, 열처리 공정에 영향을 미치는 공정변수(온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도 등)를 실시간으로 측정한다.

상기 센서(180)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 온도센서(181), CP센서(182), CO2센서(183), LNG센서(184), 에어(Air)센서(185), 속도센서(186)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 온도센서(181)는 상기 전세척조(120)의 세척 온도, 상기 가열로(130)의 가열 온도, 상기 소입조(140)의 소입 온도, 상기 후세척조(150)의 세척 온도, 상기 템퍼링로(160)의 재가열 온도 등을 측정하도록 구성될 수 있다.

상기 CP센서(182)는 상기 가열로(130)에 공급되는 상기 RX-GAS와 CP(Carbon Potential: LNG+AIR) 가스를 측정하고, 상기 CO2센서(183)는 상기 가열로(130)에 공급되는 CO2 가스를 측정하고, 상기 LNG센서(184)는 상기 가열로(130)에 공급되는 LNG 가스를 측정하고, 상기 에어(Air)센서(185)는 상기 가열로(130)에 공급되는 에어(Air)를 측정하도록 구성될 수 있다.

상기 속도센서(186)는 상기 부품공급기(110), 상기 전세척조(120), 상기 가열로(130), 상기 소입조(유조)(140), 상기 후세척조(150), 상기 템퍼링로(160), 상기 퇴출장치(170)에서 부품을 이송하는 리프트 또는 메쉬벨트를 구동하는 구동모터의 회전수(RPM)를 측정하여 각 공정 설비의 가동 시간을 결정하도록 구성될 수 있다.

계속해서, 도 1의 웹서버(210)는 상기 센서(180)의 측정값을 이더넷망을 통해 상기 관리서버(220)로 전송하고, 인터넷망을 통해 작업자 또는 관리자의 스마트폰(280)으로 SMS 문자메시지를 전송한다.

상기 관리서버(220)는 상기 ERP PC(270)로부터 부품이력을 받아 ERP에 입력하여 DB(230)에 저장 및 관리하고, 상기 센서(180)로부터 측정값을 입력받아 DB(230)에 저장 및 관리하고 상기 현황판(240)과 상기 모니터링 PC(260)에 제공한다. 그리고 상기 관리서버(220)는 상기 모니터링 PC(260)의 제어에 의해 상기 조질 열처리 설비 라인(100)의 공정을 제어할 수 있다. 또한, 상기 관리서버(220)는 상기 센서(180)의 측정값이 설정값에서 벗어날 경우 상기 경보장치(250)를 작동시키고 상기 조질 열처리 설비 라인(100) 전체를 정지시키며, 작업자 또는 관리자의 스마트폰(280)으로 SMS 문자를 전송하는 역할을 한다.

상기 현황판(240)은 상기 센서(180)의 측정값과 설정값(하한값 및 상한값)을 각각 표시하고, 상기 센서(180)의 측정값이 설정값을 벗어났을 때 측정값이 다른 색(예를 들어, 적색)으로 표시되도록 구성될 수 있다.

상기 경보장치(250)는 상기 센서(180)의 측정값이 설정값을 벗어났을 때 경광등을 점등하고 스피커를 통해 경보음을 발생하는 장치이다.

상기 모니터링 PC(260)는 상기 센서(180)의 측정값을 실시간으로 모니터링 하고, 작업자 또는 관리자의 제어 입력신호에 따라 상기 조질 열처리 설비 라인의 공정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 온도 제어, CP 제어, CO2 제어, LNG 제어, 에어(Air) 제어, 속도 제어 등을 수행할 수 있다.

또한, 상기 모니터링 PC(260)는 열처리 제조 공정상에 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하여, 현 공정상에서 발생할 수 있는 불량요인을 사전에 억제하도록 설비별 공정조건을 설정할 수 있다. 이로 인해, 부품 생산 후 검사에 의한 수율 감소 문제를 해결하고, 원소재 절감 및 공정 불량 저감 효과를 얻을 수 있다

상기 모니터링 PC(260)는 부품과 설비별 공정조건을 확인하고 설정할 수 있으며, 각 센서의 설정값(하한값 및 상한값)을 조정할 수 있다. 그리고, 상기 모니터링 PC(260)는 상기 DB(230)에 저장된 센서(180)의 측정값을 기간별로 검색할 수 있다. 또한, 상기 모니터링 PC(260)는 상기 센서(180)의 측정값이 설정값을 벗어나 상기 조질 열처리 설비 라인(100)이 정지된 경우, 문제가 발생된 열처리 설비의 공정을 설정하거나 제어할 수 있다.

상기 ERP PC(270)는 열처리할 부품이 입고되면 부품이력(예를 들어, 거래처, 품명, 품번, 규격, 작지번호, 재질, 경도SPEC 등)을 ERP에 입력하고 공정이동표(10)를 출력한다.

여기서, ERP(Enterprise Resource Planning; 전사적자원관리)란 기업 내 생산, 물류, 재무, 회계, 영업과 구매, 재고 등 경영 활동 프로세스들을 통합적으로 연계해 관리해 주며, 기업에서 발생하는 정보들을 서로 공유하고 새로운 정보의 생성과 빠른 의사결정을 도와주는 전사적통합시스템을 말한다.

상기 스마트폰(280)은 작업자 또는 관리자의 스마트폰으로, 상기 센서(180)의 측정값이 설정값을 벗어나거나 상기 조질 열처리 설비 라인(100)이 정지된 경우 그 상황을 알리는 SMS 문자메시지를 상기 웹서버(210)로부터 수신받는다.

다음은, 본 발명에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법에 대해 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다.

IT 기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법의 실시 예

도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

먼저, 열처리할 부품이 입고되면 부품이력을 ERP에 입력하고 공정이동표(10)를 출력한다(S10∼S30 단계).

그 다음, 작업지시에 따라 상기 PLC 본체(101)에서 상기 공정이동표(10)의 바코드 또는 QR코드를 리딩하여 부품과 설비별 공정조건을 화면에 출력하고, 이를 확인한 작업자의 작업시작 명령을 입력받아 부품을 공급(투입)한다(S40∼S70 단계).

그 다음, 상기 부품을 상기 전세척조(120)의 세척액 속에 넣어서 상기 부품에 도포된 가공유와 이물질을 제거한다(S80 단계). 이때, 상기 세척액의 온도는 60℃±10℃, 세척 시간은 10분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

그 다음, 상기 부품을 메쉬벨트에 적재하여 상기 가열로(130) 내부로 이송하면서 소정의 온도와 시간으로 열처리한다(S90 단계). 이때, 상기 가열로(130)의 가열 온도는 880℃±9℃, 가열유지시간은 65±5분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

그 다음, 상기 부품을 상기 소입조(140)의 소입유 속에 넣어서 담금질한다(S100 단계). 이때, 상기 소입유의 온도는 70℃±10℃, 소입 시간은 17분±5분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

그 다음, 상기 부품을 상기 후세척조(150)의 세척액 속에 넣어서 부품에 묻은 소입유를 제거한다(S120 단계). 이때, 상기 세척액의 온도는 60℃±10℃, 세척 시간은 10분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

그 다음, 상기 부품을 메쉬벨트에 적재하여 상기 템퍼링로(160) 내부로 이송하면서 고객의 부품요구 조건에 따라 온도를 설정하고 소정의 시간으로 열처리한다(S130 단계). 이때, 상기 템퍼링 시간은 110±5분으로 구성될 수 있다. 하지만, 부품의 크기, 재질 및 경도에 따라 다르게 구성될 수도 있다.

그 다음, 상기 부품을 냉각(공냉)시킨 후, 고객의 부품요구 조건에 부합하는지 측정장비를 이용하여 부품을 최종 검사한 다음 검사성적서를 출력하고 부품을 출하한다(S140∼S160 단계).

한편, 본 발명의 조질열처리 공정 모니터링 방법은, 상기 소입 공정(S100 단계) 후, 경도 측정 장비를 이용하여 상기 부품의 소입 경도를 측정하는 중간검사 단계를 추가로 구성할 수 있다.

또한, 상기 부품의 공급(S70 단계)에서부터 상기 템퍼링 공정(S130 단계)까지 열처리 공정에 영향을 미치는 공정변수(온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도 등)를 센서(180)로 측정하고, 그 측정값과 설정값을 현황판(240) 및 모니터링 PC(260)에 실시간으로 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 공정변수의 측정값이 설정값에서 벗어날 경우 경보 발생과 함께 열처리 설비 라인 전체를 자동으로 정지시키도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 공정변수의 측정값이 설정값에서 벗어나거나 열처리 설비 라인이 정지한 경우 작업자 또는 관리자의 스마트폰으로 SMS 문자를 전송하도록 구성될 수 있다.

제품 예

도 5 및 도 6은 공정이동표의 바코드를 로딩하여 열처리 부품 및 공정조건을 확인하는 PLC 본체(101)와 제품별 작업지시 화면을 나타낸 제품 사진이다.

상기 PLC 본체(101)는 상기 공정이동표(10)의 바코드 또는 QR코드를 리딩하여, 부품의 세부내역(거래처, 품명, 품번, 규격, 작지번호, 재질, 경도, 특이사항 등)과 설비별 공정조건(공급가속도, 가열로 온도, 소입조(유조) 온도, 템퍼링 온도 등)을 화면을 출력하고, 이를 확인한 작업자로부터 작업시작 명령을 입력받거나 설비별 공정조건을 설정받는 장치이다. 상기 PLC 본체(101)에는 상기 공정이동표(10)의 바코드 또는 QR코드를 리딩하기 위한 스캐너(102)가 구비되어 있다.

상기 PLC 본체(101)는 상기 공정이동표(10)의 바코드 또는 QR코드를 리딩하면, 해당 부품의 거래처, 품명, 품번, 규격, 작지번호, 재질, 경도, 특이사항, 공급가속도, 가열로 온도, 소입조(유조) 온도, 템퍼링 온도 등을 포함한 작업 지시 화면을 출력한다(도 6 참조). 이때, 상기 작업 지시 화면에는 초기화면, 작업화면, 알람이력, 부저정지, 설정화면 선택버튼을 제공한다. 여기서 상기 작업화면을 선택하면 열처리 설비 라인의 공정 조건이 포함된 작업화면을 출력한다(도 5 참조).

도 7 및 도 8은 조질 열처리 설비 라인의 주요한 공정변수들을 실시간으로 모니터한 모니터링 화면의 구성도이고, 도 9는 전 센서의 측정값과 설정값(하한값 및 상한값)을 나타낸 모니터링 화면이고, 도 10은 조질 열처리 설비 라인의 각 호기별 공정별 제품위치 및 흐름 현황을 나타낸 모니터링 화면이다.

여기서, 모니터링 화면은 대형 모니터로 구성될 수 있으며, 상기 현황판(240) 및 상기 모니터링 PC(260)의 모니터 화면일 수 있다. 상기 모니터링 화면에 각 호기별 현황을 실시간 관리하고 센서(180)의 측정값이 설정값 이탈 시 작업자 또는 관리자에게 경보 작동하도록 구성될 수 있다(도 7 참조). 이때, 상기 센서(180)에서 측정된 모든 데이터는 ERP에 자동 저장되어 검색 확인이 가능하다.

상기 모니터링 시스템은 전 센서의 측정값을 모니터링하는 전센서 모니터 화면과, 호기별 모니터 화면과, 조건별 상태관리 모니터 화면과, 소려로 모니터 화면 등으로 구성될 수 있다(도 8 참조).

상기 현황판(240) 및 모니터링 PC(260)의 화면에는 현재 작업 중인 열처리 설비 라인의 공정변수(온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도 등)를 측정한 센서(180)의 측정값과 설정값의 하한값 및 상한값을 함께 표시하여 구성될 수 있다(도 9 참조). 이때, 상기 센서(180)의 측정값은 그 설정값을 벗어났을 때 다른 색(예를 들어, 적색)으로 표시되도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 IT기반의 조질열처리 공정 모니터링 방법과 그 시스템은, 열처리의 생산에 영향을 미치는 주요한 공정변수(온도, CP(Carbon Potential), CO2, LNG 및 Air, 속도 등)들을 실시간으로 측정하여 모니터링 하고, 제조 공정상에서 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하여 그 결과를 공정에 적용시켜 공정의 최적화, 생산성 향상, 불량률 감소를 구현함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10 : 공정이동표 100 : 조질 열처리 설비 라인
101 : PLC 본체 102 : 스캐너
110 : 부품공급기 120 : 전세척조
130 : 가열로 140 : 소입(Quenching)조(유조)
150 : 후세척조 160 : 템퍼링(Tempering)로
170 : 퇴출장치 180 : 센서
181 : 온도센서 182 : CP센서
183 : CO₂센서 184 : LNG센서
185 : 에어(Air)센서 186 : 속도센서
210 : 웹서버 220 : 관리서버
230 : 데이터베이스(Database: DB)
240 : 현황판 250 : 경보장치
260 : 모니터링 PC 270 : ERP PC
280 : 스마트폰

Claims

(a) ERP PC에서 열처리 부품의 부품이력을 입력받아 ERP에 저장한 후 공정이동표를 출력하고, 열처리 공정 라인에 설치된 PLC 본체에서 상기 공정이동표를 받은 작업자로부터 상기 공정이동표의 바코드 또는 QR코드를 스캐너로 리딩하면, PLC 화면에 부품의 품명, 품번, 규격, 재질, 경도를 포함한 부품의 세부내역과, 부품의 공급가속도, 가열로 온도, 소입 온도, 템퍼링 온도를 포함한 설비별 공정조건을 출력하는 단계;
(b) 상기 PLC 화면을 통해 상기 부품의 세부내역과 설비별 공정조건을 확인한 작업자로부터 설비별 공정조건을 입력받거나 작업시작명령을 입력받아 부품을 투입하는 단계;
(c) 상기 부품을 60℃±10℃의 온도를 갖는 세척액 속에 넣어서 10분의 세척시간으로 부품에 도포된 가공유와 이물질을 제거하는 전세척 단계;
(d) 상기 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서 변성가스를 이용하여 880℃±9℃의 온도와 65±5분의 가열유지시간으로 열처리하는 가열 단계;
(e) 상기 부품을 70℃±10℃의 온도를 갖는 소입유 속에 넣어서 17분±5분의 소입 시간으로 담금질하는 소입 단계;
(f) 상기 (e)의 소입 단계 후, 경도측정장비를 이용하여 상기 부품의 소입 경도를 측정하는 중간검사 단계;
(g) 상기 부품을 60℃±10℃의 온도를 갖는 세척액 속에 넣어서 10분의 세척시간으로 부품에 묻은 소입유를 제거하는 후세척 단계;
(h) 상기 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서 고객의 부품요구 조건에 따라 온도를 설정하고 110±5분의 템퍼링 시간으로 열처리하는 템퍼링 단계;
(i) 상기 부품을 냉각시킨 후, 고객의 부품요구 조건에 부합하는지 측정장비를 이용하여 부품을 최종 검사한 다음 검사성적서를 출력하고 부품을 출하하는 단계;
(j) 상기 (b)의 부품 투입에서부터 상기 (h)의 템퍼링 단계까지 열처리 공정에 영향을 미치는 온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도를 포함한 공정변수를 센서로 각각 측정하여 열처리 공정 라인을 상기 설비별 공정조건으로 유지하도록 제어하고, 상기 센서의 측정값과 상기 설비별 공정조건의 설정값의 하한값 및 상한값을 현황판과 모니터링 PC에 실시간으로 표시하며, 상기 센서에서 측정된 데이터를 ERP에 자동 저장하는 단계; 및
(k) 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우, 상기 현황판과 모니터링 PC에서 설정값을 벗어난 센서의 측정값을 다른 색으로 표시하고 경광등을 점등하고 경보음을 발생시키며, 열처리 공정 라인의 전체 공정을 자동으로 정지시켜 후속조치가 이루어지도록 하고, 해당 센서가 설치된 설비의 공정을 모니터링 PC에서 설정하거나 제어하는 단계;
를 포함하는 조질열처리 공정 모니터링 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 조질열처리 공정 모니터링 방법은,
상기 센서의 측정값이 상기 설정값의 하한값 또는 상한값을 벗어나거나 열처리 설비 라인이 정지한 경우 작업자 또는 관리자의 스마트폰으로 SMS 문자를 전송하는 조질열처리 공정 모니터링 방법.
삭제
열처리 부품의 부품이력을 입력받아 ERP에 입력하고 공정이동표를 출력하는 ERP PC;
상기 공정이동표의 바코드 또는 QR코드를 스캐너로 리딩하면, 부품의 품명, 품번, 규격, 재질, 경도를 포함한 부품의 세부내역과, 부품의 공급가속도, 가열로 온도, 소입 온도, 템퍼링 온도를 포함한 설비별 공정조건을 PLC 화면에 출력하고, 상기 PLC 화면을 통해 상기 부품의 세부내역과 설비별 공정조건을 확인한 작업자로부터 작업시작명령을 입력받아 부품을 투입하며, 설비별 공정조건을 설정하는 PLC 본체;
상기 PLC 본체의 작업지시에 따라 부품공급기에서 부품을 공급하고, 전세척, 가열, 소입, 후세척, 템퍼링 공정으로 고온에서 가열과 냉각을 반복하여 강도가 높고 인성이 풍부한 기계적 성질을 부품에 부여하며, 상기 부품의 공급에서부터 템퍼링 공정까지 열처리 공정 라인에 설치된 센서의 측정값을 모니터링하여 열처리 공정 라인을 상기 설비별 공정조건으로 유지하며, 상기 센서의 측정값이 설정값의 하한값 또는 상한값을 벗어난 경우 경광등을 점등하고 경보음을 발생시키며 열처리 공정 라인의 전체 공정을 자동으로 정지시켜 후속조치가 이루어지도록 하는 조질 열처리 설비 라인;
상기 조질 열처리 설비 라인에 설치되며, 열처리 공정에 영향을 미치는 온도, CP, CO2, LNG 및 Air, 속도를 포함한 공정변수를 실시간으로 각각 측정하여 ERP에 자동 저장하고, 현황판에 측정값을 실시간 표시하는 복수의 센서;
상기 센서의 측정값과 상기 설비별 공정조건의 설정값의 하한값 및 상한값을 각각 표시하고, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 설정값이 벗어난 센서의 측정값을 다른 색으로 표시하는 현황판;
상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 경광등을 점등하고 스피커를 통해 경보음을 발생하는 경보장치;
상기 센서의 측정값과 상기 설정값을 비교하여 상기 조질 열처리 설비 라인의 공정을 실시간으로 모니터링하면서 상기 설비별 공정조건으로 유지시키며, 제조공정상에 발생되는 각종 변수의 영향을 평가 및 분석하고, 상기 부품의 세부내역과 설비별 공정조건을 확인하고 상기 센서의 설정값의 하한값 및 상한값을 설정하며, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 해당 센서가 설치된 설비 라인의 공정을 설정하거나 제어하는 모니터링 PC; 및
상기 ERP PC로부터 부품이력을 받아 ERP에 입력 및 관리하고, 상기 센서의 측정값과 상기 설정값의 하한값 및 상한값을 상기 현황판과 모니터링 PC에 실시간 표시하도록 제공하고, 상기 모니터링 PC의 제어에 의해 상기 조질 열처리 설비 라인의 공정을 제어하고, 상기 센서의 측정값이 상기 설정값을 벗어난 경우 상기 경보장치를 작동시키고 상기 조질 열처리 설비 라인의 전체 공정을 정지시켜 후속 조치가 이루어지도록 하며, 작업자 또는 관리자의 스마트폰으로 SMS 문자를 전송하는 관리서버;
를 포함하는 조질열처리 공정 모니터링 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 조질 열처리 설비 라인은,
부품을 전세척조로 공급하는 부품공급기;
상기 부품공급기로부터 공급된 부품을 60℃±10℃의 세척액 속에 넣어서 부품에 도포된 가공유와 이물질을 제거하는 전세척조;
상기 전세척조로부터 공급된 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서, 변성가스를 이용하여 880℃±9℃의 온도와 65±5분의 가열유지시간으로 열처리하는 가열로;
상기 가열로로부터 공급된 부품을 70℃±10℃의 소입유 속에 소정의 시간동안 넣어서 담금질하는 소입조;
상기 소입조로부터 공급된 부품을 60℃±10℃의 세척액 속에 넣어서 부품에 묻은 소입유를 제거하는 후세척조;
상기 후세척조로부터 공급된 부품을 메쉬벨트에 적재하여 이송하면서, 전기열을 이용하여 고객의 부품요구 조건에 따라 설정된 온도와 110±5분의 템퍼링 시간으로 열처리하는 템퍼링로; 및
상기 템퍼링로에서 나오는 부품을 냉각시킨 후 적재함에 적재하는 퇴출장치;
를 포함하는 조질열처리 공정 모니터링 시스템.