KR102213712B1 - 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템 - Google Patents

스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템 Download PDF

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KR102213712B1
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Abstract

본 발명은, 용접로봇(110), 용접로봇(110)으로 전압과 전류와 용접가스를 제공하는 용접기(120), 전류센서(131)와 유량센서(132)와 압력센서(133)로 구성되는 센서부, 용접로봇(110)을 제어하고 감지정보를 수집하고 경고신호를 생성하는 현장모니터링 시스템(140), 감지정보를 실시간 모니터링하고, 작업표준서를 표시하고, 경고신호를 표시하는 디스플레이부(150), 및 용접로봇(110)의 제어상태 및 용접 운전상태와 감지정보를 통합관리하고 생산관리를 수행하는 통합관리서버(160)를 포함하여, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선 및 자동차 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산에 대응할 수 있는 용접품질에 대한 실시간 모니터링을 수행하도록 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템을 개시한다.

Description

스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템{System for Monitoring Realtime Welding on Smart Factory}
본 발명은, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선 및 자동차 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산에 대응할 수 있는 용접품질에 대한 실시간 모니터링을 수행하도록 할 수 있는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템에 관한 것이다.
통상, 산업용접현장에서는 용접이 가능여부보다는 용접품질 및 생산성이 기업의 부가가치창출에 있어 주요한 요소로 평가되고 있다.
한편, 자동생산 설비 또는 로봇을 사용하여 제품을 생산할 경우에, 생산성의 측면에서는 이점을 확보할 수 있지만, 작업자가 현장에서 용접상태에 대하여 현장에서 즉각적으로 감시하고 있지 못하고 있으며, 실시간으로 용접상태에 대하여 용접품질을 비파괴 방식으로 감시하는 품질 모니터링의 중요성이 강조되는 있는 실정이다.
이와 같은 용접 부결함은 제품의 기계적 특성을 변형시켜 심각한 내구성 문제를 야기할 수 있고 결과적으로 안정상의 대형사고 원인이 되기도 한다.
한편, 기본적으로 폭넓게 사용되고 있는 용접부 검사방법은 전수검사, 방사선 투과(RT) 검사 또는 초음파 탐상(UT)이 있으나, 이는 비용 및 효율 측면에서 뿐만 아니라 실제 산업 현장에 적용하기에는 현실적으로 어려움이 따른다.
이에, 시간적, 경제적인 손실을 줄일 수 있는 보다 효율적인 실시간 결함진단 시스템에 관한 중요성이 더욱 높아지고 있어서, 최근 결함진단 시스템에 대한 필요성이 널리 인식된 후, 용접 분야의 환경변화를 고려하여서, 현장 작업자들이 실시간으로 용접품질을 감시하고 품질상태를 역추적할 수 있는 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
더 나아가, 생산현장의 용접시에 취득한 실시간 데이터의 신호처리를 통하여, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선, 및 자동차 분야의 다품종 소량 생산에 대응할 수 있는 용접 실시간 모니터링 기술이 요구되고, 스마트팩토리 구축을 위하여 데이터베이스가 확보되어야 한다.
한국 공개특허공보 제10-2018-0003048호 (용접 품질 관리 시스템, 2018.01.09) 한국 등록특허공보 제10-1799322호 (용접 관리 시스템 및 용접 관리를 위한 방법, 2017.11.22)
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선 및 자동차 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산에 대응할 수 있는 용접품질에 대한 실시간 모니터링을 수행하도록 하고, 스마트팩토리 구축을 위한 데이터베이스를 확보할 수 있는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산 공정 중 용접공정을 수행하는 다수의 용접로봇; 상기 용접로봇으로 전압과 전류를 공급하고, 용접가스 저장탱크로부터 용접가스를 제공하는 용접기; 상기 용접로봇으로 인가되는 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 용접로봇으로 공급되는 용접가스 유량을 감지하는 유량센서와, 상기 용접가스 저장탱크의 공압을 감지하는 압력센서로 구성되는 센서부; 다수의 상기 용접로봇을 제어하고, 용접 운전상태를 감시하고, 상기 용접기로부터의 용접가스 잔량 감지정보와, 상기 센서부로부터 전류와 용접가스 유량 및 공압 감지정보를 수집하고, 전류와 전압과 용접가스 유량의 상기 감지정보가 설정된 기준값 상하한 값을 벗어나면 경고신호를 생성하는, 현장모니터링 시스템; 상기 감지정보를 실시간 모니터링하고, 작업표준서를 표시하고, 상기 경고신호를 표시하는 디스플레이부; 및 상기 현장모니터링 시스템과 통신하여, 상기 용접로봇의 제어상태 및 용접 운전상태와, 상기 감지정보를 현장별, 용접공정별, 용접로봇별, 날짜별 및 시간대별로 통합관리하여, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 분석하여 생산관리를 수행하는, 통합관리서버;를 포함하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 현장모니터링 시스템으로부터 상기 경고신호를 표시하는 경고등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합관리서버는 상기 현장모니터링 시스템으로부터의 상기 경고신호를 관리자 단말기로 푸시하여 전송할 수 있다.
또한, 상기 통합관리서버는, MES 또는 POP를 적용하여, 상기 작업표준서의 품목별 작업조건 대비 상기 감지정보를 실시간 비교분석하여 용접공정의 정상/이상여부의 용접결과를 제공하고, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 조회하도록 할 수 있다.
또한, 상기 통합관리서버는, 용접데이터와 생산데이터와 불량데이터와 타점데이터를 조회하고, 상기 작업표준서를 표시하고, 경고신호 생성 이력을 관리하고 조회할 수 있다.
또한, 상기 용접로봇의 용접공정을 영상촬영하는 카메라를 더 포함하고, 상기 통합관리서버는 촬영된 영상을 실시간 모니터링하여 용접 운전상태를 감시할 수 있다.
또한, 상기 통합관리서버는, 생산제품 변경시, 해당 생산제품에 상응하는 작업표준서를 상기 현장모니터링 시스템에 전송하여 상기 용접로봇이 해당 용접공정을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 감지정보를 노이즈필터링하는 노이즈필터를 더 포함하여, 노이즈가 제거된 상기 감지정보를 상기 현장모니터링 시스템 및 상기 통합관리서버의 DB로 전송할 수 있다.
또한, 상기 용접로봇의 토치로 안티스패터액을 분사하여 스패터를 제거하고 드레싱하는 토치클리너를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합관리서버는, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 그래프로 디스플레이하여 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선 및 자동차 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산에 대응할 수 있는 용접품질에 대한 실시간 모니터링을 수행하도록 하고, 스마트팩토리 구축을 위한 데이터베이스를 확보할 수 있고, 용접데이터와 생산데이터와 불량데이터와 타점데이터를 조회하고, 작업표준서를 제공하고, 알람(경고) 이력 관리/조회를 수행하여 용접공정을 통합관리할 수 있고, 용접로봇별로 다채널 모니터링을 지원할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템의 개략적인 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템을 구현한 구성도를 예시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템의 통합관리서버의 UI화면을 각각 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템은, 전체적으로, 용접로봇(110), 용접로봇(110)으로 전압과 전류와 용접가스를 제공하는 용접기(120), 전류센서(131)와 유량센서(132)와 압력센서(133)로 구성되는 센서부, 용접로봇(110)을 제어하고 감지정보를 수집하고 경고신호를 생성하는 현장모니터링 시스템(140), 감지정보를 실시간 모니터링하고, 작업표준서를 표시하고, 경고신호를 표시하는 디스플레이부(150), 및 용접로봇(110)의 제어상태 및 용접 운전상태와 감지정보를 통합관리하고 생산관리를 수행하는 통합관리서버(160)를 포함하여, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선 및 자동차 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산에 대응할 수 있는 용접품질에 대한 실시간 모니터링을 수행하도록 하는 것을 요지로 한다.
우선, 용접로봇(110)은 용접 자동화를 구현하는데, 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산 공정 중 용접공정을 수행하도록 설비별, 품목별 또는 용접공정별로 다수로 구비된다.
다음, 용접기(120)는, 용접로봇(110)으로 아크용접/레이저용접/저항용접을 위한 전압과 전류를 공급하고, 용접가스 저장탱크(121)로부터 산소연료용접을 위한 용접가스를 제공한다.
다음, 센서부는, 용접로봇(110)으로 인가되는 전류를 감지하는 전류센서(131)와, 용접로봇(110)으로 공급되는 용접가스 유량을 감지하는 유량센서(132)와, 용접가스 저장탱크(121)의 공압을 감지하는 압력센서(133)로 구성되어서, 각각의 해당 감지정보를 현장모니터링 시스템(140)로 전송한다.
한편, 감지정보를 노이즈필터링하는 노이즈필터(미도시)를 더 포함하여, 노이즈가 제거된 유효한 감지정보를 현장모니터링 시스템(140) 및 통합관리서버(160)의 DB(161)로 전송하도록 하여서, 감지정보의 신뢰성을 높일 수 있다.
다음, 현장모니터링 시스템(140)는, 용접로봇 컨트롤러로서 다수의 용접로봇(110)의 용접동작을 제어하고, 용접 운전상태의 정상/이상 여부를 감시하고, 용접기(120)로부터의 용접가스 저장탱크(121)의 용접가스 잔량 감지정보와, 센서부로부터의, 즉 전류센서(131)에 의한 전류와 유량센서(132)에 의한 용접가스 유량 및 압력센서(133)에 의한 공압의 감지정보를 수집하고, 전류와 전압과 용접가스 유량이 감지정보가 설정된 기준값 범위내의 상한값과 하한값을 벗어나면 경고신호를 생성한다.
예컨대, 전류, 전압 및 용접가스 유량의 상하한 기준값을 벗어나면, 이에 해당하는 경고신호를 생성하여 디스플레이부(150) 또는 통합관리서버(160)를 통한 관리자 단말기(170)로 전송하여서 작업자 또는 관리자가 인지하도록 할 수 있다.
한편, 현장모니터링 시스템(140)로부터 경고신호를 표시하는 경고등(141)을 포함하여서, 현장 작업자가 시각적으로 또는 청각적으로 인지하여 신속하게 대처하도록 할 수도 있다.
다음, 디스플레이부(150)는, 감지정보를 실시간 모니터링하고, 전산화된 작업표준서를 표시하고, 경고신호를 표시하여서, 현장에서 작업자가 용접 운전상태를 실시간 확인하도록 할 수 있다.
다음, 통합관리서버(160)는, 용접데이터와 생산데이터와 불량데이터와 타점데이터를 조회하고, 작업표준서를 제공하고, 알람(경고) 이력 관리/조회를 수행하는데, 현장모니터링 시스템(140)와 직접 통신하거나 디스플레이부(150)를 통해 E-NET 통신하여서, 용접로봇(110)의 제어상태 및 용접 운전상태와, 감지정보를 현장별, 용접공정별, 용접로봇별, 날짜별 및 시간대별로 통합관리하여, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 분석하여 생산관리를 수행한다.
여기서, 통합관리서버(160)는 현장모니터링 시스템(140)로부터의 경고신호를 관리자 단말기(170)로 푸시하여 전송하여서, 관제실 또는 원격지의 관리자가 인지하도록 하여 경고신호에 해당하는 용접 운전상태의 이상 또는 오류에 대처하도록 할 수 있고, 관리자 단말기(170)의 통합관리앱을 통해 용접로봇(110)의 제어상태 및 용접 운전상태와 감지정보를 실시간 모니터링할 수도 있다.
한편, 통합관리서버(160)는, MES(Manufacturing Execution System) 또는 POP(Point Of Product)를 적용하여, 작업표준서의 품목별 전류/전압/공압/용접가스 유량의 작업조건 대비 감지정보를 실시간 비교분석하여 용접공정의 정상/이상여부의 용접결과를 제공하고, 용접로봇별 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 조회하도록 할 수 있다.
또한, 통합관리서버(160)는, 용접데이터와 생산데이터와 불량데이터와 타점데이터를 조회하고, 작업표준서를 표시하고, 경고신호 생성 이력을 관리하고 조회할 수 있다.
또한, 통합관리서버(160)는, 생산제품 변경시, 해당 생산제품에 상응하는 작업표준서를 현장모니터링 시스템(140)에 전송하여 용접로봇(110)이 해당 용접공정을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 통합관리서버(160)는, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 그래프로 디스플레이하여 제공할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6은 도 1의 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템의 통합관리서버의 UI화면을 각각 예시한 것으로서, 도 3의 (a)는 생산현장의 용접로봇(110)의 제어상태 및 용접 운전상태와, 감지정보를 OPC(OLE for Process Control) 또는 데이터수집 전용 프로그램(gathering S/W)을 통해 수집하는(gathering) UI화면을 예시한 것이고, 도 3의 (b)는 용접로봇별(용접기1,2,3호) 작업자와 상태(비가동)와 품명과 목표수량과 생산량과 불량수량과 가동시간과 달성%와 SHOT과 LOT수량의 정보를 실시간 모니터링하는 UI화면을 예시한 것이고, 도 4의 (a)는 설비별 생산 현황, (b)는 품목별 생산현황, (c)는 생산달성율 현황, (d)는 품목별 생산실적 도수분포의 생산관리 UI화면을 예시한 것이고, 도 5의 (a)는 비가동 이력처리, (b)는 비가동 내역관리, (c)는 비가동 현황분석, (d) 설비종합효율의 생산관리 UI화면을 예시한 것이고, (e)는 품목별 품질 이력, (f)는 도수분포조사의 품질관리 UI화면을 예시한 것이고, 도 6은 항목별 표준값, 상한값, 하한값에 대한 X관리도, R관리도, 표준편차, Cp, 및 Cpk의 항목별 능력 조사의 수치 및 그래프의 UI화면을 예시한 것이다.
이외에, 도시되지는 않았으나, 현장 근무조의 근무정보관리와 작업자 정보와 작업장 정보와 설비정보와 품목정보와 정비부품정보와 품목별 작업표준의 기준정보 UI화면을 제공할 수도 있고, 생산실적자료등록과 생산실적 오류정정과 작업자 교대 오류수저오가 생산작업일보의 생산관리 UI화면을 제공할 수도 있다.
한편, 용접로봇(110)의 용접공정을 영상촬영하는 카메라(180)를 더 포함하여서, 통합관리서버(160)는 카메라(180)에 의해 촬영된 영상을 실시간 모니터링하여 영상정보를 통해서 용접 운전상태를 감시할 수도 있다.
또한, 용접로봇(110)에 인접하여, 용접로봇(110)의 토치로 안티스패터액(anti-spatter)을 분사하여 스패터를 제거하고 드레싱하는 토치클리너(미도시)를 더 포함할 수 있는데, 통합관리서버(160)는 영상정보 또는 용접 운전상태를 분석하여 용접로봇(110)의 토치 상태를 판단하여 용접로봇(110)의 토치를 토치클리너로 이송시켜 스패터를 제거하고 드레싱하도록 할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템의 구성에 의해서, 화학플랜트, 해양플랜트, 조선 및 자동차 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산에 대응할 수 있는 용접품질에 대한 실시간 모니터링을 수행하도록 하고, 스마트팩토리 구축을 위한 데이터베이스를 확보할 수 있고, 용접데이터와 생산데이터와 불량데이터와 타점데이터를 조회하고, 작업표준서를 제공하고, 알람(경고) 이력 관리/조회를 수행하여 용접공정을 통합관리할 수 있고, 용접로봇별로 다채널 모니터링을 지원할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 용접로봇 120 : 용접기
121 : 용접가스 저장탱크 131 : 전류센서
132 : 유량센서 133 : 압력센서
140 : 현장모니터링 시스템 141 : 경고등
150 : 디스플레이부 160 : 통합관리서버
170 : 관리자 단말기 180 : 카메라

Claims (10)

  1. 스마트팩토리 분야의 다품종 소량생산 공정 중 용접공정을 수행하는 다수의 용접로봇;
    상기 용접로봇으로 전압과 전류를 공급하고, 용접가스 저장탱크로부터 용접가스를 제공하는 용접기;
    상기 용접로봇으로 인가되는 전류를 감지하는 전류센서와, 상기 용접로봇으로 공급되는 용접가스 유량을 감지하는 유량센서와, 상기 용접가스 저장탱크의 공압을 감지하는 압력센서로 구성되는 센서부;
    다수의 상기 용접로봇을 제어하고, 용접 운전상태를 감시하고, 상기 용접기로부터의 용접가스 잔량 감지정보와, 상기 센서부로부터 전류와 용접가스 유량 및 공압 감지정보를 수집하고, 전류와 전압과 용접가스 유량의 상기 감지정보가 설정된 기준값 상하한 값을 벗어나면 경고신호를 생성하는, 현장모니터링 시스템;
    상기 감지정보를 실시간 모니터링하고, 작업표준서를 표시하고, 상기 경고신호를 표시하는 디스플레이부; 및
    상기 현장모니터링 시스템과 통신하여, 상기 용접로봇의 제어상태 및 용접 운전상태와, 상기 감지정보를 현장별, 용접공정별, 용접로봇별, 날짜별 및 시간대별로 통합관리하여, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 분석하여 생산관리를 수행하는, 통합관리서버;를 포함하며,
    상기 통합관리서버는, MES 또는 POP를 적용하여, 상기 작업표준서의 품목별 작업조건 대비 상기 감지정보를 실시간 비교분석하여 용접공정의 정상/이상여부의 용접결과를 제공하며, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 조회하고, 생산제품 변경시, 해당 생산제품에 상응하는 작업표준서를 상기 현장모니터링 시스템에 전송하여 상기 용접로봇이 해당 용접공정을 수행하며, 생산실적정보와 시간대별 생산현황과 품목별 생산현황과 설비별 생산현황과 비가동정보와 불량정보를 그래프로 디스플레이하여 제공하는 것을 특징으로 하는 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현장모니터링 시스템으로부터 상기 경고신호를 표시하는 경고등을 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통합관리서버는 상기 현장모니터링 시스템으로부터의 상기 경고신호를 관리자 단말기로 푸시하여 전송하는 것을 특징으로 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통합관리서버는, 용접데이터와 생산데이터와 불량데이터와 타점데이터를 조회하고, 상기 작업표준서를 표시하고, 경고신호 생성 이력을 관리하고 조회하는 것을 특징으로 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용접로봇의 용접공정을 영상촬영하는 카메라를 더 포함하고, 상기 통합관리서버는 촬영된 영상을 실시간 모니터링하여 용접 운전상태를 감시하는 것을 특징으로 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 감지정보를 노이즈필터링하는 노이즈필터를 더 포함하여, 노이즈가 제거된 상기 감지정보를 상기 현장모니터링 시스템 및 상기 통합관리서버의 DB로 전송하는 것을 특징으로 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 용접로봇의 토치로 안티스패터액을 분사하여 스패터를 제거하고 드레싱하는 토치클리너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스마트공장 적용을 위한 실시간 용접 모니터링 시스템.
  10. 삭제
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