KR102420874B1 - 셀프 피어싱 리벳 체결 품질의 모니터링 방법과 셀프 피어싱 리벳 체결 공정 및 이를 위한 설비 시스템 - Google Patents

셀프 피어싱 리벳 체결 품질의 모니터링 방법과 셀프 피어싱 리벳 체결 공정 및 이를 위한 설비 시스템 Download PDF

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Abstract

셀프 피어싱 리벳 등의 체결 품질의 비파괴-실시간 모니터링 방법과 이를 포함하는 셀프 피어싱 리벳 체결 공정 방법, 그리고 이를 위한 설비 시스템이 제공된다. 상기 모니터링 방법은 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가한다.

Description

셀프 피어싱 리벳 체결 품질의 모니터링 방법과 셀프 피어싱 리벳 체결 공정 및 이를 위한 설비 시스템{METHOD FOR MONITORING OF JOINING QUALITY FOR SELF PIERCING RIVET, PROCESS FOR JOINING OF SELF PIERCING RIVET, AND APPARATUS SYSTEM FOR THE SAME}
본 발명은 셀프 피어싱 리벳을 포함하는 기계적 체결에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 셀프 피어싱 리벳 등의 체결 품질의 비파괴-실시간 모니터링 방법과 이를 포함하는 셀프 피어싱 리벳 체결 공정 방법, 그리고 이를 위한 설비 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 이종(異種) 소재 접합 또는 다종(多種) 소재 접합은 종류와 물성 및 특성이 서로 상이한 복수의 소재를 접합 내지는 결합하는 것을 의미한다. 넓은 의미의 이종 소재 접합은 소재 간의 접합 기술, 성형 기술, 표면 처리 기술 등을 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 최근 소재의 경량화 및 고강도화 등이 요구됨에 따라 종래의 금속 외 다양한 소재의 활용이 이루어지고 있고, 이에 따라 이종 소재 접합 기술과 관련한 다양한 연구가 이루어지고 있다
하지만 철강재용 기존 용융 기반 용접 기술(예컨대, 저항 점 용접(resistance spot welding), 아크 용접(arc welding), 레이저 용접(laser welding) 등)은 상이한 물성을 가진 이종소재 접합에 적용이 불가하므로 접착제 접합(adhesive bonding), 기계적 체결(mechanical joint) 등의 비용접 기법이 제안되고 있다.
기계적 체결 기술은 접합 소재 간의 물리적 경계를 유지하며 별도의 체결 부재를 이용하여 이종 소재를 기계적으로 결합하는 기술을 총칭한다. 전통적인 기계적 체결 방법인 볼트-너트(bolt-nut) 결합, 블라인드 리벳팅(blind riveting) 등은 접합 부재의 홀(Hole) 가공이 선행되어야 하며 홀과 홀, 홀과 리벳의 정렬이 필요하므로 공정이 복잡하고 자동화가 어려운 단점이 있다. 따라서 최근엔 셀프 피어싱 리벳팅(Self-Piercing Riveting, SPR), 플로우 드릴 스크류(Flow Drill Screwing, FDS), 클린칭(clinching) 등의 홀 가공을 전제하지 않는 기계적 체결 방법이 각광받는다.
국제특허 공개번호 WO/2014/013232 A1 (2014.01.23) (특허문헌 2) 미국 공개특허문헌 2018/0117666 A1 (2018.05.03) (특허문헌 3) 한국 공개특허문헌 10-2016-0011060 A (2016.01.29)
셀프 피어싱 리벳팅(SPR)은 기계적 체결 기술로서 대표적인 성형 기반 스폿 접합(spot joining) 기술 중 하나이다. 셀프 피어싱 리벳팅의 경우 소재의 변형이 크지 않고 비교적 간단한 방법으로 매우 견고한 결합 강도를 나타낼 수 있어 널리 사용되고 있는 기계적 체결 방법이다. 셀프 피어싱 리벳팅에 대해서는 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에 개시된 바 있다.
셀프 피어싱 리벳팅은 볼트-너트 체결에 비해 공정이 단순하여 자동화가 가능하기 때문에 생산성이 높고, 열변형이 상대적으로 적으며 이종 소재 및 코팅 소재에 적용 가능한 장점이 있다. 또, 비철금속과 철강의 이종 소재 접합에 이용 가능하고 접합 강도가 매우 우수하며 환경 친화적이기 때문에 이종 소재 스폿 접합의 가장 현실적인 대안으로 평가되고 있다.
셀프 피어싱 리벳팅은 접합하고자 하는 두개의 소재의 일측에서 특수한 형상의 리벳을 삽입하여 수행된다. 셀프 피어싱 리벳팅은 리벳이 상부 소재를 관통하고, 하부 소재의 아래쪽에 위치한 성형대(또는 다이) 형상에 따라 플레어링(flaring)이라 불리우는 리벳의 형상 변형 및 그에 따른 하부 소재의 형상 변형에 의해 상부 소재와 하부 소재가 강하게 맞물리며 결합된다. 따라서 셀프 피어싱 리벳팅은 하부 소재의 연성이 낮거나, 상부 소재의 강도가 지나치게 큰 경우, 또는 미스 얼라인(miss-align) 등의 경우 체결 불량이 발생될 수 있다.
한편, 기계적 체결 기술의 가장 중요한 요소 중 하나는 기계적 체결 품질의 평가이다. 특히 셀프 피어싱 리벳팅 등의 경우 체결이 한번 이루어지고 나면 이를 파괴하지 않고 결합 상태, 즉 체결 품질을 평가하기 위한 수단이 마땅치 않은 실정이다. 특히 기계적 체결의 자동화 관점에서 체결 후 체결 부위의 비파괴 검사, 나아가 실시간 모니터링(real-time monitoring)에 대한 필요성이 매우 크며, 이에 따라 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 예를 들어 특허문헌 3은 금속 패널의 리벳 이음 검사 방법을 개시한다. 구체적으로 특허문헌 3은 리벳 이음에 사용되는 펀치의 하중과 변위를 이용하여 체결 품질을 평가하는 방법을 개시한다.
그러나 특허문헌 3과 같이 하중과 변위를 기반으로 하는 체결 품질의 검사 방법은 그 변수가 다양하여 이를 데이터화하여 초기 설정을 진행해야하는 번거로움이 있으며, 이에 따라 하나의 설비를 다양한 종류의 부재들에 대한 기계적 체결의 품질 평가에 적용하기 곤란한 문제가 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 기술과 새로운 방법으로 기계적 체결의 품질을 모니터링할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 위와 같은 기계적 체결 품질의 모니터링 방법을 포함하여, 이를 이용함으로써 자동화 가능한 기계적 체결 공정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 기계적 체결 공정을 위한 자동화 설비 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 모니터링 방법은, 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가한다.
상기 음향 신호를 측정 및 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
또, 상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 100Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 10 이상일 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 100Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 3배 이상일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
또, 상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 100Hz 내지 150Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 1보다 작을 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 100Hz 내지 150Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 2.5배 이상일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 0.5 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
또, 상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호 크기의 합이 소정 기준 이하일 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
또한 상기 플레어링 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 0.3 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
상기 플레어링 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호 크기의 합이 소정 기준 이하일 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 모니터링 방법은, 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 피어싱 공정 중에서 발생하는 음향 신호의 크기가, 그 전에 측정된 음향 신호의 크기 보다 작을 클 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단한다.
전체 공정 중에서 발생하는 음향 신호의 크기가 250MPa 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 셀프 피어싱 리벳 체결 공정은, 기계적 체결 대상을 셀프 피어싱 리벳팅하며 음향을 측정하고 푸리에 변환하여 음향 신호를 분석하는 제1 스테이지 단계; 및 상기 제1 스테이지 단계와 동일 대상에 대해 동일 설비로 셀프 피어싱 리벳팅하며 음향을 측정하고 푸리에 변환하여 음향 신호를 분석하는 제2 스테이지 단계를 포함한다.
상기 제1 스테이지 단계는 음향 신호의 기준값을 설정, 보정 및 데이터화하는 단계이고, 상기 제2 스테이지 단계는 기계적 체결의 본 공정일 수 있다.
또, 상기 제1 스테이지 단계 및 상기 제2 스테이지 단계는 각각 제1항에 따른 방법을 포함하여 수행될 수 있다.
상기 제1 스테이지 단계의 분석 결과를 기계 학습하여 상기 제2 스테이지 단계에 반영하고, 셀프 피어싱 리벳 체결 공정과 동시에 실시간 모니터링을 수행할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결 설비 시스템은 리벳 펀치 유닛과 다이를 포함하는 기계적 체결부; 상기 기계적 체결부에 인접하여 배치되고, 기계적 체결 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하는 음향 측정 유닛; 및 상기 음향 측정 유닛의 측정 결과를 푸리에 변환하는 음향 처리 유닛을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기계적 체결, 특히 셀프 피어싱 리벳팅 공정에서 발생하는 음향을 측정하고, 측정된 음향 데이터로부터 특유화된 식별 데이터를 포착하여 기계적 체결의 불량 유무 및 품질을 평가할 수 있다.
특히 체결 과정에서 발생하는 음향을 실시간으로 측정하고 분석함으로써 비파괴 검사는 물론 실시간 검사를 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결 설비 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 기계적 체결 설비 시스템의 모식도이다.
도 3은 셀프 피어싱 리벳팅 공정을 순서대로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 내지 도 13은 각각 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결 공정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 15 내지 도 19는 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
도 20 내지 도 24는 실험예 3에 따른 결과를 나타낸 이미지들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결 설비 시스템의 구성도이다. 도 2는 도 1의 기계적 체결 설비 시스템의 모식도이다. 도 3은 셀프 피어싱 리벳팅 공정을 순서대로 나타낸 모식도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결 설비 시스템(1)은 기계적 체결부(10), 음향 측정 유닛(21) 및 음향 처리 유닛(23)을 포함할 수 있다.
기계적 체결부(10)는 기계적 체결을 수행하기 위한 구성요소를 의미할 수 있다. 예를 들어, 기계적 체결이 셀프 피어싱 리벳일 경우, 기계적 체결부(10)는 펀치 유닛(P) 및 엔빌 다이(D)를 포함할 수 있다. 일반적으로 셀프 피어싱 리벳팅 공정은 클램핑(clamping), 피어싱(piercing), 플레어링(flaring) 및 릴리징(releasing) 순으로 이루어질 수 있다.
클램핑(clamping)은 엔빌 다이(D)와 펀치 유닛(P) 사이에 접합 대상(100), 예컨대 상부 피스(110)와 하부 피스(120)를 개재하고, 이를 정렬(align)한 후 고정하는 단계를 의미할 수 있다. 도 3은 접합 대상(100)이 상부 피스(110)와 하부 피스(120) 2개만을 포함하는 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 접합 대상(100)은 세개 이상의 피스로 이루어질 수도 있다.
상부 피스(110)와 하부 피스(120)는 각각 금속 재질 또는 비금속 재질을 포함할 수 있다. 금속 재질의 예로는 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 또는 이들의 합금 등을 들 수 있다. 비금속 재질은 탄소섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP) 등을 예시할 수 있다.
피어싱(piercing)은 펀치 유닛(P)을 이용하여 리벳(R)을 접합 대상(100)에 적어도 부분적으로 관통시키는 단계를 의미할 수 있다. 리벳(R)의 가압은 펀치 유닛(P)을 통해 수행될 수 있다.
플레어링(flaring)은 리벳(R)이 접합 대상(100)을 관통하며 형상이 변형되는 단계를 의미할 수 있다. 예를 들어, 리벳(R)의 생크(shank)는 마치 폭발하는 것과 같이 벌어지며 연성을 갖는 피스, 예컨대 하부 피스(120)의 형상을 변형시킬 수 있다. 변형 형상은 엔빌 다이(D) 상면의 형상에 맞추어 변형될 수 있다. 도 3은 엔빌 다이(D)의 기저면이 볼록하게 돌출된 형상을 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 플레어링 과정에서 형상이 변형된 상부 피스(110)와 하부 피스(120), 그리고 리벳(R)은 서로 맞물리며 상부 피스(110)와 하부 피스(120)가 단단히 고정될 수 있다.
마지막으로 릴리징(releasing)은 기계적 체결이 완료된 후 펀치 유닛(P)을 상부로 이동시켜 고정 상태를 해제하는 단계를 의미할 수 있다.
음향 측정 유닛(21)은 펀치 유닛(P) 및 엔빌 다이(D)와 인접하여 위치할 수 있다. 즉, 음향 측정 유닛(21)은 펀치 유닛(P)과 엔빌 다이(D) 사이의 공정 공간과 인접하여 위치하며, 상기 공정 공간에서 발생하는 음향을 측정할 수 있다. 음향 측정 유닛(21)은 마이크로폰(microphone) 등의 음향 센서를 포함할 수 있다.
음향 처리 유닛(23)은 음향 측정 유닛(21)에서 측정된 음향 신호를 처리하거나, 변환하거나, 분석하는 등의 기능을 수행할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 음향 처리 유닛(23)은 음향 측정 유닛(21)에서 측정된 음향 신호를 푸리에 변환(Fourier Transform)할 수 있다. 푸리에 변환의 상세한 예시로는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 들 수 있다.
음향 측정 유닛(21)에서 측정된 음향 신호는 시간 경과에 따른 음향 신호의 크기로 표현될 수 있다. 상기 음향 신호의 크기는 압력 또는 데시벨(dB) 등으로 표현될 수 있다. 반면 음향 처리 유닛(23)에서 변환된 음향 신호는 주파수(Hz)에 대한 음향 신호의 크기로 표현될 수 있다. 상기 음향 신호의 크기는 압력, 또는 데시벨, 또는 진폭(amplitude) 등으로 표현될 수 있다. 즉 음향 처리 유닛(23)은 공정 시간 경과에 따른 신호의 크기를 주파수 대역 별 신호의 크기로 변환할 수 있다. 본 실시예에 따른 기계적 체결 품질의 모니터링 내지는 평가 방법은 음향 측정 유닛(21)에서 측정된 음향 신호를 바탕으로 수행되거나, 또는 음향 처리 유닛(23)에 의해 변환된 음향 신호를 바탕으로 수행될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
컨트롤러(30)는 기계적 체결부(10)와 음향 측정 유닛(21) 및/또는 음향 처리 유닛(23)을 제어하는 구성요소일 수 있다. 컨트롤러(30)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), 또는 본 기술분야에서 공지된 임의의 형태의 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 메모리는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 또는 본 기술분야에 공지된 임의의 형태의 메모리를 포함하여 구성될 수 있다.
컨트롤러(30)는 타이밍 제어 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 기계적 체결부(10)에서 수행되는 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 시작과 종료, 구체적으로 시작과 클램핑, 피어싱, 플레어링 및 릴리징의 타이밍을 제어할 수 있다. 그리고 상기 타이밍에 관한 데이터와 음향 측정 유닛(21)에서 측정된 음향 신호에 관한 데이터를 조합하여 공정 시간에 따른 음향 신호의 크기를 도출할 수 있다. 또, 컨트롤러(30)는 후술할 방법을 수행함에 있어서 판단을 수행하거나, 또는 판단을 수행하기 위한 소프트웨어를 통해 구현될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 컨트롤러(30)와 음향 처리 유닛(23)은 일체로 구현될 수도 있음은 물론이다.
이하, 전술한 기계적 체결 설비 시스템(1)을 이용하여 기계적 체결의 품질 평가 방법 내지는 모니터링 방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 더 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S110), 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S120) 및 제1 주파수 구간의 신호의 크기의 합과 제2 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 비교하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S110)는 음향 처리 유닛(23)에 의해 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 클램핑, 피어싱, 플레어링 및 릴리징 중에 소정 크기의 음향 신호가 검출될 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S110)의 수행 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 음향 측정 유닛(21)이 음향 측정을 시작하는 시간과 음향 측정을 종료하는 시간에 기초하여 수행될 수 있다. 더 구체적인 비제한적인 예시로, 음향 측정의 시작 후 1초부터 2초까지의 구간에서 약 0.2밀리초(ms) 동안 측정되는 소정 크기의 음향 신호는 클램핑 중에 발생한 것일 수 있다. 또, 음향 측정의 시작 후 2초부터 2.5초까지의 구간에서 약 0.5ms 동안 측정되는 소정 크기의 음향 신호는 피어싱 중에 발생한 것일 수 있다. 음향 측정의 시작 후 2.5초부터 3초까지의 구간에서 약 0.5ms 동안 측정되는 소정 크기의 음향 신호는 플레어링 중에 발생한 것일 수 있다. 또, 플레어링 직후, 예컨대 음향 측정의 시작 후 3초부터 3.5초까지의 구간에서 약 0.2ms 동안 측정되는 소정 크기의 음향 신호는 릴리징 중에 발생한 것일 수 있다. 이처럼 시간 구간에 기초하여 음향을 분리하거나, 또는 특정 크기 이상으로 검출되는 음향 신호를 순차적으로 음향의 분리를 수행할 수 있다.
피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S120)는 음향 처리 유닛(23)에 의해 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 푸리에 변환을 통해 측정된 음향 신호를 주파수 대역별 음향 신호의 크기로 변환할 수 있다. 예를 들어, 측정된 음향 신호는 가로축을 시간으로 하고 세로축을 음향 신호의 크기, 예컨대 압력(Pa) 또는 데시벨(dB)로 할 수 있다. 반면 푸리에 변환을 통해 변환된 음향 신호는 가로축을 주파수(Hz)로 하고 세로축을 음향 신호의 크기, 예컨대 압력, 데시벨 또는 무차원의 진폭 크기(amplitude) 등으로 할 수 있다.
그리고 특정 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 비교하는 단계(S130)는 음향 처리 유닛(23)에 의해 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 발명자들은 기계적 체결, 예컨대 셀프 피어싱 리벳팅의 결과물이 우수한 체결 강도를 갖는 정상인 경우와 그렇지 않은 경우에 주파수 대역별 신호의 특성 차가 있는 것을 발견하고 이에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 실시예에서 음향 신호 크기의 합을 비교하는 단계(S130)는 제1 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합과 제2 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합을 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 주파수 구간은 100Hz 내지 550Hz 범위이고, 상기 제2 주파수 구간은 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제2 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G2)에 대한 상기 제1 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G1)의 비율(G1/G2)이 소정의 기준 이상일 경우 정상인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제2 주파수 구간에서 발생한 신호의 합(G2)에 대한 제1 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G1)의 비율(G1/G2)이 약 5.0 이상, 또는 약 5.5 이상, 또는 약 6.0 이상, 또는 약 6.5 이상, 또는 약 7.0 이상, 또는 약 7.5 이상, 또는 약 8.0 이상, 또는 약 8.5 이상, 또는 약 9.0 이상, 또는 약 9.5 이상, 또는 약 10.0 이상일 경우 정상적인 리벳 체결이 수행된 것으로 판단될 수 있다. 반면, 상기 비율(G1/G2)이 약 5.0 미만, 또는 약 4.5 이하, 또는 약 4.0 이하, 또는 약 3.5 이하, 또는 약 3.0 이하, 또는 약 2.5 이하, 또는 약 2.0 이하, 또는 약 1.5 이하, 또는 약 1.0 이하일 경우 불량한 리벳 체결이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
본 명세서에서, 특정 주파수 구간에서 발생한 신호의 합은, 가로축을 주파수 대역으로 하고 세로축을 신호의 크기로 하는 그래프에 있어서, 해당 주파수 구간에 대한 적분치(integral value)로 표현될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 피어싱 중의 고주파수 대역, 예컨대 2,000Hz 이상의 주파수 대역의 신호와 저주파수 대역, 예컨대 550Hz 이하의 주파수 대역의 신호에 있어서 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제2 주파수 구간, 예컨대 2,000Hz 내지 2,550Hz, 또는 약 2,200Hz 내지 2,500Hz, 또는 약 2,300Hz 내지 2,450Hz에서 음향 신호가 실질적으로 발생하지 않는 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제2 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생할 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명한다. 다만 전술한 실시예와 동일하거나 극히 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S210), 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S220) 및 제1 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기와 제2 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기를 비교하는 단계(S230)을 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S210) 및 푸리에 변환을 수행하는 단계(S220)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 최대 음향 신호의 크기를 비교하는 단계(S230)는 제1 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호와 제2 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기를 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 주파수 구간은 100Hz 내지 550Hz 범위이고, 상기 제2 주파수 구간은 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제2 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기(H2)에 대한 상기 제1 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기(H1)의 비율(H1/H2)이 소정의 기준 이상일 경우 정상인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제2 주파수 구간에서 최대 크기를 갖는 신호의 크기(H2)에 대한 제1 주파수 구간에서 최대 크기를 갖는 신호의 크기(H1)의 비율(H1/H2)이 약 2.5 이상, 또는 약 3.0 이상, 또는 약 3.5 이상, 또는 약 4.0 이상, 또는 약 4.5 이상, 또는 약 5.0 이상일 경우 정상적인 리벳 체결이 수행된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 상기 비율(H1/H2)이 약 3.0 미만, 또는 약 2.5 이하, 또는 약 2.0 이하, 또는 약 1.5 이하, 또는 약 1.0 이하일 경우 불량한 리벳 체결이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
본 명세서에서, 특정 주파수 값에서 발생한 신호의 크기는, 가로축을 주파수 대역으로 하고 세로축을 신호의 크기로 하는 그래프에 있어서, 해당 주파수 값에서의 신호의 크기, 즉 세로축 값으로 표현될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 피어싱 중의 고주파수 대역, 예컨대 2,000Hz 이상의 주파수 대역의 신호와 저주파수 대역, 예컨대 550Hz 이하의 주파수 대역의 신호에 있어서 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제2 주파수 구간, 예컨대 2,000Hz 내지 2,550Hz, 또는 약 2,200Hz 내지 2,500Hz, 또는 약 2,300Hz 내지 2,450Hz에서 음향 신호가 실질적으로 발생하지 않는 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제2 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생할 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S310), 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S320) 및 제1-1 주파수 구간의 신호의 크기의 합과 제1-2 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 비교하는 단계(S330)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S310) 및 푸리에 변환을 수행하는 단계(S320)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 음향 신호 크기의 합을 비교하는 단계(S330)는 제1-1 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합과 제1-2 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합을 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1-1 주파수 구간은 100Hz 내지 150Hz 범위이고, 상기 제1-2 주파수 구간은 400Hz 내지 550Hz 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1-1 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G1-1)에 대한 상기 제1-2 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G1-2)의 비율(G1-2/G1-1)이 소정의 기준 이하, 또는 미만일 경우 정상인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제1-1 주파수 구간에서 발생한 신호의 합(G1-1)에 대한 제1-2 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G1-2)의 비율(G1-2/G1-1)이 약 1.0 이하, 또는 약 1.0 미만, 또는 약 0.9 이하, 또는 약 0.8 이하, 또는 약 0.7 이하, 또는 약 0.6 이하, 또는 약 0.5 이하, 또는 약 0.4 이하, 또는 약 0.3 이하일 경우 정상적인 리벳 체결이 수행된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 상기 비율(G1-2/G1-1)이 약 1.0 이상, 또는 약 1.0 초과, 또는 약 1.2 이상, 또는 약 1.4 이상, 또는 약 1.6 이상, 또는 약 1.8 이상, 또는 약 2.0 이상일 경우 불량한 리벳 체결이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 피어싱 중의 저주파수 대역, 예컨대 550Hz 이하의 주파수 대역의 신호 중, 초저주파수의 신호와 중저주파수 신호에 있어서 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제1-1 주파수 구간, 예컨대 100Hz 내지 150Hz에서 음향 신호가 주로 발생하고, 상기 제1-2 주파수 구간, 예컨대 400Hz 내지 550Hz에서 미약한 음향 신호가 발생하는 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제1-2 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생하거나, 심지어 제1-1 주파수 구간의 신호 합에 비해 제1-2 주파수 구간의 신호 합이 더 클 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S410), 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S420) 및 제1-1 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기와 제1-2 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기를 비교하는 단계(S430)을 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S410) 및 푸리에 변환을 수행하는 단계(G420)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 최대 음향 신호의 크기를 비교하는 단계(S430)는 제1-1 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호와 제1-2 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기를 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1-1 주파수 구간은 100Hz 내지 150Hz 범위이고, 상기 제1-2 주파수 구간은 400Hz 내지 550Hz 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1-2 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기(H1-2)에 대한 상기 제1-1 주파수 구간에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기(H1-1)의 비율(H1-1/H1-2)이 소정의 기준 이상일 경우 정상인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제1-2 주파수 구간에서 최대 크기를 갖는 신호의 크기(H1-2)에 대한 제1-1 주파수 구간에서 최대 크기를 갖는 신호의 크기(H1-1)의 비율(H1-1/H1-2)이 약 2.0 이상, 또는 약 2.5 이상, 또는 약 3.0 이상, 또는 약 3.5 이상일 경우 정상적인 리벳 체결이 수행된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 상기 비율(H1-1/H1-2)이 약 2.0 미만, 또는 약 1.5 이하, 또는 약 1.0 이하일 경우 불량한 리벳 체결이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 피어싱 중의 저주파수 대역, 예컨대 550Hz 이하의 주파수 대역의 신호 중, 초저주파수의 신호와 중저주파수 신호에 있어서 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제1-1 주파수 구간, 예컨대 100Hz 내지 150Hz에서 음향 신호가 주로 발생하고, 상기 제1-2 주파수 구간, 예컨대 400Hz 내지 550Hz에서 미약한 음향 신호가 발생하는 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제1-2 주파수 구간에서 소정 크기 이상의 음향 신호가 발생하거나, 심지어 제1-1 주파수 구간에서 최대 크기의 신호에 비해 제1-2 주파수 구간에서 최대 크기를 갖는 신호가 더 클 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S510), 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S520) 및 제1-2 주파수 구간의 신호의 크기의 합과 제3 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 비교하는 단계(S530)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S510) 및 푸리에 변환을 수행하는 단계(S520)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 음향 신호 크기의 합을 비교하는 단계(S530)는 제1-2 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합과 제3 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합을 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1-2 주파수 구간은 400Hz 내지 550Hz 범위이고, 상기 제3 주파수 구간은 550Hz 내지 2,000Hz 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1-2 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G1-2)에 대한 상기 제3 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G3)의 비율(G3/G1-2)이 소정의 기준 이하, 또는 미만일 경우 정상인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제1-2 주파수 구간에서 발생한 신호의 합(G1-2)에 대한 제3 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(G3)의 비율(G3/G1-2)이 약 0.5 이하, 또는 약 0.4 이하, 또는 약 0.3 이하, 또는 약 0.2 이하, 또는 약 0.1 이하일 경우 정상적인 리벳 체결이 수행된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 상기 비율(G3/G1-2)이 약 0.5 초과, 또는 약 0.6 이상, 또는 약 0.7 이상, 또는 약 0.8 이상, 또는 약 0.9 이상, 또는 약 1.0 이상인 경우 불량한 리벳 체결이 발생한 것으로 판단될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 피어싱 중의 저주파수 대역, 예컨대 550Hz 이하의 주파수 대역의 신호와 중간 주파수 대역, 예컨대 550Hz 내지 2,000Hz 범위의 주파수 대역의 신호에 있어서, 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간, 예컨대 550Hz 내지 2,000Hz에서 음향 신호가 실질적으로 발생하지 않거나, 발생하더라도 아주 미약한 정도인 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생할 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S610), 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S620) 및 제3 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 소정 기준과 비교하는 단계(S630)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S610) 및 푸리에 변환을 수행하는 단계(S620)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 음향 신호 크기의 합을 소정 기준과 비교하는 단계(S630)는 제3 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합(G3)을 소정의 기준과 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제3 주파수 구간은 550Hz 내지 2,000Hz 범위일 수 있다.
전술한 바와 같이 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간, 예컨대 550Hz 내지 2,000Hz에서 음향 신호가 실질적으로 발생하지 않거나, 발생하더라도 아주 미약한 정도인 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생할 수 있다.
특히 전술한 제1 주파수 구간과 제2 주파수 구간은 불량 유무에 따라 민감하게 영향을 받는 주파수 대역이나, 제1 주파수 구간과 제2 주파수 구간의 사이에 위치하는 제3 주파수 구간은 불량 유무에 따라 상대적으로 둔감하게 영향을 받는 주파수 대역임을 실험을 통해 확인하였다.
따라서 제3 주파수 구간에서 소정의 크기 이상의 신호, 또는 소정의 크기 초과의 신호가 발생할 경우 심각한 불량이 발생하였음을 알 수 있다. 상기 소정의 크기는 반복적 실험을 통해 데이터화 내지는 기계 학습을 통해 설정될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S710), 플레어링 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S720) 및 제1-1 주파수 구간의 신호의 크기의 합과 제1-2 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 비교하는 단계(S730)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S710)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 푸리에 변환은 전술한 실시예들과 달리 플레어링 중에 발생하는 음향을 이용할 수 있다. 플레어링 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S720)는 전술한 피어싱 중에 발생한 음향 신호를 푸리에 변환하는 것과 마찬가지로 가로축을 주파수로 하고 세로축을 음향 신호의 크기 등으로 할 수 있다.
본 실시예에서, 음향 신호 크기의 합을 비교하는 단계(S730)는 제1-2 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합과 제3 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합을 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1-2 주파수 구간은 400Hz 내지 550Hz 범위이고, 상기 제3 주파수 구간은 550Hz 내지 2,000Hz 범위일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 상기 제1-2 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(F1-2)에 대한 상기 제3 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(F3)의 비율(F3/F1-2)이 소정의 기준 이하, 또는 미만일 경우 정상인 것으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다.
구체적으로, 제1-2 주파수 구간에서 발생한 신호의 합(F1-2)에 대한 제3 주파수 구간에서 발생한 신호의 크기의 합(F3)의 비율(F3/F1-2)이 약 0.4 이하, 또는 약 0.3 이하, 또는 약 0.2 이하, 또는 약 0.1 이하일 경우 정상적인 리벳 체결이 수행된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 상기 비율(F3/F1-2)이 약 0.4 초과, 또는 약 0.5 이상, 또는 약 0.6 이상, 또는 약 0.7 이상, 또는 약 0.8 이상, 또는 약 0.9 이상, 또는 약 1.0 이상인 경우 불량한 리벳 체결이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 플레어링 중의 저주파수 대역, 예컨대 550Hz 이하의 주파수 대역의 신호와 중간 주파수 대역, 예컨대 550Hz 내지 2,000Hz 범위의 주파수 대역의 신호에 있어서, 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명이 어떠한 이론에 국한되는 것은 아니나, 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간, 예컨대 550Hz 내지 2,000Hz에서 음향 신호가 실질적으로 발생하지 않거나, 발생하더라도 아주 미약한 정도인 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생할 수 있다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S810), 플레어링 중에 발생한 음향 신호의 푸리에 변환을 수행하는 단계(S820) 및 제3 주파수 구간의 신호의 크기의 합을 소정 기준과 비교하는 단계(S830)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S810) 및 푸리에 변환을 수행하는 단계(S820)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 음향 신호 크기의 합을 소정 기준과 비교하는 단계(S830)는 제3 주파수 구간 내에 속하는 신호의 크기의 합(F3)을 소정의 기준과 비교하여 수행될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제3 주파수 구간은 550Hz 내지 2,000Hz 범위일 수 있다.
전술한 바와 같이 리벳 체결이 정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간, 예컨대 550Hz 내지 2,000Hz에서 음향 신호가 실질적으로 발생하지 않거나, 발생하더라도 아주 미약한 정도인 반면, 리벳 체결이 비정상적으로 이루어진 경우 상기 제3 주파수 구간에서 소정 크기의 음향 신호가 발생할 수 있다.
특히 전술한 제1 주파수 구간과 제2 주파수 구간은 불량 유무에 따라 민감하게 영향을 받는 주파수 대역이나, 제1 주파수 구간과 제2 주파수 구간의 사이에 위치하는 제3 주파수 구간은 불량 유무에 따라 상대적으로 둔감하게 영향을 받는 주파수 대역임을 실험을 통해 확인하였다.
따라서 제3 주파수 구간에서 소정의 크기 이상의 신호, 또는 소정의 크기 초과의 신호가 발생할 경우 심각한 불량이 발생하였음을 알 수 있다. 상기 소정의 크기는 반복적 실험을 통해 데이터화 내지는 기계 학습을 통해 설정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계(S910) 및 푸리에 변환 없이, 클램핑 중에 발생한 음향의 크기와 피어싱 중에 발생한 음향의 크기를 비교하는 단계(S930)를 포함할 수 있다.
음향을 분리하는 단계(S910)는 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 품질의 평가 방법은 음향 측정 유닛을 이용하여 측정된 음향 신호를 바로 이용하되, 음향 처리 유닛 등을 이용하여 푸리에 변환을 수행하지 않고 판단될 수 있다. 즉, 음향 처리 유닛은 측정된 음향 신호의 크기 비교만을 수행하고 푸리에 변환을 실질적으로 수행하지 않을 수 있다.
본 실시예에서, 음향 신호의 크기를 비교하는 단계(S930)는 클램핑 중에 발생한 음향 신호의 크기와 피어싱 중에 발생한 음향 신호의 크기를 비교하여 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 피어싱 중에 발생하는 음향 신호의 크기가 그 전에 측정된 음향 신호의 크기 보다 작은 경우 정상으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 피어싱 중의 음향 신호와 클램핑 중의 음향 신호를 비교할 수 있다.
상기 음향 신호의 크기는, 해당 공정 중, 즉 클램핑 중 또는 피어싱 중에 측정된 최대 피크를 갖는 음향 신호의 크기를 의미하거나, 또는 해당 공정 중에 발생한 음향 신호의 크기의 합을 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이 클램핑은 접합 대상들을 정렬 및 고정하는 단계로, 실질적인 공정 결과, 즉 정상 또는 불량과 무관한 단계일 수 있다. 즉, 공정의 불량 유무와 무관하게 클램핑 중에 측정된 음향 신호는 서로 대동소이한 결과를 가질 수 있다. 반면 피어싱은 실질적인 공정이 개시되거나 개시 직후의 단계로, 측정된 음향 신호는 실질적인 공정 결과와 소정의 관계에 있을 수 있다. 본 발명의 발명자들은 이들의 음향 신호가 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 나타낸 순서도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 클램핑, 피어싱, 플레어링 및 릴리징 중에 발생한 최대 음향의 크기와 소정의 기준을 비교하는 단계(S1030)를 포함할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 본 실시예에 따른 방법은 비교하는 단계(S1030) 전에 클램핑 중에 발생한 음향, 피어싱 중에 발생한 음향, 플레어링 중에 발생한 음향 및 릴리징 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 실시예에 따른 품질의 평가 방법은 음향 측정 유닛을 이용하여 측정된 음향 신호를 바로 이용하되, 음향 처리 유닛 등을 이용하여 푸리에 변환을 수행하지 않고 판단될 수 있다. 즉, 음향 처리 유닛은 측정된 음향 신호의 크기 비교만을 수행하고 푸리에 변환을 실질적으로 수행하지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 클램핑, 피어싱, 플레어링 및 릴리징 중에 발생하는 음향 신호의 크기, 특히 피어싱 및 플레어링 중에 발생하는 음향 신호의 크기가 약 250MPa, 또는 약 260MPa, 또는 약 270MPa, 또는 약 280MPa, 또는 약 290MPa, 또는 약 300MPa 이하일 경우 정상으로 판단할 수 있다. 그리고 그렇지 않을 경우 불량으로 판단할 수 있다. 상기 음향 신호의 크기는 해당 공정 중, 즉 클램핑에서 릴리징까지의 공정 중, 또는 피어싱에서 플레어링까지의 공정 중 최대 피크를 갖는 음향 신호의 크기를 의미할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 이들의 음향 신호가 셀프 피어싱 리벳 체결의 정상 유무에 따라 특정한 거동 차이를 나타내는 것에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 이에 대해서는 실험예와 함께 후술한다.
이상에서 본 발명에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법을 설명하였다. 이상에서 각각의 실시예 별로 리벳 체결의 품질을 측정하는 하나의 요소만을 표현하였으나, 본 발명에 따른 기계적 체결의 품질 평가 방법은 도 4 내지 도 13에 개시된 평가 방법을 복수개 조합하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 판단을 수행하는 컨트롤러는 도 4 내지 도 13에 따른 방법들을 순차적으로 또는 특정 순서로 판단함으로써 품질을 평가할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 기계적 체결 공정 방법에 대해 설명한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기계적 체결 공정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 기계적 체결 공정 방법은 제1 스테이지 단계(S10) 및 제2 스테이지 단계(S20)를 포함할 수 있다. 상기 기계적 체결은 셀프 피어싱 리벳 공정을 포함할 수 있다. 또, 제1 스테이지 단계(S10) 및 제2 스테이지 단계(S20)는 각각 전술한 도 4 내지 도 13 중 어느 하나 이상에 따른 기계적 체결 품질의 평가 방법을 포함하여 수행될 수 있다.
제1 스테이지 단계(S10)는 본 공정인 제2 스테이지 단계(S20)에 앞서서 수행되는 프리-공정일 수 있다. 제1 스테이지 단계(S10)는 전술한 기계적 체결 품질의 평가 방법의 기준값을 설정, 보정 및/또는 데이터화하는 단계일 수 있다.
제1 스테이지 단계(S10)는 기계적 체결 품질을 평가하는 단계(S11)와 실제 품질을 평가하는 단계(S12)를 각각 한번 이상 포함할 수 있다. 즉, 제1 스테이지 단계(S10)는 전술한 것과 같이 클램핑, 피어싱, 플레어링 및 릴리징 순으로 수행되는 셀프 피어싱 리벳 공정을 수행하며 음향을 측정하고, 선택적으로 이를 푸리에 변환하며, 나아가 음향 신호의 거동 분석을 통해 기계적 체결의 품질을 추정하고(S11), 실제 접합체의 접합 강도 내지는 기계적 강도를 분석하며(S12), 실제 결과를 추정에 반영함으로써 음향 신호의 거동 분석을 위한 파라미터를 설정하거나, 최적화하거나, 보정하는 등의 단계일 수 있다. 위와 같은 보정 등은 기계 학습을 통해 구현될 수 있다.
실제 접합체의 접합 강도를 분석하는 단계(S12)는 접합체의 파괴-단면 검사 또는 기계적 강도의 측정 등을 통해 수행될 수 있다.
또, 제2 스테이지 단계(S20)는 실제 기계적 체결의 본 공정에 해당할 수 있다. 제2 스테이지 단계(S20)는 기계적 체결 품질을 평가하는 단계를 한번 이상 포함할 수 있다. 제2 스테이지 단계(S20)는 제1 스테이지 단계(S10)와 동일 소재 등의 접합 대상에 대해 동일한 기계적 체결 설비 시스템을 이용하여 수행될 수 있다.
제1 스테이지 단계(S10)에서 설정되거나, 최적화되거나, 또는 보정된 파라미터 내지는 데이터를 기초로, 본 실시예에 따른 기계적 체결 설비 시스템은 접합 대상, 특히 접합 대상의 소재 특성 등이 반영되어 제2 스테이지 단계(S20)를 수행할 수 있다.
본 실시예에 따른 기계적 체결 공정 방법은 제1 스테이지 단계(S10)를 통해 음향 측정을 통한 기계적 체결의 품질 평가의 신뢰성을 보다 높일 수 있다. 또, 제2 스테이지 단계(S20)에서 실제 기계적 체결을 수행하되, 반영된 설정값을 기초로 하여 실시간-비파괴 모니터링을 수행할 수 있고, 나아가 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 자동화를 구현할 수 있다.
이하, 실험예를 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
<실험예 1>
접합 대상으로 1.6mm 두께의 HFP 강(1.5GPa) 3mm 두께의 알루미늄-5052(Al-5052), 1.2mm 두께의 알루미늄-5052(Al-5052)를 준비하였다. 그리고 이들을 각각 상부 피스, 중간 피스 및 하부 피스로 적층하였다.
그리고 본 발명에 따른 기계적 체결 설비 시스템을 구현하였다. 음향 측정 유닛으로는 브뤼엘&케아(Bruel&Kjaer)社의 GRAS 46AE 마이크로폰을 준비하였다. 음향 처리 유닛으로는 NI-9234 모듈과 매틀랩(Matlab)을 이용하였다. 또, 기계적 체결부로서 엔빌 다이는 FM 타입 090-2-018 제품을 이용하고, 리벳은 C-타입(Φ5.3×6.5)를 이용하여 펀치 유닛의 압력은 45kN으로 설정하였다.
준비된 기계적 체결 설비 시스템을 이용하여 100회 가량 리벳 공정을 반복하였다. 그리고 단면 분석을 통해 각 회차별 정상 유무를 판별하였다.
<실험예 2: 정상인 경우 단면 분석 및 음향 신호 분석>
반복된 리벳 공정 중 대표적으로 정상인 경우의 단면 현미경 이미지를 도 15에 나타내었다. 그리고 음향 측정 유닛의 음향 신호 측정 결과, 즉 시간의 경과에 따른 음향 신호의 크기 그래프를 도 16에 나타내었다.
도 16의 음향 신호 중 A-2를 고속 푸리에 변환한 결과, 구체적으로 4초 구간 전체를 대상으로 푸리에 변환한 결과를 도 17에 나타내었다.
또, 도 16의 음향 신호 중 A-2에서 피어싱 중의 음향 신호와 플레어링 중의 음향 신호를 각각 푸리에 변환한 결과를 각각 도 18 및 도 19에 나타내었다.
<실험예 3: 불량인 경우 단면 분석 및 음향 신호 분석>
반복된 리벳 공정 중 대표적으로 불량인 경우의 단면 현미경 이미지를 도 20에 나타내었다. 그리고 음향 측정 유닛의 음향 신호 측정 결과, 즉 시간의 경과에 따른 음향 신호의 크기 그래프를 도 21에 나타내었다.
도 21의 음향 신호 중 B-2를 고속 푸리에 변환한 결과, 구체적으로 4초 구간 전체를 대상으로 푸리에 변환한 결과를 도 22에 나타내었다.
또, 도 21의 음향 신호 중 B-2에서 피어싱 중의 음향 신호와 플레어링 중의 음향 신호를 각각 푸리에 변환한 결과를 각각 도 23 및 도 24에 나타내었다.
우선 도 16과 도 21을 비교하면, 불량인 경우 정상인 경우에 비해 상대적으로 매우 큰 피크를 갖는 음향 신호가 검출되는 것을 확인할 수 있다. 도 21에서 약 2초 전후로 검출되는 가장 큰 피크는 피어싱 중에 발생한 것이었다. 경우에 따라 클램핑 중에 정상 및 불량 모두에 상대적으로 큰 음향 신호가 검출되기도 하나, 피어싱 중의 검출 신호는 정상인 경우와 불량인 경우에 뚜렷한 차이를 가짐을 알 수 있다. 또한 불량인 경우 모든 케이스에서 250Mpa 이상의 음향 신호가 검출된 반면, 정상인 경우에는 그렇지 않았다.
또한 정상인 경우, 피어싱 중에 발생하는 음향 신호의 크기가, 그 전에 측정된 음향 신호의 크기, 예컨대 측정 시작부터 피어싱 직전까지 발생한 음향 신호의 크기 보다 작은 반면, 불량인 경우 피어싱 중에 발생하는 음향 신호의 크기가 더 큰 것을 알 수 있다.
이어서 도 17과 도 22를 비교하면, 불량인 경우 정상인 경우에 비해 상대적으로 음향 신호의 합이 전체 주파수 구간에 걸쳐서 큰 것을 확인할 수 있다.
이어서 도 18과 도 23을 비교하면, 피어싱 중에 발생한 음향 신호에 있어서 하기와 같은 결과를 확인할 수 있다.
우선 정상인 경우 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 발생한 신호 크기의 합이 불량인 경우에 비해 현저하게 작다. 또, 정상인 경우와 불량인 경우에 100Hz 내지 150Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합은 유사하였다. 또한 정상인 경우 400Hz 내지 550Hz에서 발생한 신호 크기의 합이 불량인 경우에 비해 현저하게 작다.
즉, 100Hz 내지 550Hz, 또는 100Hz 내지 150Hz의 신호 크기의 합을 기준으로 삼을 수 있고, 이를 기준으로 다른 주파수 대역의 신호 크기의 합과 소정의 관계를 설정할 수 있었다.
정상인 경우 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 100Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이 약 20이었으나, 불량인 경우 약 2.5였다.
또, 정상인 경우 100Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 약 20배였으나, 불량인 경우 약 2배였다.
또한 정상인 경우 100Hz 내지 150Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이 약 1.7이었으나, 불량인 경우 0.9였다.
그리고 정상인 경우 100Hz 내지 150Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 약 2.8배였으나, 불량인 경우 약 1.6배였다.
또, 정상인 경우 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이 약 0.5였으나, 불량인 경우 0.9였다.
이어서 도 19와 도 24를 비교하면, 플레어링 중에 발생한 음향 신호에 있어서 하기와 같은 결과를 확인할 수 있다.
우선 정상인 경우 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 발생한 신호 크기의 합이 불량인 경우에 비해 상대적으로 작다. 또, 정상인 경우와 불량인 경우에 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합은 유사하였다.
즉, 400Hz 내지 550Hz의 신호 크기의 합을 기준으로 삼을 수 있고, 이를 기준으로 다른 주파수 대역의 신호 크기의 합과 소정의 관계를 설정할 수 있었다.
정상인 경우 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이 약 0.3이었으나, 불량인 경우 약 0.8이었다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또, 첨부된 도면의 구성도 또는 블록도 상의 각 구성요소는 소프트웨어나 FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit) 등의 하드웨어로 구현될 수 있다. 다만, 구성도 또는 블록도 상의 각 구성요소들은 소프트웨어 및 하드웨어뿐만 아니라 어드레싱 가능한 저장 매체에서 구현될 수 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수 있다.
구성도 또는 블록도 상의 각 구성요소는 특정된 논리 기능을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 의미할 수 있다. 따라서 구성도 또는 블록도 상의 구성요소가 제공하는 기능은 더 세분화된 복수의 구성요소에 의해 구현되거나, 또는 구성도 또는 블록도 상의 복수의 구성요소들은 일체화된 하나의 구성요소에 의하여 구현될 수도 있음은 물론이다.
즉, 본 발명의 목적 범위 내에서 각 구성요소들이 하나 이상으로 선 택적으로 결합하여 동작할 수 있다. 또, 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립된 하드웨어로 구현될 수 있고, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 내지는 저장 매체에 저장되어 컴퓨터에 의해 읽혀지고 실행됨으로써 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 상기 기록 매체의 예로는 자기 기록 매체, 광 기록 매체 등을 들 수 있다.
1: 기계적 체결 설비 시스템
10: 기계적 체결부
21: 음향 측정 유닛
23: 음향 처리 유닛
30: 컨트롤러
P: 펀치 유닛
D: 엔빌 다이
R: 리벳

Claims (15)

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  3. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가하는 것을 포함하되,
    상기 음향 신호를 측정하고 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 100Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 10 이상일 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  4. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가하는 것을 포함하되,
    상기 음향 신호를 측정하고 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    100Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 3배 이상일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  5. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가하는 것을 포함하되,
    상기 음향 신호를 측정하고 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    100Hz 내지 150Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 1보다 작을 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  6. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가하는 것을 포함하되,
    상기 음향 신호를 측정하고 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    100Hz 내지 150Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 2.5배 이상일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  7. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가하는 것을 포함하되,
    상기 음향 신호를 측정하고 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 0.5 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  8. 삭제
  9. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하고 푸리에 변환(Fourier Transform)을 통해 분석된 음향 신호를 기초로 셀프 피어싱 리벳팅 공정의 품질을 평가하는 것을 포함하되,
    상기 음향 신호를 측정하고 분석하는 단계는, 상기 클램핑 중에 발생한 음향, 상기 피어싱 중에 발생한 음향 및 상기 플레어링 중에 발생한 음향을 각각 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 플레어링 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 0.3 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  10. 삭제
  11. 클램핑, 피어싱 및 플레어링 순으로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳팅 공정에 있어서, 상기 피어싱 공정 중에서 발생하는 음향 신호의 크기가, 그 전에 측정된 음향 신호의 크기 보다 작을 클 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하되,
    전체 공정 중에서 발생하는 음향 신호의 크기가 250MPa 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하는, 기계적 체결의 품질 모니터링 방법.
  12. 삭제
  13. 기계적 체결 대상을 셀프 피어싱 리벳팅하며 음향을 측정하고 푸리에 변환하여 음향 신호를 분석하는 제1 스테이지 단계; 및
    상기 제1 스테이지 단계와 동일 대상에 대해 동일 설비로 셀프 피어싱 리벳팅하며 음향을 측정하고 푸리에 변환하여 음향 신호를 분석하는 제2 스테이지 단계를 포함하되,
    상기 제1 스테이지 단계는 음향 신호의 기준값을 설정, 보정 및 데이터화하는 단계이고, 상기 제2 스테이지 단계는 기계적 체결의 본 공정이고,
    상기 제1 스테이지 단계 및 상기 제2 스테이지 단계는 각각,
    제3항 내지 제7항, 제9항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 포함하여 수행되는, 셀프 피어싱 리벳 체결 공정.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스테이지 단계의 분석 결과를 기계 학습하여 상기 제2 스테이지 단계에 반영하고, 셀프 피어싱 리벳 체결 공정과 동시에 실시간 모니터링을 수행하는, 셀프 피어싱 리벳 체결 공정.
  15. 리벳 펀치 유닛과 다이를 포함하는 기계적 체결부;
    상기 기계적 체결부에 인접하여 배치되고, 기계적 체결 공정에서 발생하는 음향 신호를 측정하는 음향 측정 유닛; 및
    상기 음향 측정 유닛의 측정 결과를 푸리에 변환하는 음향 처리 유닛을 포함하되,
    피어싱 중의 음향 신호의 푸리에 변환 결과,
    2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 100Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 10 이상일 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하거나,
    100Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 2,000Hz 내지 2,550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 3배 이상일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하거나,
    100Hz 내지 150Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 1보다 작을 경우 정상인 것으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하거나,
    100Hz 내지 150Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기가, 400Hz 내지 550Hz 범위에서 최대 피크를 갖는 신호의 크기의 2.5배 이상일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하거나,
    400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 0.5 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하거나, 또는
    400Hz 내지 550Hz 범위에서 발생한 신호의 크기에 합에 대한, 550Hz 내지 2,000Hz 범위에서 발생한 신호의 크기의 합의 비율이, 0.3 이하일 경우 정상으로 판단하고, 그렇지 않을 경우 불량으로 판단하도록 구성된, 기계적 체결 설비 시스템.
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