KR102620752B1 - 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템 - Google Patents

인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 감지부의 여러 센서들로부터 실시간으로 취합된 다양한 용접 또는 접합 변수가 되는 데이터들을 수집부가 수집하여 데이터베이스로 구축하고 이미 저장된 데이터와 비교 분석함으로써 최적의 용접 및 접합 공정 조건을 도출할 수 있도록 하는 실시예로부터, 이종금속의 용접이나 이종소재 접합시 변수 데이터를 수집하여 용접 정확도 향상을 도모할 수 있도록 한 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템에 관한 것이다.

Description

인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템{VARIABLE DATA COLLECTING SYSTEM OF WELDING AND BINDING FOR AI DIAGNOSIS BASED WELDING AND BINDING PROCESS ADVANCEMENT}
본 발명은 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종금속의 용접이나 이종소재 접합시 변수 데이터를 수집하여 용접 정확도 향상을 도모할 수 있도록 한 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템에 관한 것이다.
자동차 안전 기술은 탑승자와 보행자의 생명과도 직결되기 때문에 섬세하면서도 꼼꼼한 기획과 설계가 필요하며, 또한 자동차 안전에 대한 중요성이 높아져가는 요즘, 충돌을 평가하는 NCAP 충돌 평가 기준도 상향되고 있다.
충돌 대비 기술에서 중요한 것은 차체 구조설계이며, 이는 환형과 순차 구조로 나뉠 수 있다.
환형 구조는 차체의 가로 방향, 세로 방향 부재를 고리처럼 결합해 더 단단한 강성과 경량화된 무게가 특징이며, 특히 전면부 B필러 후면부에 이르는 환형 구조는 안전성은 물론 경량화로 이어져 연비 향상 효과까지 있다.
순차 구조는 고속으로 주행하는 자동차가 다른 사물과 충돌했을 때의 에너지를 차체가 순차적으로 흡수할 수 있게 설계하는 것이다.
가령 차량이 정면으로 충돌했을 때 사이드 멤버에 가장 먼저 충격이 도달하면 찌그러지면서 에너지를 흡수하고, 이후 펜더 에이프런에 충격이 전달되는 동시에, 차례로 A필러 위쪽으로도 충격이 전달돼 나머지 에너지를 골고루 분산시키는 구조로 설계될 수 있을 것이다.
충돌 안전성에서 중요한 것은 충돌 시 발생하는 거대한 에너지를 얼마나 효과적으로 흡수하고 분산하느냐에 달렸다.
등록특허 제10-1982872호를 포함한 펜더 에이프런은 휠 하우스의 역할을 하면서 현가장치의 스트럿을 지지하고 차량의 전반부 좌, 우측 바퀴 상단부에 장착되며 노면의 진동과 충격완화 및 흡수역할을 하는 쇽업쇼바를 고정 지지해주는 역할을 하는 것이다.
프런트 에이프런 모듈은 브라켓, 쇽업쇼바 하우징, 프론트 사이드 멤버로 구성되어 있으며, 기존에는 스틸 소재로 제작된 중량체였으나, 일체형 알루미늄 합금제작을 통해 중량저감 효과를 높일 수 있다.
세계적으로 온실가스 감축을 위해 자동차 배기가스 및 연비 규제가 강화되고 있으며, 자동차 업계에서는 이에 대응하기 위한 차체/부품 경량화 및 효율개선 기술 개발을 지속적으로 진행하고 있다.
내연기관차의 배기가스 감축 및 연비개선, 전기자동차의 전비개선을 위해서는 차체 경량화가 필수적이기 때문에, 기존의 스틸 부품을 알루미늄 합금으로 대체하는 기술 개발이 빠르게 진행되고 있다.
상기와 같은 관점에서, 차량 경량화를 위한 연구 개발의 핵심은 알루미늄-스틸, 알루미늄-탄소섬유강화플라스틱(이하 CFRP), CFRP-스틸 등의 이종소재를 접합하는 기술이며, 소재 다중화 기술에 맞춘 이종접합 기술의 연구개발 확대가 필요한 것이다.
경량 소재의 자동차 부품 소재는 고장력강판, 알루미늄합금, 마그네슘합금, CFRP 등이 있으며, 그 중 알루미늄 합금은 대표적인 자동차 차체 경량화 소재로 주조, 다이캐스팅, 프레스성형, 하이드로포밍 등 다양한 성형공정에 적용되고 있다.
이러한 프런트 에이프런 모듈 부품 경량화를 위한 일체화 공정기술의 일환으로 초대형 차체 부품의 성형기술을 개발하고 해당 부품의 접합공정 고도화를 위한 AI 기반 모니터링 분석기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.
등록특허 제10-1982872호 공개특허공보 제10-2015-0068512호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 이종금속의 용접이나 이종소재 접합시 변수 데이터를 수집하여 용접 정확도 향상을 도모할 수 있도록 하는 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이종 금속 용접이 가능한 자동 용접 캐리지의 용접건에 내장된 전류를 공급하는 전도 와이어(Current conductor)와 연결된 CT(Current Transformer)에 장착되어 상기 자동 용접 캐리지의 전류공급량과 아크 전류를 실시간으로 검출하는 제1 센서와, 상기 자동 용접 캐리지의 전압을 측정하는 VT(voltage transformer)에 장착되어 용접 작업중 전압 변화량 및 아크 전압을 실시간으로 검출하는 제2 센서와, 상기 용접건 또는 상기 자동 용접 캐리지의 노즐에 장착되어 용접이 실시되는 동안의 보호가스가 공급되는 양을 실시간으로 감지하는 유량계와 연동하여 상기 보호가스의 공급량을 실시간으로 검출하는 제3 센서와, 상기 자동 용접 캐리지의 일측에 복수로 장착되어 용접대상물에 대한 상기 자동 용접 캐리지의 용접대상물에 대한 용접속도를 실시간으로 검출하는 제4 센서와, 상기 용접대상물과 상기 용접대상물에 형성된 용접부를 실시간으로 촬영하여 이미지 또는 영상 데이터를 취득하는 제5 센서를 포함하는 감지부; 및 상기 제1 내지 제5 센서로부터 실시간으로 수집되는 데이터 통신을 위한 프로토콜을 정의하고 상기 데이터들 중 선정된 데이터(이하 선정 데이터)를 수집하기 위한 DAQ 모듈(Data AcQuisition module)과, 상기 선정 데이터를 공유하고 수집하며 분석하기 위하여 아이템(item) 및 타임스탬프(timestamp)별로 구성되는 데이터베이스를 구축한 AI서버와, 상기 DAQ 모듈과 TCP/IP 통신을 통하여 상기 선정 데이터를 처리하기 위한 로컬서버를 포함하는 수집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템을 제공할 수 있을 것이다.
여기서, 상기 선정 데이터의 출력 및 수집 범위를 설정하며 상기 수집부에서 수집된 상기 선정 데이터를 시각화하고 클라우드 네트워크를 통하여 관리자의 휴대용 단말과 통신 가능한 데이터 설정 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 데이터 설정 출력부는, 상기 선정 데이터의 출력 및 수집 범위를 설정하고 상기 선정 데이터의 로그 저장 시점과 기능을 추가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AI서버는, 상기 제1 내지 제5 센서로부터 취득한 실시간 데이터값을 이동평균 알고리즘을 이용하여 10밀리초마다 샘플링 데이터를 확보하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제1 내지 제5 센서로부터 취득한 실시간 데이터값을 이동평균 알고리즘을 이용하여 10밀리초마다 샘플링 데이터를 확보하고, 100밀리초 간격으로 상기 샘플링 데이터의 평균값과 최대값 및 최소값을 분석하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
우선, 본 발명은 인공지능 기반의 기술을 이용하여 중금속의 용접이나 이종소재 접합시 변수 데이터를 수집하여 비교 분석함으로써 용접 또는 접합 정확도 및 품질 향상을 도모할 수 있는 특장점을 가지게 될 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 시스템을 이용한 용접 또는 접합 테스트 베드를 통하여 인공지능을 활용한 접합 또는 용접 불량 자동 검출 및 관리 시스템의 개발 방향을 제시하고 다양한 수요처의 니즈에 부응하는 모니터링 관리 시스템 개발 기술을 제공할 수 있게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개념도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템의 주요부인 수집부가 자동 용접 캐리지에 설치된 상태를 도시한 개념도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템의 주요부인 수집부중 DAQ 모듈과, 데이터 설정 출력부의 UI 화면을 도시한 개념도
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개념도이다.
그리고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템의 주요부인 수집부(100)가 자동 용접 캐리지(500)에 설치된 상태를 도시한 개념도이다.
또한, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템의 주요부인 수집부(200)중 DAQ 모듈(210)과, 데이터 설정 출력부(300)의 UI 화면을 도시한 개념도이다.
참고로, 도 2에서 도면부호 "⊙"는, 본 명세서를 바라보는 독자를 향하여 가까워지는 방향을, 도면부호 "ⓧ"는, 본 명세서를 바라보는 독자로부터 멀어지는 방향을 각각 가리킨다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 감지부(100)의 여러 센서(110~150)들로부터 실시간으로 취합된 다양한 용접 또는 접합 변수가 되는 데이터들을 수집부(200)가 수집하여 데이터베이스로 구축하고 이미 저장된 데이터와 비교 분석함으로써 최적의 용접 및 접합 공정 조건을 도출할 수 있도록 하는 실시예를 적용할 수 있을 것이다.
우선, 감지부(100)는 이종 금속 용접이 가능한 자동 용접 캐리지(500)의 용접건에 내장된 전류를 공급하는 전도 와이어(Current conductor)와 연결된 CT(Current Transformer)에 장착되어 자동 용접 캐리지(500)의 전류공급량과 아크 전류를 실시간으로 검출하는 제1 센서(110)를 포함할 수 있다.
그리고, 감지부(100)는 자동 용접 캐리지(500)의 전압을 측정하는 VT(voltage transformer)에 장착되어 용접 작업중 전압 변화량 및 아크 전압을 실시간으로 검출하는 제2 센서(120)를 포함할 수 있다.
그리고, 감지부(100)는 용접건 또는 자동 용접 캐리지(500)의 노즐(550)에 장착되어 용접이 실시되는 동안의 보호가스(562)가 공급되는 양을 실시간으로 감지하는 유량계와 연동하여 보호가스(562)의 공급량을 실시간으로 검출하는 제3 센서(130)를 포함할 수 있다.
또한, 감지부(100)는 자동 용접 캐리지(500)의 일측에 복수로 장착되어 용접대상물(700)에 대한 자동 용접 캐리지(500)의 용접대상물(700)에 대한 용접속도를 실시간으로 검출하는 제4 센서(140)를 포함할 수 있다.
아울러, 감지부(100)는 용접대상물(700)과 용접대상물(700)에 형성된 용접부를 실시간으로 촬영하여 이미지 또는 영상 데이터를 취득하는 제5 센서(150)를 포함할 수 있다.
여기서, 용접대상물(700)은 편의상 모재(710)에 대하여 용접되어야 할 용접 금속(720)을 포함하는 것으로 정의한다.
또한, 수집부(200)는 제1 내지 제5 센서(110~150)로부터 실시간으로 수집되는 데이터 통신을 위한 프로토콜을 정의하고 데이터들 중 선정된 데이터(이하 선정 데이터)를 수집하기 위한 DAQ 모듈(210, Data AcQuisition module)을 포함할 수 있따.
또한, 수집부(200)는 선정 데이터를 공유하고 수집하며 분석하기 위하여 아이템(item) 및 타임스탬프(timestamp)별로 구성되는 데이터베이스를 구축한 AI서버(220)를 포함할 수 있다.
아울러, 수집부(200)는 DAQ 모듈(210)과 TCP/IP 통신을 통하여 선정 데이터를 처리하기 위한 로컬서버(230)를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.
우선, 자동 용접 캐리지(500)에 구비된 용접 건(530)은 자동 가스메탈아크용접기(이하 자동 GMAW)로서 기능하게 된다.
이러한 GMAW는 소모성 와이어(540)를 일정 속도로 용융지(715, weld pool)에 공급하면서 전류를 통하여 소모성 와이어(540)와 모재(710) 사이에 아크(572, arc)를 발생시켜 용접금속(720)을 용접함과 동시에, 용융되는 부위는 보호가스(562, shield gas)에 의하여 대기로부터 보호되고, 전방향으로 이동 가능한 것이다.
전술한 자동 용접 캐리지(500)는, 도 2와 같이 제1 방향으로 형성된 제1 레일(510) 상에서 제1 구동액추에이터(이하 미도시)와 연결되어 제1 방향으로 왕복 가능한 제1 이동자(512)를 포함할 수 있다.
그리고 자동 용접 캐리지(500)는, 제1 이동자(512)에 내장된 제2 구동액추에이터(이하 미도시)와 연결되어 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 신장 또는 수축 가능한 지지 암(521)을 포함할 수 있다.
그리고 자동 용접 캐리지(500)는, 지지 암(521)의 단부에 구비되어 제1 방향 및 제2 방향과 각각 직교하는 제3 방향으로 형성된 제2 레일(520)을 포함할 수 있다.
그리고 자동 용접 캐리지(500)는, 제2 레일(520) 상에서 제3 구동액추에이터(이하 미도시)와 연결되어 제3 방향으로 왕복 가능한 제2 이동자(522)를 포함할 수 있다.
제1 이동자(512)의 왕복과 지지 암(521)의 신축과 제2 이동자(522)의 왕복은, 각각 제1 레일(510) 또는 제1 이동자(512)의 일측과, 지지 암(521)의 일측과, 제2 레일(520) 또는 제2 이동자(522)의 일측에 장착되는 제4 센서(140)에 의하여 실시간으로 감지되고 이동 속도 또한 실시간으로 검출하여 수집부(200)로 전달된다.
그리고 자동 용접 캐리지(500)는, 제2 이동자(522)에 장착되고 제2 이동자(522)에 연동하여 이동 가능한 용접 건(530, welding gun)을 포함할 수 있다.
그리고 자동 용접 캐리지(500)는, 용접 건(530)의 말단부에 구비되어 소모성 와이어(540, consumable electrode)의 말단부 측 외주면을 감싸는 와이어 가이드(542, wire guide)를 포함할 수 있다.
그리고 자동 용접 캐리지(500)는, 용접 건(530)의 말단부에 구비되어 와이어 가이드(542)를 수용하며 와이어 가이드(542)의 외주면과 마주보는 내주면을 가지는 노즐(550)을 포함할 수 있다.
또한 자동 용접 캐리지(500)는, 용접 건(530)에 내장되어 와이어 가이드(542)의 외주면과 노즐(550) 사이의 공간을 통하여 보호가스(562, shielding gas)를 공급하는 가스 공급관(560)을 포함할 수 있다.
아울러 자동 용접 캐리지(500)는, 용접 건(530)에 내장되어 노즐(550)을 통하여 노출되는 소모성 와이어(540)의 말단부와 노즐(550)을 통하여 배출되는 보호가스(562)와의 반응으로 아크(572, arc)를 형성하기 위한 전류를 형성하는 전도체(570, current conductor)를 포함할 수 있다.
전도체(570)의 일측에는 제1, 2 센서(110, 120)가 장착되어 전류공급량 및 아크 전류량과, 용접 작업중 전압 변화량 및 아크 전압을 실시간으로 검출하여 수집부(200)로 전달하게 될 것이다.
또한, 용접 건(530)의 일측 또는 가스 공급관(560)의 일측에는 제3 센서(130)가 장착되어 용접 작업시 보호가스(562)의 공급량을 실시간으로 검출하여 수집부(200)로 전달하게 될 것이다.
한편, 도 3(a)와 같은 DAQ 모듈(210)의 경우, 소모성 와이어(540)를 용접 건(530)에 송급하는 속도는, 전술한 제4 센서(140)가 검출한 용접속도, 즉 제1, 2 이동자(512, 522)의 왕복 속도와 지지 암(521)의 신축 속도와 연계하여 소모성 와이어(540)의 송급장치(이하 미도시) 지름을 전달받아 계산될 수 있을 것이다.
그리고, DAQ 모듈(210)에 의한 데이터 송수신 프로토콜은, 예를들면 데이터 값을 소수점 이하 1자리로 표시한다든가, 데이터 전송시 x10으로 전송한다든가 하는 방식으로 표시할 수 있을 것이다.
그리고, DAQ 모듈(210)에 의한 데이터 송수신 프로토콜은, 디지털 입출력값을 전송할 때 LSB(Least Significant Bit)부터 데이터를 표시토록 할 수 있을 것이다.
또한, DAQ 모듈(210)에 의한 데이터 송수신 프로토콜은, 전류 및 전압 범위의 상한과 하한을 설정하여 적용하고, 보호가스의 유량 범위는 하한을 적용하여 정확한 데이터 분석의 신속한 결과값 도출에 도움을 줄 수도 있을 것이다.
한편, AI서버(220)는, 제1 내지 제5 센서(110~150)로부터 취득한 실시간 데이터값을 이동평균 알고리즘을 이용하여 10밀리초마다 샘플링 데이터를 확보하고, 100밀리초 간격으로 샘플링 데이터의 평균값과 최대값 및 최소값을 분석하는 방식으로 데이터의 정확도 및 신뢰도를 높일 수 있을 것이다.
인간의 이미지 인식률은 94.9%로 알려져 있으며, 단순히 이미지를 인식하는 AI의 인식률은 2020년 기준 98%까지 발전하였다.
본 발명에 따른 AI서버(220)는 비전센서로서 기능하는 제5 센서(150) 용접 또는 접합 부위의 정상 또는 불량을 판독하고 판정하는 기존에 없는 새로운 분야에 적용하기 위한 것인 바, 인간의 이미지 인식률인 94.9% 수준의 성능을 구현할 수 있다.
이미지 인식률에서 '인식률'이라 함은, 1프레임 단위에서 인식의 정확도 비율을 의미하며, 오인식률은 1프레임 단위에서 다른 대상으로 잘못 인식하는 비율을 뜻한다.
카메라 등의 비전센서인 제5 센서(150)를 통하여 촬영된 용접 또는 접합 이미지를 대상으로, 영상 중에 임의적인 400프레임을 추출하여 인식률과 오인식률을 계산하였다.
한편, 본 발명에 따른 시스템은 선정 데이터의 출력 및 수집 범위를 설정하며 수집부(200)의 DAQ 모듈(210)에서 수집된 선정 데이터를 도 3(b)와 같이 시각화하고 클라우드 네트워크(400)를 통하여 관리자의 휴대용 단말(600)과 통신 가능한 데이터 설정 출력부(300)를 더 구비할 수도 있을 것이다.
전술한 데이터 설정 출력부(300)는, 선정 데이터의 출력 및 수집 범위를 설정하고 선정 데이터의 로그 저장 시점과 기능을 추가할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 이종금속의 용접이나 이종소재 접합시 변수 데이터를 수집하여 용접 정확도 향상을 도모할 수 있도록 하는 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
100...감지부
110...제1 센서
120...제2 센서
130...제3 센서
140...제4 센서
150...제5 센서
200...수집부
210...DAQ 모듈
220...AI서버
230...로컬서버
300...데이터 설정 출력부
400...클라우드 네트워크
500...자동 용접 캐리지
510...제1 레일
512...제1 이동자
520...제2 레일
521...지지 암
522...제2 이동자
530...용접 건
540...소모성 와이어
542...와이어 가이드
550...노즐
560...가스 공급관
562...보호가스
570...전도체
572...아크
600...휴대용 단말
700...용접대상물
710...모재
715...용융지
720...용접금속

Claims (5)

  1. 이종 금속 용접이 가능한 자동 용접 캐리지의 용접건에 내장된 전류를 공급하는 전도 와이어(Current conductor)와 연결된 CT(Current Transformer)에 장착되어 상기 자동 용접 캐리지의 전류공급량과 아크 전류를 실시간으로 검출하는 제1 센서와, 상기 자동 용접 캐리지의 전압을 측정하는 VT(voltage transformer)에 장착되어 용접 작업중 전압 변화량 및 아크 전압을 실시간으로 검출하는 제2 센서와, 상기 용접건 또는 상기 자동 용접 캐리지의 노즐에 장착되어 용접이 실시되는 동안의 보호가스가 공급되는 양을 실시간으로 감지하는 유량계와 연동하여 상기 보호가스의 공급량을 실시간으로 검출하는 제3 센서와, 상기 자동 용접 캐리지의 일측에 복수로 장착되어 용접대상물에 대한 상기 자동 용접 캐리지의 용접대상물에 대한 용접속도를 실시간으로 검출하는 제4 센서와, 상기 용접대상물과 상기 용접대상물에 형성된 용접부를 실시간으로 촬영하여 이미지 또는 영상 데이터를 취득하는 제5 센서를 포함하는 감지부;
    상기 제1 내지 제5 센서로부터 실시간으로 수집되는 데이터 통신을 위한 프로토콜을 정의하고 상기 데이터들 중 선정된 데이터(이하 선정 데이터)를 수집하기 위한 DAQ 모듈(Data AcQuisition module)과, 상기 선정 데이터를 공유하고 수집하며 분석하기 위하여 아이템(item) 및 타임스탬프(timestamp)별로 구성되는 데이터베이스를 구축한 AI서버와, 상기 DAQ 모듈과 TCP/IP 통신을 통하여 상기 선정 데이터를 처리하기 위한 로컬서버를 포함하는 수집부; 및
    상기 선정 데이터의 출력 및 수집 범위를 설정하며 상기 DAQ 모듈에서 수집된 상기 선정 데이터를 시각화하고 클라우드 네트워크를 통하여 관리자의 휴대용 단말과 통신 가능하며, 상기 선정 데이터의 출력 및 수집 범위를 설정하고 상기 선정 데이터의 로그 저장 시점과 기능을 추가하는 데이터 설정 출력부를 포함하며,
    상기 자동 용접 캐리지는 소모성 와이어를 일정 속도로 용융지(weld pool)에 공급하면서 전류를 통하여 상기 소모성 와이어와 모재 사이에 아크(arc)를 발생시켜 용접함과 동시에 용융되는 부위는 보호가스(shield gas)에 의하여 대기로부터 보호되고 전방향으로 이동 가능한 것으로,
    상기 자동 용접 캐리지는,
    제1 방향으로 형성된 제1 레일 상에서 제1 구동액추에이터와 연결되어 상기 제1 방향으로 왕복 가능한 제1 이동자와,
    상기 제1 이동자에 내장된 제2 구동액추에이터와 연결되어 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 신장 또는 수축 가능한 지지 암과,
    상기 지지 암의 단부에 구비되어 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 각각 직교하는 제3 방향으로 형성된 제2 레일과,
    상기 제2 레일 상에서 제3 구동액추에이터와 연결되어 상기 제3 방향으로 왕복 가능한 제2 이동자와,
    상기 제2 이동자에 장착되고 상기 제2 이동자에 연동하여 이동 가능한 가스메탈아크용접기로서 기능하는 용접 건(welding gun)과,
    상기 용접 건의 말단부에 구비되어 소모성 와이어(consumable electrode)의 말단부 측 외주면을 감싸는 와이어 가이드(wire guide)와,
    상기 용접 건의 말단부에 구비되어 상기 와이어 가이드를 수용하며 상기 와이어 가이드의 외주면과 마주보는 내주면을 가지는 노즐과,
    상기 용접 건에 내장되어 상기 와이어 가이드의 외주면과 상기 노즐 사이의 공간을 통하여 보호 가스(shielding gas)를 공급하는 가스 공급관과,
    상기 용접 건에 내장되어 상기 노즐을 통하여 노출되는 상기 와이어 전극의 말단부와 상기 노즐을 통하여 배출되는 상기 보호 가스와의 반응으로 아크(arc)를 형성하기 위한 전류를 형성하는 전도체(current conductor)를 포함하고,
    상기 소모성 와이어를 상기 용접 건에 송급하는 속도는, 상기 제4 센서가 검출한 용접속도인 상기 제1 이동자 및 상기 제2 이동자의 왕복 속도와 상기 지지 암의 신축 속도와 연계하여 상기 소모성 와이어의 송급장치 지름을 전달받아 계산 가능하며,
    상기 DAQ 모듈에 의한 데이터 송수신 프로토콜은,
    데이터 값을 소수점 이하 1자리로 표시하거나, 데이터 전송시 x10으로 전송하는 방식으로 표시 가능하거나, 디지털 입출력값을 전송할 때 LSB(Least Significant Bit)부터 데이터를 표시하거나, 전류 및 전압 범위의 상한과 하한을 설정하여 적용하고 보호가스의 유량 범위는 하한을 적용하고,
    상기 AI서버는,
    상기 제1 내지 제5 센서로부터 취득한 실시간 데이터값을 이동평균 알고리즘을 이용하여 10밀리초마다 샘플링 데이터를 확보하고, 100밀리초 간격으로 상기 샘플링 데이터의 평균값과 최대값 및 최소값을 분석하되, 비전센서로서 기능하는 상기 제5 센서를 이용하여 용접 또는 접합 부위의 정상 또는 불량을 판독하고 판정하기 위한 것에 적용함으로써, 인간의 이미지 인식률인 94.9%의 성능을 구현하며,
    상기 인식률은 1프레임 단위에서 인식의 정확도 비율을 정의하며, 오인식률은 1프레임 단위에서 다른 대상으로 잘못 인식하는 비율을 정의하고,
    카메라를 포함하는 비전센서인 상기 제5 센서를 통하여 촬영된 용접 또는 접합 이미지를 대상으로, 영상 중에 임의적인 40프레임을 추출하여 인식률과 오인식률을 계산하는 것을 특징으로 하는 인공지능 분석 기반의 용접 및 접합 공정 고도화를 위한 용접 및 접합 변수 데이터 수집 시스템.
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