KR20010029268A - 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 장치에 관한 것으로, 특히 레이저를 이용하여 박판의 용접상태를 모니터시 용접 품질을 실시간으로 확인하기 어려운 점이 있어, 본 발명은 용접시 발생하는 플라즈마 증기를 적외선 센서 및 자외선 센서로 감지하고 이를 퍼지이론을 이용한 패턴인식을 통해 용접품질을 실시간으로 확인토록 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 방법{Lazer Welding Monitering Method in a Vehicle Panel}

본 발명은 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 장치에 관한 것으로, 특히 레이저를 이용하여 박판의 용접상태를 모니터시 용접 품질을 실시간으로 확인하기 어려운 점이 있어, 본 발명은 용접시 발생하는 플라즈마 증기를 적외선 센서 및 자외선 센서로 감지하고 이를 퍼지이론을 이용한 패턴인식을 통해 용접품질을 실시간으로 확인토록 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 박판(예를들어 도어패널에 보강재를 용접할 경우)은 레이저를 이용하여 맞대기 용접(butt welding), 즉 두 박판의 단면을 일직선으로 임의의 각도로 맞댄 상태에서 접합하는 용접을 하게 된다.

이렇게 레이저를 이용하여 맏대기 용접을 하는 종래기술은 테일러드 블랭크(Tailored Blanks)에서 많이 사용되고 있다.

그 테일러드 블랭크는 대략 0.8mm 두께의 박판에 보강재를 덧붙이는 방식으로 박판과 보강재를 프레스 샵(Press Shop)에서 각각 성형한 다음 차체샵이나 외부업체에서 스폿용접을 하게 된다.

이때 사용되는 박판은 2개이고 금형수는 9세트이다.

이때의 용접기술은 지름이 대략 0.2 - 0.5mm에 이르는 레이저빔을 사용하기 때문에 양산을 하는데 어려움이 따랐다.

또한, 상기 박판에 보강재를 용접한 다음 비파괴 검사(Non-destructive inspection), 즉 재료를 파괴하지 않고 내부의 홈(Crack)을 찾아내는 초음파 탐상검사 등으로 레이저 용접부위의 강도값을 역계산하여 사용하였다.

그렇지만 이는 레이져 용접속도가 분당 6 - 10m에 이르는 것을 감안할때 온라인상에서 제어하기에 매우 느린 폐단이 있었고, 또한 에릭슨 시험에 의해 용접부위의 성형 한계를 시험하기도 했는데, 이는 오프라인에서만 모니터링이 가능한 폐단이 있었다.

따라서, 이러한 문제를 해결코자, 강도, 두께, 재질이 미리 세팅된 제어용 컴퓨터의 신호에 따라 용접부위에 저출력 헬륨-네온으로 된 모니터링용 레이저의 광선을 조사시켜 강도가 서로 다른 자동차용 박판의 레이저 용접 모니터링 장치에 있어서, 라인 작업시 상기 박판을 컨베이어 벨트에 상치시킨 후 서로 맞대기 용접으로 일체 성형시키는 고출력 탄소레이저와; 상기 제어용 컴퓨터의 신호에 따라 용접부위에 조사된 모니터링용 레이저의 붉은색 광선의 각도를 조절하는 파라볼릭 렌즈와, 상기 광선을 포착한 다음 상기 제어용 컴퓨터에 그 신호를 전송시켜 용접상태와 크랙 여부를 판단케 하는 카메라가 개발되었다.

도 1은 이를 도시한 것으로, 제어용 컴퓨터(1)에는 각 요소 부위별로 최적의 강도, 두께, 재질을 미리 세팅한 이후, 그 세팅된 신호를 모니터링용 레이저(4)에 전송한다.

상기 탄소 레이저(3)는 강도가 서로 다른 박판(2, 2a)을 라인 작업시 컨베이어 벨트(도시하지 않음)에 상치시켜 서로 맞대기 용접으로 일체 성형시키도록 한다.

상기 모니터링용 레이저(4)는 상기 제어용 컴퓨터(1)의 신호에 따라 용접부위에 붉은색의 광선을 조사시키면서 파라볼릭 렌즈(5)에 의해 조절되게 저출력 헬륨-네온으로 이루어진다.

상기 카메라(6)는 상기 광선을 포착한 다음 상기 제어용 컴퓨터(1)에 그 신호를 전송시켜 용접상태와 크랙여부를 판단하는 카메라(6)로 구성된 것이다.

또한, 제어용 컴퓨트(1)는 상기 카메라로 부터 출력된 데이터를 수집하되, 3개의 양호한 데이터를 이용하여 평가기준 데이터를 만들고, 이의 허용오차를 설정하여 설정된 오차를 벗어나는 데이터의 갯수를 파악하여 기준 데이터와 실측 데이터간의 차이를 파악하여 실측 데이터가 양호한지를 파악한다.

그러나, 상기와 같은 카메라를 이용한 레이저 용접 모니터링 장치는 작업자가 모니터를 보고 현재 작업하고 용접상태를 직접 관찰할 수 있는 장점이 있으나, 카메라의 해상도가 떨어지고 촬영되지 않은 구간은 확인이 되지 않는 문제점이 있다.

즉, 카메라는 내부의 모습을 촬영할 수 없기 때문에 용접부위 내부에 기포가 발생하더라도 이를 찾아내지 못하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 적외선 센서 및 자외선 센서를 이용하여 용접부위를 촬상함으로써 용접부에 기포가 발생하였을지라도 정확히 용접부위의 상태를 파악할 수 있도록 하고, 또한 노이즈에 대한 영향이 없는 결과를 얻도록 하여 측정의 신뢰도를 높이는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 적외선 센서 및 자외선 센서를 이용하여 용접부에서 발생하는 플라즈마와 스패터를 정확하게 계측하도록 하는데 특징이 있다.

그리고, 본 발명은 적외선 센서와 자외선 센서를 이용하여 용접이 양호한 데이터를 다수 이용하여 이를 평균하여 평균데이터를 구하는 단계와;

상기 단계에서 구한 평균 데이터에서 각각의 데이터를 뺀후 이 값들의 평균과 표준편차를 이용하여 양호한 경우의 패턴을 만드는 단계와;

상기 단계와 같은 방법으로 기준패턴에 비해 하이 불량인 경우 및 로우 불량인 경우의 맴버쉽 함수를 만드는 단계와;

실제 측정 데이터를 기준 데이터에서 빼서 데이터의 패턴을 구하는 단계와;

퍼지이론을 이용하여 측정치의 양부를 판단하는 단계로 이루어짐이 특징이다.

도 1은 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 장치.

도 2는 본 발명에 적용되는 레이저 용접 모니터링 장치.

도 3a는 본 발명에 있어서 용접 평균데이터를 구하는 방법을 나타낸 그래프도.

도 3b는 본 발명에 있어서 용접 평균데이터를 이용하여 표준편차를 구하는 방법을 나타낸 그래프.

도 3c는 본 발명에 있어서 하이불량인 경우와 로우불량인 경우의 맴버쉽 함수를 구하는 방법을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 적외선 센서 12, 14: 자외선 센서

20: 레이저 용접기

이하에서 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 적외선 센서 및 자외선 센서를 이용하여 용접부위를 촬영하는 방법을 이용하고 있는바, 이는 종래 카메라 촬상시 카메라의 해상도가 떨어지는 등의 문제점이 있으나, 적외선 및 자외선 센서를 이용하게 되면 용접부위에 기포가 발생하여도 이를 감지할 수 있기 때문이다.

상기와 같은 적외선 센서 1개(10) 및 자외선 센서 2개(12, 14)를 이용한 레이저 용접 모니터링 장치는 도 2에 도시한 바와같이, 레이저 용접기(20)에 센서(10, 12, 14)를 부착하여 센서(10, 12, 14)가 레이저빔의 이송부와 함께 움직이며 용접부에서 발생하는 플라즈마와 스패터를 정확하게 계측하도록 하고 있다.

이때 센서(10, 12, 14)는 용접부에서의 위치와 각도를 정확히 하여 센서가 감도높은 신호를 검출하도록 한다.

특히 자외선 센서(12, 14)의 경우, 각도에 따른 신호량이 변화하는바, 낮은 각도의 센서는 플라즈마 플륨의 발광을 검출하고, 높은 각도의 센서는 이것에 가해진 키홀내의 플라즈마의 발광을 검출해내는 것이 가능하다.

그러나, 이러한 기술 역시 데이터 수집시 신호이외의 노이즈가 발생하는 경우 이를 감지할 수 없기 때문에 이에 대한 오차 발생시 대책이 없다는데 있다.

또한, 허용오차나 맴버쉽 기능 결정시 임의적인 부분이 있어 이에 따른 신뢰도 저하를 가져오게 된다.

따라서, 본 발명은 적외선 센서 1개(10)와 자외선 센서 2개(12, 14)를 이용하여 레이저 용접 상태의 양부를 판단하되, 용접이 양호한 데이터를 다수 이용하여 이를 평균하고 또한 표준편차를 구하여 하이불량인 경우와 로우불량인 경우의 맴버쉽 함수를 만들고, 이후 실제 측정 데이터를 패턴화하고 퍼지이론을 적용하여 측정치의 양부를 결정하도록 하는데 특징이 있다.

즉, 본 발명은 다음과 같은 단계를 통해 레이저 용접을 이용한 모니터링 방법을 제공한다.

적외선 센서와 자외선 센서를 이용하여 용접이 양호한 데이터를 다수 이용하여 이를 평균하여 평균데이터를 구하는 제 1 단계와;

상기 1 단계에서 구한 평균 데이터에서 각각의 데이터를 뺀후 이 값들의 평균과 표준편차를 이용하여 양호한 경우의 패턴을 만드는 제 2 단계와;

상기 제 2 단계와 같은 방법으로 기준패턴에 비해 하이 불량인 경우 및 로우 불량인 경우의 맴버쉽 함수를 만드는 제 3 단계와;

실제 측정 데이터를 기준 데이터에서 빼서 데이터의 패턴을 구하는 제 4 단계와;

퍼지이론을 이용하여 측정치의 양부를 판단하는 제 5 단계로 이루어진다.

도 3a는 본 발명의 제 1 단계에서 용접이 양호한 데이터를 다수 이용하여 평균데이터를 구하는 그래프를 도시하고 있고, 도 3b는 본 발명의 제 2 단계에서 평균 데이터에서 각각의 데이터를 뺀후 이 값들의 평균과 표준편차를 이용하여 양호한 경우의 패턴을 만드는 그래프를 도시하고 있으며, 도 3c는 양호한 패턴을 구하는 방식으로 하이불량인 경우와 로우 불량인 경우의 맴버쉽 함수를 만드는 그래프를 도시하고 있다.

상기와 같은 방법에 의해 데이터 패턴을 정의하는 본 발명을 이용하게 되면 노이즈에 대한 영향을 현격히 감소시킬 뿐만 아니라, 퍼지이론을 적용하기 때문에 3개의 센서 값을 이용하여 용접의 양부에 대한 판정을 한번에 내릴 수 있게 된다.

즉, 종래의 기술은 노이즈에 대한 영향이 용접 데이터 검출에 직접 영향을 미쳐 측정치의 양부 판정에 정확도가 떨어지게 되나, 본 발명을 이용하면 맴버쉽 함수를 만들고 퍼지이론을 적용하여 계산하기 때문에 노이즈에 대한 영향을 현격히 감소시킬 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 용접시 발생하는 플라즈마 증기를 적외선 센서 및 자외선 센서로 감지하고 이를 퍼지이론을 이용한 패턴인식을 통해 용접품질을 실시간으로 확인토록 하는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 적외선 센서와 자외선 센서를 이용하여 용접이 양호한 데이터를 다수 이용하여 이를 평균하여 평균데이터를 구하는 제 1 단계와;

   상기 1 단계에서 구한 평균 데이터에서 각각의 데이터를 뺀후 이 값들의 평균과 표준편차를 이용하여 양호한 경우의 패턴을 만드는 제 2 단계와;

   상기 제 2 단계와 같은 방법으로 기준패턴에 비해 하이 불량인 경우 및 로우 불량인 경우의 맴버쉽 함수를 만드는 제 3 단계와;

   실제 측정 데이터를 기준 데이터에서 빼서 데이터의 패턴을 구하는 제 4 단계와;

   퍼지이론을 이용하여 측정치의 양부를 판단하는 제 5 단계로 이루어저 순차 진행하는 것을 특징으로 하는 자동차용 박판의 맞대기 레이저 용접 모니터링 방법.