KR20160051102A - 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템으로, 피접용물의 점용접부에 초음파를 일정한 세기로 발신한 후, 수신된 초음파 반사에코(Echo)의 파형을 생성하고, 무선 통신을 통해 반사 에코의 파형을 송신하는 초음파 탐촉자와, 상기 초음파 탐촉자가 송신한 초음파 반사 에코의 생성된 파형의 특징 인자들을 미리 구축된 용접품질 평가 데이터베이스에 저장된 특징 인자들과 비교하여 용접품질을 판단하고, 상기 판단된 용접품질 판정 결과를 출력하는 모바일 평가 장치를 포함한다.

Description

모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템{System for Evaluating Automatically Spot Welding based on Mobile}

본 발명은 자동차의 점용접부의 용접품질 평가 기술에 관한 것으로, 특히 초음파를 적용하여 점용접부의 용접품질을 비파괴적으로 평가하기 위한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 접합하고자 하는 금속 박판을 2개의 전극 사이에 끼워 놓고 압력을 가한 상태에서 전류를 통전시키면 탐촉부의 저항 발열을 통해 금속 박판이 접합되도록 하는 점용접(Spot Welding)은 승용차 1대의 총 용접수 4000 ~ 7000 요소 중 약 95%를 차지할 정도로 널리 사용되고 있는 용접법이다. 그런데, 충돌 안정성 강화 및 연비향상을 위한 경량화에 의한 고장력강판의 사용량이 증가하면서, 또한 자동차 차체의 방청을 위하여 여러 종류의 표면처리 도금강판이 널리 사용되면서 용접품질능이 현저하게 저하되고 있다. 이러한 이유로 차체 강도를 유지하기 위한 용접 품질 평가는 중요한 문제로 부각되고 있다.

한편, 자동차 제조라인에서 판금부품조립에 사용되고 있는 점용접에 있어서, 용접 품질 평가는 접합강도와 관련된 박리시험(Peel Test)이나 인장-전단시험(Tensile Shear Test), 그리고 점용접부의 너겟, 용입량, 오목자국측정 등과 같은 파괴 시험(Fracture Test)에 의한 점용접부의 용접품질 평가는 상당한 시간과 많은 재료를 필요로 하고, 실제 생산라인에서 용접물에 대해 적용하기에는 외부손상, 장기간의 검사 시간 등과 같은 단점이 있다.

이러한 종래의 용접품질 평가 방법의 단점을 해결하기 위한 방안으로, 다양한 용접조건의 변화에 따른 점용접부의 용접품질을 평가하기 위하여 통상적으로 사용되는 기존의 용접품질 평가결과와 초음파시험 결과 사이의 상관관계를 이용하는 방법으로 초음파를 통하여 점용접부의 용접품질을 비파괴적으로 평가하는 방법이 개발되었다.

초음파 검사는 초음파를 생성하는 탐촉자를 검사 부위에 밀착시켜 초음파를 보낸 다음 되돌아오는 초음파를 실시간 영상화를 통해 결함을 검사하는 방법으로 용접부 결함진단에 가장 널리 사용되는 비파괴검사법이다. 예컨대, X-ray를 투과시켜 너깃 형상을 확인하게 된다.

그런데, 이러한 초음파를 이용한 검사를 위한 장비는 대개 고가의 해외 장비일 뿐만 아니라, 그 크기도 상당하다. 또한, 이러한 장비들은 대개 현장에 설치되는 것이 아니라, 특정 장소에 설치되어, 초음파를 유선으로 수신하여 용접 부위를 측정한다. 즉, 현장에서 실시간으로 검사를 수행할 수 없게 된다. 그리고, 초음파 파형을 분석할 수 있는 전문가에 의해 평가되고 있으므로, 별도의 전문가 교육 또한 필요하다.

본 발명은 저가로 접용접부의 용접품질을 평가할 수 있는 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템을 제공한다.

본 발명은 점용접부의 용접품질 평가를 현장에서 실시간으로 수행할 수 있는 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템을 제공한다.

본 발명은 비숙련된 작업자에 의해서도 용접품질 평가가 가능한 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템을 제공한다.

본 발명은 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템으로, 피접용물의 점용접부에 초음파를 일정한 세기로 발신한 후, 수신된 초음파 반사에코(Echo)의 파형을 생성하고, 무선 통신을 통해 반사 에코의 파형을 송신하는 초음파 탐촉자와, 상기 초음파 탐촉자가 송신한 초음파 반사 에코의 생성된 파형의 특징 인자들을 미리 구축된 용접품질 평가 데이터베이스에 저장된 특징 인자들과 비교하여 용접품질을 판단하고, 상기 판단된 용접품질 판정 결과를 출력하는 모바일 평가 장치를 포함한다.

본 발명은 별도의 고가의 장비가 아닌 점용접부의 용접품질 평가를 위한 어플리케이션 프로그램을 모바일 단말에 설치하면 되므로, 비용이 감소된다는 이점이 있다.

본 발명은 Wi-Fi를 통한 모바일 기반으로 점용접부의 용접품질 평가를 수행하므로, 특정 장소에서 실시할 필요없이 현장에서 실시간으로 평가할 수 있다.

본 발명은 모바일 어플리케이션을 점용접부의 자동 품질판단이 가능하므로, 작업자를 훈련시키기 위한 교육 비용 및 시간을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 탐촉자의 내부 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 평가 장치의 내부 블록 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템은 초음파 탐촉자(100) 및 모바일 평가 장치(200)로 구성된다.

초음파 탐촉자(100)는 자동차 차체의 저항 점용접부에 초음파를 조사하고, 접용접부에 반사되는 초음파 신호를 수신하여, 무선 수신된 초음파 신호의 파형을 생성하고, 이를 모바일 평가 장치(200)에 전송한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 초음파 탐촉자(100)는 초음파 신호를 무선 통신을 통해 모바일 평가 장치(200)에 전송한다. 여기서, 무선 통신은 Wi-Fi, LTE, Bluetooth, NFC 등 다양한 형태가 가능하다. 이러한 초음파 탐촉자(100)의 상세 구성 및 동작에 대해서는 하기의 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.

모바일 평가 장치(200)는 초음파 탐촉자(100)로부터 수신된 데이터를 분석하여 자동차 차체의 저항 점용접부의 용접 품질을 자동으로 판정한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 모바일 평가 장치(200)는 스마트 폰, 스마트 패드 및 노트북 등과 같은 휴대 가능한 모든 장치가 가능하다. 이러한 모바일 평가 장치(200)에 점용접부의 자동 평가 애플리케이션이 설치되어, 데이터(data)를 분석하여 용접부의 정밀한 용입량의 측정을 수행하게 된다. 즉, 종래와 같이 파형을 보고 작업자가 직접 판단하는 것이 아니라, 파형에 따른 다양한 품질 상태에 대한 데이터를 미리 데이터베이스(database)화하고, 생성된 파형에 따른 품질 상태를 데이터베이스와 비교하여 그에 상응하는 품질 상태를 검색하여, 판단된 품질 상태를 사용자가 인지할 수 있는 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface : GUI)를 통해 출력해준다. 이러한 모바일 평가 장치(200)의 상세 구성 및 동작에 대해서는 하기의 도 3을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 탐촉자의 내부 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 초음파 탐촉자(100)는 초음파 센서부(110), 무선 통신부(120), 제어부(130) 및 전원부(140)를 포함한다.

초음파 센서부(110)는 넓은 대역폭의 초음파 펄스(Ultrasonic Pulse)를 피용접물에 발신하고, 그 피용접물을 왕복한 초음파 펄스(Ultrasonic Pulse)를 수신한다.

무선 통신부(120)는 Wi-Fi, LTE, Bluetooth, NFC 등과 같은 무선 통신을 통해 초음파 센서부(110)로부터 수신한 초음파 펄스(Ultrasonic Pulse)를 모바일 평가 장치(200)에 전달한다.

제어부(130)는 초음파 센서부(110)를 통해 댐핑(Damping)된 넓은 대역폭을 갖는 전압 임펄스(Voltage Impulse)를 인가한 피용접물에 송신한 후, 반사되는 신호를 무선 통신부(120)에 전달한다. 이때, 전달된 신호는 매우 미세하기 때문에 수신/증폭 회로를 통해 증폭시킨 후, 무선 통신부(120)를 통해 전달하는 것이 바람직하다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제어부(130)는 타이밍 회로(Timing Logic Circuits)를 포함하여, 송신 및 수신의 일련의 과정을 동기화시켜 피용접물 내의 초음파 진행 시간을 정확히 산출하게 된다. 즉, 측정된 시간과 메모리에 저장되어 있는 피용접물의 음속값 및 초기 펄스 지연값을 이용하여 반사에코 전달시간의 측정을 수행하게 된다.

전원부(140)는 초음파 탐촉자(100)의 각 구성 요소들에 전원을 공급하기 위한 것으로, 휴대용 배터리가 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모바일 평가 장치의 내부 블록 구성도이다.

도 3을 참조하면, 모바일 평가 장치(200)는 무선 통신부(210), 파형 생성부(220), 품질 판단부(230), 품질 판단 DB(240) 및 GUI 표시부(250)를 포함한다.

무선 통신부(210)는 Wi-Fi, LTE, Bluetooth, NFC 등과 같은 무선 통신을 통해 초음파 탐촉자(100)로부터 초음파 펄스(Ultrasonic Pulse)를 수신한다. 또한, 파형에 따른 다양한 품질 상태에 대한 데이터가 미리 데이터베이스화되어 있는 서버에 접속하여 파형에 따른 점용접부의 품질 상태에 대한 데이터를 수신한다.

파형 생성부(220)는 무선 통신부(210)를 통해 수신된 초음파 측정 파형을 GUI 표시부(260)에 출력한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, GUI를 통해 초음파 측정 파형이 비숙련된 작업자도 해석이 가능하도록 출력된다.

품질 판단부(230)는 파형 생성부(220)에 의해 생성된 파형의 특징점을 검출하고, 특징을 품질 판단 DB(240)에 저장된 내용과 비교하여 용접 품질 판단 결과를 GUI 표시부(250)에 출력한다. 예컨대, 용입량이 과다한 용접점의 경우, 초음파의 반사에코가 40dB 정도로 크며, 피크가 2개만을 나타내는 것이 특징이다. 용입량이 적은 용접점인 경우, 적정 용입량에 비해 반사에코 감쇠폭이 작으며, 감지하는 피크의 수가 많다. 따라서, 예컨대 품질 판단부(230)는 피크의 수 또는 감쇠폭 등의 품질 판단 DB(240)에 저장된 데이터를 근거로, 파형 생성부(220)에 의해 생성된 반사 에코가 크고, 피크가 두 개만 나타날 경우에는 용입량이 과다한 용접점으로 품질을 판단하고, 이를 GUI 표시부(250)를 통해 출력한다. 이때, 적정하지 않은 점용접부의 용입량에 대해, 초음파의 반사에코의 크기가 적정 용입량을 가지는 용접점에서 용입량이 과다한 경우, 스패터(spatter) 발생으로 인하여 용접 표면품질의 저하 및 작업환경 오염 등의 문제가 발생하며, 반면에 용입량이 적을 경우, 자동차의 충돌 사고시 쉽게 용접점이 분리되어 자동차 차체가 분해되므로 더 큰 인명피해가 우려될 수 있다는 정보를 함께 출력할 수도 있다.

Claims (3)

1. 피접용물의 점용접부에 초음파를 일정한 세기로 발신한 후, 수신된 초음파 반사에코(Echo)의 파형을 생성하고, 무선 통신을 통해 반사 에코의 파형을 송신하는 초음파 탐촉자와,
   상기 초음파 탐촉자가 송신한 초음파 반사 에코의 생성된 파형의 특징 인자들을 미리 구축된 용접품질 평가 데이터베이스에 저장된 특징 인자들과 비교하여 용접품질을 판단하고, 상기 판단된 용접품질 판정 결과를 출력하는 모바일 평가 장치를 포함함을 특징으로 하는 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 탐촉자는
   WiFi로 초음파 반사 에코의 파형을 송신하는 무선 통신부를 포함함을 특징으로 하는 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 모바일 평가 장치는
   상기 초음파 탐촉자로부터 초음파 반사 에코를 무선 수신하는 무선 통신부와,
   상기 초음파 반사 에코의 파형 또는 용접품질 판정 결과를 디스플레이하는 GUI 표시부와,
   상기 무신 통신부를 통해 수신된 초음파 반사 에코의 파형을 생성하는 파형 생성부와,
   상기 생성된 파형의 특징을 데이터베이스에 저장된 특징 인자와 비교하여 용접품질을 판단하고, 상기 판단된 용접품질 판정 결과를 상기 GUI 표시부에 출력하는 품질 판단부를 포함함을 특징으로 하는 모바일 기반 점용접부의 용접품질 자동 평가 시스템.

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