KR20190061547A - Method for detecting pit defects and evaluating quality of weld zone, and system using the method - Google Patents

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Abstract

According to one embodiment of the present invention, a method for detecting a porosity defect and evaluating a quality of a welding unit includes: a step of measuring a welding electric current and an arc voltage; a step of setting a welding section and processing data; a step of deducting a specific variable; a step of deducting a GMAW porosity index; a step of detecting a defect section; and a step of evaluating a quality of a welding unit.

Description

기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 방법, 및 이를 이용한 시스템{METHOD FOR DETECTING PIT DEFECTS AND EVALUATING QUALITY OF WELD ZONE, AND SYSTEM USING THE METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for evaluating a quality of a welded portion,

본 발명의 기술적 사상은 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 방법, 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동사 샤시 및 차체 부품에 적용 가능한 아연도금 고강도강 박판 가스 메탈 아크 용접시(GMAW) 발생되는 용접 전류와 아크 전압 신호를 기반으로 데이터 처리 하여 실험에서 얻은 회귀식을 이용해 GMAW Porosity Index라는 기공결함 검출이 가능하며, 최종적으로 GMAW Quality Evaluation를 적용하여 용접부의 품질을 결정 할 수 있는 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 방법, 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for evaluating a quality of a welded portion and a method for evaluating the quality of a welded portion and a system using the same. More particularly, the present invention relates to a galvanized high- Based on the welding current and the arc voltage signal, it is possible to detect the porosity defect called GMAW Porosity Index by using the regression equation obtained from the experiment. Finally, it is possible to detect the porosity defect that can determine the quality of the welded portion by applying the GMAW Quality Evaluation And a system for using the same.

일반적으로 아크용접 결함 검출이나 품질 평가는 off-line라인 방식 즉, 용접 후 작업자가 육안으로 용접부의 결함부위를 확인하고 합/부 판정하거나, 또는 레이저 비전 센서, 초음파 센서등 추가적인 디바이스를 설치하여 비파괴 검사 방식으로 품질을 평가하는 기술로 진행되었다. Generally, arc welding defect detection and quality evaluation are performed by off-line line method, ie, after welding, the defective part of the weld portion is visually checked by the operator, and additional devices such as a laser vision sensor and an ultrasonic sensor are installed, And the quality was evaluated by inspection method.

이러한 종래의 아크용접 품질 모니터링 기술은 용접 후 작업자가 육안으로 용접부를 검사하기 때문에 용접부 내부에서 발생된 결함까지는 검출이 불가능하고, 추가적인 디바이스를 이용하여 비파괴 검사를 통해 용접 품질을 결정하는 방식은 추가적인 설비 비용이 들어가고 생산 효율이 낮아지는 문제점을 가지고 있다. 또한 기존의 아크용접 모니터링 시스템 장비는 용접전류, 전압, 용접시간, 용접 상하한치등 기본적인 정보만 관리하는 수준에 머무르고 있다.Such conventional arc welding quality monitoring technology can not detect defects generated in the welded part because the welded part is inspected by the human operator after welding, and the method of determining the weld quality through the non-destructive inspection using the additional device is an additional facility There is a problem that costs are incurred and production efficiency is lowered. In addition, existing arc welding monitoring system equipment maintains only the basic information such as welding current, voltage, welding time, welding height, and so on.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 과제는 자동사 샤시 및 차체 부품에 적용 가능한 아연도금 고강도강 박판 가스 메탈 아크 용접시(GMAW) 발생되는 용접 전류와 아크 전압 신호를 기반으로 데이터 처리 하여 실험에서 얻은 회귀식을 이용해 GMAW Porosity Index라는 기공결함 검출이 가능하며, 최종적으로 GMAW Quality Evaluation를 적용하여 용접부의 품질을 결정 할 수 있는 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 방법, 및 이를 이용한 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the technical idea of the present invention is to provide a regression equation obtained by data processing based on the welding current and the arc voltage signal generated in the galvanized high-strength steel sheet gas metal arc welding (GMAW) The present invention provides a method for detecting a pore defect and a quality of a welded portion that can detect a porosity defect called a GMAW Porosity Index and finally determining a quality of a welded portion by applying a GMAW Quality Evaluation.

본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 방법은 용접전류 및 아크전압을 계측하는 단계, 용접 구간 설정 및 데이터를 처리하는 단계, 특징 변수를 도출하는 단계, GMAW Porosity Index를 도출하는 단계 및 결함 구간을 검출하는 단계 및 용접부의 품질을 평가하는 단계를 포함할 수 있다.The method for detecting pore defects and evaluating the quality of a weld according to an embodiment of the present invention includes measuring a welding current and an arc voltage, setting a welding interval and processing data, deriving a characteristic parameter, Deriving an index, detecting a defect section, and evaluating the quality of the weld.

본 발명은 종래의 용접 품질 모니터링 시스템에 비해 용접 전류와 아크 전압 신호의 데이터 수집 장치만 구축이 되면 모니터링이 가능하기 때문에 장비 비용의 절감 효과를 가져 올 수 있다. 또한 계측한 용접 신호를 가지고 실시간으로 기공결함 검출 및 품질이 가능하여 생산 효율을 향상 시 킬 수 있기 때문에 향후 스마트 팩토리 용접 공정에 적용이 가능하다.The present invention can reduce the equipment cost by monitoring only the welding current and the arc voltage signal data collection device when the welding quality monitoring system is constructed as compared with the conventional welding quality monitoring system. In addition, it can be applied to the smart factory welding process because it can improve the production efficiency by detecting pore defects and quality in real time with the measured welding signals.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 4는 도 3에 도시된 용접 시스템의 일 실시 예에 따른 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 용접 신호 전처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 도 3에 도시된 기공결함 검출 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 용접부 품질 평가 과정을 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A brief description of each drawing is provided to more fully understand the drawings recited in the description of the invention.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing one embodiment of a pore defect detection and quality evaluation of a welded portion according to the technical idea of the present invention. FIG.
2 is a view showing another embodiment of the pore defect detection and the quality evaluation of the welded portion according to the technical idea of the present invention.
3 is a flowchart showing a method of detecting a pore defect and a quality evaluation system of a welded portion according to the technical idea of the present invention.
4 is a diagram illustrating a configuration according to an embodiment of the welding system shown in FIG.
FIG. 5 is a view showing a welding signal preprocessing process shown in FIG.
FIGS. 6 to 8 illustrate the pore defect detection process shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 9 is a view showing a welding quality evaluation process shown in FIG. 3. FIG.

본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 기술적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. However, it should be understood that the technical idea of the present invention is not limited to the specific embodiments but includes all changes, equivalents, and alternatives included in the technical idea of the present invention.

본 발명의 기술적 사상을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0029] In the following description of the present invention, a detailed description of known technologies will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when an element is referred to as being " connected " or " connected " with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.

또한, 본 명세서에 기재된 "~부(유닛)", "~기", "~자", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.It should be noted that the terms such as " unit, " " to, " and " to module ", as used herein, mean units for processing at least one function or operation, Or a combination of hardware and software.

그리고 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.It is to be clarified that the division of constituent parts in this specification is merely a division by each main function of each constituent part. That is, two or more constituent parts to be described below may be combined into one constituent part, or one constituent part may be divided into two or more functions according to functions that are more subdivided. In addition, each of the constituent units described below may additionally perform some or all of the functions of other constituent units in addition to the main functions of the constituent units themselves, and that some of the main functions, And may be carried out in a dedicated manner.

이하, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예들을 차례로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments according to the technical idea of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가의 일 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 시스템의 동작 방법을 나타낸 플로우차트이다. 도 4는 도 3에 도시된 용접 시스템의 일 실시 예에 따른 구성을 나타낸 도면이다. 도 5는 도 3에 도시된 용접 신호 전처리 과정을 나타낸 도면이다. 도 6 내지 도 8은 도 3에 도시된 기공결함 검출 과정을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 3에 도시된 용접부 품질 평가 과정을 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing one embodiment of a pore defect detection and quality evaluation of a welded portion according to the technical idea of the present invention. FIG. 2 is a view showing another embodiment of the pore defect detection and the quality evaluation of the welded portion according to the technical idea of the present invention. 3 is a flow chart showing a method of detecting a pore defect and a quality evaluation system of a welded portion according to the technical idea of the present invention. 4 is a diagram illustrating a configuration according to an embodiment of the welding system shown in FIG. FIG. 5 is a view showing a welding signal preprocessing process shown in FIG. FIGS. 6 to 8 illustrate the pore defect detection process shown in FIG. 3. FIG. FIG. 9 is a view showing a welding quality evaluation process shown in FIG. 3. FIG.

본 발명은 아크용접시 발생되는 용접 전류와 아크 전압 신호를 계측하는 센서 장비만 이용하여 실시간으로 용접부의 내부 또는 외부 기공결함을 검출하고 용접부의 품질을 평가 할 수 있기 때문에 종래기술보다 더울 발전된 기술이라 볼 수 있다. 또한 용접 전류 센서와 전압 센서 외에 어떠한 추가적인 디바이스 없이 용접부 평가가 가능하기 때문에 설비 비용이 낮고, 실시간으로 모니터링이 가능하여 생산 효율이 향상 되는 이점이 있다.Since the present invention can detect the internal or external porosity defect of the welded portion in real time and evaluate the quality of the welded portion using only the sensor equipment for measuring the welding current and the arc voltage signal generated in the arc welding, can see. In addition, it is possible to evaluate the welded part without any additional devices besides the welding current sensor and voltage sensor, so that it is advantageous in that the equipment cost is low and the production efficiency can be improved by monitoring in real time.

본 발명은 자동차 샤시 및 차체 부품에 적용가능한 아연도금된 고강도강을 아크용접시 발생되는 용접신호를 기반으로 용접부의 기공결함 검출 및 품질응 평가하는 알고리즘 기술이다. The present invention is an algorithm technology for evaluating pore defects and quality evaluation of welds based on welding signals generated during arc welding of galvanized high strength steel applicable to automobile chassis and body parts.

도 3은 전체 시스템의 플로우차트를 나타낸 것 이다. 크게 용접 시스템 구성, 용접 신호 전처리, 기공결함 검출, 품질평가, 총 4단계로 구성되어 있다. 용접 시스템 구성단계에서는 2축 스테이지 용접테이블에서 용접 시편은 지그위에 lap joint방식으로 고정된다. 용접 토치는 고정 헤더 방식으로 용접 구간은 설정된 구간내에서 스테이지가 움직이는 방식으로 구성되었다. 아크전압센싱은 용접기의 출력단자에서 DAQ 데이터 수집장치로 연결하여 측정하였고, 용접 전류 센싱은 클램프 방식의 홀 센서를 이용 DAQ 테이터 수집장치에 연결하여 측정하였다. DAQ 데이터 수집 장치 채널은 총 4채널로 0채널은 전류 측정, 1채널은 전압측정으로 연결하였다. 위와 같이 연결된 데이터 수집 장치에서 USB방식의 통신으로 PC에 연결하여 LabVIEW 프로그램을 통해 용접 전류와 아크 전압을 계측하는 아크용접 모니터링 시스템을 구성하였다. 선호 계측은 초당 10kHz로 설정하여 실험을 진행하였다.Figure 3 shows a flow chart of the overall system. It consists of four steps: welding system configuration, welding signal preprocessing, pore defect detection, quality evaluation. In the welding system configuration stage, the welded specimen is fixed in a lap joint manner on the jig in the 2-axis stage welding table. The welding torch is fixed header type and the welding section is constructed by moving the stage within the set interval. Arc voltage sensing was measured by connecting the DAQ data acquisition device to the output terminal of the welder. The welding current sensing was measured by connecting the DAQ data acquisition device using a clamp type Hall sensor. DAQ data acquisition device channel is total 4 channels, 0 channel is connected to current measurement and 1 channel is connected to voltage measurement. An arc welding monitoring system was constructed to measure the welding current and arc voltage through the LabVIEW program by connecting to the PC by USB communication in the above data collection device. The preference was set at 10 kHz per second.

구성된 용접 시스템으로 용접속도 600 mm/min, 와이어 송급속도 3 m/min, 갭이 없는 조건과 갭이 있는 조건으로 용접 실험을 진행하였다. 용접 신호 전처리 단계에서는 앞서 진행한 실험의 raw data를 이용하여 용접 구간을 설정하고 0.1초구간마다 0.01초씩 오버랩시켜 데이터 분할 처리과정을 진행하였다. 기공결함이 발생했을때와 발생하지 않았을 때 영향을 미치는 변수들의 상관관계를 분할된 데이터를 활용하여 분석하였다. 최종적으로 표준편차 전압(), 표준편차 최저전압(), 평균 전압 아크기간(), 전압 주기 횟수(), 표준편차 단락기간 전압(), 표준편차 아크기간 전압(), 등 총 6개의 특징변수를 도출하였다. Welding experiments were carried out under the condition that the welding speed was 600 mm / min, the wire feed rate was 3 m / min, and the gaps and gaps were present. In the preprocessing stage of the welding signal, the data segmentation process was performed by setting the welding interval using the raw data of the previous experiment and overlapping every 0.01 second for every 0.1 second interval. The correlations of the variables affecting the occurrence and non - occurrence of pore defects were analyzed using the partitioned data. Finally, six characteristic variables such as standard deviation voltage (), standard deviation minimum voltage (), average voltage arc duration (), number of voltage cycles (), standard deviation shorting period voltage (), standard deviation arc duration voltage Respectively.

기공결함 검출 단계에서는 특징변수를 이용하여 도 3 내지 도 8과 같은 실험 회귀식을 도출하였다. 이 회귀식을 이용하여 기공결함 검출이 가능한 GMAW Porosity Idex를 도출하였다. 도 3 내지 도 8에 예측성능을 실험을 통해 평가하였고, 정상 용접 구간에서는 Index값이 전체적으로 낮게 나오는 것을 확인 할 수있고, 결함 용접 구간에서는 Index값이 전체적으로 높게 나오는 것을 확인 할 수 있다. In the pore defect detection step, an experimental regression equation as shown in FIG. 3 to FIG. 8 was derived using a characteristic variable. This regression equation was used to derive GMAW Porosity Idex which can detect pore defects. The predictive performance was evaluated through experiments in FIGS. 3 to 8. It can be confirmed that the Index value is lower overall in the normal welding period and the index value is higher in the defect welding period as a whole.

용접부 품질 평가 단계에서는 일정범위의 정상 용접 구간의 Index값을 설정하였고, 설정 범위를 넘어가면 1 결함으로 판단, 설정 범위를 넘지 않으면 0 정상으로 판단하여 용접의 품질을 평가 하였다. In the quality evaluation stage of the welded part, the index value of a certain range of the normal welded area was set, and when it exceeded the set range, it was judged as 1 defect.

실시 예에 따라, 본 발명은 자동화 용접공정 시스템이 적용되는 자동차 부품 회사 생산라인의 용접 품질을 실시간으로 검사하는 모니터링 분야와 조선, 해양플랜트 및 원자력 관련 분야 등 자동화 용접 공정이 상당히 높은 점유율을 차지하는 분야에 활용될 수 있다.According to the embodiment, the present invention can be applied to a monitoring field for real-time inspection of welding quality of a production line of an automobile parts company to which an automatic welding process system is applied, and a field for automation welding processes such as shipbuilding, offshore plant, .

이상, 본 발명의 기술적 사상을 다양한 실시 예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Various modifications and variations are possible.

Claims (1)

용접전류 및 아크전압을 계측하는 단계;
용접 구간 설정 및 데이터를 처리하는 단계;
특징 변수를 도출하는 단계;
GMAW Porosity Index를 도출하는 단계;
결함 구간을 검출하는 단계; 및
용접부의 품질을 평가하는 단계를 포함하는, 기공결함 검출 및 용접부의 품질 평가 방법.Measuring a welding current and an arc voltage;
Setting a weld zone and processing data;
Deriving a characteristic variable;
Deriving a GMAW Porosity Index;
Detecting a defect section; And
And evaluating the quality of the welded portion.
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