KR20240064303A - 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법 - Google Patents

헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법 Download PDF

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박지현
양동욱
이은호
심영대
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현대모비스 주식회사
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Abstract

본 발명의 헤어핀 코일 물성 측정 장치는 헤어핀 코일의 소재에 주파수별로 전류를 인가하여 소재에서 유도된 유도전류를 측정하는 전류 센서; 및 전류 센서에서 측정된 유도전류로 소재의 임피던스를 측정하고 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 소재의 물성을 측정하는 측정 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법{PROPERTIES MEASURING APPARATUS AND METHOD FOR HAIRPIN TYPE COIL, AND HAIRPIN TYPE COIL FORMING METHOD BASED ON IT}
본 발명은 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법에 관한 것이다.
최근에는 모터의 사이즈를 늘리지 않고 모터의 출력을 향상시키기 위해 원형 단면을 가지는 환형 코일을 사용 대신, 대략 사각 단면 형태를 가지는 각형 코일(flat coil)을 사용하여 권선하는 방법이 연구되고 있다.
그러나, 각형 코일의 경우 환형 코일에 비해 상대적으로 코일 권선 작업에 어려움이 있다. 따라서 각형 코일에 있어서 코일 권선을 용이하게 하는 방안으로, 헤어핀 코일을 고정자 코일에 삽입 체결한 후, 각 헤어핀 코일을 용접 접합시켜 코일 권선부를 형성하는 방식의 모터가 제안된 바 있다.
이러한 헤어핀 코일은 에나멜로 코일 코팅, 코일 절단, 성형(예: 벤딩 또는 포밍), 헤어핀의 용접부 마련을 위하여 헤어핀에 코팅된 에나멜 일부를 탈피 후, 챔퍼 가공하여 헤어핀 완성품을 생산한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2017-0066859호(2017.06.15)의 '헤어핀 코일 제조 방법'에 개시되어 있다.
종래의 헤어핀 코일 제조 방식은 소재의 품질이 일정하지 않아 헤어핀 코일의 불량이 발생할 수 있다.
또한, 헤어핀 코일의 물성 측정을 위해 소재를 파단시켜 물성을 측정하는 인장시험 방식은 실시간 물성을 확인하기 어려우며, 시험을 위한 사전 준비에 많은 시간이 소요되고 기기의 정밀도와 작업자의 숙련도에 따라 오차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 소재의 물성을 실시간으로 비파괴식 방식으로 측정하고 측정된 소재의 물성을 토대로 공정 조건을 도출하여 헤어핀 코일을 성형하는 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치는 헤어핀 코일의 소재에 주파수별로 전류를 인가하여 소재에서 유도된 유도전류를 측정하는 전류 센서; 및 상기 전류 센서에서 측정된 유도전류로 소재의 임피던스를 측정하고 상기 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 소재의 물성을 측정하는 측정 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전류 센서는 소재에 접촉되어 비파괴식으로 소재에 발생된 유도전류를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 방법은 전류 센서가 헤어핀 코일의 소재에 주파수별로 전류를 인가하여 소재에서 유도된 유도전류를 측정하는 단계; 및 측정 프로세서가 상기 전류 센서에서 측정된 유도전류로 소재의 임피던스를 측정하고 상기 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 소재의 물성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 유도전류를 측정하는 단계는 제1 전류 센서가 소재를 평탄화시키는 평탄화 공정 전에 소재에 전류를 인가하여 유도전류를 측정하는 단계; 및 제2 전류 센서가 소재를 평탄화시키는 평탄화 공정 후에 소재에 전류를 인가하여 유도전류를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 소재의 물성을 측정하는 단계에서, 상기 측정 프로세서는 상기 제1 전류 센서에서 측정된 유도전류와 상기 제2 전류 센서에서 측정된 유도전류를 각각 이용하여 평탄화 공정 전과 후의 소재의 소성변형에 의한 물성 변화를 추출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 소재의 물성을 측정하는 단계에서, 상기 측정 프로세서는 상기 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 유도전류 파라미터를 추출하고, 상기 유도전류 파라미터를 분석하여 소재의 물성을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 유도전류 파라미터는 유도전류의 진폭, 위상, 실수성분, 및 허수성분 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 물성은 소재의 항복강도, 인장강도, 및 연신율 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 헤어핀 코일 성형 방법은 형상 측정부가 헤어핀 코일의 형상을 측정하는 단계; 및 공정 프로세서가 상기 형상 측정부에서 측정된 상기 헤어핀 코일의 형상을 기준 형상과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 헤어핀 코일의 소재의 물성과 공정 데이터를 토대로 상기 헤어핀 코일의 공정 조건을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공정 제어기가 상기 공정 조건에 따라 상기 헤어핀 코일의 성형 공정을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 헤어핀 코일의 형상을 측정하는 단계에서, 상기 형상 측정부는 상기 헤어핀 코일의 몸통부의 길이와 각도, 및 머리부의 길이와 각도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 공정 데이터는 소재의 평탄화 공정과 피딩 공정 사이, 및 노즐과 벤딩 공정 사이의 공정 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 공정 조건은 소재의 피딩 길이, 굽힘각도, 및 굽힘속도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 물성은 소재에 주파수별로 인가된 교류전류에 의해 소재에서 유도된 유도전류로 측정된 임피던스가 소재에 정립된 모델에 적용되어 측정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 헤어핀 코일의 공정 조건을 도출하는 단계에서, 상기 공정 프로세서는 소재의 평탄화 공정 전과 후의 소성변형에 의한 물성 변화를 토대로 상기 공정 조건을 도출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법은, 소재의 물성을 실시간으로 비파괴식 방식으로 측정하고 측정된 소재의 물성을 토대로 공정 조건을 도출하여 헤어핀 코일을 성형한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법은, 소재에 대한 신뢰성 높은 물성을 획득 및 저장하고, 측정된 소재의 물성을 토대로 헤어핀 코일의 성형 공정을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 헤어핀 코일 성형 공정 내 물성 측정 단계를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 제1 전류 센서와 제2 전류 센서의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중회귀분석 기반 머신머닝 기법을 통해 항복강도를 측정한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중회귀분석 기반 머신머닝 기법을 통해 인장강도를 측정한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중회귀분석 기반 머신머닝 기법을 통해 연신율을 측정한 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 장치의 블럭 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 동작을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 형상 측정 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 형상 치수 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CNC 벤딩 로봇 움직임을 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일의 피딩 길이 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 헤어핀 코일 성형 공정 내 물성 측정 단계를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)는 전류 센서(110) 및 측정 프로세서(120)를 포함한다.
전류 센서(110)는 헤어핀 코일(30)을 성형하는 성형 공정 라인(10)에 설치된다.
전류 센서(110)는 헤어핀 코일(30)의 소재에 주파수별로 교류전류를 인가하여 평탄화 공정 전과 후의 소재에 흐르는 와전류, 즉 유도전류를 측정한다.
전류 센서(110)는 제1 전류 센서(112)와 제2 전류 센서(114)를 포함한다.
제1 전류 센서(112)는 헤어핀 소재의 성형 공정 라인(10)의 평탄화 공정 전에 설치된다.
제1 전류 센서(112)는 평탄화 공정 전의 소재에 주파수별로 교류전류를 인가하고, 각 주파수별로 교류전류에 의해 소재에 유도된 유도전류를 측정한다.
제2 전류 센서(114)는 헤어핀 코일(30)의 소재의 성형 공정 라인(10) 상에서 평탄화 공정 후에 설치된다.
제2 전류 센서(114)는 평탄화 공정 후의 소재에 주파수별로 교류전류를 인가하고, 각 주파수별로 교류전류에 의해 소재에 유도된 유도전류를 측정한다.
도 2를 참조하면, 성형 공정 라인(10)은 소재를 이용하여 헤어핀 코일(30)을 성형한다.
성형 공정 라인(10)은 평탄화 공정 모듈(12), 피딩 및 노즐 공정 모듈(13), 및 벤딩 공정 모듈(14)을 포함한다.
먼저, 소재가 감겨진 보빈(20)은 성형 공정 라인(10)의 메인 롤러(11)에 삽입한다.
평탄화 공정 모듈(12)은 보빈(20)에 감겨진 소재를 복수 개의 롤러로 압착시켜 평탄화시킨다. 이때, 평탄화 공정에 의해 소재의 소성변화가 발생할 수 있다.
피딩 및 노즐 공정 모듈(13)은 평탄화 공정 모듈(12)에서 평탄화된 소재를 당겨 노즐에 삽입하고 헤어핀 코일(30)의 단부에 해당하는 부분의 피막을 벗겨 헤어핀 코일(30)을 통해 전류가 잘 흐를 수 있게 된다.
벤딩 공정 모듈(14)은 피막이 벗겨진 소재를 절단하고 벤딩시켜 헤어핀 코일(30)로 형성한다.
참고로 본 실시예에서는, 성형 공정은 보빈 삽입 공정, 평탄화 공정, 피딩 및 노즐 공정 및 벤딩 공정을 예시로 설명하였으나, 상기한 공정 이외에도 다양한 공정이 추가 변경될 수 있다.
제1 전류 센서(112)와 제2 전류 센서(114)는 관통형 타입의 유도전류 프로브가 채용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 제1 전류 센서(112)와 제2 전류 센서(114)의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 관통형 타입의 유도전류 프로브는 중심이 관통형성되어 이 중심을 통해 소재가 투입되고, 소재에 주파수별로 교류전류를 인가하여 이때 소재에 유도되는 유도전류를 측정하는 것으로써, 비파괴식으로 소재에 접촉되어 유도전류를 측정할 수 있다.
관통형 타입의 유도전류 프로브는 사용자의 편의에 맞춰서 다양하게 설계가 가능하나 헤어핀 코일(30)의 소재와 같은 와이어 소재를 대상으로 하는 경우 생상 공정 내 활용성이 높은 관통형 형태가 유리할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 제1 전류 센서(112)와 제2 전류 센서(114)를 관통형 타입의 유도전류 프로브를 예시로 설명하였으나, 소재의 물성을 비파괴식으로 측정할 수 있도록 하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
소재의 물성에는 항복강도, 인장강도 및 연신율에 포함될 수 있다.
측정 프로세서(120)는 전류 센서(110)에서 측정된 유도전류로 소재의 임피던스를 측정하고 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 소재의 물성을 측정한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 측정 프로세서(120)는 먼저 제1 전류 센서(112)에서 측정된 유도전류를 통해 평탄화 공정에 투입되기 전의 소재의 임피던스를 측정한다.
측정 프로세서(120)는 임피던스를 소재에 대해 정립된 유도전류-기계적 물성 모델에 반영하여 소재의 물성을 반영하는 유도전류 파라미터를 추출한다.
유도전류 파라미터에는 유도전류의 진폭, 위상, 실수성분, 및 허수성분이 포함될 수 있다.
측정 프로세서(120)는 유도전류 파라미터를 분석하여 소재의 물성을 측정한다. 이를 위해, 측정 프로세서(120)는 상기한 유도전류 파라미터, 예컨대 진폭, 위상, 실수성분, 및 허수성분 각각에 대한 다중회귀분석 기반 머신러닝 기법을 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중회귀분석 기반 머신머닝 기법을 통해 항복강도를 측정한 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중회귀분석 기반 머신머닝 기법을 통해 인장강도를 측정한 예를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중회귀분석 기반 머신머닝 기법을 통해 연신율을 측정한 예를 나타낸 도면이다.
도 4에는 진폭과 위상, 실수성분, 및 허수성분 각각에 대한 항복강도의 분포와 추세선이 도시되고, 도 5에는 진폭과 위상, 실수성분, 및 허수성분 각각에 대한 인장강도의 분포와 추세선이 도시되며, 도 6에는 진폭과 위상, 실수성분, 및 허수성분 각각에 대한 연신율의 분포와 추세선이 도시되었다.
이에, 측정 프로세서(120)는 상기한 추세선을 토대로 평탄화 공정 전의 소재의 물성을 예측한다.
이어, 측정 프로세서(120)는 제2 전류 센서(114)에서 측정된 유도전류를 통해 평탄화 공정 후의 소재의 임피던스를 측정한다.
측정 프로세서(120)는 임피던스를 소재에 대해 정립된 유도전류-기계적 물성 모델에 반영하여 소재의 물성을 반영하는 유도전류 파라미터를 추출하고, 추출된 유도전류 파라미터를 다중회귀분석 기반의 머신러닝 기법을 통해 추세선을 획득하여 물성을 예측한다. 제2 전류 센서(114)에서 측정된 유도전류를 통해 평탄화 공정 후의 소재의 임피던스를 토대로 소재의 물성을 측정하는 방식은 제2 전류 센서(114)에서 측정된 유도전류를 통해 평탄화 공정 후의 소재의 임피던스를 토대로 소재의 물성을 측정하는 방식과 동일하다.
상기한 바와 같이, 평탄화 공정 전과 후의 물성이 측정되면, 측정 프로세서(120)는 평탄화 공정 전과 후의 물성 변화를 추출한다. 즉, 평탄화 공정시 소재의 소성변화가 발생할 수 있다. 이에, 측정 프로세서(120)는 상기한 바와 같은 제1 전류 센서(112)와 제2 전류 센서(114)에서 측정된 유도전류를 기반으로 각각의 물성을 예측하고, 이를 토대로 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 각 물성 별로 추출할 수 있다.
측정 프로세서(120)는 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 후술하는 헤어핀 코일 성형 장치(200)에 전달한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 소재가 헤어핀 코일(30)로 성형되는 과정에서, 제1 전류 센서(112)는 평탄화 공정 전의 소재에 주파수별로 교류전류를 인가하고 각 주파수별로 교류전류에 의해 소재에서 유도된 유도전류를 감지한다(S110).
측정 프로세서(120)는 제1 전류 센서(112)에서 측정된 유도전류를 통해 평탄화 공정에 투입되기 전의 소재의 임피던스를 측정한다(S120).
측정 프로세서(120)는 임피던스를 소재에 대해 정립된 유도전류-기계적 물성 모델에 반영하여 소재의 물성을 반영하는 유도전류 파라미터를 추출하고, 추출된 유도전류 파라미터를 다중회귀분석 기반의 머신러닝 기법을 통해 추세선을 획득하여 이를 기초로 평탄화 공정 전의 소재의 물성을 측정한다(S130).
이후, 소재에 대한 평탄화 공정이 수행되면, 제2 전류 센서(114)는 평탄화 공정 후의 소재에 주파수별로 교류전류를 인가하고, 각 주파수별로 교류전류에 의해 소재에서 유도된 유도전류를 감지한다(S140).
측정 프로세서(120)는 제2 전류 센서(114)에서 측정된 유도전류를 통해 평탄화 공정에 투입되기 전의 소재의 임피던스를 측정한다(S150).
측정 프로세서(120)는 임피던스를 소재에 대해 정립된 유도전류-기계적 물성 모델에 반영하여 소재의 물성을 반영하는 유도전류 파라미터를 추출하고, 추출된 유도전류 파라미터를 다중회귀분석 기반의 머신러닝 기법을 통해 추세선을 획득하여 이를 기초로 평탄화 공정 후의 소재의 물성을 측정한다(S160).
상기한 바와 같이, 평탄화 공정 전과 후의 물성이 측정되면, 측정 프로세서(120)는 평탄화 공정 전과 후의 물성을 비교하여 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 각 물성 별로 산출한다(S170).
본 실시예에서, 헤어핀 코일 성형 장치(200)는 상기한 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)에서 추출된 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 토대로 헤어핀 코일 성형을 위한 공정 조건을 도출하고, 도출된 공정 조건을 헤어핀 성형 공정에 반영한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 장치 및 방법을 도 8 내지 도 15를 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 장치의 블럭 구성도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치의 동작을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 장치(200)는 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)에서 산출된 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 전달받는다.
헤어핀 코일 성형 장치(200)는 현재 헤어핀 코일(30)의 형상을 측정하고, 측정된 헤어핀 코일(30)의 형상에 따라 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 이용하여 헤어핀 코일(30)의 공정 조건을 도출한다.
헤어핀 코일 성형 장치(200)는 데이터베이스부(210), 형상 측정부(220), 공정 프로세서(230), 및 공정 제어기(300)를 포함한다.
데이터베이스부(210)는 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)에서 산출된 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 저장한다.
또한, 데이터베이스부(210)는 성형 공정에서의 공정 데이터와 후술한 형상 측정부(220)에서 측정된 헤어핀 코일(30)의 형상 데이터를 저장한다.
형상 측정부(220)는 헤어핀 코일(30)의 형상을 측정한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 형상 측정 예를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 형상 치수 예를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 형상 측정부(220)는 3D 스캐너일 수 있으며, 복수 개가 구비되어 다양한 방향에서 헤어핀 코일(30)의 형상을 측정할 수 있다.
형상 측정부(220)는 헤어핀 코일(30)의 몸통부의 길이와 각도, 및 머리부의 길이와 각도를 측정한다.
도 11에서 몸통부의 길이와 각도는 아래의 표 1과 같다.
도 11에서 머리부의 길이와 각도는 아래의 표 2와 같다.
즉, 형상 측정부(220)는 상기한 몸통부의 길이와 각도, 및 머리부의 길이와 각도를 측정하여 공정 프로세서(230)에 입력한다.
미설명 부호 222는 3D 스캐너의 헤어핀 코일 형상 측정시 정확도를 향상시키기 위해 배치되는 비전판이다.
공정 제어기(300)는 성형 공정 라인(10)을 제어하여 헤어핀 코일(30)을 성형한다.
공정 제어기(300)는 공정 프로세서(230)에 공정 데이터를 전달한다.
공정 제어기(300)는 공정 프로세서(230)로부터 공정 조건을 전달받을 수 있다. 공정 제어기(300)는 공정 프로세서(230)로부터 전달받은 공정 조건에 따라 상기한 성형 공정 라인(10)을 제어하여 헤어핀 코일(30)이 기준 형상과 일치하도록 한다. 기준 형상에 대해서는 후술한다.
공정 프로세서(230)는 형상 측정부(220)에서 측정된 헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상을 비교하여 일치 여부에 따라 헤어핀 코일(30)의 소재의 물성과 공정 데이터를 토대로 헤어핀 코일(30)의 공정 조건을 도출한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 공정 프로세서(230)는 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)에서 추출된 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 데이터베이스부(210)에 저장한다.
공정 프로세서(230)는 공정 제어기(300)로부터 공정 데이터를 수집하여 데이터베이스부(210)에 저장한다.
공정 데이터에는 소재의 평탄화 공정과 피딩 공정 사이, 및 노즐과 벤딩 공정 사이의 공정 데이터가 포함될 수 있다.
예컨대, 공정 데이터에는 벤딩 로봇의 움직임 데이터 및 헤어핀 코일(30)의 피딩 길이가 포함될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 CNC 벤딩 로봇 움직임을 나타낸 예시도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일(30)의 피딩 길이 예시도이다.
공정 데이터는 도 12에 도시된 바와 같은 벤딩 로봇의 움직임 데이터일 수 있다. 벤딩 로봇에는 CNC 벤딩과 프레스 벤딩이 모두 포함될 수 있다.
공정 데이터는 도 13에 도시된 바와 같은 헤이핀의 피딩 길이일 수 있다.
공정 프로세서(230)는 형상 측정부(220)를 통해 헤어핀 코일(30)의 형상을 측정하여 데이터베이스부(210)에 저장한다.
공정 프로세서(230)는 형상 측정부(220)를 통해 측정된 헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상을 비교하여 일치 여부를 판정한다.
기준 형상은 정상적인 헤어핀 코일(30)의 형상으로써, 형상 측정부(220)를 통해 측정된 헤어핀 코일(30)의 정상 여부를 판정하는 기준이 된다.
헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상이 일치하면, 공정 프로세서(230)는 헤어핀 코일(30)을 정상으로 판정한다.
헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상이 일치하지 않으면, 헤어핀 코일(30)을 불량으로 판정한다. 이때, 공정 프로세서(230)는 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화와 공정 데이터를 바탕으로 공정 조건을 도출한다.
공정 조건에는 소재의 피딩 길이, 굽힘각도, 및 굽힘속도가 포함될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
공정 프로세서(230)는 도출된 공정 조건을 공정 제어기(300)에 전달한다.
공정 제어기(300)는 공정 프로세서(230)로부터 전달받은 공정 조건에 따라 성형 공정 라인(10)을 제어하여 헤어핀 코일(30)의 코일이 기준 형상과 일치하도록 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 방법을 도 14를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 성형 방법의 순서도이다.
도 14를 참조하면, 먼저 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)가 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화를 측정하고(S100), 측정된 물성 변화를 공정 프로세서(230)에 전달한다.
공정 프로세서(230)는 헤어핀 코일 물성 측정 장치(100)로부터 전달받은 물성 변화를 데이터베이스부(210)에 저장한다.
공정 프로세서(230)는 공정 제어기(300)로부터 공정 데이터를 수집하고(S200), 데이터베이스부(210)에 저장한다.
공정 프로세서(230)는 형상 측정부(220)를 통해 헤어핀 코일(30)의 형상을 측정하고(S300), 측정된 헤어핀 코일(30)의 형상을 데이터베이스부(210)에 저장한다.
공정 프로세서(230)는 헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상을 비교하여 헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상이 일치하는지 여부를 판단한다(S400).
단계 S400에서의 판단 결과 헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상이 일치하며, 공정 프로세서(230)는 헤어핀 코일(30)을 정상으로 판정한다.
반면에, 헤어핀 코일(30)의 형상과 기준 형상이 일치하지 않으면, 공정 프로세서(230)는 평탄화 공정 전과 후의 소성변화에 의한 물성 변화와 공정 데이터를 바탕으로 공정 조건을 도출한다(S500).
이어, 공정 프로세서(230)는 도출한 공정 조건을 공정 제어기(300)에 전달한다.
공정 제어기(300)는 공정 프로세서(230)로부터 전달받은 공정 조건에 따라 상기한 성형 공정 라인(10)을 제어하여 헤어핀 코일(30)이 기준 형상과 일치하도록 한다(S600).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법은, 소재의 물성을 실시간으로 비파괴식 방식으로 측정하고 측정된 소재의 물성을 토대로 공정 조건을 도출하여 헤어핀 코일(30)을 제조한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤어핀 코일 물성 측정 장치 및 방법, 및 이를 기반으로 한 헤어핀 코일 성형 방법은, 소재에 대한 신뢰성 높은 물성을 획득 및 저장하고, 측정된 소재의 물성을 토대로 헤어핀 코일(30)의 성형 공정을 최적화할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
100: 헤어핀 코일 물성 측정 장치 110: 전류 센서
112: 제1 전류 센서 114: 제2 전류 센서
120: 측정 프로세서 200: 헤어핀 코일 성형 장치
210: 데이터베이스부 220: 형상 측정부
230: 공정 프로세서 300: 공정 제어기

Claims (15)

  1. 헤어핀 코일의 소재에 주파수별로 전류를 인가하여 소재에서 유도된 유도전류를 측정하는 전류 센서; 및
    상기 전류 센서에서 측정된 유도전류로 소재의 임피던스를 측정하고 상기 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 소재의 물성을 측정하는 측정 프로세서를 포함하는 헤어핀 코일 물성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전류 센서는
    소재에 접촉되어 비파괴식으로 소재에 발생된 유도전류를 측정하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 물성 측정 장치.
  3. 전류 센서가 헤어핀 코일의 소재에 주파수별로 전류를 인가하여 소재에서 유도된 유도전류를 측정하는 단계; 및
    측정 프로세서가 상기 전류 센서에서 측정된 유도전류로 소재의 임피던스를 측정하고 상기 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 소재의 물성을 측정하는 단계를 포함하는 헤어핀 코일 물성 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유도전류를 측정하는 단계는
    제1 전류 센서가 소재를 평탄화시키는 평탄화 공정 전에 소재에 전류를 인가하여 유도전류를 측정하는 단계; 및
    제2 전류 센서가 소재를 평탄화시키는 평탄화 공정 후에 소재에 전류를 인가하여 유도전류를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 물성 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 소재의 물성을 측정하는 단계에서,
    상기 측정 프로세서는 상기 제1 전류 센서에서 측정된 유도전류와 상기 제2 전류 센서에서 측정된 유도전류를 각각 이용하여 평탄화 공정 전과 후의 소재의 소성변형에 의한 물성 변화를 추출하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 물성 측정 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 소재의 물성을 측정하는 단계에서,
    상기 측정 프로세서는 상기 임피던스를 소재에 정립된 모델에 적용하여 유도전류 파라미터를 추출하고, 상기 유도전류 파라미터를 분석하여 소재의 물성을 측정하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 물성 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유도전류 파라미터는
    유도전류의 진폭, 위상, 실수성분, 및 허수성분 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 물성 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 물성은
    소재의 항복강도, 인장강도, 및 연신율 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 물성 측정 방법.
  9. 형상 측정부가 헤어핀 코일의 형상을 측정하는 단계; 및
    공정 프로세서가 상기 형상 측정부에서 측정된 상기 헤어핀 코일의 형상을 기준 형상과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 헤어핀 코일의 소재의 물성과 공정 데이터를 토대로 상기 헤어핀 코일의 공정 조건을 도출하는 단계를 포함하는 헤어핀 코일 성형 방법.
  10. 제9항에 있어서, 공정 제어기가 상기 공정 조건에 따라 상기 헤어핀 코일의 성형 공정을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 성형 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 헤어핀 코일의 형상을 측정하는 단계에서,
    상기 형상 측정부는 상기 헤어핀 코일의 몸통부의 길이와 각도, 및 머리부의 길이와 각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 성형 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 공정 데이터는
    소재의 평탄화 공정과 피딩 공정 사이, 및 노즐과 벤딩 공정 사이의 공정 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 성형 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 공정 조건은
    소재의 피딩 길이, 굽힘각도, 및 굽힘속도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 성형 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 물성은
    소재에 주파수별로 인가된 교류전류에 의해 소재에서 유도된 유도전류로 측정된 임피던스가 소재에 정립된 모델에 적용되어 측정되는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 성형 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 헤어핀 코일의 공정 조건을 도출하는 단계에서,
    상기 공정 프로세서는 소재의 평탄화 공정 전과 후의 소성변형에 의한 물성 변화를 토대로 상기 공정 조건을 도출하는 것을 특징으로 하는 헤어핀 코일 성형 방법.

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