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문제 정의
- 본 보에서는 용접자동화 필수적인 센서 및 센싱 개발현황, 적외선센서, 적외선 센서를 이용한 용접선 추적시스템 구축, 성능평가를 위한 용접자동화 시스템의 구현에 대하여 소개한다.
제안 방법
- 또한 적외선센서는 용접부의 표면으로부터 떨어진 센서의 측정거리에 따라 측정오차가 발생됨으로 측정결과에 대하여 센서거리 변화에 따른 영향을 분석하여야 한다. 먼저 개발된 적외선 센서의 성능을 평가하기 위하여 Fig. 4에서 보는 바와 같이 T=300, 450, 700, 1000°C의 4가지 경우의 온도변화에 대한 적외선센서의 높이와 적외선센서 전압에 대하여 측정하였다. 또한 적외선센서 높이 h=30, 50, 70, 100 mm 일 경우의 적외선센서 전압에 대한 온도분포의 상관관계를 Fig.
- 6는 개발된 시스템의 전체 구성도를 나타낸다. 현장에서 쉽게 사용할 수 있는 시스템 구성을 위하여 이동성 및 신뢰성을 고려하여 일반 하드디스크가 아닌 M-system의 플래시 디스크(flash disk) 를 사용하여진 동으로부터 강인하도록 하였다. 시스템 구동하기 위한 부팅 (booting) 시간은 약 30초 정도가 소요되며, 정 상적 인 OS (Operating System) 처 럼 사용할 수 있고, 어플리케이션(Application) 프로그램도 그대로 사용 가능하다.
- 성능평가를 위하여 GMA(Gas metal Arc) 용접기를 이용하여 일정한 용접속도로 다양한 두께 시험편에 .맞대기용접 (butt welding)을 하였다. 용접 중에 Fig.
- 7에 나타내었다. 구성은 크게 4개의 구역으로 구성하였으며, 실험 시 위치와 온도의 정보를 보여주는 그래프 영역(좌측상단), 용접 케리지를 활성화 시키고 수동으로 케리 지의 조작 영역(좌측 하단), 시간과 케리지의 용접 토치의 위치 그리고 적외선센서의 온도값의 모니터링 영역 (우측 상단), 용접의 각 인자들을 설정하고 케리지를구동하는 영역(우측하단)으로 구성되어 있다.
- 8은 개발된 시스템을 이용하여 평판에서 용접을 실시한 결과를 나타낸다. 적외선센서 및 관련 알고리즘 개발을 통하여 평판용 용접선추적 시스템을 구축하고 개발된 시스템의 성능평가를 통하여 개발된 시스템의 유효성을 검증하였다.
- 9는 본 개발된 용접선 추적을 위한 파이프 용접용 시스템의 구성도를 나타낸다. 기 개발된 평판용 전자동 용접선추적 시스템을 파이프 용접용으로 전환하고자 레일의 한쪽 면을 타이밍 벨트-풀리 형태의 레일로 제작하였고 반대쪽 면은 수직형 벨트 타입으로 제작하여 케리지 구동효율 향상 및 케리지 자체의 진동을 저감하고자 하였다. 또한, 케리지 바퀴의 한쪽면에 플랜지를 장착하여 백래시 감소, 정속도 유지를 통해 체결성능을 향상시켰다.
- 적외선센서 및 관련 알고리즘 개발을 통하여 평판 및 파이프 용접용 용접선 추적시스템을 구축하고, 구축된 시스템의 성능평가를 통하여 용접자동화 시스템 구현에 대하여 논의하였다. 먼저 적외선센서의 성능을 평가하기 위하여 4가지 경우의 온도변화에 대한 적외선센서의 높이와 적외선센서 전압에 대하여 측정하고 상관관계 분석을 통해 적외선센서 성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
- 적외선센서로부터 획득한 출력은 매우 미약한 관계로 적외선센서로부터 신호를 획득하기 쉬운 크기로 증폭하기 위하여 교류증폭을 선정하여 범용 OP-AMP를 제작하였다. 또한 저역필터를 사용하여도 무방하지만 획득한 주파수를 다른 센서에도 사용할 수 있도록 밴드 대역필터를 사용하였다.
대상 데이터
- 시스템 구동하기 위한 부팅 (booting) 시간은 약 30초 정도가 소요되며, 정 상적 인 OS (Operating System) 처 럼 사용할 수 있고, 어플리케이션(Application) 프로그램도 그대로 사용 가능하다. 성능평가를 위하여 GMA(Gas metal Arc) 용접기를 이용하여 일정한 용접속도로 다양한 두께 시험편에 .맞대기용접 (butt welding)을 하였다.
성능/효과
- 5에 나타내었다. 결론적으로 적외선센서의 온도변화 및 시험편에 대한 센서 높이변화에 대한 센서의 측정성능을 검증할 수 있었다.
- 기 개발된 평판용 전자동 용접선추적 시스템을 파이프 용접용으로 전환하고자 레일의 한쪽 면을 타이밍 벨트-풀리 형태의 레일로 제작하였고 반대쪽 면은 수직형 벨트 타입으로 제작하여 케리지 구동효율 향상 및 케리지 자체의 진동을 저감하고자 하였다. 또한, 케리지 바퀴의 한쪽면에 플랜지를 장착하여 백래시 감소, 정속도 유지를 통해 체결성능을 향상시켰다.
- 10은 통합된 파이프 용접용 용접선 추적시스템의 성능평가를 위한 성능테스트 장면을 나타낸다. 용접선 추적 장치는 용접부 품질검증을 위한 Visual test 결과 양호한 추적성능을 나타내었다.
- 논의하였다. 먼저 적외선센서의 성능을 평가하기 위하여 4가지 경우의 온도변화에 대한 적외선센서의 높이와 적외선센서 전압에 대하여 측정하고 상관관계 분석을 통해 적외선센서 성능이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한 적외선센서를 용접토치의 후면 양쪽에 설치하여 센서로부터 획득한 용접부의 열분포 차이를 이용하여 용접선을 추적하며, 용접품질을 센싱하기 위한 적외선 센싱 알고리즘을 개발하였고 성능시험 결과 양호한 추적성능을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 먼저 적외선센서의 성능을 평가하기 위하여 4가지 경우의 온도변화에 대한 적외선센서의 높이와 적외선센서 전압에 대하여 측정하고 상관관계 분석을 통해 적외선센서 성능이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한 적외선센서를 용접토치의 후면 양쪽에 설치하여 센서로부터 획득한 용접부의 열분포 차이를 이용하여 용접선을 추적하며, 용접품질을 센싱하기 위한 적외선 센싱 알고리즘을 개발하였고 성능시험 결과 양호한 추적성능을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 적외선센서, 제어모드 알고리즘, 용접선 추적 및 용접 품질 알고리즘, 실시간 용접상태 계측 알고리즘을 통합한 용접선 추적 시스템은 실제 테스트 결과 양호한 추적성능을 나타내었고, 작업자의 편의성 측면에서도 만족할만한 결과를 나타내었다.
- 또한 적외선센서를 용접토치의 후면 양쪽에 설치하여 센서로부터 획득한 용접부의 열분포 차이를 이용하여 용접선을 추적하며, 용접품질을 센싱하기 위한 적외선 센싱 알고리즘을 개발하였고 성능시험 결과 양호한 추적성능을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 적외선센서, 제어모드 알고리즘, 용접선 추적 및 용접 품질 알고리즘, 실시간 용접상태 계측 알고리즘을 통합한 용접선 추적 시스템은 실제 테스트 결과 양호한 추적성능을 나타내었고, 작업자의 편의성 측면에서도 만족할만한 결과를 나타내었다. 향후 기 시스템을 off-line 용접공정에 적용을 통하여 1인 통합 관리화 추진 및 기존의 작업자 중심의 용접품질의 판단에서 실시간 센싱기술 및 지능제어 시스템을 통한 용접품질의 고급화, 안정화 도모를 위한 지속적인 연구가 수행되어야 될 것으로 사료된다.
후속연구
- 현재 PC용 보드는 비교적 저가이며, 그 종류가 매우 다양하여 산업용 제어기로써 많이 사용되고 있다. 특히 사용자 인터페이스를 위한 MMI(Man Machine Interface) 도구(tool)들이 많이 제공되고 개발자의 입장에서도 쉽게 접근할 수 있도록 다양한 드라이브들이 제공되기 때문에 향후 제어기 분아에서 중추적인 역할을 수행할 것이다.
- 적외선센서, 제어모드 알고리즘, 용접선 추적 및 용접 품질 알고리즘, 실시간 용접상태 계측 알고리즘을 통합한 용접선 추적 시스템은 실제 테스트 결과 양호한 추적성능을 나타내었고, 작업자의 편의성 측면에서도 만족할만한 결과를 나타내었다. 향후 기 시스템을 off-line 용접공정에 적용을 통하여 1인 통합 관리화 추진 및 기존의 작업자 중심의 용접품질의 판단에서 실시간 센싱기술 및 지능제어 시스템을 통한 용접품질의 고급화, 안정화 도모를 위한 지속적인 연구가 수행되어야 될 것으로 사료된다.
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