[논문]레이저 용접에서 용접 공정 모니터링 기술

박영환

doi:10.5781/kwjs.2012.30.1.27

레이저 용접에서 용접 공정 모니터링 기술
Weld Process Monitoring Technology in Laser Welding 원문보기

大韓溶接·接合學會誌 = Journal of the Korean Welding and Joining Society, v.30 no.1, 2012년, pp.27 - 32

박영환 (국립부경대학교 기계공학과)

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AI 본문요약
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문제 정의

하나는 다양한 센서를 이용한 하드웨어 시스템의 개발이며, 다른 하나는 계측된 신호 혹은 데이터를 이용하여 품질평가 혹은 용접부의 기계적 혹은 형상적 특성과 매칭시키는 기술이다. 본 논문에서는 레이저 용접의 모니터링 기술과 이를 활용한 데이터 처리 기술에 대하여 논하고자 한다.
14는 Disk 레이저를 이용한 알루미늄 판재의 레이저 용접에서 발생되는 플라즈마를 가시광선 영역의 포토다이오드를 이용하여 모니터링하고, 이를 이용하여 용접부 품질을 예측한 프로그램의 예이다. 적정 용접조건에서 얻어지는 플라즈마의 광강도를 이용하여 기준신호의 상한과 하한을 작성하고, 새로운 용접 신호가 들어왔을 때, 얻어지는 신호의 패턴을 기준 신호와 비교하여 용접부의 품질을 판단하는 것이다. 패턴을 분석하는 방법으로는 퍼지 패턴 인식 기법을 이용하였다¹⁸⁾.

제안 방법

레이저 용접을 앞 장에서 기술한 다양한 기법을 이용하여 모니터링을 수행한다. 이러한 모니터링 신호는 용접부의 품질과 매우 밀접하게 관련되어있다.
두 번째는 용접 중에 발생되는 다양한 현상을 모니터링 하는 것으로 레이저 용접 시 발생되는 다양한 현상을 이에 맞는 센서를 이용하여 계측하는 방법이다. 세 번째로는 용접 후 용접부의 결함 등을 모니터링 하는 것으로 접된 부위의 형상, 기공 등에 의한 불량 등을 외관검사 및 비파괴검사를 통해 검출하게 된다.
3에서는 용접부의 특성을 Type A, B, C로 나누고 A는 용접이 이루어지지 않은 경우, B는 열변형 없이 용접 비드가 형성된 경우, C는 열변형이 있는 경우로 분류하였다. 이 결과를 AE 신호의 FFT (fast fourier transformation)을 수행하여 100에서 500Hz의 신호와 용접 특성과를 비교하였다⁶⁾.

대상 데이터

6은 플라즈마 계측을 위한 센서 신호와 이에 따른 비드의 형상을 보여주고 있다^9). 실험에 사용된 레이저는 6 kW, CO₂ 레이저 이며, 사용된 재료는 아연 코팅된 강판으로 겹치기 용접을 수행한 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 용접시 기화된 증기가 용융부를 통해 배출됨으로 인해 험핑 형태의 비드가 형성되었으며, 이때 플라즈마 계측 신호의 원 신호와 0.

이론/모형

적정 용접조건에서 얻어지는 플라즈마의 광강도를 이용하여 기준신호의 상한과 하한을 작성하고, 새로운 용접 신호가 들어왔을 때, 얻어지는 신호의 패턴을 기준 신호와 비교하여 용접부의 품질을 판단하는 것이다. 패턴을 분석하는 방법으로는 퍼지 패턴 인식 기법을 이용하였다¹⁸⁾.

후속연구

이에 따라 레이저 용접 모니터링 기술에 대한 요구는 한층 더 높아지고 있으며, 이에 따라 산, 학, 연에서 그 중요성과 연구의 필요성이 제기되고 있고 또한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 모니터링 기술의 산업적 적용과 생산 현장에서의 활용을 통해 레이저 용접의 생산성과 경쟁력, 용접의 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이저란 무엇인가?	레이저(Laser)는 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 의 첫 머리 글자를 딴 단어로 복사의 유도방출에 의한 빛의 증폭현상이라는 의미를 갖는다. 레이저는 단색광, 평행광, 직진성, 가간섭성을 갖는 품질이 매우 높은 빛 에너지로서 집광하기 쉬운 특성을 가지므로 높은 에너지 밀도를 갖을 수 있다. 이를 이용하면 고밀도의 열원으로 용접을 비롯한 다양한 재료 가공에 사용이 가능한 특징을 갖는다1).
	산업현장에서 레이저를 용접의 열원으로 사용하는 이유는?	레이저를 용접의 열원으로 사용하면 높은 에너지 밀도의 점 열원을 이용한 용접으로 용접 품질이 우수하고, 가공속도가 매우 빠르며, 철강재, 알루미늄 및 마그네슘 합금, 플라스틱과 이종 접합 등 다양한 소재에 적용가능하기 때문에 많은 산업현장에서 사용되고 있다.
	용접 공정을 모니터링하는 3가지 방법은 무엇인가?	레이저 용접에서 용접부 품질 향상을 위하여 용접 공정을 모니터링 할 수 있는 방법은 크게 3가지로 나눌 수 있다2). 하나는 용접 전에 용접되는 재료 및 시스템의 상태를 감시하는 것이다. 두 번째는 용접 중에 발생되는 다양한 현상을 모니터링 하는 것으로 레이저 용접 시 발생되는 다양한 현상을 이에 맞는 센서를 이용하여 계측하는 방법이다. 세 번째로는 용접 후 용접부의 결함 등을 모니터링 하는 것으로 접된 부위의 형상, 기공 등에 의한 불량 등을 외관검사 및 비파괴검사를 통해 검출하게 된다.

참고문헌 (18)

J. F. Ready and D. F, Farson : LIA Handbook of Laser Material Processing, Laser Institute of America, 2001, 361-423
Kyoung-Don Lee : Quality Monitoring System for Tailored Blank Welding, Journal of KWS, 18-3 (2000), 32-40 (in Korean)
A. Sun, E. Kannatey-Asibu, Jr. and M. Gartner : Sensor System for Real-time Monitoring of Laser Weld Quality, Journal of Laser Applications, 11-4 (2001), 153-168

상세보기
D. Farson, A. Ali and Y. Sang : Relationship of Optical and Acoustic Emission to Laser Weld Penetration, Welding Journal, 77-4 (1998), 142s-148s
대한용접학회편 : 용접.접합 편람 III 공정 및 열가공, 대한용접학회, 2007, 150-152 (in Korean)
S. H. Lee, J. U. Choi and J. E. Choi : Acoustic Emission Monitoring during Laser Spot Welding of Stainless Steel Sheets, Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 22-4 (2005), 60-67 (in Korean)
J. D. Kim : Fundamental Study on the Weld Defects and Real-time Monitoring Method, Journal of KWS, 20-1, (2002), 26-33 (in Korean)
I. Eriksson, J. Powell and A. F. H. Kaplan : Signal Overlap in the Monitoring of Laser Welding, Measurement Science and Technology, 21-10 (2010), 1-7
J. D. Kim and C. J. Lee : A Study on Characteristics of Plasma Emission Signals with Welding Conditions in $CO_{2}$ Laser, Transactions of the KSME A, 33-11 (2009), 1256-1261 (in Korean)

원문보기 상세보기
Y. W. Park and S. Rhee : Monitoring of Laser Material Processing and Developments of Tensile Strength Estimation Model Using Photodiodes, Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers, 17-1 (2008), 98-108 (in Korean)
J. Beersiek : A CMOS Camera as a Tool for Process Analysis not only for Laser Beam Welding, Proceedings of ICALEO 01, (2001), F 206
J. H. Kim, C. H. Kim, J. H. Kim and S. Rhee : Coaxial Monitoring during Laser Lap Welding, Proceedings of the KSME 2007 Spring Annual Meeting, 241-245 (in Korean)
Y. W. Park, S. Rhee and C. H. Kim : Development of Coaxial Monitoring System in Laser Arc Hybrid Welding for Automotive Body Application, Journal of KWS, 27-6 (2009), 587-594 (in Korean)

원문보기 상세보기
S. Palanco, M. Klassen, J. Skupin, K. Hansen, E. Schubert, G. Sepold and J. J. Laserna : Spectroscopic Diagnostics on CW-laser Welding Plasmas of Aluminum Alloys, Spectrochimica Acta Part B : Atomic Spectroscopy, 56-6 (2001), 641-659
A. Ancona, T. Sibillano and P. M. Lugara : Optical Plasma Spectroscopy as a Tool for Monitoring Laser Welding Processes, Journal of Achievements in Materials and MAnufacturing Engineering, 31-2 (2008), 402-407
W. Huang and R. Kovacevic : A Neural Network and Multiple Regression Method for the Characterization of the Depth of Weld Penetration in Laser Welding Based on Acoustic Signatures, Journal of Intelligent Manufacturing, 22-2 (2011), 131-143

상세보기
H. Park and S. Rhee : Estimation of Weld Bead Size in $CO_{2}$ Laser Welding by Using Multiple Regression and Neural Network. Journal of Laser Application, 11-3 (1999), 143-150

상세보기
Y. W. Park and D. Kim : Optimization of Laser Welding Parameters in Aluminum Alloy Welding and Development of Quality Monitoring System for Light Weight Vehicle, Materials Science Forum, 706-709 (2012), 2998-3003

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