초록 ▼

본 연구는 차량의 고효율화 및 고연비로의 개선을 위한 차체 경량화를 위하여 기존의 철강재료의 차체를 알루미늄 차체로 만들기 위한 연구 배경을 갖으며 최종 연구 목표로는 지능형 알고리즘을 이용한 알루미늄 원격 레이저 용접 기술 및 용접 품질 예측 시스템 개발을 최종 목표로 한다.
이를 위하여 1차년도에는 알루미늄 원격 레이저 용접부 용접 특성 분석과 모델링, 지능형 알고리즘을 이용한 용접 공정 최적화를 수행하였고, 2차년도에서는 알루미늄 원격 레이저 용접의 품질 판단을 위한 용접 모니터링 시스템 개발과 용접 특성 및 모니터링 신

본 연구는 차량의 고효율화 및 고연비로의 개선을 위한 차체 경량화를 위하여 기존의 철강재료의 차체를 알루미늄 차체로 만들기 위한 연구 배경을 갖으며 최종 연구 목표로는 지능형 알고리즘을 이용한 알루미늄 원격 레이저 용접 기술 및 용접 품질 예측 시스템 개발을 최종 목표로 한다.
이를 위하여 1차년도에는 알루미늄 원격 레이저 용접부 용접 특성 분석과 모델링, 지능형 알고리즘을 이용한 용접 공정 최적화를 수행하였고, 2차년도에서는 알루미늄 원격 레이저 용접의 품질 판단을 위한 용접 모니터링 시스템 개발과 용접 특성 및 모니터링 신호 분석 그리고 지능형 품질 판단 알고리즘과 평가 시스템 개발을 수행하였다. 각 연구 주제에 따른 연구 결과는 아래와 같다.
◯ 원격 레이저 용접 시스템 및 모니터링 시스템 개발
- 4kW 급 디스크 레이저를 이용한 원격 레이저 용접 시스템 구축
- 용접부 플라즈마 계측을 위한 300에서 680nm 의 센서 시스템 및 동축 광학 시스템 구축
- 용접 인자별 (레이저 출력, 용접속도, 레이저 조사각도, 겹치기 갭)에 따른 용접 실험 수행
◯ 원격 레이저 용접 시스템의 알루미늄 용접성 평가 및 용접부 인장강도 예측모델 개발
- 용접부 형상 분석 통한 완전 용입 조건으로 48J/mm 이상의 입열이 요구됨
- 점 용접 비교를 통한 7.4 kN의 이상의 기준 강도 확립 및 62 J/mm의 입열이 요구됨
- 용접부 갭 관리 기준의 설정으로 1.0mm 이하는 모세관 현상으로 강도 향상을 확인할 수 있음
- 회귀 모델 (1차, 2차, 비선형 모델) 및 인공 신경망 모델 개발과 성능평가 (신경망 모델이 더 우수)
◯ 지능형 알고리즘을 이용한 원격 레이저 용접부 공정 최적화
- 최적화 공정 개발을 위한 평가 지수 (인장 강도와 용접 속도의 목적함수 값 이용) 개발
- 유전 알고리즘을 이용한 용접 조건 최적화 : 레이저 출력 4kW, 용접속도 4.6m/min, 적합도 함수 지수 140.1, 예측 인장전단 강도 8,457N
◯ 동축 모니터링 시스템을 이용한 용접 모니터링 신호 분석
- 고속 카메라를 이용한 용접시 플라즈마 거동 분석 : 상, 하판의 플라즈마 분출 거동 확인
- 충분한 입열로 완전 용입시 용접 신호가 낮게 발생 : 키홀에 의한 하부 플라즈마 배출
- 불완전 용입시 신호의 상대적 변화가 크게 발생 : 상판위로 모든 플라즈마의 분출로 인한 신호에 영향
- 플라즈마의 특성은 키홀의 거동과 밀접하게 관련되며, 이것은 용접부 품질과 관련이 있음
◯ 플라즈마 계측 시스템을 이용한 원격 알루미늄 품질평가 알고리즘 및 평가 시스템 개발
- 광센서 신호와 용접 품질간의 상관관계 해석을 통한 품질과 센서 신호간의 규칙 베이스 구축
- 퍼지 패턴 인식을 이용한 센서 신호 패턴 분석 및 품질 평가 알고리즘 개발
- 품질 평가 알고리즘을 구현할 수 있는 GUI 프로그램 개발

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7