초록 ▼

1. 최종목표
◦압력용기 사용 중 용접부의 여러 손상사례가 나타남에 따라 성능이 우수한 강재 사용과 더불어 신뢰할 수 있는 용접시공이 뒷받침되어야 함에 따라 압력용기 및 선박의 수많은 배관, 해양플랜트 구조물의 제조를 위한 원주 및 길이방향 Seam-Flange 용접 자동화시스템을 개발하여 최적의 용접공정을 도출하고자 함.
2. 개발내용 및 결과
◦산업설비용 압력용기 제조를 위한 Seam-Flange용접 자동화 공정 개발을 위해 Seam-Flange/Multiple electrode 용접 장치, 레이저 비전시스템,

1. 최종목표
◦압력용기 사용 중 용접부의 여러 손상사례가 나타남에 따라 성능이 우수한 강재 사용과 더불어 신뢰할 수 있는 용접시공이 뒷받침되어야 함에 따라 압력용기 및 선박의 수많은 배관, 해양플랜트 구조물의 제조를 위한 원주 및 길이방향 Seam-Flange 용접 자동화시스템을 개발하여 최적의 용접공정을 도출하고자 함.
2. 개발내용 및 결과
◦산업설비용 압력용기 제조를 위한 Seam-Flange용접 자동화 공정 개발을 위해 Seam-Flange/Multiple electrode 용접 장치, 레이저 비전시스템, 통합 용접공정 제어시스템을 개발하고, Seam-Flange 용접부의 안전성을 확보하기 위해 용접부 열해석 및 용접실험을 수행함.
- 국내·외 Seam-Flange 용접 관련 자료조사 및 계획수립 (주관기관, 참여기관, 외국기관)
- Seam-Flange 자동용접장치 설계 및 개발 (주관기관, 참여기관, 외국기관)
- 압력용기 용접부 열전달 모델 개발 및 구조해석 (주관기관, 외국기관)
- 주요변수 영향분석을 통한 용접공정 최적화 (주관기관, 참여기관, 외국기관)
- Seam-Flange 용접공정 제어시스템 및 인터페이스 개발 (참여기관, 외국기관)
- 압력용기의 용접실험 및 용접부 건전성 평가 (주관기관, 참여기관, 외국기관)
3. 사업성과
◦기술적 성과
- 용접자동화 기술을 활용하여 용접접합산업과 정밀기계 제작 기술을 접목시키고, Seam-Flange 겸용 자동용접관련 첨단기술을 통하여 작업공정의 합리적 개선 효과
◦경제적 성과
- 자동 용접장치를 개발함으로써 외국에서 대부분 수입하여 사용하는 자동 용접장치의 국산화로 수입대체 효과를 얻을 수 있음. 고객의 다양한 요구에 능동적으로 대처할 수 있는 기술력 확보로 기업의 경쟁력 강화에 영향을 미침.
- 용접관련의 기술력 향상으로 완성된 제품의 품질향상을 통한 내수 및 수출 증대로 국가 산업경쟁력을 향상시키고 지역경제 활성화에 기여하며, 현행 상호중량물 취부에 막대한 인력이 투입되는 작업방법을 개선함으로써 품질향상 및 작업 노동 강도 저하 등의 효과가 기대되며, 자체 생산 공정의 혁신으로 매출증대 등 파급효과가 큼.
◦사회적 성과(일자리 창출 등)
- 개발된 제품을 기반으로 현장에 적용함으로써 산업 자동화 및 상품화 가능 및 선박 및 교량, 발전소, 화학 플랜트 등 광범위한 산업분야에 적용함으로써 생산성 향상 및 고용창출
4. 기술개발결과 활용계획
- 용접 기술박람회, 국제용접설비 전시회 등 관련 전시회/박람회 참가를 통해 시작품 홍보 및 제품 양산을 위한 설비 투자 계획을 수립하고, 양산품 납품 및 임대를 통한 수익 창출 및 마케팅을 통한 시장 세분화에 의한 타겟 시장 분석을 통하여 시작품 수주 계약을 성공하도록기여할 계획임.
- 본사는 2014년도 현재 천안지역으로 생산라인 확충 및 증축하여 회사 및 공장을 이전할 계획으로, 이전 후 기업 부설연구소의 연구인원 확충 및 용접관련 전문 인력 고용을 통해 용접 자동화 개발 기술체계 구축 및 시제품의 지적소유권 확보, 이전 및 기술판매를 통한 수익 창출 계획임.
5. 기술개발자료의 보안관리
◦연구개발의 기술임치 및 특허 출원등록 실적
- 원주 및 플랜지 자동용접장치, 특허출원 10-2013-0062697(2013.05.31.)
- 직렬 토치를 구비한 원주 자동용접장치, 특허출원 10-2014-0065662 (2014.05.30.)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 개 발 결 과 의 견 서 ... 2
• 최 종 보 고 요 약 서 ... 4
• 목 차 ... 6
• 제 1장 서론 ... 9
• 제 1절 기술개발의 필요성 및 국내․외 관련기술 현황 ... 9
• 1. 기술개발의 필요성 ... 9
• 2. 국내․외 관련 기술의 현황 ... 13
• 제 2절 기술개발의 목표 및 개발내용 ... 14
• 1. 기술개발 목표 ... 14
• 2. 1차년도 기술개발 목표 및 개발내용 ... 15
• 3. 2차년도 기술개발 목표 및 개발내용 ... 18
• 제 2장 과제개발 내용 및 방법 ... 21
• 제 1절 1차년도 과제개발 내용 및 방법 ... 21
• 1. Seam-Flange 용접공정 분석 및 개발사양 검토 ... 21
• 2. Seam-Flange용접 자동화 시스템의 상세 설계 및 최적화 ... 23
• 가. 전체 시스템 Layout 작성 및 상세 설계 ... 23
• 나. Seam-Flange용접 자동화 시스템의 3차원 상세 설계 ... 27
• 다. 주요 기구부 간섭검토 및 섹션 분석 ... 32
• 3. 3차원 선형용접을 위한 토치부 이동경로 알고리즘 개발 ... 37
• 4. 압력용기 용접부 열전달 모델 개발 및 구조해석 ... 41
• 가. 지배방정식 및 경계조건 ... 41
• 나. 2차원 유한요소모델 개발 및 용접부 열원 분포 ... 44
• 다. 3차원 유한요소모델 개발 및 용접부 열원분포 ... 48
• 라. 파이프 적용 유한요소모델 개발 및 열전달 해석 ... 49
• 5. 최적의 용접조건 선정 및 수학적 모델 개발을 위한 용접실험 ... 52
• 가. 최적의 용접조건 선정을 위한 용접실험 ... 52
• 나. 용접조건과 비드형상간의 알고리즘 개발 ... 56
• 3. 마할라노비스 거리를 이용한 용접품질 분석 ... 59
• 6. GMA 용접기와 용접 자동화 시스템의 용접공정 제어시스템 설계 및 제작 ... 63
• 가. 용접공정 제어시스템의 제어부 사양 선정 ... 63
• 나. 용접공정 제어시스템 및 컨트롤 패널 설계 및 제작 ... 68
• 다. Seam-Flange 용접 자동화 시스템 구성품 제작․조립 및 통합 ... 74
• 라. 전류· 전압 입출력 보정 시스템 개발 ... 75
• 제 2절 2차년도 과제개발 내용 및 방법 ... 78
• 1. Multiple electrode용접 자동화 시스템의 토치 기구부 상세 설계 및 제작 ... 78
• 가. Multiple electrode용접 시스템의 토치 기구부 상세 설계 ... 78
• 나. Multiple electrode 토치 기구부의 3차원 상세 설계 ... 80
• 다. 토치 기구부의 간섭검토 및 섹션 분석 ... 81
• 라. Multiple electrode용접 자동화 시스템의 토치 기구부 제작・조립 ... 84
• 2. Laser Vision System의 상세 설계 및 제작 ... 86
• 가. Laser Vision System의 센서부 사양 선정 ... 86
• 나. Laser Vision Sensor 홀더부 상세 설계・조립 ... 89
• 다. Laser Vision System 제어 프로그램 ... 93
• 3. Laser vision 시스템을 이용한 용접선 추적 알고리즘 개발 ... 95
• 가. 용접선 엣지점 및 루트점 검출 알고리즘 개발 ... 95
• 나. 용접 특징점 검출 알고리즘 개발 ... 104
• 4. Laser Vision System을 적용한 Multiple electrode용접 자동화 시스템의 통합 ... 113
• 가. 다전극 용접공정 제어을 위한 통합 제어 프로그램 개발 ... 113
• 나. 개발된 용접공정 제어 시스템의 수정 및 보완 ... 122
• 다. Laser Vision System을 적용한 Multiple electrode용접 자동화 시스템의 성능 테스트 ... 125
• 5. Multiple electrode 용접부의 열전달 FEM-model 개발 ... 129
• 가. 전극간거리 조건 선정을 위한 선행토치의 열전달 해석 ... 131
• 나. Electrode distance에 의한 열전달 FE-model 개발 ... 136
• 다. Multiple electrode 용접모델을 이용한 열탄소성 해석 ... 139
• 6. 최적의 용접조건 선정을 위한 용접실험 및 용접부 건전성 평가 ... 149
• 가. 최적의 용접조건 선정을 위한 예비 용접실험 ... 149
• 나. 마할라노비스 거리를 이용한 다전극 용접품질 분석 ... 155
• 다. 시스템 성능검증을 위한 용접실험 ... 158
• 라. 용접부 안정성 확보를 위한 용접부 건전성 평가 ... 162
• 7. 정량적 목표항목 달성도 ... 172
• 제 3장 사업성과 ... 180
• 제 1절 기술적 성과 ... 180
• 제 2절 경제적 성과 ... 184
• 제 3절 향후 기술개발결과 활용계획 ... 185
• 제 4장 결론 ... 186
• 제 1절 기술개발 결과 ... 186
• 제 2절 기대효과 및 파급효과 ... 189
• Queensland University of Technology ... 190
• Queensland University of Technology ... 233
• 끝페이지 ... 357