초록 ▼

□ 연구개요
■ 자동차용 2차 전지의 산업적 필요성에 의하여 구리, 구리-알루미늄의 용접이 큰 이슈로 대두되고 있으며, 이에 따라 레이저 용접을 이용한 기술개발이 산업 현장에서 크게 요구되고 있음
■ 이에 따라 본 연구 개발의 목적은 산업적 적용이 커지고 있는 구리 및 구리-알루미늄 이종금속의 접합공정에 대하여 ① 레이저 용접의 원리와 현상을 파악하고, ② 고품질 확보를 위한 공정을 최적화하며, ③ 인공지능 알고리즘을 활용한 용접 품질 평가 시스템의 개발을 목표로 함

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 싱글

□ 연구개요
■ 자동차용 2차 전지의 산업적 필요성에 의하여 구리, 구리-알루미늄의 용접이 큰 이슈로 대두되고 있으며, 이에 따라 레이저 용접을 이용한 기술개발이 산업 현장에서 크게 요구되고 있음
■ 이에 따라 본 연구 개발의 목적은 산업적 적용이 커지고 있는 구리 및 구리-알루미늄 이종금속의 접합공정에 대하여 ① 레이저 용접의 원리와 현상을 파악하고, ② 고품질 확보를 위한 공정을 최적화하며, ③ 인공지능 알고리즘을 활용한 용접 품질 평가 시스템의 개발을 목표로 함

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 싱글모드 파이버 레이저 및 ARM 레이저를 이용한 구리 및 구리-알루미늄 레이저 용접 특성 분석
○ 구리가 상판의 경우 용접 속도가 알루미늄이 상판의 경우 레이저 출력의 영향력이 큰 것으로 분석됨
○ ARM 레이저는 구리가 상면에 있을 때 좋은 용접 품질을 갖으며, 링빔의 용접부 주변 예열 효과에 열전도를 방지하는 효과 때문으로 판단됨
○ 각 레이저 용접별 용접 특성에 따른 적정 입열량 및 최적의 용접 공정 조건을 도출 : Cu 용접 – 8J/mm / Cu-Al – 5.83J/mm / Al-Cu – 7.5J/mm
■ 레이저 용접 모니터링 시스템 구축 및 용접 조건에 따른 신호 변화 분석
○ 레이저 용접시 발생하는 플라즈마 및 광신호의 분광분석을 통하여 적절한 모니터링 센서를 선정하고 모니터링 H/W 시스템을 구축
○ DAQ 시스템과 PC 기반의 용접 모니터링 소프트웨어를 개발하여 GUI 프로그램을 자체 제작하여 다양한 용접 공정 변수에 따른 신호 변화를 DB화
○ 계측한 신호의 분석에서 용접 조건에 따른 신호의 차이를 확인하고 주요 공정 변수 및 용접 조건과 용접 품질의 예측 및 판단 가능성을 확인
■ 용접 품질 관리를 위한 특성 예측 모델 및 인공지능 품질 판단 알고리즘 개발
○ 용접 데이터를 학습하고 용접 결과를 예측하는 딥러닝 기반의 예측 모델을 개발하였으며 모든 예측값에 대해 95% 이상의 예측 정확도를 보임
○ 용접 데이터를 학습하고 용접 품질 판단을 수행하는 분류 모델을 개발하였으며 품질 판단 수행 결과 98% 이상의 정확도를 보임
○ CNN 알고리즘을 이용한 용접모니터링 신호의 용접 품질 분류 모델 개발을 수행하였으며, Al-Cu 용접 모니터링을 제외하고 95% 이상의 예측 정확도를 확보함. Al-Cu 레이저 용접에 대해서는 더 많은 DB 확보를 통해 예측 정확도를 높을 수 있을 것으로 판단됨

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
■ 용접 특성을 파악하기 위한 실험에서 소재에 따라 적용에 유리한 레이저의 종류가 다르다는 사실을 확인하고 레이저의 종류 또한 용접 생산성과 품질 향상에 영향력을 주는 인자임을 확인함
■ 레이저 용접 모니터링 실험에서 계측된 모니터링 신호와 용접 결과의 분석을 통해 모니터링 신호 기반의 인공지능 품질 판단 시스템의 개발이 가능하며, 이를 활용하면 Smart Factory와 배터리 생산에 있어서 불량제품의 출하 방지와 같은 부분에 적용 가능할 것으로 판단됨
■ 개발한 모니터링 기술을 레이저 용접 뿐만 아니라 타 용접 공정 및 제조 공정에 적용 가능
■ 개발한 딥러닝 알고리즘을 통해 용접 결과와 품질 예측, 추가적인 연구개발을 통해 용접선 추적 등의 용접 자동화 및 지능화로 확장⋅개발 가능

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• 2) 연구 가설의 도출 ... 4
• 3) 연구개발의 최종목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 구리 및 알루미늄 레이저 용접 실험 및 결과 ... 5
• 2) 구리 및 알루미늄 레이저 용접의 모니터링 실험 및 결과 ... 7
• 3) 구리 및 알루미늄 레이저 용접의 특성 예측 모델 및 품질 판단 알고리즘 개발 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 26