KR20180046307A - 판재의 접합품질 평가장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따라서 용접부가 형성된 판재에 부착되어 접합품질을 평가하는 판재의 접합품질 평가장치는 상기 판재의 일면와 설정된 간격을 두고 배치되는 진동 전달 부재, 상기 진동 전달 부재의 일단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제1 접속 부재, 상기 진동 전달 부재의 타단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제2 접속 부재, 상기 진동 전달 부재의 일단부로 설정된 주파수의 진동을 인가하도록 설정된 발진기, 상기 발진기로부터 설정거리 이격되고, 상기 진동 전달 부재를 따라서 이동하는 진동특성을 감지하도록 상기 진동 전달 부재에 접촉된 센서, 및 상기 센서에서 감지되는 진동특성을 분석하여 상기 진동 전달 부재와 대응하는 상기 판재의 설정된 영역의 특성을 분석하는 분석부를 포함할 수 있다.

Description

판재의 접합품질 평가장치{JOINING QUALITY DIAGNOSIS DEVICE OF PANEL ELEMENT}
본 발명은 접합된 판재의 설정영역에 설정주파수의 파동을 전달하고, 수신되는 파동을 분석하여 접합된 부분의 특성을 판단하여 용접부의 품질을 판단할 수 있는 판재의 접합품질 평가장치에 관한 것이다.
자동차 바디를 구성하는 도어 후드 등과 같은 용접가공품은 복수의 패널이나 파트를 스폿용접하여 결합함으로써 만들어진다.
이러한 용접가공품의 용접부의 품질을 판정하는 방법으로써, 스폿용접부를 향하여 초음파를 발진하고, 이의 반사파에 기초하여 용접 너겟의 지름을 판정하는 방법이 소개되었다. 일본 특개소62-119453
또한, 음파를 스폿용접부에 조사하고, 용접부에서 반사되는 음파를 분석하여 용접부의 품질을 판단하는 방법도 소개되었다. 일본 특개평4-265854
또한, 초음파 탐촉자를 이용하여 용접부의 품질을 판단하는 방법도 소개되었다. 특개평4-265854 그리고, 스폿 용접기의 전극 선단부에 트랜스듀서를 설치하고, 용접부로부터 수신된 탄성파를 신호처리하여 용접부의 품질을 검사하는 방법도 소개되었다. 일본 특개평4-40359
한편, 종래의 기술들은, 주파수 분석부를 통해서 용접품의 품질을 도출하는 것으로, 정확성이 떨어질 수 있고, 용접부의 실제 결합력을 예측하는 것이 쉽지 않다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
일본 특개소62-119453 일본 특개평4-265854
본 발명의 목적은 용접된 판재의 일정 구간의 진동특성을 이용하여 구간강성을 측정하되, 측정시간을 단축하고, 사용자의 편의성을 향상시키며, 용접된 구간의 강성을 직접 도출할 수 있는 판재의 접합품질 평가장치를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라서 용접부가 형성된 판재에 부착되어 접합품질을 평가하는 판재의 접합품질 평가장치는 상기 판재의 일면와 설정된 간격을 두고 배치되는 진동 전달 부재, 상기 진동 전달 부재의 일단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제1 접속 부재, 상기 진동 전달 부재의 타단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제2 접속 부재, 상기 진동 전달 부재의 일단부로 설정된 주파수의 진동을 인가하도록 설정된 발진기, 상기 발진기로부터 설정거리 이격되고, 상기 진동 전달 부재를 따라서 이동하는 진동특성을 감지하도록 상기 진동 전달 부재에 접촉된 센서, 및 상기 센서에서 감지되는 진동특성을 분석하여 상기 진동 전달 부재와 대응하는 상기 판재의 설정된 영역의 특성을 분석하는 분석부를 포함할 수 있다.
상기 진동 전달 부재는 스틸소재를 포함하고, 상기 접합부는 스폿용접된 부분을 포함할 수 있다.
상기 제1,2접속 부재는 영구자석일 수 있다.
상기 판재의 일면에 상기 제1,2접속 부재가 접속되고, 상기 판재의 타면에는 상기 제1,2접속 부재에 대응하는 위치에 각각 제3,4접속 부재가 배치될 수 있다.
상기 제1 접속 부재와 상기 제3 접속 부재, 및 상기 제2 접속 부재와 상기 제4 접속 부재를 연결하는 연결 와이어를 포함할 수 있다.
상기 센서는 상기 진동 전달 부재의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 배열될 수 있다.
상기 센서는 가속도센서일 수 있다.
상기 진동 전달 부재는 아크릴소재를 포함할 수 있다.
상기 분석부는 상기 진동 전달 부재가 배치된 상기 판재의 설정구간의 강도를 분석할 수 있다.
상기 분석부에서 분석된 데이터를 보여주는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
상기 진동 전달 부재는 상기 판재의 일면과 나란하게 배치되고, 상기 특성은 상기 판재의 굽힘강성을 나타낼 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따라서 판재의 외면에 부착되어 판재의 특성을 평가하는 평가장치는 상기 판재의 일면와 설정된 간격을 두고 배치되는 진동 전달 부재, 상기 진동 전달 부재의 일단부 및 타단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제1,2 접속 부재, 상기 진동 전달 부재로 설정된 주파수의 진동을 인가하도록 설정된 발진기, 및 상기 발진기로부터 설정거리 이격되고, 상기 진동 전달 부재를 따라서 이동하는 진동특성을 감지하도록 상기 진동 전달 부재에 접촉된 센서를 포함할 수 있다.
상기 센서에서 감지되는 진동특성을 분석하여 상기 진동 전달 부재와 대응하는 상기 판재의 설정된 영역의 특성을 분석하는 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 판재는 용접부를 포함할 수 있다.
상기 분석부는 상기 판재의 강성을 분석하도록 설정될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 설정된 구간의 진동특성을 이용하여 구간강성을 용이하게 측정하면서 측정 시간을 줄일 수 있고, 자석을 이용하여 용접판재에 부착함으로써 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있으며, 진동특성 데이터를 이용하여 용접된 판재의 강성을 직접 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판재의 접합품질 평가장치의 개략적인 구성도이다.
도 2, 3, 4, 및 5는 본 발명의 판재의 접합품질 평가장치의 실시예들을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 6, 7, 및 8은 본 발명의 실시예에 따른 판재의 접합품질 평가장치의 분석결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 판재의 접합품질 평가장치의 이론모델을 보여주는 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판재의 접합품질 평가장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 판재의 접합품질 평가장치는 구성요소로서, 판재(140), 용접부(145), 신호발생기(100), 고전압 앰프(105), 발진기(110), 진동 전달 부재(150), 센서(115), 제1,2,3,4접속 부재(155a, b, c, d), 연결 와이어(160), 입출력 장치(130), 주파수 분석부(120), 및 디스플레이(125)를 포함한다.
상기 신호발생기(100)는 설정된 주파수 신호를 발생시키고, 상기 고전압 앰프(105)는 발생된 주파수신호를 증폭시켜, 상기 발진기(110)로 전달한다. 이들의 구조에 대해서는 공지기술을 참조하면, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
구조적으로 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 판재(140)는 두 개의 판넬이 용접부(145)를 통해서 스폿 접합된 구조를 가지며, 상기 용접부(145)는 두 판넬 사이에 설정된 간격을 두고 배열된다.
상기 진동 전달 부재(150)는 상기 판재(140)의 일면과 설정된 간격을 두고 배치되고, 상기 진동 전달 부재(150)의 일단부와 상기 판재(140) 사이에는 제1 접속 부재(155a)가 개재되고, 상기 진동 전달 부재(150)의 타단부와 상기 판재(140) 사이에는 제2 접속 부재(155b)가 개재된다.
상기 제1 접속 부재(155a)의 타면에는 제3 접속 부재(155c)가 부착되고, 상기 제2 접속 부재(155b)의 타면에는 제4 접속 부재(155d)가 부착된다. 그리고, 상기 제1 접속 부재(155a)와 상기 제3 접속 부재(155c)를 연결 와이어(160)가 연결하고, 상기 제2 접속 부재(155b)와 상기 제4 접속 부재(155d)를 연결 와이어(160)가 연결한다.
본 발명의 실시예에서 상기 제1,2접속 부재(155a, b)는 상기 진동 전달 부재(150)에 고정되고, 상기 제1,2,3,4접속 부재(155a, b, c, d)는 상기 판재(140)에 들러붙는 영구자석으로 만들어질 수 있다.
도 2, 3, 4, 및 5는 본 발명의 판재의 접합품질 평가장치의 실시예들을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 5를 참조하면, 상기 진동 전달 부재(150)의 길이와 두께, 폭은 설계사양에 따라서 가변될 수 있고, 상기 제1,2,3,4접속 부재(155a, b, c, d)의 크기와 두께, 길이도 설계사양에 따라서 가변될 수 있으며, 상기 연결 와이어(160)는 탄성부재, 전도성재질, 또는 부전도성재질로 구성될 수 있다.
상기 진동 전달 부재(150)에 대응하여 4개의 스폿용접부가 형성될 수 있고, 실시예에 따라서 용접부의 개수와 간격은 가변될 수 있다.
아울러, 상기 제3,4접속 부재(155c, d)는 구비되지 않을 수 있으며, 상기 제1,2접속 부재(155a, b)가 영구자석일 수 있으며, 고무, 플라스틱, 금속재질, 또는 비금속재질을 선택적으로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 센서(115)는 가속도센서 타입일 수 있고, 상기 센서(115)는 상기 진동 전달 부재(150)의 길이방향 또는 폭방향으로 설정거리를 두고 배치될 수 있다.
아울러, 상기 제1,2접속 부재(155a, b)는 상기 판재(140)의 외형을 따라서 형성되어 접속면적을 일정하게 유지할 수 있다.
도 6, 7, 및 8은 본 발명의 실시예에 따른 판재의 접합품질 평가장치의 분석결과를 보여주는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 가로축은 검사된 각 구간을 나타내고, 세로축은 굽힘강성을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서, 상기 분석부(120)는 수신된 진동데이터를 분석하여 각 영역에 대응하여 굽힘강성(BENDING STIFFNESS)를 도출할 수 있다.
도시한 바와 같이, 제1구간, 제2구간, 제8구간, 및 제9구간은 굽힘강성이 상대적으로 낮고, 제3,4,5,6,7구간은 상대적으로 굽힘강성이 상대적으로 높다.
따라서, 제1,2,8,9구간은 상대적으로 용접부의 접합품질이 낮은 것으로 판단될 수 있다.
도 7을 참조하면, 가로축은 판재(140)의 위치를 나타내고, 세로축은 굽힘강성을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 왼쪽은 굽힘강성이 2.4이하를 나타내고, 오른쪽은 굽힘강성이 3.2를 나타낸다. 즉, 결함이 있는 왼쪽의 굽힘강성이 낮게 형성된다.
도 8을 참조하면, 가로축은 상기 발진기(110)에서 상기 진동 전달 부재(150)를 통해서 상기 진동 전달 부재(150)로 전달되는 주파수를 나타내고, 세로축은 판재(140)에 부착된 상기 진동 전달 부재(150)를 따라서 상기 센서(115)로 전달되는 주파수특성을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 결함이 있는 왼쪽 플랜지와 정상적인 오른쪽 플랜지 사이에 상기 센서(115)로 전달되는 주파수특성이 다르게 나타낸다.
결함이 있는 왼쪽 플랜지는 정상적인 오른쪽 플랜지와 비교하여 주파수특성이 낮게 형성된다. 여기서, 이러한 특징은 가진 주파수가 약 120hz 내지 335hz이내의 범위에서 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 판재의 접합품질 평가장치의 이론모델을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 9를 참조하면, BIW에서 용접구간을 등가 보 요소로 가정하고, 측정될 용접구간에 접속 부재(155a, b, c, d)를 통해서 진동 전달 부재(150)가 부착된 구조에서 SEM이론(기존 방법)을 이용하여 이론모델을 구성한다.
그리고, 이론모델을 이용하여 연산된 결과값과, 실제 발생되는 주파수값을 직접 또는 간접적으로 비교하여 구간별 굽힘강성을 예측할 수 있다. 이 예측하는 방법은 공지기술을 참조하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 신호 발생기 105: 고전압 앰프
110: 발진기 115: 센서
120: 주파수 분석부 125: 디스플레이
130: 입출력 장치 140: 판재
145: 용접부 150: 진동 전달 부재
155a: 제1 접속 부재 155b: 제2 접속 부재
155c: 제3 접속 부재 155d: 제4 접속 부재
155: 접속 부재 160: 연결 와이어

Claims (16)

  1. 용접부가 형성된 판재에 부착되어 접합품질을 평가하는 판재의 접합품질 평가장치로써,
    상기 판재의 일면와 설정된 간격을 두고 배치되는 진동 전달 부재;
    상기 진동 전달 부재의 일단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제1 접속 부재;
    상기 진동 전달 부재의 타단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제2 접속 부재;
    상기 진동 전달 부재의 일단부로 설정된 주파수의 진동을 인가하도록 설정된 발진기;
    상기 발진기로부터 설정거리 이격되고, 상기 진동 전달 부재를 따라서 이동하는 진동특성을 감지하도록 상기 진동 전달 부재에 접촉된 센서; 및
    상기 센서에서 감지되는 진동특성을 분석하여 상기 진동 전달 부재와 대응하는 상기 판재의 설정된 영역의 특성을 분석하는 분석부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  2. 제1항에서,
    상기 진동 전달 부재는 스틸소재를 포함하고, 상기 접합부는 스폿용접된 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1,2접속 부재는 영구자석인 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  4. 제3항에서,
    상기 판재의 일면에 상기 제1,2접속 부재가 접속되고, 상기 판재의 타면에는 상기 제1,2접속 부재에 대응하는 위치에 각각 제3,4접속 부재가 배치된 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 접속 부재와 상기 제3 접속 부재, 및 상기 제2 접속 부재와 상기 제4 접속 부재를 연결하는 연결 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  6. 제4항에서,
    상기 센서는 상기 진동 전달 부재의 길이방향으로 설정된 간격을 두고 배열된 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  7. 제4항에서,
    상기 센서는 가속도센서인 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  8. 제4항에서,
    상기 진동 전달 부재는 아크릴소재를 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  9. 제4항에서,
    상기 분석부는 상기 진동 전달 부재가 배치된 상기 판재의 설정구간의 강도를 분석하는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  10. 제9항에서,
    상기 분석부에서 분석된 데이터를 보여주는 디스플레이; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  11. 제9항에서,
    상기 진동 전달 부재는 상기 판재의 일면과 나란하게 배치되고, 상기 특성은 상기 판재의 굽힘강성을 나타내는 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  12. 제1항에서,
    상기 판재는 두 개의 판넬이 용접부를 통해서 접합된 것을 특징으로 하는 판재의 접합품질 평가장치.
  13. 판재의 외면에 부착되어 판재의 특성을 평가하는 평가장치로써,
    상기 판재의 일면와 설정된 간격을 두고 배치되는 진동 전달 부재;
    상기 진동 전달 부재의 일단부 및 타단부 일면과 상기 판재의 일면에 각각 접촉하는 제1,2 접속 부재;
    상기 진동 전달 부재로 설정된 주파수의 진동을 인가하도록 설정된 발진기; 및
    상기 발진기로부터 설정거리 이격되고, 상기 진동 전달 부재를 따라서 이동하는 진동특성을 감지하도록 상기 진동 전달 부재에 접촉된 센서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 평가장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서에서 감지되는 진동특성을 분석하여 상기 진동 전달 부재와 대응하는 상기 판재의 설정된 영역의 특성을 분석하는 분석부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 판재는 용접부를 포함하는 것을 특징으로 하는 평가장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 분석부는 상기 판재의 강성을 분석하도록 설정된 것을 특징으로 하는 평가장치.
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