열화상 카메라, 자동차 플라스틱 부품 용접 모니터링

FLIR

FLIR A315는 자동화 공정을 위한 작고 경제적인 열화상 카메라로, PC를 통해 완벽하게 제어가 가능하다.
  최근에 개발된 적외선 용접은 플라스틱 소재의 부품을 조립하는데 사용되는 기술이다.   Yanfeng Automotive Interiors는 차량 운전 계기판, 운전석 시스템, 도어 패널, 바닥 콘솔, 오버헤드 콘솔 등을 생산하는 차량 인테리어 부품 부문 세계 최고의 기업이다. 이런 Yanfeng은 최근 미국 루이빌(켄터키 주) 소재 자사 차량 부품 생산 공장에서 Ford Escape 차량의 서리제거장치 그릴 일부를 조립하는데 적외선 용접 기술을 사용하기 시작했다. FLIR 열화상 카메라는 작업자들이 전체 용접 공정을 모니터링하고 적외선 용접이 완벽한 품질을 지속적으로 유지할 수 있게 지원해주는 역할을 하고 있다.
  중국 상하이에 본사를 두고 있는 Yanfeng Automotive Interiors는 전 세계 17개국에 90곳이 넘는 생산 공장과 28,000여 명의 직원을 거느리고 있는 대기업이다. Yanfeng은 지속적인 혁신과 글로벌 자동차시장에서 선구자로서의 자리를 확고히 유지하기위해 다양한 노력을 기울이고 있다.

적외선 용접
오늘날, 플라스틱은 소재로서 자동차 산업에서 점점 중요한 역할을 하고 있다. 플라스틱은 가볍기 때문에 차량의 연비를 높여 주고 디자인도 자유롭게 만들어 낼 수 있어 자동차 생산 업체의 이목을 집중시키고 있다. 플라스틱 소재의 부품이 활용되는 차량 대시보드, 계기판, 도어 패널, 바닥 콘솔 가공이 완료되면 각각의 플라스틱 부품을 조립하는 공정에 들어가게 되는데, 경우에 따라서는 단단하게 조립이 되어야 하는 경우가 있다.
  이때 가장 효과적인 기술이 바로, 적외선 용접이라는 기술이다. 적외선 용접은 처리가 까다로운 소재나, 고강도, 기밀 처리가 요구되는 조립부에 활용될 수 있는 기술로 자동차 업계에는 비교적 최근에 도입이 되었다. 적외선 용접을 할 때에는 두 개의 부품을 원하는 위치에 고정시킨 다음, 적외선 플래턴(platen)으로 조립면을 녹이는 과정을 거치게 된다. 부품 표면이 녹으면, 플래턴을 제거하고 두 부품이 밀착할 수 있도록 압력을 가한 상태에서 플라스틱이 굳을 때까지 기다리면 조립이 완성된다. 측정 대상 영역의 온도가 안전 범위를 벗어나면, 소프트웨어분석을 통해 기계에 결함이 있다는 “불량 신호”가 기계 설비의PLC에 전송되어 설비가 멈추고 용접 공정이 중단된다.
  Yanfeng은 Emitted Energy를 통해 Ford Escape에 사용되는 제상용 그릴 생산을 위해 설치된 적외선 용접기에FLIR A315 열화상 카메라 4대를 설치하였다.

제품 품질 평가
차량 부품 제조업체인 Yanfeng은 적외선 용접을 이용하여, 현재 Ford Escape 차량에 사용되는 제상용 그릴을 생산하고 있다. 루이빌 소재 Yanfeng 생산 공장의 생산 엔지니어인 Kevin Germain은 최근 생산 라인에 도입한 적외선 용접기와 관련하여, “Yanfeng에서는 제품 품질이 가장 중요하기 때문에 최선을 다해 제품의 품질을 평가하고 있다”며 “그러나 적외선 용접기를 설치한 후 적외선 용접으로 조립한 부품의 품질을 별도로 확인할 수 있는 방법이 없어, 수시로 용접된 부품의 품질을 육안으로만 검사했다”고 말했다.
  이어 “이미 FLIR의 소형 휴대용 열화상 카메라를 시험삼아 품질검사에 사용한 경험이 있기 때문에 열화상카메라를 도입하면 어떤 효과를 얻을 수 있을지 잘 알고 있었다. 그러나 소형 카메라를 활용할 때에도 용접이 완료된 부품을 검사하기 위해서는 기계의 가동을 중단해야 하는 번거로움이 있었고 검사의 정확도도 만족할 만한 수준은 아니었다.”라고 전했다.
  하지만 다행히 Yanfeng은 상시 품질 모니터링 기능과 100% 신뢰 가능한 결과를 제공하는 Emitted Energy 솔루션으로 문제를 모두 해결할 수 있었다.
  Emitted Energy 부회장 Roy Ray는 “열화상 카메라는 적외선 용접 과정에서 용접기 내부에 있는 플라스틱 부품의 온도를 비접촉식으로 정확히 측정해 이미지를 제공한다. 온도가 안전한 수준을 넘어가면 카메라는 경보도 울릴 수 있고, 첨단 분석 소프트웨어를 이용해 우수한 용접 패턴과 불량한 용접 패턴을 구분해 낼 수도 있다.”고 밝혔다.

적외선 용접 모니터링
Yanfeng은 Emitted Energy를 통해 Ford Escape에 사용되는 제상용 그릴 생산을 위해 설치된 적외선 용접기에 FLIR A315 열화상카메라 4대를 설치하였다. 이 카메라는 용접을 위한 가열 공정 이후, 플라스틱 부품 상에서 40개의 관심 영역을 모니터링하면서 Emitted Energy의 전용 분석 소프트웨어를 통해 온도가 안전 범위 내에 있는 지 여부를 확인하는 과정을 거친다.
  이때, 온도가 안전하다고 판단되면 기계 PLC에 안전하다는 신호가 전달되어 용접 공정이 중단되지 않고 계속 진행되게 된다. 만약, 소프트웨어가 분석을 통해 “공정 불량” 신호를 기계 PLC에 보내면, 기계의 작동이 멈추고 용접 공정은 중단된다. 공정이 중단될 경우 작업자는 불량 부품을 꺼내, 육안으로 점검한 후 작업을 다시 시작할 수 있다.
  Kevin Germain은 FLIR A315 카메라설치에 대해 “FLIR 열화상 카메라를 사용하면적외선 용접기에 24시간 붙어 있지 않아도 적외선 용접 공정의 품질을 상시 모니터링 할 수 있기 때문에 문제가 실제로 발생하기 전에 잡아 낼 수 있다. 그리고 더 이상 용접확인을 위해 플라스틱 부품을 분해할 필요가 없어져서 폐기 처분하는 부품의 양도 크게 줄일 수 있었다.”고 전했다.
  또한, Yanfeng은 적외선 분석 소프트웨어를 사용해, 시간에 따른 온도 변화 추세를 매핑하고 해당 정보를 적외선 히터의 압착압력센서, 전압 전력 센서 등에서 수집한 추가데이터와 함께 사용할 수도 있게 되었다.
  Kevin Germain은 “FLIR 카메라 덕분에 이제는 용접을 동일한 품질로 계속 반복해서 시행할 수 있고 문제가 발생했을 때 유지보수팀을 더욱 신속하게 호출할 수 있어서 좋다.”고 말했다.

자료 제공: FLIR(www.flir.com)