전기자동차 조립·품질 검사에 적용되는 다양한 머신 비전 솔루션

전자 및 전기 자동차: 전기차 배터리에서 ECM 검사까지

• 배선 하네스(Wiring Harness)와 ECM(전자제어모듈) 검사

많은 전기 부품이 자동차를 구성하며 대부분의 경우 이러한 부품은 공급 업체 수준에서 조립 및 품질 검사를 받는다. 예를 들어 배선 하네스는 2D 색상 검사를 거치며 다양한 하네스 구성에 대해 많은 카메라와 레시피를 사용하는 경우가 많다. 머신 비전 시스템은 연결 지점에 올바른 커넥터와 배선이 있고 하네스 구성 요소의 길이가 적절한지 확인해야 한다.

엔진 ECM은 검사해야 하는 또 다른 구성 요소 세트를 나타낸다. 이러한 애플리케이션에서 머신 비전 시스템은 구성 요소를 확인하고, 표면 실장 및 스루홀(through holes) 모두에 대한 땜납의 유무 검사를 수행하 고, 보드 안착, 포팅, 절연 및 연결을 확인할 수 있다. ECM 검사와 관련된 일반적인 머신 비전 애플리케이션은 Zebra에서 제공하는 것과 같은 2D 및 3D 이미징 구성 요소로 구성된다.

• 전기차 배터리 및 모터 검사

EV(전기차, Electric Vehicle) 사용이 계속 증가함에 따라 제조 공정과그 이면의 기술도 증가해야 한다. EV 배터리 및 모터 검사는 새로운 검사 사용 사례를 나타낸다. EV 배터리 검사에서 머신 비전 시스템은 배터리 팩의 조립을 확인하고 이물질을 감지하고 치수 검사를 수행하는데 도움이 될 수 있다. 또한 머신 비전 시스템(일반적으로 2D, 때로는 계측용 3D)은 구성 요소와 커넥터를 확인하고 결함을 찾는 동시에 코팅 품질 검사 및 적층 정렬을 수행할 수 있다.

EV 제조에서 또 다른 일반적인 머신 비전 애플리케이션은 모터 검사이 다. 제조업체는 비전 시스템을 배포하여 결함이 있는지 모터 구성 요소를 검사하는 동시에 배선 및 조립을 확인할 수 있다. 또한 다른 많은 자동차 검사 애플리케이션과 마찬가지로 머신 비전 시스템은 추적, 용접 검사 및일반 결함 감지를 위해 코드 판독 및 OCR을 수행할 수 있다.

<그림1> EV 제조가 증가함에 따라 EV 배터리 및 모터 검사가 머신 비전 애플리케이션으로 급부상했다.

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<그림2> 컬러 카메라를 활용하는 머신 비전 시스템은 퓨즈와 같은 전자 부품을 색상으로 식별할 수 있다.

최종 조립 단계: 앞유리부터휠 마운팅까지 품질 보장

자동차 제조의 최종 조립 단계에서 여러 머신 비전 검사가 이루어져야 한다. 이 생산 단계에서 프로세스는 머신 비전 기술의 이점을 얻을 수 있는 자동 및 수동 검사의 혼합이 다. 자동차에 수동으로 설치되는 구성 요소는 일반적으로 ‘키트(kitt)’로서 생산 중인 차량과 일치하도록 작업자에게 전달된다. 전조등/후미등, 그릴, 도어 핸들 및 유사한 기능을 포함하는 이러한 부품은 조립 전 또는 조립 직후 검사해야 한다. 2D 카메라, 스마트 카메라, 경우에 따라 딥 러닝 기술을 활용하는 머신 비전 시스템을 이러한 검사에 안정적으로 사용할 수 있다.

로봇은 자동차 생산 공정의 여러 부분에 배치되어 설치 전후에 검사가 필요한 어셈블리를 확인한다. 유리 데크는 일반적인 예이다. 앞유리와 백라이트는 거의 항상 로봇으로 적용되기 때문이다. 이 과정에서 로봇은 유리 선택에 대한 안내가 필요하다. 일단 접착 비드가 유리나 본체에 적용되면 이것도 일반적으로 검사된다. 대부분의 경우 차체의 개구부를 검사하여 유리가 가장 잘 맞는지 확인하고 삽입 후 유리의 최종 위치를 검사해야 한다. 이러한 작업에는 일반적으로 스마트 카메라 또는 Zebra에서 제공하는 것과 같은 3D 프로파일 센서의 사용이 포함된다.

최종 조립 시 제조업체는 또 다른 3D 간격 및 플러시 검사를 수행해야 한다. 여기에는 차체 패널 검사뿐만 아니라 전면/후면 조명, 앞유리/뒷유 리/선루프 또는 심지어 팔걸이가 플라스틱/천에 조립되었는지 확인하는 것과 같은 차량 내부를 포함한 조립 공정의 다른 많은 측면이 포함된다.

이와 같은 검사에는 Zebra AltiZ 3D 프로필 센서를 탑재한 비전 가이드 로봇이 이상적인 솔루션이다.

휠 마운팅은 또 다른 일반적인 로봇 조립 프로세스이다. 휠이나 타이 어를 검사하여 BOM에 따라 적절한 부품이 설치되었는지 확인해야 한다. 여기에는 러그 너트를 조립하고 조이기 전에 로봇이 휠을 장착하도록 2D 또는 3D 안내를 사용한다. 또한 추적을 위해 스마트 카메라 또는 바코드 스캐너를 배치할 수 있다. 특정 자동화 프로세스는 이 생산 단계 에서 머신 비전을 사용해야 한다. 이러한 예 중 하나는 로봇이 스페어 타이어를 삽입하기 전에 트렁크 리드가 열려 있는지 확인하는 것이다.

최종 조립 프로세스가 거의 끝나갈 무렵, 차량의 전면, 측면 및 후면에 있는 모든 제조업체 로고와 개별 모델 ID는 해당 차량의 제조 주문과 일치해야 한다. 또한 로고와 ID는 차량마다 다른 위치에 있을 수 있으므로 배지 위치를 확인해야 한다. 여기에 Zebra 2D 카메라와 산업용 컨트롤러 또는 Zebra 스마트 카메라로 구성된 다중 카메라 검사 시스템을 사용할수 있다.

<그림3> 소프트웨어 도구에는 패턴 및 개체 인식과 유무 검사가 포함된다.

<그림4> 내부 트림, 특히 고급 시트와 가죽의 경우 트림 및 내부 부품 제조 단계에서 색상과 적절한 조립 여부를 검사해야 한다.

<그림5> 가장 인기 있는 자동차 내부 검사 애플리케이션 중 하나는 클립이 올바른 부품에 있는지 확인하는 것이다.

트림 및 인테리어 구성 요소: 일반적이고 비용 효율적인 검사

제조 공정의 끝과 차량 내부로 이동하면서 트림 및 내부 구성 요소는 또다른 필수 검사 세트의 일부이다. 인테리어 트림, 시트 및 기타 구성 요소는 조립 품질 및 필요한 기능의 유무를 검사해야 한다. 이러한 검사는 종종 색상 검사를 수행하는 머신 비전 시스템에 의존한다. 왜냐하면 내부 트림 색상(플라스틱 및 패브릭 모두)의 일관성을 확인해야 하고 트림이 내부 BOM과 일치하는지 확인해야 하기 때문이다.

트림에 대한 사전 조립 프로세스 중에 클립을 사용하여 외부 패널에 플라스틱 또는 패브릭 트림을 부착하기 위해 로봇이 배치되는 경우가 많으므로 최종 조립 프로세스의 일부로 클립의 존재와 적절한 안착을 확인 해야 한다. 머신 비전 시스템은 좌석 및 안전 벨트 검사, 검증 프로세스의 기타 필수 요소와 함께 여기에서 도움이 될 수 있다.

패브릭, 가죽 또는 플라스틱 시트 커버에 종종 색상 및 적절한 조립 여부를 검사한다. 일반적인 검사 요구 사항 중 하나는 특히 가죽과 같은 고가의 시트 커버의 경우, 특히 스티치가 시트 커버의 디자인 또는 트림의 일부인 경우 스티치의 색상과 정확성을 확인하는 것이다. 안전벨트 브래킷과 커넥터 검사는 중요한 시트 조립 작업이다. 머신 비전 기술은 일반적으로 브라 켓과 커넥터의 부착 여부와 품질 모두에 대한 검사를 처리한다. Zebra 머신 비전 소프트웨어는 이러한 검사를 위한 여러 도구를 제공한다. 

프레임과 차체: 프레임부터 용접 너트 검사까지

• 차체 패널 스탬핑 검사 및 검증

자동차 제조에서 스탬핑은 판금을 강철 차체 패널 모양으로 굽히는 동시에 창과 같은 기능을 위해 패널에 큰 개구부를 절단하고 패널 장착 및 조립에 필요한 작은 구멍을 만드는 작업을 포함한다. 스탬핑 공정 중에 패널의 분할을 확인하는 것이 중요하다. 이러한 분할은 어디에서나 발생할수 있지만 일반적으로 다이 컷의 가장자리나 심하게 구부러진 지점에서 나타난다. 머신 비전 시스템은 이러한 분할을 찾을 수 있지만 패널의 크기와 거의 전체 표면적을 검사해야 하기 때문에 프로세스가 까다롭다. 패널은 크기와 프레젠테이션이 다양하다.

그러나 특정 핵심 영역으로 검사를 제한하거나 카메라 또는 부품을 이동하기 위해 로봇을 배치함으로써 정확한 검사를 수행할 수 있다. Zebra의 스마트 카메라와 유능한 머신 비전 소프트웨어로 이러한 작업을 수행할 수 있다. 스탬핑 직후 패널을 검사하여 스탬핑 또는 다이 컷 기능의 존재와 위치를 확인할 수도 있다. 여러 프레스 단계에서 블랭크가 잘못 배치되거나 이동하여 패널 자체가 올바른 위치에 있더라도 위치를 벗어난 형상이 발생할 수 있다. 2D 이미징 및 카메라 또는 패널의 최소한의 조작으로 많은 패널에 대해 기능 존재/부재 및 위치 평가를 수행할 수 있다.

<그림6> 차체 패널 스탬핑 검사 및 검증을 포함한 대부분의 자동차 제조 단계는 머신 비전 및 자동화에 의해 이점을 얻는다.

<그림7> 머신 비전 기술은 차체 패널을 검사하여 품질 보증 프로세스를 자동화한다.

<그림8> 비전 가이드 로봇이 자동차 프레임에서 용접을 수행한 후 머신 비전 시스템은 용접을 검사해야 한다.

• 프레임 및 차체 패널 용접 검사

완성된 자동차 프레임 섹션은 스팟, 텅스텐 불활성 가스(TIG), 금속 불활성 가스(MIG)와 같은 용접 기술 중 하나 또는 조합을 사용 하여 완전한 프레임으로 조립된다. 일반적으로 강철 또는 알루미늄으로 제작되는 I, C, U 또는 사각 튜브는 안정성과 강성을 위해 적절하게 용접되어야 한다. 제조업체는 일반적으로 비파괴 검사를 위해 머신 비전 시스템을 사용한다. 종종 구조화된 조명 구현은 크기, 모양, 연속성 및 보이 드에 대한 용접을 검사한다.

프레임 용접 검사의 주요 과제 중 하나는 용접 위치와 존재할 수 있는 많은 수의 용접이다. 결과적으로 제조업체는 핵심 용접만 검사하거나 유연한 로봇 이미징 시스템으로 검사를 수행할 수 있다. 2D 카메라 또는 Zebra 스마트 카메라와 결합된 Zebra Aurora 또는 Aurora Imaging Library와 같은 딥 러닝 소프트웨어도 프레임 용접 검사와 관련된 가변 성을 해결할 수 있다.

프레임에는 브래킷과 용접 너트를 비롯한 많은 구성 요소가 포함되어 있으며 대부분이 프레임에 용접된다. 이러한 용접된 프레임 구성 요소도 검사해야 한다. Zebra 스마트 카메라 또는 3D 프로필 센서를 사용하는 머신 비전 시스템은 용접부 자체뿐만 아니라 가공된 형상과 같은 다른 프레임 형상과 관련된 구성 요소의 위치를 검사할 수 있다.

프레임을 코팅 또는 도금한 후 구성 요소를 부착하거나 코팅 또는 도금 후 프레임을 검사하는 경우 문제가 발생할 수 있다. 따라서 시스템 통합자는 올바른 구성 요소를 선택하고 비전 시스템에 과도한 부담을 주지 않고 검사를 수행할 수 있도록 시스템을 신중하게 설계해야 한다. 스탬 핑이 된 차체 패널의 내부 및 외부 섹션은 스폿 용접을 사용하여 결합되며 머신 비전은 용접의 존재와 어느 정도 용접 품질을 확인하는 데 도움이 될 수 있다.

차체 패널의 다른 검사에는 브래킷 및 용접 너트와 같은 결합 구성 요소가 포함된다. 2D 카메라 또는 스마트 카메라는 존재/부재 도구만을 사용하여 이러한 구성 요소의 용접 및 위치를 검사할 수도 있다. 미완성 금속 입자의 반반사 표면(semi-reflective surface)이 눈부심을 유발할 때차체 패널 검사가 어려울 수 있지만 올바른 기술 조합과 유능한 통합을 통해 이 문제를 해결할 수 있다.

<그림9> 조립 과정에서 완성된 자동차 프레임과 차체 부분을 용접한다. 머신 비전은 이러한 용접부를 검사하고 확인할 수 있다.

<그림10> 머신 비전 시스템을 사용하여 용접 품질을 검사할 수 있다.

<그림11> 용접 너트 검사

• 스터드(stud) 및 용접 너트 감지 및 검사

볼트 헤드가 없는 나사산 볼트인 스터드는 프레임, 차체 패널, 경첩 또는 브래킷과 같은 표면에 용접되어 구성 요소를 결합한다. 스터드는 볼트를 통한 것보다 더 안전하고 견고하며 용접 기술 덕분에 종종 비전 가이드 로봇을 사용하여 프레임을 더 쉽게 용접할 수 있다. 스터드 자체는 용접 되므로 제조업체는 적절한 용접을 보장하고 물체의 다른 기능과 관련하여 스터드의 올바른 위치를 확인하고 올바른 스터드가 사용되었는지 확인하고 품질 검사를 수행해야 한다.

스터드의 다른 쪽 끝에는 프레임, 브래킷, 경첩, 본체 패널 또는 기타 결합 패널과 같은 기판에 용접되는 용접 너트가 있다. 스터드와 마찬가지로 제조업체는 용접 너트의 존재를 확인하고 모든 측면에서 용접 연속성을 확인하고 다른 기능과 관련하여 접합을 위한 용접 너트의 위치를 확인해야 한다. 간단한 머신 비전 애플리케이션인 용접 너트 검사는 매우 비용 효율적이고 유용하다. 스터드 및 용접 너트 감지 및 검사를 위해 Zebra의 Iris GTX 또는 VS 스마트 카메라를 안정적으로 배치할 수 있다.

자료제공: ZEBRA(www.zebra.com)