용접 불량 3차원 이미지로 실시간 확인한다

왼쪽) 황동수 모니텍(주) 대표이사와 지창욱 울산본부 첨단정형공정그룹 선임연구원 /사진=생기원

한국생산기술연구원(이하 생기원)이 배터리, 열 수송관, 수소 등 에너지 저장탱크 등의 결함 중 가장 많은 용접 불량 문제를 해결할 ‘실시간 초고속 열화상 용접 모니터링 시스템’을 중소기업 모니텍과 공동개발했다고 24일 밝혔다.

용접분야에서 모니터링 시스템은 품질 정확도를 높여주는 핵심 기술로 불량품 생산을 줄여주고 최종 제품의 신뢰성 향상에 큰 영향을 미친다. 모니텍은 용접분야에서 실시간 모니터링 품질 평가 시스템 개발 및 솔루션 전문기업이다.


주로 자동차 부품사에 해당 시스템을 납품해 왔지만, 최근 몇 년 간 내연 자동차 시장의 감소세로 덩달아 매출이 3분의 1로 줄면서, 새로운 판로 개척이 절실했다.

최근 급성장하고 있는 전기 자동차 배터리 산업분야와 다시금 기지개를 켜고 있는 조선업, 중공업 분야로의 도약을 준비 중이었다.

이런 상황에서 모니텍은 생기원 첨단정형공정그룹 지창욱 박사 연구팀과 손잡고 더 빠르고, 정확한 ‘실시간 초고속 열화상 용접 모니터링 시스템’ 개발에 성공했다.


기존 실시간 모니터링 시스템은 아크(Arc, 두 개의 전국 사이에 전압을 건 경우에 발생하는 강한 에너지)용접 품질 검사 시스템이 대부분이었는데, 전류, 전압 센서 신호 즉 2차원적 전기적 신호만으로 품질을 판단해 품질 판별 정확도가 90% 이하에 머무르는 한계가 있었다.

이에 생기원은 품질 판단 정확도를 95%까지 끌어올리고자 모니터링 시스템에 ‘초고속 열화상 카메라’ 적용을 제안했고, 용접 현상을 3차원 실시간으로 관찰하는 것이 가능해졌다.

덕분에 품질판단 정확도가 높아져 최종 용접제품의 불량률이 기존대비 30%이상 낮아지고, 생산성은 20%이상 높아지는 성과가 있었다.

지 박사 연구팀은 기존 적기적 신호를 사용한 용접 품질 판단은 정교한 품질 분석이 어렵다고 판단해, 3차원 입체 영상 및 색상의 변화 등의 이미지 프로세싱을 통해 품질 판단 정확도를 높였다.

이를 위해 먼저 초고속 열화상 신호를 이용한 이미지 프로세싱 및 결함 검출 알고리즘을 개발하고, 용접 품질 평가 기준 확립 및 품질 판단이 가능한 데이터베이스(DB) 구축에 나섰다.

이렇게 수집된 데이터를 바탕으로 용접 공정상의 불량판단 인자를 도출할 수 있었고, 품질 판단을 위한 기준치 설정이 가능해 졌다.

예를 들어 이미 도출된 적합 용접제품의 3차원 입체 형상과 비교제품의 형상이 다를 경우 불량품일 것을 예측하거나, 설정한 임계 온도값을 벗어나는 순간 붉은색 알람을 발생시켜 실시간으로 판단이 가능하도록 했다.

모니텍은 이번 기술 개발을 바탕으로 초고속 열화상 신호를 이용한 모니터링 시스템 맞춤 개발 의뢰를 받는 계기가 됐고, 세계적 선도기업들과의 경쟁을 통해 헝가리에 위치한 글로벌 전기차 배터리 회사에 진출하는 가시적 성과도 있었다.

황동수 모니텍 대표는 “중소기업에서 무엇보다 중요한 것은 기술개발을 위한 연구인력”이라고 말하며 “생기원의 기업지원 프로그램을 통해 그 공백을 메우는 데 큰 도움이 됐다”고 전했다.