자동차 안전 중요 조립체를 위한 용접 검사 표준

자동차 부품을 생산하는 제조업체들에게는 판돈이 높습니다. 자동차 운전자와 승객은 용접 품질이 설계된 조건에서 버텨주길 의지합니다. 제작 공정 중 포착되지 않은 단 하나의 실수가 비즈니스를 취약하게 만들거나, 특히 해당 부품이 어셈블리에 "안전 중요(safety critical)"한 경우 더 나쁘게 만들 수 있습니다.

예를 들어 자동차 시트는 승객과 직접 접촉하므로, 시트 용접은 안전 중요로 간주됩니다. 이 분류는 생산 전 특정 프로토콜을 지시합니다. OEM 요구사항은 다양하지만, 사용되는 부품, 플랜트, 산업 장비에 따라 약간의 차이로 업계 관행과 일관되는 경향이 있습니다. 여기 기본 프로토콜 요소들이 있습니다:

사전 생산 프로토콜(Pre-Production Protocol)

• 파라미터 설정(Setting Parameters) - 용접 파라미터 수립 및 수용 가능성 검증. 이는 용접 단면을 절단하고 에칭하여 용입 깊이(15-20%)를 검증함으로써 수행할 수 있습니다.
• 릴리스 프로세스(Release Process) - 위가 검증되면 생산을 릴리스하거나 승인하는 정해진 프로세스.
• 변경 관리(Change Management) - 필수 변수의 특정 한계를 넘는 변경은 절단 및 에칭 테스트를 통한 재검증 필요.
• 품질 보증(Quality Assurance) - OEM이 정한 빈도로 생산에서 무작위 부품을 선정하여 절단 및 에칭.

로봇 용접은 항상 같은 위치에 프로그래밍된 용접 파라미터로 용접을 배치함으로써 부품 품질을 크게 개선하는 데 도움을 주었습니다. 위 절차 준수는 품질 용접 제품을 생산하는 데 도움이 됩니다. 자동차 OEM들은 안전 중요 용접에 초점을 맞추고 있으며, 이로 인해 몇 가지 핵심 요소 검토가 이루어졌습니다:

생산 프로토콜(Production Protocol)

• 보안(Security) - 자격 있는 인원이 장비에 접근하고 품질에 부정적 영향을 미치는 변경이 이루어지지 않음을 검증.
• 아크 모니터링(Arc Monitoring) - 아크 모니터링 시스템 구현으로 공정이 제어 중임을 검증하고 파괴적 테스트 빈도 감소 가능. 아크 모니터링은 용접 파라미터가 수립된 한계를 충족하는지 검증. 한계 밖 용접은 추가 검사를 위해 플래그됨.
• 추적성(Traceability) - 변경 사항과 용접 결과 추적, 부품 변경 발생 시 날짜, 시간, 일련번호 기록 능력 유지.

야스카와 모토만(Yaskawa Motoman)에서는 고객의 제조 및 추적성 요구사항을 배우는 데 시간을 들입니다. 수년간 우리는 제조업체들이 신뢰할 수 있고 추적 가능한 용접 검사를 수행할 수 있게 하는 여러 소프트웨어와 I/O 향상을 컨트롤러에 개발했습니다.

보안 기능(Security Functions)

비밀번호 기능(Password Function)

다양한 레벨의 전역 비밀번호 표준 보안 시스템은 플랜트 내 여러 로봇 셀을 유지보수하는 여러 기술자에게 편리합니다. 그러나 전역 비밀번호는 플랜트 직원 간에 공유될 위험이 있으며, 무엇이 누구에 의해 변경되는지 통제할 수 없습니다.

야스카와 DX 컨트롤러의 비밀번호 기능은 비밀번호와 보안 레벨 클리어런스를 가진 사용자 데이터베이스를 생성합니다. 사용자는 로봇을 조작하기 위해 로그인해야 하며, 로깅 기능은 사용자 이름과 변경 사항을 기록합니다.

 

DX200 컨트롤러에 소프트웨어가 추가되어 PLC에 의한 원격 비밀번호 제어가 가능해졌습니다. 제어 엔지니어들은 사내 직원 배지나 보안 시스템을 기반으로 플랜트/셀 기반 제어를 사용하여 사용자와 로그인을 원격으로 관리하는 로직을 구현할 수 있습니다.

보안 레벨(Security Levels)

• 작업 레벨(Operation Level) - 기본적으로 이 기본 레벨은 누구나 프로그램을 이동하거나 단계별로 실행할 수 있지만 포인트나 용접 설정을 변경할 수는 없습니다.
• 편집 레벨(Edit Level) - 사용자가 프로그램을 만들고 용접 설정을 변경할 수 있지만, 파라미터나 상위 레벨 데이터에 접근할 수는 없습니다.
• 관리 모드(Management Mode) - 파라미터와 유지보수 기능에 대한 완전한 접근 제공.
• 안전 레벨(Safety Level) - DX 컨트롤러에 구현된 제어 신뢰성 소프트웨어 리미트와 안전 로직(기능 안전 유닛 - FSU) 설정 및 관리 접근 허용.

이 레벨들이 사용자가 할 수 있고 접근할 수 있는 것을 정의하는 것은 시스템입니다. 관리가 접근을 제어하는 레벨은 플랜트 위치에 따라 다를 것입니다.

로깅 기능(Logging Function)

많은 최신 로봇 컨트롤러는 날짜와 시간별로 시스템에 가해진 변경 사항을 추적하는 표준 로깅 기능을 제공합니다. 예를 들어, 주간 근무 운영자는 야간 근무 누군가가 변경을 했는지 볼 수 있습니다. 로봇은 마지막 일련의 변경 사항을 로컬 파일에 유지하므로, 데이터의 정기적 저장이 사용자 활동의 기록적 로그를 유지할 수 있습니다. 로봇은 또한 비밀번호 보안을 사용하여 사용자가 변경하려면 로그인하도록 요구할 수 있습니다. 변경 시 사용자 이름도 기록됩니다.



안전 재티치 편집 기능(Safety Re-Teach Edit Function)

작업 레벨은 사용자가 프로그램 포인트를 변경하는 것을 허용하지 않지만, 일부 회사는 운영자나 1선 기술자들이 부품 변형을 위해 사소한 변경을 하도록 허용합니다. 안전 재티치(Safety Re-Teach)는 관리 모드가 정의한 3D 범위 내에서 작업 레벨 사용자가 프로그래밍된 포인트를 수정할 수 있게 합니다. 이는 보통 몇 밀리미터로 설정되며, 관리자는 토치나 외부 축의 각도 변경량을 제한할 수 있습니다. 작업 레벨 사용자는 용접 파라미터를 변경할 수 없으므로 필수 용접 변수는 변경되지 않습니다. 이는 반복적인 파괴 테스트를 피합니다. 안전 재티치는 DX 컨트롤러에서 관리 모드의 파라미터로 활성화할 수 있습니다.

아크 모니터링(Arc Monitoring)

용접 시스템을 통합하고 용접 회사와의 합작 투자 역사를 바탕으로 구축한 로봇 공급업체로서, 야스카와 모토만은 아크 모니터링에 대한 포괄적인 경험을 가지고 있습니다. 우리는 파워 소스 제조업체들이 통합했을 수 있는 아크 모니터링 기능을 지원하도록 용접 인터페이스를 설계했습니다.

밀러 인사이트 센터포인트(Miller Insight Centerpoint™)와 링컨 일렉트릭 프로덕션 모니터링(Lincoln Electric Production Monitoring™)의 통합 기능은 로봇 티치 팬던트에서 접근 가능합니다. 프로니우스(Fronius)의 웰드큐브(WeldCube)는 파워 소스와 직접 통신합니다. 야스카와와 프로니우스는 모니터 결과가 웰더 상태 비트에 보고되도록 협력 중입니다.


 

"안전 중요" 명령을 충족하는 과제는 또한 파워 소스 아크 모니터링에서 용접 결과를 유용한 형식으로 명확하게 제시하는 것을 수반합니다. 최적 형식은 로봇 셀 HMI의 부품 다이어그램에 모니터 결과를 하이라이트하는 것입니다. 그러면 용접 스테이션 운영자가 불규칙성을 쉽게 발견하고 신속하게 반응할 수 있습니다. 운영자는 시스템이 플래그한 용접들, 범위를 벗어난 모니터 결과를 가진 용접들을 시각적으로 검사하여 용접이 적합한지 부적합한지 판단해야 합니다.

로봇 컨트롤러가 아크 모니터 상태를 로컬 HMI에 보고할 수 있는 동안, 파워 소스 제조업체들도 개인 컴퓨터나 클라우드 기반 소프트웨어를 통해 원격으로 아크 모니터 결과를 보고하는 소프트웨어를 제공합니다.

밀러 인사이트 센터포인트(Miller Insight Centerpoint)

 

추적성(Traceability)

자동차 OEM들은 공급업체들에게 좋은 부품을 만드는 것만 요청하는 게 아니라, 부품의 용접 결과를 일련번호와 연관시킬 "추적성(traceability)"을 제공하는 품질 시스템 구현을 요청합니다. 목표는 부품이 부적합으로 감지되었을 때 부품이 적합하기로 알려진 생산 시점으로 거슬러 올라갈 수 있게 하는 것입니다.

추적성 충족을 돕기 위해, 용접 파워 소스와 로봇 컨트롤러의 아크 모니터링 데이터, 그리고 원격으로 접근되어야 하고 궁극적으로 PLC에 기록되어야 하는 부품별 데이터가 캡처되어 부품 일련번호와 연관되어야 합니다. 이 데이터 매시업을 어떻게 조화시킬지 - 그리고 그렇게 하는 어려움 - 은 제조업체가 내부 보안 프로토콜을 손상시키지 않고 박스 밖으로 통합할 수 있는 것에 달려 있습니다.

문자열 변수(String Variables)

한 가지 트릭은 로봇 컨트롤러의 문자열 변수 생성 함수를 사용하여 고유 식별자를 추적 메커니즘으로 생성하는 것입니다. 숫자나 위치를 저장하는 데 사용되는 변수들의 혼합이 있으며, 이 변수들은 형식과 자릿수에 따라 다릅니다. 문자열 변수는 최대 32자까지 문자나 숫자의 조합이 될 수 있습니다. 이들은 펜던트에 메시지를 표시하거나 다른 용도로 호출될 수 있습니다.

자동차 생산의 경우, 우리는 특정 생산 부품의 일련번호 정보를 담기 위해 이들을 사용했습니다. 제어 엔지니어들은 이더넷 통신을 사용하여 PLC나 바코드 리더에서 값을 "읽고" 다른 장치들에 전달할 수 있습니다.

동시 I/O(Concurrent I/O)

야스카와 모토만은 동시 I/O(CIO)를 사용하여 프로그래머블 로직 제어를 수행하고 로봇과 파워 소스 간 데이터를 통신합니다. 용접 설정에 사용되는 동안, 아크 모니터링 결과를 파워 소스와 로봇 간에 전달하는 데도 사용될 수 있습니다. 추적성을 위해, 우리는 각 용접 위치의 용접 결과를 연결하고 부품 일련번호와 함께 플랜트 PLC로 전송하여 부품 기록으로 사용했습니다. 또한 부품 일련번호를 핀 스탬퍼로 보내 통과한 부품에 일련번호를 각인합니다.

최근, 우리는 링컨 일렉트릭 프로덕션 모니터에서 용접 검사 데이터를 가져와 운영자에게 부품의 그래픽 표현으로 제시하는 시스템을 제공했습니다. 각 용접 위치에서 모니터 결과를 한계 내/외에 따라 녹색 또는 빨간색으로 하이라이트합니다. 체크포인트(CheckPoint™) 모니터링(외부 소프트웨어)은 클라우드에 데이터 저장을 위해 설계되었습니다. CIO는 프로덕션 모니터 결과에 즉각적인 접근을 허용하여 부품이 생산되는 동안 운영자에게 제시될 수 있게 했습니다.


 

구현(Implementation)

용접 모니터링 데이터 처리는 생산 제어뿐만 아니라 기록적 로깅과 추적성 요구사항을 고려해야 합니다. 과정에서 캡처되는 데이터는 조직 전체에서 모든 역할의 모든 단계에서 다르게 사용되며, 그 니즈는 모든 단계에서 고려되어야 합니다.

용접 모니터링 데이터 사용이 현장 운영자들이 부품 품질을 검증하기 쉽게 만드는 동안, 과거 데이터는 감독 인력이 품질 계획을 관리하고 어려움을 트러블슈팅하는 데 사용될 수 있습니다. 보안 기능은 수립된 프로토콜과 파라미터에서 벗어나는 것을 거의 불가능하게 만들며, 아크 모니터링은 추가 검사가 필요한 용접들에 대한 실시간 그래픽 표시를 제공합니다.

PLC를 최종 목적지로 하여, 부품별 용접 데이터가 기록, 저장, 추적 가능해집니다. 완전한 데이터 조화를 이루기까지 상당한 선행 작업이 필요할 수 있지만, 결과는 자신감 있는 고객들과 향상된 품질로, 귀사 운영의 미래를 보장하는 데도 도움이 될 수 있습니다.