한국생산기술연구원

AI로 판재성형 불량 해결한다

- 생기원, 판재성형 전 이상 예측·감지기술 개발

- 자동차·전기전자 등 제조 현장 품질관리 자동화 가능

□ 한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)이 금속 판재성형 공정을 실시간으로 관리할 수 있는 ‘AI 기반 지능형 판재성형 통합 모니터링 시스템’을 개발했다.

ㅇ 생기원 유연생산연구부문 배기현 수석연구원 연구팀은 소재 투입부터 성형, 제품 취출에 이르는 전 과정을 진단‧분석할 수 있는 AI 기반 통합 모니터링 시스템을 구축했다고 밝혔다.

□ 판재성형은 금속 판재를 금형에 넣어 원하는 형상의 부품을 생산하는 공정으로, 자동차 차체, 가전제품 외장, 전자제품 케이스 등 다양한 사이즈의 부품 제조에 광범위하게 활용되는 핵심 가공기술이다.

ㅇ 프레스 작업을 통해 얇은 판재를 정밀하게 성형할 수 있어 생산성이 높고, 균일한 품질 확보가 가능해 대량생산 공정에 널리 적용된다.

ㅇ 반면 원소재의 물성 편차, 금형의 마모, 치수 불량이 발생할 경우 공정 중단이나 재작업이 빈번해진다는 단점이 있다.

□ 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 판재성형 공정에서 불량이 주로 발생하는 소재의 품질 편차, 금형 손상, 제품 치수 편차를 진단할 수 있는 기술을 개발했다.

ㅇ 먼저 와전류 센서*를 이용해 금속의 전자기 반응을 감지하고, AI가 이를 분석해 판재의 강도를 예측하는 알고리즘을 개발했다.

ㅇ 생산라인을 멈추지 않고도 모든 판재의 강도를 실시간으로 분석할 수 있어 검사 속도와 정확도를 동시에 높일 수 있다.

 * 와전류 센서(Eddy Current Sensor) : 금속과 같은 도체에서 맴돌이 전류(와전류)에 의한 자기장 변화를 측정하기 위한 센서

□ 이와 함께 연구팀은 금형이 받는 하중 데이터를 실시간으로 수집‧분석해 마모나 파손을 예측할 수 있는 ‘무선형 금형 관리 모듈’을 개발했다.

ㅇ 개발된 모듈은 볼트형 하중센서와 무선 데이터 수집장치를 결합해 금형에 직접 설치 가능하며, 부착된 모듈을 통해 금형 하중의 변화량을 실시간으로 측정할 수 있다.

ㅇ 또한 AI가 하중 데이터의 변화 패턴을 분석해 금형의 마모 상태와 남은 수명을 예측하고, 그 결과를 바탕으로 정비 시점을 미리 안내해 갑작스러운 설비 정지를 예방하는 시스템이다. 

□ 성형된 제품의 치수 불량을 실시간으로 감지하는 ‘레이저 기반 치수검사 모듈’도 개발했다.

ㅇ 성형품의 치수 불량은 조립 공정에서 큰 손실로 이어지는 데 반해 현장에서는 여전히 일부 제품만 선별검사 하고 있는 실정이다. 

ㅇ 연구팀은 레이저 센서를 활용해 제품이 금형에서 빠져나오는 순간 높이를 측정하고, AI가 각 치수 항목별 허용오차 범위를 인식해 기준값과 비교하도록 했다. 

ㅇ 이를 통해 정밀도를 벗어난 제품을 즉시 판별할 수 있어 조립 단계 이전에 선제적으로 불량품을 걸러낼 수 있다.

□ 이번 성과는 생기원 대표과제를 통해 창출되어 자동차 부품 전문기업 ㈜세동산업으로 기술이전 됐다. 

□ 과제를 이끈 배기현 수석연구원은 “개발된 애드온(Add-on) 기반의 지능형 모듈은 소재 검사, 금형 관리, 제품 평가 등 판재성형 공정 전반에 공통적으로 적용 가능하다”라고 설명하며, “창출된 성과를 자동차, 전기전자 등 국내 주력 산업의 프레스 제조라인에 확산할 계획”이라고 말했다.

ㅇ 기술을 이전받은 ㈜세동산업 허민철 차장은 “이전받은 기술을 적용해 기존 프레스 제조 공정에서의 품질 이상 감지와 공정 관리 효율이 높아졌다”라고 소개한 뒤 “향후 다른 프레스 제조라인을 대상으로 확대 적용해 나갈 것”이라고 밝혔다.