에스에스앤아이 - Wiper Carrier Assembly 검사 시스템

Author(s):
심재위 팀장 - 에스에스앤아이

Industry:
Manufacturing

Products:
NI-IMAQ for IEEE 1394 Cameras, LabVIEW, Vision Development Module

The Challenge:
자동차의 내부에 장착되는 부품의 하나인 Wiper Carrier Assembly는 작업자가 수작업으로 조립하고 육안으로 검사를 한다. 그래서 Wiper Carrier Assembly는 제조 공정에서 철저히 검사하여 출하하지 않으면, 제품의 결함은 완성되는 차에 성능에서 나타나게 된다.

The Solution:
Wiper Carrier Assembly를 직접 제작 생산을 하고, 작업자가 육안 검사를 하는 부분을 제작 공정에 추가하여 비전을 이용한 “Wiper Carrier Assembly 검사 시스템” 개발을 수행하기로 하였다.

요약 :
Wiper Carrier Assembly는 자동차 Wiper에 장착되는 부품으로 IEEE 1394 카메라를 이용하여 제품의 Brush의 간격, 개수, 배열 상태, 이물질 유무, 프론트 이탈 등을 검사를 하는 시스템이다.
이 제품을 검사하기 위하여 상단 부분에 카메라와 측면 부분에 카메라가 설치가 되며 이 영상은 IMAQ for IEEE1394 Camera 2.0으로 영상을 받을 수 있도록 하였으며, 트리거 신호에 의하여 Snap되는 영상을 Vision Development Module의 Image Processing Tool을 이용하여 제품의 이상 유무를 판단한다.
각 출력 단자에는 릴레이를 설치하고, 이들의 출력 접점을 PCI-6514 Digital I/O Board에 연결하여 LabVIEW로 작성된 프로그램 순서에 따라 자동으로 검사할 수 있도록 구성하였다.
이로써, Wiper Carrier Assembly의 Brush의 배열 상태, 간격, 개수를 측정할 수 있고, 제품의 영상 이미지를 저장하여 분석함으로써 제품의 불량 유형들을 판단할 수 있어서 양질의 제품을 생산할 수 있게 되었다.

개발 배경 :
자동차의 내부에 장착되는 부품의 하나인 Wiper Carrier Assembly는 작업자가 수작업으로 조립하고 육안으로 검사를 한다. 그래서 Wiper Carrier Assembly는 제조 공정에서 철저히 검사하여 출하하지 않으면, 제품의 결함은 완성되는 차에 성능에서 나타나게 된다. Wiper Carrier Assembly의 기존 검사 방법은 작업자가 제품을 육안 검사하여 출하하는 것이었다. 그러나 Tip이 구부러지거나 끊어지는 현상이 번번히 발생하였다. 그래서 Wiper Carrier Assembly를 직접 제작 생산을 하고, 작업자가 육안 검사를 하는 부분을 제작 공정에 추가하여 비전을 이용한 “Wiper Carrier Assembly 검사 시스템” 개발을 수행하기로 하였다.

(a) Wiper Carrier Assembly

(b) 내부 장착된 Wiper Carrier Assembly

그림1. Wiper Carrier Assembly 제품

본론 :

하드웨어
Wiper Carrier Assembly는 2 트랙과 3 트랙의 모델로 되어 있으며 1 트랙당 2 Brush로 이루어져 있고, Brush는 각각 10개의 팁으로 이루어있다.
Wiper Carrier Assembly는 생산 과정에서 이 Tip이 구부러지거나 끊어져서 제품의 성능을 제대로 발휘하지 못하게 된다. 그래서 사람이 직접 육안으로 검사를 하고 있다.
Wiper Carrier Assembly 검사 시스템은 2대의 IEEE1394 Camera(1024*768 Pixels), PLC동작과 모니터링을 위한 PCI-6514 I/O접점 보드, RS-232통신을 이용한 조명 장치를 사용하였다. 또한 환경 노이즈에 최소화한 영상을 수집하기 위하여 IMAQ for LabVIEW를 사용하고, 이미지 프로세싱을 하여 Brush의 간격, 개수, 이물질 유무, 이격 거리 등을 측정하여 스펙의 기준에 따라서 양품과 불량품을 구분하였다. 아래 그림 2와 3은 시스템 구성도와 동작 순서도를 나타내며, 그림 4와 5는 제품의 불량 유형 형태를 나타내고 있다.

그림 2. Wiper Carrier Assembly 제품

그림 3. 시스템 구성도

그림 4. Wiper Carrier Assembly 불량 유형

소프트웨어
아래 그림 5은 프로그램 셋팅부로 프로그램이 실행되면 현재 검사 가능한 모델 리스트가 표시되는 것으로, 두 대의 카메라의 이미지를 나타내고 있으며 JIG부분의 틀어짐 정도와 검사 진행 시 진동 유무를 확인할 수 있다. 또한 PLC에서 수동으로 실행을 하게 되면, 모델에 대한 검사 파라미터 입력 및 모델의 스펙을 설정하는 기능이 있다.

그림 5. 설정 화면

프로그램이 실행되면 PLC를 이용하여 제품 생산 가동을 하게 되고 검사하는 부분에 도달을 하게 되면 PLC에서 카메라에 신호를 주어 제품의 이미지를 수집한다. 이 이미지는 영상 노이즈를 제거한 후 제품의 검사 항목에 따라서 자동으로 검사하게 된다. 그리고 이에 대한 결과로 화면에 판정 결과 및 검사 데이터를 표시하고, 자동으로 이미지 및 검사 데이터 결과를 저장한다. 검사하기 전에는 제품 모델에 대한 검사 기준이 나타나고, 검사가 끝난 후에는 합격이면 녹색으로 표시되고, 불합격이면 적색으로 표시가 된다. 이 외에 전체 검사 개수, OK, NG 개수를 표현한다. 아래 그림 6은 프로그램 메인 화면을 나타내고 있다. 또한 그림 7은 검사 진행 후 의심이 가는 제품의 이미지를 직접 관찰하고 확인할 수 있는 프로그램이다.

그림 6. 메인 화면

그림 7. 이미지 보기 프로그램

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
Wiper Carrier Assembly 검사 시스템을 구축함으로서 다음과 같은 이점을 얻게 되었다.
1) 생산성 향상 - 육안 검사였던 제품 검사를 자동 검사로 바꾸어 제품의 생산성이 향상됨
2) 제품 품질향상 - 제품 불량이 발생할 경우 저장된 이미지를 확인하여 제품 제작 공정 중 불량 발생 부분의 공정이 개선되고, 결과적으로는 생산되는 제품의 품질이 향상됨
3) 기업 이윤 증가 - 불량품 판별이 가능해져서 불량품 출하가 줄어 기업 이윤이 증가함
4) 효율적 데이터 관리 - 자동 검사 시스템을 도입하여 불량의 원인 및 분석이 가능하여 효율적인 생산 운영을 할 수 있게 됨
5) 공정 운영 효율화 – 검사 공정 작업자 인력을 감소시켜 작업 인력의 효율적인 운영 가능

위와 같은 직/간접적인 효과가 발생하였으며, 불량 제품의 원인을 파악한 뒤 수정 보완하여 더 좋은 제품을 생산하도록 노력 중이다.

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