플렉스시스템 - Hall IC 센서 시험기

Author(s):
이상현 사원 - (주)플렉스시스템

Industry:
Automotive

Products:
LabVIEW

The Challenge:
센서의 중요도가 높아지면서 예전의 단순 반복 작업으로 인한 작업자의 실수와 오실로스코프 파형의 잘못된 판단으로 인한Hall 센서 이상 등의 결함 제품이 출하되었고, 막대한 클레임이 발생하였다.

The Solution:
PCI-5112 Scope Board를 사용하여 계측하였으며, 입출력과 관련해서는 PCI-6515를 사용하여 작성된 프로그램의 시퀀스에 따라 자동으로 검사할 수 있도록 구성하였다.

요약 :
본 시스템은 차량의 바퀴에 장착된 ABS Wheel Speed 센서의 동적인 특성을 분석하여 시험 변수에 적합한지 파악한 후 양품 및 불량 여부를 가려내는데 있다. Wheel Speed 센서는 차륜 각각의 속도 및 가감속도를 연산할 수 있도록 톤휠의 회전에 의해 검출된 데이터를 항상 ECU로 전달하여 속도 및 가감속도를 검출한다.
Hall IC 센서 시험기는 작업의 효율을 위해서 2개의 스테이션으로 구성되어 있으며 각각의 스테이션에 서보 모터와 앰프가 장착되어 실제 차량의 바퀴 구동과 동일한 조건으로 타겟을 돌려 Tooth에 반응하는 응답을 확인하게 된다. 모터의 구동은 PCI-7342 Motion Card와 UMI-7764 Motion T/B를 사용하여 제어하였다. 이는 Hall IC가 내장된 센서의 응답 특성을 이용해 Supply, Rising/Falling Time, Duty Ratio, Deviation등의 시험 변수를 측정하게 된다.
이러한 특성이 ABS 자체의 성능과 동작에 영향을 미치므로 이러한 파라미터의 특성을 정확하게 검출하고, 제품의 이상 유무를 판단하는 것이 중요하다. 이에 PCI-5112 Scope Board를 사용하여 계측하였으며, 입출력과 관련해서는 PCI-6515를 사용하여 작성된 프로그램의 시퀀스에 따라 자동으로 검사할 수 있도록 구성하였다.

개발 배경 :
자동차의 보급률이 높아지고 대중화 되면서 지능화 되고 디지털화 되었다. 이에 맞추어 수 십만 개의 부속품 또한 소형화 되면서 디지털화 되지 않을 수 없었다. 그러자 이유를 알 수 없는 문제점들이 발생하게 되어 이로 인한 손실은 비용뿐만 아니라, 완성차 제조사의 이미지 손실을 가져오는 결과를 불러오게 되었다. 본 시스템이 측정하는 ABS Wheel Speed 센서의 특성 또한 디지털화 되면서 ECU에서 읽어 들여 개별 신호를 비교하여 제동 감속을 검출하고 이 신호를 이용하여 ABS하이드로릭 모듈을 ECU가 제어하여 ABS를 작동하는데 사용된다.
이와 같이 센서의 중요도가 높아지면서 예전의 단순 반복 작업으로 인한 작업자의 실수와 오실로스코프 파형의 잘못된 판단으로 인한Hall 센서 이상 등의 결함 제품이 출하되었고, 막대한 클레임이 발생하였다. 그래서 보다 정밀하고 정확하여 고품질의 다량생산이 가능한 PC 기반의 시험 솔루션을 수행하기로 하였다.

본론 :

하드웨어
시스템의 구조는 크게 모터 제어부와 데이터 수집(DAQ) 그리고 Digital I/O부분으로 나눌 수 있다. 모터 제어부는 2축의 스테퍼/서보 컨트롤러가 가능한 PCI-7342를 사용하여 실제 차량의 바퀴 구동과 동일한 조건의 RPM으로 모터를 구동시킬 수 있도록 하였다.
데이터 수집 부분은 PCI-5112를 사용하여 Hall 센서에서 출력되는 정보를 수집하여 결과를 산출하였다. 그 밖에 LabVIEW로 작성된 프로그램의 순서에 따라 자동으로 검사할 수 있도록 Digital I/O 부분은 PCI-6515를 사용하였으며, 외부 기기로 사용된 파워 서플라이는 GPIB통신을 이용하여 제어하였다.

그림1. NI 솔루션 및 시스템 구성

소프트웨어
구현한 프런트 패널은 크게 측정 결과 그래프 화면과 실시간 모니터링 화면, 그리고 측정값 판정 부분으로 나눌 수 있다. 그래프 화면은 Hall 센서에서 출력되는 결과가 디스플레이 되며, 실시간 모니터링 화면은 측정 시에 중요시 되는 측정결과를 Raw Data와 비교하여 사용자가 진행 과정을 한눈에 볼 수 있도록 구성되었다.
그리고 측정값 판정 부분은 프로그램 시작 전 시험조건 설정창에서 사용자가 측정하고자 하는 센서의 시험 변수를 입력할 수 있도록 구성하였으며, 측정 결과가 시험 변수의 스펙에 접합하지 않으면 NG 처리가 되고 그 내용을 확인할 수 있도록 프로그래밍 하였다. 그 외 현재 수량을 카운트하여 목표 수량과 비교할 수 있으며, 동일 시료의 총 투입 수량 및 양품, 불량 수량을 프로그램 종료 후에도 이어서 진행이 가능 할 수 있도록 프로그래밍 하였다.

그림 2. 개발 시스템 프로그램

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
프로젝트를 진행하면서 가장 중요했던 측정 데이터는 PCI-5112 Board를 채택함으로써 공정 라인의 취약점인 노이즈에 대해서도 대처할 수 있었으며, 장시간의 사용에도 오류 없이 잘 동작하며 데이터 또한 정확하여 솔루션의 선택에 만족한다. 종합적으로, 기존의 번잡하고 사용이 어려운 고가의 장비들을 대신하여 통합된 단일 시스템으로 개발할 수 있어서 생산성 향상과 제품의 품질 향상 그리고 효율적인 데이터 관리와 공정을 운영하는데 있어서의 편의성까지 도모할 수 있게 되었다.

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이상현 사원
(주)플렉스시스템

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