대구달서공업고등학교 - 진동모터 자동검사장치

Author(s):
김정기 교사 - 대구달서공업고등학교 전자과

Industry:
Machines/Mechanics

Products:
PXI/CompactPCI

The Challenge:
진동모터의 성능을 종합적으로 검사한다. (기동전압, 기동여부, 평균전류, RPM, 소음, 전기적 노이즈, 절연저항, 파형의 스위칭 비, 파형의 스위칭 펄스 크기 비 등) 또한 측정한 데이터를 근거로 하여 모터의 양부 판정을 정확하게 하고, 별도의 오실로스코프 없이 진동모터의 성능에 영향을 미치는 전류파형 및 진동, 소음신호를 그래픽으로 화면에 나타낸다.

The Solution:
본 시스템은 PC와 시그널 컨디셔닝 보드(자체 개발 컨트롤러) 및 JIG로 구성되어 있다. PC에서는 신호 분석 및 데이터 가공, 그래픽 구현, PCI-6014 제어, 데이터 저장, 양부 판정 등 전 시스템의 관리를 담당하고 있다. 그리고 필요 시 측정한 데이터를 분석하여 분석한 데이터를 보여준다

요약
이 어플리케이션은 휴대폰의 핵심부품 중 하나인 진동모터를 자동으로 검사하는 시스템이다. 진동모터의 기동전압과 기동불량, 평균전류, RPM, 소음, 전기적 노이즈, 절연저항 등을 측정하며, 또한 전류파형을 분석하여 스위칭 비나 스위칭 펄스 크기의 비 등을 측정할 수 있고, 전류파형과 진동모터의 진동파형 및 소음신호파형 등을 그래픽으로 화면에 나타낼 수 있으며, 이러한 데이터를 종합 분석하여 모터의 양부를 자동으로 판정할 수 있다. 또한 판정한 결과를 Excel 및 Access 등의 데이터베이스 파일로 백업할 수 있다. 이 시스템은 두 개의 JIG를 동시에 지원하고 있어 생산성 향상에도 크게 기여하고 있다.

개발 배경
이전의 진동모터검사는 RPM측정기(타코미터)와 오실로스코프, 멀티미터 등을 이용한 수동 검사 방법과, 8비트 마이컴과 오실로스코프 등을 함께 사용한 반자동 검사 방법 정도가 있었다. 그러나 반자동 검사 방법이라고 하더라도, 8비트 마이컴의 처리 능력과 속도의 한계 및 데이터 처리의 정밀도 한계에 의하여 15~30초 정도의 처리 시간과 판정의 애매함 등으로 인하여 진동모터의 양부 판정과 데이터의 적합성 등에 대하여 신뢰성이 떨어져 실질적으로 기여하는 정도가 매우 낮았다. 또한 데이터의 백업이 이루어지지 않아 필요 시 작업자가 일일이 손으로 데이터를 기록해야만 하고, 또한 컴퓨터에 수작업으로 입력해야 분석 가능한 정보가 만들어졌다. 따라서 새로운 시스템은 다음과 같은 목표로 제작되었다.

1. 진동모터의 성능을 종합적으로 검사한다. (기동전압, 기동여부, 평균전류, RPM, 소음, 전기적 노이즈, 절연저항, 파형의 스위칭 비, 파형의 스위칭 펄스 크기 비 등)
2. 측정한 데이터를 근거로 하여 모터의 양부 판정을 정확하게 한다.
3. 별도의 오실로스코프 없이 진동모터의 성능에 영향을 미치는 전류파형 및 진동, 소음신호를 그래픽으로 화면에 나타낸다.
4. 하나의 시스템에 두 대의 JIG를 결합하여 생산성과 장비 효율을 극대화한다.
5. 현재의 검사 진행 과정과, 라인의 생산 현황, 직행률, 불량품의 발생 시점 등을 종합적으로 화면에 표시하여 생산 현장의 모니터링 역할까지 감당한다.

새로운 시스템을 구성한 후 검사시간은 2~3초 정도로 5~10배정도 빨라졌으며, 데이터 처리 방법도 8비트 방식에서 16비트 방식으로 바뀌면서 정밀도 또한 250배 정도 높아졌다. 그리고 무엇보다도 향상된 것은 양부 판정을 자동으로 해주는 것이다. 기존의 반자동에서 작업자의 눈과 귀 그리고 이성적인 판단에 맡겨져 있던 것이 시스템에 의하여 객관적이고 신뢰할만한 근거에 의하여 자동으로 판단이 되며, 그 측정한 데이터는 자동적으로 파일로 백업이 되기 때문에 필요시 언제라도 분석할 데이터를 갖고 있어 사용자의 만족도는 매우 향상되었다. 기존의 복합적인 장비를 모두 제거하고 PC와 컨트롤러 및 검사용 JIG만으로 시스템이 구성되었기 때문에 현장에서 차지하던 공간을 절반 정도로 줄일 수 있었으며, 생산성은 높일 수 있어서 양산라인에서는 상당한 기여가 되었다.

본론

하드웨어
본 시스템은 PC와 시그널 컨디셔닝 보드(자체 개발 컨트롤러) 및 JIG로 구성되어 있다. 시그널 컨디셔닝 보드에서는 지그를 통해 들어오는 기본적인 데이터를 가공하고 조절하는 역할을 감당한다. 주로 입출력을 위한 제어와, 측정한 데이터의 증폭, 필터링 및 노이즈제거 등을 담당 한다.

그림 1. 진동모터 자동검사장치의 시스템 개요

본 시스템의 시그널 컨디셔닝 보드의 외관과 내부 그림을 그림2, 3에 나타내었다.

그림 2. 진동모터 자동검사장치의 시그널 컨디셔닝 보드의 외관

그림 3. 진동모터 자동검사장치의 시그널 컨디셔닝 보드의 내부

본 시스템의 JIG와 진동모터를 그림4에 나타내었다.

 

그림 4. 진동모터 자동검사장치의 JIG와 진동모터

소프트웨어
PC에서는 신호 분석 및 데이터 가공, 그래픽 구현, PCI-6014 제어, 데이터 저장, 양부 판정 등 전 시스템의 관리를 담당하고 있다. 그리고 필요 시 측정한 데이터를 분석하여 분석한 데이터를 보여준다.

그림 5. 진동모터 자동검사장치 의 시스템 기본 화면

그림 6-1. 측정한 데이터의 저장

그림 6-2. 측정한 데이터의 통계보고

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
이 진동모터 자동검사장치는 연간 2억 개 이상 생산하는 우리나라 진동모터산업의 필수장비가 될 수 밖에 없다. 지금까지는 중국의 저 임금과 단순한 가격경쟁 때문에 기업체에서 장비에 대한 투자가 지연되고 있었지만, 이제는 중국의 임금이 인상되고 있으며, 휴대폰의 진동모터도 BLDC 모터의 적용 등 고급화 되고 있어 전용자동검사가 필요한 시점에 와 있다. 이러한 시점에 이 자동검사장치는 꼭 필요한 것으로 사료되며, 실제로 이 시스템은 자화전자와 LG 이노텍에 적용되어 생산성을 향상시키고, 품질을 안정화 시키는데 크게 기여하고 있다.

그전에는 15~30초 걸리던 검사 시간을 2~3초로 대폭 줄여 생산성은 향상시키고, 라인 별로 4~6명 정도의 작업 인원을 1명으로 감소시켰다. 그리고 전에는 작업자의 판단에 의존하던 검사가 시스템에 의해 자동적으로 진행되어 품질의 안정과, 작업자의 피로도 경감, 불량률의 감소와 같은 효과를 가져왔다. 또한 실제적인 투자비용도 수동 검사 비용(800만원)보다 오히려 줄어(750만원) 투자에 대한 어려움이 거의 없다. 마지막으로, 사용자의 데이터 분석 요구에 즉시 대응할 수 있으며, 이러한 데이터의 구축으로 장기적인 품질 안정화에 기여할 수 있는 것도 개발 후 얻게 된 이점이다.

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김정기 교사
대구달서공업고등학교 전자과

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