기술자료: 레이저와 비전을 이용한 비접촉식 레이저 용접 비드 검사
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인천국제용접&절단&레이저설비산업전시회
레이저와 비전을 이용한 비접촉식 레이저 용접 비드 검사기

글 / ㈜로봇밸리
1. 개요
㈜로봇밸리가 2008년 12월에 출시한 비접촉식 레이저 용접 비드 검사기 ‘B-one 용접 비드 검사기(제품명)’는 레이저 비전과 카메라 영상 기술을 활용하여 용접 비드 형상을 검사하여 용접 부분의 불량 유무를 확인하는 검사 장비다.

용접 시공 과정에서 비드의 정밀도에 대한 측정 정보를 제공하여 설계된 각장대로 용접할 수 있도록 함으로써 용접의 품질을 높이고, 재료비를 절감할 수 있도록 하는 데 기능성이 있다.

용접 비드 검사에 사용되는 각장 게이지(Leg gage)와 외국 제품인 용접 비드 검사기인 WISC와 비교할 경우 측정 정밀도, 무게 및 휴대성, 측정 범위 등 핵심 기능에 있어서 경쟁력을 확보하고 있다.
<그림 1> ㈜로봇밸리가 출시한 ‘B-one 용접 비드 검사기’
<그림 2> 조선소 선체 블록용 용접 로봇



2. 제품의 특징
㈜로봇밸리가 출시한 ‘B-one 용접 비드 검사기’는 3차원 비접촉 측정으로 일일이 용접부에 대지 않아도 측정이 가능하므로 기존에 비해 작업 소요 시간도 60% 이상 단축할 수 있으며, Fillet 용접 및 Butt 용접 형상 각장을 비롯해 단차 및 갭, 예각, 둔각, 다층 각장 등 다양한 형상에 대한 측정이 가능하다.
또한 7kg 이상의 중량으로 휴대하기 어려워 검사자 작업 시 불편했던 기존 외산 제품과 달리, 이 제품은 중량이 500g에 불과한 소형 제품으로 가볍고 휴대하기 간편해 검사자들의 작업성을 향상시킨다.
이와 함께 수동 각장 게이지 대비 측정 시간을 0.2초로 단축했을 뿐 아니라 측정 정밀도를 ±0.2㎜로 향상시켜 검사자들의 개인적 편차 없이 정확한 검사 결과를 산출해 낼 수 있도록 했다.
이러한 특징으로 인해 용접 품질을 비롯한 용접 생산성 및 고객 신뢰도를 향상시키며, 용접 비용 절감 효과도 크다.

3. 제품의 장단점 및 기존 방법과의 비교
기존에는 용접 외부 검사 시 주로 수동 각장 게이지를 사용했다. 수동 각장 게이지는 작고 휴대가 간편하며 사용법도 간단할 뿐 아니라 가격이 저렴하다는 특징이 있지만, 이 경우 측정 시간이 길어 데이터 확보에 많은 공수가 소모되며, 측정 데이터도 검사자가 일일이 기록해야 하는 불편함이 있었다.
또한 부재의 각도에 따라 편차가 크고 직각이 아닌 부재 즉 예각이나 둔각의 경우 측정이 불가능했으며 실제보다 작게 측정이 된다는 단점이 있다.
이처럼 측정이 정확하지 않았기 때문에 필릿 용접부 목 두께의 경우 별도의 계산이 요구됐으며, 오버랩 부분이나 다층의 대각장을 측정하기가 어려웠다.
그 반면, ‘B-one 용접 비드 검사기’와 같은 디지털 일체형 용접 비드 검사기의 경우 다소 비싸다는 단점은 있지만, 0.2초라는 짧은 측정 시간으로 데이터 확보에 적은 공수가 소모되며, 휴대가 간편해 검사자의 작업성 향상 및 피로도 감소에 기여한다.
또한 측정 오차와 측정자 개인 간 편차가 없어 정확하게 측정이 가능하며, 조인트 형상에 관계 없이 예각과 둔각, 다층 각장을 비롯하여 언더컷과 오버랩, 각장을 동시에 측정할 수 있는 것이 장점이다.
더욱이 측정 데이터의 데이터베이스 구축을 통한 데이터 관리가 가능해, 과대 각장 방지를 위한 피드백이 가능해 쓸데 없는 용접 재료 사용을 줄여 용접 작업 시 원가 절감 효과가 탁월하다.
<그림 5> 데이터 관리 절차를 통한 품질 및 원가 절감 효과 향상

4. 기대 효과
비파괴 검사 및 각종 검사 장비의 개발 업체들은 장비를 사용하는 최종 수요자에게 많은 영향을 받는다. 국내의 발전 설비, 화학, 석유화학 등 에너지, 화학 설비 산업 분야는 건설과 운영 과정에서 시설의 안전성과 신뢰성을 위한 품질 보증, 보수 유지를 위해 비파괴 검사를 이용하는 중요한 수요자다.
장기간 사용해 온 중화학 설비의 산업 안전, 보수 유지를 위한 비파괴 검사 수요는 지속적으로 증가할 전망이며, 최근에는 방위산업계의 수요가 줄어드는 대신 민간 항공업계, 자동차업계, 공장의 유지 보수 분야에서 비파괴 검사 장비와 서비스의 수요가 늘고 있다.
국내에서 디지털 용접 비드 검사 장비가 개발된 사례를 문헌적으로나 시장 조사 자료상 찾아보기 힘들다. 그 동안은 작업현장에서 각장 게이지(Leg gage)를 이용하여 사용자가 직접 측정하고, 그 결과를 눈금에서 읽어서 현재 측정한 부위의 불량 유무를 판단했다.
이와 같이 현재까지 국내 시장은 수동 게이지를 이용하는 방식에서 벗어나지 못하고 있으며, 연구기관 및 용접 품질 관리 부분에서 외국 제품인 WISC이 극히 일부 사용된 사례를 찾아볼 수 있다.
더욱이 이 외산 제품은 각장, 언더컷, 오버랩을 검사하는 장비로 검사부와 제어부, 디스플레이부로 구성되어 복잡한 시스템으로 구성되어 있고, 가격 수준도 3∼4,000만 원대 이상의 고가로 판매되고 있다.
이러한 수급 상황으로 볼 때, 용접 비드 검사 장비가 용접시공 현장에서 사용된 사례를 볼 수 없으며, 이로 인해 용접 비드 검사 장비 산업은 신 개척 시장으로 볼 수 있다.
이 기술은 그 동안 수작업에 의해 용접 비드를 측정하던 것을 디지털 기술을 활용하여 정밀한 측정이 가능하도록 지원하고 측정 공정을 자동화함으로써 생산성을 높이고자 하는 것을 목적으로 개발되어, 기존의 각장 게이지(Leg gage)을 대체하는 방식으로 시장에 진입하고 있으며, 향후 조선, 플랜트, 중장비 업체의 용접 비드 측정에 크게 이바지할 것으로 기대된다.

5. 향후 국내외 시장 현황 및 사업화 전망
향후 이 제품은 우리나라를 비롯해 일본, 중국, 유럽, 미국 등에서 시장이 일어날 것을 보이며, 현재 시장 규모와 예상 시장 규모는 <표 2>에, 잠재 시장 규모는 <표 3>으로 나타냈다.
현재까지 대부분의 나라에서 수동식 각장 게이지를 이용하고 있으며, 해외 측정시스템이 초기 시장에 진입하는 단계에 있기 때문에, 기존의 시장 자료를 활용하는 것은 의미가 낮으므로, 잠재 시장 규모는 미시적인 관점에서 수요 강도와 성장률을 감안하여 추정하는 것이 타당할 것으로 보인다.
국내의 조선업계의 선박건조 척수, 건조 척수의 증가 예상액, 예상 용접 길이, 용접 길이에 대한 측정기의 소요량 등을 감안하여 잠재 시장을 추정했으며, 국내 플랜트 산업의 경우에는 조선 산업 대비 생산량 등을 감안하여 조선산업 분야 수요량의 약 50%로 추정했다.(<표 3> 참조)
선박 건조량은 최근 417대를 기준으로 최근 10년간의 성장률을 감안하여 초기에는 30%, 이후 매년도 3%P씩 성장률이 하락하는 것으로 가정했다. 선박 1척당 용접 거리를 500Km, 측정기 1대당 연간 검사 거리 60km를 감안하여 측정기 소요량을 계산했으며, 측정기의 기대 수명 등을 고려한 유효 수요율은 15%, 제품 단가 7,000천 원 수준을 가정했다.
이러한 가정 하에 조산산업 분야 잠재 수요는 2009년도 36억 원을 시작으로 5년 이후인 2014년도에는 100억 원대로 성장할 것으로 예상하고 있다.






한편, 플랜트 산업은 전체 조선 산업 대비 생산량 비중이 약 50%인 점을 감안하여, 이 분야의 잠재 시장은 조선산업의 50% 정도로 추정했으며, 이에 따라 조산 산업 및 플랜트 산업 분야를 모두 합한 잠재 시장은 2009년도 54억 원, 5년 후인 2014년도에 약 160억 원으로 추정됐다.
위의 잠재 시장을 추정컨대, 이 레이저 용접 비드 검사 장비가 총체적으로 용접 공정 산업분야에 공급될 경우 전사적 품질 관리를 할 수 있는 방법을 제공함으로써 경제, 산업적 측면의 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.
즉, 용접 적용 분야가 많은 조선, 플랜트 산업 분야를 1차 타깃으로 하여 ‘B-one 용접 비드 검사기’의 우수성을 알리고, 적극적인 영업 활동이 이뤄진다면, 향후 용접 비드 검사기 시장에 크게 이바지할 것으로 전망된다.
또한 개발된 시스템의 요소 기술은 조선뿐만 아니라 건설, 토목 등 용접을 필요로 하는 산업에서 활용할 수 있으며, 일체형으로 기존의 레이저 비전 시스템을 대체할 수도 있고, 형상의 기하 정보를 활용한 검사를 요하는 다른 검사 시스템에 활용하는 등 다양한 활용이 기대된다.

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