KR102599072B1 - Determination method of SPR tightening quality based on laser scanning - Google Patents
Determination method of SPR tightening quality based on laser scanning Download PDFInfo
- Publication number
- KR102599072B1 KR102599072B1 KR1020230054550A KR20230054550A KR102599072B1 KR 102599072 B1 KR102599072 B1 KR 102599072B1 KR 1020230054550 A KR1020230054550 A KR 1020230054550A KR 20230054550 A KR20230054550 A KR 20230054550A KR 102599072 B1 KR102599072 B1 KR 102599072B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- spr
- fastening
- die
- rivet
- quality
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract description 14
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000009658 destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0608—Height gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2518—Projection by scanning of the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9515—Objects of complex shape, e.g. examined with use of a surface follower device
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
- G05B23/02—Electric testing or monitoring
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
- G01N2021/8887—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges based on image processing techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
- Signal Processing (AREA)
Abstract
본 발명은 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법에 관한 것으로, SPR(Self-Pierce-Riveting) 공정에 있어서, 판재 조합 정보에 따른 다이와 리벳 조합의 최적체결 조건을 산출하고, 상기 최적체결 조건으로 판재가 SPR 체결될 수 있도록 하는 SPR체결단계; 상기 SPR체결단계 이후, 레이저스캐너 및 레이저비전을 포함하는 모니터링모듈을 통해 상기 SPR 공정에 의한 체결부 표면을 모니터링하여, 상기 체결부 표면의 표면특성 데이터를 수집하는 데이터수집단계; 상기 표면특성 데이터를 기반으로, 체결 이후의 리벳 지름 및 유효길이로 구성되는 품질특성값이 산출되도록 하는 특성값산출단계; 및 상기 표면특성 데이터를 기반으로, 상기 체결부의 결함이 판정될 수 있도록 하는 결함판정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, SPR 체결의 품질 판단을 위해 시편을 물리적으로 파괴하는 공정이 생략될 수 있도록 하는 비파괴 공정을 통해 신속성을 향상시키고, 실시간으로 현장에 친화적인 품질 검사가 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.The present invention relates to a laser scanning-based SPR fastening quality judgment method. In the SPR (Self-Pierce-Riveting) process, the optimal fastening conditions of the die and rivet combination are calculated according to the plate combination information, and the plate is adjusted to the optimal fastening conditions. SPR conclusion step to enable SPR to be concluded; After the SPR fastening step, a data collection step of monitoring the surface of the fastening part by the SPR process through a monitoring module including a laser scanner and laser vision to collect surface characteristic data of the surface of the fastening part; A characteristic value calculation step of calculating quality characteristic values consisting of the rivet diameter and effective length after fastening based on the surface characteristic data; and a defect determination step whereby defects in the fastening part can be determined based on the surface characteristic data.
In addition, according to the present invention, speed is improved through a non-destructive process that allows the process of physically destroying the specimen to be omitted to determine the quality of SPR fastening, and field-friendly quality inspection can be performed in real time. There is.
Description
본 발명은 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이중소재 간의 접합을 위한 SPR 체결의 표면을 검사하여 품질을 판단하는 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser scanning-based SPR fastening quality judgment system and method, and more specifically, to a laser scanning-based SPR fastening quality judgment system and method that determines the quality by inspecting the surface of the SPR fastening for bonding between dual materials. will be.
최근 자동차 산업은 환경 및 연비 문제가 계속해서 이슈가 됨에 따라 자동차 경량화에 대한 연구가 지속적으로 증가되고 있는 추세이다. 따라서 이러한 이슈를 해결하기 위한 방법으로 고강도강의 철강 뿐만 아니라 알루미늄 등의 경량 소재를 자동차 차체 및 부품으로 적용하고 있다. 하지만 알루미늄과 같은 소재가 차체에 적용되면서 기존 차체 용접으로 사용되던 저항 점 용접 및 아크용접 시 용접 불량이 발생하는 이슈가 대두되며 기존의 방식처럼 차체를 용융시키지 않고 기계적으로 체결하는 SPR과 같은 공정이 적용되었다. 이와 같이 적용되는 SPR 공정이란 상부 펀치와 하부 다이 사이에 홀 가공이 되지 않은 두 개 이상의 판재를 리벳을 이용하여 고속으로 기계적 체결할 수 있는 공정으로 프레스에서 펀치 아래에 있는 리벳은 상부 판재를 피어싱하고 하부 판재와 기계적으로 맞물려 소성변형 되어 결합(flaring)됨으로 리벳 압입 방식에 의한 판재의 열변형이 발생하지 않기 때문에 도장 된 소재와 코팅 된 소재 조합 뿐만 아니라 알루미늄이 적용된 소재 조합의 접합에 적용이 가능한 공정이다. 다만, 차체 양산라인에서 SPR 공정의 체결 품질 판단 요소인 변형된 리벳의 지름, 헤드 높이, 다이 깊이, 다이 지름 등의 판단 요소들은 초음파 검사 같은 비파괴 검사가 불가능하여 오로지 시간적, 비용적 손실이 큰 단면 검사와 같은 파괴 검사만 가능하다는 문제가 발생하였다.Recently, as environmental and fuel efficiency issues continue to become issues in the automobile industry, research on vehicle weight reduction continues to increase. Therefore, as a way to solve these issues, lightweight materials such as aluminum as well as high-strength steel are being applied to automobile bodies and parts. However, as materials such as aluminum are applied to the car body, the issue of welding defects occurring during resistance spot welding and arc welding, which were used as conventional car body welding, has emerged, and processes such as SPR, which mechanically fastens the car body without melting it as in the existing method, are becoming more popular. applied. The SPR process applied in this way is a process that can mechanically fasten two or more plates without hole processing between the upper punch and the lower die using rivets at high speed. In the press, the rivet under the punch pierces the upper plate and Since thermal deformation of the plate does not occur due to the rivet press-fit method as it is mechanically engaged with the lower plate and plastically deformed and flared, it is a process that can be applied to the joining of painted and coated material combinations as well as aluminum-applied material combinations. am. However, non-destructive testing such as ultrasonic testing is not possible for the deformed rivet diameter, head height, die depth, and die diameter, which are elements of the SPR process's fastening quality in the car body mass production line, resulting in significant time and cost losses. A problem arose that only destructive testing, such as inspection, was possible.
이러한 문제점을 해결하기 위한 선행문헌으로, 대한민국 등록특허공보 제10-1799051호를 살펴보면, 레이저 스캔을 이용한 용접비드의 검사 방법 및 장치에 대해 개시되어 있다.As a prior document to solve this problem, looking at Republic of Korea Patent Publication No. 10-1799051, a method and device for inspecting a weld bead using laser scanning is disclosed.
다만, 종래의 기술은, SPR 공정에 의한 리벳의 지름, 헤드 높이, 다이 깊이, 다이 지름 등 여러 판단요소들을 정확히 검사하기에 어렵다는 문제점이 있다.However, the conventional technology has a problem in that it is difficult to accurately inspect various judgment factors such as the diameter of the rivet, head height, die depth, and die diameter by the SPR process.
본 발명은 상술한 바와 같은 선행기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, SPR 체결 후 표면 레이저 스캐닝 데이터를 기반으로 표면 특성 값을 도출하여, SPR 체결 품질 판단의 신뢰성, 신속성 및 자동화가 제공될 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above. By deriving surface characteristic values based on surface laser scanning data after SPR fastening, reliability, speed, and automation of SPR fastening quality judgment can be provided. The purpose is to make it happen.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법에 있어서, SPR(Self-Pierce-Riveting) 공정에 있어서, 판재 조합 정보에 따른 다이와 리벳 조합의 최적체결 조건을 산출하고, 상기 최적체결 조건으로 판재가 SPR 체결될 수 있도록 하는 SPR체결단계; 상기 SPR체결단계 이후, 레이저스캐너 및 레이저비전을 포함하는 모니터링모듈을 통해 상기 SPR 공정에 의한 체결부 표면을 모니터링하여, 상기 체결부 표면의 표면특성 데이터를 수집하는 데이터수집단계; 상기 표면특성 데이터를 기반으로, 체결 이후의 리벳 지름 및 유효길이로 구성되는 품질특성값이 산출되도록 하는 특성값산출단계; 및 상기 표면특성 데이터를 기반으로, 상기 체결부의 결함이 판정될 수 있도록 하는 결함판정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the laser scanning-based SPR fastening quality judgment method according to a preferred embodiment of the present invention, in the SPR (Self-Pierce-Riveting) process, the optimal fastening conditions of the die and rivet combination according to the plate combination information are calculated, and the optimal fastening conditions are calculated. SPR fastening step to allow the plate to be SPR fastened as a fastening condition; After the SPR fastening step, a data collection step of monitoring the surface of the fastening part by the SPR process through a monitoring module including a laser scanner and laser vision to collect surface characteristic data of the surface of the fastening part; A characteristic value calculation step of calculating quality characteristic values consisting of the rivet diameter and effective length after fastening based on the surface characteristic data; and a defect determination step whereby defects in the fastening part can be determined based on the surface characteristic data.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은, SPR 체결의 품질 판단을 위해 시편을 물리적으로 파괴하는 공정이 생략될 수 있도록 하는 비파괴 공정을 통해 신속성을 향상시키고, 실시간으로 현장에 친화적인 품질 검사가 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.As a means of solving the above problems, the present invention improves speed through a non-destructive process that allows the process of physically destroying the specimen to be omitted to determine the quality of SPR fastening, and enables field-friendly quality inspection in real time. It has the effect of making it happen.
도 1은, 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법의 흐름도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법을 수행하기 위한 장치구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, SPR 체결 시험편의 단면에서 리벳지름 (Dt= Deformed rivet diameter)과 유효길이(Teff= Effective length)를 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명에 따른 데이터수집단계의 상세 흐름도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 데이터수집단계에서 레이저스캐너 및 레이저비전을 통해 얻어진 이미지로부터 표면 단면 라인을 획득한 모습을 나타낸 도면으로, (a)는 3D 스캐너 활용 표면 리벳부 이미지, (b)는 3D 스캐너 활용 표면 다이부 이미지, (c)는 레이저 비전 활용 표면 리벳부 이미지, (d)는 레이저 비전 활용 표면 다이부 이미지이다.
도 6은, 본 발명에 따른 데이터수집단계에서 획득한 표면 단면 라인에 의해 나타난 이미지로, (a)는 리벳부 표면 레이저 스캐닝 표면 단면 라인 이미지, (b)는 다이부 표면 레이저 스캐닝 표면 단면 라인 이미지이다.
도 7은, Flat 다이 적용 레이저 스캐닝 표면 단면 라인에 따른 표면 특성값에 관한 것으로. (a)는 다이부의 표면 특성값, (b)는 다이부 세부 표면 특성값, (c)는 적용 리벳 및 다이의 특성값, (d)는 모니터링 데이터 특성값이다.
도 8은, Pip 다이 적용 레이저 스캐닝 표면 단면 라인에 따른 표면 특성값에 관한 것으로. (a)는 다이부의 표면 특성값, (b)는 다이부 세부 표면 특성값, (c)는 적용 리벳 및 다이의 특성값, (d)는 모니터링 데이터 특성값이다.
도 9는, Round 다이 적용 레이저 스캐닝 표면 단면 라인에 따른 표면 특성값에 관한 것으로. (a)는 다이부의 표면 특성값, (b)는 다이부 세부 표면 특성값, (c)는 적용 리벳 및 다이의 특성값, (d)는 모니터링 데이터 특성값이다.
도 10은, 본 발명에 따른 특성값산출단계에 의해 산출된 산출값과 실측값을 비교한 결과 그래프로, (a)는 Dt 기준 예측 값-실측값 비교 그래프, (b)는 Teff 기준 예측 값-실측값 비교 그래프이다.
도 11은, 본 발명에 따른 결함판정단계에서 체결부의 리벳부에서 품질 불량 판정의 기준을 나타낸 도면이다.
도 12는, 본 발명에 따른 결함판정단계에서 체결부의 다이부에서 품질 불량 판정의 기준을 나타낸 도면이다.
도 13은, 본 발명에 따른 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법의 상세 흐름도이다.
도 14는, 본 발명에 따른 품질인자검사단계의 상세 흐름도이다.
도 15는, 각 SPR 체결부에 대한 품질 인자에 대한 특성값을 나타낸 표이다.
도 16은, 각 체결부에 따른 단면이미지, 리벳 변위에 따른 가압력, 단면라인을 나타낸 것이다.
도 17은, 본 발명에 따른 체결부의 품질 인자 검사의 예측값과 측정값을 나타낸 표이다.Figure 1 is a flowchart of a laser scanning-based SPR fastening quality determination method according to the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the configuration of a device for performing the laser scanning-based SPR fastening quality determination method according to the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the rivet diameter (Dt= Deformed rivet diameter) and effective length (Teff= Effective length) in the cross section of the SPR fastened test piece.
Figure 4 is a detailed flow chart of the data collection step according to the present invention.
Figure 5 is a diagram showing a surface cross-sectional line obtained from an image obtained through a laser scanner and laser vision in the data collection step according to the present invention, (a) is an image of the surface rivet using a 3D scanner, and (b) is an image of the surface rivet section using a 3D scanner. (c) is an image of the surface die using a 3D scanner, (c) is an image of the surface rivet using laser vision, and (d) is an image of the surface die using laser vision.
Figure 6 is an image shown by the surface cross-section line obtained in the data collection step according to the present invention, (a) is the rivet part surface laser scanning surface cross-section line image, and (b) is the die part surface laser scanning surface cross-section line image. am.
Figure 7 relates to surface characteristic values according to the laser scanning surface cross-section line applied to a flat die. (a) is the surface characteristic value of the die part, (b) is the detailed surface characteristic value of the die part, (c) is the characteristic value of the applied rivet and die, and (d) is the characteristic value of the monitoring data.
Figure 8 relates to surface characteristic values according to the laser scanning surface cross-section line applied to the Pip die. (a) is the surface characteristic value of the die part, (b) is the detailed surface characteristic value of the die part, (c) is the characteristic value of the applied rivet and die, and (d) is the characteristic value of the monitoring data.
Figure 9 relates to surface characteristic values according to the laser scanning surface cross-section line using a round die. (a) is the surface characteristic value of the die part, (b) is the detailed surface characteristic value of the die part, (c) is the characteristic value of the applied rivet and die, and (d) is the characteristic value of the monitoring data.
Figure 10 is a graph showing the results of comparing the calculated value and actual measured value calculated by the feature value calculation step according to the present invention, (a) is a graph comparing predicted values based on D t and actual measured values, and (b) is based on T eff . This is a graph comparing predicted values and actual measured values.
Figure 11 is a diagram showing the criteria for determining poor quality in the rivet part of the fastening part in the defect determination step according to the present invention.
Figure 12 is a diagram showing the criteria for determining poor quality in the die portion of the fastening part in the defect determination step according to the present invention.
Figure 13 is a detailed flowchart of the laser scanning-based SPR fastening quality determination method according to the present invention.
Figure 14 is a detailed flow chart of the quality factor inspection step according to the present invention.
Figure 15 is a table showing characteristic values for quality factors for each SPR fastening part.
Figure 16 shows the cross-sectional image of each fastening part, the pressing force according to the rivet displacement, and the cross-sectional line.
Figure 17 is a table showing the predicted values and measured values of the quality factor inspection of the fastener according to the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly explained, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a person working in the art, the emergence of new technology, etc. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When a part in the entire specification is said to “include” a certain element, this means that it does not exclude other elements but may further include other elements, unless specifically stated to the contrary.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details, including the problem to be solved by the present invention, the means for solving the problem, and the effect of the invention, are included in the examples and drawings described below. The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the laser scanning-based SPR fastening quality determination method of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도 1 내지 도 14를 참조하면, SPR(Self-Pierce-Riveting) 공정에 있어서, 판재 조합 정보에 따른 다이와 리벳 조합의 최적체결 조건을 산출하고, 상기 최적체결 조건으로 판재가 SPR 체결될 수 있도록 하는 SPR체결단계(S10), 상기 SPR체결단계(S10) 이후, 레이저스캐너(210) 및 레이저비전(220)을 포함하는 모니터링모듈(200)을 통해 상기 SPR 공정에 의한 체결부(10) 표면을 모니터링하여, 상기 체결부(10) 표면의 표면특성 데이터를 수집하는 데이터수집단계(S20), 상기 표면특성 데이터를 기반으로, 체결 이후의 리벳 지름 및 유효길이로 구성되는 품질특성값이 산출되도록 하는 특성값산출단계(S30), 상기 표면특성 데이터를 기반으로, 상기 체결부(10)의 결함이 판정될 수 있도록 하는 결함판정단계(S40) 및 상기 체결부(10)의 품질 인자를 검사하는 품질인자검사단계(S50)를 포함한다.1 to 14, in the SPR (Self-Pierce-Riveting) process, the optimal fastening conditions of the die and rivet combination are calculated according to the plate combination information, and the plates are SPR fastened under the optimal fastening conditions. SPR fastening step (S10), after the SPR fastening step (S10), the surface of the fastening part 10 by the SPR process is monitored through the monitoring module 200 including a laser scanner 210 and a laser vision 220. Therefore, a data collection step (S20) of collecting surface characteristic data of the surface of the fastening part 10, a quality characteristic value consisting of the rivet diameter and effective length after fastening is calculated based on the surface characteristic data. A value calculation step (S30), a defect determination step (S40) that allows defects in the fastening portion 10 to be determined based on the surface characteristic data, and a quality factor that inspects the quality factor of the fastening portion 10. Includes an inspection step (S50).
보다 상세히, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명은, 판재로 마련되는 두 모재가 SPR체결될 수 있도록 하는 SPR체결장치(100)와, 레이저스캐너(210), 레이저비전(220) 및 사용자가 데이터 및 작업진행상황을 확인할 수 있도록 하는 디스플레이 장치(미도시)을 포함하는 모니터링모듈(200)을 통해 SPR공정이 모니터링 되며 SPR공정에 의한 가공물의 품질이 판단될 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다. 이때, 상기 SPR공정의 품질 판단은 수신받은 데이터를 기설정된 조건과 수식에 따라 품질특성값이 산출될 수 있도록 하는 제어부(300)에 의해 수행될 수 있다. 특히, 본 발명은, 상기 SPR공정을 통해 체결된 판재의 체결부(10)의 리벳부(11)와 다이부(12)의 표면검출 데이터를 기반으로 SPR공정의 품질을 판단한다.In more detail, referring to Figures 1 and 2, the present invention includes an SPR fastening device 100 that allows two base materials prepared as plates to be SPR fastened, a laser scanner 210, a laser vision 220, and a user. It relates to a method in which the SPR process is monitored through a monitoring module 200 including a display device (not shown) that allows checking data and work progress, and the quality of the workpiece by the SPR process can be judged. At this time, the quality judgment of the SPR process can be performed by the control unit 300, which allows quality characteristic values to be calculated from the received data according to preset conditions and formulas. In particular, the present invention determines the quality of the SPR process based on surface detection data of the rivet portion 11 and die portion 12 of the fastening portion 10 of the plate fastened through the SPR process.
먼저, 상기 SPR체결단계(S10)에서는, 상기 판재의 조합 정보를 기반으로 최적 다이, 리벳 조합이 도출될 수 있도록 하여, 도출된 조합으로 SPR체결이 수행될 수 있도록 한다. 이때, 상기 판재의 강종, 두께, 겹수 등과 같은 판재 조합 정보를 활용하여 최적 flaring을 계산한 뒤, 이 flaring에 필요한 소성 변형량을 계산한다(S10). 그 후 계산에 따른 소성변형량을 기반으로 리벳 및 다이의 체적을 계산하여 최적의 리벳 및 다이의 조합을 도출한다(S10). 도출 된 리벳 및 다이를 적용하여 체결 된 SPR 체결부의 최적 체결 기준을 나타내는 예측 특성 값 (Dt=Deformed rivet diameter, Teff=Effective length)들은 flaring, 소성변형량, 리벳 및 다이의 특성 값들을 계산할 때 사용되었던 값들을 적용하여 계산한다(S10). 도 3을 참조하여, 상기 Dt와 Teff는 SPR공정에 의한 체결부(10)의 변형후 리벳지름 및 유효길이에 관한 특성값임을 알 수 있다.First, in the SPR fastening step (S10), the optimal die and rivet combination can be derived based on the combination information of the plates, so that SPR fastening can be performed with the derived combination. At this time, the optimal flaring is calculated using sheet combination information such as the steel type, thickness, and number of layers of the sheet, and then the amount of plastic deformation required for this flaring is calculated (S10). Afterwards, the volume of the rivet and die is calculated based on the calculated plastic deformation amount to derive the optimal combination of rivet and die (S10). Predicted characteristic values (D t =Deformed rivet diameter, T eff =Effective length) that represent the optimal fastening criteria for SPR fasteners fastened by applying the derived rivets and dies are used when calculating flaring, plastic deformation, and characteristic values of rivets and dies. Calculate by applying the values used (S10). Referring to FIG. 3, it can be seen that D t and T eff are characteristic values related to the rivet diameter and effective length after deformation of the fastening portion 10 by the SPR process.
다음으로, 상기 데이터수집단계(S20)는, 상기 SPR체결단계(S10)에 의해 체결된 체결부(10)의 표면을 상기 모니터링모듈(200)을 통해 스캔하여 표면 특성값에 대한 데이터를 수집하는 역할을 한다.Next, the data collection step (S20) collects data on surface characteristic values by scanning the surface of the fastening part 10 fastened by the SPR fastening step (S10) through the monitoring module 200. It plays a role.
일례로, 도 4 내지 도 5를 참조하면, 상기 데이터수집단계(S20)는, 상기 레이저스캐너(210)를 통해 수집된 체결부의 3D이미지가 2D이미지로 변환되도록 보정하는 2D보정단계(S21), 상기 레이저스캐너(210) 및 레이저비전(220)을 통해 수집된 2D이미지의 체결부(10)에 상기 다이와 리벳의 직경보다 큰 기준원(20)을 형성하고, 상기 기준원(20)의 원주에 표시되는 기준점과 상기 기준점과 접하는 접선(30)을 형성하는 제1이미지처리단계(S22) 및, 상기 접선(30)과 수직되며 0.02mm 간격으로 마련되는 복수개의 표면 단면 라인이 형성되도록 하는 제2이미지처리단계(S23)을 포함한다. For example, referring to Figures 4 and 5, the data collection step (S20) includes a 2D correction step (S21) in which the 3D image of the fastening part collected through the laser scanner 210 is corrected to be converted into a 2D image, A reference circle 20 larger than the diameter of the die and rivet is formed on the fastening part 10 of the 2D image collected through the laser scanner 210 and the laser vision 220, and a reference circle 20 is formed on the circumference of the reference circle 20. A first image processing step (S22) of forming a displayed reference point and a tangent line 30 in contact with the reference point, and a second step of forming a plurality of surface cross-section lines perpendicular to the tangent line 30 and provided at intervals of 0.02 mm. Includes an image processing step (S23).
상기 2D보정단계(S21)는, 레이저스캐너(210)에 의해 측정된 체결부(10)의 3차원 이미지가 2차원의 이미지로 변환되도록 한다. The 2D correction step (S21) allows the three-dimensional image of the fastening part 10 measured by the laser scanner 210 to be converted into a two-dimensional image.
상기 제1이미지처리단계(S22)는, 상기 2D보정단계(S21)에서 보정된 2D이미지와 레이저비전(220)에 의해 촬영된 이미지를 기반으로 표면 특성값을 측정한다. 또한, 상기 제1이미지처리단계(S22)는, 상기 이미지로부터 리벳부(11) 및 다이부(12) 형상 외부에 리벳부(11) 및 다이부(12)의 직경보다 큰 직경의 기준원(20)이 형성되도록 한다. 또한, 상기 기준원(20)의 위에 기준점(R1)이 형성되도록 하고, 상기 기준점(R1)과 접하는 접선(30)이 형성되도록 한다(S22). 이때, 상기 접선(30)의 길이는 원의 직경과 같도록 한다(S22).The first image processing step (S22) measures surface characteristic values based on the 2D image corrected in the 2D correction step (S21) and the image captured by the laser vision 220. In addition, the first image processing step (S22) is a reference circle with a diameter larger than the diameter of the rivet portion 11 and the die portion 12 outside the shape of the rivet portion 11 and the die portion 12 from the image ( 20) is formed. In addition, a reference point (R1) is formed on the reference circle (20), and a tangent line (30) in contact with the reference point (R1) is formed (S22). At this time, the length of the tangent line 30 is set to be equal to the diameter of the circle (S22).
상기 제2이미지처리단계(S23)는, 상기 제1이미지처리단계(S22)에서 생성된 기준원(20), 기준점 및 접선(30)을 기준으로, 복수개의 표면 단면 라인(40)이 형성되도록 한다. 보다 상세히, 상기 제2이미지처리단계(S23)는, 상기 접선(30)이 10˚씩 기울어지며 상기 기준원(20)에 접할 수 있도록 기준점 R1 내지 R36이 형성될 수 있도록 하며, 상기 기준점 R1 내지 R36에 접하는 접선(30)에 상기 표면 단면 라인(40)이 형성되도록 한다. 이때, 상기 표면 단면 라인(40)에 따른 리벳부(11) 및 다이부(12)의 이미지는 도 6과 같다.The second image processing step (S23) is such that a plurality of surface cross-section lines 40 are formed based on the reference circle 20, reference point, and tangent line 30 generated in the first image processing step (S22). do. In more detail, the second image processing step (S23) allows reference points R1 to R36 to be formed so that the tangent line 30 is inclined by 10 degrees and touches the reference circle 20, and the reference points R1 to R36 are The surface cross-section line 40 is formed on the tangent 30 that touches R36. At this time, the image of the rivet part 11 and the die part 12 along the surface cross-section line 40 is as shown in FIG. 6.
다음으로, 특성값산출단계(S30)는, 상기 SPR체결단계(S10)에서 설정된 조합에 따른 다이 형상에 따라 체결부(10)의 특성값을 산출하는 역할을 한다. 일례로, 상기 특성값산출단계(S30)는, Flat다이특성값산출단계(S31), Pip다이특성값산출단계(S32) 및 Round다이특성값산출단계(S33)을 포함한다. Next, the characteristic value calculation step (S30) serves to calculate the characteristic value of the fastening part 10 according to the die shape according to the combination set in the SPR fastening step (S10). For example, the characteristic value calculation step (S30) includes a flat die characteristic value calculating step (S31), a pipe die characteristic value calculating step (S32), and a round die characteristic value calculating step (S33).
상기 Flat다이특성값산출단계(S31)는, 상기 모니터링모듈(200)에 의해 측정되는 다이 표면이 평평한 경우에 수행되는 체결부(10)의 표면 특성값을 산출하는 단계이다. 이때, 도 7을 참조하면, 상기 Flat다이특성값산출단계(S31)는, 하기 산출식1 내지 산출식2를 통해 플랫다이가 적용된 SPR 체결부(10)의 품질 특성값을 산출한다. The flat die characteristic value calculation step (S31) is a step of calculating the surface characteristic value of the fastening part 10, which is performed when the die surface measured by the monitoring module 200 is flat. At this time, referring to FIG. 7, the flat die characteristic value calculation step (S31) calculates the quality characteristic value of the SPR fastening part 10 to which the flat die is applied through the following calculation equations 1 and 2.
[산출식1][Calculation equation 1]
Δd=(SO/SR)*PRΔd=(SO/SR)*PR
PR=(D3/2 - Rr)PR=(D 3 /2 - R r )
PS=t1+t2+h1-do PS=t 1 +t 2 +h 1 -d o
SR=[((D3/2- Rr)2+(t1+t2+h1-do)2)]0.5 SR=[((D 3 /2- R r ) 2 +(t 1 +t 2 +h 1 -d o ) 2 )] 0.5
SO=C*(dmax-do)SO=C*(d max -d o )
[산출식2][Calculation equation 2]
Dt= D t =
Teff= T eff =
상기 Pip다이특성값산출단계(S32)는, 상기 모니터링모듈(200)에 의해 측정되는 다이 표면이 변곡을 갖는 경우에 수행되는 체결부(10)의 표면 특성값을 산출하는 단계이다. 이때, 도 8을 참조하면, 상기 Pip다이특성값산출단계(S32)는, 하기 산출식3 내지 산출식4를 통해 Pip다이가 적용된 SPR 체결부(10)의 품질 특성값을 산출한다. The Pip die characteristic value calculation step (S32) is a step of calculating the surface characteristic value of the fastening part 10, which is performed when the die surface measured by the monitoring module 200 has inflection. At this time, referring to FIG. 8, the Pip die characteristic value calculation step (S32) calculates the quality characteristic value of the SPR fastening part 10 to which the Pip die is applied through the following calculation equation 3 to calculation equation 4.
[산출식3][Calculation Equation 3]
Δd=(SO/SR)*PRΔd=(SO/SR)*PR
PR=([hptan(α/2)+Dp]- Rr)PR=([h p tan(α/2)+D p ]- R r )
SR2=PR2+PS2 SR 2 =PR 2 +PS 2
PS=t1+t2+h1-do PS=t 1 +t 2 +h 1 -d o
SR=[([hptan(α/2)+Dp] - Rr)2+(t1+t2+h1-do)2)]0.5 SR=[([h p tan(α/2)+D p ] - R r ) 2 +(t 1 +t 2 +h 1 -d o ) 2 )] 0.5
SO=C*(dmax-do)SO=C*(d max -d o )
[산출식4][Calculation equation 4]
Dt= D t =
Teff= T eff =
상기 Round다이특성값산출단계(S33)는, 상기 모니터링모듈(200)에 의해 측정되는 다이 표면이 둥근형상을 갖는 경우에 수행되는 체결부(10)의 표면 특성값을 산출하는 단계이다. 이때, 도 9를 참조하면, 상기 Round다이특성값산출단계(S32)는, 하기 산출식5 내지 산출식6을 통해 Round다이가 적용된 SPR 체결부(10)의 품질 특성값을 산출한다. The round die characteristic value calculation step (S33) is a step of calculating the surface characteristic value of the fastening part 10, which is performed when the die surface measured by the monitoring module 200 has a round shape. At this time, referring to FIG. 9, the round die characteristic value calculation step (S32) calculates the quality characteristic value of the SPR fastening part 10 to which the round die is applied through calculation equation 5 to calculation equation 6 below.
[산출식5][Calculation Equation 5]
Δd=(SO/SR)*PRΔd=(SO/SR)*PR
PR=(D3/2 - Rr)PR=(D 3 /2 - R r )
SR2=PR2+PS2 SR 2 =PR 2 +PS 2
PS=t1+t2+h1-do PS=t 1 +t 2 +h 1 -d o
SR=[((D3/2- Rr)2+(t1+t2+h1-do)2)]0.5 SR=[((D 3 /2- R r ) 2 +(t 1 +t 2 +h 1 -d o ) 2 )] 0.5
SO=C*(dmax-do)SO=C*(d max -d o )
[산출식6][Calculation Equation 6]
Dt= D t =
Teff= T eff =
상기 특성값산출단계(S30)에서 산출된 특성값과 실측값을 비교한 결과 도 10과 같이 높은 정확도를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 이때, 도 10의 (a)는 Dt 기준 산출값-실측값 비교 그래프, (b)는 Teff 기준 산출값-실측값 비교 그래프이다.As a result of comparing the characteristic values calculated in the characteristic value calculation step (S30) and the actual measured value, it can be seen that high accuracy is shown as shown in FIG. 10. At this time, (a) of FIG. 10 is a graph comparing calculated values based on D t - actual measured values, and (b) is a graph comparing calculated values based on T eff - actual measured values.
다음으로, 상기 결함판정단계(S40)는 상기 특성값을 통해 SPR 체결부(10)의 결함을 판단하는 역할을 한다. 또한, 상기 결함판정단계(S40)는, 리벳부품질판정단계(S41) 및, 다이부품질판정단계(S42)를 포함한다.Next, the defect determination step (S40) serves to determine defects in the SPR fastening part 10 through the characteristic values. In addition, the defect determination step (S40) includes a rivet part quality determination step (S41) and a die part quality determination step (S42).
상기 리벳부품질판정단계(S41)는, 상기 판재의 상부면으로부터 리벳면까지의 높이를 통해 리벳 체결부의 결함을 판정한다. 또한, 상기 리벳부품질판정단계(S41)는 모든 상기 표면 단면 라인(40)에 의한 형상으로부터 리벳부(11)의 품질 불량을 판단한다. 도 11을 참조하여, 상기 리벳부품질판정단계(S41)는, 모재에서부터 리벳면의 최고점의 높이값, 좌우 양쪽의 높이값(ht)을 측정하여 평균값을 산출하고, 최고 평균값을 가지는 표면 단면 라인(40)을 선정한다. 또한, 상기 리벳부품질판정단계(S41)는, 선정된 표면 단면 라인(40)의 모재-리벳 최고점의 평균 높이의 값이 기설정된 높이보다 낮은 경우에 체결부(10)의 품질이 불량이라고 판정한다. In the rivet part quality determination step (S41), defects in the rivet fastening part are determined through the height from the upper surface of the plate to the rivet surface. In addition, in the rivet part quality determination step (S41), quality defects of the rivet part 11 are determined from the shape of all surface cross-section lines 40. Referring to FIG. 11, the rivet quality determination step (S41) measures the height value of the highest point of the rivet surface from the base material and the height value (h t ) on both left and right sides to calculate the average value, and the surface cross section with the highest average value is calculated. Select line 40. In addition, the rivet quality determination step (S41) determines that the quality of the fastening part 10 is poor when the average height value of the base material-rivet highest point of the selected surface cross-section line 40 is lower than the preset height. do.
상기 다이부품질판정단계(S42)는, 상기 다이의 하단부로부터 모든 다이면까지의 높이를 통해 다이 체결부의 결함을 판정한다. SPR 체결 중 가압력, 리벳 및 다이의 선정 등의 체결 조건이 적합하지 않을 시 도 12와 같이 다이부(12) 외곽에 균열(Crack)이 발생한다. 이에, 도 12를 참조하여, 상기 다이부품질판정단계(S42)에서는, 모든 상기 표면 단면 라인(40)에 의한 형상으로부터 다이부(12)의 끝단-모든 다이면 지점의 높이를 측정한다. 또한, 상기 다이부품질판정단계(S42)는, 측정된 높이(hc) 중 하나라도 1.0mm 이하인 경우, 상기 체결부(10)의 품질이 불량이라고 판정한다.In the die part quality determination step (S42), defects in the die fastening part are determined through the height from the lower end of the die to all die surfaces. During SPR fastening, if fastening conditions such as pressing force, selection of rivets, and die are not suitable, cracks occur on the outside of the die portion 12, as shown in FIG. 12. Accordingly, with reference to FIG. 12, in the die part quality determination step (S42), the height of the end of the die part 12-all die surface points is measured from the shape of all the surface cross-section lines 40. Additionally, in the die part quality determination step (S42), if any of the measured heights (h c ) is 1.0 mm or less, it is determined that the quality of the fastening part 10 is poor.
다음으로, 도 14를 참조하면, 상기 품질인자검사단계(S50)는, 자동화되어 양산되는 SPR 체결된 제품에 대한 체결부(10)의 품질 인자가 검사되도록 하는 역할을 한다. 일례로, 상기 품질인자검사단계(S50)는, SPR기준인자설정단계(S51), 제1양산형인자검사단계(S52) 및 제2양산형인자검사단계(S53)를 포함한다.Next, referring to FIG. 14, the quality factor inspection step (S50) serves to inspect the quality factors of the fastening part 10 for the SPR fastened product that is automated and mass produced. For example, the quality factor testing step (S50) includes an SPR standard factor setting step (S51), a first mass production type factor testing step (S52), and a second mass production type factor testing step (S53).
먼저, 상기 SPR기준인자설정단계(S51)는, 품질 인자 검사의 기준이 되는 기준 SPR 체결부(Reference SPR)에 대해 상기 특성값산출단계(S30)의 특성값 산출식에 따른 특성값을 도출히여 상기 특성값이 품질 인자 검사의 기준이 될 수 있도록 한다. 먼저, 상기 기준 SPR 체결 대상 판재의 조합에 따른 리벳 치수, 다이결정 및 설정 가압력을 통해 Reference SPR 체결을 수행한다(S511). 그리고, 상기 Reference SPR 체결중 변위와 하중 변화 도출 그래프를 MD(R)로 규정하며, 상기 MD(R) 데이터가 모니터링 될 수 있도록 한다(S512). 또한, 상기 Reference SPR 체결에 대한 시편의 중앙 절단면으로부터 CS(R) 단면라인을 도출하여 단면에 대한 분석이 수행되도록 한다(S513). 이때, 상기 Reference SPR 체결에 대한 특성값 Dt, Interlock[Dt = Rivet body diameter + Interlock(left) and Interlock(Right)], teff(teff= Effective length, 유효 변형 길이), Head flushness, bottom thickness(하판 두께)가 측정될 수 있다. 그리고, 상기 Reference SPR 체결에 대해, 상기 모니터링모듈(200)을 통한 체결부 표면 스캔을 실시하여 Reference SPR 체결의 표면 형상에 대한 레이저 비젼 스캐닝 LVS(R)에 따른 표면 특성값이 도출될 수 있도록 한다(S514). 그리고, 상기 LVS(R) 및 MD(R)에 따른 특성값을 통해 표면부의 Dt, Interlock, teff의 예측값 (Dt)pred 및 (teff)pred가 산출될 수 있도록 한다(S515). 이때, 상기 예측값 산출은 상기 특성값산출단계(S30)에서 개시된 산출식을 이용한다. 다음으로, 상기 예측값 (Dt)pred 및 (teff)pred이 상기 CS(R) 상의 측정값과 일치되도록 상기 산출식의 상수를 보정하여 상기 Reference SPR 체결에 대한 Reference SPR 특성값 산출식(Reference SPR Equation)이 도출되도록 한다(S516). First, in the SPR standard factor setting step (S51), characteristic values are derived according to the characteristic value calculation formula in the characteristic value calculation step (S30) for the reference SPR fastener (Reference SPR), which is the standard for quality factor inspection. The above characteristic values can be used as a standard for quality factor inspection. First, reference SPR fastening is performed through the rivet size, die decision, and set pressing force according to the combination of the reference SPR fastening target plates (S511). In addition, the graph derived from the displacement and load change during the reference SPR fastening is defined as MD(R), and the MD(R) data can be monitored (S512). In addition, the CS(R) cross-sectional line is derived from the central cut surface of the specimen for the Reference SPR fastening, and the cross-sectional analysis is performed (S513). At this time, the characteristic values for the Reference SPR fastening Dt, Interlock [Dt = Rivet body diameter + Interlock(left) and Interlock(Right)], t eff ( teff = Effective length, effective deformation length), Head flushness, bottom thickness ( bottom plate thickness) can be measured. And, for the Reference SPR fastening, a surface scan of the fastening part is performed through the monitoring module 200 so that surface characteristic values according to laser vision scanning LVS(R) for the surface shape of the Reference SPR fastening can be derived. (S514). In addition, the predicted values ( Dt) pred and (t eff ) pred of Dt, Interlock, and t eff of the surface portion can be calculated through the characteristic values according to the LVS(R) and MD(R) (S515). At this time, the prediction value calculation uses the calculation formula initiated in the characteristic value calculation step (S30). Next, the constants of the calculation formula are corrected so that the predicted values (Dt) pred and (t eff ) pred are consistent with the measured values on the CS(R), and the Reference SPR characteristic value calculation formula for the Reference SPR fastening is calculated (Reference SPR Equation) is derived (S516).
다음으로, 상기 제1양산형인자검사단계(S52)는, 양산형 SPR 체결부의 모니터링 데이터와 MD(R) 데이터를 비교하여 양산형 SPR 특성값 산출식을 도출함으로써, 상가 품질 인자가 검사될 수 있도록 하는 역할을 한다. 먼저, 상기 LVS(R) 특성값과 MD(R) 특성값에 대한 정보가 저장될 수 있도록 한다(S521). 그리고, 상기 판재의 조합에 따른 SPR 체결 공정에 있어서, 동일한 Rivet과 Die가 적용된 SPR 공정을 수행하여 제1 양산형 체결부(제1 Field SPR 체결부)로 규정한다(S522). 또한, 상기 제1 양산형 체결부에 대한 변위와 하중 변화 도출 그래프를 MD(F1)로 설정하고, 상기 MD(F1) 데이터가 모니터링 될 수 있도록 한다(S523). 또한, 상기 제1 양산형 SPR 체결부에 대해 모니터링모듈(200)을 통한 스캐닝을 실시하여 체결부의 상부와 하부 표면에 대한 데이터 LVS(F1)이 수집될 수 있도록 한다(S524). 그리고, 상기 제1 양산형 체결부에 대한 표면 특성값과 상기 Reference SPR 체결의 표면 특성값을 비교하고, 상기 비교값이 기준값 이하인 경우에 상기 Reference SPR 특성값 산출식이 수정될 수 있도록 한다(S525). 그리고, 상기 제1 양산형 체결부에 대한 MD(F1) 특성값이 MD(R) 특성값과 다른 경우에 상기 Reference SPR 특성값 산출식에 MD(F1) 특성값이 적용되도록 하여 상기 제1 양산형 체결부에 대한 제1 양산형 SPR 특성값 산출식(제1 Field SPR Equation)이 도출되도록 한다(S526). 이를 통해 상기 제1 양산형 SPR 체결부에 대한 품질 인자가 검사될 수 있다.Next, the first mass production type factor inspection step (S52) serves to enable commercial quality factors to be inspected by comparing the monitoring data of the mass production type SPR fastener and MD(R) data to derive a mass production type SPR characteristic value calculation formula. Do it. First, information about the LVS(R) characteristic value and MD(R) characteristic value are stored (S521). And, in the SPR fastening process according to the combination of the above plates, the SPR process using the same rivet and die is performed to define the first mass production type fastening part (1st field SPR fastening part) (S522). In addition, the displacement and load change derivation graph for the first mass-produced fastener is set to MD (F1), and the MD (F1) data can be monitored (S523). In addition, scanning is performed on the first mass-produced SPR fastening part through the monitoring module 200 so that data LVS (F1) on the upper and lower surfaces of the fastening part can be collected (S524). Then, the surface characteristic value of the first mass-produced fastening part is compared with the surface characteristic value of the Reference SPR fastening, and if the compared value is less than or equal to the reference value, the Reference SPR characteristic value calculation formula can be modified (S525). In addition, when the MD (F1) characteristic value for the first mass-produced fastener is different from the MD (R) characteristic value, the MD (F1) characteristic value is applied to the Reference SPR characteristic value calculation formula to ensure that the first mass-produced fastener is connected to the first mass-produced fastener. The first mass-produced SPR characteristic value calculation equation (first Field SPR Equation) for the unit is derived (S526). Through this, the quality factor for the first mass-produced SPR fastening part can be inspected.
다음으로, 상기 제2양산형인자검사단계(S53)는, 양산형 SPR 체결부의 모니터링 데이터와 MD(R) 데이터를 비교하여 비교값이 기준값 이상인 경우에 상기 Reference SPR 특성값 산출식이 보정되도록 하며, 상기 Reference SPR 체결부와 양산형 SPR 체결부의 레이저 비전 스캐닝 데이터를 비교하여, 양산형 SPR 특성값 산출식을 도출함으로써, 상가 품질 인자가 검사될 수 있도록 하는 역할을 한다. 먼저, 상기 LVS(F1)과 Reference SPR 체결의 표면 특성값의 비교값이 기준값 이상인 경우에 본 단계가 시작된다. 이후, 상기 LVS(R) 특성값과 MD(R) 특성값에 대한 정보가 저장될 수 있도록 한다(S531). 그리고, 상기 판재의 조합에 따른 SPR 체결 공정에 있어서, 동일한 Rivet과 Die가 적용된 SPR 공정을 수행하여 제2 양산형 체결부(제2 Field SPR 체결부)로 규정한다(S532). 또한, 상기 제2 양산형 체결부에 대한 변위와 하중 변화 도출 그래프를 MD(F2)로 설정하고, 상기 MD(F2) 데이터가 모니터링 될 수 있도록 한다(S533). 또한, 상기 제2 양산형 SPR 체결부에 대해 모니터링모듈(200)을 통한 스캐닝을 실시하여 체결부의 상부와 하부 표면에 대한 데이터 LVS(F2)이 수집될 수 있도록 한다(S534). 그리고, 상기 제2 양산형 체결부에 대한 표면 특성값과 상기 Reference SPR 체결의 표면 특성값을 비교하고, 상기 비교값이 기준값 이상인 경우에 상기 Reference SPR 특성값 산출식이 수정될 수 있도록 한다(S535). 그리고, 상기 제2 양산형 체결부에 대한 MD(F2) 특성값이 MD(R) 특성값과 다르고, 상기 LVS(R)과 LVS(F2)의 특성값이 다른 경우에 상기 Reference SPR 특성값 산출식에 상기 LVS(F2)와 MD(F2) 특성값이 적용되도록 하여 상기 제2 양산형 체결부에 대한 제2 양산형 SPR 특성값 산출식(제2 Field SPR Equation)이 도출되도록 한다(S536). 이를 통해 상기 제2 양산형 SPR 체결부에 대한 품질 인자가 검사될 수 있다.Next, in the second mass production type parameter inspection step (S53), the monitoring data of the mass production type SPR fastener is compared with the MD(R) data, and if the comparison value is higher than the reference value, the Reference SPR characteristic value calculation formula is corrected, and the Reference SPR characteristic value calculation formula is corrected. By comparing the laser vision scanning data of the SPR fastener and the mass-produced SPR fastener, a calculation formula for the mass-produced SPR characteristic value is derived, allowing the commercial quality factors to be inspected. First, this step starts when the comparison value of the surface characteristic value of the LVS (F1) and the reference SPR fastening is greater than or equal to the reference value. Afterwards, information on the LVS(R) characteristic value and MD(R) characteristic value are stored (S531). In addition, in the SPR fastening process according to the combination of the above plates, the SPR process using the same rivet and die is performed to define the second mass production type fastening part (2nd field SPR fastening part) (S532). In addition, the displacement and load change derivation graph for the second mass-produced fastener is set to MD (F2), and the MD (F2) data can be monitored (S533). In addition, scanning is performed on the second mass-produced SPR fastening part through the monitoring module 200 so that data LVS (F2) on the upper and lower surfaces of the fastening part can be collected (S534). Then, the surface characteristic value of the second mass-produced fastening part is compared with the surface characteristic value of the Reference SPR fastening, and if the compared value is greater than or equal to the reference value, the Reference SPR characteristic value calculation formula can be modified (S535). In addition, when the MD (F2) characteristic value for the second mass-produced fastening part is different from the MD (R) characteristic value, and the characteristic values of the LVS (R) and LVS (F2) are different, the Reference SPR characteristic value calculation formula The LVS (F2) and MD (F2) characteristic values are applied to derive the second mass-produced SPR characteristic value calculation equation (second Field SPR Equation) for the second mass-produced fastener (S536). Through this, the quality factor for the second mass-produced SPR fastening part can be inspected.
이하에서는, 상기 품질인자검사단계(S50)를 통한 양산형 SPR 체결부에 대한 검사의 실시예를 설명하기로 한다. 그 중 가압력을 실험 변수로 한 실험과 예측값 및 측정값을 나타내기로 한다. Below, an embodiment of the inspection of the mass-produced SPR fastener through the quality factor inspection step (S50) will be described. Among them, the experiment with pressing force as the experimental variable and the predicted and measured values will be shown.
도 15는, 각 체결부에 대한 품질 인자에 대한 특성값을 나타낸 표이다. 이때, SPR 체결이 적용되는 판재, 리벳 및 다이에 대한 정보에 있어서, 판재는 A6061 1t + A6061 2t, 리벳은 5.3(D)x5.5(L), 다이는 10(W)x1.5(H)로 마련된다. 그리고 가압력 조건은, Reference SPR에서 32kN, 제1 양산형 SPR에서 28kN, 제2 양산형 SPR에서 36kN이다. 그리고, 각 체결부에 따른 단면이미지, 리벳 변위에 따른 가압력, 단면라인은 도 16과 같다. 그리고, 본 발명에 따른 체결부의 품질 인자 검사의 예측값과 측정값은 도 17과 같이 나타난다. 나타난 것과 같이, 본 발명에 따른 품질 인자 검사 예측값과 측정값이 높은 일치성을 나타내는 것을 알 수 있다.Figure 15 is a table showing characteristic values for quality factors for each fastening part. At this time, in the information about the plate, rivet and die to which SPR fastening is applied, the plate is A6061 1t + A6061 2t, the rivet is 5.3(D)x5.5(L), and the die is 10(W)x1.5(H) ) is provided. And the pressing force conditions are 32kN in the Reference SPR, 28kN in the first mass-produced SPR, and 36kN in the second mass-produced SPR. And, the cross-sectional image of each fastening part, the pressing force according to the rivet displacement, and the cross-sectional line are shown in Figure 16. And, the predicted values and measured values of the quality factor inspection of the fastener according to the present invention are shown as shown in FIG. 17. As shown, it can be seen that the predicted values of the quality factor test according to the present invention and the measured values show high consistency.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description above, and the meaning and scope of the claims and their equivalents. All changes or modified forms derived from the concept should be construed as falling within the scope of the present invention.
10 : 체결부
11 : 리벳부
12 : 다이부
20 : 기준원
30 : 접선
40 : 표면 단면 라인
100 : SPR체결장치
200 : 모니터링모듈
210 : 레이저스캐너
220 : 레이저비전
300 : 제어부10: fastening part
11: Rivet section
12: Daibu
20: Giwonwon
30: tangent
40: Surface cross section line
100: SPR fastening device
200: Monitoring module
210: Laser scanner
220: Laser vision
300: control unit
Claims (5)
상기 SPR체결단계 이후, 레이저스캐너 및 레이저비전을 포함하는 모니터링모듈을 통해 상기 SPR 공정에 의한 체결부 표면을 모니터링하여, 상기 체결부 표면의 표면특성 데이터를 수집하는 데이터수집단계;
상기 표면특성 데이터를 기반으로, 체결 이후의 리벳 지름 및 유효길이로 구성되는 품질특성값이 산출되도록 하는 특성값산출단계; 및
상기 표면특성 데이터를 기반으로, 상기 체결부의 결함이 판정될 수 있도록 하는 결함판정단계;를 포함하고,
상기 데이터수집단계는,
상기 레이저스캐너를 통해 수집된 체결부의 3D이미지가 2D이미지로 변환되도록 보정하는 2D보정단계;
상기 레이저스캐너 및 레이저비전을 통해 수집된 2D이미지의 체결부에 상기 다이와 리벳의 직경보다 큰 기준원을 형성하고, 상기 기준원의 원주에 표시되는 기준점과 상기 기준점과 접하는 접선을 형성하는 제1이미지처리단계; 및
상기 접선과 수직되며 0.02mm 간격으로 마련되는 복수개의 표면 단면 라인이 형성되도록 하는 제2이미지처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법.In the SPR (Self-Pierce-Riveting) process, an SPR fastening step of calculating the optimal fastening conditions of the die and rivet combination according to the plate combination information and allowing the plates to be SPR fastened under the optimal fastening conditions;
After the SPR fastening step, a data collection step of monitoring the surface of the fastening part by the SPR process through a monitoring module including a laser scanner and laser vision to collect surface characteristic data of the surface of the fastening part;
A characteristic value calculation step of calculating quality characteristic values consisting of the rivet diameter and effective length after fastening based on the surface characteristic data; and
It includes a defect determination step of allowing defects in the fastening part to be determined based on the surface characteristic data,
The data collection step is,
A 2D correction step of correcting the 3D image of the fastening part collected through the laser scanner to be converted into a 2D image;
A first image forming a reference circle larger than the diameter of the die and rivet at the fastening part of the 2D image collected through the laser scanner and laser vision, and forming a reference point displayed on the circumference of the reference circle and a tangent line touching the reference point. processing step; and
A second image processing step of forming a plurality of surface cross-section lines perpendicular to the tangent line and spaced at 0.02 mm intervals. A laser scanning-based SPR fastening quality judgment method comprising a.
상기 제2이미지처리단계는,
상기 접선이 10˚씩 기울어지며 상기 기준원에 접할 수 있도록 기준점 R1 내지 R36이 형성될 수 있도록 하며, 상기 기준점 R1 내지 R36에 접하는 접선에 상기 표면 단면 라인이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법. According to paragraph 1,
The second image processing step is,
Laser scanning-based, characterized in that the tangent line is inclined by 10 degrees and the reference points R1 to R36 are formed so as to contact the reference circle, and the surface cross-section line is formed on the tangent line touching the reference point R1 to R36. How to judge SPR fastening quality.
상기 결함판정단계는,
상기 판재의 상부면으로부터 리벳면까지의 높이를 통해 리벳 체결부의 결함을 판정하는 리벳부품질판정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법.According to paragraph 1,
The defect determination step is,
A laser scanning-based SPR fastening quality determination method comprising a rivet part quality determination step of determining defects in the rivet fastening part through the height from the upper surface of the plate to the rivet surface.
상기 결함판정단계는,
상기 다이의 하단부로부터 모든 다이면까지의 높이를 통해 다이 체결부의 결함을 판정하는 다이부품질판정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기반 SPR 체결 품질 판단 방법.
According to paragraph 1,
The defect determination step is,
A die component quality determination step of determining defects in the die fastening unit through the height from the lower end of the die to all die surfaces. A laser scanning-based SPR fastening quality judgment method comprising a.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220054005 | 2022-05-02 | ||
| KR1020220054005 | 2022-05-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102599072B1 true KR102599072B1 (en) | 2023-11-06 |
Family
ID=88646661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230054550A KR102599072B1 (en) | 2022-05-02 | 2023-04-26 | Determination method of SPR tightening quality based on laser scanning |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102599072B1 (en) |
| WO (1) | WO2023214756A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10160678A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Shinsei Kogyo Kk | Device and method for detecting crack of screw and rivet |
| JP2003103337A (en) * | 2001-07-27 | 2003-04-08 | Toyota Motor Corp | Rivet quality monitoring device, rivet quality monitoring method, and rivet quality monitoring program |
| US20140259600A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Comau, Inc | Process and apparatus for inspecting a high volume material jointing operation |
| KR101799051B1 (en) | 2016-08-23 | 2017-11-20 | (주)피앤에스 | Method and apparatus for inspecting bead through laser scanning |
| CN114354626A (en) * | 2021-12-31 | 2022-04-15 | 东北大学 | Riveting quality image detection method based on digital twinning |
-
2023
- 2023-04-26 KR KR1020230054550A patent/KR102599072B1/en active IP Right Grant
- 2023-04-28 WO PCT/KR2023/005894 patent/WO2023214756A1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10160678A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Shinsei Kogyo Kk | Device and method for detecting crack of screw and rivet |
| JP2003103337A (en) * | 2001-07-27 | 2003-04-08 | Toyota Motor Corp | Rivet quality monitoring device, rivet quality monitoring method, and rivet quality monitoring program |
| US20140259600A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Comau, Inc | Process and apparatus for inspecting a high volume material jointing operation |
| KR101799051B1 (en) | 2016-08-23 | 2017-11-20 | (주)피앤에스 | Method and apparatus for inspecting bead through laser scanning |
| CN114354626A (en) * | 2021-12-31 | 2022-04-15 | 东北大学 | Riveting quality image detection method based on digital twinning |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023214756A1 (en) | 2023-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7797126B2 (en) | Online determination of the quality characteristics for punch riveting and clinching | |
| CN102004056B (en) | Self-piercing riveting quality online detection system and method | |
| Wen et al. | On a reshaping method of clinched joints to reduce the protrusion height | |
| US9089892B2 (en) | Joining method | |
| JP4919317B2 (en) | Spot welding method | |
| WO2022021828A1 (en) | Automatic determination method for quality state of self-piercing riveting process | |
| CN102707029A (en) | On-line detection and evaluation method of welded seam quality of laser filler wire welding | |
| Cheng et al. | True stress–strain analysis on weldment of heterogeneous tailor-welded blanks—a novel approach for forming simulation | |
| KR101634864B1 (en) | Method for inspecting rivetting portions of metal panel | |
| CN106931918B (en) | A kind of riveted joint geometric parameter detection method | |
| CN109101701B (en) | Prediction method for foot opening of self-punching rivet joint | |
| Jäckel et al. | Process-oriented flow curve determination at mechanical joining | |
| Kim et al. | A study on mechanical characteristics of the friction stir welded A6005-T5 extrusion | |
| KR102599072B1 (en) | Determination method of SPR tightening quality based on laser scanning | |
| Cacko | Review of different material separation criteria in numerical modeling of the self-piercing riveting process—SPR | |
| JP2013224862A (en) | Swaged rivet inspection device and swaged rivet inspection method | |
| KR20190077503A (en) | Method of making CTOD test piece and jig for plastic deformation adjustment | |
| TAN et al. | Process monitoring method with window technique for clinch joining | |
| Haque | Residual stress and deformation in SPR joints of high strength materials | |
| CN108801814B (en) | Method for testing forming limit curve of laser tailor-welded blank | |
| KR102666005B1 (en) | Quality prediction method and system based on welding surface shape of resistance spot welding | |
| KR20130133614A (en) | System for inspection of spot welding | |
| JP4380447B2 (en) | Spot welding evaluation method and spot welding evaluation system | |
| JP5492623B2 (en) | Inspection apparatus and inspection method | |
| Singar et al. | Formability of Tailored hybrid blanks |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |