최근 지역 철강 산업은 중국 철강업체의 물량 공세, 미국발 보호무역주의 확산, 건설·자동차·조선 등 내수시장 부진 등으로 가혹한 시련을 겪고 있으며, 특히 대미 수출 의존도가 높은 강관산업은 덤핑마진과 상계관세율 부과로 수출물량이 감소하면서 실적이 날로 악화되고 있다. 또한, 한국철강협회에 따르는 최근 5년간 국내생산 강관 수출 실적이 실로 악화되고 있으며 지역 강관업체의 경영난과 생산라인 중단 등 구조조정을 진행하고 있다. 현재 위기상황에 직면한 강관산업의 글로벌 경쟁력 확보를 위해서는 고객 니즈를 반영한 품질 고도화가 필수적이며, 강관 제조공정을 분석하여 품질 향상을 위한 제조공정 자동화 개발 진행이 필요하다.
국내/외 강관업체의 제조공법은 수많은 롤로 양옆에서 모양을 잡아가는 공법과 JCOE 방법을 적용한 공법으로 분류될 수 있다. 공통적인 부분은 접합 부분에 대하여 관내/외면을 용접하게 되며, 특히, 내면 용접 과정에서 스패터가 발생하고 스패터란 용접 중에 전류, 전압의 조합이 부적절할 경우, 접지의 접촉 불량 등의 이유로 용접봉이나 와이어의 용융금속이 용접부 모제에 정상적으로 융착되지 않고 사방으로 튀어 비산 되거나 작은 덩어리의 상태로 용접 주변에 녹아 붙어 있는 알갱이로써 강관 품질을 떨어뜨리고, 작업시간의 연장과 생산비용을 증가시키며 또한, 결함을 발생하는 윈인이 되며 강관 내면 용접비드 절삭공정 중 스패터가 비드커터 하롤과 내면 사이에 눌림으로 흠 불량이 발생되고 있다.
본 연구는 산업 현장의 강관 접합 부분에 대하여 관내/외면을 용접 시 발생하는 스패터를 제거하기 위한 기존 작업자의 공정 및 품질을 개선할 수 있는 소형 강관 용접부 스패터 검사와 연마를 위한 로봇을 개발하고자 하였으며 강관제조 작업 시 작업자가 수작업을 통해 배관 내부 스패터를 체크하여 그라인더를 통해 제거하는 작업을 로봇으로 대체함으로써 기존 수작업 공정 대비 인력투입 절감, 공정시간 단축을 하고자 하였다. 따라서, 본 논문은 소형 강관 관경 대응 로봇 주행 메커니즘, 용접부 스패터 비전 검출, 용접부 스패터 자동 연마 메커니즘에 대한 연구를 기술하였다.
소형 강관 내부 주행 로봇 시스템과 비전 기반 스패터 자동 검출 시스템, 로봇 탑재용 스패터 자동 연마 시스템의 연구로 강관 내부 주행 로봇에 설치된 카메라에서 전송된 영상 데이터를 비전 알고리즘을 통해 강관 내부 스패터를 자동으로 위치 정보를 추출하며, 로봇에 탑재된 그라인더를 통해 자동으로 연마가 가능한 독창성과 차별성을 확보한 기술을 연구하였다. 본 여구를 통해 검사 공정 수작업 대비 공정 수행률을 향상 시킬 수 있으며 다수의 로봇 시스템을 1명의 작업자로 운용이 가능하여 작업자의 공정 투입을 최소화할 수 있다.