자외선 경화 도장의 부착성에 영향을 미치는 인자의 최적 수준조합 분석과 부착성 불량 예측모델의 개발

Abstract

도장은 자동차 내외장 부품의 표면처리 방법으로 널리 적용되는 공법 중의 하나로 외관적인 기능뿐만 아니라, 부품의 신뢰성을 확보해 주는 기능도 병행하고 있다. 자동차는 생산 후 세계의 다양한 환경에서 운행되면서 온도와 습도 등의 환경의 영향을 지속적으로 받기 때문에 도장부품의 신뢰성 시험항목의 관리는 무엇보다 중요하다. 그 중에서도 대부분의 신뢰성 시험항목에 공통적으로 적용되는 부착성은 매우 중요한 항목 중 하나이다.

도료는 경화/건조성상으로 자연건조용 도료, 가열건조용 도료 및 자외선 경화형 도료로 구분할 수 있다[5]. 최근 들어 자동차 내외장 부품에 자외선 경화형 도료가 점차 확대 적용되고 있고, 특히 PC/ABS 수지와 PC 수지가 대표적으로 사용되고 있다. 자외선 경화형 도료의 확대 적용은 도료의 우수한 물성과, 높은 생산성 및 경제성에 기인한다고 할 수 있다.

본 연구에서는 자동차 내외장 부품 중 PC 수지에 자외선(Ultraviolet Ray) 경화형 도료를 도장한 부품의 부착성에 영향을 미치는 주요한 인자와 최적 수준조합 도출을 위하여 다구찌 기법으로 직교배열표에 실험을 배치하고 데이터를 분석하였다. 직교배열표에 제어인자와 잡음인자를 배치하고, 잡음인자의 각 위치별로 3회 반복 측정값(침투도막두께)을 얻어 S/N비 분석과 평균분석으로 최적 수준조합을 도출하였다.[8] 그리고, 침투도막두께로 부착성 불량을 예측하기 위한 모델을 개발하기 위하여 잡음인자의 각 위치별로 3회 반복 측정값에서 부착성 시험을 실시하였고, 그 결과(합격 또는 불합격)를 요인배치법의 실험조건표에 재배열하여 정리하였다. 이렇게 구성된 하나의 데이터 셋을 데이터 분석하여 침투도막두께로 부착성 불량을 예측하는 모델을 제시하였다. 여기에서 실제 생산라인에서의 실험을 위한 시간, 비용 및 설비의 가용성 등 제약조건과 사전 연구의 진행을 고려하여 제어인자로는 도장 토출압력, 적외선 조사시간과 적외선 조사온도를 각각 2수준으로 선정하여 내측에 배열하였고, 제어가 불가능한 잡음인자로는 부품의 위치를 선정하여 외측에 배열하였다. 자외선 조사시간과 자외선 조사광량은 사전에 검증되었고, 자외선 경화형 도료는 지정되어 있기 때문에 이들의 수준은 고정시켜서 실험을 진행하였다. 실험 후 모든 수준 조합에서의 침투도막두께 측정값과 함께 부착성 시험을 실시하여 그 결과를 기록하였다. 주어진 실험범위 내에서 부착성에 영향을 미치는 요인을 데이터 분석결과, 산포 제어요인과 중심조정 요인이 모두 적외선 조사온도로 확인되었다. 도장 토출압력과 적외선 조사시간에서는 유의한 차이가 없었으며 상호작용 효과에도 유의한 차이가 없었다.

실험에서 얻어진 데이터 셋은 데이터 객체수가 적기 때문에 분류 예측을 위한 4 교차검증법(4 Cross Validation)으로 모델링 후 각 기법별로 Confusion Matrix(혼동행렬)로 성능을 평가 및 비교하였다. 그 결과 K-NN(최근접이웃)의 정확도, Class Recall(클래스 재현성) 및 Class Precision(클래스 정밀도)이 높게 나타났다[12].

실무에서는 부품의 침투도막두께 측정과 부착성 시험을 모두 실시하고 있고, 여기에 소요되는 공수와 비용은 적지 않다. 본 연구결과에 따라 실무에서 데이터 객체를 더 많이 확보하여 분류 모델에 적합시켜 모델을 더욱 견고하게 하면 보다 높은 신뢰도를 가지고 품질을 보증할 수 있다. 또한, 시험에 소요되는 비용도 보다 경제적으로 관리할 수 있을 것으로 기대된다.