JP2010528883A - 形鋼切断システムのマーキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数列のインクジェットヘッドを備えたマーキングヘッド組立体を形鋼の種類に応じてキャリヤユニットに近接して配置し、それによって複数のマーキング手順を必要とせずに１回の移動だけでマーキングを行える形鋼切断システムのマーキング装置を提供する。
【解決手段】本発明は、測定ロボット及びコンベヤユニットを備えた形鋼切断システムに用いられるマーキング装置であって、前記コンベヤユニット上の形鋼の形状に対応するように水平移動及び回動を行うキャリヤユニットと、前記キャリヤユニットの端部結合ブロックに取り付けられ、前記形鋼に近接した位置において印刷を行うための複数のインクジェットヘッドを備えたマーキングヘッド組立体とを含む。前記キャリヤユニットは、支持フレームの下部に取り付けられ、形鋼の相対的に長い部分に沿って転がり動作を行う水平ガイドローラを更に含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、形鋼切断システムのマーキング装置に関する。

一般に、形鋼とは、船舶の縦及び横方向の構造補強や海洋プラントの上部において用いられる補強材である。

このような補強材を船舶構造物に所望の形態で配置及び固定するためには、鋼平板の切断及び溶接によって多様な寸法又は種類を有する複数の形鋼を製作する工程、該製作された形鋼を指定された形状に曲げ加工及び／又は切断する工程、該曲げ加工及び／又は切断された形鋼を設置位置及び用途に応じて区分する工程、及び該区分された形鋼を移送及び保管する工程などを経なければならない。

船舶に用いられる形鋼は曲線状の船体部分に取り付けなければならないため、形鋼切断工程は、形鋼の表面に非線形曲線をマーキングし、該曲線のマーキング線が直線となるように曲げ機を用いて形鋼を折り曲げ、設計値に合うように該折り曲げられた形鋼を切断する手順を含む。このような形鋼切断工程を必要とする非線形形状の形鋼は、形鋼全体の約２０％を占める。

図１に示すように、大量の形鋼を処理するために、形鋼切断工程では、従来のインクジェットタイプの印刷装置を用いて形鋼Ａの表面に曲げ線Ａ１、各種ラベルＡ２、フレーム線Ａ３などをマーキングする。

図２に示すように、印刷ユニット２０が形鋼切断装置に用いられている。例えば、その形鋼切断装置は、形鋼Ａを切断するためのものであり、本願出願人により登録を受けた特許文献１に開示されており、印刷ユニット２０以外に、クロスコンベヤ１と、フィードローラ２と、キャリヤユニット１０と、切断ユニット３０と、制御回路４０を有する制御室５０とを更に含む。

ここで、クロスコンベヤ１は、形鋼Ａをフィードローラ２上に移送するように構成され、キャリヤユニット１０は、移送された形鋼Ａを該形鋼Ａの長手方向に移動させて切断位置に移送するように構成される。

印刷ユニット２０は、形鋼Ａに曲げ線を含む各種印刷表示をそれぞれ形成するように複数のマーキング手順を通じてマーキング工程を行う。

このための印刷ユニット２０は、多軸ロボットのような多軸移動を実施する。ここで、多軸移動の方向を定義すれば、形鋼Ａがフィードローラ２により移動する形鋼のフィード方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に対して垂直で形鋼Ａの幅方向と一致する方向をＹ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直で切断装置の高さ方向と一致する方向をＺ軸方向とする。

しかし、従来技術の形鋼切断装置の印刷ユニットは、線印刷作業（例えば、曲げ線、フレーム線など）、及びラベル印刷作業などの比較的多くのマーキング手順を行わなければならないため、作業速度が非常に遅く、低効率であるという短所がある。

また、従来技術の形鋼切断装置は、形鋼の形状又は種類に従って折り曲げられた部分が上向きになるように配置及び移送されているという事実を勘案すると、形鋼の傾斜した表面に印刷を行わなければならないが、形鋼を垂直に立てるための別途の複雑な移送機構を用いて印刷ユニットのプリンタヘッドと対応するように構成しなければならないので、作業効率が悪く、また印刷ユニットのプリンタヘッドに形鋼を密着させることができないため、結局、マーキングの正確度及び印刷品質が非常に低下してしまうという短所がある。

大韓民国登録特許第１０−０６３３５６６号明細書 大韓民国特許出願番号第１０−２００７−０００８６８３号明細書

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数列のインクジェットヘッドを備えたマーキングヘッド組立体を形鋼の種類に応じてキャリヤユニットに近接して配置し、それによって複数のマーキング手順を必要とせずに１回の移動だけでマーキングを行える形鋼切断システムのマーキング装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、測定ロボット及びコンベヤユニットを備えた形鋼切断システムに用いられるマーキング装置であって、前記コンベヤユニット上の形鋼の形状に対応するように水平移動及び回動を行うキャリヤユニットと、前記キャリヤユニットの端部結合ブロックに取り付けられ、複数のインクジェットヘッドを備えて形鋼に近接して印刷を行うマーキングヘッド組立体とを含む。

本発明によれば、形鋼の形状に対応するように移動及び回動した後、様々な線、ラベルなどのマーキング作業を行うキャリヤユニットとマーキングヘッド組立体とを備えることによって、複数のインクジェットヘッドで同時にマーキング処理を行う、作業速度が非常に速く、作業効率の高い形鋼切断システムのマーキング装置が提供できるという効果を奏する。

また、本発明の形鋼切断システムのマーキング装置は、配置及び移送する形鋼の印刷表面の形状に対応するように、第２アクチュエータ部による１次回動又は第３アクチュエータ部による２次回動を通じて本発明のみを用いて多様な種類の形鋼の形状に対応するようにマーキング作業を行うことができ、特に垂直ガイドローラと水平ガイドローラが形鋼と密着して駆動される状態でマーキングを行うため、マーキングの正確度及び印刷品質が非常に高いという長所がある。

従来技術の印刷ユニットによりマーキングされた形鋼を示す斜視図である。 従来技術の印刷ユニットを備えた形鋼切断装置の構成図である。 本発明に係る形鋼切断システムのマーキング装置の一実施形態を示す正面図である。 図３に示す実施形態の構成要素間の関係を説明するための分解図である。 図４に示すマーキングヘッド組立体の平面図である。 図５に示すマーキングヘッド組立体の正面図である。 図６に示すＢ-Ｂ線に沿った側断面図である。 図６に示すＣ-Ｃ線に沿った平断面図である。 図４に示す実施形態の構成要素間の作動関係を説明するための正面図である。 図４に示す実施形態の構成要素間の作動関係を説明するための正面図である。 図４に示す実施形態の構成要素間の作動関係を説明するための正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３は、本発明に係る図２に示す形鋼切断システムのマーキング装置の一実施形態を示す正面図であり、図４は、図３に示す実施形態の構成要素間の関係を説明するための分解図である。また、図５は、図４に示すマーキングヘッド組立体の平面図であり、図６は、図５に示すマーキングヘッド組立体の正面図である。更に、図７は、図６に示すＢ-Ｂ線に沿った側断面図であり、図８は、図６に示すＣ-Ｃ線に沿った平断面図であり、そして、図９〜図１１は、図４に示す実施形態の構成要素間の作動関係を説明するための正面図である。

図３に示すように、本発明の形鋼切断システムのマーキング装置は、図２に示す形鋼切断システムの複数のモジュールの１つ又は複数の構成要素の１つであって、形鋼切断システムの切断ユニットの前方位置に設置される。

形鋼切断システムの例が、例えば、本願出願人により出願された特許文献２に開示されており、設計システム、オフラインプログミング（ＯＬＰ）システム、モニタリングシステム、形鋼入力ユニット、ロボット制御器、及びリポーティングシステムを含む。

ここで、ロボット制御器は、ロボットアーム８１を備えた測定ロボット８０、少なくともインフィーダコンベヤを含むコンベヤユニット９０、及び印刷ユニットを有機的に連動及び制御するように構成されている。

以下、具体的かつ詳細な説明に先立ち、一般的な技術に関連した部分について説明する。

測定ロボット８０は、インフィーダコンベヤの作業に対応する作業工程の順序で形鋼Ａの伝達を受ける。

形鋼Ａは、相対的に短い部分がコンベヤ装置９０の垂直コンベヤローラ９１に面するように配置され、形鋼Ａの相対的に長い部分（例えば、印刷表面）が水平コンベヤローラ９２上に傾斜して配置されているので、結局、折り曲げられた部分が上向きになるようにしてコンベヤユニット９０で移動される。

このような形鋼Ａは、その目的や用途などに応じて数十種類の規格寸法を有する。

一方、測定ロボット８０は、前述のロボット制御器の命令を受けて作動する。

測定ロボット８０は、ロボットアーム８１を用いて前記伝達を受けた形鋼Ａの寸法を確認し、形鋼Ａの位置を確認し、本実施形態Ｐの作業位置に形鋼Ａを移送し、印刷のための設定を行った後、本実施形態Ｐに関連する印刷をする間に形鋼ＡをＸ軸方向に移動させる役割を果たす。

本実施形態Ｐのマーキング装置は、ロボット制御器により命令を受けて作動され、測定ロボット８０と連動しながら、曲げ線、フレーム線及びラベルを形鋼Ａの表面に同時にマーキングする役割を果たす。

このような役割を実現するように、本実施形態Ｐのマーキング装置は、形鋼Ａの形状又は種類に対応するように水平移動及び回動を行うキャリヤユニット１００と、キャリヤユニット１００の端部結合ブロックに取り付けられて形鋼Ａに密着するように移動又は回動した後、複数のマーキング手順なしに複数の線とラベルを印刷するように、第１、第２、及び第３インクジェットヘッドのような複数列のインクジェットヘッドを備えたマーキングヘッド組立体２００とを含む。マーキングヘッド組立体２００の詳細は後述する。

それぞれのインクジェットヘッドは、大型の形鋼Ａの大部分の面積に対して面接触できる程度の十分な大きさのサイズを有する。

まず、キャリヤユニット１００は、複数の軸部材を互いに並列に設置面（ground）に立て、その上部に片持ち梁が結合された基部フレーム１１０を有する。

ここで、基部フレーム１１０は、形鋼切断システムの切断ユニットの前方位置を基準として測定ロボット８０周囲の近傍の設置面に設置され、荷重に耐えられるように設置面に固定されることが好ましい。

インクジェット印刷の特性上、メンテナンス、クリーニングなどの作業時に排出されるインクを回収するように、コックのような開閉弁を有するホッパー型の廃インク回収部１１１がマーキングヘッド組立体２００より下方にて基部フレーム１１０に設置されていることが好ましい。

図４を参照して本実施形態Ｐの構成要素間の関係を説明する。

図４に示すように、基部フレーム１１０の片持ち梁１１２には、マーキングヘッド組立体２００をはじめとして各種移動又は回動のための構成要素をマーキングすべき形鋼Ａ（図３参照）の上部位置まで水平移動させるための第１アクチュエータ部１１３が、片持ち梁１１２の延在方向に沿って設置されている。

第１アクチュエータ部１１３を含む後述する全てのアクチュエータ部は、前述のロボット制御器により作動制御されるようになっており、工場自動化の特性上、周知の往復移動装置（例えば、電気モータ、ボールスクリュー、線形ガイド、チェーン、ベルト、プーリー、永久磁石型シャフト及び移動コイルを有するシャフトモータ、ケーブルキャリア、ホースなどを組み合わせて往復移動が可能なように構成した周知の装置）として設計され得るのはもちろんである。

例えば、第１アクチュエータ部１１３は、片持ち梁１１２に固定されたシリンダと、該シリンダの内側に往復移動されるように結合された作動アーム１１４と、片持ち梁１１２の上面に設置された線形レール１１５と、線形レール１１５に沿って摺動される複数の線形ブロック１１６とを備える。

可動フレーム１２０は、線形ブロック１１６に搭載される。

可動フレーム１２０は、線形ブロック１１６により支持される水平梁部１２１と、水平梁部１２１の左側端部の上面から上方に延設された上部梁部１２２と、水平梁部１２１の左側端部の下面から下方に延設された下部梁部１２３とを備える。

下部梁部１２３の側面は、第１アクチュエータ部１１３の作動アーム１１４の端部に結合されて、第１アクチュエータ部１１３の往復移動力を可動フレーム１２０に伝達する。

この場合、可動フレーム１２０は、基部フレーム１１０の片持ち梁１１２上で線形ブロック１１６と線形レール１１５により移動可能になる。

このような点を考慮すると、第１アクチュエータ部１１３はマーキングヘッド組立体２００を形鋼の上部位置まで水平移動させる役割を果たす。

一方、上部梁部１２２の側面にはヒンジジョイント１２４が備えられている。

ヒンジジョイント１２４には第２アクチュエータ部１２５のシリンダの中間部がヒンジ結合されている。

第２アクチュエータ部１２５は、形鋼の上部位置まで水平移動したマーキングヘッド組立体２００を１次回動させてから、形鋼の形状に対応するように１次チルトさせる役割を果たす。

このために、第２アクチュエータ部１２５の作動アーム１２６は「ｙ」字状のリンク部材１３０に面するように配置され、リンク部材１３０の上部ジョイント１３１に結合される。

リンク部材１３０は、左側部に回転中心ジョイント１３２を備え、右側部に連結ジョイント１３３を備えている。

リンク部材１３０の回転中心ジョイント１３２は、可動フレーム１２０の下部梁部１２３の端部に形成されたベアリングブロック１２７に回転可能に結合される。

第２アクチュエータ部１２５の作動アーム１２６の往復移動は、回転中心ジョイント１３２とベアリングブロック１２７を基準としてリンク部材１３０の連結ジョイント１３３を回動させることができるようにする。

また、リンク部材１３０の上部ジョイント１３１の近傍には第３アクチュエータ部１４０のシリンダの端部がヒンジ結合されている。

第３アクチュエータ部１４０は、１次チルトされたマーキングヘッド組立体２００を２次回動させて、形鋼の形状に応じて近接するように２次チルトさせる役割を果たす。

このために、第３アクチュエータ部１４０の作動アーム１４１は、ドア形状の支持フレーム１５０に面するように配置され、支持フレーム１５０の上部を基準として支持フレーム１５０の連結ジョイント設置孔１５１から右上側に偏心されているナックルジョイント１５２に結合される。

支持フレーム１５０は、連結ジョイント設置孔１５１に結合される連結ジョイント１３３を基準としてマーキングヘッド組立体２００及びハンガーフレーム１６０と共に回動可能である。ハンガーフレーム１６０については後述する。

支持フレーム１５０には複数の線形ブロック１５３が設置される。

支持フレーム１５０の上部左側面には第４アクチュエータ部１５４のシリンダが設置されている。

第４アクチュエータ部１５４の作動アーム１５５は、ハンガーフレーム１６０に連結される。

ここで、支持フレーム１５０の線形ブロック１５３は、ハンガーフレーム１６０の線形レール１６１に結合されるので、ハンガーフレーム１６０は第４アクチュエータ部１５４の作動アーム１５５の作動によって移動可能である。

ハンガーフレーム１６０には、前述したような端部結合ブロック１６２が固定されている。

また、ハンガーフレーム１６０の下部、又はより好ましくは左側下部には、形鋼の相対的に短い部分に沿って転がり動作を行う少なくとも１つの垂直ガイドローラ１６３が更に設置されている。

更に、支持フレーム１５０の下部には、形鋼の相対的に長い部分に沿って転がり動作を行う水平ガイドローラ１５８及びカバー１５９が設置されている。

また、支持フレーム１５０又はハンガーフレーム１６０には作動制御状態を検知するための複数の近接センサ１５７、１６９が更に取り付けられていることが好ましい。

例えば、ハンガーフレーム１６０に設置された近接センサ１６９は、垂直ガイドローラ１６３と形鋼との間の近接状態を検知する役割を果たす。

或いは、レーザ式距離センサ（ＬＤＳ）が垂直及び水平ガイドローラ１６３、１５８の役割を果たすことができる。ＬＤＳは、形鋼と非接触状態で精密かつ迅速に形鋼との距離を測定できる。測定されたデータにより支持フレーム１５０及びハンガーフレーム１６０が形鋼と所定の距離を維持して、ガイドされるように制御できる。このとき、ＬＤＳが事故により形鋼と衝突して破損するのを防止するためにローラがＬＤＳ近傍に形鋼と近接して配置され得る。

図５及び図６を参照すると、マーキングヘッド組立体２００は、前述した図４の端部結合ブロック１６２に連結されるハンガーブラケット２０１を有する。

ハンガーブラケット２０１は逆Ｔ字状の断面形状を有する構造物であって、マーキングヘッド組立体２００の基部フレームに該当する。

マーキングヘッド組立体２００は、ハンガーブラケット２０１の両側の下部で一対をなすように配置された１ドットタイプの第１及び第３インクジェットヘッド２１０、２３０と、第１インクジェットヘッド２１０と第３インクジェットヘッド２３０との間に配置された８０ドットタイプの第２インクジェットヘッド２２０とを有する。

第１、第２、及び第３インクジェットヘッド２１０、２２０、２３０は、それぞれの線形モジュールによりハンガーブラケット２０１に対して個別に移動されながらマーキングを行うようになっている。

線形モジュールの例として、第１及び第３インクジェットヘッド２１０、２３０は、図５に示す対応する駆動モータ２１１、２３１により作動する周知のボールスクリューアセンブリ及び線形ガイドを使用し、ボールスクリューアセンブリの移動ブロックに取り付けられた図７の対応する支持部材２１２、２３２に搭載され且つ支持部材２１２、２３２を介して移動しながら各種ラインをマーキングする。

更に、第２インクジェットヘッド２２０も、図７又は図８に示す対応する駆動モータ２２１に直接的に接続された周知のボールスクリューアセンブリ及び線形ガイドを使用し、ボールスクリューアセンブリの移動ブロックに取り付けられた図７の対応する支持部材２２２に搭載され且つ支持部材２２２を介して移動しながらラベルなどをマーキングする。

以下、図３、図４及び図９〜図１１を参照して本発明の作動関係について説明する。

まず、図３に示すように、測定ロボット８０は、コンベヤユニット９０と並行作動して対応する形鋼Ａをマーキングを開始する開始位置にセットする。

次に、キャリヤユニット１００は、マーキングヘッド組立体２００を水平移動及び回動させて形鋼Ａの相対的に長い部分に密着させるようにロボット制御器により作動する。

これを更に詳細に説明すれば、図４に示す第１アクチュエータ部１１３は、その作動アームを前進させて、可動フレーム１２０及びそれに搭載された全ての構成要素を水平移動させ、特に図９に示すようにマーキングヘッド組立体２００が形鋼Ａの上部近傍に位置するようにする。

図９を参照すると、第２アクチュエータ部１２５もその作動アームを下方に進ませる。

この場合、第２アクチュエータ部１２５の作動アーム１２６に連結されたリンク部材１３０が回転中心ジョイント１３２を基準として１次回動（Ｔ１）して図１０に示すようになる。

図１０を参照すると、水平ガイドローラ１５８は形鋼Ａの相対的に長い部分に密着するが、垂直ガイドローラ１６３は形鋼Ａの相対的に短い部分に密着しないこともある。

この場合、第４アクチュエータ部１５４が作動Ｆ後、対応する近接センサ１６９を用いて停止するので、結局、支持フレーム１５０によって支持されたハンガーフレーム１６０全体が移動して、垂直ガイドローラ１６３も形鋼Ａの相対的に短い部分に密着して図１１に示すようになる。

また、形鋼Ａの種類によって第３アクチュエータ部１４０を更に作動させて２次回動Ｔ２がなされるようにすることができるのはもちろんである。

この状態で、測定ロボットはマーキングが行われる開始位置から終了位置まで形鋼Ａをコンベヤユニット９０上で押して移動させ、その押して移動させる一回のステップ中に水平ガイドローラ１５８と垂直ガイドローラ１６３が形鋼Ａに密着して駆動すると共に、マーキングヘッド組立体２００の第１、第２、及び第３インクジェットヘッドが同時に作動されて、各種ライン及びラベルなどのマーキング作業を一度に行い、その後、リンク部材１３０及びマーキングヘッド組立体２００は逆方向に回動されて待機位置に戻る。

本発明は図面に示された一実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、本技術分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、添付する特許請求の範囲の技術的思想により定まるべきである。

Claims (9)

1. 測定ロボット及びコンベヤユニットを備えた形鋼切断システムに用いられるマーキング装置であって、
   前記コンベヤユニット上の形鋼の形状に対応するように水平移動及び回動を行うキャリヤユニットと、
   前記キャリヤユニットの端部結合ブロックに取り付けられ、前記形鋼に近接した位置において印刷を行うための複数のインクジェットヘッドを備えたマーキングヘッド組立体とを含むことを特徴とする形鋼切断システムのマーキング装置。
2. 前記キャリヤユニットは、
   前記測定ロボット近傍に設置された基部フレームと、
   前記基部フレームを基部として水平移動可能な可動フレームと、
   前記可動フレームを作動させる第１アクチュエータ部と、
   前記可動フレームの上部にヒンジ結合された第２アクチュエータ部と、
   前記可動フレームの下部にヒンジ結合された回転中心ジョイントを基準として回動するように前記第２アクチュエータ部の作動アームに結合されたリンク部材と、
   前記リンク部材に形成された連結ジョイントを介して結合された支持フレームと、
   前記支持フレームの上部左側面に取り付けられた第４アクチュエータ部と、
   前記支持フレームを基部として水平移動するように前記第４アクチュエータ部の作動アームに結合され、前記マーキングヘッド組立体を取り付けるための前記端部結合ブロックを備えたハンガーフレームとを含むことを特徴とする請求項１に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
3. 前記キャリヤユニットは、
   前記リンク部材と前記支持フレームとの間に、前記支持フレームのナックルジョイントを用いて結合された第３アクチュエータ部を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
4. 前記キャリヤユニットは、
   前記支持フレームの下部に形鋼の相対的に長い部分に沿って転がり動作を行う水平ガイドローラを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
5. 前記水平ガイドローラは、１つ以上のレーザ式距離センサ（ＬＤＳ）を含むことを特徴とする請求項４に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
6. 前記キャリヤユニットは、
   前記ハンガーフレームの下部に形鋼の相対的に短い部分に沿って転がり動作を行う少なくとも１つの垂直ガイドローラを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
7. 前記垂直ガイドローラは、１つ以上のレーザ式距離センサ（ＬＤＳ）を含むことを特徴とする請求項６に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
8. 前記マーキングヘッド組立体は、
   前記端部結合ブロックに結合されたハンガーブラケットと、
   前記ハンガーブラケットを基部として前記複数のインクジェットヘッドを個別に移動させるように結合された複数の線形モジュールとを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。
9. 前記複数のインクジェットヘッドは、
   前記ハンガーブラケットの両側の下部で一対をなすように配置された１ドットタイプの第１インクジェットヘッド及び第３インクジェットヘッドと、
   前記第１インクジェットヘッドと前記第３インクジェットヘッドとの間に配置されたマルチドットタイプの第２インクジェットヘッドとを含むことを特徴とする請求項８に記載の形鋼切断システムのマーキング装置。

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