KR100471343B1 - 강재에 대한 고속 마킹 장치 및 방법 - Google Patents

강재에 대한 고속 마킹 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 강재의 가공을 위한 정보를 마킹하는 마킹 장치 및 방법에 관한 것으로서, 전처리된 강재가 컨베이어에 의해 이송되고, 이동 중인 강재에 대한 물리적 정보가 감지부에서 취득되고, 강재가 이동하는 상태에서 마킹 헤드에 의해 상기 강재에 잉크가 분사되어 상기 강재 표면에 필요한 정보가 인쇄되고, 외부 컴퓨터로부터 강재에 마킹할 정보에 대한 데이터 및 상기 감지부로부터의 물리적 정보를 입력받아, 상기 마킹 헤드부 및 상기 컨베이어의 동작을 제어한다.

Description

강재에 대한 고속 마킹 장치 및 방법{High Speed Printing Machine and Printing Method for Large-Size Steel Plate}
본 발명은 선체(船體)를 건조(建造)할 때 강재(鋼材)에 마킹(marking)을 하기 위한 마킹 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선각(hull)을 제조하는 공정에서, 강재를 절단하기에 앞서 필요한 도면과 심볼 등의 정보를 강재에 자동으로 마킹하는 것에 관한 것이다.
일반적인 선체 건조 기술은 강재의 관리, 전처리, 마킹, 절단, 조립, 도장 등의 순서로 공정이 실행된다.
이러한 공정 중에서 마킹은 절단, 굽힘 및 조립 작업에 필요한 선과 기호를 기입하는 작업으로서, 이러한 작업들이 능률적으로 수행되도록 하기 위해서는 마킹을 정확하고 간단 명료하게 하는 것이 매우 중요하다.
종래에는 직접 손으로 하는 마킹에 주로 의존하였으나, 여러 가지 장비의 발달과 공작 기술의 발전으로 인하여, 많은 작업이 장비를 이용하여 수행되고 자동화가 이루어지고 있다.
마킹은 그 사용되는 도구나 장비에 따라 수 마킹, 투영 마킹, 전자사진 마킹, NC(numerical control) 마킹 등이 있으며, 현재에는 그 편리성 때문에 일종의 전용 컴퓨터인 NC 제어에 의해 필요한 형상을 그리도록 하는 NC 마킹이 많이 사용되고 있다.
NC 마킹 장치는 대개 절단용의 것을 겸용하고 있으며, NC 절단기에 절단용 토치(torch) 대신에 마킹 토치를 붙여 사용하고 있다. 이 토치 블록의 궤적은 소프트웨어적으로 제어하며, 토치로 강판에 마킹을 가하는 방법으로는 펀치 마킹(punch marking), 페인팅(paint spray) 등이 있으며, 근래에는 가스 절단용 토치의 절단 산소용 노즐에서 아연계 분말을 분사하여 예열 불꽃으로 인화하는 방법(powder marking)이 널리 사용되고 있다.
이와 같은 종래의 NC 마킹 장치는 마킹과 절단이 하나의 작업으로 처리되는 장점은 있으나, 토치의 사용으로 인해 마킹 작업이 불편하고, 정밀한 마킹을 할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 부재 번호 등을 강재에 대한 마킹과 동시에 할 수 없어서, 절단 이후에 수작업 마킹 등의 후처리가 필요하게 공정이 복잡하게 되는 단점이 있다.
따라서, 마킹 작업을 전용으로 하는 장비의 필요성이 강력하게 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선각 제조 공정에서 강재에 대한 마킹을 자동으로 실행할 수 있고, 강재에 대한 마킹과 동시에 부재 정보 등에 대한 마킹도 가능하도록 함으로써, 절단 이후에 마킹에 대한 후처리 작업이 불필요한 효율적인 마킹 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구동부를 최소화하여 동작의 안정성이 높아서, 안정된 마킹을 할 수 있는 마킹 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다양한 인쇄 기능을 제공할 수 있으며, 컴퓨터와 연동이 가능하고, 유지 보수가 용이한 마킹 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 선박용 강재의 가공을 위한 정보를 마킹하는 마킹 장치는, 전처리된 상기 강재를 이송하는 컨베이어와, 이동 중인 강재에 대한 물리적 정보를 취득하는 감지부와, 상기 강재가 이동하는 상태에서 상기 강재에 잉크를 분사하여, 상기 강재 표면에 필요한 정보를 인쇄하는 마킹 헤드부와, 외부 컴퓨터로부터 상기 강재에 마킹할 정보에 대한 데이터와 상기 감지부로부터의 상기 위치 정보를 입력받아, 상기 마킹 헤드부 및 상기 컨베이어의 동작을 제어하는 제어부로 이루어진다.
상기 마킹 헤드부는 복수 개의 독립된 모듈로 이루어진 잉크제트 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 고정된 상태로 스캔 라인 방식으로 상기 강재에 마킹을 실행한다.
또한, 상기 마킹 헤드부는 상기 컨베이어의 이동 속도에 동조하여 상기 강재에 마킹을 실행한다.
상기 제어부는 상기 감지부로부터 강재에 대한 물리적인 정보를 입력받고, 상기 물리적인 정보에 의거하여 상기 마킹 헤드부의 노즐을 제어함으로써, 상기 강재에 마킹될 내용을 보정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 선박용 강재의 가공을 위한 정보를 마킹하는 마킹 방법은, 상기 강재에 마킹할 정보 데이터를 마킹용 데이터로 변환하고, 전처리기에서 처리 중인 강재에 대한 정보를 이용하여 강재가 마킹 위치로 이송되기 전에 마킹할 정보를 준비하고, 위치 및 방향 센서를 이용하여 강재의 물리적 정보를 구하고, 상기 구해진 강재의 물리적 정보에 따라 상기 마킹용 데이터를 보정하고, 상기 보정된 마킹용 데이터를 기계 동작 신호 데이터로 변환하고, 상기 기계 동작 신호 데이터에 따라 상기 강재에 가공을 위한 정보를 마킹하는 단계로 이루어진다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1에 본 발명에 따른 마킹 장치의 구조를 나타내었다. 도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 마킹 장치는 크게 선박용 강재(혹은 강판)(10)를 이송하는 컨베이어(20)와, 이송되는 강재(10)의 물리적 정보를 검출하는 감지부(30)와, 강재(10)에 도면이나 문자 등의 필요한 정보를 인쇄하는 마킹 헤드부(40)와, 상기 컨베이어(20), 감지부(30) 및 마킹 헤드부(40)와 각각 정보를 주고받으며, 이들 동작을 제어하는 제어부(50)로 구성된다.
컨베이어(20)는 전처리기(60)에 의해 마킹할 상태로 처리된 강재(10)를 롤러 등을 사용하여 이동시킨다. 컨베이어(20)에서 롤러의 이동 속도는 마킹 헤드부(40)의 동작과 동조(洞調)하게 되는데, 이에 대해서는 후술한다.
감지부(30)는 위치 및 방향 감지 센서로 이루어지며, 이러한 위치 및 방향 감지 센서는 각종 레이저 센서 및 근접 센서 등으로 실현할 수 있다.
감지부(30)는 강재(10)가 마킹 헤드부(40)에 도착하기 전에 강재(10)에 대한 여러 가지 물리적인 정보(예를 들어, 시간 및 위치 정보 등)를 검출하고, 검출된 결과를 제어부(50)로 보낸다. 물리적인 정보로서는, 예를 들면, 강재(10)의 위치 및 기울어진 방향 등과, 감지된 강재(10)가 마킹 오더(marking order)와 일치하는 강재인지의 여부 등이 있다. 이와 같이 검출된 물리적인 정보가 제어부(50)를 통해 마킹 헤드부(40)의 동작에 반영되도록 함으로써, 마킹 위치나 각도를 정확하게 보정할 수 있다.
이와 같이, 감지부(30)가 강재의 물리적 위치를 검출하는 과정을 도 2에 나타내었다.
먼저, 강재(10)가 입고(入庫)되어 컨베이어(20)에 의해 이송되고(도 2의 (a) 참조), 입고된 강재(10)는 전처리기(60)에 의해 전처리 공정을 받은 후(도 2의 (b) 참조), 감지부(30) 쪽으로 이송되어 감지부(30)의 센서에 의해 진입 시간 및 위치 등이 검출된다(도 2의 (c)참조). 도 2의 (d)에 예시한 바와 같이, 강재(10)가 기울어져 이송되는 경우, 감지부(30)는 이를 검출하여 그 정보를 제어부(50)로 보낸다.
마킹 헤드부(40)는 정상적인 강재(10)로 판단된 강재(10)의 표면에 잉크제트 노즐(ink-jet nozzle)을 이용하여 마킹을 하는 부분으로서, 도면이나 문자, 심볼 등을 인쇄한다.
마킹 헤드부(40)는 강재(10)가 전처리기에서 이동하는 상태를 유지하면서 강재(10)에 마킹을 실행한다. 마킹할 정보는 설계실에서 생성된 파일 등을 이용할 수 있으며, 강재(10)가 절단되어 부재(部材)로 사용될 상황에 대한 정보도 강재(10)에 동시에 마킹할 수 있다. 실제로 이동 중인 강재(10)는 진동 등으로 인해 상하로 움직일 수 있는데 노즐은 이를 고려하여 마킹을 실시한다.
마킹을 실행할 때, 마킹 헤드부(40)는 움직이지 않으면서 단지 세로 방향으로 한 라인(dot line: 도트 라인)씩 그리게 된다. 이와 같이 스캔 라인 방식으로 마킹함으로써, 글씨는 물론 기호, 절단 라인, 도면 등을 강재(10)에 직접 그릴 수 있다.
마킹 헤드부(40)는 도트 간격을 2 ~ 5 mm로 하여 컨베이어(20)가 지나는 속도와 동기시켜서 마킹한다. 즉, 컨베이어(20)의 이동 속도를 감지하여 마킹 속도와 동조시킴으로써, 컨베이어(20)의 불규칙한 속도로 인하여 강재(10)의 이동 속도가 변동되더라도 안정된 마킹을 할 수 있다.
본 발명에 따른 마킹 헤드부(40)의 노즐 방식은 고정식을 사용한다. 즉, 강재는 이동하는 반면 노즐은 고정된 상태에서 잉크를 분사한다. 이와 같이 노즐의 구동부를 없애고 복수 개의 노즐을 사용함으로써, 마킹 위치에 대한 정확성을 높일 수 있고 구동에 따른 고장 원인을 제거할 수 있다. 이러한 고정 방식의 노즐은 이동식 노즐에 비해 모듈의 수가 많아져서 초기의 장비 가격은 높아질 수 있지만, 모듈당 인쇄하는 양이 줄어들어서 고장 가능성이 매우 낮아진다.
마킹 헤드부(40)에 설치된 노즐은 복수 개의 독립된 모듈(module)로 구성되어 고장이 발생했을 경우 해당 모듈만 대체할 수 있도록 설계되어 있다. 이러한 복수의 노즐은 50~100 mm 간격으로 모듈화할 경우 약 20개 정도가 필요하게 된다. 상기 노즐은 교환과 수리가 더욱 간편하게 되도록, 소켓(socket) 방식으로 구성되는 것이 바람직하다.
제어부(50)는 호스트 컴퓨터(host computer)와 같은 외부 장치로부터 강재(10)에 마킹할 내용에 대한 데이터를 입력받아, 이 데이터에 따른 내용이 강재(10)에 마킹될 수 있도록 마킹 헤드부(40)의 노즐들을 제어한다. 호스트 컴퓨터로부터 입력되는 마킹할 정보에 대한 데이터는, 예를 들면 NC 절단기에 사용되는 ESSI 등과 형식의 데이터라도 가능하다.
또한, 사용의 편의성과 인터페이스(interface)의 효율성을 고려한다면, 제어부(50)는 IBM-PC 호환이 되는 산업용 컴퓨터를 호스트로서 접속할 수 있는 인터페이스를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제어부(50)는 상기 감지부(30)로부터의 강재(10)에 대한 물리적인 정보, 즉 강재(10)의 위치 및 기울어진 방향 등에 대한 정보를 입력받아, 이를 근거로 마킹 헤드부(40)의 노즐들을 제어함으로써, 강재(10)의 물리적 위치에 따라 마킹 위치 또는 각도를 보정할 수 있다. 따라서, 실제 마킹할 위치가 보정되어서, 도면과 일치하는 위치에 동일한 각도로 정확하게 마킹할 수 있다.
상기와는 달리, 감지부(30)에서 검출된 강재(10)에 대한 정보를 근거로, 제어부(50)가 컨베이어(20)를 직접 제어함으로써, 즉 컨베이어(20)에 설치된 가이드(guide) 등을 이용하여 강재(10)의 위치를 보정할 수도 있다.
또 다른 방법으로는, 상기와 같이 제어부(50)에 의해 컨베이어(20) 및 감지부(30)를 제어하지 않고, 마킹 헤드부(40)가 직접 컨베이어(20) 및 감지부(30)와 통신하여, 마킹 위치를 보정할 수도 있다. 이 경우에는 마킹 헤드부(40)에 내장된 마이크로프로세서가 컨베이어(20)의 속도에 대한 정보와 감지부(30)로부터의 물리적 정보를 받아, 컨베이어(20)를 직접 제어하고, 또한 물리적 정보를 이용하여 노즐을 직접 제어하게 된다.
상기한 공정을 통하여 원하는 정보가 마킹된 강재(10)는 후처리 단계로 보내져서, 절단 등의 공정이 실행된다.
다음으로, 본 발명에 따른 선박용 강재의 마킹 방법에 대해 설명한다.
도 3에 본 발명에 따른 마킹 방법의 데이터 흐름도를 나타내었다.
먼저, 도면과 함께 작성된 플로팅 데이터(plotting data) 파일을 마킹 장치용 데이터로 변환한다.
플로팅 데이터는 상위 캐드 데이터(CAD data)와 같은 데이터 파일을 말하는 것이고, 마킹 장치용 데이터는 스캔 라인(scan line) 데이터와 같은 것을 의미한다. 이것은 마킹 작업과는 별도로 수행된다.
다음으로, 전처리기에서 처리 중인 원판에 대한 정보를 이용하여 강재가 마킹 위치로 이송되기 전에 미리 마킹할 정보를 준비한다.
다음으로, 위치 및 방향 센서를 이용하여 강재의 물리적 정보, 즉 위치 및 방향 등에 대한 정보를 구한다.
구해진 강재의 물리적 정보에 따라 소프트웨어적으로 스캔 라인 데이터를 보정한다. 다른 방법으로는 가이드를 동작시켜 강재의 위치를 보정할 수도 있다.
다음으로, 보정된 스캔 라인 데이터, 즉 가공 데이터를 기계 동작 신호 데이터로 변환하여 마킹 머신으로 보낸다.
강재가 마킹 헤드를 통과하면, 기계 동작 신호 데이터에 따라 각각의 마킹 헤드를 작동시켜 글씨나 기호, 라인, 도면을 그린다.
상기 설명한 본 발명에 따른 마킹 장치 및 방법은 주로 선박용 강재의 마킹을 위한 것이나, 선박용에 한정되는 것은 아니며, 대형 강판 등에 절단 등을 위해 도면 등을 인쇄할 때에도 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 마킹 장치 및 방법은, 스캔 라인 방식을 사용함으로써, 글씨는 물론 기호, 절단 라인, 도면 등의 다양한 정보를 선박용 강재에 고속 및 고정밀도로 마킹할 수 있다.
또한, 필요한 모든 정보를 강재에 직접 마킹할 수 있으므로, 부재 번호 마킹 등의 별도의 수작업 공정이 필요 없고, 강재의 절단 이후에도 마킹에 대한 후처리 작업이 필요 없다. 따라서, 공정 시간이 단축되고 공정 수가 감소되어, 비용 및 불량률을 감소시킬 수 있다.
또한, 마킹 헤드의 구동부를 최소화시킴으로써 기계적 구조가 간단하게 되어, 인쇄의 안정성을 높일 수 있고 구동에 따른 고장 원인을 없앨 수 있다. 따라서, 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 기계의 평균 연속 가동 시간이 늘어나 생산성의 향상을 가져온다.
또한, 컨베이어에 의한 강재의 이송 속도와 마킹 헤드의 인쇄 속도를 동조시키고, 강재의 물리적 위치를 감지하여 이를 인쇄 위치를 보정하는 데에 반영시킴으로써, 안정된 인쇄를 보장할 수 있다. 즉, 컨베이어 이송 속도가 불안정하거나, 강재의 위치 변동 및 기울임 등이 발생하더라도, 강재 위의 정확한 위치에 안정된 인쇄를 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마킹 장치의 개략적인 구조를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마킹 장치의 감지부가 강재의 물리적 정보를 검출하는 과정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 마킹 방법의 데이터 처리 과정을 나타내는 흐름도.

Claims (5)

  1. 전처리된 상기 강재를 이송하는 컨베이어, 이동 중인 강재에 대한 물리적 정보를 취득하는 감지부, 상기 강재가 이동하는 상태에서 상기 강재에 잉크를 분사하여, 상기 강재 표면에 필요한 정보를 인쇄하는 마킹 헤드부, 및 외부 컴퓨터로부터 상기 강재에 마킹할 정보에 대한 데이터와 상기 감지부로부터의 상기 물리적 정보를 입력받아, 상기 마킹 헤드부 및 상기 컨베이어의 동작을 제어하는 제어부로 이루어진 선박용 강재의 가공을 위한 정보를 마킹하는 마킹 장치에 있어서,
    상기 마킹 헤드부는 복수 개의 독립된 모듈로 이루어진 잉크제트 노즐을 포함하며 상기 노즐이 고정된 상태로 스캔 라인 방식으로 상기 강재에 마킹을 실행하는 것을 특징으로 하는 마킹 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 마킹 헤드부는
    상기 컨베이어의 이동 속도에 동조하여 상기 강재에 마킹을 실행하는 것을 특징으로 하는 마킹 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 감지부로부터 상기 강재에 대한 물리적인 정보를 입력받고, 상기 물리적인 정보에 의거하여 상기 마킹 헤드부(40)의 노즐을 제어함으로써, 상기 강재에 마킹될 내용을 보정하는 것을 특징으로 하는 마킹 장치.
  5. 선박용 강재의 가공을 위한 정보를 마킹하는 마킹 방법에 있어서,
    상기 강재에 마킹할 정보 데이터를 마킹용 데이터로 변환하는 단계,
    전처리기에서 처리 중인 강재에 대한 정보를 이용하여 강재가 마킹 위치로 이송되기 전에 마킹할 정보를 준비하는 단계,
    위치 및 방향 센서를 이용하여 강재의 물리적 정보를 구하는 단계,
    상기 구해진 강재의 물리적 정보에 따라 상기 마킹용 데이터를 보정하는 단계,
    상기 보정된 마킹용 데이터를 기계 동작 신호 데이터로 변환하는 단계, 및
    상기 기계 동작 신호 데이터에 따라 상기 강재에 가공을 위한 정보를 마킹하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마킹 방법.
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