KR100874804B1 - 로봇 그라인딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 그라인딩 장치에 관한 것이며, 그 목적은 그라인딩 공정 제어 절차에 따라 다관절로봇에 의한 프로펠러의 블레이드부와 보스부가 만나는 필렛부의 주조 완료된 표면의 형상 계측 및 연삭 작업을 자동으로 수행할 수 있는 로봇 그라인딩 장치를 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 로봇 컨트롤러에 의해 제어되어 소정의 그라인딩 위치로 이동되는 그라인딩 로봇(10)과, 상기 그라인딩 로봇(10)이 프로펠러(200)의 보스부(201)에 센터링 되고 고정되도록 보스부(201) 상에 설치된 척조우(40)와, 상기 그라인딩 로봇의 일측단에 설치되고 그라인딩부 제어기(60)에 의해 제어되면서 프로펠러(200)의 그라인딩 및 절삭작업을 수행하는 그라인딩부(20)와, 상기 로봇 컨트롤러(50)와 그라인딩부 제어기(60)를 운용하고 자동으로 제어하여 그라인딩부(20)와 그라인딩 로봇(10)을 컨트롤 하는 통합제어반(70)과, 상기 통합제어반(70)에 연결되어 그라인딩부(20)와 그라인딩로봇(10)의 가공궤적을 생성하는 O.L.P서버(80)에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

그라인딩장치, 프로펠러, 보스부, 그라인딩부, 척조우, 통합제어반

Description

로봇 그라인딩 장치{A robot grinding device}

도 1 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 개념도,

도 2 는 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 제어 구성 개념도,

도 3 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 그라인딩 툴 정면도,

도 4 는 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 그라인딩 툴 평면도,

도 5 는 본 발명에 다른 로봇 고정용 척 조우 상세도,

도 6 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩용 가공 프로그램 생성 단계도,

도 7 은 본 발명에 따른 그라인딩 장치의 댐핑 방법을 설명하기위한 로드셀의 설치위치를 나타낸 상세도

도 8 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 시스템의 다른 응용 예를 나타낸 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 그라인딩 로봇 (20) : 그라인딩 부

(21) : 고정용 베이스프레임 (22) : 외부케이스

(23) : 가이드레일 (24) : 이동블록

(25) : 툴 스핀들 (26) : 툴

(27) : 볼 스크류 (28) : 로드셀

(29) : 구동모터 (30) : 스풀

(31) : 타이밍 벨트 (32) : 레이저 변위계측장치

(40) : 척조우 (41) : 베이스프레임

(42) : 스크류샤프트 (43) : 베벨기어

(44) : 척 (45) : 너트블록

(46) : 가이드 프레임 (50) : 로봇 컨트롤러

(60) : 그라인딩부제어기 (70) : 통합제어반

(80) : O.L.P서버 (90) : 겐트리 타입 구조물

(91) : 턴테이블 (Turn-table) (92) : 전동대차

본 발명은 로봇 그라인딩 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러 계측용 레이저 변위계측장치와, 그라인딩 부를 그라인딩로봇의 끝단부에 설치함으로써 프로펠러의 표면측정 및 그라인딩 작업을 자동으로 수행할 수 있도록 한 로봇 그라인딩 장치에 관한 것이다.

종래에 수행되고 있는 주조 완료된 프로펠러의 측정 및 설계치수에 준한 가공작업(기계가공 또는 그라인딩)은 설계 데이터가 없는 보스부, 필렛부, 0.3R 이내의 블레이드 부를 제외한 나머지 0.3R 이상의 블레이드부에 한해서 실시되고 있으며 그 방법은 작업자가 블레이드부의 주물형상 표면에 일정한 간격에 맞추어 그리드(Grid)를 만들고 접촉 프로브(Probe)를 이용하여 블레이드 표면의 높이를 측정하고 이를 설계형상과 비교하여 가공량을 결정하며, 이에 준하여 수동 그라인딩 하는 방법과, 프로펠러 블레이드의 CAD 정보를 이용하여 N.C 가공데이터를 생성하고, 대형의 밀링장치에서 1차적인 황삭 가공작업을 1차 수행한 후 작업자가 장시간에 걸쳐 블레이드 가공면을 수동으로 그라인딩작업을 수행하며 작업중 간헐적으로 블레이드 날개의 두께를 수동으로 측정하여 이를 설계형상과 비교하여 마무리 그라인딩 작업을 수행하는 방법이 대부분을 차지한다.

또 다른 방법으로는 중장비에 그라인더를 부착하여 사람이 반자동으로 조작하여 그라인딩 하는 장치에 대한 개발도 진행되었으나 그 운용의 제어와 정밀도가 나빠 사용은 되지 않고 있다.

상기 R은 프로펠러의 반경을 나타낸다.

상술한 바와 같이 종래에 수행되고 있는 작업방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 작업적용 부위가 프로펠러 중심을 기준으로 0.3R ~1R 부위의 블레이드 면에 한정되어 적용할 수밖에 없는데, 이는 보스부와 필렛 부의 정확한 설계기준이 없으며, 0.3R 이내의 블레이드부가 프로펠러의 추력 발생 성능에 크게 영향을 미치지 않기 때문에, 실제 설계치 대비 주조된 정도가 상당한 편차를 갖고 있으나 정확한 가공정도 관리가 필요치 않아 작업자의 감각에 의존한 표면 그라인딩 작업만을 수행하고 있어 제품 품질의 균일성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

둘째, 보스부와 필렛 부, 0.3R 이내의 블레이드 부는 정확한 설계기준이 없어 1차 황삭을 목적으로 한 N.C 기계가공 궤적을 생성할 수 없으며 기하학적인 3차원 곡면의 변화에 자유로이 대응 할 수 있는 가공기를 구성하기도 어려운 점이 있다.

셋째, 보스부와 필렛부, 0.3R 이내의 블레이드 부는 주조 후 모든 작업이 작업자에 의한 수동 그라인딩에 의존하기 때문에 대형의 프로펠러를 생산하기 위해서는 과다한 인력과 일정이 소요되고, 넓은 작업장소가 제공되어야 하는 문제점이 있어 생산성 향상에 상당한 한계가 있다.

넷째, 수작업으로 작업자가 장기간에 걸쳐 프로펠러 연삭작업을 수행할 경우, 고르지 못한 연삭품질, 단순 박복 작업에 의한 작업자의 작업효율 저하 및 연삭작업 중 발생하는 분진에 의한 작업자의 인체피해 가능성 등의 문제로 말미암아 연삭 작업 인력의 확보가 제약되어 생산 효율 저하의 원인으로 작용하는 문제점이 있다.

따라서 대형 선박이나 잠수정과 같이 대형 또는 정밀한 프로펠러의 계획 상산이 요망되는 조선/국방산업분야를 시장으로 하여 프로펠러 연삭작업을 효율적으로 수행할 수 있는 시스템으로써 로봇을 이용한 프로펠러 연삭장치의 제품개발 및 기반기술 연구가 활발히 추진되고 있다.

이에 따라 대형프로펠러 블레이드 면의 표면을 정확하고 빠르게 측정할 수 있는 계측기술과 프로펠러 자동 연삭을 위한 궤적생성 및 가공기술, 형상측정과 고강성 연삭 작업을 수행할 수 있는 장치의 설계기술이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출되는 것으로, 수작업으로 진행되는 프로펠러의 전부위에 대하여 1차 황삭 가공작업 공정을 로봇을 이용하여 자동으로 수행토록 하여 제품의 생산성과 품질 개선을 달성하고, 작업자의 위해 환경을 제거하기 위한 로봇 그라인딩 장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 로봇 컨트롤러에 의해 제어되어 소정의 그라인딩 위치로 이동되는 그라인딩 로봇과, 상기 그라인딩 로봇이 프로펠러의 보스부에 센터링 되고 고정되도록 보스부 상에 설치된 척조우와, 상기 그라인딩 로봇의 일측단에 설치되고 그라인딩 부 제어기에 의해 제어되면서 프로펠러의 그라인딩 및 절삭작업을 수행 하는 그라인딩부와, 상기 로봇 컨트롤러와 그라인딩 부 제어기를 운용하고 자동으로 제어하여 그라인딩 부와 그라인딩 로봇을 컨트롤 하는 통합제어반과, 상기 통합제어반에 연결되어 그라인딩부와 그라인딩로봇의 가공궤적을 생성하는 O.L.P(OFF-LINE-PROGRAM) 서버로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 구성 및 작용을 첨부도면과 연계하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 개념도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치의 제어 구성 개념도로서, 그라인딩 장치(100)는 프로펠러(200)의 보스부(201) 상부에 설치되어 프로펠러를 가공하게 된다.

상기 그라인딩 장치(100)는 다관절을 가지는 쉘프형 다축 그라인딩 로봇(10)과, 상기 그라인딩 로봇(10)을 프로펠러(200)의 보스부(201)에 안착시키고 센터링 정렬시켜주는 척조우(40)와, 상기 그라인딩 로봇(10)의 단부에 설치되어 가공작업을 수행하는 그라인딩부(20)로 구성된다.

또한 본 발명은 상기 그라인딩 로봇(10)을 제어하는 로봇 컨트롤러(50)와, 상기 그라인딩부(20)를 제어하는 그라인딩부 제어기(60)와, 상기 로봇 컨트롤러(50)와 그라인딩부 제어기(60)를 운용하고 자동으로 제어하는 통합제어반(70)과, 상기 통합제어반(70)에 연결되어 그라인딩부(20)와 그라인딩로봇(10)의 가공궤적을 생성하는 O.L.P(Off-Line-Program)서버(80)를 구비한다.

한편 상기 통합제어반(70)은 모니터 화면을 통하여 사용자에게 프로펠러 측정 및 연삭작업을 위한 공정순서 설정과 모니터를 작업을 수행하도록 하는 그래픽 사용자 인터페이스를 구비한다.

상기 그라인딩 부는 도 3, 도 4, 에서와 같이 그라인딩 로봇(10)의 단부에 결합되어 그라인딩 로봇(10)과 연결되도록 하는 고정용 베이스프레임(21)과, 상기 고정용 베이스프레임(21) 하부에 설치되는 외부케이스(22)와, 상기 외부케이스(22)의 내부 양측에 설치된 가이드레일(23)과, 상기 외부케이스(22) 내측에 설치되고 상기 가이드레일(23)을 따라 상하로 이동되는 이동블록(24)과, 상기 이동블록(24)의 일단에 설치되는 툴 스핀들(25)과, 상기 툴 스핀들(25)의 단부에 설치되어 프로펠러를 그라인딩 하는 툴(26)과, 상기 이동블록(24)을 중심으로 하여 외부케이스(22)의 양측에 대칭되게 설치되어 이동블록(24)이 상하로 이동되도록 하는 한쌍의 볼 스크류(27)와, 상기 볼 스크류(27)의 상하에 각각 설치되어 볼 스크류(27)를 잡아주는 너트블록(45)과, 상기 볼 스크류(27)에 일체형으로 설치되어 프로펠러 가공중의 절입 깊이에 따른 과부하 방지 및 툴(26)의 보호를 위해 가공부하를 계측하는 로드셀(28)과, 상기 외부케이스(22)의 외측에 설치되어 볼 스크류(27)에 동력을 전달하여 회전시켜 주는 구동모터(29)로 구성된다.

한편 상기 볼 스크류(27)와 구동모터(29)는 스풀(30)을 구비하며, 상기 볼 스크류(27)와 구동모터(29)의 스풀(30)에 타이밍 벨트(31)가 연결되어 구동 모터(29)의 동력을 볼 스크류(27)로 전달하게 된다.

또한 상기 외부케이스(22)에 설치되어 주조 완료된 프로펠러(200)의 주조 제작 상태를 계측하는 레이저 변위 계측장치(32)를 더 구비한다.

도 5 는 본 발명에 따른 로봇 고정용 척조우 상세도를 나타낸 것으로, 기본적인 기능은 프로펠러(200) 그라인딩 작업 전 그라인딩장치(100)의 중심 기준부와 프로펠러(200)의 보스부(201) 중심부를 정렬시키고 가공 작업 중 그라인딩장치(100)의 이탈을 방지하기 위한 것이다.

그 구성을 살펴보면 보스부(201)에 설치되는 베이스프레임(41)과, 상기 베이스프레임(41) 하부에 설치되어 다양한 크기의 중, 대형 프로펠러의 보스부 내경 변화에 대응하기 위한 스크류샤프트(42)와, 상기 스크류샤프트(42) 축단에 연결된 베벨기어(43)로 구성된다.

상기 스크류 샤프트(42)는 3축의 스크류 샤프트(42)로 구성하는 것이 바람직하며 상기 스크류 샤프트(42)에 각각 베벨기어(43)가 연결된다.

이때 스크류 샤프트(42)를 동시에 구동하기 위해서는 중심 베벨기어(43)는 3개의 베벨기어(43)와 일체로 연결되어 있어 항상 센터링이 잡히도록 구동되며 이 스크류 샤프트(42)의 하부에 설치되는 가이드프레임(46)을 따라 척(44)이 연결된다.

도 6 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩용 가공 프로그램 생성단계도로서, 주조된 프로펠러(200)는 가공 전 실제 주조 상태를 측정하여 설계치에 준하는 가공량을 결정하는 과정을 거쳐 가공작업에 들어가게 되는데 일반적으로 0.3R 이상의 블레이드부(202)는 정확한 설계 디자인에서 계측 프로그램을 생성하기 용이하나 보스부(201)와 필렛부(203), 0.3R 이내의 블레이드부(202)는 정확한 설계기준이 없어 현장 맞춤에 많이 의존되고 있어 자동으로 계측하기 위한 프로그램을 생성시키기가 상당히 난해하다.

본 발명에서는 도 6의 1 단계와 같이 가상의 설계 모델을 일차 생성시키고 이 설계 모델에서 법선방향의 위치 벡터를 추출하여 그라인딩 로봇(10)의 계측 프로그램이 생성되도록 한 다음에 2 단계에서 계측작업을 수행하고, 3단계에서 계측 된 실제 프로펠러 표면의 위치 측정 데이터를 기준으로 실제 그라인딩장치(100)의 경로 프로그램을 생성토록 구성하였다.

도 7 은 본 발명에 따른 그라인딩 장치의 댐핑 방법을 설명하기위한 로드셀의 설치위치를 나타낸 상세도로 그라인딩부(20)의 내부 도면을 상세화 했으며, 볼스크류(27) 끝단을 너트블록(45)으로 고정하고 볼스크류를 따라 이동블록(24)이 움직이고 이동블록(24) 상단에 로드셀(28)을 설치하여 부하의 변화에 따라 그라인딩부(20)가 상,하 이동되는 구조로 되어있다.

도 8 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 시스템의 또 다른 응용 예로서

프로펠러 보스부에 로봇을 안착시키는 방법에 대신하여 겐트리 타입의 구조물에 그라인딩 로봇(10)을 설치함으로써 프로펠러에 접근성이 좋고 전체 작업영역을 그라인딩 할 수 있도록 한 것으로, 상/하, 좌/우, 회전이 되는 겐트리 타입의 구조물(90)에 그라인딩 로봇(10)을 거꾸로 달아서 프로펠러(200)의 전체 부위에 접근이 가능하도록 구성하고, 전동 대차(92)에 턴테이블(91)을 설치하고, 턴테이블(91) 위에 프로펠러(200)를 올려서 다른 날개 그라인딩시 용이하게 사용하도록 하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는, 기존 수작업에 의존하여 수행되던 프로펠러 그라인딩 작업을 다관절 그라인딩 로봇을 이용하여 자동화된 공정 제어 절차에 따라 그라인딩부를 통해 프로펠러의 계측 및 그라인딩 가공 작업을 자동으로 수행함으로써 프로펠러의 그라인딩 작업을 신속하게 수행할 수 있다.

또한 다관절 그라인딩 로봇을 이용하여 연삭가공하기 때문에 프로펠러의 그라인딩 작업 시간이 절감되며 고른 가공품질 제공될 뿐만 아니라 위해 작업환경 개선 등의 장점을 제공함으로써 프로펠러 제품 품질을 향상시키고, 제품 생산일정의 단축을 통한 생산 효율을 증대 시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 로봇을 이용한 계측 및 가공 작업을 수행함으로써 수동 작업시보다 고 절삭성을 가진 커터 및 그라인딩 지석을 적용할 수 있어 단위 시간당 가공 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 프로펠러에 설치되고 로봇컨트 롤러(50)에 의해 제어되어 소정의 그라인딩 위치로 이동되는 그라인딩 로봇(10)과,

   상기 그라인딩 로봇(10)이 프로펠러(200)의 보스부(201)에 센터링 되고 고정되도록 보스부(201) 상에 설치된 척조우(40)와,

   상기 그라인딩 로봇(10)의 일측단에 설치되고 그라인딩부 제어기(60)에 의해 제어되면서 프로펠러(200)의 그라인딩 및 절삭작업을 수행하는 것으로, 볼 스크류(27) 내부에 로드셀(28)을 설치하여 가공중의 절입 깊이에 따른 가공부하를 계측하여, 가공부하에 의해 그라인더가 고정되어 있는 이동블록(24)이 가이드레일(23)을 따라 상하로 이동하여 일정한 범위의 작업부하를 유지토록 구성되는 그라인딩부(20)와,

   상기 로봇 컨트롤러(50)와 그라인딩부 제어기(60)를 운용하고 자동으로 제어하여 그라인딩부(20)와 그라인딩 로봇(10)을 컨트롤 하는 통합제어반(70)과,

   상기 통합제어반(70)에 연결되어 그라인딩부(20)와 그라인딩로봇(10)의 가공궤적을 생성하는 O.L.P서버(80)로 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 그라인딩 장치
3. 제 2항에 있어서,

   상기 그라인딩 로봇(10)을 겐트리 타입의 구조물(90)에 설치하여 프로펠러(200)의 전체 부위에 접근이 가능하도록 구성하고, 전동 대차(92)에 턴테이블(91)을 설치하고, 상기 턴테이블(91)위에 프로펠러(200)를 안착시켜 프로펠러 날개를 그라인딩 하는 것을 특징으로 하는 로봇 그라인딩 장치.

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