KR100907761B1 - 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간가공된 부재의 형상을 계측하여 데이타베이스화하고, 목적 형상의 데이터와, 강재의 열변형 특성 정보에 대한 데이터등을 이용하여, 부재의 곡면형상을 자동 모델링하여 2개의 3차원 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로 최적 곡면을 정합/비교하여 목적형상과, 계측형상과의 형상차이를 계산하여 통합된 가공정보를 생성하여 가열작업을 실행하고, 가열 후 재계측을 수행하여 추가 가열정보를 계산함과 동시에 곡면 형상 가공 정도를 계산하여 완성 조건이 아닌 경우에는 추가 가공 필요 여부와, 부재 뒤집기(Turn Over) 여부를 결정한 후 뒤집기의 필요시 해당 뒤집기를 실시한 이후 상기 과정을 반복하며 완성조건에 부합되도록 강판에 추가의 가공을 행하며, 완성 조건과 부합할 때에는 강판의 여유 마진(Margin)의 절단량을 계산하여 강판에 마킹(Marking) 또는 절단을 수행한다.

본 발명에 의하면, 삼각가열 조건 생성, 경계 조건 부여, 곡면 형상 계측, 부재 놓임 방향 결정, 곡면 형상 가공 정밀도 판단, 부재 뒤집기 시점 결정등이 포함되고, 또한, 선상가열 정보의 생성시에도 곡면 강판의 가열 대상 면 정보만을 분리, 생성, 추출함에 따라 열간 가공 작업의 자동화를 실현하는 효과를 가진다.

외판 곡면 가공, 선상가열, 삼각가열, 마진 여유값

Description

선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법{FORMATION SYSTEM FOR CURVED PLATES IN SHIP AND METHOD THEROF}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선체 외판 곡면 가공 시스템을 나타내는 구성도이고,

도 2는 도 1의 시스템에 따라 작동하는 가공방법의 플로우챠트이고,

도 3은 가스 열원 및 고주파 열원의 선상가열시의 변형특성의 예을 나타내는 그래프이고,

도 4는 삼각가열 대상의 내종곡부재의 면내 변형률 분포를 나타내는 도면이고,

도 5는 내종곡 부재 놓임 형상의 나타내는 도면이고,

도 6은 선상가열 가공시 발생되는 변형의 형태를 나타내는 도면이고,

도 7은 열간 가공 시스템의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

120 : 계측 DB 140 : 설계 DB

160 : 열변형 정보 DB 180 : 저장장치

200 : 곡면 모델링 모듈 250 : 통합 가공정보 생성 모듈

300 : 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈

450 : 계측장치 500 : 열간가공 시스템

510 : 운영/제어 PC 520 : 제어장치

530 : 전원장치 540 : 냉각장치

550 : 갠츄리 시스템 560 : 다축 로봇

570 : 가열장치 580 : 곡면 추적장치

600 : 마진 절단량 표시 시스템 650 : 마진 절단 시스템

본 발명은 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선체 외판의 곡면 형상을 자동화 열간 가공 및 그 가공 완료 후 마진 부분의 절단을 자동화할 수 있는 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 외판, 특히 곡면 외판은 유체역학, 구조역학, 진동 등의 엔지니어링 기술을 바탕으로 설계된 3차원 곡면으로, 일정 두께의 철판을 가공하여 제작되며, 이러한 곡면 외판의 가공 정밀도는 선박 전체의 설계 성능을 좌우한다고 할 수 있다. 이러한 선박 외판의 3차원 형상 가공은 크게, 프레스(press)나 로울러(roller) 등을 이용하는 기계적인 1차 냉간 가공과 철판에 가스 토치 등으로 열을 가함에 의한 잔류 열탄소성 변형을 이용하는 2차 열간 가공의 두 단계의 가공방법이 사용되고 있으며, 기계적 1차 냉간 가공방법은, 제어의 편의성 때문에 한쪽 방향으로만 일정한 곡률을 가지는 완만하고 단순한 외판의 곡면 가공과 이중 곡면 외판의 1차 가공에서 주로 이용되고 있고, 열간 가공방법은 마무리 작업 및 이중 곡면 외판의 2차 가공, 용접변형 제거 등의 작업에 주로 이용되는 것으로, 10년 이상의 숙련자가 주로 하는 어려운 작업이다.

선박의 곡면 외판은 곡면의 가우스 곡률에 따라 크게 콘케이브형(concave: 내종곡형)(가우스 곡률 > 0), 새들형(saddle:외종곡형)(가우스 곡률 < 0), 실린더형(가우스 곡률 = 0)으로 나눌 수 있다. 콘케이브형은 다시 순수 콘케이브와 트위스트(비틀림)형으로 구분되며, 대부분의 조선업체에서는 이러한 곡면형상에 따라 열간 가공방법을 다르게 하여 작업자에 의한 수동가열을 통하여 최종 형상을 제작하고 있다.

이러한 종래의 열간 가공방법으로 크게 선상 가열(Line Heating)과 삼각 가열(Triangularity Heating)로 나누어진다. 선상 가열법은 선체 외판 가공에 적용시, 강판의 표면에 대해 가스를 주 열원으로 하여 직선 또는 임의의 곡선 형태로 가열하고 냉각하여 나감으로써 판에 굽힘을 발생시키는 방법인 반면, 삼각가열법, 일명 부분가열법은 강판의 가장자리를 국부적으로 가열하고 냉각하여 수축을 유발시키는 방법으로, 냉각을 시킴으로써 열이 다른 부위로 전달되는 것을 막아서, 국부적인 면내의 수축(Inplane Deformation)을 유도하는 방법이다. 가열 표면이 삼각형에 가까워 삼각 가열이라 불리워지는 것이다.

현재로서는 이상과 같은 곡면 외판의 열간 가공작업은 가스열원을 사용하여숙련된 고기량의 기술인력의 전적인 수작업에 의해 수행되는 바, 작업속도의 향상 및 정밀도의 향상에 한계가 있고, 더구나 작업자간의 기량의 차이나 작업방식이 상이하여 작업 표준화 및 기술 전수 역시 어려워서 저기량의 미숙련자의 경우, 더욱 어려움을 겪는 작업이기에, 열간 가공작업의 자동화가 절실히 필요하게 되어, 이를 해결하기 위한 여러 선행기술들이 개시 및 개발되었다.

열간 가공작업의 자동화를 수행하기 위해서는 우선 가열해야할 위치, 가열 방향, 세기(속도) 등의 열간 가공정보를 결정할 수 있는 가열정보 산출 시스템이 개발되어야 하는 바, 개시된 것 중에는 가스 열원(산소-프로판, 산소-에틸렌)에 대한 열간 가공정보를 산출하기 위하여, 3차원 열탄소성 수치해석을 활용하는 기술이 있으ㅍ나, 과다한 계산 시간을 필요로 하여 실제 활용은 미비한 실정이고, 또한, 직접적인 열탄소성 수치해석을 수행하지 않고 실험 데이터를 활용하여 가열 토치(touch)의 입열량과 굽힘 변형량의 관계식을 도출하여 적용하는 방법, 2~3차원 스트립 모델, 스프링으로 구속된 탄소성 원형 판 이론, 수정된 스트립 모델 등 간이 모델을 사용하여 시물레이션을 수행하여 가공정보를 산출하는 기술 등이 소개되고 있으나, 이러한 방법은 간이 모델이라는 한계와 과도한 계산 기간의 문제를 포함하고 있다.

이에 본 출원의 공동발명자(서울대 신종계) 등에 의하여 곡면 전개 및 굽힘 변형률과 면내 변형률 계산을 통하여 정확한 가공정보를 제공하는 방법 및 기술이 개발되어 선체 외판의 곡면가공방법 및 장치의 명칭으로, 한국특허 제10-0244582호(한국특허출원 제 10-1998-7332호)에 개시되어 있으나, 가공정보를 추론하는 과정이 복잡하고, 열변형의 역학적 거동을 완벽하게 고려하지 못하여 발생하는 다양 한 문제에 대한 조치 방법 등이 생략되어 있다.

뿐만 아니라 이상과 같이 개시된 모든 기술들은 굽힘을 목적으로 하는 선상가열작업에 국한된 가공정보 산출만을 목표로 하고 있으므로, 삼각 가열등이 수행되는 실제의 수가공 작업의 대체를 위한 자동화 장치의 개발에는 한계가 있었다.

한편, 열간 가공은 투입된 열에 의하여 수축-팽창 과정을 통하여 변형을 일으키게 되는데, 이러한 수축과 팽창은 특정한 방향성을 가지고 발생하는 물리/역학적인 특성이 있다. 이에 따라, 열간 가공과정에서 특정방향의 변형을 유발하거나 또는 억제시켜야만 설계된 목적 곡면의 제작이 가능하게 된다. 이는 열간 가공되는 과정에서 강판에의 열 투입 위치를 선정하고, 선정되는 위치마다 어느 정도의 열을 투입할 것인지 등에 대한 강제적인 경계 조건(Boundary) 등이 반드시 필요하다는 것을 의미한다. 그래서, 실제로 현재의 수작업 방식에서는 특정 방향의 변형에 대한 유발/억제의 구속을 위하여 도그(dog)라 불리우는 ㄱ자 형상의 걸쇠와 대변형용 나무 및 소변형용 금속 반목을 사용하여 적절한 위치에 구속 및 지지(supporting)를 부여하여 작업을 수행하고 있다.

하지만, 기존에 개시되어 알려진 여러 곡면 가공방법이나 장치는 이러한 핵심적인 요소는 배제되어 있으며, 오직 선상가열의 위치, 가열 조건 등에 대해서만 언급하고 있다.

더구나, 가공품의 품질 관리방법에 있어서도 현재의 수작업 방식에서는 냉간가공 및 열간 가공이 완료된 이후, 나무 및 금속 재질의 곡 형틀을 사용하여 설계 곡면과의 비교/검토를 통하여 성형품의 완성 여부에 대한 평가를 하고 있다. 그렇 지만, 이러한 평가 역시 작업자의 시각 등에 의존하고 있으며, 곡 형틀의 정밀도와 작업자의 판단이 최종 완성된 곡면의 품질 결정에 중요한 요인이 되고 있다.

이와는 별도로 본 출원의 공동발명자(서울대 신종계) 등에 의해서 자동화 장치를 위하여 가공형상을 계측하고, 그 계측 곡면의 목적 곡면과의 차이를 통하여 다음 가공정보를 계산해내는 방법으로 가공과정에서의 곡면 형상 평가를 시도하는 기술이 개발되었으나, 이 기술 역시 최종 완성된 형태의 곡면을 적절히 평가하여 더 이상의 추가적인 냉간 가공 및 열간 가공을 진행하지 않아도 되는 방법 및 단계에 대해서는 언급되어 있지 않는 문제점이 있다. 또한 이 특허에서는 생성되어 추출되는 선상가열정보는 셀(shell) 요소를 기반으로 계산되고 도시되는데, 변형률 분포를 도시할 때 그 분포가 강판의 상,하면 중 어디에 분포하는지를 알 수 없어서, 가열면과 그 반대면을 구분하기가 불가능하게 된다. 그 결과 가열면과 그 반대면의 가열정보가 동시에 제공되어, 작업 부재의 놓임 형상에 따라 작업자에 의해서 선택,판단해야 했다.

또한, 대부분의 조선소에서 이루어지는 선체 외판 가공의 수작업 절차는 성형될 최종형상에 따라, 즉 성형될 부재가 내종곡 부재인지, 외종곡 부재인지, 외종곡 부재도 비틀림이 적은지, 큰지, 이중으로 비틀리는지 등에 따라 여러 작업단계로 나누어지는데, 대체적으로 냉간 가공 이후, 횡곡(폭방향 곡률)을 성형하고, 뒤집기(Turn-over)를 하여 종곡(길이방향 곡률)을 성형한다. 이어 다시 뒤집기를 하여 종곡 성형시 틀어진 횡곡을 재성형하는 순서로 작업을 행한다. 물론 뒤집기 등의 시점은 앞서 설명한 나무 곡면 형틀을 사용하여 작업자의 판단에 의해서 이루어 지고 있으며, 숙련된 작업자에 따라서는 작업의 효율을 고려하여 오버히팅(Over Heating) 등의 방법으로 뒤집기 횟수를 최소화하고자 노력하고 있지만, 열간 가공 자동화를 위해서 이상과 같은 수작업 절차에 대한 연구도 진행되어야 함에도 불구하고, 아직까지 이에 대한 관련 연구성과 및 개발에 관한 내용은 전혀 알려진 바가 없다.

더구나, 선박의 곡형 외판을 제작함에 있어서, 마지막 단계로서 설계형상의 치수 대조를 통하여 강재 여유분을 절단하게 된다. 이와 같이 가공을 마친 강재에 여유분이 발생하는 대표적인 원인으로서, 가공시 불규칙적으로 수축변형이 발생하므로, 설계자는 이를 감안하여 마진(margin)을 부여하게 되는 것이다. 또한, 곡면을 평판으로 전개함에 있어서, 사용된 기술의 방법 및 알고리즘에 따라 다른 결과가 나타나게 되고, 더구나, 곡면의 평판으로의 전개 이론과 평판의 곡면으로의 가공과정의 이론과의 일치가 이루어지지 않게 된다면, 가공 전,후의 치수변화는 예측이 불가능하게 된다. 실제로, 각 조선소에서 설계자가 사용하는 전개 방식은 CAD 프로그램의 종류에 따라 다르며, 전개 개념 및 이론을 알고 있는 경우가 거의 없으므로, 이러한 전개 방법과 가공방식상의 차이에서 오는 변형 예측이 불가능하여 치수의 정밀도를 보장할 수 없게 된다. 따라서, 설계자와 가공 작업자로 하여금 적정한 여유 마진을 별도로 고려하도록 하여 가공품의 치수를 마지막 공정에서 여유마진 절단작업을 통하여 확보하도록 한 것이다. 상술한 특허에서도 최소의 변형만을 유발하여 곡면 가공이 가능한 곡면 최적 전개방안을 제안하고 있으나, 단순한 곡면 전개 방법에 관한 것일 뿐으로, 실제적인 선박 외판 가공시의 곡면 가공 방법에 대 한 논의는 배제되어 있으며, 실제 산업현장에서 부여되는 강재 여유 마진에 대한 처리단계는 다루고 있지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 여러 선행기술 등의 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 가공정보의 추론이 간단하고 열변형의 역학적 변형을 완벽히 고려하여 발생되는 다양한 문제를 적절히 조치할 수 있고, 또한 삼각가열등의 수행을 자동화할 수 있는 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적으로는, 열간 가공과정에서 강판에의 열투입 위치를 선정하고, 선정되는 위치마다 어느 정도의 열을 투입할 것인지에 대한 강제적인 경계조건을 반영하여 자동화할 수 있는 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 최종 완성된 형태의 곡면을 평가하여 추가적인 냉간가공과 열간 가공이 필요없이 자동화할 수 있는 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉간가공 이후 최종 성형 형상에 따른 작업절차 를 반영하여 자동화 할 수 있는 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

더구나, 본 발명의 또 다른 목적은 가공완료 후의 강재 여유 마진에 대한 처리를 고려하여 자동화할 수 있는 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 선체 외판 곡면 가공 방법에 있어서, 선체 곡형 외판의 냉간가공된 부재의 형상을 계측하여 데이타베이스화하는 단계와, 설계형상과, 계측형상과, 강재의 열변형 특성 정보에 대한 데이터등의 파일을 읽어들이는 단계와, 부재의 곡면형상을 자동으로 모델링하여 설계형상과 계측형상의 각각의 3차원 곡면을 생성하는 단계와, 생성된 2개의 곡면을 사용하여 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과, 계측형상과의 형상차이를 계산하고, 강재의 열변형 특성 정보에 근거하여 통합된 가공정보를 생성하는 단계와, 가열작업후 재계측을 수행하여 추가적인 가열정보를 계산함과 동시에 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)를 계산하여 완성 조건이 아닌 경우에는 가공 필요 여부 또는 부재 뒤집기(Turn Over) 여부를 결정하는 단계와, 설계형상과 계측형상과의 곡면 비교 결과를 수치화한 가공 정밀도(완성도)를 이용하여 부재의 뒤집기가 필요하다고 판단되면, 뒤집기 후, 상기 곡면 생성단계 ~ 통합된 가공정보 생성단계를 수행하는 단계와, 설계형상과 계측형상과의 곡면 비교 결과를 수치화한 가공 정밀도(완성도)를 이용하여 가공이 필요하다고 판단되면, 강판에 추가의 가공을 행하고, 상기 곡면 생성단계 ~ 통합된 가공정보 생성단계를 수행하는 단계와, 가공 정밀도 계산 결과, 완성 조건에 부합되면, 강판의 여유치를 계산하는 단계와, 여유 마진(Margin)의 절단량을 계산하는 단계와, 그 값을 마진 절단량 표시 시스템에 제공하여 강판에 마킹(Marking)을 하거나, 절단시스템을 통하여 절단을 수행하는 단계를 포함하는 선체 외판 곡면 가공 방법을 제공한다.

또한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체 외판 곡면 가공 시스템에 있어서, 데이터 베이스부와, 소프트웨어부와, 하드웨어부로 나누어지며, 상기 데이터 베이스부는 하드웨어부의 계측장치의 계측정보에 의해 강판의 내부면 정보와 외부 모서리 정보로 구별되어 하나의 파일로 데이터 베이스화된 계측 DB와, 설계하고자 하는 데이터를 CAD 프로그램으로 부터 추출하여 저장되는 설계 DB와, 강재의 열변형특성을 데이터 베이스화한 열변형 정보 DB를 포함하고, 상기 소프트웨어부는 설계 DB의 설계 데이터와 계측 DB의 계측 데이터를 3차원 CAD 곡면 형상으로 모델링하여 곡면을 생성하는 곡면 모델링 모듈과, 설계 곡면과 계측 곡면을 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과 계측형상의 형상차이를 계산하고, 열변형 정보 DB에 근거하여 가공정보를 생성하는 통합 가공정보 생성모듈과, 통합 가공정보 생성모듈로부터 생성된 통합 가공정보를 제공받아 자동화를 위해 가공정보를 재구성하여 프로그램화하여 재구성된 가공정보를 하드웨어부에 제공하는 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈로 이루어지며, 상기 하드웨어부는 초기 투입된 형상 및 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈로부터 적합하게 재구성된 가공 중간의 재구성정보를 제공받아 가공 중간의 형상을 계측하는 계측장치와, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈로부터 재구성된 정보를 제공받아 열간가공을 자동으로 실행하는 열간 가공 자동화 NC 시스템과, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈로부터 강재의 여유 마진값을 제공받아 마킹이 행해지는 마진 절단량 표시 시스템 및 마킹에 따라 절단을 행하는 마진 절단 시스템으로 이루어지는 선체 외판 곡면 가공 시스템을 제공한다.

. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선체 외판 곡면 가공 시스템의 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선체 외판 곡면 가공 시스템은 크게 데이터 베이스부(100)와, 소프트웨어부(400)와, 하드웨어부(800)로 나누어진다.

데이터 베이스부(100)는 하드웨어부(800)의 계측장치(450)의 계측정보에 의해 강판의 내부면 정보와 외부 모서리 정보로 구별되어 하나의 파일로 데이터 베이스화된 계측 DB(120)와, 설계하고자 하는 데이터를 CAD 프로그램으로 부터 추출하여 저장되는 설계 DB(140)와, 강재의 열변형 특성을 데이터 베이스화한 열변형 정보 DB(160)를 포함한다.

소프트웨어부(400)는 설계 DB(140)의 설계 데이터와 계측 DB(120)의 계측 데이터를 3차원 CAD 곡면 형상으로 모델링하여 곡면을 생성하는 곡면 모델링 모듈(200)과, 설계 곡면과 계측 곡면을 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과 계측형상의 형상차이를 계산하고, 열변형 정보 DB(160)에 근거하여 통합 가공정보를 생성하는 통합 가공정보 생성모듈(250)과, 통합 가공정보 생성모듈(250)로부터 생성된 통합 가공정보를 제공받아 자동화 장치의 구동을 위해 가공정보를 재구성하여 자동화 장치 구동 파일을 하드웨어부(800)에 제공하는 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로 이루어진다.

하드웨어부(800)는 초기 투입된 형상 및 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로부터 적합하게 재구성된 가공 중간의 재구성정보를 제공받아 가공 중간의 형상을 계측하는 계측장치(450)와, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로부터 재구성된 정보를 제공받아 열간가공을 자동으로 실행하는 열간 가공 자동화 NC 시스템(500)과, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로부터 강재의 여유 마진값을 제공받아 마킹이 행해지는 마진 절단량 표시 시스템(600) 및 마킹에 따라 절단을 행하는 마진 절단 시스템(650)으로 이루어진다.

한편, 데이터베이스부(100)에는 상술한 본 발명의 선체 외판 곡면 가공 시스템의 모든 데이터를 임시 저장하는 저장장치(180)를 더 포함하며, 도 1에서 미 설명부호 (750)은 인터페이스를 나타내고, (920)(940)은 입/출력 장치를 나타낸다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선체 외판 곡면 가공 시스템의 곡면 가공 방법에 대한 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 선체 곡형 외판의 냉간가공된 부재의 형상을 계측장치(450)로 계측하여 계측 DB(120)에 데이타베이스화하는 단계(S100)와, 설계 DB(140)에 저장된 설계 형상과, 계측 DB(120)에 저장된 계측형상과, 열변형 정보 DB(160)로부터 강재의 열변형 특성 정보에 대한 데이터등의 파일을 읽어들이는 단계(S200)와, 곡면 모델링 모듈(200)에 의해 부재의 곡면형상을 자동으로 모델링하여 설계형상과 계측형상의 각각의 3차원 곡면을 생성하는 단계(S300)와, 생성된 2개의 곡면을 사용하여 통합 가공정보 생성 모듈(250)에 의해 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과, 계측형상과의 형상차이를 계산하고, 강재의 열변형 특성 정보에 근거하여 통합된 가열정보가 계산되어 제공된다(S400). 이러한 통합 가공정보 생성 모듈(250)에서는 설계 곡면과 계측 곡면을 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과 계측형상의 형상차이와 열변형 정보 DB에 근거하여, 선상가열, 삼각가열등 가열변수를 생성하고, 부재의 경계조건을 생성하고, 곡면형상의 가공정밀도를 판단하며, 부재 놓임 판단 및 가열면 결정방법 등의 프로세스가 포함된다.

추출되어진 통합 가공정보는 실제로 열간가공을 실행할 열간가공 자동화 NC 시스템(500)을 제어하는 제어장치(520)(도 7)와 호환 가능하도록 재구성이 필요하 므로, 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)을 이용하여 재구성한다. 이러한 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)은 작업자가 수동으로 가공정보를 입력, 편집, 삭제할 수 있는 기능이 추가적으로 제공되는 것이 바람직하다.

한편, 통합 가공정보 생성 모듈(250)에서는 도그(dog)등의 구속장치 및 반목등의 지지장치를 사용하여 부재 경계조건 등을 설정한 후 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)에 제공함으로서, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)에서 재구성되어 전달된 가공정보를 이용하여 열가공 자동화 NC 시스템(500)를 통해 자동화 가열을 수행한다. 이때, 작업 대상 곡면 부재와의 매끄러운 접촉을 위한 접촉식 곡면 추적장치(580)(도 7) 및 최적 위치제어 좌표, 예를 들어 도그 등의 구속장치, 지지 장치등과 같이 주변에 설치된 여러 장애물을 계측 데이터에서 인식하여 충돌을 방지할 수 있도록 가공정보를 재구성하는 방법을 적용하였다.

이어서, 가열이 종료된 후 재계측을 수행하여 추가적인 가열정보를 계산함과 동시에 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)를 계산하여 완성 조건이 아닌 경우에는 가공이 필요한 지와, 부재 뒤집기(Turn Over) 여부등을 결정한다.(S500)

만약, 설계형상과 계측형상과의 곡면 비교 결과를 수치화한 가공 정밀도(완성도)를 이용하여 부재의 뒤집기가 필요하다고 판단되면, 뒤집기를 수행하고(S600), 반복적인 가열과 계측, 가공 완성도 계산 등을 수행한 후, 완성 조건을 만족할 때까지 부재의 곡면형상 자동 모델링 단계(S300)와 형상 차이 계산 단계(S400)를 수행한다.

한편, 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)의 계산 결과, 완성 조건에 부합되지 않아 강판에 가공이 더 필요하다면, 목적형상의 계측형상으로의 전개 및 변형률 분 포를 계산하여(S710), 선상가열 또는 삼각가열을 행할 것인지를 판단하고자 가열선의 위치 결정 및 가열정보를 계산하고(S720), 경계조건, 가열 면방향 등의 열간가공 조건을 추출하여(S730), 가공정보 재구성 및 가공정보 모듈(300)에서 가공정보를 재구성하고, 열간가공 자동화 NC 시스템(500)의 구동 파일을 생성하고(S740), 한편으로는 부재의 경계 조건을 설정한다.(S750)

이어서, 설정된 경계조건을 감안하면서, 생성된 구동파일에 따라 고주파 열원 또는 가스 열원에서의 가공 자동화를 실행하고(S760), 가공형상을 계속해서 자동으로 계측하면서(S770), 강판에 더 이상의 가공이 필요 없을 때 까지 단계(S300) ~ 단계(S500)를 반복해서 실행한다.(S700)

이러한 과정을 거친 후, 열간가공이 완성조건에 부합되는 강판은 그 여유치를 계산하고(S800), 여유 마진(Margin)의 절단량을 계산하여(S900), 그 값을 마진 절단량 표시 시스템(600)에 제공하여 강판에 마킹(Marking)을 하거나, 절단 시스템(650)을 통하여 절단을 수행한다(S1000). 이어서, 강재 여유치의 데이터를 저장하고 데이터베이스화하고자, 저장장치(180)에 저장하고 작업을 완료한다(S1100).

이상에 설명한 바와 같은 각각의 단계, 모듈 및 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

(1) 계측 DB 및 계측 데이터베이스화 단계

계측장치(450)를 통하여 초기 투입된 형상 및 가공 중간의 형상은 X, Y, Z의 점(point) 정보로 계측이 이루어지며, 강판의 내부면 정보와 외부 모서리 정보로 구별되어 하나의 파일로 계측 DB(120)에 데이터베이스화되며, 선박 번호, 블록 번 호, 강판 번호등으로 데이터베이스 인덱스(DataBase Index)를 구성하여 분류한다. 이때, 계측은 데이터의 정밀도 향상을 위하여 1차, 2차, 3차, 등 여러 단계로 나누어 정밀도가 다른 계측 도구를 사용할 수 있음은 물론이다.

(2) 설계 DB

설계 DB(140)는 CAD 프로그램에서 추출되어 저장되어지며, 그 형태는 규칙화된 점(Point) 정보, IGS 파일 등의 표준 CAD 파일 포맷 등으로 구성되어 지며, 선박번호, 블록번호, 강판번호 등으로 데이터 베이스 인덱스를 구성하여 분류, 저장된다.

(3) 열변형 정보 DB

도 3은 열원으로서의 산소-프로판 가스와 고주파 유도가열의 경우의 선상가열시 강재 열변형 특성 데이터베이스를 그래프화한 것이다.

강판은 가열위치, 투입되는 열량 및 형태에 따라 그 열변형 특성을 달리함에 따라, 강판의 가열위치, 속도, 입열량 등을 주요 가공변수로 채택하고 있는 본 발명에서 열변형 정보 DB(160)는 통합 가공정보를 자동으로 산출하기 위한 것으로, 열간가공 공정의 주 열원으로 사용하는 가스(산소-프로판) 열원과 본 발명 시스템에서 적용하는 고주파 유도가열 열원에 대한 강재의 열변형 특성을 데이터베이스화한 것으로, 그 데이타를 통합 가공정보 생성 모듈(250)에 제공한다.

이러한 과정은 실험식과 수치해석적 방법을 사용하여 도출이 가능한 것으로, 예를 들어 선상가열의 경우 굽힘을 주목적으로 하는 입열량-각변형을 데이터베이스화하고, 삼각가열의 경우에는 수축을 주목적으로 하는 입열량-수축변형을 데이터베 이스화함으로서 도출된다. 또한, 수치해석적 방법은, 널리 알려진 유한요소해석(Finite element Analysis)의 열-탄소성 해석을 수행하였으며, 실험결과와 아주 일치하는 경계조건을 사용하였다.

(4) 곡면 모델링 모듈

곡면 모델링 모듈(200)은 설계 DB(140)의 설계데이타와 계측 DB(120)의 계측데이터를 3차원 CAD 곡면형상으로 모델링하여 가공정보를 생성한다. 이를 위하여, 설계 및 계측 데이터는 여러가지 곡면 생성 모델(Surface patch model)을 사용하여 모델링하는 것이 가능하므로, 본 실시예에서는 비균일 유리 비 스플라인(NURBS : Non-Uniform Rarional B-Spline) 곡면 생성 모델과 사각 쿤스(Rectangular Coons) 곡면 생성 모델을 사용하였다. 생성된 곡면정보는 임시 메모리의 저장장치(180)를 통하여 통합 가공정보 생성 모듈(250)로 전달되어 저장된다.

(5) 통합 가공정보 생성 모듈

통합 가공정보 생성 모듈(250)은 설계형상과 계측형상간의 오차를 계산하고, 최적화 기법의 곡면 비교 방법을 적용하여 열간가공 자동화를 위한 가공정보, 즉 선상가열, 삼각가열 등의 가열변수 생성, 부재 놓임 및 가열면 결정, 곡면 형상 가공정밀도(완성도) 판단, 부재 경계조건(구속조건) 생성 등의 가공정보를 산출한다.

① 선상가열, 삼각가열 등 가열변수 생성

열간가공을 위한 가열변수로서는 가열(선) 위치, 가열속도, 입열량 등이 있다. 먼저, 선상가열부재와 삼각가열부재를 구분하기 위하여 설계형상 곡면의 가우스 곡률 특성을 파악하여 선상가열 작업과 삼각가열 작업을 구분하고, 가우스 곡률 에 따라 콘케이브형(concave: 내종곡형)(가우스 곡률 > 0), 새들형(saddle:외종곡형)(가우스 곡률 < 0), 실린더형(가우스 곡률 = 0)으로 나눌 수 있으므로, 내종곡형은 삼각가열 위주로 성형하고, 이외의 형태는 선상가열 위치로 열성형한다. 선상가열(선) 위치의 결정방법은 공동 발명자(신종계)의 선행특허 10-0440492호(출원번호 10-2002-14350호)에 의한 곡면을 평면으로 전개시키는 방법에서 계산되는 면내변형률과 굽힘변형율을 응용, 보완하여 사용하였다.

본 발명에 있어서, 설계곡면상에서 정의되어진 절점(node)이 최소 변형률 에너지를 가지도록 평면으로 최적 전개되어질 때, 해당 절점의 x,y,z 변위를 하기 식에 개시된 판의 변형이론이 적용되는 그린-라그랑지(Green-Lagrange) 변형률 텐서를 이용하여 면내변형률과 굽힘변형율을 계산하고, 가열(선) 위치 및 방향 등을 결정하였다.

(여기서,

는 변형률,

,

,

는 각각 x,y,z 방향 변위를 의미함)

본 발명에 있어서, 설계 곡면 형상을 평면 형상으로의 전개 뿐만 아니라, 계측, 모델링 되어진 임의의 3차원 곡면 형상으로 최적 전개시키는 개념으로 절점의 변위를 계산하였으며, 이를 그린-라그랑지 변형률 텐서를 이용하여 가열(선) 위치, 방향 등을 결정한다. 더욱이, 본 발명에 따라 최소 변형률 에너지를 가지도록 전개 된 평면은 최소의 가공만으로 원하는 형상을 만들수 있는 가공정보가 존재할 수 있다는 추정이 가능해 진다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 제안을 현실화하여 가공정보 생성시에 최소 가공을 통하여 목적 형상의 제작이 가능하도록 상술한 기존특허(10-0244582호 및 10-0440492호)들의 알고리즘을 개선하여 최소가공을 위한 가열변수를 결정하였다.

한편, 상술한 기존특허(10-0244582호 및 10-0440492호)들은 시스템 상에서 대부분 설계(목적)형상을 평면으로 전개한 형상을 초기형상으로 하고 있으므로, 관련된 여러 곡면의 좌표(coordinate)는 가상공간 시스템의 좌표일 뿐이다. 그렇지만, 실제 자동화 가공을 고려한다면, 소프트웨어의 좌표와 실제 가공 대상물의 좌표 정합 및 곡면 위치정합을 행해야만 좌표가 일치된 정확한 가공정보를 제공할 수 있지만, 상술한 기존 특허들은 이러한 단계가 모두 제외되어 있기 때문에, 본 발명에서는 설계형상과 계측되는 초기형상간의 최적 곡면정합, 비교를 통하여 최적 좌표 및 곡면정합을 수행한 후에, 전개, 변형률 계산, 가열선 결정 단계를 수행하도록 하였다.

또한, 도 4와 같이 면내 수축을 통한 변형특성을 활용하여 가공하는 삼각가열 대상 부재의 경우에는 계산된 면내 변형률 분포가 굽힘에 의한 가공으로 면내 변형률 분포가 거의 없는 선상가열 대상 부재의 그것과 확연히 구분된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 삼각가열 대상 부재의 변형률 분포와 실제 가공시 발생되는 변형 형상과의 비교 연구, 수치 해석등을 DB화 하였으며, 자동화 방법에 적합한 삼각가열 위치와 가열 세기, 속도 등의 가열정보를 추출할 수 있도록 하였다.

② 부재 놓임 및 가열면 결정

열가공되어야 할 부재는 부재형상에 따라 표 1에 도시된 바와 같이 최초 혹은 중간 가공단계에서 부재 놓임 형상이 있으며, 이를 고려하여 열가공을 시행할 가열면이 결정되어야 한다.

상술한 기존 특허들에서는 판을 전개하는 과정에서 계산되는 변형률 분포를 활용하여 가열선을 생성하게 되는데, 이때, 가열면의 구분없이 상하(上下)면 가열선이 동시에 계산 되어지게 된다. 따라서, 현재 가열하고자 놓여 있는 부재의 방향을 인식하고, 생성된 가열선중에서 현재 가열하고자 하는 면에 해당하는 가열선을 분리, 추출하는 것이 필요하게 된다. 이에 본 발명에서는 계측형상 모델링 정보에서 노말 벡터(normal Vector) 방향을 인지하고, 설계형상의 부재 형상을 판단하여 놓임 형상을 자동으로 판단함으로서 표 1의 분류에 따라 작업부재의 놓임 형상을 판단하여 가열면을 지시해 줄 수 있도록 하였다. 예를 들어, 오퍼레이터(operator)가 내종곡 부재를 도 5a에 도시된 바와 같은 놓임 형상으로 초기 입력한다면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 선체 외판 곡면 가공 시스템은 계측과정을 거친 후, 부재 놓임 형상에 대하여 도 5b에 도시된 바와 같이 뒤집기할 것을 명령할 것이며, 도 5b에 있어서, 윗면을 열가공해야 할 가열면이라 결정할 것이다. 이러한 과정을 거친 후, 노말 벡터 방향의 굽힘변형률 분포를 활용하여 구분없이 계산된 가열선 정보중에서 현재 가열면에 적합한 정보만을 자동으로 추출하게 된다.

③ 곡면 형상 가공 정밀도(완성도) 판단

계측장치를 통하여 계측된 부재는 매번 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)를 판단하여 작업의 지속 여부 및 종료를 결정해야 하므로, 본 발명에서는 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)를 크게 2가지로 구분하여 평가하도록 하였다.

첫째, 부재 놓임 및 가열면에 따른 부재의 뒤집기를 판단하기 위한 평가로서, 표 1을 통하여 부재에 따라 작업 프로세스 및 뒤집기 시점을 달리할 경우, 각 형상의 작업 특징은 종곡방향의 곡률과 횡곡방향의 곡률 분포에서 찾아볼 수 있다. 따라서, 설계형상과 계측형상간의 종곡 또는 횡곡방향의 곡률 차이를 주 타켓으로 평가할 경우, 해당 부재의 뒤집기 시점을 쉽게 판단할 수 있다. 이는 앞서 설명한 전개가능한 곡면과 전개 불가능한 곡면의 전개 특성을 응용하면 가능하다.

둘째, 부재의 가공 완성 여부를 판단해야 하므로, 우선 최적 곡면비교 알고리즘을 개발, 적용하여 1차로 최적 정합된 설계-계측형상을 도출하고, 이때 설계-계측 형상의 좌표는 최적으로 일치되어 있다. 각 곡면상의 절점은 최적 대응관계가 이미 성립되어 있으므로, 이들 대응점간의 거리를 계산하여 곡면 완성 여부를 평가하면 된다. 이때의 허용오차는 해당 부재의 성능 구현 및 후 공정의 품질에 이상이 없을 정도로 설정하여, 정량적인 기준은 시스템에 설정할 수 있다. 참고적으로, 현장에서 가공 완료 부재를 계측하고, 설계 형상과 상기 단계를 수행하고 데이터를 통계적으로 분석하여 허용 오차를 설정할 수도 있다.

부가적으로 최적 곡면 비교 방법 및 알고리즘에서는 설계 형상과 계측 형상과의 외곽 치수비교를 통하여 강재 여유값을 계산할 수 있는데, 임의의 간격으로 부재 외곽 절단 경계를 x,y,z값으로 산출할 수 있다,

④ 부재 경계조건(구속조건) 생성

작업의 효율성과 특정방향의 변형유발 및 억제를 하기 위해서는 적합한 경계조건 부여가 필수적이므로, 즉, 횡곡을 성형하기 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이 가열을 할 경우 종곡방향으로도 원하지 않는 변형이 발생하게 되므로, 가열을 통하여 횡방향의 단순 각변형(Angular distortion)을 유발시키고자 할 경우 종방향의 변형은 적절한 구속을 통하여 제어해 주어야 한다.

이에 따라 본 발명에서는 상기와 같은 역학 이론과 전개시에 계산된 주 변형률 분포를 통하여 열 가공시에 불필요한 변형을 억제하기 위한 도그(dog) 및 반목 지지를 할 수 있도록 경계조건 부여위치 등을 지시할 수 있게 된다.

(6) 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈

가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)은 통합 가공정보 생성 모듈(250)에서 생성된 정보를 열간가공 자동화 NC 시스템(500) 및 작업자에게 가공정보를 제공한다.

선상가열 및 삼각가열은 가열특성의 차이로 인하여 가열 정보의 구성 및 내용이 다르므로, 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)은 적합하게 가공정보를 재구성하여 열간가공 자동화 NC 시스템(500)를 구동할 수 있도록 프로그램화되어 있다. 또한, 가공되어야 할 대상 물체가 초기의 임의 형상 곡형을 가지고 있으므로, 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)은 열간가공 자동화 NC 시스템(500), 특히 가열장치(570)가 가열 대상부재와 충돌 및 기타 오작동에 의하여 파손되지 않도록 하는 제어 정보를 생성하며, 특히 경계조건(구속조건)을 부여하기 위한 구속장치 및 지지장치와의 충돌 회피 등을 위한 경로를 생성한다.

한편, 본 발명에 있어서, 각종 가공정보는 PC의 메모리, 데이터베이스 및 파일형태로 저장되고, 전달되며, 또한 경계조건 부여등 작업자(오퍼레이터)가 필요에 따라 가공정보를 확인하거나 출력물을 통하여 확인하고자 할 경우, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)은 해당 작업부재의 각종 정보, 예를 들어 3차원 설계/계측 모델링 형상, 가열선의 배치, 가열속도, 경계조건 위치, 곡면 완성도 계산 수치 등을 출력해 주거나, 시각적인 디스플레이 장치를 통하여 가공정보를 작업 상황에 맞게 수동으로 편집할 수 있는 소프트웨어가 시스템에 포함되어 있다.

(7) 열가공 자동화 NC 시스템

본 발명의 열가공 자동화 NC 시스템(500)은 제공되는 가공정보를 활용하여 놓인 부재의 정확한 가열위치에 가열이 행해질 수 있도록 한 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 가열정보 생성 소프트웨어 등이 탑재된 운영/제어 PC(510)와, 전원장치(530)와, 냉각장치(540)와, 갠츄리 시스템(550)과, 이 모두를 제어하는 제어장치(520)로 구성된다. 갠츄리 시스템(550)은 다축로봇(560))과, 가열장치(570)와, 접촉식 곡면 추적장치(580)와, 본 발명의 하드웨어부(700)의 마진 절단량 표시장치(600)의 마킹 장치와, 마진 절단 시스템(650)의 절단장치, 계측장치(450) 등을 탑재하여 x,y,z, 방향으로 이동가능하다. 냉각장치(540)는 갠츄리 시스템(550)의 가열장치(570)와 통신된다. 각 장치간의 정보전달은 장치간 규약된 작업 명령어 기반의 네트워크 통신을 통하여 데이터를 처리한다.

한편, 잘 알려진 바와 같이, 가스등의 열원을 이용한 열 가공시, 열원과 가열면과의 높이를 제대로 유지하는 가에 따라 가열효율등에 심각한 영향을 미치므로, 이에 본 발명의 열가공 자동화 NC 시스템(500)에서의 접촉식 곡면 추적장치(580)는 가열 대상 부재가 곡형임을 감안할 때 반드시 필요한 장치이며, 제어장치(520)를 통하여 1차로 위치제어를 행한 후 곡면 추적장치(580)를 통하여 곡면상의 가열부위에 가열장치가 일정한 높이를 유지하도록 제어한다. 비록 기술적인 난이도가 높고, 고비용이 소요되긴 하지만, 비접촉식으로 곡면 추적장치를 구성할 수 있음은 물론이다. 가열 장치의 열원은 가스열원과 고주파 유도가열 열원, 레이저 등을 사용할 수 있다.

이상과 같은 해당부재의 열가공 마무리는 곡면 완성도(가공도) 평가 단계에서 가공 완료의 기준으로 판단된다.

(8) 마진 절단량 표시 시스템

상기의 과정을 거친 곡면 부재는 치수 정밀도의 제어를 위하여 여유 마진값을 절단해야 하는 바, 이러한 강재의 여유 마진값은 곡면 완성도(가동도) 평가 단계의 최적 곡면비교 결과로 생성되며, 생성된 정보는 x,y,z,의 3차원 좌표값의 집합이며, 해당 정보는 가공정보 재구성및 정보전달 모듈(300)의 제어 프로그램을 통하여 열간가공 자동화 NC 시스템(500) 및 그 구성요소인 갠츄리 시스템(550)의 다축로봇(560)에 설치된 마진 절단량 표시 시스템(600)(일명 마킹 장치)에 전달되어 마킹이 이루어진다. 이러한 마킹 장치는 일반적인 마킹 토치 및 레이저 마킹 토치등의 장치로 구성할 수 있다.

(9) 마진 절단 NC 시스템

마진 절단량 표시 시스템(600)과는 별도로 마진 절단 시스템(650)을 구비할 수 있다. 즉, 상기 마진 절단량 표시 시스템(600)의 마킹장치 대신에 다축 로봇(560)에 절단장치를 추가로 장착함으로서, 곡면 완성도(가공도) 평가 단계에서 강재 여유 마진 절단값을 근거로한 절단정보가 제공됨에 따라, 절단 오차등을 감안하여 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)의 제어 프로그램을 통하여 절단 시스템에 바로 전달될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 방법은 곡면 모델링 모듈(200)에 의해 선체 외판 곡면 수치, 즉 형상을 모델링하고, 통합 가공정보 생성 모듈(250)은 가열 위치, 입열량, 가열속도 등의 열간가공을 위한 가열변수를 산출하여, 부재의 형상을 판단하고, 부재 놓임이나 가열면을 결정하고, 선상가열 정보 및 삼각가열 정보를 산출하는 열간가공을 위한 가열변수를 산출하며, 구속 위치 및 지지(support) 위치와 같은 열간가공을 위한 경계(구속) 조건을 생성하고, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)은 제공된 가공조건을 수행하는 NC 구동파일 및 가열장치(570)와 곡면부재와의 거리를 유지하고 장애물에 대한 회피 경로를 생성하며, 열간가공 자동화 NC 시스템(500)에서의 갠츄리(Gantry) 시스템(550)은 제어장치(560)과, 접촉식 곡면 추적장치(580)와 열원에 따른 가열장치(570)와, 계측장치(450)에 의해 부재의 형상을 계측하고, 통합 가공정보 생성모듈(250)에 의해 가공오차를 정밀 계산하고 재작업을 판단하며, 부재의 뒤집기(Turn Over)를 판단하고, 마진(Margin)부분의 절단량을 계산하여 곡면 형상의 가공 정밀도를 향상하고, 마진 절단량 표시 시스템(600)과 마진 절단 시스템(650)에 의해 마진 절단량을 표시하고 표시된 마진을 절단하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선체 외판 곡면가공 시스템 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 선체 외판 곡면가공 시스템 및 방법은, 기존에 알려진 기술에 비해서 가공 중간단계의 형상을 계측하여 활용하고, 객체 지향 개념을 바탕으로 가공공정에 대한 제품 모델 및 제품 데이터 베이스를 구축하고, 수치해석 이론에 기초한 가열선 위치 정보를 계산하고, 선상가열(굽힘목적) 작업정보 계산 및 그 작업을 수행한다는 점에서 유사하다 할 수 있으나, 냉간가공을 실시한 임의 형상의 계측 데이타를 초기 시작형상으로 하고, 정밀한 계측방법과 그 데이터를 활용하여 형상의 모델링을 자동화하고, 고주파 유도 가열 열원의 사용가 그 가열 작업시 변형특성 관계식(실험 및 수치해석)을 개발하여 적용하였고, 삼각(수축목적)가열 정보 계산 및 열가공을 수행하고, 가공정보의 실제 계측좌표로의 자동변환을 통한 자동화 가열장치의 구동정보를 자동 산출하고, 가공 완성도 평가 알고리즘을 통한 가공품 완성도 평가 및 뒤집기 여부를 결정하고, 가공후 강재 여유마진을 계산한 후 절단정보를 제공할 뿐만 아니라, 외부 구속에 대한 처리 방법을 제공하는 효과를 가진다.

Claims (14)

1. 선체 외판 곡면 가공 방법에 있어서,

   선체 곡형 외판의 냉간가공된 부재의 형상을 계측하여 데이타베이스화하는 단계(S100)와,

   설계 형상과, 계측형상과, 강재의 열변형 특성 정보에 대한 데이터등의 파일을 읽어들이는 단계(S200)와,

   부재의 곡면형상을 자동으로 모델링하여 설계형상과 계측형상의 각각의 3차원 곡면을 생성하는 단계(S300)와,

   생성된 2개의 곡면을 사용하여 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과, 계측형상과의 형상차이를 계산하고, 강재의 열변형 특성 정보에 근거하여 통합된 가공정보를 생성하는 단계(S400)와,

   가열작업후 재계측을 수행하여 추가적인 가열정보를 계산함과 동시에 곡면 형상 가공 정밀도(완성도)를 계산하여 완성 조건이 아닌 경우에는 가공 필요 여부 또는 부재 뒤집기(Turn Over) 여부를 결정하는 단계(S500)와,

   설계형상과 계측형상과의 곡면 비교 결과를 수치화한 가공 정밀도(완성도)를 이용하여 부재의 뒤집기가 필요하다고 판단되면, 뒤집기 후, 단계(S300) ~ 단계(S500)를 수행하는 단계(S600)와,

   설계형상과 계측형상과의 곡면 비교 결과를 수치화한 가공 정밀도(완성도)를 이용하여 가공이 필요하다고 판단되면, 강판에 추가의 가공을 행하고, 단계(S300) ~ 단계(S500)를 수행하는 단계(S700)와,

   가공 정밀도 계산 결과, 완성 조건에 부합되면, 강판의 여유치를 계산하는 단계(S800)와,

   여유 마진(Margin)의 절단량을 계산하는 단계(S900)와,

   그 값을 마진 절단량 표시 시스템(600)에 제공하여 강판에 마킹(Marking)을 하거나, 절단 시스템(650)을 통하여 절단을 수행하는 단계(S1000)를 포함하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통합 가공정보는 선상가열, 삼각가열등 가열변수를 생성하고, 부재의 경계조건을 생성하고, 곡면형상의 가공정밀도를 판단하며, 부재 놓임 판단 및 가열면 결정방법의 프로세스가 포함되는 통합 가공정보 모듈에서 생성되는 것을 특징으로 하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 통합 가공정보는 열간가공을 실행할 열간가공 자동화 NC 시스템(500)을 제어하는 제어장치(520)와 호환 가능하도록 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)을 이용하여 재구성되는 것을 특징으로 하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 통합 가공정보 생성 모듈(250)에서는 구속장치 및 지지장치를 사용하여 부재 경계조건을 설정한 후 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)에 제공함으로서, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)에서 재구성되어 전달된 가공정보를 이용하여 열가공 자동화 NC 시스템(500)를 통해 자동화 가열을 수행하는 것을 특징으로 하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 가공정보의 재구성은 작업 대상 곡면 부재와의 매끄러운 접촉을 위한 접촉식 곡면 추적장치(580) 및 주변의 장치를 계측 데이터에서 인식하여 충돌을 방지할 수 있도록 가공정보를 재구성하는 것을 특징으로 하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 가공 단계(S700)는

   목적형상의 계측형상으로의 전개 및 변형률 분포를 계산하는 단계(S710)와,

   선상가열 또는 삼각가열을 행할 것인지를 판단하고자 가열선의 위치 결정 및 가열정보를 계산하는 단계(S720)와,

   경계조건, 가열 면방향 등의 열간가공 조건을 추출하는 단계(S730)와,

   가공정보 재구성 및 가공정보 모듈(300)에서 가공정보를 재구성하고, 열간가공 자동화 NC 시스템(500)의 구동 파일을 생성하는 단계(S740)와,

   부재의 경계 조건을 설정하는 단계(S750)와,

   설정된 경계조건을 감안하면서, 생성된 구동파일에 따라 고주파 열원 또는 가스 열원에서의 가공 자동화를 실행하는 단계(S760)와,

   가공형상을 계속해서 자동으로 계측하는 단계(S770)를 포함하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 절단 수행 단계(S1000) 후, 강재 여유치의 데이터를 저장하고 데이터베이스화하고자, 저장장치(180)에 저장하고 작업을 완료하는 것을 특징으로 하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)에는 작업자가 수동으로 가공정보를 입력, 편집, 삭제할 수 있는 기능이 추가적으로 제공되는 것을 특징으로 하는

   선체 외판 곡면 가공 방법.
9. 선체 외판 곡면 가공 시스템에 있어서,

   데이터 베이스부(100)와, 소프트웨어부(400)와, 하드웨어부(800)로 나누어지며,

   상기 데이터 베이스부(100)는 하드웨어부(800)의 계측장치(450)의 계측정보에 의해 강판의 내부면 정보와 외부 모서리 정보로 구별되어 하나의 파일로 데이터 베이스화된 계측 DB(120)와, 설계하고자 하는 데이터를 CAD 프로그램으로 부터 추출하여 저장되는 설계 DB(140)와, 강재의 열변형 특성을 데이터 베이스화한 열변형 정보 DB(160)를 포함하고,

   상기 소프트웨어부(400)는 설계 DB(140)의 설계 데이터와 계측 DB(120)의 계측 데이터를 3차원 CAD 곡면 형상으로 모델링하여 곡면을 생성하는 곡면 모델링 모듈(200)과, 설계 곡면과 계측 곡면을 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과 계측형상의 형상차이를 계산하고, 열변형 정보 DB(160)에 근거하여 통합 가공정보를 생성하는 통합 가공정보 생성모듈(250)과, 통합 가공정보 생성모듈(250)로부터 생성된 통합 가공정보를 제공받아 자동화를 위해 가공정보를 재구성하여 프로그램화하여 재구성된 가공정보를 하드웨어부(800)에 제공하는 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로 이루어지며,

   상기 하드웨어부(800)는 초기 투입된 형상 및 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로부터 적합하게 재구성된 가공 중간의 재구성정보를 제공받아 가공 중간의 형상을 계측하는 계측장치(450)와, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로부터 재구성된 정보를 제공받아 열간가공을 자동으로 실행하는 열간 가공 자동화 NC 시스템(500)과, 가공정보 재구성 및 정보전달 모듈(300)로부터 강재의 여유 마진값을 제공받아 마킹이 행해지는 마진 절단량 표시 시스템(600) 및 마킹에 따라 절단을 행하는 마진 절단 시스템(650)으로 이루어지는

   선체 외판 곡면 가공 시스템.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 데이터베이스부(100)에는 선체 외판 곡면 가공 시스템의 모든 데이터를 저장하는 저장장치(180)를 함께 포함하는 것을 특징으로 하는

    선체 외판 곡면 가공 시스템.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 통합 가공정보 생성 모듈(250)은 설계 곡면과 계측 곡면을 최적으로 곡면을 정합하고 비교하여 목적형상과 계측형상의 형상차이와 열변형 정보 DB(160)에 근거하여 선상가열, 삼각가열과 같은 가열변수를 생성하고, 부재의 경계조건을 생성하고, 곡면형상의 가공정밀도를 판단하며, 부재 놓임 판단 및 가열면 결정방법의 프로세스가 포함되는 것을 특징으로 하는

    선체 외판 곡면 가공 시스템.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)은 열간가공을 실행할 열간가공 자동화 NC 시스템(500)을 제어하는 제어장치(520)와 호환 가능하도록 상기 통합 가공정보를 재구성하는 것을 특징으로 하는

    선체 외판 곡면 가공 시스템.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 통합 가공정보 생성 모듈(250)에서는 도그(dog)등의 구속장치 및 반목등의 지지장치를 사용하여 부재 경계조건 등을 설정한 후 가공정보 재구성 및 정보 전달 모듈(300)에 제공함으로서, 재구성 및 정보전달 모듈(300)에서 재구성되어 전달된 가공정보를 이용하여 열가공 자동화 NC 시스템(500)을 통해 자동화 가열을 수행하는 것을 특징으로 하는

    선체 외판 곡면 가공 시스템.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 가공정보의 재구성은 작업 대상 곡면 부재와의 매끄러운 접촉을 위한 접촉식 곡면 추적장치(580) 및 주변의 장치를 계측 데이터에서 인식하여 충돌을 방지할 수 있도록 가공정보를 재구성하는 것을 특징으로 하는

    선체 외판 곡면 가공 시스템.

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