KR100962483B1 - 철판의 변형 방지용 가열 장치 및 그의 운영 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스누설 발생시 자동 소화 기능을 발휘하여 뛰어난 안전성을 확보할 수 있고, 정, 역 진행방향을 따라 직선 주행이 가능하고, 한 쌍의 토치부를 한 쪽 방향으로 전후 배치하여 철판의 변형 방지에 사용할 충분한 열량을 발생시킬 수 있는 철판의 변형 방지용 가열 장치 및 그의 운영 방법을 제공한다.

본 발명의 철판의 변형 방지용 가열 장치는 모터 구동식 몸체부(110)에 토치부(130)를 탑재한 것으로서, 상기 몸체부에 탑재되어 상기 몸체부를 구동시키는 주행모터조립체; 상기 주행모터조립체의 작동을 이면가열데이터베이스에서 선택된 운영속도에 따라 제어하여 몸체부의 구동과 함께 해당 부재의 선 이면가열을 병행하는 제어회로; 상기 제어회로에 접속된 티칭펜던트(160)(teaching pendant);를 포함한다.

몸체부, 홀더부, 토치부, 가이드부, 센서부, 티칭펜던트, 제어회로

Description

철판의 변형 방지용 가열 장치 및 그의 운영 방법{HEATING APPARATUS FOR PREVENTING DEFORMATION OF STEEL PLATES AND OPERATION METHOD}

본 발명은 철판의 변형 방지용 가열 장치 및 그의 운영 방법에 관한 것이다.

선박 건조시 플레이트의 강성을 높이기 위해 플레이트에 해당하는 부재에 대해서 내구재를 용접시켜 소조립을 형성한다.

이때 발생하는 열응력에 의해 플레이트의 끝 부분에 변형이 발생하게 된다.

변형이 일어난 부재에 해당하는 플레이트의 끝 부분은 용접된 쪽으로 굽혀진다.

소조립 공정시 발생된 변형은 다음 단계의 중조립, 대조립 공정을 거치면서 더욱 더 커지는 특성을 갖는다. 이런 변형을 바로잡기 위해서, 중조립과 대조립 공정에서 변형된 철판, 강판, 강재 등에 해당하는 부재의 이면(back surface)에 일명 곡직 작업과 같은 히팅 작업을 한다.

이때 작업시에는 오버헤드 작업도 해야 하기 때문에 작업이 어렵고 작업 피로도가 증가하게 된다.

또한, 히팅 작업은 산소와 에틸렌 가스를 이용하여 일반적인 토치에서 열을 발생시키므로 가스누설 발생시 장치 폭발 가능성이 있어 토치의 안전성 확보가 상당히 중요하다.

종래 기술에 따른 가열 장치는 안전 장치가 미흡하고 레일을 따라 이동하게 구성되어 작업자가 작업 전에 레일을 설치해야 하는 불편함이 있다.

그리고, 레일을 사용하지 않는 다른 일반적인 히팅 장치는 작업시에 장비가 직선으로 주행하게 하기 위해서 장비가 주행하고 있을 때 작업자가 장비를 움직여 줘야 하는 불편함이 있다.

한편, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 수직, 수평으로 설치된 철판의 변형을 보정하기 위해 철판의 면에 밀착되어 이동하는 주행대차의 구성을 구현한 것으로서, 작업지점 가열 및 냉각 작업기구의 구성을 주행대차 상에 탑재하므로써 자동화된 장치에 의한 곡직작업수행이 되도록 한 것이다.

즉, 종래 기술의 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 본체의 각 모서리 지점에 각각 주행을 위한 휠(11) 및 그 휠(11)을 회전시키는 주행용 모터(16) 및 베벨기어, 벨트, 풀리, 샤프트(15) 등의 동력전달기구가 설치된 베이스(12)를 갖는 주행기구부(10)와; 본체의 바닥면과 작업면의 사이에 인력을 발생시키기 위해 본체에 설치되어 본체가 작업면에 밀착 이동되도록 한 밀착기구부(20)와; 상기 본체 상에 탑재되고, 외부에서 원료를 공급받는 토치와 냉각수 분사노즐이 본체의 양측으 로 구비된 가열냉각기구부(50)가 설치되어 작업지점을 가열, 냉각하고, 주행기구부(10)의 사행이 발생될 때 양측의 가열냉각기구부(50)의 위치를 이동시키도록 모터(33), 래크, 피니언 등을 구비한 중심이동기구부를 포함한다.

그러나, 종래 기술의 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 일단 용접 등을 통해 소조립이 된 후 변형이 발생된 철판에 맞게 소조립 후 공정용으로 제작된 것이다.

예컨대, 종래 기술의 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 후 공정에 해당하는 중조립 또는 대조립 공정에서 히팅 작업을 수행할 수 있도록 구성되어 있을 뿐, 미리 철판을 가열하여 사전에 변형을 예방하기 위해서 상대적으로 큰 열응력을 반복적으로 발생시킬 수 없고, 장치의 주행시 사행이 발생되며, 별도의 가이드 수단이나 자동 정지 수단이 없기에, 소조립 전 변형 발생 예방을 위해 미리 철판을 가열하는 장치로서 사용되기 어렵다.

또한, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 일단 사행이 발생될 경우 중심이동기구부를 조작하여 사행을 조정할 뿐, 직선 주행이 매우 어려운 구성을 갖는다.

또한, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 운반, 이동용 손잡이의 부재로 인하여 장치 운반, 취부, 관리가 불편한 단점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 양측에 토치가 분산되어 있으므로 소조립 형성 시 발생되는 변형을 사전에 예방할 수 있을 정도의 집중적인 가열 작업이 주행과 동시에 이루어질 수 없는 단점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 작업 대상인 부재의 끝단을 인식할 수 있는 수단의 부재로 인하여, 적어도 작업 완료후 정지에 대한 자동화가 이루어질 수 없는 단점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 안전 장치의 불비로 인하여 작동 안전성이 상대적으로 매우 떨어지고, 토치에서 역화가 발생되거나 가스누설 발생시 등의 안전 사고에 노출되어 있으므로 심한 경우 폭발될 위험성까지 갖고 있다.

또한, 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치는 모터를 제외한 기타 베벨기어, 벨트, 풀리 등의 복잡한 동력전달장치를 구비하여 장치 구성이 매우 복잡하며, 특히 동력전달장치의 최종단에 연결된 휠이 밖으로 노출되어 있어, 가열 열기 또는 화염에 의해 보호되지 못하는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모터 구동식 몸체부와, 회동식 홀더부와, 한 쌍의 토치부와, 틸팅 및 간격 조정이 가능한 가이드부와, 가스 안전을 위한 센서부를 구비하여, 가스누설 발생시 자동 소화 기능을 발휘하여 뛰어난 안전성을 확보할 수 있고, 정, 역 진행방향을 따라 직선 주행이 가능하고, 한 쌍의 토치부를 한 쪽 방향으로 전후 배치하여 철판의 변형 방지에 사용할 충분한 열량을 발생시킬 수 있는 철판의 변형 방지용 가열 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

또한, 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 입력변수인 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격과 같은 입력변수에 대응하게 미리 계산해 둔 운영속도를 상기 입력변수들과 함께 데이터베이스화 한 후 제어회로 내의 메모리에 업로드 하거나 또는 저장하여 사용함에 따라, 기존 작업자의 경험이나 시행착오법으로 가열의 정도를 맞추던 것을 자동화하여 작업시간을 단축시킬 수 있고, 선박 블록의 정도(accuracy)를 향상시킬 수 있고, 선박 건조 시 발생할 수 있는 품질 문제를 예방할 수 있고, 가열 작업을 표준화시킬 수 있는 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법을 제공하고자 한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 하기에 상세히 설명할 바와 같이, 모터 구동식 몸체부에 토치부를 탑재한 철판의 변형 방지용 가열 장치에 있어서, 상기 몸체부에 탑재되어 상기 몸체부를 구동시키는 주행모터조립체; 상기 주행모터조립체의 작동을 이면가열데이터베이스에서 선택된 운영속도에 따라 제어하여 몸체부의 구동과 함께 해당 부재의 선 이면가열을 병행하는 제어회로; 상기 제어회로에 접속된 티칭펜던트(teaching pendant);를 포함하는 것을 특징으로 하는 철판의 변형 방지용 가열 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 부재의 조립에 따른 변형을 방지하기 위해 상기 부재를 미리 가열하는 가열 장치의 운영 방법이 제공되고, 상기 가열 장치의 한쪽 방향을 토치부간격을 유지하면서 토치부들을 전후 배치하는 전후 배치단계; 상기 부재의 필렛용접 변형량과 자중 변형량의 합이 이면가열 예측 변형량과 같거나 대응하게 비교될 때, 그 비교시에 사용한 운영속도 가정값을 운영속도로서 계산하는 속도 계산단계; 상기 운영속도와 복수개의 고정값 및 입력변수가 포함된 이면가열데이터베이스를 작성하는 작성단계-여기서, 상기 입력변수는 적어도 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격을 포함함-; 상기 이면가열데이터베이스를 상기 가열 장치의 제어회로의 메모리에 저장하는 업로드단계; 상기 이면가열데이터베이스를 이용하여 입력변수에 상응한 운영속도로 몸체부가 주행하면서 부재의 용접 전에 부재의 이면을 더블 토치 구조의 토치부로 가열하는 가열단계;를 포함하여 상기 가열 장치가 상기 운영속도로 제어되는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 소, 중, 대조립 공정 전에 미리 철판 등의 부재를 가열할 수 있도록 구성되어 있고, 한 쌍의 토치부를 모터 구동식 몸체부의 한 쪽 방향으로 전후 배치하여 장치 주행시 동일 작업 선상에서 반복적으로 가열이 이루어지도록 하면서 충분한 열량을 발생시켜 철판의 변형을 사전 예방할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 가이드부를 구비하여 장치의 사행이 발생되지 않고, 가이드부의 틸트 조정에 따라 정, 역 진행방향에 따라 각각 장치를 구비할 필요가 없는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 정, 역 진행방향에 맞게 회동 조작이 가능한 회동식 홀더부를 구비하여 토치부 배치 위치를 용이하게 조정하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 손잡이를 구비하여 운반, 관리, 취부를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 보호쉴드 안쪽 공간에 구동바퀴(driving wheel) 또는 아이들바퀴(idle wheel)가 위치되어 있는 바와 같이, 보호쉴드에 의해 몸체부가 가열 환경으로부터 보호됨에 따라, 토치부로부터 발생된 열이 장치 구성에 영향을 미치는 것을 최소화시켜 열에 대한 장치 내구성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 작업 대상인 부재의 끝단을 인식할 수 있는 저면 근접센서를 포함한 센서부를 구성함에 따라 적어도 작 업 완료 후 자동 정지 기능을 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 가스누설을 감지하여 솔레노이드밸브로 산소 또는 에틸렌 등의 가스 공급을 차단시키도록 센서부를 구성함에 따라 자동 소화 기능을 구현할 수 있고, 폭발 위험을 차단할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치는 기어 직결식 모터 구동식의 몸체부를 제공하여 몸체부를 심플하게 구성할 수 있고, 제어회로를 갖는 전장박스를 몸체부 내부에 탑재할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법은 개발 툴을 이용하여 부재의 선(先) 이면가열을 만족시킬 수 있는 운영속도를 사전에 미리 계산하여 둔 후, 결과값에 해당하는 이면가열데이터베이스 만을 제어회로의 메모리에 업로드 하여 사용함에 따라 액세스 성능을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법은 티칭펜던트(teaching pendant)를 이용하여 입력변수인 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격을 교시 또는 입력시킬 경우, 해당 운영속도를 도출하여 부재의 선 이면가열을 수행함에 따라 기존 작업자의 경험이나 시행착오법으로 가열의 정도를 맞추던 것을 자동화하여 작업시간을 단축시킬 수 있고, 선박 블록의 정도를 향상시킬 수 있고, 선박 건조 시 발생할 수 있는 품질 문제를 예방할 수 있고, 가열 작업을 표준화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법은 가열 작 업의 표준화를 통해서 입력변수에 따른 가열의 기준을 제시함으로써 작업자가 바뀌더라도 일정한 방법에 의해 정도를 맞출 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치의 사시도이고, 도 3과 도 4는 도 2에 도시된 실시예의 작동 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 또한, 도 5는 도 2에 도시된 실시예를 이용한 운영 방법에 필요한 입력변수를 정의하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 실시예의 우측면도이고, 도 7은 도 2에 도시된 실시예에 의한 부재의 열변형 고유 수축률 적용 면적을 보인 단면도이다. 또한, 도 8은 도 2에 도시된 실시예를 이용한 운영 방법의 흐름도이고, 도 9는 도 7에 도시된 운영 방법 중 속도 계산단계의 세부 흐름도이고, 도 10은 도 7에 도시된 운영 방법 중 가열단계의 세부 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철판의 변형 방지용 가열 장치는 주지의 오토캐리지(auto carriage)와 같은 대차 구조를 갖는 실시예(100)로서 이해된다.

본 실시예(100)는 하기에 상세히 설명할 바와 같이, 가스누설 발생시 자동으로 소화가 이루어지도록 설계되어 있다.

본 실시예(100)는 산소와 에틸렌과 같은 가스를 해당 공급호스를 통해 공급 받을 수 있도록 가열 가스 공급 장치(도시 안됨)와 함께 사용 가능하다.

본 실시예(100)는 전진과 같은 정 진행[예 : 우행(右行) 기준], 또는 후진과 같은 역 진행[예 : 좌행(左行) 기준] 도중에 산소, 에틸렌 등의 가스에 의한 화염을 분사하여, 철판 또는 유사 내지 등가 부재 또는 부재의 이면(back surface)을 미리 가열하는 용도로 사용된다.

이를 위해 본 실시예(100)는 모터 구동식 몸체부(110)와, 회동식 홀더부(120)와, 한 쌍의 토치부(130)와, 틸팅 및 간격 조정이 가능한 가이드부(140)와, 가스 안전을 위한 센서부(150)를 갖는다.

몸체부(110)는 상기 회동식 홀더부(120), 토치부(130), 가이드부(140), 센서부(150) 등과 같은 구성품을 탑재시키기 위한 평판 형상의 바닥프레임(111)과, 상기 바닥프레임(111)의 전방측 상부에 설치되고 모터엔코더, 기어박스 등을 구비한 주행모터조립체와, 이런 주행모터조립체의 출력샤프트에 기어 방식으로 직결된 한 쌍의 대형 구동바퀴(112)와, 바닥프레임(111) 후방 양측에서 각각 자유 회전 가능하게 설치된 소형 아이들바퀴(113)를 갖는다.

몸체부(110)는 그의 바닥프레임(111) 하부에 오버헤드 작업을 위한 적어도 한 개 또는 복수개의 밀착용 마그네트를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.

몸체부(110)는 그의 바닥프레임(111)의 네 측면 모두에서 사방으로 유한한 길이만큼 연장 설치된 서포트용 어댑터(114)와; 상기 어댑터(114) 각각의 끝단을 기반으로 수직하게 설치되어서 몸체부(110)의 네 측면에 배치된 판상의 보호쉴드(115)를 갖는다.

이런 보호쉴드(115)의 안쪽으로 바닥프레임(111)의 후방측 상부에는 전장박스(116)가 탑재된다.

전장박스(116)는 일종의 본 실시예(100)용 컨트롤러로서, 주지의 오토캐리지 등에서 사용한 방식으로서 복수개의 저면 근접센서(151), 주행모터조립체 등을 이용한 주행 제어(예 : 전진, 후진, 정지) 및 자동 정지 기능 등을 수행하는 제어회로를 탑재하고 있다.

또한, 전장박스(116) 내의 제어회로는 몸체부(110)에 실장된 복수개의 솔레노이드밸브(152), 가스누설 감지기(153) 등과 연계하여 자동 소화 기능, 전자 회로적으로 구현하도록 구성되어 있다.

제어회로는 적어도 이면가열데이터베이스 등과 같은 자료를 업로드 받거나 또는 입력 받는 메모리와, 상기 메모리에 연결된 통신 포트와, 제어회로에 설치된 티칭펜던트(160)(teaching pendant) 접속용 입출력포트와, 상기 메모리에 각각 저장되어서 입력변수에 매칭되는 운영속도를 이면가열데이터베이스에서 선택하여 출력하는 속도검색알고리즘과, 상기 출력된 운영속도에 상응하게 주행모터조립체의 작동을 제어하여 몸체부의 구동과 해당 부재의 선 이면가열을 병행하는 주행제어알고리즘을 더 구비한 것이 바람직하다.

속도검색알고리즘과 주행제어알고리즘은 제어회로의 중앙처리장치(CPU)에 의해 액세스 가능하게 프로그램되어서 제어회로의 메모리에 저장된 것이 바람직하다.

티칭펜던트(160)는 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격을 입력 받는 역할을 포함한 본 발명의 교시 수단으로 사용된다.

상기 제어회로의 통신 포트는 본 발명 관련 개발 툴(도시 안됨)로부터 이면가열데이터베이스 등과 같은 자료를 데이터 전송케이블을 통해 전송 받을 수 있도록 주지의 통신 규격(USB, 시리얼, 랜)을 지원하는 것이 바람직하다.

솔레노이드밸브(152)는 산소 또는 에틸렌 가스가 공급되는 공급호스라인 상에 연결되어 있다.

전장박스(116)는 그의 제반적인 제어회로에 접속된 컨트롤패널, 시작 버튼, 작동 표시등, 전원 온오프(on/off) 스위치, 전원 연결시 불이 켜지고 몸체부(110)의 분당 이송거리를 표시하는 리드램프, 작동 선택 스위치(예 : 수동 정지 또는 자동 정지), 주행방향 선택 스위치(예 : 전진 또는 후진 선택), 주행 속도 조절 스위치 등과 같은 각종 전자 제어 수단을 갖는다.

몸체부(110)는 그의 바닥프레임(111)의 전방 측면 또는 후방 측면에서 각각 상향으로 절곡 설치되어 있되, 보호쉴드(115)의 안쪽 공간에 배치된 링형 손잡이(117)를 부착하고 있어서, 장치 운반, 취부, 관리가 용이하다.

홀더부(120)는 다관절 서포트 형식으로 구성된다.

홀더부(120)는 상기 바닥프레임(111)의 중앙에서 세워지고 상단부에 제1회동(r1) 조정용 클램프를 구비한 중앙서포트(121)와, 상기 제1회동(r1) 조정용 클램프에서 체결되고 수평 방향으로 바 체결 구멍이 형성된 제1바홀더(122)와, 상기 제1바홀더(122)의 바 체결 구멍에 결합된 제1바(123)와, 상기 제1바(123)의 끝단에 결합되고 제2회동(r2) 조정용 클램프를 구비한 제2바홀더(124)와, 상기 제2회동(r2) 조정용 클램프에서 체결되고 수평 방향으로 바 체결 구멍이 형성된 제3바홀 더(125)와, 상기 제3바홀더(125)의 바 체결 구멍에 결합된 제2바(126)와, 상기 제2바의 양쪽 끝단에 각각 체결된 토치홀더(127)를 갖고, 각각의 토치홀더(127)에 토치부(130)를 거치하고 있다.

여기서, 제1회동(r1) 조정용 클램프 또는 제2회동(r2) 조정용 클램프 등은 릴리스 상태에서 대상물인 제1바(123) 또는 제2바(126)를 360도 회전 시킬 수 있도록 되어 있다.

이런 세부 구성적 결합관계의 홀더부(120)는 두 개 또는 한 쌍의 토치부(130)를 한 쪽 방향으로 전후 배치시킬 수 있다.

이렇게 배치된 복수개의 토치부(130)는 용접에 의한 소조립 공정시 발생되는 변형을 사전 예방할 수 있을 정도로 충분한 열량을 낼 수 있다(도 3참조).

또한, 한 쪽 방향에서 전후 배치된 토치부(130)는 몸체부(110)를 기반으로, 작업자 클램핑 또는 언클램핑 조작에 의해 제1회동(r1) 및 제2회동(r2)이 이루어질 수 있으므로, 결국 몸체부(110)의 방향을 바꿔 주지 않고도, 제1회동(r1) 및 제2회동(r2) 조작을 이용하여, 단순히 토치부(130)만을 한 쪽 방향에서 다른 쪽 방향으로 가열 위치를 용이하게 변경할 수 있다(도 4참조).

토치부(130)는 아세틸렌, 프로판, 에틸렌, 산소 등과 같이 조선소에서 발열을 목적으로 사용 가능한 가스를 화염 형태로 분사하는 토치본체(131)와, 토치본체(131)에 탑재된 주지의 역화 방지기(132)와, 토치본체(131)의 외주면에 형성된 가이드돌기(133)를 포함한다.

가이드부(140)는 부재(1)의 측면과 같이 현물을 직접 추적하면서 가이드될 수 있도록 몸체부(110)의 일측에 결합되어 있다.

부재(1)는 강판, 강재, 철판, 플레이트, 선박의 주판 또는 등가물 중 어느 하나에 해당하는 것으로서, 필렛용접에 의해 내구재와 조립되는 것을 의미한다.

선 이면가열은 앞서 언급한 바와 같이 필렛용접 등을 이용하여 부재(1)와 내구재의 조립에 따른 변형을 미연에 방지하도록, 부재(1)를 미리 가열하는 것을 의미한다.

가이드부(140)는 상기 부재(1)를 따라 구름 작동하는 한 쌍의 가이드롤러(141)와, 가이드롤러(141)를 양단에 결합한 제1가이드아암(142)과, 제1가이드아암(142)의 중앙에 결합된 클램핑레버(143)와, 상기 클램핑레버(143)의 조작에 따라 제1가이드아암(142)의 중앙에서 틸트 가능하게 체결되는 제2가이드아암(144)과, 상기 제2가이드아암(144)을 바닥프레임(111)의 폭방향으로 몸체부(110)에 결합시키기 위한 복수개의 아암체결부(145)를 갖는다.

각각의 아암체결부(145)는 제2가이드아암(144)의 연장 길이 또는 간격을 조정한 후, 제2가이드아암(144)을 바닥프레임(111)에 임시 록킹 또는 릴리싱시키도록 바닥프레임(111)의 상하방향으로 설치된 연장 길이 조정레버를 구비하고 있다.

아암체결부(145)에 의해 제2가이드아암(144)의 돌출 길이는 조정되고, 이는 가이드롤러(141)와 몸체부(110)간 이격 거리, 즉 간격의 조정으로 이해된다.

제2가이드아암(144)의 간격 조정은 토치부(130)와 몸체부(110)의 간격을 상대적으로 멀리 유지할 수 있기 때문에, 과열로 인한 전장박스(116) 등과 같은 내장품 파손을 미연에 방지할 수 있다.

가이드부(140)는 가이드롤러(141) 등을 이용하여 정, 역 방향으로 주행하는 것에 상관없이 몸체부(110)가 직선 주행할 수 있게 가이드 한다.

센서부(150)는 몸체부(110)의 전방 또는 후방에 부착된 저면 근접센서(151)를 이용하여 부재(1)의 끝단을 인식하여 주행이 자동 종료됨과 함께, 솔레노이드밸브(152)를 폐쇄 작동시켜 가스공급을 차단시키도록 구성되어 있어서, 작업자로 하여금 가열 작업을 지켜볼 필요 없게 해준다.

복수개의 저면 근접센서(151), 복수개의 솔레노이드밸브(152), 가스누설 감지기(153) 등은 센서부(150)의 구성으로 이해된다.

각각의 솔레노이드밸브(152)는 가열 가스 공급 장치와 토치부(130)의 사이에서 공급호스를 통해 공급되는 각각의 가스(예 : 산호, 에틸렌)를 공급 또는 차단하는 역할을 담당한다.

솔레노이드밸브(152)의 가스 공급 또는 차단은 저면 근접센서(151)에 의한 부재(1)의 끝단 인식시 또는 가스누설 감지기(153)에 의한 가스누설 감지시, 앞서 설명한 전장박스(116) 내의 제어회로에 의해 제어된다.

즉, 본 실시예(100)가 부재(1)를 따라 이동하는 도중 이탈 사고 또는 비정상적인 작업이 이루어지고, 이를 저면 근접센서(151)가 감지하는 경우, 상기 제어회로 및 솔레노이드밸브(152)에 의해 가스 공급이 차단되어 자동으로 소화가 이루어진다.

같은 원리로서 가스누설 감지기(153)는 미리 설정된 감지 범위 내에서 가스량을 검출하는 주지의 방식을 이용하여 가스누설을 판단하고, 그 결과에 따라 솔레 노이드밸브(152)를 작동시키도록 함에 따라 자동 소화 기능이 적시에 이루어지도록 되어 있다.

도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 작업자는 몸체부(110)의 직선 주행을 위해 가이드부(140)의 클램핑레버(143)를 클램핑 또는 언클램핑 조작에 의해, 제1가이드아암(142)을 기준으로 제2가이드아암(144)이 틸트각(t)을 갖도록 경사지게 배치되어서, 결국 부재(1)의 가이드기준면(1a)의 연장 방향과 몸체부(110)의 길이 방향이 평행이 아닌 예각을 이루도록 세팅한다.

이후, 작업자는 몸체부(110) 및 토치부(130)를 작동시켜 주행을 수행시킬 경우, 몸체부(110)가 복수개의 가이드롤러(141)를 갖는 가이드부(140)를 통해 직선 주행 또는 세팅한 각도를 가지면서 주행할 수 있게 된다.

또한, 홀더부(120)의 회동 조작에 따라 몸체부(110)의 전, 후, 좌, 우 위치에서 부재(1)를 안전하게 가열할 수 있다.

이하, 도 5와 도 6을 통해 입력변수를 정의하고, 이를 이용한 본 발명에 대한 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법에 대해서 설명하도록 하겠다.

도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 부재(1)는 선박 건조 또는 블록 제작에 사용되는 강판, 강재 등을 의미한다.

복수 또는 한 상의 토치부(130)는 전후 배치되어 있되, 더욱 바람직하게, 시간 대비 입열량을 향상시키기 위해서, 몸체부(110)의 진행 방향 또는 운영 방향에 일치하는 종방향(가로 방향)을 따라 배열되어 있다. 이런 배열은 더블 토치 구조, 일자 배열 구조, 탠덤 배열 구조 중 어느 하나로서 이해된다.

이때, 토치부간격(a)은 2개의 토치부(130)의 사이에서 정의되는 것으로서, 토치부(130)의 토치본체(131) 하단에 달린 노즐의 중심선을 기준으로, 토치부(130)간 이격 거리를 의미한다.

토치본체(131)의 노즐에서는 아세틸렌, 프로판, 에틸렌, 산소 등을 이용한 화염이 분사되며, 이때 해당 가스의 유량, 가스 종류 등은 본 발명의 고정값으로서 파악된다.

도 6을 참조하면, 부재(1)는 조선소에서 사용 가능한 강종을 갖는 것으로서, 강종별로 본 발명의 선 이면가열에 필요한 해당 물성치가 역시 미리 파악된다.

토치부재상하간격(b)은 토치부(130)의 상기 노즐 하단과 부재(1) 상면 사이의 이격 높이를 의미하고, 장비 기본 스팩으로서 파악될 수 있다.

토치부재끝단간격(c)은 토치부(130)의 상기 노즐의 중심선과, 그 근처에 해당하는 부재(1)의 끝단간 이격 거리를 의미하고, 에지(edge) 길이로서 파악될 수 있다.

부재두께(d)는 가열하려는 부재(1)의 두께를 의미하고, 강판두께로서 파악 된다.

더블 토치 구조의 토치부(130)는 작업 부위(G)에 대해 인터벌(interval) 형식과 같이 토치부간격(a)을 두고 화염을 분사시켜서 도 7과 같은 열변형 고유 수축률 적용 면적을 갖는다.

도 7을 참조하면 열변형 고유 수축률 적용 면적은 하기의 속도 계산단계를 통해 설명할 입열 모델링을 통해서, 시간에 의존하고 있는 입열 환경에서 구해진 다.

여기서, 제1입열폭(e)은 전방에 위치한 토치부에 의해 형성된 것을 의미하고, 제2입열폭(f)은 전방에 위치한 토치부가 지나간 곳을 후방에 위치한 토치부가 다시 지나가면서 형성시킨 것을 의미한다.

제1입열폭(e)과 제2입열폭(f)은 AC1영역에서의 분포로서 이해되고, 각각의 입열깊이 또는 냉각속도를 갖는다.

여기서, AC1은 강의 공석변태인 A1변태(A1 transformation) 중 가열시의 변태를 호칭하는 것으로서, 강 및 주철 등의 부재(1)가 섭씨온도 700도의 입열량 이상을 경험하거나, 더욱 상세하게 섭씨온도 약 726도에서 존재할 수 있고 탄소함유량과는 관계가 없는 영역을 의미한다.

제1입열폭(e)으로 정의되는 열변형 고유 수축률 적용 면적은 제2입열폭(f)으로 정의되는 열변형 고유 수축률 적용 면적 내에 중첩되어 있다(도 7에서 상대적으로 더 진한 회색으로 표시됨).

또한, 본 발명에서는 상기 중첩 영역에 대해서 주지의 가우스 분포에 대한 해석치와 함께 별도의 가중치를 두어서 입열 모델링이 수행되었고, 이후 과도적(transient) 열전달 해석방법에 의해 해석된다. 여기서, 과도적이란 시간에 의존하고 있는 것을 의미한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법은 다음과 같이 이해된다.

전후 배치단계(S100)에서는 몸체부를 기반으로 홀더부에 탑재된 토치부들이 한 쪽 방향으로 토치부간격을 유지하면서 전후 배치되어 있되, 바람직하게, 토치부의 배치방향이 주행방향 또는 운행방향에 일치되어 있는 것이 바람직하다.

속도 계산단계(S200)에서는 필렛용접 변형량과 자중 변형량의 합이 이면가열 예측 변형량과 같거나 대응하게 비교될 때, 그 비교시에 사용한 운영속도 가정값을 운영속도로서 계산하는 것으로서, 이는 도 9를 통한 일련의 세부 단계들에 의해 상세히 설명된다.

이면가열 예측 변형량은 정밀한 입열 모델링을 기초로 계산 및 예측된 것이므로, 실재적인 부재의 이면가열 변형량과 동일하거나 매우 유사한 대등한 값에 해당한다.

작성단계(S300)에서는 계산된 상기 운영속도와 복수개의 고정값 및 입력변수를 포함한 이면가열데이터베이스가 주지의 개발 툴에 의해 작성된다.

여기서, 고정값은 토치부에서 사용하려는 가스 종류, 유량, 도 5의 토치부간격(a), 도 6의 토치부재상하간격(b), 운영 저속 한계, 운영 고속 한계를 포함한다.

입력변수는 토치부재끝단간격(c), 부재두께(d), 강종, 강종별 물성치를 포함한다.

업로드단계(S400)에서는 상기 개발 툴이 전장박스(116)의 제어회로에 구비된 통신 포트에 연결된 후, 상기 작성된 이면가열데이터베이스가 상기 제어회로의 메모리에 전송 및 저장되어 사용 가능한 상태가 된다.

가열단계(S500)에서는 상기 이면가열데이터베이스를 이용하여 입력변수에 상응한 운영속도로 몸체부가 주행하면서 부재의 용접(예 : 필렛용접) 전에 부재의 이 면을 더블 토치 구조의 토치부로 가열한다.

가열단계(S500)의 세부 단계들은 도 9의 설명 이후 도 10을 통해 상세히 설명된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 속도 계산단계(S200)는 이면가열데이터베이스를 작성하기 위한 주지의 개발 툴에 의해 실현된다.

속도 계산단계(S200)는 운영 저속 한계, 운영 고속 한계, 가스 종류, 유량, 토치부간격, 강종 등과 같은 고정값을 개발 툴에 입력시키는 제1데이터입력단계(S210)를 포함한다.

여기서, 운영 저속 한계는 본 발명이 적용될 생산 공정의 작업 효율을 고려하여 상기 생산 공정에서 요구하는 최소 속도값을 의미한다.

운영 고속 한계는 본 발명의 몸체부에 장착된 주행모터조립체와 구동바퀴 및 아이들바퀴와 같은 기계 구성 스팩 한계에 따라 발휘할 수 있는 최고 속도값을 의미한다.

본 발명의 설명에서 속도 단위는 씨피엠(centimeter per minute, cpm)을 사용한다.

가스 종류와 유량은 토치부 각각에서 발생할 입열량을 산출하는데 이용된다.

이후, 상기 고정값을 이용하여 입열 모델링단계(S211)가 수행된다.

상기 입열 모델링단계(S211)에서는 더블 토치 구조의 토치부가 해당 작업 부위에 대해 토치부간격을 두고 화염을 분사시키는 것에 대해서, 상기 고정값(예 : 운영 저속 한계, 운영 고속 한계, 가스 종류, 유량, 토치부간격, 강종에 따른 물성 치 등) 및 열전달 관련 경험식을 이용하여 각각의 토치부별 가우스 분포를 추출한 후, 추출된 결과에 대해 더블 토치 구조의 특성에 맞는 가중치를 대입하여, 결국 도 7과 같은 부재의 열변형 고유 수축률 적용 면적을 출력시킬 수 있는 입열 모델링이 만들어진다.

제1도출단계(S212)에서는 상기 입열 모델링 및 열변형 고유 수축률 적용 면적과 과도적(transient) 열전달 해석을 통해서, 한계 속도별 입열폭[예 : 도 7의 제1입열폭(e), 제2입열폭(f)], 입열깊이, 냉각속도 등이 도출된다.

또한, 관계식 작성단계(S213)에서는 상기 운영 저속 한계와 상기 운영 고속 한계의 사이의 한계 속도 구간에 대해 속도 성분값별로 입열폭, 입열깊이, 냉각속도를 산술적으로 유추하기 위한 관계식을 작성한다.

이후, 필렛용접해석을 위한 제2데이터입력단계(S220)가 수행된다.

제2데이터입력단계(S220)에서는 부재두께, 강종, 필렛각장 관련 데이터값이 개발 툴에 입력된다.

여기서 개발 툴은 사전이 미리 주지의 필렛용접 해석용 모델링 및 제1시뮬레이션 수단을 갖는다.

또한, 개발 툴은 입력된 상기 데이터값을 이용하여 턴오버(turn over, T/O)시의 주지의 재료역학, 고체역학 등에서 보편화된 자중 변형량 해석용 모델링 및 제2시뮬레이션 수단을 구비하고 있다.

제1, 제2시뮬레이션 수단은 주지의 열전달 해석에 사용되는 것을 사용한다.

필렛용접 변형량 해석단계(S221)에서는 상기 필렛각장 관련 데이터값을 입력 받은 개발 툴의 필렛용접 해석용 모델링 및 제1시뮬레이션 수단에 의해서 해석이 수행되어 필렛용접 변형량이 출력된다.

턴오버(T/O)시 자중 변형량 해석단계(S222)에서는 상기 필렛각장 관련 데이터값 또는 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격 등의 데이터값을 이용하는 상기 개발 툴의 자중 변형량 해석용 모델링 및 제2시뮬레이션 수단에 의해서 해석이 수행되어 턴오버(T/O)시 자중 변형량이 출력된다.

제2도출단계(S223)에서는 상기 S221단계의 필렛용접 변형량과 상기 S222단계의 자중 변형량을 합하여 필렛용접 및 턴오버 후 예측 변형량이 도출된다.

이면가열 예측 변형량을 연산하기 위한 제3데이터입력단계(S230)가 수행된다.

제3데이터입력단계(S230)에서는 이면가열 예측 변형량을 구하기 위해 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격이 개발 툴에 더 입력된다.

또한, 개발 툴은 가스 종류, 도 6의 토치부재상하간격(b), 도 5의 토치부간격(a)을 고정값으로 인식하고 있고, 강종별 물성치, 부재두께, 도 6의 토치부재끝단간격(c)이 필렛용접의 조건(예 : 부재두께, 강종, 필렛각장 등)과 동일하게 맞춰진 것으로 인식하고 있다.

이를 위해, 운영속도 가정값 입력단계(S231)에서는 상기 운영속도 가정값이 개발 툴에 입력된다.

이면가열 예측 변형량 해석단계(S232)에서는 개발 툴에 의해 상기 운영속도 가정값에 해당하는 입열 모델링이 이용되어서, 해당 운영속도 가정값에 대응한 열 변형 고유 수축률 적용 면적이 출력되고, 이에 대해 과도적(transient) 열전달 해석이 진행된다.

이후, 제3도출단계(S233)에서는 상기 S232단계의 과도적 열전달 해석에 따른 이면가열 예측 변형량이 도출된다. 예컨대, 상기 과도적 열전달 해석이 진행된 결과, 운영속도 가정값과, 부재두께와, 냉각속도를 고려하여 이면가열 예측 변형량이 도출된다.

그런 다음, S223단계의 도출값인 필렛용접 및 턴오버 후 예측 변형량과, S233단계의 도출값인 이면가열 예측 변형량이 동일한지를 체크하는 체크단계(S234)가 수행된다.

상기 일련의 S231단계와 S234단계는 운영속도 가정값을 계속 변경해가면서 개발 툴에 입력시킨 후, S223단계의 도출값과 S233단계의 도출값이 동일할 때까지 반복된다.

그 결과 제4도출단계(S235)에서는 S223단계의 도출값과 S233단계의 도출값이 동일할 때의 운영속도 가정값이 철판의 변형을 방지할 수 있는 운영속도로서 도출된다.

이런 속도 계산단계(S200)를 반복할 경우, 이면가열데이터베이스에 들어갈 모든 운영속도가 도출된다.

모든 운영속도 및 강종별 부재두께 및 토치부재끝단간격과 같은 입력변수는 [표 1]과 같이 이해되는 것으로서, 이면가열데이터베이스에 저장 및 관리된다.

이후 이면가열데이터베이스는 앞서 언급한 바와 같이 데이터 전송케이블을 통해 제어회로에 업데이트되고, 제어회로의 메모리에 저장된다.

이하, 도 10을 통해서 가열단계(S500)의 세부 단계들을 설명하도록 하겠다.

이후, 가열단계(S500)에서는 부재의 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격과 같은 입력변수는 티칭펜던트를 통해서 제어회로에 입력된다(S510).

제어회로의 속도검색알고리즘은 상기 입력변수를 만족시킬 수 있도록 매칭되는 조건의 해당 운영속도를 상기 이면가열데이터베이스에서 선택하여 주행제어알고리즘 쪽으로 출력시킨다(S520).

이후, 제어회로의 주행제어알고리즘이 상기 운영속도에 상응하게 주행모터조립체의 작동을 제어할 때, 몸체부의 구동과 해당 부재의 선 이면가열은 병행된다(S530).

도 1은 종래 기술에 따른 철판의 변형 보정용 자동 곡직장치의 평면도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 철판의 변형 방지용 가열 장치의 사시도이다.

도 3과 도 4는 도 2에 도시된 실시예의 작동 방법을 설명하기 위한 평면도들이다.

도 5는 도 2에 도시된 실시예를 이용한 운영 방법에 필요한 입력변수를 정의하기 위한 평면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 실시예의 우측면도이다.

도 7은 도 2에 도시된 실시예에 의한 부재의 열변형 고유 수축률 적용 면적을 보인 단면도이다.

도 8은 도 2에 도시된 실시예를 이용한 운영 방법의 흐름도이다.

도 9는 도 7에 도시된 운영 방법 중 속도 계산단계의 세부 흐름도이다.

도 10은 도 7에 도시된 운영 방법 중 가열단계의 세부 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

100 : 실시예 110 : 몸체부

120 : 홀더부 130 : 토치부

140 : 가이드부 150 : 센서부

160 : 티칭펜던트

Claims (6)

1. 삭제
2. 모터 구동식 몸체부와, 상기 몸체부에 회동 가능하게 결합되는 회동식 홀더부와, 상기 홀더부에 결합되어 한 쪽 방향으로 전후 배치되는 한 쌍의 토치부를 포함하는 가열 장치를 이용하며, 부재의 조립에 따른 변형을 방지하기 위해 상기 부재를 미리 가열하는 상기 가열 장치의 운영 방법에 있어서,

   상기 한 쌍의 토치부가 한 쪽 방향으로 서로 간격을 유지하도록 상기 한 쌍의 토치부가 전후 배치되는 전후 배치단계;

   운영 저속 한계, 운영 고속 한계, 가스 종류, 유량, 상기 한 쌍의 토치부 간격, 강종과 같은 고정값이 개발 툴에 입력되고, 입력된 상기 고정값 및 열전달 관련 경험식을 이용하여 상기 한 쌍의 토치부 각각의 가우스 분포를 추출한 후, 추출된 결과에 대해 가중치를 대입하여 입열 모델링을 만드는 입열 모델링 단계;

   상기 개발 툴에 운영속도 가정값이 입력되는 운영속도 가정값 입력단계;

   상기 입력 모델링을 이용하여 상기 운영속도 가정값에 대응한 열변형 고유 수축률 적용 면적을 과도적 열전달 해석방법으로 해석하는 이면가열 예측 변형량 해석단계;

   상기 부재의 필렛용접 변형량과 자중 변형량의 합이 상기 이면가열 예측 변형량과 같거나 대응하게 비교될 때, 그 비교시에 사용한 상기 운영속도 가정값을 운영속도로서 계산하는 속도 계산단계;

   상기 운영속도 가정값 입력단계, 상기 이면가열 예측 변형량 해석단계 및 상기 속도 계산단계를 반복하여 상기 운영속도와 복수개의 고정값 및 입력변수가 포함된 이면가열데이터베이스를 작성하는 작성단계-여기서, 상기 입력변수는 적어도 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격을 포함함-;

   상기 이면가열데이터베이스를 상기 가열 장치의 제어회로의 메모리에 저장하는 업로드단계;

   상기 이면가열데이터베이스를 이용하여 입력변수에 상응한 운영속도로 상기 몸체부가 주행하면서 상기 부재의 용접 전에 상기 부재의 이면을 상기 한 쌍의 토치부로 가열하는 가열단계;를

   포함하여 상기 가열 장치가 상기 운영속도로 제어되는 것을 특징으로 하는 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 속도 계산단계는,

   상기 입열 모델링 및 열변형 고유 수축률 적용 면적과 과도적(transient) 열전달 해석을 통해서, 한계 속도별 입열폭, 입열깊이, 냉각속도가 도출되는 제1도출단계;

   상기 운영 저속 한계와 상기 운영 고속 한계의 사이의 한계 속도 구간에 대해 속도 성분값별로 입열폭, 입열깊이, 냉각속도를 산술적으로 유추하기 위한 관계식을 작성하는 관계식 작성단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 속도 계산단계는,

   필렛용접해석을 위해 부재두께, 강종, 필렛각장 관련 데이터값이 상기 개발 툴에 입력되는 제2데이터입력단계;

   상기 필렛각장 관련 데이터값을 이용하는 상기 개발 툴의 필렛용접 해석용 모델링 및 제1시뮬레이션 수단에 의해서 해석이 수행되어 필렛용접 변형량이 출력되는 필렛용접 변형량 해석단계;

   상기 필렛각장 관련 데이터값 또는 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격과 같은 데이터값을 이용하는 상기 개발 툴의 자중 변형량 해석용 모델링 및 제2시뮬레이션 수단에 의해서 턴오버(T/O)시 자중 변형량이 출력되는 턴오버시 자중 변형량 해석단계;

   상기 필렛용접 변형량과 상기 자중 변형량을 합하여 필렛용접 및 턴오버 후 예측 변형량을 도출하는 제2도출단계;를

   더 포함하는 것을 특징으로 하는 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법.
5. 삭제
6. 제2항에 있어서,

   상기 가열단계에서는

   상기 부재의 부재두께, 강종, 토치부재끝단간격의 입력변수가 티칭펜던트를 통해서 제어회로에 입력될 경우, 상기 제어회로의 속도검색알고리즘이 상기 입력변수를 만족시킬 수 있도록 매칭되는 조건의 해당 운영속도를 상기 이면가열데이터베이스에서 선택하여 주행제어알고리즘 쪽으로 출력시키고, 상기 주행제어알고리즘이 상기 운영속도에 상응하게 주행모터조립체의 작동을 제어할 때, 몸체부의 구동과 해당 부재의 선 이면가열이 병행되는 것을 특징으로 하는 철판의 변형 방지용 가열 장치의 운영 방법.

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