KR100972157B1 - 3차원 계측 시스템을 이용한 절단선 마킹 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 계측 시스템인 인도어(Indoor) GPS를 이용한 절단선 마킹 방법으로, 상기 시스템을 이용하여 곡면 부재를 계측하고(S100), 이 계측 데이터에 의한 곡면 모델링을 실행하고(S200), 설계 데이터를 계측 데이터 위에 두 곡면의 오차가 최소가 되도록 정합한 후(S300), 상기 설계 데이터를 기준으로 하는 마킹 위치를 생성한다 (S400). 이에 따라 프로그램내에서 계측 곡면을 기준으로 정합이 이루어 졌으므로 곡면 부재를 계측하는 좌표계와 프로그램 내에서의 좌표계가 일치한다. 이어서, 작업자는 이를 기준으로 벡터바를 움직이면서 곡부재에 마킹 위치를 찾는다. x,y 방향 거리차가 오차 범위내에 들어갈 때까지 벡터바(110)를 이동한다(S500). 즉, 작업자가 벡터바(110)를 이용하여 곡면 부재를 계측한 다음 (S520), 프로그램을 이용하여 인접하는 마킹 위치를 찾고(S540), 그런 다음 X,Y축 이동량 표시 및 Z값의 오차를 표시한다(S560). 이후, 생성된 마킹 위치와 현재의 계측 위치를 비교하여 오차 범위에 있는지 확인한다(S600). 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있는 상태에서, Z값 오차내에 있는 지를 확인하고(S700), Z값 오차내에 있으면 절단점을 마킹하고(S800), 상기 설계 데이터를 기준으로 생성된 마킹 위치의 개수만큼 재차 실행하되, Z값 오차내에 있지 않으면, 곡면 부재를 재가열한다(S900).

3차원 계측 시스템, 절단선, 마킹

Description

3차원 계측 시스템을 이용한 절단선 마킹 방법{METHOD FOR MARKING CUTTING LINE USING 3D MEASURING SYSTEM}

본 발명은 공작물의 절단선 마킹에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 계측 시스템을 이용하여 곡면 부재의 여유 마진을 용이하게 절단할 수 있도록 절단 위치를 마킹하는 절단선 마킹 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 선박의 외부 패널은 추진저항을 감소시켜 수중을 효율적으로 항해하도록 하기 위해 복잡한 비전개성 곡면을 가지는 약 10mm 내지 40mm 두께의 곡판 부재로 구성되며, 이러한 곡면의 외부 패널을 형성하기 위해서는 일반적으로 선형 가열이라고 하는 가공법을 통해 가스 버너 등을 이용하여 강판의 표면을 국부적으로 가열해서 발생되는 소성변형으로 인한 강판의 면외각변형 또는 면내수축변형을 통해 필요로 하는 특정 형상으로 가공하고 있다.

이와 같이 가공된 선박의 곡판 부재에 대해서는 원하는 형태로 정확한 가공이 되었는지 여부에 대한 계측이 필요한데, 종래 이러한 선박의 곡판 부재의 계측 및 제작에는 줄자, 수공구, 나무재질의 상형곡형 등을 이용한 사람에 의한 계측이 수행되고 있어 선박의 곡판 부재 계측 및 제작에 많은 시간이 소요되며, 계측에 대 한 정확성도 떨어지는 등 많은 어려움이 있었다.

특히, 선박의 선수미 부분에 사용되는 곡판 부재는 그 형상이 더욱 다양하여 부위별로 사전 제작된 나무 재질의 상형곡형을 이용하여 가공하고, 계측하게 되는데, 이러한 상형곡형의 재질이 대부분 나무로 제작되며 원하는 곡면 형상 부재로의 정확한 가공을 위해 하나의 곡판 부재가 완성될 때까지 여러번 반복적으로 사용됨에 따라, 주변 온도와 작업자의 관리 소홀 등과 같은 여러 가지 주변 요인에 의하여 소성변형이 일어나게 되어 형상 오차가 유발되는 등, 정확한 가공 및 계측이 어려운 문제점이 있었다.

더구나, 이와 같은 곡 부재를 가공하는 경우, 마지막 단계에서는 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 됨으로서, 실제로는 곡면 부재를 설계 데이터 보다 다소 크게 제작하여 열간 가공후 마진을 절단한다. 이에 따라 실제 제작된 곡면 부재를 계측하게 되면, 도 1과 같이 설계 곡면보다 크게 나타나게 된다. 이에 따라 작업자는 줄자 또는 광파기를 이용하여 정밀 계측을 행한 후, 설계 도면을 보면서 절단할 위치를 곡면 부재에 마킹한다.

하지만, 이러한 마킹 작업은 작업 시간이 오래 걸리고, 계측 정밀도 또한 떨어져서 효율성 및 정확성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 이에 따라 안출된 것으로, 그 목적은 3차원 계측 시스템을 이용하여 곡면 부재의 계측 정밀도를 향상시키고, 절단할 위치를 정확하면서도 용이하게 마킹할 수 있는 3차원 계측 시스템을 이용한 곡면 부재의 절단선 마킹 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 관점에 따르면, 본 발명의 3차원 계측 시스템을 이용한 곡면 부재의 절단선 마킹 방법은 3차원 계측 시스템을 이용한 곡면 부재의 계측 단계와, 계측 데이터에 의한 곡면 모델링 실행 단계와, 설계 데이터와 계측 데이터의 정합 단계와, 상기 설계 데이터를 기준으로 하는 마킹 위치 생성 단계와, 작업자의 휴대용 계측 장치 이동 단계와, 생성된 마킹 위치와 현재의 계측 위치를 비교하여 오차 범위에 있는지 확인 하는 단계와, 오차 범위에 있으면 곡면 부재에 절단점을 마킹하는 단계와, 오차 범위외이면, 재가열하는 단계를 포함하되, 상기 생성된 마킹 위치의 개수만큼 반복한다.

바람직하기로는 휴대용 계측 장치의 이동은 작업자가 휴대용 계측 장치를 이용하여 곡면 부재를 계측하는 단계와, 프로그램을 이용하여 인접하는 마킹 위치를 찾는 단계와, X,Y축 이동량 표시 및 Z값 오차 표시하는 단계를 포함하며, 상기 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있지 않으면, 다시 휴대용 계측 장치 이동 단계를 실행하고, 상기 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있게 되면, Z값 오차 내에 있는지를 확인하여 절단선 마킹점을 표시하는 것이다.

본 발명은, 곡면 부재의 계측을 3차원 계측 시스템을 이용하여 계측함으로서 계측 정밀도가 향상되고, 또한, 작업자가 휴대용 계측 장치로 이동하면서 설계 데이터에 의한 마킹 위치와 계측 위치를 비교하여 오차 범위내에 있는 경우 절단선 마킹을 실행함으로서 용이하고 정확하게 마킹하게 되는 효과를 가진다.

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

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 곡면 부재의 절단선 마킹을 위한 3차원 계측 시스템의 구성을 나타내고 있다.

3차원 계측 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 휴대용 계측 장치인 벡터 바(Vector bar)(110)를 이용해서 곡부재(104)를 계측하거나, 절단선 마킹 위치를 찾는다.

이와 같은 절단선 마킹 위치에 대한 정보는 3개의 IPGS(Indoor Global Positioning System) 송신부(102a, 102b, 102c)에 의해 정의된다.

또한, 3차원 계측 시스템(100)에는 상술한 바와 같은 계측 데이터들이 무선통신으로 운영프로그램이 탑재된 호스트 컴퓨터(120)와 무선 통신하고 있고, 이 호스트 컴퓨터(120)는 이더넷(Ethernet)을 통해 데이터베이스 서버(130)의 데이터를 이용하고 있다.

또한 작업자가 휴대용 계측 장치로서의 휴대용 PC(Handheld PC)(140)를 이용하여 계측된 데이터들은 호스트 컴퓨터(120)와 무선 통신되고 있다.

이와 같이 구성된 3차원 계측 시스템을 이용한 곡면 부재의 절단선 마킹 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상술한 3차원 계측 시스템을 이용하여 곡면 부재를 계측하고(S100), 이 계측 데이터에 의한 곡면 모델링을 실행하고(S200), 설계 데이터를 계측 데이터 위에 두 곡면의 오차가 최소가 되도록 정합한 후(S300), 상기 설계 데이터를 기준으로 하는 마킹 위치를 생성한다(S400).

이와 같이 프로그램내에서 계측 곡면을 기준으로 정합이 이루어지기 때문에, 곡면 부재를 계측하는 좌표계와 프로그램내에서의 좌표계가 일치하게 된다.

이러한 상태에서 작업자가 곡면 부재에 절단선을 마킹하고자 하면, 작업자는 휴대용 PC(140)를 이용하여, 현재 계측 포인트를 그래픽 사용자 인터페이스(Graphical User Interface:GUI)상에서 확인하며, x,y 방향 거리차가 오차 범위내에 들어갈 때까지 벡터 바(110)를 이동한다(S500).

즉, 작업자가 인도어 GPS의 벡터바(110)를 움직이면 이 움직이는 위치에 따른 인접한 절단선 마킹 위치까지의 방향 및 거리가 휴대용 PC(140)에 표시된다. 이와 같이 작업자가 벡터 바(110)를 이용하여 곡면 부재를 계측한 다음(S520), 프로그램을 이용하여 인접하는 마킹 위치를 찾고(S540), 그런 다음 X,Y축 이동량 표시 및 Z값의 오차를 표시한다(S560).

이어서, 생성된 마킹 위치와 현재의 계측 위치를 비교하여 오차 범위에 있는 지 확인한다(S600). 그 결과, 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있지 않으면, 다시 벡터 바 이동 단계(S500)를 실행한다.

예를 들어, 도 4에는 벡터바(110)를 이용해서 계측하고 있는 위치와 부재의 마킹 위치의 거리 차이가 X방향으로 13이고, Y방향으로 34임을 의미하며, Z방향의 오차가 1.5임을 표시하고 있다. 만약 계측위치와 마킹점이 오차 범위내에 있으면, 화살표의 방향 및 거리는 표시되지 않는다.

한편, 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있는 상태에서, Z값 오차내에 있는 지를 확인하고(S700), Z값 오차내에 있으면 절단점을 마킹하고(S800), 상기 설계 데이터를 기준으로 생성된 마킹 위치의 개수만큼 재차 반복하여 실행한다.

Z값 오차내에 있지 않으면, 곡면 부재를 재가열한다(S900).

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 계측 시스템을 이용한 절단선 마킹 방법을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1은 실제 설계 곡면과 계측 곡면과의 차이를 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 절단선 마킹을 위한 3차원 계측 시스템의 구성을 나타내는 구성도이고,

도 3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 계측 시스템을 이용한 공작물의 절단선 마킹 방법을 나타내는 순서도이고,

도 4는 절단선 마킹을 위해 Z값의 차이가 오차 범위내에 있는지를 확인하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 접촉식 3차원 형상 계측 장치 110 : 벡터바

102a ∼ 102c : IPGC 송신부 120 : 호스트 컴퓨터

130 : 데이터 베이스 서버 140 : 휴대용 PC

Claims (3)

1. 곡면 부재의 절단선 마킹 방법에 있어서,

   3차원 계측 시스템을 이용한 곡면 부재의 계측 단계와,

   계측 데이터에 의한 곡면 모델링 실행 단계와,

   설계 데이터를 계측 데이터 위로 정합하는 단계와,

   상기 설계 데이터를 기준으로 하는 마킹 위치 생성 단계와,

   작업자의 휴대용 계측 장치 이동 단계와,

   생성된 마킹 위치와 현재의 계측 위치를 비교하여 오차 범위에 있는지 확인 하는 단계와,

   오차 범위에 있으면 곡면 부재에 절단점을 마킹하는 단계와,

   오차 범위외이면, 재가열하는 단계를 포함하되,

   상기 생성된 마킹 위치의 개수만큼 반복하는

   3차원 계측 시스템을 이용한 절단선 마킹 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 휴대용 계측 장치 이동단계는

   작업자가 휴대용 계측 장치를 이용하여 곡면 부재를 계측하는 단계와,

   프로그램을 이용하여 인접하는 마킹 위치를 찾는 단계와,

   X,Y축 이동량 표시 및 Z값 오차 표시하는 단계를 포함하는

   3차원 계측 시스템을 이용한 절단선 마킹 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있지 않으면, 다시 휴대용 계측 장치 이동 단계를 실행하고,

   상기 표시된 X,Y축 이동량이 X,Y값 오차내에 있고, Z값 오차내에 있으면 절단선 마킹점을 표시하는 것을 특징으로 하는

   3차원 계측 시스템의 절단선 마킹 방법.

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