KR100985888B1 - 블레이드 제조용 목형 측정 장치 - Google Patents

블레이드 제조용 목형 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기와 같이 대형 블레이드의 제조를 위해 형성되는 목형의 형상 오차를 측정할 수 있도록 하고, 안정적인 설치 상태의 유지가 가능한 새로운 형태의 블레이드 제조용 목형의 측정 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 제조 대상 블레이드의 형상과 동일한 형상의 성형부 및 상기 성형부의 주변 부위를 형성하는 주변부로 구성된 블레이드 목형의 치수를 측정하기 위한 장치에 있어서, 몸체를 이루는 몸체부와, 상기 몸체부의 하측 부위를 이루면서 저면에는 블레이드 목형의 성형부가 요입되도록 익형(airfoil)의 요입홈이 형성된 목형 측정부로 이루어진 템플릿; 그리고, 상기 템플릿을 상기 블레이드 목형에 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 고정지그:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치가 제공된다.
블레이드, 블레이드 목형, 형상 오차, 템플릿, 고정지그

Description

블레이드 제조용 목형 측정 장치{device for measuring a wooden form}
본 발명은 풍력 발전기와 같이 대형 블레이드의 제조를 위해 형성되는 목형의 형상 오차를 측정할 수 있도록 하고, 안정적인 설치 상태의 유지가 가능한 새로운 형태의 블레이드 제조용 목형의 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기에 사용되는 대형 블레이드는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 일련의 구성이다.
상기한 바와 같은 블레이드를 제작하기 위해서는 목형(master plug)과 복합재 몰드(FRP mold)가 필요하다.
여기서, 상기 목형은 복합재 몰드의 제작을 위해 목재를 이용하여 제품의 형상과 동일한 형상으로 제작된 것으로써, 대형 블레이드의 제조를 위해 제작되는 목형은 통상 복수로 분리된 분리형으로 제작된 후 서로 조립함으로써 단일의 목형을 이루도록 구성된다.
이때, 상기한 목형을 제작하기 위해서는 먼저 익형(airfoil) 자유곡면의 형상정보를 가지고 있는 CAD 데이터로부터 가공을 위한 CAM 데이터를 생성하여 이를 삭성기(CNC 머시닝센터)로 전송하여 기계 가공을 하고, 가공이 완료된 후 가공물을 3차원 측정 장비로 이동시켜 CAD 데이터로부터 측정점의 위치 및 측정 경로 등을 추출하여 생성된 CAI 데이터를 이용하여 형상 오차 측정을 한 후 이를 CAD 데이터베이스의 형상정보와 비교하여 오차를 판별하게 된다.
또한, 상기한 과정에 의해 분리형으로 제작된 목형의 경우 각각의 부분을 조립하여 하나의 목형을 이루는데, 이러한 각 분리형 목형을 서로 조립하는 과정에서는 조립오차가 발생된다. 상기와 같이 발생된 조립오차는 복합재 몰드에 재 반영되며, 반영된 오차는 다시 블레이드 제품에 형상오차로 나타나게 된다.
따라서, 상기 각 분리형 목형을 조립하는 과정에서는 3차원 측정 장비 및 레이저 계측 장비를 이용하고 있다.
하지만, 상기한 3차원 측정 장비와 레이저 계측 장비는 1회 계측시마다 큰 비용이 소요되기 때문에 각 분리형 목형 간의 조립이 진행되는 도중 실시간적으로 형상 오차를 측정하지 못하였고, 이로 인해 작업의 효율이 떨어질 수밖에 없다는 문제점을 가진다.
이와 함께, 몰드의 경우는 조립이 완료된 목형으로부터 단일의 형태로 제작되기 때문에 조립에 따른 오차는 발생하지 않으나, 복합재의 경화과정에서 발생하는 재질의 신장, 수축변형이 존재하기 때문에 목형과 동일한 방법의 측정을 수행하여야만 한다.
하지만, 상기한 몰드 역시 최종 가공물에 대하여만 오차 판별이 이루어질 수 있을 뿐 가공 도중 형상 오차의 측정은 불가능하다는 문제점을 가진다.
본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 대형 블레이드의 제조를 위해 형성되는 목형 및 몰드의 형상 오차를 작업이 진행되는 도중에도 확인할 수 있도록 하고, 그 설치 상태가 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 새로운 형태의 블레이드 제조용 목형의 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 블레이드 제조용 목형 측정 장치는 제조 대상 블레이드의 형상과 동일한 형상의 성형부 및 상기 성형부의 주변 부위를 형성하는 주변부로 구성된 블레이드 목형의 치수를 측정하기 위한 장치에 있어서, 몸체를 이루는 몸체부와, 상기 몸체부의 하측 부위를 이루면서 저면에는 블레이드 목형의 성형부가 요입되도록 익형(airfoil)의 요입홈이 형성된 목형 측정부로 이루어진 템플릿; 그리고, 상기 템플릿을 상기 블레이드 목형에 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 고정지그:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고정지그는 하측 부위를 이루면서 상기 블레이드 목형의 주변부를 감싸도록 파지하는 파지부와, 상측 부위를 이루면서 상기 템플릿의 하단 모서리가 요입 안착되도록 안착홈이 형성된 안착부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 파지부는 상기 주변부의 외측면을 감싸는 측부단 및 상기 주변부 의 외곽측 저면 일부를 감싸는 받침단으로 구성되고, 상기 안착부는 상기 템플릿의 하단 모서리 중 외측면 부위가 요입되는 측부 요입단 및 상기 템플릿의 하단 모서리 중 저면 부위가 요입되는 저부 요입단으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 안착부의 측부 요입단은 상기 템플릿의 휨을 방지하도록 상기 템플릿의 외측면 전체를 감쌀 수 있을 정도의 높이로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 파지부를 관통하여 상기 주변부를 가압하는 조작볼트가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 안착부를 관통하여 상기 템플릿을 가압하는 조작볼트가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 템플릿은 상측 부위를 이루면서 상면에는 블레이드 몰드의 성형부에 요입되도록 익형(airfoil)의 돌출단이 형성된 몰드 측정부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.
이상에서 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치는 블레이드 목형을 이루는 성형부의 각 부분에 대한 형상 오차를 측정하는 템플릿의 제공을 통해 실시간적인 형상 오차의 해소가 가능하게 된 효과를 가진다.
특히, 상기한 템플릿은 고정지그의 구조로 인해 블레이드 목형에 쉽게 설치 혹은, 분리가 가능하면서도 안정적인 설치 상태로의 유지가 가능하게 되어 측정 편의성의 향상을 얻을 수 있게 될 뿐 아니라 측정 정확도를 향상시킬 수 있게 된 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 목형 측정 장치는 블레이드 몰드에 대한 형상 오차의 측정도 가능하다는 효과 역시 가진다.
이하, 본 발명에 따른 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
실시예의 설명에 앞서, 블레이드 목형(100)이라 함은 블레이드의 제조를 위해 몰드를 성형하기 위한 목형으로써, 제조 대상 블레이드의 형상과 동일한 형상의 성형부(110)와, 상기 성형부(110)의 주변 부위를 형성하는 주변부(120)로 구분할 수 있다.
첨부된 도 1과 같이 본 발명의 실시예에 따른 목형 측정 장치는 크게 템플릿(200)과 고정지그(300)를 포함하여 구성됨을 제시한다.
이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 상기 템플릿(200)은 블레이드 목형(100)의 성형부(110)에 대한 형상 오차를 확인하는 일련의 구성으로써, 상기 블레이드 목형(100)의 각 섹션별로 각각 측정할 수 있도록 복수로 제공된다.
상기한 템플릿(200)은 몸체부(210)와, 목형 측정부(220)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 몸체부(210)는 템플릿(200)의 몸체를 이루는 부위로써, 전체적으로 격자형을 이루도록 형성된다.
물론, 상기한 몸체부(210)는 사각판이나, 십자(十) 형상 혹은, 사각테 형상 으로 형성될 수도 있지만, 무게 및 재료비의 저감과 더불어 휨 변형을 최소화할 수 있는 격자형 형상이 가장 바람직하다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 몸체부(210)가 첨부된 도 2에서와 같이 양측을 이루면서 상하 방향을 따라 형성된 한 쌍의 측부 프레임(211)과, 양 끝단이 상기 두 측부 프레임(211)의 내벽에 각각 일체로 형성되면서 상기 두 측부 프레임(211)과는 수직한 방향을 향하여 형성된 지지 프레임(212)을 포함하여 구성함으로써 전체적으로 격자형을 이루도록 형성된다.
이때, 상기 지지 프레임(212)은 상기 두 측부 프레임(211)에 대한 휨을 방지하는 지지대로의 역할을 수행한다.
그리고, 상기 목형 측정부(220)는 블레이드 목형(100)을 구성하는 성형부(110)의 형상 오차를 측정하기 위한 부분이다.
본 발명의 실시예에서는 상기한 목형 측정부(220)가 상기 몸체부(210)의 하측 부위인 상기 두 측부 프레임(211)의 하단 사이를 따라 형성되면서 저면에는 블레이드 목형(100)의 성형부(110)가 요입되는 요입홈(221)이 형성되어 이루어짐을 제시한다.
이때, 상기 요입홈(221)은 측정하고자 하는 위치의 블레이드 형상과 동일한 익형(airfoil)의 자유곡면으로 형성된다.
이와 함께, 본 발명의 실시예에서는 상기한 템플릿(200)이 블레이드 몰드(400)에 대한 형상 오차를 확인하기 위한 몰드 측정부(230)를 더 포함하여 구성됨을 추가로 제시한다.
여기서, 상기 블레이드 몰드(400)라 함은 블레이드 목형(100)을 이용하여 제조된 복합재 몰드로써, 성형부(410) 및 주변부(420)로 구성된다. 이때, 상기 성형부(410)는 내측면이 제조하고자 하는 블레이드의 외면 형상과 동일한 익형을 이루면서 요입 형성된 부분이고, 주변부(420)는 운반이나 설치 등을 위한 여유 부위이다.
또한, 상기한 몰드 측정부(230)는 상기 템플릿(200)을 이루는 몸체부(210)의 상단에 일체로 형성되며, 상면을 따라 상기 블레이드 몰드(400)의 성형부(410)에 요입되도록 익형의 돌출단(231)이 돌출 형성되어 이루어진다.
다음으로, 상기 고정지그(300)는 상기한 템플릿(200)이 블레이드 목형(100)의 성형부(110)에 밀착된 상태로 상기 블레이드 목형(100)에 고정될 수 있도록 함으로써 템플릿(200)의 설치시 설치 작업의 부정확으로 인해 발생될 수 있는 설치 오차 혹은, 오차의 측정 도중 템플릿(200)의 설치 위치가 변동됨을 방지하기 위한 일련의 구성으로써, 상기 템플릿(200)의 하단 양측 모서리(두 측부 프레임의 하측 끝단 모서리 혹은, 목형 측정부의 양측 끝단 모서리)에 각각 구비된다.
상기한 고정지그(300)는 첨부된 도 3과 같이 하측 부위를 이루면서 상기 블레이드 목형(100)을 이루는 주변부(120)를 감싸도록 파지하는 파지부(310)와, 상측 부위를 이루면서 상기 템플릿(200)의 하단 모서리가 요입 안착되도록 안착홈(321)이 형성된 안착부(320)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 파지부(310)는 상기 주변부(120)의 외측면을 감싸는 측부단(311) 및 상기 주변부(120)의 외곽측 저면 일부를 감싸는 받침단(312)으로 구성되고, 상 기 안착부(320)는 상기 템플릿(200)의 하단 모서리 중 외측면 부위가 요입되는 측부 요입단(322) 및 상기 템플릿(200)의 하단 모서리 중 저면 부위가 요입되는 저부 요입단(323)으로 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 파지부(310) 중 받침단(312)의 저면을 관통하여 블레이드 목형(100)의 주변부(120) 저면을 가압하는 제1조작볼트(314) 및 상기 안착부(320) 중 저부 요입단(323)의 정면(혹은, 배면)을 관통하여 상기 템플릿(200)을 가압하는 제2조작볼트(324)가 더 포함되어 구성된다. 물론, 상기 제2조작볼트(324)는 반드시 있어야만 하는 구성은 아니며, 필요에 따라 제2조작볼트(324)는 생략될 수도 있다.
상기와 같은 각 조작볼트(314,324)는 상기 파지부(310) 내로 요입된 주변부(120)가 상기 파지부(310) 내에서 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있도록 함과 더불어 상기 안착부(320)의 안착홈(321) 내로 요입된 템플릿(200)이 상기 안착홈(321) 내에서 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 일련의 구성이다.
하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 목형 측정 장치를 이용한 블레이드 목형(100)에 대한 형상 측정 과정에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 템플릿(200)의 양측 하단 모서리에 고정지그(300)를 각각 설치한다.
이는, 상기 고정지그(300)를 이루는 안착부(320)의 안착홈(321)에 상기 템플릿(200)의 하단 모서리 부위를 요입함으로써 수행된다. 만일 상기 안착부(320)의 저부 요입단(323) 정면에 제2조작볼트(324)가 구비된다면 상기 제2조작볼트(324)를 조작하여 상기 안착홈(321)으로부터 상기 템플릿(200)의 하단 모서리 부위가 탈거되지 않도록 고정한다.
상기한 과정에 의해 상기 템플릿(200)의 양측 하단 모서리에 고정지그(300)의 설치가 완료되면 상기 두 고정지그(300)를 블레이드 목형(100)에 고정하는 작업을 수행한다.
이는, 블레이드 목형(100)의 주변부(120)를 상기 고정지그(300)를 이루는 파지부(310)의 측부단(311) 및 받침단(312) 내부로 삽입한 후 제1조작볼트(314)를 조작하여 상기 주변부(120)가 상기 파지부(310) 내에 안정적으로 고정된 상태를 유지하도록 함으로써 진행된다.
따라서, 상기 블레이드 목형(100)을 이루는 성형부(110)는 상기 템플릿(200)을 이루는 목형 측정부(220)의 요입홈(221) 내에 요입된 상태를 이루게 되며, 이는 첨부된 도 4와 같다.
이후, 간극 게이지 등을 이용하여 상기 요입홈(221)과 상기 성형부(110) 간의 형상 오차가 발생된 부분을 확인함으로써 목형 측정이 진행된다.
이때, 상기한 과정에 의해 형상 오차가 발생된 부분이 존재할 경우 해당 부분의 추가적인 가공(예컨대, 샌드 페이퍼 등을 이용한 수작업 등)을 통해 형상 오차가 해소되도록 한다.
그리고, 전술한 과정을 통한 해당 부위의 블레이드 목형(100)에 대한 형상 오차의 해소가 이루어지면 또 다른 템플릿을 이용하여 블레이드 목형(100)의 각 부위 중 상기 템플릿에 대응되는 여타 부위에 대한 형상 오차가 해소되도록 한다.
만일, 본 발명의 실시예에 따른 템플릿(200)을 이용하여 블레이드 목형(100)이 아닌 블레이드 몰드(400)의 형상 오차를 수행하고자 할 경우에는 템플릿(200)의 몰드 측정부(230)를 이용하면 된다.
즉, 첨부된 도 5와 같이 블레이드 몰드(400)에 해당 위치에 대응되는 템플릿(200)을 각각 설치한 후 상기 템플릿(200)의 몰드 측정부(230)를 이루는 돌출단(231)과 상기 블레이드 몰드(400)의 성형부(410)에 대한 간극 측정을 통해 형상 오차가 수정될 수 있도록 하면 되는 것이다.
이때, 고정지그(300)는 템플릿(200)의 양측 상단 모서리에 결합한 상태에서 상기 고정지그(300)를 상기 블레이드 몰드(400)의 주변부(420)에 고정함으로써 템플릿(200)과 블레이드 몰드(400) 간의 고정 설치가 이루어진다. 물론, 상기한 블레이드 몰드(400)의 주변부(420) 역시 전술한 블레이드 목형(100)의 주변부(120)와 같이 상기 고정지그(300)의 파지부(310)에 의해 파지되도록 형성된다.
한편, 제조하고자 하는 블레이드의 크기가 크면 클수록 블레이드 목형(100)의 크기도 커지고, 이에 비례하여 템플릿(200)의 크기도 커지게 된다.
하지만, 상기와 같이 템플릿(200)의 크기가 커지게 되면 자체 하중에 의한 휨 변형이 발생되는 문제점이 야기될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 제2실시예에서는 상기 고정지그(300)의 구조의 개선을 통해 상기 템플릿(200)의 휨 변형이 방지될 수 있도록 함을 추가로 제시한다.
즉, 첨부된 도 6과 같이 고정지그(300)를 구성하는 안착부(320)의 각 부위 중 측부 요입단(322)을 상기 템플릿(200)의 외측면 전체를 감쌀 수 있을 정도의 높 이로 형성함으로써, 템플릿(200)의 휨 변형이 방지될 수 있도록 하는 것이다.
물론, 상기와 같이 측부 요입단(322)의 높이가 높아질수록 측부 요입단(322) 자체가 휠 수도 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 고정지그(300)는 템플릿(200)에 비해 두께가 두껍기 때문에 상기 템플릿(200)에 비해 휨 변형이 무시 가능할 정도로 극히 미미하다. 이에 따라 상기한 측부 요입단(322)에 의한 템플릿(200)의 휨 변형은 방지될 수 있다.
이렇듯, 본 발명에 따른 목형 측정 장치는 고정지그(300)를 이용한 템플릿(200)의 간단한 설치에 의해 해당 템플릿(200)을 이용한 블레이드 목형(100)의 형상 오차 및 블레이드 몰드(400)의 형상 오차가 확인될 수 있다는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치의 설치 상태를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목형 측정 장치 중 템플릿과 고정 지그 간의 결합 상태를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목형 측정 장치 중 고정 지그의 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목형 측정 장치를 이용한 블레이드 목형의 측정 상태를 설명하기 위해 나타낸 정면도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목형 측정 장치를 이용한 블레이드 몰드의 측정 상태를 설명하기 위해 나타낸 정면도
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 목형 측정 장치 중 고정 지그의 다른 예를 설명하기 위해 나타낸 템플릿과의 결합 사시도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100. 블레이드 목형 110. 성형부
120. 주변부 200. 템플릿
210. 몸체부 211. 측부 프레임
212. 지지 프레임 220. 목형 측정부
221. 요입홈 230. 몰드 측정부
231. 돌출단 300. 고정지그
310. 파지부 311. 측부단
312. 받침단 314. 제1조작볼트
320. 안착부 321. 안착홈
322. 측부 요입단 323. 저부 요입단
324. 제2조작볼트 400. 블레이드 몰드
410. 성형부 420. 주변부

Claims (7)

  1. 제조 대상 블레이드의 형상과 동일한 형상의 성형부 및 상기 성형부의 주변 부위를 형성하는 주변부로 구성된 블레이드 목형의 치수를 측정하기 위한 장치에 있어서,
    몸체를 이루는 몸체부와, 상기 몸체부의 하측 부위를 이루면서 저면에는 블레이드 목형의 성형부가 요입되도록 익형(airfoil)의 요입홈이 형성된 목형 측정부로 이루어진 템플릿; 그리고,
    상기 템플릿을 상기 블레이드 목형에 고정된 상태를 유지할 수 있도록 하는 고정지그:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정지그는
    하측 부위를 이루면서 상기 블레이드 목형의 주변부를 감싸도록 파지하는 파지부와,
    상측 부위를 이루면서 상기 템플릿의 하단 모서리가 요입 안착되도록 안착홈이 형성된 안착부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 파지부는 상기 주변부의 외측면을 감싸는 측부단 및 상기 주변부의 외곽측 저면 일부를 감싸는 받침단으로 구성되고,
    상기 안착부는 상기 템플릿의 하단 모서리 중 외측면 부위가 요입되는 측부 요입단 및 상기 템플릿의 하단 모서리 중 저면 부위가 요입되는 저부 요입단으로 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 안착부의 측부 요입단은 상기 템플릿의 휨을 방지하도록 상기 템플릿의 외측면 전체를 감쌀 수 있을 정도의 높이로 형성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
  5. 제 2 항 또는, 제 3 항에 있어서,
    상기 파지부를 관통하여 상기 주변부를 가압하는 조작볼트가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
  6. 제 2 항 또는, 제 3 항에 있어서,
    상기 안착부를 관통하여 상기 템플릿을 가압하는 조작볼트가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 템플릿은
    상측 부위를 이루면서 상면에는 블레이드 몰드의 성형부에 요입되도록 익형(airfoil)의 돌출단이 형성된 몰드 측정부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 하는 블레이드 제조를 위한 목형 측정 장치.
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