KR101043426B1 - 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 그 장치 - Google Patents

강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 그 시스템이 제공된다. 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법으로서, 현재 가공중인 강판을 계측하고, 상기 강판의 설계 형상 및 현재 가공 중인 강판의 계측된 형상 정보를 입력하는 단계, 상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공 중인 강판 형상의 3차원 곡면을 정합하는 단계, 상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공중인 강판 형상 간의 차이를 이용하여 변형률을 계산하는 단계, 상기 변형률을 이용하여 제 1 주 변형률 및 그에 수직한 제 2 주 변형률을 각각 합산하는 단계, 상기 제 1 주변형률의 합 및 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 여부를 확인하는 단계 및 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 경우 부재 뒤집기 시점으로 판단하는 단계를 포함하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 상기 방법이 구현되는 시스템을 이용하여 강판의 곡면 가공시 부재를 뒤집는 시점을 판단할 수 있다.
강판, 뒤집기, 열간 가공, 변형률

Description

강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 그 장치{A determination method of turnover for thermal forming process of curved steel sheet and an apparatus thereof}
본 발명은 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
선박의 곡형 외판은 유체역학, 구조역학, 진동 등의 엔지니어링 기술을 바탕으로 설계된 3차원 곡면으로, 일정 두께 철판을 가공하여 제작되며, 선체외판의 가공 정밀도는 선박전체의 설계 성능을 좌우한다고 할 수 있다.
이 때, 외판의 3차원 형상으로의 가공은 크게 2단계 방법을 사용하는데, 2단계 방법은 프레스(Press)나 롤러(Roller) 등을 통한 기계적인 1차 냉간 가공과 철판에 가스 토치 등으로 열을 가해 가공하는 2차 열간가공으로 나누어진다.
냉간 가공은 롤 프레스(roll press) 나 멀티 프레스(multi press) 또는 벤딩 프레스 (bending press) 등을 이용하여 곡을 만드는 방법으로서, 현재 대부분의 조 선소에서는 전개 가능한 형상을 만들기 위해 주로 사용된다. 이러한 전개 가능한 형상은 절단된 평판을 면내 수축이나 팽창 없이 단순 굽힘변형만으로 만들 수 있는 형상을 의미한다.
열간 가공은 가스토치(gas torch) 및 고주파 유도가열 장치 등의 열원을 사용하여 철판(강판)에 열(熱)을 주어 수축, 팽창, 굽힘 변형을 일으켜 강판을 3차원 곡면형상으로 만드는 과정이다.
선박의 곡면 외판은 곡면의 가우스 곡률에 따라 크게 Concave(내종곡)형(가우스 곡률 >　0) , Saddle(외종곡)형(가우스 곡률 <　0), 실린더 형 (가우스 곡률 = 0) 으로 나눌 수 있다. Concave 형은 다시 순수 Concave와 Twist(비틀림) 형으로 구분지어 질 수 있다.
대부분의 조선업체에서는 이러한 곡면형상에 따라 열간 가공 방법을 다르게 하여 작업자에 의한 수동가열을 통하여 최종 형상을 제작하고 있다. 그 방법은 크게 선상가열(Line Heating)과 삼각가열(Triangularity Heating)로 나뉘어진다.
선상가열법은 강판(鋼板)의 표면을 가스(Gas)를 주 열원으로 직선 또는 임의 곡선 형태로 가열하고, 냉각하여 나감으로써 판에 굽힘을 발생시키는 방법이다.
삼각가열법(부분가열법)은 강판의 가장자리를 국부적으로 가열하고, 냉각시켜 수축을 유발시키는 방법으로, 냉각을 시킴으로써 열이 다른 부위로 전달되는 것을 막아 국부적인 면내의 수축(inplane Deformation)을 유도하는 방법이다. 가열 표면 형상이 삼각형에 가까워 삼각가열(Triangular Heating)이라 불리워지고 있으며, 주로 내종곡 부재에 적용되고 있다.
현재까지의 곡형 외판의 열간 가공작업은 전적으로 가스 열원을 사용하여 숙련된 고기량 기술인력의 수작업에 의존하므로 작업속도 향상 및 정도 향상에 한계가 있다.
또한 작업자간의 기량차나 작업방식이 상이하여 작업 표준화 및 기술 전수도 어려워 저기량자는 더욱 어려움을 겪는 공정이다. 이에 열간가공 작업의 자동화가 필요하게 되었으며 이를 해결하기 위한 여러 가지 기술이 개발되었다.
한편　대부분의 조선소에서 이루어지는 선체 외판 가공의 수작업 절차는 성형될 최종형상에 따라 아래 표 1과 같이 구분하고, 대체적으로 냉간가공 이후 횡곡 (폭방향 곡률)을 성형하고, 부재 뒤집기(Turn-over)를 하여 종곡(길이방향 곡률)을 성형한다. 이후 다시 부재 뒤집기 (Turn-over)를 하여 종곡 성형시 틀어진 횡곡을 재성형하는 순서로 작업을 하고 있다. 물론 부재 뒤집기(Turn-over)　등의 시점은 나무 곡 형틀을 사용하여 작업자의 판단에 의해서 이루어 지고 있으며, 숙련된 작업자에 따라서는 작업의 효율을 고려하여 오버히팅(Over heating) 등의 방법으로 부재 뒤집기 횟수를 최소화 하고자 노력한다. 그러나 현재까지 이와 같은 부재를 언제 뒤집어야 하는지에 대한 판단은 숙련된 작업자에 의하여 경험적으로 이루어져 있을 뿐 이를 언제 뒤집어야 하는지에 대한 뒤집기 시점에 대하여 알려진 바가 없다.
<표 1>
Figure 112008082482297-pat00001
한편, 상기 표1과 같이 부재 뒤집기(Turn-Over) 작업은 대부분 외종곡(saddle) 형상의 곡면 선체 외판 제작시에 발생하고 있다. 즉, 곡면의 곡률방향을 종방향(길이방향)과 횡방향(폭방향)으로 구분하였을 때, 성형되어져야 할 부재의 곡률 특성을 반영하여, 작업의 편의성과 효율성 그리고 열변형의 메카니즘을 고려하여 곡면의 곡률성형을 단계적으로 추진하는 과정에서 필연적으로 발생하게 되 는 것이 부재 뒤집기(Turn-Over) 과정이다.
이러한 단계적 판단은 앞서 언급했듯이 오랜 경험 지식을 가진 숙련된 작업자의 직관적인 판단에 100% 의존하고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기(Turn-Over) 과정이 필요한 시점을 자동으로 판단할 수 있는 방법과 그 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법으로서, 현재 가공중인 강판을 계측하고, 상기 강판의 설계 형상 및 현재 가공 중인 강판의 계측된 형상 정보를 입력하는 단계, 상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공 중인 강판 형상의 3차원 곡면을 정합하는 단계, 상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공중인 강판 형상 간의 차이를 이용하여 변형률을 계산하는 단계, 상기 변형률을 이용하여 제 1 주 변형률 및 그에 수직한 제 2 주 변형률을 각각 합산하는 단계, 상기 제 1 주변형률의 합 및 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 여부를 확인하는 단계 및 상기 교차 여부 확인 결과에 따라 부재 뒤집기 시점을 판단하는 단계를 포함하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법이 제공된다.
이 때, 상기 교차 여부 확인 결과에 따라 부재 뒤집기 시점을 판단하는 단계는, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 경우 부재 뒤집기 시점으로 판단할 수 있다.
이 때, 상기 교차 여부 확인 결과에 따라 부재 뒤집기 시점을 판단하는 단계는, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차하지 않은 경우 가열정보 존재여부를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 가열 정보 존재 여부를 확인하는 단계에서 가열 정보가 존재하지 않는 경우, 부재 뒤집기 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 가열 정보 존재 여부를 확인하는 단계에서 가열 정보가 존재하는 경우, 곡면 강판 가공 단계 및 가공된 곡면 강판의 형상을 계측하는 단계를 더 포함하고, 상기 계측된 가공 곡면 부재의 형상 정보를 상기 현재 가공 중인 형상 정보로 입력할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 직후에 부재 뒤집기를 할 것인지, 1회 또는 2회 추가적인 가공단계를 거친 후 부재 뒤집기를 할 것인지를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 변형률은 굽힘 변형률 및 면내 변형률일 수 있다.
한편, 상기 가열 정보는 가열선의 개수일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치로서, 가공 중인 강판의 형상과 가공 정보를 측정하는 측정부, 상기 측정부로부터 측정된 측정 정보와 가공정보 및 목적하는 강판의 설계 형상 정보를 저장하는 데이터 베이스, 상기 설계 형상 정보와 상기 측정된 측정 정보에 따른 현재 형상 간의 차이를 이용하여, 상기 강판의 부재 뒤집기 시점을 판단하는 부재 뒤집기 시점 판단부를 포함하고, 상기 부재 뒤집기 시점 판단부는, 상기 설계 형상 정보와 상기 현재 형상간의 차이에 따른 변형률을 계산하고, 상기 변형률에 따른 제 1 주 변형률 및 제 2 주 변형률을 계산하고 이를 각각 합산하여, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 후 시점을 부재 뒤집기 시점으로 판단하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치가 제공된다.
이 때, 상기 부재 뒤집기 시점 판단부는, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 직후에 부재 뒤집기를 할 것인지, 1회 또는 2회 추가적인 가공단계를 거친 후 부재 뒤집기를 할 것인지를 선택할 수 있도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 부재 뒤집기 시점 판단부는, 강판의 가열 정보 존재 여부를 판단하여 상기 가열 정보가 존재하지 않는 경우를 부재 뒤집기 시점으로 판단하고, 상기 가열 정보가 존재하는 경우 곡면 가공 장치로 상기 가열 정보에 따른 곡면 가공 작업을 수행하도록 지시할 수 있다.
한편, 상기 가열 정보는 가열선의 개수일 수 있다.
또한, 상기 변형률은 굽힘 변형률 및 면내 변형률일 수 있다.
한편, 상기 부재 뒤집기 시점 판단부에서 계산된 부재 뒤집기 정보를 저장하는 저장부 및 상기 부재 뒤집기 정보를 출력하는 출력부 중 적어도 어느 하나를 포 함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 3차원 CAD 설계형상 Data 정보와 현재 제작 중인 곡면형상의 계측 data를 활용하여, 곡면의 가공 정도와 곡률 변화 추이를 파악하여 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점을 자동으로 판단할 수 있다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 곡면 가공시 뒤집기 시점 판단 장치 및 그 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 곡면 가공시 뒤집기 시점 판단 장치의 시스템도이다. 도 1을 참조하면, 강판의 곡면 가공시 뒤집기 시점 판단 장치(1)는, 측정부(10), 데이터베이스(20), 뒤집기 시점 판단부(30), 저장부(60) 및 출력부(70)로 구성된다.
보다 상세히, 측정부(10)는 가공 중인 강판의 가공 중인 형상 정보를 측정하기 위한 계측 장치를 포함한다. 이와 같은 계측 장치는 현재 가공 중인 강판의 형상 및 치수 등을 측정하도록 형성된다.
이 때, 가공 중인 강판은, 강판이 가공되는 동안 지속적으로 혹은 주기적으로 강판의 형상 정보가 측정될 수 있으며, 이와 같이 지속적으로 혹은 주기적으로 측정된 형상 정보는 측정 후의 강판 가공을 위한 정보로서 이용가능하도록 데이터 베이스(20)에 저장된다.
데이터 베이스(20)는, 측정부(10)에 의하여 측정된 강판의 형상 정보 및 목적하는 강판의 설계 형상 정보를 저장하도록 형성된다. 이와 같은 설계 형상 정보는 CAD 프로그램을 통하여 강판이 최종적으로 가공되어져야 하는 목적 형상을 미리 결정하여 둠으로써 제공될 수 있다.
뒤집기 시점 판단부(30)는, 상기 설계 형상 정보와 상기 측정된 측정 정보에 따른 현재 형상 간의 차이를 이용하여, 상기 강판의 부재 뒤집기 시점을 판단하는 구성요소이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 부재 뒤집기 시점 판단부(30)는, 상기 설계 형상 정보와 상기 현재 형상간의 차이에 따른 변형률을 계산하고, 상기 변형률에 따른 제 1 주 변형률 및 제 2 주 변형률을 각각 합산한 후, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 시점을 부재 뒤집기 시점으로 판단하도록 형성된다.
이를 위해 부재 뒤집기 시점 판단부(30)는 곡면 정합 및 변형률 계산 모듈(40) 및 부재 뒤집기 시점 판단 모듈(50)을 포함할 수 있다. 이 때, 부재의 뒤집기 시점을 판단하기 위한 부재 뒤집기 시점 판단부의 구성요소인 곡면 정합 및 변형률 계산 모듈(40) 및 부재 뒤집기 시점 판단 모듈(50)은 각각의 계산 단계를 개별적으로 수행하도록 형성될 수도 있으나, 하나의 종합적인 계산을 수행하는 모듈이 부재 뒤집기 시점을 결정하기 위한 과정에 필요한 계산을 순차적 혹은 동시에 수행하도록 형성될 수도 있다.
곡면 정합 및 변형률 계산 모듈(40)의 곡면 정합 및 변형률 계산 과정, 그리 고 부재 뒤집기 시점 판단 모듈(50)의 부재 뒤집기 시점 판단 과정에 대한 설명은 후술한다.
한편, 부재 뒤집기 시점 판단부(30)에서 계산되어진 부재 뒤집기 시점 정보는 새로운 정보로서 부재 뒤집기 시점 판단부(30)와 연결된 저장부(60)에 데이터로서 저장되거나, 혹은 사용자가 확인할 수 있도록 출력부(70)를 통하여 출력되도록 형성된다. 이를 위해 저장부(60) 및 출력부(70) 중 적어도 어느 하나가 부재 뒤집기 시점 판단부(30)에 연결된다.
보다 상세히, 저장부(60)는 상기 부재 뒤집기 시점 판단부(30)에서 계산된 강판의 부재 뒤집기 시점에 대한 정보를 저장하기 위한 구성요소로서, 앞서 설명한 강판 형상 정보 및 설계 정보 데이터를 저장하는 데이터 베이스(20)를 저장부로 함께 이용하거나 혹은 개별적으로 저장 공간을 형성함으로써 제공될 수 있다. 이와 같이 제공된 저장부(60)에 저장된 강판의 부재 뒤집기 시점에 대한 정보 데이터는 하기하는 출력부(70)를 통하여 사용자에게 출력될 수 있다.
출력부(70)는 LCD 디스플레이 모니터 장치(80)와 같은 화면 출력 장치 혹은 프린트(90)와 같은 인쇄물 출력 장치로 구현될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 부재 뒤집기 시점 판단 장치(1)에 의하여 부재 뒤집기 시점을 판단하는 과정을 설명한다. 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 부재 뒤집기 시점 판단 장치에 의하여 부재 뒤집기 시점을 결정하기 위한 플로우 차트가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 곡면 가공시 부재 뒤 집기 시점 판단 방법은, 현재 가공중인 강판을 계측하고, 상기 강판의 설계 형상 및 현재 가공 중인 강판의 계측된 형상 정보를 입력하는 단계(S10), 상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공 중인 강판 형상의 3차원 곡면을 정합하는 단계(S20), 상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공중인 강판 형상 간의 차이를 이용하여 변형률을 계산하는 단계(S30), 상기 변형률을 이용하여 제 1 주 변형률 및 제 2 주 변형률을 각각 합산하는 단계(S40), 상기 제 1 주변형률의 합 및 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 여부를 확인하는 단계(S50) 및 상기 교차 여부 확인 결과에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 단계(S60)를 포함한다.
이하, 이상과 같은 단계로 이루어지는 부재 뒤집기 시점 판단 과정의 각각의 단계를 보다 상세히 설명한다.
　(1) 설계형상 및 현재 가공중인 형상 정보 DB 계측 및 입력 단계(S10)
설계 형상과 현재 가공 중인 형상을 계측하고 입력하는 단계(S10)에서는, 설계형상 정보 및 가공중인 형상 정보를 데이터 베이스에 저장한다.
이 때, 가공하고자 하는 강판의 최종적인 가공 형상에 대한 설계 형상 정보는 CAD 프로그램에서 추출되어 데이터 베이스(20)에 저장된다. 이 때, 설계 형상 정보의 형태는 규칙화된 점(point) 정보, IGS 등의 표준 CAD 파일 포맷 등으로 구성되어질 수 있다. 이와 같은 설계 형상 정보는 선박번호, 블록번호, 강판번호 등으로 분류되어 데이터 베이스에 저장되는 것이 바람직하다.
한편, 현재 가공중인 강판의 형상 정보는 측정부(10)에 포함된 계측장치를 통하여 측정되어, 가공하고자 하는 강판의 최종적인 가공 형상에 대한 설계 형상 정보와 동일한 형태로 데이터 베이스(20)에 저장된다.
이와 같은 설계 형상 정보 및 가공 중인 강판의 형상 정보는, 가공하고자 하는 강판의 최종적인 가공 형상이 3차원적인 입체 형상이므로, 3차원 형상 정보로서 데이터 베이스(20)에 저장되는 것이 바람직하다.
(2)곡면 정합 단계
곡면 정합 단계(S20)에서는, 앞서 DB에 저장된 설계형상 정보 및 가공중인 형상 정보에 대한 3차원 형상 정보를 3차원 곡면으로 자동으로 수치화하여 곡면 정합(surface registration)을 수행하도록 형성된다. 이 때 곡면 정합이란, 설계 형상 정보 및 가공 중인 형상 정보를 하나의 3차원 형상 좌표 상에 일치하게 배열하여 설계 형상 및 가공 중인 형상의 3차원 모델을 구현하는 과정이다. 이와 같은 곡면 정합은 곡면 정합 및 변형률 계산 모듈에서 수행되며, 상기 곡면 정합 및 변형률 계산 모듈에 의하여 수행되어진 곡면 정합 단계의 결과 생성된 정보는 설계 형상 정보 및 가공 중인 형상 정보로서 데이터 베이스에 다시 저장된다.
　
(3) 변형률 계산 단계(S30)
변형률 계산 단계(S30)는 곡면 정합 및 변형률 계산 모듈(40)에서 수행된다. 이 때, 변형률 계산 단계에서 계산되는 변형률은 설계 형상 정보와 측정된 강판의 형상 정보 간의 차이에 의하여 계산될 수 있는 변형률로서, 예를 들어, 굽힘 변형률과 면내 변형률이다. 이와 같은 변형률은 이미 공지된 판의 변형 이론과 Green-Lagrange 변형률 텐서를 사용하여 계산하였다.
보다 상세히, 도 3a와 같은 좌표공간 내에서 두께 t를 가지는 강판의 x, y, z방향의 변형을 u, v, w로 표현할 때 도 3b에서의 강판의 미소요소에 대하여 변형 전, 후의 위치벡터를 고려하여 그린-라그랑지 변형률 텐서를 취하면, 변형률의 정의에 의해 미소요소의 길이 변화(ds2-dso 2)는 다음과 같이 표현이 가능하다.
Figure 112008082482297-pat00002
(식 1)
이를 판의 변형 이론을 적용하여 정리하면, 강판의 변형에 수반되는 변형률은 면내 변형률(εij m)과 굽힘 변형률(εij b)로 나누어 계산할 수 있는데, 이 때 면내 변형률(εij m)은
Figure 112008082482297-pat00003
(식2)
으로 규정될 수 있으며, 　굽힘 변형률(εij b)은,
Figure 112008082482297-pat00004
(식 3)
로 표현된다. 이 때, 상기 식에서 t는 강판의 두께를 의미하며, u, v, w는 각각 강판의 x, y, z방향의 변형을 나타낸다. 상기와 같은 식을 이용하여 계산된 면내 변형률 및 굽힘 변형률은 가열 방향을 결정하는데 이용된다.
또한 주 변형률 (principal strain)의 방향(
Figure 112008082482297-pat00005
)과 그 크기(
Figure 112008082482297-pat00006
)는 다음식에 의해서 계산되어진다.
Figure 112008082482297-pat00007
(식 4)
Figure 112008082482297-pat00008
　 (식 5)
식 5의 우변 중간의 + 와 - 부호에 의하여 주 변형률 1과 그에 수직한 주 변형률 2로 구분됨을 의미한다. 이하 주 변형률 1을 제 1 주 변형률이라 규정하고, 그에 수직한 주 변형률 2를 제 2 주 변형률이라 규정하여 설명한다.
　(4) 주 변형률 합산 단계(S40)
　주 변형률 합산 단계(S40)는 앞서 변형률 계산 단계(S30)에서 도출된 면내 변형률 및 굽힘 변형률의 계산 결과를 이용하여 부재 뒤집기 시점을 판단하기 위한 중간 단계이다.
앞서 계산된 값들은 판의 미소 요소를 고려하여 계산된 값이다. 따라서 본 발명의 최종목적인 부재 뒤집기 시점을 판단하기 위해 우선적으로 곡면 형상 전체의 변형률 값을 다음과 같이 합산한다.
Figure 112008082482297-pat00009
Figure 112008082482297-pat00010
(식6)
식 6과 같이 계산된 모든 제 1 주변형률과 제 2 주변형률의 성분을 각각 합산하면, 곡면 형상 전체의 곡률의 양상을 파악해 볼 수 있다. 이 때, 예를 들어, 제 1 주변형률을 종방향이라 하면, 제 2 주변형률은 횡방향이 되며, 그 반대의 경우도 가능하다.
　
(5) 주 변형률의 합 교차 여부 확인 단계(S50)
주 변형률의 합 교차 여부 확인 단계(S50)는 주 변형률 합산 단계(S40)에서 각각 합산된 제 1 및 제 2 주변형률을 그래프로 도시하거나, 수치 계산을 통하여 제 1 및 제 2 주 변형률의 교차 여부를 확인하는 단계이다.
이를 위하여 제 1 및 제 2 주변형률의 합은 하나의 그래프 상에 도시하여 비교하는 것이 바람직하다. 도 4는 실제 선체 외판 곡면 가공과정에서 본 발명의 알고리즘과 방법을 사용하여 계산된 주변형률의 합을 반복 가공과정의 각 단계에서 계산하여 그 변화추이를 그래프화한 것이다. 이 때, 도 4의 그래프에서 ?표시는 strain 1,즉 합산된 제 1 주 변형률이며, ■ 표시는 strain 2, 즉 합산된 제 2 주 변형률이다.
도 4를 참조하면, 그래프 중간에 제 1 주변형률의 합과 제 2주 변형률의 합이 교차하는 시점이 5회 발생하게 된다. 이 때, 제 1 주변형률의 합과 제 2주 변형률의 합이 교차한다는 것은, 제 1 주변형률 방향의 변형률의 합의 크기와 제 2 주 변형률 방향의 합의 크기가 역전된다는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 이와 같은 제 1 주변형률의 합과 제 2 주 변형률의 합의 크기의 역전이 일어난 시점이 부재를 뒤집기 하는 시점으로 결정한다.
보다 상세히, 앞서 설명한 바와 같이, 곡면 정합과 판의 변형이론으로 계산되어지는 변형률은 제 1 주변형률(strain 1) 방향과 그에 수직한 방향의 제 2 변형률(strain 2) 2개로 구분이 가능하다. 예를 들어, 전자를 종방향 변형률이라 칭하면, 후자는 횡방향 변형률이라 의미를 부여할 수 있다. 이렇게 구해진 변형률에 있어서, 종방향 변형률은 종방향 곡률과 밀접한 관련이 있으며, 횡방향 변형률은 횡방향 곡률과 밀접한 관련이 있다.
즉, 두 곡면간의 차이를 이용하여 계산되어지는 변형률은 그 차이 만큼 변형이 일어나야 함을 대변하는 물리적인 변수로 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 계산된 변형률에 이런 물리적 의미를 부여하여 종방향 및 횡방향의 변형률의 변화 추이를 파악하여 부재 뒤집기(turn-Over) 시점을 결정할 수 있도록 하였다. 즉, 계산된 변형률은 곡면 전체에 고루 분포하게 되므로 이를 모두 합산하여, 종방향 변형률의 합과 횡방향 변형률의 합으로 표현될 수 있 다.
이 때, 현재 가공중인 곡면 방향(계측된 곡면)이 종방향 곡률을 성형해야 하는 면이라면, 종방향 변형률의 합이 횡방향 변형률의 합보다 크게 발생되어야 하며, 만일 횡방향 변형률의 합이 크게 발생되어 있으면 부재 뒤집기(Turn-over)를 하여 반대면을 성형해야 한다는 것을 의미한다.
또한 한쪽 면만을 지속적으로 가공하는 과정에서 일정 시점에 계산되어지는 두 변형률의 값이 교차하는 현상이 발생하게 되는데 이 또한 성형되어져야 할 곡률의 방향이 바뀌게 된 것을 의미하여, 현재 가공중인 곡면의 반대면을 가열해야 함을 알려주게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 방법 및 이를 이용하여 부재 뒤집기 시점 판단을 수행하는 장치에서는, 실제 가공과정에서 해당 부재 뒤집기 시점을 지난 직후 부재 뒤집기(turn-over)를 수행하도록 한다.
한편, 부재 뒤집기 시점 판단시 주변형률의 교차 여부를 확인하여 주변형률이 교차하지 않은 경우에는, 강판의 가공면 상에 가열 정보, 예를 들어, 가열선이 존재하는지 여부를 판단하는 단계(S70)를 거치게 된다.
이 때, 강판의 가열 정보가 존재하는 경우에는 곡면 부재 가공 장치에 곡면 부재 가공에 대한 지시를 전달하여 가열 정보에 따라, 곡면 부재의 가공 작업을 수행하도록 한다. (S80) 이와 같이, 가열 정보에 따라 가공 작업이 수행된 후, 다시 현재 강판의 형상 계측이 이루어진다. (S90)
이와 같이 계측된 현재 형상 정보는 데이터 베이스에 저장되어, 다시 설계 형상 및 현재 가공 중인 형상 계측 및 입력 단계(S10)를 진행하도록 반복될 수 있다.
한편, 만일 강판에 가열 정보가 존재하지 않는 경우에는 이와 같이, 가공면에 가열정보가 존재하지 않는 시점을 또한 부재 뒤집기 시점으로 규정할 수 있다. 왜냐하면, 가열하고자 하는 면에 가열선이 존재하지 않는 경우 해당 면의 가공을 더 이상 수행할 수 없기 때문에, 이와 같이 해당면의 가공을 수행할 수 없는 상태에서는 해당면을 뒤집은 후 그 다음 가공 공정을 수행하도록 해야 하기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이와 같이 주 변형률의 합이 교차하지 않는 상태에서 가열정보가 존재하지 않는 경우를 또하나의 뒤집기 시점으로 규정하였다.
(6) 부재 뒤집기(Turn-over) 시점 판단 단계(S60)
앞서 설명한 바와 같이, 도 4의 그래프에서 제 1 주변형률의 합과 제 2주 변형률의 합이 교차하는 시점이 발생한다는 결과를 바탕으로 하여 부재 뒤집기(Turn-over) 시점의 판단 방법을 다음과 같이 정하였다.
　
1) 현재 가공하고자 하는 면의 제 1 주변형률의 합과 제 2 주변형률의 합이 서로 교차하였을 경우
2) 현재 가공하고자 하는 면에 대한 가공정보(가열선)이 없는 경우
이에 따라, 1)의 경우와 같이 현재 가공하고자 하는 면의 제 1 주변형률의 합과 제 2 주변형률의 합이 서로 교차하였을 경우LCD 디스플레이 장치 등의 출력부를 통하여 도 5에 도시된 바와 같이, 부재 뒤집기에 대한 알림 표시를 출력한다(S100) .
또한, 2)의 경우와 같이, 현재 가공하고자 하는 면에 대한 가공 정보 예를 들어, 가열선이 없는 경우,　상기 판단 기준을 적용하여 실제 곡면 부재 가공시에 장치에서 LCD 디스플레이 장치 등의 출력부를 통하여 도 6에 도시된 바와 같이, 작업자에게 부재 뒤집기(Turn-over) 알림 표시를 출력한다(S100).
　이 때, 또한 1)의 경우에 있어서, 현재 가공하고자 하는 면의 제 1 주변형률의 합과 제 2 주변형률의 합이 서로 교차하였을 경우 제 1 주 변형률의 합과 제 2주 변형률의 합이 교차한 직후에 부재 뒤집기를 할 것인지, 1회 또는 2회 추가적인 가공단계를 거친후 부재 뒤집기를 할 것인지 여부에 따라 현재 놓임 위치에서 과도변형을 유발한 후 부재 뒤집기 작업을 수행할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 선체 외판 열가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치 및 그 방법에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 장치의 시스템도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 방법의 흐름도이며,
도 3a 및 3b는 강판의 미소 변형 전,후 상태를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 장치에서 계산된 제 1 주 변형률의 합과 제 2 주 변형률의 합을 도시한 그래프이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 장치의 출력부에, 계산된 제 1 주 변형률의 합과 제 2 주 변형률의 합이 교차한 경우 부재 뒤집기 시점의 알림 표시를 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부재 뒤집기 시점 판단 장치에서 가열선이 없는 경우 부재 뒤집기 시점의 알림 표시를 도시한 도면이다.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-
1 부재 뒤집기 시점 판단 장치 10 측정부
20 데이터 베이스 30 부재 뒤집기 시점 판단부
40 곡면 정합 및 변형률 계산 모듈 50 부재 뒤집기 시점 판단 모듈
60 저장부 70 출력부

Claims (14)

  1. 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법으로서,
    현재 가공중인 강판을 계측하고, 상기 강판의 설계 형상 및 현재 가공 중인 강판의 계측된 형상 정보를 입력하는 단계;
    상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공 중인 강판 형상의 3차원 곡면을 정합하는 단계;
    상기 강판의 설계 형상과 상기 현재 가공중인 강판 형상 간의 차이를 이용하여 변형률을 계산하는 단계;
    상기 변형률을 이용하여 제 1 주 변형률 및 그에 수직한 제 2 주 변형률을 각각 합산하는 단계;
    상기 제 1 주변형률의 합의 크기와 상기 제 2 주 변형률의 합의 크기가 역전되는지 여부에 따라 상기 제 1 주변형률의 합 및 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 여부를 확인하는 단계; 및
    상기 교차 여부 확인 결과에 따라 부재 뒤집기 시점을 판단하는 단계를 포함하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 교차 여부 확인 결과에 따라 부재 뒤집기 시점을 판단하는 단계는,
    상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 경우 부재 뒤집기 시점으로 판단하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 교차 여부 확인 결과에 따라 부재 뒤집기 시점을 판단하는 단계는,
    상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차하지 않은 경우 가열정보 존재여부를 확인하는 단계를 더 포함하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가열 정보 존재 여부를 확인하는 단계에서 가열 정보가 존재하지 않는 경우, 부재 뒤집기 시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가열 정보 존재 여부를 확인하는 단계에서 가열 정보가 존재하는 경우,
    곡면 강판 가공 단계; 및
    가공된 곡면 강판의 형상을 계측하는 단계를 더 포함하고,
    상기 계측된 가공 곡면 부재의 형상 정보를 상기 현재 가공 중인 형상 정보로 입력하는 것을 특징으로 하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 직후에 부재 뒤집기를 할 것인지, 1회 또는 2회 추가적인 가공단계를 거친 후 부재 뒤집기를 할 것인지를 선택하는 단계를 더 포함하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변형률은 굽힘 변형률 및 면내 변형률인, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 가열 정보는 가열선의 개수인, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 방법.
  9. 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치로서,
    가공 중인 강판의 형상과 가공 정보를 측정하는 측정부;
    상기 측정부로부터 측정된 측정 정보와 가공정보 및 목적하는 강판의 설계 형상 정보를 저장하는 데이터 베이스;
    상기 설계 형상 정보와 상기 측정된 측정 정보에 따른 현재 형상 간의 차이를 이용하여, 상기 강판의 부재 뒤집기 시점을 판단하는 부재 뒤집기 시점 판단부를 포함하고,
    상기 부재 뒤집기 시점 판단부는, 상기 설계 형상 정보와 상기 현재 형상간의 차이에 따른 변형률을 계산하고, 상기 변형률에 따른 제 1 주 변형률 및 제 2 주 변형률을 계산하고 이를 합산하여, 상기 제 1 주변형률의 합의 크기와 상기 제 2 주 변형률의 합의 크기가 역전됨에 따른 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합의 교차 후 시점을 부재 뒤집기 시점으로 판단하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 부재 뒤집기 시점 판단부는, 상기 제 1 주 변형률의 합과 상기 제 2 주 변형률의 합이 교차한 직후에 부재 뒤집기를 할 것인지, 1회 또는 2회 추가적인 가공단계를 거친 후 부재 뒤집기를 할 것인지를 선택할 수 있도록 형성되는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 부재 뒤집기 시점 판단부는, 강판의 가열 정보 존재 여부를 판단하여 상기 가열 정보가 존재하지 않는 경우를 부재 뒤집기 시점으로 판단하고, 상기 가열 정보가 존재하는 경우 곡면 가공 장치로 상기 가열 정보에 따른 곡면 가공 작업을 수행하도록 지시하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 가열 정보는 가열선의 개수인 것을 특징으로 하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치.
  13. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 변형률은 굽힘 변형률 및 면내 변형률인, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치.
  14. 제 9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 부재 뒤집기 시점 판단부에서 계산된 부재 뒤집기 정보를 저장하는 저장부 및 상기 부재 뒤집기 정보를 출력하는 출력부 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 강판의 곡면 가공시 부재 뒤집기 시점 판단 장치.
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