KR101062092B1 - 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의가공부하 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의 가공부하의 제어방법에 관한 것이며, 그 목적은 프로펠러를 그라인딩 하는 스핀들 구동모터에 동력을 공급하는 전력선에 전류계측센서를 설치하고, 이 전류계측센서에 의해 검출된 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 그라인딩부의 높낮이를 조절해 줌으로써 프로펠러 가공시 그라인딩 툴에 발생되는 가공부하를 일정하게 유지하도록 하는 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의 가공부하의 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 높이조절이 가능하고 스핀들 구동모터에 의해 그라인딩 툴을 회전시켜 프로펠러를 그라인딩 하는 그라인딩부의 그라인딩 툴 가공부하 제어방법에 있어서, 상기 스핀들 구동모터로 동력원을 공급하는 전력선에 전류계측센서를 설치하여 스핀들 구동모터의 구동전류를 일정 간격으로 계측하고, 상기 전류계측센서에서 계측된 측정값을 그라인딩부 제어기에서 전류계측센서에서 계측된 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 상기 그라인딩부의 높이를 조절하여 그라인딩시 발생되는 가공부하를 일정하게 유지하여 프로펠러를 그라인딩 하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

그라인딩부, 프로펠러, 그라인딩부 제어기, 스핀들 구동모터, 상하이동 구동모터, 전류계측센서

Description

프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의 가공부하 제어방법{The automatic control device of grinding load}

도 1 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 개념도,

도 2 는 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 제어 구성 개념도,

도 3 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 그라인딩 툴 정면도,

도 4 는 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 그라인딩 툴 평면도,

도 5 는 본 발명에 따른 그라인딩 툴 부하 자동제어장치의 개념도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 다관절 로봇 (20) : 그라인딩부

(21) : 고정용 베이스프레임 (22) : 외부케이스

(23) : 가이드레일 (24) : 이동블록

(25) : 그라인딩 툴 (26) : 전류계측센서

(27) : 볼 스크류 (28) : 스핀들 구동모터

(29) : 상하이동 구동모터 (30) : 스풀

(31) : 타이밍 벨트 (32) : 레이저 변위센서

(40) : 척조우 (50) : 로봇 제어기

(60) : 그라인딩부 제어기 (70) : 통합제어반

(80) : O.L.P서버 (90) : 프로펠러

(91) : 보스부 (92) : 블레이드부

(93) : 필렛부

본 발명은 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의 가공부하의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라인딩 툴을 회전시켜주는 스핀들 구동모터의 전력선에 전류계측센서를 설치하여 스핀들 구동모터에서 그라인딩 툴에 가해지는 구동전류량을 측정하여 그라인딩 높이를 상하로 조절해 줌으로써 그라인딩 툴에 가해지는 부하를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의 가공부하의 제어방법에 관한 것이다.

현재 대형 선박이나 잠수정과 같이 대형 또는 정밀한 프로펠러의 계획 생산이 요망되는 조선/국방산업분야를 시장으로 하여 프로펠러 연삭작업을 효율적으로 수행할 수 있는 시스템으로써 로봇을 이용한 프로펠러 연삭장치의 제품개발 및 기반기술 연구가 활발히 추진되고 있다.

이에 따라 대형프로펠러 블레이드 면의 표면을 정확하고 빠르게 측정할 수 있는 계측기술과 프로펠러 자동 연삭을 위한 궤적생성 및 가공기술, 형상측정과 고강성 연삭 작업을 수행할 수 있는 장치의 설계기술이 요구되는 실정이다.

종래에 수행되고 있는 주조 완료된 프로펠러의 측정 및 설계치수에 준한 가공작업(기계가공 또는 그라인딩)은, 설계 데이터가 없는 부정확한 보스부, 필렛부, 0.3R 이내의 블레이드 부를 제외한 나머지 0.3R 이상의 블레이드부에 한해서 실시되고 있으며, 그 방법은 작업자가 블레이드부의 주물형상 표면에 일정한 간격에 맞추어 그리드(Grid)를 만들고 접촉 프로브(Probe)를 이용하여 블레이드 표면의 높이를 측정하고 이를 설계형상과 비교하여 가공량을 결정하며, 이에 준하여 수동 그라인딩 하는 방법과, 프로펠러 블레이드의 CAD 정보를 이용하여 가공데이터를 생성하고, 대형의 밀링장치에서 1차적인 황삭 가공작업을 1차 수행한 후 작업자가 장시간에 걸쳐 블레이드 가공면을 수동으로 그라인딩작업을 수행하며 작업중 간헐적으로 블레이드 날개의 두께를 수동으로 측정하여 이를 설계형상과 비교하여 마무리 그라인딩 작업을 수행하는 방법이 대부분을 차지한다.

또 다른 방법으로는 중장비에 그라인더를 부착하여 사람이 반자동으로 조작하여 그라인딩 하는 장치에 대한 개발도 진행되었으나 그 운용의 제어와 정밀도가 나빠 사용은 되지 않고 있다. 여기서 상기 R은 프로펠러의 반경을 나타낸다.

상술한 바와 같이 종래에 수행되고 있는 작업방법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 작업적용 부위가 프로펠러 중심을 기준으로 0.3R ~1R 부위의 블레이드 면에 한정되어 적용할 수밖에 없는데, 이는 보스부와 필렛부에 대한 정확한 설계기 준이 없으며, 0.3R 이내의 블레이드부가 프로펠러의 추력 발생 성능에 크게 영향을 미치지 않기 때문에, 실제 설계치 대비 주조된 정도가 상당한 편차를 갖고 있으나 정확한 가공정도 관리가 필요치 않아 작업자의 감각에 의존한 표면 그라인딩 작업만을 수행하고 있어 제품 품질의 균일성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

둘째, 보스부와 필렛부, 0.3R 이내의 블레이드 부는 정확한 설계기준이 없어 1차 황삭을 목적으로 한 N.C 기계가공 궤적을 생성할 수 없으며 기하학적인 3차원 곡면의 변화에 자유로이 대응 할 수 있는 가공기를 구성하기도 어려운 점이 있다.

셋째, 보스부와 필렛부, 0.3R 이내의 블레이드 부는 주조 후 모든 작업이 작업자에 의한 수동 그라인딩에 의존하기 때문에 대형의 프로펠러를 생산하기 위해서는 과다한 인력과 일정이 소요되고, 넓은 작업장소가 제공되어야 하는 문제점이 있어 생산성 향상에 상당한 한계가 있다.

넷째, 수작업으로 작업자가 장기간에 걸쳐 프로펠러 연삭작업을 수행할 경우, 고르지 못한 연삭품질, 단순 반복 작업에 의한 작업자의 작업효율 저하 및 연삭작업 중 발생하는 분진에 의한 작업자의 인체피해 가능성 등의 문제로 말미암아 연삭 작업 인력의 확보가 제약되어 생산 효율 저하의 원인으로 작용하는 문제점이 있다.

본 출원인은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 선박용 고정익 프로펠러의 연삭작업을 효율적으로 수행할 수 있도록 (출원번호 : 20-2004-52059)에서와 같이 로봇 그라인딩 장치를 출원하였다. 그러나 종래와 같이 볼스크류를 따라 이동블록이 움직이고 이동블록의 상단에 로드셀을 설치하여 그라인딩부의 가공부하 변화를 감 지하는 것은 간접적인 가공부하 계측방식으로서, 이는 매우 비 효율적이고 실시간적인 부하계측방법이 되지 못한다. 또한 큰 가동 부하변동은 검출할 수 있으나, 작은 부하 변동은 감지하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출되는 것으로, 프로펠러를 그라인딩 하는 스핀들 구동모터에 동력을 공급하는 전력선에 전류계측센서를 설치하고, 이 전류계측센서에 의해 검출된 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 그라인딩부의 높낮이를 조절해 줌으로써 프로펠러 가공시 그라인딩 툴에 발생되는 가공부하를 일정하게 유지하도록 하는 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 그라인딩 툴의 가공부하의 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 높이조절이 가능하고 스핀들 구동모터에 의해 그라인딩 툴을 회전시켜 프로펠러를 그라인딩 하는 그라인딩부의 그라인딩 툴 가공부하 제어방법에 있어서, 상기 스핀들 구동모터로 동력원을 공급하는 전력선에 전류계측센서를 설치하여 스핀들 구동모터의 구동전류를 일정 간격으로 계측하고, 상기 전류계측센서에서 계측된 측정값을 그라인딩부 제어기에서 전류계측센서에서 계측된 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 상기 그라인딩부의 높이를 조절하여 그라인딩시 발생되는 가공부하를 일정하게 유지하여 프로펠러를 그라인딩 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 구성 및 작용을 첨부도면과 연계하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치 개념도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 프로펠러 그라인딩 장치의 제어 구성 개념도로서,

상기 그라인딩 장치(100)는 다관절을 가지는 쉘프형 다축 다관절 로봇(10)과, 상기 다관절 로봇(10)을 프로펠러(90)의 보스부(91)에 안착시키고 센터링 정렬시켜주는 척조우(40)와, 상기 다관절 로봇(10)의 단부에 설치되어 가공작업을 수행하는 그라인딩부(20)로 구성된다.

또한 본 발명은 상기 다관절 로봇(10)을 제어하는 로봇 제어기(50)와, 상기 그라인딩부(20)를 제어하는 그라인딩부 제어기(60)와, 상기 로봇 제어기(50)와 그라인딩부 제어기(60)를 운용하고 다관절 로봇 끝단의 위치정보와 후술되는 레이저 변위센서에서 계측된 변위로부터 프로펠러(90)의 표면좌표를 생성하는 통합제어반(70)과, 상기 통합제어반(70)에 연결되어 통합제어반(70)에서 생성된 데이터를 전송받아 그라인딩부(20)와 그라인딩로봇(10)의 가공궤적을 생성하는 O.L.P(Off-Line-Program)서버(80)를 더 포함한다.

한편 상기 통합제어반(70)은 모니터 화면을 통하여 사용자에게 프로펠러 측정 및 연삭작업을 위한 공정순서 설정과 모니터를 작업을 수행하도록 하는 그래픽 사용자 인터페이스를 구비한다.

상기 그라인딩부(20)는 도 3, 도 4, 에서와 같이 다관절 로봇(10)의 단부에 결합되어 다관절 로봇(10)과 연결되도록 하는 고정용 베이스프레임(21)과, 상기 고정용 베이스프레임(21) 하부에 설치되는 외부케이스(22)와, 상기 외부케이스(22)의 내부 양측에 설치된 가이드레일(23)과, 상기 외부케이스(22) 내측에 설치되고 상기 가이드레일(23)을 따라 상하로 이동되는 이동블록(24)과, 상기 이동블록(24)의 내부에 구비되는 스핀들 구동모터(28)와, 상기 스핀들 구동모터(28)의 작동에 의해 회전하면서 프로펠러(90)의 표면을 그라인딩 하는 그라인딩 툴(25)과, 상기 이동블록(24)의 양측으로 위치하고 상기 외부케이스(22)의 내부면에 고정되도록 설치되어 상기 이동블록(24)이 상하로 이동되도록 하는 한 쌍의 볼 스크류(27)와, 상기 외부케이스(22)의 외측에 설치되어 볼 스크류(27)에 동력을 전달하여 회전시켜 주어 이동블록(24)이 상하로 이동되도록 하는 상하이동 구동모터(29)로 구성된다.

한편 상기 볼 스크류(27)와 상하이동 구동모터(29)는 스풀(30)을 구비하며, 상기 볼 스크류(27)와 구동모터(29)의 스풀(30)은 타이밍 벨트(31)에 의해 연결되어 상하이동 구동모터(29)의 동력을 볼 스크류(27)로 전달하게 된다.

또한 상기 외부케이스(22)에는 주조 완료된 프로펠러(90)의 주조 제작 상태를 계측하는 레이저 변위센서(32)를 더 구비한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 상기 그라인딩부(20)의 스핀들 구동모터(28)로 전류를 공급하는 전력선에 전류계측센서(26)를 설치하여 스핀들 구동모터(28)에서 그라인딩 툴(25)에 가해지는 구동전류량을 측정하여 그라인딩부 제어기(60)로 전송하도록 한다.

바람직하게는 상기 전류계측센서(26)는 그라인딩부 제어기(60)와 가장 근접한 위치에서 정확하게 스핀들 구동모터(28)의 전류를 측정할 수 있도록 그라인딩부 제어기(60) 내에서 스핀들 구동모터(28)로 연결되는 전력선에 설치되며, 검출된 스핀들 구동모터(28)의 전류신호를 이용하여 그라인딩부 제어기(60)에서는 그라인딩부(20)에 구비된 상하이동 구동모터(29)의 높이를 조절하여 그라인딩 툴(25)에 발생되는 가공부하를 조절하게 된다.

이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 그라인딩부(20)는 상기 그라인딩부 제어기(60)에서 작동신호를 전송하면, 이 신호에 의해 상하이동 구동모터(29)가 작동하고, 상기 상하이동 구동모터(29)와 타이밍밸트(31)로 연결되는 볼스크류(27)를 회전시켜 주고, 상기 볼스크류(27)가 회전함으로써 상기 이동블록(24)을 외부케이스(22)의 내측에서 상하방향으로 이동되도록 하여 적절한 위치를 조절한 후 스핀들 구동모터(28)를 작동시켜 그라인딩 툴(25)이 회전되도록 하여 프로펠러(90)를 그라인딩 하게 된다.

이때 이동블록(24)을 상하방향으로 이동되도록 하는 상하이동 구동모터(29)는 전류계측센서(26)에서 계측된 구동전류 정보에 따라 그라인딩부 제어기(60)의 신호에 의해 상하로 높이가 조절되어 그라인딩 툴(25)의 가공부하를 조정하게 된다.

상기와 같이 프로펠러(90)의 자동 그라인딩 시 상기 전류계측센서(26)는 일정한 시간간격으로 스핀들 구동모터(28)의 구동전류를 계측하게 되고, 이렇게 계측된 구동전류 정보는 그라인딩부 제어기(60)로 전달되며, 이 그라인딩부 제어기(60)는 미리 설정된 프로펠러(90)의 기준값과 레이저 변위센서(32)를 통해 측정된 계측값의 편차량을 이용하여 상하이동 구동모터(29)를 제어하는 신호를 발생함으로써 그라인딩 작업 중 발생되는 그라인딩 툴(25)의 부하를 자동으로 조절해주게 된다.

즉, 전류계측센서(26)를 통하여 계측된 전류는 그라인딩부 제어기(60)에 디지털 값으로 입력되고, 그라인딩부 제어기(60)에서 계산된 제어 입력량을 가공부하를 제어하는 상하이동 구동모터(29)의 서보드라이브에 아날로그 속도지령으로 입력해 줌으로서 상하이동 구동모터를 상향 또는 하향으로 이동시켜 그라인딩 부하를 자동으로 조절하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는, 프로펠러의 계측 및 그라인딩 가공 작업을 자동으로 수행함으로써 프로펠러의 그라인딩 작업을 신속하게 수행할 수 있으며, 또한 다관절 로봇을 이용하여 연삭가공하기 때문에 프로펠러의 그라인딩 작업 시간이 절감되며 고른 가공품질 제공될 뿐만 아니 라 위해 작업환경 개선 등의 장점을 제공함으로써 프로펠러 제품 품질을 향상시키고, 제품 생산일정의 단축을 통한 생산 효율을 증대 시킬 수 있으며, 프로펠러 가공시 그라인딩 툴에 발생되는 가공부하가 일정하게 유지되도록 하여 과다하게 가해지는 가공부하에 의해 그라인딩 툴이 파손되거나 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims (1)

1. 다관절 로봇(10)의 단부에 결합되도록 하는 고정용 베이스프레임(21)과, 상기 고정용 베이스프레임(21) 하부에 설치되는 외부케이스(22)와, 상기 외부케이스(22)의 내부 양측에 설치된 가이드레일(23)과, 상기 외부케이스(22) 내측에 설치되고 상기 가이드레일(23)을 따라 상하로 이동되는 이동블록(24)과, 상기 이동블록(24)의 내부에 구비되는 스핀들 구동모터(28)와, 상기 스핀들 구동모터(28)의 작동에 의해 회전하면서 프로펠러(90)의 표면을 그라인딩 하는 그라인딩 툴(25)과, 상기 이동블록(24)의 양측으로 위치하고 상기 외부케이스(22)의 내부면에 고정되도록 설치되어 상기 이동블록(24)이 상하로 이동되도록 하는 한 쌍의 볼 스크류(27)와, 상기 외부케이스(22)의 외측에 설치되어 볼 스크류(27)에 동력을 전달하여 회전시켜 주어 이동블록(24)이 상하로 이동되도록 하는 상하이동 구동모터(29)와, 상기 외부케이스에 설치되어 주조 완료된 프로펠러(90)의 주조 제작 상태를 계측하는 레이저 변위센서(32)로 구성되고, 상기 볼 스크류(27)와 상하이동 구동모터(29)는 스풀(30)을 구비하며, 스풀에 설치되는 타이밍 벨트(31)에 의해 연결되어 상하이동 구동모터(29)의 동력을 볼 스크류(27)로 전달할 수 있도록 이루어진 그라인딩부(20)의 그라인딩 툴(25) 가공부하 제어방법에 있어서,

   상기 스핀들 구동모터(28)로 동력원을 공급하는 전력선에 전류계측센서(26)를 설치하여 스핀들 구동모터(28)의 구동전류를 일정 간격으로 계측하고, 상기 전류계측센서(26)에서 계측된 측정값을 그라인딩부 제어기(60)에서 전류계측센서(26)를 통해 계측된 측정값과 미리 설정된 기준값을 비교하여 상기 그라인딩부(20)의 높이를 조절하여 그라인딩시 발생되는 가공부하를 일정하게 유지하여 프로펠러(90)를 그라인딩 하는 것을 특징으로 하는 프로펠러의 그라인딩 작업시 발생되는 가공부하의 조절방법.

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