KR101099724B1 - 상방향 도장장치 - Google Patents

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Abstract

상방향 도장장치가 개시된다. 선체 또는 블록의 저면을 도장하는 상방향 도장장치로서, 이동 및 회전이 가능한 대차부와, 대차부의 상부에 설치된 헤드 가동부와, 헤드 가동부의 상부에 설치된 헤드부를 포함하고, 헤드 가동부는 대차부에 대하여 헤드부를 가동하는 것을 특징으로 하는 자동도장창치를 제공함으로써, 도료를 분사하는 노즐이 선체의 저면 또는 블록의 저면과 일정한 거리 및 각도를 유지하여 고품질의 도막을 얻을 수 있고, 도장이 미완료된 부분을 자동으로 인식하여 도장 할 수 있다.

Description

상방향 도장장치{OVER-HEAD PAINTING APPARATUS}
본 발명은 상방향 도장장치에 관한 것으로, 선박의 선체 저면 또는 선체의 부분품인 블록의 저면을 도장하는 상방향 도장장치에 관한 것이다.
선체의 표면에는 도막을 형성하여 선각의 부식 및 손상을 방지한다. 그런데, 도막의 표면이 균일하지 못할 경우에는 완성된 선박을 운항할 때 물과의 마찰저항에 의해 선박의 추진효율이 낮아질 수 있다. 특히 선체의 저면은 항상 물과 접촉하게 되므로, 선체의 저면 또는 선체의 저면 일부를 구성하게 될 블록의 표면(이하, '블록의 저면'이라 칭한다)에 형성되는 도막은 균일한 두께를 갖도록 도장한다.
균일한 두께의 도막을 얻기 위해서는, 도료가 분사되는 노즐이 선체 또는 블록의 저면과 일정한 간격을 유지하도록 하며 도장해야 하고, 노즐과 블록의 저면이 형성하는 각도 또한 일정하게 유지하여야 한다.
도 1에는 선박의 블록이 지지대 위에 거치된 모습이 예시되어 있다.
도 1을 참조하면, 블록(20)은 복수의 지지대(25)에 의해 작업장 바닥면으로부터 다소 이격 된 상태로 지지된다. 여기서, 도시된 블록(20)은 선체(도시되지 않음)의 저면 일부를 구성하게 될 블록들 중 하나의 예를 든 것임을 밝힌다.
블록(20)에 대한 용접, 도장 및 검사 등의 작업은 도시된 바와 같이 지지대(25)에 의해 지지된 상태로 행해질 수 있는데, 이는 블록(20)의 저면(21)에도 도장 및 검사 등의 작업을 행할 수 있어야 하기 때문이다. 따라서, 지지대(25)는 작업자가 블록(20) 아래로 통행할 수 있을 정도의 높이를 갖는 것이 일반적이다.
선체(도시되지 않음)가 완성된 후에는, 선체에 해양생물이 부착되는 것을 방지하거나 극지방을 운항하면서 얼음과 충돌하여 선체 표면이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 선체에 방오도료(防汚塗料) 및 내빙도료(耐氷塗料)와 같은 특수도료를 이용한 마무리 도장 및 검사 등이 행해질 수 있다.
그런데, 블록(20)의 저면(21) 및 저면(21)과 인접한 곡면부(22)를 도장하기 위해서는 작업자가 블록(20) 아래로 들어가서 블록(20)의 저면(21)을 향하여 상방향 작업을 행해야 한다. 상방향 도장은 피로도가 높기 때문에, 작업의 능률이 저하되고 작업자의 경추 및 척추 등에 무리가 되거나 근골격계 질환이 유발되기도 한다.
또한, 상술한 바와 같이 두께가 균일한 고품질의 도막을 얻기 위해서는 숙련자가 필요한데, 현재 작업자의 고령화와 작업의 어려움 때문에 필요한 인력의 수급에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
따라서, 블록(20)의 저면(21)에 대한 도장을 위한 각종 자동화 장비를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 그 결과, 블록(20)의 저면(21)에 도장을 하기 위한 다양한 장치가 개발되었는데, 그 일례가 도 2에 도시되어 있다.
도 2에는 종래의 상향 도료 분사 장치가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상향 도료 분사 장치(1)는 우레탄 휠(17) 및 유압실린더(13)가 설치된 우레탄 휠(17')에 의해 작업장의 바닥면 상에서 평면이동이 가능하고, 상방향으로 스프레이 노즐(10)이 설치되어 도료를 분사한다.
따라서, 상향 도료 분사 장치(1)는 블록(도 1의 20)을 지지하고 있는 복수의 지지대(도 1의 25)들 사이의 공간을 평면이동 하면서 블록(도 1의 20)의 저면(21)에 도료를 분사한다.
상술한 바와 같이, 고품질의 도막을 얻기 위해서는 스프레이 노즐(10) 및 블록(20)의 저면(21) 사이의 간격 및 각도가 일정하게 유지되어야 한다. 그런데, 작업장의 바닥면에는 다양한 공구, 전원 케이블 및 유압호스 등이 놓여있을 수 있으며, 작업장의 바닥면이 고르지 못하고 일부분에는 요철부가 형성되어 블록(20)의 저면(21)과 평행을 형성하지 못하는 경우가 많다.
따라서, 상향 도료 분사 장치(1)는 블록(20)의 하측을 이동하며 저면(21)을 향하여 도료를 분사할 수는 있으나, 도장 중 스프레이 노즐(10)과 블록(20)의 저면(21) 사이의 간격 및 각도를 일정하게 유지할 수는 없으므로, 고품질의 도막을 얻기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 선체(도시되지 않음) 또는 블록(20)의 저면(21)을 도장하던 중 작업을 중단하였다가 다시 시작하게 되는 경우, 도장을 시작할 부분을 작업자가 수동으로 지정해야 하는 단점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상방향 도장장치는 도료를 분사하는 노즐이 선체의 저면 또는 블록의 저면과 일정한 거리 및 각도를 유지하며 도장할 수 있도록 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 이동 및 회전이 가능한 대차부; 상기 대차부의 상부에 설치된 헤드 가동부; 및 상기 헤드 가동부의 상부에 설치된 헤드부를 포함하고, 상기 헤드 가동부는 상기 대차부에 대하여 상기 헤드부를 가동 가능한 것을 특징으로 하는 상방향 도장창치가 제공된다.
상기 헤드 가동부는, 상기 대차부의 상부에 결합된 하단부에 대하여 상기 헤드부의 하부에 결합된 상단부를 가동시키는 헤드 가동수단을 포함할 수 있다.
상기 헤드 가동수단은, 스튜어트 플랫폼일 수 있다.
상기 헤드 가동부는 상기 대차부에 대하여 상기 헤드부를 6자유도 가동 가능할 수 있다.
상기 헤드부는, 평판 형상의 상면이 형성된 헤드 베이스; 상기 상면 상에 이송 가능하게 설치되고, 상기 상면에 대하여 수직한 방향으로 도료를 분사하는 도료분사부; 상기 도료분사부를 이송시키는 직선이송부; 및 상기 상면과 상기 저면 사이의 거리 및 상기 상면과 상기 저면이 형성하는 각도를 측정하는 센싱부를 포함할 수 있다.
상기 직선이송부는, 상기 상면 상에 나란하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일; 상기 가이드 레일에 설치된 래크; 상기 래크에 치합된 피니언; 상기 피니언을 일방향 또는 타방향으로 회전시키는 구동수단; 및 상기 구동수단이 결합되고, 상기 피니언의 회전방향에 따라 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 이송 베이스를 포함할 수 있다.
상기 센싱부는, 상기 상면 상에 배치된 거리센서; 및 상기 상면 상에 배치된 카메라 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도료를 분사하는 노즐이 선체의 저면 또는 블록의 저면과 일정한 거리 및 각도를 유지하여 고품질의 도막을 얻을 수 있고, 도장이 미완료된 부분을 자동으로 인식하여 도장 할 수 있다.
도 1은 선박의 블록이 지지대 위에 거치된 모습을 예시한 사시도.
도 2는 종래의 상향 도료 분사 장치의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치의 헤드부의 분해사시도.
도 5는 도 4에 A로 표시한 부분의 확대도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치의 헤드 가동수단의 사시도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치가 도장 미완료 부분을 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치를 이용한 도장방법의 예를 설명하기 위한 흐름도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 본 발명에 대한 설명에서 사용되는 '수직', '평행' 및 '나란함'은 기하학적인 '수직', '평행' 및 '나란함'을 의미하는 것이 아니라, 가공오차 및 이송오차 등을 고려한 실질적인 '수직', '평행' 및 '나란함'을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치의 사시도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)의 사시도가 도시되어 있다. 상방향 도장장치(30)는 대차부(500), 헤드 가동부(300) 및 헤드부(100)를 포함할 수 있다.
대차부(500)는 차체(510) 및 차체(510)에 결합된 복수의 바퀴(520)를 포함하여, 이동 및 회전이 가능하다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)에는 도시된 형식의 대차부(500) 외에도 작업장(도시되지 않음)의 바닥면 위를 직선 및 곡선 주행하며 이동할 수 있는 다양한 형식의 대차부(도시되지 않음)를 적용할 수 있다.
대차부(500)의 상부에는 헤드 가동부(300)가 설치될 수 있다. 헤드 가동부(300)는 방진커버(301) 및 헤드 가동수단(도 6의 302 참조)을 포함하는데, 방진커버(301)는 주름관(bellows)과 같이 신축 가능한 것을 사용하여 도장 작업 중에 발생되는 미세분진 등이 헤드 가동수단(302) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 헤드 가동수단(302)에 대해서는 아래에서 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
헤드 가동부(300)의 상부에는 헤드부(100)가 설치될 수 있다. 헤드부(100)는 선체(도시되지 않음)의 저면 또는 블록의 저면(도 1의 21 참조)에 도료를 분사할 수 있다. 헤드부(100)는 헤드 가동부(300)에 의해 대차부(500)에 대하여 6 자유도 가동될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 헤드 가동부(300)에 의해 헤드부(100)가 대차부(500)에 대하여 6 자유도 가동되는 것을 일 예로 설명하나, 이에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 적용되는 환경에 따라, 헤드부(100)가 선체부의 저면에 다양하게 대향하도록 하기 위해, 헤드 가동부(300)가 다양하게 구현될 수 있음은 본 발명의 기술적 사상에 비추어 당업자에게 자명하다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치의 헤드부의 분해사시도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(도 3의 30)의 헤드부(100)에는 헤드 베이스(101), 도료분사부(140), 직선이송부 및 센싱부가 포함될 수 있다.
헤드 베이스(101)에는 평판 형상의 상면이 형성되며, 이 상면 상에 도료분사부(140)가 이송 가능하게 설치될 수 있다. 도료분사부(140)에는 직선이송부가 설치되어, 도료분사부(140)가 헤드 베이스(101)의 상면 상에서 이송되도록 할 수 있다.
도료분사부(140)는 도료를 분사하는 복수의 노즐(141), 노즐(141)이 일렬로 배치되도록 복수의 노즐(141)을 지지하는 지지바(142) 및 지지바(142)를 지지하는 지지대(143)를 포함할 수 있다. 지지대(143)는 직선이송부의 이송 베이스(133)에 지지되는데, 직선이송부에 대해서는 아래에서 도 5를 함께 참조하여 상세히 설명할 수 있다.
센싱부는 헤드 베이스(101)의 상면 상에 이격 배치된 세 개의 거리센서(111, 112, 113) 및 카메라 모듈(120)을 포함할 수 있다.
여기서, 거리센서(111, 112, 113)는 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(도 1의 21)에 대하여 헤드 베이스(101)의 상면이 기울어진 각도, 즉 도장할 면과 헤드 베이스(101)의 상면이 형성하는 각도를 측정할 수 있다. 따라서, 센싱부에는 분산 배치된 적어도 세 개의 거리센서(111, 112, 113)가 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)의 센싱부는 세 개의 거리센서(111, 112, 113)를 포함하는데, 필요에 따라 도시되지 않은 거리센서를 추가 설치할 수 있다.
그리고, 카메라 모듈(120)은 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(도 1의 21)에서 도장이 된 부분 및 도장이 미완료된 부분을 구분하여, 도장을 할 부분을 감지할 수 있다. 카메라 모듈(120)에 대해서는 아래에서 도 7 및 도 8을 참조하여 상세히 설명한다
도 5에는 도 4에 A로 표시한 부분의 확대도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5를 함께 참조하여 직선이송부를 설명할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 직선이송부는 한 쌍의 가이드 레일(131, 131a), 가이드 레일에 설치된 래크(132), 가이드 레일(131, 131a), 이송 베이스(133), 구동수단(134), 제1 기어(136), 제2 기어(137) 등을 포함할 수 있다.
헤드 베이스(101)의 상면에 나란히 설치된 가이드 레일(131, 131a) 사이에는 이송 베이스(133)가 배치될 수 있다. 이송 베이스(133)의 양측에는 플랜지부(133a)가 형성되어 이송 베이스(133)의 저면 및 헤드 베이스(101)의 상면 사이의 간격을 유지할 수 있다.
이송 베이스(133)의 상면에는 복수의 브라켓(133b, 133c)이 형성될 수 있다. 그 중 하나의 브라켓(133b)에는 구동수단(134)이 고정되며, 다른 하나의 브라켓(133c)에는 구동수단(134)에 연결된 제1 구동축(135)이 고정될 수 있다.
구동수단(134)은 모터와 같이 회전력을 발생시키는 장치로, 제1 구동축(135)을 일방향 또는 타방향으로 회전시킨다. 제1 구동축(135)의 단부에는 제1 기어(136)가 결합되고, 제1 기어(136)에는 제2 기어(137)가 치합될 수 있다. 여기서, 제1 기어(136) 및 제2 기어(137)는 베벨기어로서, 회전력의 방향을 수직하게 변경시킨다.
제2 기어(137)에는 제2 구동축(138)의 일단부가 결합되는데, 제2 구동축(138)은 이송 베이스(133)를 상측에서 하측으로 관통하며 설치되고, 제2 구동축(138)의 하단부에는 피니언(pinion, 139)이 결합될 수 있다. 즉, 피니언(139)은 제2 구동축(138)이 이송 베이스(133)의 하측으로 관통하여 돌출된 부분에 설치될 수 있다.
피니언(139)은 래크(132)에 치합될 수 있다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 피니언(139) 및 래크(132)가 치합되는 부분에는 플랜지부(133a)가 형성되지 않도록 하여, 플랜지부(133a)와 피니언(139)이 간섭되지 않도록 할 수 있다.
플랜지부(133a)는 이송 베이스(133) 및 헤드 베이스(101) 사이에 간격이 형성되도록 하여, 헤드 베이스(101)의 상면 및 피니언(139)이 간섭되지 않도록 할 수 있다.
따라서, 구동수단(134)이 일방향 또는 타방향으로 회전하면 이송 베이스(133)가 가이드 레일(131, 131a)을 따라 일측 또는 타측으로 직선이송될 수 있다. 상술한 바와 같이 이송 베이스(133) 상에는 도료분사부(140)가 설치되므로, 이송 베이스(133)의 직선이송에 따라 도료분사부(140)가 헤드 베이스(101)에 대하여 직선으로 이송될 수 있다.
여기서, 복수의 노즐(141)은 도 4에 도시된 바와 같이, 도료분사부(140)가 이송되는 방향에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치의 헤드 가동수단이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 헤드 가동수단(302)은 하판(310), 상판(350) 및 6 개의 로드(330)를 포함할 수 있다. 여기서, 하판(310)은 대차부(500)의 상부, 즉 차체(510)의 상부에 일체로 결합되거나, 하판(310) 자체가 차체(510) 상부의 일부분을 형성할 수도 있다. 그리고, 상판(310)은 헤드 베이스(101)의 하부에 일체로 결합되거나, 상판(310) 자체가 헤드 베이스(101) 하부의 일부분을 형성할 수도 있다.
하판(310) 및 상판(350)을 사이에 결합된 6개의 로드(330)는 중간 부분에 신축 조인트(333)가 형성되어 길이가 연장 또는 단축될 수 있는데, 유압장치(도시되지 않음)를 이용하여 로드(300)의 길이가 연장 또는 단축되도록 할 수 있다. 로드(330)의 하단부는 하판(310)에 스페리컬 조인트(spherical joint, 331)에 의해 결합되고, 로드(330)의 상단부는 상판(350)에 스페리컬 조인트(spherical joint, 335)에 의해 결합될 수 있다.
로드(330) 하단부의 스페리컬 조인트(331) 및 로드(330) 상단부의 스페리컬 조인트(335)는 도시된 바와 같이 한 쌍씩 근접하게 배치될 수 있다. 이때, 로드(330) 하단부의 스페리컬 조인트(331) 및 상단부의 스페리컬 조인트(335)는 하판(310)에 수직한 방향(Z축)을 기준으로 보았을 때 서로 엇갈린 위치에 배치될 수 있다.
따라서, 헤드 가동수단(302)은, 하판(310)의 중심점에 표시한 좌표축을 기준으로 하였을 때, 하판(310)에 대하여 상판(350)을 X축, Y축 및 Z축과 나란한 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 하판(310)에 대하여 상판(350)을 X축, Y축 및 Z축을 회전중심축으로 회전시킬 수 있다.
즉, 헤드 가동수단(302)은 하판(310)에 대하여 상판(350)을 6 자유도 가동시킬 수 있는 것으로, 스튜어트 플랫폼(Stewart Platform)을 활용한 것이다. 스튜어트 플랫폼은 잘 알려진 사항이므로 더 상세한 설명은 생략한다.
도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)의 헤드 가동부(300)로는 상술한 바와 같이 스튜어트 플랫폼을 활용한 헤드 가동수단(302) 외에도, 하판(310)에 대하여 상판(350)을 6 자유도를 구현할 수 있는 다양한 장치가 활용될 수 있다.
또한, 도 6에 예시된 6 자유도 외에 다양한 자유도를 가질 수 있도록 헤드 가동부(300)가 다양하게 구현될 수 있음은 본 발명의 기술적 사상에 비추어 당업자에게 자명하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치가 도장 미완료 부분을 감지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(도 3의 30)가 선체(도시되지 않음)의 하측 또는 블록(도 1의 20) 하측으로 이동하여 카메라 모듈(도 4의 120)을 이용하여 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(도 1의 21)을 촬영한 이미지의 예를 나타낸 것이다. 도 7 및 도 8에 도시된 이미지에는 도장이 완료된 부분(a), 도료가 부분적으로 도포된 부분(b) 및 도료가 전혀 도포되지 않은 부분(c)이 나타나 있다.
도장이 완료된 부분(a)은 도막 형성이 완료되어 더 이상 도장을 하지 않을 부분인 반면, 도료가 부분적으로 도포된 부분(b)은 추가적인 도장을 할 부분이고 도료가 전혀 도포되지 않은 부분(c)은 도장을 새로 해야 할 부분이다. 따라서, 도장을 더 하지 않을 부분(a)과 도장을 해야 할 부분(b, c) 사이의 경계선(BL)은 도장이 완료된 부분(a) 및 도료가 부분적으로 도포된 부분(b) 사이에 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)의 카메라 모듈(120)은 디지털 이미지를 촬영할 수 있는 것을 사용하고, 촬영된 이미지는 경계검출 마스크 필터(averaging mask filter)를 이용하여 윤곽선 이미지로 필터링(filtering) 할 수 있다.
상술한 바와 같이 촬영된 이미지로부터 윤곽선 이미지를 필터링 할 수 있는 경계검출 마스크 필터로는, 소벨 마스크 필터(Sobel mask filter), 프리윗 마스크 필터(Prewitt mask filter), 로버츠 마스크 필터(Roberts mask filter), 키르슈 마스크 필터(Kirsch mask filter) 등을 들 수 있다.
이와 같이, 디지털 이미지로부터 윤곽선 이미지를 필터링 하는 것은 잘 알려진 사항이므로 윤곽선 이미지를 필터링 하는 방법에 대한 설명은 생략한다.
다만, 경계선(BL)은 상술한 바와 같이 도장이 완료된 부분(a) 및 도료가 부분적으로 도포된 부분(b) 사이에 형성되어야 하므로, 윤곽선 이미지의 필터링에 의해 형성되는 윤곽선(도시되지 않음)이 경계선(BL)과 일치하도록 원본 디지털 이미지의 명도 또는 채도를 조정하는 과정이 추가될 수 있다.
설명하지 않은 부호인 θ는, 도 7에 점선으로 표시한 도료분사부(140)의 직선이송 방향 및 경계선(BL)이 형성하는 각도로서, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 할 수 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 도료분사부(140)는 직선이송부에 의해 헤드부(100) 상에서 직선이송 될 수 있다. 도료분사부(140)를 대차부(500)와 별도로 작동되도록 함으로써 고품질의 도막을 얻을 수 있다.
대차부(500)를 직선 또는 곡선 주행시킴과 동시에 도료분사부(140)를 작동시키면 작업장(도시되지 않음) 바닥면의 상태에 따라 노즐(141) 및 블록의 저면(도 1의 21) 사이의 거리가 일정하게 유지되지 못하여 도막의 품질이 저하될 수 있다.
따라서, 대차부(500)를 작동시켜 상방향 도장장치(30)를 소정 거리 이동시킨 후 대차부(500)의 작동을 중지시키고 도료분사부(140)를 작동시켜 블록 저면(도 1의 21)의 소정 영역을 도장할 수 있다. 이후, 대차부(500)를 작동시켜 상방향 도장장치(30)를 다음 도장할 영역으로 이동시킨 후 도료분사부(140)를 작동시키는 동작을 반복하여 블록의 저면(도 1의 21)을 도장할 수 있다.
여기서, 상방향 도장장치(30)는 대차부(500)의 작동을 중지시키고 도료분사부(140)를 작동시키기 전, 센싱부를 이용하여 헤드 베이스(101) 및 블록의 저면(도 1의 21) 사이의 거리 및 각도를 조절함으로써, 도료분사부(140)가 작동되는 동안 노즐(141)이 블록의 저면(도 1의 21)과 일정한 거리 및 각도를 유지하게 할 수 있다.
그러므로, 상방향 도장장치(30)는 블록의 저면(도 1의 21)에 고품질의 도막을 형성할 수 있는데, 이와 같은 상방향 도장장치(30)의 작동 예에 대해서는 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치를 이용한 도장방법의 예를 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 3 내지 도 8을 함께 참조하여 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)의 작동에 대해 설명한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)를 이용한 도장방법에는, 작업 위치로 이동시키는 단계(S10), 헤드부 간격 및 경사각을 조정하는 단계(S20), 헤드부의 수평각을 조정하는 단계(S30), 도료분사부 이송 및 도료 분사 단계(S40) 및 도장 작업이 완료되었는지 확인하여 상방향 도장장치를 다음 작업 위치로 이동시키거나 작업을 종료하는 단계(S50)가 포함될 수 있다.
작업 위치로 이동시키는 단계(S10)는, 상방향 도장장치(30)를 작업 위치, 즉 선체(도시되지 않음) 또는 블록(도 1의 20)의 하측으로 이동시키는 단계를 말한다. 상방향 도장장치(30)는 대차부(500)를 이용하여 작업 위치로 이동시키며, 이때 카메라 모듈(120)을 이용하여 도장을 할 부분의 하측에 상방향 도장장치(30)가 위치하도록 이동시킨다.
헤드부 간격 및 경사각을 조정하는 단계(S20)는, 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 노즐(141) 사이의 간격이 고품질의 도막을 형성할 수 있는 간격을 갖도록 조정하고, 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 헤드 베이스(101)의 상면이 평행하게 되도록 하는 단계를 말할 수 있다.
여기서, 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 노즐(141) 사이의 간격 및 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 헤드 베이스(101)의 상면이 형성하는 각도는 거리센서(111, 112, 113)를 이용하여 측정할 수 있다.
오차범위를 고려하였을 때, 거리센서(111, 112, 113)를 이용하여 측정한 거리가 서로 차이가 날 경우에는 헤드 베이스(101)의 상면이 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 경사각을 형성한 상태이다. 이럴 경우, 거리센서(111, 112, 113)에 의해 측정되는 거리가 모두 오차범위 내에 들도록 헤드 베이스(101)의 각도를 조정하면, 헤드 베이스(101)의 상면이 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 나란하게 배치될 수 있다.
여기서, 헤드 베이스(101) 상면의 각도를 조정하는 데에는 헤드 가동수단(302)이 사용되며, 헤드 가동수단(302)의 상판(350)을 하판(310)에 대하여 X축 및 Y축을 회전중심축으로 회전시켜 헤드 베이스(101) 상면의 각도를 조정할 수 있다.
그리고, 거리센서(111, 112, 113)에 의해 측정되는 거리가 미리 정해진 범위보다 멀 경우에는 헤드부(100)를 대차부(500)로부터 상승시키고, 가까운 경우에는 헤드부(100)를 대차부(500) 방향으로 하강시킨다. 즉, 거리센서(111, 112, 113)에 의해 측정되는 거리가 미리 정해진 범위보다 멀 경우에는 헤드 가동수단(302)의 상판(350)이 하판(310)과 멀어지도록 상승시키고, 가까울 경우에는 헤드 가동수단(302)의 상판(350)이 하판(310)이 가까워지도록 하강시킨다.
상술한 바와 같이 도막의 품질은, 도료가 분사되는 노즐(141)과 도장을 할 면 사이의 간격 및 노즐(141)이 도료를 분사하는 각도와 도장을 할 면 사이에 형성되는 각도에 큰 영향을 받는다. 이러한 간격 및 각도는 도료의 특성에 따라 각각 다르게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)는, 거리센서(111, 112, 113)를 이용하여 노즐(140)이 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)과 도료에 따라 가장 적합한 간격을 갖도록 할 수 있다. 그리고, 헤드 베이스(101)와 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)이 형성하는 각도, 즉 노즐(141)로부터 도료가 분사되는 방향을 일정하게 유지할 수 있다.
이때, 헤드 베이스(101)의 각도는 직선이송부에 의해 도료분사부(140)가 헤드 베이스(101) 상에서 직선이송 되더라도 노즐(141)에서 분사되는 도료의 방향과 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)이 형성하는 방향을 일정하게 유지되도록 조정할 수 있다.
상술한 바와 같이 헤드부(100)의 간격 및 경사각을 조정(S20)함으로써, 도장에 의해 형성되는 도막의 품질을 최대한 향상시킬 수 있다.
헤드부의 수평각을 조정하는 단계(S30)는, 카메라 모듈(120)에 의해 촬영된 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)에 도장을 할 방향에 따라 헤드부(100)를 대차부(500)에 대하여 Z축(도 6 참조)을 회전중심축으로 필요한 만큼 회전시키는 것을 말할 수 있다.
즉, 수평각이란, 도료분사부(140)가 헤드 베이스(101) 상에서 직선이송 되는 방향과 경계선(BL)이 형성하는 각도로 말할 수 있다.
예를 들어, 카메라 모듈(120)에 의해 촬영된 이미지로부터 도 7에 도시된 바와 같이 경계선(BL)을 필터링 하였을 때, 이 경계선(BL)이 도 7에 점선으로 표시한 도료분사부(140)의 직선이송 방향과 소정의 각도(θ)를 형성할 경우, 헤드 가동수단(302)을 이용하여 Z축(도 6 참조)을 회전중심축으로 헤드 베이스(101)를 대차부(500)에 대하여 소정의 각도(θ)만큼 회전킬 수 있다.
헤드 베이스(101)가 소정의 각도(θ)만큼 회전된 후에는, 카메라 모듈(120)에 도 8에 도시된 바와 같은 이미지가 촬영될 수 있다. 즉, 경계선(BL) 및 도료분사부(140)가 헤드 베이스(101) 상에서 직선이송 되는 방향이 나란하게 될 수 있다.
만약, 헤드부(100)의 간격 및 경사각을 조정하는 단계(S20) 이후, 도료분사부(140)가 헤드 베이스(101) 상에서 직선이송 되는 방향과 경계선(BL)이 나란한 것으로 측정되는 경우에는, 헤드부의 수평각을 조정하는 단계(S30)가 생략될 수 있다.
도료분사부 이송 및 도료 분사 단계(S40)는 노즐(141)에서 도료를 분사하면서 도료분사부(140)를 헤드 베이스(101) 상에서 직선이송 되도록 하는 것이다.
선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)에 처음으로 도장을 하는 경우에는, 노즐(141)로 도료를 분사하면서 헤드 베이스(101) 상에서 도료분사부(140)를 가이드 레일(131, 131a)의 일측단에서 타측단으로 일 내지 수 회 왕복시켜 도장을 할 수 있다.
또는, 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)이 도 8에 도시된 바와 같이 일부분에 도장 완료된 상태일 경우에는, 경계선(BL)에 단차가 형성된 부분으로 도료분사부(140)를 이동시킨 이후 노즐(141)로 도료를 분사하면서 도장을 할 수 있다.
이때, 카메라 모듈(120)을 이용하여 도막이 충분히 형성되었는지의 여부를 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 노즐(141)로 도료를 분사하면서 도료분사부(140)를 일 내지 수 회 왕복시키는 과정에서, 도 8에 도시된 바와 같은 경계선(BL)이 검출되지 않는 경우, 도장 작업이 완료된 것으로 볼 수 있다.
도장 작업이 완료되었는지 확인하여 상방향 도장장치를 다음 작업 위치로 이동시키거나 작업을 종료하는 단계(S50)는 다음과 같다.
상술한 바와 같이, 도료분사부(140)를 헤드 베이스(101) 상에서 일 내지 수 회 왕복시켜 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21) 일부분에 도장을 완료한 경우, 추가로 도장할 부분이 있는지를 확인할 수 있다.
여기서, 추가로 도장할 부분이 있는지의 여부는 상방향 도장장치(30)에 내장된 기억장치 또는 상방향 도장장치(30)와 무선통신을 통해 연결된 선박(도시되지 않음)의 설계 데이터 베이스에서 확인할 수 있다.
만약, 추가로 도장할 부분이 없는 경우에는 도장을 종료하고, 추가로 도장할 부분이 있는 경우에는 대차부(500)를 이용하여 상방향 도장장치(30)를 다음 작업 장소로 이동시킬 수 있다(S10). 이후, 추가로 도장할 부분이 없을 때까지 상술한 바와 같은 단계들을 반복할 수 있다.
상방향 도장장치(30)가 추가로 도장할 부분이 없을 경우, 대차부(500)를 이용하여 상방향 도장장치(30)가 안전한 곳으로 이동하여 대기하도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상방향 도장장치(30)를 이용하면, 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)에 대한 도장 작업을 완전 자동화 할 수 있으며, 도장 작업 중 도료의 특성에 적합한 노즐(353)의 거리를 일정하게 유지하고 도료가 수직 방향으로 분사되도록 함으로써 고품질의 도막을 얻을 수 있다.
특히, 선체의 저면(도시되지 않음) 또는 블록의 저면(21)에 부분적으로 도막이 형성된 경우에도 도장할 위치를 지정하지 않을 수 있으므로, 도장 작업의 효율이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 따른 상방향 도장장치에 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.
100: 헤드부 101: 헤드 베이스
111, 112, 113: 거리센서 120: 카메라 모듈
131, 131a: 가이드 레일 132: 래크
133: 이송 베이스 139: 피니언기어
141: 노즐 300: 헤드 가동부
301: 방진커버 310: 하판
330: 로드 331, 335: 스페리컬 조인트
333: 신축조인트 350: 상판

Claims (7)

  1. 이동 및 회전이 가능한 대차부;
    상기 대차부의 상부에 설치된 헤드 가동부; 및
    상기 헤드 가동부의 상부에 설치된 헤드부를 포함하고,
    상기 헤드 가동부는 상기 대차부에 대하여 상기 헤드부를 가동 가능한 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 가동부는,
    상기 대차부의 상부에 결합된 하단부에 대하여 상기 헤드부의 하부에 결합된 상단부를 가동시키는 헤드 가동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드 가동수단은, 스튜어트 플랫폼인 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 헤드 가동부는 상기 대차부에 대하여 상기 헤드부를 6자유도 가동 가능한 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대차부는 도장하는 대상물의 저면 아래를 통과하며,
    상기 헤드부는,
    평판 형상의 상면이 형성된 헤드 베이스;
    상기 헤드 베이스의 상면 상에 이송 가능하게 설치되고, 상기 헤드 베이스의 상면에 대하여 수직한 방향으로 도료를 분사하는 도료분사부;
    상기 도료분사부를 이송시키는 직선이송부; 및
    상기 헤드 베이스의 상면과 상기 대상물의 저면 사이의 거리 및 상기 헤드 베이스의 상면과 상기 대상물의 저면이 형성하는 각도를 측정하는 센싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직선이송부는,
    상기 상면 상에 나란하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일;
    상기 가이드 레일에 설치된 래크;
    상기 래크에 치합된 피니언;
    상기 피니언을 일방향 또는 타방향으로 회전시키는 구동수단; 및
    상기 구동수단이 결합되고, 상기 피니언의 회전방향에 따라 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 이송 베이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 상면 상에 배치된 거리센서; 및
    상기 상면 상에 배치된 카메라 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 상방향 도장장치.
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