KR101122280B1 - 곡부재용 마킹장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

곡부재용 마킹장치 및 시스템이 개시된다. 베이스부와, 베이스부의 저면에 설치되어 베이스부를 곡부재 상에서 이동시키는 주행유닛과, 베이스부의 일측에 결합되어 베이스부가 이동할 때 곡부재의 가장자리 면을 따라 이동하는 주행가이드유닛과, 베이스부에 설치되고 지지패널 및 지지패널에 분산 배치된 적어도 3개의 위치센서를 포함하는 위치센서유닛과, 곡부재의 가장자리의 위치를 감지하는 엣지센서와, 곡부재 상에 절단선을 표시하는 마킹유닛을 포함하는 곡부재용 마킹장치를 제공하여, 곡부재가 정확한 형상으로 가공되도록 함으로써, 곡부재의 제조 및 수정에 소요되는 시간 및 노력을 절약할 수 있다.

곡부재, 절단선, 마킹

Description

곡부재용 마킹장치 및 시스템{MARKING DEVICE AND SYSTEM FOR BENDED PARTS}

본 발명은 곡부재용 마킹장치 및 시스템에 관한 것으로, 곡면 형상의 판부재 상을 이동하면서 위치 및 형상을 측정하고, 절단선을 표시하는 곡부재용 마킹장치 및 시스템에 관한 것이다.

대형선박은 그 부분품인 블록(block) 단위로 제작된 후, 블록을 서로 조립하는 방식으로 건조된다. 선박의 선수부 및 선미부에 해당되는 블록에는 곡면 형상의 판부재(이하 '곡부재'라 칭함)가 사용된다. 이러한 곡부재는, 대부분 작업자가 용접토치로 그 일부분을 가열하여 곡면부를 형성하는 수작업으로 제작되고 있다. 따라서, 곡부재의 제조 과정에는 가열 및 치수 등의 오차가 발생하여, 이를 수정하는 데 많은 시간 및 노력이 소요되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 곡부재의 제조를 자동화하기 위한 연구 및 개발이 진행되고 있으나, 곡부재를 가공한 후 곡부재의 형상을 측정하고 곡부재 상에 절단선을 표시하는 작업은 여전히 수작업에 의존하고 있다. 수작업에 의한 곡부재의 형상 측정 및 절단선의 표시에는 줄자 및 마킹 붓 등이 사용되고 있는데, 이러한 측정 방법으로는 곡부재의 곡률을 측정할 수 없고 오차가 발생할 수 있는 단 점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 보완하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 곡부재의 형상을 정확하게 측정하여 곡부재 상에 절단선을 표시하는 작업을 자동화함으로써 오차를 감소시키고 작업의 효율성을 높일 수 있는 곡부재용 마킹장치 및 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 베이스부와, 베이스부의 저면에 설치되어 베이스부를 곡부재 상에서 이동시키는 주행유닛과, 베이스부의 일측에 결합되어 베이스부가 이동할 때 곡부재의 가장자리 면을 따라 이동하는 주행가이드유닛과, 베이스부에 설치되고 지지패널 및 지지패널에 분산 배치된 적어도 3개의 위치센서를 포함하는 위치센서유닛과, 상기 베이스부에 설치되는 이송유닛과, 상기 이송유닛에 결합되고 상기 이송유닛에 의해 이송되어 상기 곡부재의 가장자리의 위치를 감지하는 엣지센서와, 상기 이송유닛에 결합되고 상기 이송유닛에 의해 이송되어 상기 곡부재 상에 절단선을 표시하는 마킹유닛을 포함하는 곡부재용 마킹장치가 제공된다.

주행유닛은, 자기력에 의해 상기 곡부재의 표면에 부착되는 복수의 바퀴를 포함할 수 있다. 주행가이드유닛은, 곡부재의 가장자리 면과 접촉되는 복수의 롤러를 포함할 수 있다. 위치센서유닛은, 베이스부에 대한 지지패널의 각도를 변경시키는 틸팅부를 더 포함할 수 있다.

곡부재용 마킹장치 및 시스템은, 엣지센서가 상기 베이스부의 이동방향에 대하여 서로 수직한 두 축 방향으로 이송되도록 이송유닛에 설치될 수 있다.

마킹유닛은, 곡부재의 표면에 절단선을 표시하는 마킹헤드를 더 포함하고, 마킹헤드는 이송유닛에 결합되어 엣지센서와 함께 이송될 수 있다.

엣지센서는 레이저 비전 센서일 수 있다. 마킹헤드는 엣지센서에 인접하게 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 위치신호를 발하는 적어도 3개의 송신기와, 상술한 바와 같은 곡부재용 마킹장치를 포함하고, 곡부재용 마킹장치에 포함된 적어도 3개의 위치센서는 위치신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹시스템이 제공된다.

본 발명은 곡부재 상을 주행하며 곡부재가 설계된 치수대로 제작되었는지 정확히 측정하고 절단해야 할 부분은 치수에 맞게 표시하는 곡부재용 마킹장치 및 시스템을 제공하여, 곡부재가 정확한 형상으로 가공되도록 함으로써, 곡부재의 제조 및 수정에 소요되는 시간 및 노력을 절약할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡부재용 마킹시스템이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 곡부재용 마킹장치(100)가 곡부재(10)의 가장자리(11)를 따라 곡부재(10) 상을 이동하며 절단선(12)을 표시하고 있다.

아래에서 설명할 곡부재용 마킹장치(100)는 곡부재(10) 상의 정확한 위치에 절단선(12)을 표시할 수 있어야 하므로, 곡부재용 마킹장치(100) 자신의 위치를 정확하게 파악할 수 있어야 한다.

따라서, 곡부재(10)가 놓여있는 작업현장에는 위치신호를 발하는 적어도 3개의 송신기(21, 22, 23)가 설치되고, 곡부재용 마킹장치(100)에는 이 위치신호를 수신하는 적어도 3개의 위치센서(도 2의 131, 132, 133)가 포함된다.

상술한 바와 같이, 작업현장에 적어도 3개의 송신기(21, 22, 23)를 설치하고, 이동하는 장치에 적어도 3개의 위치센서(131, 132, 133)를 설치하여 그 위치를 정확하게 파악하는 방법은, 위성항법장치(Global Positioning System, GPS)를 작업공간에 적용한 것으로 IGPS(Indoor Global Positioning System)라고 한다. IGPS는 잘 알려진 사항이므로, 그 자체에 대한 설명은 생략하기로 한다.

곡부재용 마킹장치(100)는 위치센서(131, 132, 133)를 이용하여 현재 위치의 공간좌표를 검출한다. 위치센서(131, 132, 133)는 위치신호를 이용하여 곡부재용 마킹장치(100) 상에서의 위치 및 자세를 파악하여, 곡부재(10) 표면의 형상을 측정하고 이를 무선망 허브로 유선 또는 무선으로 송신한다.

무선망 허브(30)는 측정된 무선통신 및 계측 운영프로그램이 탑재된 호스트 컴퓨터(40)에 연결되며, 호스트 컴퓨터(40)는 운영시스템(50)에 접속된다.

운영시스템(50)은 라우터, 이더넷(ethernet), 데이터베이스서버 등을 구비하여, 호스트 컴퓨터(40)에게 데이터베이스서버의 설계데이터를 제공한다. 호스트 컴퓨터(40)는 설계데이터를 무선망을 통해 작업자의 휴대용PC(60)로 전송한다.

작업자는 휴대용PC(60)를 이용하여 곡부재용 마킹장치(100)가 곡부재(10) 상을 이동하면서 측정한 곡부재(10)의 형상과 설계데이터를 비교하여, 절단선(12)을 정확하게 표시하도록 제어한다.

상술한 바와 같은 곡부재용 마킹시스템에 의해 곡부재(10)의 오차를 최소화 할 수 있고, 곡부재(10)를 설계데이터에 따라 정확하게 가공할 수 있는 절단선(12)의 표시가 가능해진다.

도 2 및 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡부재용 마킹장치가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 곡부재용 마킹장치(100)에는 주행유닛(110), 주행가이드유닛(120), 위치센서유닛(130) 및 이송유닛(140) 등이 포함되며, 이러한 각종 유닛들은 베이스부(101)에 설치 및 결합된다.

베이스부(101)는 도시된 바와 같이 평판 형상일 수 있으나, 필요에 따라 다른 형상을 가질 수 있다.

베이스부(101)의 저면에는 베이스부(101)가 곡부재(10) 상에서 이동될 수 있도록 하는 주행유닛(110)이 설치된다. 주행유닛(110)에는 복수의 바퀴(111, 115), 조향부(113) 및 주행모터(117)가 포함된다. 조향부(113)는 베이스부(101)의 이동방향을 조절하는데, 베이스부(101)가 곡부재(10)의 가장자리(도 1의 11)를 따라 이동 하도록 한다. 조향부(113)의 방향은 작업자가 수동으로 변경시킬 수 있고, 필요에 따라 도시되지 않은 전동기를 설치하여 휴대용PC(60)로 원격조종 되도록 할 수도 있다.

여기서, 복수의 바퀴(111, 115)는, 곡부재(10)의 형상에 따라 경사진 부분을 주행할 수도 있다. 따라서, 바퀴(111, 115)에 자기력을 갖는 영구자석과 같은 소재를 설치하거나 바퀴(111, 115) 자체가 자기력을 갖도록 하여, 베이스부(101)가 곡부재(10)의 경사진 부분에서도 안정적으로 이동할 수 있도록 한다.

베이스부의 일측에는 주행가이드유닛(120)이 설치된다. 주행가이드유닛(120)에는 일단부가 베이스부(101)의 일측에 결합된 연결봉(121), 연결봉(121)의 타단부에 설치된 복수의 부시(122), 복수의 부시 각각에 회전 가능하게 설치되는 복수의 롤러(124)가 포함된다.

롤러(124)는 조절축(123)을 중심으로 회전하며, 조절축(123)은 부시(122)를 관통하는 형상으로 결합된다. 부시(122)에는 조절축(123)을 고정 또는 해제할 수 있는 고정노브(125)가 설치되어, 롤러(124) 및 부시(122) 사이의 거리를 조절할 수 있게 되어 있다. 이는 곡부재(10)의 두께 또는 곡률에 따라 롤러(124)의 위치를 적절히 조절하기 위한 것이다.

주행가이드유닛(120)이 곡부재(120)의 가장자리 면을 따라 이동된다. 따라서, 주행유닛(110)의 조향부(113)는 베이스부(101)가 곡부재(10) 상을 이동할 때에 롤러(124)가 곡부재(10)의 가장자리 면을 이탈하지 않게만 조절하면 되므로, 베이스부(101)가 이동하는 동안 빈번하게 방향을 조절하지 않게 된다.

따라서, 주행가이드유닛(120)에 의해 주행유닛(110)의 제어는 매우 단순해 질 수 있으며, 곡부재용 마킹장치(100)는 곡부재(10)의 가장자리(11)로부터 일정한 거리를 따라 이동하게 된다.

베이스부(101)의 일측에는 위치센서유닛(130)이 설치된다.

위치센서유닛(130)에는 베이스부(101)에 결합된 지지부재(137), 지지부재(137)에 설치된 틸팅부(134), 틸팅부(134)를 구동시키는 틸팅모터(135), 틸팅부(134)에 결합된 지지패널(136) 및 지지패널(136)에 분산 배치된 3개의 위치센서(131, 132, 133)가 포함된다. 여기서 위치센서(131, 132, 133)는 필요에 따라 추가로 설치될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 곡부재용 마킹장치(100)에는 3개가 설치된다.

여기서, 3개의 위치센서(131, 132, 133)로부터 곡부재용 마킹장치(100)의 각 부분까지의 상대적인 위치는 미리 알려져 있어서, 상술한 바와 같이 3개의 위치센서(131, 132, 133)를 이용하여 작업현장 내에서의 위치를 파악하면, 곡부재용 마킹장치(100)의 각 부분 및 자세는 용이하게 산출될 수 있다.

그런데, 곡부재(10)의 형상이나, 장애물의 간섭 등에 따라 곡부재용 마킹장치(100)의 자세가 변경되어 3개의 위치센서(131, 132, 133)만으로는 정확한 위치를 측정할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 곡부재(10)의 일부분 또는 곡부재(10) 부근에 설치된 장애물에 의해 가려져서 3개의 위치센서(131, 132, 133) 중 일부가 송신기(도 1의 21, 22, 23)가 발하는 위치신호를 수신할 수 없게 되는 경우에는 곡부재용 마킹장치(100)의 정확한 위치 및 자세를 측정할 수 없게 된다.

이럴 경우, 틸팅모터(135)로 틸팅부(134)를 가동시켜서 지지패널(136)의 베이스부(101)에 대한 각도를 변경시키면, 3개의 위치센서(131, 132, 133)에 의해 위치 측정이 가능해진다.

다만, 틸팅모터(135)에는 도시되지 않은 엔코더 등의 장치를 설치하여 틸팅부(134)가 회전된 각도, 즉 지지패널(136)이 베이스부(101)에 대하여 경사진 각도를 측정할 수 있게 하고, 이를 통하여 곡부재용 마킹장치(100)의 정확한 위치 및 자세를 파악할 수 있도록 한다.

베이스부(101)에는 이송유닛(140)이 설치된다.

이송유닛(140)은 베이스부(101)의 일측에 고정 설치된 고정앵글(141), 고정앵글(141)을 기준으로 베이스부(101)가 이동하는 방향에 수직한 방향으로 이동 가능한 제1 이송레일(142), 제1 이송레일(142)을 고정앵글(141)에 대하여 이동시키는 제1 이송모터(143), 제1 이송레일(142)에 대하여 이동 가능하게 결합되는 제2 이송레일(144), 제2 이송레일(144)을 제1 이송레일(142)에 대하여 이동시키는 제2 이송모터(145)가 포함된다.

이때, 제2 이송레일(144)이 이동할 수 있는 방향은, 베이스부(101)가 이동하는 방향 및 제1 이송레일(142)이 이동 가능한 방향에 대하여 모두 수직하다. 단, 본 명세서에서의 수직은 수학적이거나 기하학적인 수직을 의미하는 것이 아니라, 가공오차 또는 이송오차 등을 고려한 실질적인 수직이다.

제2 이송레일(144)에는 엣지센서 결합부(146)가 형성되고, 엣지센서 결합부(146)에는 엣지센서(150)가 결합된다. 즉, 엣지센서(150)는 이송유닛(140)에 의 해 베이스부(101)의 이동방향에 수직한 두 축 방향으로 이동 가능하게 결합된다.

엣지센서(150)는 곡부재(10)의 가장자리(11)를 감지하는데, 도시되지 않은 탐촉자를 이용하여 감지할 수도 있고, 발광부 및 수광부를 이용할 수도 있으며, 레이저 비전 센서(Laser Vision Sensor, LVS)를 이용하여 감지할 수도 있다.

마킹유닛은 곡부재의 표면에 절산선을 표시하는 마킹헤드(160)를 더 포함할 수 있다. 마킹유닛은 이송 유닛에 결합되고 상기 이송유닛(140)에 의해 이송되어 상기 곡부재 상에 절단선을 표시한다.
상술한 이송유닛(140)의 제2 이송레일(144)에는, 상술한 엣지센서(150)에 근접하게 마킹헤드 홀더(147)가 설치되고, 마킹헤드 홀더(147)에는 마킹헤드(160)가 분리 가능하게 결합된다.

마킹헤드(160)는 곡부재(10) 상에 절단선(도 1의 12)을 표시하는 장치이다. 미킹헤드(160)로는 레이저 빔, 잉크 분사 및 첨단부를 갖는 마커 등 다양한 방법을 이용할 수 있다. 절단선(12)은 곡부재(10)의 가공이 종료될 때까지 지워지지 않아야 하므로, 경우에 따라 알맞은 수단을 선택하여 사용한다.

다만, 레이저 빔을 이용하는 경우에는 레이저 빔 발생장치에 전력을 공급할 수 있는 수단 등이 포함된 본체가 베이스부(101)에 별도로 적재될 수 있고, 잉크를 이용하는 경우에는 잉크 공급수단이 포함된 본체가 베이스부(101)에 별도로 적재될 수 있다.

상술한 바와 같은 곡부재용 마킹장치(100)는, 다음과 같이 작동된다.

곡부재용 마킹장치(100)가 곡부재(10)의 가장자리(11)에 배치되면, 위치센서(131, 132, 133)가 송신기(21, 22, 23)가 발하는 위치신호를 감지하여 곡부재용 마킹장치의 초기위치를 측정한다.

이후, 곡부재용 마킹장치(100)는 주행유닛(110) 및 주행가이드유닛(120)을 이용하여, 처음 출발했던 위치로 다시 도달할 때까지 곡부재(10)의 가장자리(11) 부분을 따라 이동한다.

곡부재용 마킹장치(100)가 곡부재(10) 상에서 이동하는 동안, 위치센서(131, 132, 133)를 이용하여 곡부재용 마킹장치(100)의 위치 및 자세의 변화를 측정하고, 엣지센서(150)를 이용하여 가장자리(11) 부분의 위치 및 곡부재(10) 표면과의 거리를 측정한다.

위치센서(131, 132, 133) 및 엣지센서(150)에 의해 측정된 데이터는 곡부재용 마킹장치(100)에 내장된 컴퓨터(도시되지 않음) 또는 호스트 컴퓨터(40)로 전송되어, 곡부재(10)의 가장자리(11)의 모양 및 곡률 등 그 형상이 산출된다. 산출된 곡부재(10)의 형상은 설계데이터와 비교되고, 이를 통하여 곡부재(10)의 가장자리(11)에 절단되어야 할 부분의 위치가 산출된다.

곡부재용 마킹장치(100)는 다시 곡부재(10)의 가장자리(11)를 따라 이동을 시작하며, 산출된 결과에 따라 절단되어야 할 부분에 마킹헤드(160)를 이용하여 절단선(12)을 표시한다. 이때, 마킹헤드(160)는 이송유닛(140)에 의해 위치가 조절되며 곡부재(10)의 표면에 표시를 하게 된다.

참고로, 대형 선박과 같은 대형 구조물에 사용되는 곡부재(10)는 그 곡률반경이 급격히 변경되지 않으므로, 곡부재(10)의 중심부 영역의 형상은 가장자리(11) 부분의 형상을 근거로 연속적인 면을 형성하는 것으로 간주하여 곡부재(10) 전반의 형상을 예측하게 된다. 특히, 곡부재(10)의 가장자리 부분은 도시되지 않은 다른 곡부재와 용접 등의 방법으로 연결되기 때문에, 곡부재의 가장자리 부분의 형상이 매우 중요하게 취급되고 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 절단선 마킹장치 및 시스템에 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 곡부재용 마킹시스템의 개념도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡부재용 마킹장치의 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 곡부재용 마킹장치를 다른 각도에서 본 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 곡부재 11: 가장자리

12: 절단선 21, 22, 23: 송신기

100: 곡부재용 마킹장치 101: 베이스부

110: 주행유닛 120: 주행가이드유닛

130: 위치센서유닛 140: 이송유닛

Claims (9)

1. 베이스부;

   상기 베이스부의 저면에 설치되어, 상기 베이스부를 곡부재 상에서 이동시키는 주행유닛;

   상기 베이스부의 일측에 결합되어, 상기 베이스부가 이동할 때 상기 곡부재의 가장자리 면을 따라 이동하는 주행가이드유닛;

   상기 베이스부에 설치되고, 지지패널 및 상기 지지패널에 분산 배치된 적어도 3개의 위치센서를 포함하는 위치센서유닛;

   상기 베이스부에 설치되는 이송유닛;

   상기 이송유닛에 결합되고, 상기 이송유닛에 의해 이송되어 상기 곡부재의 가장자리의 위치를 감지하는 엣지센서; 및

   상기 이송유닛에 결합되고, 상기 이송유닛에 의해 이송되어 상기 곡부재 상에 절단선을 표시하는 마킹유닛을 포함하는 곡부재용 마킹장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주행유닛은,

   자기력에 의해 상기 곡부재의 표면에 부착되는 복수의 바퀴를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 주행가이드유닛은,

   상기 곡부재의 가장자리 면과 접촉되는 복수의 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 위치센서유닛은,

   상기 베이스부에 대한 상기 지지패널의 각도를 변경시키는 틸팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 엣지센서는 상기 베이스부의 이동방향에 대하여 서로 수직한 두 축 방향으로 이송되도록 이송유닛에 설치되는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 마킹유닛은,

   상기 곡부재의 표면에 상기 절단선을 표시하는 마킹헤드를 더 포함하고,

   상기 마킹헤드는 상기 이송유닛에 결합되어 상기 엣지센서와 함께 이송되는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 엣지센서는 레이저 비전 센서인 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 마킹헤드는 상기 엣지센서에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹장치.
9. 위치신호를 발하는 적어도 3개의 송신기; 및

   제1항 내지 제8항 중 어느 한 항을 따른 곡부재용 마킹장치를 포함하고,

   상기 적어도 3개의 위치센서는 상기 위치신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 곡부재용 마킹시스템.

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