KR101390375B1 - 도장 건조 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

도장 건조 시스템 및 방법이 개시된다. 도장 건조 시스템은 블록 내에서 와이어에 의하여 이동하는 자율이동모듈, 자율이동모듈 상에 이동 가능하게 결합된 이동로봇, 이동로봇의 단부에 결합되며, 도장면으로 열을 조사하는 발열체 모듈 및 도장면의 온도를 측정하여 측정 온도를 출력하는 온도 센서를 포함하는 도장 건조 장치 및 상기 측정 온도와 미리 설정된 목표 온도의 차이에 따라 기준 속도를 보정하여 작업 속도를 산출하고, 작업 속도를 자율이동모듈 및 이동로봇의 이동 속도로 분배하여 도장 건조 장치의 속도를 제어하는 속도 제어 장치를 포함한다.

Description

도장 건조 시스템 및 방법{System and method for drying paint}
본 발명은 도장 건조 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도장 건조 장치의 제어에 관한 것이다.
선체 블록의 도장을 마친 후에는 이를 건조하는 과정이 필요하다. 건조하는 방법에는, 보통 자연 그대로 건조 시키거나 열풍기를 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이와 같은 방법들은 보통 건조 시간이 하루를 초과하고, 기상 및 기온에도 큰 영향을 받는다. 건조 공정은 블라스팅, 도장과 같은 전 공정들에 비해 많은 시간이 필요한 공정이기 때문에, 조선 공정의 병목이 된다.
이러한 문제를 개선하기 위하여, 최근에 고온의 발열체를 이용하는 방법이 등장하였다. 도료의 건조는 도료와 발열체와의 거리에 큰 영향을 받기 때문에, 발열체를 로봇에 탑재해 도장면에 근접시켜 직접 조사(照射)하는 방법이 사용된다. 이때, 발열체를 도장면으로부터 일정 거리를 띄워서 일정 속도로 이송시키게 되는데, 도장면의 건조 정도 및 주변 온도 등의 조건 변화에 따라 도장 면의 온도가 변할 수 있다. 특히, 온도가 너무 낮을 경우, 건조 시간이 길어지며, 반대로 너무 높으면 도장면이 손상될 수 있다. 따라서, 도장면이 적절한 온도를 유지하도록 제어할 필요가 있다.
발명의 배경기술로는 도장체 건조시스템에 관한 특허문헌이 있으며, 열풍기 또는 원적외선 출력기를 이용하여 도장체를 건조하는 것에 대하여 개시하고 있다.
KR 2011-0123024 A 2011. 11. 14
본 발명은 발열체의 이동 속도를 변경하여 도장면의 온도를 제어하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도장면의 온도를 제어하는 도장 건조 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 도장 건조 시스템은 블록 내에서 와이어에 의하여 이동하는 자율이동모듈, 상기 자율이동모듈 상에 이동 가능하게 결합된 이동로봇, 상기 이동로봇의 단부에 결합되며, 상기 도장면으로 열을 조사하는 발열체 모듈 및 상기 도장면의 온도를 측정하여 측정 온도를 출력하는 온도 센서를 포함하는 도장 건조 장치 및 상기 측정 온도와 미리 설정된 목표 온도의 차이에 따라 기준 속도를 보정하여 작업 속도를 산출하고, 상기 작업 속도를 상기 자율이동모듈 및 상기 이동로봇의 이동 속도로 분배하여 상기 도장 건조 장치의 속도를 제어하는 속도 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도장면의 온도를 제어하는 도장 건조 시스템에서의 도장 건조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 도장 건조 방법은 상기 도장면의 측정 온도와 미리 설정된 목표 온도를 비교하여 오차 온도를 산출하는 단계, 상기 오차 온도를 이용하여 보상 속도를 산출하는 단계, 상기 보상 속도와 미리 설정된 기준 속도를 합산하여 합산 속도를 산출하는 단계, 상기 합산 속도를 최대 속도 및 최소 속도 이내로 제한하여 작업 속도를 산출하는 단계 및 상기 작업 속도를 자율이동모듈 이동 속도 및 이동로봇 이동 속도로 분배하는 단계를 포함한다.
본 발명은 도장면의 온도에 따라 발열체의 이동 속도를 제어하여 도장면이 적절한 온도를 유지하도록 제어할 수 있다.
도 1은 도장 건조 장치를 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 도장면의 온도와 발열체 이동 속도의 상관 관계를 나타낸 그래프.
도 3은 도장 건조 장치의 속도 제어 장치의 구성을 개략적으로 예시한 구성도.
도 4는 합산 속도(Vaug)와 작업 속도(Vcmd)간의 관계를 도시한 그래프.
도 5는 속도 분배부를 설명하기 위하여 도장 건조 시스템의 일부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 도장 건조 장치의 속도를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도.
도 7은 도장 건조 공정 시의 도장면의 온도 제어 결과를 나타낸 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 도장 건조 장치를 개략적으로 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 도장 건조 장치(100)는 자율이동모듈(110), 이동로봇(120), 발열체 모듈(130) 및 온도센서(140)를 포함한다.
자율이동모듈(110)은 블록(112) 내에서 와이어(111)에 의해 고정되며, 복수의 와이어(111)가 연결되어 와이어(111)에 의해 이동 가능하다.
와이어(111)가 자율이동모듈(110)에 연결되는 방법은 다양할 수 있으며, 예를 들어, 도 1과는 달리, 블록(112)의 좌측 상단의 와이어가 자율이동모듈(110)의 좌측하단에, 블록(1120)의 좌측 하단의 와이어가 자율이동모듈(110)의 좌측상단에 연결되는 방식으로도 연결이 가능할 수 있다.
이동로봇(120)은 자율이동모듈(110) 상에서 슬라이딩 이동 가능하게 자율이동모듈(110)에 결합된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동로봇(120)은 자율이동모듈(110)의 길이방향을 따라 전진 또는 후진할 수 있다.
발열체 모듈(130)은 다수의 발열체를 포함하며, 발열체는 근적외선, 중적외선 및 원적외선 중 하나 이상을 방출할 수 있다. 도장면(10)의 재질에 따라 건조를 촉진시킬 수 있는 적외선 파장의 영역이 다르므로, 발열체는 도장면(10)의 재질에 따라 특정 영역의 적외선 파장을 방출하는 것이 선택될 수 있다.
발열체 모듈(130)은 도 1에 도시된 바와 같이, 이동로봇(120)의 단부에 결합되어, 이동로봇(120)의 이동에 따라 이동할 수 있으며, 또한, 자율이동모듈(110)의 이동에 따라 이동할 수 있다.
온도 센서(140)는 비접촉 방식의 온도 센서로, 도장면(10)의 온도를 측정한다. 예를 들어, 온도 센서(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 발열체 모듈(130)의 일단부에 부착되어 도장면(10)의 온도를 측정할 수 있다.
즉, 도장 건조 장치(100)는 발열체 모듈(130)을 도장면(10)을 따라 이동시켜 건조 작업을 수행하기 위하여, 발열체 모듈(130)이 결합된 이동로봇(120)이 자율이동모듈(110)에서 슬라이딩 이동 가능하게 장착된 구조를 가진다.
도장면(10)이 적절한 온도를 유지하도록 제어하기 위하여, 도장 건조 장치(100)의 자율이동모듈(110)과 이동로봇(120)은 도장면(10)의 온도에 따라 이동 속도의 제어가 필요하다.
도 2는 도장면의 온도와 발열체 이동 속도의 상관 관계를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 도장면의 온도와 발열체 이동 속도는 반비례 관계를 가진다. 즉, 발열체 이동 속도가 증가하면, 발열체 조사 시간이 감소하여 도장면(10)의 온도가 낮아지고, 반대로, 발열체 이동 속도가 감소하면, 발열체 조사 시간이 증가하여 도장면(10)의 온도가 증가한다.
따라서, 도장면(10)에서 실시간으로 측정되는 온도에 따라 이동 속도가 조절되면, 도장면(10)의 온도가 제어될 수 있다.
도 3은 도장 건조 장치의 속도 제어 장치의 구성을 개략적으로 예시한 구성도이다.
속도 제어 장치(200)는 측정 온도(T)와 미리 설정된 목표 온도(Td)의 차이에 따라 기준 속도(VFF)를 보정하여 작업 속도(Vcmd)를 산출하고, 작업 속도(Vcmd)를 자율이동모듈(110) 및 이동로봇(120)의 이동 속도(VCR, VROB)로 분배하여 도장 건조 장치(100)의 속도를 제어함으로써, 도장면(10)의 온도를 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 속도 제어 장치(200)는 온도 비교부(210), 피드백 제어부(220), 속도 합산부(230), 속도 제한부(240) 및 속도 분배부(250)를 포함한다.
온도 비교부(210)는 미리 설정된 목표 온도(Td)와 온도 센서(140)가 측정한 도장면(10)의 측정 온도(T)를 비교하여 오차 온도(eT)를 산출한다.
피드백 제어부(220)는 오차 온도(eT)를 이용하여 보상 속도(VFB)를 산출한다. 예를 들어, 측정 온도(T)가 목표 온도(Td)보다 상승하여 오차 온도(eT)가 음수값이 되는 경우, 보상 속도(VFB)는 오차 온도(eT)에 상응하는 양수값이 될 수 있다.
예를 들어, 피드백 제어부(220)는 출력값을 피드백하여 제어하는 제어기인 비례적분(PI) 제어기, 비례미분(PD) 제어기 또는 비례적분미분(PID) 제어기 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
속도 합산부(230)는 미리 설정된 기준 속도(VFF)와 보상 속도(VFB)를 합하여 합산 속도(Vaug)를 산출한다.
속도 제한부(240)는 합산 속도(Vaug)를 최대/최소 속도(Vmax, Vmin) 이내로 제한하여 작업 속도(Vcmd)를 산출한다. 속도 제한부(240)는 도 4와 같이 나타낼 수 있다. 도 4는 합산 속도(Vaug)와 작업 속도(Vcmd)간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 속도 분배부(250)는 합산 속도(Vaug)를 최대/최소 속도 구간내로 제한하여, 작업 속도(Vcmd)를 산출할 수 있다.
그리고, 속도 분배부(250)는 작업 속도(Vcmd)를 이동로봇(120)과 자율이동모듈(110)의 이동 속도(VROB, VCR)로 분배한다.
앞서 도 1에서 전술한 바와 같이, 발열체 모듈(130)은 자율이동모듈(110)에 의하여 첫번째 이동을 하고, 이동로봇(120)에 의하여 두번째 이동을 하는 두 가지 이송 방법에 따라 이동할 수 있다. 이와 같은 두 가지 이송 방법은 각각 이동거리 및 속도의 제약이 있어 적절히 혼합되어야 한다. 즉, 발열체 모듈(130)의 부드러운 이송을 위해서는, 자율이동모듈(110)이 이동 및 정지 후 이동로봇(120)이 이동하는 것 보다는, 발열체 모듈(130)의 이동 속도가 이동로봇(120)과 자율이동모듈(110)로 적절히 분배되어 이동로봇(120)과 자율이동모듈(110)이 동시에 이동하는 것이 더 좋다고 할 수 있다.
속도 분배부(250)에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 속도 분배부를 설명하기 위하여 도장 건조 시스템의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 속도 분배부(250)는 도장면(10)의 측정 온도(T)에 따라 결정되는 작업 속도(Vcmd)를 입력받아 자율이동모듈 이동 속도(VCR) 및 이동로봇 이동 속도(VROB)로 분배한다. 이어, 자율이동모듈(110) 및 이동로봇(120)은 분배된 속도에 따라 이동한다. 이에 따라, 발열체 모듈(130)은 자율이동모듈 이동 속도(VCR) 및 이동로봇 이동 속도(VROB)가 합산된 작업 속도(Vcmd)로 이동하면서 도장면(10)에 열을 가할 수 있다. 그리고, 온도 센서(140)는 도장면(10)의 온도(T)를 측정한다.
예를 들어, 분배되는 자율이동모듈 이동 속도(VCR) 및 이동로봇 이동 속도(VROB)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112012035548608-pat00001
Figure 112012035548608-pat00002
여기서, VCR,FF는 기준 속도(VFF) 중 자율이동모듈(110)의 이동 속도이고, VROB,FF는 기준 속도(VFF) 중 이동로봇(120)의 이동 속도이며, VCR,FF 및 VROB,FF는 미리 설정된다.
또한, VCR,FF 및 VROB,FF는 기준 속도(VFF)가 주어진 경우, 자율이동모듈(110) 및 이동로봇(120)의 이동 속도로 분배되는 값이며, 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112012035548608-pat00003
Figure 112012035548608-pat00004
여기서, L은 발열체 모듈(130)이 이동해야 하는 총 작업거리이고, LCR은 총 작업거리 중 자율이동모듈(110)의 의한 발열체 모듈(130)의 이동 거리이고, LROB는 총 작업거리 중 이동로봇(120)의 의한 발열체 모듈(130)의 이동 거리이다. 그리고, L, LCR 및 LROB는 작업 설계 시 사용자의 의하여 미리 설정된다.
따라서, 속도 분배부(250)는 VCR,FF 및 VROB,FF의 비율에 따라 작업 속도(Vcmd)를 자율이동모듈 이동 속도(VCR) 및 이동로봇 이동 속도(VROB)로 분배한다.
도 6은 도장 건조 장치의 속도를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
S610 단계에서, 속도 제어 장치(200)는 미리 설정된 목표 온도(Td)와 온도 센서(140)가 측정한 도장면(10)의 측정 온도(T)를 비교하여 오차 온도(eT)를 산출한다.
S620 단계에서, 속도 제어 장치(200)는 오차 온도(eT)를 이용하여 보상 속도(VFB)를 산출한다.
S630 단계에서, 속도 제어 장치(200)는 미리 설정된 기준 속도(VFF)와 보상 속도(VFB)를 합하여 합산 속도(Vaug)를 산출한다.
S640 단계에서, 속도 제어 장치(200)는 합산 속도(Vaug)를 최대/최소 속도(Vmax, Vmin) 이내로 제한하여 작업 속도(Vcmd)를 산출한다.
S6540 단계에서, 속도 제어 장치(200)는 작업 속도(Vcmd)를 이동로봇(120)과 자율이동모듈(110)의 이동 속도(VROB, VCR)로 분배한다.
도 7은 도장 건조 공정 시의 도장면의 온도 제어 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 목표 온도는 50도, 기준 속도는 20mm/s로 설정되었다. 도 7a의 그래프는 발열체 모듈(130)의 위치에 따른 측정 온도를 나타내고, 도 7b의 그래프는 발열체 모듈(130)의 위치에 따른 발열체 모듈(130)의 이동 속도를 나타낸다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 도장 건조 장치(100)의 속도를 제어하는 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 도장 건조 장치
110: 자율이동모듈
120: 이동로봇
130: 발열체 모듈
140: 온도 센서
200: 속도 제어 장치
210: 온도 비교부
220: 피드백 제어부
230: 속도 합산부
240: 속도 제한부
250: 속도 분배부

Claims (6)

  1. 도장면의 온도를 제어하는 도장 건조 시스템에 있어서,
    블록 내에서 와이어에 의하여 이동하는 자율이동모듈, 상기 자율이동모듈 상에 이동 가능하게 결합된 이동로봇, 상기 이동로봇의 단부에 결합되며 상기 도장면으로 열을 조사하는 발열체 모듈 및 상기 도장면의 온도를 측정하여 측정 온도를 출력하는 온도 센서를 포함하는 도장 건조 장치; 및
    상기 측정 온도와 미리 설정된 목표 온도의 차이에 따라 기준 속도를 보정하여 작업 속도를 산출하고, 상기 작업 속도를 상기 자율이동모듈 및 상기 이동로봇의 이동 속도로 분배하여 상기 도장 건조 장치의 속도를 제어하는 속도 제어 장치를 포함하는 도장 건조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 속도 제어 장치는
    상기 목표 온도와 상기 측정 온도를 비교하여 오차 온도를 산출하는 온도 비교부;
    상기 오차 온도를 이용하여 보상 속도를 산출하는 피드백 제어부;
    상기 보상 속도와 상기 기준 속도를 합산하여 합산 속도를 산출하는 속도 합산부;
    상기 합산 속도를 최대 속도 및 최소 속도 이내로 제한하여 작업 속도를 산출하는 속도 제한부; 및
    상기 작업 속도를 자율이동모듈 이동 속도 및 이동로봇 이동 속도로 분배하는 속도 분배부를 포함하는 도장 건조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 속도 분배부는 상기 기준 속도 중 상기 자율이동모듈의 이동 속도 및 상기 기준 속도 중 상기 이동로봇의 이동 속도의 비율에 따라 상기 작업 속도를 자율이동모듈 이동 속도 및 이동로봇 이동 속도로 분배하는 도장 건조 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 이동로봇은 상기 자율이동모듈에 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 도장 건조 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 발열체 모듈은 도장면의 재질에 따라 건조를 촉진시키는 파장 영역의 적외선을 방출하는 다수의 발열체를 포함하는 도장 건조 시스템.
  6. 도장면의 온도를 제어하는 도장 건조 시스템에서의 도장 건조 방법에 있어서,
    상기 도장면의 측정 온도와 미리 설정된 목표 온도를 비교하여 오차 온도를 산출하는 단계;
    상기 오차 온도를 이용하여 보상 속도를 산출하는 단계;
    상기 보상 속도와 미리 설정된 기준 속도를 합산하여 합산 속도를 산출하는 단계;
    상기 합산 속도를 최대 속도 및 최소 속도 이내로 제한하여 작업 속도를 산출하는 단계; 및
    상기 작업 속도를 자율이동모듈 이동 속도 및 이동로봇 이동 속도로 분배하는 단계를 포함하는 도장 건조 방법.
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