KR101447787B1 - 일체형 코너 조인트를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

제1 파이프 부분(2)과 제2 파이프 부분(3)으로 구성되되, 그 파이프 부분들(2, 3)의 파이프 축들이 서로 각도(α)를 이루어 배치되는 일체형 절곡 파이프 부품을 제조하는 방법으로서, 제1 파이프 부분(2)과 제2 파이프 부분(3)을 멀티피스 파이프 구성물로 설계하고, 멀티피스 파이프 구성물을 펴서 펴진 구성물을 형성하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법에서, 제1 파이프 부분(2)과 제2 파이프 부분(3) 사이의 조인트를 파이프 부분들(2, 3)의 재료, 재료 두께, 및 기하 형태에 의존하여 형성하기 위한 기하 형태들을 포함하는 데이터 메모리로부터 제1 파이프 부분(2)과 제2 파이프 부분(3) 사이의 적어도 하나의 연결 브리지의 기하 관계 및 위치를 제시한다.

Description

일체형 코너 조인트를 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING A ONE-PIECE CORNER CONNECTION}

본 발명은 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분으로 구성되되, 그 파이프 부분들의 파이프 축들이 서로 일정 각도(α)로 배치되는 일체형 절곡 파이프(bent pipe) 부품을 제조하는 방법으로서, 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분을 멀티피스 파이프 구성물(multi-piece pipe construction)로 설계하고, 멀티피스 파이프 구성물을 펴서 펴진 구성물을 형성하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 절곡 파이프 부품의 제조 방법을 수행하기 위한 소프트웨어 모듈에 관한 것이기도 하다.

프로파일(profile)은 통상적으로 그 길이가 그 횡단면보다 훨씬 크고 거의 유연성이 없는 재료로 제작되는 기다란 물체이다. 프로파일들은 트여 있거나 닫혀 있는 임의의 횡단면을 가질 수 있다. 파이프는 횡단면이 닫혀 있는 프로파일이다. 가장 널리 통용되는 파이프 타입은 원형 파이프 횡단면을 갖는 파이프(라운드 파이프) 및 직사각형 파이프 횡단면을 갖는 파이프(사각 파이프)이다. 횡단면이 트여 있는 가장 널리 공지된 프로파일들에 속하는 것으로는 I 프로파일, T 프로파일, U 프로파일, 및 Z 프로파일이 있다. 본 출원의 취지에서, 절곡 파이프란 프로파일로부터 레이저 절단 및 뒤이은 접기(folding)에 의해 제조되는, 일체형 코너 조인트(corner joint)를 구비한 프로파일 부품을 의미한다.

선행 기술로부터, 프로파일 부품들을 용접에 의해 멀티피스 구성물로 연결하되, 개별 파이프 부분들의 윤곽을 미리 레이저 절단하는 것이 공지되어 있다. 그러한 구성물들의 제조는 어느 경우라도 많은 복잡한 단계들을 필요로 한다. 그와 관련하여, 특히 용접할 프로파일 부품들을 유지하기 위한 적절한 유지 시스템의 구조로 인해 높은 비용이 초래된다.

제조 시의 비용을 줄이기 위해, 선행 기술에서는 프로파일로부터 레이저 절단 및 접기에 의해 제조되는 절곡 부품들(bent parts)을 사용한다. 절곡 부품들의 기하 형태, 즉 개개의 프로파일 섹션들의 축들의 정향은 멀티피스 구성물과 동일하고, 단지 프로파일 부품들 사이의 연결부만이 다른 타입 및 방식으로 생성된다.

도 1a는 직사각형 횡단면을 갖는 제1 프로파일 부분(2)(그러한 프로파일 부분을 사각 파이프 부분으로 지칭함)과 제2 사각 파이프 부분(3)으로 구성된 일체형 절곡 부품(1)을 도시하고 있는데, 제1 및 제2 사각 파이프 부분들(2, 3)은 굽힘 에지(bending edge)(4)를 기점으로 접혀 서로 각도(α)를 이루어 배치된다. 이때, 각도(α)는 2개의 사각 파이프 부분들(2, 3)의 파이프 축들(5, 6) 간에 정의된다. 2개의 사각 파이프 부분들(2, 3)은 굽힘 에지(4)의 영역에서 일체형 코너 조인트(7)를 형성한다. 2개의 사각 파이프 부분들(2, 3)은 각각 2개의 측방 사각 측변들(8, 9, 10, 11) 및 내부 사각 측변(12, 13)을 구비하는데, 그 사각 측변들(8, 9, 10, 11, 12, 13)은 접힌 상태에서 서로 맞닿아 측방 접경 에지들(8 내지 11) 내지 내부 접경 에지들(12, 13)로서 지칭된다. 측방 접경 에지들(8 내지 11)은 굽힘 에지(4)와 수직으로 정렬되고, 내부 접경 에지(12, 13)는 굽힘 에지(4)와 평행하게 연장된다. 도 1b는 펴진 구성으로 있는 도 1a의 일체형 절곡 부품(1)을 도시하고 있다. 본 도면에서는, 제2 사각 파이프 부분(2)의 파이프 축(6)이 제1 사각 파이프 부분(2)의 파이프 축(5)과 동일 선상(collinear)에 있도록 제2 사각 파이프 부분(3)이 굽힘 에지(4)를 기점으로 펴져 있다. 제1 사각 파이프 부분(2)의 접경 에지들(8, 9, 12)과 제2 사각 파이프 부분(3)의 접경 에지들(10, 11, 13) 사이에는 일체형 절곡 부품(1)에 속하지 않는 스크랩 부분(scrap part)(14)이 형성된다.

도 2a는 라운드 파이프 부분들로 지칭되는, 원형 파이프 횡단면을 갖는 제1 및 제2 프로파일 부분들(22, 23)로 구성된 일체형 절곡 부품(21)을 도시하고 있다. 라운드 파이프 부분들(22, 23)은 굽힘 에지(24)를 기점으로 접혀 서로 각도(β)를 이루어 배치되는데, 그 각도(β)는 2개의 라운드 파이프 부분들(22, 23)의 파이프 축들(25, 26) 사이에 형성된다. 2개의 라운드 파이프 부분들(22, 23)은 굽힘 에지(24)의 영역에서 일체형 코너 조인트(27)를 형성한다. 2개의 라운드 파이프 부분들(22, 23)은 도 2a의 절곡된 구성에서 서로 맞닿는 접경 에지(28, 29)를 각각 구비한다. 도 2b는 펴진 구성으로 있는 도 2a의 원형 파이프 횡단면을 갖는 일체형 절곡 부품(21)을 도시하고 있다. 2개의 라운드 파이프 부분들(22, 23)의 파이프 축들(25, 26)이 서로 동일 선상에 있도록 제2 라운드 파이프 부분(23)이 굽힘 에지(24)을 기점으로 펴져 있다. 라운드 파이프 부분들(22, 23)의 접경 에지들(28, 29) 사이에는 일체형 절곡 부품(21)에 속하지 않는 스크랩 부분(30)이 형성된다.

실제로, 프로파일 부품들의 정확한 정렬을 보장하기 위해 프로파일 부품들의 접경 에지들이 위치 설정 요소들을 구비하는 것이 유용할 수 있는 것으로 판명되었다. 위치 설정 요소들로서는, 특히 홈/스프링 요소들, 삼각형 요소들, 반원형 요소들, 또는 퍼즐 요소들(puzzle elements)이 사용된다.

일체형 코너 조인트를 구비한 절곡 부품들을 제조할 경우, 2가지 근본적인 문제점들이 발생한다. 레이저 절단 시스템에서 제조된 펴진 절곡 부품을 다음 가공 단계로 코너 조인트의 영역에서 굽힘 에지를 기점으로 접는다. 프로파일 부품들 사이의 코너 조인트는 한편으로 재료가 접기 동안의 하중을 견뎌내어 파열되지 않을 정도로 안정적이어야 한다. 다른 한편으로, 코너 조인트는 프로파일 부품들이 복잡한 기술적 보조 수단 없이 수작업으로 굽힘 에지를 기점으로 접힐 수 있을 정도로 얇아야 한다. 펴진 절곡 부품을 제조함에 있어서의 또 다른 문제점은 레이저 절단 후에 프로파일 부품들이 연결 브리지들에 의해서만 연결되어 레이저 절단 시스템에 있을 때에 이미 굽힘 에지에서 구부러져 꺾인다는 것이다. 그러한 꺾임은 레이저 절단 과정의 중단을 가져온다. 파이프 부품들 사이의 조인트가 충분히 안정적이면서도 그 조인트를 수작업에 의해 접을 수 있도록 파이프 부품들 사이의 조인트를 형성하기 위해서는, 설계자 또는 프로그래머가 많은 경험을 필요로 한다.

그에 반해, 본 발명의 과제는 일체형 코너 조인트의 제조 시에 공정 신뢰성이 향상되고, 미숙련 프로그래머 및/또는 기계 조작자에 의해서도 일체형 코너 조인트의 제조가 수행될 수 있도록 일체형 코너 조인트의 제조 방법 및 일체형 코너 조인트 제조용 소프트웨어 모듈을 더욱 개선하는 것이다.

그러한 과제는 본 발명에 따라 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분 사이의 조인트를 파이프 부분들의 재료, 재료 두께, 및 파이프 횡단면에 의존하여 형성하기 위한 기하 형태들을 포함하는 데이터 메모리로부터 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분 사이의 적어도 하나의 연결 브리지의 기하 관계 및 위치를 제시하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법에 의해 해결된다.

원형 파이프 횡단면을 갖는 파이프들을 안정화시키기 위해, 청구항 2에 따라 단일의 연결 브리지를 제시하는 것이 바람직한데, 그 단일의 연결 브리지의 폭에 대해 청구항 3에 따라 재료 두께와 파이프 둘레의 1/18 사이의 값을 제시하는 것이 바람직하다. 제시되는 폭은 다양한 파이프 파라미터들에 복잡하게 의존하여 달라지지만, 흔히 재료 두께의 약 2배에 해당한다.

직사각형 파이프 횡단면을 갖는 파이프들을 안정화시키기 위해, 청구항 4에 따라 재료의 두께가 미리 정해진 두께 미만인 경우에 단일의 연결 브리지를 제시하는 것이 바람직한데, 그 단일의 연결 브리지의 폭은 청구항 5에 따라 재료 두께와 연결 브리지가 위치한 직사각형의 측변의 전체 폭 사이에 있는 것이 바람직하다.

청구항 6에 따라 직사각형 파이프 횡단면 및 청구항 4에 거론된 미리 정해진 두께를 초과하는 재료 두께를 갖는 파이프들의 경우에 2개의 연결 브리지들을 제시하는 것이 바람직한데, 그 2개의 연결 브리지들의 폭들에 대해 청구항 7에 따라 재료 두께와 각각의 브리지가 위치한 직사각형의 측변의 전체 폭의 절반 사이의 값을 제시하는 것이 바람직하다. 제시되는 폭들은 다양한 파이프 파라미터들에 복잡하게 의존하여 달라지지만, 흔히 재료 두께의 약 2배에 해당한다. 청구항 8에 따라 연결 브리지들의 간격은 0 ㎜와, 연결 브리지가 위치하는 직사각형의 측변의 전체 폭에 연결 브리지 폭들의 합을 뺀 값 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다.

제1 및 제2 파이프 부분들이 적어도 하나의 위치 설정 요소를 구비한다면, 스크랩 부분의 간단한 제거를 위해, 청구항 9에 따라 펴진 관 구성물에서 적어도 3개의 스크랩 부분들을 정의하는 것이 바람직한데, 청구항 10에 따라 적어도 가운데 스크랩 부분이 가운데 스크랩 부분을 제1 및 제2 파이프 부분들과 연결하는 마이크로 조인트들을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 일체형 절곡 파이프 부품을 제조하기 위한 소프트웨어 모듈에 관한 것으로, 그 소프트웨어 모듈에는 본 발명에 따라 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분들 사이의 조인트를 형성하기 위한 기하 형태들을 포함하는 데이터 메모리가 마련된다.

임의의 일체형 절곡 파이프 부품의 구성에 대한 완전한 제시들을 데이터 메모리로부터 추출할 수 있기 위해, 데이터 메모리는 청구항 12에 따라 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분 사이의 적어도 하나의 연결 브리지의 기하 관계 및 위치를 포함하는 것이 바람직하고, 청구항 13에 따라 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분의 접경 에지에 있는 적어도 하나의 위치 설정 요소의 기하 관계 및 위치를 포함하는 것이 또한 바람직하며, 청구항 14에 따라 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분 사이의 적어도 하나의 스크랩 부분의 기하 관계를 포함하는 것이 또한 바람직하다.

명세서, 첨부 도면들, 및 특허 청구 범위로부터 본 발명의 주제의 또 다른 이점들 및 바람직한 구성들을 알아볼 수 있을 것이다. 또한, 전술한 특징들 및 이제 후술할 특징들은 본 발명에 따라 그 자체 단독으로 또는 임의의 다수의 조합들로 사용될 수 있다. 도시되고 설명되는 실시 형태들은 종국적인 열거로서 이해되어야 할 것이 아니라, 오히려 본 발명을 기술하기 위한 예시적 성격을 갖는다. 첨부 도면들 중에서,
도 1a 및 도 1b는 2개의 사각 파이프 부분들로 구성된 공지의 절곡 부품을 절곡된 배열(도 1a) 및 펴진 배열(도 1b)로 각각 나타낸 도면들이고;
도 2a 및 도 2b는 2개의 라운드 파이프 부분들로 구성된 공지의 절곡 부품을 절곡된 배열(도 2a) 및 펴진 배열(도 2b)로 각각 나타낸 도면들이며;
도 3은 레이저 절단 시스템을 제어하는 공지의 장치를 나타낸 도면이고;
도 4는 일체형 코너 조인트를 제조하는 공지의 방법의 방법 단계들을 나타낸 도면이며;
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 일체형 코너 조인트의 제조 방법의 본 발명에 따른 제1 방법 단계(도 5a) 및 제2 방법 단계(도 5b)를 나타내 도면들이고;
도 6a 및 도 6b는 스크랩 부분들을 갖는 도 1a 및 도 1b의 절곡 부품을 전개된 배열(도 6a) 및 3차원 조망도(도 6b)로 나타낸 도면들이다.

도 3은 수치 제어 장치(42)에 의해 제어되는 공지의 레이저 절단 시스템(41)을 도시하고 있다. 레이저 절단 시스템(41)의 자동화를 위해, 그 제어도 역시 제어 장치(42)에 의해 수행되는 자동화 장치(43)가 마련된다.

제어 장치(42)는 하드웨어에 있어 MMC(인간 기계 제어; Man Machine Control) 조작 시스템(44)을 포함하는데, 그 MMC 조작 시스템(44)은 산업용 PC로서 형성된 제어 컴퓨터(45)와, 표시 유닛으로서의 스크린(47) 및 예컨대 키보드, 마우스, 및/또는 키패드로서 형성된 입력 유닛(48)을 갖춘 조작 장치(46)를 구비한다. 또한, 제어 장치(42)는 레이저 절단 시스템(41) 및 자동화 장치(43)의 수동 조작을 위한, 특히 다른 무엇보다도 안전과 관련된 조작들을 수행하는 기계 제어 패널(49)과, 레이저 절단 시스템(41) 및 자동화 장치(43)의 제어를 위한 NC(수치 제어: Numerical Control) 제어 유닛(51) 및 SPS(메모리 프로그래밍 가능 제어) 제어 유닛(52)이 통합된 NCU(수치 제어 유닛: Numerical Control Unit) 어셈블리(50)를 포함한다. NC 제어 유닛 및 SPS 제어 유닛(51, 52)은 별개의 어셈블리들로서 형성될 수도 있다.

제어 장치(42)는 소프트웨어에 있어 레이저 절단 시스템(41)의 제어를 위한 조작 소프트웨어(53), 자동화 장치(43)의 제어를 위한 조작 소프트웨어(54), 주문 관리, 공구 관리, 및/또는 펠릿 관리를 위한 소프트웨어 모듈(55), 가공 프로그램들의 관리를 위한 프로그램 관리자(56), 및 가공 프로그램들에 대한 가공 파라미터들이 저장된 데이터 메모리(57)를 포함한다. "가공 프로그램"이란 개념은 NC 프로그램 이외에 그 NC 프로그램으로부터 외부 데이터 메모리로 아웃소싱되는 모든 기술 데이터를 망라한다. 또한, 예컨대 설계 시스템, 프로그래밍 시스템, 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템과 같은 또 다른 애플리케이션들이 제어 컴퓨터(45)에 설치될 수 있다.

절곡 부품을 제조하는데에는 설계자, 프로그래머, 및 기계 조작자가 참여하는데, 1인 또는 2인의 사람이 그들의 직무를 겸임하여 수행할 수 있다. 절곡 부품의 설계는 설계 시스템(58)(CAD 시스템) 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59)(CAD/CAM 시스템)에 의해 수행되는데, 여기서 CAD 및 CAM이란 약자들은 컴퓨터 지원 설계(Computer Aided Design) 및 컴퓨터 지원 제작(Computer Aided Manufacturing)을 대변한다. 완성된 설계도들은 그를 위해 네트워크(60)에 마련된 공동의 CAD 데이터 저장소(61)에 저장되고, 프로그래머들은 필요 시에 그 CAD 데이터 저장소(61)에 액세스할 수 있다.

레이저 절단 시스템(41)은 프로그래밍 시스템에 의해 또는 MMC 조작 시스템(44)의 조작 장치(46)에서 수작업으로 작성된 가공 프로그램들을 통해 제어된다. 프로그래밍 시스템은 기본적인 및 특수한 NC 기능들을 인지하고 있고, 어떤 기술 데이터가 필요하고 어떤 규칙을 가공에 적용할지를 알고 있다. 그럼으로써, 프로그래밍 시스템은 자동으로 가공을 정의하여 가공 프로그램을 생성할 수 있다. 도 3의 실시예에서는, 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59) 이외에 또 다른 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(62)이 제어 컴퓨터(45)에 설치되고, 프로그래밍 시스템(63)(CAM 시스템)이 네트워크(60)에 설치된다. 프로그래밍 시스템들(59, 62, 63)은 프로그래머와 기계 조작자가 액세스할 수 있는 CAM 데이터 저장소(64)와 연결된다. 프로그래머는 완성된 가공 프로그램을 CAM 데이터 저장소(64)에 저장한다. 기계 조작자는 CAM 데이터 저장소(64)에 액세스하여 CAM 데이터 저장소(64)로부터 가공 프로그램을 제어 컴퓨터(45)의 프로그램 관리자(56)로 불러올(import) 수 있다.

도 4는 일체형 코너 조인트를 구비한 절곡 부품을 제조하는 공지의 방법을 흐름도의 형태로 도시하고 있다. 그러한 공지의 방법은 6개의 연속된 방법 블록들을 포함한다.

제1 방법 블록 V1에서는, 설계자가 설계 시스템(58) 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59, 62)의 설게 모듈에 의해 절곡 부품의 설계도를 작성한다. 설계도는 절곡 부품의 3차원 도면은 물론 전개되고 펴진 프로파일 구성물의 2차원 도면도 포함한다.

제2 방법 블록 V2에서는, 프로그래머가 프로그래밍 시스템(63) 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59, 62)의 프로그래밍 모듈을 사용하여 레이저 절단 시스템(41)에서 레이저 절단에 의해 프로파일로부터 펴진 프로파일 구성물을 제조하기 위한 가공 프로그램을 작성한다.

제3 방법 블록 V3에서는, 레이저 절단 시스템(41)에서 레이저 절단에 의해 프로파일로부터 펴진 프로파일 구성물을 제조한다. 이때, 먼저 프로파일을 예컨대 자동화 장치(43)에 의해 레이저 절단 시스템(41)으로 이송하고, 펴진 프로파일 구성물을 절단하며, 이어서 펴진 프로파일 구성물을 예컨대 자동화 장치(43)에 의해 레이저 절단 시스템(41)으로부터 밖으로 이송한다.

제4 방법 블록 V4에서는, 펴진 프로파일 구성물에서 제1 프로파일 부분과 제2 프로파일 부분 사이의 스크랩 부분을 수작업으로 제거한다. 스크랩 부분을 제거한 후에, 제5 방법 블록 V5에서 굽힘 가공에 의해 일체형 코너 조인트를 구비한 절곡 부품을 제조한다. 마지막 제6 방법 블록 V6에서는, 제1 프로파일 부분과 제2 프로파일 부분을 접경 에지들의 영역에서 용접 장치에 의해 서로 용접하는데, 여기서 용접 장치는 예컨대 레이저 절단 장치로서 형성된다. 제6 방법 블록 V6 후에는, 일체형 코너 조인트를 구비한 절곡 부품을 제조하는 공지의 방법이 종료된다.

도 5a는 도 4에 도시된, 일체형 코너 조인트를 제조하는 본 발명에 따른 방법의 제1 방법 블록 V1을 도시하고 있다. 설계 방법 블록이 도 1a 및 도 1b의 절곡 부품(1)에 의거하여 도시되어 있다. 절곡 부품(1)의 설계를 위해, 예컨대 도 3에 도시된 설계 시스템(58) 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59, 62, 63)이 사용된다.

단계 S1에서는, 설계자가 사각 파이프 부분들(2, 3)의 재료, 재료 두께, 및 파이프 횡단면을 선택하고, 사각 파이프 부분들(2, 3)의 파이프 축들(5, 6)의 기하학적 배치를 결정한다. 단계 S2에서는, 설계자가 사각 파이프 부분들(2, 3)을 일체형 코너 조인트(7)에 의해 연결할 것인지 여부를 결정한다. 사각 파이프 부분들(2, 3) 사이에 일체형 코너 조인트(7)를 형성하지 않을 것이면(단계 S2에서의 N), 단계 S2 후에 방법이 종료된다. 사각 파이프 부분들(2, 3)을 일체형 코너 조인트(7)에 의해 연결할 것이면(단계 S2에서의 J), 설계자가 단계 S3에서 일체형 코너 조인트(7)를 어디에 형성할 것인지 결정한다.

단계 S4에서는, 설계 시스템이 재료, 재료 두께, 및 파이프 횡단면의 설정 크기들과 파이프 축들(5, 6) 사이의 각도가 제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있는 절곡 부품(1)의 제조를 허용하는지 여부를 검사한다. 재료, 재료 두께, 및 파이프 횡단면의 설정 크기들 및/또는 파이프 축들(5, 6) 사이의 각도가 제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있는 제조를 허용하지 않으면(단계 S4에서의 N), 단계 S5에서 그 크기들 내지 각도를 변경할 것을 설계자에게 요청한다. 설계자가 개조에 찬성하지 않으면(단계 S5에서의 N), 단계 S5 후에 방법이 종료된다. 설계자가 개조를 받아들이면(단계 S5에서의 J), 설계자가 단계 S6에서 재료, 재료 두께, 파이프 횡단면, 및/또는 파이프 축들(5, 6) 사이의 각도를 변경한다. 단계 S6 후에는, 방법이 단계 S4로 속행된다.

제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있는 절곡 부품(1)의 제조가 가능하면(단계 S4에서의 J), 설계자가 단계 S7에서 사각 파이프 부분들(2, 3)을 위치 설정 요소들에 의해 그 소정의 위치에 위치시킬 것인지 여부를 결정한다. 위치 설정 요소들을 부착할 것이면(단계 S7에서의 J), 설계자가 단계 S8에서 위치 설정 요소들의 수, 기하 관계, 및 위치를 결정한다.

단계 S9에서는, 설계 시스템이 절곡 부품을 펴서 파이프 부분들(2, 3)의 파이프 축들(5, 6)이 일 평면에 놓이는 "펴진 파이프 구성물"을 작성하고, 데이터 메모리로부터 사각 파이프 부분들(2, 3)의 코너 조인트(7) 및 펴진 제1 사각 파이프 부분과 제2 사각 파이프 부분(2, 3) 사이의 스크랩 부분을 어떻게 형성할 수 있을 것인지 설계자에게 제시를 한다. 데이터 메모리는 제1 및 제2 사각 파이프 부분들(2, 3)을 서로 연결하는 연결 브리지들의 수 및 기하 관계와 사각 파이프 부분들(2, 3) 사이의 스크랩 부분 또는 스크랩 부분들의 구성에 관한 정보 자료를 포함하고 있다.

단계 S10에서는, 설계자가 데이터 메모리로부터 제시된 값들을 인수할 것인지 여부를 결정한다. 설계자가 제시된 값들을 인수하지 않으면(단계 S10에서의 N), 설계자가 단계 S11에서 제시된 값들을 교체한다. 단계 S12에서는, 변경된 값들이 제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있는 절곡 부품(1)의 제조를 위해 사전 설정된 한계들 내에 있는지 여부를 설계 시스템이 검사한다. 설정된 값들이 제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있는 제조를 위한 한계들 밖에 있으면(단계 S12에서의 N), 단계 S13에서 예컨대 "공정 신뢰성이 있는 제조 불가능! 값들을 변경하세요."라는 메시지를 설계자에게 통보하여 값들을 변경할 것을 요청한다.

설계자가 변경을 받아들이면(단계 S13에서의 J), 설계자가 단계 S14에서 값들을 변경한다. 단계 S14 후에는, 방법이 단계 S12로 속행된다. 반면에, 설계자가 값들을 변경하지 않으면(단계 S13에서의 N), 단계 S13 후에 방법이 중단되는데, 왜냐하면 제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있게 절곡 부품(1)을 제조하는 것이 불가능하기 때문이다.

설계 데이터 메모리로부터 설계 시스템에 의해 제시된 값들을 인수하면(단계 S10에서의 J) 또는 설계자에 의해 변경된 값들이 제작에 적합하고 공정 신뢰성이 있는 제조를 위한 한계들 내에 있으면(단계 S12에서의 J), 단계 S15에서 펴진 절곡 부품의 3차원 데이터 모델을 펼쳐 전개하고, 단계 S16에서 양자의 데이터 모델들을 절곡 부품(1)의 설계도로서 저장하고, 예컨대 CAD 데이터 저장소(61)에 저장하며, 그럼으로써 모든 프로그래머들이 설계도에 액세스할 수 있도록 한다. 단계 S16 후에는, 일체형 코너 조인트를 제조하는 본 발명에 따른 방법의 제1 방법 블록 V1이 종료된다.

절곡 부품의 설계 시에는, 서로 구별하여야 할 여러 데이터 모델들이 생성된다. 출발점은 파이프 축들이 각도(α)를 이루어 배치되는, 코너 조인트를 구비한 절곡 부품의 3차원 데이터 모델이다. 그 데이터 모델로부터, 절곡 부품을 폄으로써 파이프 축들이 동일 선상에 정렬되는 펴진 절곡 부품의 3차원 데이터 모델이 생성된다. 끝으로, 펴진 절곡 부품의 3차원 데이터 모델을 펼쳐 전개함으로써 전개된 펴진 절곡 부품의 2차원 데이터 모델이 생성된다. 현대의 설계 시스템들은 "펴기" 기능 및 "전개하기" 기능을 버튼 누름에 의해 자동으로 수행한다.

도 5b는 도 4에 도시된, 일체형 코너 조인트를 제조하는 본 발명에 따른 방법의 제2 방법 블록 V2를 도시하고 있다. 제2 방법 블록 V2는 프로그래밍 시스템(63)에 의해 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59, 62)의 프로그래밍 모듈에 의해 절곡 부품을 프로그래밍하고, 레이저 절단 시스템(41)의 제어를 위한 가공 프로그램을 작성하는 것에 관한 것이다.

단계 S21에서는, 프로그래머가 제1 방법 블록 V1에서 생성된, 전개된 펴진 절곡 부품(1)의 도면을 프로그래밍 시스템(63) 또는 조합된 설계 및 프로그래밍 시스템(59, 62)의 프로그래밍 모듈로 불러온다.

프로그래밍 동안, 프로그래머는 부품을 어떻게 가공할 것인지 결정한다. 프로그래머는 어떤 순서로 가공을 수행하고, 예컨대 레이저 출력 및 급송 속도에 대해 어떤 가공 파라미터들을 적용할지 결정한다. 이때, 프로그래밍 시스템은 그 가공 태스크에 대한 적합한 가공 파라미터들 및 가공 전략들을 찾아내도록 프로그래머를 지원한다. 적합한 가공 파라미터들 및 가공 전략들에 관한 정보는 데이터 메모리(57)를 정의하는 소위 기술 테이블들 및 코드들에 포함되어 있다. 기술 테이블들에는, 모든 관련 변량들에 대한 적합한 가공 파라미터들이 재료 종류, 재료 두께, 및 가공 방법에 의존하여 수록되어 있는데, 그러한 적합한 가공 파라미터들은 공정 신뢰성이 있는 가공을 가능하게 하는 것들이다. 필요하다면, 기술 테이블들을 또 다른 파라미터들에 의존하여 정의한다.

단계 S22에서는, 프로그래머가 레이저 절단에 의해 펴진 일체형 파이프 구성물을 생성하기 위해 어떻게 파이프를 가공할 것인지 결정한다. 이때, 프로그래머는 다른 무엇보다도 각종 윤곽들을 어떤 순서로 가공하고, 레이저 빔의 천공 지점들을 어디에 위치시킬 것인지 결정한다. 레이저 절단 시스템에서의 절단 과정 동안, 파이프 부분들이 굽힘 에지에서 이미 구부러져 꺾이지 않도록 하는 것이 보장되어야 한다. 그것을 그대로 넘긴다면, 절단 과정의 중단 및 재료 및/또는 레이저 절단 시스템의 손상이 일어날 수 있다. 조기에 구부러져 꺾이는 것을 방지하기 위해, 적어도 하나의 스크랩 부분을 마이크로 조인트들에 의해 파이프 부분들과 연결한다. 또한, 프로그래머는 파이프로부터 절단되고 스크랩 부분을 이루는 윤곽들에서 재밍(jamming)의 위험을 분간해내고, 경우에 따라 스크랩 부분들을 작은 브리지들, 소위 마이크로 조인트들에 의해 파이프 부분들에 유지하여야 한다. 마이크로 조인트들의 기하 관계 및 위치는 스크랩 부분이 예컨대 수작업에 의해 또는 해머로 가볍게 두들기는 것에 의해 문제없이 제거될 수 있도록 선택된다. 마이크로 조인트들을 갖는 스크랩 부분들은 레이저 가공 후에 별개의 방법 단계로 제거된다.

프로그래머가 그 구성물의 가공에 대한 결정들을 완료하면, 단계 S23에서 프로그래밍 시스템이 본 발명에 따른 소프트웨어 모듈을 사용하여 파이프 파라미터들 및 상황에 따라 사용되는 연결 브리지들, 제1 파이프 부분과 제2 파이프 부분 사이의 접경 에지들 또는 스크랩 부분들에 있는 위치 설정 요소들의 기하 관계 및 위치를 고려하였을 때에 공정 신뢰성이 있는 가공이 가능하지 여부를 검사한다.

즉, 예컨대 2개의 파이프 부분들(2, 3)의 접경 에지들(9, 10)을 서로 정렬시켜 고정하는 위치 설정 요소들(101, 102)을 구비한 절곡 파이프 부품의 경우에는, 2개의 파이프 부분들(2, 3) 사이의 스크랩 부분(14)을 여하튼 3개의 섹션들로 분할한다. 그럴 경우에만, 스크랩 부분(14)이 공정 신뢰성이 있게 제거될 수 있는 것이 보장된다. 그렇지 않으면, 스크랩 부분(14)의 재밍이 발생하여 스크랩 부분(14)이 제거될 수 없는 위험이 존재한다. 마이크로 조인트들이 필요한 경우에 조작자가 마이크로 조인트들을 공정 신뢰성이 있는 가공을 보장하도록 배치하였는지 여부도 검사된다.

본 발명에 따른 소프트웨어 모듈이 프로그램된 파이프 구성물의 공정 신뢰성이 있는 가공이 불가능하다는(N) 결론에 도달한다면, 단계 S24에서 프로그래머가 그에 대해 지적을 받아 소프트웨어 모듈의 제시를 구성물에 집어넣는다. 단계 S24 후에 또는 소프트웨어 모듈이 단계 S23에서 공정 신뢰성이 있는 가공이 가능하다는(J) 것을 확인하면, 단계 S25가 후속된다.

단계 S25에서는, 프로그래머가 제1 파이프 부분의 시작 절단 커트, 제2 파이프 부분의 끝단 절단 커트에 대한 및 존재할 경우에 제1 및 제2 파이프 부분들의 윤곽 커트들에 대한 가공 방법 및 가공 파라미터들을 결정한다. 절곡 코너/절곡 조인트를 형성하기 위해서는, 제1 파이프 부분의 끝단 절단 커트와 제2 파이프 부분의 시작 절단 커트가 정의되어야 하고, 직사각형 파이프 횡단면을 갖는 파이프 부분들의 경우에는 추가로 2개의 언터커트들(undercuts)이 정의되어야 한다. 또한, 2개의 연결 브리지들에 의해 연결되는 사각 파이프 부분들의 경우에는, 2개의 연결 브리지들 사이의 또 다른 레이저 커트가 더 필요하다.

윤곽 요소들은 윤곽 그룹들 내에서 그 처리 순서에 따라 우선 순위를 부여받는다. 프로그래밍 시스템 또는 프로그래밍 모듈은 처리 순서에 대해 먼저 트여 있는 윤곽들을 절단하고, 이어서 그 밖의 내부 윤곽들을 절단하며, 끝으로 외부 윤곽들을 절단할 것을 제시한다.

단계 S30에서는, 가공 단계들의 순서를 검사한다. 순서에서 오류가 발견되면(단계 S30에서의 N), 단계 S31에서 프로그래머가 가공 단계들의 순서를 변경한다. 단계 S31에서의 오류 수정 후에 또는 순서에서 오류가 발견되지 않으면(단계 S31에서의 J), 단계 S32에서 프로그래머가 프로그래밍 시스템 또는 프로그래밍 모듈에 의해 레이저 절단 시스템(41)에서 파이프를 가공하기 위한 가공 프로그램을 생성한다. 단계 S33에서는, 프로그래머가 완성된 가공 프로그램을 저장하고, 단계 S34에서는, 그 가공 프로그램을 CAD 데이터 저장소(64)에 저장한다. 단계 S35에서는, 프로그래머가 완성된 가공 프로그램을 수치 제어 장치(42)의 제어 컴퓨터(45)의 프로그램 관리자(56)에 전달한다.

도 6a는 전개된 도 1a 및 도 1b의 절곡 부품(1)을 코너 조인트(7)의 영역에서 도시한 것으로, 2개의 파이프 부분들(2, 3)에는 제1 파이프 부분(2)에 있는 스프링 요소(101)와 제2 파이프 부분(3)에 있는 대응 홈 요소(102)의 형태의 위치 설정 요소들이 부착되어 있다. 도 6b는 도 6a의 것과 유사한 절곡 부품을 도시하고 있다. 도 6a의 절곡 부품과 도 6b의 절곡 부품 사이의 차이점은 도 6b의 절곡 부품이 스크랩 부분에 구멍을 갖지 않는다는데 있다.

제1 및 제2 파이프 부분들(2, 3)은 굽힘 에지(4)에 배치된 2개의 연결 브리지들(103, 104)에 의해 연결된다. 파이프 부분들(2, 3) 사이의 연결 브리지들(103, 104)은 3개의 레이저 커트들(105 내지 107)에 의해 생성된다.

파이프 부분들(2, 3)이 홈 요소와 스프링 요소(101, 102)에 의해 위치되도록 함으로 인해, 스크랩 부분(14)이 다수의 섹션들로 분할되어야 한다.

스크랩 부분(14)은 제1 스크랩 섹션(108), 제2 스크랩 섹션(109), 및 제3 스크랩 섹션(110)의 3개의 스크랩 섹션들로 분할되어 있다. 스크랩 섹션들(108 내지 110)을 수작업에 의해 간단하게 제거할 수 있도록 하기 위해, 각각의 스크랩 섹션이 구멍(111, 112, 113)을 구비하는데, 그 구멍들(111, 112, 113)은 레이저 빔에 의해 잘라내진 것으로, 스크랩 섹션들(108 내지 110)을 떼어내기 위한 공구, 예컨대 스크루드라이버를 장착하는 지점으로서의 역할을 한다.

Claims (14)

1. 제1 파이프 부분(2; 22)과 제2 파이프 부분(3; 23)을 포함하며, 이들 파이프 부분들의 파이프 축(5, 6; 25, 26)들이 서로 각도(α; β)를 이루어 배치되는 일체형 절곡 파이프 부품(1; 21)을 제조하는 방법으로서, 상기 제1 파이프 부분(2; 22)과 제2 파이프 부분(3; 23)는 파이프로부터 절단되고, 이에 의해 적어도 하나의 연결 브리지(103, 104) 및 스크랩 부분(14; 30)이 형성되며, 상기 제1 파이프 부분(2; 22)과 제2 파이프 부분(3; 23)은 절곡되어 절곡 파이프 부품(1; 21)을 이루며, 이 절곡 파이프 부품(1; 21)의 두 파이프 부분(2, 3; 22, 23)의 접경 에지(9, 10)들은 위치 설정 요소(101, 102)에 의해 서로에 정렬되고 고정되는 것인 일체형 절곡 파이프 부품(1; 21)의 제조 방법에 있어서:
   상기 제1 파이프 부분(2; 22)과 상기 제2 파이프 부분(3; 23) 간의 조인트를 파이프 부분들의 재료, 재료 두께, 및 기하 형태에 의존하여 형성하기 위한 기하 형태들을 포함하는 데이터 메모리로부터 상기 적어도 하나의 연결 브리지(103, 104)의 기하 관계 및 위치를 제시하며,
   상기 스크랩 부분(14; 30)은 2개의 외측 스크랩 부분과 가운데 스크랩 부분으로 절단되며, 이 가운데 스크랩 부분이 상기 위치 설정 요소(101, 102)를 형성하며,
   적어도 상기 가운데 스크랩 부분에는 상기 제1 파이프 부분(2; 22) 및 상기 제2 파이프 부분(3; 23) 모두에 상기 가운데 스크랩 부분을 연결하는 마이크로조인트를 마련하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 원형 파이프 횡단면을 갖는 파이프 부분(22, 23)들의 경우에 단일의 연결 브리지를 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 연결 브리지의 폭으로서 재료 두께와 파이프 둘레의 1/18 사이의 값을 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 직사각형 파이프 횡단면을 갖고 미리 정해진 두께 미만의 재료 두께를 갖는 파이프 부분(2, 3)들의 경우에 단일의 연결 브리지를 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 연결 브리지의 폭으로서 재료 두께와 연결 브리지가 위치하는 직사각형의 측변의 전체 폭 사이의 값을 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 직사각형 횡단면을 갖고 미리 정해진 두께를 초과하는 재료 두께를 갖는 파이프 부품(2, 3)들의 경우에 2개의 연결 브리지들을 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 연결 브리지들의 폭들로서 재료 두께와 연결 브리지가 위치하는 직사각형의 측변의 전체 폭의 절반 사이의 값을 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 연결 브리지들의 간격으로서, 0 ㎜와, 연결 브리지가 위치하는 직사각형의 측변의 전체 폭에 연결 브리지 폭들의 합을 뺀 값 사이의 값을 제시하는 것을 특징으로 하는 일체형 절곡 파이프 부품의 제조 방법.
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11. 일체형 절곡 파이프 부품(1; 21)을 제조하기 위한 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 소프트웨어를 포함한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서,
    데이터 메모리가 마련되며, 이 데이터 메모리는,
    제1 파이프 부분(2; 22)과 제2 파이프 부분(3; 23) 사이의 적어도 하나의 연결 브리지(103; 104)의 기하 관계 및 위치,
    제1 파이프 부분(2; 22)과 제2 파이프 부분(3; 23)의 접경 에지(9, 10)들에 있는 적어도 하나의 위치 설정 요소(101, 102)의 기하 관계 및 위치, 그리고
    제1 파이프 부분(2; 22)과 제2 파이프 부분(3; 23) 사이의 적어도 하나의 스크랩 부분의 기하 관계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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