KR101675478B1 - 열간 프레스 성형 장치 및 이를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법 - Google Patents

Abstract

가열된 금속 판재가 열간 프레스 성형 장치에 안착된 안착 위치를 판별할 수 있는 열간 프레스 성형 장치를 제공한다. 열간 프레스 성형 장치는 i) .상부 금형과 하부 금형을 포함하고, 가열된 금속 판재가 상기 하부 금형 위에 안착되어 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 압착에 따라 성형되도록 적용된 프레스 유닛, 및 ii) 상기 프레스 유닛과 이격되어 위치하고, 상기 하부 금형의 밝기와 상이한 상기 금속 판재의 밝기에 따라 상기 금속 판재의 형상을 감지하는 하나 이상의 감지 유닛을 포함한다.

Description

열간 프레스 성형 장치 및 이를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법 {HOT PRESS FORMING DEVICE AND METHOD FOR DISCRIMINATING POSITION OF METAL PLATE USING THE SAME}

본 발명은 열간 프레스 성형 장치 및 이를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 가열된 금속 판재의 안착 위치를 판별하기 위한 위한 열간 프레스 성형 장치 및 이를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법에 관한 것이다.

열간 프레스 성형 장치에서는 고온 가열한 강판을 프레스 성형 장치에서 성형하면서 급속 냉각시켜서 일반 강판의 강도보다 2배 내지 3배 정도의 강도를 가지는 초고강도 강판을 제조한다. 열간 프레스 성형 장치는 가열 장치와 가열된 금속 판재를 성형 장치의 다이(die)로 이동시키는 이송 장치를 포함한다.

이송 장치는 클램핑 로봇, 로더 및 언로더 등을 그 예로 들 수 있다. 그러나 클램핑 로봇, 로더 및 언로더는 낮은 정확성을 가져서 가열된 금속 판재를 다이에 정확하게 안착시키지 못할 수 있다. 또한, 가열된 금속 판재가 다이에 정확하게 안착되지 않고 프레스 성형 장치가 작동하는 경우, 성형 장치가 파손될 수 있다.

가열된 금속 판재가 열간 프레스 성형 장치에 안착된 안착 위치를 판별할 수 있는 열간 프레스 성형 장치를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치는 i) 상부 금형과 하부 금형을 포함하고, 가열된 금속 판재가 하부 금형 위에 안착되어 상부 금형과 하부 금형의 압착에 따라 성형되도록 적용된 프레스 유닛, ii) 프레스 유닛과 이격되어 위치하고, 하부 금형의 밝기와 상이한 금속 판재의 밝기에 따라 금속 판재의 형상을 감지하는 하나 이상의 감지 유닛을 포함한다.

감지 유닛은 i) 하부 금형 위를 촬상하여 촬상 이미지를 제공하는 촬상부, ii) 촬상 이미지 내의 금속 판재의 형상을 감지하는 형상 감지부, iii) 금속 판재의 표준 이미지를 저장하는 저장부, 및 ⅳ) 금속 판재의 형상과 표준 이미지를 비교하여 금속 판재의 안착 위치를 판단해 안착 위치의 오차가 기설정된 수치보다 큰 경우, 전기적으로 연결된 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 촬상 이미지와 표준 이미지를 겹쳐서 금속 판재의 안착 위치의 오차를 상호 비교하고, 오차 범위는 -10mm내지 +20mm일 수 있다. 형상 감지부는 적색 트래킹 센서를 포함할 수 있다. 촬상부는 하부 금형에 대향하면서 외부 노출된 렌즈를 포함하고, 렌즈의 외부 표면은 플라스마 처리될 수 있다.

촬상부는 i) 하부 금형 위를 촬상하는 촬상 범위는 하부 금형의 후방 좌측부를 촬상하는 제1 촬상 범위, ii) 하부 금형의 후방 우측부를 촬상하는 제2 촬상 범위, iii) 하부 금형의 전방 좌측부를 촬상하는 제3 촬상 범위, 및 ⅳ) 하부 금형의 전방 우측부를 촬상하는 제4 촬상 범위를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치는 i) 프레스 유닛은 하부 금형 위에 설치되어 금속 판재의 가장자리와 접해 금속 판재를 고정하도록 적용되고, 반사 물질이 코팅된 복수의 가이드 핀들, ii) 복수의 가이드 핀들을 향해 광을 조사하는 광조사 유닛, 및 iii) 광이 반사되는 경우 반사된 광을 감지하는 또다른 감지 유닛을 더 포함할 수 있다.

복수의 가이드 핀들 중 하나 이상의 가이드 핀이 금속 판재에 의해 덮인 경우, 프레스 유닛과 전기적으로 연결된 또다른 감지 유닛이 프레스 유닛에 정지 신호를 전송할 수 있다. 하부 금형의 밝기와 금속 판재의 밝기의 차는 8bit를 기준으로 0 내지 255의 수로 기설정될 수 있다. 열간 프레스 성형 장치는 i) 금속 판재를 가열하는 가열 유닛 및 ii) 프레스 유닛과 연결되어 금속 판재를 프레스 유닛으로 이송하는 이송 유닛을 더 포함 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법에서 i) 상호 이격된 상부 금형과 하부 금형을 포함하는 프레스 유닛을 제공하는 단계, ii) 하부 금형 위에 가열된 금속 판재를 안착시키는 단계, iii) 감지 유닛이 하부 금형 위를 촬상하여 촬상 이미지를 제공하는 단계, ⅳ) 감지 유닛이 촬상 이미지 내의 금속 판재의 형상을 감지하는 단계, ⅴ) 감지 유닛이 기저장된 표준 이미지와 금속 판재의 형상을 비교하여 금속 판재의 안착 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 판재의 안착 위치를 판단하는 단계에서, 안착 위치의 오차가 기설정된 수치보다 큰 경우, 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

금속 판재의 형상을 감지하는 단계는 i) 금속 판재의 색을 백색으로 정의하는 단계, ii) 금속 판재 이외의 부분을 흑색으로 정의하는 단계, 및 iii) 백색의 밝기와 흑색의 밝기 차이로 가열된 금속 판재를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 금속 판재의 안착 위치를 판단하는 단계는 촬상 이미지와 표준 이미지를 겹쳐서 금속 판재의 안착 위치의 오차를 상호 비교할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법에서 i) 금속 판재의 가장자리와 접해 금속 판재를 고정하도록 적용되고, 반사 물질이 코팅된 복수의 가이드 핀들과 복수의 가이드 핀들이 설치된 하부 금형을 포함하는 프레스 유닛을 제공하는 단계, ii) 하부 금형 위에 가열된 금속 판재를 안착시키는 단계, iii) 광조사 유닛이 복수의 가이드 핀들을 향해 광을 조사하는 단계, ⅳ) 광이 반사되는 경우 감지 유닛이 반사된 광을 감지하는 단계, 및 ⅴ) 복수의 가이드 핀들 중 하나 이상의 가이드 핀이 금속 판재에 의해 덮인 경우, 감지 유닛이 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

열간 프레스 성형 장치에 이미지 인식 장치와 저장된 표준 이미지를 이용하여 가열된 금속 판재가 열간 프레스 성형 장치에 정확하게 안착했는지 여부를 알 수 있다. 따라서 열간 프레스 성형 장치의 파손을 방지할 수 있다. 그리고 열간 프레스 성형품의 생산 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 프레스 유닛에 금속 판재가 안착된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 프레스 유닛에 안착된 금속 판재의 안착 위치 판별 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 감지 유닛을 부분적으로 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 1의 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법의 개략적인 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 7은 도 6의 프레스 유닛에 금속 판재가 안착된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 프레스 유닛에 안착된 금속 판재의 안착 위치 판별 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법의 개략적인 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실험예들에 따른 금속 판재의 촬상 이미지를 나타낸 사진들이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서 사용하는 "열간 프레스 성형"이라는 용어는 사전 가열된 판재를 프레스 성형(hot press forming, HPF)하는 것으로 해석된다. 판재의 가열 온도는 특정 온도로 한정되지 않으나 시전 가열 및 프레스 성형시의 냉각에 의해 마르텐사이트 조직을 판재에 생성할 수 있는 온도를 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치(100)를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 열간 프레스 성형 장치(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 열간 프레스 성형 장치(100)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 열간 프레스 성형 장치(100)는 프레스 유닛(10), 감지 유닛(20), 가열 유닛(30) 및 이송 유닛(40)을 포함한다. 이외에, 열간 프레스 성형 장치(100)는 필요에 따라 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다.

프레스 유닛(10)은 상부 금형(101)과 하부 금형(103)을 포함한다. 가열 유닛(30)에서 가열된 금속 판재(P)는 가열 유닛(30)에서 가열되어 이송 유닛(40)을 통해 프레스 유닛(10)의 하부 금형(103) 위에 안착된다. 그리고 금속 판재(P)는 상부 금형(101)과 하부 금형(103)의 압착에 따라 성형된다. 프레스 유닛(10)은 피어싱(piercing), 블랭킹(blanking), 및 벤딩(bending) 등의 프레스 가공법을 적용하여 금속 판재(P)를 성형할 수 있다.

감지 유닛(20)은 프레스 유닛(10)과 이격되어 위치하고, 감지 유닛(20)의 방향은 하부 금형(103)을 향하도록 적용된다. 감지 유닛(20)은 하부 금형(103)에 안착된 금속 판재(P)와 하부 금형(103)의 밝기를 각각 감지한다. 그리고 감지 유닛(20)은 금속 판재(P)와 하부 금형(103)의 밝기 차이에 따라 금속 판재(P)의 형상을 감지한다.

감지 유닛(20)은 진동 감쇠 기능을 갖는 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 따라서 감지 유닛(20)은 프레스 유닛(10) 등에서 발생할 수 있는 미세한 진동을 차단하여 좀더 정확하게 금속 판재(P)의 형상을 감지할 수 있다. 감지 유닛(20)은 필요에 따라 다양한 위치에서 복수로 설치될 수 있다. 감지 유닛(20)은 하부 금형(103)에 대향하면서 하부 금형(103)의 고정 지지대 등에 설치될 수 있다.

가열 유닛(30)은 금속 판재(P)를 가열한다. 가열 유닛(30)의 가열 온도는 800℃ 내지 1400℃일 수 있다. 가열 온도가 너무 낮으면 열간 성형이 불가능하고, 가열 온도가 너무 높으면 금속 판재(P)가 액상으로 될 수 있으므로, 가열 온도를 전술한 범위로 조절한다. 가열 유닛(30)은 금속 판재(P)를 가열하는 동시에 금속 판재(P)의 강도를 높이는 표면 처리 공정도 수행할 수 있다. 한편, 가열 유닛(30)은 금속 판재(P)를 좀더 고르게 가열하도록 예비 가열 유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.

이송 유닛(40)은 프레스 유닛(10)과 연결되어 금속 판재(P)를 하부 금형(103) 위로 이송한다. 이송 유닛(40)에는 로봇팔, 컨베이어 벨트, 석션(suction) 등의 이송 장치를 설치할 수 있다.

도 2는 도 1의 프레스 유닛(10)에 금속 판재(P)가 안착된 상태를 개략적으로 나타낸다. 이하에서는 도 2를 통하여 하부 금형(103)에 안착된 금속 판재(P)와 감지 유닛(20)의 감지 영역을 좀더 상세하게 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 금속 판재(P)는 이송 유닛(40)(도 1에 도시)에 의해 하부 금형(103)에 안착된다. 가이드핀들(1032)은 금속 판재(P)의 가장자리와 접하여 하부 금형(103) 위에 설치된다. 감지 유닛(20)(도 1에 도시, 이하 동일)은 하부 금형(103)의 밝기와 금속 판재(P)의 밝기의 차이를 인식하여 금속 판재(P)의 형상을 감지한다. 감지 유닛(20)은 하부 금형(103)의 후방 즉, -z축 방향의 좌측부의 제1 촬상 범위(2016)와 하부 금형(103)의 후방 우측부의 제2 촬상 범위(2017)를 촬상한다. 또한, 감지 유닛은 하부 금형(103)의 전방 즉, +z방향의 좌측부의 제3 촬상 범위(2018)과 하부 금형(103)의 전방 우측부의 제4 촬상 범위(2019)를 촬상한다. 감지 유닛(20)은 촬상 범위들(2016, 2017, 2018, 2019)를 동시에 촬상할 수 있다. 또한, 감지 유닛(20)이 복수인 경우, 촬상 범위들(2016, 2017, 2018, 2019)을 각각 촬상할 수 있다. 이하에서는 도 3을 통하여 감지 유닛(20)이 촬상한 금속 판재(P)의 촬상 이미지(2073)(도 3에 도시)와 감지 유닛(20)에 저장된 표준 이미지(2071)를 비교하는 과정을 좀더 상세하게 설명한다.

도 3은 금속 판재(P)의 촬상 이미지(2073)와 기저장된 표준 이미지(2071)를 비교하는 방법을 나타낸다. 좀더 구체적으로, 도 3의 (a)는 감지 유닛(20)(도 1에 도시, 이하 동일)이 하부 금형(103)에 안착된 금속 판재(P)를 촬상 범위들(2016, 2017, 2018, 2019)에 따라 촬상한 상태를 나타내고, 도 3의 (b)는 촬상 이미지들(2073)과 표준 이미지들(2071)을 각각 나타내어 상호 비교한 비교 이미지(2075)를 나타낸다.

먼저, 도 3의 (a)에서 감지 유닛(20)(도 2에 도시)의 촬상 범위는 금속 판재(P)의 형상 또는 금속 판재(P)의 성형 방법에 따라 다르게 설정할 수 있다. 그러나 도 3에 도시한 바와 같이, 금속 판재(P)의 전체를 촬상하는 것보다 금속 판재(P)를 부분적으로 촬상하는 것이 바람직하다. 즉, 금속 판재(P)를 부분적으로 촬상하면 비교 이미지의 크기를 줄일 수 있으므로, 비교 과정을 단순화하면서 비교 처리 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

한편, 도 3의 (b)에서, 비교 이미지(2075)는 기저장된 표준 이미지들(2071)과 촬상 이미지들(2073)을 겹쳐서 금속 판재(P)의 안착 위치의 오차를 판별한다. 비교 이미지(2075)에서 점선으로 나타낸 원은 표준 이미지들(2071)과 촬상 이미지들(2073)의 금속 판재(P)의 안착 위치의 오차를 나타낸다. 안착 위치의 오차의 수치는 기설정될 수 있으며, 기설정된 안착 위치의 오차 범위는 -10mm 내지 +20mm일 수 있다. 안착 위치의 오차를 전술한 범위로 조절하여 금속 판재(P)의 안착 위치를 효율적으로 분석할 수 있다. 비교 이미지(2075)는 데이터화될 수 있다. 이 경우, 금속 판재(P)의 특정 위치의 오차 발생 빈도를 파악할 수 있으므로, 프레스 유닛(10)(도 1에 도시, 이하 동일)을 효율적으로 작동시킬 수 있다. 만약, 안착 위치의 오차가 기설정된 안착 위치의 오차보다 큰 경우, 프레스 유닛(10)의 작동을 중단시킬 수 있다.

도 4는 도 1의 감지 유닛(20)을 부분적으로 나타낸다. 도 4의 감지 유닛(20)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 감지 유닛(20)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.)

도 4에 도시한 바와 같이, 감지 유닛(20)은 촬상부(201), 형상 감지부(203), 저장부(205) 및 제어부(207)를 포함한다. 촬상부(201), 형상 감지부(203), 저장부(205) 및 제어부(207)는 일체로 형성되어 전기적으로 연결되거나 각각 별도로 형성되어 상호 전기적으로 연결될 수도 있다. 특히, 형상 감지부(203), 저장부(205) 및 제어부(207)는 촬상부(201)와 별도로 설치되어 운영될 수도 있다.

먼저, 촬상부(201)는 금속 판재(P)(도 3에 도시, 이하 동일)를 촬상하여 촬상 이미지(2073)(도 3에 도시, 이하 동일)를 제공한다. 촬상부(201)는 감지 유닛(20)의 본체 외부로 노출된 렌즈(2011)를 포함한다. 렌즈(2011)는 하부 금형(103)(도 1에 도시, 이하 동일)에 대향한다. 렌즈(2011)는 플라스마 처리된 렌즈 표면(2011a)을 포함한다. 프레스 유닛(10)(도 1에 도시, 이하 동일)은 가열된 금속 판재(P)를 상부 금형과 하부 금형의 압착에 따라 성형한 후 급속 냉각시킨다. 냉각에 의해 고강도의 마르텐사이트 조직이 포함된 금속 판재를 제조할 수 있다. 이 경우, 고온 가열된 금속 판재와 냉각수가 접촉하면서 다량의 수증기가 발생하여 렌즈 표면(2011a)에 부착되어 또렷한 촬상 이미지를 얻기 어려울 수 있다. 따라서 도 4의 확대원에 도시한 바와 같이, 렌즈 표면(2011a)을 플라스마 처리하여 렌즈 표면(2011a)에 물기가 맺히는 현상을 방지할 수 있다. 또는 플라스마 처리 대신에 렌즈 표면(2011a)에 나노 돌기를 형성하여 물이 맺히는 현상을 방지할 수도 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

한편, 도 4의 형상 감지부(203)는 촬상 이미지(2073)에서 금속 판재(P)의 형상을 감지한다. 형상 감지부(203)는 하부 금형(103)의 밝기와 금속 판재(P)의 밝기의 차이에 의해 금속 판재(P)의 형상을 감지한다. 하부 금형(103)과 금속 판재(P)의 밝기의 차이는 8bit를 기준으로 0 내지 225의 수의 채도, 명도 및 색상의 조합으로 설정할 수 있다. 예를 들면, 가열된 금속 판재(P)의 적색과 하부 금형(103)의 회색 또는 흑색의 채도, 명도 및 색상을 조합하여 금속 판재(P)와 하부 금형(103)의 밝기 차이를 판별할 수 있다. 이 경우, 형상 감지부(203)는 적색 트래킹 센서를 포함할 수 있다. 적색 트래킹 센서를 이용하여 금속 판재(P)의 색을 효율적으로 판별할 수 있다.

또한, 하부 금형(103)의 밝기와 금속 판재(P)의 밝기 차이는 8bit를 기준으로 명도만을 이용하여 하부 금형(103)과 금속 판재(P)를 흑색과 백색으로 정의하여 판별할 수 있다. 예를 들면, 금속 판재(P)의 색을 백색, 하부 금형(103)을 흑색으로 정의할 수 있다. 그리고 형상 감지부(203)는 금속 판재(P)의 채도, 명도 및 색상의 조합에 따라 이에 대응하는 금속 판재(P)의 온도를 기설정할 수 있다. 따라서 형상 감지부(203)는 금속 판재(P)의 온도를 예측하여 블랭킹 소재가 미가열된 상태인지 여부도 판별할 수 있다.

저장부(205)는 금속 판재(P)의 위치의 표준 이미지(2071)(도 3에 도시, 이하 동일)를 저장한다. 저장부(205)에 저장하는 표준 이미지(2071)는 프레스 유닛(10)의 성형 방법에 따라 다양하게 설정할 수 있다. 또한, 복수의 표준 이미지를 저장하여 필요에 따라 선택할 수 있다. 이 경우, 표준 이미지는 다양한 프레스 성형 방법에 따라 매번 설정할 필요가 없으므로, 표준 이미지의 설정 시간을 단축할 수 있다.

제어부(207)는 프레스 유닛(10)과 전기적으로 연결된다. 제어부(207)는 금속 판재(P)의 형상과 표준 이미지(2071)를 비교하여 금속 판재(P)가 하부 금형(103)에 안착한 위치를 판단한다. 만약, 금속 판재(P)의 안착 위치의 오차가 기설정된 수치보다 큰 경우, 제어부(207)는 프레스 유닛(10)에 정지 신호를 전송한다. 따라서 프레스 유닛(10)에 의한 프레스 공정이 중단된다. 한편, 제어부(207)는 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이는 금속 판재(P)의 안착 위치의 오차율, 경고 신호 및 정지 신호를 나타낼 수 있다. 이러한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법을 도 5를 통하여 좀더 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 5의 금속 판재의 안착 위치 판별 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 금속 판재의 안착 위치 판별 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 단계(S10)에서는 열간 프레스 성형 장치를 제공한다. 여기서, 열간 프레스 성형 장치는 도 1의 열간 프레스 성형 장치(100)의 구조와 동일하다.

그리고 단계(S20)에서는 가열된 금속 판재가 하부 금형 위에 안착된다. 즉, 금속 판재를 가열하여 하부 금형 위로 이송한다. 단계(S30)에서는 감지 유닛이 가열된 금속 판재를 촬상한다. 단계(S40)에서는 촬상 이미지로부터 하부 금형의 밝기와 금속 판재의 밝기 차이를 이용하여 금속 판재의 형상을 감지한다.

다음으로, 단계(S50)에서는 기저장된 표준 이미지와 금속 판재의 형상을 비교하여, 금속 판재의 안착 위치의 오차를 판별한다. 만약, 판별된 안착 위치의 오차가 기설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 단계(S60)에서 열간 프레스 성형 장치를 정지시킨다.

그리고 단계(S70)에서는 가열된 금속 판재를 정렬한다. 이 경우, 로봇팔 등을 이용하거나 석션 장치 등을 이용하여 사용자가 가열된 금속 판재를 재정렬할 수 있다. 이와는 반대로, 판별된 안착 위치의 오차가 기설정된 오차 범위를 벗어나지 않은 경우, 단계(S80)에서 열간 프레스 성형 장치가 작동하여 금속 판재를 프레싱 가공한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치(200)를 개략적으로 나타낸다. 도 6의 열간 프레스 성형 장치(200)는 광조사 유닛(1033)과 감지 유닛(1035)를 제외하고는 도 1의 열간 프레스 성형 장치(100)와 동일하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며, 편의상 그 상세한 설명을 생략한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 열간 프레스 성형 장치(200)는 광조사 유닛(1033)과 감지 유닛(1035)을 포함한다. 광조사 유닛(1033)은 그 광 조사 방향이 하부 금형(103)을 대향하도록 적용된다. 광조사 유닛(1033)에는 레이저 등의 다양한 광원을 사용할 수 있다. 또한, 광조사 유닛(1033)은 하부 금형(103)에 대향하도록 적용되어 벽에 설치될 수 있다. 감지 유닛(1035)은 필요에 따라 복수로 설치할 수 있으며, 그 위치를 필요에 따라 조정할 수 있다.

도 7은 도 6의 프레스 유닛(10)에 금속 판재(P)가 안착된 상태를 개략적으로 나타낸다. 이하에서는 도 7을 통하여 도 6의 프레스 유닛(10)에 포함된 하부 금형(103), 하부 금형(103)에 안착된 금속 판재(P) 및 감지 유닛(1035)의 감지 영역을 좀더 상세하게 설명한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 금속 판재(P)는 이송 유닛(40)(도 5에 도시)에 의해 하부 금형(103)에 안착된다. 가이드핀들(1031)은 금속 판재(P)의 가장자리와 접하여 하부 금형(103)에 설치된다. 가이드핀들(1031)의 상부에는 반사 물질(1037)이 코팅된다. 반사 물질(1037)은 이를 코팅하거나 반사 테이프 또는 반사 필름을 라미네이션하여 형성할 수 있다. 광조사 유닛(1033)(도 5에 도시, 이하 동일)은 반사 물질(1037)이 코팅된 가이드핀들(1031)을 향해 광을 조사한다. 광조사 유닛(1033)의 광조사 범위(1039)는 가이드핀들(1031)의 상부를 포함한다. 가이드핀들(1031)의 위치는 금속 판재(P)의 형상에 따라 변경될 수 있다. 이하에서는 도 7을 통하여 감지 유닛(1035)이 감지한 반사 물질(1037)의 광량과 감지 유닛(1035)에 저장된 표준 광량을 비교하는 과정을 좀더 상세하게 설명한다.

도 8은 광조사 유닛(1033)(도 6에 도시, 이하 동일)이 가이드핀들(1031)에 광을 조사하고, 감지 유닛(1035)(도 6에 도시, 이하 동일)이 반사 물질(1037)로부터 반사된 광량을 감지하여 표준 광량과 비교하는 과정을 나타낸다. 좀더 구체적으로, 도 8의 (a)는 금속 판재(P)가 이송 유닛(40)(도 6에 도시)에 의해 하부 금형(103)에 정상적으로 안착한 상태를 나타낸다. 도 8의 (b)는 금속 판재(P)가 하부 금형(103)에 비정상적으로 안착한 상태를 나타낸다.

도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 금속 판재(P)가 하부 금형(103)에 정상적으로 안착한 경우, 광조사 유닛(1033)은 반사 물질(1037)이 코팅된 복수의 가이드핀들(1031)에 광을 조사한다. 그리고 반사 물질(1037)은 광조사 유닛(1033)이 조사한 광을 반사한다. 그러나 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 판재(P)가 하부 금형(103)에 비정상적으로 안착한 경우, 금속 판재(P)가 가이드핀들(1031)을 덮는다. 따라서 반사 물질(1037)은 광조사 유닛(1033)이 조사한 광량만큼 광을 반사할 수 없다. 이 경우, 감지 유닛(1033)은 기저장된 표준 광량과 감지 유닛이 감지한 광량을 비교하여 광량의 오차가 기설정된 오차 범위보다 큰 경우, 전기적으로 연결된 프레스 유닛(10)(도 5에 도시, 이하 동일)에 정지 신호를 전송한다. 이러한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법을 도 9를 통하여 좀더 구체적으로 설명한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 9의 금속 판재의 안착 위치 판별 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

도 9에 도시한 바와 같이, 단계(S100)에서는 반사 물질이 코팅된 복수의 가이드핀들이 설치된 하부 금형을 제공한다. 이 구조는 도 6의 하부 금형(103)의 구조와 동일하다.

단계(S200)에서는 가열된 금속 판재를 하부 금형 위에 안착시킨다. 즉, 가열 유닛에서 금속 판재를 가열하여 이송 유닛에 의해 하부 금형 위로 이송한다. 다음으로, 단계(S300)에서는 광조사 유닛이 가이드핀들을 향해 광을 조사한다. 이 경우, 가이드핀들에 코팅된 반사 물질은 광조사 유닛이 조사한 광을 반사시킨다. 단계(S400)에서는 반사 물질이 반사시킨 광을 감지 유닛이 감지한다.

단계(S500)에서는 기저장된 표준 광량과 감지 유닛이 감지한 광량을 비교하여 광량의 오차를 감지한다. 만약, 감지한 광량의 오차가 기설정된 광량의 오차 범위를 벗어나는 경우, 단계(S600)에서 열간 프레스 성형 장치를 정지한다.

그리고 단계(S700)에서는 가열된 금속 판재를 정렬한다. 즉, 작업자가 금속 판재의 위치를 확인하여 금속 판재를 정확한 위치에 안착시킨다. 이와는 반대로, 광량의 오차가 기설정된 광량의 오차 범위를 벗어나지 않은 경우, 단계(S800)에서는 열간 프레스 성형 장치가 작동하여 금속 판재를 프레싱 가공한다.

이하에서는 실험예를 사용하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

실험예 1

도 1과 동일한 구조의 열간 프레스 성형 장치를 제조하였다. 가열 유닛에 금속 판재를 투입하여 800℃ 내지 900℃로 가열하였다. 그리고 가열된 금속 판재를 이송 유닛을 이용하여 하부 금형에 정상적으로 안착시켰다. 상세한 실험 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통산의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.

실험예 2

이송 유닛에 의해 가열된 금속 판재를 이송한 결과, 금속 판재가 하부 금형에 비정상적으로 안착되었다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.

금속 판재의 위치 판별 실험결과

도 10은 본 발명의 실험예들 따른 금속 판재의 촬상 이미지를 나타낸 사진들이다. 좀더 구체적으로, 도 10의 (a)는 실험예 1에 따라 촬상된 금속 판재의 사진이고, 도 10의 (b)는 실험예 2에 따라 촬상된 금속 판재의 사진이다.

도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 감지 유닛은 실험예 1의 하부 금형에 정상적으로 안착한 금속 판재를 정확하게 촬상하였다. 따라서 촬상 이미지와 감지 유닛에 저장된 표준 이미지가 상호 겹쳐서 비교되었고, 정상적으로 안착된 금속 판재의 안착 위치는 기설정된 표준 위치와 비교시 그 오차가 기설정된 오차 범위보다 작았다. 그 결과, 정상적으로 프레싱 가공이 이루어져서 상부 금형과 하부 금형의 압착에 따라 금속 판재를 성형하였다.

즉, 실험예 1에서는 감지 유닛에 저장된 표준 이미지를 이용하여 가열된 금속 판재가 열간 프레스 성형 장치에 정확하게 안착했는지 여부를 확인할 수 있었다. 따라서 열간 프레스 성형 장치의 파손을 방지하고, 열간 프레스 성형품의 생산 효율을 종래에 비해 더욱 향상시킬 수 있었다.

한편, 실험예 2에서는 감지 유닛이 안착된 금속 판재를 촬상하였고, 촬상 이미지와 감지 유닛에 저장된 표준 이미지를 상호 겹쳐서 비교한 결과, 비정상적으로 안착된 금속 판재의 안착 위치가 기설정된 오차 범위보다 큰 것이 확인되었다.

즉, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 판재가 비정상적으로 안착된 것이 확인되었다. 그 결과, 프레싱 공정이 중단되었고, 금속 판재의 위치를 확인하여 정상적인 위치에 금속 판재를 위치시킨 후 프레싱 가공이 이루어졌다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

10. 프레스 유닛
20. 감지 유닛
30. 가열 유닛
40. 이송 유닛
101. 상부 금형
103. 하부 금형
201. 촬상부
203. 형상 감지부
205. 저장부
207. 제어부
1031, 1032. 가이드핀들
1033. 광조사 유닛
1035. 감지 유닛
1037. 반사 물질
1039. 광조사 범위
2011. 렌즈
2011a. 플라스마 처리 표면
2016. 제1 촬상 범위
2017. 제2 촬상 범위
2018. 제3 촬상 범위
2019. 제4 촬상 범위
2071. 표준 이미지
2073. 촬상 이미지
2075. 비교 이미지

Claims (15)

1. 상부 금형과 하부 금형을 포함하고, 가열된 금속 판재가 상기 하부 금형 위에 안착되어 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 압착에 따라 성형되도록 적용된 프레스 유닛,
   상기 프레스 유닛과 이격되어 위치하고, 상기 하부 금형의 밝기와 상이한 상기 금속 판재의 밝기에 따라 상기 금속 판재의 형상을 감지하는 하나 이상의 감지 유닛,
   상기 프레스 유닛은 상기 하부 금형 위에 설치되어 상기 금속 판재의 가장자리와 접해 상기 금속 판재를 고정하도록 적용되고, 반사 물질이 코팅된 복수의 가이드 핀들,
   상기 복수의 가이드 핀들을 향해 광을 조사하는 광조사 유닛, 그리고
   상기 광이 반사되는 경우 상기 반사된 광을 감지하는 또다른 감지 유닛
   을 포함하고,
   상기 또다른 감지 유닛은 상기 반사된 광의 광량과 기설정된 표준 광량을 비교하는 열간 프레스 성형 장치.
2. 제1항에서,
   상기 감지 유닛은,
   상기 하부 금형 위를 촬상하여 촬상 이미지를 제공하는 촬상부,
   상기 촬상 이미지 내의 상기 금속 판재의 형상을 감지하는 형상 감지부, 및
   상기 금속 판재의 표준 이미지를 저장하는 저장부, 및
   상기 금속 판재의 형상과 상기 표준 이미지를 비교하여 상기 금속 판재의 안착 위치를 판단해 상기 안착 위치의 오차가 기설정된 수치보다 큰 경우, 전기적으로 연결된 상기 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 제어부
   를 포함하는 열간 프레스 성형 장치.
3. 제2항에서,
   상기 제어부는 상기 촬상 이미지와 상기 표준 이미지를 겹쳐서 상기 금속 판재의 안착 위치의 오차를 상호 비교하고, 상기 오차 범위는 -10mm내지 +20mm인 열간 프레스 성형 장치.
4. 제2항에서
   상기 형상 감지부는 적색 트래킹 센서를 포함하는 열간 프레스 성형 장치.
5. 제2항에서,
   상기 촬상부는 상기 하부 금형에 대향하면서 외부 노출된 렌즈를 포함하고, 상기 렌즈의 외부 표면은 플라스마 처리된 열간 프레스 성형 장치.
6. 제2항에서,
   상기 촬상부가 상기 하부 금형 위를 촬상하는 촬상 범위는 상기 하부 금형의 후방 좌측부를 촬상하는 제1 촬상 범위,
   상기 하부 금형의 후방 우측부를 촬상하는 제2 촬상 범위,
   상기 하부 금형의 전방 좌측부를 촬상하는 제3 촬상 범위, 및
   상기 하부 금형의 전방 우측부를 촬상하는 제4 촬상 범위,
   를 포함하는 열간 프레스 성형 장치.
7. 삭제
8. 제1항에서,
   상기 복수의 가이드 핀들 중 하나 이상의 가이드 핀이 상기 금속 판재에 의해 덮인 경우, 상기 프레스 유닛과 전기적으로 연결된 상기 또다른 감지 유닛이 상기 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 열간 프레스 성형 장치.
9. 제1항에서,
   상기 하부 금형의 밝기와 상기 금속 판재의 밝기의 차는 8bit를 기준으로 0 내지 255의 수로 기설정된 열간 프레스 성형 장치.
10. 제1항에서,
    상기 금속 판재를 가열하는 가열 유닛, 및
    상기 프레스 유닛과 연결되어 상기 금속 판재를 상기 프레스 유닛으로 이송하는 이송 유닛
    을 더 포함하는 열간 프레스 성형 장치.
11. 열간 프레스 성형 장치를 이용한 금속 판재의 안착 위치 판별 방법으로서,
    상호 이격된 상부 금형과 상기 금속 판재의 가장자리와 접해 상기 금속 판재를 고정하도록 적용되고, 반사 물질이 코팅된 복수의 가이드 핀들과 상기 복수의 가이드 핀들이 설치된 하부 금형을 포함하는 프레스 유닛을 제공하는 단계,
    상기 하부 금형 위에 가열된 상기 금속 판재를 안착시키는 단계,
    감지 유닛이 상기 하부 금형 위를 촬상하여 촬상 이미지를 제공하는 단계,
    상기 감지 유닛이 상기 촬상 이미지 내의 상기 금속 판재의 형상을 감지하는 단계,
    상기 감지 유닛이 기저장된 표준 이미지와 상기 금속 판재의 형상을 비교하여 상기 금속 판재의 안착 위치를 판단하는 단계,
    광조사 유닛이 상기 복수의 가이드 핀들을 향해 광을 조사하는 단계,
    상기 광이 반사되는 경우 또다른 감지 유닛이 상기 반사된 광을 감지하는 단계, 그리고
    상기 복수의 가이드 핀들 중 하나 이상의 가이드 핀이 상기 금속 판재에 의해 덮인 경우, 상기 또다른 감지 유닛은 기저장된 표준 광량과 상기 또다른 감지 유닛이 감지한 광량을 비교하여 광량의 오차가 기설정된 오차 범위보다 큰 경우 상기 또다른 감지 유닛이 상기 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 단계
    를 포함하는 금속 판재의 안착 위치 판별 방법.
12. 제11항에서,
    상기 금속 판재의 안착 위치를 판단하는 단계에서, 상기 안착 위치의 오차가 기설정된 수치보다 큰 경우, 상기 프레스 유닛에 정지 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 금속 판재의 안착 위치 판별 방법.
13. 제11항에서,
    상기 금속 판재의 형상을 감지하는 단계는,
    상기 금속 판재의 색을 백색으로 정의하는 단계,
    상기 금속 판재 이외의 부분을 흑색으로 정의하는 단계, 및
    상기 백색의 밝기와 상기 흑색의 밝기 차이로 가열된 상기 금속 판재를 감지하는 단계
    를 포함하는 금속 판재의 안착 위치 판별 방법.
14. 제13항에서,
    상기 금속 판재의 안착 위치를 판단하는 단계는 상기 촬상 이미지와 상기 표준 이미지를 겹쳐서 상기 금속 판재의 안착 위치의 오차를 상호 비교하는 금속 판재의 안착 위치 판별 방법.
15. 삭제

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