KR101769189B1 - 풍력 발전 플랜트를 위해 제조될 로터 블레이드의 강판을 열간 성형하기 위한 성형 방법 - Google Patents

풍력 발전 플랜트를 위해 제조될 로터 블레이드의 강판을 열간 성형하기 위한 성형 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 플랜트(100)의 로터 블레이드(108)의 제조를 위해 강판(226)을 열간 성형하기 위한 성형 방법에 관한 것으로서, 이 성형 방법은 단계들, 즉 강판(226)이 셔틀(206) 위에 있는 동안 노(202) 안에서 강판(226)을 가열하는 단계, 열간 성형을 위해 노(202)로부터 프레스 장치(204) 안으로 셔틀(206)을 이용해 상기 가열된 강판(226)을 이송하는 단계, 프레스 장치(204) 안에서 상기 가열된 강판(226)을 셔틀(206)로부터 카운터 몰드(236)를 가지는 몰드 캐리지(208)로 옮겨 싣는 단계 및 강판이 프레스 램(232)과 카운터 몰드(236) 사이에서 성형되는, 특히 프레스 램(232)과 카운터 몰드(236)의 형상을 얻도록 강판(226)을 프레스하는 하나 이상의 프레스 램(232)을 통해 강판(226)을 프레스하는 단계를 포함한다.

Description

풍력 발전 플랜트를 위해 제조될 로터 블레이드의 강판을 열간 성형하기 위한 성형 방법{FORMING PROCESS FOR HOT FORMING A STEEL SHEET OF A ROTOR BLADE TO BE PRODUCED FOR A WIND ENERGY PLANT}
본 발명은 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드를 제조하기 위해 강판들을 용접하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 플랜트 및 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드의 강판을 열간 성형하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드용 강판들을 절단하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 플랜트들은 오늘날 특히 소위 수평축 풍력 발전 플랜트로서 공지되어 있다. 이 경우, 하나 이상의 로터 블레이드, 일반적으로 3개의 로터 블레이드를 포함하는 공기 역학적 로터는 예컨대 수평 회전축을 중심으로 회전한다. 이때, 로터 블레이드들은 공기 역학적으로 형성되어 있으며 바람에 의해 움직이므로, 소위 회전 운동이 이루어지고, 그런 경우 이러한 회전 운동은 발전기에 의해 전기 에너지로 변환될 수 있다.
현대의 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드는 점점 더 커지는, 특히 더 길어지고 있다. 그러는 사이에 벌써 약 60m의 길이, 최고 8m를 넘는 깊이 및 최고 3m를 넘는 두께를 갖는 로터 블레이드들도 공지되어 있다. 로터 허브의 고정을 위해 그와 같은 로터 블레이드의 연결 플랜지 역시 오늘날 3.5m를 넘는 직경을 갖는다. 이와 같은 규모의 로터 블레이드들에서 중요한 점은 이들이 적어도 부분적으로 스틸(steel)로 제조되어야 한다는 것이다.
스틸 제조는 많은 다른 기술 분야에서도 공지되어 있으며, 예컨대 선박 건조에도 공지되어 있으나, 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드의 제조에 전용하는 것이 로터 블레이드의 제조의 매우 특별한 조건들 때문에 기본적으로 불가능하다. 이런 맥락에서 언급할 수 있는 점은 특히 - 확정적인 것은 아니지만 - 그 모든 것에도 불구하고 로터 블레이드의 제조 시에 경량 건축 방식이 구현될 수 있다는 것이며, 이런 점에서 이는 스틸을 사용하더라도 가능하다. 또한, 유의할 점은 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드는 영구적으로 교번하는 하중에 노출되어 있다는 것이다. 이때, 하중 진폭이 변할 뿐만 아니라 하중 방향도 변하며, 특히 로터의 회전 운동시에 중력 때문에 인장 하중과 압축 하중이 지속적으로 교번한다. 이때, 로터 블레이드는 지속적인 및 지속적으로 교번하는 굽힘 하중도 견뎌야 하는 긴 중공체이다. 그러나 적절한 안정성의 보장 외에 로터 블레이드는 공기 역학적 형상을 가져야 하며 가능한 한 적절하게 포함해야 한다. 이 모든 조건들은 특수하므로, 이들은 독립적인 특별한 고려를 필요로 한다. 특히, 철골 공사에 대한 지금까지의 경험들이 매우 제한적으로만 이용될 수 있다.
풍력 발전 플랜트에 대해 1940년대에, 스틸 로터 블레이드를 사용한 "스미스 퍼트넘 풍력 터빈(Smith-Putnam Wind Turbine)"이 공지되어 있다. "스미스 퍼트넘 풍력 터빈"에 관한 정보는 영문 위키피디아 사이트에서 찾을 수 있다(http://en.wikipedia.org/wiki/Smith-Putnam_wind_turbine). 거기에서 사용되는 로터 블레이드 역시 마찬가지로 인터넷, 즉 인터넷 사이트 http://www.situstudio.com/blog/2010/09/01/smith-putnam/ 에서 찾을 수 있다.
상기 인터넷 블로그에서 알 수 있었던 것처럼, 스미스 퍼트넘 풍력 터빈의 로터 블레이드는 로터 블레이드 축 전체에 걸쳐 일정한 로터 블레이드 프로파일을 이용해 만들어졌었다. 물론, 이는 축방향으로 연속적으로 가변적인 프로파일을 가지는 오늘날의 현대적 로터 블레이드에 비해 제조 기술적인 용이성을 제공하고 있다. 이때, 상기 프로파일이 축방향으로 크기에 있어서 그리고 방식에 있어서 변하고 있다. 추가로, 오늘날의 현대적인 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드는 축방향으로 트위스트되므로, 로터 허브에 대한 상이한 거리에서 로터가 회전하기 때문에 나타나는 상이한 유동 방향이 고려될 수 있다. 또한, 특히 큰 로터 블레이드들, 특히 깊이가 매우 큰 로터 블레이드들은 허브 근처 영역에서 이송을 위해 다부재로 실시되어야 한다.
그러므로 현대적 로터 블레이드의 복잡성은 스미스 퍼트넘 풍력 터빈에 의해 공지된 로터 블레이드와 비교되지 않는다. 그러므로 현대의 로터 블레이드 또는 현대적 로터 블레이드의 일 영역을 스틸로 제조하는 것은 많은 개별적인 사상, 접근법, 해법을 필요로 한다.
일반적인 종래 기술로서 DE 1 433 768A호, DE 1 180 709 A호, DD 159 055 A1호, DE 24 02 190A호 및 WO 2010/100066 A2호를 참고한다.
그러므로 본 발명의 과제는 위에서 언급한 문제들 중 하나 이상을 해결하는 데 있다. 특히, 스틸로 로터 블레이드 또는 이의 일부의 제조하는 것이 개선되거나 또는 용이해 졌다. 적어도 대안적 해법이 제안되어 있다.
본 발명에 따르면 제1항에 따른 방법이 제안되어 있다. 이에 따르면 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드를 제조하기 위해 강판이 열간 성형되므로, 먼저 성형하려는 강판이 노 안에서 가열된다. 이때, 강판은 - 먼저 평평한 플랫 플레이트로서 - 셔틀 위에 놓여 있다. 이와 같은 가열 후 상기 가열된 강판은 셔틀을 이용해 열간 성형을 위해 노로부터 프레스 장치 안으로 이동한다. 그러므로 셔틀은 직접 강판과 함께 노로부터 프레스 장치 안으로 들어가지만, 중간에 옮겨 싣는 과정이 이루어지지는 않는다.
그 후, 옮겨 싣는 과정은 프레스 장치 안에서 이루어지고, 이때 상기 가열된 강판은 셔틀로부터 카운터 몰드를 가지는 몰드 캐리지에 옮겨 실어진다. 이 카운터 몰드는 성형 베드라고도 칭할 수 있다. 이제, 상기 가열된 강판은 카운터 몰드 위에 위치하고 프레스될 수 있다. 프레스 공정은 프레스 램을 통해 이루어지고, 이때 프레스 램이 강판을 프레스하므로, 강판은 프레스 램과 카운터 몰드 사이에서 성형된다. 이때 특히 강판은 서로 매치되어 있는 프레스 램과 카운터 몰드의 형상을 수용한다.
바람직하게는, 강판을 옮겨 싣기 위해, 강판이 셔틀에 의해 프레스 장치 안으로 들어간다. 셔틀이 이제 강판으로부터 분리되고 그 아래에서 밖으로 나올 수 있다. 따라서 강판 아래에 있는 자리가 비고, 카운터 몰드는 몰드 캐리지에 의해 들려진 강판 아래 프레스 장치 안으로 들어간다. 강판은 이제 몰드 캐리지 위에 그리고 그 결과 카운터 몰드 위에 내려질 수 있다. 그러므로 예컨대 지게차와 같은 외부 장치로서 리프팅을 실시할 수 있는 그 어떤 장치도 제공될 필요가 없다. 오히려 그와 같은 리프팅 수단은 고정될 수도 있다. 바람직하게는 이 리프팅 장치는 프레스 장치의 일부를 형성하거나 또는 이것에 고정적으로 연결되어 있다. 그러므로 옮겨 싣는 과정은 강판의 리프팅 및 셔틀과 몰드 캐리지 모두의 교체를 통해 이루어진다.
바람직하게는 셔틀은 레일 시스템 위에서 노로부터 프레스 장치 쪽으로 주행한다. 또한, 몰드 캐리지는 어떤 레일 시스템이나 상기 레일 시스템 위에서 프레스 장치 안으로 주행하는 것이 바람직하다. 그러므로 과정의 용이성이, 특히 상기 가열된 강판을 노로부터 프레스 장치 안으로 카운터 몰드 위로 이송하는 용이성이 달성될 수 있다. 상기 셔틀과 몰드 캐리지가 같은 레일 시스템, 특히 같은 레일 쌍을 사용하는 것이 바람직하다. 그러므로 효과적인 장치가 획득될 수 있으며, 이것은 또 효과적이고 합리적으로 강판을 셔틀로부터 몰드 캐리지 쪽으로 교체한다.
본 발명에 따르면 제4항에 따라 강판의 열간 성형을 위한 성형 장치가 제안되어 있다. 이러한 성형 장치는 강판을 가열하기 위한 노, 강판의 성형을 위한 프레스 장치 및 강판을 노로부터 프레스 장치 쪽으로 이송하기 위한 셔틀을 포함한다. 이때, 상기 성형 장치는 특히 강판의 열간 성형을 위한 전술한 방법을 실시하도록 제공되어 있다.
바람직하게는, 노는 바닥 개구를 포함하는 노 바닥을 가지며, 셔틀은 노로부터 프레스 장치 쪽으로 이동하기 위한 언더캐리지, 노 안에서 가열할 때 그리고 노로부터 프레스 장치 쪽으로 이송할 때 강판을 지지하는 지지 테이블 및 지지 테이블과 언더캐리지를 연결하기 위한 지지 구조물을 특징으로 한다. 이때, 지지 구조물은, 지지 테이블이 노 안에서 강판을 지지할 때, 이 지지 구조물이 언더캐리지로부터 노의 바닥 개구를 통해 노 안 지지 테이블에 이르도록, 형성되어 있다. 다시 말하면, 셔틀은 자신의 언더캐리지를 이용해 노 바닥 밑으로 주행할 수 있고 이때 이 지지 구조물에 의해 지지 테이블을 노 안에서 고정할 수 있다.
바람직하게는 이때 성형 장치는, 셔틀이 노가 개방될 때 지지 구조물을 이용해 바닥 개구 안으로 들어가거나 또는 그로부터 나올 수 있도록, 형성되어 있다. 특히, 바닥 개구는 예컨대 슬롯 형태의 개구로서 노 바닥 안에 형성되어 있으며, 지지 구조물은 그에 대응하게 슬림하게 형성되어 있으므로, 이것은, 언더캐리지가 노 아래로 주행할 때, 이 슬롯 형태의 개구 안으로 들어갈 수 있다. 그러므로 강판의 가열 후 이것은 용이하게 노로부터 프레스 장치 쪽으로 이송될 수 있다. 이를 위해 노가 개방되기만 하면 셔틀은 프레스 장치 쪽으로 넘어갈 수 있다.
바람직하게는 상기 성형 장치는 프레스 장치 안에서 강판을 수용하기 위한 이동가능한 몰드 캐리지를 가지며, 이것은 성형 동안 카운터 몰드 또는 성형 베드를 제공한다.
바람직하게, 노로부터 프레스 장치 쪽으로 셔틀을 이동시키기 위한 및 프레스 장치 안으로 그리고 프레스 장치로부터 밖으로 몰드 캐리지를 이동시키기 위한, 레일 시스템이 제공되어 있다. 특히 레일 쌍이 제공되어 있으며, 이 레일 쌍은 프레스 장치의 한 측면으로부터 프레스 장치를 통과해 노 쪽으로 연장해 있다. 바람직하게, 노와 프레스 장치 사이의 거리가 작다. 상기 가열된 강판이 몰드 캐리지에 옮겨 실린 후, 빈 셔틀이 거기에서 차가운 새 강판을 장착할 수 있도록, 상기 거리는 커질 수 있다.
바람직하게는 상기 가열된 강판을 옮겨 싣기 위해 들어올리는 리프팅 장치는 프레스 장치의 일부를 형성하거나 또는 프레스 장치에 배치되어 바람직하게는 이것에 의해 작동된다. 이때 리프팅 장치는, 이것이 셔틀로부터 강판의 균일한 리프팅을 보장하고 몰드 캐리지 위에 상기 가열된 강판의 균일한 안착을 보장하도록, 형성되어 있다.
바람직하게는 리프팅 장치는 각각 이동 기구가 제공된 복수의 리프팅 아암을 가지며, 이들은 측면에서 강판 밑과 결합하도록 형성되어 있다. 이때, 리프팅 아암이 작동하여, 특히 대응하는 제어 장치가 제공되어, 이들은 자신의 이동 기구에도 불구하고 상기 가열된 강판이 균일하게 들려진다. 그러므로 중량이 균일하게 리프팅 아암에 분배되고, 상기 가열된 강판이 휘어질 수도 있는 위험이 억제된다.
가열된 강판이 그에 대응하는 카운터 몰드 또는 성형 베드 위에 있는 동안, 프레스 장치는 특히 가열된 강판을 몰드로 기본적으로 위에서 누르거나 프레스하도록 제공되어 있다. 그럼에도, 바람직하게 이를 위해 복수의 개별 프레스들이 제공될 수 있으며, 특히 8개의 개별 프레스들이 제안되어 있다. 인가되어야 하는 필요 힘이 이러한 개별 프레스들에 배분될 수 있다. 그럼에도, 대응하는 제어 장치를 통해 복수의, 즉 특히 8개의 개별 프레스들을 통해 인가되는 힘이 균일하게 제공되므로, 프레스에 사용되는 몰드가 균일하게 개별 프레스의 전체 힘으로 밑으로 프레스될 수 있다. 그러므로 개별 프레스들은 강판의 성형을 위한 프레스 램을 함께 형성한다. 바람직하게는 예컨대 유압식으로 또는 그렇지 않으면 예컨대 토글 레버 기구의 도움으로 제어될 수 있는 구동 유닛들이 개별 프레스들에 제공되어 있다.
또한, 전술한 특징들 또는 특성들 중 하나 이상을 갖는 셔틀이 제안되어 있다.
강판을 열간 성형하기 위한 전술한 성형 방법에서 기본적으로 일반적인 건축용 스틸로 이루어지는 스틸 제품이 사용될 수 있으며, 이 스틸 제품은 자신의 각 성형 온도로 노 안에서 가열되므로, 예컨대 스틸이나 알루미늄과 같은 재료의 노멀라이징이 실시될 수 있다. 어떤 스틸 종류의 경우 성형 온도는 예컨대 900 내지 930℃이다. 이러한 온도의 유지는 가능한 한 정확하게 이루어져야, 스틸의 조직이 파괴되지 않는다. 스틸 제품, 즉 강판은 최대 3 x 12m 크기의 강판이 될 수 있으며, 이것은 가열 후 노로부터 셔틀을 이용해 성형 스테이션 쪽으로, 즉 프레스 장치 쪽으로 이동된다. 이 성형 스테이션 또는 프레스 장치에서 카운터 몰드를 포함하는 몰드 캐리지로 옮겨 싣는 과정이 이루어지며, 카운터 몰드는 성형 베드라고 칭할 수도 있다. 그러므로 여기에서 상기 가열된 강판은 복수의 리프팅 아암에 의해 들려지고 셔틀이 성형 베드에 의해 교체된다. 이를 위해 모두, 즉 셔틀과 성형 베드를 수용하는 몰드 캐리지가 바람직하게는 같은 레일 위에 지지되어 있다.
리프팅 아암은 스틸 제품이 가능한 한 수직 방향으로 리프팅되록 형성되어 있으며, 이때 스틸 제품, 즉 강판은 대략 수평으로 있다.
그러므로 셔틀은 직접 노 안으로 그리고 노로부터 성형 스테이션 쪽으로 주행한다. 지금까지는 종래 기술에, 기본적으로 노의 전체 하측을 형성하는 캐리지를 이용해 노로부터 스틸 제품을 꺼내고 그 후 거기로부터 지게차를 이용해 옮겨 싣는 것이 공지되어 있다. 그러나 이 경우 바람직한 해법에 따르면 노 바닥에서 협소한 리세스만을 사용하는 것이 제안되어 있으며, 이 리세스는 가열하려는 강판의 폭보다 더 협소하다.
바람직한 프레스 장치 또는 프레스는 640톤 프레스 압력으로 설계될 수 있으며 복수의, 특히 8개의 개별 프레스를 통해 형성될 수 있으며, 이들은 필요한 전체 압력을 인가하기 위해 균일하게 작동한다. 상기 프레스 압력은 가능한 일례이고 예컨대 재료 종류 및 강판 크기에 따라 더 클 수도 또는 더 작을 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제13항에 따른 용접 방법이 제안된다. 그와 같은 용접 방법은 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 세그먼트를 위해 성형된, 특히 위에서 설명한 것처럼 성형된 강판을 연결하도록 제안되어 있다. 이를 위해, 연결하려는 강판들은 서로 준비 어셈블리 안에 배치되어 고정된다. 그러므로 이런 준비 어셈블리는 제조하려는 로터 블레이드 세그먼트를 준비하며, 이런 고정은, 용접이 최종적인 그리고 고정적인 연결이 되게 실시될 수 있도록, 넓게 제공되어 있지만, 성형된 강판들은 이때 붕괴되지 않는다. 그러므로 준비 어셈블리는 기본적으로 고정 패킷을 형성한다. 그런 경우, 이 준비 어셈블리 안에서 강판들은 각각의 경우 용접 이음을 형성하는 접촉 에지에서 용접을 통해 서로 연결된다. 이때, 용접은 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding)으로서 용접 로봇에 의해 이루어진다.
서브머지드 아크 용접은 기본적으로 길쭉한 곧은 그리고 수평인 이음매(seam), 예컨대 길이 방향으로 용접되는 이음매를 위한 전자동 용접 방법으로서 공지되어 있다. 본 발명에 따라 로터 블레이드 세그먼트의 복잡한 형상 및 복잡한 이음매에 대해 용접 로봇을 이용해 서브머지드 아크 용접 방법을 사용한다. 이때 주의할 것은 그와 같은 하나의 로터 블레이드 세그먼트가 예컨대 성형된 24개의 강판들로 제조될 수 있다는 것이다. 이때, 예컨대 먼저 2개의 부분 세그먼트가 각각 12개의 성형 강판들로 제조될 수 있다. 이때, 모든, 적어도 대부분의 여기에서 사용된 강판들은 다르며 따라서 다수의 다른 용접 이음매가 역시 생긴다. 이를 위해 종래 기술에서 지금까지는 서브머지드 아크 용접 방법이 제안되어 있지 않다.
서브머지드 아크 용접 시 문제는 분말이 각 용접 위치를 덮으므로 그에 대응하게 차폐된 용접 조건이 제공될 수 있다는 것이다. 기본적으로 분말은 중력 때문에 자신의 자리에 남는다. 제안된 바람직한 실시예에 따라 용접시 준비 어셈블리를 이동 장치로부터 이동시키며, 더 정확하게는 용접이 각각의 경우에 위를 향한 용접 이음 영역에서 이루어진다. 이 용접 이음은 이때 예컨대 노치 또는 노치 형상 홈이며, 이 홈은 연결하려는 2개의 강판들의 모따기된 2개의 에지가 서로 맞대어짐으로써 생긴다. 이 용접 이음은 가능한 한 위에 있어서야 하며, 분말은 용접 시에 그 위에 있을 수 있다. 이 용접 이음은 준비 어셈블리의 내부에서, 즉 기본적으로 제조하려는 로터 블레이드 세그먼트의 내부에 위치할 수 있다. 제조하려는 로터 블레이드 세그먼트는 즉 기본적으로 중공체이고, 이 중공체는 예컨대 외피를 가지며, 이 외피는 기본적으로 상기 영역에서 로터 블레이드 세그먼트의 표면에 상응한다. 그러므로 조립되는 강판들은 기본적으로 제조하려는 로터 블레이드 세그먼트의 외부층을 형성한다. 이 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 세그먼트의 내부에 강화 스트럿들이 추가되고 용접을 필요로 한다.
용접을 위해, 예컨대 6개의 관절부를 포함하는 로봇 아암을 가질 수 있는 용접 로봇이 각각의 경우 용접하려는 용접 이음을 추적한다. 이때, 준비 어셈블리는, 용접 로봇이 용접 이음을 따라 추적하지만 용접을 위해 대략 수평인 영역 앞에 있도록, 이동하는, 특히 대략 수평인 축을 중심으로 회전한다. 그러므로 바람직하게는 추적은 이중의 방식으로 실시되는, 즉 이동, 특히 준비 어셈블리 및 강판의 회전이 실시되므로, 용접 이음은 대략 수평이며, 용접 로봇은 용접 이음을 따라 잔여 추적을 실시한다.
그러므로 바람직하게는 준비 어셈블리는 용접 도중에 회전하게 되고, 이는 특히 가변적인 속도로 이루어진다. 로터 블레이드 세그먼트는 로터 블레이드 종축과 관련하여 긴 중공 프로파일 단면을 갖는다. 가변의 속도로 회전하기 때문에 이런 상황이 고려될 수 있다. 특히 로터 블레이드는, 긴 프로파일 영역이 아래에 또는 위에 있을 때, 느리게 또는 간헐적으로 전혀 회전하지 않으며, 용접 로봇은 적절한 수평 용접 이음을 따라 용접할 충분한 시간을 갖는다. 따라서 회전 운동은, 짧은 영역만이, 예컨대 로터 블레이드 전방 에지가 회전 시에 아래에 또는 위에 있는 상태에서 용접되면, 더 빠르게 실시된다.
바람직하게는 각각의 경우에 용접하려는 프로파일 영역을 알면 회전 속도가 이런 회전의 대응하는 각도 위치에 의존하여 실시될 수 있다.
이때 바람직하게는 각각의 경우에 성형되는 2개의 강판의 접촉 에지들은 챔퍼를 가지므로, 이들은 함께 노치 형상 또는 웨지 형상을 갖는다. 이런 웨지 또는 노치 형상은 용접을 용이하게 하므로, 이런 노치 형상 홈 안에 하나 이상의 용접 이음매가 서브머지드 아크 용접 방법으로 실시될 수 있다. 유의할 점으로서 깨끗한 용접이 중요하며 일반적으로 다수의 용접 이음매들이 이 용접 이음에서 실시될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제18항에 따른 로터 블레이드 또는 로터 블레이드 세그먼트를 위해 성형되는 강판들의 연결을 위한 용접 장치가 제안된다. 이 용접 장치는 서브머지드 아크 용접 방법을 통해 준비 어셈블리 안에서 인접하는 강판들의 연결을 위한 하나 이상의 용접 로봇을 가지고 있다. 또한, 준비 어셈블리를 이동시키는 이동 장치가 제공되어 있으므로, 용접이 각각의 경우에 위를 향해 있는 용접 이음 영역에서 이루어질 수도 있다. 이런 용접 장치는 특히 전술한 실시예들 중 하나 이상의 실시예에 따른 위에서 설명한 용접 방법을 실시하도록 제공되어 있다.
바람직하게는 수동식 제어 수단이 제공되어 있으며, 이것을 이용해 용접자는 현장에서 수작업으로 전환할 수 있고 용접 시 수동식 제어 수단으로 로봇을 제어하거나 지원할 수 있다. 기본적으로 수동식 서브머지드 아크 용접 방법이 문제되는데, 용접자가 분말 때문에 용접 이음매 및 용접 결과 또는 용접 과정을 볼 수 없기 때문이다. 특히 용접 로봇이 이음매로부터 분리되거나 또는 분리되려고 하면, 그와 같은 수동식 간섭이 유익할 수 있다. 이는 예컨대 용접 로봇이 전부 또는 부분적으로 미리 프로그램된 이음매 경로에서 배향되어 있지만 이 이음매는 미리 프로그램된 이음매 경로로부터 벗어나는 경우이다. 여기에서 재조정이 수동식으로 실시될 수 있도록, 예컨대 용접 로봇은 용접 이음매 또는 자신의 중앙으로 되돌아간다.
바람직하게는 여기에서 제조하려는 로터 블레이드 세그먼트가 24개의 성형 스틸 제품, 즉 이미 성형된 강판들로 용접된다. 성형 스틸 제품들, 즉 강판들은 이를 위해 제자리에 놓이고 용접된다. 용접을 위해 강판들의 절단 시에 챔퍼가 제공되어 있으므로, 조립되는 2개의 성형 스틸 제품들의 챔퍼들은 노치 또는 유사 이음을 형성한다. 이 노치는 UP 방법으로, 소위 서브머지드 아크 방법으로 복수 위치들로 그리고 용접 로봇에 의해 용접된다. 일반적으로 로봇은 UP 방법에서 용접하지 않거나 또는 이들은 한 위치에서만 이를 실시하는데, 각 위치의 용접 후 분말이 제거되어야 하기 때문이며, 이는 수작업을 필요로 한다.
바람직하게는 용접 로봇은 부분적으로 수동 모드를 위해 제공되어 있으며, 용접 로봇은 자동으로 용접할 수 있지만, 이때 용접자는 용접 로봇의 작업을 관찰하고 경우에 따라서는 간섭할 수도 있다. 이를 위해, 일반적으로 조이스틱으로 알려져 있는 적절한 제어 스틱이 제공될 수도 있다. 우수한 용접자는 용접 이음매의 품질을 들을 수 있고 그 때문에 간섭이 중요할 수 있으며, 그러나 대개 수동식 간섭은 실제로 용접하려는 부분이 근거가 되는 부분으로부터 벗어나면, 특히 약간 벗어나면, 용접자는 간섭하여 보정하는 데 한정된다.
UP 방법은 각각의 경우에 용접하려는 이음매가 아래에 있어 분말이 미끄러지지 않음을 전제한다. 이를 위해 제안된 일 실시예에 따르면 로터 블레이드는 회전하므로 막 용접하려는 지점이 각각 아래에 있다. 환형 이음매가 용접되면, 로터 블레이드 세그먼트는 연속적으로 회전될 수 있다. 이때, 로터 블레이드 세그먼트가 원형이 아닐 수 있고 회전 속도가 바람직하게는 이에 적응하도록 고려된다. 바람직하게는 이동 장치, 특히 회전 장치는 로터 블레이드 세그먼트의 회전을 위해 3개의 회전축을 가지고 있다. 용접 로봇은 바람직하게는 6개의 관절부를 가지므로 적절한 자유도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제21항에 따라 플라즈마 로봇을 이용해 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드의 제조를 위해 성형된 강판들을 절단하기 위한 절단 방법이 제안되어 있다. 여기에서 플라즈마 로봇이란 레이저빔을 이용해 강판을 절단하는 레이저 로봇을 말한다.
본 발명에 따라 먼저 절단 방법이 실시되므로, 공작물이 성형 테이블 위에 놓여, 즉 고정적으로 인장된다. 성형 테이블은 플라즈마 로봇에 고정적으로 연결되어 있으므로, 로봇 축들과의 고정적인 및 공지된 결합이 존재한다. 이어, 플라즈마 로봇의 가공 헤드는 3차원으로 연장해 있는 제공된 절단 라인을 따라 가공 부재를 따라 가이드되므로, 가공 부재가 이 영역에서 측정되고 가공 부재와 근거가 되는 원래의 부재 사이의 어떤 편차라도 검출하며, 하기에서 가이드 절단 라인이라고 칭하는 특정 가공 부재를 위한 절단 라인이 결정될 수 있다. 이 경우 특히 가공 부재에 대한 가공 헤드의 거리가 검출되고, 가공 헤드는 가공 부재와 가능한 한 일정한 거리로 이의 표면을 따라 이동한다. 그 거리를 측정하기 위해 작은 플라즈마 스트림이 흐르고, 이 플라즈마 스트림은 제공된 공작물에 맞게 적응된 절단 라인에서 마킹 라인이 생기도록 하고, 이때 마킹 라인은 마킹 이음매라 칭할 수도 있다. 플라즈마 로봇은 측정 시에 변경되는, 즉 공작물에 맞게 적응된 절단 라인을 가지며, 이것은 가이드 절단 라인으로서 저장되어 있으며 상기 마킹 이음매에 상응한다. 단순화를 위해 측정 프로세스의 특징들은, 마킹 이음매의 세팅이, 어쨌든 세팅된 마킹 이음매의 결과가 반드시 중요하지 않을지라도, 마킹 이음매의 세팅과 관련하여 설명될 수도 있다.
성형 테이블 위에 공작물을 위치시키고 및/또는 인장시킬 때 베이스 평면이 정해지고, 이것은 예컨대 특정 공작물을 위한 중앙 평면을 나타낸다. 이러한 베이스 평면은 공작물이 다르면 다르게 선택될 수 있다. 이것은 바람직하게는 구조적으로 같은 공작물들에 대해 실행되므로 동일하게 선택될 수 있다. 측정 시에 그리고 바람직하게는 절단 시에도 2개의 이동 방향들이 중요하며, 이들은 하기에서 스탬핑 방향 및 피어싱 방향이라 칭하거나 또는 간단히 스탬핑 또는 피어싱이라 칭한다. 베이스 평면에 대해 수직 방향으로 실시되는 이동들은 스탬핑이라 칭한다. 작업 방향으로, 즉 플라즈마 로봇의 절단 레이저가 가리키는 방향으로 진행되는 이동들은 피어싱이라 칭한다. 그러므로 이들 방향, 스탬핑 및 피어싱은 동일할 수 있는, 즉 레이저가 베이스 평면에 대해 수직으로 있는 곳에서 동일할 수 있다. 레이저는 가공 부재의 실제 가공 위치가 베이스 평면에 대해 평면 평행한 곳에서 베이스 평면에 대해 수직으로 있다.
가공 헤드가 제공된 절단 라인을 따라 안내되는 동안, 가공 부재의 편차들이 특히 저장된 원래의 부재와 관련하여 예상될 수 있는, 즉 스탬핑 방향으로, 즉 베이스 평면에 대해 수직으로 예상될 수 있다. 이와 같은 편차는 플라즈마 로봇에 대해 생긴 것이지만 그럼에도 양 방향이 일치하지 않는 한 피어싱 방향 그리고 스탬핑 방향 편차로서 파악될 수 있다. 따라서 플라즈마 로봇의 가공 헤드의 추적이 일정한 거리로 스탬핑 방향으로 및/또는 피어싱 방향으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 이러한 편차들에 근거해 가공 헤드의 추적을 위해 보정값이 결정되고, 이 보정값은 스탬핑 방향 그리고 피어싱 방향 성분을 갖는다. 특히 바람직하게는 두 편차 성분들 모두에 근거해 평균적인 보정값이 형성되고, 이것은 양 편차 성분을 고려하고 있다. "a1"이 스탬핑 방향 편차이고 "a2"가 피어싱 방향 편차이면, 보정값 "k1"은 스탬핑 방향으로 그리고 보정값 "k2"는 피어싱 방향으로 하기처럼 계산될 수 있다.
Figure 112014021682626-pct00001
합성 보정은 양 보정 성분의 벡터 가산을 통해 나온다. 상기 계산에서 a1 및 a2는 각각 50%이다. 대안으로서 가중(g1 및 g2)이 a1 또는 a2에 대해 실시될 수 있다. 그런 경우 하기의 관계들이 나온다.
Figure 112014021682626-pct00002
g1=g2=0.5에 대해 두 계산 규정들 모두 동일하다. 이상적으로는 g1과 g2의 합은 1과 같다. 작은 비선형성을 고려하기 위해 이 합이 수 퍼센트만큼 1로부터 벗어나는, 특히 가공 헤드가 가공 부재를 오목한 쪽에서 측정하면 1 보다 1 내지 5% 더 크고 또는 가공 헤드가 가공 부재를 볼록한 쪽에서 측정하면 1 내지 5%만큼 더 작다. 바람직하게는 오목한 쪽에서 측정이 이루어진다.
즉, 실무적인 관점에서 상기 획득한, 성형된, 절단하려는 강판은, 즉 가공 부재는 이상적인 형상, 즉 근거가 되는 원래의 부재를 정확하게 가지지 않으며 또한 - 이론적으로 동일한 - 다음의 성형된 강판으로부터 변하는 것이 중요하다. 그러므로 측정된 이음매를 재현하는 마킹 이음매는 현실에서 절단 라인과 동일하지 않는데, 상기 성형된 강판 부재가 일반적으로 이상적인 형상을 가지지 않기 때문이다.
그런 경우 제안으로서 가공 헤드가 측정할 때 결정된 가이드 절단 라인에 따라 제어됨으로써 플라즈마 로봇의 가공 헤드에 의해 강판을 절단한다. 마킹 이음매는 이와 같이 결정된 가이드 절단 라인을 재현한다. 이때, 마킹 이음매를 따라 가이드하는 것은 바람직하게는 특정 공작물의 측정 시에 기록된 값들에 근거하여 이루어지므로, 경우에 따라서는 가시적인 마킹 라인이 어쨌든 로봇에 의해 요구되지 않는다. 이 경우, 한번 더 강조하는 것은 로터 블레이드 세그먼트의 제조를 위해 다수의 상이한 강판들이 조립되어야 하고, 이들이 성형된 후 트리밍되어야 한다는 것이다. 성형된 강판 부재들은 절단 라인을 필요로 하며 끝에서 절단 에지를 필요로 하고, 이때 절단 에지는 실질적으로 3개의 직교 방향들 중 어느 방향으로도 일정하지 않다. 그러므로 3차원으로 연장해 있는 절단 라인 또는 3차원으로 연장해 있는 마킹 이음매란, 어떤 평면에도 있지 않은 그와 같은 라인 또는 이음매를 말한다. 그러므로 여기에서, 예컨대 관을 절단할 때의 경우보다 훨씬 더 복잡한 라인 또는 이음매 형상이 존재한다. 만약 그와 같은 관이 절단되면, 특히 종방향에 대해 가로로 절단되면, 원형의 절단 에지가 생긴다. 물론, 이 예시적 관은 3차원적이며 원형의 절단 에지 역시 기본적으로 공간 속에 연장해 있지만, 예시적으로 언급한 원형 절단 에지가 위치하는 평면이 있는, 즉 일반적으로 관 종축이 법선을 형성하는 한 평면이 있다. 그런 점에서 그와 같은 원형 절단 에지는 2차원의 절단 에지로서 완전히 고려될 수 있으며, 이 평면만이 적절하게 놓일 수 있다.
이는 본 발명의 근거가 되는 것처럼 성형된 복잡한 강판들에서 적어도 수개의 절단 에지에 대해 그런 경우가 아니다. 그러므로 본 절단 방법은 3차원 제어에 근거하는, 즉 3차원 직교 방향으로 가공 헤드의 추적에 근거한다.
바람직하게는, 제안된 절단 방법은 위에서 용접 방법과 관련하여 설명한 것처럼 노치 형상 또는 웨지 형상 용접 이음의 준비로서 행하는, 챔퍼의 절단 역시 실시한다. 그러므로 절단할 때, 여기에서 복수의 위치들에 의해, 즉 이음마다 복수의 용접 이음매에 의해 제안된 서브머지드 아크 용접이 준비될 수 있다.
또한, 플라즈마 로봇은 제25항에 따른 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드의 제조를 위해 성형된 강판들을 절단하기 위한 플라즈마 로봇이 제안되어 있다. 이 플라즈마 로봇은 강판을 절단하기 위해 레이저를 방출하기 위한 레이저빔 장치를 가지는 가공 헤드를 포함한다. 또한, 평가 기구, 특히 다관절 로봇 아암은 가공 헤드의 이동 및 추적을 위해 제공되어 있다. 또한, 센서가 제공되어 마킹 이음매를 검출하고 및/또는 강판의 표면을 검출한다. 특히 플라즈마 로봇은 적어도 언급된 실시예들 중 한 실시예에 따른 전술한 절단 방법을 실시하도록 제공되어 있다.
그러므로 적어도 형성된 또는 성형된 강판들의 절단을 위한 일 실시예에 따라 플라즈마 로봇, 즉 레이저 로봇이 제안되어 있다. 이와 같은 방법은 먼저 원하는 절단 라인을 따라, 즉 그와 같이 언급한 원래의 절단 라인을 따라 성형된 강판들의 측정을 실시하고 이때 특정 절단 라인, 즉 그와 같이 언급된 가이드 절단 라인을 결정하는 것을 제공하며, 이때 마킹 이음매가 세팅될 수 있으며 이 마킹 이음매는 가이드 절단 라인의 마킹 이음매에 상응한다. 이 경우, 강판들의 이상적 형상의 편차들이 고려된다. 로봇은, 로봇이 가이드 절단 라인의 측정, 결정 및 특정 윤곽의 마킹 이음매의 세팅 때에 적응하는, 기본적으로 이리한 윤곽을 떠나간다. 플라즈마 빔에 의해, 로봇은 강판과의 거리에 관한 정보들을 획득하고, 즉 스틸 제품의 벽과의 거리에 관한 정보를 획득하고 각각의 경우 자신의 실제 위치를 추적할 수 있다. 가이드 절단 라인에 상응하는 정확한 이동 궤적이 이때 기록되고 제어 장치 안에 저장된다. 이러한 궤적에서 로봇은 후속 절단 시에 정렬된다. 특수한 점으로서 유의할 점은 3개의 직교 방향으로 표면이 변한다는 의미에서 절단하려는 물체가, 즉 변형된 또는 성형된 강판이 3차원 물체라는 것이다. 이런 점으로부터, 이상적인 형상으로부터 표면의 편차 발생 시에 레이저가 어느 방향으로 추적되어야 하는지가 결정되어야 하는 상기 문제가 따른다. 피어싱, 즉 레이저빔의 방향으로 또는 스탬핑, 즉 베이스 평면에 대해 가로 방향으로 이루어진다. 여기에서 양 방향으로부터 조합 또는 절충을 제공할 것이 제안되었다.
그 외에도, 냉각된 스틸 제품, 즉 열간 성형 후 냉각된 스틸 제품의 절단 시에 유압 장치에 의해 대응하는 받침대에 고정되어 있다. 강판은 받침대 위에서 아래로 눌려지고 그 결과 절단 시에 변형이 억제된다.
또한, 복수의 강판들을 가지는 일 스틸 영역을 포함하는 풍력 발전 플랜트의 로터 블레이드가 제안되어 있으며, 이때 강판들은 본 발명에 따른 성형 방법으로 성형되었고 본 발명에 따른 용접 방법과 연결되어 및/또는 본 발명에 따른 절단 방법에 따라 절단된다.
또한, 그와 같은 하나의 로터 블레이드 또는 복수의 로터 블레이드를 가지는 풍력 발전 플랜트가 제안되어 있다.
하기에서, 첨부 도면을 참고한 실시예들에 의해 본 발명을 상술한다.
도 1은 풍력 발전 플랜트에 관한 사시도이다.
도 2는 성형 스테이션에 관한 사시도이다.
도 3은 도 2의 성형 스테이션에 관한 측면도이다.
도 4는 프레스 장치 또는 프레스 스탠드에 관한 정면도이다.
도 5는 노와 셔틀의 정면도이다.
도 6은 로터 블레이드 세그먼트의 서브머지드 아크 용접을 위한 용접 장치에 관한 개략도이다.
도 7은 플라스마 로봇을 이용해 강판을 절단하기 위한 흐름도이다.
도 8은 플라스마 로봇의 가공 헤드의 추적 과제에 관한 도면이다.
도 9는 도 8의 일 영역에 관한 개략도이다.
하기에서, 유사하지만 동일하지 않은 요소들에 대해 동일한 도면 부호들이 사용되고 있으므로, 그와 같은 요소들의 기능적 공통점을 강조하고 있다.
도 1에는 타워(102)와 기관실(104)을 포함하는 풍력 발전 플랜트(100)가 도시되어 있다. 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 포함하는 로터(106)가 기관실(104)에 배치되어 있다. 로터(106)는 작동 도중에 바람에 의해 회전 운동을 하며 그 결과 기관실(104) 내 발전기를 구동한다.
도 2에는 성형 스테이션(200)이 전체 사시도로서 도시되어 있다. 이런 성형 스테이션(200)의 중요한 요소들은 여기에서 소둔로로서 형성되어 있는 노(202), 프레스 스탠드라고도 칭할 수 있는 프레스 장치(204), 노(202)로부터 프레스 스탠드(204)로 강판들을 이송하는 셔틀(206), 프레스 장치(204)에서 강판이 셔틀(206)로부터 옮겨 실려지는 몰드 캐리지(208) 및 노(202)와 프레스 스탠드(204)를 연결하는 레일 시스템(210)이다. 도 2의 사시도에는 노(202)의 개구(212)가 도시되어 있으며, 이 개구를 통해 셔틀(206)은 가열하려는 강판을 노(202) 안으로 나르거나 또는 이 노로부터 다시 나올 수 있다. 이를 위해 셔틀(206)은 기본적으로 단지 하나의 레일 쌍을 포함하는 레일 시스템(210)에서 지지 테이블(214)과 함께 노(202) 안으로 들어간다. 이 경우, 지지 테이블 위에서 강판이 지지되어 노(202) 안으로 이송된다. 도 2의 도면에는 그와 같은 강판이 도시되어 있지 않다. 이때, 레일 시스템(210)은 노(202) 아래에 또는 노 바닥(216) 아래에 설치되어 있다. 길쭉한 바닥 개구(218)는 레일 시스템(210) 위의 노(202)의 영역에서 노 바닥(216)에 형성되어 있다.
성형 스테이션(200)의 측면도는 이의 구조를 나타내며 특히 연속적인 레일 시스템을 도시하고 있으며, 이 레일 시스템은 노(202)의 구조 안에까지 이르지만 노(202) 자체 안에 설치되어 있지 않고 오히려 노(202) 아래에 설치되어 있다. 노(202)의 영역에 두 사람(220)이 이러한 어셈블리의 규모를 보여주기 위해 도시되어 있다.
레일 시스템(210)에 셔틀(206)이 지지되어 안내되고, 이때 셔틀은 언더캐리지(222)와 지지 테이블(224)을 가지고 있다. 지지 테이블(224)에는 다수의 지지점이 제공되어 있으며, 이 지지점들 위에 가열하려는 또는 가열된 강판(226)이 위치한다. 그런 점에서 지지 테이블은 테이블 플레이트를 가지지 않고 오히려 다수의 받침점만을 가지고 있다. 지지 테이블(224)은 적절한 연결 지지 구조물(228)에 의해 언더캐리지(222)에 연결되어 있다.
레일 시스템(210)은 프레스 장치 또는 프레스 스탠드(204)까지 연장해 있고, 이 프레스 스탠드는 레일 시스템(210)을 따라 2열로 배치되어 있는 8개의 개별 프레스(230)를 가지며 이들 중 4개의 개별 프레스(230)가 도 3에서 볼 수 있다. 8개의 개별 프레스(230)는 함께 프레스 램(232)을 움직인다.
개별 프레스(230) 외에도 리프팅 아암들(234) 역시 도시되어 있으며, 도시된 실시예에서 이들 중 16개가 제공되어 있으며, 이들 중 도 3에서는 8개를 볼 수 있다. 셔틀(206)이 프레스 스탠드에 또는 프레스 장치에 도착하면, 이러한 리프팅 아암(234)에 의해 강판(226)이 셔틀(206)로부터 들려진다. 강판(226)이 상기 리프팅 아암(234)을 통해 들려지면, 셔틀(206)은 다시 도 3에 도시된 위치로 가고 그 결과 프레스 스탠드로부터 빠져나온다. 그 후, 도시된 몰드 캐리지(208)는 리프팅 아암(234)에 의해 들려진 강판(226) 아래로 프레스 스탠드(204) 안으로 간다. 그 후, 강판(226)은 리프팅 아암(234)에 의해 몰드 캐리지(208) 위에 안착될 수 있다. 그 결과, 강판(226)이 성형 베드(236)라고도 칭할 수 있는 카운터 몰드(236) 위에 느슨하게 놓인다. 그 후, 가열된 강판(226)은 8개의 개별 프레스(230)에 의해 작동되는 몰드 또는 프레스 램(232)에 의해 프레스하므로, 강판(226)은 프레스 램(232) 및 이것에 맞게 적응된 성형 베드(236)의 형상을 취할 수 있다.
그러므로 몰드 캐리지(208)는 도 3에서 프레스 스탠드(204) 밖에 배치되어 있는 대기 지점에 도시되어 있다. 몰드 캐리지는 몰드 캐리지 언더캐리지(238)를 가지며, 몰드 캐리지 언더캐리지는 매우 높은 안정성을 제공하며 큰 힘을 흡수할 수 있는데, 이것이 강판(226)을 지지해야 할 뿐만 아니라 성형 베드(236)의 중량도 지지해야 하기 때문이다.
도 4에는 프레스 스탠드(204)의 정면도가 도시되어 있으며, 이때 도 4는 몰드 캐리지(208) 위에 있는 프레스 램(232)의 정면도 역시 제공하며 리프팅 아암(234) 역시 도시하고 있다.
프레스 램(232)은 8개의 개별 프레스(230)를 통해 동시에 그리고 균일하게 성형 베드(236) 쪽으로 이동되어 강판(226)을 성형한다. 몰드 캐리지(208)는 자신의 몰드 캐리지 언더캐리지(238)와 함께 레일 시스템(210) 위를 주행하며 몰드 캐리어(240)에 의해 성형 베드(236)를 지지한다. 강판(226)을 프레스하기 위해 몰드 캐리어(240)는 몰드 캐리지 언더캐리지(238) 양측에 배치된 캐리어 서포트(242) 위에 놓일 수 있다. 그 결과, 강판(226)을 프레스하는 경우 이때 생기는 엄청난 압력이 몰드 캐리지 언더캐리지(238)에 의해 흡수되어야 할 필요가 없다.
강판(226)을 올리고 내리기 위해 리프팅 아암(234)이 제공되어 있으며, 이때 리프팅 아암은 강판 서포트들(244)을 가지며, 리프팅 아암(234)은 이 강판 서포트를 이용해 강판(226) 아래에 이를 수 있다. 리프팅 아암(234)의 선택된 기구를 통해 강판(226)의 수직 방향 리프팅이 가능한 한 균일하게 달성된다.
도 5에는 노(202) 및 셔틀(206)의 정면에 관한 개략도가 도시되어 있다. 노(202)는 노 내부 공간(246) 및 하나 이상의 노 바닥(216)을 갖고 있다. 셔틀(206)은 자신의 언더캐리지(222)로 레일 시스템(210) 위에 지지되고 있다. 언더캐리지(220)로부터 지지 구조물(228)이 길쭉한 바닥 개구(218)를 통해 노 내부 공간(246) 안에 이른다. 노 내부 공간(246) 안에 지지 테이블(224)이 배치되어 있으며 지지 구조물(228)에 의해 지지된다. 지지 테이블(224) 위에 강판(226)이 도시되어 있으며, 이 강판은 노(202) 안에서 그리고 노 내부 공간(246) 안에서 가열된다.
개략적으로 도시되어 있는 도 6의 용접 장치(600)는 용접 로봇(602)과 이동 장치(604)를 포함하고 있다. 이동 장치(604) 안에 로터 블레이드 세그먼트(606)가 고정되어 있다. 이와 같은 고정은 도 6에는 도시되어 있지 않다. 그러므로 로터 블레이드 세그먼트(606)는 이동 장치(604)에 의해 종축(608)을 중심으로 회전할 수 있다. 종축(608)은 도면 평면 안으로 연장해 있으며 여기에서 단지 점으로서 표현되어 있다. 이를 위해 이동 장치(604)는 회전 링(610)을 가지며, 이 회전 링은 종축(608)을 중심으로 회전한다. 이를 위해 구동 모터(612)가 제공되어 있으며, 구동 모터는 공정용 컴퓨터(614)를 통해 제어된다.
용접은 용접 헤드(616)에 의해 실시되고, 용접 헤드는 가공 헤드를 형성하며 용접 로봇(602)의 다관절 로봇 아암(618)에 배치되어 있고 이것에 의해 제어된다. 용접은 각각 로터 블레이드 세그먼트(606)의 실제 용접 지점(620)에서 이루어진다. 도 6에는 로터 블레이드 세그먼트(606)의 내부 공간 안에 배치되어 있는 실제 용접 지점(620)이 도시되어 있다. 마찬가지로, 밖에 있는 이음매 역시 용접될 수 있으며, 이것은 로터 블레이드(606) 위에 각각 있다.
종축(608)을 중심으로 회전 링(610)이 회전하고 그 결과 로터 블레이드 세그먼트(606)가 회전하기 때문에, 이동 장치(604)는 실제 용접 지점(620)이 항상 로터 블레이드 세그먼트(606)의 수평 영역 위에 배치되는 것을 보장해 준다. 도시된 내면 용접의 경우에, 이는 회전 장치(604)가 실제 용접 지점(620)이 실질적으로 항상 아래에 있도록 보장해 주는 것을 의미한다. 외부 용접의 경우에, 이는 기본적으로 실제 용접 지점(620)이 실질적으로 항상 위에 있음을 의미한다.
이때, 실제 용접 지점(620)의 정확한 위치가 종축(608)에 대해 수직인 2개의 방향으로 변하며, 이 방향들은 도 6에서 x 방향 및 y 방향으로 기입되어 있다. 용접하려는 이음매의 경로에 따라 이동 역시 종축(608)의 방향으로 접근할 수 있다. 완전성을 위하여 유의할 점으로서, 용접 전에 준비 어셈블리(606)라고도 칭할 수 있는 도시된 로터 블레이드 세그먼트(606)는 실질적으로 중공체를 나타내며, 이것은 로터 블레이드 또는 로터 블레이드의 일부에 대한 베이스로서 이용된다. 그러므로 특정 공기역학적 형상은 중공체를 용접하는 스테이션에 제공되어서는 않된다. 특히, 나중에 요소들, 예컨대 테이퍼 형상 언더컷 프로파일이 보충될 수도 있다.
실제 용접 지점(620)의 위치 변경을 고려하기 위해, 용접 로봇(602)의 용접 헤드(616)는 도시된 로봇 아암(618)의 도움을 받아 각 실제 용접 위치(620)를 추적한다. 유의할 점은, 용접 로봇(602)의 배치 역시 도 6에서만 볼 수 있다는 것이다. 특히, 로봇 아암(618)은 회전 링(610)을 관통해 도달하지 않고 로터 블레이드 세그먼트(606)의 외피를 관통해서도 도달하지 않는다. 오히려, 로봇 아암(618)은 종방향으로 예컨대 회전 링(610)의 회전축(610)을 따라서 그리고 로터 블레이드 세그먼트(606) 안으로 유도된다. 이와 같은 로봇 아암은 20m를 넘는 길이, 특히 최고 35m의 길이를 가질 수 있다.
또한, 용접 로봇(602)에 수동식 제어 수단(622)이 제공되어 있으므로, 이것에 의해 사람(624)이 보충적으로 수동식으로 용접 제어를 간섭할 수 있다.
도 7은 플라즈마 로봇에 의해, 즉 레이저를 통해 상기 성형된 강판을 절단하는 로봇에 의해 성형된 강판의 절단을 위한 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 절단 시퀀스(700)는, 강판이 소정 위치에 고정적으로 위치하게 되는, 포지셔닝 블록 (702)에서 시작하도록 이루어진다.
데이터 블록(704)에 의거하여 데이터의 선택이 이루어지고, 이 데이터 안에 특히 현실적으로 절단하려는 강판에 대해 적절한 절단 라인에 대한, 특히 제공된 원래의 절단 라인에 대한 데이터가 저장되어 있다. 데이터 블록(704)은 논리적으로 포지셔닝 블록(702) 다음에 배치되어 있는데, 절단하려는 강판의 결정을 통해 어떤 데이터 기록이 사용될지가 분명해지기 때문이다. 예컨대, 스틸로 로터 블레이드 세그먼트를 제조하기 위해, 24개의 성형된 상이한 강판들이 사용될 수 있다. 그러나 기본적으로 포지셔닝 블록(702) 및 데이터 블록(704)의 시간 순서가 반대로 이루어질 수도 있다. 동시적인 실시 역시 고려될 수 있다.
그 후, 마킹 블록(706)에서, 성형되는 강판에 대한 선택된 데이터에 의존하여 희망하는 절단 라인, 즉 제공된 원래의 절단 라인이 궤적으로서 지나가고 이때 강판이 측정되고 이와 같이 측정된 강판에 맞게 적응된 가이드 절단 라인이 결정되고 저장되며 및 마킹 이음매가 세팅된다. 이 경우, 마킹 이음매는 가시적인 결과물이고, 이는 마킹 블록(706)에 자신의 이름을 부여한다. 중요한 점은 가이드 절단 라인의 결정 및 저장이다. 이것은, 가공 헤드, 즉 용접 헤드가 원래의 절단 라인에 근거해 강판의 실제적인 경로를 추적하는 동안, 결정된다.
그 후, 컷 블록(708)이라고도 칭할 수 있는 절단 블록(708)에서 강판은 새롭게 플라즈마 로봇 또는 자신의 가공 헤드와 함께 이동되며 미리 기록된 가이드 절단 라인에 근거하여 그리고 마킹 블록(706)에 세팅된 마킹 이음매를 따라 이동된다. 이때 가공 헤드의 추적은 매우 정밀하며 마킹 이음매를 따라 강판의 절단이 실시된다.
강판이 절단되고 절단된 강판의 하나의 에지, 복수의 에지 또는 모든 에지를 위해 챔퍼 블록(710)이 올 수 있으며, 이때 플라즈마 로봇의 가공 헤드는 관련 에지를 지나가며 챔퍼하므로, 그와 같은 챔퍼를 가지는 2개의 에지들, 즉 2개의 강판이 조립되면, 용접 홈이 노치 형상으로서 제공될 수 있다.
절단은 그 후 기본적으로 종료되며 강판은 자신의 고정으로부터 벗어나 계속 가공될 수 있다. 도 8에는 가공 헤드(712)를 포함하는 플라즈마 로봇(722)이 도시되어 있다. 또한, 도 8에는 강판(714)의 실제적인 절단이 개략적으로 도시되어 있으며, 이의 표현을 위해 실선이 선택되었으며 원강판 및 원가공 부재를 나타내는 강판(716)이 파선으로 도시되어 있으며, 원가공 부재는 최적의 절단 특성 곡선으로서 간주될 수 있는 원래의 절단 특성 곡선을 정하기 위한 토대를 형성한다. 또한, 도 8에 베이스 평면(720)이 개략적으로 도시되어 있다. 기본적으로 베이스 평면(720) 및 두 강판(714 및 716) 모두가 개략적으로 측면도로서 도시되어 있지만, 이 측면도는 순수하게 개략적이다. 특히, 두 강판(714, 716)은 모두 도면 평면 안으로 굽혀질 수도 있으며, 이는 단순화를 위해 여기에 도시되어 있지는 않다.
도 8에는 실제로 제공된 재가공하려는 강판(714)의 측정 시의 가공 헤드(712)의 스냅샷이 도시되어 있다. 이러한 스냅샷에 도시되어 있는 가공 헤드(712)는 원래의 강판(716) 위 지점(P0)에 대한 이상적인 위치를 가리키고 있다. 이 지점(P0)으로부터 스탬핑 방향(R1)으로 실제 강판(714)과의 거리(a1)가 나온다. 그 외에도, 지점(P0)으로부터 피어싱 방향(R2)으로 실제 강판(714)과의 거리(a2)가 나온다. 실제 강판(714)과의 확인된 편차에 근거해 가공 헤드(712)를 추적할 수 있는 가능성이 많다. 가공 헤드(712)는 거리(a1)만큼 스탬핑 방향(R1)으로 보정을 위해 변경되면, 도시된 가공 헤드 위치(731)가 도출된다. 그 대신에, 가공 헤드(712)가 거리(a2)만큼 피어싱 방향(R2)으로 보정을 위해 변경되면, 가공 헤드의 제2 위치(732)가 나온다. 그러나 제안된 일 실시예에 따르면 보정은 제1 위치(731) 또는 제2 위치(732) 쪽으로 유도하는 두 보정 모두의 조합을 제안하고 있다. 제안된 제3 위치는 가공 헤드에 대해 도면 부호(733)를 갖는다. 이 위치는 스탬핑 방향(R1)으로 편차(a1)도 피어싱 방향(R2)으로 편차(a2)도 고려한다. 이에 대해 정확한 계산이 도 9에 설명된다.
도 9에는 우선 스탬핑 방향과 피어싱 방향의 두 거리(a1 및 a2)만이 확대 도시되어 있다. 스탬핑 방향의 거리(a1)의 절반은 보정 벡터(
Figure 112014021682626-pct00003
)로서 사용된다. 피어싱 방향으로 거리(a2)의 절반은 보정 벡터(
Figure 112014021682626-pct00004
)로서 이용된다. 벡터 가법에 의해 전체 보정 벡터(
Figure 112014021682626-pct00005
)가 된다. 이것으로 최적 지점(P0)에 근거해 새로운 지점(PN)이 결정된다. 새로운 지점(PN)은 도 8에도 기입되어 있으며 가공 헤드의 제3 위치(733)에 대응한다. 스탬핑 방향(R1)으로 편차(a1)뿐만 아니라 피어싱 방향(R2)으로 편차(a2)도 고려하는 가공 헤드(712)를 위한 보정값의 계산을 통해 유리한 결과, 즉 가공 헤드의 새로운 지점(PN) 및 보정된 위치(733)의 유리한 계산이 이루어진다.

Claims (28)

  1. 풍력 발전 플랜트(100)의 로터 블레이드(108)를 제조하기 위해 강판(226)을 열간 성형하기 위한 성형 방법으로서,
    - 강판(226)이 셔틀(206) 위에 있는 동안 노(202) 안에서 상기 강판(226)을 가열하는 단계,
    - 열간 성형을 위해 셔틀(206)을 이용하여 상기 노(202)로부터 프레스 장치(204) 안으로 상기 가열된 강판(226)을 이송하는 단계,
    - 상기 프레스 장치(204) 안으로 몰드 캐리지(208)를 이송하는 단계,
    - 상기 프레스 장치(204) 안에서 셔틀(206)로부터 카운터 몰드(236)를 가지는 몰드 캐리지(208)로 상기 가열된 강판(226)을 옮겨 싣는 단계, 및
    - 상기 강판이 프레스 램(232)과 카운터 몰드(236) 사이에서 성형되도록 강판(226)을 프레스하는 하나 이상의 프레스 램(232)을 통해 상기 강판(226)을 프레스하는 단계
    를 포함하고,
    상기 옮겨 싣는 단계는,
    - 상기 강판(226)이 셔틀(206)로부터 들려지고,
    - 상기 셔틀(206)은 상기 강판(226) 아래에서 밖으로 나오며,
    - 상기 카운터 몰드(236)가 상기 몰드 캐리지(208)에 의해 상기 강판(226) 아래로 운반되며, 그리고
    - 상기 몰드 캐리지(208) 위의 카운터 몰드(236) 위에 상기 강판(226)이 안착되는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셔틀(206)은 레일 시스템(210) 위에서 노(202)로부터 프레스 장치(204) 쪽으로 주행하고, 상기 몰드 캐리지(208)는 상기 레일 시스템(210) 위에서 프레스 장치(204) 안으로 주행하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 따른 성형 방법에 따라 강판(226)을 열간 성형하기 위한 성형 장치(200)로서,
    - 강판(226)을 가열하기 위한 노(202),
    - 강판(226)을 성형하기 위한 프레스 장치(204),
    - 강판(226)을 노로부터 프레스 장치 쪽으로 이송하기 위한 셔틀(206)을 포함하고,
    - 상기 노(202)는 바닥 개구(218)를 포함하는 노 바닥(216)을 가지며,
    - 상기 셔틀(206)은
    - 노(202)로부터 프레스 장치(204) 쪽으로 이동하기 위한 언더캐리지(222),
    - 노 안에서 가열할 때 그리고 노(202)로부터 프레스 장치(204) 쪽으로 이송할 때 강판을 지지하기 위한 지지 테이블(224), 및
    - 지지 테이블(224)과 언더캐리지(222)를 연결하기 위한 지지 구조물(228)을 포함하며,
    상기 지지 구조물(228)은, 지지 테이블(224)이 노(202) 안에서 강판(226)을 지지할 때, 상기 지지 구조물이 언더캐리지(222)로부터 바닥 개구(218)를 통해 상기 노(202) 내부의 지지 테이블(224)에 이르도록 형성되고,
    상기 성형 장치는, 상기 프레스 장치(204) 안에서 강판(226)을 수용하기 위한, 그리고 성형 시에 카운터 몰드(236)를 제공하기 위한 가동형의 몰드 캐리지(208)를 더 포함하고,
    상기 프레스 장치(204)는 셔틀(206)로부터 강판(226)을 균일하게 리프팅하기 위한, 그리고 상기 몰드 캐리지(208) 위에 강판(226)을 균일하게 안착시키기 위한 리프팅 장치(234)를 가지는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셔틀(206)은 노(202)가 개방될 때 지지 구조물(228)을 이용해 바닥 개구(218) 안으로 진입 또는 진출할 수 있으며, 상기 바닥 개구(218)는 노 바닥(216) 안에서 슬롯 형태 개구로서 형성되어 있는 것인 성형 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    셔틀(206)이 노(202)로부터 프레스 장치(204) 쪽으로 이동하도록 상기 몰드 캐리지(208)가 프레스 장치(204) 안으로 그리고 프레스 장치(204)로부터 밖으로 이동하도록 레일 시스템(210)이 형성되며, 상기 레일 시스템(210)은 셔틀(206)과 몰드 캐리지(208)가 이동가능하게 배치되어 있는 레일 쌍을 가지는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 리프팅 장치(234)는 강판(226) 아래를 측면에서 파지하도록 각각 이동 기구가 제공된 복수의 리프팅 아암(234)을 가지는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 몰드 캐리지(208) 위에 배치된 강판(226)에 성형을 위한 프레스 램(232)을 함께 프레스하기 위해, 상기 프레스 장치(204)는 복수의 개별 프레스(230)를 가지며, 상기 개별 프레스(230)는 자신의 구동 유닛을 가지는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
  8. 강판(226)을 가열하기 위한 노(202)로부터 강판(226)을 열간 성형하기 위한 프레스 장치(204) 쪽으로 강판(226)을 이송하기 위한 셔틀(206)에 있어서,
    상기 셔틀(206)은 제3항에 따른 성형 장치(200)에 제공되는 것을 특징으로 하는 셔틀.
  9. 제1항 또는 제2항의 성형 방법에 의해 성형된 강판들(226)을 로터 블레이드(108) 또는 로터 블레이드 세그먼트(606)로 연결하기 위한 용접 방법으로서,
    - 연결하려는 강판들(226)을 준비 어셈블리(606) 안에 서로에 대해 배치 및 고정하는 단계,
    - 용접 이음을 형성하는 각 접촉 에지들에서, 용접 로봇(602)을 통해 서브머지드 아크 용접으로서 실시되는 용접에 의해서 강판들(226)을 서로 연결하는 단계를 포함하는 것인 용접 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 준비 어셈블리는 용접 시에 이동 장치(604)에 의해 이동되어, 용접이 각각 위를 향해 있는 용접 이음 영역 위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    용접 도중에 준비 어셈블리가 회전되는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    가변적인 속도로 수평인 축(608)을 중심으로 각도 위치에 의존하는 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 이동 장치(604)가 준비 어셈블리를 회전시켜, 용접하려는 용접 이음의 영역이 위에 있고, 상기 용접 이음을 따라 용접 로봇(602)이 추적하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 용접 이음이 노치 형상을 가지도록, 접촉 에지들이 챔퍼되어 있는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
  15. 성형된 강판들(226)을 로터 블레이드(108) 또는 로터 블레이드 세그먼트(606)로 연결하도록 제9항에 따른 용접 방법을 실시하기 위한 용접 장치(600)로서,
    - 준비 어셈블리 안에 서로에 대해 배치되어 고정된 강판들을 강판들의 접촉 에지들에 의해 형성된 용접 이음에서 서브머지드 아크 용접을 통해 연결하기 위한 용접 로봇(602),
    - 용접이 각각 위를 향해 있는 용접 이음 영역에서 이루어지도록 준비 어셈블리를 이동시키기 위한 이동 장치(604)를 포함하는 용접 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 용접 로봇(602)은, 상기 용접 로봇(602)의 수동식 제어를 위한 수동식 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 용접 장치.
  17. 플라즈마 로봇을 이용해 풍력 발전 플랜트(100)의 로터 블레이드(108)의 제조를 위해 제1항 또는 제2항의 성형 방법에 따라 성형된 강판들(226)을 절단하기 위한 절단 방법으로서,
    - 제공된 원래의 절단 라인을 따라서 성형되는 강판들 중 하나를 측정하되, 원래의 절단 라인과 측정된 성형되는 강판에 근거하여 3차원으로 연장해 있는 가이드 절단 라인을 결정하는 단계,
    - 상기 가이드 절단 라인을 따라서 제어되는 플라즈마 로봇의 가공 헤드(712)에 의해 강판을 절단하는 단계를 포함하는 것인 절단 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    - 가이드 절단 라인의 결정 시에 3차원으로 연장하는 마킹 이음매가 강판 위에 세팅되고, 상기 마킹 이음매는 가이드 절단 라인에 상응하고,
    - 플라즈마 로봇이 절단 시에 상기 마킹 이음매를 따라가는 것을 특징으로 하는 절단 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    각각 챔퍼를 가지는 2개의 절단 에지의 결합을 통해 형성되는 노치 형상 용접 이음의 준비로서 강판의 절단 시에 챔퍼가 절단되는 것을 특징으로 하는 절단 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 가공 헤드(712)는 강판(226)을 절단하기 위하여 빔 방향으로 레이저 빔을 방출하기 위한 레이저빔 장치를 가지며, 상기 가공 헤드(712)가 원래의 절단 라인, 가이드 절단 라인 또는 마킹 이음매를 따라서 측정 또는 절단 시에 안내되어, 상기 가공 헤드는 상기 강판(226)과의 거리 관점에서 빔 방향으로 그리고 미리 결정된 베이스 평면에 대해 가로 방향으로 동시에 추적되는 것을 특징으로 하는 절단 방법.
  21. 제17항에 따른 절단 방법에 따라 풍력 발전 플랜트(100)의 로터 블레이드(108)의 제조를 위해 성형된 강판들(226)을 절단하기 위한 플라즈마 로봇으로서,
    - 강판(226)을 절단하기 위해 레이저를 방출하기 위한 레이저빔 장치를 가지는 가공 헤드(712),
    - 상기 가공 헤드의 이동 및 추적을 위한 이동 기구 및
    - 강판(226)의 표면에 대한 거리를 검출하기 위한 평가 수단을 포함하는 것인 플라즈마 로봇.
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