KR102204503B1 - 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 사용자의 지정에 따라 추가 가열선이 생성되는 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치는 성형 대상의 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 가열선을 자동 생성하는 제어부, 상기 제어부의 가열선에 따라 성형 대상을 가공하는 곡성형 로봇을 포함하고, 상기 제어부는 상기 곡성형 로봇이 상기 가열선을 따라 작업한 후 성형 대상의 곡량과 설계된 곡량간의 차이에 따라 추가 가열선을 생성할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법은 제어부가 성형 대상의 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 자동 생성한 가열선에 따라 곡성형 로봇이 성형 대상을 가공하는 단계, 상기 제어부가 성형 대상의 곡량과 설계된 곡량간의 차이를 기준값과 비교하는 단계, 상기 제어부가 비교 결과에 따라 추가 가열선을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

선박 외판의 곡면 자동 가공 장치 및 방법{AUTO FORMATION APPARATUS AND METHOD FOR CURVED PLATES IN SHIP}

본 발명은 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 외판, 특히 곡면 외판은 유체역학, 구조역학, 진동 등의 엔지니어링 기술을 바탕으로 설계된 3차원 곡면으로, 일정 두께의 철판을 가공하여 제작된다. 이러한 곡면 외판의 가공 정밀도는 선박 전체의 설계 성능을 좌우한다고 할 수 있다.

선박 외판의 3차원 형상 가공은 크게, 프레스(press)나 로울러 (roller) 등을 이용하는 기계적인 1차 냉간 가공 및 철판에 열을 가함에 의한 잔류 열탄소성 변형을 이용하는 2차 열간 가공의 두 단계의 가공방법이 사용된다.

기계적 1차 냉간 가공방법은 제어의 편의성 때문에 한쪽 방향으로만 일정한 곡률을 가지는 완만하고 단순한 외판의 곡면 가공과 이중 곡면 외판의 1차 가공에서 주로 이용되고, 열간 가공방법은 마무리 작업 및 이중 곡면 외판의 2차 가공, 용접변형 제거 등의 작업에 주로 이용된다.

열간 가공은 열원을 사용하여 철판(강판)에 열(熱)을 주어 수축, 팽창, 굽힘 변형을 일으켜 강판을 3차원 곡면형상으로 만드는 과정이다. 이때, 열간 가공에서의 수축과 팽창은 특정한 방향성을 가지고 발생하지 않는 물리/역학적인 특성이 있다. 따라서 열가공 과정에서는 특정방향의 변형을 유발하거나, 또는 억제시켜야만 설계된 목적 곡면 제작이 가능하다.

따라서, 열간 가공을 통하여 강판을 원하는 형상으로 가공하기 위하여는 열가공되는 과정에서 강판(鋼板)의 적합한 위치에 적절한 열량을 투입하여야 할 뿐만 아니라 적합한 위치에 강제적인 경계조건(Boundary)등이 반드시 필요하다.

이와 같은 2차 열간 가공 작업은 일반적으로 강판의 적합한 위치에 가열선을 그은 후 가열선에 적절한 열을 가함으로써 이루어진다. 이때, 이와 같은 작업들은 주로 수동으로 이루어지며 작업기량이 고도의 기능을 갖는 작업자가 주로 하는 어려운 작업이다.

따라서, 열간 가공작업의 자동화가 필요하나, 곡외판의 기하 형상 정보는 실제 형상과 오차가 존재하여 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0907761호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자의 지정에 따라 추가 가열선이 생성되는 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치 및 방법이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치는 성형 대상의 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 가열선을 자동 생성하는 제어부, 상기 제어부의 가열선에 따라 성형 대상을 가공하는 곡성형 로봇을 포함하고, 상기 제어부는 상기 곡성형 로봇이 상기 가열선을 따라 작업한 후 성형 대상의 곡량과 설계된 곡량간의 차이에 따라 추가 가열선을 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법은 제어부가 성형 대상의 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 자동 생성한 가열선에 따라 곡성형 로봇이 성형 대상을 가공하는 단계, 상기 제어부가 성형 대상의 곡량과 설계된 곡량간의 차이를 기준값과 비교하는 단계, 상기 제어부가 비교 결과에 따라 추가 가열선을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 마무리 작업까지 가스 토치를 사용하지 않고 모두 유도 가열 장치를 이용하여 성형이 가능하므로 생산성이 향상될 수 있고, 고정도 곡외판 성형 작업이 가능할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법의 개략적인 동작 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 곡량 편차를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치에 의해 자동 생성된 가열선을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 개략적인 구성 및 기능을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 가열 매니저부의 구동 화면을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 추가 가열 생성부의 구동 화면을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 추가 가열 생성부에 의한 추가 가열선의 형태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치에 의해 생성된 가열선 및 추가 가열선을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치(100)는 제어부(110) 및 곡성형 로봇(120)을 포함할 수 있다.

제어부(110)는 곡성형 로봇(120)의 동작을 제어하기 위한 제어 장치로 프로그래머블 로직 컨트롤러, 컴퓨터 등 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 제어부(110)는 성형 대상인 선박의 외판의 곡률 분포, 판 두께 등과 같은 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 가열선을 자동 생성할 수 있다.

곡성형 로봇(120)은 다수의 관절부 및 유도 가열 장치 등을 구비하여 제어부(110)의 제어에 따라 성형 대상인 선박의 외판의 곡성형을 수행할 수 있다.

제어부(110)는 작업된 선박 외판의 곡량이 설계된 설계곡과의 차이가 사전에 설정된 기준값 이하이면 작업을 완료하고, 상기 기준값 이상이면, 사용자의 지정에 따라 추가 가열선을 생성할 수 있고, 곡성형 로봇(120)은 제어부(110)의 추가 가열선에 따라 선박 외판을 가열할 수 있다.

도 1과 함께 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법의 개략적인 동작 순서도이다.

도 1과 함께 도 2를 참조하면, 곡성형 로봇(120)는 제어부(110)에 의해 자동 생성된 가열선을 따라 선박 외판의 가열 작업을 수행할 수 있다(S10).

이후, 제어부(110)는 사용자의 지시에 따라 작업된 선박 외판의 곡량이 설계된 설계곡과의 차이인 곡량 편차를 상기 기준값과 비교하여(S20), 사용자의 지시에 따라 곡량 편차가 상기 기준값(d) 이하이면(S30), 작업을 종료하고, 상기 곡량 편차가 상기 기준값(d) 이상이면, 추가 가열선을 생성할 수 있다(S40).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 곡량 편차를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치에 의해 자동 생성된 가열선을 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 성형 대상 위에 템플릿(template)을 위치시켜, 성형 정도를 검사한다. 템플릿은 합판으로 제작되며, 곡선 부위는 목표 곡외판과 동일한 곡률을 가진다. 성형 정도는, 성형 대상과 템플릿의 끝단 높이 차이에 해당하는 d1, d2를 성형 기준값 d와 비교하여 이보다 작으면 정도를 만족하는 것으로 간주한다. 성형 기준 d는 곡외판의 형상에 따라 다른 값을 가진다.

상술한 선박 외판의 기하 형상 정보는 성형전 계측한 포인트 데이터(point data)로부터 곡면 보간 계산을 통하여 재가공한 결과이기 때문에 국부적으로 실제 형상과 오차가 존재하며, 열성형 변형 예측 역시 가정을 통한 수학 모델이기 때문에 실제 현상과 차이가 존재할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 자동으로 생성된 가열선은 곡성형 예측 기법에 근거하는데, 예측 기법은 가정을 동반한 수학식이므로 100%에 가까운 정확도를 보장할 수는 없다. 따라서 소량의 별도 마무리 작업이 발생하는 경우가 생긴다. 이에 따라, 기존의 경우, 자동 가열선을 통한 작업을 완료한 후 그 결과가 목표 성형 정도에 미치지 못하면, 작업자가 직접 성형 부재위에 가열선을 긋고 가스 토치를 이용하여 마무리 작업을 하게되는 데, 생산성을 향상시키기 위해 본원발명에서는 추가 가열선의 생성이 필요하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 개략적인 구성 및 기능을 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2와 함께, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치(100)의 제어부(110)는 가열 매니저부(111) 및 추가 가열선 생성부(112)를 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 가열 매니저부의 구동 화면을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 자동 가열선을 생성한 후, 사용자가 가열 버튼을 클릭하면 가열 매니저부(111)를 통해 가열 매니저 다이얼로그가 호출된다. 여기서 사용자가 '자동'버튼을 누르면 자동 생성된 가열선에 따라 곡성형 로봇(120)이 가열 작업을 수행한다. 이후 성형 정도 검사에서 기준을 만족하지 못 할 경우, 사용자가 '수동' 버튼을 눌러서 도 7과 같은 가열선 수동 생성 다이얼로그를 호출한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 추가 가열 생성부의 구동 화면을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치의 제어부의 추가 가열 생성부에 의한 추가 가열선의 형태를 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치에 의해 생성된 가열선 및 추가 가열선을 나타내는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 추가 가열 생성부(112)를 통해 가열선 수동 생성 다이얼로그에서, 주요 요소의 기능은 다음과 같다. 수동 가열선이 생성된 모습은 도 9와 같다.

1. 시작점 선택 버튼: 버튼을 클릭하고, 가열선의 시작 위치를 마우스 왼쪽 버튼을 눌러 클릭하면, 해당 위치에 대한 좌표 데이터와 시작점을 시각화한 도 8의 황색의 구(sphere)가 생성된다.

2. 종료점 선택 버튼: 버튼을 클릭하고, 가열선의 종료 위치를 마우스 왼쪽 버튼을 눌러 클릭하면, 해당 위치에 대한 좌표 데이터와 종료점을 시각화한 도 8의 황색의 구가 생성된다.

3. 속도 입력 칸: 가열선 속도를 에디트 박스(edit box) 형태로 입력받는다.

4. 가열선 추가 버튼: 도 8과 같이 시작점과 종료점을 잇는 적색의 가열선을 화면에 나타내며, 시작점 좌표, 종료점 좌표, 속도를 수동 가열선 구조체 형태로 저장한다. 저장된 수동 가열선 구조체 데이터를 수동 가열선 구조체 배열에 추가한다. 이를 통해 여러 개의 수동 생성 가열선을 한꺼번에 생성하여 가열 작업할 수 있다. 생성된 수동 가열선 옆에는 'Mx' 문자를 함께 출력하여 서로 구분하며, x는 x번째 생성되었다는 의미이다.

5. 가열선 정보 리스트컨트롤: 현재 수동 가열선 구조체 배열에 저장된 각 가열선 정보를 순서대로 나타낸다. 가열 여부는 O, X로 선택할 수 있으며, 초기 자세는 시작점 위치에 따른 로봇팔의 가열 자세를 구분한 값으로 통합가열프로그램 내부 별도 함수를 통해 자동 결정되는 값이다.

6. 시작 버튼: 리스트컨트롤에 나타난 수동 가열선을 따라 곡성형 로봇이 가열 작업을 수행한다.

기타: 생성된 자동 가열선을 클릭하면 해당 자동 가열선 방향으로 점선 형태의 보조선이 도 9와 같이 생성된다. 이를 참고하여 수동 가열선을 생성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 마무리 작업까지 가스 토치를 사용하지 않고 모두 유도 가열 장치를 이용하여 성형이 가능하므로 생산성이 향상될 수 있고, 고정도 곡외판 성형 작업이 가능할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치
110: 제어부
120: 곡성형 로봇
111: 가열 매니저부
112: 추가 가열선 생성부

Claims (7)

1. 성형 대상의 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 가열선을 자동 생성하는 제어부; 및
   상기 제어부의 가열선에 따라 성형 대상을 가공하는 곡성형 로봇을 포함하고,
   상기 제어부는 상기 곡성형 로봇이 상기 가열선을 따라 작업한 후 성형 대상과 사전에 제작된 템플릿의 끝단간의 높이 차이값이 사전에 설정된 성형 기준값보다 크면 추가 가열선을 생성하고,
   상기 제어부는
   추가 가열선 생성 여부를 입력받는 가열 매니저부; 및
   상기 가열 매니저부로부터의 추가 가열선 생성 선택에 따라 사용자 지정을 입력받아 추가 가열선을 생성하는 추가 가열선 생성부를 포함하고,
   상기 추가 가열선 생성부는 입력받은 사용자 지정을 수동 가열선 구조체 형태로 저장하고, 저장된 수동 가열선 구조체 데이터를 수동 가열선 구조체 배열에 추가하여 복수의 수동 생성 가열선을 한꺼번에 생성하는 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 추가 가열선 생성부는
   사용자 지정에 따라 추가 가열선의 시작점 및 종료점을 입력받아 추가 가열선을 생성하는 선박 외판의 곡면 자동 가공 장치.
   
4. 제어부가 성형 대상의 기하 정보에 따라 열성형 변형 예측 기법을 적용하여 자동 생성한 가열선에 따라 곡성형 로봇이 성형 대상을 가공하는 단계;
   상기 제어부가 성형 대상과 사전에 제작된 템플릿의 끝단간의 높이 차이값과 사전에 설정된 성형 기준값을 비교하는 단계;
   상기 제어부가 비교 결과에 따라 추가 가열선을 생성하는 단계를 포함하고,
   상기 추가 가열선을 생성하는 단계는
   가열 매니저부가 추가 가열선 생성 여부를 입력받는 단계; 및
   추가 가열선 생성부가 상기 가열 매니저부로부터의 추가 가열선 생성 선택에 따라 사용자 지정을 입력받아 추가 가열선을 생성하되, 상기 추가 가열선 생성부는 입력받은 사용자 지정을 수동 가열선 구조체 형태로 저장하고, 저장된 수동 가열선 구조체 데이터를 수동 가열선 구조체 배열에 추가하여 복수의 수동 생성 가열선을 한꺼번에 생성하는 단계를 포함하는 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법.
   
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 사용자 지정을 입력받아 추가 가열선을 생성하는 단계는 상기 추가 가열선 생성부가 사용자 지정에 따라 추가 가열선의 시작점 및 종료점을 입력받아 추가 가열선을 생성하는 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 제어부가 추가 가열선을 등록하는 단계; 및
   상기 곡성형 로봇이 등록된 추가 가열선에 따라 성형 대상의 가열 작업을 수행하는 단계
   를 더 포함하는 선박 외판의 곡면 자동 가공 방법.

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