KR102211168B1 - 점진 성형 방법 및 점진 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점진 성형 방법 및 점진 성형 장치에 관한 것으로, 소재를 고정시킨 상태에서 상기 소재의 일면을 공구로 점진 성형한 후 상기 소재의 타면을 공구로 점진 성형하여 소재의 양면을 금형 없이 각각 가공하여 설계된 형상에 가까운 형상으로 가공할 수 있어 제조원가를 절감함과 아울러 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

점진 성형 방법 및 점진 성형 장치{INCREMENTAL FORMING METHOD AND INCREMENTAL FORMING APPARATUS}

본 발명은 점진 성형 방법 및 점진 성형 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 점진 성형은 작은 증분의 변형으로 소재를 변형시켜 다양한 형상을 제작할 수 있는 성형기술이다.

즉, 점진 성형은 소재와 공구를 각각 회전 또는 이동시켜 소재와 공구가 부분적으로 접촉하도록 하여 재료를 국부적으로 성형하면서, 이를 점진적으로 성형하고자 하는 소재의 영역으로 진행시켜 원하는 형상의 금속제품을 제조하는 기술이다.

일반적인 금속 판재의 프레스 가공은 암수 한 쌍으로 된 금형 사이에 판재를 넣고 금형을 눌러 성형하는 매칭 다이 성형법이 주로 사용된다.

그러나, 일반적인 프레스 가공의 금속 판재 성형은 제작하고자 하는 형상에 일치하는 금형을 사용해야 하므로 다품종 소량 생산의 경우 해당 제품의 제조 시 금형 제작에 따른 비용의

도 1은 종래의 점진 성형 방법을 예시한 도면이다.

도 1을 참고하면 종래의 점진 성형 방법은 이격되게 위치된 한 쌍의 블랭크 홀더(1)로 금속판재의 양 단부 측을 잡고 공구(2)를 각각 회전 또는 이동시켜 소재(10)와 공구(2)가 부분적으로 접촉하도록 하여 재료를 국부적으로 성형하면서, 이를 점진적으로 성형하고자 하는 소재의 영역으로 진행시켜 원하는 형상의 금속제품을 제조한다.

그러나, 종래의 점진 성형은 금형을 사용하는 것보다 다양한 제품 형상을 만들 수 있다. 하지만 금형이 없는 상태로 소재를 성형하기 때문에, 소재가 정해진 형상의 치수대로 성형하기 어려운 문제점이 있었다.

도 2는 점진 성형 시 처짐이 발생되는 개략도로서, 도 2를 참고하면 점진 성형 시 소재를 고정시키는 블랭크 홀더의 힘과 소재를 누르는 공구의 힘으로 소재가 인장되어 처짐이 발생한다. 성형되는 제품이 블랭크 홀더에서 멀어질수록 처짐이 더 많이 발생한다.

이러한 처짐으로 인해 제품의 성형성이 낮아져 원하는 제품을 만들기 어렵다.

특히 소재를 잡을 수 있는 부분과 성형이 시작되는 부분에서 소재의 형상 오차가 발생한다. 성형 공구가 이동함에 따라, 소재가 고정되지 않은 부분에서는 소재가 딸려 들어오는 현상이 발생하게 된다. 이에 따라 소재의 형상 오차가 발생한다.

종래 기술로 이를 해결하기 위해 제작하고자 하는 형상에 적합한 금형을 사용하였다. 금형을 사용하는 경우 이와 같은 예상치 못한 변형이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 하지만 제작하고자 하는 형상에 따라 금형을 제작해야 하므로, 무금형 성형이 불가능하다.

본 발명이 해결하고자 소재의 양면을 각각 가공하여 금형 없이 설계된 형상에 가까운 제품을 성형할 수 있는 점진 성형 방법 및 점진 성형 장치에 대한 기술을 제공한다.

또한, 본 발명이 해결하고자 금형없이 제품을 설계된 형상에 가까운 형상으로 가공할 수 있어 제조원가를 절감함과 아울러 제품의 품질을 향상시키는 점진 성형 방법 및 점진 성형 장치에 대한 기술을 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 점진 성형 방법은 한 쌍의 홀더에 소재의 양단부를 고정시킨 상태에서 상기 소재의 일면에 공구를 접촉시킨 상태로 공구를 이동 또는 회전시켜 상기 소재를 점진 성형하는 제1 점진 성형단계 및 한 쌍의 홀더에 상기 제1 점진 성형단계로 성형된 상기 소재의 양단부를 고정시킨 상태에서 상기 소재의 타면에 공구를 접촉시킨 상태로 공구를 이동 또는 회전시켜 상기 소재를 점진 성형하는 제2 점진 성형단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 점진 성형 방법은 소재를 고정시킨 상태에서 상기 소재의 일면에 공구를 접촉시킨 상태로 공구를 기설정된 공구경로로 이동 또는 회전시켜 상기 소재를 점진 성형하되, 3D 스캐너로 실제 성형되는 제품의 형상 데이터를 도출하고, 제품의 형상 데이터를 기설계된 제품의 형상과 비교하여 공구경로를 보정할 수 있다.

본 발명에 한 실시예에 따른 점진 성형 장치는 소재의 양단부가 고정되는 한 쌍의 홀더, 공구로 상기 소재의 일면을 점진 성형하고, 상기 소재 또는 상기 공구의 위치를 변경하여 상기 소재의 타면을 상기 공구로 점진 성형하는 점진 성형기를 포함한다.

본 발명에 한 실시예에 따른 점진 성형 장치는 상기 홀더를 회전 가능하게 지지하는 홀더 지지부재, 상기 홀더 지지부재에 회전 가능하게 위치된 상기 홀더를 회전시켜 상기 소재를 뒤집을 수 있는 회전모터를 더 할 수 있다.

본 발명에 한 실시예에 따른 점진 성형 장치는 점진 성형되는 상기 소재의 형상을 확인할 수 있는 3D 스캐너, 상기 소재를 가열하는 소재 가열부, 상기 소재의 온도를 측정하는 온도 센서부 및 상기 온도 센서부로부터 상기 소재의 온도 정보를 전달받아 상기 소재 가열부의 작동을 제어하는 가열 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소재의 양면을 금형 없이 각각 가공하여 설계된 형상에 가까운 제품을 성형할 수 있어 제조원가를 절감함과 아울러 제품의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 3D 스캐너를 사용해서 기설계된 치수에 더 가까운 형상 제품을 성형하여 제품의 품질을 더 향상시키고, 제품의 품질관리가 균일하고 용이한 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공구를 회전시키거나 소재를 회전시켜 소재의 양면을 각각 용이하게 점진 가공할 수 있어 점진 가공 시 편의성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공구만으로 소재의 일면과 타면을 성형하므로 소재를 지지하는 금형 제작이 필요하지 않으므로 제품 성형에 따른 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 점진 성형 방법을 예시한 개략도.
도 2는 점진 성형 시 처짐 발생에 대한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 점진 성형 방법의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 4는 도 3의 점진 성형 방법의 공정도.
도 5는 본 발명에 따른 점진 성형 방법의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 6은 도 5의 점진 성형 방법의 공정도.
도 7은 도 5의 점진 성형단계에서 공구의 이동 경로를 나타낸 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 다른 실시예를 도시한 개략도.
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 3은 본 발명에 따른 점진 성형 방법의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 3을 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 방법은 한 쌍의 홀더(100)에 소재(10)의 양단부를 고정시킨 상태에서 소재(10)의 일면을 공구(210)로 점진 성형하는 제1 점진 성형단계(S100) 및 제1 점진 성형단계(S100) 후 한 쌍의 홀더(100)에 소재(10)가 고정된 상태에서 소재(10)의 타면을 공구(210)로 점진 성형하는 제2 점진 성형단계(S200)를 포함한다.

소재(10)는 금속 재질의 판재인 것을 일 예로 하고, 점진 성형의 소재(10)로 사용될 수 있는 공지의 다양한 성형 소재(10)로 다양하게 변형되어 실시될 수 있음을 밝혀둔다.

제1 점진 성형단계(S100)는 홀더(100)에 의해 양단부 측이 고정된 소재(10)의 일면에 공구(210)를 접촉시킨 상태에서 회전 또는 이동시켜 소재(10)와 공구(210)가 부분적으로 접촉하도록 하여 소재를 국부적으로 성형한다. 공구를 점진적으로 성형하고자 하는 소재(10)의 영역으로 진행시켜 소재(10)를 기설계된 형상으로 1차 성형한다.

제2 점진 성형단계(S200)는 홀더(100)에 의해 양단부가 고정된 소재(10)의 타면에 공구(210)를 접촉시킨 상태에서 회전 또는 이동시켜 소재(10)와 공구(210)가 부분적으로 접촉하도록 하여 제1 점진 성형단계(S100) 시 처짐이 발생된 부분에 대해 점진 성형을 통해 제품이 설계된 치수에 가까운 형상으로 가공한다.

제2 점진 성형단계(S200)는 제1 점진 성형단계(S100)가 이루어진 소재(10)의 타면 즉, 소재(10)의 성형이 이루어지지 않은 면을 공구(210)를 향해 위치시킨 후 점진 성형을 수행할 수 있다. 즉, 홀더(100) 회전으로 소재(10)를 뒤집어서 타면이 공구(210)와 접촉되도록 한다.

또는, 제2 점진 성형단계(S200)는 홀더(100)가 제1 점진 성형단계(S100)에서 성형된 소재(10)를 고정하고 있는 상태에서 소재(10)의 타면 즉, 소재(10)의 성형이 이루어지지 않은 면으로 공구(210)를 위치시켜 소재(10)의 타면을 성형할 수 있다.

즉, 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200) 사이에는 공구(210)를 소재(10)의 타면에 접촉되게 위치시키는 과정이 포함되어 제2 점진 성형단계(S200)를 통해 처짐이 발생된 부분을 점진 성형하도록 한다.

공구(210)를 소재(10)의 타면에 접촉되게 위치시키는 과정은 제1 점진 성형단계(S100)를 거친 소재(10)를 홀(100)를 이용하여 180°로 회전시켜 소재(10)의 타면을 공구(210)와 대응되게 위치시킬 수 있다. 또는 공구(210)를 180°로 회전시켜 제1 점진 성형단계(S100)를 거친 소재(10)의 타면에 위치시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 점진 성형 방법은 소재(10)의 일면을 제1 점진 성형단계(S100)로 제품의 기설정된 형상으로 점진 성형한 후 소재(10)의 타면을 제2 점진 성형단계(S200)로 점진 성형하되, 제1 점진 성형단계(S100) 시 처짐이 발생된 부분을 중점적으로 점진 성형하여 소재(10)가 기설계된 치수에 가까운 형상을 가질 수 있도록 성형할 수 있다.

도 4는 도 3의 점진 성형 방법의 공정도로서, 도 4를 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 방법의 다른 실시예는 해당 소재의 점진 성형에 맞는 공구를 선택하고 준비하는 공구선택단계(S400), 설계된 제품의 형상에 맞는 공구 경로를 생성하는 공구경로 생성단계(S500), 공구경로 생성단계(S500)에서 생성된 공구경로로 공구를 이동하면서 소재를 점진 성형하는 점진 성형단계(S600), 실제 성형된 제품과 설계된 제품의 치수를 비교하는 제품 비교단계(S700), 실제 성형된 제품과 설계된 제품의 치수가 기설정된 범위보다 벗어난 경우 처짐량을 확인하는 처짐량 확인단계(S800), 처짐량 확인단계로 확인된 처짐량을 제거할 수 있는 새로운 공구경로를 생성하는 공구경로 재생성단계(S900), 실제 성형된 제품과 설계된 제품의 치수가 기설정된 범위 이내인 경우 제품을 완성한 것으로 성형을 종료하는 제품완성단계(S1000)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 점진 성형 방법은 점진 성형단계(S600)를 반복하여 처짐이 발생된 부분을 보완하여 성형된 제품의 치수를 설계된 제품의 치수와 최대한 가깝게 일치시킬 수 있다.

본 발명에 따른 점진 성형 방법은 점진 성형단계(S600)를 반복할 때 소재의 일면과 타면을 각각 점진 성형하여 실제 성형된 제품과 설계된 제품의 치수가 기설정된 범위 이내로 일치시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 점진 성형 방법은 점진 성형단계(S600)를 반복할 때 소재의 일면과 타면을 각각 교대로 점진 성형하여 실제 성형된 제품과 설계된 제품의 치수가 기설정된 범위 이내로 일치시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 점진 성형 방법의 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 5를 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 방법은 각각 3D 스캐너(300)를 이용한 점진 성형단계를 포함한다.

3D 스캐너(300)를 이용한 점진 성형단계는 3D 스캐너(300)를 이용하여 점진 성형 시 처짐량을 확인하고 이를 이용하여 공구경로를 재설정할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 점진 성형 방법은 한 쌍의 홀더(100)에 소재(10)의 양단부를 고정시킨 상태에서 상기 소재의 일면에 공구를 접촉시킨 상태로 공구(210)를 기설정된 공구경로로 이동 또는 회전시켜 상기 소재를 점진 성형하되, 3D 스캐너(300)로 실제 성형되는 제품의 형상 데이터를 도출하고, 제품의 형상 데이터를 기설계된 제품의 형상과 비교하여 공구경로를 보정할 수 있다.

한편, 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200)는 3D 스캐너(300)로 공구(210)의 접촉에 의해 변형되는 소재(10)의 형상을 실시간으로 확인하면서 공구(210)의 이동경로를 변경하여 소재(10)를 점진 성형하여 기설계된 치수의 형상으로 정확하게 제품을 성형할 수 있도록 한다.

도 6은 도 5의 점진 성형 방법의 공정도로서, 도 6을 더 참고하면 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200)는 각각 3D 스캐너(300)를 이용한 점진 성형단계를 포함한다. 3D 스캐너(300)를 이용한 점진 성형단계는 해당 소재(10)의 점진 성형에 맞는 공구(210)를 선택하고 준비하는 과정(S310), 설계된 제품의 형상에 맞는 공구 경로를 생성하는 과정(S320), 3D 스캐너(300)로 성형 중인 소재(10)를 인식하면서 점진 성형하는 과정(S330), 실제 3D 스캐너(300)로 인식한 실제 성형된 제품 형상과 예상 제품 형상과 비교하는 과정(S340), 실제 성형된 제품이 예상 제품 형상과 다르면 공구 경로를 보정하여 다시 점진 성형하는 과정(S360), 실제 3D 스캐너(300)로 인식한 실제 성형된 제품 형상과 예상 제품 형상이 일치되는 경우 공구(210)의 작동을 중단하는 과정(S350)을 포함할 수 있다.

도 7은 도 5의 점진 성형단계에서 공구의 이동 경로를 나타낸 개략도로서, 최초의 공구 경로, 실제 형상, 새로운 공구 경로의 비교이다.

f(x)는 최초의 공구 경로로 실선으로 표현하였다. f(x)는 높이(H)와 길이(L)의 함수로 표현 가능하다.

점진 성형 시 제작하고자 하는 제품이 공구 경로와 일치해야 하지만, 위에서 언급했듯이 처짐이 발생하여 공구 경로와 일치하지 않는다.

처짐이 발생하는, 즉 성형 후 실제 형상을 g(x)로 나타낼 수 있고 이점쇄선으로 표현하였다.

g(x)는 높이(H), 길이(L), 처짐(δ)의 함수로 표현가능하다.

g(x)를 보정하기 위해 f(x)와 일치하는 새로운 공구 경로를 h(x)를 3D 스캐너(300)를 이용하여 생성한다. h(x)는 일점쇄선으로 표현하였다.

즉, 도 7을 참고하면 최초의 공구 경로 f(x) = f(L, H)로 정의되고, 실선으로 표시되었고, 성형 후 실제형상 g(x) = f(L+δ, H+ δ)로 정의되고 일점쇄선으로 표시되었고, 새로운 공구 경로 h(x) ≒ f(L, H)로 정의되고 이점쇄선으로 표시되었다.

즉, 공구 경로를 보정하여 다시 점진 성형하는 과정(S360)은 최초의 공구 경로 f(x)와 3D 스캐너(300)로 인식된 실제 제품의 g(x)를 비교하는 과정(S361), 새로운 공구 경로 h(x)를 생성하는 과정(S362)을 포함할 수 있다.

금형을 사용하지 않는 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200)에서 새로운 공구 경로를 생성하기 위해서는 처짐량을 계산하고 실제 가공된 제품의 형상을 정확하게 확인해야 한다.

이에 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200)는 3D 스캐너(300)를 이용하여 실제 점진 성형된 제품의 형상을 인식하여 실제 가공된 제품의 형상을 정확하게 확인하고 처짐량에 대한 정확한 데이터를 확보할 수 있다.

이로써 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200)는 3D 스캐너(300)를 이용하여 소재(10)를 기설계된 치수로 더 정확하게 성형하여 기설계된 제품을 정확하게 성형할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 점진 성형 방법은 제1 점진 성형단계(S100)와 제2 점진 성형단계(S200)에서 소재(10)를 가열하면서 점진 성형을 진행할 수 있다.

소재(10)에 열을 가해 소재(10)의 온도를 상승시키면 소재(10)의 변형률이 증가하여 처짐을 개선하고 전체적으로 소재(10)의 성형성을 향상시킬 수 있다.

이에 3D 스캐너(300)를 이용함과 아울러 소재 가열부(500)로 소재(10)를 가열하면서 소재(10)의 온도를 기설정된 온도로 제어하면서 성형성을 높여 점진 성형 시 작업 효율을 향상시키면서 기설계된 치수에 가까운 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 9는 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.

도 8및 도 9를 참고하면 본 발명에 따른 본 발명에 따른 점진 성형 장치는 소재(10)의 양단부가 고정되는 한 쌍의 홀더(100), 공구로 소재(10)의 일면을 점진 성형하고, 소재(10)의 타면을 공구(210)로 점진 성형하는 점진 성형기(200)를 포함한다.

점진 성형기(200)는 소재(10)의 양면에서 각각 공구(210)로 소재(10)를 기설계된 제품의 형상으로 점진 성형할 수 있다.

홀더(100)는 상부에 소재(10)가 올려지는 받침 홀더부재(110), 받침 홀더부재(110)의 상부에 위치되어 받침 홀더부재(110) 상에 올려진 소재(10)의 일면을 가압하여 고정시키는 가압 홀더부재(120)를 포함한다.

소재(10)는 일단부 측이 받침 홀더부재(110) 상에 올려진 후 가압 홀더부재(120)에 의해 가압되어 위치가 고정된다.

홀더(100)는 가압 홀더부재(120)를 관통하여 받침 홀더부재(110)에 체결되는 볼트부재(130)를 더 포함할 수 있다.

볼트부재(130)는 가압 홀더부재(120)를 관통하여 받침 홀더부재(110)에 체결됨으로써 가압 홀더부재(120)로 소재(10)의 일면을 가압하여 소재(10)를 고정시킬 수 있도록 한다.

소재(10)는 받침 홀더부재(110)와 가압 홀더부재(120)의 사이에 위치되어 볼트부재(130)의 체결력으로 위치가 고정된다.

도 8을 참고하면 점진 성형기(200)는 6축 로봇암(220)인 것을 일 예로 하고, 6축 방향의 운동이 가능한 로봇 암(220)을 이용하여 소재(10)를 뒤집지 않고 공구(210)를 소재(10)의 일면과 타면에 각각 접촉시켜 소재(10)의 일면과 소재(10)의 타면을 각각 점진 성형할 수 있다.

또한, 점진 성형기(200)는 로봇암(220)을 180°로 회전시켜 공구(210)를 소재(10)의 타면으로 위치시킬 수 있는 로봇 암 회전부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

즉, 로봇암(220)으로 공구(210)를 소재(10)의 일면에 접촉시켜 재료를 국부적으로 성형하면서, 이를 점진적으로 성형하고자 하는 소재(10)의 영역으로 진행시켜 소재(10)를 기설계된 형상으로 제1 점진 성형단계(S100)를 수행한다.

그리고, 로봇암(220)으로 공구(210)를 이동시켜 소재(10)의 타면에 접촉시켜 제1 점진 성형단계(S100) 시 처짐이 발생된 부분에 대해 제2 점진 성형단계(S200)를 통해 제품이 설계된 치수에 가까운 형상으로 성형한다.

또한, 도 9를 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 장치는 홀더(100)를 회전 가능하게 지지하는 홀더 지지부재(140), 홀더 지지부재(140)에 회전 가능하게 위치된 홀더(100)를 회전시켜 소재(10)를 뒤집을 수 있는 회전모터(150)를 더 포함할 수 있다.

회전모터(150)는 홀더(100)를 회전시켜 소재(10)를 뒤집어 소재(10)의 일면과 타면을 각각 선택적으로 점진 성형기(200)의 공구(210)를 향하도록 위치시킬 수 있다.

즉, 공구(210)를 소재(10)의 일면에 접촉시켜 재료를 국부적으로 성형하면서, 이를 점진적으로 성형하고자 하는 소재(10)의 영역으로 진행시켜 소재(10)를 기설계된 형상으로 제1 점진 성형단계(S100)를 수행한다.

그리고, 회전모터(150)로 홀더(100)를 회전시켜 소재(10)를 뒤집어 공구(210)를 소재(10)의 타면에 접촉시켜 제1 점진 성형단계(S100) 시 처짐이 발생된 부분에 대해 제2 점진 성형단계(S200)를 통해 제품이 설계된 치수에 가까운 형상에 맞는 제품을 성형한다.

또한, 도 10은 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 10을 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 장치는 소재(10)의 변형률을 측정하여 소재(10)의 파단을 예측하는 변형률 측정기(400)를 더 포함할 수 있다.

즉, 소재(10)의 양면을 각각 점진 성형하기 위해서는 적절한 이송 속도와 공구(210) 각속도가 필요하다.

변형률 측정기(400)는 소재(10)의 변형률을 측정하여 소재(10)의 파단을 예측하여 소재(10)의 파단이 발생되지 않도록 공구(210)의 적절한 이동속도와 가속도를 도출할 수 있도록 하고, 점진 성형기(200)는 변형률 측정기(400)를 통해 도출된 공구(210)의 이동속도와 가속도로 소재(10)에 공구(210)를 이동시키면서 점진 성형하여 소재(10)의 일면과 타면에 각각 점진 성형 중 소재(10)의 파단이 발생되지 않도록 한다.

또한, 도 11은 본 발명에 따른 점진 성형 장치의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이고, 도 11을 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 장치는 소재(10)를 가열하는 소재 가열부(500), 소재(10)의 온도를 측정하는 온도 센서부(600), 온도 센서부(600)로부터 소재(10)의 온도 정보를 전달받아 소재 가열부(500)의 작동을 제어하는 가열 제어부(700)를 더 포함할 수 있다.

온도 센서부(600)는 비접촉식 온도센서인 것을 일 예로 하고, 레이저 또는 적외선 등을 이용하는 공지의 비접촉식 온도센서를 이용하여 다양하게 변형하여 실시할 수 있음을 밝혀둔다.

즉, 소재(10)에 열을 가해 소재(10)의 온도를 상승시키면 소재(10)의 변형률이 증가하여 처짐을 개선하고 전체적으로 소재(10)의 성형성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 점진 성형 장치는 온도 센서부(600)로 소재(10)의 온도를 실시간으로 측정하면서 가열 제어부(700)로 소재 가열부(500)의 작동을 제어하면서 소재(10)를 적절한 온도로 가열하여 성형성을 향상시켜 소재(10)의 점진 성형 시 소요시간을 단축시키고, 점진 성형의 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 12를 참고하면 본 발명에 따른 점진 성형 장치는 점진 성형되는 소재(10)의 형상을 확인할 수 있는 3D 스캐너(300)를 더 포함할 수 있다.

3D 스캐너(300)는 점진 성형기(200)의 작동을 제어하는 제어부와 연결되어 제어부로 점진 성형되는 소재(10)의 형상을 인식하여 전달함으로써 실제 가공된 제품의 형상을 정확하게 확인하고 점진 성형 시 발생되는 처짐량에 대한 정확한 데이터를 확보할 수 있다. 또는 공구(10)의 이동 경로를 보정할 수도 있다.

이로써 제어부는 점진 성형 시 발생되는 처짐량에 대한 정확한 데이터를 통해 공구(210)의 이동 경로를 보정하여 소재(10)를 기설계된 치수로 더 정확하게 성형하여 기설계된 제품을 정확하게 성형할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 소재(10)의 양면을 각각 가공하여 금형 없이 설계된 치수에 가까운 형상에 맞는 제품을 성형할 수 있어 제조원가를 절감함과 아울러 제품의 품질을 향상시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 3D 스캐너(300)를 사용해서 기설계된 형상에 가까운 제품을 성형하여 제품의 품질을 더 향상시키고, 제품의 품질관리가 균일하고 용이한 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공구(210)를 회전시키거나 소재(10)를 회전시켜 소재(10)의 양면을 각각 용이하게 점진 가공할 수 있어 점진 가공 시 편의성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공구(210) 만을 이용하여 소재(10)의 일면과 타면을 성형하므로 소재(10)를 지지하기 위한 금형 제작이 필요하지 않으므로 제품 성형에 따른 비용을 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 홀더 110: 받침 홀더부재
120: 가압 홀더부재 130: 볼트부재
140: 홀더 지지부재 150: 회전모터
200: 점진 성형기 210: 공구
220: 로봇암 300: 3D 스캐너
400: 변형률 측정기 500: 소재 가열부
600: 온도 센서부 700: 가열 제어부

Claims (5)

1. 점진 성형에 맞는 공구를 선택하고 준비하는 공구선택단계(S400);
   기설계된 제품의 형상에 맞는 공구 경로를 생성하는 공구경로 생성단계(S500);
   공구경로 생성단계(S500)에서 생성된 공구경로로 공구를 이동하면서 소재를 점진 성형하는 점진 성형단계(S600);
   실제 성형된 제품과 기설계된 제품의 치수를 비교하는 제품 비교단계(S700);
   실제 성형된 제품과 기설계된 제품의 치수가 기설정된 범위보다 벗어난 경우 처짐량을 확인하는 처짐량 확인단계(S800);
   처짐량 확인단계로 확인된 처짐량을 제거할 수 있는 새로운 공구경로를 생성하는 공구경로 재생성단계(S900); 및
   실제 성형된 제품과 기설계된 제품의 치수가 기설정된 범위 이내인 경우 제품을 완성한 것으로 성형을 종료하는 제품완성단계(S1000);
   를 포함하며,
   상기 공구선택단계(S400) 전에 한 쌍의 홀더(100)에 소재(10)의 양단부를 고정시키고, 상기 점진 성형단계(S600)에서 상기 소재(10)의 일면에 공구를 접촉시킨 상태로 공구를 기설정된 공구경로로 이동 또는 회전시켜 상기 소재를 점진 성형하되, 3D 스캐너(300)를 이용한 점진 성형단계에서 제품의 형상 데이터를 도출하고, 제품의 형상 데이터를 기설계된 제품의 형상과 비교하여 처짐량을 확인하여 처짐량 발생 시 공구 경로를 보정한 후 다시 점진 성형하는
   점진 성형 방법.
2. 제1항에서,
   3D 스캐너(300)를 이용한 점진 성형단계는,
   해당 소재(10)의 점진 성형에 맞는 공구(210)를 선택하고 준비하는 과정(S310);
   기설계된 제품의 형상에 맞는 공구 경로를 생성하는 과정(S320);
   3D 스캐너(300)로 성형 중인 소재(10)를 인식하면서 점진 성형하는 과정(S330);
   실제 3D 스캐너(300)로 인식한 실제 성형된 제품 형상과 예상 제품 형상과 비교하는 과정(S340);
   실제 성형된 제품이 예상 제품 형상과 다르면 공구 경로를 보정하여 다시 점진 성형하는 과정(S360); 및
   3D 스캐너(300)로 인식한 실제 성형된 제품 형상과 예상 제품 형상이 일치되는 경우 공구(210)의 작동을 중단하는 과정(S350);
   을 포함하는
   점진 성형 방법.
3. 제2항에서,
   상기 공구 경로를 보정하여 다시 점진 성형하는 과정(S360)은,
   최초의 공구 경로 f(x)와 3D 스캐너(300)로 인식된 실제 제품의 g(x)를 비교하는 과정(S361); 그리고
   새로운 공구 경로 h(x)를 생성하는 과정(S362);
   을 포함하며,
   상기 f(x)는 높이(H)와 길이(L)의 함수로 표현하여 f(x) = f(L, H)로 정의되고,
   상기 g(x)는 높이(H), 길이(L), 처짐(δ)의 함수로 표현하여 g(x) = f(L+δ, H+ δ)로 정의되며,
   상기 h(x)는 h(x) ≒ f(L, H)로 정의되고
   상기 g(x)를 보정하기 위해 f(x)와 일치하는 새로운 공구 경로 h(x)를 3D 스캐너(300)를 이용하여 생성하는
   점진 성형 방법.
4. 소재의 양단부가 고정되는 한 쌍의 홀더;
   상기 홀더를 회전 가능하게 지지하는 홀더 지지부재;
   상기 홀더 지지부재에 회전 가능하게 위치된 상기 홀더를 회전시켜 상기 소재를 뒤집을 수 있는 회전모터;
   공구로 상기 소재의 일면을 점진 성형하고, 상기 소재 또는 상기 공구의 위치를 변경하여 상기 소재의 타면을 상기 공구로 점진 성형하는 점진 성형기;
   점진 성형되는 상기 소재의 형상을 확인할 수 있는 3D 스캐너;
   상기 소재를 가열하는 소재 가열부;
   상기 소재의 온도를 측정하는 온도 센서부;
   상기 온도 센서부로부터 상기 소재의 온도 정보를 전달받아 상기 소재 가열부의 작동을 제어하는 가열 제어부; 및
   상기 소재의 변형률을 측정하여 소재의 파단을 예측하는 변형률 측정기;
   를 포함하며,
   상기 홀더는
   상부에 소재가 올려지는 받침 홀더부재;
   상기 받침 홀더부재의 상부에 위치되어 상기 받침 홀더부재에 올려진 상기 소재의 일면을 가압하여 고정시키는 가압 홀더부재; 및
   상기 가압 홀더부재, 상기 소재를 관통하여 상기 받침 홀더부재에 체결되는 볼트부재;
   를 포함하며,
   상기 볼트부재는 상기 가압 홀더부재를 관통하여 상기 받침 홀더부재에 체결되어 상기 가압 홀더부재로 상기 소재의 일면을 가압하여 상기 소재를 고정시키고,
   상기 3D 스캐너를 이용한 점진 성형 제품의 형상 데이터를 도출하며, 제품의 형상 데이터를 기설계된 제품의 형상과 비교하여 처짐량을 확인하고, 확인된 처짐량을 제거할 수 있는 새로운 공구경로를 보정하여 다시 점진 성형하는
   점진 성형 장치.
5. 제4항에서,
   상기 점진 성형기는,
   6축 방향의 운동이 가능한 로봇암; 그리고
   상기 로봇암을 180°로 회전시켜 공구를 상기 소재의 타면으로 위치시킬 수 있는 로봇암 회전부;
   를 포함하며,
   상기 로봇암으로 공구를 상기 소재의 일면에 접촉시켜 재료를 국부적으로 성형하면서, 점진적으로 성형하고자 하는 소재의 영역으로 진행시켜 소재를 기설계된 형상으로 제1 점진 성형단계를 수행하고, 상기 로봇암으로 공구를 이동시켜 상기 소재의 타면에 접촉시켜 상기 제1 점진 성형단계 시 처짐이 발생된 부분에 대해 제2 점진 성형단계를 통해 제품이 기설계된 치수에 가까운 형상으로 성형하는
   점진 성형 장치.

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