KR102665037B1

KR102665037B1 - 선체 곡 외판 성형시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102665037B1
Application number: KR1020200143562A
Authority: KR
Inventors: 이동기; 진형국; 강성필; 신상범; 김형우
Original assignee: 에이치디한국조선해양 주식회사; 에이치디현대중공업 주식회사; 에이치디현대삼호 주식회사
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2024-05-16
Also published as: KR20220058141A

Abstract

본 발명은 선체 곡 외판 성형시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 곡면에 대한 기하학적 분석과 금속의 열변형 예측 기법에 근거하여 판재의 열가공 정보를 정량적으로 도출, 고주파 유도 가열 장치가 부착된 기계 장치를 제어하여 가열 동작을 정교하고 일정하게 구현함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 성형 정도를 만족하는 작업이 가능하게끔 지원할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 작업자 개입없이, 작업이 가능한 모서리 및 내부 계측, 가열 작업을 연속으로 수행함으로써, 비근무시간(점심시간, 휴식시간, 퇴근 후 등) 가동률을 극대화할 수 있도록 지원할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 곡 단면 프레임(Frame) 각각에 대하여 계측곡과 설계곡간 접촉 상태를 고려할 수 있도록 세부 변환을 수행하는 기능을 추가함으로써, 고정도 성형 품질을 확보할 수 있도록 지원할 수 있다.
나아가, 본 발명에서는 실제 가열 작업의 특성과 고체역학적 고찰을 근거로, 삼각 가열 형상의 꼭짓점 가열 한계 위치를 선정함으로써, 볼록한 국부 변형 모드가 발생하지 않도록 지원할 수 있다.

Description

선체 곡 외판 성형시스템 및 방법{A system and method that forms the curved shell of the hull}

본 발명은 선체의 곡 외판을 성형하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 곡면에 대한 기하학적 분석과 금속의 열변형 예측 기법에 근거하여 판재의 열가공 정보를 정량적으로 도출, 고주파 유도 가열 장치가 부착된 기계 장치를 제어하여 가열 동작을 정교하고 일정하게 구현함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 성형 정도를 만족하는 작업이 가능하게끔 지원할 수 있거나, 또한, 작업자 개입없이, 작업이 가능한 모서리 및 내부 계측, 가열 작업을 연속으로 수행함으로써, 비근무시간(점심시간, 휴식시간, 퇴근 후 등) 가동률을 극대화할 수 있도록 지원할 수 있거나, 또한, 곡 단면 프레임(Frame) 각각에 대하여 계측곡과 설계곡간 접촉 상태를 고려할 수 있도록 세부 변환을 수행하는 기능을 추가함으로써, 고정도 성형 품질을 확보할 수 있도록 지원할 수 있거나, 나아가, 실제 가열 작업의 특성과 고체역학적 고찰을 근거로, 삼각 가열 형상의 꼭짓점 가열 한계 위치를 선정함으로써, 볼록한 국부 변형 모드가 발생하지 않도록 지원할 수 있는 선체 곡 외판 성형시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근, 선박 제조에 대한 수요가 급증하면서, 선체 곡 외판의 성형을 지원해 줄 수 있는 다양한 기술들이 폭 넓게 개발/보급되고 있다.

예를 들어, 대한민국등록특허 제10-1650590호(명칭: 곡 주판의 전개 형상 예측 방법)(2016.08.24.자 공고), 대한민국등록특허 제10-1570296호(명칭: 곡판 성형용 가열장치)(2015.11.19.자 공고), 대한민국공개특허 제10-2008-105522호(명칭: 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법)(2008.12.04.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2008-100902호(명칭: 삼각가열 가열 패턴 및 경로 생성 시스템 및 그 방법)(2008.11.21.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2012-56567호(명칭: 삼각가열 가열 형상 및 위치 결정시스템 및 그 방법)(2012.06.04.자 공개) 등에는 종래의 선체 곡 외판 성형 관련 기술들의 일례가 좀더 상세하게 개시되어 있다.

한편, 이러한 종래의 체제 하에서, 기존의 선체 곡외판 성형 작업은 1차적으로 프래스(Press) 냉간 가공된 부재를 작업자가 수작업으로 가스 토치를 이용하여 가열 작업을 한 후 최종 설계 형상을 완성한다.

이때, 목적 형상을 얻기 위한 열변형량의 예측과 가열 위치 등의 가열 정보는 온전히 작업자 개인의 경험에 근거한다. 작업자는 먼저 성형 대상 부재에 목적 형상을 가지는 목형(template)을 배치한 후, 그 편차를 육안으로 확인하고 개인의 판단에 의하여 부재에 가열선 marking 및 가열을 수행한다.

그러나, 이 방법은 개인의 숙련도와 노하우에 근거하므로 경향성을 정의하기가 어렵고, 따라서 기술의 표준화가 불가능하다. 또한 숙련자 노령화에 따른 신규 작업자 기술 전수에 많은 시간 소요가 발생, 생산성 저하로 이어지는 문제점이 존재한다.

특히, 종래의 자동 선체 곡 외판 가열시스템은 1개 부재에 대하여 1회 계측 후 1회 가열에 그 기능이 한정되어 있었다.

이는, 계측 작업을 반드시 선수행해야 파악 가능한 계측 곡면으로부터 가열 정보를 산출 가능하고, 계측 작업은 사람이 필수적으로 개입하여 최소한의 부재 파악 작업(꼭지점 계측)을 수행해야 하기 때문이다.

한편, 종래의 체제 하에서, 곡외판 성형 가열시스템을 통한 횡곡 성형은 롤링 프레스로 1차 가공한 부재의 밴딩 라인(bending line)에 나란한 직선 형태로 가열 작업을 하는 것이다.

이때, 가열선의 위치와 가열 속도 등의 가열 정보는 대상 부재의 프레스 성형 후 계측 곡면과 설계 곡면 간 편차가 최소가 되도록 정합한 상태의 설계 곡면과 계측 곡면의 곡 단면(Frame)을 비교하여 결정한다.

여기서, 곡면 간 정합은 설계 곡면 전체를 회전 또는 병진 이동하는 선형 좌표변환을 수행하는데, 이 방법은 곡면을 구성하는 모든 포인트(Point)에 대하여 동일한 변환 연산을 수행하므로, 실제 곡면과의 국부적인 접촉 상태를 고려할 수는 없다.

다른 한편, 종래의 체제 하에서, 부재의 종곡 성형은 부재 가장자리를 따라서 삼각형 형상의 가열을 수행하여 아래로 처지는 오목한 바가지 형태의 곡면을 형성하는 작업이다. 이는 각 삼각형 영역의 열수축으로 인한 부분적인 변형이 중첩되는 것으로 삼각가열 각각에 의한 국부 변형은 반드시 아래로 처지는 오목한 변형 모드를 가져야 한다.

통상, 삼각형의 가열 형상에 따라 국부 변형은 오목 또는 볼록 변형 모드를 가진다. 그러나, 기존 곡외판 가열시스템에서는 국부 변형 모드를 판별할 수 있는 기능이 없었다.

대한민국등록특허 제10-1650590호(명칭: 곡 주판의 전개 형상 예측 방법)(2016.08.24.자 공고) 대한민국등록특허 제10-1570296호(명칭: 곡판 성형용 가열장치)(2015.11.19.자 공고) 대한민국공개특허 제10-2008-105522호(명칭: 선체 외판 곡면 가공 시스템 및 그 방법)(2008.12.04.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2008-100902호(명칭: 삼각가열 가열 패턴 및 경로 생성 시스템 및 그 방법)(2008.11.21.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2012-56567호(명칭: 삼각가열 가열 형상 및 위치 결정시스템 및 그 방법)(2012.06.04.자 공개)

따라서, 본 발명의 목적은 곡면에 대한 기하학적 분석과 금속의 열변형 예측 기법에 근거하여 판재의 열가공 정보를 정량적으로 도출, 고주파 유도 가열 장치가 부착된 기계 장치를 제어하여 가열 동작을 정교하고 일정하게 구현함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 성형 정도를 만족하는 작업이 가능하게끔 지원할 수 있는 시스템 또는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 작업자 개입없이, 작업이 가능한 모서리 및 내부 계측, 가열 작업을 연속으로 수행함으로써, 비근무시간(점심시간, 휴식시간, 퇴근 후 등) 가동률을 극대화할 수 있도록 지원할 수 있는 시스템 또는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 곡 단면 프레임(Frame) 각각에 대하여 계측곡과 설계곡간 접촉 상태를 고려할 수 있도록 세부 변환을 수행하는 기능을 추가함으로써, 고정도 성형 품질을 확보할 수 있도록 지원할 수 있는 시스템 또는 방법을 제공하는데 있다.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 실제 가열 작업의 특성과 고체역학적 고찰을 근거로, 삼각 가열 형상의 꼭짓점 가열 한계 위치를 선정함으로써, 볼록한 국부 변형 모드가 발생하지 않도록 지원할 수 있는 시스템 또는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 제어 컴퓨터에 설치되며, 설계 곡면을 격자 영역으로 분할하여, 설계 곡면의격자점 좌표들을 산출함과 아울러, 각 격자점에서의 X,Y,Z 방향으로의 변위장을 계산하여, 설계 곡면의 격자점 좌표들에 상응하는 계측 곡면의 격자점 좌표들을 산출하는 곡면 전개 수단과; 제어 컴퓨터에 설치되며, 계측 곡면의 격자를 구성하는 각 격자 선분의 X방향 수축량을 수학식[선분 중앙점에서의 X방향 변형률×각 선분 길이]를 통해 산출하는 수축량 산출 수단과; 제어 컴퓨터에 설치되며, 계측 곡면 측 격자 선분의 수축량으로부터 삼각가열영역의 꼭지점, 중앙점 및 가열폭을 결정하는 삼각가열선 정보 생성 수단과; 제어 컴퓨터에 설치되며, 삼각가열선 측 꼭지점을 지나는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 형성되는 분할 교선에 대한 가열 한계 방정식을 구성한 후, 삼각가열선 측 꼭지점의 Y좌표를 가열 한계 방정식과 비교하여, 해당 삼각가열선 측 꼭지점의 가열 한계 조건 만족여부를 판단함과 아울러, 판단결과에 따라, 꼭지점의 Y좌표를 교체하는 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단과; 제어 컴퓨터와 통신하며, 제어 컴퓨터 측으로부터 가열 작업 파일이 전송되면, 부재를 대상으로 하여 삼각가열을 시행하는 삼각가열 기계장치를 포함하며, 상기 감각가열선 정보 생성 수단 측에서는, 격자 선분의 수축량을, y 방향에 대해 스플라인(Spline) 곡선 보간하여, 함수 dxi(y)를 정의한 후, 미리 설정되어 있던 최소 수축량(dmin)과 함수 dxi(y)가 일치하는 지점의 좌표를 삼각가열영역의 꼭지점(Pmin)으로 결정함과 아울러, 결정된 꼭지점(Pmin)에서 가장 가까운 i 번째 격자 배열의 끝단 선분의 중앙점을 삼각가열영역의 중앙점(Pend)으로 결정하고, 미리 설정되어 있던 가열 영역 폭 결정 함수(G(dend))로부터, 결정된 중앙점(Pend)의 수축량(dend)에 대응하는 가열 영역 폭을 계산함으로써, 계산된 가열 영역 폭을 삼각가열영역의 가열폭(Wh)으로 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단 측에서는, 교선 지오메트리(geometry) C에 대하여(이 경우, 교선 지오메트리 C는, 꼭지점(Pmin)이 배열되어 있을 때, 각 꼭지점에 대하여, 해당 꼭지점을 지나면서 Y 축에 평행하고, Z 축을 포함하는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 분할되는 곡단면의 교선 지오메트리를 의미 함), 'HL_1(Y_HL)=0' 또는 'HL_2(Y_HL)=0' 형태의 가열 한계 방정식(HL_1 또는 HL_2)을 구성한 후, 해당 가열 한계 방정식을 만족하는 Y_HL 값을 구함으로써(여기서, Y_HL은 가열 한계 위치 P_HL의 Y좌표이며, 교선 지오메트리 C 상에 존재하는 포인트이다), 반드시 아래로 오목한 변형(-Z방향으로 곡면 형성)을 유발하는 삼각가열선의 꼭지점(Pmin)의 Y좌표인 Ymin의 한계 위치를 파악하고, '꼭지점(Pmin)의 Y좌표(Ymin)'와 '가열 한계 위치(P_HL)의 Y좌표(Y_HL)'를 비교하여, 꼭지점(Pmin)의 위치가, '아래로 오목한 거동'을 유발하는 한계 위치에 해당하는 경우, 꼭지점(Pmin)을 가열 한계 위치(P_HL)로 교체하는 것을 특징으로 하는 선체 곡 외판 성형시스템을 개시한다.
본 발명의 다른 측면에서는 제어 컴퓨터에 설치된 곡면 전개 수단에 의해 진행되며, 설계 곡면을 격자 영역으로 분할하여, 설계 곡면의격자점 좌표들을 산출함과 아울러, 각 격자점에서의 X,Y,Z 방향으로의 변위장을 계산하여, 설계 곡면의 격자점 좌표들에 상응하는 계측 곡면의 격자점 좌표들을 산출하는 단계와; 제어 컴퓨터에 설치된 수축량 산출 수단에 의해 진행되며, 계측 곡면의 격자를 구성하는 각 격자 선분의 X방향 수축량을 수학식[선분 중앙점에서의 X방향 변형률×각 선분 길이]를 통해 산출하는 단계와; 제어 컴퓨터에 설치된 삼각가열선 정보 생성 수단에 의해 진행되며, 계측 곡면 측 격자 선분의 수축량으로부터 삼각가열영역의 꼭지점, 중앙점 및 가열폭을 결정하는 단계와; 제어 컴퓨터에 설치된 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단에 의해 진행되며, 삼각가열선 측 꼭지점을 지나는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 형성되는 분할 교선에 대한 가열 한계 방정식을 구성한 후, 삼각가열선 측 꼭지점의 Y좌표를 가열 한계 방정식과 비교하여, 해당 삼각가열선 측 꼭지점의 가열 한계 조건 만족여부를 판단함과 아울러, 판단결과에 따라, 꼭지점의 Y좌표를 교체하는 단계와; 제어 컴퓨터와 통신하는 삼각가열 기계장치에 의해 진행되며, 제어 컴퓨터 측으로부터 가열 작업 파일이 전송되면, 부재를 대상으로 하여 삼각가열을 시행하는 단계를 포함하며, 상기 감각가열선 정보 생성 수단 측에서는, 격자 선분의 수축량을, y 방향에 대해 스플라인(Spline) 곡선 보간하여, 함수 dxi(y)를 정의한 후, 미리 설정되어 있던 최소 수축량(dmin)과 함수 dxi(y)가 일치하는 지점의 좌표를 삼각가열영역의 꼭지점(Pmin)으로 결정함과 아울러, 결정된 꼭지점(Pmin)에서 가장 가까운 i 번째 격자 배열의 끝단 선분의 중앙점을 삼각가열영역의 중앙점(Pend)으로 결정하고, 미리 설정되어 있던 가열 영역 폭 결정 함수(G(dend))로부터, 결정된 중앙점(Pend)의 수축량(dend)에 대응하는 가열 영역 폭을 계산함으로써, 계산된 가열 영역 폭을 삼각가열영역의 가열폭(Wh)으로 결정하는 것을 특징으로 하고, 상기 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단 측에서는, 교선 지오메트리(geometry) C에 대하여(이 경우, 교선 지오메트리 C는, 꼭지점(Pmin)이 배열되어 있을 때, 각 꼭지점에 대하여, 해당 꼭지점을 지나면서 Y 축에 평행하고, Z 축을 포함하는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 분할되는 곡단면의 교선 지오메트리를 의미 함), 'HL_1(Y_HL)=0' 또는 'HL_2(Y_HL)=0' 형태의 가열 한계 방정식(HL_1 또는 HL_2)을 구성한 후, 해당 가열 한계 방정식을 만족하는 Y_HL 값을 구함으로써(여기서, Y_HL은 가열 한계 위치 P_HL의 Y좌표이며, 교선 지오메트리 C 상에 존재하는 포인트이다), 반드시 아래로 오목한 변형(-Z방향으로 곡면 형성)을 유발하는 삼각가열선의 꼭지점(Pmin)의 Y좌표인 Ymin의 한계 위치를 파악하고, '꼭지점(Pmin)의 Y좌표(Ymin)'와 '가열 한계 위치(P_HL)의 Y좌표(Y_HL)'를 비교하여, 꼭지점(Pmin)의 위치가, '아래로 오목한 거동'을 유발하는 한계 위치에 해당하는 경우, 꼭지점(Pmin)을 가열 한계 위치(P_HL)로 교체하는 것을 특징으로 하는 선체 곡 외판 성형방법을 개시한다.

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본 발명에서는 곡면에 대한 기하학적 분석과 금속의 열변형 예측 기법에 근거하여 판재의 열가공 정보를 정량적으로 도출, 고주파 유도 가열 장치가 부착된 기계 장치를 제어하여 가열 동작을 정교하고 일정하게 구현함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 성형 정도를 만족하는 작업이 가능하게끔 지원할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 작업자 개입없이, 작업이 가능한 모서리 및 내부 계측, 가열 작업을 연속으로 수행함으로써, 비근무시간(점심시간, 휴식시간, 퇴근 후 등) 가동률을 극대화할 수 있도록 지원할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 곡 단면 프레임(Frame) 각각에 대하여 계측곡과 설계곡간 접촉 상태를 고려할 수 있도록 세부 변환을 수행하는 기능을 추가함으로써, 고정도 성형 품질을 확보할 수 있도록 지원할 수 있다.

나아가, 본 발명에서는 실제 가열 작업의 특성과 고체역학적 고찰을 근거로, 삼각 가열 형상의 꼭짓점 가열 한계 위치를 선정함으로써, 볼록한 국부 변형 모드가 발생하지 않도록 지원할 수 있다.

도 1, 도 43, 도 62 및 도 86은 본 발명의 각 실시에 따른 선체 곡 외판 성형방법을 순차적으로 도시한 순서도.
도 2 내지 도 42는 본 발명의 1 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템의 기능수행절차를 개념적으로 도시한 예시도.
도 44 내지 도 61은 본 발명의 2 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템의 기능수행절차를 개념적으로 도시한 예시도.
도 63 내지 도 85는 본 발명의 3 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템의 기능수행절차를 개념적으로 도시한 예시도.
도 87 내지 도 101은 본 발명의 4 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템의 기능수행절차를 개념적으로 도시한 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 선체 곡 외판 성형시스템 및 방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템, 예를 들어, 부재 초기 형상을 고려한 선체 곡 외판 성형시스템은 도 1에 도시된 각 절차(S10~S17)를 진행하는 각각의 수단, 즉, 부재의 초기 형상을 계측하는 수단, 곡면 정합 및 가열 한계 조건을 설정하는 수단, 선상가열선 생성 및 가열(횡곡)하는 수단, 횡곡 허용 오차의 만족 여부를 판단하는 수단, 부재 형상의 재 계측 및 곡면 정합을 실시하는 수단, 삼각가열선 생성 및 가열(종곡)하는 수단, 종곡 허용 오차의 만족 여부를 판단하는 수단 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.

이러한 각 수단은 도 1에 도시된 바와 같은 각 절차(S10~S17), 즉, 부재의 초기 형상을 계측하는 절차, 곡면 정합 및 가열 한계 조건을 설정하는 절차, 선상가열선 생성 및 가열(횡곡)하는 절차, 횡곡 허용 오차의 만족 여부를 판단하는 절차, 부재 형상의 재 계측 및 곡면 정합을 실시하는 절차, 삼각가열선 생성 및 가열(종곡)하는 절차, 종곡 허용 오차의 만족 여부를 판단하는 절차, 성형작업을 완료하는 절차 등을 진행하게 된다.

우선, 도 1에 도시된, 부재 초기 형상 계측 절차(S1)를 살펴본다.

부재의 계측은 도 2에 도시된 바와 같이, 갠트리(11)의 하부 브라켓(12)에 부착된 10개의 레이저 변위 센서(13)를 통해 수행된다. 레이저 변위 센서(13)가 부착된 브라켓(12)은 갠트리(11)의 상부에서 로봇팔(10)과 연결되어 있고, 구속 조건 상 갠트리(11)에 대하여 Y방향 상대 운동만 가능하다.

따라서, 레이저 변위 센서(13)를 통한 계측은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 갠트리(11)의 운동(X방향)과 로봇팔(10)의 운동(Y방향)을 조합하여, 특정 (X,Y)위치에서, 레이저 센서와 레이저 센서로부터 부재 표면에 반사된 레이저 포인터 간 거리(Z)를 측정하여 레이저 포인터의 (X,Y,Z)위치 좌표 조합을 생성하는 것이다.

성형 부재 형상을 계측하는 작업은 꼭지점 / 모서리 / 내부 계측의 3종류로 구분한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 계측은 꼭지점->모서리->내부 순으로 진행하며, 꼭지점 계측과 모서리 계측은 10개의 변위 센서 중 중앙의 기준 센서(14)(예컨대, 3번 센서) 1개만 활용한다.

이때, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 각 계측 단계(S21,S22,S23,S24)에서, 센서로 검출한 (X,Y,Z)좌표를 기계 장치 내부 메모리에 꼭지점(32)/모서리(33)/내부(31)를 구분하여 저장해놨다가(S25), 전체 계측이 마무리되면, 각 (X,Y,Z)좌표 데이터를 가열 프로그램이 설치된 PC로 송신, 가열 프로그램 내부에서 각 좌표를 꼭지점(32)/모서리(33)/내부(31)로 구분하여 어레이(array) 형태의 데이터로 저장하게 된다.

이때, 도 5에 도시된 꼭지점 계측 단계(S21) 하에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 작업자가 육안으로 부재 표면에 반사된 기준 센서의 레이저 포인터를 확인하여, 부재 4개 꼭지점에 레이저 포인터가 위치 하게끔 갠트리(X)(11)와 로봇팔(Y)(10)을 조작한 후(S31,S32,S33,S34,S35,S36), 도 10에 도시된 바와 같이, 각 4개 꼭지점의 (X,Y,Z)좌표를 얻게 된다. 갠트리(11)와 로봇팔(10)은 기계 장치 제어반에 설치된 조작 버튼을 눌러서 기계 장치에 신호를 전달하여 구동시키게 된다. 이 경우, 꼭지점 계측은 어떤 순서로 해도 상관없게 된다(계측 순서 예: 1-2-3-4, 3-2-4-1,…).

다음으로, 도 5에 도시된 모서리 계측 단계(S22) 하에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 각 꼭지점을 잇는 가상의 직선 경로(L1,L2,L3,L4)를 따라 기준 센서(14)(도 4에 도시됨)가 자동으로 폭d와 속력v로 웨이브(wave) 형태의 운동을 하게 되며, 이 기준 센서(14)가 부재의 모서리를 지날 때, 해당 모서리 상 레이저 포인터의 위치 좌표를 계측하게 된다. 이 경우, d와 v는 시스템 내부에 설정된 값이다. 이때 계측 순서는 L1, L2, L3, L4이다.

다음으로, 도 5에 도시된 내부 면 계측 단계(S23) 하에서, 상기 절차를 통해, 모서리 계측까지 완료되면 도 12에 도시된 바와 같이, 10개의 레이저 변위 센서 전부를 사용하여 각 레이저 포인터의 좌표를 기록한다.

이때, 10개의 레이저 포인터가 꼭지점 Point와 모서리 Point로 구성된 윤곽 내부에 위치하게끔 갠트리와 로봇팔이 자동으로 움직여서 계측이 진행되며, 최대한 윤곽 내부를 레이저 포인터들이 모두 지나도록 한다.

여기서, 상기 각 단계(S21,S22,S23)별 계측 좌표는 기계 장치 내부의 메모리에 실시간 저장된다(단계 S25).

상기의 내부 계측이 완료되면, 앞의 도 6에 도시된 바와 같이, 기계 장치에 저장된 꼭지점/모서리/내부 좌표를 제어PC로 송신한 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 가열 프로그램 내부에서 어레이(Array) 형태로 저장된다(단계 S26).

다음으로, 도 1에 도시된, 곡면 정합 및 가열 한계 조건 설정 절차(S11)를 살펴본다.

우선, 계측이 완료되면 도 13에 도시된 바와 같이, 저장한 계측 좌표 어레이 데이터(Array Data)에 대하여 B-Spline 보간을 적용하여 계측 곡면(40)을 생성한다(단계 S41,S45).

이후, 사용자가 설계 곡면 파일을 입력하면 곡면 정합이 실행된다(단계 S42,S43).

상기 곡면 정합은 계측 곡면과 설계 곡면 간 거리 편차를 최소화 하여 가열선 생성 준비가 되도록 설계 곡면을 병진 이동 및 강체 회전시키는 프로그램 내부 연산이다.

또한, 설계 곡면 입력 후에 설계 곡면의 부재 두께(t) 정보로부터 가열 한계 조건이 설정된다(단계 S44,S46). 가열 한계 조건은 부재 표면의 품질 확보를 위해 물성 실험과 유한요소해석을 통해 가열 속도의 한계를 설정한 값으로 가열의 최소 속도(vmin)와 최대 속도(vmax)가 결정된다.

한편, 상기 곡면 정합은 도 14에 도시된 바와 같은 각 단계로 구성된다.

즉, 상기 곡면 정합은 도 15에 도시된 바와 같이, 설계 곡면과 계측 곡면의 기준 평면 normal vector 계산 단계(S51), 설계 곡면과 계측 곡면의 base line 및 base line의 중심점(C,C') 계산 단계(S52), 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 설계 곡면 base line 중심점(C')이 계측 곡면 base line 중심점(C) 과 일치하도록 설계 곡면을 병진 이동시키는 단계(S53), 설계 곡면 base line이 계측 곡면 base line과 방향이 일치하도록 중심점(c)를 중심으로 설계 곡면을 회전시키는 단계(S54), base line을 회전축으로 하여 설계 곡면 및 계측 곡면의 normal vector가 일치하도록 회전시키는 단계(S55,S56) 등을 포함하게 된다.

여기서, 상기 기준 평면은 도 16에 도시된 바와 같이, 계측 곡면 또는 설계 곡면 4개 꼭지점(v1,v2,v3,v4)로부터 떨어진 거리 d1, d2, d3, d4의 표준 편차(s)가 최소가 되는 평면을 의미하며, Base line은 곡면의 양끝 횡곡 모서리(v1~v4, v2~v3) 상에서 중점(A, B)을 잇는 직선을 의미한다.

다음으로, 도 1에 도시된, 선상가열선 생성 및 가열(횡곡) 절차(단계 S12)를 살펴본다.

횡곡을 성형하기 위한 선상가열선 생성 및 가열 작업은 도 19에 도시된 바와 같은 각 단계(S61~S65)로 진행된다.

각 단계의 세부 사항은 다음과 같다.

우선, 도 19에 도시된, 곡 단면 Frame data 생성 단계(S61)는 정합이 완료된 설계 곡면과 계측 곡면에 대한 단면 Frame data를 생성하는 단계로써, 곡단면 곡선 geometry 생성절차, 곡단면 Frame data 생성 절차 등으로 구성된다.

상기 곡단면 곡선 geometry 생성절차 하에서, 도 20에 도시된 바와 같이, 정합이 완료된 설계 곡면의 Y방향 양끝 모서리 2개를(v1~v2, v3~v4) 일정 간격(a)으로 분할함과 동시에 Z축을 포함하는 평면(T)이 설계 곡면 및 계측 곡면과 교차할 때, 각 곡면의 교선을 설계 곡면과 계측 곡면의 곡단면 곡선 geometry로 생성한다(그림의 2번~N-1번).

또한, 상기 곡단면 곡선 geometry 생성절차 하에서, 도 20에 도시된 바와 같이, 설계 곡면 양 끝의 횡곡 모서리 2개는(v1~v4, v2~v3) 그 자체를 설계 곡 단면 geometry로 생성하며, 각 설계 곡단면 geometry를 Z방향으로 계측 곡면에 대하여 투영한 곡선 2개를 각각 계측 곡단면 geometry로 생성한다(그림의 1번과 N번).

다음으로, 상기 곡단면 Frame data 생성 절차 하에서, 도 21에 도시된 바와 같이, 설계 곡단면 곡선 geometry로부터 일정 간격(b)으로 M개의 곡선 상 Point 좌표를 추출한 후(양끝 점 포함)이를 설계 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

이어, 도 22에 도시된 바와 같이, 각 설계 곡단면 Point를 계측 곡단면 곡선 geometry에 대하여 Z방향으로 투영한 후 얻게 되는 M개의 교점 Point좌표를 계측 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

이때, 설계 곡 단면 Frame data와 계측 곡 단면 Frame data의 구성은 도 22와 같으며, 계측 곡단면 Frame data 구조체에는 곡선 Point 좌표외에도 가열 지점 좌표, 가열량 column이 포함되는데 이들 값은 후술하는 Frame data별 가열지점 및 가열량 계산 단계(S62)에서 생성 및 저장된다.

다음으로, 도 19에 도시된, Frame data별 가열지점 및 가열량 계산 단계(S62) 하에서, 도 23에 도시된 바와 같이, 부재 내 가열 지점이 존재하면 가열지점을 중심으로 부재를 꺾어서 회전 변형시키는 각변형이 발생한다.

이때, 도 24에 도시된 바와 같이, 계측 곡단면 곡선상에서, 가열 지점이 여러 개 존재할 경우(K개), 각 가열지점의 각변형에 의해서 계측 곡단면 Frame data 상의 Point 좌표들은(Pm,i) 회전 이동하여, 설계곡 곡단면 Frame data상의 Point 좌표들(Pd,i)과 가까워진다. 즉 K개의 각변형에 의해 각 M개의 설계 곡단면과 계측 곡단면 Frame data의 Point 좌표들의 Z방향(높이 방향) 편차(dZi)는 0에 가까워진다.

여기서, 도 25에 도시된 바와 같이, 가열 지점의 개수와 위치를 변경시켜가면서, 각 경우에 대한 높이 편차(dZi)를 반복 계산하고, 모든 dZi(i=1,2,…,M)에 대하여 허용 기준(tol)을 만족하면, 해당 경우의 가열 지점 좌표들(Ph,j)과 각 가열지점에서의 각변형량을 계측 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

이때, 각변형량은 가열량 column에 저장된다. 이것을 모든 설계 곡단면 및 계측 곡 단면에 대하여 수행하고 각 곡단면별 가열 지점 위치 좌표와 각변형량을 각 계측 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

다음으로, 도 19에 도시된, 선상가열선 정보 생성 단계(S63) 하에서, 모든 계측 곡단면 Frame data에 가열 지점과 가열량이 저장되면 선상가열선 정보를 생성한다.

이때, 선상가열선 정보를 생성하는 규칙은 다음과 같다(도 26 및 도 27 참조).

1. <1번 계측 곡단면 Frame data의 가열 지점(총 F개)을 각각 P11,P12,…P1F로 저장한다. 이때 가열 지점의 Y좌표가 큰 순서대로 저장한다. P11을 다시 Ph_1로 저장한다>

2. <Ph_1을 지나면서 Bending Line에 평행한 가상의 직선을 가정한다. Ph_1의 (X,Y,Z)좌표와 가열량을 임의의 {Ph_line}에 추가한다. {Ph_line}은 임시적인 Array로 가열지점 좌표들과 각 가열지점의 가열량을 저장한다>

3. <2번~N번 계측 곡단면 Frame data의 가열 지점들에 대하여, 2번 계측 곡단면 Frame data부터 순차적으로 가상의 직선으로부터 거리 w이내에 해당하는 가열지점이 있는지 조사하고, 있으면 Array {Ph_line}에 해당 가열지점의 좌표와 가열량을 추가한다>

4. <{Ph_line}에 마지막 N번 계측 곡단면 Frame data 가열지점의 좌표와 가열량까지 추가 되면 {Ph_line}을 가열선 정보 data 구조체에 추가한다. P12를 다시 Ph_1로 저장하고 {Ph_line}을 초기화(배열 내용 모두 삭제)한 후, Ph_1의 좌표와 가열량을 {Ph_line}에 추가한다. 이후 앞의 절차를 반복한다. P13~P1F도 마찬가지로 앞의 절차를 시행한다>

5. <I-1번 계측 곡단면 Frame data까지는 거리 w이내 가열지점이 존재하다가 I번 계측 곡단면 Frame data에서는 가열 지점이 존재하지 않을 경우, 즉 가상의 직선으로부터 떨어진 가열 지점들 거리중 최소 값이 w'이라 할 때 w'>w인 경우 Array {Ph_line} 추가 작업을 종료하고 {Ph_line}을 가열선 정보 data 구조체에 추가한다>

6. <상기 I번 곡단면 Frame data 가열 지점 중 가상의 직선으로부터 떨어진 거리가 w'인 가열 지점을 Ph_1로 새로 저장한다. Array {Ph_line}을 초기화(배열 내용 모두 삭제)한 후 Ph_1을 추가한다>.

7. <앞의 2~6의 단계를 반복한다. 여기서는 I-1번~N번 계측 곡단면의 Frame data 가열 지점을 조사한다>

다음으로, 도 19에 도시된, 선상가열선 정보 전달(PC->기계 장치) 단계(S64) 하에서, 앞의 선상가열선 정보 생성 과정(S63)을 통해 생성된 가열선 정보 data 구조체의 1개 항목별 가열 지점 좌표들과 가열량들은 1개의 가열선을 구성하는 요소가 된다.

이때, 도 28에 도시된 바와 같이, 가열선의 가열 시작 좌표는 첫 가열지점의 좌표(HL_S)이며, 가열선의 가열 종료 좌표는 마지막 가열 지점의 좌표(HL_F)이다.

여기서, 가열 속도를 얻기 위하여, 가열량(각변형)들의 평균값을 먼저 계산한다. 각변형으로부터 가열 속도를 계산하는 함수 F를 통해 가열량의 평균값으로부터 가열 속도(v_HL)를 계산한다(도 28 참조).

함수F는 가열 프로그램 내부에 존재하는 함수이다. 이때 계산된 속도가 [가열 제한 조건]에서 설정한 vmin~vmax 범위를 벗어날 경우 vmin 또는 vmax를 그대로 지정한다. 가열속도가 vmin보다 작으면 vmin을, vmax보다 크면 vmax를 가열 속도로 지정한다.

여기서, 가열선 정보 data 구조체의 각 항목별로 HL_S,HL_F,v_HL이 지정되면 이 값들을 기계 장치가 읽을 수 있도록 별도 data파일에 저장한다.

이때, 가열선 정보 data에 저장된 가열선이 총 n개라고 하면, n개의 dat파일이 생성되며, 번호로 구분한다.

여기서, 도 29에 도시된 바와 같이, 파일 이름은 [HEATLINE-01.DAT]~[HEATLINE-n.DAT]와 같이 지정된다. 총 n개의 dat파일이 변환되면 이것을 한꺼번에 PC와 기계 장치 데이터 연결망을 통해 기계 장치로 전송한다.

다음으로, 도 19에 도시된, 선상가열 단계(S65) 하에서, 도 30에 도시된 바와 같이, 기계 장치가 PC로부터 [HEATLINE-01.DAT]~[HEATLINE-n.DAT]의 총 n개 가열 작업 파일을 전송받으면 01번부터 n번까지 순차적으로 가열 작업을 수행한다.

이때, 각 파일에 기록된 시작 좌표(HL_S)부터 종료 좌표(HL_F)에 이르기까지 기록된 가열 속도(v_HL)로 가열 작업을 하게 된다.

다음으로, 도 1에 도시된 삼각가열선 생성 및 가열(종곡) 단계(S15)를 살펴본다,

곡을 성형하기 위한 삼각가열 작업은 선상가열 작업과 마찬가지로 [부재 계측]과 [곡면 정합] 과정이 선행되어야 한다.

이후, 세부 단계, 즉, 부재 계측 영상을 고려하는 곡면 전개 단계, 수축량 분포 영역 계산 단계, 삼각가열선 정보 생성 단계, 삼각가열선 정보 전달 단계, 삼각 가열 단계 등이 진행되며, 이들의 세부 내용은 다음과 같다.

먼저, 부재 계측 형상을 고려하는 곡면 전개 단계 하에서, 도 31에 도시된 바와 같이, 설계 곡면을 총 N개의 격자 영역으로 분할한다. X방향으로 Nx개, Y방향으로 Ny개 분할하며, 격자점의 꼭지점에 해당하는 격자점의 개수(Np)는 (Nx+1)(Ny+1)과 같다.

이때, 계측 곡면 상에서 어떤 Np개의 위치 좌표들이 X, Y, Z방향으로 각각 ui, vi, wi (i=1,2,..,Np)만큼 변위하여 현재 설계 곡면상의 격자점들이 되었다고 가정한다.

여기서, 도 32에 도시된 바와 같이, 계 곡면 상의 격자점 좌표들을 P_Tri_d,i(i=1,2,…,Np)라 하고, 이들에 대응하는 계측 곡면 상의 격자점 좌표들을 P_Tri_m,i(i=1,2,…,Np)로 저장한다.

이러한 곡면 전개는 X, Y, Z방향으로 각 Np개의 미지의 변위장 ui, vi, wi를 계산하여 각 격자 영역의 전개 양상을 파악하는 것이다.

이때, 각 격자 영역들의 변형률에너지(Ji)의 합(J)이 최소가 되어야 하고, 각 격자 영역의 주 변형률(emax)이 압축 상태, 즉 음수가 되어야하는 조건으로부터 ui, vi, wi 를 계산할 수 있다(각 격자 영역의 변형률이 ui, vi, wi의 함수).

이 경우, 각 격자점에서의 변위 ui, vi, wi가 파악이 되면, 계측 곡면 상의 격자점 좌표 P_Tri_m,i(i=1,2,…,Np)을 설계 곡면으로부터 파악할 수 있다.

다음으로, 수축량 분포 영역 계산 단계 하에서, 계측 곡면 격자별 X방향 수축량을 다음 단계를 거쳐 계산하고 Array형태로 저장한다.

먼저, 도 33에 도시된 바와 같이, 격자 배열을 Y방향으로 한 묶음씩 구분한다. 그림처럼 격자 번호가 1,2,….,N으로 매겨져 있을 때, 1열-{1,2,…,Ny}, 2열-{Ny+1,Ny+2,…,Ny+Ny},…Nx열-{(Nx-1)Ny+1,…,NxNy}과 같이 구분한다.

다음으로, i번째 격자 배열에서 격자를 구성하는 Ny+1개의 선분들을 Li,k(k=1,2,..,Ny+1)라 할 때 각 격자 선분의 X방향 수축량은 그림과 같이 선분 중앙점에서의 X방향 변형률(exx)에 각 선분 길이(Li,k)를 곱하여 계산한다.

다음으로, 각 격자 선분 중앙점의 Y좌표가 작은 순서부터 차례로 선분의 수축량을 Array {dxi}(i=1,2,…,Nx)에 저장한다. 1번 격자 배열부터 Nx번 배열까지 총 Nx개의 수축량 Array {dx1},{dx2},…,{dx(Nx)}를 생성한다.

한편, 삼각가열선 정보 생성 단계 하에서, 도 34 내지 도 36에 도시된 바와 같이, 수축량 Array {dxi}(i=1,2,3,…,Nx)로부터 삼각가열 영역의 꼭지점 Pmin, 밑변 중앙점 Pend, 가열폭 Wh를 결정한다.

여기서, Pmin, Pend, Wh를 저장하는 Array를 {Pmin},{Pend},{Wh}라 할 때, 이들을 계산하는 단계는 다음과 같다.

앞 단계, 수축량 분포 계산의 i번째 격자 배열에서 각 격자 선분의 수축량 {dxi}를 y방향에 대하여 Spline 곡선 보간한 함수를 dxi(y)로 정의한다.

이어, 시스템에서 설정한 최소 수축량을 dmin이라 할 때, dmin과 dxi(y)가 일치하는 지점을 찾고 이 지점의 좌표를 삼각가열 영역 꼭지점 배열 {Pmin}에 저장한다.

다음으로, Pmin이 존재할 때, Pmin에서 가장 가까운 i번째 격자 배열의 끝단 선분의 중앙점을 {Pend}에 저장한다. Pend 지점에서의 수축량을 dend라고 할 때, 프로그램 내부의 가열 영역 폭 결정 함수 G(dend)로부터 dend에 대응하는 가열 영역 폭 Wh가 계산되고 이는 배열 {Wh}에 저장된다.

앞의 단계를 전체 격자 배열에 대하여 수행하고, 최종 {Pmin},{Pend},{Wh}를 삼각가열선 정보 data 구조체의 각 column(Pmin 좌표, Pend 좌표, Wh)에 저장한다.

다음으로, 삼각가열선 정보 전달(PC->기계 장치) 단계 하에서, 앞선 삼각가열선 정보 생성 과정을 통해 생성된 삼각가열선 정보 data 구조체의 1개 항목별 Pmin, Pend좌표와 Wh는 1개의 가열선을 구성하는 요소가 된다.

여기서, 도 37에 도시된 바와 같이, 삼각 가열 속도(v_HT)는 프로그램 내부의 삼각가열 속도 결정 함수 H(Pmin, Pend, Wh)로부터 계산한다.

이때, 계산된 속도가 [가열 제한 조건]에서 설정한 vmin~vmax 범위를 벗어날 경우 vmin 또는 vmax를 그대로 지정한다. 가열속도가 vmin보다 작으면 vmin을, vmax보다 크면 vmax를 가열 속도로 지정한다.

여기서, 삼각가열선 정보 data 구조체의 각 항목별로 Pmin, Pend, Wh, v_HT가 지정되면, 이 값들을 기계 장치가 읽을 수 있도록 별도 data파일에 저장한다.

이때, 삼각가열선 정보 data에 저장된 가열선이 총 n개라고 하면, n개의 dat파일이 생성되며, 번호로 구분한다. 파일 이름은 [HEATTRI-01.DAT]~[HEATTRI-n.DAT]와 같이 지정된다. 총 n개의 dat파일이 변환되면 이것을 한꺼번에 PC와 기계 장치 데이터 연결망을 통해 기계 장치로 전송한다.

다음으로, 삼각가열 단계 하에서, 도 38 및 도 39에 도시된 바와 같이, 기계 장치가 PC로부터 [HEATTRI-01.DAT]~[HEATTRI-n.DAT]의 총 n개 가열 작업 파일을 전송받으면 01번부터 n번까지 순차적으로 가열 작업을 수행한다.

이때, 각 파일에 기록된 꼭지점 좌표(Pmin)부터 밑변 중앙점 좌표(Pend)에 이르기까지 기록된 가열 속도(v_HT)로 최종 가열폭이 Wh가 되게끔 선형적으로 폭이 증가하는 삼각형상 영역의 가열 작업을 하게 된다.

한편, 도 1에 도시된, 횡곡/종곡 허용 오차 판단 단계(S13,S16)를 상세히 살펴본다,

도 40에 도시된 바와 같이, 횡곡 또는 종곡의 오차는 곡단면 Frame data 상의 Point 좌표들의 오차 평균으로 계산한다. 이것을 시스템에서 설정한 dT(횡곡 허용 오차), dL(종곡 허용 오차)와 비교하여 작업 완료 및 재가열 유무를 결정한다.

우선, 횡곡 허용 오차 판단 단계(S13)를 살펴본다.

앞서 언급한 곡면 정합 및 가열 한계 조건 설정 단계(S11)에서의 Frame data 상의 Point 좌표들을 그대로 활용한다.

먼저, 도 41에 도시된 바와 같이, j번 설계 곡단면 Frame data에서 양끝점 Point 좌표(1번, M번)을 잇는 직선 상에서 M개의 각 설계 곡단면 Frame data 좌표에 이르는 거리를 조사한 후 가장 큰 값을 Dmax,j로 저장한다.

다음으로, 설계 곡단면과 계측 곡단면 Frame data 상 Point 좌표의 Z성분들의 편차를 dZi(i=1,2,…,M)이라 할 때 도 41에 포함된 식1-2와 같이 1번부터 N번 설계 곡단면과 계측 곡단면 Frame data에 대하여 식을 계산한다.

이어서, 1번부터 N번 설계 곡단면과 계측 곡단면 Frame data에 대하여 상기 과정을 반복한 후 식1-3과 같이 그 평균값을 계산한다.

이후, 상기 평균값을 dT(횡곡 허용 오차)와 비교한다(도 41에 포함된 식 1-4 참조).

다음으로, 종곡 허용 오차 판단 단계(S16)를 살펴본다.

우선, 도 42에 도시된 바와 같이, 횡곡 양끝 모서리 중점 A, B를 지나고 Z축을 포함하는 평면과 설계 곡면, 계측 곡면이 만나는 교선을 각각 설계 및 계측 종곡단면 곡선 geometry로 저장하고 이를 상술한 횡곡 허용 오차 판단의 경우와 마찬가지의 방식으로 Point 좌표를 추출하여 Frame data 형태로 저장한다.

이어서, 설계 종곡 양끝 모서리를 설계 종곡단면 곡선 geometry로 추가 저장하고 Point좌표를 추출하여 설계 종곡단면 Frame data를 생성한다. 이들 Point 좌표를 Z방향으로 계측 곡면에 투영하여 얻은 좌표들을 계측 종곡단면 Frame data에 저장한다. 상기 과정을 통해 설계/계측 각각 3개의 종곡단면 Frame data가 생성된다.

다음으로, 횡곡 단면 오차 판단의 상기 과정을 마찬가지로 적용하여 종곡단면 Frame data의 오차 평균을 계산한다.

이후, 상기 평균값을 dL(종곡 허용 오차)와 비교한다.

한편, 본 발명의 다른 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템, 예를 들어, 다 부재 가열이 가능한 선체 곡 외판 가열시스템은 도 43에 도시된 각 절차(S101~S107)를 진행하는 각각의 수단, 즉, 부재별 꼭지점 계측 및 계측 리스트를 등록하는 수단, 부재별 모서리 및 내부를 계측하는 수단, 부재 작업 데이터의 생성 및 부재 작업 리스트를 등록하는 수단, 부재별 가열선 정보를 생성하는 수단, 가열선 데이터 생성 및 가열선 리스트를 등록하는 수단, 전체 가열선 정보를 기계 장치로 전달하는 수단, 다 부재 연속 가열을 시행하는 수단 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.

이러한 각 수단은 도 43에 도시된 바와 같은 각 절차(S101~S107), 즉, 부재별 꼭지점 계측 및 계측 리스트를 등록하는 절차, 부재별 모서리 및 내부를 계측하는 절차, 부재 작업 데이터의 생성 및 부재 작업 리스트를 등록하는 절차, 부재별 가열선 정보를 생성하는 절차, 가열선 데이터 생성 및 가열선 리스트를 등록하는 절차, 전체 가열선 정보를 기계 장치로 전달하는 절차, 다 부재 연속 가열을 시행하는 절차 등을 진행하게 된다.

우선, 도 43에 도시된, 부재별 꼭지점 계측 및 계측 리스트를 등록하는 절차(단계 S101)를 살펴본다.

도 44에 도시된 바와 같이, 2매 이상 여러 부재의 꼭지점을 계측 하는 방식은 기존 장치와 마찬가지로 사람이 갠트리(X방향)와 로봇팔 캐리지(Y방향)를 수동 조작하여 꼭지점에 기준 레이저 변위 센서의 포인터를 위치 시킨 후 해당 좌표를 기계 장치 내부 메모리에 기록, 1개 부재의 꼭지점 계측이 완료되면 4개 꼭지점 좌표를 컴퓨터 내부 가열 프로그램으로 송신한다(단계 S110~S120).

꼭지점 계측은 1개 부재의 4개 꼭지점 단위로 계측을 하며, 부재 관계 없이 여러 꼭지점을 임의로 계측할 수는 없다.

도 45 및 도 46에 도시된 바와 같이, 가열 프로그램이 1개 부재 단위의 4개 꼭지점 좌표를 모두 입력 받으면 [계측 Data]에 4개 꼭지점 좌표를 저장하고, [계측 Data]를 다시 [계측 List]에 등록한다. 총 부재가 N개라면 N회 이 작업을 반복한다.

다음으로, 도 43에 도시된, 부재별 모서리 및 내부를 계측하는 절차(단계 S102)를 살펴본다.

도 47에 도시된 바와 같이, 각 부재별 꼭지점 좌표가 기록된 [계측 Data]가 [계측 List]에 모두 등록이 되면 부재별로 모서리 계측과 내부 계측이 순서대로 진행된다(단계 S130~S138).

도 48에 도시된 바와 같이, 1개 부재 내에서 모서리 계측 후 내부 계측이 완료되면 [계측 List] 상 다음 순서에 해당하는 부재의 모서리와 내부 계측이 진행된다.

기존 장치와 마찬가지로 모서리 계측은 1개의 기준 센서가 4개 꼭지점을 잇는 가상의 직선을 따라 wave 형태로 갠트리와 로봇팔 캐리지가 자동으로 움직이며(도 49 참조), 이때, wave 폭 d와 속력v는 시스템 내부에 설정된 값이다. wave움직임에 따라 센서의 레이저 포인터가 모서리를 지나면 모서리 선상의 해당 좌표가 기계 장치 내부 메모리에 기록된다.

4개 모서리 점 좌표가 모두 계측 되면 내부 점 계측이 자동으로 진행된다. 기존 장치와 마찬가지로 내부 점 계측은 10개의 레이저 변위 센서를 모두 사용한다. 꼭지점과 모서리 점으로 둘러 싸인 내부 영역을 10개의 레이저 변위 센서가 최대한 모두 지나도록 갠트리와 로봇팔 캐리지가 자동으로 움직이면서 10개 레이저 센서로 각각 센서의 내부 점 계측 좌표를 기계 장치 내부 메모리에 기록한다.

1개 부재 계측에 대하여 모서리에 이어 내부 점 계측까지 완료하면 기계 장치 내부 메모리에 저장된 모서리 점과 내부 점 좌표들이 PC의 가열 프로그램 내 [계측 List]의 해당 부재 계측 Data에 저장된다.

이 작업을 [계측 List] 상 1번 부재부터 N번 부재까지 순서대로 반복한다.

다음으로, 도 43에 도시된, 부재 작업 Data 생성 및 부재 작업 List 등록 절차(단계 S103)를 살펴본다.

도 50에 도시된 각 단계(S140~S148)와 같이, 기계 장치로부터 꼭지점, 모서리, 내부 점 좌표를 모두 송신받아 [계측 List]의 [부재 계측 Data]에 저장이 되면, 해당 [부재 계측 Data]의 좌표들이 자동으로 가열 프로그램 내 [부재 작업 Data]에 복사 저장된다.

1개 부재에 대하여 내부 점 계측까지 완료하면, 기계 장치에서 완료 신호를 PC로 전달하고 PC내 가열 프로그램에서 해당 부재의 [부재 계측 Data]를 [부재 작업 Data]에 복사하는 방식이다.

도 51에 도시된 바와 같이, 복사와 동시에 [부재 작업 Data]는 [부재 작업 List]에 등록된다.

등록이 되면 [부재 작업 Data]의 계측 점 좌표들에 대한 B-Spline 곡면 보간 함수가 작용하여 계측 곡면 geometry를 생성 및 해당 [부재 작업 List]의 [부재 작업 Data]에 저장된다.

이 작업을 1번 부재부터 N번 부재까지 순차적으로 반복 시행한다.

다음으로, 도 43에 도시된, 부재별 가열선 정보 생성 절차(단계 S104)를 살펴본다.

도 52에 도시된 각 단계(S150~S156)에서와 같이, 사용자가 각 [부재 작업 List]의 [부재 작업 Data]에 설계 곡면 geometry 파일을 입력 및 저장하면 기존 장치와 동일하게 곡면 정합 기능이 수행되며 정합 완료 후 선상가열선 정보 Data가 생성된다.

도 53 내지 도 55에 도시된 바와 같이, 선상가열선 정보 Data가 생성되면 가열선 시작점 좌표 및 종료점 좌표, 가열 속도가 해당 부재의 [부재 작업 Data]에 저장된다.

이 작업은 1개 부재 단위로 설계 곡면 등록, 곡면 정합, 선상가열선 정보 Data 생성이 순차적으로 진행된다.

1번 부재부터 N번 부재까지 이 작업을 반복한다.

다음으로, 도 43에 도시된, 가열선 Data 생성 및 가열선 List 등록절차(단계 S105)를 살펴본다.

도 56에 도시된 각 단계(S161~S166)와 같이, [부재 작업 List]에서 사용자가 가열을 할 부재를 일부 선택한 후, [가열선 List 등록] 기능을 실행하면, 각 [부재 작업 List]의 [부재 작업 Data]에서 가열선별 시작점 및 종료점 좌표, 가열 속도가 [가열선 Data]에 저장되고 [가열선 List]에 등록된다.

도 57 및 도 58에 도시된 바와 같이, 1개 부재에는 여러 개의 가열선 정보 Data가 존재하는데, 이것들은 부재와 무관하게 가열선 1개 단위로 가열선 시작점 및 종료점 좌표, 가열 속도를 [가열선 Data]에 저장 및 [가열선 List]에 등록한다.

총 N개 부재에서 N'개의 부재를 선택하고, 각 부재의 가열선이 H1,H2,…,HN'개라고 하면 이 작업을 (H1+H2+….+HN')회 만큼 반복 시행한다.

다음으로, 도 43에 도시된, 전체 가열선 정보 전달(PC->기계 장치) 절차(단계 S106)를 살펴본다.

기존 장치와 마찬가지로 가열선 정보 Data를 기계 장치가 읽을 수 있는 dat형식의 파일로 별도 저장하여 이를 PC와 기계 장치 데이터 연결망을 통해 기계 장치로 전송한다.

도 59에 도시된 바와 같이, [가열선 List]에 등록된 [가열선 Data]의 총 개수가 n개라고 하면 가열선 정보 파일은 [HEATLINE_LIST-01.DAT]~[HEATLINE_LIST-n.DAT]와 같이 저장된다.

다음으로, 도 43에 도시된 다 부재 연속 가열 절차(단계 S107)를 살펴본다.

도 60 및 도 61에 도시된 바와 같이, 기계 장치가 PC로부터 [HEATLINE_LIST-01.DAT]~[HEATLINE_LIST-n.DAT]의 총 n개 가열 작업 파일을 전송받으면 01번부터 n번까지 순차적으로 가열 작업을 수행한다. 각 파일별 기록된 시작점 좌표부터 종료점 좌표에 이르기까지 기록된 가열 속도로 가열 작업을 하게 된다.

각 파일의 가열선 정보 Data는 전기 신호로 변한된 뒤 갠트리 및 로봇팔의 기계 구동을 제어한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템, 예를 들어, 곡면 간 접촉 상태를 고려한 선상가열선 생성시스템은 도 62에 도시된 각 절차(S201~S207)를 진행하는 각각의 수단, 즉, 곡면을 정합하는 수단, 곡면 단면 프레임 데이터를 생성하는 수단, 프레임 데이터별 미세 정합을 실행하는 수단, 프레임 데이터별 가열지점 및 가열량을 계산하고 저장하는 수단, 선상가열선 정보를 생성하는 수단, 선상가열선 정보를 기계 장치로 전달하는 수단, 선상 가열을 실행하는 수단 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.

이러한 각 수단은 도 62에 도시된 바와 같은 각 절차(S201~S207), 즉, 곡면을 정합하는 절차, 곡면 단면 프레임 데이터를 생성하는 절차, 프레임 데이터별 미세 정합을 실행하는 절차, 프레임 데이터별 가열지점 및 가열량을 계산하고 저장하는 절차, 선상가열선 정보를 생성하는 절차, 선상가열선 정보를 기계 장치로 전달하는 절차, 선상 가열을 실행하는 절차 등을 진행하게 된다.

우선, 도 62에 도시된, 곡면을 정합하는 절차(S201)를 살펴본다.

본 발명의 [곡면 정합]은 도 63 및 도 도 66, 그리고, 도 도 67에 도시된 바와 같이, 설계 곡면과 계측 곡면의 기준 평면 normal vector 계산 절차(S211), 설계 곡면과 계측 곡면의 base line 및 base line의 중심점(C,C') 계산 절차(S212), 설계 곡면 base line 중심점(C')이 계측 곡면 base line 중심점(C) 과 일치하도록 설계 곡면을 병진 이동시키는 절차(S213), 설계 곡면 base line이 계측 곡면 base line과 방향이 일치하도록 중심점(c)를 중심으로 설계 곡면을 회전시키는 절차(S214), base line을 회전축으로 하여 설계 곡면 및 계측 곡면의 normal vector가 일치하도록 회전시키고(S215), 정합을 종료하는 절차(S216) 등을 통해 진행된다(도 64 및 도 65 참조).

여기서, 기준 평면은 도 64 및 도 65에 도시된 바와 같이, 계측 곡면 또는 설계 곡면 4개 꼭지점(v1,v2,v3,v4)로부터 떨어진 거리 d1, d2, d3, d4의 표준 편차(s)가 최소가 되는 평면을 의미하며, Base line은 곡면의 양끝 횡곡 모서리(v1~v4, v2~v3) 상에서 중점(A, B)을 잇는 직선

다음으로, 도 62에 도시된, 곡 단면 Frame Data 생성 절차(S202)를 살펴본다.

정합이 완료된 설계 곡면과 계측 곡면에 대한 단면 Frame data 생성 작업은 다음과 같이 구성된다.

1. 곡단면 곡선 geometry 생성: 도 68에 도시된 바와 같이, 정합이 완료된 설계 곡면의 Y방향 양끝 모서리 2개를(v1~v2, v3~v4) 일정 간격(a)으로 분할함과 동시에 Z축을 포함하는 평면(T)이 설계 곡면 및 계측 곡면과 교차할 때, 각 곡면의 교선을 설계 곡면과 계측 곡면의 곡단면 곡선 geometry로 생성한다(그림의 2번~N-1번)

이때, 설계 곡면 양 끝의 횡곡 모서리 2개는(v1~v4, v2~v3) 그 자체를 설계 곡 단면 geometry로 생성하며, 각 설계 곡단면 geometry를 Z방향으로 계측 곡면에 대하여 투영한 곡선 2개를 각각 계측 곡단면 geometry로 생성한다(그림의 1번과 N번).

2. 곡단면 Frame data 생성: 도 69 및 도 70에 도시된 바와 같이, 설계 곡단면 곡선 geometry로부터 일정 간격(b)으로 M개의 곡선 상 Point 좌표를 추출한 후(양끝 점 포함)이를 설계 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

다시 각 설계 곡단면 Point를 계측 곡단면 곡선 geometry에 대하여 Z방향으로 투영한 후 얻게 되는 M개의 교점 Point좌표를 계측 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

이때, 설계 곡 단면 Frame data와 계측 곡 단면 Frame data의 구성은 다음과 같으며 계측 곡단면 Frame data 구조체에는 곡선 Point 좌표외에도 가열 지점 좌표, 가열량 column이 포함되는데 이들 값은 [Frame data별 가열지점 및 가열량] 단계에서 생성 및 저장된다.

다음으로, 도 62에 도시된, Frame Data 별 미세 정합(곡면 간 접촉 지점 고려) 절차(S203)를 살펴본다.

도 71에 도시된 바와 같이, 곡면 정합을 완료한 상태에서 설계 곡단면의 교선과 계측 곡단면의 교선을 비교해보면 일반적으로 설계 곡단면 교선의 곡률 반경이 전체적으로 계측 곡단면 교선의 곡률 반경보다 크기 때문에 두 곡선의 최심점(Z좌표의 값이 가장 작은 지점)이 일치하여 최심점 좌우로 곡량 편차(Frame Data 내 Point 좌표의 Z성분간 차이, Zd-Zm, d: 설계, m: 계측)를 계산하고 이를 바탕으로 가열 지점과 가열량을 계산한다.

그러나 부재 가열 성형의 선행 공정에 해당하는 Press 냉간 가공의 성형 작업에 일부 오작이 있다면 계측 곡단면 교선에 국부적으로 설계 곡단면 곡선보다 곡률 반경이 큰 구간이 존재하여 최심점 좌우로 가열 지점 생성 불가 영역이 존재한다. 따라서 가열 지점이 존재할 수 있는 영역이 감소하므로 전체적인 성형 정도가 감소하게 된다.

가열 불가 영역을 최소화하기 위하여 설계 곡단면의 교선과 계측 곡단면의 교선간 접촉 가능한 2개의 지점을 선정하여 해당 2개 지점에서 설계 곡단면의 교선과 계측 곡단면의 교선이 일치하게끔 설계 곡단면 Frame Data의 Point 좌표들에 대해 병진 이동과 회전 변환을 반복 시행한다.

이때 설계 곡단면과 계측 곡단면의 Frame Data의 Point 좌표는 계측 곡단면 교선의 최심점이 원점(O)이 되게끔 좌표 변환을 수행한 후 병진 이동과 회전 변환을 수행한다.

각 시행 후 가열 불가 영역(Zm > Zd)에서 곡량 편차의 크기(|Zd - Zm|)가 시스템에서 설정한 tolerance를 만족하면 시행을 종료하고, 종료 상태의 설계 곡단면 Frame Data의 Point 좌표들을 update한다.

이의 단계적 세부 사항은 다음과 같다.

도 72 내지 도 77에 도시된 바와 같이, 계측 곡단면 Frame Data 내 최심점이 원점(O)이 되게끔 계측 곡단면 및 설계 곡단면의 Frame Data 내 Point 좌표들을 좌표 변환을 수행한다(S221).

이어, 최심점(변환 좌표 상 원점)을 기준으로 +Y 영역과 -Y영역으로 구분한다(S222). 여기서, +Y영역은 계측 곡단면과 설계 곡단면 Frame Data 내 Point의 Y좌표가 0 보다 큰 구간을 의미하며, -Y영역은 계측 곡단면과 설계 곡단면 Frame Data 내 Point의 Y좌표가 0 보다 작은 구간을 의미한다.

이어, 각 +Y, -Y영역에서 Point좌표들의 곡량 편차의 크기(dZ=|Zm-Zd|)를 계산하고 각 영역에서 그 크기가 가장 큰 값을 각각 dZmax(+), dZmax(-)로 저장한다(S222).

이어, dZmax(+), dZmax(-) 간 편차 |dZmax(+)- dZmax(-)|가 tolerance미만이면 후술하는 단계(S227)를 수행한다. 그렇지 않으면 다른 후속단계(S223)를 수행한다. tolerance는 시스템에서 설정한 값으로 곡량 편차간 크기 비교 마진이다.

다음으로, dZmax(+), dZmax(-) 간 크기를 비교한다(S223).

이때, dZmax(+) > dZmax(-)일 경우, 설계 곡단면 Point 좌표들에 대해 최심점(원점)을 중심으로 반시계 방향(+)으로 Ang만큼 회전 변환한다(S225).

또한, dZmax(+) < dZmax(-)일 경우, 설계 곡단면 Point 좌표들에 대해 최심점(원점)을 중심으로 시계 방향(-)으로 Ang만큼 회전 변환한다(S226). 여기서 Ang은 시스템에서 설정한 값으로 회전 각도이다.

이어, 변환된 설계 곡단면 Point 좌표들에 대하여 S221,S222를 수행한다.

다음으로, dZmax(+), dZmax(-)중 더 큰 값, 즉 max(dZmax(+),dZmax(-))을 설계 곡단면 Point의 Z좌표에 더한다(S227).

이어, 설계 곡단면 및 계측 곡단면의 Point 좌표들을 본래 원점에 대하여 좌표 변환한다(S228)(원점 변경: 최심점->본래 원점).

이후, 설계 곡단면의 Point 좌표들을 Frame Data 상에서 Update 한다(S229).

다음으로, 도 62에 도시된, Frame data별 가열지점 및 가열량 계산 절차(S204)를 살펴본다.

도 78 내지 도 80에 도시된 바와 같이, 부재 내 가열 지점이 존재하면 가열지점을 중심으로 부재를 꺾어서 회전 변형시키는 각변형이 발생한다.

이때, 계측 곡단면 곡선상에서 가열 지점이 여러 개 존재할 경우(K개), 각 가열지점의 각변형에 의해서 계측 곡단면 Frame data 상의 Point 좌표들은(Pm,i) 회전 이동하여 설계곡 곡단면 Frame data상의 Point 좌표들(Pd,i)과 가까워진다. 즉 K개의 각변형에 의해 각 M개의 설계 곡단면과 계측 곡단면 Frame data의 Point 좌표들의 Z방향(높이 방향) 편차(dZi)는 0에 가까워진다(도 78 참조).

여기서 가열 지점의 개수와 위치를 변경시켜가면서 각 경우에 대한 높이 편차(dZi)를 반복 계산하고, 모든 dZi(i=1,2,…,M)에 대하여 허용 기준(tol)을 만족하면 해당 경우의 가열 지점 좌표들(Ph,j)과 각 가열지점에서의 각변형량을 계측 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다. 이때 각변형량은 가열량 column에 저장된다. 이것을 모든 설계 곡단면 및 계측 곡 단면에 대하여 수행하고 각 곡단면별 가열 지점 위치 좌표와 각변형량을 각 계측 곡단면 Frame data 구조체에 저장한다.

다음으로, 도 62에 도시된, 선상가열선 정보 생성 절차(S205)를 살펴본다.

도 81 및 도 82에 도시된 바와 같이, 모든 계측 곡단면 Frame data에 가열 지점과 가열량이 저장되면 선상가열선 정보를 생성한다.

이때, 선상가열선 정보를 생성하는 규칙은 다음과 같다.

1. 1번 계측 곡단면 Frame data의 가열 지점(총 F개)을 각각 P11,P12,…P1F로 저장한다. 이때 가열 지점의 Y좌표가 큰 순서대로 저장한다. P11을 다시 Ph_1로 저장한다.

2. Ph_1을 지나면서 Bending Line에 평행한 가상의 직선을 가정한다. Ph_1의 (X,Y,Z)좌표와 가열량을 임의의 {Ph_line}에 추가한다. {Ph_line}은 임시적인 Array로 가열지점 좌표들과 각 가열지점의 가열량을 저장한다.

3. 2번~N번 계측 곡단면 Frame data의 가열 지점들에 대하여, 2번 계측 곡단면 Frame data부터 순차적으로 가상의 직선으로부터 거리 w이내에 해당하는 가열지점이 있는지 조사하고, 있으면 Array {Ph_line}에 해당 가열지점의 좌표와 가열량을 추가한다.

4. {Ph_line}에 마지막 N번 계측 곡단면 Frame data 가열지점의 좌표와 가열량까지 추가 되면 {Ph_line}을 가열선 정보 data 구조체에 추가한다. 3-1)의 P12를 다시 Ph_1로 저장하고 {Ph_line}을 초기화(배열 내용 모두 삭제) 한 후 Ph_1의 좌표와 가열량을 {Ph_line}에 추가한다. 이후 3-2)~3-3)을 반복한다. P13~P1F도 마찬가지로 3-2)~3-3)을 시행한다.

5. I-1번 계측 곡단면 Frame data까지는 거리 w이내 가열지점이 존재하다가 I번 계측 곡단면 Frame data에서는 가열 지점이 존재하지 않을 경우, 즉 가상의 직선으로부터 떨어진 가열 지점들 거리중 최소 값이 w'이라 할 때 w'>w인 경우 Array {Ph_line} 추가 작업을 종료하고 {Ph_line}을 가열선 정보 data 구조체에 추가한다.

6. 상기 I번 곡단면 Frame data 가열 지점 중 가상의 직선으로부터 떨어진 거리가 w'인 가열 지점을 Ph_1로 새로 저장한다. Array {Ph_line}을 초기화(배열 내용 모두 삭제)한 후 Ph_1을 추가한다.

7. 앞의 단계를 반복한다. 여기서는 I-1번~N번 계측 곡단면의 Frame data 가열 지점을 조사한다.

다음으로, 도 62에 도시된, 선상가열선 정보 전달(PC->기계 장치) 절차(S206)를 살펴본다.

도 83 및 도 84에 도시된 바와 같이, 선상가열선 정보 생성 과정을 통해 생성된 가열선 정보 data 구조체의 1개 항목별 가열 지점 좌표들과 가열량들은 1개의 가열선을 구성하는 요소가 된다.

여기서, 가열선의 가열 시작 좌표는 첫 가열지점의 좌표(HL_S)이며, 가열선의 가열 종료 좌표는 마지막 가열 지점의 좌표(HL_F)이다.

이때, 가열 속도는 가열량(각변형)들의 평균값을 먼저 계산한다. 각변형으로부터 가열 속도를 계산하는 함수 F를 통해 가열량의 평균값으로부터 가열 속도(v_HL)를 계산한다. 함수F는 가열 프로그램 내부에 존재하는 함수이다.

여기서, 계산된 속도가 [가열 제한 조건]에서 설정한 vmin~vmax 범위를 벗어날 경우 vmin 또는 vmax를 그대로 지정한다. 가열속도가 vmin보다 작으면 vmin을, vmax보다 크면 vmax를 가열 속도로 지정한다.

이때, 가열선 정보 data 구조체의 각 항목별로 HL_S,HL_F,v_HL이 지정되면 이 값들을 기계 장치가 읽을 수 있도록 별도 data파일에 저장한다.

여기서, 가열선 정보 data에 저장된 가열선이 총 n개라고 하면, n개의 dat파일이 생성되며, 번호로 구분한다. 파일 이름은 [HEATLINE-01.DAT]~[HEATLINE-n.DAT]와 같이 지정된다. 총 n개의 dat파일이 변환되면 이것을 한꺼번에 PC와 기계 장치 데이터 연결망을 통해 기계 장치로 전송한다.

다음으로, 도 62에 도시된, 선상가열을 실행하는 절차(S207)을 살펴본다.

도 85에 도시된 바와 같이, 기계 장치가 PC로부터 [HEATLINE-01.DAT]~[HEATLINE-n.DAT]의 총 n개 가열 작업 파일을 전송받으면 01번부터 n번까지 순차적으로 가열 작업을 수행한다. 각 파일에 기록된 시작 좌표(HL_S)부터 종료 좌표(HL_F)에 이르기까지 기록된 가열 속도(v_HL)로 가열 작업을 하게 된다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시에 따른 선체 곡 외판 성형시스템, 예를 들어, 곡면 수축 천이 거동을 고려한 삼각가열선 생성시스템은 제어 컴퓨터(제어 PC)에 설치된 상태에서, 도 86에 도시된 각 절차(S301~S308)를 진행하는 각각의 수단, 즉, 부재 계측 형상을 고려한 곡면 전개를 실행하는 수단(곡면 전개 수단), 수축량 분포 영역을 계산하는 수단(수축량 산출 수단), 삼각가열선 정보를 생성하는 수단(삼각가열선 정보 생성 수단), 삼각가열 꼭지점 한계 위치의 만족 여부를 판단하는 수단(삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단), 해당 만족 여부에 따라, 삼각가열 꼭지점 위치를 변경하거나, 삼각가열선 정보를 수정하는 수단(삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단), 삼각가열선 정보를 기계 장치로 전달하는 수단(삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단), 삼각 가열을 실행하는 수단(삼각가열 기계장치) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.

이때, 도 87 및 도 88에 도시된 바와 같이, 삼각 가열 시 삼각가열 영역의 꼭지점 위치에 따라 가열부의 변형이 볼록(+Z) 또는 오목(-Z)의 2가지 변형 모드를 가지며 특정 위치를 기준으로 천이 거동을 하게 된다. 삼각 가열은 부재 길이 방향을 따라 아래로 오목한 변형(-Z)을 형성해야 하므로 볼록(+Z)한 변형 모드는 발생하면 안된다.

따라서, 본 발명의 또 다른 실시에서는 삼각가열선 꼭지점의 위치가 천이 거동을 하는 한계 위치에 해당하는지 판단하고 한계 위치에 해당 시 그것을 방지하는 위치로 변경하는 단계를 포함하게 된다.

상기의 각 수단은 도 86에 도시된 바와 같은 각 절차(S301~S308), 즉, 부재 계측 형상을 고려한 곡면 전개를 실행하는 절차, 수축량 분포 영역을 계산하는 절차, 삼각가열선 정보를 생성하는 절차, 삼각가열 꼭지점 한계 위치의 만족 여부를 판단하는 절차, 해당 만족 여부에 따라, 삼각가열 꼭지점 위치를 변경하거나, 삼각가열선 정보를 수정하는 절차, 삼각가열선 정보를 기계 장치로 전달하는 절차, 삼각 가열을 실행하는 절차 등을 진행하게 된다.

우선, 도 86에 도시된, 부재 계측 형상을 고려한 곡면 전개를 실행하는 절차(S301)(곡면 전개 수단에 의해 진행)를 살펴본다.

도 89 내지 도 92에 도시된 바와 같이, 설계 곡면을 총 N개의 격자 영역으로 분할한다. X방향으로 Nx개, Y방향으로 Ny개 분할하며, 격자점의 꼭지점에 해당하는 격자점의 개수(Np)는 (Nx+1)(Ny+1)과 같다.

여기서, 설계 곡면 상의 격자점 좌표들을 P_Tri_d,i(i=1,2,…,Np)라 하고, 이들에 대응하는 계측 곡면 상의 격자점 좌표들을 P_Tri_m,i(i=1,2,…,Np)로 저장한다.

여기서, 각 격자점에서의 변위 ui, vi, wi가 파악이 되면, 계측 곡면 상의 격자점 좌표 P_Tri_m,i(i=1,2,…,Np)을 설계 곡면으로부터 파악할 수 있다.

다음으로, 도 86에 도시된, 수축량 분포 영역 계산 절차(S302)(수축량 산출 수단에 의해 진행)를 살펴본다.

도 93에 도시된 바와 같이, 계측 곡면 격자별 X방향 수축량을 다음 단계를 거쳐 계산하고 Array형태로 저장한다.

이어, 격자 배열을 Y방향으로 한 묶음씩 구분한다. 그림처럼 격자 번호가 1,2,….,N으로 매겨져 있을 때, 1열-{1,2,…,Ny}, 2열-{Ny+1,Ny+2,…,Ny+Ny},…Nx열-{(Nx-1)Ny+1,…,NxNy}과 같이 구분한다.

다음으로, i번째 격자 배열에서 격자를 구성하는 Ny+1개의 선분들을 Li,k(k=1,2,..,Ny+1)라 할 때 각 격자 선분의 X방향 수축량은 그림과 같이 선분 중앙점에서의 X방향 변형률(exx)에 각 선분 길이(Li,k)를 곱하여 계산한다(즉, 수학식[선분 중앙점에서의 X방향 변형률×각 선분 길이]를 활용하여 계산).

이어, 각 격자 선분 중앙점의 Y좌표가 작은 순서부터 차례로 선분의 수축량을 Array {dxi}(i=1,2,…,Nx)에 저장한다. 1번 격자 배열부터 Nx번 배열까지 총 Nx개의 수축량 Array {dx1},{dx2},…,{dx(Nx)}를 생성한다.

다음으로, 도 86에 도시된, 삼각가열선 정보 생성 절차(S303)(삼각가열선 정보 생성 수단에 의해 진행)를 살펴본다.

도 94에 도시된 바와 같이, 수축량 Array {dxi}(i=1,2,3,…,Nx)로부터 삼각가열 영역의 꼭지점 Pmin, 밑변 중앙점 Pend, 가열폭 Wh를 결정한다.

이때, Pmin, Pend, Wh를 저장하는 Array를 {Pmin},{Pend},{Wh}라 할 때, 이들을 계산하는 단계는 다음과 같다.

1. 수축량 분포 계산의 i번째 격자 배열에서 각 격자 선분의 수축량 {dxi}를 y방향에 대하여 Spline 곡선 보간한 함수를 dxi(y)로 정의한다.

2. 시스템에서 설정한 최소 수축량을 dmin이라 할 때, dmin과 dxi(y)가 일치하는 지점을 찾고 이 지점의 좌표를 삼각가열 영역 꼭지점 배열 {Pmin}에 저장한다.

3. Pmin이 존재할 때, Pmin에서 가장 가까운 i번째 격자 배열의 끝단 선분의 중앙점을 {Pend}에 저장한다. Pend 지점에서의 수축량을 dend라고 할 때, 프로그램 내부의 가열 영역 폭 결정 함수 G(dend)로부터 dend에 대응하는 가열 영역 폭 Wh가 계산되고 이는 배열 {Wh}에 저장된다.

앞의 단계를 전체 격자 배열에 대하여 수행하고 최종 {Pmin},{Pend},{Wh}를 삼각가열선 정보 data 구조체의 각 column(Pmin 좌표, Pend 좌표, Wh)에 저장한다.

다음으로, 도 86에 도시된, 삼각가열 가열 한계 위치 파악 및 한계 가열 만족 판단/꼭지점 위치 수정 절차(S304,S305,S308)(삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단에 의해 진행)를 살펴본다.

도 95에 도시된 각 절차(단계 S311~S321)를 진행하여, 저장된 삼각가열선 꼭지점이 배열 {Pmin}={Pmin1,Pmin2,…}와 같이 K개로 구성되어 있을 때, 각 꼭지점에 대하여, 꼭지점을 지나면서 Y축에 평행하고 Z축을 포함하는 분할 평면(T)이 계측 곡면과 만날 때 분할되는 곡단면의 교선 geometry를 C로 저장한다.

다음으로, 도 96 내지 도 98에 도시된 바와 같이, 교선 geometry C에 대하여 프로그램 내부 수학 연산 함수를 이용하여 가열 한계 방정식 HL을 구성하고, 이를 만족하는 가열 한계 위치 P_HL을 찾는다. 이때, 꼭지점 Pmin의 Y좌표 Ymin의 위치에 따라 가열 한계 위치 P_HL 및 가열 한계 조건 만족 판단 기준이 달라진다.

이때, HL_1을 적용하는 경우, Ymin > Y_HL이면 가열 한계 조건을 만족한다. Ymin < Y_HL로서 가열 한계 조건을 벗어나는 경우 꼭지점 좌표 Pmin을 P_HL로 교체한다.

또한, HL_2를 적용하는 경우, Ymin < Y_HL이면 가열 한계 조건을 만족한다. Ymin > Y_HL로서 가열 한계 조건을 벗어나는 경우 꼭지점 좌표 Pmin을 P_HL로 교체한다.

이 판별 과정을 전체 꼭지점 K개에 대하여 반복 시행한다.

다음으로, 도 86에 도시된, 삼각가열선 정보 전달(PC->기계 장치)(제어 컴퓨터->삼각가열 기계장치) 절차(S306)(삼각가열선 정보 생성 수단 또는 감각가열선 꼭지점 위치 관리 수단에 의해 진행)를 살펴본다.

도 99에 도시된 바와 같이, 삼각가열선 정보 생성 과정을 통해 생성된 삼각가열선 정보 data 구조체의 1개 항목별 Pmin, Pend좌표와 Wh는 1개의 가열선을 구성하는 요소가 된다.

이때, 삼각 가열 속도(v_HT)는 프로그램 내부의 삼각가열 속도 결정 함수 H(Pmin, Pend, Wh)로부터 계산한다. 이때 계산된 속도가 [가열 제한 조건]에서 설정한 vmin~vmax 범위를 벗어날 경우 vmin 또는 vmax를 그대로 지정한다. 가열속도가 vmin보다 작으면 vmin을, vmax보다 크면 vmax를 가열 속도로 지정한다.

이어, 삼각가열선 정보 data 구조체의 각 항목별로 Pmin, Pend, Wh, v_HT가 지정되면 이 값들을 기계 장치가 읽을 수 있도록 별도 data파일에 저장한다.

다음으로, 도 86에 도시된, 삼각가열 실행절차(S307)(삼각가열 기계장치에 의해 진행)를 살펴본다.

도 100 및 도 101에 도시된 바와 같이, 기계 장치(삼각가열 기계장)가 PC(제어 컴퓨터)로부터 [HEATTRI-01.DAT]~[HEATTRI-n.DAT]의 총 n개 가열 작업 파일을 전송받으면 01번부터 n번까지 순차적으로 가열 작업을 수행한다. 각 파일에 기록된 꼭지점 좌표(Pmin)부터 밑변 중앙점 좌표(Pend)에 이르기까지 기록된 가열 속도(v_HT)로 최종 가열폭이 Wh가 되게끔 선형적으로 폭이 증가하는 삼각형상 영역의 가열 작업을 하게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 곡면에 대한 기하학적 분석과 금속의 열변형 예측 기법에 근거하여 판재의 열가공 정보를 정량적으로 도출, 고주파 유도 가열 장치가 부착된 기계 장치를 제어하여 가열 동작을 정교하고 일정하게 구현함으로써, 작업자의 숙련도에 관계없이 성형 정도를 만족하는 작업이 가능하게끔 지원할 수 있다.

이러한 본 발명은 곡 성형의 효율적인 운영이 필요한 여러 분야에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.

그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

10: 로봇팔
11: 갠트리
12: 브라켓
13: 레이저 변위 센서
14: 기준 센서
15: 기준 센서 레이저 포인터
16: 계측 변위 센서 레이저 포인터
17: 계측 대상 부재
20: 곡 성형 로봇
21: 제어 PC
31: 내부점
32: 꼭지점
33: 모서리점

Claims

제어 컴퓨터에 설치되며, 설계 곡면을 격자 영역으로 분할하여, 설계 곡면의격자점 좌표들을 산출함과 아울러, 각 격자점에서의 X,Y,Z 방향으로의 변위장을 계산하여, 설계 곡면의 격자점 좌표들에 상응하는 계측 곡면의 격자점 좌표들을 산출하는 곡면 전개 수단과;
제어 컴퓨터에 설치되며, 계측 곡면의 격자를 구성하는 각 격자 선분의 X방향 수축량을 수학식[선분 중앙점에서의 X방향 변형률×각 선분 길이]를 통해 산출하는 수축량 산출 수단과;
제어 컴퓨터에 설치되며, 계측 곡면 측 격자 선분의 수축량으로부터 삼각가열영역의 꼭지점, 중앙점 및 가열폭을 결정하는 삼각가열선 정보 생성 수단과;
제어 컴퓨터에 설치되며, 삼각가열선 측 꼭지점을 지나는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 형성되는 분할 교선에 대한 가열 한계 방정식을 구성한 후, 삼각가열선 측 꼭지점의 Y좌표를 가열 한계 방정식과 비교하여, 해당 삼각가열선 측 꼭지점의 가열 한계 조건 만족여부를 판단함과 아울러, 판단결과에 따라, 꼭지점의 Y좌표를 교체하는 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단과;
제어 컴퓨터와 통신하며, 제어 컴퓨터 측으로부터 가열 작업 파일이 전송되면, 부재를 대상으로 하여 삼각가열을 시행하는 삼각가열 기계장치를 포함하며,
상기 삼각가열선 정보 생성 수단 측에서는, 격자 선분의 수축량을, y 방향에 대해 스플라인(Spline) 곡선 보간하여, 함수 dxi(y)를 정의한 후, 미리 설정되어 있던 최소 수축량(dmin)과 함수 dxi(y)가 일치하는 지점의 좌표를 삼각가열영역의 꼭지점(Pmin)으로 결정함과 아울러, 결정된 꼭지점(Pmin)에서 가장 가까운 i 번째 격자 배열의 끝단 선분의 중앙점을 삼각가열영역의 중앙점(Pend)으로 결정하고, 미리 설정되어 있던 가열 영역 폭 결정 함수(G(dend))로부터, 결정된 중앙점(Pend)의 수축량(dend)에 대응하는 가열 영역 폭을 계산함으로써, 계산된 가열 영역 폭을 삼각가열영역의 가열폭(Wh)으로 결정하는 것을 특징으로 하고,
상기 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단 측에서는, 교선 지오메트리(geometry) C에 대하여(이 경우, 교선 지오메트리 C는, 꼭지점(Pmin)이 배열되어 있을 때, 각 꼭지점에 대하여, 해당 꼭지점을 지나면서 Y 축에 평행하고, Z 축을 포함하는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 분할되는 곡단면의 교선 지오메트리를 의미 함), 'HL_1(Y_HL)=0' 또는 'HL_2(Y_HL)=0' 형태의 가열 한계 방정식(HL_1 또는 HL_2)을 구성한 후, 해당 가열 한계 방정식을 만족하는 Y_HL 값을 구함으로써(여기서, Y_HL은 가열 한계 위치 P_HL의 Y좌표이며, 교선 지오메트리 C 상에 존재하는 포인트이다), 반드시 아래로 오목한 변형(-Z방향으로 곡면 형성)을 유발하는 삼각가열선의 꼭지점(Pmin)의 Y좌표인 Ymin의 한계 위치를 파악하고, '꼭지점(Pmin)의 Y좌표(Ymin)'와 '가열 한계 위치(P_HL)의 Y좌표(Y_HL)'를 비교하여, 꼭지점(Pmin)의 위치가, '아래로 오목한 거동'을 유발하는 한계 위치에 해당하는 경우, 꼭지점(Pmin)을 가열 한계 위치(P_HL)로 교체하는 것을 특징으로 하는 선체 곡 외판 성형시스템.
제어 컴퓨터에 설치된 곡면 전개 수단에 의해 진행되며, 설계 곡면을 격자 영역으로 분할하여, 설계 곡면의격자점 좌표들을 산출함과 아울러, 각 격자점에서의 X,Y,Z 방향으로의 변위장을 계산하여, 설계 곡면의 격자점 좌표들에 상응하는 계측 곡면의 격자점 좌표들을 산출하는 단계와;
제어 컴퓨터에 설치된 수축량 산출 수단에 의해 진행되며, 계측 곡면의 격자를 구성하는 각 격자 선분의 X방향 수축량을 수학식[선분 중앙점에서의 X방향 변형률×각 선분 길이]를 통해 산출하는 단계와;
제어 컴퓨터에 설치된 삼각가열선 정보 생성 수단에 의해 진행되며, 계측 곡면 측 격자 선분의 수축량으로부터 삼각가열영역의 꼭지점, 중앙점 및 가열폭을 결정하는 단계와;
제어 컴퓨터에 설치된 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단에 의해 진행되며, 삼각가열선 측 꼭지점을 지나는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 형성되는 분할 교선에 대한 가열 한계 방정식을 구성한 후, 삼각가열선 측 꼭지점의 Y좌표를 가열 한계 방정식과 비교하여, 해당 삼각가열선 측 꼭지점의 가열 한계 조건 만족여부를 판단함과 아울러, 판단결과에 따라, 꼭지점의 Y좌표를 교체하는 단계와;
제어 컴퓨터와 통신하는 삼각가열 기계장치에 의해 진행되며, 제어 컴퓨터 측으로부터 가열 작업 파일이 전송되면, 부재를 대상으로 하여 삼각가열을 시행하는 단계를 포함하며,
상기 삼각가열선 정보 생성 수단 측에서는, 격자 선분의 수축량을, y 방향에 대해 스플라인(Spline) 곡선 보간하여, 함수 dxi(y)를 정의한 후, 미리 설정되어 있던 최소 수축량(dmin)과 함수 dxi(y)가 일치하는 지점의 좌표를 삼각가열영역의 꼭지점(Pmin)으로 결정함과 아울러, 결정된 꼭지점(Pmin)에서 가장 가까운 i 번째 격자 배열의 끝단 선분의 중앙점을 삼각가열영역의 중앙점(Pend)으로 결정하고, 미리 설정되어 있던 가열 영역 폭 결정 함수(G(dend))로부터, 결정된 중앙점(Pend)의 수축량(dend)에 대응하는 가열 영역 폭을 계산함으로써, 계산된 가열 영역 폭을 삼각가열영역의 가열폭(Wh)으로 결정하는 것을 특징으로 하고,
상기 삼각가열선 꼭지점 위치 관리 수단 측에서는, 교선 지오메트리(geometry) C에 대하여(이 경우, 교선 지오메트리 C는, 꼭지점(Pmin)이 배열되어 있을 때, 각 꼭지점에 대하여, 해당 꼭지점을 지나면서 Y 축에 평행하고, Z 축을 포함하는 분할 평면이 계측 곡면과 만날 때 분할되는 곡단면의 교선 지오메트리를 의미 함), 'HL_1(Y_HL)=0' 또는 'HL_2(Y_HL)=0' 형태의 가열 한계 방정식(HL_1 또는 HL_2)을 구성한 후, 해당 가열 한계 방정식을 만족하는 Y_HL 값을 구함으로써(여기서, Y_HL은 가열 한계 위치 P_HL의 Y좌표이며, 교선 지오메트리 C 상에 존재하는 포인트이다), 반드시 아래로 오목한 변형(-Z방향으로 곡면 형성)을 유발하는 삼각가열선의 꼭지점(Pmin)의 Y좌표인 Ymin의 한계 위치를 파악하고, '꼭지점(Pmin)의 Y좌표(Ymin)'와 '가열 한계 위치(P_HL)의 Y좌표(Y_HL)'를 비교하여, 꼭지점(Pmin)의 위치가, '아래로 오목한 거동'을 유발하는 한계 위치에 해당하는 경우, 꼭지점(Pmin)을 가열 한계 위치(P_HL)로 교체하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 선체 곡 외판 성형방법.