KR20030064011A - 자동차용 카울크로스바의 교정용접 위치 결정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 카울크로스바를 제조함에 있어서, 용접으로 인해 카울크로스바가 변형되는 것을 상쇄시키기 위한 교정용접의 위치를 구하는 방법에 관한 것으로, 그 방법의 요지는 컴퓨터의 프로그램을 이용하여 다음과 같은 단계의 작업을 수행토록 하는 것이다.

부착용접 개소의 숫자, 교정용접할 개소의 숫자, 카울크로스바의 길이, 길이방향 임의의 계산간격, 각도방향 임의의 계산간격, 예측되는 교정용접의 길이, 교정용접이 불가능한 구속조건의 개수를 입력하는 단계;

부착용접 위치의 길이방향 중심 위치좌표, 원주방향 각도중심점 좌표, 부착용접 실시방향과, 부착용접 길이 등 미리 입력된 데이터 파일을 불러들이는 단계;

상기 단계의 데이터에 의해 구속조건이 있는 경우 제한구간을 기억, 용접개소를 하나씩 추가해 가며 용접에 의한 변형각도를 계산, 계산된 값을 공간상의 좌표로 변환, 카울크로스바의 양끝단을 동일선상에 일치시키기 위한 좌표보정, 조립공정에서 용접으로 인한 카울크로스바의 변형량계산으로 교정용접을 수행하기 이전까지의 변형량을 계산하여 결과표시 및 저장하는 단계;

길이방향으로 한 단위씩 증분시키고 각 길이방향 위치마다 각도를 한 단위씩 증분시키며 가상으로 교정용접, 교정용접을 고려한 변형형상의 좌표값 계산, 계산한 반경방향의 최대변형량 크기 계산, 계산된 값 중에서 최소값을 구하는 단계;

상기 단계의 결과로부터 최적의 교정용접 개소 결정, 조립공정에서 부착용접으로 인해 변형된 카울크로스바에 교정용접을 추가하여 용접변형을 교정(상쇄)한 이후의 카울크로스바 위치를 좌표로 표시하는 단계로 이루어지는 것이다.

따라서 본 발명에 의하면 카울크로스바를 제조하는데 따르는 부착용접 공정에 의해 필연적으로 따르는 변형을 가장 손쉽고 오류없이 구할 수 있게되므로 형상이 변화함에 따라 새로이 교정용접위치를 찾는데 필요한 시간과 인력을 크게 줄이면서 균일한 교정용접을 얻을 수 있다.

Description

자동차용 카울크로스바의 교정용접 위치 결정방법{A position deciding method for counter welding}

본 발명은 자동차의 계기판 안쪽에 설치되어 조향계를 지지하면서 각종 부품을 부착하는 역할을 하는 카울크로스바를 제조함에 있어서, 여러가지 부품을 설치하거나 고정을 위한 브라켓을 카울크로스바의 외면에 용접(C0₂)함으로 인해 카울크로스바가 변형되는 것을 교정하기 위하여, 변형부위의 반대편에 역변형을 생성시켜 용접으로 인한 변형을 상쇄시키기 위한 교정용접의 위치를 구하는 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 본원에서 목적으로 하는 자동차용 카울크로스바 뿐만 아니라 직원통형으로 구성되는 일반적인 파이프에 있어서도 중간외면에 어떠한 목적으로 용접을 실시하게 되면 그러한 용접된 부분은 냉각에 의한 수축잔류변형이 유발되어 파이프가 휘어지는 결과가 된다.

이러한 휨을 교정하기 위하여 부착물을 용접하는 목적이 아니라 변형된 위치의 반대방향으로 변형을 가하기 위하여 용접만을 실시 하는 것을 교정용접이라 할 수 있는데, 부착물을 부착하기 위한 용접개소가 한두 개소 정도라면 부착물이 용접되는 반대의 위치를 적당히 설정하여 교정용접을 하면 되므로 큰 문제는 없을 것이다.

그러나 근래에는 자동차의 구조가 매우 복잡해지고 따라서 자동차의 카울크로스바에 부착되는 브라켓 등의 부착물이 설치되는 개소가 많을 뿐만 아니라 그 위치도 매우 불규칙한 현실로서, 브라켓의 숫자가 많고 위치가 불규칙하면 정확한 교정이 어렵기 때문에 이러한 교정용접의 위치와 개수를 설정하는 것이 매우 복잡하고 어려운 것이다.

더욱이 한가지 형태의 카울크로스바만을 계속 생산한다면 최초에 많은 시행착오를 거치더라도 한번의 교정용접 노하우를 확보하면 그 다음부터는 문제가 없겠지만, 자동차의 종류에 따라서 카울크로스바의 형태가 모두 다를 수 밖에 없으므로 새로운 차종이 생산될 때마다 새로운 교정용접 기술이 필요하게 되므로 그 때마다 시행착오법에 의해 교정용접위치와 개수를 구하는 것은 매우 낭비적인 요소라 할 것이다.

따라서 종래와 같이 시행착오법으로 교정용접을 한다는 것은 사실상 불가능하다 할 것이므로 이러한 교정용접 위치와 개수 등을 구하는데 많은 시행착오와 시간적, 인력적 및 물자적인 낭비가 뒤따랐다 할 것이다.

상기한 문제점에 의해 안출된 본 발명은 자동으로 계산을 수행할 수 있는 수단, 즉 컴퓨터를 이용하여 경험에 의해 얻을 수 있는 상수와 생산할 카울크로스바에 따른 변수를 입력하면 자동으로 교정용접에 필요한 위치와 개수 등을 얻을 수 있도록 함으로써 카울크로스바 생산에 따르는 조립정밀도를 확보할 수 있고 차종변경에 따르는 카울크로스바 형상의 변경에도 신속한 대처를 할 수 있도록 함을 목적으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 1단계 진행과정을 도시한 공정도

도 2는 본 발명의 2단계 진행과정을 도시한 공정도

본 발명의 방법을 상세히 설명하기 전에 먼저 용어를 다음과 같이 정리하고 설명을 시작한다.

부착용접: 카울크로스바에 브라켓 등을 실제로 부착하기 위해 실시하는 용접.

교정용접: 실제로 부착하는 용접이 아니라 부착용접에 의한 변형을 교정할 목적으로 하는 용접.

본 발명의 방법은 기본적으로 컴퓨터의 프로그램을 이용하여 계산을 수행토록 하는 것으로, 크게 구분하여 부착용접에 따르는 변형량을 계산하는 1단계와 그러한 변형량에 따라 교정용접을 추가한 이후의 변형량을 계산하여 최종적으로 적합한 교정용접 위치를 결정하는 2단계로 구분된다.

먼저 첨부된 도 1을 참조하여 1단계를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

[1-1단계] 변수 및 상수입력

사용자 대화창에서 키보드를 통하여 다음의 상수 및 변수를 입력토록 한다.

1. 제조공정상 부착용접 개소의 숫자(N_WELD)

-상수; 생산할 제품의 설계에 의해 카울크로스바에 브라켓 등을 부착하기 위해 용접을 실시하는 숫자를 말하는 것이다.

2. 교정용접할 개소의 숫자(N_CWELD)

-변수; 사용자의 경험에 의존하여 예측하는 것으로서, 통상 몇 개소의 부착용접이 있으면 몇 개소 정도의 교정용접이 필요하다는 것을 경험에 의해 예측하고 이를 입력하는 것이며, 그 숫자가 많을 수록 정확한 답을 얻을 수 있겠지만 실제 생산시에는 원가 및 시간면에서 그 숫자가 적을수록 유리할 것이다.

3. 카울크로스바의 길이(LENGTH_BAR)

-상수; 카울크로스바의 전체길이를 입력한다.

4. 길이방향 계산간격(STEP_LENG)

-변수; 이는 계산을 시행할 카울크로스바의 길이를 임의로 등분하는 단위를 입력하는 것으로서, 계산시간을 절약하기 위하여 너무 미세한 간격등분은 바람직하지 않다. 그 예로는 10mm가 적당할 것이다.

5. 각도방향 계산간격(STEP_ANG)

-변수; 이는 계산을 시행할 카울크로스바의 각도를 임의로 등분하는 단위를 입력하는 것으로서, 역시 계산에 소요되는 시간을 절약하기 위하여 미세한 등분은 바람직하지 않으며, 그 예로는 10도 간격이 적당할 것으로 사료된다.

6. 교정용접이 예상되는 구간의 길이(SIZE_X)

-변수; 계산에 소요되는 시간을 절약하기 위하여 사용자의 경험에 의존하여 교정용접이 예측되는 구간의 길이를 입력하며 본 길이구간에서 계산을 시행한다.

7. 교정용접이 예상되는 중심각도(APPRO_ANG)

-변수; 사용자의 경험에 의존하여 교정용접이 예측되는 원주방향의 중심각도를 입력하는 것이다.

8. 교정용접의 각도를 고려할 영역(SIZE_ANG)

-계산에 소요되는 시간을 절약하기 위하여 상기 APPRO_ANG를 중심으로 교정용접의 각도를 고려할 영역을 입력하며, 본 각도구간에서 계산을 시행한다.(예 ±45도)

9. 교정용접의 길이(SIZE_CW)

-교정용접을 할 길이를 예측하여 입력한다.(예로서 통상 50mm)

10. 구속조건의 개수(N_CONST)

-용접부착물의 형상 등으로 인해 교정용접이 불가능한 제한구간의 개수를 입력한다.

[1-2단계]상수입력(미리 작성 및 입력된 데이터 파일을 불러들임)

1. 용접위치(POSI)

-부착용접을 실시하는 위치의 카울크로스바의 길이방향으로의 중심 위치좌표.(예: 100mm)

2. 용접각도의 중심점(PHI)

-부착용접을 실시하는 위치의 카울크로스바의 원주방향으로의 각도중심점 좌표.(예: 150도)

3. 용접방향(I_DIREC)

-부착용접을 실시하는 방향을 구분하여 숫자로 표시한 데이터.(예; 카울크로스바의 원주방향 1, 카울크로스바의 길이방향 0)

4. 용접길이(LENG_WELD)

-부착용접을 하는 길이.

[1-3단계]용접변형량 계산

1. [1-2단계]의 데이터에 의해 구속조건이 있는 경우 제한구간을 기억해 놓는다.

2. 용접변형량 계산의 반복: 용접개소를 하나씩 추가해 가면서 용접에 의한 변형각도를 계산하며(THETA(I)), 변형각도의 계산은 사전 실험 및 해석에 의한 결과를 활용한다.

3. 변형형상의 좌표로 변환: 계산된 변형각도(THETA(I))를 공간상의 좌표로 변환한다.

4. 카울크로스바의 양끝단을 동일선상에 일치시키기 위하여 좌표를 보정(ROTATE) 한다.

5. 결과표시 및 저장: 조립공정에서 용접으로 인한 카울크로스바의 변형량계산으로 교정용접을 수행하기 이전까지의 변형량을 계산한다.

이하는 용접변형 보정을 위하여 가상으로 교정용접을 추가한 이후의 변형량을 계산하여 최종 교정용접 위치를 결정하는 2단계로서, 도 2를 기준으로 하여 상세히 설명한다.

[2-1단계] 계산구간 설정(1단계에서 입력한 변수를 토대로 소프트웨어 내부에서 자동 계산되어 설정됨)

1. N_X_S, N_X_E: 교정용접을 고려할 길이방향의 영역으로서, 1단계의 SIZE_X, LENGTH_BAR에 의해 자동으로 계산된다.

2. ANG_S, ANG_E: 교정용접을 고려할 각도영역으로서, 1단계의 APPRO_ANG, SIZE_ANG에 의해 자동으로 계산된다.

[2-2단계]교정용접 추가시 용접변형량의 계산

1. 길이방향으로 한 단위씩 증분시키고 각 길이방향 위치마다 각도를 한 단위씩 증분시키며, 가상으로 교정용접을 추가해 본다. 여기서 set TRY_POSI 및 TRY_PHI는 루프연산을 수행하는 동안 다음의 위치와 각도에서의 변형량과 비교하기 위한 임시 저장소로 사용한다.

2. XYZ_TEST: 교정용접을 고려한 변형형상의 좌표값을 계산한다.

3. R_MAX: XYZ_TEST에서 계산한 반경방향의 최대변형량 크기를 계산한다.

4. R_CWELD: 상기의 계산된 R_MAX값 중에서 최소값을 구한다.

[2-3단계]교정용접 위치결정

1. 상기 2-2단계의 결과로부터 최적의 교정용접 위치(POSI_CWELD, PHI_CWELD)를 결정한다.

2. 결과표시 및 저장: 조립공정에서 부착용접으로 인해 변형된 카울크로스바에 교정용접을 추가하여 용접변형을 교정(상쇄)한 이후의 카울크로스바 위치를 좌표로 표시한다.

이하는 구체적으로 수치를 예로 들어가면서 본 발명에 의한 교정용접 개소를 구하는 과정을 설명한다.

입력하여야 할 상수 및 변수를 다음과 같이 예로 들어 입력을 한다.(1-1단계)

N_WELD: 6

N_CWELD: 2

LENGTH_BAR: 800

STEP_LENGTH: 100

STEP_ANG: 45

SIZE_X: 200

APPRO_ANG: 180

SIZE_ANG: 180

SIZE_CW: 50

N_CONST: 0

그 다음으로는 미리 작성 및 입력된 데이터 파일을 불러들여 계산에 사용토록 하는데,(1-2단계) 데이터의 예로는,

POSI: 650

PHI: 45

I_DIREC: 0

LENG_WELD: 30

이러한 입력을 한 후에 부착용접시의 변형되는 위치의 좌표를 구하기 위한 계산이 시작되는데, 먼저, 교정용접이 불가능한 구간이 있는지를 확인하고 그러한 구간이 있다는 결론 즉, 'N_CONST>0'을 충족하면 C_ZONE을 읽어 기억을 하여둔다.

다음으로 각 부착용접을 하나씩 추가하여 가면서 변형된 각도를 구하고, 변형된 형상을 공간상의 좌표로 변환시키며, 다음에는 카울크로스바의 양단을 동일선상에 일치시킨 상태가 되도록 좌표를 보정하게 된다.

따라서 부착용접을 실시한 후 교정용접을 하기 전의 변형량을 구할 수 있게되는 것이다.(1-3단계)

다음의 2단계에서는 계산할 길이범위(계산 시작점 ∼ 끝점의 길이범위)를 설정하는데, 1-1단계에서 입력한 LENGTH_BAR가 800이고 SIZE_X가 200이므로 다음과 같이 계산이 되면 N_X_S와 N_X_E를 구할 수 있다.(2-1단계의 1)

(800-200)/2=300(N_X_S)

(800+200)/2=500(N_X_E)

또한 계산할 각도범위(계산할 시작각도 ∼ 끝각도)를 설정하는데, 1-1단계에서 입력한 APPRO_ANG가 180이고 SIZE_ANG가 180이므로 다음과 같이 계산이 되면 ANG_S와 ANG_E를 구할 수 있다.(2-1단계의 2)

180-180/2=90(ANG_S)

180+180/2=270(ANG_E)

이러한 2-1단계의 계산은 미리 입력한 프로그램에 의해 자동으로 계산이 이루어진다.

다음으로는 길이방향으로 한 단계씩(100) 증분시켜가면서 교정용접을 실시하는 것으로 가정하여 변형된 형상의 좌표를 구해보고,(2-2단계의 1 및 2) 상기에서 계산한 반경방향의 최대변형량 크기를 계산하여(2-2단계의 3) 그 중에서 최소값을 구한다.(2-2단계의 4)

상기의 결과로부터 최적의 교정용접 위치(개소)를 결정하여 결과를 표시하고 저장하게 된다.

이러한 자동계산 과정을 거침으로써 정확한 교정용접위치를 구하고 그에 따라 교정용접을 실시하면 최적의 상태로 교정된 카울크로스바를 얻을 수 있는 것이다.

상기한 본 발명에서 일부의 입력조건과 단계, 즉 1-1단계 중에서 교정용접이 예상되는 구간의 길이(SIZE_X), 교정용접이 예상되는 중심각도(APPRO_ANG), 교정용접의 각도를 고려할 영역(SIZE_ANG)을 입력하는 것과, 2-1단계인 교정용접을 고려한 길이방향의 영역(N_X_S, N_X_E)을 계산하고 교정용접을 고려할 각도영역(ANG_S, ANG_E)을 계산하는 단계는 본 발명에서 필수적인 구성요소라 할 수는 없다.

다시말해 상기의 입력조건과 단계는 계산에 소요되는 시간을 줄이는데 필요하다 할 것이므로 이러한 요소가 제외되더라도 본 발명이 목적하는 바를 달성하지 못하는 것이 아님은 자명하다.

본 발명은 이론상으로 최적의 교정용접 개소를 구할 수는 없을 것이다. 그 이유는 무한대에 가까운 연산을 하여야 하기 때문이다. 그러나 앞에서 설명한 바와같이 경험에 의한 개략적인 조건을 입력하여 교정용접 개소를 구하더라도 그 속도와 정확성은 항상 균일함은 물론이고 그러한 약간의 오류는 자동차를 조립하는데 아무런 문제가 없기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 카울크로스바를 제조하는데 따르는 부착용접 공정에 의해 필연적으로 따르는 변형을 가장 손쉽고 오류없이 구할 수 있게되므로 형상이 변화함에 따라 새로이 교정용접위치를 찾는데 필요한 시간과 인력을 크게 줄이면서 균일한 교정용접을 얻을 수 있는 것으로, 자동차 조립에 따른 카울크로스바를 생산하는 업체에서 매우 유용한 발명이라 할 것이다.

Claims (2)

1. 카울크로스바의 교정용접 위치를 찾기위해 컴퓨터의 프로그램을 이용하여 계산을 수행토록 하는 것으로,

   제조공정상 부착용접 개소의 숫자(N_WELD)와, 교정용접할 개소의 숫자(N_CWELD)와, 카울크로스바의 길이(LENGTH_BAR)와, 길이방향 임의의 계산간격(STEP_LENG)과, 각도방향 임의의 계산간격(STEP_ANG)과, 예측되는 교정용접의 길이(SIZE_CW)와, 교정용접이 불가능한 구속조건의 개수(N_CONST)를 입력하는 단계;

   상수로, 부착용접을 실시하는 위치의 카울크로스바의 길이방향으로의 중심 위치좌표(예: 100mm)와, 부착용접을 실시하는 위치의 카울크로스바의 원주방향으로의 각도중심점 좌표(PHI)와, 부착용접을 실시하는 방향을 구분한 용접방향(I_DIREC)과, 부착용접을 하는 길이(LENG_WELD) 등 미리 작성 및 입력된 데이터 파일을 불러들이는 단계;

   상기 1-2단계의 데이터에 의해 구속조건이 있는 경우 제한구간을 기억해 놓고, 용접개소를 하나씩 추가해 가며 용접에 의한 변형각도(THETA(I))를 계산하고, 계산된 THETA(I)를 공간상의 좌표로 변환하고, 카울크로스바의 양끝단을 동일선상에 일치시키기 위해 좌표보정(ROTATE)을 실시하고, 조립공정에서 용접으로 인한 카울크로스바의 변형량 계산으로 교정용접을 수행하기 이전까지의 변형량을 계산하여 결과표시 및 저장하는 단계;

   길이방향으로 한단위씩 증분시키고 각 길이방향 위치마다 각도를 한단위씩 증분시키며 가상으로 교정용접을 추가해 보며, 교정용접을 고려한 변형형상의 좌표값(XYZ_TEST)을 계산하고, XYZ_TEST에서 계산한 반경방향의 최대변형량 크기(R_MAX)를 계산하고, 상기의 계산된 R_MAX값 중에서 최소값(R_CWELD)을 구하는 단계;

   상기 2-2단계의 결과로부터 최적의 교정용접 개소(POSI_CWELD, PHI_CWELD)를 결정하고, 조립공정에서 부착용접으로 인해 변형된 카울크로스바에 교정용접을 추가하여 용접변형을 교정(상쇄)한 이후의 카울크로스바 위치를 좌표로 표시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 카울크로스바의 교정용접 위치 결정방법.
2. 제 1항에 있어서,

   계산에 소요되는 시간을 절약하기 위하여 최초의 입력단계에서 교정용접이 예상되는 구간의 길이(SIZE_X)와, 교정용접이 예상되는 중심각도(APPRO_ANG)와, 교정용접의 각도를 고려할 영역(SIZE_ANG)을 추가로 입력하고, 이에 따라 교정용접 추가시 용접변형량을 계산하기 전에 교정용접을 고려할 길이방향의 영역(N_X_S, N_X_E)과 교정용접을 고려할 각도영역(ANG_S, ANG_E)을 계산하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 자동차용 카울크로스바의 교정용접 위치 결정방법.