KR20070068797A - 프로펠러의 자동화 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로펠러의 자동화 가공방법에 관한 것으로, 그 목적은 프로펠러의 그라인딩 작업시 요구되는 모든 경로점을 레어저 변위센서와 PC제어기를 이용해 자동으로 처리하여 로봇의 구동을 위한 프로그램을 생성함으로써 보다 신속하고 정확한 작업이 가능하게 하는 프로펠러의 자동화 가공방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 프로펠러, 로봇, 가공헤더 등을 컴퓨터 상에서 3차원적으로 구현하여 가공을 위한 프로그램의 생성이 가능하게 한 자동화 가공방법으로, 컴퓨터 즉, PC제어기로 입력되는 3차원 캐드 데이터를 이용하여 로봇 좌표계의 보정과 프로펠러의 표면 센싱을 위한 센싱 프로그램을 생성하고, 센싱된 각 위치의 좌표값들로 가공 대상인 프로펠러 형상을 만들어 내며, 이를 기 입력된 3차원 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델과 비교하여 가공해야 할 영역과 두께를 계산해 낸 다음, 가공커터가 지나갈 경로에 대한 가공 프로그램을 생성하여 로봇제어기에 입력시킴으로써 자동화 가공이 이루어지도록 구성된 프로펠러의 자동화 가공방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

프로펠러, 레이저변위센서, PC제어기, 캐드 데이터, 가공 프로그램

Description

프로펠러의 자동화 가공방법{automation processing method for propeller}

도 1 은 본 발명의 자동화 가공방법에 따른 프로펠러의 가공상태를 나타낸 상태도,

도 2 는 본 발명의 자동화 가공방법을 수행하는 장치의 구성도,

도 3 은 본 발명의 레이저변위센서를 이용하여 프로펠러의 형상 모델을 형성하는 과정을 나타낸 개념도,

도 4 는 본 발명에 따른 가공커터의 경로 생성에 대한 개념도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 로봇 (20) : 가공헤더

(21) : 커터 (22) : 레이저변위센서

(30) : PC제어기 (40) : 로봇제어기

(100) : 프로펠러

본 발명은 선박에 사용되는 프로펠러의 가공방법에 관한 것으로, 특히 주조 에 의해 만들어진 프로펠러소재의 형상정보와 프로펠러의 3차원 캐드 데이터의 비교에 의해 결정되는 가공경로를 따라 가공헤더가 로봇에 의해 이송되며 프로펠러의 그라인딩 작업을 진행하는 프로펠러의 자동화 가공방법에 관한 것이다.

선박에 설치되어 선박의 운항을 위한 추진력을 제공하는 프로펠러는 일반적으로 금속을 녹인 뒤 틀에 부어 물건을 제작하는 주조 작업에 의해 1차 제품이 제작되고, 표면가공을 통해 완제품으로 만들어진다. 한편 표면가공을 위해서는 그라인딩 작업이 필수적으로 요구되며, 이러한 그라인딩 작업을 인력에 의한 수작업에 의존할 경우, 작업자의 숙련도에 따른 가공오차로 인해 그라인딩품질이 균일하지 못하고, 단순 반복 작업에 의해 작업효율이 저하됨과 더불어 분진과 소음 등으로 작업환경이 매우 열악하고 노동 강도가 높아 작업자들이 기피하는 작업으로 인식되고 있으므로, 작업 인력의 확보에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 생산 효율 또한 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하여 보다 나은 작업환경을 제공하고자 하는 로봇 그라인딩 장치가 본 출원인에 의해 출원된 국내 특허출원 제10-2004-0052059호에 개시되어 있다. 개시된 로봇 그라인딩 장치는 프로펠러의 보스부에 설치되는 그라인딩 로봇과, 상기 그라인딩 로봇이 프로펠러의 보스부에 센터링되게 고정하는 척조우와, 상기 그라인딩 로봇에 장착되어 그라인딩 및 절삭작업을 수행하는 그라인딩부와, 상기 그라인딩 로봇과 그라인딩부를 제어하는 통합제어반과, 상기 통합제어반에 연결되어 상기 그라인딩 로봇과 그라인딩부의 가공궤적을 생성하는 서버로 구성되어 있다.

상기와 같은 그라인딩 로봇을 이용하여 그라인딩 작업을 진행하기 위해서는 로봇조작기를 이용해서 로봇을 작업할 표면에 위치시킨 후 그 위치를 저장하고, 다음 동작 위치로 이동시킨 후 경로점을 저장하는 방식으로 작업에 필요한 위치들을 모두 저장한 다음 그라인딩부를 작동시킴과 더불어 그라인딩 로봇이 연속적으로 동작하도록 함으로써 프로펠러의 표면에 대한 그라인딩 작업을 수행하였다.

그러나 상기와 같은 가공방법은 작업에 필요한 모드 경로점을 작업자의 수작업에 의존하여 입력하게 되므로 많은 작업시간이 요구되고, 작업자의 숙련도에 따라 가공품질에 많은 차이가 발생되며, 작업자의 실수로 인해서 잘못된 위치가 입력된 경우 사고발생의 우려가 높은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 프로펠러의 그라인딩 작업시 요구되는 모든 경로점을 레어저 변위센서와 PC제어기를 이용해 자동으로 처리하여 로봇의 구동을 위한 프로그램을 생성함으로써 보다 신속하고 정확한 작업이 가능하게 하는 프로펠러의 자동화 가공방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 작업자의 숙련도에 상관없이 일정한 가공품질을 얻을 수 있는 프로펠러의 자동화 가공방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 주조된 프로펠러의 보스부에 로봇을 탑재하는 단계(S1);

상기 프로펠러의 3차원 캐드 데이터를 PC제어기에 입력하는 단계(S2);

상기 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델에 표시된 제1 기준점에 로봇의 툴 센터 포인트가 일치하도록 로봇을 작동시키고, 상기 제1 기준점과 동일한 곳에 위치하도록 상기 프로펠러에 제2 기준점을 실제로 표시하여 툴 센터 포인트와 제2 기준점의 위치 차이를 이용해 로봇 좌표계의 보정값을 구하는 단계(S3);

상기 로봇에 장착되는 가공헤더에 구비된 레이저변위센서를 이용해 상기 프로펠러의 형상을 인식하고, 이를 상기 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델과 비교하여 가공해야 할 영역과 두께를 계산해 낸 다음, 가공커터가 지나갈 경로에 대한 가공 프로그램을 만드는 단계(S4); 및

상기 단계(S4)에 의해 만들어진 가공 프로그램을 로봇제어기로 입력하여 그라인딩 작업을 수행하는 단계(S5);로 이루어진 프로펠러의 자동화 가공방법을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 자동화 가공방법을 수행하기 위한 로봇 그라인딩 장치의 구성을 도시하고 있다. 상기 로봇 그라인딩 장치는 로봇(10)과, 가공헤더(20)와, PC제어기(30)와, 로봇제어기(40)로 구성된다. 이때 상기 가공헤더(20)는 로봇(10)의 일단부에 설치되며, 그라인딩 가공을 위한 가공커터(21)와 센싱을 위한 레이저변위센서(22)가 구비되어 있다. 상기 PC제어기(30)는 가공경로를 따라 가공헤더(20)가 이동할 수 있도록 로봇(10)을 제어하는 프로그램을 만들도록 구성되며, 또한 만들어진 프로그램에 따라 로봇이 작동하는 것을 시각적으로 나타내어 사전에 로봇의 오동작을 파악할 수 있도록 하는 디스플레이부(31)가 구비되어 있다. 상기 로봇제어기(40)는 PC제어기(30)에 의해 만들어지는 프로그램에 따라 로봇(10)을 작동시키게 된다.

본 발명의 자동화 가공방법은 프로펠러(100), 로봇(10), 가공헤더(20) 등을 컴퓨터 상에서 3차원적으로 구현하여 가공을 위한 프로그램의 생성이 가능하게 한 자동화 가공방법으로, 컴퓨터 즉, PC제어기(30)로 입력되는 3차원 캐드 데이터를 이용하여 로봇 좌표계의 보정과 프로펠러(100)의 표면 센싱을 위한 센싱 프로그램을 생성하고, 센싱된 각 위치의 좌표값들로 가공 대상인 프로펠러 형상을 만들어 내며, 이를 기 입력된 3차원 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델과 비교하여 가공해야 할 영역과 두께를 계산해 낸 다음, 가공커터(21)가 지나갈 경로에 대한 가공 프로그램을 생성하여 로봇제어기(40)에 입력시킴으로써 자동화 가공이 이루어지도록 구성된다. 이러한 가공방법을 각 단계별로 세분화하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 주조된 프로펠러(100)의 보스부에 로봇(10)을 탑재한다. 이때 로봇(10)이 보스부의 센터링에 정렬되도록 설치하게 되며, 상기 PC제어기(30)에 가공될 프로펠러(100)의 3차원 캐드 데이터를 입력하게 된다.

한편 상기 캐드 테이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델 상의 로봇과 실제 주조된 프로펠러(100) 상에 위치하는 로봇의 좌표계를 일치시켜 주어야만 하며, 이를 위해 프로펠러 모델에 임의의 제1 기준점을 선정하고, 선정된 제1 기준점에 로봇(10)의 끝점인 툴 센터 포인트(tool center point)가 위치하도록 로봇(10)을 작동하는 보정용 프로그램을 PC제어기(30)에서 만들게 된다. 이와 더불어 상기 제1 기준점과 동일한 곳에 위치하는 제2 기준점을 실제 프로펠러에 마킹하게 된다. 상기와 같이 PC제어기(30)에서 만들어진 보정용 프로그램을 로봇제어기(40)로 전달하여 로봇의 툴 센터 포인트가 제1 기준점에 대응하는 위치로 이동하도록 로봇(10)을 작동하게 된다. 이처럼 로봇(10)의 툴 센터 포인트가 프로펠러 모델 상의 제1 기준점에 위치하였음에도 불구하고 툴 센터 포인트와 제2 기준점이 일치하지 않게 되면, 로봇제어기(40)를 통해 로봇(10)을 조작하여 툴 센터 포인트가 제2 기준점에 일치되도록 한 후, 그 위치를 저장해서 PC제어기(30)로 전달하게 된다.

이처럼 PC제어기(30)로 전달된 위치와 기존에 PC제어기(30)에서 생성된 제1 기준점과 비교를 통해 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델의 위치와 실제 프로펠러 위치 사이의 오차를 계산할 수 있게 되며, 이후 수행될 센싱과 가공에 이를 반영함으로써 로봇 좌표계를 보정하게 된다.

도 3은 상기 레이저변위센서를 이용한 측정과정을 도시하고 있다. 도 3을 참 조하면, 상기 PC제어기(30)는 레이저변위센서(22)가 프로펠러의 표면에 수직한 채로 이동하면서 일정 간격으로 센싱을 수행하도록 캐드 데이터를 이용해 필요한 센싱위치(101)들을 생성하고, 이 센싱위치(101)들을 통과하도록 센싱 프로그램을 만들게 된다. 이처럼 만들어진 센싱용 프로그램은 로봇제어기(40)로 전달되며, 로봇제어기(40)는 센싱 프로그램에 따라 로봇(10)을 작동시킴으로서 센싱작업을 수행하게 된다.

한편, PC제어기(30)는 상기 센싱작업 시 각 센싱위치(101)에서의 로봇(10)의 좌표값과 레이저변위센서(22)에서 측정되는 값을 조합하여 각 센싱위치(101)의 3차원 좌표값을 계산하게 된다. 이처럼 각 센싱위치(101)에 대한 3차원 좌표값이 계산되면, PC제어기(30)는 각 센싱위치(101)의 좌표값을 이용해 가공면(S1)을 만들게 되고, 이 가공면(S1)과 기존 PC제어기(30)에 입력된 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델의 기준면(S2)과 비교를 통해 가공해야 할 영역과 두께를 계산함과 더불어 가공커터(21)가 지나갈 경로를 생성하여 가공 프로그램을 만들게 된다. 이때 가공 후 남길 가공여유(d)를 고려하여 가공 프로그램을 만들게 된다.

도 4는 상기 가공커터의 경로 생성시 고려되는 사항을 개념적으로 도시하고 있다. 도 4를 참조하면, 상기 가공커터(21)의 경로를 생성할 때, 가공커터(21)가 프로펠러의 표면과 접촉하는 접촉점(P1)들을 먼저 생성한 다음 가공방향에 따른 가공각(A)을 반영하여 로봇(10) 동작의 기준이 되는 로봇 툴 센터링 포인트(P2)를 생성하게 되며, 이때 로봇(10)의 몸체나 가공헤더(20)가 프로펠러(100)와 충돌이 있는지를 확인한 후 충돌을 피할 수 있는 경로를 생성하게 된다. 또한 상대적으로 가 공량이 많은 부위는 가공량이 적은 부위에 비해 먼저 일정량을 가공하는 작업이 진행되도록 하게 된다.

상기와 같이 만들어진 가공 프로그램은 로봇제어기(40)로 전달되고, 가공 프로그램을 전달받은 로봇제어기(40)는 가공 프로그램에 따라 로봇(10)을 작동함으로써 프로펠러의 그라인딩 작업이 이루어지게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 가공커터의 가공경로를 생성하는 작업을 레이저변위센서 및 PC제어기를 이용해 자동화함으로써 기존 수작업에 비해 빠르고 정확하게 작업을 진행할 수 있게 되었으며, 이로 인해 장비의 가동율 및 생산성을 향상시킬 수 있게 되었다. 더욱이 PC제어기에서 만들어진 프로그램을 3차원 화면상에서 동작시켜 봄으로써 사전에 오동작을 파악할 수 있으며, 작업자의 숙련도에 상관없이 균일한 가공품질을 얻을 수 있게 되었다.

Claims (2)

1. 주조된 프로펠러의 보스부에 로봇을 탑재하는 단계(S1);

   상기 프로펠러의 3차원 캐드 데이터를 PC제어기에 입력하는 단계(S2);

   상기 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델에 표시된 제1 기준점에 로봇의 툴 센터 포인트가 일치하도록 로봇을 작동시키고, 상기 제1 기준점과 동일한 곳에 위치하도록 상기 프로펠러에 제2 기준점을 실제로 표시하여 툴 센터 포인트와 제2 기준점의 위치 차이를 이용해 로봇 좌표계의 보정값을 구하는 단계(S3);

   상기 로봇에 장착되는 가공헤더에 구비된 레이저변위센서를 이용해 상기 프로펠러의 형상을 인식하고, 이를 상기 캐드 데이터에 의해 구현되는 프로펠러 모델과 비교하여 가공해야 할 영역과 두께를 계산해 낸 다음, 가공커터가 지나갈 경로에 대한 가공 프로그램을 만드는 단계(S4); 및

   상기 단계(S4)에 의해 만들어진 가공 프로그램을 로봇제어기로 입력하여 그라인딩 작업을 수행하는 단계(S5);로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로펠러의 자동화 가공방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(S4)는,

   상기 로봇에 장착된 가공헤더에 구비되는 레이저변위센서가 상기 프로펠러의 표면에 수직한 채로 이동하면서 일정 간격으로 센싱을 수행하도록 상기 캐드 데이 터를 이용해 필요한 센싱위치들을 생성하고, 이 센싱위치들을 통과하도록 센싱 프로그램을 만드는 단계(S4-1);

   상기 단계(S4-1)에 의해 만들어진 센싱 프로그램에 따라 로봇을 작동시켜 상기 레이저변위센서가 각 센싱위치를 통과하도록 하면서 각 센싱위치에서의 로봇의 좌표값과 상기 레이저변위센서에서 측정되는 값을 조합하여 센싱위치의 3차원 좌표값을 계산하는 단계(S4-2); 및

   상기 단계(S4-2)에 의해 계산된 각 센싱위치의 좌표값들을 이용해 가공면을 만든 후, 상기 PC제어기에 입력된 캐드 데이터와 비교하여 가공해야 할 영역과 두께를 계산하고, 가공커터가 지나갈 경로를 생성하여 가공 프로그램을 만드는 단계(S4-3);로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로펠러의 자동화 가공방법.

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