KR20080103269A - 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치는 가공 철판을 가열하기 위한 가열수단; 상기 가열장치 외측부를 감싸도록 설치되어 가열된 철판면에 냉매를 분사시켜 냉각시키기 위한 냉각수단; 상기 가열수단과 가공 철판 사이를 항상 일정간격으로 유지시키기 위한 간격유지수단; 상기 가공된 철판면의 형상과 가공정보를 측정하기 위한 측정수단; 상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 측정수단이 탑재된 상태로 Z축 방향으로 구동시키는 Z축 구동부; 상기 Z축 구동부를 결합한 상태로 X축 방향으로 구동시키는 X축 구동부; 및 상기 Z축 구동부 및 X축 구동부를 탑재한 상태로 Y축 방향으로 구동시키는 Y축 구동부; 상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 X,Y,Z축 구동부에 의한 철판 가공작업을 통합 제어하도록 된 제어수단을 포함한다.

본 발명은 간격유지수단을 통해 철판과 가열수단의 거리가 일정하게 유지되도록 함으로써, 철판 면에 가해지는 가열수단의 화염온도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 가열수단의 제어가 용이하며, 정밀도가 높은 가공철판을 얻게 되는 효과를 갖는다.

Description

선체 외판의 곡면가공 자동화 장치{Manufacturing Apparatus of Curved Surfaces of Outer Plate of Hull}

도 1은 종래기술에 의한 선체외판 가공을 위한 자동화 장치의 전체 시스템구성을 보인 사시도.

도 2는 종래기술의 요부 확대사시도.

도 3은 본 발명에 따른 선체외판 가공을 위한 자동화 장치의 전체 시스템구성을 보인 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 요부 확대사시도.

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 철판 110: 가열수단

111: 토치 112: 가스공급라인

113: 산소공급라인 120: 냉각수단

121: 냉매관 130: 간격유지수단

140: 측정수단 150: Z축 구동부

151: Z축 이송부재 153: Z축 레일

161: X축 이송부재 163: X축 레일

171: Y축 이송부재 173: Y축 레일

본 발명은 조선(造船) 작업공정상 선체 외판의 곡면가공 자동화를 위한 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 철판의 한쪽 면을 가열장치로 부분 가열하여 곡면을 형성하는 열간가공작업을 자동화하여 철판의 곡면 가공작업의 생산성을 향상하고 작업의 정확성을 기하고자 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치에 관한 것이다.

선박의 제조공정에 있어 외판은 소정 두께의 철판을 각각 필요 형상으로 곡면 가공하여 이를 상호 용접하므로서 하나의 선체를 이루도록 한다.

일반적으로 선박의 외판을 가공하는 방법에는 크게 열간 가공과 냉간 가공의 두 가지 방법이 주로 사용되고 있다. 이 중, 가열에 의한 잔류 열소성 변형을 이용하는 열간 가공방법은 곡판의 마무리 작업 및 이중 곡면 외판의 2차가공, 용접변형 제거 등의 작업에 주로 이용되고 있다.

종래에 사용되고 있는 열간가공방법에 있어서, 선체 외판가공에 적용될 때 판 위의 일정한 방향으로 열을 가하는 방법을 선상가열방법(line heating process)이라 한다. 이러한 작업은 전적으로 숙련된 작업자의 수작업에 의해 수행되었는데, 철판을 가열할 때에는 작업자가 가열 토치를 들고 정해진 작업 방향으로 가열하며, 이 때 또 한사람의 작업자가 가열 토치에 의해 가열된 부위를 따라가면서 냉각수를 뿌려 냉각되도록 한다.

이와 같은 종래의 작업에는 가열된 철판의 곡면을 확인하기 위하여 작업자가 미리 제작된 나무 측정자인 템플레이트(template)를 이용하여 곡을 측정하며, 제작된 판이 템플레이트와 완전히 접촉하면 원하는 곡면이 제작된 것으로 인정한다.

종래에는 이와 같은 철판의 곡면가공에 있어 모든 공정을 작업자의 수작업으로 가공을 수행하였는데, 정확한 정보를 토대로 하지 못하고 숙련자의 경험칙에 따라 가공하도록 함으로서 정밀성을 요하는 작업임에도 불구하고 부정확한 작업을 계속적으로 수행함에 따라, 작업상태가 불균일하고 제품의 전체적인 생산성 향상을 저해하여 왔다.

이에, 하기 도면에서 보는 바와 같은 선체외판 가공을 위한 자동화 장치가 제안되었다.

도 1은 종래기술에 의한 선체외판 가공을 위한 자동화 장치의 전체 시스템구성을 보인 사시도이고, 도 2는 종래기술의 요부 확대사시도이다.

상기 도 1에서와 같은 종래기술의 선체외판 가공을 위한 자동화 장치는, 가공하고자 하는 철판(100)에 열을 작용하여 가열하도록 하는 가열수단과, 상기 가열 가공된 철판(100)면의 온도를 낮추기 위한 냉각수단과, 가공중인 철판(100)의 형상과 가공정보를 측정하는 측정수단과, 상기의 장치를 움직여 작업을 수행하는 구동수단과, 상기 장치들을 자동으로 제어하는 메인콘트롤러(61) 및 가공 정보와 초기 형상, 목적 형상, 가공 진행 상황 등을 보여 주는 가공정보 표시장치(62)로 이루어진 제어수단과, 상기 가공 철판을 지지하는 지그작업대(10)로 구성된다.

여기서, 상기 가열수단은 가스공급탱크(22), 산소공급탱크(23), 가열장치(21), 점화장치(25)로 구성된다.

그리고, 상기 냉각수단은 가열장치(21)를 원으로 둘러싸는 형상으로 수관(31)을 만들고, 상기 수관(31)에 다수의 분사노즐(32)을 형성하여 냉매인 물이 가열 위치의 주위에 뿌려지며 냉각하도록 하였다.

그리고, 상기 측정수단은 측정단자(41)을 접지시켜 가공중인 철판(100)의 형상과 가공정보를 측정하여, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 주는 변환기(A/D converter)(42)를 통하여 제어수단에 측정값이 입력될 수 있도록 한다.

상기 구동수단은 평면상의 가로, 세로 및 연직방향으로 상기 가열장치(21)를 포함하는 가공부를 X, Y축 방향으로 이동시키기 위한 X축 가이드레일(51) 및 Y축 가이드레일(52)로 구성된다.

그러나, 상기 종래기술은 가공작업 중에 가열수단과 철판과의 거리를 일정하게 유지시키는 것이 어렵고, 이로 인해, 철판의 가공정밀도가 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 종래기술은 측정수단이 접지식을 사용하고 있어 가공면 측정에 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다.

상기한 종래 문제점을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 철판 가공작업 중 철판과 가열수단의 거리가 일정하게 유지되도록 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 가공철판 면의 측정작업을 간단하고 빠르게 수행할 수 있도록 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치는 가공 철판을 가열하기 위한 가열수단; 상기 가열장치 외측부를 감싸도록 설치되어 가열된 철판면에 냉매를 분사시켜 냉각시키기 위한 냉각수단; 상기 가열수단과 가공 철판 사이를 항상 일정간격으로 유지시키기 위한 간격유지수단; 상기 가공된 철판면의 형상과 가공정보를 측정하기 위한 측정수단; 상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 측정수단이 탑재된 상태로 Z축 방향으로 구동시키는 Z축 구동부; 상기 Z축 구동부를 결합한 상태로 X축 방향으로 구동시키는 X축 구동부; 및 상기 Z축 구동부 및 X축 구동부를 탑재한 상태로 Y축 방향으로 구동시키는 Y축 구동부; 상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 X,Y,Z축 구동부에 의한 철판 가공작업을 통합 제어하도록 된 제어수단을 포함한다.

여기서, 상기 가열수단은 가스연소 가열, 레이저가열, 전기유도가열 또는 전자 비임(beam)가열 중 어느 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 냉각수단은 냉각매체가 물을 사용하는 수냉식 또는 공기를 사 용하는 공랭식인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 간격유지수단은 전자기 센서를 이용하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 측정수단이 X축 구동부에 회동 가능한 상태로 장착되되, 레이저가 방출되는 선단이 Y축 방향을 중심으로 선회하면서 철판 면의 X축 방향으로 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Z축 구동부는 상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 측정수단이 탑재된 상태로 Z축 방향 구동이 이루어지는 Z축 이송부재; 및 상기 Z축 이송부재가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 Z축 레일을 포함한다.

여기서, 상기 X축 구동부는, 상기 Z축 구동부가 결합된 상태로 X축 방향의 구동이 이루어지는 X축 이송부재; 및 상기 X축 이송부재가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 X축 레일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 Y축 구동부는, 상기 X축 구동부가 결합된 상태로 Y축 방향의 구동이 이루어지는 Y축 이송부재; 및 상기 Y축 이송부재가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 Y축 레일을 포함한다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 선체외판 가공을 위한 자동화 장치의 전체 시스템구성을 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 요부 확대사시도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 가공 철판(100)을 가열하기 위한 가열수단(110)과, 상기 가열수단(110) 외측부를 감싸도록 설치되어 가열된 철판(100) 면에 냉매를 분사시켜 냉각시키기 위한 냉각수단(120)과, 상기 가열수단(110)과 가공 철판(100) 사이를 항상 일정간격으로 유지시키기 위한 간격유지수단(130)과, 상기 가공된 철판(100)면의 형상과 가공정보를 측정하기 위한 측정수단(140)과, 상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 측정수단이 탑재된 상태로 Z축 방향으로 구동시키는 Z축 구동부(150)와, 상기 Z축 구동부(150)를 결합한 상태로 X축 방향으로 구동시키는 X축 구동부(160)와, 상기 Z축 구동부(150) 및 X축 구동부(160)를 탑재한 상태로 Y축 방향으로 구동시키는 Y축 구동부(170)와, 상기 가열수단(110), 냉각수단(120), 간격유지수단(130) 및 X,Y,Z축 구동부(150)에 의한 철판 가공작업을 통합 제어하도록 된 제어수단으로 구성된다.

도 3내지 도 4는 가스연소가열에 의한 가열수단(110)을 도시한다. 동 도면에서와 같은 가열수단(110)은 가스공급라인(112) 및 산소공급라인(113)이 토치(111)에 연결되어 가스와 산소가 적정 비율로 혼합 공급된다. 상기 혼합기체는 토치(111) 끝단에서 불꽃 점화되어 철판을 가열시키게 된다.

이때, 상기 가스는 아세틸렌(acetylene) 가스를 사용할 수 있다.

이러한, 가열수단(110) 철판(100)의 가공에 필요한 온도를 가열할 수 있어야 한다. 예를 들면 일반 선체용 후판의 경우 약 800℃까지 판을 가열할 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기 가열수단(110)은 레이저(laser), 유도 가열 또는 전자 비임(beam)등을 사용할 수도 있다.

상기한 가열수단(110)의 토치(111) 둘레를 감싸도록 냉각수단(120)이 설치되어 철판(100)의 가열면을 냉각시키도록 한다.

상기 냉각수단(120)은 냉매 토출이 가능한 냉매관(121)을 토치(111) 둘레를 감싸도록 링 형태로 절곡 형성한다.

상기와 같이 링 형태로 제작된 냉매관(121) 저면 둘레에 다수의 분사홀을 형성시켜 냉매가 원형으로 동시 분사되도록 함으로써, 철판(100)의 가열부위를 신속하고 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 한다.

상기 냉각수단(120)은 냉매관(121)에 별도의 제어밸브를 부착하여 공냉이 필요한 경우에는 상기 제어밸브를 폐쇄시켜 냉매가 분사되지 않도록 할 수도 있다.

상기 간격유지수단(130)은 전자기 센서를 이용할 수 있는데, 상기 전자기 센서는 높은 주파수 전압 발생을 발생시켜 철판(100)과 센서 사이의 전기용량(capacitance)를 측정하게 된다.

이때, 측정된 값과 기준 값의 차이를 비교하여 비교결과를 Z축 구동부(150)에 전압형태의 신호로 전달시켜 Z축 구동부(150)를 구동하게 된다.

상기 측정수단(140)은 철판(100)의 가공 상태를 측정하여 측정데이터를 제어수단에 전송하여 가공정도를 확인하도록 한다.

이와 같은 측정수단(140)은 측정단자에 의한 접촉식과 레이저를 이용하는 비 접촉식이 사용될 수 있다.

이때, 비접촉식을 이용하는 경우, 상기 측정수단(140)을 도 3에서 보는 바와 같이 X축 구동부(160)에 회동 가능한 상태로 장착될 수 있다.

상기와 같이 장착된 측정수단(140)은 레이저가 방출되는 선단이 고정축을 중심으로 선회하면서 철판(100) 면을 스캐닝(Scanning) 하게 되는데, 도면에는 Y축 방향이 축 고정된 상태에서 X축 방향으로의 스캐닝이 이루어지게 된다.

상기한 바와 같은 측정방법을 이용할 경우, 계측선 하나를 얻는데 드는 시간을 최소화 할 수 있고, 원하는 수만큼의 계측 점들을 보다 빠른 시간에 얻을 수 있게 된다.

상기 측정수단(140)의 측정 작업은 Z, X, Y축 구동부(150)(160)(170)의 작동이 정지된 상태에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상기 Z축 구동부(150)는 가열수단(110), 냉각수단(120), 간격유지수단(130) 및 측정수단(140)이 탑재된 상태로 Z축 방향 구동이 이루어지는 Z축 이송부재(151) 및 상기 Z축 이송부재(151)가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 Z축 레일(153)로 구성된다.

그리고, 상기 X축 구동부(160)는 Z축 구동부(150)가 결합된 상태로 X축 방향의 구동이 이루어지는 X축 이송부재(161) 및 상기 X축 이송부재(161)가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 X축 레일(163)로 구성된다.

또한, 상기 Y축 구동부(170)는 X축 구동부(160)가 결합된 상태로 Y축 방향의 구동이 이루어지는 Y축 이송부재(171) 및 상기 Y축 이송부재(171)가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 Y축 레일(173)로 구성된다.

이때, 상기 Z, X, Y축 이송부재(171) 내부에는 별도의 구동수단이 설치될 수 있는데, 구동수단은 터보 모터, 구동롤러, 체인 및 벨트 등으로 이루어질 수 있다.

상기 제어수단은 철판(100)의 가공을 위한 가열수단(110)의 위치, 방향, 속도 등 가공 정보를 결정하고 이를 Z, X, Y축 구동부(170)에 전달하여 가열수단(110)이 기 설정된 정보대로 움직이게 하는 메인콘트롤러(미도시)와, 초기 곡면 정보, 목적 형상, 결정된 가공 정보와 가공 진행 상태, 가공 중인 정보를 화면으로 전달하여 보여주는 가공정보 표시장치(예; 모니터)로 구성될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작업 공정은 선박의 설계에 따른 선박외판의 형상에 따라 지그작업대(미도시)위에 가공용 철판(100)을 장착한다.

선박의 설계치가 입력된 제어수단의 신호에 따라 Z, X, Y축 구동부(150)(160)(170)의 구동이 이루어지게 되고, 상기 Z축 및 X축 구동부(150)(160)에 탑재된 가열수단(110), 냉각수단(120), 간격유지수단(130), 측정수단(140)이 함께 이동하면서, 철판(100) 외면을 가열, 냉각, 측정하면서 자동으로 가공하게 된다.

상기 가열수단(110)은 철판(100)의 작업부위를 소정의 온도로 가열함으로써, 철판이 열에 의해 소성 변형되도록 한다.

이때, 상기 가열수단(110)은 가스(acetylene)와 산소를 혼합한 혼합기체를 연소시켜 화염을 얻게 되는데, 온/오프 작동을 위한 가스 밸브(미도시)와, 화염조절을 위한 가스유량밸브(미도시)를 더 설치할 수 있다. 이때, 상기 가스 밸브는 자동 온/오프 조절이 가능하지만, 가스유량밸브는 수동으로 조절되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 가열수단(110)에 의한 가열 효과를 극대화 하고 제어를 용이하게 하기 위하여 가열수단의 주위에 형성된 냉각수단(120)이 냉매관(121)을 통해 냉매를 가열부에 분사시켜 냉각이 이루어지도록 한다.

이때, 간격유지수단(130)은 이때, 철판(100)과 전자기 센서 사이의 거리를 지속적으로 측정하고, 측정된 값과 기준 값의 차이를 비교하여 비교결과를 Z축 구동부(150)에 전압형태의 신호로 전달시켜 Z축 구동부(150)를 구동시킴으로써, 철판(100)과 가열수단(110)의 유격이 일정하게 유지되도록 한다.

이와 더불어, 측정수단(140)은 가공중인 철판(100)이나 최종 가공된 철판(100)의 곡면을 측정하고, 이때 측정된 신호를 변환기(A/D converter)로 보내 디지털 신호로 변환한 다음 제어수단에 측정 값이 입력될 수 있도록 한다.

본 발명은 간격유지수단을 통해 철판과 가열수단의 거리가 일정하게 유지되도록 함으로써, 철판 면에 가해지는 가열수단의 화염온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과를 갖는다.

이로 인한, 본 발명은 가열수단의 제어가 용이하고, 정밀도가 높은 가공철판을 얻게 되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 측정수단을 회동 가능한 상태로 장착하여 가공된 철판 면의 계측선을 쉽고 빠르게 얻을 뿐만 아니라, 원하는 수만큼의 계측 점들을 보다 빠른 시간에 얻게 되어 측정시간을 단축하게 되는 효과를 갖는다.

Claims (8)

1. 가공 철판(100)을 가열하기 위한 가열수단(110);

   상기 가열수단(110) 외측부를 감싸도록 설치되어 가열된 철판(100)면에 냉매를 분사시켜 냉각시키기 위한 냉각수단(120);

   상기 가열수단(110)과 가공 철판(100) 사이를 항상 일정간격으로 유지시키기 위한 간격유지수단(130);

   상기 가공된 철판(100)면의 형상과 가공정보를 측정하기 위한 측정수단(140);

   상기 가열수단, 냉각수단, 간격유지수단 및 측정수단이 탑재된 상태로 Z축 방향으로 구동시키는 Z축 구동부(150);

   상기 Z축 구동부(150)를 결합한 상태로 X축 방향으로 구동시키는 X축 구동부(160); 및

   상기 Z축 구동부(150) 및 X축 구동부(160)를 탑재한 상태로 Y축 방향으로 구동시키는 Y축 구동부(170);

   상기 가열수단(110), 냉각수단(120), 간격유지수단(130) 및 X,Y,Z축 구동부(150)에 의한 철판 가공작업을 통합 제어하도록 된 제어수단;

   를 포함하는 선체 외판의 곡면가공 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가열수단(110)은 가스연소 가열, 레이저가열, 전기유도가열 또는 전자 비임(beam)가열 중 어느 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각수단(120)은 냉각매체가 물을 사용하는 수냉식 또는 공기를 사용하는 공랭식인 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 간격유지수단(130)은 전자기 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 측정수단(140)이 X축 구동부(160)에 회동 가능한 상태로 장착되되, 레이저가 방출되는 선단이 Y축 방향을 중심으로 선회하면서 철판(100) 면의 X축 방향으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 Z축 구동부(150)는,

   상기 가열수단(110), 냉각수단(120), 간격유지수단(130) 및 측정수단(140)이 탑재된 상태로 Z축 방향 구동이 이루어지는 Z축 이송부재(151); 및

   상기 Z축 이송부재(151)가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 Z축 레일(153);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 X축 구동부(160)는,

   상기 Z축 구동부(150)가 결합된 상태로 X축 방향의 구동이 이루어지는 X축 이송부재(161); 및

   상기 X축 이송부재(161)가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 X축 레일(163);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 Y축 구동부(170)는,

   상기 X축 구동부(160)가 결합된 상태로 Y축 방향의 구동이 이루어지는 Y축 이송부재(171); 및

   상기 Y축 이송부재(171)가 슬라이드 가능한 상태로 장착되는 Y축 레일(173);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.

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