KR20100030818A

KR20100030818A - 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20100030818A
Application number: KR1020080089722A
Authority: KR
Inventors: 하윤석; 이명수; 현충민; 도영칠
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-03-19
Also published as: KR101052522B1

Abstract

열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 시스템에 있어서, 가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성하는 측정부; 상기 계측값을 변환해서 격자 구조 요소 및 격자 구조 절점으로 형성된 등방평면에 상사하는 등방평면 제어부; 상기 가열대상곡면에 가열할 가열선 정보를 입력받고, 상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하는 가열선 제어부; 상기 열영향 영역의 면적을 생성하기 위해 형성되는 브릭요소를 이용하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 체적형상지수 연산부를 포함하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템이 제공된다.

곡면 가공, 열영향 영역, 반력, 체적형상지수

Description

열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법{DISTORTION PREDICTING SYSTEM FOR HOT FORMING OF CURVED PLATE AND METHOD OF THE SAME}

본 발명은 곡면 가공의 변형 예측 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 열간 곡면 가공을 시행하기 이전에 변형을 미리 예측하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박과 같은 대형의 구조물은 주로 용접에 의해 조립된다. 또한, 접합뿐 아니라 가공에 있어서도 그 크기 때문에 열간으로 변형을 유발하는 작업을 하기도 한다.

용접의 경우에는 그 변형을 막기 위해서, 아울러 열간가공의 경우에는 그 변형을 최대로 하기 위해서, 자동화를 목표로 하는 공정에서는 이러한 열변형(Thermal distortion)에 대한 해석을 정확하고도 능률적으로 수행할 수 있어야 한다.

열변형 해석을 위해서는 주로 상용 유한요소해석 코드(Nastran, Marc, Ansys, Abaqus 등)가 이용되는데, 이제까지의 해석방법으로는 크게 열탄소성해석법(Thermal elasto-plastic analysis)과 등가 하중법(Equivalent forces method)이 주를 이루었다.

1980년대부터 열변형 해석을 위해 가장 표준적인 해석법으로 자리해온 열탄소성해석법은 열을 입력인자(Input parameter)로 하여 응력(Stress) 및 변형도(Strain)을 결과물로 도출해내는 방법이다. 열탄소성해석법은 열전달(Heat transient)과 탄소성(Elato-Plastic)을 연성 해석하는 방법으로서, 실제의 물리적 메커니즘을 파악하여 변형 결과물을 비롯한 결과물에 존재하는 잔류응력(Residual stress)까지도 알 수 있게 해준다.

하지만, 열탄소성해석법은 과도한 해석시간을 요구한다. 현재의 컴퓨터 연산 조건하에서는 대략 1m의 용접선을 해석하는데 1시간이 소요되므로, 단 하나의 선체블록을 분석하기 위해 일단위/주단위의 해석시간이 요구된다. 게다가, 장시간의 해석시간을 투자하여도 온전한 수렴성을 보장받기가 힘들며, 결과물은 정성적인 부분부터 만족시키지 못하는 경우가 빈번하였다.

한편, 1990년대에 등장한 등가 하중법은 현실적으로 대형구조물의 열변형에 적용시킬 수 있는 유일한 대안으로 인정받아왔다. 등가 하중법은 가상의 하중을 입력인자로 갖는데, 이때의 하중이란 열영향부 영역(Heat Affect Zone : HAZ)에 최종 잔류하는 고유변형도(Inherent strain)를 영역 내에서 적분하여 외력으로 만든 것이다.

등가 하중법은 근본적으로 탄성해석으로 수행되므로, 선체블록 단위의 열변 형 해석에 필요한 시간이 일단 위에서 초단위로 단축되는 혁신적인 프로세스가 가능해졌다. 게다가, 최근 10년간 열변형부에 내재된 고유 변형도를 수학적-역학적으로 평가할 수 있는 기술의 진보가 있어, 이러한 등가 하중법을 이용하는데 상변태와 같은 재료적인 변형과 관계된 부분에 간편하게 고유 변형도를 선(先) 반영시킬 수 있게 되었다.

하지만, 등가 하중법의 문제점으로는 구조물이 곡(曲)부재에 용접된 경우를 들 수 있다. 용접할 부재가 평평하고 용접선도 직선인 경우에는 용접선 양끝과 인근 절점들에 적용된 하중은 그 방향성이 동일하고, 만일 주어진 일정속도로 자동용접을 수행할 경우엔 그 값 역시 변하지 않는다. 그러나, 용접선이 공간상에 곡선으로 존재하면 각 요소의 양끝에서 그 요소의 지역 좌표계에 의거하여 놓인 형상대로 절점마다 다른 하중을 가해야 한다. 그리고, 전체 좌표계로 변환할 경우 방향성과 값이 매 절점마다 다르게 처리되어야 한다. 그런데, 일반적인 선체 블록 하나에 용접선과 관련된 절점이 평균적으로 1만개 이상 존재한다고 가정하면, 컴퓨터 연산 해석시간에서 절약된 시간을 하중 모델링에 모두 낭비하는 것이 된다.

본 발명은 곡면으로 이루어진 부재에서 가열선 정보를 이용하여 가열에 의해 변형된 형상을 예측할 수 있는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 시간을 절약할 수 있는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 시스템에 있어서, 가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성하는 측정부; 상기 계측값을 변환해서 격자 구조 요소 및 격자 구조 절점으로 형성된 등방평면에 상사하는 등방평면 제어부; 상기 가열대상곡면에 가열할 가열선 정보를 입력받고, 상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하며 상기 가열대상곡면의 깊이를 분할하여 깊이별 구간을 설정하는 가열선 제어부; 상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 체적형상지수 연산부를 포함하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템이 제공된다.

여기서, 상기 가열선 정보는 상기 가열대상곡면에 가열할 가열 경로 및 가열 속도를 포함한다.

그리고, 상기 가열선 제어부는, 상기 가열선 정보를 입력받는 입력부; 상기 가열 속도와 가열선 두께를 연관시켜 저장하는 가열선 저장부; 상기 가열선 저장부에서 상기 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 추출하는 추출부; 상기 가열 경로의 좌표값을 변환하여 상기 등방평면에 변환한 가열 경로의 좌표값을 표시하고, 상기 가열선 두께를 상기 등방평면에 표시하는 표시부; 상기 가열 경로를 이용하여 진행 각도에 따라 진행 구간을 설정하는 구간 설정부; 및 상기 진행 구간에 따라 상기 가열선 두께를 분할하여 상기 열영향 영역을 표시하는 분할부를 포함한다.

또한, 상기 가열선 제어부는, 상기 가열대상곡면의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정하는 깊이 설정부를 더 포함하며, 상기 추출부는 깊이별 구간 마다 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 추출하고, 상기 분할부는 깊이별 구간마다 상기 가열선 두께를 분할하여 열영향 영역을 표시한다.

한편, 상기 체적형상지수 연산부는, 상기 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 바닥부 및 상기 바닥부와 대응되는 평면에 위치한 4개의 꼭지점을 연결한 뿔을 포함하는 브릭요소를 생성하고, 상기 바닥부를 분할하여 체적 요소를 생성하는 요소 생성부; 상기 깊이별 구간 마다 상기 등방평면에 표시된 상기 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 생성하는 수집부; 상기 열영향 영역 그룹에 상기 체적 요소를 구속시키고 상기 체적 요소의 반력을 이용하여 상기 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하는 반력 해석부; 및 상기 열영향 영역 그룹의 면적을 이용하여 상기 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 체적 생성부를 포함한다.

그리고, 상기 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템은 상기 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 해석해서 변형된 형상이 반영된 변형예측파일을 생성하는 파일 생성부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템이 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법에 있어서, 가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성하고, 상기 가열대상곡면에 가열할 가열선 정보를 입력받는 단계; 상기 계측값을 변환해서 격자 구조 요소 및 격자 구조 절점으로 형성된 등방평면에 상사 하는 단계; 상기 가열대상곡면의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정하는 단계; 상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하는 단계; 상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계; 및 상기 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 변형된 형상이 반영된 변형예측파일을 생성하는 단계를 포함하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 방법이 제공된다.

그리고, 상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하는 단계는, 상기 가열 경로의 좌표값을 변환하는 단계; 상기 깊이별 구간 마다 등방평면에 변환한 가열 경로의 좌표값을 표시하는 단계; 상기 깊이별 구간 마다 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 검색하여 추출해서 상기 등방평면에 표시하는 단계; 상기 깊이별 구간 마다 가열 경로를 이용하여 진행 각도에 따라 진행 구간을 설정하는 단계; 및 상기 진행 구간에 따라 상기 가열선 두께를 분할하여 상기 열영향 영역을 표시하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계 이전에, 상기 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 바닥부 및 상기 바닥부와 대응되는 평면에 위치한 4개의 꼭지점을 연결한 뿔을 포함하는 브릭요소를 생성하는 단계; 및 상기 격자 구조 절점과 동일한 개수로 형성된 브릭요소를 포함하는 브릭요소그룹을 형성하는 단계를 포함 한다.

그리고, 상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계는, 상기 브릭요소의 뿔이 하측에 위치하도록 배치하며, 상기 브릭요소의 바닥부가 상측에 위치하도록 배치하는 단계; 상기 브릭요소의 바닥부를 분할하여 체적 요소를 생성하는 단계; 상기 깊이별 구간 마다 상기 등방평면에 표시된 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 생성하는 단계; 상기 열영향 영역 그룹에 상기 체적 요소를 구속시키는 단계; 상기 체적 요소의 반력을 이용하여 상기 열영향 영역 그룹의 무게를 계산하고 상기 열영향 영역 그룹의 무게를 이용하여 상기 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하는 단계; 및 상기 열영향 영역 그룹의 면적을 이용하여 계산해서 상기 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법은 곡면으로 이루어진 부재에서도 가열선 정보를 이용하여 가열에 의해 변형된 형상을 예측할 수 있는 효과가 발생한다.

또한, 본 발명에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템 및 방법은 열영향 영역에 브릭요소의 분할한 체적 요소를 구속하여 체적 요소의 반력을 이용해서 열영향 영역의 체적형상지수값을 구할 수 있으므로 시간을 절약할 수 있는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템(100)은 측정부(10), 등방평면 제어부(20), 가열선 제어부(30), 체적형상지수 연산부(50) 및 파일 생성부(70)를 포함한다.

측정부(10)는 계측값을 생성한다. 다시말하여, 측정부(10)는 가열대상곡면을 측정하여 측정값을 생성하고, 측정값에 따라 격자 구조로 요소 분할한다. 그리고, 측정부(10)는 분할된 측정값을 이용하여 계측값을 생성한다. 한편, 측정부(10)는 측정값을 계측값으로 변환하기 위해서 측정값이 4개의 변으로 이루어진 값으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 측정부(10)는 예를 들어 측정값이 3개의 변으로 이루어지면 하나의 변을 두 개의 변으로 분리하고, 4개 이상의 변으로 이루어지면 인접한 변을 연결하여 4개의 변으로 만들 수 있다. 여기서, 가열대상곡면은 예를 들어 곡면으로 이루어진 부재로 형성될 수 있고, 계측값은 3차원 좌표값으로 형성될 수 있 다.

등방평면 제어부(20)는 계측값을 변환하여 등방평면에 상사(mapping)한다. 구체적으로, 등방평면 제어부(20)는 계측값의 3차원 좌표값을 2차원 좌표값으로 변환한다. 그리고, 등방평면 제어부(20)는 등방평면에 계측값의 2차원 좌표값을 상사한다. 여기서, 등방평면은 격자 구조 요소로 이루어지고, 격자 구조 요소의 교차점에는 절점이 형성되며 절점을 중심으로 정사각형 형태의 격자 구조 절점이 형성된다.

가열선 제어부(30)는 가열선 정보를 입력받고, 가열선 정보를 이용하여 등방평면에 열영향 영역을 표시한다. 그리고, 가열선 제어부(30)는 가열대상곡면의 깊이를 분할하여 깊이별 구간을 설정한다. 이때, 가열선 정보는 가열대상곡면에 가열할 가열 경로 및 가열 속도를 포함한다. 가열선 제어부(30)는 도 2를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

체적형상지수 연산부(50)는 깊이별 구간 마다 표시된 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성한다. 구체적으로, 체적형상지수 연산부(50)는 평면가열대상 내에 형성된 격자 구조 요소와 동일한 크기로 브릭요소를 형성한다. 체적형상지수 연산부(50)는 브릭요소를 이용하여 열영향 영역의 면적을 생성하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성한다. 체적형상지수 연산부(50)는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

파일 생성부(70)는 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 변형예측파일을 생성한다. 다시말하여, 파일 생성부(70)는 열영향 영역 체적형상지수값을 해석하여 변형된 형상이 반영된 변형예측파일을 생성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템의 가열선 제어부를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 가열선 제어부(30)는 입력부(31), 가열선 저장부(33), 추출부(35), 구간 설정부(39), 표시부(37), 깊이 설정부(43) 및 분할부(41)를 포함한다.

입력부(31)는 사용자로부터 가열대상곡면에 가열한 가열선 정보를 입력받는다. 입력부(31)는 예를 들어 키보드 또는 터치 스크린과 같은 입력 장치이거나 하드 디스크와 같은 저장 장치일 수 있다.

가열선 저장부(33)는 가열 속도와 가열선 두께를 연관시켜 저장한다. 한편, 가열선 저장부(33)는 본 발명의 실시예와 같이 추출부(35)와 별도로 구현될 수 있지만 추출부(35) 내에 구비될 수도 있다. 여기서, 가열선 두께는 가열량을 표현하며, 가열대상곡면에서 변형에 영향을 주는 특정 온도 이상으로 가열된 영역을 나타낸다. 예를 들어, 가열선 두께는 약 700℃ 이상 가열한 영역만을 나타낸다. 그리고, 가열선 두께는 가열 속도에 따라 다르게 표시될 수 있다. 예를 들어, 가열선 두께는 가열 속도가 느릴수록 가열된 부분이 많으므로 두껍게 표시될 수 있고, 가열 속도가 빠를수록 가열된 부분이 적으므로 얇게 표시될 수 있다.

추출부(35)는 입력부(31)를 통해 입력받은 가열선 정보를 이용하여 가열선 두께를 추출한다. 다시말하여, 추출부(35)는 가열선 정보에 포함된 가열 속도와 연 관되는 가열선 두께를 가열선 저장부(33)에서 검색하여 추출한다.

표시부(37)는 가열 경로를 변환하여 등방평면에 표시하고, 가열선 두께를 표시한다. 구체적으로, 표시부(37)는 가열선 정보에 포함된 가열 경로의 3차원 좌표값을 2차원 좌표값으로 변환하여 등방평면에 표시한다. 그리고, 표시부(37)는 추출부(35)로부터 추출된 가열선 두께를 등방평면에 표시한다. 한편, 표시부(37)는 가열 경로의 시작점 및 종료점을 변환하여 등방평면에 표시할 수 있다.

구간 설정부(39)는 가열 경로를 이용하여 진행 구간을 설정한다. 구체적으로, 구간 설정부(39)는 등방평면에 표시된 가열 경로를 이용하여 진행 각도에 따라 진행 구간을 설정한다.

분할부(41)는 진행 구간에 따라 가열선 두께를 분할하여 열영향 영역을 표시한다. 이때, 열영향 영역은 4개의 꼭지점을 가지는 사각형 형태로 형성될 수 있다.

깊이 설정부(43)는 가열대상곡면의 깊이를 분할하여 깊이별 구간을 설정한다. 다시말하여, 깊이 설정부(43)는 측정값을 이용하여 가열대상곡면의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정한다. 이에 따라, 표시부(37)는 깊이별 구간 마다 형성된 등방평면에 가열 경로 및 가열선 두께를 표시하고, 분할부(41)는 가열선 두께를 분할하여 열영향 영역을 표시한다. 이때, 가열선 두께는 깊이별 구간마다 다르게 형성된다. 깊이별 구간마다 가열선 두께가 다르게 형성되는 이유는 가열대상곡면의 깊이에 따라 전달되는 온도층의 구배가 달라지기 때문이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템의 체적형상지수 연산부를 나타낸 블록도이다.

도 3을 참조하면, 체적형상지수 연산부(50)는 요소 생성부(51), 수집부(53), 반력 해석부(55) 및 체적 생성부(57)를 포함한다.

요소 생성부(51)는 평면가열대상 내에 형성된 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 브릭요소를 생성한다. 구체적으로, 요소 생성부(51)는 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 바닥부를 포함하는 브릭요소를 생성한다. 여기서, 브릭요소는 바닥부 및 바닥부와 대응되는 평면에 형성된 4개의 꼭지점을 연결하여 형성되는 뿔을 포함한다. 그리고, 요소 생성부(51)는 브릭요소의 뿔을 하측에 위치하도록 배치하고, 브릭요소의 바닥부를 상측에 위치하도록 배치한다. 예를 들어, 요소 생성부(51)는 브릭요소를 역삼각뿔 형태로 배치할 수 있다.

수집부(53)는 깊이별 구간 마다 형성된 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 생성한다. 그리고, 수집부(53)는 진행 구간에 따라 열영향 영역 그룹을 분할한다.

반력 해석부(55)는 열영향 영역 그룹에 체적 요소를 구속시키고, 체적 요소의 반력을 이용하여 열영향 영역 그룹의 면적을 생성한다. 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하기 위하여 반력 해석부(55)는 체적 요소에 가상의 밀도, 두께, 중력가속도를 부여한다.

체적 생성부(57)는 열영향 영역 그룹의 면적을 이용하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하고, 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 열변형 해석기구가 요구하는 입력 자료를 연산한다.

본 발명에 따른 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다.

도 4를 참조하면, 측정부(10)는 가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성하고, 가열선 제어부(30)는 가열대상곡면에 가열할 가열선 정보를 입력받는다(S10). 그리고, 등방평면 제어부(20)는 계측값을 변환해서 격자 구조 요소로 형성된 등방평면에 상사한다(S20).

다음으로, 가열선 제어부는 가열대상곡면의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정한다(S30).

그리고, 가열선 제어부(30)는 가열선 정보를 이용하여 깊이별 구간 마다 등방평면에 열영향 영역을 표시한다(S40). 이후, 체적형상지수 연산부(50)는 평면가열대상 내에 형성된 격자 구조 요소와 동일한 크기로 브릭요소를 형성한다. 그리고, 체적형상지수 연산부(50)는 브릭요소를 이용하여 깊이별 구간 마다 표시된 열영향 영역의 면적을 생성하고, 열영향 영역의 면적을 이용하여 열영향 영역 체적형상지수값 및 열변형 해석기구의 입력값을 생성한다(S50). 마지막으로, 파일 생성부(70)는 열영향 영역 체적형상지수값 및 해석기구의 입력값을 이용하여 변형된 형상이 반영된 변형예측파일을 생성한다(S60).

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 도 4에서 설명한 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 측정부(10)는 가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성한다(S111). 구체적으로, 측정부(10)는 가열대상곡면을 측정하여 측정값을 생성하고, 측정값을 이용하여 격자 구조로 요소 분할한다. 그리고, 측정부(10)는 분할한 측정값을 이용하여 계측값을 생성한다. 여기서, 계측값은 3차원 좌표값으로 형성될 수 있다.

그리고, 가열선 제어부(30)는 가열선 정보를 입력받는다. 구체적으로, 가열선 제어부(30)의 입력부(31)는 사용자로부터 가열선 정보를 입력받는다(S113). 이때, 가열선 정보는 가열곡면대상에 가열할 가열 경로와 가열 속도를 포함한다.

다음으로, 등방평면 제어부(20)는 계측값을 변환한다(S115). 다시 말하여, 등방평면 제어부(20)는 측정부(10)로부터 제공받은 계측값을 변환한다. 예를 들어, 등방평면 제어부(20)는 계측값의 3차원 좌표값을 2차원 좌표값으로 변환할 수 있다.

그리고, 등방평면 제어부(20)는 계측값을 등방평면에 상사한다(S117). 구체적으로, 등방평면 제어부(20)는 계측값의 2차원 좌표값을 등방평면에 상사한다. 여기서, 등방평면은 격자 구조 요소로 이루어지고, 격자 구조 요소의 교차점에는 절점이 형성되며 절점을 중심으로 정사각형 형태의 격자 구조 절점이 형성된다.

이후, 가열선 제어부(30)는 가열곡면대상의 깊이를 분할하여 깊이별 구간을 설정한다(S119). 다시말하여, 가열선 제어부(30)의 깊이 설정부(43)는 측정부(10)로부터 제공받은 측정값을 이용하여 가열곡면대상의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정한다. 다음으로, 등방평면 제어부(20)는 깊이별 구간 마다 등방평면을 설정한다.

그리고, 가열선 제어부(30)는 가열선 정보의 가열 경로를 변환하여 등방평면에 표시한다(S121, S123). 구체적으로, 가열선 제어부(30)의 표시부(37)는 가열 경로(165)의 좌표값을 변환하여 깊이별 구간 마다 형성된 등방평면에 표시한다. 예를 들어, 표시부(37)는 가열 경로의 3차원 좌표값을 2차원 좌표값으로 변환하고, 가열 경로의 2차원 좌표값을 이용하여 등방평면에 표시한다.

이후, 가열선 제어부(30)는 가열선 두께를 추출하여 등방평면에 표시한다(S125). 구체적으로, 가열선 제어부(30)의 추출부(35)는 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 가열선 저장부(33)에서 검색하여 추출하고, 표시부(37)는 가열선 두께를 등방평면에 표시한다. 한편, 가열선 두께는 가열량을 나타내고 깊이별 구간마다 다르게 형성된다. 깊이별 구간마다 가열선 두께가 다르게 형성되는 이유는 가열대상곡면의 깊이에 따라 전달되는 온도층의 구배가 달라지기 때문이다. 따라서, 추출부(35)는 깊이별 구간마다 가열선 두께를 검색하여 추출하고, 표시부(37)는 깊이별 구간마다 가열선 두께를 등방평면에 표시한다.

다음으로, 가열선 제어부(30)의 구간 설정부(39)는 등방평면에 형성된 가열 경로(165)의 진행 각도를 이용하여 분할해서 진행 구간을 설정한다(S127).

그리고, 가열선 제어부(30)는 진행 구간에 따라 가열선 두께를 분할하여 열 영향 영역을 표시한다(S129). 다시말하여, 가열선 제어부(30)의 분할부(41)는 진행 구간에 따라 등방평면에 표시된 가열선 두께를 분할하여 열영향 영역을 표시한다. 이때, 열영향 영역은 사각형 형태로 형성될 수 있다.

이후, 체적형상지수 연산부(50)는 평면가열대상 내에 형성된 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 브릭요소를 생성한다(S131). 구체적으로, 체적형상지수 연산부(50)의 요소 생성부(51)는 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 바닥부를 포함하는 정육면체의 브릭요소를 생성한다. 그리고, 요소 생성부(51)는 바닥부와 대응되는 한 평면에 형성되는 4개의 꼭지점을 연결한 뿔을 포함하는 브릭요소를 형성한다. 이때, 브릭요소는 사각뿔 형태로 형성될 수 있다.

다음으로, 체적형상지수 연산부(50)는 브릭요소그룹을 형성한다(S133). 다시말하여, 체적형상지수 연산부(50)의 요소 생성부(51)는 격자 구조 절점과 동일한 개수로 형성된 브릭요소를 포함하는 브릭요소그룹을 형성한다. 그리고, 요소 생성부(51)는 뿔이 하측에 위치하도록 배치하고, 바닥부가 상측에 위치하도록 배치한다(S135). 예를 들어, 요소 생성부(51)는 브릭요소를 역삼각뿔 형태로 배치될 수 있다.

이후, 도 6을 참조하면 체적형상지수 연산부(50)는 브릭요소의 바닥부를 요소 분할하여 체적 요소를 생성한다(S137). 다시말하여, 체적형상지수 연산부(50)의 요소 생성부(51)는 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하기 위하여 브릭요소의 바닥부를 요소 분할하여 체적 요소를 생성한다.

그리고, 체적형상지수 연산부(50)는 깊이별 구간 마다 형성된 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 생성한다(S139). 다시말하여, 체적형상지수 연산부(50)의 수집부(53)는 깊이별 구간의 등방평면에 형성된 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 형성한다. 그리고, 수집부(53)는 열영향 영역 그룹을 격자 구조 절점 별로 분할하여 설정한다.

이후, 체적형상지수 연산부(50)는 열영향 영역 그룹의 면적을 생성한다(S141). 구체적으로, 체적형상지수 연산부(50)의 반력 해석부(55)는 격자 구조 절점 별로 분할한 열영향 영역 그룹에 체적 요소를 구속한다. 그리고, 반력 해석부(55)는 체적 요소의 반력을 측정하여 열영향 영역 그룹의 면적을 생성한다. 이때, 반력 해석부(55)는 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하기 위해 체적 요소에 가상의 밀도, 두께, 중력가속도를 부여한다. 예를 들어, 반력 해석부(55)는 가상의 밀도 1, 가상의 두께 1, 가상의 중력가속도 1을 체적 요소에 부여할 수 있다. 따라서, 반력 해석부(55)는 가상의 밀도, 두께, 중력가속도를 갖는 체적 요소의 반력을 측정하여 열영향 영역 그룹의 무게를 계산하고 열영향 영역 그룹의 무게를 이용하여 열영향 영역 그룹의 면적을 생성한다.

다음으로, 체적형상지수 연산부(50)의 체적 생성부(57)는 격자 구조 절점 별로 형성된 열영향 영역 그룹의 면적들을 이용하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성한다(S143). 그리고, 체적 생성부(57)는 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 해석기구가 요구하는 입력값을 생성한다.

마지막으로, 파일 생성부(70)는 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 해석해서 변형예측파일을 생성한다(S145). 구체적으로, 파일 생성부(70)는 열영향 영 역 체적형상지수값 및 해석 기구의 입력값을 이용하여 유한 요소 해석(Finite Element Method : FEM)의 일종인 변형도 직접 경계법(SDB)을 통해 해석할 수 있다. 이때, 등방평면에서의 열영향 영역 체적형상지수값은 연산이 되는 기준 틀에 의해 생성된 상대적인 값이다. 그러므로, 열영향 영역 체적형상지수값은 등방평면에서 연산되더라도 실제 가열곡면대상에서도 유지되기 때문에 해석기구에서는 실제 가열곡면대상을 모델링으로 하여도 같은 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 변형도 직접 경계법을 통해 해석할 수도 있다. 이와 같은 변형도 직접 경계법에 관련된 기술은 현재 당업계에서 널리 알려지고 사용되고 있는 공지 기술에 해당하는 바, 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 여기서, 변형예측파일은 변형된 형상이 반영된다.

한편, 파일 생성부(70)에서 생성한 변형예측파일을 사용자가 판단하여 사용자가 원하는 형상이 출력되지 않았으면 사용자가 원하는 형상이 반영될 때까지 가열선 정보를 입력하여 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 과정을 수행할 수 있다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 설명하기 위해 예시한 도면이다.

측정부(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 가열대상곡면(150)을 측정한 측정값을 이용하여 계측값을 생성한다. 그리고, 가열선 제어부(30)는 가열 경로(160)와 가열 속도를 포함하는 가열선 정보를 입력받는다. 그리고, 등방평면 제어부(20)는 도 8에 도시된 바와 같이 변환한 계측값을 등방평면(171)에 상사한다. 여기서, 등 방평면(171)은 도 8에 도시된 바와 같이 격자 구조 요소로 이루어지고, 격자 구조 요소의 교차점에는 절점(173)이 형성되며, 절점(173)을 중심으로 정사각형 형태의 격자 구조 절점(175)이 형성된다.

다음으로, 등방평면 제어부(20)는 깊이별 구간 마다 도 9에 도시된 바와 같이 등방평면(171a, 171b)을 설정한다. 이때, 제 1 등방평면(171a)은 가열곡면대상(150)의 표면을 나타내는 등방평면일 수 있고, 제 2 등방평면(171b)은 다수의 깊이별 구간 중 하나에 형성된 등방평면일 수 있다.

표시부(37)는 변환한 가열 경로(165)를 이용하여 도 9에 도시된 바와 같이 깊이별 구간 마다 형성된 등방평면(171a, 171b)에 열역향 영역(177a, 177b)을 표시한다. 그리고, 분할부(41)는 도 9에 도시된 바와 같이 진행 구간에 따라 등방평면(171a, 171b)에 표시된 가열선 두께를 분할한다.

그리고, 요소 생성부(51)는 도 10에 도시된 바와 같이 뿔 형태의 브릭요소(183)를 형성하고, 다수개의 브릭요소(183)를 포함하는 브릭요소그룹(180)을 형성한다. 이때, 브릭요소(183)는 사각뿔 형태로 형성될 수 있으며 바닥부(187)와 뿔(185)을 포함한다.

다음으로, 수집부(53)는 도 10에 도시된 바와 같이 열영향 영역 그룹을 격자 구조 절점(175) 별로 분할하여 설정한다. 이후, 반력 해석부(55)는 열영향 영역 그룹에 브릭요소를 구속시키고, 브릭 요소의 반력을 이용하여 열영향 영역 그룹의 면적을 생성한다. 그리고, 체적 생성부(57)는 열영향 영역 그룹의 면적을 이용하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성한다. 그리고, 파일 생성부(70)는 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 변형예측파일 생성한다.

여기서, 브릭요소를 이용하여 열영향 영역 체적형상지수값을 계산하는 것을 예를 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 열영향 체적형상지수값을 구할 수 있는 방법이면 무관하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 간략하게 나타낸 순서도이다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법을 상세하게 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 측정부

20 : 등방평면 제어부

30 : 가열선 제어부

31 : 입력부

33 : 가열선 저장부

35 : 추출부

37 : 표시부

39 : 구간 설정부

41 : 분할부

43 : 깊이 설정부

50 : 체적형상지수 연산부

51 : 요소 생성부

53 : 수집부

55 : 반력 해석부

57 : 체적 생성부

70 : 파일 생성부

Claims

열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 시스템에 있어서,

가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성하는 측정부;

상기 계측값을 변환해서 격자 구조 요소 및 격자 구조 절점으로 형성된 등방평면에 상사하는 등방평면 제어부;

상기 가열대상곡면에 가열할 가열선 정보를 입력받고, 상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하며 상기 가열대상곡면의 깊이를 분할하여 깊이별 구간을 설정하는 가열선 제어부;

상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 체적형상지수 연산부

를 포함하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 가열선 정보는 상기 가열대상곡면에 가열할 가열 경로 및 가열 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 가열선 제어부는,

상기 가열선 정보를 입력받는 입력부;

상기 가열 속도와 가열선 두께를 연관시켜 저장하는 가열선 저장부;

상기 가열선 저장부에서 상기 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 추출하는 추출부;

상기 가열 경로의 좌표값을 변환하여 상기 등방평면에 변환한 가열 경로의 좌표값을 표시하고, 상기 가열선 두께를 상기 등방평면에 표시하는 표시부;

상기 가열 경로를 이용하여 진행 각도에 따라 진행 구간을 설정하는 구간 설정부; 및

상기 진행 구간에 따라 상기 가열선 두께를 분할하여 상기 열영향 영역을 표시하는 분할부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 가열선 제어부는,

상기 가열대상곡면의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정하는 깊이 설정부를 더 포함하며,

상기 추출부는 깊이별 구간 마다 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 추출하고, 상기 분할부는 깊이별 구간마다 상기 가열선 두께를 분할하여 열영향 영역을 표시하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 체적형상지수 연산부는,

상기 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 바닥부 및 상기 바닥부와 대응되는 평면에 위치한 4개의 꼭지점을 연결한 뿔을 포함하는 브릭요소를 생성하고, 상기 바닥부를 분할하여 체적 요소를 생성하는 요소 생성부;

상기 깊이별 구간 마다 상기 등방평면에 표시된 상기 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 생성하는 수집부;

상기 열영향 영역 그룹에 상기 체적 요소를 구속시키고 상기 체적 요소의 반력을 이용하여 상기 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하는 반력 해석부; 및

상기 열영향 영역 그룹의 면적을 이용하여 상기 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 체적 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 해석해서 변형된 형상이 반영된 변형예측파일을 생성하는 파일 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템.
열간 곡면 가공의 변형 예측 시스템이 열간 곡면 가공의 변형을 예측하는 방법에 있어서,

가열대상곡면을 측정하여 계측값을 생성하고, 상기 가열대상곡면에 가열할 가열선 정보를 입력받는 단계;

상기 계측값을 변환해서 격자 구조 요소 및 격자 구조 절점으로 형성된 등방평면에 상사하는 단계;

상기 가열대상곡면의 깊이를 일정 간격으로 분할하여 깊이별 구간을 설정하는 단계;

상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하는 단계;

상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계; 및

상기 열영향 영역 체적형상지수값을 이용하여 변형된 형상이 반영된 변형예측파일을 생성하는 단계

를 포함하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 방법.
제 7항에 있어서,

상기 가열선 정보는 상기 가열대상곡면에 가열할 가열 경로 및 가열 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 방법.
제 8항에 있어서,

상기 가열선 정보를 이용하여 상기 등방평면에 열영향 영역을 표시하는 단계는,

상기 가열 경로의 좌표값을 변환하는 단계;

상기 깊이별 구간 마다 등방평면에 변환한 가열 경로의 좌표값을 표시하는 단계;

상기 깊이별 구간 마다 가열 속도에 연관된 가열선 두께를 검색하여 추출해서 상기 등방평면에 표시하는 단계;

상기 깊이별 구간 마다 가열 경로를 이용하여 진행 각도에 따라 진행 구간을 설정하는 단계; 및

상기 진행 구간에 따라 상기 가열선 두께를 분할하여 상기 열영향 영역을 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 방법.
제 9항에 있어서,

상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계 이전에,

상기 격자 구조 요소와 동일한 크기로 형성되는 바닥부 및 상기 바닥부와 대응되는 평면에 위치한 4개의 꼭지점을 연결한 뿔을 포함하는 브릭요소를 생성하는 단계; 및

상기 격자 구조 절점과 동일한 개수로 형성된 브릭요소를 포함하는 브릭요소그룹을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 방법.
제 10항에 있어서,

상기 깊이별 구간 마다 표시된 상기 열영향 영역의 면적을 계산하여 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계는,

상기 브릭요소의 뿔이 하측에 위치하도록 배치하며, 상기 브릭요소의 바닥부가 상측에 위치하도록 배치하는 단계;

상기 브릭요소의 바닥부를 분할하여 체적 요소를 생성하는 단계;

상기 깊이별 구간 마다 상기 등방평면에 표시된 열영향 영역을 수집하여 열영향 영역 그룹을 생성하는 단계;

상기 열영향 영역 그룹에 상기 체적 요소를 구속시키는 단계;

상기 체적 요소의 반력을 이용하여 상기 열영향 영역 그룹의 무게를 계산하 고 상기 열영향 영역 그룹의 무게를 이용하여 상기 열영향 영역 그룹의 면적을 생성하는 단계; 및

상기 열영향 영역 그룹의 면적을 이용하여 계산해서 상기 열영향 영역 체적형상지수값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 곡면 가공의 변형 예측 방법.