KR20150023153A - 관체 외면 형상 모델링 시스템 및 모델링 방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 관체 모델링 시스템에 관한 것으로서, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 관체를 그 길이방향을 축으로 회전 가능하게 상기 관체의 양 단을 각각 거치하는 터닝롤러, 상기 터닝롤러에 의해 회전되는 관체의 회전각도를 측정하는 회전량 측정유닛, 상기 관체의 외측에 관체의 길이방향을 따라 배치되는 레일 상을 이동하는 이동대차, 상기 이동대차에 탑재되며, 관체의 외주면의 복수지점과의 거리 및 각도를 측정하는 거리측정유닛, 상기 이동대차가 이동한 거리를 측정하는 이동거리 측정유닛, 상기 회전량 측정유닛, 거리측정유닛 및 이동거리 측정유닛으로부터 측정된 측정치를 수신하는 수신부 및 상기 수신부에서 수신된 이동대차의 이동거리정보 및 관체 회전각도별 복수지점과의 거리 및 각도정보로서 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링하는 연산부를 포함하는 관체 외면 형상 모델링 시스템이 개시된다.

Description

관체 외면 형상 모델링 시스템 및 모델링 방법{System for Modeling for Outer Surface of Tower Pipe}

본 발명은 관체 모델링 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 도장이 필요한 관체의 도장 전에 관체의 외면 형상을 모델링 하며, 그에 따라 도장건의 이동가능영역을 추출하는 관체 외면 모델링 시스템 및 모델링 방법에 관한 것이다.

풍력발전기는 바람을 이용하여 발전하는 발전기로서, 최근에 환경문제가 중요시됨에 따라 그 사용이 증대되고 있다. 상기와 같은 풍력 발전기는 다수개의 관체들이 연결된 타워에 지지되어 세워지는데, 이러한 하나의 관체는 대략 그 길이가 20m, 직경이 3~4m를 이루는 대형의 관체이다.

이러한 풍력 발전기는 해상이나 해변가 및 산 등 바람이 강하게 부는 지역에 설치되는데, 특히 해수의 염분에 의한 부식을 방지하고자 상기 타워를 이루는 관체의 내주면 및 외주면에 도장이 필히 필요하다.

상기와 같은 관체는 그 크기가 일반 파이프 등의 관에 비하여 무척 크므로 그 도장작업 일반적으로 수작업에 의존해왔는데, 그 결과 도장 품질이 균일하게 이루어지지 못하는 등 효율적이지 못하였다.

이와 같은 문제를 해결하고자 관체의 도장 작업을 자동화 하기 위하여, 등록특허 10-1271742호 등에 따르면, 뉘어진 관체(P)의 양 단을 회전 가능하게 지지하는 제1지지대(10)및 제2지지대(20)가 구비되고, 상기 뉘어진 관체의 양 측면에, 상기 관체의 길이방향을 따라 레일(40)이 구비되며, 상기 레일(40)을 따라 이동하면서 상기 관체(P)를 도장하는 분사유닛(30)이 구비되어 있다.

상기 제1지지대(10) 및 제2지지대(20)는 상기 관체(P)를 회전시키면서 지지하도록 제1지지롤러(12) 및 제2지지롤러(22)가 구비되며, 상기 분사유닛(30)은 상기 레일(40)을 따라 이동하는 이동대차(34)가 상기 관체(P)의 양 측에 구비된 레일(40)에 설치되고, 상기 양 단부가 상기 한 쌍의 이동대차(34)에 결합되며, 상기 관체(P)의 직경보다 큰 직경을 가지는 프레임(32)이 상기 관체(P)의 둘레를 감싸도록 구비된다. 그리고, 상기 프레임(32)의 관체(P)를 바라보는 내측 둘레에 분사노즐(36)이 일정간격으로 복수개 구비된다.

따라서, 상기 제1지지롤러(12) 및 제2지지롤러(22)에 의해 상기 관체(P)가 회전되면서 상기 분사유닛(30)의 분사노즐(36)에서 도료를 분사하여 상기 관체(P)의 외주면에 도장을 실시한다. 그리고, 상기 이동대차(34)가 레일(40)을 따라 이동하면서 상기 관체(P)의 길이방향에 걸쳐 도장을 실시한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 관체 도장장치는, 상기 프레임(32)이 관체(P)의 외주면 둘레를 감싸는 직경으로 형성되어야 하는데, 상기 관체(P)가 매우 대형이므로 프레임(32)의 크기가 매우 커져야 하며, 그에 따라 분사유닛(30)의 무게가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 상기 분사유닛(30)의 무게가 무거우므로 분사유닛(30)의 이동을 정밀하게 제어하기 어려워 도장품질의 향상에 한계가 있다.

또한, 상기 프레임(32)의 직경은 고정된 상태이므로, 상기 프레임(32)보다 큰 직경의 관체(P)의 도장에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 타워는 하측으로 갈수록 그 직경이 크며 상측으로 갈수록 그 직경이 작아지는 것이 일반적이며 그에 따라 상기 관체(P)의 직경 또한 일정하지 않고 그 길이방향으로 갈수록 커지거나 작아지도록 원뿔대 형태를 이루는 경우도 많은데, 상기 프레임(32)의 직경이 고정되어 있으므로 상기 분사노즐(36)과 관체(P) 외주면 간의 간격을 일정하게 유지하기 어려운 문제가 있다.

또한, 종래와 같이 프레임(32)의 직경이 고정된 상태에서 분사노즐(36)과 관체(P)의 간격을 일정하게 유지시키기 위해서는 분사노즐(36)이 관체(P)를 향하여 돌출되는 거리를 조절하는 간격조절장치가 필요하며, 이러한 간격조절장치가 복수개의 분사노즐(36)마다 구비되어야 하여 설비가 복잡해지며 제작비용이 상승하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 최근에 관체(P)의 일측 또는 하측에 도장유닛을 구비하고, 관체(P)를 회전시키면서 도장을 하는 시스템이 개발중에 있다.

그런데, 이와 같은 시스템은 관체(P)의 도장 전에 도장유닛이 도료를 분사하는 경로를 설정하는 것이 필요하며, 이를 위해서는 도장 전에 관체(P)의 형상을 측정하여 모델링하는 관체 외면 형상 모델링 시스템 및 모델링 방법의 개발이 요구된다.

등록특허 10-0920308 등에 파이프 등의 형태를 가지는 물체의 외경이나 형상 등을 측정하는 장치가 소개되고 있으나, 이 또한 타워의 관체(P)등 직경 및 길이가 큰 물체의 형상을 측정하기에는 적합하지 않다.

등록특허 10-0920308

본 출원은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 관체 전체에 대한 외면 형상을 측정하여 모델링하며, 도장유닛의 경로를 추출할 수 있는 관체 외면 형상 모델링 시스템 및 모델링 방법을 제공하는 것이 과제이다.

본 출원의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 일 실시예에 따르면, 관체를 그 길이방향을 축으로 회전 가능하게 상기 관체의 양 단을 각각 거치하는 터닝롤러, 상기 터닝롤러에 의해 회전되는 관체의 회전각도를 측정하는 회전량 측정유닛, 상기 관체의 외측에 관체의 길이방향을 따라 배치되는 레일 상을 이동하는 이동대차, 상기 이동대차에 탑재되며, 관체의 외주면의 복수지점과의 거리 및 각도를 측정하는 거리측정유닛, 상기 이동대차가 이동한 거리를 측정하는 이동거리 측정유닛, 상기 회전량 측정유닛, 거리측정유닛 및 이동거리 측정유닛으로부터 측정된 측정치를 수신하는 수신부 및 상기 수신부에서 수신된 이동대차의 이동거리정보 및 관체 회전각도별 복수지점과의 거리 및 각도정보로서 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링하는 연산부를 포함하는 관체 외면 형상 모델링 시스템이 개시된다.

상기 연산부는, 기 설정된 거리측정유닛의 높이 및 상기 거리측정유닛으로부터 측정된 관체 외주면의 복수지점과의 거리 및 각도정보로서, 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 중심 좌표를 도출할 수 있다.

상기 연산부는, 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 조합하여 상기 관체의 전체적인 외주면 형상을 모델링할 수 있다.

상기 연산부는 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상에 기 설정된 도장거리를 적용하여 위치별 도료 분사 단면원을 모델링 할 수 있다.

상기 연산부에는, 상기 레일을 주행하는 도장유닛에 탑재된 도장건이 상기 위치별 도료 분사 단면원의 위치를 지날 때에 해당위치의 도장건의 이동영역 좌표 정보가 탑재되고, 상기 연산부는, 상기 위치별 도료 분사 단면원과 해당위치의 도장건 이동영역이 중첩되는 도장건의 이동가능영역을 추출할 수 있다.

상기 연산부는, 추출된 도장건의 이동가능영역내에서 상기 해당위치의 도료분사 단면원의 외주면이 지나는 경로를 도장건의 분사경로로 추출할 수 있다.

한편 본 출원의 다른 실시예에 따르면, 회전량 측정유닛, 거리측정유닛 및 이동거리 측정유닛을 초기화 시키는 초기화 단계, 관체를 그 길이방향을 축으로 회전 시키는 회전단계, 상기 회전되는 관체의 회전각도별 상기 거리측정유닛과 관체의 외주면의 복수지점의 거리 및 각도를 측정하는 관체외주면 거리측정단계, 이동대차를 레일을 따라 상기 관체의 길이방향으로 이동시키며, 상기 이동대차가 초기점으로부터이동된 거리를 측정하는 대차 이동단계 및 상기 관체 외주면 형상 측정단계에서 측정된 회전각도별 관체 외주면의 복수지점의 거리 및 각도와, 상기 이동거리 측정유닛을 통해 측정된 이동대차의 이동거리를 조합하여, 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링하는 위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계를 포함하는 관체 외면 형상 모델링 방법이 개시된다.

상기 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 상기 관체의 전단부터 후단까지 순차적으로 조합하여 관체의 전체적인 외주면 형상을 모델링하는 전체 관체 외주면 형상 모델링 단계를 더 포함할 수 있다.

위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계에서 모델링 된 상기 위치별 관체 단면의 외주면 형상에 상기 연산부에 기 설정된 도장건의 도장거리를 더하여 위치별 도료분사 단면원을 모델링하는 위치별 도료분사 단면원 모델링 단계 및 상기 위치별 도료분사 단면원 모델링 단계에서 모델링된 위치별 도료분사 단면원과 기 설정된 해당위치의 도장건 이동영역이 중첩되는 영역을 추출하는 도장건 이동가능영역 추출단계를 더 포함할 수 있다.

본 출원의 관체 외면 형상 모델링 시스템 및 모델링 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 관체의 전체 외면을 측정하여 모델링 하므로, 실제 관체의 형상을 측정할 수 있어 관체의 불량 여부를 파악할 수 있다.

둘째, 실제 관체의 형상을 측정하여 모델링 하고, 이를 통해 도장건의 이동가능영역을 추출하므로, 보다 정확한 도장건 이동가능영역의 추출이 가능하여 최적의 분사경로를 도출할 수 있는 효과가 있다.

본 출원의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 출원을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 관체 도장장치를 도시한 사시도;
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 관체 외면 형상 모델링 시스템을 도시한 사시도;
도 3은 도 2의 측면도;
도 4는 도 2의 각 측정유닛과 수신부 및 연산부를 도시한 도면;
도 5는 도 2의 단면도;
도 6은 도 2의 관체 외면 형상 모델링 시스템에 의해 모델링된 위치별 관체 단면의 외주면 형상 모델링 및 관체 전체 외주면 형상 모델링을 도시한 도면;
도 7은 도 6의 위치별 관체 단면의 외주면 형상 모델링에 도장거리를 적용한 위치별 도료 분사 단면원 및 위치별 도장건 이동영역을 도시한 도면;
도 8은 도 6의 관체 전체 외주면 형상 모델리에 도장거리를 적용한 전체 도료분사 형상 모델링 및 전체 도장건 이동영역을 도시한 도면;
도 9는 본 출원의 다른 실시예에 따른 관체 외면 형상 모델링 방법을 도시한 순서도 이다.

이하 본 출원의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서, 관체는 풍력발전기 등에 적용되는 타워를 구성하는 관체를 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 관의 형태를 가진 것이라면 어떠한 것이던지 적용이 가능하다.

본 실시예에 따른 관체 외면 형상 모델링 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 터닝롤러(110), 회전량 측정유닛(120), 이동대차(130), 거리측정유닛(140), 이동거리 측정유닛(150), 수신부(162) 및 연산부(164)를 포함할 수 있다.

상기 터닝롤러(110)는, 뉘어진 관체(P)의 양 단부에 각각 구비되어 상기 관체(P)를 그 길이방향을 축으로 회전 가능하게 지지하는 구성요소로서, 베이스(112)와 롤러(114)를 포함할 수 있다.

상기 베이스(112)는 상기 롤러(114)를 지면에 지지하는 구성요소로서, 지면에 대해서 이동 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 지면에는 상기 베이스(112)의 이동을 안내하는 제1레일(116)이 상기 관체(P)의 길이방향과 평행하게 배치될 수 있다.

그리고, 상기 롤러(114)는 상기 베이스(112)에 일정간격 이격되어 한 쌍이 구비되며, 상기 관체(P)의 단부를 회전 가능하게 지지하도록 이루어질 수 있다. 상기와 같은 롤러(114)는 별도의 모터(미도시)등에 의해 회전되도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 관체(P)의 상기 터닝롤러(110)와 접촉되는 부분은 도장이 불가능하며, 또한, 상기 터닝롤러(110)의 롤러(114)와 접촉하는 부분에 과도한 응력이 작용하고 흙이나 그리스 등의 이물질이 묻어 오염이 발생할 위험이 있다.

이러한 문제를 예방하기 위해서 페인트 링(180)이 구비될 수 있다.

상기 관체(P)의 단부에는 타워를 이루는 관체(P)간의 상호 결합을 위해서 일반적으로 플랜지(14)가 형성되는데, 상기 페인트 링(180)은 상기 플랜지(14)에 결합될 수 있다.

상기 페인트 링(180)은 상기 관체(P)의 외경과 조금 큰 외경을 갖는 링 형상으로 구비되어 상기 관체(P)의 플랜지(14)에 결합되고, 그 외주면이 상기 터닝롤러(110)의 롤러(114)에 지지되도록 구비될 수 있다.

이에 따라, 상기 관체(P)는 상기 터닝롤러(110)와 접촉되는 부분 없이 모든 부분이 후술하는 도장유닛(300)에 노출되어 도장이 가능하며, 흙 등에 오염되는 현상이 방지될 수 있다.

물론, 상기 페인트 링(180)은 플랜지(14)가 형성되지 않은 관체(P)에도 적용 가능하며 이 경우 관체(P)의 단부의 내주면 등에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 페인트 링(180)에는 회전량 측정유닛(120)이 구비될 수 있다.

상기 회전량 측정유닛(120)은 상기 터닝롤러(110)에 의해 회전되는 관체(P)의 회전각도 등을 측정할 수 있다.

상기 회전량 측정유닛(120)은 현재 기울기가 초기화 설정된 지점으로부터 어느방향으로 얼마나 기울어졌는지를 실시간으로 감지하여 상기 관체(P)의 회전각도를 측정하여 이를 외부로 송신하도록 이루어질 수 있다.

상기 이동대차(130)는 상기 관체(P)의 길이방향을 따라 이동되도록 이루어지며, 상기 관체(P)가 거치된 측부의 지면에 상기 이동대차(130)가 이동하는 경로를 따라 상기 이동대차(130)의 이동을 안내하는 제2레일(170)이 구비될 수 있다.

상기 이동대차(130)는 상기 제2레일(170)상을 주행하기 위해 휠 및 상기 휠을 구동하는 구동부를 포함할 수 있다.

상기 거리측정유닛(140)은 상기 이동대차(130)에 탑재되며, 상기 거리측정유닛(140)과 상기 관체(P)의 외주면과의 거리 및 각도를 측정하도록 이루어질 수 있다.

상기 거리측정유닛(140)은 레이저비젼시스템(LVS)등의 방식으로 거리 및 각도를 측정할 수 있으며, 한 번에 3개소 이상의 복수지점의 거리 및 각도를 실시간으로 측정하도록 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 거리측정유닛(140)에서 측정하는 거리 및 각도는 상기 관체(P) 외주면의 측정지점과 거리측정유닛(140)이 이루는 거리 및 각도이나, 추후 후술하는 연산부(164)에서 이러한 측정치를 지면으로부터 이루는 거리 및 각도로 보정할 수 있다.

상기 이동거리 측정유닛(150)은 상기 이동대차(130)가 초기위치로부터 이동한 거리를 실시간으로 측정하는 구성요소로서, 상기 이동대차(130)에 탑재될 수 있다. 상기 이동거리 측정유닛(150)은 레이저나 여타 다른 측정수단으로 이루어질 수 있다.

상기 이동거리 측정유닛(150)으로 레이저를 사용하는 센서가 구비된다면, 기준위치를 정하기 위한 기준판(152)이 구비될 수 있다.

상기 기준판(152)은 상기 이동거리 측정유닛(150)과 수직으로 마주보도록 구비될 수 있으며, 상기 관체(P)의 끝단에 해당하는 위치 또는 상기 거리측정유닛(140)이 관체(P)의 끝단을 측정하는 위치에 설치될 수 있다.

물론, 상기 이동거리 측정유닛(150)은 상기 이동대차(130)의 휠이 회전한 회전수를 카운트 하고 상기 휠의 둘레 길이를 적용하여 이동거리를 계측할 수도 있는 등 레이저 측정방식에 한정될 필요는 없다.

또한, 상기 이동거리 측정유닛(150)에 의해 측정된 이동대차(130)가 초기위치로부터 이동한 거리는 상기 거리측정유닛(140)이 측정하는 관체의 측정지점의 위치에 대한 정보일 수 있다.

상기 수신부(162)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전량 측정유닛(120), 거리측정유닛(140) 및 이동거리 측정유닛(150)으로부터 측정된 각종 측정치 정보를 수신하는 구성요소이다.

상기 수신부(162)와 상기 회전량 측정유닛(120), 거리측정유닛(140) 및 이동거리 측정유닛(150)은 유선 또는 무선으로 측정치 정보를 주고받을 수 있다. 본 실시예에서는 무선으로 측정치 정보를 주고받는 것을 예로 들어 설명하나 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며 유선으로 주고받는 것도 가능하다.

상기 연산부(164)는 상기 수신부(162)와 유선 또는 무선으로 연결되며, 상기 수신부(162)에서 수신된 이동대차(130)의 이동거리 정보 및 관체의 회전각도 정보, 그리고, 관체의 복수지점의 거리 및 각도 정보로서 상기 관체(P)의 외면 형상을 모델링하는 구성요소이다. 상기 연산부(164)는 메모리 및 중앙처리장치 등이 포함된 컴퓨터일 수 있다.

상기 연산부(164)는 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 거리측정유닛(140)은 상기 관체(P)의 외주면의 복수지점까지의 거리 및 각도를 측정할 수 있다. 본 실시예에서는 3개 지점(p1, p2, p3)의 거리(d1, d2, d3) 및 각도(θ1, θ2, θ3)를 측정하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 거리측정유닛(140)이 관체(P)의 3개지점의 거리(d1, d2, d3) 및 각도(θ1, θ2, θ3)를 측정하므로, 측정된 거리 및 각도의 정보로서, 각 지점의 좌표를 계산할 수 있다.

또한, 적어도 3개 지점의 좌표를 알 수 있으므로, 알고 있는 3개 지점을 잇는 삼각형의 외접원이 상기 관체(P)의 외주면을 이룰 수 있으며, 상기 관체(P)의 중심점(C)의 좌표를 구할 수 있다.

또한, 상기 거리측정유닛(140)의 높이(h)는 일정하며, 상기 거리측정유닛(140)과 지면이 이루는 각도 또한 알고 있으므로 상기 연산부(164)에 상기 거리측정유닛(140)의 지면(200)으로부터의 높이(h)를 먼저 설정입력 한다면 지면(200)을 중심으로 한 관체 중심점의 좌표를 구할 수도 있을 것이다.

이 때, 상기 좌표계의 원점은 상기 거리측정유닛(140)의 위치에 대응되는 지면(200)의 어느 한 점일 수 있다.

또한, 상기와 같은 관체(P)의 외주면의 복수지점까지지의 거리 및 각도의 측정은 상기 관체(P)를 회전시키면서 복수회 또는 연속적으로 수행될 수 있다.

상기 관체(P)는 상기 터닝롤러(110)에 의해 회전될 수 있으며, 실제 설계상으로 상기 관체(P)는 완벽한 원이라 하더라도, 제작상 오차 등으로 인해 진원을 이루지 못할 수도 있는데, 상기 관체(P)를 회전시키면서 상기 거리측정유닛(140)이 관체(P)의 외주면의 복수지점까지지의 거리 및 각도의 측정을 복수회 수행하고, 각각 측정할 때마다 원의 중심을 계산하여 이를 평균하면, 실제에 가까운 원의 중심을 구할 수 있다.

따라서, 상기 관체(P)를 적어도 한바퀴 회전시키면서 일정각도별로 관체(P)의 외주면의 복수지점까지지의 거리 및 각도를 측정하거나 또는 연속적으로 측정하여 관체의 단면원의 중심(C)을 구할 수 있다.

또한, 원의 중심을 알고 있으므로, 계산된 원의 중심과 상기 거리측정유닛(140)에서 측정한 각 지점의 좌표 정보를 통해 상기 관체의 단면원의 외주면을 모델링 할 수 있다.

한편, 이 때에도 상기 이동거리 측정유닛(150)으로부터 상기 이동대차(130)가 이동한 거리에 대한 정보를 얻을 수 있고, 이를 바탕으로 이동대차(130)의 위치 및 거리측정유닛(140)이 측정하는 관체(P)의 길이방향의 위치를 알 수 있으므로, 계산된 관체의 단면원의 중심 및 모델링된 원의 외주면의 형상은 상기 관체(P)의 길이방향의 위치별 단면원에 대한 것일 수 있다.

또한, 상기 연산부(164)는 상기 관체의 전체적인 외주면 형상을 모델링 할 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 이동대차(130)가 a지점에 위치되었을 때의 a위치의 관체 단면 외주면 형상(200a) 및 원의 중심(Ca)을 구할 수 있고, 이동대차(130)가 b지점에 위치되었을 때의 b위치의 관체 단면 외주면 형상(200b) 및 원의 중심(Cb)을 구할 수 있다.

따라서, 상기 이동대차(130)를 일정거리씩 이동하면서 각 위치별 관체 단면 외주면 형상 및 원의 중심을 구하고, 이를 관체의 일단부터 타단까지 수행한 후에 순서별로 조합하면 상기 관체의 전체 외주면 형상(250)을 모델링 할 수 있다.

상기와 같이 모델링된 관체의 전체 외주면 형상(250)은 상기 관체의 설계도와 비교하여 얼마만큼의 오차를 가지는지를 판별하는데 사용할 수도 있다.

한편, 상기 연산부(164)는 관체의 위치별 도료 분사 단면원을 모델링 할 수 있다.

일반적으로, 균일하고 우수한 도장품질을 얻기 위해서 피도장면과 도장건이 일정간격 이격시킨다. 이를 도장이격거리(dp)라 칭하는데, 이 때 이격시키는 거리는 도료의 종류 및 피도장면의 표면상태 및 분사되는 도료의 압력 등에 의해 달라질 수 있으며, 당업자라면 자명하게 알 수 있다.

마찬가지로, 관체(P)의 외면에 도장할 때에도 균일하고 우수한 품질로 도장하기 위하여 상기 관체(P)의 외주면과 도장건(310)이 일정한 간격으로 이격될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 관체(P)의 단면이 원을 이루고 있으므로, 상기 도장건(310)이 관체의 외주면과 일정간격 이격되는 위치 또한 원을 이루게 되며, 이 원을 관체의 해당위치의 도료 분사 단면원이라 칭하기로 한다.

상기 이동거리 측정유닛(150)에 의해 측정된 이동대차(130)가 초기위치로부터 이동한 거리는 상기 거리측정유닛(140)이 측정하는 관체의 길이방향의 위치에 대한 정보일 수 있으므로, 도 7에 도시된 바와 같이, 초기위치로부터 관체(P)의 길이방향으로 r위치에서 측정된 관체의 단면 외주면 형상(200r)에 적절한 도장이격거리(dp)를 적용하여 r위치의 도료 분사 단면원(300r)을 얻을 수 있다.

본 실시예에서, 각 위치의 도료 분사 단면원이 해당위치의 관체 외주면 단면 형상으로부터 이격되는 도장이격거리(dp)에 대한 정보는 상기 연산부에 미리 설정입력될 수 있다.

또한, 상기 연산부(164)에는 도장유닛(300)에 탑재된 도장건(310)이 상기 해당위치의 도료 분사 단면 원의 위치를 지날 때 그 위치의 도장건의 이동영역의 정보가 탑재되어 저장될 수 있으며, 또한 상기 연산부(164)는 이를 통해 상기 도장건의 이동가능영역을 추출할 수 있다.

상기 도장유닛(300)은 상기 관체(P)에 도료를 분사하는 도장건(310)이 탑재되며, 상기 제2레일(170)을 주행하면서 상기 관체(P)를 도장하는 구성요소일 수 있다. 물론, 이 때, 상기 도장유닛(300)은 반드시 상기 이동대차(130)가 이동하는 제2레일(170)상을 주행할 필요는 없으며 상기 제2레일(170)이 아닌 다른 레일 상을 주행하거나 레일없이 지면상을 주행할 수도 있다. 다만, 본 실시예의 설명에서는 상기 도장유닛(300)이 상기 제2레일(170) 상을 주행하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

이 때, 상기 도장건(310)은 일반적으로 다축 로봇으로 이루어져 신축하거나 회전하여 움직일 수 있는 영역이 정해지는데, 이러한 영역을 도장건의 이동영역이라 칭하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 기준위치로부터 r지점 위치의 관체의 지점에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도장유닛(300) 또한 상기 제2레일(170) 상을 주행하면서 상기 관체(P)의 길이방향으로 주행하므로, 도 7에 도시된 바와 같이, 전술한 기준위치를 기준으로 r지점에서의 도장건 이동영역(400r)을 알 수 있다.

그리고, 상기 해당위치 즉 r지점 위치의 도장건 이동가능영역(500r)은 상기 연산부(164)에서 연산한 r지점 위치의 도료분사 단면원(300r)과 상기 연산부(164)에 탑재된 r지점 위치의 도장건 이동영역(400r)이 중첩되는 부분일 수 있다.

상기 해당 위치의 도장건 이동가능영역은 상기 도장건(310)이 해당 위치에서 상기 해당 위치의 도료분사 단면원을 벗어나지 않고 이동할 수 있는 영역을 뜻할 수 있다.

즉, r지점 위치에서 상기 도장건(310)은 상기 r지점 위치의 도장건의 이동영역(400r) 중에 상기 r지점 위치의 도료분사 단면원(300r)이 중첩되는 영역에서 움직일 수 있으며, 상기 연산부(164)에서는 이러한 영역을 r지점 위치의 도장건 이동가능영역(500r)으로 추출하는 것이다.

또한, 상기 도장건(310)과 관체(P)의 외주면의 간격은 일정하게 유지되는 것이 도장품질 유지에 유리하므로 상기 연산부(164)는 상기 추출된 r지점 위치의 도장건 이동가능영역(500r)내에서 상기 r지점 위치의 도료분사 단면원(300r)의 외주면이 지나는 구간를 상기 상기 도장건(310)이 실제 도료를 분사하면서 이동하는 r지점 위치의 도장건 분사경로(600r)로 추출할 수 있다.

한편, 상기와 같은 해당위치의 도료분사 단면원 및 해당위치의 도장건 이동가능영역의 추출을 상기 관체(P)의 일단부터 타단까지 수행한 후에 순서별로 조합하면 도 8에 도시된 바와 같이, 관체 전체의 도료 분사원 모델링(350)과 전체 도장건 이동가능영역(550)을 추출할 수 있다.

이하에서는 본 출원의 관체 외면 형상 모델링 방법에 대해서 설명하고자 한다.

본 실시예에 따른 관체 외면 형상 모델링 방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 초기화 단계(S110), 회전단계(S120), 관체외주면 거리측정단계(S130), 대차이동단계(S140), 위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계(S150) 및 전체 관체 외주면 형상 모델링 단계(S160)를 포함할 수 있다.

상기 초기화 단계(S110)는, 상기 관체(P)와 상기 회전량 측정유닛(120), 거리측정유닛(140) 및 이동거리 측정유닛(150)을 설치하고 각각 초기화 시키는 단계이다.

그리고, 상기 회전단계(S120)는, 상기 터닝롤러(110)를 구동하여 상기 관체(P)를 그 길이방향을 축으로 회전시키는 단계이다. 이 때, 상기 관체(P)의 회전중심축은 지면 또는 상기 제2레일(170)과 평행할 수 있다. 또한, 상기 회전단계(S120)에서는 상기 회전량 측정유닛(120)이 상기 관체의 회전각도를 실시간으로 측정할 수 있다.

상기 관체외주면 거리측정단계(S130)는 상기 거리측정유닛(140)이 상기 관체의 외주면의 복수지점까지의 거리 및 각도를 측정하는 단계이다. 본 실시예에서는 3개 지점까지의 거리 및 각도를 측정하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

상기 관체외주면 거리측정단계(S130)는 상기 회전단계(S120)와 같이 수행될 수 있다. 또는 상기 회전단계(S120)에서 관체(P)가 소정각도 회전된 뒤 상기 관체외주면 거리측정단계(S130)가 수행될 수도 있다. 또한 상기 관체외주면 거리측정단계(S130)는 상기 관체(P)가 적어도 한 바퀴 회전될 때까지 수행될 수 있다.

상기 대차이동단계(S140)는, 상기 이동대차(130)가 상기 제2레일(170)을 따라 상기 관체(P)의 길이방향으로 일정길이 이동되며 상기 이동거리 측정유닛(150)이 상기 이동대차(130)가 초기위치로부터 이동된 거리를 측정하는 단계이다.

상기 대차이동단계(S140)에서 상기 이동대차(130)가 이동된 후에는 상기 회전단계(S120) 및 관체외주면 거리측정단계(S130)가 수행될 수 있다.

그리고, 상기 대차이동단계(S140) 및 회전단계(S120)와 관체외주면 거리측정단계(S130)는 상기 관체(P)의 일단부터 타단까지 반복적 혹은 연속적으로 수행될 수 있다.

상기 위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계(S150)는, 상기 관체 외주면 거리측정단계(S130)에서 측정된 관체(P) 회전각도및 관체(P) 외주면의 복수지점의 거리 및 각도와, 상기 이동거리 측정유닛(150)을 통해 측정된 이동대차(130)의 이동거리를 조합하여, 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링하는 단계이다.

상기 회전단계(S120), 관체외주면 거리측정단계(S130), 대차이동단계(S140)에서 측정된 관체(P)의 회전각도정보, 상기 거리측정유닛(140)과 관체(P)의 외주면의 복수지점까지의 거리와 각도의 정보 및 이동대차(130)의 이동거리의 정보는 각각 실시간으로 측정되어 상기 수신부(162)를 통해 상기 연산부(164)에 입력될 수 있다.

상기 연산부(164)는 입력된 각 정보를 조합하고 계산하여 각 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링 할 수 있다.

상기 전체 관체 외주면 형상 모델링 단계(S160)는, 상기 연산부(164)에서 상기 위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계(S150)에서 모델링된 상기 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 상기 관체(P)의 전단부터 후단까지 순차적으로 조합하여 관체의 전체적인 외주면 형상을 모델링하는 단계이다.

또한, 본 실시예에 따른 관체 외면 형상 모델링 방법은 도 9에 도시된 바와 같이, 위치별 도료 분사 단면원 모델링 단계(S210) 및 도장건 이동가능영역 추출단계(S220)를 더 포함할 수 있다.

상기 위치별 도료 분사 단면원 모델링 단계(S210)는 상기 연산부(164)에서 상기 위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계(S150)에서 모델링된 상기 각 위치별 관체 단면의 외주면 형상에 상기 연산부(164)에 기 설정된 도장건(310)의 도장이격거리(dp)를 더하여 위치별 도료분사 단면원을 모델링하는 단계이다.

그리고, 상기 도장건 이동가능영역 추출단계(S220)는 상기 연산부(164)에서 상기 위치별 도료분사 단면원 모델링 단계(S210)에서 모델링된 각 위치별 도료분사 단면원과 기 설정된 해당위치의 도장건 이동영역이 중첩되는 해당위치의 도장건 이동가능영역을 추출하는 단계이다.

그리고, 상기 도장건(310)과 관체(P)의 외주면의 간격은 유지되는 것이 도장품질 유지에 유리하므로 상기 연산부(164)는 상기 추출된 해당위치의 도장건 이동가능영역내에서 상기 해당위치의 도료분사 단면원의 외주면이 지나는 경로를 상기 도장건(310)의 분사경로로 추출할 수 있다.

한편, 상기와 같은 해당위치의 도료분사 단면원 및 해당위치의 도장건 이동가능영역의 추출을 상기 관체(P)의 일단부터 타단까지 수행한 후에 순서별로 조합하면 도 8에 도시된 바와 같이, 관체 전체의 도료 분사원(350)과 전체 도장건 이동가능영역(550)을 추출할 수 있다.

이상과 같이 본 출원에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 출원은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

14: 플랜지 110: 터닝롤러
112: 베이스 114: 롤러
120: 회전량 측정유닛 130: 이동대차
140: 거리측정유닛 150: 이동거리 측정유닛
152: 기준판 162: 수신부
164: 연산부 170: 제2레일
180: 페인트 링 200: 지면
200a: a지점 위치의 관체 단면 외주면 형상
Ca: a지점의 관체 단면 외주면 형상의 중심
200b: b지점 위치의 관체 단면 외주면 형상
Cb: b지점의 관체 단면 외주면 형상의 중심
200r: r지점 위치의 관체 단면 외주면 형상
Cr: r지점의 관체 단면 외주면 형상의 중심
250: 관체 전체 외주면 형상
300r: r지점 위치의 도료 분사 단면원
350: 전체 도료 분사원
400r: r지점 위치의 도장건 이동영역
450: 전체 도장건 이동영역
500r: r지점 위치의 도장건 이동 가능영역
550: 전체 도장건 이동 가능영역
600r: r지점의 도장건 분사경로 P: 관체

Claims (9)

1. 관체를 그 길이방향을 축으로 회전 가능하게 상기 관체의 양 단을 각각 거치하는 터닝롤러;
   상기 터닝롤러에 의해 회전되는 관체의 회전각도를 측정하는 회전량 측정유닛;
   상기 관체의 외측에 관체의 길이방향을 따라 배치되는 레일 상을 이동하는 이동대차;
   상기 이동대차에 탑재되며, 관체의 외주면의 복수지점과의 거리 및 각도를 측정하는 거리측정유닛;
   상기 이동대차가 이동한 거리를 측정하는 이동거리 측정유닛;
   상기 회전량 측정유닛, 거리측정유닛 및 이동거리 측정유닛으로부터 측정된 측정치를 수신하는 수신부; 및
   상기 수신부에서 수신된 이동대차의 이동거리정보 및 관체 외주면의 복수지점과의 거리 및 각도정보로서 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링하는 연산부를 포함하는 관체 외면 형상 모델링 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는,
   기 설정된 거리측정유닛의 높이 및 상기 거리측정유닛으로부터 측정된 관체 외주면의 복수지점과의 거리 및 각도정보로서, 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 중심 좌표를 도출하는 관체 외면 형상 모델링 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는,
   상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 조합하여 상기 관체의 전체적인 외주면 형상을 모델링하는 관체 외면 형상 모델링 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연산부는 상기 이동대차의 위치별 관체 단면의 외주면 형상에 기 설정된 도장거리를 적용하여 위치별 도료 분사 단면원을 모델링 하는 관체 외면 형상 모델링 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 연산부에는, 상기 레일을 주행하는 도장유닛에 탑재된 도장건이 상기 위치별 도료 분사 단면원의 위치를 지날 때에 해당위치의 도장건의 이동영역 정보가 탑재되고,
   상기 연산부는, 상기 위치별 도료 분사 단면원과 해당위치의 도장건 이동영역이 중첩되는 도장건의 이동가능영역을 추출하는 관체 외면 형상 모델링 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 연산부는,
   추출된 도장건 이동가능영역내에서 상기 해당위치의 도료분사 단면원의 외주면이 지나는 경로를 도장건의 분사경로로 추출하는 관체 외면 형상 모델링 시스템.
7. 회전량 측정유닛, 거리측정유닛 및 이동거리 측정유닛을 초기화 시키는 초기화 단계;
   관체를 그 길이방향을 축으로 회전 시키면서 관체의 회전각도를 측정하는회전단계;
   상기 회전되는 관체의 회전각도별 상기 거리측정유닛과 관체의 외주면의 복수지점의 거리 및 각도를 측정하는 관체외주면 거리측정단계;
   이동대차가 레일을 따라 상기 관체의 길이방향으로 이동하며, 상기 이동대차가 초기점으로부터 이동된 거리를 측정하는 대차 이동단계; 및
   상기 관체 외주면 거리측정단계에서 측정된 관체 회전각도 및 관체 외주면의 복수지점의 거리 및 각도와, 상기 이동거리 측정유닛을 통해 측정된 이동대차의 이동거리를 조합하여, 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 모델링하는 위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계를 포함하는 관체 외면 형상 모델링 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 위치별 관체 단면의 외주면 형상을 상기 관체의 전단부터 후단까지 순차적으로 조합하여 관체의 전체적인 외주면 형상을 모델링하는 전체 관체 외주면 형상 모델링 단계를 더 포함하는 관체 외면 형상 모델링 방법.
9. 제7항에 있어서,
   위치별 관체 외주면 형상 모델링 단계에서 모델링 된 상기 위치별 관체 단면의 외주면 형상에 상기 연산부에 기 설정된 도장건의 도장이격거리를 더하여 위치별 도료분사 단면원을 모델링하는 위치별 도료분사 단면원 모델링 단계; 및
   상기 위치별 도료분사 단면원 모델링 단계에서 모델링된 위치별 도료분사 단면원과 기 설정된 해당위치의 도장건 이동영역이 중첩되는 영역을 추출하는 도장건 이동가능영역 추출단계를 더 포함하는 관체 외면 형상 모델링 방법.

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