KR20160035708A - 후판 절단장치 - Google Patents

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Abstract

후판 절단장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 후판 절단장치는 고온의 화염을 생성하여 후판에 화염을 전달하는 절단모듈; 상기 절단모듈과 연결되고, 상기 후판에 상기 절단모듈의 화염 전달을 위한 통공을 형성하는 통공 형성모듈;을 포함하며, 상기 통공 형성모듈은, 상기 절단모듈과 간섭되지 않는 위치에 배치되어, 승강 및 회전 가능하게 설치될 수 있다.

Description

후판 절단장치{Thick steel sheet cutting apparatus}
본 발명은 절단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박에 사용되는 블록 부품 들의 재료가 되는 후판을 절단한느 후판 절단장치에 관한 것이다.
일반적으로, 금속판 등의 후판을 절단하기 위해서는 절단용 고에너지 매체인 레이저 빔을 이용하거나, 고온을 발생시키는 토치 등을 사용한다. 레이저 빔에 의한 절단은 플라스마에 의한 절단보다 정밀 절단이 가능하므로 절단면의 변질이 적다. 하지만, 레이저 빔의 절단 능력은 상대적으로 작기 때문에 후판을 절단할 수 있도록 구성하기 위해서는 레이저 발진기의 출력을 향상시켜야 하므로 조선용 후판의 절단 작업에는 토치를 많이 사용한다.
관련 기술로서, 선행기술 1인 한국공개특허 제2006-0113082호에는 조선부재용 후판 앵글의 절단작업시 절단면이나 통공이 앵글 면에 대하여 자유각도로 형성될 수 있는 장비에 관한 것이 언급되어 있다.
또한, 선행기술 2인 한국등록특허 제0908426호에는 이프와, 후육관 및 원형동체의 소재가 되는 금속평판의 양측면을 기계적인 방식으로 면취 가공토록 하여 작업과정에서 면취부위에 슬러그나 버어등이 발생하지 않도록 한 구성이 언급되어 있다.
그러나, 토치 절단기를 사용하여 후판 절단 작업을 수행할 경우에는 다음과 같은 문제점들이 있다.
용접기 토치가 후판 부재를 절단하기 위해서는 시작 지점에서 후판 부재 두께만큼의 홀(hole)을 판 후에, 토치의 화염이 홀 내부에 갇히도록 구성하여 후판의 절단을 진행한다. 그런데, 이와 같이 후판 부재에 홀을 형성하기 위해서는 별도의 드릴링 머신을 마련하여, 이를 이용하여 후판에 타공 작업을 수행해야 한다. 또한, 드릴링 머신을 이용한 홀 형성을 위해서는 펀칭머신 등을 이용하여 드릴링 위치를 고정 해야하는 번거로움이 있다. 특히, 조선소에서 사용하는 후판은 가로 세로의 폭이 수 미터 이상으로 마련되므로, 사용하는 드릴링 머신의 크기 및 무게도 상당히 무겁기 때문에 크레인을 이용하여 별도 작업을 해야 하므로, 필드 작업성이 매우 떨어지는 문제 또한 있다.
한국 공개특허 제10-2005-0035947호(2006.11.02. 공개) 한국 등록특허 제10-0908426호(2009.07.13. 공개)
본 발명의 실시예들은, 후판을 절단하기 위한 장치물에, 펀칭, 드릴링 및 절단 모듈이 일체로 구성되어 있는 후판 절단장치를 제공 하고자 한다.
또한, 크레인 등의 사용을 최소화할 수 있도록 일정 수준의 높이 조절은 자체적으로 수행할 수 있는 후판 절단장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 후판 절단장치는 고온의 화염을 생성하여 후판에 화염을 전달하는 절단모듈; 상기 절단모듈과 연결되고, 상기 후판에 상기 절단모듈의 화염 전달을 위한 통공을 형성하는 통공 형성모듈;을 포함하며, 상기 통공 형성모듈은, 상기 절단모듈과 간섭되지 않는 위치에 배치되어, 승강 및 회전 가능하게 설치될 수 있다.
상기 절단모듈은 산소와 아세틸렌 가스를 사용하는 용접용 토치로 마련될 수 있다.
상기 절단모듈은 지지 프레임; 상기 지지 프레임에 고정되며, 산소 가스를 사용하는 제 1 노즐과 아세틸렌 가스를 사용하는 제 2 노즐을 포함하는 화염 분사유닛; 및 상기 지지 프레임과 결합되어, 상기 화염 분사유닛을 승강 및 이동하는 이동 프레임;을 포함할 수 있다.
상기 통공 형성모듈은 상기 절단모듈에 결합되는 연장 프레임; 상기 연장 프레임에 회전 가능하게 결합되는 회전축; 상기 회전축에 고정 결합되어, 상기 회전축의 회전 동작에 연동 회전하는 회전 프레임; 상기 회전 프레임의 일측에 설치되어, 후판의 통공 형성 위치를 마킹하는 펀칭유닛; 및 상기 회전 프레임의 상기 펀칭유닛 설치 위치의 반대편에 설치되어 상기 펀칭유닛이 마킹한 부분에 통공을 형성하는 드릴링 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 연장 프레임은 상기 절단모듈의 지지 프레임에 결합될 수 있다.
상기 연장 프레임과 지지 프레임은 일체로 구성될 수 있다.
상기 연장 프레임은 내부에 상기 회전축을 회전시키는 구동유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 회전 프레임은 상기 지지 프레임보다 낮은 위치에 배치되어, 회전 동작 시 상기 지지 프레임과 간섭되지 않도록 구성될 수 있다.
상기 펀칭유닛과 드릴링 유닛은 승강 가능하게 설치될 수 있다.
상기 펀칭유닛과 드릴링 유닛의 내부에는 랙-피니언으로 구성된 승강유닛이 더 설치될 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 후판 절단장치에 절단모듈과 통공 형성모듈이 일체로 구성되어 있으므로, 후판 절단을 위해 통공을 형성하는 작업과 절단하는 작업은 하나의 장치를 이용하여 수행할 수 있어 작업성이 향상되고, 안전사고 등의 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 펀칭유닛과 드릴링 유닛을 절단모듈과 간섭되지 않는 범위에서 회전 가능하게 구성하여, 최소한의 크레인 움직임 만으로도 후판의 펀칭 및 드릴링 공정을 수행하여 통공을 형성하는 것이 가능하다.
도 1은 선박 등에 사용되는 후판의 절단을 위해 통공이 형성되는 위치를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 통공이 형성된 선박 블록용 후판의 일 예를 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 후판의 측면도,
도 4는 본 실시예에 따른 후판 절단장치의 사시도, 그리고,
도 5는 도 4의 회전 프레임의 평면도 이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 선박 등에 사용되는 후판의 절단을 위해 통공이 형성되는 위치를 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 통공이 형성된 선박 블록용 후판의 일 예를 도시한 사시도, 도 3은 도 2의 후판의 측면도, 도 4는 본 실시예에 따른 후판 절단장치의 사시도, 그리고, 도 5는 도 4의 회전 프레임의 평면도 이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 선박 제작 등을 위하여 사용되는 후판(P)은 절단을 위해 통공(H)이 형성될 필요가 있다. 이때, 통공(H)이 형성되는 위치는 절단면과 최대한 가깝게 형성되어야, 낭비되는 후판(P)의 양을 줄일 수 있다. 일반적으로 절단 방향(C1)은 직선으로 구성되는 것이 좋으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요할 경우 곡선 또는 지그재그 형태로 마련할 수도 있다.
또한, 상기 통공(H)은 도 3에 도시된 바와 같이 후판(P)의 상부면을 통해 하부면까지 수직으로 형성될 필요가 있는데, 이와 같이 통공(H)을 형성해야, 후판 절단면을 설계치에 부합하도록 정확하게 형성할 수 있다.
도 4는 이와 같이 후판(P)을 절단하기 위한 통공 형성작업과 절단 작업을 동시에 수행할 수 있는 후판 절단장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 후판 절단장치는 절단모듈(100)과 통공 형성모듈(1000)을 포함할 수 있다.
절단모듈(100)은 고온의 화염을 생성하여, 후판(P)에 화염을 전달하여, 절단면을 녹여서 형성하는 장비이다. 다양한 형태의 화염을 생성할 수 있는 장치들이 절단모듈(100)로 사용될 수 있는데, 본 실시예에 따르면, 산소와 아세틸렌 가스를 사용하는 용접용 토치로 마련될 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 플라즈마(plasma)를 형성할 수 있는 구성이면 어떠한 것이든 적용 가능하다. 절단모듈(100)은 도시된 바와 같이 지지 프레임(110), 화염 분사유닛(120) 및 이동 프레임(130)을 포함할 수 있다.
지지 프레임(110)은 바닥면에 대하여 수평을 이루도록 형성될 수 있으며, 일측 단부에는 화염 분사유닛(120)이 고정되고, 그 타단으로는 이동 프레임이 결합될 수 있다. 지지 프레임(110)은 스틸 등과 같이 내화염성이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 상기 화염 분사유닛(120)과 이동 프레임(130)의 사이에는 후술할 통공 형성모듈(1000)이 결합될 수 있다.
화염 분사유닛(120)은 산소를 분사하는 제 1 노즐과, 아세틸렌 가스를 분사하는 제 2 노즐을 포함할 수 있으며, 이들이 분사하는 가스에 불을 붙여 고온의 가스 플라즈마를 형성하여 후판(P)을 녹여 절단할 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 각각의 노즐을 통해 동시에 화염이 분사되도록 쌍화염 토치로 구성할 수도 있다. 또한, 화구(torch tip)의 끝단 형상을 조절하여 분사되는 화염의 세기를 조절할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 화염 분사유닛(120)은 가스를 사용하는 용접용 토치로 마련될 수 있는데, 이는 용접 원리를 이용하여 금속을 절단하는 열절단 장치이다. 연소가스로는 상기한 산소, 아세틸렌 등의 가스 외에도 수소, 천연가스 등이 사용될 수 있다.
가스절단은 산소-아세틸렌 등 가스불꽃으로 절단 부위를 섭씨 800 내지 900도로 예열한 후, 순도가 높은 고압의 산소를 분출시키면 강철에 접촉하여 급격한 연소 작용에 의해 산화철이 된다. 이때, 산화철은 강(steel) 보다 용융점이 낮으므로, 용융과 동시에 절단될 수 있다. 용융된 지점이 산소기체의 분출력으로 밀어내어져 부분적인 홈이 생기고, 이 작업이 반복되면서 절단이 진행될 수 있다.
이동 프레임(130)은 지지 프레임(110)과 결합되어, 상기 화염 분사유닛(120)을 승강 및 이동할 수 있다. 이동 프레임(130)은 미도시된 타단은 크레인 및 로봇 판과 같은 이동 제어유닛 등과 연결되어, 본 실시예에 따른 절단모듈(100)이 정확한 절단 위치를 따라 움직이면서 후판(P)을 절단하도록 수치제어 될 수 있다.
통공 형성모듈(1000)은 절단모듈(100)과 일체로 형성될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 절단모듈(100)과 간섭되지 않는 위치에 승강 및 회전 가능하게 배치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 통공 형성모듈(1000)은 연장 프레임(1100), 회전축(1200), 회전 프레임(1300), 펀칭유닛(1400) 및 드릴링 유닛(1500)을 포함할 수 있다.
연장 프레임(1100)은 도 4에 도시된 바와 같이 지지 프레임(110)의 일단에 연결될 수 있다. 이때, 연장 프레임(1100)은 지지 프레임(110)과 일체로 구성될 수도 있고, 별도부재로 마련되어 지지 프레임(110)에 체결될 수도 있다. 일 예로, 지지 프레임(110)과 연장 프레임(1100)을 한 몸으로 형성할 경우, 하나의 프레임으로 화염 분사유닛(120)과 통공 형성모듈(1000)을 지지할 수 있다. 그러나 이를 한정하는 것은 아니며, 기존의 절단모듈(100)에 부가할 수 있도록, 별도 부품으로 구성하여, 용접 또는 별도의 체결수단을 이용하여 결합할 수도 있다.
회전축(1200)은 일단은 연장 프레임(1100)에 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 타단은 후술한 회전 프레임(1300)과 고정 결합될 수 있다. 회전축(1200)을 회전시키는 구동유닛은 회전축(1200)의 내부에 내장될 수도 있고, 상기 연장 프레임(1100)의 내부에 설치될 수도 있으며, 외부에 노출 설치되는 것도 가능하다. 상기 구동유닛은 모터로 마련되어 회전축이 모터의 출력축과 직접 연결될 수도 있고, 벨트나 기어와 같은 동력전달유닛에 의해 동력을 간접적으로 전달할 수도 있다. 이는 설계에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
회전 프레임(1300)은 회전축(1200)에 중심이 고정 결합되어, 회전축(1200)의에 회전 동작에 연동 회전할 수 있다. 이때, 회전 프레임(1300)은 도 5에 도시된 바와 같이 대략 직사각형상으로 마련될 수 있으며, 양 끝단에는 도시하지는 않았으나, 외부 간섭을 최소화하기 위한 라운드 부가 형성되는 것도 가능하다.
또한, 회전 프레임(1300)은 지지 프레임(110)보다 낮은 위치에 배치되어, 회전 프레임(1300)의 회전 동작 시, 지지 프레임(110)과 회전 프레임(1300)이 서로 간섭되지 않도록 구성될 수 있다.
펀칭유닛(1400)은 회전 프레임(1300)의 일측에 설치되어, 후판(P)의 통공(H) 형성 위치를 마킹(marking)할 수 있다. 펀칭유닛(1400)은 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 승강모듈(1410)과 펀칭모듈(1420)을 포함할 수 있다.
제 1 승강모듈(1410)은 랙-피니언 구조로 마련될 수 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 웜 기어나 리드 스크류 등 펀칭모듈(1420)을 승강시킬 수 있는 구성이라면, 어떠한 구성이든 적용 가능하다.
펀칭모듈(1420)은 드릴링을 위한 포지션을 마킹하기 위해 마련되는 것으로, 드릴링을 통해 통공(H)을 형성하기 위한 센터 위치를 후판(P)의 표면에 형성할 수 있다.
이와 같이 제 1 승강모듈(1410)에 의해 승강 가능하게 펀칭모듈(1420)을 구성하면, 항상 정확한 위치에 드릴링으로 형성되는 통공(H)의 센터를 마킹할 수 있어, 일정하고 정확하게 통공(H)을 형성할 수 있다. 또한, 제 1 승강모듈(1410)에 의해 펀칭모듈(1420)이 일정 높이 승하강 가능하기 때문에, 별도의 크레인 또는 로봇팔 등의 제어유닛의 움직임 없이도, 간단하게 펀칭 작업을 수행할 수 있다.
드릴링 유닛(1500)은 회전 프레임(1300)에 설치된 펀칭유닛(1400) 설치 위치의 반대편에 설치되어 상기 펀칭유닛(1400)이 마킹한 부분에 통공(H)을 형성한다. 드릴링 유닛(1500)은 제 2 승강모듈(1510)과 드릴링 모듈(1520)로 구성될 수 있다. 제 2 승강모듈(1510)은 상기한 제 1 승강모듈(1410)과 같이 그 자체로 승강 및 하강할 수 있도록 구성되며, 랙-피니언 구조를 포함하여 다양하게 구성될 수 있다.
드릴링 모듈(1520)은 일반적으로 사용되는 드릴링 팁 등으로 구성되며, 상기 드릴링 팁을 회전시키기 위한 동력원은 구동모터 등이 사용될 수 있다. 구동모터는 제 2 승강모듈(1510)의 내부에 설치될 수 있으며, 상기 제 2 승강모듈(1510)의 승강 동작을 제어하는 동력원으로 사용되는 것도 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 펀칭유닛(1400)과 드릴링 유닛(1500)은 회전축(1200)의 중심을 기준으로 각각의 중심이 회전 플레이트(1200)의 중심축(CL) 상에 정렬 배치될 수 있으며, 각각의 중심간의 위치는 서로 동일하도록 설정될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 회전축(1200)을 중심으로 회전 플레이트(1300)가 회전하면, 펀칭유닛(1400)의 중심축이 그대로 드릴링 유닛(1500)의 중심축이 되므로, 보다 정확한 드릴링 작업을 수행할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 후판 절단장치의 동작을 설명한다.
후판(P)은 일반적인 스틸 판재에 비해 두께가 두껍기 때문에, 홀(H)을 형성하지 않을 경우, 열 손실로 인해 절단 작업이 용이하지 않기 때문에, 통상 절단면 근처에 홀(H)을 드릴링 머신을 이용하여 형성한 후에, 이 홀(H) 안쪽에 플라즈마를 분사시켜 절단작업을 수행한다. 따라서, 먼저 후판(P)에 본 실시예에 따른 후판 절단장치의 펀칭유닛(1400)과 드릴링 유닛(1500)로 통공(H)을 형성하는 작업을 수행할 수 있다.
즉, 먼저 후판(P)에 통공(H)이 형성될 위치에 펀칭유닛(1400)의 중심 정렬을 수행한 후, 펀칭유닛(1400)의 제 1 승강모듈(1410)을 하강시켜 펀칭모듈(1420)이 후판(P)의 표면에 드릴링을 위한 중심 마킹을 수행할 수 있도록 한다. 마킹이 완료되면, 상기 제 1 승강모듈(1410)은 펀칭모듈(1420)을 다시 상승시킨다. 그리고, 소정의 제어 신호에 의해 회전 플레이트(1300)를 회전시켜 드릴링 유닛(1500)이 상기 펀칭유닛(1400)에 의해 마킹된 통공(H) 형성위치에 중심 정렬 되도록 한다. 그러면, 드릴링 유닛(1500)의 드릴링 모듈(1520)의 중심이 펀칭모듈(1420)이 마킹한 통공(H)의 중심과 그대로 정렬되므로, 정확한 위치에 통공(H)이 형성될 수 있다.
상기한 과정으로 통공(H)이 형성되면, 크레인 또는 로봇암 등과 같이 이동 프레임(130)과 연결된 이동수단은 이동 프레임(130)을 움직여, 통공(H)이 형성된 위치에 절단모듈(100)을 위치시킨다. 이때, 로봇 이외에 작업자가 직접 움직여 절단모듈(100)을 위치 정렬하는 것도 가능하다. 이때, 절단모듈(100)의 경우에는 토치 부분에 해당하는 화염 분사유닛(120)에서 분사되는 화염이 통공(H)에만 집중 되도록 제어할 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따르면, 후판 절단장치에 절단모듈(100)과 통공 형성모듈(1000)이 일체로 구성되어 있으므로, 후판 절단을 위해 통공(H)을 형성하는 작업과 절단하는 작업은 하나의 장치를 이용하여 수행할 수 있어 작업성이 향상되고, 안전사고 등의 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 펀칭유닛(1400)과 드릴링 유닛(1500)을 절단모듈(100)과 간섭되지 않는 범위에서 회전 가능하게 구성하여, 최소한의 크레인 움직임 만으로도 후판(P)의 펀칭 및 드릴링 공정을 수행하여 통공(H)을 형성하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100; 절단모듈 110; 지지 프레임
120; 화염 분사유닛 130; 이동 프레임
1000; 통공 형성모듈 1100; 연장 프레임
1200; 회전축 1300; 회전 프레임
1400; 펀칭유닛 1410; 제 1 승강모듈
1420; 펀칭모듈 1500; 드릴링 유닛
1510; 제 2 승강모듈 1520; 드릴링 모듈

Claims (10)

  1. 고온의 화염을 생성하여 후판에 화염을 전달하는 절단모듈; 및
    상기 절단모듈과 연결되고, 상기 후판에 상기 절단모듈의 화염 전달을 위한 통공을 형성하는 통공 형성모듈;을 포함하며,
    상기 통공 형성모듈은,
    상기 절단모듈과 간섭되지 않는 위치에 배치되어, 승강 및 회전 가능하게 설치되는 후판 절단장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 절단모듈은,
    산소와 아세틸렌 가스를 사용하는 용접용 토치로 마련되는 후판 절단장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 절단모듈은,
    지지 프레임;
    상기 지지 프레임에 고정되며, 산소 가스를 사용하는 제 1 노즐과 아세틸렌 가스를 사용하는 제 2 노즐을 포함하는 화염 분사유닛; 및
    상기 지지 프레임과 결합되어, 상기 화염 분사유닛을 승강 및 이동하는 이동 프레임;을 포함하는 후판 절단장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 통공 형성모듈은,
    상기 절단모듈에 결합되는 연장 프레임;
    상기 연장 프레임에 회전 가능하게 결합되는 회전축;
    상기 회전축에 고정 결합되어, 상기 회전축의 회전 동작에 연동 회전하는 회전 프레임;
    상기 회전 프레임의 일측에 설치되어, 후판의 통공 형성 위치를 마킹하는 펀칭유닛; 및
    상기 회전 프레임의 상기 펀칭유닛 설치 위치의 반대편에 설치되어 상기 펀칭유닛이 마킹한 부분에 통공을 형성하는 드릴링 유닛;을 포함하는 후판 절단장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연장 프레임은 상기 절단모듈의 지지 프레임에 결합되는 후판 절단장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연장 프레임과 지지 프레임은 일체로 구성되는 후판 절단장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 연장 프레임은,
    내부에 상기 회전축을 회전시키는 구동유닛을 더 포함하는 후판 절단장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 회전 프레임은,
    상기 지지 프레임보다 낮은 위치에 배치되어, 회전 동작 시 상기 지지 프레임과 간섭되지 않도록 구성된 후판 절단장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 펀칭유닛과 드릴링 유닛은 승강 가능하게 설치되는 후판 절단장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 펀칭유닛과 드릴링 유닛의 내부에는 랙-피니언으로 구성된 승강유닛이 더 설치되는 후판 절단장치.
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