KR20180077607A - 곡가공 입열량 토치 제어 시스템 - Google Patents

곡가공 입열량 토치 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

곡가공 입열량 토치 제어 시스템이 개시된다. 본 발명은 온도계와, 거리측정센서 및 유출량에 따른 입력값을 연산하여 산소제어밸브, LPG제어밸브, 압력조절기를 제어하는 제어부가 구비되어 외판의 곡가공 작업의 표준화 및 자동 장비개발에 적용함으로써 고기량자 공백으로 발생하게 되는 품질 저하를 최소화하고, 공정자동화를 통한 선박 건조비용 절감 및 건조시간을 단축할 수 있는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템을 제공한다.

Description

곡가공 입열량 토치 제어 시스템{TORCH CONTROL SYSTEM WITH AUTOMATIC FORMING CURVED ANGLE}
본 발명은 토치 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토치의 일측에 구비된 비접촉 온도계, 외판과의 거리측정센서에 따라 가스밸브와 가스압력을 조절하여 외판의 곡가공 작업의 표준화를 이룰 수 있는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템에 관한 것이다.
선박들은 화물의 적재량, 선박 속도, 연료소모량 등을 고려하고 선주의 요구 사항에 맞추어 선박 선체의 외판은 3차원 곡면으로 구성된다. 선형 설계에 의해 정의된 외판은 작업성 및 효율성을 고려하여 200여개 이상의 외판으로 분할된다.
외판의 곡을 형성하기 위해서는 대형 롤러나 프레스등과 같은 곡가공 장치를 이용하거나, 장치를 이용하여 만들기 어려운 외판의 곡은 가스 토치를 이용하여 전량 작업자에 의해서 수작업으로 제작 된다.
도 1은 종래부터 사용되는 곡가공 작업용 가스 토치를 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 사용되는 곡가공 작업을 위한 가스 토치의 화염은 일반적으로 산소와 LPG를 이용하고, 작업자가 적절하게 산소와 LPG의 투입양을 조정하여 화염량을 제어하며, 작업자는 외판에서 수직방향으로 적당한 거리를 유지하여 외판이 소성변형을 발생시킬 수 있도록 가스 토치의 높이를 조절해 가면서 곡가공 작업을 수행한다.
그러나 곡가공 작업의 결과물은 작업자의 기량, 산소와 LPG의 투입양, 곡가공 토치 화염과 외판과의 거리등에 따라서 다르며, 이러한 가변적인 요소들로 인하여 곡가공 품질이 일정하지 않고 자동화가 어려운 작업이다.
즉 작업자에 따라 품질차이의 발생, 공정 지연, 건조 기간 추가 발생, 후속 공정 대기 및 재작업으로 인한 추가 비용이 발생 하고 있다.
한국공개특허공보 제10-1998-0042270호 (1998.08.17)
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 외판 온도를 측정하기 위한 온도계와, 거리측정센서 및 유출량에 따른 입력값을 연산하여 산소제어밸브, LPG제어밸브, 압력조절기를 제어하는 제어부가 구비되고, 이러한 제어부가 외판의 곡가공 작업의 표준화 및 자동 장비개발에 적용됨으로써 고기량자의 공백으로 발생하게 되는 품질 저하를 최소화하고, 공정자동화를 통한 선박 건조비용 절감 및 건조시간을 단축할 수 있는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가스 토치와, 상기 가스 토치에 공급되는 산소와 LPG 양을 조절하는 전자유량밸브와, 상기 가스 토치의 화염에 의한 외판의 온도를 비접촉식으로 측정하기 위한 온도계와, 상기 가스 토치와 외판의 거리를 측정하는 측정센서 및 상기 온도계와 거리측정센서의 측정값을 토대로 상기 외판의 두께 또는 곡 형상에 맞추어 전자유량밸브의 다단 제어를 통하여 가스 토치의 화염에 의한 외판 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템을 제공한다.
또한 상기 가스 토치의 일측에는 비활성가스를 분출하는 소화부가 더 구비될 수 있다.
또한 상기 가스 토치는, 토출건 및 조작기능을 갖는 트리거를 포함하고, 상기 트리거는 가스 밸브를 포함하며, 상기 전자유량밸브와 연결되는 산소호스와, LPG호스가 연결되며, 상기 트리거의 당김의 정도에 따라 산소와 LPG의 가변적인 양이 토출건을 통하여 흐르거나 차단될 수 있다.
또한 상기 전자유량밸브는, 산소와 LPG를 공급받아 가스 토치에 공급할 수 있도록 하는 전기 작동식 솔레노이드가 구비되는 산소제어밸브와 LPG제어밸브를 포함하고, 상기 제어부로부터 공급할 가스의 양에 관한 제어 신호를 수신하며, 상기 제어 신호에 따른 산소 또는 LPG량을 산소호스과 LPG호스을 통해 공급될 수 있다.
또한 상기 산소제어밸브와 LPG제어밸브로 수신되는 제어부의 제어 신호는, 하이 전압 또는 로우 전압으로 표현되는 디지털 신호로써, 제어 신호가 하이 전압인 경우 상기 산소제어밸브과 LPG제어밸브는 개방되고, 로우 전압인 경우 상기 산소제어밸브과 LPG제어밸브는 폐쇄될 수 있다.
또한 상기 전자유량밸브는 산소와 LPG의 압력이 조절되어 공급받을 수 있도록 산소와 LPG의 압력을 조절하는 압력조절기가 더 구비될 수 있다.
상기 압력조절기는, 상기 제어부로부터 공급할 산소와 LPG의 압력에 관한 압력 제어 신호를 수신하며, 상기 압력 제어 신호는 하이 전압 또는 로우 전압으로 표현되는 디지털 신호로써, 압력 제어 신호가 하이 전압인 경우 기 설정된 압력으로 산소와 LPG를 공급하고, 압력 제어 신호가 로우 전압인 경우 상기 기 설정된 압력보다 낮은 압력으로 산소와 LPG를 공급될 수 있다.
그리고 상기 전자유량밸브는, 온도계에 의한 외판의 온도측정값이 전자유량밸브에 피드백되어 전자유량밸브의 작동을 중지시킬 수 있는 기능을 갖는 보상부가 더 구비되고, 상기 보상부와 산소제어밸브와 LPG제어밸브 및 압력조절기가 모두 구비된 하나의 모듈화된 장비일 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 곡가공 입열량 토치 제어 시스템에 의하면, 외판의 곡가공 작업의 표준화 및 자동 장비개발에 적용함으로써 고기량자 공백으로 발생하게 되는 품질 저하를 최소화하고, 공정자동화를 통한 선박 건조비용 절감 및 건조시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의한 제어부는 온도계와, 거리측정센서 및 유출량에 따른 입력값을 연산하여 산소제어밸브, LPG제어밸브, 압력조절기를 제어함으로써 곡가공 작업을 표준화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 종래의 가스 토치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 곡가공 입열량 토치 제어 시스템의 계통도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 곡가공 입열량 토치 제어 시스템의 계통도이다.
도 4는 (a) 외판의 곡면과, (b) 곡면 대한 이상적인 가스 유량을 예시하는 그래프이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
우선 본 발명은 외판 곡가공 작업의 표준화 실현, 자동 장비 개발에 적용을 통한 품질의 균일화, 고기량자 공백으로 인한 품질 저하 최소화 및 공정자동화를 통한 선박 건조비용 절감 및 건조시간 단축을 목적으로 하고 있다.
도 2는 본 발명의 곡가공 입열량 토치 제어 시스템의 계통도로써, 산소와 LPG가 설정된 유량으로 제어되어 가스토치에 공급되는 구성으로, 이는 가스 토치의 화염에 의한 외판 온도에 대한 피드백 및 가스 토치와 외판의 거리에 대한 측정값을 입력값으로 하여 제어된 산소, LPG의 유량으로 외판을 가열하는 토치의 입열량을 제어할 수 있는 기술을 나타내고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 곡가공 입열량 토치 제어 시스템의 포괄적인 구성으로는 가스 토치(100)와, 상기 가스 토치(100)에 공급되는 산소와 LPG 양을 조절하는 전자유량밸브(200)와, 상기 가스 토치(100)의 화염에 의한 외판 온도를 비접촉식으로 측정하기 위한 온도계(300)와, 상기 가스 토치(100)와 외판(10)의 거리를 측정하는 측정센서(400) 및 상기 온도계(300)와 거리측정센서(400)의 측정값을 토대로 상기 외판(10)의 두께 및 곡 형상에 맞추어 전자유량밸브(200)의 다단 제어를 통하여 가스 토치(100)의 화염에 의한 외판 온도의 제어하는 제어부(500)를 포함한다.
또한 안전사고를 방지하기 위해 소화를 위한 비활성가스를 분출하는 소화부(600)가 가스 토치(100)의 일측에 추가로 더 구비될 수 있다. 상기 비활성가스로써, 바람직하게는 용접부의 품질을 개선시키도록 흔히 비활성 특성을 갖는, 헬륨, 질소, 아르곤, 이산화탄소 또는 기타 공지의 비활성 가스로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 가스 토치(100)는 토출건 및 조작기능을 갖는 트리거를 포함하고, 상기 트리거는 가스 밸브를 포함할 수 있다. 또한 상기 트리거에는 상기 전자유량밸브(200)와 연결되는 산소호스(110)와, LPG호스(120)가 연결되고, 상기 트리거의 당김의 정도에 따라 산소와 LPG의 가변적인 양이 토출건을 통하여 흐르거나, 차단될 수 있다.
또한 상기 가스 토치(100)에는 추가적으로 비활성 가스가 분출될 수 있도록 비활성가스호스(130)가 연결될 수 있다.
상기 전자유량밸브(200)는 산소와 LPG를 공급받아 가스 토치(100)에 바람직한 압력 또는 유량으로 공급할 수 있도록 하는 전기 작동식 솔레노이드가 구비되는 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220)를 포함한다.
이러한 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220)는 상기 제어부(500)로부터 공급할 가스의 양에 관한 제어 신호를 수신하고, 이러한 제어 신호에 따른 산소 또는 LPG량을 산소호스(110)과 LPG호스(120)을 통해 공급하게 된다.
일예로 상기 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220)로 수신되는 제어 신호는 바람직한 수준보다 높거나, 낮거나 혹은 그 수준임을 나타내는 하이 전압, 로우 전압 또는 제로 전압 등의 디지털 신호일 수 있고, 이에 따라 제어 신호가 하이 또는 로우인 경우 밸브(210, 220)는 각각에 대해 개방 또는 폐쇄되고, 제로인 경우 밸브(210, 220)는 현 상태에서 변경되지 않을 수 있다.
또한 상기 전자유량밸브(200)는 산소와 LPG의 압력이 조절되어 공급받을 수 있도록 압력이 조절되는 압력조절기(230)가 더 구비될 수 있다.
상기 압력조절기(230)는 일예로 두가지 모드로 동작되며, 이는 고압력 공급모드와 저압력 공급모드로 구분된다. 이는 상기 제어부(500)에 의하여 제어신호를 받아 공급압력을 결정하게 되고, 바람직한 압력으로는 고압력모드에서 100%의 균일한 압력을 제공하였을 때, 저압려모드에서 50%의 압력을 제공할 수 있다. 상기 압력조절기(230)에 전송되는 제어신호는 상술한 바와 같은 원리로 하이 전압, 로우 전압 또는 제로 전압 등의 디지털 신호일 수 있다.
상기 거리측정센서(400)는 가스 토치(100)의 일측에 결합되어 외판(10)과의 거리값을 측정하여 제어부(500)에 전송한다. 아울러 온도계(300)도 가스 토치(100)의 일측에서 가스 토치(100)의 화염에 의한 외판 온도를 비접촉식으로 측정하여 제어부(500)에 전송한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 곡가공 입열량 토치 제어 시스템의 계통도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 구성 중 전자유량밸브(200)는 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220) 및 압력조절기(230)가 하나의 모듈화된 장비 안에 모두 구비될 수 있으며, 온도계(300)에 의한 외판 온도측정값이 전자유량밸브(200)에 피드백되어 전자유량밸브(200)의 작동을 중지시킬 수 있는 기능을 갖는 보상부(240)가 더 구비될 수 있다. 한편, 상기 소화부(600)의 작동은 제어부(500)에서 담당하게 된다.
도 4에서 (a)는 외판의 곡면과, (b)는 곡면 대한 이상적인 가스 유량을 예시하는 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 사용자는 가스 토치(100)를 파지하여 외판(10)의 상측에서 용접을 수행하게 된다. 이 경우 본 발명의 목적과 같이 외판(10)에 곡면이 있는 경우에 고가공 작업에 의한 품질의 균일화를 위하여 곡면에 따른 시나리오가 도 4 (b)의 프로파일과 같이 상기 거리측정센서(400)의 측정값에 따라 제어부(500)에서 결정되거나, 또는 사용자에 의해 기 설정된 값으로 미리 결정될 수 있다.
자세하게는 일예로써 가스 토치(100)와 외판(10)의 사이가 가까울 때에는 20%정도의 가스가 가스 토치(100)에 공급되는 것이고, 가스 토치(100)와 외판(10)의 사이가 멀 경우에는 50% 이상의 가스가 가스 토치(100)에 공급될 수 있다.
이러한 가스 토치(100)와 외판(10)의 거리는 거리측정센서(400)에 의해 측정되어 제어부(500)에 전송되며, 전송부에서는 거리에 따른 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220)의 개방도를 결정하게 된다.
아울러 제어부(500)는 곡면의 기울기의 크기에 따라, 즉 R1구간에서는 압력조절기(230)에 저압력모드를 R2의 구간에서는 압력조절기(230)에 고압력모드의 압력 제어 신호를 전송할 수 있다.
또한 제어부(500)는 외판(10)의 곡가공 작업을 위한 가스 토치(100)에 공급되는 산소와 LPG양을 정밀하게 제어할 수 있으며, 가스 토치(100)의 화염에 의한 외판 온도와 가스 토치(100)와 외판(10)의 거리를 일정하게 유지하도록 하는 동시에 곡가공에 필요한 입열량을 일정하게 유지할 수 있게 한다.
상기 제어부(500)에 의하여 제어되는 전자유량밸브(200)는 상기 외판(10)의 두께 및 곡 형상에 따라 다단으로 제어되어 가스 토치(100)에 의한 외판(10) 곡가공 작업의 표준화 실현, 자동 장비 개발에 적용을 통한 품질의 균일화와 아울러 고기량자 공백으로 인한 품질 저하 최소화 및 공정자동화를 통한 선박 건조비용 절감 및 건조시간 단축을 실현할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 본 발명의 곡가공 입열량 토치 제어 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 외판 100 : 가스 토치
110 : 산소호스 120 : LPG호스
130 : 비활성가스호스 200 : 전자유량밸브
210 : 산소제어밸브 220 : LPG제어밸브
230 : 압력조절기 240 : 보상부
300 : 온도계 400 : 거리측정센서
500 : 제어부 600 : 소화부

Claims (8)

  1. 가스 토치(100);
    상기 가스 토치(100)에 공급되는 산소와 LPG 양을 조절하는 전자유량밸브(200);
    상기 가스 토치(100)의 화염에 의한 외판 온도를 비접촉식으로 측정하기 위한 온도계(300);
    상기 가스 토치(100)와 외판(10)의 거리를 측정하는 측정센서(400);
    상기 온도계(300)와 거리측정센서(400)의 측정값을 토대로 상기 외판(10)의 두께 또는 곡 형상에 맞추어 전자유량밸브(200)의 다단 제어를 통하여 가스 토치(100)의 화염에 의한 외판 온도를 제어하는 제어부(500)
    를 포함하는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가스 토치(100)의 일측에는 비활성가스를 분출하는 소화부(600)가 더 구비되는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 토치(100)는,
    토출건 및 조작기능을 갖는 트리거를 포함하고,
    상기 트리거는 가스 밸브를 포함하며, 상기 전자유량밸브(200)와 연결되는 산소호스(110)와, LPG호스(120)가 연결되며,
    상기 트리거의 당김의 정도에 따라 산소와 LPG의 가변적인 양이 토출건을 통하여 흐르거나, 차단되는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자유량밸브(200)는,
    산소와 LPG를 공급받아 가스 토치(100)에 공급할 수 있도록 하는 전기 작동식 솔레노이드가 구비되는 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220)를 포함하고,
    상기 제어부(500)로부터 공급할 가스의 양에 관한 제어 신호를 수신하며,
    상기 제어 신호에 따른 산소 또는 LPG량을 산소호스(110)과 LPG호스(120)을 통해 공급하는
    곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220)로 수신되는 제어부(500)의 제어 신호는,
    하이 전압 또는 로우 전압으로 표현되는 디지털 신호로써, 제어 신호가 하이 전압인 경우 상기 산소제어밸브(210)과 LPG제어밸브(220)는 개방되고, 로우 전압인 경우 상기 산소제어밸브(210)과 LPG제어밸브(220)는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자유량밸브(200)는 산소와 LPG의 압력이 조절되어 공급받을 수 있도록 산소와 LPG의 압력을 조절하는 압력조절기(230)가 더 구비되는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 압력조절기(230)는,
    상기 제어부(500)로부터 공급할 산소와 LPG의 압력에 관한 압력 제어 신호를 수신하며,
    상기 압력 제어 신호는 하이 전압 또는 로우 전압으로 표현되는 디지털 신호로써, 압력 제어 신호가 하이 전압인 경우 기 설정된 압력으로 산소와 LPG를 공급하고, 압력 제어 신호가 로우 전압인 경우 상기 기 설정된 압력보다 낮은 압력으로 산소와 LPG를 공급하는 것을 특징으로 하는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 전자유량밸브(200)는,
    온도계(300)에 의한 가스 토치(100)의 온도측정값이 전자유량밸브(200)에 피드백되어 전자유량밸브(200)의 작동을 중지시킬 수 있는 기능을 갖는 보상부(240)가 더 구비되고,
    상기 보상부(240)와 산소제어밸브(210)와 LPG제어밸브(220) 및 압력조절기(230)가 모두 구비된 하나의 모듈화된 장비인 것을 특징으로 하는 곡가공 입열량 토치 제어 시스템.
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