KR20210033729A - 곡형 부재 제작 시스템 - Google Patents

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KR20210033729A
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윤여운
권대용
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

곡형 부재 제작 시스템이 개시된다. 곡형 부재 제작 시스템은 복수의 타겟 마커가 부착된 강판을 가열하여 3차원 곡면을 가지는 곡형 부재로 가공하고, 상기 곡형 부재에 대한 촬영 이미지를 생성하는 가공 유닛; 및 상기 촬영 이미지를 이용하여 상기 곡형 부재에 상응하는 제작 형상을 생성하고, 상기 제작 형상과 미리 저장된 설계 형상을 비교하여 정합도 정보를 생성하는 모니터링 유닛을 포함한다.

Description

곡형 부재 제작 시스템{Curved plate manufacturing system}
본 발명은 곡형 부재 제작 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박의 외판은 일정 두께의 철판을 가공한 곡형 부재(curved plate)로 제작되며, 유체역학, 구조역학, 진동 등의 엔지니어링 기술을 바탕으로 설계된 3차원 곡면을 가지도록 가공된다. 이러한 곡형 부재의 가공 정밀도가 선박 전체의 설계 성능을 좌우한다고 할 수 있다.
도 1에는 종래기술에 따른 곡형 부재 제작 공정이 예시되어 있다.
곡형 부재를 제작하기 위해서는, 평평한 철판 부재를 프레스(press)나 로울러(roller) 등을 이용하여 1차 냉간 가공을 실시한다. 1차 냉간 가공된 철판 부재에 대해 미리 제작된 목형을 이용하여 곡량에 대한 평가가 수행되고, 이때 곡량이 적정하지 않으면 수정 후 다시 곡량 평가가 진행된다.
이후, 철판 부재에 대해 가스 토치 등으로 열을 가하여 잔류 열 탄소성 변형을 이용하는 2차 열간 가공이 실시되며, 미리 제작된 목형을 이용하여 곡량에 대한 평가가 수행된다.
냉간 가공방법은 제어의 편의성 때문에 한쪽 방향으로만 일정한 곡률을 가지는 완만하고 단순한 철판의 곡면 가공과 이중 곡면 철판의 1차 가공에서 주로 이용된다.
이에 비해, 열간 가공방법은 마무리 작업 및 이중 곡면 철판의 2차 가공, 용접변형 제거 등의 작업에 주로 이용되는 것으로, 다년간의 경험을 가진 숙련자가 주로 하는 어려운 작업이다.
이러한 열간 가공작업은 높은 기량의 숙련된 기술 인력에 의해 수작업으로 수행되고 있지만, 작업 속도의 향상 및 정밀도의 향상에는 한계가 있다. 또한 작업자간의 기량과 작업 방식이 상이하여 작업 표준화와 미숙련자에 대한 기술 전수가 어려운 문제점이 있다.
일본등록특허 제4585165호(곡면을 가지는 금속판의 제조방법 및 그 제조장치 및 곡면을 가지는 금속판)
본 발명은 곡형 부재를 가공하는 과정에 대한 모니터링을 통해 설계 형상과 제작 형상의 정합성을 판별하여 곡형 부재의 가공 정밀도를 향상시킬 뿐 아니라 작업 속도를 향상시킬 수 있는 곡형 부재 제작 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 타겟 마커가 부착된 강판을 가열하여 3차원 곡면을 가지는 곡형 부재로 가공하고, 상기 곡형 부재에 대한 촬영 이미지를 생성하는 가공 유닛; 및 상기 촬영 이미지를 이용하여 상기 곡형 부재에 상응하는 제작 형상을 생성하고, 상기 제작 형상과 미리 저장된 설계 형상을 비교하여 정합도 정보를 생성하는 모니터링 유닛을 포함하는 곡형 부재 제작 시스템이 제공된다.
상기 가공 유닛은, 제1 방향으로 설치된 한 쌍의 제1 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 주행부; 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 상기 주행부의 몸체에 구비된 제2 레일을 따라 이동하는 제1 슬라이딩 부재와, 상기 제1 슬라이딩 부재에 대해 상하로 이동 가능하게 상기 제1 슬라이딩 부재에 결합되는 제2 슬라이딩 부재를 가지는 몸통부; 상기 강판을 가열하기 위해, 상기 제2 슬라이딩 부재의 하부측에 결합되는 토치부; 및 상기 강판이 가공되는 상기 곡형 부재에 대한 촬영 이미지를 생성하기 위해, 상기 제2 슬라이딩 부재의 상부측에 결합되는 카메라부를 포함할 수 있다.
상기 주행부는 내측에 관통구가 형성된 ㅁ자 형상의 상기 몸체를 가지는 수평 지지구와, 상기 수평 지지구를 하부에서 지지하도록 상기 한 쌍의 제1 레일에 각각 거치되는 한 쌍의 수직 지지구를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 한 쌍의 수직 지지구는 상기 제1 레일을 따라 슬라이딩 이동하도록 휠이 장착되며, 상기 가공 유닛은 상기 몸체의 대향하는 양 측면에 각각 배치될 수 있다.
상기 카메라부는 틸팅 조작되는 회전 부재를 개재하여 상기 제2 슬라이딩 부재와 결합되고, 상기 몸통부의 이동에 상응하여 상기 강판에 대해 미리 지정된 가상의 기준선이 상기 촬영 이미지 상의 가상의 중앙선으로 유지되도록 틸팅 각도가 조정될 수 있다.
상기 모니터링 유닛은, 미리 저장된 열간 가공 정보에 상응하여 상기 가공 유닛의 동작을 제어하는 컨트롤러부; 및 상기 촬영 이미지에서 타겟 마커를 검출하여 제작 형상을 생성하고, 생성된 제작 형상과 미리 저장된 설계 형상간의 정합도 정보를 생성하는 영상 분석부를 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 곡형 부재를 가공하는 과정에 대한 모니터링을 통해 설계 형상과 제작 형상의 정합성을 판별하여 곡형 부재의 가공 정밀도를 향상시키고 또한 작업 속도를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 곡형 부재 제작 공정을 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템의 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템의 외형 사시도.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템의 동작 상태를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 마커가 부착된 철판 부재의 촬영 영상을 예시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템의 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템의 외형 사시도이다. 도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템의 동작 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟 마커가 부착된 철판 부재의 촬영 영상을 예시한 도면이다.
도 2 내지 6을 참조하면, 곡형 부재 제작 시스템(100)은 가공 유닛(110)과 모니터링 유닛(120)을 포함할 수 있다.
가공 유닛(110)은 몸통부(112), 토치부(114), 카메라부(116) 및 주행부(118)를 포함할 수 있다.
주행부(118)는 곡형 부재로 가공될 강판(210)의 종방향(도 3의 X축 방향)으로 이동할 수 있다. 이때, 주행부(118)의 이동을 위해 강판(210)의 종방향으로 배치되는 한 쌍의 제1 레일(220)이 이용될 수 있다.
주행부(118)는 ㅁ자 형상의 수평 지지구와, 수평 지지구가 미리 지정된 높이에 위치하도록 하부에서 지지하며 대응되는 제1 레일(220)에 각각 거치되는 한 쌍의 수직 지지구를 포함할 수 있다. 수직 지지구의 하부에는 레일 상에서 슬라이딩 이동 가능하도록 휠이 장착될 수 있다.
몸통부(112)는 주행부(118)의 수평 지지구에 구비된 제2 레일(230)을 따라 강판(210)의 횡방향(도 3의 Y축 방향)으로 이동되는 제1 슬라이딩 부재와, 제1 슬라이딩 부재와 슬라이딩 가능하게 결합되어 제1 슬라이딩 부재에 대해 상하(도 3의 Z축 방향)로 이동되는 제2 슬라이딩 부재를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 슬라이딩 부재의 동작은 컨트롤러부(122)에 의해 제어될 수 있다.
몸통부(112)의 제2 슬라이딩 부재의 하부에는 열간 가공하여 강판(210)을 3차원 곡면을 가지도록 가열하는 토치부(114)가 구비된다. 컨트롤러부(122)의 제어에 따라 강판(210)을 가열하는 토치부(114)는 예를 들어 가스 토치, 고주파 유도 가열기 등일 수 있다.
몸통부(112)의 제2 슬라이딩 부재의 상부에는 컨트롤러부(122)의 제어에 의해 틸팅(tilting) 조작되는 회전 부재를 개재하여 카메라부(116)가 장착된다. 카메라부(116)는 주행부(118)의 수평 지지구의 하부에 위치하는 강판(210)을 촬영하여 생성한 촬영 이미지를 모니터링 유닛(120)으로 제공한다.
제2 슬라이딩 부재와 카메라부(116)를 연결하는 회전 부재의 회전축은 제2 레일(230)의 진행 방향에 수직하도록 설정될 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 제2 슬라이딩 부재의 상부에 결합된 카메라부(116)는 몸통부(112)가 강판(210)의 횡방향으로 이동되더라도, 강판(210)에 대해 미리 지정된 가상의 기준선이 촬영된 촬영 이미지 상의 가상의 중앙선으로 유지되도록 틸팅 각도가 조정된다. 따라서, 몸통부(112)가 강판(210)의 중심 위치에서 상대적으로 멀어질수록 카메라부(116)(즉, 회전 부재)는 상대적으로 큰 각도로 틸팅 조작 제어될 수 있다.
카메라부(116)에 의해 촬영되는 강판(210)의 표면에는 도 6에 예시된 바와 같이, 복수의 타겟 마커가 부착될 수 있다. 타겟 마커는 강판(210)의 가장 자리부분에 부착되어 기준 좌표축 설정용으로 활용되는 원점 타겟과, 3차원 곡면을 가지도록 가공되는 강판(210)의 3차원 형상을 파악하기 위해 활용되는 계측 타겟으로 구분될 수 있다. 여기서, 후술될 영상 분석부(124)의 계측 정밀도를 향상시키기 위해 각 계측 타겟의 패턴 형상 및/또는 테두리 형상은 각각 상이하게 형성될 수도 있다. 물론, 계측 타겟의 일부는 패턴 형상 및/또는 테두리 형상이 일치하게 형성될 수도 있음은 당연하다.
또한 영상 분석부(124)에서의 계측 데이터에 대한 계측 정밀도를 높이기 위해 강판(210)이 다양한 각도에서 계측될 필요가 있다. 따라서, 카메라부(116)는 토치부(114)의 동작 상태와 관계없이 촬영 이미지를 생성하여 제공하도록 컨트롤러부(122)에 의해 동작 제어될 수도 있다.
또한, 몸통부(112)가 제2 레일(230)의 측면부로 이동하는 경우 가시 영역이 제한적인 문제점도 회전 부재를 이용한 틸팅 조작에 의해 해소될 수 있는 특징이 있다.
전술한 몸통부(112), 토치부(114) 및 카메라부(116)는 주행부(118)의 수평 지지구의 대향하는 양 측면에 각각 배치될 수 있다(도 3 및 도 4 참조).
수평 지지구의 대향하는 양 측면에 토치부(114)를 각각 위치시킴으로써, 강판(210)이 복수의 위치에서 가열 가공될 수 있어 작업 효율성이 향상될 수 있고, 또한 작업 시간도 절감될 수 있다.
그리고, 도 4에 예시된 바와 같이, 토치부(114)는 강판(210)의 특정 위치를 가열하기 위해 몸통부(112) 및 주행부(118)의 이동에 의해 강판(210)에 대해 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 이동 위치될 수 있고, 또한 몸통부(112)의 이동에 상응하여 카메라부(116)의 틸팅 각도도 조정될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 모니터링 유닛(120)은 컨트롤러부(122), 영상 분석부(124) 및 저장부(126)를 포함할 수 있다.
컨트롤러부(122)는 저장부(126)에 미리 저장된 가공 정보에 상응하여 강판(210)을 곡형 부재로 가공하기 위해 가공 유닛(110)의 동작을 제어한다.
가공 정보는 열간 가공 조건에 관한 정보일 수 있으며, 예를 들어 강판(210)을 가열하는 가열선의 위치, 가열선의 두께, 인접하는 가열선과의 폭, 가열되는 부분에 대한 면적, 가열 세기, 가열 순서, 가열 시간, 강판(210)의 가열시 지지체의 위치, 열 변형을 유발하는 변형 유발체의 위치, 열 변형을 억제하는 고정체의 위치 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 여기서 위치에 대한 수치 표시는 좌표계를 이용할 수 있다. 물론, 가공 정보는 강판(210)이 소정 크기의 셀들로 분류된 경우, 각 셀에 대해 개별적으로 설정될 수도 있다.
또한, 컨트롤러부(122)는 몸통부(112)의 이동 위치에 상응하여 카메라부(116)의 틸팅 각도를 조작 제어할 수도 있다.
영상 분석부(124)는 카메라부(116)에 의해 촬영된 촬영 이미지에서 강판(210)에 부착된 타겟 마커를 검출하여 제작 형상을 생성하고, 생성된 제작 형상과 저장부(126)에 미리 저장된 설계 형상간의 정합도 정보(예를 들어, 제작 형상과 설계 형상의 대응되는 각 위치별 상대적인 차이량에 대한 정보)를 생성한다. 산출된 정합도 정보는 저장부(126)에 저장될 수 있고, 작업자의 확인을 위해 표시부(도시되지 않음)에 표시될 수도 있다.
즉, 영상 분석부(124)는 촬영 이미지에서 미리 지정된 패턴 형상 및/또는 테두리 형상을 각각 가지도록 형성된 타겟 마커를 검출하고, 타겟 마커들의 3차원 포인트를 이용하여 3차원 곡면을 가지는 제작 형상을 생성한다. 영상 분석부(124)는 검출된 원점 타겟의 위치를 이용하여 강판(210)의 위치를 파악할 뿐 아니라, 이미지 왜곡에 대한 보정을 수행할 수도 있다.
계측 정확도를 가지도록 하기 위하여, 제작 형상을 생성하기 위한 촬영 이미지는 실시간 생성되어 제공될 수 있으며, 또한 미리 지정된 작업 시간 경과 이후 토치부(114)의 작업을 중지한 상태에서 강판(210)에 대한 촬영 이미지가 신규 생성되어 제공될 수도 있다.
또한, 영상 분석부(124)는 제작 형상이 생성되면, 제작 형상의 각 위치의 법선 벡터 등을 산출하여 설계 형상과 대비함으로써, 강판(210)이 설계 정보에 따라 적합하게 가공되었는지에 관한 정합도 정보를 생성할 수 있다. 만일 정합도 정보가 미리 설정된 기준치 이하인 경우에는 보정을 위해 강판(210)에 대한 추가 작업이 이루어질 수 있음은 당연하다.
영상 분석부(124)가 촬영 이미지에서 타겟 마커를 인식하고, 이를 이용하여 제작 형상을 생성하는 영상 해석 기법과, 생성된 제작 형상과 설계 형상을 비교하여 정합도 정보를 생성하는 방법은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 곡형 부재 제작 시스템은 곡형 부재를 가공하는 과정에 대한 모니터링을 통해 설계 형상과 제작 형상의 정합성을 판별함으로써 곡형 부재의 가공 정밀도를 향상시킬 뿐 아니라 작업 속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 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.
100 : 곡형 부재 제작 시스템 110 : 가공 유닛
112 : 몸통부 114 : 토치부
116 : 카메라부 118 : 주행부
120 : 모니터링 유닛 122 : 컨트롤러부
124 : 영상 분석부 126 : 저장부
210 : 강판 220 : 제1 레일
230 : 제2 레일

Claims (5)

  1. 복수의 타겟 마커가 부착된 강판을 가열하여 3차원 곡면을 가지는 곡형 부재로 가공하고, 상기 곡형 부재에 대한 촬영 이미지를 생성하는 가공 유닛; 및
    상기 촬영 이미지를 이용하여 상기 곡형 부재에 상응하는 제작 형상을 생성하고, 상기 제작 형상과 미리 저장된 설계 형상을 비교하여 정합도 정보를 생성하는 모니터링 유닛을 포함하는 곡형 부재 제작 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가공 유닛은,
    제1 방향으로 설치된 한 쌍의 제1 레일을 따라 슬라이딩 이동하는 주행부;
    상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향으로 상기 주행부의 몸체에 구비된 제2 레일을 따라 이동하는 제1 슬라이딩 부재와, 상기 제1 슬라이딩 부재에 대해 상하로 이동 가능하게 상기 제1 슬라이딩 부재에 결합되는 제2 슬라이딩 부재를 가지는 몸통부;
    상기 강판을 가열하기 위해, 상기 제2 슬라이딩 부재의 하부측에 결합되는 토치부; 및
    상기 강판이 가공되는 상기 곡형 부재에 대한 촬영 이미지를 생성하기 위해, 상기 제2 슬라이딩 부재의 상부측에 결합되는 카메라부를 포함하는, 곡형 부재 제작 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주행부는 내측에 관통구가 형성된 ㅁ자 형상의 상기 몸체를 가지는 수평 지지구와, 상기 수평 지지구를 하부에서 지지하도록 상기 한 쌍의 제1 레일에 각각 거치되는 한 쌍의 수직 지지구를 포함하고,
    상기 한 쌍의 수직 지지구는 상기 제1 레일을 따라 슬라이딩 이동하도록 휠이 장착되며,
    상기 가공 유닛은 상기 몸체의 대향하는 양 측면에 각각 배치되는, 곡형 부재 제작 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 카메라부는 틸팅 조작되는 회전 부재를 개재하여 상기 제2 슬라이딩 부재와 결합되고, 상기 몸통부의 이동에 상응하여 상기 강판에 대해 미리 지정된 가상의 기준선이 상기 촬영 이미지 상의 가상의 중앙선으로 유지되도록 틸팅 각도가 조정되는, 곡형 부재 제작 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링 유닛은,
    미리 저장된 열간 가공 정보에 상응하여 상기 가공 유닛의 동작을 제어하는 컨트롤러부; 및
    상기 촬영 이미지에서 타겟 마커를 검출하여 제작 형상을 생성하고, 생성된 제작 형상과 미리 저장된 설계 형상간의 정합도 정보를 생성하는 영상 분석부를 포함하는, 곡형 부재 제작 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4585165B2 (ja) 2002-08-13 2010-11-24 三菱重工業株式会社 曲面を有する金属板の製造方法およびその製造装置並びに曲面を有する金属板

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4585165B2 (ja) 2002-08-13 2010-11-24 三菱重工業株式会社 曲面を有する金属板の製造方法およびその製造装置並びに曲面を有する金属板

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