KR20220008439A - 선체의 표면 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
선체의 표면 처리 시스템을 개시한다. 본 발명은 선박의 블록을 가공한 상태에서 레이저를 이용한 그라인딩, 텍스처링, 클리닝을 통해 신속하고 균일한 표면 처리를 수행하고, 도장 전 선체 표면의 용접선 및 용접선 주변을 포함한 용접선 영역의 검사, 표면 처리, 표면 검사 및 도장 후 도막 검사를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 선체의 표면 처리 시스템에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 선박의 블록을 가공한 상태에서 레이저를 이용한 그라인딩, 텍스처링, 클리닝을 통해 신속하고 균일한 표면 처리를 수행하고, 도장 전 선체 표면의 용접선 및 용접선 주변을 포함한 용접선 영역의 검사, 표면 처리, 표면 검사 및 도장 후 도막 검사를 제공할 수 있는 선체의 표면 처리 시스템에 관한 것이다.
통상적으로 선박의 건조에 사용하는 대형 철구조물의 제작시 각종 철판, 형강 자재들을 주로 용접 작업을 통해 제조하게 된다.
이러한 용접선부위 및 철구조물의 표면에 발생되는 스케일, 페인트, 부식물, 이물질 등을 제거하기 위해 일반적으로 그라인딩 등의 작업을 수행하였으나 작업능률이 저하되고 제거된 부식물로 인해 인체에 질병을 유발하는 등 작업장 부근으로 확산되어 오염되는 문제점이 있다.
또한, 금속에 도장을 하기 위해서 그라인딩이나 블라스팅 등의 표면 처리를 수행함으로써, 오염 및 녹 발생을 미리 제거하고, 표면에 적정한 표면 거칠기를 생성시켜 도장시 도막 결합력이 증가되도록 한다.
그러나 대형 선박과 같은 금속 구조물의 경우, 작업자가 불안정한 자세로 작업을 수행하는 일이 많아 적정한 표면 조도의 생성이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 선박의 블록을 가공한 상태에서 레이저를 이용한 그라인딩, 텍스처링, 클리닝을 통해 신속하고 균일한 표면 처리를 수행하고, 도장 전 선체 표면의 용접선 및 용접선 주변을 포함한 용접선 영역의 검사, 표면 처리, 표면 검사 및 도장 후 도막 검사를 제공할 수 있는 선체의 표면 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 선체의 표면 처리 시스템으로서, 선체의 용접선을 추적하되,
상기 용접선 및 용접선 주변으로 레이저를 조사하여 상기 용접선 및 용접선 주변의 표면 처리 작업을 수행하는 주행부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는 선체의 표면 처리 시스템으로서, 선체의 용접선을 추적하되, 상기 용접선 및 용접선 주변의 표면 조도와 선체의 도장 후 표면의 도장 상태를 검사하는 주행부;를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 상기 용접선의 GPS 좌표 정보에 기반하여 상기 용접선을 따라 이동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 상기 용접선의 3차원 설계 데이터 상의 위치 좌표 정보와, GPS 좌표 정보를 매핑시켜 자율 주행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 유틸리티부와 데이터 신호를 송수신하는 통신부; 상기 주행부의 GPS 좌표 정보를 수신하는 위치 수신부; 상기 용접선의 영상을 촬영하는 카메라부; 복수의 바퀴를 구비하되, 상기 주행부가 용접선을 따라 이동하도록 구동력을 제공하는 구동부; 상기 주행부가 선체의 표면과 흡착되도록 진공압력을 제공하는 흡착부; 상기 주행부의 동작 상태와, 주변의 작업 환경 정보를 감지하는 환경 센서부; 상기 주행부와 선체의 표면 사이의 거리를 측정하는 Gap 센서; 및 상기 상기 환경 센서부와 Gap 센서로부터 입력되는 정보에 기반하여 구동부와 흡착부의 동작을 제어하되, 선체의 특정 위치 좌표 또는 용접선의 3차원 설계 데이터 상의 위치 좌표와 GPS 좌표 정보를 매핑시켜 상기 구동부가 주행하도록 제어하는 주행 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 상기 바퀴가 선체 표면과 자기장을 형성하여 접착되도록 자석으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행 제어부는 용접선을 따라 이동한 경로의 좌표 정보를 저장하고, 레이저를 이용한 표면 처리작업이 종료되면, 상기 저장된 경로의 좌표 정보에 기반하여 원위치로 이동하도록 구동부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 레이저 빔을 이용하여 상기 용접선 및 용접선 주변의 표면 조도를 형성하는 레이저 텍스처링 및 레이저 텍스처링 후 표면을 세척하는 레이저 클리닝 중 적어도 하나의 표면 처리 작업을 수행하는 레이저 모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 모듈부는 레이저 빔을 전달하는 폴리곤 미러; 볼록 형상의 표면이 형성되고, 상기 폴리곤 미러에서 전달되는 레이저 빔을 반사하는 제1 미러; 및 오목 형상의 표면이 형성되고, 상기 제1 미러에서 반사된 레이저 빔을 반사하여 수평방향의 평행광으로 변환시켜 출력하는 제2 미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 용접선 및 용접선 주변의 표면 조도 상태와, 선체의 도장 후 표면의 도장 상태를 검사하는 품질 검사 모듈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 품질 검사 모듈부는 레이저 블라스팅 전 선체의 용접선 및 용접선 주변의 상태와, 레이저 블라스팅 후 용접선 및 용접선 주변의 표면 조도 상태를 검사하는 표면 검사부; 및 도장 후 선체 표면의 도장 상태를 검사하는 도장 품질 검사부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부는 사용자로부터 제어 신호를 입력받아 임의의 방향으로 이동되도록 동작 제어 신호를 출력하는 원격 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 주행부와 케이블로 연결되되, 상기 용접선의 3차원 설계 데이터 상의 위치 좌표를 전송하는 유틸리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유틸리부는 상기 주행부의 이동 정보와, 상기 주행부로부터 전송되는 처리 결과 정보를 수신하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유틸리티부는 주행부의 위치에 따라 이동 가능하도록 복수의 바퀴를 구비한 이동 대차부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유틸리티부는 케이블과 함께 길이가 가변되는 가변 붐대를 구비한 케이블 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유틸리티부는 주행부와 데이터 신호를 송수신하는 통신부; 선체의 3차원 설계 데이터로부터 용접선에 대한 3차원 상의 위치 좌표를 추출하여 상기 주행부의 동작 제어신호와 함께 전송하고, 상기 주행부의 이동에 따른 트래킹 및 동작 결과를 포함한 모니터링 정보와, 유틸리티부의 동작 정보를 관리하는 데이터 서버; 상기 주행부에 진공 압력을 제공하는 진공 펌프; 상기 유틸리티부가 이동하도록 구동력을 제공하는 유틸리티 구동부; 및 상기 주행부의 트래킹 상태, 주변의 작업 환경 정보에 기반하여 주행부의 이동, 흡착 및 표면 처리 동작을 제어하는 유틸리티 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유틸리부는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발진부; 상기 레이저 발진부를 냉각하는 레이저 냉각부; 및 상기 레이저 발진부에 대한 전력 공급을 조절하는 UPS;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 선박의 블록을 가공한 상태에서 레이저를 이용한 그라인딩, 텍스처링, 클리닝을 통해 신속하고 균일한 표면 처리를 수행하고, 도장 전 선체 표면의 용접선 및 용접선 주변을 포함한 용접선 영역의 검사, 표면 처리, 표면 검사 및 도장 후 도막 검사를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템을 나타낸 예시도.
도 2는 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 주행부 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 도 2의 주행부 구성을 나타낸 예시도.
도 4는 도 2의 주행부 구성을 나타낸 다른 예시도.
도 5는 도 2의 주행부에 설치된 반사형 광학계 구성을 나타낸 예시도.
도 6은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템을 이용한 레이저 블라스팅을 통해 형성된 표면의 거칠기를 나타낸 예시도.
도 7은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 유틸리티부 구성을 나타낸 블록도.
도 8은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 용접선 검출을 위한 3차원 데이터를 나타낸 예시도.
도 9는 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 용접선 위치를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 주행부 구성을 나타낸 예시도.
도 11은 도 10에 따른 주행부의 품질 검사 모듈부 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 주행부 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 도 2의 주행부 구성을 나타낸 예시도.
도 4는 도 2의 주행부 구성을 나타낸 다른 예시도.
도 5는 도 2의 주행부에 설치된 반사형 광학계 구성을 나타낸 예시도.
도 6은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템을 이용한 레이저 블라스팅을 통해 형성된 표면의 거칠기를 나타낸 예시도.
도 7은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 유틸리티부 구성을 나타낸 블록도.
도 8은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 용접선 검출을 위한 3차원 데이터를 나타낸 예시도.
도 9는 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 용접선 위치를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 주행부 구성을 나타낸 예시도.
도 11은 도 10에 따른 주행부의 품질 검사 모듈부 구성을 나타낸 블록도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.
또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다.
또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(제1 실시 예)
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템을 나타낸 예시도이고, 도 2는 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 주행부 구성을 나타낸 블록도이며, 도 3은 도 2의 주행부 구성을 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 2의 주행부 구성을 나타낸 다른 예시도이며, 도 5는 도 2의 주행부에 설치된 반사형 광학계 구성을 나타낸 예시도이고, 도 6은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템을 이용한 레이저 블라스팅을 통해 형성된 표면의 거칠기를 나타낸 예시도이며, 도 7은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 유틸리티부 구성을 나타낸 블록도이고, 도 8은 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 용접선 검출을 위한 3차원 데이터를 나타낸 예시도이며, 도 9는 도 1의 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 용접선 위치를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템은 주행부(100)와, 유틸리티부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 주행부(100)는 선체의 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변으로 레이저를 조사하여 표면 처리 작업을 수행한다.
또한, 상기 주행부(100)는 상기 용접선(400, 400a, 400b)의 GPS 좌표 정보에 기반하여 상기 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동되도록 한다.
또한, 상기 주행부(100)는 상기 용접선(400, 400a, 400b)의 3차원 설계 데이터(500) 상의 위치 좌표 정보와, GPS 좌표 정보를 매핑시켜 자율 주행을 수행할 수 있도록 통신부(110)와, 위치 수신부(120)와, 카메라부(130)와, 구동부(140)와, 흡착부(150)와, 환경 센서부(160)와, Gap 센서(170)와, 주행 제어부(180)와, 레이저 모듈부(190)를 포함하여 구성된다.
한편, 본 실시 예에서는 상기 주행부(100)가 자율 주행할 수 있도록 구성된 것을 실시 예로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 주행부(100)가 원격 조정기(미도시)를 통해 사용자로부터 제어 신호를 입력받아 임의의 방향으로 이동되도록 동작 제어 신호를 출력하는 수동 주행도 포함할 수 있다.
상기 통신부(110)는 유틸리티부(200)와 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 연결되고, 상기 유틸리티부(200)와 용접선(400, 400a, 400b)의 절대 좌표 정보와, 상기 주행부(100)의 주행 제어를 위한 데이터 신호를 송수신한다.
상기 위치 수신부(120)는 주행부(100)의 GPS 위치 좌표 정보를 수신하는 구성으로서, 바람직하게는 GPS 신호를 수신하는 GPS 수신장치로 구성될 수 있다.
또한, 상기 위치 수신부(120)는 주행부(100)와 분리되어 임의의 위치에 설치되고, 상기 위치 수신부(120)와 무선 통신을 수행하여 상기 주행부(100)가 암영 지역에 위치한 경우, GPS 신호를 수신하여 상기 위치 수신부(120)로 전송 또는 중계하는 보조 위치 수신부(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 카메라부(130)는 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 영상을 촬영하는 구성으로서, 주행부(100)가 촬영된 용접선(400, 400a, 400b)을 기반으로 이동할 수 있도록 카메라 모듈(131)을 통해 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 촬영 이미지를 제공한다.
또한, 상기 카메라부(130)는 작업 대상면인 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변으로 조사되는 레이저 빔의 출력 세기가 미리 지정된 출력 세기로 출력되는지 감지하는 광센서(132)를 추가 구성할 수 있다.
상기 구동부(140)는 주행부(100)가 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동하도록 구동력을 제공하는 구성으로서, 모터로 구성될 수 있고, 선체 표면과 자기장을 형성하여 접착되도록 자석으로 이루어진 복수의 바퀴(141)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 바퀴(141)는 고온 환경에서도 자력을 유지할 수 있는 알리코 자석 또는 페라이트 자석 등으로 구성될 수 있다.
상기 흡착부(150)는 주행부(100)의 하부에 설치되고, 상기 주행부(100)가 일정 위치에서 선체의 표면과 흡착되도록 진공 압력을 제공한다.
상기 진공 압력은 케이블(300)을 통해 연결된 유틸리티부(200)의 동작을 통해 형성된다.
상기 환경 센서부(160)는 주행부(100)의 동작 상태, 예를 들면 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 주행부(100)가 자율 주행시 상기 용접선(400, 400a, 400b)에 의한 경로 이탈이 발생하는지 여부를 감지할 수 있다.
또한, 상기 환경 센서부(160)는 주행부(100) 주변의 작업 환경 정보, 예를 들면, 주행부(200)에 가해지는 충격, 구동부(140)의 바퀴(141)에서 감지되는 자력, 흡착부(150)에 공급되는 진공 압력 뿐만 아니라, 작업장의 날씨 정보, 풍량, 풍향 등을 감지할 수 있다.
상기 Gap 센서(170)는 주행부(100)와 선체의 표면 사이의 거리 또는 주행부(100)와 용접선(400, 400a, 400b) 사이의 거리를 측정하는 구성으로서, 와전류 식 변위 센서로 구성될 수 있다.
즉, 상기 Gap 센서(170)는 선체 표면과 레이저간의 초점 거리 유지를 위한 수평 및 표면 간격을 유지하기 위한 거리를 측정한다.
또한, 상기 Gap 센서(170)는 Gap 센서(170)의 헤드 내부 코일에 고주파 전류를 흘려 고주파 자계를 발생시키고, 자기장 내에 측정 대상물 (도체 또는 자성체)이 근접 할 때, 측정 대상물 표면에 와전류가 발생하여 센서 코일의 임피던스 변화에 따른 전압 변동을 측정하여 거리를 측정한다.
상기 주행 제어부(180)는 상기 환경 센서부(160)와 Gap 센서(170)로부터 입력되는 정보에 기반하여 상기 구동부(140)와 흡착부(150)의 동작을 제어하되, 선체의 특정 위치 좌표 또는 용접선(400, 400a, 400b)의 3차원 설계 데이터(500) 상의 위치 좌표와 GPS 좌표 정보를 매핑시켜 상기 구동부(140)가 주행하도록 동작 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 주행 제어부(180)는 주행부(100)가 이동한 경로 정보, 즉 용접선(400, 400a, 400b)의 GPS 위치 좌표 정보와, 카메라부(130)를 통해 촬영한 영상 정보 등이 저장되도록 한다.
또한, 상기 주행 제어부(180)는 레이저 모듈부(190)에 의한 레이저 블라스팅 작업이 종료되면, 수행된 작업에 대한 검사를 수행할 수 있도록 상기 저장된 절대 좌표 정보를 기준으로 주행방향과 반대방향으로 이동하게 제어할 수 있다.
즉, 주행 제어부(180)는 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동한 GPS 위치 좌표 정보를 저장하고, 레이저 모듈부(190)의 레이저 텍스처링 또는 레이저 클리닝 중 적어도 하나의 레이저를 이용한 표면 처리 작업이 종료되면, 상기 저장된 GPS 위치 좌표 정보에 기반하여 원위치로 이동하도록 구동부(140)로 동작 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 주행 제어부(180)는 주행부(100)가 선체의 표면에 고정되도록 진공 압력이 흡착부(150)에 공급되도록 제어 신호를 출력한다.
또한, 상기 주행 제어부(180)는 레이저 모듈부(190)에 의한 표면 처리 작업(예를 들면, 레이저 블라스팅)의 모니터링 정보가 유틸리티부(200)로 전송되도록 구성할 수 있다.
상기 레이저 모듈부(190)는 케이블(300)을 통해 유틸리티부(200)로부터 전송되는 레이저 빔을 이용하여 상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도를 형성하는 레이저 텍스처링과, 레이저 텍스처링 후 표면을 세척하는 레이저 클리닝을 수행할 수 있다.
즉, 상기 레이저 모듈부(190)는 레이저 텍스처링 작업만 수행하거나 또는 레이저 클리닝 작업만 수행할 수도 있고, 상기 레이저 텍스처링 작업을 수행한 다음 레이저 클리닝 작업을 연속해서 수행할 수도 있다.
또한, 상기 레이저 모듈부(190)는 작업 대상면인 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변으로 레이저가 조사되도록 옵틱 헤드를 구비하고, 레이저 빔이 포커싱되는 초점 거리를 조정하기 위한 렌즈를 구비할 수 있다.
상기 레이저 텍스처링은 고밀도 레이저 에너지를 주입하여 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 모재 표면을 미세하게 제거(ablation)시켜 표면에 거칠기가 생성되도록 한다.
본 발명에 따른 레이저 텍스처링과 SP10 및 SP3의 표면 거칠기 분석과 대비해 보면, SP10의 표면 조도 거칠기를 확보할 수 있다.
| SP10 | SP3 | 레이저 텍스처링 | |
| RS[mm] | 6.35 이상 | 0.9 - 1.5 | 6 이상 |
| Ra[㎛] | 5 - 7 | 1 - 1.5 | 6 - 8 |
| Rti[㎛] | 50 - 75 | 0.5 - 2 | 50 |
또한, 레이저 클리닝은 모재가 손상되지 않는 밀도로 레이저 에너지를 주입하여 모재의 손상없이 표면 오염물만 제거될 수 있도록 한다.
또한, 작업 대상면인 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변으로 조사되는 레이저 빔의 출력 세기는 선체의 표면과 용접선에서 이물질을 제거하고, 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면에 미리 지정된 크기의 홈을 형성할 수 있는 에너지 밀도를 가지는 값으로 결정될 수 있다.
여기서, 용접선(400, 400a, 400b) 주변은 용접선(400, 400a, 400b)의 길이방향을 기준으로 용접선(400, 400a, 400b)으로부터 주변 양쪽 50cm 이하의 범위를 포함하는 영역으로, 레이저의 조사 범위 등을 고려하여 상기 용접선 주변(400, 400a, 400b)의 범위는 가변될 수 있다.
또한, 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면에 조도(profile)가 형성될 수 있도록 레이저 빔의 출력 세기는 미리 지정된 출력 세기 범위 내에서 가변적으로 조절될 수 있다.
또한, 상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면으로 조사되는 레이저의 펄스 에너지는 5nJ 이상의 출력으로 조사될 수 있고, 레이저 텍스처링은 최소 에너지가 2J/cm2이며, 레이저 클리닝은 최소 에너지가 1J/cm2이다.
또한, 레이저 펄스의 반복률은 13,000 이상으로서, 초점 직경은 0.05mm, 면적 160×20mm를 세척할 경우, 필요한 최소 레이저 펄스의 갯수는 12,800개이다.
또한, 레이저 출력은 적어도 500W 로서, 초점 직경 0.03 ~ 0.05mm, 면적 160×20mm를 세척할 경우, 500W에서 1~3회 반복 조사되도록 한다.
또한, 상기 레이저 모듈부(190)는 레이저 빔이 수직 입사될 수 있도록 반사형 광학계를 구비할 수 있다.
즉, 일반적인 폴리곤 미러와 투과형 광학계를 사용할 경우, 레이저 빔이 표면에 사선으로 입사되어 단위 면적당 에너지 밀도가 감소되어 균일한 텍스처링이 일어나지 않고, 클리닝시 위치별 품질 저하가 발생하는 문제가 있다.
이를 위해, 본 실시 예에서는 레이저 빔이 수직으로 입사되도록 폴리곤 미러(191)와, 반사형 미러(192, 193)를 이용한 반사형 광학계로 구성할 수 있다.
상기 반사형 광학계는 진동 안정성과 고속 가공이 가능하도록 12면 이상으로 구성된 폴리콘 미러(191)와, 수직 입사각 구조를 갖도록 볼록 형상의 표면이 형성되고 상기 폴리곤 미러(191)에서 전달되는 레이저 빔을 반사하는 제1 미러(192)와, 오목 형상의 표면이 형성되며 상기 제1 미러(192)에서 반사된 레이저 빔을 반사하여 수평방향의 평행광으로 변환시켜 출력하는 제2 미러(193)로 구성된다.
상기 유틸리티부(200)는 주행부(100)와 케이블(300)로 연결되어 레이저 빔과, 선체의 3차원 설계 데이터(500)로부터 추출한 용접선(400, 400a, 400b)에 대한 3차원 상의 상대 위치 좌표를 추출하여 주행부(100)의 동작 제어신호와 함께 전송하고, 상기 주행부(100)로부터 전송되는 결과 정보를 수신하여 저장하는 구성으로서, 통신부(210)와, 레이저 발진부(220)와, 레이저 냉각부(230)와, UPS(240)와, 데이터 서버(250)와, 진공 펌프(260)와, 유틸리티 구동부(270)와, 유틸리티 제어부(280)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 유틸리티부(200)는 주행부(100)의 위치에 따라 이동 가능하도록 복수의 바퀴(202)를 구비한 이동 대차부(201)로 구성될 수 있다.
또한, 상기 이동 대차부(201)는 통신부(210)와, 레이저 발진부(220)와, 레이저 냉각부(230)와, UPS(240)와, 데이터 서버(250)와, 진공 펌프(260)와, 유틸리티 구동부(270)와, 유틸리티 제어부(280)가 수납되는 유틸리티 하우징(203)과, 주행부(100)와 연결된 케이블(300)을 지지하는 케이블 지지부(204)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 케이블 지지부(204)는 주행부(100)와 케이블(300)이 일정 위치를 유지할 수 있도록 케이블(300)과 함께 길이가 가변되는 가변 붐대(204a)를 구비할 수 있다.
상기 케이블(300)은 레이저 발진부(220)에서 출력되는 레이저 빔이 전송되는 광 파이버와, UPS(240), 데이터 서버(250), 진공 펌프(260) 또는 Ar, N2, 에어 등이 공급되는 전원/통신 및 유틸리티 라인으로 구성될 수 있다.
상기 통신부(210)는 주행부(100, 100a)와 용접선(400, 400a, 400b)의 3차원 상의 상대 위치 좌표 정보, 임의의 선체 위치 정보, 모니터링 정보를 송수신한다.
상기 레이저 발진부(220)는 레이저 빔을 발생하는 구성으로서, 상기 발생된 레이저 빔이 광 파이버를 통해 레이저 모듈부(190)로 전송된다.
상기 레이저 냉각부(230)는 레이저 발진부(220)를 냉각하는 구성으로서, 레이저 발진부(220)에서 발생되는 다량의 열로 인한 과열을 방지한다.
상기 UPS(240)는 레이저 발진부(220)에 대한 전력 공급을 조절하는 구성으로서, 무정전 전원장치로 구성될 수 있다.
상기 데이터 서버(250)는 선체의 3차원 설계 데이터(500)로부터 용접선(400, 400a, 400b)에 대한 3차원 상의 상대 위치 좌표를 추출하여 상기 주행부(100)로 전송되도록 한다.
상기 용접선(400, 400a, 400b)은 선체의 수직방향과 횡방향으로 형성된 제1 용접선(400)과, 선체의 종방향(길이방향)으로 형성된 제2 용접선(400a)과, 선체의 수직방향과 종방향으로 형성된 제3 용접선(400b)으로 구분될 수 있다.
또한, 본 실시 예에서는 주행부(100)에서 3차원 설계 데이터(500)에서 추출한 용접선(400, 400a, 400b)에 대한 3차원 상의 상대 위치 좌표와, 위치 수신부(120)를 통해 수신한 주행부(100)의 GPS 위치 좌표를 매핑시키도록 구성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 데이터 서버(250)에서 3차원 상의 위치 좌표와 주행부(100)의 GPS 위치 좌표를 매핑하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 데이터 서버(250)는 레이저 모듈부(190)로 동작 제어신호가 전송되도록 하며, 상기 레이저 모듈부(190)의 레이저 블라스팅 작업 정보, 주행부(100)의 트랙킹 작업 정보, 유틸리부(200)의 동작 정보와 모니터링 신호를 관리한다.
상기 진공 펌프(260)는 진공 압력을 발생시켜 주행부(100)의 흡착부(150)에 제공함으로써, 주행부(100)가 상기 진공 압력에 의해 선체의 표면에 흡착되도록 한다.
상기 유틸리티 구동부(270)는 유틸리티부(200)가 이동하도록 구동력을 제공하는 구성으로서, 모터 등의 구동수단으로 구성될 수 있다.
상기 유틸리티 제어부(280)는 주행부(100)의 카메라부(130)를 통해 촬영한 용접선(400, 400a, 400b)의 이미지와 용접선(400, 400a, 400b)의 절대 좌표 및 GPS 상의 위치 좌표에 기반하여 분석한 주행부(100)의 트래킹 상태와, 상기 주행부(100) 주변의 작업 환경 정보를 기반으로, 상기 레이저 모듈부(100)의 레이저 블라스팅 동작과, 주행부(100)의 이동, 흡착 동작을 제어한다.
(제2 실시 예)
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템의 주행부 구성을 나타낸 예시도이고, 도 11은 도 10에 따른 주행부의 품질 검사 모듈부 구성을 나타낸 블록도이다.
우선, 제1 실시 예의 구성요소와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용하고, 동일한 구성요소에 대한 반복적인 설명은 생략한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선체의 표면 처리 시스템은 주행부(100a)와, 유틸리티부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 주행부(100a)는 선체의 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도 상태와, 선체의 도장 후 표면의 도장 상태를 검사하고, 선체의 특정 위치 좌표 정보 또는 용접선(400, 400a, 400b)의 GPS 위치 좌표 정보에 기반하여 선체의 특정 위치 또는 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동되도록 자율 주행한다.
또한, 상기 주행부(100a)는 선체의 특정 위치 좌표 또는 선체의 3차원 설계 데이터(500)로부터 추출한 용접선(400, 400a, 400b)에 대한 3차원 상의 상대 위치 좌표와 GPS 위치 좌표를 매핑시켜 자율 주행을 수행하고, 통신부(110)와, 위치 수신부(120)와, 카메라부(130)와, 구동부(140)와, 흡착부(150)와, 환경 센서부(160)와, Gap 센서(170)와, 주행 제어부(180)와, 품질 검사 모듈부(190a)를 포함하여 구성된다.
제2 실시 예에 따른 주행부(100a)는 품질 검사 모듈부(190a)의 구성에서 제1 실시 예에 따른 주행부(100)와 차이점이 있다.
상기 표면 검사 모듈부(190a)는 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도 상태와, 선체의 도장 후 표면의 도장 상태를 검사하는 구성으로서, 표면 검사부(191)와, 도장 품질 검사부(192a)를 포함하여 구성된다.
상기 표면 검사부(191a)는 레이저 블라스팅과 같은 표면 처리 전 선체의 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변 상태와, 레이저 블라스팅 후 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도 상태를 검사하는 구성으로서, 복수의 상용 측정기(또는 프로브)를 이용한 표면 접촉을 통해 표면 조도 상태를 측정한다.
상기 도장 품질 검사부(192a)는 도장 후 선체 표면의 도장 상태를 검사한다.
상기 유틸리티부(200)는 주행부(100a)와 케이블(300)로 연결되어 표면 처리 검사 및 도장 검사 정보와, 선체의 특정 위치 좌표 정보 또는 선체의 3차원 설계 데이터(500)로부터 추출한 용접선(400, 400a, 400b)에 대한 3차원 상의 상대 위치 좌표 정보를 전송한다.
또한, 상기 유틸리티부(200)는 선체의 특정 위치 좌표 정보 또는 선체의 3차원 설계 데이터(500)로부터 추출한 3차원 상의 상대 위치 좌표를 주행부(100a)의 동작 제어신호와 함께 전송하고, 상기 주행부(100a)로부터 전송되는 결과 정보를 수신하여 저장한다.
따라서, 선박의 블록을 가공한 상태에서 레이저를 이용한 그라인딩, 텍스처링, 클리닝을 통해 신속하고 균일한 표면 처리를 수행하고, 도장 전 선체 표면의 용접선 검사, 표면 처리, 표면 검사 및 도장 후 도막 검사를 제공할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 대차/표면 검사 도장 및 품질 관리에 필요한 각종 계측기 및 가공 장비들에 대한 효율적 관리가 가능하다.
또한, 임의의 작업자들에 의한 계측기 파손과 성능 저하를 방지할 수 있고, 개별 계측기별 관리 소흘로 인한 분실 등을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
100, 100a : 주행부
101 : 주행부 몸체
110 : 통신부 120 : 위치 수신부
130 : 카메라부 131 : 카메라 모듈
132 : 광센서 140 : 구동부
141 : 바퀴 150 : 흡착부
160 : 환경 센서부 170 : Gap 센서
180 : 주행 제어부 190 : 레이저 모듈부
190a : 품질 검사 모듈부 191 : 폴리곤 미러
191a : 표면 검사부 192 : 제1 미러
192a : 도장 품질 검사부 193 : 제2 미러
200 : 유틸리티부 210 : 통신부
220 : 레이저 발진부 230 : 레이저 냉각부
240 : UPS 250 : 데이터 서버
260 : 진공 펌프 270 : 유틸리티 구동부
280 : 유틸리티 제어부 281 : 용접 센싱부
282 : 레이저 관리부 283 :흡착 관리부
284 : 구동 관리부 285 : 환경 모니터링부
300 : 케이블 400, 400a, 400b : 용접선
500 : 3차원 설계 데이터
110 : 통신부 120 : 위치 수신부
130 : 카메라부 131 : 카메라 모듈
132 : 광센서 140 : 구동부
141 : 바퀴 150 : 흡착부
160 : 환경 센서부 170 : Gap 센서
180 : 주행 제어부 190 : 레이저 모듈부
190a : 품질 검사 모듈부 191 : 폴리곤 미러
191a : 표면 검사부 192 : 제1 미러
192a : 도장 품질 검사부 193 : 제2 미러
200 : 유틸리티부 210 : 통신부
220 : 레이저 발진부 230 : 레이저 냉각부
240 : UPS 250 : 데이터 서버
260 : 진공 펌프 270 : 유틸리티 구동부
280 : 유틸리티 제어부 281 : 용접 센싱부
282 : 레이저 관리부 283 :흡착 관리부
284 : 구동 관리부 285 : 환경 모니터링부
300 : 케이블 400, 400a, 400b : 용접선
500 : 3차원 설계 데이터
Claims (18)
- 선체의 용접선(400, 400a, 400b)을 추적하되,
상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변으로 레이저를 조사하여 상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 처리 작업을 수행하는 주행부(100);를 포함하는 선체의 표면 처리 시스템. - 선체의 용접선(400, 400a, 400b)을 추적하되,
상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도와 선체의 도장 후 표면의 도장 상태를 검사하는 주행부(100a);를 포함하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 주행부(100, 100a)는 상기 용접선(400, 400a, 400b)의 GPS 좌표 정보에 기반하여 상기 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 주행부(100, 100a)는 상기 용접선(400, 400a, 400b)의 3차원 설계 데이터(500) 상의 위치 좌표 정보와, GPS 좌표 정보를 매핑시켜 자율 주행하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 주행부(100, 100a)는 유틸리티부(200)와 데이터 신호를 송수신하는 통신부(110);
상기 주행부(100, 100a)의 GPS 좌표 정보를 수신하는 위치 수신부(120);
상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 영상을 촬영하는 카메라부(130);
복수의 바퀴(141)를 구비하되, 상기 주행부(100, 100a)가 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동하도록 구동력을 제공하는 구동부(140);
상기 주행부(100, 100a)가 선체의 표면과 흡착되도록 진공압력을 제공하는 흡착부(150);
상기 주행부(100, 100a)의 동작 상태와, 주변의 작업 환경 정보를 감지하는 환경 센서부(160);
상기 주행부(100, 100a)와 선체의 표면 사이의 거리를 측정하는 Gap 센서(170); 및
상기 환경 센서부(160)와 Gap 센서(170)로부터 입력되는 정보에 기반하여 구동부(140)와 흡착부(150)의 동작을 제어하되, 선체의 특정 위치 좌표 또는 용접선(400, 400a, 400b)의 3차원 설계 데이터(500) 상의 위치 좌표와 GPS 좌표 정보를 매핑시켜 상기 구동부(140)가 주행하도록 제어하는 주행 제어부(180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 주행부(100, 100a)는 상기 바퀴(141)가 선체 표면과 자기장을 형성하여 접착되도록 자석으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 주행 제어부(180)는 용접선(400, 400a, 400b)을 따라 이동한 경로의 좌표 정보를 저장하고, 레이저를 이용한 표면 처리작업이 종료되면, 상기 저장된 경로의 좌표 정보에 기반하여 원위치로 이동하도록 구동부(140)를 제어하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 주행부(100)는 레이저 빔을 이용하여 상기 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도를 형성하는 레이저 텍스처링 및 레이저 텍스처링 후 표면을 세척하는 레이저 클리닝 중 적어도 하나의 표면 처리 작업을 수행하는 레이저 모듈부(190);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 레이저 모듈부(190)는 레이저 빔을 전달하는 폴리곤 미러(191);
볼록 형상의 표면이 형성되고, 상기 폴리곤 미러(191)에서 전달되는 레이저 빔을 반사하는 제1 미러(192); 및
오목 형상의 표면이 형성되고, 상기 제1 미러(192)에서 반사된 레이저 빔을 반사하여 수평방향의 평행광으로 변환시켜 출력하는 제2 미러(193);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 주행부(100a)는 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도 상태와, 선체의 도장 후 표면의 도장 상태를 검사하는 품질 검사 모듈부(190a);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 품질 검사 모듈부(190a)는 레이저 블라스팅 전 선체의 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 상태와, 레이저 블라스팅 후 용접선(400, 400a, 400b) 및 용접선(400, 400a, 400b) 주변의 표면 조도 상태를 검사하는 표면 검사부(191a); 및
도장 후 선체 표면의 도장 상태를 검사하는 도장 품질 검사부(192a);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 주행부(100, 100a)는 사용자로부터 제어 신호를 입력받아 임의의 방향으로 이동되도록 동작 제어 신호를 출력하는 원격 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 주행부(100, 100a)와 케이블(300)로 연결되되,
상기 용접선(400, 400a, 400b)의 3차원 설계 데이터(500) 상의 위치 좌표를 전송하는 유틸리부(200);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 유틸리부(200)는 상기 주행부(100, 100a)의 이동 정보와, 상기 주행부(100, 100a)로부터 전송되는 처리 결과 정보를 수신하여 저장하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 유틸리티부(200)는 주행부(100, 100a)의 위치에 따라 이동 가능하도록 복수의 바퀴(202)를 구비한 이동 대차부(201)를 구비한 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 유틸리티부(200)는 케이블(300)과 함께 길이가 가변되는 가변 붐대(204a)를 구비한 케이블 지지부(204)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체의 표면 처리 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 유틸리티부(200)는 주행부(100, 100a)와 데이터 신호를 송수신하는 통신부(210);
선체의 3차원 설계 데이터(500)로부터 용접선(400, 400a, 400b)에 대한 3차원 상의 위치 좌표를 추출하여 상기 주행부(100, 100a)의 동작 제어신호와 함께 전송하고, 상기 주행부(100, 100a)의 이동에 따른 트래킹 및 동작 결과를 포함한 모니터링 정보와, 유틸리티부(200)의 동작 정보를 관리하는 데이터 서버(250);
상기 주행부(100, 100a)에 진공 압력을 제공하는 진공 펌프(260);
상기 유틸리티부(200)가 이동하도록 구동력을 제공하는 유틸리티 구동부(270); 및
상기 주행부(100, 100a)의 트래킹 상태, 주변의 작업 환경 정보에 기반하여 주행부(100, 100a)의 이동, 흡착 및 표면 처리 동작을 제어하는 유틸리티 제어부(280);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체 표면 처리 시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 유틸리부(200)는 레이저 빔을 발생하는 레이저 발진부(220);
상기 레이저 발진부(220)를 냉각하는 레이저 냉각부(230); 및
상기 레이저 발진부(220)에 대한 전력 공급을 조절하는 UPS(240);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선체 표면 처리 시스템.
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-
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- 2020-07-13 KR KR1020200086419A patent/KR102441897B1/ko active IP Right Grant
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