KR20220058211A

KR20220058211A - 곡 외판 자동 성형 장치

Info

Publication number: KR20220058211A
Application number: KR1020200143731A
Authority: KR
Inventors: 강성필; 진형국; 이동기; 김형우; 신상범
Original assignee: 한국조선해양 주식회사; 현대중공업 주식회사
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-09

Abstract

본 발명은, 곡 성형 로봇의 동작 범위와 자세를 정교하게 취할 수 있고, 가열 장치와 곡 외판 사이의 간극을 정밀하고 균일하게 유지할 수 있으며, 곡 외판의 형상을 정확하게 계측하여 작업을 수행할 수 있음으로써, 다부재 연속가열 및 무인 자동화를 가능케 할 수 있는 곡 외판 자동 성형 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치는, 곡 외판(2)이 로딩 되는 베드(100); 상기 베드(100)의 좌우 양쪽에 길이 방향으로 설치되는 주행 레일(102); 양쪽의 주행 레일(102) 상에 각각 주행 가능하게 탑재되는 주행 대차(200); 각 주행 대차(200) 위쪽으로 연장되는 양측의 칼럼(202)을 가로질러 설치되는 가이드 빔(204); 상기 가이드 빔(204)에 주행 가능하게 결합하는 캐리지(510); 상기 캐리지(510)의 측면에 장착되는 회전축 베이스(520); 상기 회전축 베이스(520)에, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 결합하는 제1암(530)을 포함하는 6-축 로봇팔(500); 상기 로봇팔(500)의 동작 말단에 회전 가능하면서 상하방향으로 회동 가능하게 연결되는 장착대(580); 그리고 상기 장착대(580)로부터 하향 연장되는 지지대(592)에 장착되어 상기 곡 외판(2)을 마주보고 고주파 유도 가열하는 가열 헤드(590);를 포함하여 이루어진다.

Description

곡 외판 자동 성형 장치{Automatic forming Apparatus for curved panel}

본 발명은, 평판을 가열하여 3차원 곡면의 외판을 성형하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형 로봇의 동작 범위와 자세를 정교하게 취할 수 있고, 가열 장치와 곡 외판 사이의 간극을 정밀하고 균일하게 유지할 수 있으며, 곡 외판의 형상을 정확하게 계측하여 작업을 수행할 수 있음으로써, 다부재 연속가열 및 무인 자동화를 가능케 할 수 있는 곡 외판 자동 성형 장치에 관한 것이다.

선박의 선체는 3차원의 곡면으로 이루어진 외판들을 접합하여 이루어진다. 특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 선수 벌브 부분과 같은 외판은 그 굴곡량이 심해서 복잡한 성형 작업을 통해 형성된다.

일반적으로 선체 외판의 곡 가공(곡면 가공)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 평탄한 판재를 상온에서 냉간 성형 공정을 통해 1차 횡곡을 형성하고, 1차 횡곡을 형성한 판재를 곡 외판 성형 장치에 도입하여 판재를 국부적으로 가열하여 구부리는 열간 곡 성형 공정을 통해 횡곡 및 종곡을 복합적으로 형성한다.

이러한 열간 곡 성형 공정에서, 복잡한 곡면을 형성하기 위해서는, 예를 들어 의도된 부분에 국부적으로 선상(線狀) 가열(2a) 및 삼각 가열(2b)과 같은 복잡하고 정교한 가열 과정이 필요한데, 이러한 가열 공정을 종래에 작업자가 일일이 가열 토치를 운용하여 가열하는 수작업에 의존하는 대신에 특허문헌 1, 2와 같은 자동화 장비를 이용하고 있다.

특허문헌 1, 2를 포함하여 종래의 곡 외판 자동 성형 장치는, 로봇의 동작 범위가 제한되어 곡면의 성형 진행에 대응하여 가열 장치가 곡면을 정교하게 추종하면서 자세를 취하기가 어렵고, 가열장치와 외판 간의 간극을 균일하고 정밀하게 유지하기도 어렵다.

따라서, 곡 성형 전과정에 대한 프로그램을 로봇이 완벽하게 수행하기가 어려운 상황이 발생함으로써, 실제 현장에서는 완전한 무인 자동화나 다부재 연속 성형이 불가능하거나, 제품의 정밀도가 떨어져 추가적인 수작업을 수행할 수밖에 없는 문제가 발생한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0025361호(2011.03.10.) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0023094호(2015.03.05.) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0084786호(2013.07.26.) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0085248호(2013.07.29.)

본 발명은 상기와 같은 제반 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 성형 로봇의 동작 범위와 자세를 정교하게 취할 수 있고, 가열 장치와 곡 외판 사이의 간극을 정밀하고 균일하게 유지할 수 있으며, 곡 외판의 형상을 정확하게 계측하여 작업을 수행할 수 있음으로써, 다부재 연속가열 및 무인 자동화를 가능케 하는 곡 외판 자동 성형 장치를 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치는, 곡 외판(2)이 로딩 되는 베드(100); 상기 베드(100)의 좌우 양쪽에 길이 방향으로 설치되는 주행 레일(102); 양쪽의 주행 레일(102) 상에 각각 주행 가능하게 탑재되는 주행 대차(200); 각 주행 대차(200) 위쪽으로 연장되는 양측의 칼럼(202)을 가로질러 설치되는 가이드 빔(204); 상기 가이드 빔(204)에 주행 가능하게 결합하는 캐리지(510); 상기 캐리지(510)의 측면에 장착되는 회전축 베이스(520); 상기 회전축 베이스(520)에, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 결합하는 제1암(530)을 포함하는 6-축 로봇팔(500); 상기 로봇팔(500)의 동작 말단에 회전 가능하면서 상하방향으로 회동 가능하게 연결되는 장착대(580); 그리고 상기 장착대(580)로부터 하향 연장되는 지지대(592)에 장착되어 상기 곡 외판(2)을 마주보고 고주파 유도 가열하는 가열 헤드(590);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 로봇팔(500)은, 상기 회전축 베이스(520)에, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 제1암(530); 상기 제1암(530)의 측면에, 상기 제1축(X1)과 교차하는 방향으로 연장되는 제2축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 제2암(540); 상기 제2암(540)의 선회단부(544)에 상기 제2축(X2)과 나란한 방향으로 연장되는 제3축(X3)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 제3암(550); 상기 제3암(550)의 일측으로부터 하향 연장되는 상태로, 상기 제3축(X3)과 교차하는 방향으로 연장되는 제4축(X4)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 제4회전축(552); 상기 제4회전축(552)의 선단에, 상기 제4축(X4)과 교차하는 방향으로 연장되는 제5축(X5)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 제5암(560); 그리고 상기 제5암(560)의 단부에, 상기 제5축(X5)과 교차하는 방향으로 연장되는 제6축(X6)을 중심으로 회전 가능하게 연결되며, 단부가 상기 장착대(580)에 연결되어 장착대(580)를 동작시키는 제6회전축(570);을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 장착대(580)는, 바닥판(582)과, 상기 바닥판(582)의 후면에서 외측 상방으로 각도(θ)만큼 경사져 올린 후면 경사판(584)을 포함하고, 상기 제6회전축(570)의 단부면(572)이 상기 후면 경사판(584)을 마주보고 결합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 바닥판(582)에 대한 상기 후면 경사판(584)의 경사 각도(θ)는, 40도 내지 50도인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 제1암(530)에는, 상기 제1축(X1)에 교차하는 상기 제2축(X2)을 축심으로 하도록 상기 제1암(530)의 지름방향 외측 한곳으로부터 연장되는 연장 블록(532)을 포함하고, 상기 연장 블록(532)에 상기 제2암(540)의 기초단부(542)가 상기 제2축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 제4회전축(552)의 회전 중심인 제4축(X4)은 상기 제2암(540)의 선회단부(544)를 바깥쪽으로 벗어난 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 장착대(580)의 바닥판(582)의 저면에는, 상기 가열 헤드(590)와 곡 외판(2) 사이의 간극을 계측하기 위한 간극 계측 센서(600)가, 상기 가열 헤드(590)의 테두리에 인접한 주변 3지점에 한 개씩 설치되는 한편, 상기 3지점 사이의 1곳 이상의 지점에 한 개가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 곡 외판(2)의 일부 영역의 형상을 계측하기 위한 복수의 형상 계측 센서(700)가, 상기 캐리지(510)의 일측 저면에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 형상 계측 센서(700)는, 곡 외판(2)의 횡방향으로 5지점 이상, 종방향으로 2열 이상 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 주행 대차(200)에는, 상기 가열 헤드(590)의 변형을 측정하기 위한 가열 헤드 변형측정 센서(110)가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에서, 상기 주행 대차(200)에는, 상기 가열 헤드(590)의 변형 및 위치를 측정하기 위한 가열 헤드 변형측정 센서(110)가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치에 의하면, 6-축 로봇팔(500)의 구조, 이 6-축 로봇팔(500)의 제1암(530)을 가이드 빔(204)의 측면으로부터 수직한 방향으로 설치하는 구조, 6-축 로봇팔(500)의 말단 동작부인 제5암(560) 및 제6회전축(570)을 장착대(580)에 대해 소정의 각도(θ)로 기울어지게 설치하는 구조, 2개의 3개의 회전축(제1암(530), 제4회전축(552), 제6회전축(570))을 연계하는 구조, 간극 계측 센서(600), 형상 계측 센서(700) 및 충돌감지센서(800)의 조합에 의해, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 동작범위를 최대로 활용할 수 있고, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 자세를 정교하게 조정할 수 있으며, 곡 외판(2)의 형상을 정밀하게 측정하여 무인 자동화가 가능한 곡 외판 자동 성형 장치를 구현할 수 있다.

도 1은, 일반적인 선박의 곡 외판의 예를 보여주는 도면이다.
도 2는, 일반적인 곡 외판의 성형 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명에 따른 곡 외판 성형 장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는, 도 4의 성형 장치를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 측면도이다.
도 7은, 도 6의 로봇의 사시도이다.
도 8은, 도 7을 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 9는, 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 주요부 사시도이다.
도 10은, 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 주요부 측면도이다.
도 11은, 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 가열장치의 저면을 나타내는 사시도이다.
도 12는, 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 가열장치의 간극 계측 센서의 배치를 보여주는 평면도이다.
도 13은, 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 곡 외판 형상 계측용 센서의 배치를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치의 실시 예를 자세하게 설명한다.

<곡 외판 자동 성형 시스템>

도 3에는 본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 시스템을 나타낸 도면이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 곡 외판 자동 성형 시스템은, 로봇 팔 및 고주파 유도 가열 장치를 이용하여 곡 성형하는 곡 외판 자동 성형 장치(10)와, 상기 곡 외판 자동 성형 장치(10) 전체를 통제하면서 곡 성형 프로그램 및 연산장치가 탑재되어 있고, 관리자가 입력 가능한 입력장치 및 모니터(30)와 같은 출력장치를 구비하는 제어장치(20)를 구비하여, 프로그램에 의해 로봇 팔과 고주파 유도 가열 장치의 자세와 가열 강도, 속도 등을 자동으로 제어하여 곡 외판을 성형한다.

<곡 외판 자동 성형 장치>

도 4 및 도 5는, 본 발명에 따른 곡 외판 성형 장치(10)를 나타내는 것으로서, 도 4에는 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 성형 장치를 다른 방향에서 바라본 사시도가 도시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 곡 외판 자동 성형 장치(10)는, 곡 외판(2)이 로딩 되는 베드(100)와, 상기 베드(100)의 좌우 양쪽에 길이 방향으로 설치되는 주행 레일(102)과, 양쪽의 주행 레일(102) 상에 각각 주행 가능하게 탑재되는 주행 대차(200)를 포함한다.

양쪽 주행 대차(200)에는 각각, 칼럼(202)이 위쪽으로 연장되고, 양측의 칼럼(202)을 가로질러서(도면상 좌우 방향으로) 가이드 빔(204)이 설치된다.

상기 가이드 빔(204)에는, 캐리지(510)가 가이드 빔(204)의 가이드 레일(206)을 따라 좌우방향(횡방향)으로 주행 가능하게 설치된다.

그리고 상기 캐리지(510)의 측면에는 회전축 베이스(520)가 장착되고, 상기 회전축 베이스(520)에는 6-축 로봇팔(500)이 장착된다.

상기 6-축 로봇팔(500)은, 특히 그것의 제1암(530)이, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 결합한다.

이와 같이, 6-축 로봇팔(500)의 제1암(530)을 측벽면 설치방식 즉, 가이드 빔(204)의 측면으로부터 수직한 방향으로 설치함으로써 6-축 로봇팔(500)의 동작 범위를 최대로 활용할 수 있다.

상기 6-축 로봇팔(500)의 동작 말단에는, 고주파 유도 가열 설비 및 가열 헤드(590)를 탑재하기 위한 장착대(580)가 연결된다.

장착대(580)는, 6-축 로봇팔(500)의 동작 말단에 회전이 가능하면서 상하방향으로의 회동도 가능하게 연결된다(이에 대한 자세한 사항은 아래의 6-축 로봇팔(500)의 설명 참조).

상기 장착대(580)에는, 곡 외판(2)을 고주파 유도 가열하기 위한 가열 헤드(590)가 설치된다. 이 가열 헤드(590)는, 장착대(580)로부터 일정거리 아래쪽으로 떨어진 위치에 설치된다. 이를 위해 장착대(580)로부터 지지대(592)가 하향 연장되고, 상기 지지대(592)의 선단에 가열 헤드(590)가 설치된다. 가열 헤드(590)는, 특허문헌 3과 같이, 고주파 유도 코일을 가지는 가열 부분을 포함하며, 상기 고주파 유도 코일에 전류를 공급하기 위한 전원 공급선은 상기 지지대(592)에 형성된다.

이러한 가열 헤드(590)는, 6-축 로봇팔(500)의 동작 제어를 통해 곡 외판(2)을 마주보고 곡 외판(2)의 면과 나란하면서 균일한 간극을 유지하는 자세를 취하여 가열한다.

<6-축 로봇팔>

다음으로, 도 6 내지 도 10을 통해 본 발명에 따른 6-축 로봇팔(500)의 구조를 자세하게 설명한다.

도 6에는 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 로봇을 다른 방향에서 바라본 사시도가 도시되어 있으며, 도 8에는 측면도가, 도 9에는 주요부(동작 말단부)의 사시도가, 도 10에는 주요부(동작 말단부) 측면도가 도시되어 있다.

먼저, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 앞에서 설명한 캐리지(510)는, 그것의 가이드 블록(512a)이 가이드 빔(204)의 가이드 레일(206)에 미끄럼 이동 가능하게 결합하여, 가이드 빔(204)을 따라 주행 가능하다.

구체적으로, 캐리지(510)는, 가이드 빔(204)의 앞쪽 측면에 마주보는 앞판(512), 앞판(512)으로부터 가이드 빔(204)의 저면을 지나도록 연장되는 밑판(514), 밑판(514)으로부터 상향 연장되어 상기 가이드 빔(204)의 뒤쪽 측면에 마주보는 뒤판(516)을 포함한다. 뒤판(516)에는 연장판(518)이 수평으로 연장된다. 이 연장판(518)에는, 추후 설명하는 형상 계측 센서(700)가 설치된다.

앞에서 설명한 회전축 베이스(520)는, 상기 캐리지(510)의 측면 즉, 앞판(512)에 장착되고, 회전축 베이스(520)에는 6-축 로봇팔(500)의 제1암(530)이 연결된다.

제1암(530)은, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 결합한다.

상기 회전축 베이스(520)에는 제1암(530)이 연결된다. 이 제1암(530)은, 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 대해서는 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 연결된다.

제1암(530)의 측면에는 제2암(540)이 연결된다. 이 제2암(540)은, 그것의 기초단부(542)가 상기 제1축(X1)과 교차하는 방향으로 연장되는 제2축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 연결된다. 따라서, 제2암(540)은 그 전체가 제1암(530)의 회전에 의해 제1축(X1)을 중심으로 회전되는 동작과, 동시에 제2암(540) 자체는 제2축(X2)을 중심으로 선회하는 동작을 조합하여 수행할 수 있다.

상기 제1암(530)에는 연장 블록(532)을 형성할 수 있다. 이 연장 블록(532)은, 상기 제1축(X1)에 교차하는 상기 제2축(X2)을 그것의 축심으로 삼도록, 상기 제1암(530)의 지름방향 외측 한곳으로부터 제1축(X1)과 나란한 방향으로 연장된다.

이 연장 블록(532)에는, 상기 제2암(540)의 기초단부(542)가 제2축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 연결된다.

상기 제2암(540)의 선회단부(544)에는 제3암(550)이 연결된다. 제3암(550)은, 상기 제2축(X2)과 나란한 방향으로 연장되는 제3축(X3)을 중심으로 선회 가능하게 연결된다.

상기 제3암(550)에는 제4회전축(552)이 회전 가능하게 설치된다. 제4회전축(552)은, 제3암(550)의 일측으로부터 하향 연장되는 상태로 설치되며, 상기 제3축(X3)과 교차하는 방향으로 연장되는 제4축(X4)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다. 제3암(550)은, 상기 제3암(550)이 수평을 유지할 때, 제3암(550)에 대해 수직한 방향으로 하향 연장되는 형태를 취한다.

본 실시 예에서, 상기 제4회전축(552)의 회전 중심인 제4축(X4)은, 상기 제2암(540)의 선회단부(544)를 바깥쪽으로 벗어난 위치에 형성된다. 이는 상기 제3암(550)이, 상기 제3축(X3)을 중심으로 하는 상기 제2암(540)의 선회단부(544)를 벗어날 수 있을 만큼, 제3축(X3)으로부터 반지름 방향으로 더 연장되는 길이를 가지도록 함으로써 달성된다.

상기 제4회전축(552)의 선단에는 제5암(560)이 연결된다. 제5암(560)은, 상기 제4축(X4)과 교차하는 방향으로 연장되는 제5축(X5)을 중심으로 선회 가능하게 연결된다.

상기 제5암(560)의 선회단부에는 제6회전축(570)이 회전 가능하게 연결된다. 제5암(560)은, 상기 제5축(X5)과 교차하는 방향으로 연장되는 제6축(X6)을 중심으로 회전 가능하게 연결된다.

이러한 제6회전축(570)의 단부는, 앞에서 설명한 장착대(580)가 연결된다. 따라서, 장착대(580)는 제5암(560)에 의해 제5축(X5)을 중심으로 상하방향으로 선회 동작하는 한편, 제6회전축(570)에 의해 제6축(X6)을 중심으로 회전하는 복합 동작을 수행한다.

다음으로, 도 9 및 도 10은, 6-축 로봇팔(500)의 말단 동작부와 장착대(580)의 연결 관계를 설명하기 위한 것으로서, 도 9에는 사시도가 도시되어 있고, 도 10에는 측면도가 도시되어 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시 예에서, 상기 장착대(580)는, 바닥판(582)과, 상기 바닥판(582)의 후면에서 외측 상방으로 각도(θ)만큼 경사져 올린 후면 경사판(584)을 포함한다. 상기 바닥판(582)에 대한 상기 후면 경사판(584)의 경사 각도(θ)는, 40도 내지 50도가 바람직하다.

상기 후면 경사판(584)은 상기 6-축 로봇팔(500)의 동작 말단부인 제6회전축(570)을 연결하기 위한 것이다.

즉, 상기 제6회전축(570)의 단부면(572)이 상기 후면 경사판(584)을 마주보고 결합한다.

장착대(580)가 상기 각도(θ)만큼 경사진 후면 경사판(584)을 가짐과 함께, 제6회전축(570)의 단부면(572)이 상기 후면 경사판(584)을 마주보고 결합함으로써, 제6회전축(570)의 축중심인 제6축(X6)(이는 제5암(560)의 연장축과도 동일한 방향임)과 바닥판(582)의 사이의 각도가 상기 바닥판(582)과 후면 경사판(584) 사이 각도(θ)만큼 기울어지게 할 수 있다.

이처럼, 6-축 로봇팔(500)의 말단 동작부인 제5암(560) 및 제6회전축(570)을 장착대(580)에 대해 소정의 각도(θ)(예: 45도)로 기울어지게 설치함으로써, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 동작범위를 최대로 활용할 수 있고, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 자세를 정교하게 조정할 수 있다.

예를 들어, 특허문헌 1, 2를 포함하는 종래의 곡 외판 자동 성형 장치에서는, 회전축 베이스(520) 및 제1암(530)이 수직으로 설치되어 수직축을 중심으로 회전하여 전체 로봇 팔을 회전시키고, 로봇 팔의 말단 동작부와 장착대(580)가 동일 방향으로 설치되므로, 로봇 팔 및 장착대(580)의 동작 범위와 자세가 제한을 받아 복잡한 곡 외판(2)의 형상에 맞추어 자세를 취하기가 어려웠다.

그러나 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 6-축 로봇팔(500)은, 제1암(530)이 가이드 빔(204)의 측면으로부터 수직한 방향으로 설치되는 구조를 가져 6-축 로봇팔(500) 전체를 수평의 제1축(X1)을 중심으로 회전시킬 수 있다. 또한, 6-축 로봇팔(500)의 말단 동작부인 제5암(560) 및 제6회전축(570)을 장착대(580)에 대해 소정의 각도(θ)로 기울어지게 설치하는 구조에 의해, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 동작범위가 확장됨과 함께 정교한 자세를 취할 수 있다. 또한, 수평 방향으로 회전하는 하나의 제1암(530), 제1암(530)에 상하 방향으로 선회 가능하게 연결되는 제2암(540), 제2제2암(540)에 장착되는 수직 방향의 제4회전축(552) 및 그 제4회전축(552)의 선단에 제5암(560) 및 제6회전축(570)을 통해 장착대(580)과 기울어지게 연결되는 구조에 의해 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 동작범위가 확장됨과 함께 정교한 자세를 취할 수 있다. 또한, 위의 구조들을 조합함으로써 상기 장점들이 극대화된다.

<간극 유지용 센서>

도 11 및 도 12는, 본 발명에 따른 간극 계측 센서(600)의 배치 구성을 설명하기 위한 것으로서, 도 11에는 가열장치인 장착대(580)의 저면을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 12에는 간극 계측 센서(600)의 배치 관계를 보여주는 평면도가 도시되어 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 간극 계측 센서(600)는, 가열 헤드(590)와 곡 외판(2) 사이의 간극을 측정하여 제어장치(20)에 전송함으로써, 제어장치(20)로 하여금 가열 헤드(590)의 자세를 곡 외판(2)을 정면으로 마주보면서 균일한 간극을 유지하도록 제어할 수 있도록 한다.

간극 계측 센서(600)는 도 11에 도시된 바와 같이, 장착대(580)의 바닥판(582)의 저면에 복수개 설치된다. 이 간극 계측 센서(600)는 레이저 변위 센서로 구성하여, 곡 외판(2)과의 거리를 측정하는 것에 의해, 가열 헤드(590)와 곡 외판(2) 사이의 간극을 계산할 수 있도록 한다.

간극 계측 센서(600)는, 도 12에 도시된 바와 같은 배치 구조를 가진다.

본 실시 예에서 간극 계측 센서(600)는, 4개 이상이 설치되는데, 가열 헤드(590)의 테두리에 인접한 주변 3지점에 한 개씩 설치되는 한편, 상기 3지점 사이의 1곳 이상의 지점에 한 개가 추가로 설치할 수 있다.

가열 헤드(590)와 곡 외판(2)의 상대위치를 계산하기 위해서는, 곡 외판(2) 위의 3개 지점에 대해 측정하면 되지만, 간극 계측 센서(600)들이 항상 정확한 측정이 이루어진다고 보장할 수 없으므로, 3개 지점의 센서에 추가하여 3개 최소한 1개 지점에 더 설치함으로써, 그 중 부정확한 계측이라고 추정되는 센서 값을 제외한 나머지 측정 지점 중 3점을 조합하여 곡 외판(2)의 위치를 추정하며, 이 위치를 기준으로 가열 헤드(590)가 일정한 간격과 평행을 유지하도록 코일의 위치 및 자세를 계산한다.

도 11 및 도 12에 도시된 실시 예와 같이, 3개 지점의 간극 계측 센서(600: 600a, 600b, 600c)를 기본으로 갖추면서, 간극 계측 센서(600a)와 센서(600b) 사이에 추가의 간극 계측 센서(600d)를, 간극 계측 센서(600a)와 센서(600c) 사이에 추가의 간극 계측 센서(600e)를 설치하는 것이 바람직하다.

<형상 계측 센서(700)>

도 13에는 본 발명에 따른 곡 성형 로봇의 곡 외판 형상 측정용 센서의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 13을 참조하면, 형상 계측 센서(700)는, 레이저 변위 센서로 이루어지며, 캐리지(510)에 설치된다.

본 실시 예에서는, 캐리지(510)에 연장판(518)을 일체로 형성하고, 그 연장판(518)에 복수의 형상 계측 센서(700)를 설치한다.

복수의 형상 계측 센서(700)는, 가이드 빔(204)의 전후방향 이동과 캐리지(510)의 좌우방향 이동에 따라 움직이면서 곡 외판(2) 전체 면적에 대해 형상을 계측한다.

복수의 형상 계측 센서(700)는, 도 13의 아래쪽에 도시된 도면에 보인 바와 같이, 일정 면적의 계측 영역(Z1)(예를 들면, 정사각형 또는 직사각형의 영역)에 대한 형상을 측정하기 위한 배열을 가지도록 배치된다. 따라서 캐리지(510) 및 주행 대차(200)를 곡 외판(2)을 따라 이동시켜 가면서 차례로 계측 영역(Z1)들을 측정함으로써 전체의 곡 외판(2)의 형상 또는 일전 부분의 곡 외판(2)의 형상을 측정하여 제어장치(20)에 전송할 수 있다.

본 실시 예와 같이, 복수의 형상 계측 센서(700)의 배열 형태는, 곡 외판(2)의 횡방향으로 5지점(5개)에, 종방향으로 2줄, 도합 10개 또는 그 이상을 설치할 수 있다.

곡 외판(2)은 베드(100) 상에 베드(100)의 길이방향으로 길게 놓이기 때문에, 폭 방향으로는 곡률이 크고 종방향(길이방향)으로는 곡률이 작다.

따라서, 복수의 형상 계측 센서(700)는, 곡률이 큰 폭 방향으로는 촘촘하게 계측하고, 곡률이 작은 종방향으로는 넓은 간격으로 계측하는 것이 효율적이므로, 10개의 형상 계측 센서(700)의 배치는 폭 방향으로 촘촘하게 5개, 길이방향으로는 넓게 2열로 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같은 형상 계측 센서(700)의 배치에 따라, 각 형상 계측 센서(700)로부터 곡 외판(2)까지의 거리를 계측하고, 이것을 통해 제어장치(20)에서 곡 외판(2)의 형상을 계산해 낼 수 있다.

<가열 헤드의 변형 측정/충돌 측정>

한편, 도 4 및 도 5에 따르면, 주행 대차(200)에는, 가열 헤드(590)의 변형을 측정하기 위한 가열 헤드 변형측정 센서(110)가 설치된다.

가열 헤드 변형측정 센서(110)는, 레이저 변위 센서나 화상 센서로 구성할 수 있다.

이러한 가열 헤드 변형측정 센서(110)는, 곡 외판(2)의 가열을 직접 수행하는 가열 헤드(590)의 실제 위치를 측정하여, 가열 헤드(590)와 곡 외판(2) 사이의 실제 간극을 측정하여 제어장치(20)에 전송함으로써, 제어장치(20)로 하여금 가열 헤드(590)의 위치를 보정 하도록 하거나, 가열 헤드(590)의 변형을 검출할 수 있도록 한다.

이와 같이, 가열 헤드 변형측정 센서(110)를 통해 가열 헤드(590)의 위치 또는 변형을 측정함으로써 더욱 정교하고 균일한 간극 유지와 정밀한 성형이 가능해진다.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 장착대(580)에는 충돌감지센서(800)가 설치된다.

충돌감지센서(800)는, 로드 셀, 응력 센서, 가속도 센서 등으로 구성할 수 있으며, 가열 헤드(590)에 기준값 이상의 충격이 가해지는 경우 그 신호를 제어장치(20)에 전달하여 장비의 가동을 멈추거나 알람을 방생할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 6-축 로봇팔(500)의 구조, 이 6-축 로봇팔(500)의 제1암(530)을 가이드 빔(204)의 측면으로부터 수직한 방향으로 설치하는 구조, 6-축 로봇팔(500)의 말단 동작부인 제5암(560) 및 제6회전축(570)을 장착대(580)에 대해 소정의 각도(θ)로 기울어지게 설치하는 구조, 2개의 3개의 회전축(제1암(530), 제4회전축(552), 제6회전축(570))을 연계하는 구조, 간극 계측 센서(600), 형상 계측 센서(700) 및 충돌감지센서(800)의 조합에 의해, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 동작범위를 최대로 활용할 수 있고, 장착대(580) 및 가열 헤드(590)의 자세를 정교하게 조정할 수 있으며, 곡 외판(2)의 형상을 정밀하게 측정하여 무인 자동화가 가능한 곡 외판 자동 성형 장치를 구현할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

2: 곡 외판
10: 곡 외판 자동 성형 장치
20: 제어장치
30: 모니터
100: 베드
102: 주행 레일
110: 가열 헤드 변형측정 센서
200: 주행 대차
202: 칼럼
204: 가이드 빔
206: 가이드 레일
500: 로봇팔
510: 캐리지
520: 회전축 베이스
522: 마운팅 블록
530: 제1암
532: 연장 블록
540: 제2암
550: 제3암
552: 제4회전축
550: 제3암
560 제5암
570 제6회전축
580: 지지대
590: 가열 헤드
600: 간극 계측 센서
700: 형상 계측 센서
X1 ~ X6: 제1축 ~ 제6축
M1 ~ M6: 모터
Z1: 계측 영역

Claims

곡 외판(2)이 로딩 되는 베드(100);
상기 베드(100)의 좌우 양쪽에 길이 방향으로 설치되는 주행 레일(102);
양쪽의 주행 레일(102) 상에 각각 주행 가능하게 탑재되는 주행 대차(200);
각 주행 대차(200) 위쪽으로 연장되는 양측의 칼럼(202)을 가로질러 설치되는 가이드 빔(204);
상기 가이드 빔(204)에 주행 가능하게 결합하는 캐리지(510);
상기 캐리지(510)의 측면에 장착되는 회전축 베이스(520);
상기 회전축 베이스(520)에, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 결합하는 제1암(530)을 포함하는 6-축 로봇팔(500);
상기 로봇팔(500)의 동작 말단에 회전 가능하면서 상하방향으로도 회동 가능하게 연결되는 장착대(580); 및
상기 장착대(580)로부터 하향 연장되는 지지대(592)에 장착되어 상기 곡 외판(2)을 마주보고 고주파 유도 가열하는 가열 헤드(590);를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 로봇팔(500)은,
상기 회전축 베이스(520)에, 상기 캐리지(510)의 측면과 수직이면서 지면에 수평한 방향으로 연장되는 제1축(X1)을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 제1암(530);
상기 제1암(530)의 측면에, 상기 제1축(X1)과 교차하는 방향으로 연장되는 제2축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 제2암(540);
상기 제2암(540)의 선회단부(544)에 상기 제2축(X2)과 나란한 방향으로 연장되는 제3축(X3)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 제3암(550);
상기 제3암(550)의 일측으로부터 하향 연장되는 상태로, 상기 제3축(X3)과 교차하는 방향으로 연장되는 제4축(X4)을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 제4회전축(552);
상기 제4회전축(552)의 선단에, 상기 제4축(X4)과 교차하는 방향으로 연장되는 제5축(X5)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 제5암(560); 및
상기 제5암(560)의 단부에, 상기 제5축(X5)과 교차하는 방향으로 연장되는 제6축(X6)을 중심으로 회전 가능하게 연결되며, 단부가 상기 장착대(580)에 연결되어 장착대(580)를 동작시키는 제6회전축(570);을 포함하는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제2항에 있어서,
상기 장착대(580)는, 바닥판(582)과, 상기 바닥판(582)의 후면에서 외측 상방으로 각도(θ)만큼 경사져 올린 후면 경사판(584)을 포함하고,
상기 제6회전축(570)의 단부면(572)이 상기 후면 경사판(584)을 마주보고 결합하는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제3항에 있어서,
상기 바닥판(582)에 대한 상기 후면 경사판(584)의 경사 각도(θ)는, 40도 내지 50도인 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1암(530)에는, 상기 제1축(X1)에 교차하는 상기 제2축(X2)을 축심으로 하도록 상기 제1암(530)의 지름방향 외측 한곳으로부터 연장되는 연장 블록(532)을 포함하고,
상기 연장 블록(532)에 상기 제2암(540)의 기초단부(542)가 상기 제2축(X2)을 중심으로 선회 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제2항에 있어서,
상기 제4회전축(552)의 회전 중심인 제4축(X4)은 상기 제2암(540)의 선회단부(544)를 바깥쪽으로 벗어난 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 장착대(580)의 바닥판(582)의 저면에는,
상기 가열 헤드(590)와 곡 외판(2) 사이의 간극을 계측하기 위한 간극 계측 센서(600)가, 상기 가열 헤드(590)의 테두리에 인접한 주변 3지점에 한 개씩 설치되는 한편, 상기 3지점 사이의 1곳 이상의 지점에 한 개가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 곡 외판(2)의 일부 영역의 형상을 계측하기 위한 복수의 형상 계측 센서(700)가, 상기 캐리지(510)의 일측 저면에 설치되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제8항에 있어서,
상기 형상 계측 센서(700)는,
곡 외판(2)의 횡방향으로 5지점 이상, 종방향으로 2열 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 주행 대차(200)에는, 상기 가열 헤드(590)의 변형을 측정하기 위한 가열 헤드 변형측정 센서(110)가 설치되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.
제1항에 있어서,
상기 주행 대차(200)에는, 상기 가열 헤드(590)의 변형 및 위치를 측정하기 위한 가열 헤드 변형측정 센서(110)가 설치되는 것을 특징으로 하는 곡 외판 자동 성형 장치.