KR19990074014A - 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조선(造船) 작업공정상 선체 외판의 곡면가공 자동화를 위한 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 철판의 한쪽 면을 가열장치로 부분 가열하여 곡면을 형성하는 열간가공작업을 자동화 하므로서 철판의 곡면 가공작업의 생산성을 향상하고 작업의 정확성을 기하고자 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치에 관한 것이다.

종래에는 이와같은 철판의 곡면가공에 있어 모든 공정을 작업자의 수작업으로 수행하였는데, 정확한 정보를 토대로 하지 못하고 숙련자의 경험칙에 따라 가공하도록 하므로서 정밀성을 요하는 작업임에도 불구하고 부정확한 작업으로 작업상태가 불균일하고 제품의 전체적인 생산성 향상을 저해하여 왔다.

이를 개선하기 위하여 본 발명에서는 가공 철판(100)을 지지하는 지그작업대(10)와; 상기 지그작업대(10)의 상부에 설치되어 전후, 좌우로 이동하면서 철판(100)의 가공에 요구되는 온도(약 800℃)로 철판(100)면을 가열하도록 가열장치(21)를 포함하는 가열수단과; 상기 가열수단의 가열장치(21) 외측 부를 감싸이는 상태로 설치되어, 상기 가열장치(21)와 동일경로로 이동하며, 가열가공 즉시 냉각효과를 갖도록 다수의 분사노즐(32)을 구비하여 가열된 철판(100)면 부위에 냉매를 분사, 냉각하도록 하는 냉각수단과; 상기 냉각수단의 일 측에 설치되며, 가공된 철판(100)면의 형상과 가공정보를 측정하는 측정단자(41)와 상기 측정단자(41)에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 주는 변환기(A/V Converter)(42)를 통하여 제어수단에 측정값이 입력되도록 하는 측정수단과; 상기 가열수단, 냉각수단 및 측정수단의 측정단자(41)를 제어수단의 지시에 의하여 이동할 수 있도록 X축 가이드레일(51)과 Y축 가이드레일(52) 및 모터, 체인, 벨트 등을 포함하는 구동수단과; 설계 입력된 정보와 가공중 측정수단에 의한 측정 정보를 연산하여 가공작업을 통합 제어하도록 하는 메인 콘트롤러(61)와 현재의 가공정보를 표시하도록 하는 가공정보 표시장치(62)를 포함하는 제어수단으로 구성되어 종래의 숙련공에 의한 경험을 바탕으로 가열, 냉각, 측정을 모두 수작업에 의해 수행되던 곡면 가공을 미리 설계된 정보에 따라 체계적이며, 규격화, 자동화된 작업공정을 이룰 수 있도록 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치임.

Description

선체 외판의 곡면가공 자동화 장치

본 발명은 조선(造船) 작업공정상 선체 외판의 곡면가공 자동화를 위한 공작 기계에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 철판의 한쪽 면을 가열장치로 부분 가열하여 곡면을 형성하는 열간가공작업을 자동화하여 철판의 곡면 가공작업의 생산성을 향상하고 작업의 정확성을 기하고자 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치에 관한 것이다.

선박의 제조공정에 있어 외판은 소정 두께의 철판을 각각 필요 형상으로 곡면 가공하여 이를 상호 용접하므로서 하나의 선체를 이루도록 한다.

일반적으로 선박의 외판을 가공하는 방법에는 크게 열간 가공과 냉간 가공의 두 가지 방법이 주로 사용되고 있다. 이 중, 가열에 의한 잔류 열소성 변형을 이용하는 열간 가공방법은 곡판의 마무리 작업 및 이중 곡면 외판의 2차가공, 용접변형 제거 등의 작업에 주로 이용되고 있다.

종래에 사용되고 있는 열간가공방법에 있어서, 선체 외판가공에 적용될 때 판 위의 일정한 방향으로 열을 가하는 방법을 선상가열방법(line heating process)이라 한다. 이러한 작업은 전적으로 숙련된 작업자의 수작업에 의해 수행되었는데, 철판을 가열할 때에는 작업자가 가열 토치를 들고 정해진 작업 방향으로 가열하며, 이 때 또 한사람의 작업자가 가열 토치에 의해 가열된 부위를 따라가면서 냉각수를 뿌려 냉각되도록 한다.

이와같은 종래의 작업에는 가열된 철판의 곡면을 확인하기 위하여 작업자가 미리 제작된 나무 측정자인 템플레이트(template)를 이용하여 곡을 측정하며, 제작된 판이 템플레이트와 완전히 접촉하면 원하는 곡면이 제작된 것으로 인정한다.

종래에는 이와같은 철판의 곡면가공에 있어 모든 공정을 작업자의 수작업으로 가공을 수행하였는데, 정확한 정보를 토대로 하지 못하고 숙련자의 경험칙에 따라 가공하도록 하므로서 정밀성을 요하는 작업임에도 불구하고 부정확한 작업을 계속적으로 수행하여 옴으로서 작업상태가 불균일하고 제품의 전체적인 생산성 향상을 저해하여 왔다.

결론적으로, 종래의 선체 외판 작업 과정은 가열, 냉각, 측정을 모두 수작업으로 수행하며, 이러한 열간 가공으로 선체 외판 작업을 자동적으로 수행하는 기계 장치는 아직 소개된 바가 없어 정밀가공이 어렵고, 특히 작업의 능률이 떨어지는 문제점이 있었다.

이와같은 문제점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 종래의 숙련공에 의한 경험을 바탕으로 가열, 냉각, 측정을 모두 수작업에 의해 수행되던 곡면 가공을 미리 설계된 정보에 따라 체계적이며, 규격화, 자동화된 작업공정을 이룰 수 있도록 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 선체외판 가공을 위한 자동화 장치의 전체 시스템구성을 보인 사시도.

도 2는 본 발명의 요부 확대사시도.

도 3은 본 발명 요부의 내부 구성을 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 작업상태를 보인 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10: 지그작업대 11: 하중구속장치

12: 지그장치 21: 가열장치

22: 가스공급탱크 23: 산소공급탱크

24: 압력조절기 25: 점화장치

31: 수관 32: 분사노즐

41: 측정단자 42: 변환기(A/V Converter)

51: X축 가이드레일 52: Y축 가이드레일

61: 메인콘트롤러 62: 가공정보표시장치

100: 철판

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 가공 철판의 모서리에 균일한 하중을 주어 변위를 방지하고 가공성을 향상하도록 하는 하중구속장치와, 상기 가공 철판의 저면을 형상에 따라 지지하도록 하는 다수의 지그장치를 구비한 지그작업대와;

상기 지그작업대의 상부에 설치되어 전후, 좌우로 이동하면서 철판의 가공에 요구되는 온도(약 800℃)로 철판면을 가열하도록 하는 가열수단과;

상기 가열수단의 외측부를 감싸이는 상태로 설치되어, 상기 가열수단과 동일경로로 이동하며, 가열가공 즉시 냉각효과를 갖도록 다수의 분사노즐을 구비하여 가열된 철판면 부위에 냉매를 분사, 냉각하도록 하는 냉각수단과;

상기 냉각수단의 일 측에 설치되며, 가공된 철판면의 형상과 가공정보를 측정하는 측정단자와 상기 측정단자에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 주는 변환기(A/V Converter)를 통하여 제어수단에 측정값이 입력되도록 하는 측정수단과;

상기 가열수단, 냉각수단 및 측정수단의 측정단자를 제어수단의 지시에 의하여 이동할 수 있도록 X축 가이드레일과 Y축 가이드레일 및 모터, 체인, 벨트등으로 구성된 구동수단과;

설계 입력된 정보와 가공중 측정수단에 의한 측정 정보를 연산하여 가공작업을 통합 제어하도록 하는 메인 콘트롤러와 현재의 가공정보를 표시하도록 하는 가공정보 표시장치를 포함하는 제어수단으로 구성되어 체계적이고 정밀한 선체 외판의 가공작업을 수행하도록 함을 특징으로 하는 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 선체외판 가공을 위한 자동화 장치의 전체 시스템구성을 보인 사시도로서 가공하고자 하는 철판(100)에 열을 작용하여 가열하도록 하는 가열수단과; 가열 가공된 철판(100)면의 온도를 낮추기 위한 냉각수단과; 가공중인 철판(100)의 형상과 가공정보를 측정하는 측정수단과; 상기의 장치를 움직여 작업을 수행하는 구동수단과; 상기 장치들을 자동으로 제어하는 메인콘트롤러(61), 가공 정보와 초기 형상, 목적 형상, 가공 진행 상황 등을 보여 주는 가공정보 표시장치(62)를 포함하는 제어수단 및 가공 철판을 지지하는 지그작업대(10)로 구성되어 있다.

상기 도 1은 본 발명의 일실시예로서 가스연소가열에 의한 가열수단을 적용한 것이며, 가스공급탱크(22), 산소공급탱크(23)와 상기 가스 및 산소의 공급량을 조절하는 압력조절기(24) 와 가열장치(21) 및 점화장치(25)로 구성되어 있다.

상기 가열수단은 철판의 가공에 필요한 온도를 가열할 수 있어야 한다. 예를 들면 일반 선체용 후판의 경우 약 800℃까지 판을 가열할 수 있도록 한다.

본 발명의 다른 실시예로서 상기 가열수단은 레이저(laser), 유도 가열 또는 전자 비임(beam)등을 사용할 수도 있다.

도 2 및 도 3은 가열수단의 가열장치(21)와 점화장치(25)가 예시되어 있고, 또한 주위에 냉각수단의 수관(31) 및 측정수단의 측정단자(41)가 일체로 설치되어 있다.

상기 냉각수단은 철판(100)의 냉각과 가열 효과를 높이기 위한 것으로 상기 가열수단의 가열장치(21) 외측부를 감싸이는 상태로 설치되어, 상기 가열장치(21)와 동일경로로 이동하며, 가열가공 즉시 냉각효과를 갖도록 다수의 분사노즐(32)을 구비하여 가열된 철판(100)면 부위에 냉매를 분사, 냉각하도록 한다.

냉각방식은 냉매의 종류에 따라 수냉식과 공냉식이 있는데, 수냉식은 가열장치(21)를 원으로 둘러 싸는 형상으로 수관(31)을 만들고, 상기 수관(31)에 다수의 분사노즐(32)을 형성하여 냉매인 물이 가열 위치의 주위에 뿌려지며 냉각하도록 하였다.

상기 수냉식의 경우 수관(31)에 별도의 제어밸브를 부착하여 공냉이 필요한 경우 제어밸브를 잠가줌으로서, 물이 나오지 않도록 하였다. 냉각 장치는 가열 장치와 일체형으로 제작하여 같이 구동될 수 있도록 하였다.

상기 측정수단은 철판(100)의 가공상태를 측정하여 측정데이터를 제어수단에 전송하여 가공정도를 확인하도록 한다.

이와같은 측정수단은 측정단자(41)에 의한 접촉식과 레이저 또는 적외선 등을 이용하는 비접촉식이 있는데 상기 도면에서는 측정단자(41)에 의한 접촉식을 도시한 것이다. 상기 측정수단은 가공중인 철판(100)의 형상과 가공정보를 측정하여, 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하여 주는 변환기(A/D converter)(42)를 통하여 제어수단에 측정값이 입력될 수 있도록 하였다. 측정은 가공 최종 형상 뿐아니라 가공 중간 단계에서도 새로운 가공 정보가 필요할 때마다 측정할 수 있다.

상기 구동수단은 일반적인 공지의 구동 장치를 적용한 것으로 평면상의 가로, 세로 및 연직방향으로 상기 가열장치(21)를 포함하는 가공부를 이동시키도록 한 것이다.

즉 상기 가열수단, 냉각수단 및 측정수단의 측정단자(41)를 제어수단의 메인콘트롤러(61) 지시에 의하여 가공하려는 철판(100)의 임의의 면을 가열할 수 있도록 이동시키는 것으로 X축 가이드레일(51)과 Y축 가이드레일(52) 및 미도시된 모터, 체인, 벨트등으로 구성된다.

상기 제어수단은 철판의 가공을 위해 가열 장치의 위치, 방향, 속도 등 가공 정보를 결정하고 이를 구동수단에 전달하여 가열장치(21)를 정보대로 움직이게 하는 메인콘트롤러(61)와; 초기 곡면 정보, 목적 형상, 결정된 가공 정보와 가공 진행 상태, 가공 중인 정보를 화면으로 전달하여 보여주는 가공정보 표시장치(62)로 구분된다.

상기 가공정보 표시장치(62)는 측정수단에 의해 측정된 데이터를 토대로 가공진행상태를 화면상으로 보여 줌으로서 작업자가 작업의 진행상태를 수시로 체크할 수 있도록 한다.

상기 지그작업대(10)는 가공 철판의 모서리에 균일한 하중을 주어 변위를 방지하고 가공성을 향상하도록 하는 하중구속장치(11)가 설치되며, 상기 가공 철판의 저면을 지지하는 다수의 지그장치(12)에 의해 철판을 지지하도록 하는 것이다.

상기 다수의 지그장치(12)는 지그작업대(10)상으로 인장, 수축되는 다수의 봉형태의 지지봉이 배열되고, 상기 지그장치(12)의 선단부에는 각각 접촉센서(13)가 구비된 것으로서 목적하는 철판의 형상에 맞추어 상기 제어수단의 지시에 의해 조절되도록 하여 원하는 형상의 철판을 견고하게 받혀 지지함과 아울러 가공상태를 동시에 확인하도록 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작업 공정은 선박의 설계에 따른 선박외판의 형상에 따라 지그작업대(10)위에 가공용 철판(100)을 장착한 다음 하중구속장치(11)에 의해 고정시킨다.

선박의 설계치가 입력된 제어수단의 메인콘트롤러(61) 지시에 의하여 구동수단이 작동되어 작업하고자 하는 철판(100)의 각부위를 이동하며, 상기 구동수단에 부착 설치된 가열수단, 냉각수단 및 측정수단이 동시에 이동하면서 가열, 냉각, 측정하면서 자동으로 가공하도록 한다.

상기 구동수단에 의해 이동되는 가열수단은 철판(100)의 작업부위를 소정의 온도로 가열하므로서 철판이 열에 의해 소성변형되도록 하며, 또한 상기 철판의 모서리를 지지하는 하중구속장치(11)의 압력에 의하여 철판의 변형을 가속화되도록 한다.

또한 상기 철판(100)의 저면을 지지하는 지그장치(12)는 설계된 철판의 형상대로 다수의 지지봉이 제어수단의 지시에 따라 인장, 수축되면서 가공하고자 하는 철판의 형상에 맞추어 견고하게 지지하므로서 가열된 철판은 상기 지지봉의 지지정도에 따라 변형에 도움을 주게 된다.

상기 지그장치(12)의 지그봉 선단부에 구비된 접촉센서(13)는 철판(100)의 가공정도에 따라 철판(100)의 하부면이 접촉됨을 감지하도록 하여 제어수단에 신호를 전달하도록 하여 설계가공 형상에 일치여부를 즉시 확인할 수 있도록 한다.

가열수단은 가스와 공기를 혼합하여 약 800도의 온도를 판에 가열할 수 있도록 하였고, 조절 밸브를 부착하여 필요에 따라 온도를 조절할 수 있도록 하였다.

냉각수단은 가열 효과를 극대화 하고 제어를 용이하게 하기 위하여 가열수단의 주위를 분사노즐(32)이 형성된 수관(31)으로 둘러 설치되며, 상기 수관(31)에 냉각수를 공급하여 뿌려주어 가열부위를 냉각하게 하였다.

측정수단은 가공중인 철판이나 최종 가공된 철판의 곡면을 확인하기 위하여 접촉식, 또는 비접촉식 방법으로 판의 곡면을 측정할 수 있도록 하였다.

상기 측정수단에 의해 측정된 아날로그 신호는 디지털 신호로 변환하여 주는 변환기(A/D converter)를 통하여 제어수단에 측정 값이 입력될 수 있도록 하였다.

상기의 모든 가열, 냉각, 측정수단은 자동으로 구동할 수 있도록 구동수단에 연결하였으며, 이들 움직임을 자동으로 제어할 수 있도록 제어수단의 지시에 따라 작동되도록 하였다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 동시에 작동되는 가열 장치, 냉각 장치, 측정 장치를 이용하고, 이들 장치를 구동할 수 있는 구동 장치와 이를 제어할 수 있는 제어장치에 의해 선체 외판 작업을 체계화할 수 있게 함과 아울러 더 나아가 곡면가공의 자동화를 이룰 수 있는 선체외판 곡면가공장치로서 가열수단에 의한 소성변형과 역학적인 압력을 동시 또는 및 지그의 지지력을 통하여 철판의 곡면형상을 효율적으로 얻을 수 있고, 지그장치위에서의 작업을 통하여 결과를 빠르게 얻을 수 있으며, 자동측정장치를 이용하여 종래의 템플레이트 제작을 없앨 수 있다. 본 발명은 매우 빠르고 효율적이며, 정밀한 곡면가공을 자동화 처리할 수 있는 것으로 조선작업 공정에 매우 획기적인 전기를 마련할 수 있는 유용한 기술이다.

Claims (5)

1. 가공 철판(100)을 지지하는 지그작업대(10)와;

   상기 지그작업대(10)의 상부에 설치되어 전후, 좌우로 이동하면서 철판(100)의 가공에 요구되는 온도(약 800℃)로 철판(100)면을 가열하도록 가열장치(21)를 포함하는 가열수단과;

   상기 가열수단의 가열장치(21) 외측부를 감싸이는 상태로 설치되어, 상기 가열장치(21)와 동일경로로 이동하며, 가열가공 즉시 냉각효과를 갖도록 다수의 분사노즐(32)을 구비하여 가열된 철판(100)면 부위에 냉매를 분사, 냉각하도록 하는 냉각수단과;

   상기 냉각수단의 일 측에 설치되며, 가공된 철판(100)면의 형상과 가공정보를 측정하는 측정단자(41)와 상기 측정단자(41)에 의해 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 주는 변환기(A/V Converter)(42)를 통하여 제어수단에 측정값이 입력되도록 하는 측정수단과;

   상기 가열수단, 냉각수단 및 측정수단의 측정단자(41)를 제어수단의 지시에 의하여 이동할 수 있도록 X축 가이드레일(51)과 Y축 가이드레일(52) 및 모터, 체인, 벨트 등을 포함하는 구동수단과;

   설계 입력된 정보와 가공중 측정수단에 의한 측정 정보를 연산하여 가공작업을 통합 제어하도록 하는 메인 콘트롤러(61)와 현재의 가공정보를 표시하도록 하는 가공정보 표시장치(62)를 포함하는 제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열수단은 가스연소 가열, 레이저가열, 전기유도가열 또는 전자 비임(beam)가열 중 어느 하나에 의해 이루어짐을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각수단은 냉각매체가 물을 사용하는 수냉식 또는 공기를 사용하는 공냉식임을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 가스연소가열에 의한 가열수단은 가스공급탱크(22), 산소공급탱크(23)와 상기 가스 및 산소의 공급량을 조절하는 압력조절기(24) 와 가열장치(21) 및 점화장치(25)를 구비함을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 지그작업대(10)에는 가공철판(100)의 모서리에 균일한 하중을 주어 변위를 방지하고 가공성을 향상하도록 하는 하중구속장치(11)와;

   제어장치의 지시에 따라 인장, 수축되면서 상기 가공 철판(100)의 저면을 지지하며, 선단부에 각각 접촉센서(13)를 구비한 다수의 지그봉으로 된 지그장치(12)가 설치됨을 특징으로 하는 선체 외판의 곡면가공 자동화 장치.