KR101779021B1 - 판 부재의 천공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판 부재에 구멍을 형성하기 위한 천공 작업 시 절단기에 의한 절단 시작점의 위치와 이동 궤적에 대한 재설정 및 진입 방법에 대한 개선을 통해 보다 향상된 고 품질의 자동 절단작업을 수행할 수 있도록 하고, 이를 통해 천공부위에 대한 품질의 향상과 함께 작업 후 천공부위에 대한 검사 및 재작업 시 수반되는 불필요한 시간 및 비용의 소요를 줄이며 각종 안전사고의 발생을 배제할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 판 부재(10)에 구멍(12)을 형성하기 위해 절단기에 의한 피어싱 직경(16)과 커프 직경(18)을 각각 고려하여 상기 구멍(12)의 중심으로부터 편심된 위치에 절단 시작점(14)의 위치를 설정하는 단계; 상기 절단 시작점(14)으로부터 절단기의 이동 궤적을 상기 구멍(12)의 외곽 경계면 내에서 원호 형상으로 설정하는 단계; 및 상기 이동 궤적을 추종하여 이루어지는 절단기에 의한 외측 절단면(20)을 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대해 최소의 예각으로 접근하도록 상기 외측 절단면(20)의 진입각도(X)를 설정하는 단계를 포함한다.

Description

판 부재의 천공 방법{Method for boring a plate member}

본 발명은 판 부재의 천공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절단기를 이용한 판 부재의 천공 작업 시 절단 시작점의 위치와 이동 궤적에 대한 새로운 정립을 통해 자동화 된 절단작업이 이루어질 수 있도록 함으로써, 천공부위에 대한 품질 향상과 함께 검사 및 재작업에 대한 문제의 해소 및 각종 안전사고의 발생에 대한 문제를 해결할 수 있는 판 부재의 천공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 조선소에서 이루어지는 선박의 건조는 다음과 같은 공정을 거쳐 구현된다. 즉 선박의 건조를 위한 공정의 순서는 크게 소재의 절단과 조립, 선행의장, 도장, 선행탑재(Pre Erection) 및 탑재(Erection) 등으로 이루어진다. 이러한 선박 건조의 공정 중에서 작은 크기의 구멍을 비롯한 원호 형상의 각종 천공부위는 대부분 선행의장 단계에서 현장 작업으로 형성된다.

일례로 상선류의 선박 건조에 있어 작은 크기의 천공부위는 현장에서 절단기를 이용한 수동 절단작업에 의존하여 형성되고, 이를 위해 의장품 설치 도면에는 수동 절단을 위한 시공용 천공부위를 표기하고 있다.

또한, 종래 자동 절단작업에 의한 천공 과정은 다음과 같이 이루어진다. 도 1은 종래 판 부재에 있어 자동화 된 천공 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 천공 작업 후 천공부위에서 발생될 수 있는 불량부위를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 플레이트류의 판 부재(51)에서 특정 지름을 갖는 구멍(53)을 자동 절단작업으로 천공하기 위해서는 먼저 절단기에 의한 절단 시작점(55)을 선정하여야 한다. 이때, 상기 절단 시작점(55)은 절단기에 의한 최초 발화 시 화염 경계면(57)이 가지는 피어싱 직경(Piercing Diameter)이 천공되어야 할 구멍(53)의 직경에 해당하는 외곽 경계면을 벗어나지 않아야 하고, 절단기의 이동 궤적도 역시 구멍(53)의 외곽 경계면 내의 공간에서 최소 곡률로서 설정되어야 한다. 이 경우 이동 궤적이란 판 부재(51) 상에서 천공을 위한 절단기의 커프 직경(Kerf Diameter;59)에 대한 연장 경로의 추종선으로서 절단 번(Burn)에 해당하는 것이다. 아울러, 절단기에 의한 이동 궤적이 구멍(53)의 외곽 경계면과 만나게 되는 직선 진출구간의 종료부위(61)도 역시 천공되어야 할 구멍(53)의 외곽 경계면을 벗어나지 않아야 한다.

이와 같은 일련의 작업방법에 대한 위치 및 이동 경로의 설정과 그를 추종한 실제 작업이 원활하게 이루어지지 않으면, 도 2에 도시된 바와 같이 구멍(53)의 외곽 경계면 중 일부가 절단 번에 의해 제거되는 불량부위(53a)의 발생을 초래하게 된다.

그런데, 상기와 같이 선박의 건조에 있어 천공부위에 대한 형성을 자동화된 작업으로 수행하지 않았던 이유는 그 수량이 많지 않았기 때문에 그 필요성이 대두되지 않았을 뿐만 아니라, 절단 작업 시 절단 시작점(53)의 위치 선정과 이동 궤적의 설정에 있어 정례화 된 방법이 없어 고 품질의 원호 절단작업을 수행할 수 없었기 때문이다. 특히, 작은 직경의 구멍(대략 직경이 25mm 이하)에 대한 자동 절단작업에 따른 천공 작업에 있어서 절단 시작점(55)에 대한 위치 선정은 매우 중요함에도 불구하고 이에 대한 정례화 된 방법을 마련하고 있지 않았기 때문에 현장에서 수동 절단작업에 의존할 수밖에 없었다.

그러나 시추선을 비롯한 각종 해양 구조물과 같은 특수 목적선은 갑판을 포함한 선체의 여러 부위로 동력장치를 비롯한 각종 기계장치류의 설치를 위해 다량의 천공부위를 형성하여야 하는 데, 이러한 천공부위는 크기로 볼 때 매우 다양할 뿐만 아니라 수량적으로도 수천 개 이상에 이르기 때문에 기존 상선류의 선박 건조에서와 같이 수동 절단에 의한 방법으로 시공하는 데에는 많은 무리를 수반하게 된다.

또한, 선행의장 공정에서 이루어지는 수동방식의 천공작업은 이후의 공정에 대한 작업 지연을 초래할 뿐만 아니라, 절단된 부위에 대한 품질이 작업자의 능력에 크게 의존할 수밖에 없어 휴먼 에러 시 재 작업이 수반되고, 이러한 재작업은 추가의 공정 소요는 물론 각종 안전사고의 발생 위험을 야기하게 된다. 특히 수동 절단에 의해 천공된 구멍(53)은 품질 검사 시 지적 사항의 요건이 될 가능성이 매우 농후함에 따라 선주에 대한 신뢰도 하락을 초래할 수 있는 문제를 유발하기도 한다.

따라서 플레이트류의 판 부재에 많은 수량의 천공부위를 효율적으로 형성하기 위해서는 보다 정례화 되고 고 품질의 효과를 구현할 수 있는 새로운 방식의 천공 작업방법의 강구에 대한 필요성이 요구되고 있는 실정이다. 아울러, 종래에는 천공부위에 대한 수동 절단을 지시하기 위한 별도의 도면이 추가로 필요하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 판 부재에 구멍을 형성하기 위한 천공 작업 시 절단기에 의한 절단 시작점의 위치와 이동 궤적에 대한 재설정 및 진입 방법에 대한 개선을 통해 보다 향상된 고 품질의 자동 절단작업을 수행할 수 있도록 하고, 이를 통해 천공부위에 대한 품질의 향상과 함께 작업 후 천공부위에 대한 검사 및 재작업 시 수반되는 불필요한 시간 및 비용의 소요를 줄이며 각종 안전사고의 발생을 배제할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 판 부재에 구멍을 형성하기 위해 절단기에 의한 피어싱 직경과 커프 직경을 각각 고려하여 상기 구멍의 중심으로부터 편심된 위치에 상기 판 부재에 대한 절단 시작점의 위치를 설정하는 단계와, 상기 절단 시작점으로부터 절단기의 이동 궤적을 천공하고자 하는 상기 구멍의 외곽 경계면 내에서 원호 형상으로 설정하는 단계, 및 상기 이동 궤적을 추종하여 이루어지는 절단기에 의한 외측 절단면을 상기 구멍의 외곽 경계면에 대해 최소의 예각으로 접근하도록 상기 외측 절단면의 진입각도를 설정하는 단계를 포함하는 판 부재의 천공 방법을 제시한다.

본 발명에 있어, 상기 절단 시작점의 위치를 설정하는 단계는 절단기의 초기 발화 시 외부의 화염 경계면이 상기 구멍의 외곽 경계면을 벗어나지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 절단 시작점에 대한 위치 설정 시 상기 외측 절단면에 대한 초기 위치는 상기 이동 궤적의 진행방향을 기준으로 상기 구멍의 수직 중심선에 대해 상기 구멍의 직경을 내측과 외측에서 각각 2대1로 분할하는 위치로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 절단 시작점에 대한 위치 설정 시 상기 절단 시작점에 대한 초기 위치는 상기 이동 궤적의 진행방향을 기준으로 상기 구멍의 수평 중심선에 대해 상기 구멍 직경의 0.3배 거리로 벗어나 상기 이동 궤적이 상기 구멍의 수평 중심선을 경유하는 직선 진입구간을 갖는 위치로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 판 부재에 구멍 형성을 위한 천공 작업 시 절단 시작점에 대한 위치와 이동 궤적에 대한 새로운 설정과 함께 진입 방법의 개선을 통해 판 부재의 천공부위에 대한 자동화 된 절단작업의 수행을 가능하게 함과 더불어 가공면에 대한 그라인딩 효과까지도 제공할 수 있으므로 보다 향상된 고 품질의 천공작업에 대한 달성 효과를 기대할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 판 부재의 천공부위에 대한 자동 절단작업의 수행을 통해 기존의 수동 천공작업으로부터 기인하는 각종 안전사고의 발생에 대한 문제를 해소할 수 있으며, 특히 작업 후 천공부위에 대한 검사 및 검사 후 불량에 따른 추가 작업에 의한 불필요한 시간의 소요를 줄이고 비용의 발생을 배제할 수 있게 해 준다.

도 1은 종래 판 부재의 천공 과정을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 천공 작업 후 천공부위에서 발생될 수 있는 불량부위를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 판 부재의 천공 방법을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 수치 제어방식으로 작동하는 플라즈마 절단장비류의 자동 절단기를 이용하여 플레이트류의 판 부재(10)에 소정 직경의 구멍(12)을 형성하기 위한 천공 방법으로 다음과 같은 과정을 통해 구현된다.

먼저, 절단기에 의한 자동 천공작업을 위해 상기 판 부재(10)상에서 천공하고자 하는 구멍(12)의 중심으로부터 편심된 위치에 절단 시작점(Piercing Point; 14)의 위치를 설정한다. 즉, 판 부재(10)에 대해 구멍(12)의 형성을 위해 절단기의 특성을 고려하여 상기 구멍(12)의 중심으로부터 편심된 위치에 절단기에 의한 절단 시작점(14)에 대한 바람직한 위치를 설정한다.

이때, 상기 절단 시작점(14)의 위치는 절단기의 특성에 해당하는 피어싱 직경(Piercing Diameter;16)과 커프 직경(Kerf Diameter;18)을 각각 고려하여 결정된다. 즉, 상기 절단 시작점(14)은 절단기의 최초 발화 시 외부 화염 경계면에 해당하는 피어싱 직경(16)이 천공부위에 해당하는 상기 구멍(12)의 외곽 경계면을 벗어나 외측으로 이탈하지 않도록 설정한다.

이 경우, 상기 구멍(12)은 자동 천공작업의 공정 중 절단기에 의해 상기 판 부재(10)에서 제거되어 형성되는 부위로서 가장자리 부위에 소정 곡률의 외곽 경계면을 형성한다. 그리고 상기 피어싱 직경(16)은 상기 판 부재(10) 상에서 자동 천공작업을 위한 절단기의 초기 발화 시 화염의 가장자리 부위에 위치한 경계부위로서 초기 화염 경계면에 대한 직경을 의미한다. 또한, 상기 커프 직경(18)은 절단기에 의한 상기 판 부재(10)의 자동 천공작업 시 절단 화염의 가장자리 부위에 위치한 경계부위로서 절단 화염 경계면에 대한 직경이고, 이러한 절단 화염 경계면에 해당하는 커프 직경(18)의 연장 경로가 바로 절단 번(Burn)의 이동 경로에 해당한다.

이어, 상기 절단 시작점(14)으로부터 절단기의 이동 궤적(화살표로 도시됨)에 대한 경로를 천공하고자 하는 상기 구멍(12)의 외곽 경계면 내부 영역에서 원호 형상으로 설정한다. 이 경우에도 상기 이동 궤적은 천공부위에 해당하는 상기 구멍(12)의 외곽 경계면을 벗어나 외측으로 이탈하지 않도록 설정하고, 특히 절단기의 이동 궤적에 대한 곡률반경은 절단기에 의한 이동 거리를 최소화하기 위해 구멍(12)의 반경 보다 작은 값을 가지도록 설정한다.

이어, 상기 단계에서 설정된 이동 궤적을 추종하여 이루어지는 절단기에 의한 외측 절단면(20)을 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대해 최소의 예각으로 접근하도록 상기 외측 절단면(20)의 진입각도(X)를 설정한다. 이 경우, 상기 외측 절단면(20)은 절단기의 이동 궤적 중에서 절단기의 이동에 따라 상기 판 부재(10)에서 잘려 나가는 부위 중, 절단기의 이동 경로에 대한 곡률중심을 기준으로 바깥 쪽에 위치하는 절단 번에 해당하는 이동 경로의 연장 추종선에 해당한다.

한편, 절단기의 사양에 있어 피어싱 직경(16)이 8mm이고, 커프 직경(18)이 4mm인 경우, 천공할 수 있는 구멍(12)의 최소 직경은 10mm로 결정되는 데, 이는 상기 절단 시작점(14)의 위치가 상기 구멍(12)의 중심으로부터 편심된 위치로 설정됨에 따라 피어싱 직경(16)에 대한 커프 직경(18)이 중첩될 수 있는 부분을 감안한 것이다. 즉, 천공 가능한 구멍(12)의 최소 직경은 절단기의 피어싱 직경(16)과 커프 직경(18)의 절반을 합산한 정도로 결정될 수 있다.

그리고 상기 절단 시작점(14)의 위치를 설정할 때, 절단 번에 해당하는 커프 직경(18)의 바깥 쪽에 위치한 가장자리 부위로서 상기 외측 절단면(20)에 대한 초기 위치는 이동 궤적의 진행방향을 기준으로 상기 구멍(12)의 수직 중심선에 대해 상기 구멍(12)의 직경을 내측(a)과 외측(b)에서 각각 2대1로 분할하는 편심된 위치로 설정하는 것이 바람직하다. 일례로 상기 구멍(12)의 직경이 15mm인 경우, 상기 구멍(12)의 수직 중심선을 기준으로 내측(a)의 길이는 10.0mm이고, 외측(b)의 길이는 5.0mm로 설정된다.

또한, 상기 절단 시작점(14)에 대한 위치를 설정할 때, 상기 절단 시작점(14)에 대한 초기 위치는 이동 궤적의 진행방향을 기준으로 상기 구멍(12)의 수평 중심선에 대해 상기 구멍(12) 직경의 0.3배 거리로 벗어나 이동 궤적이 상기 구멍(12)의 수평 중심선을 경유하는 직선 진입구간(Burn-In)을 갖는 위치로 설정하는 것이 바람직하다. 일례로 상기 구멍(12)의 직경이 15mm인 경우, 상기 구멍(12)의 수평 중심선을 기준으로 상기 직선 진입구간이 갖는 길이(c)는 4.5mm를 초과하지 않도록 설정된다. 또한, 상기 직선 진입구간은 상기 구멍(12)의 직경이 크면 특정한 길이를 갖지 않고 상기 절단 시작점(14)에 대한 초기 위치는 상기 구멍(12)의 중심에 맞추어도 무방하다.

아울러, 본 발명에 있어 절단기의 이동 궤적을 추종하여 이루어지는 상기 외측 절단면(20)의 진입각도(X)는 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대해 최소의 예각으로 접근하도록 설정되는 것이 바람직하다. 이는 상기 외측 절단면(20)에 의해 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대한 손상을 방지하기 위함이고, 특히 천공 후 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대한 그라인딩 효과를 극대화하기 위함인 것이다.

또한, 본 발명에 있어 절단기의 이동 궤적을 추종하여 이루어지는 상기 외측 절단면(20)은 상기 판 부재(10)에 대한 구멍(12)의 천공 완료 후 상기 구멍(12)의 중심을 향한 직선 진출구간(Burn-Out)을 가지는 것이 바람직한 바, 이 역시 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대한 손상을 방지하기 위함인 것이다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-판 부재 12-구멍
14-절단 시작점 16-피어싱 직경
18-커프 직경 20-외측 절단면

Claims (7)

1. 절단기를 이용한 판 부재(10)의 천공 방법으로서,
   상기 판 부재(10)에 구멍(12)을 형성하기 위해 절단기에 의한 피어싱 직경(16)과 커프 직경(18)을 각각 고려하여 상기 구멍(12)의 중심으로부터 편심된 위치에 절단 시작점(14)의 위치를 설정하는 단계;
   상기 절단 시작점(14)으로부터 절단기의 이동 궤적을 상기 구멍(12)의 외곽 경계면 내에서 원호 형상으로 설정하는 단계; 및
   상기 이동 궤적을 추종하여 상기 구멍(12)의 외곽 경계면으로 접근하는 절단기에 의한 외측 절단면(20)의 진입각도(X)를 설정하는 단계를 포함하고,
   상기 절단 시작점(14)에 대한 위치 설정 시 상기 외측 절단면(20)에 대한 초기 위치는 상기 이동 궤적의 진행방향을 기준으로 상기 구멍(12)의 수직 중심선에 대해 상기 구멍(12)의 직경을 내측(a)과 외측(b)에서 각각 2대1로 분할하는 위치로 설정되는 것을 특징으로 하는 판 부재의 천공 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단 시작점(14)의 위치를 설정하는 단계는 절단기의 초기 발화 시 화염 경계면이 상기 구멍(12)의 외곽 경계면을 벗어나지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 판 부재의 천공 방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단 시작점(14)에 대한 위치 설정 시 상기 절단 시작점(14)에 대한 초기 위치는 상기 이동 궤적의 진행방향을 기준으로 상기 구멍(12)의 수평 중심선에 대해 상기 구멍(12) 직경의 0.3배 거리로 벗어나 상기 이동 궤적이 상기 구멍(12)의 수평 중심선을 경유하는 직선 진입구간을 갖는 위치로 설정되는 것을 특징으로 하는 판 부재의 천공 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동 궤적은 상기 구멍(12) 보다 작은 곡률반경을 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 판 부재의 천공 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 외측 절단면(20)의 진입각도(X)는 상기 구멍(12)의 외곽 경계면에 대해 최소의 예각으로 설정되는 것을 특징으로 하는 판 부재의 천공 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 이동 궤적은 상기 구멍(12)의 천공 후, 상기 외측 절단면(20)이 상기 구멍(12)의 중심을 향한 직선 진출구간을 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 판 부재의 천공 방법.
   
   

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