KR101821976B1

KR101821976B1 - 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법

Info

Publication number: KR101821976B1
Application number: KR1020160121932A
Authority: KR
Inventors: 신용문
Original assignee: 신라엔지니어링(주)
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-01-26

Abstract

본 발명은 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법은 대형 프레스금형(100)의 3D 데이터(이하 3D 금형)로부터, 열처리 로봇(300)이 이동할 패스(PASS)를 추출하는 모델링 단계(S100); 상기 패스(PASS)에 따라, 상기 열처리 로봇(300)이 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 시뮬레이션 단계(S200); 및 상기 시뮬레이션에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 작동시켜, 상기 대형 프레스금형(100)을 자동으로 고주파 열처리하는 오퍼레이션 단계(S300);를 포함한다. 본 발명에 따르면, 종래 대형 프레스금형에서 열처리할 부분을 열처리 장비(열처리 로봇)에 수작업으로 입력하던 티칭 공정을 생략하고, 상기 열처리할 부분의 표면의 곡률에 따라 열처리 공구(코일)를 수작업으로 교체하던 공정을 생략하여, 종래의 열처리 공정 중 수작업 공정을 자동화함으로써, 열처리 공정의 작업효율성을 증대시키고, 열처리된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법{A METHOD FOR AUTOMATING HIGH FREQUENCY HEAT TREATMENT FOR LARGE PRESS DIES}

본 발명은 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 열처리 공정 중 수작업 공정을 자동화함으로써, 열처리 공정의 작업효율성을 증대시키는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 프레스금형은 평면상태의 금속판재를 상형과 하형 사이에 넣어서 가압하여, 원하는 형상 및 치수로 성형 또는 전단하는 금속판재가공방법의 한 종류로서, 동일한 형상 및 치수의 부품 생산에 유리하여 산업 전반에 거쳐 널리 사용되고 있다.

상기의 프레스금형은 먼저 압연된 코일소재를 부품패널의 사이즈에 맞게 적당한 크기로 절단하는 블랭킹(BLANKING) 공정의 블랭킹 프레스 금형, 부품패널의 형태로 가압 성형하는 드로우(DRAW) 공정을 이루는 드로우 프레스 금형, 부품패널에서 불필요한 부분을 절단하거나 홀 등을 가공하는 트림(TRIM) 또는 피어싱(PIECING) 프레스금형 등으로 세분된다.

상기와 같은 금형은 금속재의 패널을 성명 및 전단하게 되므로 금형의 성형부 및 절단부에는 많은 부하와 반복피로가 누적된다. 따라서, 양산내구성을 갖기 위해, 금형 본래의 재질이 갖는 강도 등의 특성보다 높은 고강도 및 내마모성을 갖도록 열처리를 할 필요가 있다.

상기와 같은 금형의 고강도 및 내마모성 등을 보다 우수하게 하는 금형의 열처리 방법으로서, 소형 및 분리가 가능한 금형부품은 분리하여 진공열처리로와 같은 열처리 장치를 이용하여 열처리하는 것이 일반적이다. 이와 달리, 분리가 어려운 대형의 주물금형 및 주강금형 등과 같이 성형부의 형상이 완료된 금형의 열처리는 주로 고주파 열처리(induction hardening)로 이루어진다.

상기 고주파 열처리는 고주파 유도가열의 열원으로 금형의 표면을 가열 및 냉각하여, 금형의 표면층을 오스테나이트 조직에서 마르텐사이트 조직으로 변화시킴으로써, 고강도 및 내마모성은 물론 내피로성을 더욱 우수하게 하여 그 기계적 성질을 높이는 열처리 방법이다.

상기와 같은 대형 프레스금형의 고주파 열처리(induction hardening)를 위해, 종래에는 먼저 열처리 장비(열처리 로봇)에 티칭센서를 부착한 다음 수작업으로 열처리해야 할 부분을 티칭한다(도 13 참조). 상기 티칭센서에 장착된 위치센서를 통해 티칭데이터(열처리 부분을 티칭한 위치데이터)가 열처리 장비에 입력되면, 이후 열처리 장비에서 티칭센서를 분리하고, 실제 열처리 공구(코일)를 삽입한다. 이 상태에서 상기 입력된 데이터를 통해서 자동으로 열처리 실시하는 것이다.

즉, 종래의 대형 프레스 금형의 고주파 열처리에서는, 도 13에서와같이 고주파 열처리를 실시하기 전에 열처리 장비에 티칭센서를 부착하여 수작업으로 열처리할 부분을 티칭해야 했다. 또한, 대형 프레스금형의 표면의 곡률에 따라, 최적의 열처리를 수행하는 열처리 공구(코일)로 교체해야 했으며, 이러한 교체 역시 수작업으로 진행되었다.

이에 따라, 종래의 대형 프레스금형의 고주파 열처리 공정은 수작업이 다수 요구되는 반자동 공정이었으므로 작업 효율성이 떨어지고, 작업자의 숙련도 등에 따라 열처리된 대형 프레스금형의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1633284호 (2016.06.20)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대형 프레스금형의 3D 설계 데이터를 입력받고, 상기 3D 설계 데이터로부터 열처리할 부분의 데이터를 도출하며, 상기 열처리할 부분에서 사용할 열처리 공구(코일)을 각각 설정하여, 열처리 장비(로봇)이 자동으로 열처리를 수행하도록 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법은 대형 프레스금형(100)의 3D 데이터(이하 3D 금형)로부터, 열처리 로봇(300)이 이동할 패스(PASS)를 추출하는 모델링 단계(S100); 상기 패스(PASS)에 따라, 상기 열처리 로봇(300)이 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 시뮬레이션 단계(S200); 및 상기 시뮬레이션에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 작동시켜, 상기 대형 프레스금형(100)을 자동으로 고주파 열처리하는 오퍼레이션 단계(S300);를 포함한다.

상기 모델링 단계(S100)는, 상기 대형 프레스금형(100)이 놓이는 현실의 정반(surface plate, 200)의 축과 상기 정반(200)의 3D 데이터(이하 3D 정반)의 축을 일치시키는 단계(S110); 상기 3D 정반 상에, 상기 3D 금형을 배치하는 단계(S120); 및 상기 3D 금형 상에서, 열처리를 하고자 하는 구간(이하, 열처리 구간)의 센터라인인 상기 패스(PASS)을 추출하는 단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 시뮬레이션 단계(S200)는, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라, 상기 패스(PASS)를 복수 개로 나누어 구분하는 단계(S210); 서로 다른 형태를 가진 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310) 중 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하는 고주파 열처리용 코일(310)을, 상기 구분된 패스(PASS)마다 각각 설정하는 단계(S220); 상기 열처리 로봇(300)이 상기 구분된 각각의 패스(PASS)마다 상기 설정된 고주파 열처리용 코일(310)로 교체하면서, 상기 패스(PASS)를 따라 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 단계(S230); 생성된 상기 시뮬레이션을 실행하여, 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하는지 확인하는 단계(S240); 상기 확인하는 단계(S240)에서 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하지 않는 경우에는, 상기 시뮬레이션을 로봇언어로 변환하는 단계(S250); 및 상기 확인하는 단계(S240)에서 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하는 경우에는, 상기 열처리 로봇과 상기 3D 금형이 충돌하지 않도록 상기 시뮬레이션을 수정하는 제 1 수정단계(S260);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 오퍼레이션 단계(S300)는, 상기 로봇언어로 변환된 상기 시뮬레이션을 상기 열처리 로봇(300)에 입력하는 단계(S310); 상기 3D 금형의 좌표의 원점과 상기 시뮬레이션 상의 좌표의 원점을 일치시키는 단계(S320); 상기 시뮬레이션 상의 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 실제로 이동시켜, 상기 시뮬레이션에 이상이 있는지 확인하는 단계(S330); 상기 확인하는 단계(S330)에서 상기 시뮬레이션에 이상이 없는 경우에는, 상기 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)이 이동하면서 상기 고주파 열처리용 코일(310)에 전류를 인가하여, 고주파 열처리를 진행하는 단계(S340); 및 상기 확인하는 단계(S330)에서 상기 시뮬레이션에 이상이 있는 경우에는, 이상상태를 해소하도록 상기 시뮬레이션을 수정하는 제 2 수정단계(S350);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법은 상기 확인하는 단계(S330)에서, 상기 열처리 로봇(300)과 상기 대형 프레스금형(100)이 충돌하거나, 상기 열처리 로봇(300)이 상기 시뮬레이션에 따른 패스(PASS)를 이탈하거나, 상기 패스(PASS)에 따라 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격과 상기 열처리 로봇(300)의 실제 이동시 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격이 일치하지 않는 경우에는, 이상이 있는 것으로 확인하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템은 대형 프레스금형(100); 상기 대형 프레스금형(100)이 상면에 안착되는 정반(200); 및 상기 대형 프레스금형(100)의 표면을 자동으로 고주파 열처리하는 열처리 로봇(300); 상기 대형 프레스금형(100)의 3D 데이터(이하 3D 금형)로부터, 상기 열처리 로봇(300)이 이동할 패스(PASS)를 추출하는 모델링부(400); 상기 열처리 로봇(300)이 상기 패스(PASS)를 따라 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 시뮬레이션부(500); 및 서로 다른 형태를 갖는, 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310)을 수납하는 자동 코일 교체장치(600);를 포함한다.

상기 열처리 로봇(300)은, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면을 열처리하는 고주파 열처리용 코일(310); 및 상기 열처리 로봇(300)의 일단에 형성되며, 상기 고주파 열처리용 코일(310)을 상기 열처리 로봇(300)에 장착시키는 지그(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 패스(PASS)는 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라 복수 개로 구분되는 것을 특징으로 한다.

상기 고주파 열처리용 코일(310)은 복수 개이고, 복수 개로 구분된 상기 패스(PASS)에서의 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하도록, 상기 고주파 열처리용 코일(310)은 서로 다른 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 자동 코일 교체장치(600)는, 복수 개로 구분된 상기 패스(PASS)에서의 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하도록 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)을, 상기 열처리 로봇(300)이 각각의 패스(PASS)를 이동하기 전에, 상기 열처리 로봇(300)으로 이송하는 것을 특징으로 한다.

상기 자동 코일 교체장치(600)는, 원판 형태의 지지부(610); 상기 지지부(610)의 원주를 따라 서로 이격되도록 배치되며, 상기 지지부(610)의 중심을 향해 내측으로 만곡되도록 형성되어, 복수 개의 상기 고주파 열처리용 코일(310)이 수납되는 수납부(620); 상기 지지부(610)의 일측에 위치하며, 상기 수납부(620)에 수납된 상기 고주파 열처리용 코일(310)을 상기 열처리 로봇(300)에게 이송하거나, 상기 열처리 로봇(300)에서 분리된 상기 고주파 열처리용 코일(310)이 상기 수납부(620)에 수납되도록 이송하도록, 레일(631)을 따라 이동하는 이송부(630); 및 상기 지지부(610)의 하단에 위치하며, 상기 시뮬레이션 상에서 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하도록 상기 구분된 패스(PASS)마다 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)이 상기 이송부(630) 측에 가장 근접하도록, 상기 지지부(610)를 회전시키는 회동부(640);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템은 상기 열처리 로봇(300), 상기 모델링부(400), 상기 시뮬레이션부(500) 및 상기 자동 코일 교체장치(600)가 서로 전기적으로 연결되어, 서로 데이터를 송신하거나 수신하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래 대형 프레스금형에서 열처리할 부분을 열처리 장비(열처리 로봇)에 수작업으로 입력하던 티칭 공정을 생략하고, 상기 열처리할 부분의 표면의 곡률에 따라 열처리 공구(코일)를 수작업으로 교체하던 공정을 생략하여, 종래의 열처리 공정 중 수작업 공정을 자동화함으로써, 열처리 공정의 작업효율성을 증대시키고, 열처리된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에서 S120 단계의 예시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에서 S130 단계의 예시도.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에서 S220 내지 S230 단계의 예시도.
도 9는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템의 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템에서 열처리 로봇의 사시도.
도 11은 도 10의 A의 확대도.
도 12는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템에서 자동 코일 교체장치의 사시도.
도 13은 종래의 티칭 공정을 설명하는 도면.

본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에서 S120 단계의 예시도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에서 S130 단계의 예시도이고, 도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에서 S220 내지 S230 단계의 예시도이다.

도 1 내지 도 8을 참조할 때, 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법은 모델링 단계(S100), 시뮬레이션 단계(S200), 오퍼레이션 단계(S300)를 포함한다.

모델링 단계(S100)는 대형 프레스금형(100)의 3D 데이터(이하 3D 금형)로부터, 열처리 로봇(300)이 이동할 패스(PASS)를 추출하는 단계이다. 상기 모델링 단계(S100)에서는 우선 상기 대형 프레스금형(100)이 놓이는 현실의 정반(surface plate, 200)의 축과 상기 정반(200)의 3D 데이터(이하 3D 정반)의 축을 일치시키고(S110), 이후, 상기 3D 정반 상에, 상기 3D 금형을 배치한다(S120). (도 2 참조)

최종적으로 열처리 로봇(300)이 상기 3D 금형 상의 패스(PASS)를 따라 이동하면서 대형 프레스 금형(100)의 표면을 열처리하게 되므로, 우선 상기 열처리 로봇(300)이 이동해야 할 좌표의 기본 축이 될 현실의 정반(surface plate, 200)의 축과 상기 3D 정반의 축을 일치시키는 것이다. 이후, 열처리 로봇(300)이 이동하면서 열처리를 하게 될 상기 대형 프레스금형(100)을 3D 데이터 화하여, 상기 3D 정반 상에 배치하게 된다. 실제의 대형 프레스금형(100) 역시 실제의 정반(200) 상에 배치되므로, 3D 데이터 상에서 이를 반영하기 위함이다.

상기 3D 금형은 상기 대형 프레스금형(100)의 3D 설계 데이터일 수 있고, 상기 3D 정반은 상기 정반(200)의 3D 설계 데이터일 수 있다. 이러한 경우, 상기 3D 금형 및 상기 3D 정반은 미리 생성된 3D 설계 데이터를 그대로 사용할 수 있다. 따라서, 별도의 3D 데이터를 생성할 필요가 없으므로, 시간 및 비용을 절감할 수 있는 것이다.

이후, 상기 3D 금형 상에서, 열처리를 하고자 하는 구간(이하, 열처리 구간)의 센터라인인 상기 패스(PASS)을 추출한다(S130). (도 3 및 도 4 참조)

상기 패스(PASS)는 최종적으로 열처리 로봇(300)이 이동하는 경로로써, 상기 열처리 로봇(300)이 패스(PASS)를 따라 이동하면서 대형 프레스 금형(100)의 표면을 열처리하게 된다. 즉, 상기와 같이 패스(PASS)를 추출함으로써, 종래에 수작업으로 진행되었던 티칭 공정을 대신하게 되는 것이다.

시뮬레이션 단계(S200)는 상기 패스(PASS)에 따라, 상기 열처리 로봇(300)이 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 단계이다. 종래에는 티칭 공정에 의해 열처리 장비(로봇)에 입력된 데이터 상의 오류로 인해, 실제 열처리 공정 중 열처리 장비(코일)과 금형 사이의 충돌이 빈번하게 발생하였고, 이에 따라 금형이 손상되는 문제점이 있었다.

이를 해소하기 위해, 본 발명에서는 실제 열처리 공정을 진행하기 전에, 상기 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)이 이동하는 시뮬레이션을 생성하여, 고주파 열처리용 코일(310)과 대형 프레스금형(100)과의 충돌 여부를 확인하고, 충돌이 발생하는 경우에는 시뮬레이션을 수정하는 것이다.

이하, 상기 시뮬레이션(200) 단계에 대해 보다 상세하게 설명한다.

상기 시뮬레이션 단계(S200)에서는 우선, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라, 상기 패스(PASS)를 복수 개로 나누어 구분한다(S210). 이후, 서로 다른 형태를 가진 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310) 중 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하는 고주파 열처리용 코일(310)을, 상기 구분된 패스(PASS)마다 각각 설정한다(S220).

이는 대형 프레스금형(100)의 표면을 효율적으로 열처리하기 위해, 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라 다른 형태의 고주파 열처리 코일(310)을 사용해야 하기 때문이다.

이하, 상기 S210 및 S220 단계를 예를 들어 설명하도록 한다.

예를 들어, 우선 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률이 0인 경우의 패스를 제 1 패스, 표면의 곡률이 10인 경우의 패스를 제 2 패스, 표면의 곡률이 20인 경우의 패스를 제 3 패스로 나누어 구분한다(S210).

이후, 상기 제 1 패스에서는 저면이 편평한 형태의 고주파 열처리용 코일(310)인 제 1 코일이 사용되도록 설정하고, 상기 제 2 패스에서는 저면의 곡률이 10이 되도록 하방으로 만곡된 형태의 고주파 열처리용 코일(310)인 제 2 코일이 사용되도록 설정하며, 상기 제 3 패스에서는 저면의 곡률이 20이 되도록 하방으로 만곡된 형태의 고주파 열처리용 코일(310)인 제 3 코일이 사용되도록 설정하는 것이다.

이후, 상기 열처리 로봇(300)이 상기 구분된 각각의 패스(PASS)마다 상기 설정된 고주파 열처리용 코일(310)로 교체하면서, 상기 패스(PASS)를 따라 이동하는 시뮬레이션을 생성하고(S230), 생성된 상기 시뮬레이션을 실행하여, 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하는지 확인하는 것이다(S240).

상기 확인하는 단계(S240)에서 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하지 않는 경우에는, 상기 시뮬레이션을 로봇언어로 변환한다 (S250). 이는 상기 시뮬레이션 상에서 충돌이 발생하지 않으므로 일정 부분 신뢰성을 확보한 시뮬레이션 데이터를 열처리 로봇(300)에 입력하여, 상기 시뮬레이션과 같이 열처리 로봇(300)을 이동시키면서 대형 프레스금형(100)의 표면을 열처리하기 위함이다.

반면에, 상기 확인하는 단계(S240)에서 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하는 경우에는, 상기 열처리 로봇과 상기 3D 금형이 충돌하지 않도록 상기 시뮬레이션을 수정한다(S260). 이는 고주파 열처리용 코일(310)과 대형 프레스금형(100)과의 실제 충돌을 방지하여, 고주파 열처리용 코일(310) 및 대형 프레스금형(100)의 손상을 방지하기 위함이다.

즉, 실제로 열처리 로봇(300)을 작동시키기 전에, 시뮬레이션을 통해 충돌여부를 판단할 수 있으므로, 고주파 열처리용 코일(310) 및 대형 프레스금형(100)의 손상을 방지하여 비용 및 소요시간을 절감할 수 있는 것이다.

상기와 같이 시뮬레이션을 수정(S260)한 후 다시 확인하는 단계(S240)를 수행하며, 충돌이 발생하지 않을 때까지 상기 S240 및 상기 S260 단계를 반복하여 수행한다.

오퍼레이션 단계(S300)는 상기 시뮬레이션에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 작동시켜, 상기 대형 프레스금형(100)을 자동으로 고주파 열처리하는 단계이다. 즉, 오퍼레이션 단계(S300)에서 실제로 열처리 로봇(300)이 작동하게 되는 것이다.

상기 오퍼레이션 단계(S300)에서는 우선, 상기 로봇언어로 변환된 상기 시뮬레이션을 상기 열처리 로봇(300)에 입력하고(S310), 상기 3D 금형의 좌표의 원점과 상기 시뮬레이션 상의 좌표의 원점을 일치시킨다(S320). 이는 상기 시뮬레이션에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 작동시키기 위함이다.

보다 상세히 설명하면, 상기 S110 단계에서 상기 정반(200)과 상기 3D 정반의 축을 일치시켰으므로, 상기 3D 금형의 좌표는 대형 프레스금형(100)의 좌표와 일치하는 상태이다. 따라서, 상기 시뮬레이션 상의 좌표의 원점을 상기 3D 금형의 좌표의 원점과 일치시킴으로써, 상기 시뮬레이션에 따라 3D 금형 상에서 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션이 이동하는 패스(PASS)와 대형 프레스금형(100) 상에서 열처리 로봇(300)이 이동하는 패스(PASS)를 일치시킬 수 있는 것이다.

이후, 상기 시뮬레이션 상의 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 실제로 이동시켜, 상기 시뮬레이션에 이상이 있는지 확인한다(S330). 즉, 본 발명에서는 시뮬레이션을 통해 충돌여부를 1차적으로 확인하였으나, 그럼에도 불구하고, 데이터의 오차 등으로 인해 충돌 등의 이상이 발생할 위험이 있다. 따라서, 이를 방지하고자 대형 프레스금형(100)의 표면을 열처리하기 전에, 상기 열처리 로봇(300)을 실제로 이동시키면서 시험운전하는 것이다.

상기 S330 단계에서는 충돌에 따른 열처리 로봇(300) 및 대형 프레스금형(100)의 손상을 방지하기 위해, 실제 열처리 로봇(300)의 이동속도보다 낮은 속도로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 S330 단계에서는 충돌에 따른 열처리 로봇(300) 및 대형 프레스금형(100)의 손상을 방지하기 위해, 탄성을 갖는 재료로 형성된 고주파 열처리용 코일(310) 형태의 시험운전장비를 상기 열처리 로봇(300)에 장착할 수도 있다.

이하, 상기 확인하는 단계(S330)에서의 이상에 대해 설명한다.

첫 번째로는, 상기 열처리 로봇(300)과 상기 대형 프레스금형(100)이 충돌하는 경우로서, 충돌에 따른 열처리 로봇(300) 및 대형 프레스금형(100)의 손상을 방지하기 위해 시뮬레이션의 이상으로 판정한다.

두 번째로는, 상기 열처리 로봇(300)이 상기 시뮬레이션에 따른 패스(PASS)를 이탈하는 경우이다. 상기 패스(PASS)는 상기 S130 단계에서 대형 프레스금형(100)에 열처리가 필요한 부분(열처리 부분)의 센터라인을 추출한 것이므로, 상기 열처리 로봇(300)이 상기 시뮬레이션에 따른 패스(PASS)를 이탈하면 대형 프레스금형(100)의 표면 중 열처리가 되지 않은 부분이 발생하게 된다. 따라서, 두 번째 경우도 시뮬레이션의 이상으로 판정한다.

세 번째로는, 상기 패스(PASS)에 따라 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격과 상기 열처리 로봇(300)의 실제 이동시 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격이 일치하지 않는 경우이다. 상기한 바와 같이, 상기 패스(PASS)는 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라 구분되며, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 최적의 간격이 다를 수 있다.

따라서, 상기 패스(PASS)에 따라 상기 최적의 간격을 미리 설정할 수 있으며, 상기 열처리 로봇(300)이 실제로 이동할 때의 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격이, 상기와 같이 설정된 최적의 간격과 일치하지 않는 경우에도 시뮬레이션의 이상으로 판정하는 것이다.

이후, 상기 확인하는 단계(S330)에서 상기 시뮬레이션에 이상이 없는 경우에는, 상기 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)이 이동하면서 상기 고주파 열처리용 코일(310)에 전류를 인가하여, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면에 대해 고주파 열처리를 진행한다(S340).

상기한 바와 같이, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라 상기 패스(PASS)를 복수 개로 나누어 구분되고(S210 참조), 서로 다른 형태를 가진 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310) 중 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하는 고주파 열처리용 코일(310)이, 상기 구분된 패스(PASS)마다 각각 설정된 상태이다.

따라서, 상기 열처리 로봇(300)이 이동하면서 상기 대형 프레스금형(100)의 표면에 대해 고주파 열처리를 진행하는 경우에도, 상기 구분된 패스(PASS) 마다 설정된 고주파 열처리용 코일(310)로 교체하면서 상기 열처리 로봇(300)이 고주파 열처리를 진행하게 된다.

이때, 형태가 서로 상이한 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310)을 자동으로 교체하기 위해, 자동 코일 교체장치(600)가 사용되며, 이에 대한, 상세한 내용은 후술하기로 한다.

상기 확인하는 단계(S330)에서 상기 시뮬레이션에 이상이 있는 경우에는, 이상상태를 해소하도록 상기 시뮬레이션을 수정한다(S350). 이는 첫 번째로는, 고주파 열처리용 코일(310)과 대형 프레스금형(100)과의 실제 충돌을 방지하여, 고주파 열처리용 코일(310) 및 대형 프레스금형(100)의 손상을 방지하기 위함이다. 두 번째로는, 대형 프레스금형(100)의 표면 중 열처리가 필요한 부분을 생략하지 않음으로써 제품의 품질을 향상시키기 위함이다. 세 번째로는, 고주파 열처리용 코일(310)과 대형 프레스금형(100) 사이의 간격을 최적의 간격으로 유지하여, 열처리 공정의 효율 및 제품의 품질을 향상시키기 위함이다.

상기와 같이 시뮬레이션을 수정(S350)한 후 다시 확인하는 단계(S330)를 수행하며, 충돌이 발생하지 않을 때까지 상기 S240 및 상기 S260 단계를 반복하여 수행한다.

도 9는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템의 개략도이고, 도 10은 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템에서 열처리 로봇의 사시도이다. 도 11은 도 10의 A의 확대도이고, 도 12는 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템에서 자동 코일 교체장치의 사시도이다.

도 9 내지 도 12를 참조할 때, 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템은 대형 프레스금형(100), 정반(200), 열처리 로봇(300), 모델링부(400), 시뮬레이션부(500), 자동 코일 교체장치(600)를 포함한다.

대형 프레스금형(100)은 표면이 열처리되는 제품이고, 정반(200)은 상기 대형 프레스금형(100)을 상면에 안착시키는 역할을 한다. 열처리 로봇(300)은 상기 대형 프레스금형(100)의 표면을 자동으로 고주파 열처리하는 역할을 하며, 상세한 내용은 후술하기로 한다.

모델링부(400)는 상기 대형 프레스금형(100)의 3D 데이터(이하 3D 금형)로부터, 상기 열처리 로봇(300)이 이동할 패스(PASS)를 추출하는 역할을 하며, 상기 S100 단계가 상기 모델링부(400)에서 수행된다.

시뮬레이션부(500)는 상기 열처리 로봇(300)이 상기 패스(PASS)를 따라 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 역할을 하며, 상기 S200 단계가 상기 시뮬레이션부(500)에서 수행된다.

자동 코일 교체장치(600)는 서로 다른 형태를 갖는, 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310)을 수납하거나, 상기 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310) 중 패스(PASS)에 따라 설정된 어느 하나를 상기 열처리 로봇(300)으로 이송하는 역할을 한다. 이에 대한, 상세한 내용은 후술하기로 한다.

이하 상기 열처리 로봇(300)에 대해 상세하게 설명한다.

상기 열처리 로봇(300)은 상기 대형 프레스금형(100)의 표면을 열처리하는 고주파 열처리용 코일(310) 및 상기 열처리 로봇(300)의 일단에 형성되며, 상기 고주파 열처리용 코일(310)을 상기 열처리 로봇(300)에 장착시키는 지그(320)를 포함한다.

이때, 상기 패스(PASS)는 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라 복수 개로 구분되며, 상기 고주파 열처리용 코일(310)은 복수 개로 구분된 상기 패스(PASS)에서의 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하도록, 서로 다른 형태를 갖는다.

예를 들어, 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률이 0인 경우의 패스를 제 1 패스, 표면의 곡률이 10인 경우의 패스를 제 2 패스, 표면의 곡률이 20인 경우의 패스를 제 3 패스로 나누어 구분한다.

이러한 경우, 상기 제 1 패스에서는 저면이 편평한 형태의 고주파 열처리용 코일(310)인 제 1 코일이 사용되도록 설정하고, 상기 제 2 패스에서는 저면의 곡률이 10이 되도록 하방으로 만곡된 형태의 고주파 열처리용 코일(310)인 제 2 코일이 사용되도록 설정하며, 상기 제 3 패스에서는 저면의 곡률이 20이 되도록 하방으로 만곡된 형태의 고주파 열처리용 코일(310)인 제 3 코일이 사용되도록 설정할 수 있다.

즉, 상기 고주파 열처리용 코일(310)은 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하도록, 서로 다른 형태를 갖는, 상기 제 1 코일, 상기 제 2 코일 및 상기 제 3 코일 등을 포함하는 것이다.

이하 상기 자동 코일 교체장치(600)에 대해 상세하게 설명한다.

상기 자동 코일 교체장치(600)는 복수 개로 구분된 상기 패스(PASS)에서의 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하도록 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)을, 상기 열처리 로봇(300)으로 이송하는 역할을 한다.

상기 자동 코일 교체장치(600)는 지지부(610), 수납부(620), 이송부(630), 회동부(640)를 포함한다. 상기 지지부(610)는 원판 형태의 구조체이고, 수납부(620)는 상기 지지부(610)의 원주를 따라 서로 이격되도록 배치된다. 또한, 상기 수납부(620)는 상기 지지부(610)의 중심을 향해 내측으로 만곡되도록 형성되어, 복수 개의 상기 고주파 열처리용 코일(310)을 수납하는 역할을 한다.

이송부(630)는 상기 지지부(610)의 일측에 위치하며, 상기 수납부(620)에 수납된 상기 고주파 열처리용 코일(310)을 상기 열처리 로봇(300)에게 이송하거나, 상기 열처리 로봇(300)에서 분리된 상기 고주파 열처리용 코일(310)이 상기 수납부(620)에 수납되도록 이송하도록, 레일(631)을 따라 이동한다.

회동부(640)는 상기 지지부(610)의 하단에 위치하며, 상기 시뮬레이션 상에서 상기 대형 프레스 금형(100)의 표면의 곡률에 부합하도록 상기 구분된 패스(PASS)마다 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)이 상기 이송부(630) 측에 가장 근접하도록, 상기 지지부(610)를 회전시키는 역할을 한다. 이에 따라, 상기 패스(PASS)를 따라 이동하는 열처리 로봇(300)에, 상기 구분된 패스(PASS)에 따른 고주파 열처리용 코일(310)을 자동적으로 제공할 수 있는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 시스템에서는 상기 열처리 로봇(300), 상기 모델링부(400), 상기 시뮬레이션부(500) 및 상기 자동 코일 교체장치(600)가 서로 전기적으로 연결되어, 서로 데이터를 송신하거나 수신할 수 있다.

따라서, 상기 시뮬레이션부(500)에서 상기 구분된 패스(PASS)마다 고주파 열처리용 코일(310)을 설정한 경우, 상기 열처리 로봇(300)이 상기 구분된 패스(PASS)로 이동하면서 대형 프레스금형(100)의 표면을 열처리할 때, 상기 자동 코일 교체장치(600)에서 상기 열처리 로봇(300)으로 상기 구분된 패스(PASS) 별로 고주파 열처리용 코일(310)을 자동으로 이송하는 것이다.

이후 상기 열처리 로봇(300)은 지그(320)를 해제하여 종전에 장착된 고주파 열처리용 코일(310)을 분리시키고, 새로이 이송된 고주파 열처리용 코일(310)은 상기 열처리 로봇(300)에 자동으로 장착된다. 분리된 고주파 열처리용 코일(310)은 이송부(630)에 안착되고, 레일(631)을 따라 이동하여 수납부(620)에 자동으로 수납되는 것이다.

즉, 상기와 같이 상기 열처리 로봇(300), 상기 모델링부(400), 상기 시뮬레이션부(500) 및 상기 자동 코일 교체장치(600)가 서로 전기적으로 연결됨으로써, 종래에 수작업으로 진행되었던 열처리 공구(코일)의 교체작업을 자동화하여, 작업 효율성을 증대시키는 효과를 발휘할 수 있다.

앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

100 대형 프레스금형
200 정반
300 열처리 로봇
310 고주파 열처리용 코일
320 지그
400 모델링부
500 시뮬레이션부
600 자동 코일 교체장치
610 지지부
620 수납부
630 이송부
631 레일
640 회동부

Claims

대형 프레스금형(100)의 3D 데이터(이하 3D 금형)로부터, 열처리 로봇(300)이 이동할 패스(PASS)를 추출하는 모델링 단계(S100);
상기 패스(PASS)에 따라, 상기 열처리 로봇(300)이 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 시뮬레이션 단계(S200); 및
상기 시뮬레이션에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 작동시켜, 상기 대형 프레스금형(100)을 자동으로 고주파 열처리하는 오퍼레이션 단계(S300);
를 포함하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법에 있어서,
상기 모델링 단계(S100)는,
상기 대형 프레스금형(100)이 놓이는 현실의 정반(surface plate, 200)의 축과 상기 정반(200)의 3D 데이터(이하 3D 정반)의 축을 일치시키는 단계(S110);
상기 3D 정반 상에, 상기 3D 금형을 배치하는 단계(S120); 및
상기 3D 금형 상에서, 열처리를 하고자 하는 구간(이하, 열처리 구간)의 센터라인인 상기 패스(PASS)을 추출하는 단계(S130);
를 포함하고,
상기 시뮬레이션 단계(S200)는,
상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 따라, 상기 패스(PASS)를 복수 개로 나누어 구분하는 단계(S210);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 시뮬레이션 단계(S200)는,
서로 다른 형태를 가진 복수 개의 고주파 열처리용 코일(310) 중 상기 대형 프레스금형(100)의 표면의 곡률에 대응하는 고주파 열처리용 코일(310)을, 상기 구분된 패스(PASS)마다 각각 설정하는 단계(S220);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 4항에 있어서,
상기 시뮬레이션 단계(S200)는,
상기 열처리 로봇(300)이 상기 구분된 각각의 패스(PASS)마다 상기 설정된 고주파 열처리용 코일(310)로 교체하면서, 상기 패스(PASS)를 따라 이동하는 시뮬레이션을 생성하는 단계(S230);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 5항에 있어서,
상기 시뮬레이션 단계(S200)는,
생성된 상기 시뮬레이션을 실행하여, 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하는지 확인하는 단계(S240);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 6항에 있어서,
상기 시뮬레이션 단계(S200)는,
상기 확인하는 단계(S240)에서 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하지 않는 경우에는, 상기 시뮬레이션을 로봇언어로 변환하는 단계(S250);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 6항에 있어서,
상기 시뮬레이션 단계(S200)는,
상기 확인하는 단계(S240)에서 상기 열처리 로봇(300)의 시뮬레이션과 상기 3D 금형이 충돌하는 경우에는, 상기 열처리 로봇과 상기 3D 금형이 충돌하지 않도록 상기 시뮬레이션을 수정하는 제 1 수정단계(S260);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 7항에 있어서,
상기 오퍼레이션 단계(S300)는,
상기 로봇언어로 변환된 상기 시뮬레이션을 상기 열처리 로봇(300)에 입력하는 단계(S310);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 9항에 있어서,
상기 오퍼레이션 단계(S300)는,
상기 3D 금형의 좌표의 원점과 상기 시뮬레이션 상의 좌표의 원점을 일치시키는 단계(S320);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 10항에 있어서,
상기 오퍼레이션 단계(S300)는,
상기 시뮬레이션 상의 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)을 실제로 이동시켜, 상기 시뮬레이션에 이상이 있는지 확인하는 단계(S330);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 11항에 있어서,
상기 오퍼레이션 단계(S300)는,
상기 확인하는 단계(S330)에서 상기 시뮬레이션에 이상이 없는 경우에는, 상기 패스(PASS)에 따라 상기 열처리 로봇(300)이 이동하면서 상기 고주파 열처리용 코일(310)에 전류를 인가하여, 고주파 열처리를 진행하는 단계(S340);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 11항에 있어서,
상기 오퍼레이션 단계(S300)는,
상기 확인하는 단계(S330)에서 상기 시뮬레이션에 이상이 있는 경우에는, 이상상태를 해소하도록 상기 시뮬레이션을 수정하는 제 2 수정단계(S350);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.
제 11항에 있어서,
상기 확인하는 단계(S330)에서,
상기 열처리 로봇(300)과 상기 대형 프레스금형(100)이 충돌하거나,
상기 열처리 로봇(300)이 상기 시뮬레이션에 따른 패스(PASS)를 이탈하거나,
상기 패스(PASS)에 따라 설정된 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격과 상기 열처리 로봇(300)의 실제 이동시 상기 고주파 열처리용 코일(310)과 상기 대형 프레스금형(100) 사이의 간격이 일치하지 않는 경우에는,
이상이 있는 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 대형 프레스금형의 고주파 열처리 자동화 방법.