KR101885154B1 - 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형강을 비틀림 성형하기 위한 성형 시스템에 있어서, 상기 성형 시스템은 형강을 일측에 비틀린 형상으로 고정하는 고정장치와, 상기 고정장치에 의해 고정된 형강을 가열하는 가열장치와, 가열장치와 측정장치의 위치를 이동시키기 위한 구동장치와, 상기 가열장치의 동작을 제어하는 제어장치와, 가열 위치를 인식하기 위한 측정장치를 포함하되, 상기 측정장치는 레이저, 초음파 또는 적외선 등을 이용하여 형강의 위치 또는 형상을 측정하며, 가열된 형강의 냉각이 완료되면 제조오차를 검사하여 정밀한 성형이 가능한 것을 특징으로 하는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.

Description

형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법{Forming system for shaped steel twisting and method thereof}

본 발명은 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형강을 비틀림 성형하기 위한 성형 시스템에 있어서, 상기 성형 시스템은 형강을 일측에 비틀린 형상으로 고정하는 고정장치와, 상기 고정장치에 의해 고정된 형강을 가열하는 가열장치와, 가열장치와 측정장치의 위치를 이동시키기 위한 구동장치와, 상기 가열장치의 동작을 제어하는 제어장치와, 가열 위치를 인식하기 위한 측정장치를 포함하되, 상기 측정장치는 레이저, 초음파 또는 적외선 등을 이용하여 형강의 위치 또는 형상을 측정하며, 가열된 형강의 냉각이 완료되면 제조오차를 검사하여 정밀한 성형이 가능한 것을 특징으로 하는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.

형강이란 단면의 형상이 다각적으로 변화가 많은 봉 모양의 강재를 말한다. 이러한 형강은 단면의 모양에 따라 분류될 수 있는데, "ㄴ"자 모양의 등변 산형강, "I"자 형상의 I형강, "T"자 형상의 T형강, "H"자 형상의 H형강 등이 주로 쓰이며, 건축물이나 선박 등 대형 구조물의 골조나 토목공사에 많이 사용된다. 이때 T형강은 T-beam, H형강은 H-beam 등으로 불리기도 한다.

이러한 형강은 길이방향으로 직선으로 전개되어 제조되는데, 따라서 선박의 외관이나 곡선부를 가지는 구조물의 건조에 형강이 사용되는 경우에는 형강을 비틀림가공을 통해 변형시켜야 한다. 이는 도 1 및 도 2에서 확인할 수 있는데, 도 1에 도시된 형강(2)을 도 2와 같이 비틀림 변형시켜야만 한다. 이때 형강(2)의 수직부는 웹(web)이라고 하며 도면부호 21로 나타내고, 수평부는 플랜지(flange)라고 하며 도면부호 23으로 나타내었다.

종래 형강의 비틀림가공은 대부분 수작업에 의해 이루어지고 있는데, 구체적으로는 작업자가 가스 버너를 이용해 형강의 일정 위치에 열을 가하여 열성형 하는 방법이 이용되고 있다. 이때 열을 가하는 위치는 작업자의 숙련도에 의해 제어되고, 형강의 비틀림을 위한 고정도 무거운 자제를 이용해 임의적으로 이루어지고 있다.

따라서 형강의 비틀림가공은 기술적으로 2~3년 이상의 숙련도를 요구하는 상당한 난이도를 가지는 공정에 해당하며, 아무리 숙련된 기술자에 의해 작업이 진행된다고 하여도 항상 일정하게 수치화된 정밀도를 확보하는 것이 매우 어렵다.

또한, 형강의 비틀림가공은 쐐기, 해머 등 중량 치공구를 사용하여 이루어지기 때문에 작업자의 근골결계 질환을 유발시킬 위험이 높은 힘든 작업이기도 한데, 신규 기술자의 유입은 감소하고, 기존 기술자들은 고령화되고 있어, 업계의 수요가 원활하게 해소되지 못하고 있는 상황이다.

관련 선행기술을 살펴보면 형강을 길이방향을 따라 비틀어주는 비틀림가공을 위한 장치에 관한 것은 찾아보기 어려운 실정인데, 특히 T형강과 같은 형강재의 비틀림가공을 위한 장치에 관한 선행기술은 전무한 실정이다. 다만, 참고할 만한 기술로는 다음과 같은 특허문헌이 존재한다.

<특허문헌>

특허 제10-1415868호(2014.06.30. 등록) "벤딩 장치"

상기 특허문헌에 도시된 발명은 형강 등을 벤딩하는 벤딩 장치에 관해 개시하고 있는데, 이는 소정의 평판이나 형강을 양쪽 끝이 말려 올라가게 하여 Z축을 중심으로 원통형으로 성형되도록 해주는 장치이다.

그러나 상기 발명은 형강재의 비틀림가공을 구현할 수 없으며, 따라서 종래의 형강 비틀림가공은 모두 고숙련의 작업자들에 의해 수작업으로 진행될 수밖에 없었다. 이러한 방법은 전술한 바와 같이 이러한 작업은 작업자가 일정한 자세로 장시간 작업을 하여야 하므로 각종 근골격계 질환을 유발할 수밖에 없으며, 기술자의 공급에 어려움이 많고, 아무리 숙련된 기술자라 하더라도 일정한 수준의 정밀도를 구현하는 것이 불가능한 문제점이 있다. 또한 수작업에 의하므로 작업속도에 한계가 있어 제조수율이 낮아질 수밖에 없다.

따라서 형강의 비틀림성형을 표준화하여 작업속도를 향상시킴에 따라 작업수율을 증진시키고 일정한 정밀도를 확보하며, 나아가 작업자의 숙련도에 대한 의존도를 낮추어 안정적인 작업이 가능하고, 또한 위험하고 힘든 환경에서 작업함에 따라 발생할 수 있는 작업자에 대한 각종 위험 및 질환을 회피할 수 있도록 형강을 다양한 위치에서 견고하게 고정 시켜주는 장치 및 이를 이용한 성형방법에 대한 필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 제어장치를 통해 성형 작업 전반을 제어함으로써 정밀하고 안정적인 작업이 가능해짐에 따라 우수한 제품을 만들 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 제어장치를 통해 성형 작업 전반을 제어함으로써 신속한 작업이 가능해짐에 따라 제조수율을 향상시키고 제품단가를 낮출 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제어장치를 통해 성형 작업 전반을 제어함으로써 작업자의 실력에 대한 의존도를 낮추어 안정적인 제품 생산이 가능한 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 형강 비틀림 작업을 자동화하여 작업자가 위험한 환경에서 일하는 것을 방지함에 따라 안전사고 발생 확률을 낮출 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 형강 비틀림 작업을 자동화하여 작업자가 불편한 자세로 장시간 작업하는 것을 방지함에 따라 작업자의 건강을 해칠 염려를 불식시킬 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 측정장치를 포함하여 형강의 형상과 위치를 측정함에 따라 정밀한 작업이 가능한 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 측정장치가 레이저, 초음파 또는 적외선을 이용하여 형강의 위치 또는 형상을 측정함에 따라 정밀한 측정이 가능한 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 작업 전 미리 형강의 제원을 입력함으로써 제어장치가 보다 정밀한 제어를 수행할 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 가열장치를 통해 가열함으로써 정밀한 가열이 가능한 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 냉각 후 검사단계를 포함함으로써 정확한 형상의 형강을 성형할 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 검사단계에서 오차가 허용범위를 벗어난다고 판단되는 경우 재가열을 실시하여 정확한 형상의 형강을 성형할 수 있는 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시 예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 형강을 비틀림 성형하기 위한 성형 시스템에 있어서, 상기 성형 시스템이 형강을 일측에 비틀린 형상으로 고정하는 고정장치와, 상기 고정장치에 의해 고정된 형강을 가열하는 가열장치와, 상기 가열장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하여 자동으로 비틀림 성형 작업을 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형 시스템이 가열 위치를 인식하기 위한 측정장치를 더 포함하여 정확한 위치에 자동으로 가열작업을 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형 시스템이 가열장치와 측정장치의 위치를 이동시키기 위한 구동장치를 더 포함하여 형강의 다양한 위치를 인식하고 열을 가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 제어장치가 형강을 그 길이방향을 가로지르는 다수의 선을 기준으로 일정 간격으로 나누고, 그 경계의 선을 따라 가열장치가 가열작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 가열장치가 그리는 선이 형강의 길이방향을 기준으로 수직이 아닌 각도를 이루되, 상기 각도는 형강의 비틀림에 의해 나타나는 경사 중 낮아지는 방향으로 기울어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 제어장치에 형강의 폭, 두께, 길이 또는 재질에 대한 정보가 입력되어 이를 바탕으로 가열장치의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 측정장치가 레이저, 초음파 또는 적외선을 이용하여 형강의 위치 또는 형상을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 형강을 비틀림 성형하기 위한 성형 방법에 있어서, 상기 성형 방법이 형강을 비틀린 상태로 고정하는 고정단계와, 형강 상에 가열할 위치를 자동으로 결정하는 가열경로결정단계와, 가열경로 상에 자동으로 열을 가하여 응력을 해소함으로써 성형시키는 가열단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형방법이 형강의 폭, 두께, 길이 또는 재질에 대한 정보를 입력하는 정보입력단계를 더 포함하여 정확한 가열경로결정이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형방법이 형강의 형상과 위치를 측정하는 측정단계를 더 포함하여 정확한 가열경로결정이 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형방법이 가열단계 이후 형강을 냉각하는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형방법이 냉각단계 이후 형강의 곡률을 측정하여 제조오차를 계산하는 검사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 성형방법이 상기 검사단계에서 계산된 제조오차가 허용범위를 넘어설 경우 다시 가열단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 가열단계가 형강을 그 길이방향을 가로지르는 다수의 선을 기준으로 일정 간격으로 나누고, 그 경계의 선을 따라 가열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법은 상기 가열단계에서 그려지는 선이 형강의 길이방향을 기준으로 수직이 아닌 각도를 이루되, 상기 각도는 형강의 비틀림에 의해 나타나는 경사 중 낮아지는 방향으로 기울어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시 예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 제어장치를 통해 성형 작업 전반을 제어함으로써 정밀하고 안정적인 작업이 가능해짐에 따라 우수한 제품을 만들 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제어장치를 통해 성형 작업 전반을 제어함으로써 신속한 작업이 가능해짐에 따라 제조수율을 향상시키고 제품단가를 낮출 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 제어장치를 통해 성형 작업 전반을 제어함으로써 작업자의 실력에 대한 의존도를 낮추어 안정적인 제품 생산이 가능한 효과를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 형강 비틀림 작업을 자동화하여 작업자가 위험한 환경에서 일하는 것을 방지함에 따라 안전사고 발생 확률을 낮출 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 형강 비틀림 작업을 자동화하여 작업자가 불편한 자세로 장시간 작업하는 것을 방지함에 따라 작업자의 건강을 해칠 염려를 불식시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 측정장치를 포함하여 형강의 형상과 위치를 측정함에 따라 정밀한 작업이 가능한 효과가 존재한다.

또한, 본 발명은 측정장치가 레이저, 초음파 또는 적외선을 이용하여 형강의 위치 또는 형상을 측정함에 따라 정밀한 측정이 가능한 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 작업 전 미리 형강의 제원을 입력함으로써 제어장치가 보다 정밀한 제어를 수행할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 가열장치를 통해 가열함으로써 정밀한 가열이 가능한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 냉각 후 검사단계를 포함함으로써 정확한 형상의 형강을 성형할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 검사단계에서 오차가 허용범위를 벗어난다고 판단되는 경우 재가열을 실시하여 정확한 형상의 형강을 성형할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 형강의 형상을 나타낸 사시도이다.
도 2는 형강이 비틀린 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 형강 비틀림용 지그 및 그 시스템을 포함한 성형 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 형강 비틀림용 지그 및 그 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지그를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지그를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지그의 사용 방법을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 베이스와 지그의 위치 변경 과정을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지지부를 베이스에 고정하는 과정을 설명하기 위한 A-A'의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 베이스와 받침목과 형강과 지그의 위치를 설정하는 과정을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 형강의 제원을 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 형강의 구간을 분할하는 과정을 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 형강의 위치와 형상을 인식하는 원리를 나타낸 정면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 형강의 가열선을 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 작업과정을 나타낸 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 나타낸 작업 순서를 나타낸 순서도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

그러면 도면을 참고하여 본 발명의 형강 비틀림용 성형 시스템 및 그 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참고하면, 형강(2)은 일정한 단면적을 가지며 앞뒤로 길게 전개되는 형상을 하는데, 여기서 단면적은 도면에 도시된 바와 같이 "T"자 형으로 형성될 수도 있다. 이 경우 도 1에 도시된 수평부의 구성을 플랜지(23)라 칭하고, 상기 플랜지(23)의 가운데서 일측으로 연장형성된 구성을 웹(21)이라 칭할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 고정장치에 사용되는 형강(2)은 반드시 T형강에 국한하는 것은 아니며, "I"자 형상의 I형강, "H"자 형상의 H형강 등 다양한 단면적을 가진 형강이 적용될 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 "T"자 형강을 그 대표로 들어 서술하도록 한다.

도 2를 참고하면, 형강(2)을 선박의 외면이나 곡선을 이루는 건축물 등에 사용하기 위해서 길이 방향으로 비틀림 성형한 것을 확인할 수 있다. 종래에는 이러한 비틀림 성형을 위해 작업자가 임의의 무거운 공구를 이용해 형강(2)을 적절히 고정한 뒤, 가스 버너를 이용하여 열성형하는 방식을 사용하였다. 그러나 이러한 방법은 전술한 바와 같이 작업자의 실력에 지나치게 의존하는 문제점이 있었고, 실력 있는 작업자의 경우에도 정밀한 성형이 힘들다는 단점이 있었다. 또한 작업자의 안전과 건강에 악영향을 줄 우려가 있었으며 이러한 문제들로 인해 인력 수급에 어려움이 많았다. 게다가 작업 시간이 오래 걸려 제조수율에 한계가 있었다. 따라서 본 발명은 전용 지그를 이용하여 작업 과정을 표준화하며, 성형 과정 전체를 자동화하고자 한다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 형강 비틀림 성형 시스템은 형강(2)을 일정 위치에 일정 형상으로 고정해놓기 위한 고정장치(1)과, 형강(2)을 가열하는 가열장치(3)와, 형강(2)의 형상과 위치를 인식하는 측정장치(7)와, 이들을 구동하는 구동장치(5)와, 구동장치(5)를 통해 가열장치(3)와 측정장치(7)를 제어하는 제어장치(9)를 포함할 수 있다.

먼저 도 3의 사시도를 참고하여 본 발명에 따른 형강 비틀림 성형 시스템의 작동 과정을 간략하게 서술해보면, 고정장치(1) 위에서 형강(2)을 원하는 형상으로 비틀리게 만든 뒤 고정장치(1)을 이용해 그 상태로 고정을 시킨다. 이후에 제어부(9)의 제어 하에 측정장치(7)가 형강(2)의 위치와 형상을 인식하고, 인식된 정보를 바탕으로 제어부(9)가 가열경로를 결정하면 가열장치(3)가 결정된 가열경로를 따라 형강(2)을 가열하게 된다. 이렇게 형강(2)이 가열되면 비틀림에 의해 발생하였던 응력이 해소되어 그 상태로 성형된다.

다음으로, 도 4 내지 도 14를 참고하여 각 구성에 대해 자세히 서술한다.

도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 고정장치(1)은 형강(2)을 고정하는 지그(10)와, 형강(2)을 받쳐주는 받침목(17)과, 상기 지그(10), 받침목(17) 및 형강(2)을 지지하는 베이스(19)를 포함할 수 있다.

도 5를 참고하면 상기 지그(10)는 형강(2)을 원하는 위치에 원하는 형상으로 고정 시켜주는 구성으로, 다양한 방향으로 움직이는 가동부(100)와 일측에 고정된 지지부(150)를 포함할 수 있다.

상기 가동부(100)는 지지부(150)에 가동적으로 결합되어 형강(2)을 다양한 위치에 다양한 형상으로 고정 시키는데, 도 6을 참고하면 위치를 조절하는 위치조절부재(120)와, 형강(2)을 누르거나 압박하는 방식으로 형강(2)의 위치 또는 형상을 고정하는 가압부재(110)를 포함할 수 있다.

상기 위치조절부재(120)는 상기 가압부재(110)의 위치 또는 높이 등을 조절하여 가압부재(110)가 형강(2)의 어떤 부위에도 접촉할 수 있도록 도와주는 구성으로, 지지부(150)에 높이조절 가능하게 결합되는 높이조절부재(140)와, 상기 높이조절부재(140)에 회전 가능하게 결합되는 수평조절부재(130)를 포함할 수 있다.

상기 높이조절부재(140)는 지지부(150), 그 중에서도 후술할 결합부재(153)에 결합되는데, 상하로 길게 뻗은 막대 모양을 할 수 있다. 도 6에는 긴 원통 형상의 실시 예가 도시되어 있는데, 결합부재(153)에 삽입되는 높이몸체(143)와, 높이몸체(143)의 상측에 위치하여 수평조절부재(130)가 결합되는 기준결합부(141)과, 손잡이의 기능을 하는 조절단부(145)을 포함할 수 있다.

상기 높이몸체(143)는 결합부재(153)에 삽입될 수 있도록 결합부재(153)의 내경보다 다소 작은 외경을 갖는 원통형상을 가지고 있는데, 그 외면에는 나사산과 나사홈이 구비된 높이나사구조(1431)가 형성되어 있다. 이러한 높이나사구조(1431)는 결합부재(153)의 내주면에 형성된 결합나사구조(1531a)와 결합되는데, 이를 이용해 높이조절부재(140)의 위치를 상하로 조절할 수 있다. 이때 양자의 나사결합은 셀프락킹될 수 있어서 높이가 정해졌을 때 형강(2)을 비틀린 상태에서 고정할 수 있다. 그러나 반드시 나사구조에 한하는 것은 아니고, 이외에 상하높이조절을 위해 다양한 방식이 적용될 수도 있다.

상기 기준결합부(141)에는 수평조절부재(130)가 회전 가능한 방식으로 결합되는데, 그 외면의 일측에는 연결홈(1411)이 구비되어 수평조절부재(130)와 원활한 결합이 가능하다.

상기 조절단부(145)은 상기 기준결합부(141)의 상측에 위치하며, 작업자가 손이나 공구를 이용해 높이조절부재(140)를 회전시키며 그 높이를 조절할 수 있도록 각진 단면을 가지는 것이 바람직하다.

이러한 높이조절부재(140)는 수평조절부재(130)와 지지부(150)의 결합을 매개하는 기능을 하기도 하지만, 전술한 바와 같이 높이를 지지부(150)에 대한 높이를 조절하여 형강(2)과 다양한 위치에서 접하도록 하는 기능도 가지고 있다.

상기 수평조절부재(130)는 높이조절부재(140)를 매개로 지지부(150)에 회전 가능하게 결합되며, 지지부(150)에 대한 상대 위치를 변경해가며 형강(2)과 다양한 위치에서 접하도록 한다. 이때 수평조절부재(130)는 수평몸체(133)와, 상기 수평몸체(133)의 양측에 구비된 내측결합부(135) 및 외측결합부(131)을 포함할 수 있다.

상기 수평몸체(133)는 수평조절부재(130)의 몸체를 이루는 구성으로 수평 방향으로 길게 뻗은 막대 형상을 할 수 있는데, 도 6에는 직사각형의 단면을 갖는 일 실시 예가 도시되어 있다.

상기 내측결합부(135)는 높이조절부재(140)와 결합하는 수단으로 도 6에는 짧은 원통형의 실시 예가 도시되어 있는데, 기준결합부(141)를 수용하도록 내측수용공(1351)이 뚫려 있다.

상기 내측수용공(1351)은 기준결합부(141)를 수용하는 구성으로 그 내경은 기준결합부(141)의 외경보다 다소 크게 설계됨이 바람직하다.

이러한 내측수용공(1351)과 기준결합부(141)의 결합으로 인해 수평조절부재(130)는 높이조절부재(140)에 회전 가능하게 결합된다.

상기 외측결합부(131)은 가압부재(110)와 결합하는 구성으로 도 6에는 내측결합부(135)과 마찬가지로 짧은 원통형의 실시 예가 도시되어 있는데, 가압부재(110)를 수용하도록 외측수용공(1313)이 뚫려 있고, 그 내주면에는 외측나사구조(1311)를 포함하고 있다.

상기 외측수용공(1313)은 가압부재(110)를 수용하기 위해, 가압부재(110)의 외경보다 다소 큰 내경을 가짐이 바람직하다.

상기 외측나사구조(1311)는 가압부재(110)의 외주면에 형성된 가압나사구조(1131, 후술함)와 결합하게 되는데, 이로 인해 가압부재(110)는 수평조절부재(130)에 상하로 이동 가능하게 결합된다. 이때 양자의 나사결합은 셀프락킹될 수 있어서 높이가 정해졌을 때 형강(2)을 비틀린 상태에서 고정할 수 있다. 그러나 반드시 나사구조에 한하는 것은 아니고, 이외에 상하높이조절을 위해 다양한 방식이 적용될 수도 있다.

상기 가압부재(110)는 수평조절부재(130)의 일측에 상하로 높이를 조절할 수 있게 결합되는 구성으로, 형강(2)에 직접 접촉하는 접촉단부(111)와, 가압부재(110)의 몸체를 이루는 가압몸체(113)와, 가압몸체(113)의 상측에 위치하는 파지단부(115)를 포함할 수 있다.

상기 접촉단부(111)는 형강(2)과 직접 맞닿는 구성으로, 가압몸체(113)의 하측에 위치한다. 이때 접촉단부(111)는 곡면의 형상을 가질 수 있는데, 바람직하게는 반구의 형상을 갖는다. 접촉단부(111)는 그 위치를 변경해가며 형강(2)과 다양한 지점에서 접하게 되는데, 어떠한 위치에서 접하든 최적의 자연스러운 접촉이 가능하고 최적의 고정력을 제공하기 위해 외측으로 볼록한 곡면의 형상을 가지는 것이다.

상기 가압몸체(113)는 위아래로 길게 연장형성되는 막대 모양의 구성으로 도 6에는 원통형상의 실시 예가 도시되어 있는데, 수평조절부재(130)와 결합하기 위해 외주면에 가압나사구조(1131)를 포함한다.

상기 가압나사구조(1131)는 가압몸체(113)의 외면에 형성되어 상기 외측결합부(131)의 외측나사구조(1311)와 결합하는데, 이로 인해 가압부재(110)는 수평조절부재(130)에 상하로 이동 가능한 형태로 결합된다. 이때 양자의 나사결합이 충분히 견고해야 형강(2)을 비틀린 상태에서 고정할 수 있다. 그러나 반드시 나사구조에 한하는 것은 아니고, 양자를 결합시킬 수 있는 다양한 결합수단이 가능함은 물론이다.

상기 파지단부(115)는 가압몸체(113)의 상측에 위치하며, 작업자가 손이나 공구를 이용하여 가압부재(110)를 회전시키며 그 높이를 조절하는 기능을 갖는다. 이때 용이한 회전을 위해 파지단부(115)는 원형의 단면보다는 다각형의 단면을 갖는 것이 바람직하다. 도 6의 경우에는 사각단면을 갖는 파지단부(115)가 일 실시 예로 도시되어 있다. 또한 파지단부(115)는 높이 조절을 위한 손잡이 기능뿐만 아니라, 가압부재(110) 전체가 외측결합부(131) 밑으로 탈락하는 것을 방지하는 기능도 가질 수 있다.

이러한 가동부(100)에 의해 접촉단부(111)의 위치를 변경시킬 수 있는데, 도 7을 참고하면 파지단부(115)을 회전시키는 방식으로 가압부재(110)를 상하로 이동시켜 그 높이를 조절하는 모습과, 수평조절부재(130)를 회전시켜 지지부(150)에 대한 상대 위치를 조절하는 모습을 확인할 수 있다. 또한 조절단부(145)를 회전시켜 높이조절부재(140)의 높이도 조절할 수 있는데, 이 경우 수평조절부재(130)를 포함한 가동부(100) 전체의 높이가 변하게 된다.

이렇게 가동부(100)를 이용해 접촉단부(111)의 위치를 변경시킴에 따라 형강(2)과 다양한 지점에서 접하게 되고, 이로 인해 형강(2)을 다양한 형상으로 비틀린 상태에서 고정시킬 수 있다.

상기 지지부(150)는 베이스(19)의 일측에 고정되어 가동부(100)에 견고한 지지력을 제공하는 구성으로, 이때 단순히 베이스(19)의 한 지점에 고정되는 것이 아니라 작업자에 의해 이동 가능한 방식으로 결합됨이 바람직하다. 또한 지지부(150)는 베이스(19)의 일측에 결합되는 지지부재(151)와, 지지부재(151)의 일측에서 연장형성되어 가동부(100)와 결합하는 결합부재(153)를 포함할 수 있다.

상기 지지부재(151)는 베이스(19)와 결합하기 위한 구성으로, 베이스(19)의 상면과 접하는 상측지지판(1511)과, 베이스(19)의 측면과 접하는 측면지지판(1513)을 포함할 수 있다.

상측지지판(1511)은 베이스(19)의 상판(1911, 도 4 참고, 자세한 것은 후술함)의 상면에 접하는 구성으로, 일측에는 결합부재(153)가 형성되어 있으며, 타측에는 상판(1911)과 결합하기 위한 상측결합공(1511a)이 형성되어 있다.

상기 상측결합공(1511a)은 상판(1911)과 결합하기 위한 구성으로 상측지지판(1511)의 일측에 형성되는데, 그 개수에는 제한이 없으나 도 6에서는 상측지지판(1511)의 가운데에 한 개 형성된 실시 예가 도시되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이 상측결합공(1511a)에는 별도의 상측결합수단(81, 도 9 참고)이 삽입되어 베이스(19)와 지지부(150)를 견고하게 결합시키게 된다.

상기 측면지지판(1513)은 상측지지판(1511)의 일측에서 밑으로 연장형성되는 구성으로 지지부(150)가 베이스(19)의 상판(1911)에 결합될 때 좌우로 이탈되지 않고 고정될 수 있도록 지지해주는 기능을 갖으며, 측면결합공(1513a)을 포함할 수 있다. 이때 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 상측지지판(1511)의 양측에 한 개씩 구비될 수 있는데, 이로 인해 좌측 또는 우측 어느 방향으로든 이탈하는 것을 막을 수 있다. 이는 도 9에서 상세히 확인 가능한데, 두 개의 측면지지판(1513)에 구비된 측면결합공(1513a)에 별도의 측면결합수단(83, 도 9 참고)이 삽입되어 상판(1911)으로부터 이탈하는 것을 방지하고 있다.

이러한 지지부재(151)에 의해 지지부(150)를 포함한 지그(10) 전체가 베이스(19)의 상판(1911)에 견고히 결합될 수 있는데, 전술한 바와 마찬가지로 한 위치에만 고정되어 있는 것보다, 상측결합수단(81)을 해제한 뒤 상판(1911)을 따라 앞뒤로 이동시킬 수 있게 결합됨이 바람직하다. 이로 인해 형강(2)의 다양한 위치에 접촉단부(111)을 접촉시킬 수 있어, 형강(2)을 다양한 형상으로 고정시킬 수 있다. 이렇게 지지부(150)를 이동시키는 과정은 도 8에서 확인할 수 있는데, 도 9를 참고하여 지지부(150)를 고정/해제하는 원리를 설명하겠다.

지지부(150)에 고정되어 있는 도 9의 윗그림을 참고하면, 일측에 위치한 지지부(150)를 고정시키기 위해 상측결합공(1511a)에 삽입된 상측결합수단(81)을 회전시켜 최대한 밑으로 깊숙이 결합된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 되면 상측지지판(1511)이 상판(1911)으로부터 떨어져 이격된 상태를 유지하게 되고, 측면결합수단(83)의 상측은 상판(1911)에 완전히 밀착된다. 이 상태에서는 상측결합수단(81)과 측면결합수단(83)이 위아래에서 상판(1911)을 압박하게 되므로 지지부(150)는 일정 위치에 고정된다.

지지부(150)의 고정이 해제된 상태를 도시한 도 9의 아랫그림을 참고하면, 지지부(150)는 이동상태에서는 상측지지판(1511)의 상측결합공(1511a)에 상측결합수단(81)이 충분히 삽입되지 않아 상측지지판(1511)이 상판(1911)에 완전히 안착된 것을 확인할 수 있다. 이때 측면결합공(1513a)에 삽입된 측면결합수단(83)은 상판(1911)과 일정거리 이격되어 있다. 이 상태에서는 지지부(150)를 전후로 자유로이 움직일 수 있는데, 손이나 공구 등을 이용하여 지지부(150)를 원하는 곳에 위치시킨다. 이때 상기 측면지지판(1513)은 도 9에 도시된 바와 같이 상판(1911) 위를 움직이는 지지부재(151)의 이동 방향을 가이드하는 기능을 가지기도 한다.

상기 결합부재(153)는 지지부재(151)의 일측에 하나 이상 형성되어 가동부(100)와 결합하는 구성으로, 도 6에는 하나의 지지부재(151)에 두 개의 결합부재(153)가 형성된 실시 예가 도시되어 있다. 이렇게 두 개의 결합부재(153)를 포함하면 하나의 지그(10)를 이용해 앞뒤로 두 개의 형강(2)을 고정할 수 있는 이점이 있다. 이 경우 동시에 두 개의 형강(2)을 고정하게 되므로 신속한 연속작업이 가능하고, 또는 동시에 두 개의 형강(2)에 대한 작업도 가능하다. 그러나 반드시 두 개의 결합부재(153)에 한하는 것은 아니며, 한 개가 될 수도 있고, 혹은 세 개 이상의 결합부재(153)가 형성될 수도 있음은 물론이다. 또한 결합부재(153)는 지지부재(151)의 일측에서 위로 연장형성 원통형상을 가질 수 있는데, 원통은 내부에 높이조절부재(140)를 수용하기 위한 결합수용공(1531)을 포함할 수 있다.

상기 결합수용공(1531)은 높이조절부재(140)의 높이몸체(143)를 수용하는 구성으로, 이를 위해 높이몸체(143)의 외경보다 다소 큰 내경을 가짐이 바람직하다. 또한 높이몸체(143)의 외면에 형성된 높이나사구조(1431)와 결합하기 위하여 결합수용공(1531)의 내주면에는 결합나사구조(1531a)가 형성된다.

상기 결합나사구조(1531a)는 전술한 바와 같이 높이나사구조(1431)와 결합하게 되는데, 이로 인해 높이조절부재(140)는 결합부재(153)와 결합할 때 상하로 높이 조절 가능한 방식으로 결합된다. 그러나 반드시 나사구조에 한하는 것은 아니고, 양자를 결합시킬 수 있는 다양한 결합수단이 가능함은 물론이다.

도 4를 참고하면, 상기 받침목(17)은 지그(10)를 이용하여 형강(2)을 베이스(19) 위에 고정 시킬 때 그 높이를 조절해주는 구성으로 형강(2)의 웹(2l) 측을 받치는 경사받침부(171)와 플랜지(23) 측을 받치는 수평받침부(173)를 포함할 수 있다.

상기 경사받침부(171)는 웹(21)을 받치기 위한 구성인데, 형강(2)은 길이방향으로 비틀린 상태로 고정되어야 하므로 웹(21)의 외측(213)은 전측에서 후측으로 갈수록 그 높이가 변하는 상태로 고정된다(도 10 참고). 따라서 웹(21)의 외측을 받치는 경사받침부(171)는 다양한 높이에서 웹(21)을 받치기 위해 면이 경사를 이루는 경사받침면(1711)을 포함한다. 이러한 경사받침면(1711)으로 인해 웹 외측의 높이가 어떻게 설정되든 안정적으로 받칠 수 있다.

상기 수평받침부(173)는 플랜지(23)를 받치기 위한 구성으로, 플랜지(23)는 전측과 후측의 높이가 동일하게 고정되는 경우가 많으므로 일정한 높이에서 받칠 수 있도록 직육면체 형상을 가짐이 바람직하다.

이때 상기 두 받침부(171, 173)는 도 4에 도시된 바와 같이 형강(2)의 전측에 2개, 후측에 1개 배치될 수도 있으나, 반드시 이러한 배치에 한정되는 것은 아니고, 형강(2)의 위치 및 크기, 고정되는 형상에 따라 다양한 개수와 위치의 배치가 가능함은 물론이다.

상기 베이스(19)는 지그(10)와 받침목(17), 나아가 형강(2)을 받쳐주는 구성으로 성형 작업시 전체 수평을 맞춰주는 기능을 가진다. 이때 베이스(19)는 그 뼈대를 이루는 골격부(191)와, 골격부(191) 사이를 메우는 몸체부(193)를 포함할 수 있다.

상기 골격부(191)는 베이스(19)가 수평을 유지할 수 있도록 견고한 재질로 형성되며 전후로 길게 전개된다. 이때 골격부(191)는 제일 아래 위치하여 수평을 유지하는 하판(1915)과, 하판(1915)의 일정 위치에서 상측으로 연장형성되는 수직판(1913)과, 수직판(1913)의 타단에서 수평으로 일정길이 전개되는 상판(1911)을 포함할 수 있다.

상기 하판(1915)은 넓은 판 형상으로 성형 작업이 안정적으로 이루어질 수 있도록 작업대 전체의 수평을 유지하는 기능을 갖는다.

상기 수직판(1913)은 하판(1915)의 일정 위치에서 상측으로 연장되는 구성인데, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 전후에 길게 뻗어 있다. 이때 수직판(1913)의 개수에는 제한은 없으나, 두 개 이상이 구비되어야 형강(2)의 플랜지(23)와 웹(21)을 각각 지지할 수 있으므로 두 개 이상 형성됨이 바람직하다. 도 8 내지 도 10의 경우에는 세 개의 수직판(1913)이 형성된 일 실시 예가 도시되어 있는 것을 확인할 수 있다.

상기 상판(1911)은 수직판(1913)의 상단에서 좌우로 연장형성되는 구성으로, 전술한 지지부(150)의 지지부재(151)가 결합되는 구성이다. 즉, 지지부재(151)의 상측지지판(1511)이 상판(1911)의 상면에, 측면지지판(1513)이 상판(1911)의 측면에 결합된다. 또한 상판(1911)은 상측지지판(1511)의 일측에 형성된 상측결합공(1511a)에 대응되는 위치에 제2결합공(미도시)을 포함하여 상판(1911)과 지지부(150)의 견고한 결합을 유도한다.

상기 몸체부(193)는 상기 골격부(191) 사이를 메우는 구성으로, 구체적으로는 수직판(1913) 사이의 공간에 형성된다. 이러한 몸체부(193)는 형강(2)의 일측을 지지하기도 하고, 혹은 받침목(17)의 일측을 지지하기도 한다.

이러한 고정장치(1)을 이용하여 형강(2)을 일정 위치, 일정 형상으로 고정하는 과정은 다음과 같다. 이때 도 8 내지 도 10을 참고하면 더욱 명확하게 이해할 수 있다.

즉, 베이스(19) 위의 일정 위치에 두 개 이상의 지그(10)의 지지부(150)를 고정시킨 뒤, 수평받침부(173)를 상판(1911) 위에 배치한다. 다음으로 수평받침부(173) 위에 형강(2)의 플랜지(23)를 올려놓고, 반대쪽 상판(1911)에는 경사받침부(171)를 이용해 웹(21)의 외측을 지지한다. 이때 원하는 형강(2)의 형상에 따라 경사받침부(171)는 한 개가 사용될 수도 있고, 혹은 두 개가 사용될 수도 있다. 그리고 작업자가 손이나 공구 등을 사용해서 형강(2)을 비틀거나, 혹은 지그(10)를 이용해 형강(2)을 비튼다. 즉, 가동부(100)를 조절하여 접촉단부(111)을 형상(2)의 웹(21) 외측(213)에 접촉시키고, 가압부재(110)를 돌려가며 접촉단부(111)을 밑으로 내린다. 이러한 힘에 의해 형강(2)은 비틀린 상태로 고정된다. 혹 원하는 위치에 접촉단부(111)을 위치시키기 곤란하다면, 상측지지판(1511)에 결합된 결합수단(미도시)을 제거한 뒤 상판(1911)을 따라 지지부(150)를 원하는 지점까지 이동시킨다. 그 뒤 다시 결합수단(미도시)을 이용해 지지부(150)와 베이스(19)를 결합시키고, 가동부(100)를 조절해 형강(2) 위에서 원하는 위치에 접촉단부(111)을 접촉시켜 형강(2)을 원하는 형상으로 고정한다.

다음으로, 이러한 고정장치(1)을 이용하여 형강(2)을 성형하기 위한 가열장치(3), 구동장치(5), 측정장치(7), 제어장치(9)에 대해 서술한다.

상기 가열장치(3)는 형강(2)을 가열하기 위한 장치로, 고정장치(1)에 의해 형강(2)이 비틀린 상태로 고정되면 제어장치(9)에 의해 결정된 가열경로를 따라 열을 가하여 형강(2) 내 발생한 비틀림 응력을 해소한다. 이때 가열장치(3)는 도 3에 도시된 바와 같이 다관절 로봇팔(R) 끝에 형성될 수 있으나, 반드시 이러한 실시 예에 국한되는 것은 아니며, 거미형 로봇, 직교 로봇 등 다양한 산업용 로봇에 부착될 수 있다.

가열장치(3)에 의한 가열은 가스 버너에 의해 이루어질 수도 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 형강(2)을 가열하기 적절한 형태의 가열수단이면 어떠한 것이든 가능하다. 이때 가열을 위한 연료로는 산소와 LPG(Liquified Petroleum Gas, 액화석유가스)의 혼합물이나, 혹은 아세틸렌가스가 사용될 수 있다.

종래에는 형강(2)의 가열작업이 작업자에 의해 수작업으로 이루어졌으나, 본 발명에 따른 성형 장치는 로봇을 이용해 자동으로 가열하게 되는바, 작업자의 실력에 대한 의존성을 줄여 안정적인 작업이 가능하고, 보다 정밀하고도 신속하게 성형할 수 있다는 장점이 있다. 아울러 작업자에게 발생할 수 있었던 위험이나 건강상의 문제를 해소할 수 있는 효과도 있다.

상기 측정장치(7)는 고정장치(1) 위에 고정된 형강(2)의 위치와 형상을 인식하기 위한 장치로써, 가열장치(3)와 같이 다관절 로봇팔(R) 끝에 형성될 수도 있고, 혹은 거미형 로봇, 직교 로봇 등 다양한 산업용 로봇에 부착될 수도 있으며, 고정장치(1)의 일측에 형성될 수도 있다.

이러한 측정장치(7)는 형강(2)의 위치 뿐만 아니라 형강(2)이 얼마나 비틀려 있는지도 인식하게 되는데, 구체적인 방법은 다음과 같다.

우선 도 12에 도시된 바와 같이 형강(2)을 길이 방향으로 n등분하여, n개의 분할선(D1, D2, ... Dn)을 형성한다. 다음으로 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 각 분할선마다 플랜지(23)의 상측의 위치(S1) 및 하측의 위치(S2), 웹(21) 외측의 높이(S4) 및 내측의 높이(S3)를 인식하여 해당 분할선 위치에서 형강(2)이 비틀린 정도를 측정한다. 이러한 작업을 모든 분할선에 대해 수행하고, 이에 의해 얻은 측정 정보와, 형강(2)의 초기 제원에 대한 정보를 종합하면 형강(2) 전체에 대한 형상을 얻을 수 있는데, 그 구체적인 방법에 대해서는 후술하도록 하겠다. 이러한 작업은 가열장치(3)에 의한 가열이 이루어지기 전에 일차적으로 수행되지만, 가열 완료 후 냉각이 이루어진 뒤에도 다시 한번 수행될 수도 있다.

이때 측정장치(7)는 레이저를 이용해 거리를 측정할 수도 있고, 혹은 초음파를 이용할 수도 있으며, 적외선 등을 이용할 수도 있다.

상기 구동장치(5)는 제어장치(9)의 명령을 받아 가열장치(3)와 측정장치(7)의 동작을 실현하는 구성으로, 도 3에서 확인할 수 있는 다관절 로봇팔(R) 혹은 거미형 로봇팔 등을 그 실시 예로 한다.

상기 제어장치(9)는 구동장치(5)를 통해 가열장치(3)와 측정장치(7)의 동작을 제어할 뿐만 아니라, 측정장치(7)가 측정한 형강(2)의 형상에 대한 정보를 수집하고, 기 입력된 형강(2)에 대한 제원과 종합하여 가열경로를 계산하며, 이를 바탕으로 가열장치(3)를 제어한다.

이때 기 입력된 형강(2)의 제원이란 측정장치(7)에 의한 형강의 위치 및 형상 인식 전에, 사용자가 형강(2)에 대해 입력한 기본적인 정보를 뜻한다. 이러한 정보에는 형강(2)의 길이(L), 웹(21)의 폭(b1), 플랜지(23)의 폭(b2), 웹(21)의 두께(T1), 플랜지(23)의 두께(T2) 등이 있다. 이러한 정보는 도 11에서 보다 구체적으로 확인할 수 있다.

또한 제어장치(9)는 입력된 제원과 측정장치(7)에 의해 얻은 정보를 바탕으로 가열경로를 결정하는데, 그 구체적인 원리는 다음과 같다.

즉, 형강(2)의 길이 방향으로 분할된 각 분할선마다 측정장치(7)가 측정한 형상을 바탕으로, 도 14와 같이 제1분할선(D1)의 웹 내측점(C13)과, 제2분할선(D2)의 웹 외측점(C24)을 연결하여 제1가열경로(41)를 형성한다. 또한 제2분할선(D2)의 웹 내측점(C23)과 제3분할선(D3)의 웹 외측점(C34)을 연결하여 제2가열경로(42)를 형성한다. 이런 식으로 제n분할선(Dn)까지 같은 작업을 반복하여 n-1개의 가열경로를 형성한다.

또한, 각 웹의 내측점(C13, C23 등)에서 시작하여 플랜지(23)로 연장되는 연장가열경로를 형성할 수도 있다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이 각 가열경로(41, 42, 43 등)가 플랜지(23)와 만나는 점에서, 플랜지(23)의 상측으로 연장되는 n-1 개의 연장가열경로(411, 421, 431 등)를 형성한다. 이때 연장가열경로는 웹(21) 상에 형성되는 가열경로(41, 42, 43 등)의 연장선 상에 놓일 수도 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니고, 형강(2)의 비틀림 형상에 따라 다양한 연장가열경로가 형성될 수 있다. 이렇게 플랜지(23)와 웹(21)을 모두 가열함에 따라 원하는 형상으로 형강(2)을 가열하는 작업이 효율적으로 수행될 수 있다.

형강(2)은 비틀린 상태로 고정되어 성형되는데, 이렇게 비틀린 상태를 최종상태로 만들기 위해서는 비틀림에 의해 나타나는 비틀림선과 평행하게 가열을 실시하여야 한다. 따라서 본 발명에 따른 성형 시스템은 전술한 바와 같이 가열경로를 경사지게 형성하는 것이다.

또한, 제어장치(9)는 가열장치(3)에 의한 가열 후 형강(2)이 냉각되면 측정장치(7)를 제어하여 형강(2)의 형상을 다시 한번 측정하는데, 이때 측정된 형강(2)의 형상과 계획된 형상의 차이가 허용 오차범위를 넘는지 판단하여, 허용 범위를 넘어서는 경우에는 다시 가열장치(3)를 제어하여 가열을 수행하기도 한다.

다음으로, 전술한 구성을 바탕으로 본 발명에 따른 형강 비틀림 성형 방법(S)에 대해 도 16을 참고하여 서술한다.

도 16을 참고하면, 본 발명에 따른 형강 비틀림 성형 방법(S)은 고정단계(S1)와, 정보입력단계(S2)와, 측정단계(S3)와, 가열경로결정단계(S4)와, 가열단계(S5)와, 냉각단계(S6)와, 검사단계(S7)를 포함할 수 있다.

상기 고정단계(S1)는 고정장치(1)에 의해 형강(2)의 위치와 형상을 고정하는 단계로써, 안착단계(S11)와, 비틀림단계(S12)와, 위치고정단계(S13)를 포함할 수 있다.

상기 안착단계(S11)는 형강(2)을 베이스(19) 위에 올려놓는 단계로써, 작업자가 수동으로 수행할 수도 있고, 혹은 로봇 팔 등에 의해 행해질 수도 있다. 이때 전술한 바와 같이 플랜지(23) 측은 전후측 모두 수평받침부(173)의 수평받침면(1731) 위에 안착시키고, 웹(21) 측은 경사받침부(171)의 전측 혹은 후측 중 한 부분만 경사받침면 위에 안착시킨다. 그러나 반드시 이러한 실시 예에 한하는 것은 아니고, 형강(2)의 크기와 원하는 비틀림 형상에 따라 다양한 형태로 안착시킬 수 있다.

상기 비틀림단계(S12)는 상기 안착단계(S11)를 거쳐 베이스(19) 위에 안착된 형강(2)을 원하는 형상으로 비트는 단계로, 작업자가 손으로 행할 수도 있으며, 혹은 지그(10)를 사용하여 수행할 수도 있다. 지그(10)를 사용할 경우에는 가압부재(110)의 높이를 조절하여 접촉단부(111)이 형강(2)을 압박하며 비틀게 된다.

상기 위치고정단계(S13)는 비틀림단계(S12)를 거쳐 형상이 만들어진 형강(2)을 지그(10)를 사용하여 완전히 고정하는 단계로써, 전술한 바와 같이 비트는 작업이 지그(10)에 의해 이루어진 경우에는 미리 위치고정이 완료되었으므로 별도로 행할 필요가 없을 수도 있다.

상기 정보입력단계(S2)는 형강(2)의 기본적인 제원을 사용자가 제어장치(9)에 입력하는 단계로써, 여기서 말하는 제원에는 형강(2)의 길이(L), 웹(21)의 폭(b1), 플랜지(23)의 폭(b2), 웹(21)의 두께(T1), 플랜지(23)의 두께(T2) 등이 있다. 이러한 정보는 도 11에서 보다 구체적으로 확인할 수 있는데, 이러한 기본적인 제원과 측정장치(7)에 의해 얻은 측정정보를 바탕으로 비틀린 형강(2)의 형상을 정확하게 인식할 수 있다.

상기 측정단계(S3)는 고정단계(S1)를 거쳐 특정한 위치에 특정한 형상으로 고정된 형강(2)의 위치와 형상에 대한 정보를 수집하는 단계로써, 제어장치(9)의 제어 하에 측정장치(7)가 수행한다. 이때 수집되는 정보에는 형강(2)의 위치 뿐만 아니라 형강(2)이 얼마나 비틀려 있는지에 대한 정보도 포함되는데, 구체적인 측정의 방법은 다음과 같다.

우선 도 12에 도시된 바와 같이 형강(2)을 길이 방향으로 n등분하여, n개의 분할선(D1, D2, ... Dn)을 형성한다. 다음으로 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 각 분할선마다 플랜지(23)의 상측의 위치(S1) 및 하측의 위치(S2), 웹(21) 외측의 높이(S4) 및 내측의 높이(S3)를 인식하여 해당 분할선 위치에서 형강(2)이 비틀린 정도를 측정한다. 이러한 작업을 모든 분할선에 대해 수행하고, 이에 의해 얻은 측정 정보와, 정보입력단계(S2)에서 제어장치(9)에 입력된 형강(2)의 초기 제원에 대한 정보를 종합하면 형강(2)의 각 부위에 대한 위치좌표를 얻을 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 웹(21)의 내측과 외측의 높이와, 도 11에 도시된 웹(21)의 길이(b1), 두께(T1)에 대한 정보를 종합하면 해당 분할선에서 웹(21)이 얼마나 뒤틀려 있는지 인식할 수 있다. 또한 도 13에 도시된 플랜지(23)의 상하측의 이동거리와 도 11에 도시된 플랜지(23)의 너비(b2), 두께(T2)를 이용하면 해당 분할선에서 플랜지(23)가 얼마나 뒤틀려 있는지 인식할 수 있다. 이러한 작업을 모든 분할선에 대해 수행하면 형강(2) 전체에 대한 위치정보와 형상을 얻을 수 있다.

이때 측정단계(S3)는 레이저를 이용해 거리를 측정하는 방식으로 수행될 수도 있고, 혹은 초음파를 이용할 수도 있으며, 적외선 등을 이용할 수도 있다.

상기 가열경로결정단계(S4)는 정보입력단계(S2)와 측정단계(S3)에서 얻은 데이터를 바탕으로, 제어장치(9)가 가열경로를 결정하는 단계로써, 그 구체적인 원리는 다음과 같다.

즉, 형강(2)의 길이 방향으로 분할된 각 분할선마다 측정장치(7)가 측정한 형상을 바탕으로, 도 14와 같이 제1분할선(D1)의 웹 내측점(C13)과, 제2분할선(D2)의 웹 외측점(C24)을 연결하여 제1가열경로(41)를 형성한다. 또한 제2분할선(D2)의 웹 내측점(C23)과 제3분할선(D3)의 웹 외측점(C34)을 연결하여 제2가열경로(42)를 형성한다. 이런 식으로 제n분할선(Dn)까지 같은 작업을 반복하여 n-1개의 가열경로를 형성한다.

또한, 각 웹의 내측점(C13, C23 등)에서 시작하여 플랜지(23)로 연장되는 연장가열경로를 형성할 수도 있다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이 각 가열경로(41, 42, 43 등)가 플랜지(23)와 만나는 점에서, 플랜지(23)의 상측으로 연장되는 n-1 개의 연장가열경로(411, 421, 431 등)를 형성한다. 이때 연장가열경로는 웹(21) 상에 형성되는 가열경로(41, 42, 43 등)의 연장선 상에 놓일 수도 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니고, 형강(2)의 비틀림 형상에 따라 다양한 연장가열경로가 형성될 수 있다. 이렇게 플랜지(23)와 웹(21)을 모두 가열함에 따라 원하는 형상으로 형강(2)을 가열하는 작업이 효율적으로 수행될 수 있다.

형강(2)은 비틀린 상태로 고정되어 성형되는데, 이렇게 비틀린 상태를 최종상태로 만들기 위해서는 비틀림에 의해 나타나는 비틀림선과 평행하게 가열을 실시하여야 한다. 따라서 본 발명에 따른 성형 시스템은 전술한 바와 같이 가열경로를 경사지게 형성하는 것이다.

상기 가열단계(S5)는 가열경로결정단계(S4)에서 결정된 가열경로를 따라 제어장치(9)의 제어 하에 가열장치(3)가 형강(2)을 가열하는 단계이다. 이때 가열은 가스 버너 등을 포함하여 형강(2)에 열을 가할 수 있는 다양한 방법으로 수행된다. 종래에는 이러한 가열작업이 작업자에 의해 수동으로 이루어졌는데, 때문에 작업자는 위험에 노출될 수밖에 없었고, 또한 장시간 같은 자세로 가열작업을 행하기에 각종 근골격계 질환이 발생할 염려도 있었다. 따라서 본 발명은 이러한 가열작업을 자동화하여 작업자의 안전화 건강에 대한 염려를 불식시키며, 또한 컴퓨터 제어를 통해 작업이 이루어지므로 작업의 정밀도도 확보할 수 있다.

상기 냉각단계(S6)는 가열단계(S5)를 거쳐 가열된 형강(2)을 냉각시키는 단계로, 공기에 의한 자연냉각기법을 활용할 수도 있고, 혹은 냉수나 기타 저온의 물질을 사용하여 수행될 수도 있다.

상기 검사단계(S7)는 성형된 형강(2)의 형상과 계획된 형상의 오차를 측정/계산하는 단계로써, 재측정단계(S71)와 판단단계(S72)를 포함할 수 있다.

상기 재측정단계(S71)는 성형된 형강(2)의 형상을 측정하는데, 그 구체적인 측정 방법은 측정단계(S3)에서 수행되는 방식과 동일할 수도 있으며, 혹은 지그(10)의 고정을 느슨하게 만들어 탄성유무를 조사할 수도 있다.

측정단계(S3)와 동일한 방식으로 재측정이 이루어지는 경우에는 제어장치(9)의 제어 하에 측정장치(7)가 수행하게 되는데, 전술한 바와 일치하므로 구체적인 서술은 생략한다.

반면, 지그(10)의 고정을 느슨하게 만들어 조사하는 방법은, 지그(10)를 이루는 가압부재(110)와 수평조절부재(130)와 높이조절부재(140)와 지지부재(151)의 결합을 일부 느슨하게 하여 이루어진다. 즉, 각 부재(110, 130, 140, 150) 사이의 나사 결합에 일부로 유격을 주어 형강(2)에 잔류응력이 남아있는 경우 탄성변형의 복원이 일어나게 한다. 이렇게 탄성변형의 복원이 일어나면 형강(2)에 힘을 가했을 때 형강(2)이 다시 변형될 수밖에 없고, 이는 열성형에도 불구하고 형강(2) 내 응력이 모두 해소되지 못하였다는 것을 의미한다. 이 경우 형강(2)의 원하는 형상과 실제 성형된 형강(2)의 형상 사이에 차이가 생긴 것을 알 수 있다.

상기 판단단계(S72)는 제어장치(9)의 의해 수행될 수 있는데, 재측정단계(S71)에서 측정된 형강(2)의 형상과, 계획된 형상 사이의 차이를 계산하여 그 오차가 허용범위 내에 있는지를 판단한다. 판단 결과 오차가 허용범위 밖에 있으면, 제어장치(9)는 다시 가열단계(S5)를 실행시켜 재성형한다. 판단 결과 오차가 허용범위 내에 있으면, 제어장치(9)는 성형이 완료된 것으로 판단하여 공정을 종료한다.

혹은 상기 재측정단계(S71)가 지그(10) 내 유격에 의한 탄성복원의 특징을 이용해 이루어진다면 판단단계(S72)는 작업자에 의해 수동으로 이루어질 수도 있다. 즉, 지그(10) 내 유격에 의해 허용된 형강(2)의 탄성복원 정도가 허용범위를 넘어선다면 다시 가열단계(S5)를 실행시켜 재성형하고, 허용범위 내에 있으면 성형이 완료된 것으로 판단하여 공정을 종료한다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 고정장치
10: 지그
100: 가동부
110: 가압부재
111: 접촉단부
113: 가압몸체
1131: 가압나사구조
115: 파지단부
120: 위치조절부재
130: 수평조절부재
131: 외측결합부
1311: 외측나사구조
1313: 외측수용공
133: 수평몸체
135: 내측결합부
140: 높이조절부재
141: 기준결합부
1411: 연결홈
143: 높이몸체
1431: 높이나사구조
145: 조절단부
150: 지지부
151: 지지부재
1511: 상측지지판
1511a: 상측결합공
1513: 측면지지판
1513a: 측면결합공
153: 결합부재
1531: 결합수용공
1531a: 결합나사구조
17: 받침목
171: 경사받침부
1711: 경사받침면
173: 수평받침부
1731: 수평받침면
19: 베이스
191: 골격부
1911: 상판
1913: 수직판
1915: 하판
193: 몸체부
2: 형강
21: 웹
23: 플랜지
3: 가열장치
41: 제1가열선
411: 제1연장가열선
5: 구동장치
7: 측정장치
81: 상측결합수단
83: 측면결합수단
9: 제어장치

Claims (16)

1. 형강을 일측에 비틀린 형상으로 고정하는 고정장치와, 상기 고정장치에 의해 고정된 형강을 가열하는 가열장치와, 상기 가열장치의 동작을 제어하는 제어장치를 포함하고,
   상기 제어장치는 형강을 그 길이방향을 가로지르는 다수의 선을 기준으로 일정 간격으로 나누고, 그 경계의 선을 따라 가열장치가 가열작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 형강 비틀림 성형 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 성형 시스템은 가열 위치를 인식하기 위한 측정장치를 더 포함하여 정확한 위치에 자동으로 가열작업을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는
   형강 비틀림 성형 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 성형 시스템은 가열장치와 측정장치의 위치를 이동시키기 위한 구동장치를 더 포함하여 형강의 다양한 위치를 인식하고 열을 가하는 것을 특징으로 하는
   형강 비틀림 성형 시스템.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 가열장치가 그리는 선은 형강의 길이방향을 기준으로 수직이 아닌 각도를 이루되, 상기 각도는 형강의 비틀림에 의해 나타나는 경사 중 낮아지는 방향으로 기울어진 것을 특징으로 하는
   형강 비틀림 성형 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어장치에는 형강의 폭, 두께, 길이 또는 재질에 대한 정보가 입력되어 이를 바탕으로 가열장치의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는
   형강 비틀림 성형 시스템.
7. 제2항에 있어서,
   상기 측정장치는 레이저, 초음파 또는 적외선을 이용하여 형강의 위치 또는 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는
   형강 비틀림 성형 시스템.
8. 제2항에 있어서,
   상기 측정장치는 형강을 길이방향으로 n등분하여 n-1개의 분할선을 형성하고, 각 분할선이 위치하는 지점마다 웹과 플랜지의 형상을 측정하여 형강 전체에 대한 위치 또는 형상에 대한 정보를 얻는 것을 특징으로 하는
   형강 비틀림 성형 시스템.
9. 형강을 비틀린 상태로 고정하는 고정단계와, 형강 상에 가열할 위치를 자동으로 결정하는 가열경로결정단계와, 가열경로 상에 자동으로 열을 가하여 응력을 해소함으로써 성형시키는 가열단계를 포함하고,
   상기 가열단계는 형강을 그 길이방향을 가로지르는 다수의 선을 기준으로 일정 간격으로 나누고, 그 경계의 선을 따라 가열하는 것을 특징으로 하는 형강 비틀림 성형 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 성형방법은 형강의 폭, 두께, 길이 또는 재질에 대한 정보를 입력하는 정보입력단계를 더 포함하여 정확한 가열경로결정이 가능한 것을 특징으로 하는
    형강 비틀림 성형 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 성형방법은 형강의 형상과 위치를 측정하는 측정단계를 더 포함하여 정확한 가열경로결정이 가능한 것을 특징으로 하는
    형강 비틀림 성형 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 성형방법은 가열단계 이후 형강을 냉각하는 냉각단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    형강 비틀림 성형 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 성형방법은 냉각단계 이후 형강의 곡률을 측정하여 제조오차를 계산하는 검사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    형강 비틀림 성형 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 성형방법은 상기 검사단계에서 계산된 제조오차가 허용범위를 넘어설 경우 다시 가열단계를 수행하는 것을 특징으로 하는
    형강 비틀림 성형 방법.
15. 삭제
16. 제9항에 있어서,
    상기 가열단계에서 그려지는 선은 형강의 길이방향을 기준으로 수직이 아닌 각도를 이루되, 상기 각도는 형강의 비틀림에 의해 나타나는 경사 중 낮아지는 방향으로 기울어진 것을 특징으로 하는
    형강 비틀림 성형 방법.

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