KR101906809B1 - 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
2차원 금형 도면 파일을 자동으로 변환한 3차원 데이터(3D 데이터)를 기반으로 자동으로 금형 표면의 열처리 및 드릴링을 수행하여, 금형 표면의 열처리 및 드릴링 소요시간을 단축하고 생산성 극대화를 도모하도록 한 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하며, 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 열처리 및 드릴링 제어장치, 상기 열처리 및 드릴링 제어장치의 제어에 따라 고주파를 이용하여 금형을 자동으로 열처리하는 열처리 장치 및 상기 열처리 및 드릴링 제어장치의 제어에 따라 드릴링 로봇을 이용하여 금형을 드릴링 가공하는 드릴링 장치를 포함하여, 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템을 구현한다.
Description
본 발명은 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 2차원 금형 도면 파일을 자동으로 변환한 3차원 데이터(3D 데이터)를 기반으로 자동으로 금형 표면의 열처리 및 드릴링을 수행하여, 금형 표면의 열처리 및 드릴링 소요시간을 단축하고 생산성 극대화를 도모하도록 한 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제품을 생산하는 공정에서 프레스를 이용하여 제작된 금형은 프레스용 대형 주물 금형에서부터 전자 금형에 이르기까지 많은 산업분야에서 사용되고 있다. 특히, 프레스용 대형 주물 금형은 형상이 복잡하고 대형이기 때문에 프레스를 이용하여 제품을 생산할 때에는 금형과 제품 사이에 끊임없이 접촉이 발생한다. 따라서 금형으로 제작된 프레스용 대형 주물 금형은 우수한 내마모성이 요구된다. 이를 위해 금형은 열처리를 통해 내마모성을 높인다.
금형의 열처리는 금형의 성능 및 내구수명 등을 개선하여 제품의 생산성 및 품질 특성을 향상시키는 핵심공정이라고 할 수 있다.
일반적으로 금형의 열처리 방법은 수동 및 반자동 방식을 주로 이용한다.
수동 방식은 작업자가 직접 열처리를 하는 방식이므로, 열처리 시간이 많이 소요됨은 물론 숙련도에 의해 열처리 결과가 달라지는 단점이 있다.
반자동 방식은 로봇을 이용한 열처리 방식으로서, 로봇 티칭 시스템을 이용한 열처리 방식이다. 즉, 6축 개념으로 로봇을 제어하되, 3축은 자동제어를 해제하고, 3축 제어 방식을 이용한다. 3축 제어 방식은 겐트리 방식을 사용하여 상, 하, 좌, 우를 움직이는 방식으로 제어를 한다. 작업자가 금형에 탑승하고 열처리하고자 하는 부분을 금형의 곡선부위에 맞춰 로봇을 움직이면, 로봇의 암 앞부위에 장착된 접촉식 센서(예를 들어, F/T 센서)가 이를 인식하고, 인식 정보를 기초로 로봇의 궤적이 자동 저장되고, 추후 이를 기반으로 로봇이 자동으로 움직여 열처리를 하는 방식이다.
또한, 금형산업 중 자동차를 생산하기 위한 금형은 큰 직경을 가지는 깊은 홀의 가공을 요구하는 데, 이는 작업의 특성상 작업자에 의하여 수작업으로 이루어지며, 금형 제작의 전체 작업 공정 중 수작업 홀 가공의 비중은 2 ~ 3%에 불과하나 작업 시간은 전체 공정의 약 20%를 차지하는 불합리한 문제가 있다.
수작업으로 자동차 금형의 홀을 가공하는 것은 상기와 같이 작업 시간이 큰 비중을 차지하는 문제도 있으나, 3차원 비정형 곡면에 대한 작업인 관계로 수작업에 의한 작업 효율도 매우 낮은 문제점을 유발한다.
대형 금형을 열처리하고 금형 홀 가공의 수작업 문제를 개선하기 위한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 4> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 대형 주물 금형의 행태데이터를 확인하고, 열처리 위치를 설정하며, 6축 로봇의 이동경로를 설정하고, 반도체 레이저 발생기를 제어하여 반도체 레이저의 열처리 온도, 열처리 속도를 설정하며, 열처리 폭을 설정한 후 열처리를 실행한다.
이러한 구성을 통해, 목표로 하는 특정 프레스용 대형 주물 금형의 국부만을 가열할 수 있고, 열 처리된 국부의 경도가 향상 및 열 효율 면에서 매우 우수하며, 사용환경이 청정하여 환경친화적이며, 설비가 간단하고 경제적이면서도 순간가열 등이 가능한 장점이 있다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 내화벽돌과 단열재로 이루어지는 상부가 개방된 열처리로, 상기 열처리로의 내부에 떨어진 상태로 내장되어 금형을 수용하는 상부가 개방된 포트, 상기 포트의 상부에 개폐 가능하게 설치되어 포트의 내부 공기 흐름을 조성하는 송풍 팬을 구비하는 덮개, 상기 열처리로의 내벽에 설치되어 금형이 수용된 포트를 가열하는 히터, 상기 덮개에 설치되어 유해 폐가스를 배출시키는 가스배출관, 상기 가스배출관의 상부에 설치되어 배출되는 폐가스를 연소시켜 제거하는 연소 부재, 상기 연소 부재의 폐가스 연소시 발생하는 연소가스를 회수하여 난방용 열풍으로 공급하는 재 활용부재를 포함한다.
이러한 구성을 통해, 금형의 열처리시 발생하는 미처리된 유해 폐가스를 연소시켜 제거할 수 있도록 하고, 또한 유해 폐가스 연소시 발생하는 연소가스를 회수하여 난방용 열풍으로 재활용할 수 있도록 한다.
또한, <특허문헌 3> 에 개시된 종래기술은 로봇 매니퓰레이터, 곡면 좌표계를 따라 로봇 매니퓰레이터가 이동되는 레일, 레일 상에 배치되고, 컨트롤러의 제어 신호에 따라 로봇 매니퓰레이터를 이동시키는 슬라이딩 조인트를 이용하여 금형 에어 홀 드릴링 로봇 시스템을 구현하고, 구면 형태의 메커니즘을 기저로 갖는 로봇 매니퓰레이터를 이용하여 금형 에어홀을 자동으로 가공한다.
또한, <특허문헌 4> 에 개시된 종래기술은 지지대, 상하방향으로 연장된 바형태로 구성되며 하단부가 상기 지지대의 상면에 측 방향으로 위치 조절 가능하게 구비된 수직 지지바, 수직 지지바에 승강 가능하게 결합된 수평 지지바; 수평 지지바를 승강시키는 승강 구동수단, 수평 지지바에 전후방향으로 슬라이드 가능하게 결합된 이송대, 이송대에 연결되어 이송대를 전후진시키는 전후진 구동수단, 이송대에 전방을 향하도록 구비되어 대상물에 전후방향의 홀이나 나사 산을 가공하는 드릴링 유닛을 포함하고, 산업기계나 금형 등의 대상물에 정확하고 손쉽게 수평방향의 홀 가공이나 탭 가공을 수행하게 된다.
그러나 상기와 같은 일반적인 수동 및 반자동 열처리 방법은 작업자가 수동으로 궤적을 움직임으로서 그 오차가 많이 발생하고, 궤적을 그리는 작업자의 숙련도에 따라서도 오차가 많이 발생하는 단점이 있다.
또한, 수동 및 반자동 열처리 방법은 수동으로 궤적을 작성함에 따라 로봇은 그 사람이 움직인 궤적 그대로 움직이는 형태이므로, 금형의 직각 부위로 움직일 수 없는 단점도 있다.
또한, 반자동 열처리 방법은 사림이 티칭을 함으로써 시간이 많이 소요되고, 계속적인 열처리 작업이 불가능한 단점이 있으며, 균일한 열처리 강도나 침투 깊이가 불균일하기 때문에 금형의 마모가 발생하고 파손이 우려되는 단점도 있다.
또한, 종래기술들은 열처리 위치 설정, 이동 경로 설정, 열처리 속도 설정, 열처리 폭 설정 등 열처리를 위한 사전 준비 과정이 복잡하다는 단점이 있다.
또한, 종래 로봇을 이용한 드릴링 시스템은 작업자가 로봇의 가공 경로 경보를 제공하면 로봇을 이용한 드릴링이 자동으로 이루어지나, 작업자가 로봇의 가공 경로 정보를 생성해야 하는 불편함이 있으며, 로봇의 가공 경로 정보를 생성하는 시간이 많이 소요되어, 전체적인 생산성이 저하되는 단점이 있다.
또한, 종래의 수평 드릴링 머신은 작업자가 수동으로 조작하는 방식이므로, 작업자가 수동으로 궤적을 움직임으로서 그 오차가 많이 발생하고, 궤적을 그리는 작업자의 숙련도에 따라서도 오차가 많이 발생하는 단점이 있다.
또한, 종래기술들은 드릴링 위치 설정, 이동 경로 설정, 드릴링 속도 설정, 드릴링 폭 설정 등 드릴링을 위한 사전 준비 과정이 복잡하다는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 2차원 금형 도면 파일을 자동으로 변환한 3차원 데이터(3D 데이터)를 기반으로 자동으로 금형 표면의 열처리 및 드릴링을 수행하여, 금형 표면의 열처리 및 드릴링 소요시간을 단축하고 생산성 극대화를 도모하도록 한 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템은 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하며, 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 열처리 및 드릴링 제어장치; 상기 열처리 및 드릴링 제어장치의 제어에 따라 고주파를 이용하여 금형을 자동으로 열처리하는 열처리 장치; 및 상기 열처리 및 드릴링 제어장치의 제어에 따라 드릴링 로봇을 이용하여 금형을 드릴링 가공하는 드릴링 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리 및 드릴링 제어장치는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리 및 드릴링 제어장치는 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하는 열처리부; 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 드릴링처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리부는 2D 금형 도면을 입력받는 파일 입력부; 상기 파일 입력부를 통해 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 파일 변환부; 상기 3D파일로부터 열처리 정보를 추출하는 열처리 정보 추출부; 상기 열처리 정보 추출부에서 추출한 열처리 정보를 기초로 내장된 시뮬레이션 프로그램으로 열처리를 시뮬레이션하는 열처리 시뮬레이션부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리 정보 추출부는 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보만을 추출하고, 상기 열처리 부분인 양각 정보만을 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하고, 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리부는 열처리 시뮬레이션을 제어하며, 상기 열처리 정보를 기초로 열처리 장치를 제어하여 자동 열처리를 실행하는 열처리 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 드릴링처리부는 2D 금형 도면을 입력받는 파일 입력부; 상기 파일 입력부를 통해 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 파일 변환부; 상기 변환한 3D파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 드릴링 정보 추출부; 상기 드릴링 정보를 기초로 드릴링 장치를 제어하여 자동 드릴링을 실행하는 드릴링 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 드릴링 정보 추출부는 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 정보만을 추출하고, 상기 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하고, 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리 및 드릴링 제어장치는 상기 열처리 시뮬레이션부에서 수행한 시뮬레이션 결과정보를 화면에 표출해주는 디스플레이부; 상기 디스플레이부에 표출되는 열처리 결과 정보를 보고 보정을 위해 사용자가 입력하는 조건 변경 정보를 상기 열처리 제어부에 전달하는 조건 변경부를 더 포함하고,
상기 열처리 제어부는 상기 조건 변경부에서 입력되는 조건으로 열처리 정보를 보정한 후 상기 열처리 시뮬레이션부를 제어하여 변경된 조건으로 열처리 시뮬레이션을 재실행시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 방법은 (a) 사용자의 작업 기능 선택에 따라 열처리 또는 드릴링 장치를 선택하고, 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하는 열처리 제어과정; (b) 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 드릴링 제어과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 열처리 제어과정은 (a1) 2D 금형 도면을 입력받는 단계; (a2) 상기 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 단계; (a3) 상기 (a2)단계에서 변환한 3D파일로부터 열처리 정보를 추출하는 단계; (a4) 상기 추출한 열처리 정보를 기초로 내장된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 열처리를 시뮬레이션하는 단계; (a5) 상기 (a4)단계에서 수행한 시뮬레이션 결과정보를 화면에 표출해주는 단계; (a6) 상기 (a3)단계에서 추출한 열처리 정보를 기초로 열처리 장치를 제어하여 자동 열처리를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a3)단계는 (a31) 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보만을 추출하는 단계; (a32) 상기 열처리 부분인 양각 정보를 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하는 단계; (a33) 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계; (a34) 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a4)단계는 (a41) 상기 추출한 열처리 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하는 단계; (a42) 상기 열처리 순서가 정렬된 열처리 정보를 기초로 열처리 시뮬레이션을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a6)단계는 (a61) 사용자가 보정을 요청하는지를 확인하는 단계; (a62) 사용자가 열처리 보정을 위해 조건 변경 정보를 입력하면 이를 기초로 열처리 조건을 변경하고, 상기 (a4)단계로 이동하는 단계; (a63) 열처리 정보로 열처리를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (a63)단계는 사용자가 열처리 보정을 요청하지 않으면 상기 추출한 열처리 정보로 열처리를 자동 제어하고, 사용자가 열처리 조건 변경을 요청한 경우 변경된 열처리 정보를 생성하고 이를 기초로 열처리 시뮬레이션한 결과를 기반으로 사용자가 변경된 열처리 정보를 선택하면 변경된 열처리 정보로 열처리를 자동 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 드릴링 제어과정은 (b1) 2D 금형 도면을 입력받는 단계; (b2) 상기 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 단계; (b3) 상기 (b2)단계에서 변환한 3D파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 단계; (b4) 상기 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링 장치를 제어하여 자동 드릴링을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b3)단계는 (b31) 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 단계; (b32) 상기 드릴링 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하는 단계; (b33) 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계; (b34) 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링의 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b4)단계는 상기 추출한 드릴링 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하고, 정렬한 드릴링 순서를 기반으로 자동 드릴링을 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 입력된 2D 금형 도면을 자동으로 3차원 데이터(3D 데이터)를 변환하고, 변환한 3D 파일을 기반으로 자동으로 금형 표면의 열처리 및 드릴링을 수행함으로써, 금형 표면의 열처리 및 드릴링 소요시간을 단축하고 생산성 극대화를 도모할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 변환한 3D 파일을 기반으로 열처리 시뮬레이션을 하고 그 결과를 사용자에게 제공해줌으로써, 실제 열처리를 하기 이전에 사용자가 열처리 결과를 예측할 수 있도록 도모해주는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 열처리 결과를 사전에 예측하도록 함으로써, 실제 열처리 이전에 열처리 조건의 변경이 가능하도록 하고, 조건 변경에 따라 열처리 시뮬레이션을 다시 실행하도록 하여, 실제 열처리 이전에 최적의 열처리 정보를 확보할 수 있도록 도모해주는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 변환한 3D 파일을 기반으로 자동으로 드릴링을 수행함으로써, 가공 오차를 최소화할 수 있는 장점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템의 개략 구성도,
도 2는 도 1의 열처리 및 드릴링 제어장치의 실시 예 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 적용된 사용자 인터페이스(HMI)의 예시도,
도 4는 본 발명에서 열처리 시뮬레이션시 기계의 움직임을 3D 상으로 도시한 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 방법 중 열처리 제어과정을 보인 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 방법 중 드릴링 제어과정을 보인 흐름도.
도 2는 도 1의 열처리 및 드릴링 제어장치의 실시 예 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 적용된 사용자 인터페이스(HMI)의 예시도,
도 4는 본 발명에서 열처리 시뮬레이션시 기계의 움직임을 3D 상으로 도시한 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 방법 중 열처리 제어과정을 보인 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 방법 중 드릴링 제어과정을 보인 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템(100)의 개략 구성도로서, 열처리 대상인 금형(1)이 올려지는 정반(110)이 구비되고, 상기 정반(110)의 위에서 전진, 후진, 좌, 우 방향으로 이동하는 X축 레일 및 Y축 레일을 포함하는 이동대(120)가 구비된다.
아울러 상기 이동대(120)의 소정 위치에 장착되어, 정반(110)에 올려진 금형(1)을 고주파로 열처리하는 열처리 장치(130)가 구비되고, 아울러 정반(110)에 올려진 금형(1)을 로봇으로 드릴링하는 드릴링 장치(150)가 구비된다.
또한, 상기 이동대(120)의 소정 위치에는 상기 열처리 장치(130)를 제어하여 자동으로 금형 열처리를 제어하고, 상기 드릴링 장치(150)를 제어하여 자동으로 금형 드릴링을 제어하는 열처리 및 드릴링 제어장치(140)가 구비된다.
여기서 열처리 및 드릴링 제어장치(140)는 다양한 제어장치로 구현 가능하나, 본 발명에서는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현한 것으로 가정한다.
이러한 열처리 및 드릴링 제어장치(140)는 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하며, 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 것이 바람직하다.
상기 열처리 장치(130)는 고주파 유도가열을 이용하여 금형(1)을 자동으로 열처리하는 로봇이다. 열처리 장치(130)는 바람직하게 열처리시 온도, 주파수, Kw 등을 최적화하여 사용하는 것이 바람직하다. 열처리 시 Work coil의 형상 및 C/T BOX 크기, 발진기 등을 최적화하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 드릴링 장치(150)는 드릴링 툴을 이용하여 금형(1)을 자동으로 드릴링하는 로봇이다. 드릴링 장치(150)는 바람직하게 속도, 주파수, Kw 등을 최적화하여 사용하는 것이 바람직하다.
도 1에서 도시하지 않았지만, 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 시스템은 냉각 장치, 에러 라인 시스템이 부가적으로 설치된 것으로 가정한다.
상기 열처리 및 드릴링 제어장치(140)는 도 2에 도시한 바와 같이, 사용자가 작업 기능을 선택하기 위한 기능 선택부(141), 상기 기능 선택부(141)의 작업 기능 선택에 따라 열처리 또는 드릴링 장치를 선택하는 장치 선택부(142), 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하는 열처리부(143), 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 드릴링처리부(144), 열처리 시뮬레이션을 통해 수행한 시뮬레이션 결과정보를 화면에 표출해주며, 드릴링 결과 정보 및 드릴링 진행 상황 정보 등을 화면에 표출해주는 디스플레이부(145), 상기 디스플레이부(145)에 표출되는 열처리 결과 정보를 보고 보정을 위해 사용자가 입력하는 조건 변경 정보를 상기 열처리부(143)에 전달하는 조건 변경부(146)를 포함한다. 여기서 조건 변경부(146)는 작업자가 입력한 명령을 드릴링처리부(144)에 전달하는 역할도 수행한다.
상기 조건 변경부(146)에 의해 열처리 조건이 변경되면, 상기 열처리부(143)는 상기 조건 변경부(146)에서 입력되는 조건으로 열처리 정보를 보정한 후 변경된 조건으로 열처리 시뮬레이션을 재실행시키는 것이 바람직하다.
아울러 상기 디스플레이부(145)는 액정표시장치(LCD)나 터치 패널을 이용할 수 있으며, 시뮬레이션 결과로서 열처리 시간 및 속도 정보 등을 표출해준다.
상기 열처리부(143)는 2D 금형 도면을 입력받는 파일 입력부(143a), 상기 파일 입력부(143a)를 통해 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 파일 변환부(143b), 상기 3D파일로부터 열처리 정보를 추출하는 열처리 정보 추출부(143c), 상기 열처리 정보 추출부(143c)에서 추출한 열처리 정보를 기초로 내장된 시뮬레이션 프로그램으로 열처리를 시뮬레이션하는 열처리 시뮬레이션부(143d), 상기 열처리 시뮬레이션부(143d)의 열처리 시뮬레이션을 제어하며, 상기 열처리 정보를 기초로 열처리 장치를 제어하여 자동 열처리를 실행하는 열처리 제어부(143e)를 포함한다.
여기서 파일 입력부(143a)는 외부 메모리 장치를 연결할 수 있는 USB 포트로 구성하거나, 외부 장치와 네트워크로 연결할 수 있는 통신 모듈로 구현할 수 있다.
상기 열처리 정보 추출부(143c)는 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보만을 추출하고, 상기 열처리 부분인 양각 정보를 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로(가공 경로)를 생성하고, 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하여, 열처리 정보를 추출하는 것이 바람직하다.
이러한 드릴링처리부(144)는 2D 금형 도면을 입력받는 파일 입력부(144a), 상기 파일 입력부(144a)를 통해 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 파일 변환부(144b), 상기 3D파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 드릴링 정보 추출부(144c), 상기 드릴링 정보 추출부(144c)에서 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링 장치를 제어하여 자동 드릴링을 실행하는 드릴링 제어부(144d)를 포함한다.
여기서 파일 입력부(144a)는 외부 메모리 장치를 연결할 수 있는 USB 포트로 구성하거나, 외부 장치와 네트워크로 연결할 수 있는 통신 모듈로 구현할 수 있다.
상기 드릴링 정보 추출부(144c)는 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 가공 정보만을 추출하고, 상기 드릴링 가공 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로(가공 경로)를 생성하고, 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링의 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하여, 드릴링 정보를 추출하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 작업자는 열처리 및 드릴링 제어장치(140)의 기능 선택부(141)를 통해 정반(110)에 올려진 금형(1)을 열처리하거나 드릴링 하기 위한 작업 기능을 선택한다.
작업자가 작업 기능을 선택하면, 장치 선택부(142)는 선택된 작업 기능에 따라 열처리부(143) 또는 드릴링처리부(144)를 선택한다.
여기서 선택된 작업이 열처리 작업일 경우, 열처리부(143)는 정반(110)에 올려진 금형(1)을 자동으로 열처리하기 위해, 금형(1)에 대한 정보를 포함하는 2D 금형 도면을 파일 입력부(143a)를 통해 입력받는다. 여기서 금형 도면은 2D 형식의 도면 파일로서, USB 메모리를 이용하여 2D 금형 도면을 입력하거나 네트워크를 통해 다른 저장장치에 저장된 2D 금형 도면을 입력받는다.
파일 입력부(143a)를 통해 열처리할 금형의 2D도면 파일이 입력되면, 파일 변환부(143b)에서 이를 3D 데이터 파일로 변환을 한다. 여기서 파일 변환부(143b)는 Solid works, CATIA, Solid Edge, AUTOCAD, PRO-E, UG 등의 프로그램을 이용하는 것이 바람직하다.
2D 금형 도면이 3D 파일로 변환되면, 열처리 정보 추출부(143c)는 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리를 위한 정보를 추출한다. 예컨대, 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보를 추출한다. 실제 금형에서 열처리는 음각 부분은 하지 않고 양각부분만을 수행한다. 양각에 대한 정보는 2D 금형 도면에 포함되어 있다. 아울러 양각 정보를 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성한다. 여기서 로봇의 이동 경로 정보가 금형의 열처리 위치 정보가 된다. 아울러 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하고, 이를 통합하여 열처리 정보로 생성한다. 고주파 열처리시 금형 열처리 전용 냉각수(예를 들어, Aqua Quench 260)도 중요한 데, 이러한 정보는 2D 금형 도면 정보에 포함되어 있다. 본 발명에 적용된 냉각장치는 시중에서 판매되는 모델명 CHILLER를 이용하는 것으로 가정한다.
상기 열처리 구간의 벡터 생성은 가상의 면(PLARE)을 자동으로 생성하고, 가상의 면에 원하는 가공 라인을 스케치하고, 스케치한 선이 금형으로 투영되어 벡터값을 생성하는 방식을 이용할 수 있다. 로봇의 자동 궤적 생성은 분할된 스케치를 Transform 기능을 사용하여 벡터 선을 출력하고, 화면상에 벡터 선을 시각화하는 방식을 이용할 수 있다.
이렇게 생성된 열처리 정보는 열처리 제어부(143e) 및 열처리 시뮬레이션부(143d)에 각각 전달된다.
상기 열처리 제어부(143e)는 상기 열처리 정보를 기반으로 열처리 시뮬레이션부(143d)를 제어하여, 정반(110)에 올려진 금형(1)의 열처리를 시뮬레이션하도록 한다.
열처리 시뮬레이션은 프로그램에 의해 이루어지는 것으로서, 금형과 동일한 형상을 갖는 금형을 상기 열처리 정보를 기준으로 프로그램적으로 열처리를 실행해보는 것을 의미한다.
열처리 시뮬레이션이 종료되면 그 결과는 사용자 인터페이스 장치인 디스플레이부(145)를 통해 표출된다.
도 3은 상기 사용자 인터페이스 장치에 디스플레이되는 열처리 시뮬레이션 일 예를 도시한 것이다. 시뮬레이션 결과는 가공시의 기계의 움직임을 3D 상으로 디스플레이해주는 것이 가능하다. 아울러 가공입력 좌표 출력, 기계좌표/프로그램좌표 출력, 고주파, 에어, 냉각수 시간 값 입력, 프로그램 입출력, 가공좌표 PREVIEW, 가공 프로그램 진행률 표시, 속도 출력, 모드 표시, 가공 원점 좌표 입력, 에러코드 출력, 가공 시간 표시 등이 가능하다.
도 4는 열처리 시뮬레이션 결과 중 가공시의 기계의 움직임을 3D 상으로 디스플레이한 것이다.
사용자는 디스플레이부(145)에 디스플레이되는 시뮬레이션 결과를 보고, 조건을 변경하고자 하면 조건 변경부(146)를 통해 가공 조건을 변경한다. 예를 들어, 사용자는 열처리 시뮬레이션 결과를 보고 가공 상의 문제점을 파악하고, 파악 후 가공라인의 수정을 위한 조건을 변경한다. 가공 조건으로는 가공 속도 등을 변경한다.
가공 조건이 변경되면 열처리 제어부(143e)는 이를 기반으로 이전 열처리 정보를 변경하고, 변경된 열처리 정보를 기반으로 다시 열처리 시뮬레이션부(143d)를 제어하여, 다시 금형 열처리를 시뮬레이션해본다. 재 시뮬레이션 결과도 디스플레이부(145)를 통해 표출된다. 사용자가 자신이 만족하는 범위까지 다시 시뮬레이션을 해볼 수 있다. 실제 금형에서 열처리는 매우 중요하며, 열처리가 잘못될 경우 금형을 사용하지 못하는 경우도 다반사이다. 기존에는 금형의 열처리를 시뮬레이션하는 기능이 없어, 무조건 작업자의 경험과 티칭 과정을 통해 획득한 열처리 정보만을 이용하여 금형을 열처리하기 때문에, 열처리 오류 시 고가의 금형을 폐기하거나 다시 금형을 제작해야 하는 문제점을 유발하였다. 본 발명은 실제 금형을 열처리하기 이전에 소프트웨어적으로 시뮬레이션을 수행해보고, 그 시뮬레이션 결과를 기반으로 열처리 방법을 변경함으로써, 최적의 열처리 방법을 찾을 수 있도록 도모해주는 장점이 있다. 시뮬레이션 결과를 보고, 가공상 오차율, 프로그램 입출력 이상 유무, 시험편 강도 및 편차 등을 확인하는 것도 가능하다.
이러한 과정을 기반으로 최적의 열처리 정보를 획득하게 되면, 열처리 제어부(143e)의 제어에 따라 고주파 유도가열 로봇인 열처리 장치(130)가 동작하여, 자동으로 금형을 열처리하게 된다.
여기서 열처리 장치(130)의 선정도 매우 중요한 데, 이를 위해 본 발명에서는 Induction heating generator, C/T box, Work coil, 설비 냉각수 순환 설비, Quenching water 순환 설비 재원을 구비한 열처리기를 이용한다. 본 발명에 적용된 열처리기는 열처리 속도는 3 - 6mm/sec, 고주파 정 전류 제어 방식, Full Bridge Inverter 방식의 발진 방식, 반영구적인 반도체 전력 소자(IGBT)를 이용한 발진 소자, 20kHz 발진 주파수, 60kW의 고주파 출력, SCR 방식에 의한 DC 전압 제어 방식의 출력 제어 방식, 릴레이 시퀀스 제어 방식을 이용한 시퀀스 제어 방식 등을 이용하는 것으로 가정한다.
한편, 본 발명의 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템(100)은 대형 금형의 가공물을 가공하기 위해서, 직교레일을 이용한 겐트리 공작 기계 형식의 구조물(X, Y, Z)에 부가회전축(A, B, C)을 결합하여, 자체 6축 제어 시스템을 이용한다.
도 1에 도시한 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템(100)은 금형 크기 2000×4000, 레일(X) 축 최대 이송 거리 5000mm, Y축 최대 이송 거리 3000mm, Z축 최대 이송 거리 1000mm, 회전(A) 축 각도 360°, 틸팅 1(b)축 각도 좌우 60°, 틸팅 2(C)축 각도 좌우 45°, X/Y/Z 최대 이송 속도 직성 이송 20m/min, 반복 정밀도 ±0.2mm, 정 반 사이즈 4000×2000×300, 적선 가이드는 정밀 리니어 가이드, 직선 구동부로는 X, Y 축 구동을 위해 정밀 랙 기어, 감속기, 서보 모터를 사용하고, Z축을 위해 정밀 볼스크류, 서보 모터를 사용하며, A, B, C 축을 위해 정밀 감속기 및 서보 모터를 사용하며, 원점 세팅용 센서를 위해 정밀 터치 프로브 센서를 사용하였다. 원점 세팅은 2포인트를 프로브로 측정한 후 좌표 값을 입력하고, 이를 기반으로 자동으로 각도와 위치를 보상하는 방식으로 원점을 세팅한다.
본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템(100)은 6축 동시 속도 제어가 가능하고, 동시 위치 제어가 가능하다. 6축 제어용 컨트롤을 위해 모션 컨트롤러이면서 6축 위치 제어가 가능한 DELTA-TAU 컨트롤러를 사용하였다.
한편, 사용자가 선택한 작업 기능이 드릴이 작업일 경우, 드릴링처리부(144)는 정반(110)에 올려진 금형(1)을 자동으로 드릴링하기 위해, 금형(1)에 대한 정보를 포함하는 2D 금형 도면을 파일 입력부(144a)를 통해 입력받는다. 여기서 금형 도면은 2D 형식의 도면 파일로서, USB 메모리를 이용하여 2D 금형 도면을 입력하거나 네트워크를 통해 다른 저장장치에 저장된 2D 금형 도면을 입력받는다.
파일 입력부(144a)를 통해 드릴링할 금형의 2D도면 파일이 입력되면, 파일 변환부(144b)에서 이를 3D 데이터 파일로 변환을 한다. 여기서 파일 변환부(144b)는 Solid works, CATIA, Solid Edge, AUTOCAD, PRO-E, UG 등의 프로그램을 이용하는 것이 바람직하다.
2D 금형 도면이 3D 파일로 변환되면, 드릴링 정보 추출부(144c)는 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링을 위한 정보를 추출한다. 예컨대, 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 가공 정보를 추출한다. 드릴링 가공에 대한 정보는 2D 금형 도면에 포함되어 있다. 아울러 추출한 드릴링 가공 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성한다. 여기서 로봇의 이동 경로 정보가 금형의 드릴링 위치 정보가 된다. 아울러 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링의 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하고, 이를 통합하여 드릴링 정보로 생성한다.
상기 드릴링 구간의 벡터 생성은 금형상면 가상의 면(PLARE)을 자동으로 생성하고, 가상의 면에 원하는 가공 홀을 스케치하고, 스케치한 홀이 금형으로 투영되어 벡터값을 생성하는 방식을 이용할 수 있다. 로봇의 자동 궤적 생성은 분할된 스케치를 Transform 기능을 사용하여 벡터 선을 출력하고, 화면상에 벡터 선을 시각화하는 방식을 이용할 수 있다.
이렇게 생성된 드릴링 정보는 드릴링 제어부(144d)에 전달되며, 상기 드릴링 제어부(144d)는 상기 드릴링 정보를 기초로 드릴링 머신인 드릴링 장치(150)의 동작을 제어하여, 자동으로 금형의 드릴링을 하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 금형 자동 열처리 및 드릴링 방법은 크게 (a) 사용자의 작업 기능 선택에 따라 열처리 또는 드릴링 장치를 선택하고, 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하는 열처리 제어과정(S101 ~S109), (b) 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 드릴링 제어과정(S201 ~ S205)으로 구분된다.
먼저, 열처리 제어과정은 도 5에 도시한 바와 같이, (a1) 2D 금형 도면을 입력받는 단계(S101), (a2) 상기 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 단계(S102), (a3) 상기 (a2)단계에서 변환한 3D파일로부터 열처리 정보를 추출하는 단계(S103), (a4) 상기 추출한 열처리 정보를 기초로 내장된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 열처리를 시뮬레이션하는 단계(S104, S105), (a5) 상기 (a4)단계에서 수행한 시뮬레이션 결과정보를 화면에 표출해주는 단계(S106), (a6) 상기 (a3)단계에서 추출한 열처리 정보를 기초로 열처리 장치를 제어하여 자동 열처리를 실행하는 단계(S107 ~ S109)를 포함한다.
상기 (a3)단계는 (a31) 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보만을 추출하는 단계, (a32) 상기 열처리 부분인 양각 정보를 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하는 단계, (a33) 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계, (a34) 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (a4)단계는 (a41) 상기 추출한 열처리 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하는 단계, (a42) 상기 열처리 순서가 정렬된 열처리 정보를 기초로 열처리 시뮬레이션을 실행하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (a6)단계는 (a61) 사용자가 보정을 요청하는지를 확인하는 단계, (a62) 사용자가 열처리 보정을 위해 조건 변경 정보를 입력하면 이를 기초로 열처리 조건을 변경하고, 상기 (a4)단계로 이동하는 단계, (a63) 열처리 정보로 열처리를 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 (a63)단계는 사용자가 열처리 보정을 요청하지 않으면 상기 추출한 열처리 정보로 열처리를 자동 제어하고, 사용자가 열처리 조건 변경을 요청한 경우 변경된 열처리 정보를 생성하고 이를 기초로 열처리 시뮬레이션한 결과를 기반으로 사용자가 변경된 열처리 정보를 선택하면 변경된 열처리 정보로 열처리를 자동 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 열처리 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 열처리부(143)는 단계 S101에서 정반(110)에 올려진 금형(1)을 자동으로 열처리하기 위해, 금형(1)에 대한 정보를 포함하는 2D 금형 도면을 파일 입력부(143a)를 통해 입력받는다.
이어, 단계 S102에서 파일 변환부(143b)에서 이를 3D 데이터 파일로 변환을 한다. 여기서 파일 변환부(143b)는 Solid works, CATIA, Solid Edge, AUTOCAD, PRO-E, UG 등의 프로그램을 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계 S103에서 2D 금형 도면이 3D 파일로 변환되면, 열처리 정보 추출부(143c)는 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리를 위한 정보를 추출한다. 예컨대, 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보를 추출한다. 실제 금형에서 열처리는 음각 부분은 하지 않고 양각부분만을 수행한다. 양각에 대한 정보는 2D 금형 도면에 포함되어 있다. 아울러 양각 정보를 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성한다. 여기서 로봇의 이동 경로 정보가 금형의 열처리 위치 정보가 된다. 아울러 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하고, 이를 통합하여 열처리 정보로 생성한다. 고주파 열처리시 금형 열처리 전용 냉각수(예를 들어, Aqua Quench 260)도 중요한 데, 이러한 정보는 2D 금형 도면 정보에 포함되어 있다. 본 발명에 적용된 냉각장치는 시중에서 판매되는 모델명 CHILLER를 이용하는 것으로 가정한다.
상기 열처리 구간의 벡터 생성은 가상의 면(PLARE)을 자동으로 생성하고, 가상의 면에 원하는 가공 라인을 스케치하고, 스케치한 선이 금형으로 투영되어 벡터값을 생성하는 방식을 이용할 수 있다. 로봇의 자동 궤적 생성은 분할된 스케치를 Transform 기능을 사용하여 벡터 선을 출력하고, 화면상에 벡터 선을 시각화하는 방식을 이용할 수 있다.
다음으로, 단계 S104에서 열처리 제어부(143e)는 추출한 열처리 정보를 열처리 위치 순서대로 정렬하고, 이어, 단계 S105에서 열처리 시뮬레이션을 실행한다. 즉, 상기 추출한 열처리 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하고, 상기 열처리 순서가 정렬된 열처리 정보를 기초로 열처리 시뮬레이션을 실행한다.
열처리 시뮬레이션은 프로그램에 의해 이루어지는 것으로서, 금형과 동일한 형상을 갖는 금형을 상기 열처리 정보를 기준으로 프로그램적으로 열처리를 실행해보는 것을 의미한다.
이어, 단계 S106에서 열처리 시뮬레이션이 종료되면 그 결과는 사용자 인터페이스 장치인 디스플레이부(145)를 통해 표출된다. 열처리 시뮬레이션 결과는 가공시의 기계의 움직임을 3D 상으로 디스플레이해주는 것이 가능하다. 아울러 가공입력 좌표 출력, 기계좌표/프로그램좌표 출력, 고주파, 에어, 냉각수 시간 값 입력, 프로그램 입출력, 가공좌표 PREVIEW, 가공 프로그램 진행률 표시, 속도 출력, 모드 표시, 가공 원점 좌표 입력, 에러코드 출력, 가공 시간 표시 등이 가능하다.
사용자는 디스플레이되는 시뮬레이션 결과를 보고, 조건을 변경하고자 하면 조건 변경부(146)를 통해 가공 조건을 변경한다. 예를 들어, 사용자는 열처리 시뮬레이션 결과를 보고 가공 상의 문제점을 파악하고, 파악 후 가공라인의 수정을 위한 조건을 변경한다. 가공 조건으로는 가공 속도 등을 변경한다.
단계 S107에서 가공 조건이 변경되면 열처리 제어부(143e)는 이를 기반으로 단계 S108에서 이전 열처리 정보를 변경하고, 변경된 열처리 정보를 기반으로 다시 열처리 시뮬레이션을 제어하여, 다시 금형 열처리를 시뮬레이션해본다. 재 시뮬레이션 결과도 표출된다. 사용자가 자신이 만족하는 범위까지 다시 시뮬레이션을 해볼 수 있다. 실제 금형에서 열처리는 매우 중요하며, 열처리가 잘못될 경우 금형을 사용하지 못하는 경우도 다반사이다. 기존에는 금형의 열처리를 시뮬레이션하는 기능이 없어, 무조건 작업자의 경험과 티칭 과정을 통해 획득한 열처리 정보만을 이용하여 금형을 열처리하기 때문에, 열처리 오류 시 고가의 금형을 폐기하거나 다시 금형을 제작해야 하는 문제점을 유발하였다. 본 발명은 실제 금형을 열처리하기 이전에 소프트웨어적으로 시뮬레이션을 수행해보고, 그 시뮬레이션 결과를 기반으로 열처리 방법을 변경함으로써, 최적의 열처리 방법을 찾을 수 있도록 도모해주는 장점이 있다. 시뮬레이션 결과를 보고, 가공 오차율, 프로그램 입출력 이상 유무, 시험편 강도 및 편차 등을 확인하는 것도 가능하다.
이러한 과정을 기반으로 최적의 열처리 정보를 획득하게 되면, 단계 S109에서 열처리 제어부(143e)의 제어에 따라 고주파 유도가열 로봇인 열처리 장치(130)가 동작하여, 자동으로 금형을 열처리하게 되는 것이다.
이렇게 금형을 자동으로 열처리하게 되면, 열처리 소요시간을 단축할 수 있으며, 이로 인해 생산성 극대화를 도모할 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 드릴링 제어과정은 도 6에 도시한 바와 같이, (b1) 2D 금형 도면을 입력받는 단계(S201), (b2) 상기 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 단계(S202), (b3) 상기 (b2)단계에서 변환한 3D파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 단계(S203), (b4) 상기 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링 장치를 제어하여 자동 드릴링을 실행하는 단계(S204 ~ S204)를 포함한다.
상기 (b3)단계는 (b31) 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 단계, (b32) 상기 드릴링 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하는 단계, (b33) 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계, (b34) 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링의 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b4)단계는 상기 추출한 드릴링 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하고, 정렬한 드릴링 순서를 기반으로 자동 드릴링을 실행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 드릴링 제어과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 드릴링처리부(144)는 단계 S201에서 정반(110)에 올려진 금형(1)을 자동으로 드릴링하기 위해, 금형(1)에 대한 정보를 포함하는 2D 금형 도면을 파일 입력부(144a)를 통해 입력받는다.
이어, 단계 S202에서 파일 변환부(144b)에서 이를 3D 데이터 파일로 변환을 한다. 여기서 파일 변환부(144b)는 Solid works, CATIA, Solid Edge, AUTOCAD, PRO-E, UG 등의 프로그램을 이용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계 S203에서 2D 금형 도면이 3D 파일로 변환되면, 드릴링 정보 추출부(144c)는 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링을 위한 정보를 추출한다. 예컨대, 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 가공 정보를 추출한다. 드릴링 가공에 대한 정보는 2D 금형 도면에 포함되어 있다. 아울러 드릴링 가공 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성한다. 여기서 로봇의 이동 경로 정보가 금형의 드릴링 위치 정보가 된다. 아울러 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링의 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하고, 이를 통합하여 드릴링 정보로 생성한다.
상기 드릴링 구간의 벡터 생성은 가상의 면(PLARE)을 자동으로 생성하고, 가상의 면에 원하는 가공 홀을 스케치하고, 스케치한 홀이 금형으로 투영되어 벡터값을 생성하는 방식을 이용할 수 있다. 로봇의 자동 궤적 생성은 분할된 스케치를 Transform 기능을 사용하여 벡터 선을 출력하고, 화면상에 벡터 선을 시각화하는 방식을 이용할 수 있다.
다음으로, 단계 S204에서 드릴링 제어부(144d)는 추출한 열처리 정보를 열처리 위치 순서대로 정렬하고, 이어, 단계 S205에서 자동 드릴링을 실행한다. 즉, 상기 추출한 드릴링 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하고, 상기 정렬한 순서를 드릴링 가공 순서로 결정하고, 이를 기초로 드릴링 머신인 드릴링 장치(150)를 제어하여, 자동으로 금형을 드릴링하게 되는 것이다.
이렇게 금형을 자동으로 드릴링하게 되면, 드릴링 소요시간을 단축할 수 있으며, 이로 인해 생산성 극대화를 도모할 수 있게 되는 것이다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명은 금형을 로봇을 이용하여 고주파 유도가열 방식으로 열처리하거나 드릴링 로봇을 이용하여 금형을 자동으로 드릴링하는 기술에 적용된다.
100: 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템
110: 정반
120: 이동대
130: 열처리 장치
140: 열처리 및 드릴링 제어장치
141: 기능 선택부
142: 장치 선택부
143: 열처리부
143a: 파일 입력부
143b: 파일 변환부
143c: 열처리 정보 추출부
143d: 열처리 시뮬레이션부
143e: 열처리 제어부
144: 드릴링처리부
144a: 파일 입력부
144b: 파일 변환부
144c: 드릴링 정보 추출부
144d: 드릴링 제어부
145: 디스플레이부
146: 조건 변경부
110: 정반
120: 이동대
130: 열처리 장치
140: 열처리 및 드릴링 제어장치
141: 기능 선택부
142: 장치 선택부
143: 열처리부
143a: 파일 입력부
143b: 파일 변환부
143c: 열처리 정보 추출부
143d: 열처리 시뮬레이션부
143e: 열처리 제어부
144: 드릴링처리부
144a: 파일 입력부
144b: 파일 변환부
144c: 드릴링 정보 추출부
144d: 드릴링 제어부
145: 디스플레이부
146: 조건 변경부
Claims (18)
- 금형을 자동으로 열처리하고 드릴링하기 위한 시스템으로서,
열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하며, 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 열처리 및 드릴링 제어장치; 상기 열처리 및 드릴링 제어장치의 제어에 따라 고주파를 이용하여 금형을 자동으로 열처리하는 열처리 장치; 및 상기 열처리 및 드릴링 제어장치의 제어에 따라 드릴링 로봇을 이용하여 금형을 드릴링 가공하는 드릴링 장치를 포함하고,
상기 열처리 및 드릴링 제어장치는 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하는 열처리부를 포함하며,
상기 열처리부는 2D 금형 도면을 입력받는 파일 입력부; 상기 파일 입력부를 통해 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 파일 변환부; 상기 3D파일로부터 열처리 정보를 추출하는 열처리 정보 추출부; 상기 열처리 정보 추출부에서 추출한 열처리 정보를 기초로 내장된 시뮬레이션 프로그램으로 열처리를 시뮬레이션하는 열처리 시뮬레이션부를 포함하고,
상기 열처리 정보 추출부는 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보만을 추출하고, 상기 열처리 부분인 양각 정보만을 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하고, 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템.
- 청구항 1에서, 상기 열처리 및 드릴링 제어장치는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템.
- 청구항 1에서, 상기 열처리 및 드릴링 제어장치는 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 드릴링처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에서, 상기 열처리부는 열처리 시뮬레이션을 제어하며, 상기 열처리 정보를 기초로 열처리 장치를 제어하여 자동 열처리를 실행하는 열처리 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템.
- 청구항 3에서, 상기 드릴링처리부는 2D 금형 도면을 입력받는 파일 입력부; 상기 파일 입력부를 통해 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 파일 변환부; 상기 변환한 3D파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 드릴링 정보 추출부; 상기 드릴링 정보를 기초로 드릴링 장치를 제어하여 자동 드릴링을 실행하는 드릴링 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템.
- 청구항 7에서, 상기 드릴링 정보 추출부는 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 정보만을 추출하고, 상기 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하며, 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하고, 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링 시스템.
- 삭제
- 금형을 자동으로 열처리하고 드릴링하기 위한 방법으로서,
(a) 사용자의 작업 기능 선택에 따라 열처리 또는 드릴링 장치를 선택하고, 열처리 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 열처리 정보를 기초로 시뮬레이션을 실행하여 열처리 결과 정보를 도출하고, 자동 보정된 열처리 정보 또는 보정되지 않은 열처리 정보를 기초로 열처리를 자동 제어하는 열처리 제어과정;
(b) 드릴링 선택 시 입력된 2D 금형 도면을 3D 파일로 변환하고, 변환한 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하며, 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링을 자동 제어하는 드릴링 제어과정을 포함하고,
상기 열처리 제어과정(a)은 (a1) 2D 금형 도면을 입력받는 단계; (a2) 상기 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 단계; (a3) 상기 (a2)단계에서 변환한 3D파일로부터 열처리 정보를 추출하는 단계; (a4) 상기 추출한 열처리 정보를 기초로 내장된 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 열처리를 시뮬레이션하는 단계; (a5) 상기 (a4)단계에서 수행한 시뮬레이션 결과정보를 화면에 표출해주는 단계; (a6) 상기 (a3)단계에서 추출한 열처리 정보를 기초로 열처리 장치를 제어하여 자동 열처리를 실행하는 단계를 포함하며,
상기 (a3)단계는 (a31) 상기 변환된 3D 파일로부터 열처리 부분인 양각 정보만을 추출하는 단계; (a32) 상기 열처리 부분인 양각 정보를 기초로 궤적 부위의 열처리 구간의 벡터를 생성하는 단계; (a33) 상기 생성한 열처리 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계; (a34) 상기 3D파일의 정보로부터 열처리의 높이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 10에서, 상기 (a4)단계는 (a41) 상기 추출한 열처리 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하는 단계; (a42) 상기 열처리 순서가 정렬된 열처리 정보를 기초로 열처리 시뮬레이션을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
- 청구항 10에서, 상기 (a6)단계는 (a61) 사용자가 보정을 요청하는지를 확인하는 단계; (a62) 사용자가 열처리 보정을 위해 조건 변경 정보를 입력하면 이를 기초로 열처리 조건을 변경하고, 상기 (a4)단계로 이동하는 단계; (a63) 열처리 정보로 열처리를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
- 청구항 14에서, 상기 (a63)단계는 사용자가 열처리 보정을 요청하지 않으면 상기 추출한 열처리 정보로 열처리를 자동 제어하고, 사용자가 열처리 조건 변경을 요청한 경우 변경된 열처리 정보를 생성하고 이를 기초로 열처리 시뮬레이션한 결과를 기반으로 사용자가 변경된 열처리 정보를 선택하면 변경된 열처리 정보로 열처리를 자동 제어하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
- 청구항 10에서, 상기 드릴링 제어과정은 (b1) 2D 금형 도면을 입력받는 단계; (b2) 상기 입력된 2D 금형 파일을 3D 파일로 변환하는 단계; (b3) 상기 (b2)단계에서 변환한 3D파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 단계; (b4) 상기 추출한 드릴링 정보를 기초로 드릴링 장치를 제어하여 자동 드릴링을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
- 청구항 16에서, 상기 (b3)단계는 (b31) 상기 변환된 3D 파일로부터 드릴링 정보를 추출하는 단계; (b32) 상기 드릴링 정보를 기초로 드릴링 구간의 벡터를 생성하는 단계; (b33) 상기 생성한 드릴링 구간 벡터를 로봇의 자동 궤적 생성 프로그램인 CAD ROB에 적용하여 로봇의 이동 경로를 생성하는 단계; (b34) 상기 3D파일의 정보로부터 드릴링의 깊이, 로봇의 속도, 에어 분사량, 냉각수 분사량의 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
- 청구항 16에서, 상기 (b4)단계는 상기 추출한 드릴링 정보를 위치 정보 기반으로 순서를 정렬하고, 정렬한 드릴링 순서를 기반으로 자동 드릴링을 실행하는 것을 특징으로 하는 금형 자동 열처리 및 드릴링방법.
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