(51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) G01B 11/16 (2006.01) (21) 출원번호 10-2005-0088727 (22) 출원일자 2005 년 09 월 23 일 심사청구일자 2005 년 09 월 23 일 (65) 공개번호 10-2007-0095493 (43) 공개일자 2007 년 10 월 01 일 (56) 선행기술조사문헌 1020010008958 1020050020874 (45) 공고일자 2008년03월24일 (11) 등록번호 10-0816499 (24) 등록일자 2008년03월18일 (73) 특허권자 한국생산기술연구원 충남천안시입장면홍천리 35-3 (72) 발명자 최석우 서울특별시동작구사당동 LG 아파트 104 동 801 호 이혜진 전북전주시완산구서신동신일아파트 102 동 41 3 호 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 유종정 전체청구항수 : 총 1 항심사관 : 장종윤 (54) 무금형점진성형실시간변형측정장치 (57) 요약 본발명은무금형점진성형기술에관한것으로, 보다상세하게는소재와공구의접촉되는부분을실시간으로촬영및관측하여제품의성형불량을방지할수있도록한무금형점진성형실시간변형측정장치에관한것이다. 이를위해, 소재와스타일러스를접촉시킨상태에서이송시켜상기소재를점차적으로원하는형상의제품으로성형하는무금형점진성형장치에있어서, 상기스타일러스와소재가접촉되는부분을실시간촬영할수있도록고배율광학렌즈를갖는고해상도의카메라를상단플레이트저면에장착하고, 상기카메라는컴퓨터와연결시켜촬영되는영상을모니터에실시간으로표시하며, 상기스타일러스의가공에따른소재의파단및과도한변형을모니터를통해명확하게관측할수있도록상기소재표면에그리드를표시하는것을특징으로한다. 상기한구성에따라, 카메라를통해소재와스타일러스가접촉되는그리드부분을촬영하여, 그리드의변형을보다신속하고확실하게관측할수있는효과가있고, 그리드의변형이성형한계를벗어나는경우, 시스템의가공을중단하고재가공하므로제품의성형불량문제점을미연에방지할수있는효과도있다. 대표도 - 도 1-1 -
(72) 발명자 이근안 경기도안양시동안구관양동인덕원삼성아파트 108 동 1802 호 이형욱 인천시연수구동춘동 991-9 송도풍림아파트 117 동 201 호 이낙규 인천광역시계양구계산동 1085-2 태평아파트 415 동 2703 호 - 2 -
특허청구의범위청구항 1 상, 하부지그에의해고정된소재위에스타일러스의단부를접촉시킨상태에서상기상, 하부지그와스타일러스를이송시켜상기소재를점차적으로원하는형상의제품으로성형하되, 상기스타일러스와소재가접촉되는부분을실시간촬영할수있도록고배율광학렌즈를갖는고해상도의카메라를상단플레이트저면에장착하고, 상기카메라는컴퓨터와연결시켜촬영되는영상을모니터에실시간으로표시하는무금형점진성형실시간변형측정장치에있어서, 상기스타일러스 (12) 의가공에따른소재 (30) 의파단및과도한변형을모니터 (55) 를통해명확하게관측할수있도록상기소재 (30) 표면에그리드 (32) 를표시하여구성하고, 상기카메라 (40) 는스타일러스 (12) 와소재 (30) 가상부또는하부로이송되는경우상기스타일러스 (12) 와소재 (30) 가접촉되는부분의촬영이가능하도록상단플레이트 (10) 저면에브래킷바 (42) 를고정시키되상기브래킷바 (42) 에카메라 (40) 를회전가능하게축 (44) 결합한것을특징으로하는무금형점진성형실시간변형측정장치. 청구항 2 삭제 명세서 발명의상세한설명 발명의목적 <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> 발명이속하는기술및그분야의종래기술본발명은무금형점진성형기술에관한것으로, 보다상세하게는소재와공구의접촉되는부분을실시간으로촬영및관측하여제품의성형불량을방지할수있도록한무금형점진성형실시간변형측정장치에관한것이다. 일반적으로, 금형을이용한금속재의소성가공은단조, 압출, 압연등정형의제품을빠르고값싸게만드는방법으로, 소품종대량생산에매우유용하게사용되어왔다. 그러나, 상기한소성가공은제품설계에서부터제조공정설계, 금형의제작설계, 시작품성형, 기능시험, 디자인변경, 금형의수정보완, 양산설계등많은과정을거쳐야만하고, 그에따른막대한설비투자와시간이필요한단점이있다. 더욱이, 금형을사용하는소성가공의특성상기술적, 경제적측면에서문제가있어, 향후다가올시대적요구에부응할수없는우려도있는것이다. 이에, 오늘날에는기존의금형을이용한금속가공산업을대체할수있는경제적이고유연한제조기술을지속적으로개발하고있는추세에있다. 즉, 다양한제품에민첩하게대응할수있는스케일러블 (scalable) 시스템을들수있는데, 이와같은스케일러블시스템을기반으로한성형기술에는점진성형기술 (Incremental Forming Technology) 과 CAD/CAM, 제어기술등의 IT기술의융합을통하여개발될수있는것이다. 상기한점진성형기술에대하여간략하게설명하면, 소재와공구를각각회전또는이송시켜소재와공구가부분적으로접촉하도록하여재료를국부적으로성형하면서, 이를점차적으로성형하고자하는소재의영역으로진행시켜원하는형상의금속제품을제조하는기술이다. 이와같은점진성형기술은펀치와다이가필요한통상의성형가공공정과는다르게기본적으로 CAD 데이터와프로그램을이용하는수치제어방식으로 CNC선반이나머시닝센터와같은구동원리로제품을성형하게된다. 따라서, 상기한점진성형기술은상기와같이 IT기술을이용한디지털공정을통해제품설계공정의수정이용이하고, 또한소재에국부적인변형을부과하는특징및저에너지를이용하는성형기술의특성으로인해적은공간, 저비용, 저소음및저진동을실현할수있는효율적인성형기술이라할수있다. - 3 -
<21> <22> 특히, 소재의연신율한계를극복할수있어난성형재에도적용이가능하여마이크로부품의제조에유용하게응용될수있고금형을제작하기힘든초대형부품의제조에도적합한기술인것이다. 그러나, 상기한기존의점진성형기술은금형이없이공구와소재의접촉및이송작용에따라제품을성형하는기술의특성상, 소재가공중공구의잘못된움직임이나정해진패턴을벗어나게됨으로써, 소재의파단및과도한변형이발생할수있게되는데, 이와같은문제점을즉각적으로인지할수없고, 그에따른제품의성형불량문제점을예측할수없는폐단이있었다. <23> 발명이이루고자하는기술적과제본발명은전술한바와같은종래의문제점을해결하기위하여안출한것으로, 소재와공구의접촉되는부분을실시간으로촬영및관측하여제품의성형불량을방지할수있도록한무금형점진성형실시간변형측정장치를제공하는데있다. <24> <25> <26> <27> <28> <29> <30> <31> <32> <33> <34> 발명의구성및작용상기와같은목적을달성하기위한본발명의구성은, 상, 하부지그에의해고정된소재위에스타일러스의단부를접촉시킨상태에서상기상, 하부지그와스타일러스를이송시켜상기소재를점차적으로원하는형상의제품으로성형하는무금형점진성형장치에있어서, 상기스타일러스와소재가접촉되는부분을실시간촬영할수있도록고배율광학렌즈를갖는고해상도의카메라를상단플레이트저면에장착하고, 상기카메라는컴퓨터와연결시켜촬영되는영상을모니터에실시간으로표시하며, 상기스타일러스의가공에따른소재의파단및과도한변형을모니터를통해명확하게관측할수있도록상기소재표면에그리드를표시하는것을특징으로한다. 그리고, 상기카메라 (40) 는스타일러스 (12) 와소재가상부또는하부로이송되는경우상기스타일러스 (12) 와소재가접촉되는부분의촬영이가능하도록상단플레이트저면에브래킷바를고정시키되상기브래킷바에카메라 (40) 를회전가능하게축결합한것을특징으로한다. 본발명의바람직한실시예를첨부된도면에의하여상세히설명하면다음과같다. 먼저, 본발명의특징적기술구성을설명하기에앞서, 본발명에적용된무금형점진성형장치에대해간단하게설명하면, 상, 하단플레이트 (10)(15) 사이의모서리에는소정의간격을두고서포트바 (11) 를설치한다. 그리고, 상기상단플레이트 (10) 중앙에는소재 (30) 와접촉되어제품을성형하는역할의스타일러스 (12) 를관통설치하되, 상기스타일러스 (12) 는상, 하로이송가능하게설치한다. 또한, 상기하단플레이트 (15) 상단에는상기소재 (30) 를고정시키는동시에고정된소재 (30) 와함께전, 후및좌, 우로이송시키는소재이송수단 (20) 을장착한다. 상기한소재이송수단 (20) 의상단에는중앙에사각의구멍이형성된상부지그 (22) 를장착하고, 상기상부지그 (22) 하단에는상기상부지그 (22) 와동일한크기의구멍이형성된하부지그 (24) 를장착한다. 이때, 상기상부지그 (22) 와하부지그 (24) 사이에는판형상의소재 (30) 를장착하여, 상기상부지그 (22) 와하부지그 (24) 사이의구멍에소재 (30) 의상면을나타낼수있도록한다. 그리고, 상기상부지그 (22) 와하부지그 (24) 에는고정수단을장착하여상기소재 (30) 를고정시킬수있도록한다. 즉, 소재 (30) 를스타일러스 (12) 에접촉시킨상태에서소재이송수단 (20) 을전, 후, 좌, 우또는상, 하로이송시키거나스타일러스 (12) 를상, 하로이송함으로써, 판형소재 (30) 를원하는제품형태로돌출되게성형가공할수있는것이다. 한편, 도 1 내지도 3은본발명의무금형점진성형실시간변형측정장치에대한것으로, 상단플레이트 (10) 저면에상기스타일러스 (12) 와소재 (30) 가접촉되는부분을실시간으로촬영할수있도록카메라 (40) 를장착하되, 상기스타일러스 (12) 및소재 (30) 의상, 하이송되는경우에도접촉되는부분의촬영이가능하도록장착한다. 보다상세하게설명하면, 상기상단플레이트 (10) 저면에브래킷바 (42) 를고정설치하고, 상기브래킷바 (42) 단부에카메라 (40) 의단부를축 (44) 결합함으로써, 상기카메라 (40) 를브래킷바 (42) 에회전가능하게장착한다. 이때, 상기카메라 (40) 는고배율광학렌즈를갖는고해상도의 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 (40) 를이용하는것이적절하다. - 4 -
<35> <36> <37> <38> <39> <40> <41> <42> <43> <44> <45> 그리고, 상기카메라 (40) 는사용자의컴퓨터 (50) 와연결하여상기카메라 (40) 에서촬영되는영상이실시간으로모니터 (55) 스크린에디스플레이될수있도록한다. 계속해서, 소재 (30) 표면에는일정하게반복되는무늬의그리드 (32) 를표시하여스타일러스 (12) 의잘못된가공에따른소재 (30) 의파단및과도한변형을모니터 (55) 를통해확실하게관측할수있도록한다. 즉, 스타일러스 (12) 의가공에따라변형되는그리드 (32) 를성형한계도 (FLD : Forming Limit Diagram) 와비교함으로써, 소재 (30) 의변형및파단여부를보다손쉽게파악할수있는것이다. 여기서, 성형한계도란소재별최대및최소변형율이표시된도표를지칭한다. 이때, 상기소재 (30) 의변형율은상기소재변형율의측정이가능한소프트웨어가컴퓨터 (50) 내부에설치됨으로써, 상기소프트웨어를통해소재 (30) 의변형율을알수있게된다. 이와같이구성된본발명의작용및효과를상세하게설명하면다음과같다. 본발명에적용된무금형점진성형장치에서는, 성형하고자하는형상으로부터추출되어입력된컨트롤러 ( 미도시 ) 의지령에따라소재이송수단 (20) 을전, 후, 좌, 우또는상, 하로움직이는동시에스타일러스 (12) 를상, 하로움직여상기스타일러스 (12) 를소재 (30) 에접촉시킨상태에서소재 (30) 를성형가공하게된다. 이와같이가공되는소재 (30) 부분은카메라 (40) 를통해촬영되어모니터 (55) 에실시간으로표시되는데, 이때소재 (30) 표면에는그리드 (32) 가형성되어있어소재 (30) 의가공에따라그리드 (32) 의변형을보다확실하게관측할수있게된다. 또한, 상기소재 (30) 를고정하는상, 하부지그 (22)(24) 또는스타일러스 (12) 가상부또는하부로이송되는경우에는카메라 (40) 가회전가능하게결합되어있으므로카메라 (40) 를소재 (30) 와스타일러스 (12) 가접촉된방향으로회전시켜그리드 (32) 의변형을지속적으로촬영할수있게된다. 이처럼, 변형되는그리드 (32) 는컴퓨터 (50) 에설치된소재변형율측정소프트웨어를통해그변형율을측정할수있게되는데, 측정된변형율은성형한계도 (FLD : Forming Limit Diagram) 와비교하여그리드 (32) 의변형이파단영역에있는지안전영역에있는지지속적으로검토한다. 검토결과, 실시간으로측정되는그리드 (32) 의변형율이성형한계를벗어나거나매우가까울경우에는시스템의가공을중단하고공정을수정한후재가공함으로써, 소재 (30) 의변형및파단을감지할수있고, 이에따라최종적인제품의성형불량요인을미연에방지할수있는것이다. 특히, 상기와같이소재 (30) 의변형을측정하는것이실시간으로이루어지므로, 복잡한형상이나난성형품의개발을무리없이수행할수있는것이다. 더욱이, 측정된변형율이성형한계보다많이낮을경우에는보다저급의소재 (30) 를사용하여제품의가공이가능함으로써, 제품생산에소요되는제조원가를절감할수있는것이다. 한편, 본발명은상기한구체적인예에대해서만상세히설명되었지만본발명의기술사상범위내에서다양한변형및수정이가능함은당업자에게있어서명백한것이며, 이러한변형및수정이첨부된특허청구범위에속함은당연한것이다. <46> <47> 발명의효과이상에서와같이본발명은카메라를통해소재와스타일러스가접촉되는그리드부분을실시간으로촬영함으로써, 그리드의변형을보다신속하고확실하게관측할수있는효과가있고, 또한성형한계를벗어나는그리드의변형이있는경우, 시스템의가공을중단하고공정을수정한후재가공하므로제품의성형불량문제점을미연에방지할수있는효과도있다. 더욱이, 소재및스타일러스를관측하는역할의카메라를회전가능하게장착함으로써, 상, 하부지그또는스타일러스가상부또는하부로이송되는경우에도그리드의변형을지속적으로촬영할수있는효과도있다. <1> <2> 도면의간단한설명 도 1 은본발명에따른카메라와소재의형상을나타낸부분확대사시도, 도 2 는본발명에따른카메라의장착상태를도시한정면도. - 5 -
<3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> 도 3은본발명에따른카메라의회전작동상태를도시한부분확대도. * 도면중주요부호에대한설명 * 10 : 상단플레이트 12 : 스타일러스 15 : 하단플레이트 20 : 소재이송수단 22 : 상부지그 24 : 하부지그 30 : 소재 32 : 그리드 40 : 카메라 42 : 브래킷바 44 : 축 50 : 컴퓨터 55 : 모니터 도면 도면 1-6 -
도면 2 도면 3-7 -