(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法であって、
現在加工中の鋼板を計測し、前記鋼板の設計形状及び現在加工中の前記鋼板の計測された形状情報を入力する段階と、
前記鋼板の拘束及び強制変形位置を計算する段階と、
前記鋼板の拘束位置に対応する前記鋼板の強制角変形量を計算する段階と、
前記計算された強制角変形量により前記鋼板の加熱線の位置及び強さを計算する段階と、
前記計算された加熱線の位置及び強さにより曲面を加工する段階と、
を含み、
前記強制角変形量は、前記鋼板の弾性領域内の強制角変形量と荷重による臨界強制角変形量とを比較し、そのうちの小さい値に選択される、
鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法。
【請求項２】
前記鋼板の拘束位置及び強制変形位置を計算する段階の前に、前記現在加工中の鋼板の拘束及び強制変形の使用可否を決定する段階をさらに含む、
請求項１に記載の鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法。
【請求項３】
前記曲面を加工する段階の後に、前記設計形状と前記現在加工中の形状とが一致するか否かを確認する段階をさらに含み、
前記設計形状と前記現在加工中の形状とが一致する場合は、加工作業を完了し、
前記設計形状と前記現在加工中の形状が一致しない場合は、前記現在加工中の鋼板を計測し、前記鋼板の設計形状及び現在加工中の前記鋼板の計測された形状情報を入力する段階から繰り返す、
請求項１に記載の鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法。
【請求項４】
前記加熱線の位置及び強さを計算する段階は、
前記強制角変形量による鋼板加工後の鋼板の残留強制角変形量を計算する段階をさらに含み、
前記残留強制角変形量を計算する段階において、前記残留強制角変形量が存在する場合は、前記残留強制角変形量がなくなるまで追加的に加熱線の位置及び強さを計算する、
請求項１に記載の鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法。
【請求項５】
前記加熱線の位置及び強さを計算する段階は、
前記残留強制変形を計算する段階において残留強制変形がない場合には、
前記鋼板の強制変形を考慮しないで角変形量を計算する段階と、
前記強制変形を考慮しないで計算された角変形量による加熱強さ及び加熱位置を決定する段階と、
加熱情報生成が完了されたか否かを確認する段階と、をさらに含む、
請求項４に記載の鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法。
【請求項６】
鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システムであって、
加工中の鋼板の形状と加工情報とを測定する測定部と、
前記測定部から測定された測定情報と加工情報及び目的とする鋼板の設計形状情報を格納するデータベースと、
前記データベースに格納された測定情報と目的とする鋼板の設計形状情報とを用いて前記鋼板の曲面整合及び変形率の計算を行い、前記鋼板の拘束及び強制変形位置を計算し、前記鋼板の強制角変形量を計算し、前記強制角変形量に対応する加熱情報を計算する加熱情報計算部と、
前記加熱情報計算部で計算された鋼板の拘束及び強制変形位置に応じて鋼板を拘束及び強制変形する鋼板拘束及び強制変形装置と、
前記加熱情報計算部で計算された加熱情報に応じて鋼板を曲面加工する曲面加工装置と、
を含み、
前記加熱情報計算部は、前記鋼板の弾性領域内の強制角変形量と荷重による臨界強制角変形量とを比較し、そのうちの小さい値を前記鋼板の強制角変形量として選択する、
鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システム。
【請求項７】
前記加熱情報計算部で計算された加熱情報を格納する格納部及び前記加熱情報を出力する出力部のうちの少なくともいずれか一つをさらに含む、請求項６に記載の鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状加熱方法及びそのシステムに関し、より詳細には、強制変形を考慮した線状加熱方法及びそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶における船体の曲面は、流体力学、構造力学、振動などのエンジニアリング技術に基づいて設計される三次元曲面であって、所定厚さの鉄板を加工して製作されており、船体外板の加工精度は船舶全体の設計性能を左右すると言える。
【０００３】
外板の三次元形状への加工は、大きく２段階の方法を用いるが、２段階の方法は、プレスやローラなどを用いた機械的な１次冷間加工と、鉄板にガストーチなどで熱を加えて加工する二次熱間加工とに分けられる。
【０００４】
冷間加工は、ロールプレスやマルチプレスまたはベンディングプレスなどを用いて曲げ加工する方法であって、現在大部分の造船所が展開可能な形状を製作するために主に用いる方法である。ここで、展開可能な形状とは、切断された平板の面内収縮や膨脹なしで、単純曲げ変形するだけで作ることができる形状を意味する。
【０００５】
熱間加工は、ガストーチ及び高周波誘導加熱装置などの熱源を用いて鉄板（鋼板）に熱を加えて収縮、膨脹、曲げ変形を生じさせ、鋼板を三次元曲面形状に製作する過程である。
【０００６】
熱間加工における収縮及び膨脹は、特定の方向性を有して発生することではないという物理/力学的な特性がある。よって、熱間加工過程では、特定方向の変形を誘発させたり、または抑制させたりしないと、設計通りの目的とする曲面を作ることができない。
【０００７】
したがって、熱間加工により鋼板を所望する形状に加工するためには、熱間加工する過程で鋼板の適切な位置に適切な熱量を投入しなければならなく、また対応する位置に強制的な境界条件などが必ず必要である。
【０００８】
このような 二次熱間加工作業は、一般的に鋼板の適切な位置に加熱線を表示し、その後、加熱線に適切な熱を加えることにより行われる。このような作業は主に手動で行われ、主に作業能力が１０年以上の高度の機能を有する作業者が行う難しい作業である。
【０００９】
一方、船舶の曲面外板は、曲面のガウス曲率に応じて、大きくコンケーブ（内縦曲）型（ガウス曲率＞０）、サドル（外縦曲）型（ガウス曲率＜０）、シリンダ型（ガウス曲率＝０）に分けられる。コンケーブ型は、純粋コンケーブとツイスト（歪み）型に区分される。大部分の造船業界ではこのような曲面形状に応じて熱間加工方法を異ならせて作業者による手動加熱により最終形状を製作している。
【００１０】
このような方法は、大きく線状加熱と三角加熱法とに分けられる。
【００１１】
線状加熱法は、鋼板の表面を、ガスを主な熱源にして直線または任意曲線状に加熱し、冷却することにより、板に曲げを発生させる方法である。
【００１２】
三角加熱法（部分加熱法）は、鋼板の縁部を局部的に加熱し、冷却させて収縮を誘発させる方法であって、冷却させることにより、熱が他の部位に伝達されることを防ぎ、局部的に面内の収縮（ｉｎｐｌａｎｅ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を誘導する方法である。加熱表面形状が三角形に近いことから三角加熱法と呼ばれる。
【００１３】
このような線状加熱法及び三角加熱法を含む現在までの曲面外板の熱間加工作業は、上述したように、全面的にガス熱源を用いて、熟練された高度の機能を有する人力の手作業に依存するため、作業速度の向上及び精度向上に限界があった。
【００１４】
また、作業者間の熟練の差や作業方式の違いから作業標準化及び技術伝授も難しくて、未熟練者にはより難しい工程となる。
【００１５】
このため、熱間加工作業の自動化が必要となり、これを解決するための様々な先行技術が紹介、開発された。このような先行技術としては、韓国出願番号第１０−２００２−００７１１３１号、第１０−１９９８−０００７３３２号、第１０−２００４−７０１４６１９号及び第１０−２００７−００５３２２５号などがある。
【００１６】
このような先行技術では、図１の（ａ）ないし（ｃ）に示すように、任意領域に熱を加える場合、厚さによる温度分布により温度偏差が生じ、これにより角変形が発生する過程を用いて熱間加工を行うようにしている。
【００１７】
より詳細には、図１の（ａ）に示された平らな鋼板の一領域に熱を加えると、図１の（ｂ）のように角変形が発生する。図１の（ｂ）のように、１回加熱により得られる角変形がａラジアンであり、重畳原理が適用されると仮定して３回加熱を行うと、図１の（ｃ）のように、３ａラジアンの最終変形を得ることができる。
【００１８】
図２は、強制変形のない状態で熱源（ガス加熱または高周波誘導加熱）による鋼材（ＡＨ３２、Ｍｉｌｄ  ｓｔｅｅｌ）の変形特性を示している。
【００１９】
公知された大部分の熱間加工自動化のための加工情報生成システムは、上記のように、鋼板に熱を加える場合に発生する角変形条件のみを考慮して加工しようとする鋼板の変形特性を抽出し、これを活用して加熱位置、加熱速度などの加工情報を計算して熱間加工作業を行うようになっている。
【００２０】
しかし上述したように、熱間加工は、投入された熱による収縮-膨脹過程により変形を起こすが、収縮と膨脹は特定の方向性を有して発生することではないという物理/力学的な特性がある。
【００２１】
よって、熱間加工過程では加工しようとする鋼板の特定方向の変形を誘発させたり、または抑制させたりしないと、設計通りの目的とする曲面を作ることができない。これは、熱加工する過程で鋼板の適切な位置に適切な熱量を投入しなければならなく、また対応する位置に強制的な境界条件などを必ず必要とすることを意味する。
【００２２】
ここで、強制的な境界条件とは、熱加工される鋼板の一位置に強制的な力を与えて鋼板の熱間加工による変形にもかかわらず変形が発生しないようにしたり、またはより多く変形が発生するようにする強制変形条件を意味する。
【００２３】
鋼板の熱間加工時、このような強制変形が考慮された場合の変形効果を、異なる図面に基づいて説明する。
【００２４】
図３の（ａ）ないし（ｄ）は、図１の（ａ）ないし（ｃ）のように、ａラジアンを発生させる熱源を用いて３回加熱する方式であり、初期強制変形のｂラジアンが追加された状態で加熱される鋼板の変形過程を示す図面である。
【００２５】
図３の（ａ）のように、弾性領域で鋼材の端の部分に上方向に力を与えると、ｂラジアンだけの強制変形が発生する。このとき、図１の（ｂ）のようなａラジアンの角変形を誘導できる熱量を用いて図３の（ｂ）のように熱を加えた後に発生した角変形を、図３の（ｃ）のように、ｃラジアン（ｃ＞ａ）と規定する。
【００２６】
このとき、角度ｃと角度ｂの大きさから、次のような場合を考えることができる。
【００２７】
先ず、ｃ＞ｂの場合である。ｃ＞ｂである場合は、強制弾性変形（ｂラジアン）が加熱作業による１００％の弾性応力除去と追加的な塑性変形の発生により、最終的にｃラジアンの角変形が発生した場合である。この場合は、強制変形のために加えられた力が除去された状態であって、力を維持するために用いられる盤木が単純に支持の役割を果たす。以後、２回の加熱は、強制変形がない状態であるので、重畳原理により２ａラジアンが発生し、最終変形は（２ａ＋ｃ）ラジアンが発生することになり、３ａの角変形が発生した図１の変形よりは大きい最終変形を得ることができる。（ケース１）
【００２８】
次に、ｃ＜ｂの場合である。ｃ＜ｂである場合は、加熱作業により弾性応力が完全に除去されなく残っており、強制変形が完全に除去されなかった状態である。この場合は、力を除去すると一部強制弾性変形を回復することができ、盤木は依然として上方に力を加える状態にある。初期強制変形によるｂラジアンよりは小さい強制変形がまだ残っている状態で、再び加熱を行うと、再びａラジアンよりは大きいｄラジアンの角変形が誘発される。（ケース２）
【００２９】
このとき、ｃ＋ｄ＞ｂである場合、２回加熱された状態で強制変形の効果はなくなり、３回目の加熱により発生されるａラジアンの角変形を含んで最終角変形は、図３（ｄ）のように、（ｃ＋ｄ＋ａ）となる。（ケース３）
【００３０】
ここで、またｃ＋ｄ＜ｂである場合は、最後の加熱を行うと、再びｅラジアン（ｅ＞ａ）の角変形が発生するとすれば、最終変形量は、（ｃ＋ｄ＋ｅ）となる。
【００３１】
若し、初期強制変形ｂが弾性領域内で十分に大きい場合は、ｃ＋ｄ＋ｅ＜ｂとなる場合がある。
【００３２】
このような過程をまとめて図１での最終角変形（３ａラジアン）と比較すると、強制変形を考慮した加熱でのケース１、２及び３の最終変形量は（角変形ｃ、ｄ及びｅが角変形ａよりも大きいので）常に３ａよりは大きく発生することになる。よって、強制変形を加えた場合が、強制変形を加えなかった場合よりも効率的で、つまり、より大きい角変形を誘発することが分かる。
【００３３】
このような強制変形を鋼板の熱間加工に適用するために、実際の現在の手作業方式では、鋼板を拘束するためにドッグと呼ばれる“┓”形状の掛け金と木（大変形）及び金属（小変形）の盤木を用いて適切な位置に拘束及び支持などの境界条件を付与して作業を行っている。ここで、盤木とは木または金属材質で形成された楔状の道具であって、ドッグとともにペアになって、鋼板を単純支持したり、強制変形された鋼板を強制支持したりする用途として使用されるものである。
【００３４】
ここで、強制変形された鋼板を強制支持するとは、作業者が熱を用いて鋼板を加工する際に、変形を容易にかつ迅速に起こすために鋼板に力を加えて所定部門に弾性変形を起こした後に、熱を加えて目的とする方向への塑性変形を誘発させることを意味する。このとき、強制変形された部分を維持する役割を盤木が果たすことになる。すなわち、ドッグを用いて特定部位を固定し、所定部門に力を加えて鋼板を強制弾性変形させた後に、この部分を維持する役割を盤木が果たすことになる。
【００３５】
このように、手作業方式では、強制変形を考慮して鋼板を強制支持するようにする場合があるが、このような作業は全て熟練作業者の経験による方法に依存しており、現在まで提案された様々な曲面加工方法やシステムでは、鋼板の強制変形を考慮した状態で鋼板の加熱位置及び加熱条件などの加工情報を決定する方法について言及されていない。よって、鋼板の曲面加工時に強制変形を考慮して鋼板の加熱位置及び加熱条件などの加工情報を決定するための方法を開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
本発明は、上記のような必要性に鑑みて案出されたもので、本発明の目的は、自動化された熱間加工作業を行うことにおいて、作業の効率を高めるために鋼板に強制変形を起こした場合の境界条件を考慮した線状加熱方法及びシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記のような目的を達成するために、本発明によれば、鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法であって、現在加工中の鋼板を計測し、上記鋼板の設計形状及び現在加工中である上記鋼板の計測された形状情報を入力する段階と、上記鋼板の拘束及び強制変形位置を計算する段階と、上記鋼板の拘束位置に対応する上記鋼板の強制角変形量を計算する段階と、上記計算された強制角変形量により上記鋼板の加熱線の位置及び強さを計算する段階と、上記計算された加熱線の位置及び強さに応じて曲面を加工する段階と、を含む鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法が提供される。
【００３８】
本発明によれば、上記強制角変形量としては、上記鋼板の弾性領域内の強制角変形量と荷重による臨界強制角変形量とを比較して、そのうちの小さい値を選択する。
【００３９】
このとき、本発明によれば、上記鋼板の拘束位置及び強制変形位置を計算する段階の前に、上記現在加工中の鋼板の拘束及び強制変形の使用可否を決定する段階をさらに含むことができる。
【００４０】
また、本発明によれば、上記曲面を加工する段階の後に、上記設計形状と上記現在加工中の形状とが一致するか否かを確認する段階をさらに含むことができ、このとき、上記設計形状と上記現在加工中の形状とが一致する場合は、加工作業を完了し、上記設計形状と上記現在加工中の形状が一致しない場合は、上記現在加工中の鋼板を計測し、上記鋼板の設計形状及び現在加工中である上記鋼板の計測された形状情報を入力する段階から繰り返すことができる。
【００４１】
また、本発明によれば、上記加熱線の位置及び強さを計算する段階は、上記強制角変形量による鋼板加工後の鋼板の残留強制角変形量を計算する段階をさらに含むことができ、上記残留強制角変形量を計算する段階において、上記残留強制角変形量が存在する場合は、上記残留強制角変形量がなくなるまで追加的に加熱線の位置及び強さを計算することができる。
【００４２】
また、本発明によれば、上記加熱線の位置及び強さを計算する段階は、上記残留強制変形を計算する段階において残留強制変形がない場合は、上記鋼板の強制変形を考慮しないで角変形量を計算する段階と、上記強制変形を考慮していない角変形量による加熱強さ及び加熱位置を決定する段階と、加熱情報生成が完了されたか否かを確認する段階と、をさらに含むことができる。
【００４３】
本発明の他の側面によれば、鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システムであって、加工中の鋼板の形状及び加工情報を測定する測定部と、上記測定部で測定された測定情報、加工情報及び目的とする鋼板の設計形状情報を格納するデータベースと、上記データベースに格納された測定情報及び目的とする鋼板の設計形状情報を用いて上記鋼板の曲面整合及び変形率を計算し、上記鋼板の拘束及び強制変形位置を計算し、上記鋼板の強制角変形量を計算し、上記強制角変形量による加熱情報を計算する加熱情報計算部と、上記加熱情報計算部で計算された鋼板の拘束及び強制変形位置に応じて鋼板を拘束及び強制変形する鋼板拘束及び強制変形装置と、上記加熱情報計算部で計算された加熱情報に応じて鋼板を曲面加工する曲面加工装置と、を含む鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システムが提供される。
【００４４】
ここで、本発明の他の側面による線状加熱システムは、上記加熱情報計算部で計算された加熱情報を格納する格納部及び上記加熱情報を出力する出力部のうちの少なくともいずれか一つをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、鋼板の線状加熱の際に強制変形を考慮することにより、強制変形を考慮しない場合と比較すると、より少ない数の加熱線を生成しながらも迅速に設計形状への鋼板加工をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）ないし（ｃ）は、強制変形を考慮しない状態での熱間加工による鋼板の変形状態を示す図面である。
【図２】ガス熱源及び高周波熱源の線状加熱の際の変形特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）ないし（ｄ）は、強制変形条件での熱間加工による鋼板の変形状態を説明するための図面である。
【図４】本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱システムの構成図である。
【図５】本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱方法のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱方法の強制角変形量計算過程を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱方法の加熱線位置及び強さを計算する過程を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施例によりビーム理論を適用するために、三次元曲面を単純化した状態を示す図面である。
【図９】本発明の一実施例によりビーム理論を適用するために、三次元曲面を単純化した状態を示す図面である。
【図１０】ビームの断面要素の弾−塑性変形を示す図面である。
【図１１】曲率半径Ｒと強制変形ｄの関係を示すための図面である。
【図１２】５トンの荷重で発生可能な曲面厚さ別の最大変形量を示すグラフである。
【図１３】高周波熱源の線状加熱の際の変形特性を示すグラフである。
【図１４】高周波熱源の線状加熱の際の変形特性を示すグラフである。
【図１５】強制変形を考慮していない加熱線生成状態図である。
【図１６】強制変形を考慮した加熱線生成状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、図面を参照して本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱方法及びシステムについて説明する。本発明の一実施例に係る線状加熱方法及びシステムを説明するにおいて、以下では本発明の一実施例の構成中、従来技術に開示されている内容及び一般的に知られている内容に関する説明は、詳細に説明しないか、簡単に説明し、従来技術で説明していない本発明の特徴的な内容をより詳細に説明する。
【００４８】
図４は、本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱システムを示す図面である。
【００４９】
図４を参照すると、本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱システム１は、加工中の鋼板の形状を測定する測定部１０と、上記測定部１０で測定された測定情報及び目的とする鋼板の設計形状情報を格納するデータベース２０と、上記データベース２０に格納された測定情報と目的とする鋼板の設計形状情報とを用いて強制変形による加熱情報を計算する加熱情報計算部３０と、上記加熱情報計算部３０で計算された鋼板の拘束及び強制変形位置に応じて鋼板を拘束及び強制変形する鋼板拘束及び強制変形装置４０と、上記加熱情報計算部３０で計算された加熱情報に応じて鋼板を曲面加工する曲面加工装置５０とを含む。
【００５０】
より詳細には、測定部１０は、加工中の鋼板の加工形状情報を測定するための計測装置を含む。このような計測装置は、現在加工中の鋼板の形状及び寸法などを測定するように設けられる。
【００５１】
このとき、加工中の鋼板は、鋼板が加工される間に持続的にあるいは周期的に鋼板の形状情報が測定され、このように持続的にあるいは周期的に測定された形状情報は、測定後の鋼板加工のための情報として利用できるようにデータベース２０に格納される。
【００５２】
データベース２０は、測定装置により測定された鋼板の形状情報及び目的とする鋼板の設計形状情報を格納するように設けられる。このような設計形状情報は、ＣＡＤプログラムを用いて鋼板の最終的に加工されるべき設計形状を予め決めて置くことにより提供可能となる。
【００５３】
加熱情報計算部３０は、本発明の一実施例に係る鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法を実現するための複数の装置、例えば、鋼板拘束及び強制変形装置４０や鋼板を加熱する曲面加工装置５０に必要とされる情報を生成し、生成された加工情報をそれぞれの装置に伝送してそれぞれの装置が上記加工情報に応じて作動することにより、鋼板の強制変形による線状加熱が行われるようにする構成要素である。
【００５４】
このために、本発明の一実施例によれば、加熱情報計算部３０は、上記データベースに格納された測定情報と目的とする鋼板の設計形状情報とを用いて鋼板の曲面整合及び変形率を計算し、鋼板拘束及び強制変形位置を計算して鋼板の強制角変形量を計算し、上記強制角変形量による加熱情報を計算することになる。
【００５５】
本発明の一実施例によれば、上記加熱情報計算部３０は、曲面整合及び変形率計算モジュール３２、拘束及び強制変形位置計算モジュール３４、強制角変形量計算モジュール３６及び加熱情報計算モジュール３８を含むことができる。曲面整合及び変形率計算モジュール、拘束及び強制変形位置計算モジュール、強制角変形量計算モジュール及び加熱情報計算モジュールは、それぞれの計算段階を個別的に行うように形成されてもよく、一つの総合的な計算を行う計算モジュールが鋼板の強制変形を考慮した線状加熱を行うための計算を順次または同時に行うように形成されてもよい。
【００５６】
加熱情報計算部の曲面整合及び変形率計算、拘束及び強制変形位置の計算、強制角変形量の計算及び加熱情報の計算方法については後述する。
【００５７】
一方、加熱情報計算部３０で計算された鋼板の加熱情報は新しい情報であって、加熱情報計算部３０に連結されている格納部６０にデータとして格納されるか、あるいは使用者が確認できるように出力部７０を介して出力されることができる。このために、格納部６０及び出力部７０のうちの少なくともいずれか一つは加熱情報計算部に連結される。
【００５８】
具体的に、格納部６０は、上記加熱情報計算部３０で計算された鋼板の加熱情報データを格納するための構成要素であって、上述した鋼板形状情報及び設計情報データを格納するデータベース２０を格納部として共に用いてもよく、あるいは個別的に格納空間を形成してもよい。このように提供された格納部に格納された鋼板加熱情報データは、下記の出力部７０を介して使用者に出力されることができる。
【００５９】
出力部７０は、プリンタ７２のような印刷物の出力装置及びＬＣＤディスプレイモニタ装置７４のような画面出力装置で実現されることができる。
【００６０】
本発明の一実施例に係る鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システム１は、鋼板の設計形状と現在加工中の鋼板の実際形状を計測して比較した後、加熱情報計算部３０で設計形状への加工のために必要な加熱情報を計算し、このように計算された加熱情報に従って曲面加工装置が鋼板を曲面加工するように形成される。
【００６１】
このとき、加熱情報計算部３０は、鋼板の拘束及び強制変形のための拘束及び強制変形位置を計算し、強制変形状態での強制角変形量を計算して最終的な加熱情報、例えば、鋼板の１回熱間加工のために必要な加熱線の数、上記加熱線中、強制変形状態で加熱されなければならない加熱線の数、及び加熱線の加熱順序などに対する情報を生成するように形成される。
【００６２】
これにより、本発明の一実施例に係る線状加熱システム１は、計測装置で計測された計測情報を用いて計算された加熱情報により拘束及び強制変形装置が鋼板に拘束及び強制変形を付与し、また生成された加熱情報に従って曲面加工を行う作業を繰り返すことにより、現在加工中の鋼板を設計形状に加工することができる。
【００６３】
以下では、上記のような構成で形成された、鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システムによる鋼板の強制変形を考慮した線状加熱過程について説明する。
【００６４】
図５は、本発明の一実施例に係る鋼板の強制変形を考慮した線状加熱システムによる、鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法を行うためのフローチャートである。
【００６５】
図５を参照すると、本発明の一実施例に係る鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法は、現在加工中の鋼板を計測し、上記鋼板の設計形状及び現在加工中の鋼板の計測された形状情報を入力する段階（Ｓ５１０）と、上記現在加工中の鋼板の拘束及び強制変形の使用可否を決定する段階（Ｓ５２０）と、拘束及び強制変形位置を計算する段階（Ｓ５３０）と、強制角変形量を計算する段階（Ｓ５４０）と、上記計算された強制角変形量により加熱線の位置及び強さを計算する段階（Ｓ５５０）と、上記計算された加熱線の位置及び強さに応じて曲面を加工する段階（Ｓ５６０）とを含む。
【００６６】
以下に、以上のような段階で行われる鋼板の強制変形を考慮した線状加熱方法のそれぞれの段階を詳細に説明する。
【００６７】
（１）設計形状及び現在加工中の形状情報をＤＢに入力する段階（Ｓ５１０）
設計形状と現在加工中の形状とを入力する段階（Ｓ５１０）では、設計形状情報及び加工中の形状情報をデータベース２０に格納する。
【００６８】
ここで、加工しようとする鋼板の最終的な加工形状に対する設計形状情報は、ＣＡＤプログラムから抽出され、データベース２０に格納される。このとき、設計形状情報の形態は、規則化された点（ｐｏｉｎｔ）情報、ＩＧＳなどの標準ＣＡＤファイルフォーマットなどで構成されてもよい。このような設計形状情報は、船舶番号、ブロック番号、鋼板番号などに分類されて、データベースに格納されることが好ましい。
一方、現在加工中の鋼板の形状情報は、測定部１０に含まれている計測装置により測定され、加工しようとする鋼板の最終的な加工形状に対する設計形状情報と同じ形態にデータベース２０に格納される。
【００６９】
このような設計形状情報及び加工中の鋼板の形状情報は、加工しようとする鋼板の最終的な加工形状が三次元の立体形状であるので、三次元形状情報としてデータベース２０に格納されることが好ましい。ＤＢに格納された三次元形状情報はシステムの呼び出しにより三次元曲面に自動に数値化され、曲面整合（ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）を自動で行うように形成される。
【００７０】
（２）拘束及び強制変形の使用可否を決定する段階（Ｓ５２０）
拘束及び強制変形の使用可否を決定する段階（Ｓ５２０）では、拘束及び強制変形の使用可否を判断する。ここで、拘束及び強制変形を使用しない場合は、拘束及び強制変形がない状態で加熱線の位置及び加熱強さを計算（Ｓ５５０）した後に、熱間加工により曲面加工作業を行うようにする（Ｓ５６０）。
【００７１】
このように拘束及び強制変形のない状態で作業を行う場合は、例えば、拘束及び強制変形がない状態であっても少ない数の加熱線を生成して作業することが可能な場合である。
【００７２】
拘束及び強制変形がない状態で加熱線の位置及び加熱強さを計算することは、例えば、図２に示されたガス熱源-変形特性曲線及び高周波熱源-変形特性などを考慮して、公知された先行技術により加熱線の位置及び加熱強さを計算することができる。
【００７３】
しかし、鋼板の変形程度を大きくする場合や、設計形状への加工が複雑である場合には、拘束及び強制変形を加えた状態で加熱線を加熱することが好ましい。
【００７４】
本段階では、このように拘束及び強制変形条件を計算する必要があるかどうかを決定し、拘束及び強制変形を加える必要がない場合は、拘束及び強制変形条件を考慮しないで加熱情報を生成し熱間加工を行い、拘束及び強制変形を加える必要があると判断された場合は、拘束及び強制変形条件を計算した後、これを加熱情報生成の際に考慮するようにする。例えば、鋼板が外縦曲である場合、すなわち、ガウス曲率が０より小さい場合は、拘束及び強制変形が必要となる場合があり、鋼板が内縦曲である場合、すなわちガウス曲率が０より大きい場合は、拘束及び強制変形が不要となる。よって、鋼板が外縦曲であるかあるいは内縦曲であるかによって、強制変形を考慮して熱間加工を行うかどうかを判断することができる。
【００７５】
一方、上述したように、加熱線を生成して曲面を加工する作業を行う過程は、複数の加熱線を生成し、生成された加熱線に沿って熱間加工して曲面加工を行う過程で構成される。
【００７６】
このような加熱線の生成及び熱間加工過程では、設計形状情報と現在形状との間の形状差を比較して現在形状から目的とする形状を形成するために、現在形状を計測し、このような現在形状から目的とする形状への熱間加工を行う過程を繰り返すことになる。
【００７７】
このとき、現在形状から設計形状への熱間加工は、一度の加工で行われてもよいが、一般的には数回の形状計測及び計測された形状に対する熱間加工過程を繰り返して行われる
【００７８】
また、熱間加工の際の拘束及び強制変形は、あらゆる場合の加熱線加工の際に発生することではなく、場合によって、拘束及び強制変形しない状態で単に加熱線加工を行うこともある。
【００７９】
ここで、一つの鋼板に複数の加熱線を生成する場合であっても、鋼板に生成される加熱線のすべてに拘束及び強制変形を与えることではなく、加熱線を加熱する際に、拘束及び強制変形を考慮する必要があると判断された加熱線に対しのみ選択的に拘束及び強制変形を与えた状態で加熱線を熱間加工することも可能である。
【００８０】
このとき、拘束及び強制変形を与えた状態で加工することになる加熱線を選択することは、設計形状への加工のために考慮すべき鋼板の強制角変形量を考慮して行われる。上記強制角変形量に応じて拘束及び強制変形を与えることになる加熱線の選択方法についてのより具体的な説明は後述する。
【００８１】
（３）拘束及び強制変形位置を計算する段階（Ｓ５３０）
鋼板の曲面加工の際に、拘束及び強制変形位置を計算する段階（Ｓ５３０）では、鋼板を拘束するためのドッグを鋼板の拘束位置に位置させて強制変形を与えるための位置を計算する。
【００８２】
このとき、鋼板の拘束位置を計算する過程は、先ず、鋼板の設計形状情報及び加工中の鋼板の形状情報を用いて、設計形状情報と測定された鋼板の形状情報との間の差から計算できる鋼板の曲げ変形率及び面内変形率を計算する過程を含む。
【００８３】
上記計算された曲げ変形率及び面内変形率による加熱線の主方向または主曲げ変形率の方向が、鋼板を拘束するための方向として決定される。
【００８４】
また、鋼板の重心位置を計算して、鋼板の重心を通る加熱線の主方向が鋼板の２側面の角部に合う地点（図８でのドッグ位置）が鋼板の拘束位置として決定される。
【００８５】
このような鋼板の拘束位置に対する強制変形位置は、一般的に鋼板の２側面に形成される二つの拘束位置の中央地点にて加熱線の主方向に垂直な直線が鋼板の他の２側面の角部に合う地点（図８での盤木位置）と決定することができる。
【００８６】
上記のように、拘束位置を決定するための方法及びシステムは、本出願人が出願した韓国出願番号第１０−２００８−００８６９８６号に開示されている。
【００８７】
このように計算された鋼板の拘束位置及び強制変形のための力を付与する強制変形位置は、拘束及び強制変形位置計算モジュール３４で計算され、拘束及び強制変形位置情報が拘束及び強制変形装置４０に伝達されて、拘束及び強制変形を考慮した加熱線の生成の際に拘束及び強制変形装置４０により鋼板の拘束及び強制変形が行われるようにする。
【００８８】
ここで、加熱線の生成の際に考慮する拘束及び強制変形位置は、複数の加熱線を加熱する間に、同一位置であってもよく、それぞれの加熱線に応じて互いに異なる位置であってもよい。
【００８９】
（４）強制角変形量を計算する段階（Ｓ５４０）
拘束及び強制変形位置を計算する段階（Ｓ５３０）で拘束位置及び強制変形位置を計算した後、強制変形位置で変形されるべき強制角変形量を計算する（Ｓ５４０）。図６は、強制角変形量の計算段階（Ｓ５４０）を詳細に示すフローチャートである。
【００９０】
強制角変形量を計算する段階（Ｓ５４０）で重要な核心要素は、強制変形が加えられた状態で熱源の速度、強さにより発生する角変形量を適切に判断することである。
【００９１】
本発明の一実施例によれば、このような強制角変形量の計算は、弾性領域内の曲率半径を計算して（Ｓ６２０）弾性領域内の強制角変形量を計算し（Ｓ６３０）、荷重による臨界強制角変形量を計算した（Ｓ６４０）後に上記弾性領域内の強制角変形量と上記荷重による臨界強制角変形量とを比較して（Ｓ６５０）、そのうちの小さい値を最適の強制角変形量として選択する（Ｓ６６０）ように行われる。
【００９２】
以下では、強制角変形量を計算する過程をより詳細に説明する。
【００９３】
先ず、上記の拘束及び強制変形位置の計算段階で計算された拘束位置及び強制変形位置を確認する（Ｓ６１０）。
【００９４】
その後、強制変形が加えられる鋼材の弾性領域内の曲率半径を計算する（Ｓ６２０）。ここで、強制変形が加えられる鋼材の弾性領域内の曲率半径を計算する理由は、強制変形を誘発しようとする鋼材の弾性範囲を確認するためである。
【００９５】
より詳細には、曲面部材に加えられる強制角変形量は、鋼板自体の弾性領域内で決定されなければならない。これは、過度な強制変形は、過度な荷重として作用して曲面をなしている鋼板の不特定区域に塑性変形を誘発し、意図しない変形をもたらすことがあるからである。よって、本発明による拘束及び強制変形を考慮した線状加熱方法における強制変形は、強制変形（荷重）を除去すると、元の形状に戻る弾性領域内で鋼板が変形されるようにする。
【００９６】
弾性領域内にあるように強制角変形量を計算する方法として、図８のように、曲面部材を細く分けていくつかのストリップ（ｓｔｒｉｐ）に区分し、そのうちの一つのストリップに、広く知られているビーム理論を適用するために、単純化過程を行った。図８で点線に示される部分を切り出して側面を見ると、図９のように表現することができる。
【００９７】
図９で、二つの曲面は、曲面整合が行われており、ＳＭは、現在曲面、ＳＤは、設計曲面を示し、θは、二つの曲面の間の曲率差により発生する角度を示す。ここで、二つの曲面の端部差は、次のような一般式（１）により計算されることができる。ここで、Ｌは、部材の長さを示す。
【００９８】
【数１】
0005254463.tif 000002
【００９９】
しかし、ここで、鋼板内部に塑性変形領域の発生可否は、依然として不確実であるといえる。よって、鋼板内部に塑性変形領域の発生可否を検討するための方法が必要である。
【０１００】
このために、ビーム理論（Ｊ．Ｃａｓｅ、Ｌ．Ｃｈｉｌｖｅｒ  ａｎｄ  Ｃ．Ｔ．Ｆ．Ｒｏｓｓ，“Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｌｏｎｄｏｎ、Ｅｄｗａｒｄ  Ａｒｎｏｌｄ，１９９３）を用いて、図１０のように、ビーム要素が荷重を受けて変形される際に、塑性変形は発生しなく、弾性領域内で変形されるようになる最大曲率Ｒを、次の一般式（２）のように計算することができる。
【０１０１】
【数２】
0005254463.tif 000003
【０１０２】
上記一般式（２）で、ｈは鋼板の厚さ、ｈ０は弾性領域の厚さ、Ｅは弾性係数（Ｙｏｕｎｇ’ｓ  Ｍｏｄｕｌｕｓ）、Ｒは曲率半径（ｒａｄｉｕｓ  ｏｆ  Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）、σは降伏応力（Ｙｉｅｌｄ  Ｓｔｒｅｓｓ）を示す。よって、一般式（２）を用いると、降伏応力以下の応力状態で、すなわち、弾性領域で発生可能な最大曲率Ｒを求めることができる。
【０１０３】
上記のように求められた最大曲率Ｒを用いて弾性領域内で変形可能な強制角変形量（ｄＥ）を求める（Ｓ６３０）。ここで、強制角変形量は、鋼材が弾性的に変形する際の最も大きく変形される距離、例えば、平らに置かれた所定広さの鋼材の両側を拘束し、鋼材の拘束されなかった角部を強制に上側へ持ち上げる際に鋼材の持ち上げられる距離と理解することができる。
【０１０４】
上記で計算された曲率半径Ｒ及び曲面部材の大きさを考慮して、図１１のように、θとｄを決定することができ、最終的には、一般式（３）のように、加工中の曲面部材が弾性領域内で発生可能な曲率半径Ｒと強制角変形量ｄとの関係を誘導することができる。
【０１０５】
【数３】
0005254463.tif 000004
【０１０６】
一方、実際の熱加工作業及び作業条件を考慮する際に重要な要素は、強制変形（荷重）を支えるドッグ（掛け金）の許容範囲を考慮して強制角変形量を決定することである。
【０１０７】
いくら最適化された弾性領域内の強制角変形量であっても、これを行う装備の処理できる水準以上のものであれば不要な情報に過ぎない。よって、本発明では、作業現場で付与可能な最大荷重を考慮して鋼板の厚さに応じる最大変形量を計算し（Ｓ６４０）、これを臨界強制角変形量（ｄＦ）と規定した。
【０１０８】
すなわち、鋼材の弾性領域下で強制角変形量の大きさがいくら大きくても該当する作業条件下では臨界強制角変形量（ｄＦ）を超過することができない。図１２に示されているグラフは、最大５トンの荷重で発生させられる鋼材種類、厚さに応じる最大強制角変形量を角度（ラジアン）で示したものである。図１２に示されているグラフによれば、下記のように表すことができる。
【０１０９】
【数４】
0005254463.tif 000005
【０１１０】
【数５】
0005254463.tif 000006
【０１１１】
ここで、ｙは厚さに応じる最大強制角変形量であってラジアン値であり、ｘは鋼板の厚さで、単位はｍｍである。図１２から分かるように、鋼材の厚さが厚くなるほど、同一の最大荷重により発生させられる強制角変形量は制限されている。
【０１１２】
したがって、上記で計算された弾性領域内での強制角変形量（ｄＥ）と臨界強制角変形量（ｄＦ）とを比較して（Ｓ６５０）、そのうちの小さい値を現在鋼板に加える最適の強制角変形量（θＭ）と計算する（Ｓ６６０）。
【０１１３】
（５）加熱線の強さ及び位置を計算する段階（Ｓ５５０）
図７は、強制変形を考慮した線状加熱方法において、加熱線の位置及び強さを決定するためのフローチャートを示す図面である。
【０１１４】
上述の強制角変形量の計算段階（Ｓ５４０）で最適の強制角変形量（θＭ）を求めた状態で強制変形を考慮した臨界角変形を計算する（Ｓ７１０）。
【０１１５】
強制角変形量に応じる臨界角変形は、加工される鋼板の厚さ、加熱速度及び加熱強さを考慮し、加えられた強制角変形量により実験的に求めることができる。
【０１１６】
本発明の発明者は、実験により造船用ＡＨ３２鋼材と軟鋼（Ｍｉｌｄ  ｓｔｅｅｌ）に対して特定強制変形を付与した場合に発生する速度と厚さに応じる変形特性を実験し、実験結果として造船用ＡＨ３２鋼材と軟鋼に対して特定強制変形を付与した場合に発生する速度と厚さに応じる変形特性を確認した。その結果を、図１３及び図１４に示す。
【０１１７】
図１３及び図１４において、それぞれのｘ軸の強制角変形量は、部材の大きさとは関係なく加えることができるように角度（ラジアン）で示されており、０である場合は、強制角変形量が全くない状態、すなわち図２のような状態であるといえる。
【０１１８】
下記の一般式（６）及び（７）は、図１３及び図１４に示された高周波誘導加熱熱源を用いる場合、造船用ＡＨ３２鋼材と軟鋼のそれぞれに対する強制変形を考慮した変形特性を示す数式である。
【０１１９】
【数６】
0005254463.tif 000007
【０１２０】
【数７】
0005254463.tif 000008
【０１２１】
ここで、θplate は強制変形がない状態での角変形量、ｖは加熱速度、ｈは板の厚さ、θ０は角度で表現された強制角変形量を示す。
【０１２２】
上記一般式（６）及び（７）を用いると、θ０の強制角変形量がある場合は、ｖの加熱速度で、ｈ厚さの鋼板を加熱した場合の角変形量θを求めることができる。
【０１２３】
よって、上記で計算された弾性領域内で荷重条件を考慮した最適の強制角変形量を最適の角変形量（θＭ）とする場合、上記最適の角変形量の強制変形がある状態で、与えられた条件で強制変形を考慮した臨界角変形量（θＦＭ）を求めることができる。
【０１２４】
このように求められた強制変形を考慮した臨界角変形量（θＦＭ）を求めることにより、作業対象物に強制変形を加えた状態で鋼材に熱間加工する場合の角変形量を計算することができる。
【０１２５】
強制変形を考慮した状態での角変形量を求めると、該当する角変形量を考慮して加熱線の強さ及び加熱位置を計算する（Ｓ７２０）。
【０１２６】
このとき、鋼板の強制変形を考慮した角変形量を用いて計算される加熱線の数及び位置は、設計形状への加工のために必要とされる強制角変形量を考慮して加熱情報計算モジュール３８で計算することができる。
【０１２７】
加熱情報計算モジュール３８は、鋼板に強制変形を加えた状態で計算された特定加熱線により加熱した後にも弾性領域範囲で残存可能な残留強制角変形量を計算する（Ｓ７３０）。
【０１２８】
ここで、残留強制角変形量とは、強制変形を考慮した加熱線により加工しても強制変形がすべて除去されなく、依然として残存する弾性変形量を意味し、強制変形装置を除去する場合、弾性回復可能な量を意味する。例えば、図１３で、ｘ軸の臨界強制角変形量（θＦＭ）の０．０３ｒａｄが強制角変形量として選択された場合の特定の条件１つの加熱作業により物理／力学的に発生され得る最大角変形量は、図１３のｙ軸に示されているように０．０２ｒａｄより小さい値が変形として発生することになる。よって、加えられた強制角変形量０．０３ｒａｄと実際に発生された０．０２ｒａｄとの変形量の差だけの残留強制角変形量が存在することになり、強制変形を除去すると弾性回復される値とみなすことができる。
【０１２９】
よって、加熱情報計算モジュール３８は、このような残留強制角変形量の大きさに応じて強制変形による角変形を考慮した加熱線の配置を再び行うかあるいは強制変形を考慮していない角変形を考慮した加熱線の配置を行うかを決定する（Ｓ７４０）。
【０１３０】
若し強制変形による角変形を考慮した加熱線の配置を再び行わなければならないと判断された場合は、追加的に強制変形を考慮した角変形量を発生させるために鋼板に加熱線を生成するように計算し、このように生成された加熱線を熱間加工することにより、残留強制変形がなくなるように設定する。
【０１３１】
その後、残留強制変形がなくなると、加熱情報計算モジュールでは強制変形を考慮していない他の加熱線の臨界角変形を計算して（Ｓ７５０）、鋼板の加熱線及び加熱位置を決定し、加熱情報を生成する（Ｓ７６０）。
【０１３２】
このように加熱情報を生成する過程を繰り返して、一つの鋼板上で加熱されるべき複数の加熱線がすべて生成されると、加熱情報生成を完了する（Ｓ７７０）。
【０１３３】
加熱情報計算モジュールで生成された加熱線に対する情報は、データベース２０に格納されるか出力部７０から出力されることができる。
【０１３４】
図１５及び図１６は、造船所で使用される船体外板曲面部材を加工する過程の同一段階での、強制変形がない場合の加工情報（加熱線）と強制変形を考慮した場合の加工情報（加熱線）の計算結果を示している。
【０１３５】
強制変形を考慮していない既存方法により生成された図１５と比較すると、強制変形を考慮した図１６の加熱線の数が６個から５個に減っており、加熱線の順序配置及び間隔が異なることを確認することができる。加熱順序について、図１６は加熱線１の生成時のみに強制変形を加えら場合であり、残りの加熱線は強制変形効果がないと判断して強制変形を加えない状態で加熱線を計算して配置した結果である。
【０１３６】
（６）曲面加工作業段階（Ｓ５６０）
曲面加工作業段階（Ｓ５６０）では、加熱情報計算部３０で計算された加熱情報に基づいて拘束及び強制変形装置４０が鋼板の拘束及び強制変形を行い、曲面加工装置５０が曲面加工作業を行うようにする。
【０１３７】
（７）設計形状の一致可否の確認段階（Ｓ５７０）
加熱情報に応じる拘束及び強制変形装置４０と曲面加工装置５０の加工が完了すると、測定部１０で再び計測を行い、曲面整合及び変形率計算モジュール３２で曲面整合過程を経て設計形状と加工中の形状とが一致するか否かを確認する。
【０１３８】
若し設計形状と加工中の形状とが一致しない場合は、再び最初の設計形状及び現在加工中の形状情報のＤＢ入力段階（Ｓ５１０）に戻って計測形状を入力し、加工作業を繰り返して行うことになる。
【０１３９】
このような繰り返し作業を行って設計形状と加工中の形状とが一致するようになると、すべての加工作業が完了する。
【０１４０】
以上で、本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱方法及びシステムについて説明したが、本発明の思想は本明細書で提示する実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などによって他の実施例を容易に提案することができ、これも本発明の思想範囲内に属するといえる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
以上で説明したように、本発明の一実施例に係る強制変形を考慮した線状加熱方法を用いると、強制変形を考慮して熱間加工作業を行うことができるので、設計形状に鋼板を加工する際に、より少ない数の加熱線を生成してもよく、加工作業時間が短縮でき、これにより加工作業効率が向上される。
【図１】
0005254463.tif 000009
【図２】
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【図３】
0005254463.tif 000011
【図４】
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【図５】
0005254463.tif 000013
【図６】
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【図７】
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【図８】
0005254463.tif 000016
【図９】
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【図１０】
0005254463.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005254463.tif 000022
【図１５】
0005254463.tif 000023
【図１６】
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