[논문]선박 및 해양 구조물 곡부재 치수 품질 관리를 위한 가공완성도 평가

권기연; 이재용

doi:10.26748/ksoe.2018.4.32.2.106

선박 및 해양 구조물 곡부재 치수 품질 관리를 위한 가공완성도 평가
Fabrication Assessment Method for Dimensional Quality Management of Curved Plates in Shipbuilding and Offshore Structures 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.32 no.2, 2018년, pp.106 - 115

권기연 (금오공과대학교 산업공학부) , 이재용 (동의대학교 조선해양공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The forward and afterward parts of ships and offshore structures are designed to improve the fuel consumption performance. These are made of curved plates with a large thickness. If a fabricated curved plate has some dimensional errors, a lot of additional cost is incurred in the assembly process. Thus, an accurate dimensional assessment is very important for fabrication. In this paper, we propose an assessment method for the dimensional quality management of curved plates. This can be applied to data measured using a variety of three-dimensional instruments, with boundary measurement points automatically classified and sorted to create a measurement surface. The assessment is evaluated after matching the CAD surface and the measured surface considering constrained conditions. The fabrication assessment is evaluated as a probability of how much the tolerance is satisfied.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 열간 가공으로 인한 수축으로 인해 부재의 크기가 변할 수 있어 주로 마진을 두어 가공을 한 후에 절단 작업을 통해 최종 형상을 완성한다. 본 논문에서는 다양한 3차원 계측기로부터 측정된 데이터에 대해 곡부재 완성도를 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 이는 모든 종류의 계측기로부터 측정된 데이터에 대해서 경계 및 내부를 분류하고, 경계점을 정렬하여 계측곡면을 자동으로 모델링하고, 설계곡면과 비교하여 가공완성도를 평가할 수 있도록 하였다.
또한 가공완성도는 공정의 허용오차 안에 들어올 확률적인 개념과 개수를 혼용하여 사용하였다. 이는 허용오차 안에 물건을 제작하는 것도 중요하고, 최대한 0오차에 가깝게 제작해야 한다는 관점에서 이와 같이 제안하였다.

제안 방법

이는 모든 종류의 계측기로부터 측정된 데이터에 대해서 경계 및 내부를 분류하고, 경계점을 정렬하여 계측곡면을 자동으로 모델링하고, 설계곡면과 비교하여 가공완성도를 평가할 수 있도록 하였다. 계측곡면과 설계곡면은 절단면을 최소화하기 위해 특정 면을 맞출 수 있도록 하였으며, 여유 마진을 실제 절단하는 위치를 기존 계측데이터를 활용하여 이용할 수 있도록 하였다. 또한 가공완성도는 공정의 허용오차 안에 들어올 확률적인 개념과 개수를 혼용하여 사용하였다.
이와 같은 문제점 들을 보완하기 위해 3차원 계측시스템들이 활용되고 있다. 계측기를 이용해서 가공된 부재의 일부 포인트 또는 전체를 측정해서 계측곡면을 생성한다. 일반적으로 선박 건조 과정에 있어서 블록의 치수 품질을 관리할 때는 주요 부재와 보강재가 교차하는 위치를 측정해서 포인트 기반으로 오차 분석을 수행한다(Kwan et al.
7과 같이 계측 영역에 일정한 구를 배치시키고, 구 안에 1개의 포인트만을 남김으로써 균일하게 샘플링을 할 수가 있다. 구의 배치에 따라 샘플링 결과가 달라 질 수 있는데, 본 연구에서는 측정된 데이터 전체를 포함하는 공간 박스를 구성하고, 중립면에 우선적으로 구를 배치하고 상하 영역에 대해서 배치하였다. 구의 크기 또한 곡면 모델링 시간 및 복원 오차에 영향을 미친다.
곡부재의 경우는 내부 곡률에 따라서 오차가 발생할 수 있으므로, 부재 곡면 전체가 관심 대상이다. 따라서 곡면을 측정한 포인트를 이용해서 생성된 계측곡면(Measured surface)과 설계곡면(CAD surface)을 비교해서 가공 완성도를 평가한다. 현재 곡부재를 측정하기 위해 이용되는 계측기는 일부 대표되는 점들을 측정하는 방식과 곡면 전체를 계측하는 방식 두 가지로 구분할 수 있다.
계측곡면과 설계곡면은 절단면을 최소화하기 위해 특정 면을 맞출 수 있도록 하였으며, 여유 마진을 실제 절단하는 위치를 기존 계측데이터를 활용하여 이용할 수 있도록 하였다. 또한 가공완성도는 공정의 허용오차 안에 들어올 확률적인 개념과 개수를 혼용하여 사용하였다. 이는 허용오차 안에 물건을 제작하는 것도 중요하고, 최대한 0오차에 가깝게 제작해야 한다는 관점에서 이와 같이 제안하였다.
3은 본 논문에서 제시하는 곡부재 치수품질 관리를 위한 전체 과정을 보여주고 있으며, 다양한 계측기로부터 획득된 데이터에 대해 가공 완성도를 평가할 수 있는 방법을 제안한다. 또한 별도의 마킹(Marking) 장비 없이 기존 계측데이터를 활용하여 여유 마진을 절단할 수 있는 방법을 제안하고, 가공 완성도 평가에서 선박 건조의 특성을 고려하여 확률 개념을 추가로 도입하였다. 이는 작업의 효율성을 위해 모든 과정이 자동으로 이루어질 수 있도록 하였다.
허용 공차를 만족시킬 경우 후 공정에서 문제를 일으킬 가능성이 상대적으로 줄어들 수 있으므로, 이 두 완성도를 혼합하여 사용하는 평가 방법을 제안한다. 본 연구에서 혼합 방법은 개수와 확률에 동일 가중치를 적용하여 평균을 구하였다. 이와 같이 혼합하여 적용한 경우 최종 완성도는 70.
본 논문에서는 다양한 3차원 계측기로부터 측정된 데이터에 대해 곡부재 완성도를 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 이는 모든 종류의 계측기로부터 측정된 데이터에 대해서 경계 및 내부를 분류하고, 경계점을 정렬하여 계측곡면을 자동으로 모델링하고, 설계곡면과 비교하여 가공완성도를 평가할 수 있도록 하였다. 계측곡면과 설계곡면은 절단면을 최소화하기 위해 특정 면을 맞출 수 있도록 하였으며, 여유 마진을 실제 절단하는 위치를 기존 계측데이터를 활용하여 이용할 수 있도록 하였다.
가공된 곡면의 완성도를 평가하기 위해 정합 된 상태에서 z값의 차이를 가시화 한다. 이를 위해 곡면에 균일한 삼각형 요소를 생성하고(Fig. 13), 각 절점에서 설계 곡면에서 계측곡면까 지의 거리를 계산한다. 각 절점에서 거리 값을 계산하고, Fig.
, 2016)이 주로 활용되고 있다. 측정된 데이터는 곡면으로 모델링하여 설계곡면과 비교하여 가공완성도를 평가한다(Huang et al., 2015; Mehrad et al., 2014; Park et al., 2007). 곡부재는 가공 완성 후, 일부 면을 절단해야 하는데, 절단 길이를 최소화하기 위해 제한 조건을 고려한 곡부재 정합 방법이 사용되었다(Park et al.
이는 작업의 효율성을 위해 모든 과정이 자동으로 이루어질 수 있도록 하였다. 측정된 데이터로부터 계측곡면을 자동으로 모델링(Modeling)하고, 설계곡면과 제약조건을 고려하여 정합을 수행한 후, 가공완성도 및 최종 여유 마진 절단선을 산출한다. 특히 제약조건을 고려한 정합은 절단 길이를 최소화하기 위해 다양한 조건이 고려될 수 있도록 하였다.
15(a)와 비슷한 수준으로 평가가 되었다. 허용 공차를 만족시킬 경우 후 공정에서 문제를 일으킬 가능성이 상대적으로 줄어들 수 있으므로, 이 두 완성도를 혼합하여 사용하는 평가 방법을 제안한다. 본 연구에서 혼합 방법은 개수와 확률에 동일 가중치를 적용하여 평균을 구하였다.

대상 데이터

구의 크기 또한 곡면 모델링 시간 및 복원 오차에 영향을 미친다. 본 연구에서는 50mm를 사용하였다. Fig.
6은 토탈스테이션 및 3차원 레이저 스캐너를 이용해서 곡부재를 계측한 예를 보여준다. 해당 부재 크기는 길이 1100mm, 폭 800mm이며 포인트 계측의 경우 20포인트를 측정하였다. 토탈스테이션 경우에는 측정을 위해 타겟을 곡부재에 부착해야 하는데, 설치 오차 및 측정을 위한 시준 오차가 발생할 수 있으며, 3D 레이저로 스캐닝 한 데이터는 부재 경계에서 많은 노이즈를 가지고 있다.

성능/효과

본 논문에서 제시한 방법은 포인트 측정 및 형상 전체 측정 방식에 대한 데이터에 대해 적용 가능하여 범용으로 사용될 수 있으며, 자동으로 곡면 모델링을 수행하여 작업 효율성을 높일 수 있다. 또한 부재의 특성에 맞게 제약조건을 고려해서 정합을 수행하여 가공 완성도를 평가하고, 실제 부재 절단을 위한 마킹 값을 산출하여 별도의 자동화 장비 없이 부재에 직접 마킹을 할 수 있다.
최종적으로 설계곡면과 같은 크기를 맞추기 위해 여유 마진 부분을 절단한다. 정합된 결과에서 설계곡면의 경계 곡선들을 계측곡면에 투영한 곡선들이 절단선에 해당된다. 가공된 부재를 절단을 하기 위해서는 이 위치를 부재에 마킹해야 한다.

후속연구

따라서 곡면 복원 오차는 1~2mm 이내로 가져가야 하며, 부재 곡률에 따라 차이가 있지만 대략적으로 20~100개 정도의 포인트가 필요하다. 측정포인트 개수는 크기뿐만 아니라 모양에 따라 달라질 수 있으므로 향후 형상에 따라 적절한 포인트 측정 위치를 가이드 해주는 것이 필요하다. Fig.
따라서 부재 크기 및 모양에 따라 어떤 포인트를 이용하는 것이 가장 오차가 적게 발생하는지에 대한 평가가 필요하다. 향후 모델링 오차를 최소화 할 수 있도록 일부 포인트 측정하는 경우 측정 위치에 대한 작업 지시 및 형상 전체를 스캔하는 경우 샘플링 방법에 대한 추가 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각종 선박의 선종의 선수미 부분의 형태는 어떻게 이루어져있나?	선박 및 해양 플랜트 일부 선종의 선수미 부분은 추진 저항을 감소시켜 연비를 증가시키기 위해 Fig. 1과 같이 다양한 곡률을 가지는 곡면으로 이루어져 있다. 일반적으로 20~50mm 내외의 두꺼운 철판으로 구성되어 있으며 1~2m 크기의 곡부재를 만들어 용접을 통해 블록을 조립한다.
	열간가공은 무엇인가?	2(a)), 이를 제외한 것은 대부분 조선소들이 열간가공 방식을 이용해서 곡부재를 가공하고 있다. 열간가공은 프레스(Press)를 이용해서 한 쪽 방향으로 곡률 형상을 만든 후, 작업자들이 경험에 의존하여 가스 토치를 이용해서 가열하고 물을 뿌려서 냉각 작업을 반복해서 설계 형상의 모양대로 만들어 가는 방식이다(Fig. 2(b)).
	곡부재 제작시 여유 마진을 가지고 제작하는 이유는?	2(c)), 최종 가공 후 치수 품질 체크를 위해 3 차원 계측기가 일부 활용되고 있다. 곡부재는 열간가공에 의해 만들어지므로 초기 치수 대비 수축 현상이 발생한다. 따라서 최종 가공 후의 형상에 대한 정확한 예측이 어려워서 약간의 여유 마진을 가지고 제작하며, 가열이 끝난 후에는 Fig.

참고문헌 (16)

Bae, K.Y., Yang, Y.S., Hyun, C.M., 2012. Analysis of Triangle Heating Technique using High Frequency Induction Heating in Forming Process of Steel Plate. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 13(4), 539-545.

원문보기 상세보기
Besl, P.J., McKay, N.D., 1992. A Method for Registration of 3-D Shapes. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14(2), 586-606.

상세보기
Geodetic Systems, 2017. Picture Perfect Measurements. [Online] Available at: [Accessed January 2018].
Hiekata, K., Yamato, H., Enomoto, M., Oida, Y., Furukawa, Y., Makino, Y., Sugihiro, T., 2011. Development and Case Studies of Accuracy Evaluation System for Curved Shell Plates by Laser Scanner. Journal of Ship Production and Design, 27(2), 84-90.

상세보기
Horn, K.P., 1987, Closed-form Solution of Absolute Orientation using Unit Quaternions. Journal of the Optical Society of America, 4(4), 629-633.
Huang, S., Wang, H., Zhao, Y., Lin, Z., 2015. An Analytical Representation of Conformal Mapping for Genus-zero Implicit Surfaces and its Application to Surface Shape Similarity Assessment. Computer-Aided Design, 64, 9-21.

상세보기
Jung, J.M., Park, C.M., Park, D.C., 2009. A Study on the In-line Assessment of Completion for Fabrication of Curved Plates. Journal of Ocean Engineering and Technology, 23(1), 135-139.
Kwan, S.J., Kim, D.E., 2015. An Efficient Erection Simulation Methodology for the Modular Construction of Offshore Platform Based on Points Cloud Data. ASME 2015 34th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. American Society of Mechanical Engineers.
Kwon, K.Y., 2016. A Weighted Points Registration Method to Analyze Dimensional Errors Occurring during Shipbuilding Process. Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, 21(2), 151-158.

원문보기 상세보기
Li, R., Lee, K.H., Lee, J.M., Nam, B.W., Kim, D.S., 2016. A Study on Matching Method of Hull Blocks Based on Point Clouds for Error Prediction. Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 29(2), 123-130.

원문보기 상세보기
Mehrad, V., Xue, D., Gu, P., 2014. Robust Localization to Align Measured Points on the Manufactured Surface with Design Surface for Freeform Surface Inspection. Computer-Aided Design, 53, 90-103.

상세보기
Park, J., Kim, D., Mun, S., Kwon, K., Lee, J., Ko, K.H., 2016. Automated Thermal Forming of Curved Plates in Shipbuilding: System Development and Validation. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 29(10), 1128-1145.

상세보기
Park, J., Shin, J., Ko, K.H., 2007. Geometric Assessment for Fabrication of Large Hull Pieces in Shipbuilding. Computer- Aided Design, 39(10), 870-881.

상세보기
Wang, Z., Wu, Z., Zhen, X., Yang, R., Xi, J., 2016. An Onsite Inspection Sensor for the Formation of Hull Plates Based on Active Binocular Stereovision. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 230(2), 279-292.

상세보기
Zhou, B., Han, X., Tan, S.K., Liu, Z.C., 2014. Study on Plate Forming Using the Line Heating Process of Multiple-torch. Journal of Ship Production and Design, 30(3), 142-151.

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Zhang, X., Yang, Y., Liu, Y., 2011. Feasibility Research on Application of a High Frequency Induction Heat to Line Heating Technology. Journal of Marine Science and Application, 10(4), 456-464.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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