KR100201588B1 - 강관의 이송 및 회전장치 - Google Patents

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

본 발명은 대형 보일러 시스템이 들어가는 긴 강관을 제작 및 용접지점의 검사에 있어 강관을 이송 및 회전하는 장치에 관한 것이다.

[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]

강관의 용접 및 검사공정에서 공정의 자동화를 통한 생산성 향상의 과제와 X-Ray 검사에 따른 방사선노출 등 작업자의 안전에 관계된 문제이 있었다.

[발명의 해결방법의 요지]

강관이송부, 강관회전부 그리고, 회전보조부로 이루어져 동일프레임상에 놓여 있고 상기 강관회전부의 하방에는 서로 다른 직경의 강관에대응하기 위한 높이조절부가 설치된 본 발명에 의해 해결됨.

[발명의 중요한 용도]

용접지점의 검사시 작업자가 수작업으로 해야하는 부분을 완전 자동화 함으로써 생산성 향상은 물론 용접지점의 검사시 근방의 작업자가 방사선에 장시간 노출되는 위험성을 제거함으로써 작업환경 개선에 상당한 효과가 있음.

Description

강관의 이송 및 회전장치

본 발명은 강관(Steel Tube)의 이송 및 회전장치에 관한 것이며, 구체적으로는 대형 보일러시스템에 들어가는 긴 강관을 제작하는데 있어 용접 및 검사공정에서 강관을 공급(Feeding) 및 회전(Rotation)하는 장치에 관한 것이다.

제1도는 대형 보일러 생산시스템에 있어서 강관을 용접 및 검사하는 공정에 대한 예시도이다.

대형 보일러 생산시스템은 많은 수량의 긴 강관(41)을 목적에 맞게 벤딩(Bending)한 것을 조립하여 이루어지는데, 이러한 대형 보일러 생산시스템은 대부분의 경우 재료 즉, 일정길이의 강관의 공급에서부터 보일러의 최종조립에 이르기까지 일관생산체제로 생산된다.

그러나, 재료인 강관 다체가 최대 수십미터에 이를 뿐 아닐, 이러한 보일러 생산에 필수적이라고 할 수 있는 강관의 자동원주용접 및 용접부의 X-Ray에 의한 자동검사 등 기술적으로 고난이도의 공정이 많이 들어 있어서 일부 단위공정을 제외한 대부분의 작업들이 작업자의 수작업에 의존하고 있는 것이 현실이다.

종래의 경우 이러한 용접 및 검사공정에서 강관은 컨베이어(22, 26)를 따라 이동하는 구조로되어 있으며, 용접을 마친 강관은 강관이송부(24)에 의하여 이동된 후 작업자가 수작업용 검사기로 일일이 용접부분의 상태를 검사 하도록 되어 있다.

그러나, 최근들어 공정의 자동화를 통한 생산성 향상이 요구되고, X-Ray를 사용하는 데 따른 방사선작업에 있어서의 작업자의 안전을 고려하여 용접부 자동검사장치의 도입이 활발히 추진되고 있는데 이 경우 강관을 필요한 거리만큼 정밀하게 위치를 이송하거나 필요한 각도만큼 정밀하게 회전 제어하는 장치가 필수적으로 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 요구를 충족하고 종래의 안전면에 있어서의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 한 장치내에서 긴 강관의 정밀이송제어 및 각도제어가 가능한 이송/회전 겸용장치의 제공을 목적으로 한다.

이와같은 목적은, 길이즉정용 엔코더를 갖춘 강관이송부와 각도제어를 위한 서보모터를 갖춘 강관회전부를 동일한 프레임(Frame)상에 배치하고 또한 상기 강관회전부를 자동으로 높이조정이 가능하도록하여 공급되는 강관의 직경이 달라져도 회전중심이 일치되게 하는 수단과, 이때 강관회전부에 의해 지지되는 강관의 휘어짐을 방지하기 위하여 별도의 회전보조기구(Rotation Support Device)를 설치하여 강관의 원활한 회전이가능하도록 구성된 본 발명에 의해서 달송될 수 있는 바, 첨부한 도면을 참조로 하여 이하에 상세히 설명한다.

제1도는 일반적인 공정 예시도.

제2도는 본 발명에 따른 장치 정면도.

제3도는 본 발명에 있어서의 강관 이송부의 측면도.

제4도는 본 발명에 있어서의 회전 보조부의 측면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 강관적재부 22,26 : 컨베이어

23 : 자동용접부 24 : 강관이송부

25 : 용접부검사대 27 : 다음공정작업대

31 : 실린더 32 : 가이드로드

33 : 엔코더 34 : 상부롤러

35 : 하부롤러 36 : 하부롤러 구동모터

41 : 강관 50 : 강관회전부

51 : 벨트풀리 52 : 척죠오 구동모터

53 : 척 53' : 죠오

54 : 감속기 55 : 가이드로드

56 : 서보모터 57 : 상하조절용 모터

58 : 벨트풀리 59 : 볼나사

60 : 회전보조부 61 : 회전보조롤러

62 : 가이드로드 63 : 상하조절용 모터

64 : 볼나사 65 : 플레이트

66 : 가이드레일 67 : 롤러조립체

제2도는 본 발명의 전체 정면도를 나타낸 것이고, 제3도는 본 발명의 강관이송부의 측면도를 나타낸 것이며, 제4도는 본 발명의 회전보조부의 측면도를 나타낸 것이다.

본 발명은 크게 강관이송부(24), 강관회전부(50) 그리고, 회전보조부(60)로 구성되어 있는데 각 장치는 동일프레임상에 놓여 있으며, 회전장치부에 있어서 서로 다른 직경의 강관(41)에 대응하기 위한 높이조절부는 하부의 프레임 내부에 설치되어 있다.

상기 강관이송부(24)는, 하부롤러 구동모터(36)와, 상기 하부롤러 구동모터(36)의 회전력이 벨트 또는 체인에 의하여 전달되어 강관(41)을 수평방향으로 이송하는 하부롤러(35)와, 상기 하부롤러(35)상에 놓인 강관이 이송시 미끄러지지 않도록 상하로 이동하면서 강관(41)에 일정압력을 가하는 실린더(31)와, 상기 실린더의 일단에는 아이들 상태로 작동되는 상부롤러(34)와, 상기 상부롤러(34)의 중간축에 직접 또는 간접으로 연결되어 강관(41)의 이송량을 측정하기 위한 엔코더(33)로 구성되어 있다.

상기강관회전부(50)는, 척죠오 구동모터(52)와, 상기 척죠오 구동모터(52)에 연결된 풀리의 회전에 의해 작동되는 죠오(Jaw)(53')를 갖는 척(53)과, 상기 척(53)과 연결고정되어 척의 회전을 제어하는 감속기(54)와, 상기 감속기(54)를 구동시키는 서보모터(56)와, 상기 강관회전부(50)를 상하로 정밀하게 이동하게 하는 볼나사(59)와, 상기 볼나사(59)를 두동하는 상하조절용 모터(57)로 구성되어 있다.

상기 회전보조부(60)는, 강관(41)의 높이를 조정하여 수평상태로 유지할 뿐만 아니라 상기 강관회전부(50)를 보조하여 강관의 원활한 회전이 가능하도록 두 개의 회전보조롤러(61)와, 상기 회전보조롤러(61)들을 상하로 이송하는 수단으로써 볼나사(64), 가이드로드(62) 그리고, 상하조절용 모터(63)로 구성되어 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 관해 설명한다.

먼저 강관이송부(24)는, 강관(41)을 상부 및 하부 롤러(34, 35)(Roller)사이에 통과시켜 롤러와 강관표면 사이의 마찰력으로 이송시키는 구조로서 상부와 하부로 나누어지는데 상부롤러(34)는 공급된 강관(41)을 실린더(31)에 의하여 일정압력으로 눌러서 강관(41)이 하부롤러(35)에 밀착되도록하여 롤러와 강관(41)사이에 미끄럼(Slip)현상이 일어나지 않도록 한다.

그리고, 상부롤러(34)의 압력이 수직으로 정확하게 강관(41)상에 작용할 수 있도록 상부롤러(34)를 지지하는 프레임에 별도의 가이드로드(32)가 설치되어 있다.

상기 하부롤러(35)는 제3도에 나타낸 바와 같이 중앙부에 V홈 형태로 파진 구조로서 공급된 강관은 이 홈에 놓여지게 된다. 하부롤러(35)는 대개 2개로 구성되어 일정간격으로 배치되어 있는데 서로 벨트나 체인으로 연결되어 동시에 구동되도록 되어 있으며 그중 하나의 롤러는 아래부분에 설치된 하부롤러 구동모터(36)와 체인 등으로 접속되어서 강관의 이송을 가능하게 한다.

상기 엔코더(Encoder)(33)는 상부롤러(34)축에 커플링(Coupling)으로 직접 연결되거나 벨트풀리 및 벨트를 통하여 접속되어서 상부 롤러축의 회전량을 정확하게 읽어들이게 되는데 이 값을 바탕으로하여 강관의 정밀 이송제어가 가능하다.

다음으로 강관회전부(50)는 강관을 클램프하기 위한 척(53)부와, 강관을 회전시키는 구동수단과, 회전장치 전체를 상하로 조정하기 위한 상하 높이 조절수단으로 구성된다.

강관 클램프용으로 쓰이는 상기 척(53)은, 죠오(53')(Jaw)(도시하지않음) 및 벨트풀리(Pulley)(51)부가 벨트를 통해 척죠오 구동모터(52)에 연결된 것으로 구성되어 있어, 중앙제어변(도시하지않음)의 신호에 따라 척(53)의 죠오(53')가 개폐(Open/Close)되도록 되어 있으며, 개폐량은 모터의 회전에 의하여 조절가능하다. 상기 척(53)은 감속기(54)축에 부착외어 있어서 서보모터(56)의 회전에 따라 감속기가 회전하면 척(53)부도 연동하여 회전한다. 즉, 상기 척(52)의 죠오(53')에 클램프된 강관(41)의 회전이 가능한데 감속기를 구동하는데 있어 서보모터(56)를 사용함으로써 원하는 각도만큼 필요한 속도와 정밀도로 회전시킬 수 있다.

강관회전용 척(53)과 상기 척(53)을 회전시키기 위한 감속기(54) 및 서보모터(56)는 별도의 플레이트(Plate)(65)상에 설치되어 있는데, 상기 플레이트(65)는 볼나사(Ball screw)(59)와 상하조절용 모터(57)에 의하여 상하이동되 수 있도록 되어 있으며, 또한 정확하고 원활한 상하운동을 위하여 상기 플레이트(65)의 네 모서리에는 가이드로드(Guide Rod)(55)가 고정되어 있어 상기 가이드로드(55)는 하방의 메인프레임의 후면에 설치된 가이드레일(66)상을 움직이게 되어 있다.

한편, 상기 볼나사(59)부는 상기 상하조절용 모터(57)에 의하여 제어되어 필요한 높이만큼 상하운동을 할 수 있게 되어 있는데 이 작동은 생산계획에 따라 직경이 다른 강관(41)이 공정에 투입시 강관(41)의 중심선까지의 높이가 달라질 경우에 대응하기 위한 것이다. 즉, 강관(41)의 중심선 높이가 달라지게 되면, 회전축인 척(53)의 중심까지의 높이와 주변의 회전보조부(60)상의 강관의 중심선 높이가 일치하지 않게 되어 강관(41)은 휘어진 상태에서 회전운동을 하게 되므로 원활한 회전운동이 불가능하게 될 뿐만 아니라 척(53)의 죠오(53')상에 놓여진 강관(41)이 척(53)의 중심부분에 위치하지 않을 경우 정확하게 클램프하기가 어렵기 때문이다.

이러한 강관회전부(50)의 중심 높이조정작용 및 강관회전작용을 보조하기 위하여프레임상의 반대편에 강관의 높이를 수평으로 유지하게 하는 회전보조부(60)를 설치하였다. 상기 회전보조부(60)에서 아이들(Idle)상태의 회전보조롤러(61)의 회전방향은 강관이송용 롤러의 회전방향의 직각이며 따라서 상기 회전보저롤러(61)는 강관의 길이방향으로 설치되어 있어, 강관(41)의 수평상태유지 및 강관회전시 강관(41)이 쉽게 회전하게 하는 역할을 한다.

상기 회전보조롤러(61)의 회전을 지지하고 있는 롤러조립체(67)는, 강관회전부(50)의 상하높이조절수단과 마찬가지로 볼나사(64)와 상하조절용 모터(63)에 의해 동작되어 상기 회전보조롤러(61)의 높이를 조절하도록 되어있다.

상기 강관회전부(50)와 상기 회전보조부(60)의 강관 높이조절량은 중앙제어장치로 전송된 강관의 직경정보에 의하여 결정되어 각각의 구동모터를 작동시키게 된다.

상기의 내용을 바탕으로하여 강관의 이송 및 회전동작을 실제 공정을 통하여 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로 본 발명의 장치가 수행하는 공정의 앞 공정은 자동용접공정이며 본 발명의 수행공정의 다음 공정은 자동검사공정이다.

강관용접부의 검사를 위하여 강관이송신호가 들어오면 강관압력용 상부롤러(34)가 아래로 하강하여 일정압력으로 강관(41)을 누르게되고 동시에 하부롤러 구동모터(36)가 작동되어 강관을 이송하게 된다. 이때 상부롤러(34)축에 연결된 엔코더(33)는 강관(41)의 이송량에 상당하는 펄스신호를 발생하여 중앙제어장치의 강관의 통과길이에 대한 제어가 가능하게 된다.

이 길이제어에 의하여 강관의 용접지점은 자동검사장치내에서의 검사에 적절한 일정위치에 정지하게 되며 완전히 정지후에는 강관이송부(24)의 상부롤러(34)가 실린더(31)의 작용으로 상승하여 강관으로부터 떨어지게 된다. 이때 강관 용접지점의 검사는 강관이 일정각도로 회전하면서 이루어 지는데 이를 위해 상기 강관회전부(50)의 척죠오 구동모터(52)가 동작하여 강관을 클램프하게 되며 그 후에는 서보모터(56)의 동작으로 감속기(54)축에 연결된 척(53)이 회전하게 되고 따라서 클램프된 강관이 중앙제어장치의 신호지령만큼 회전하면서 일정각도별 검사가 이루어지게 된다.

한편, 상기 척(53)이 강관(41)을 클램프하게되면 강관(41)의 중심선은 강관이송부(24)상에 놓여 있을 때보다 조금 높아지게되면 이럴 때 경사진 강관(41)을 바로잡기 위하여 회전보조부(60)가 그 놓이 차이만큼 상승하여 지지함으로써 강관(41)의 원활한 회전이 가능하도록 되어 있다. 그리고 상기 강관이송부(24)의하부롤러(35)는 강관(41)과 분리됨으로써 강관의 회전시 마찰력 등 불필요한 힘이 작용하지 않게 된다.

이와 같이 본 발명은 특히 다동용접부(23)와 용접부검사대(25)에서 필수적으로 필요한 강관의 이송과 회전동작을 자동화할 수 있게 된다.

본 발명은 특히 용접공정이 끝난 강관이 자동검사장치로 필요한 길이만큼 자동으로 이송될 뿐만아니라, 이송후에는 검사장치 내에서 검사를 위하여 피룡한 각도만큼 자동으로 회전할 수 있도록 된 것으로 용접지점의 검사를 위하여 작업자가 수작업으로 해야하는 부분을 완전 자동화 함으로써 생산성 향상은 물론 용접지점의 검사시 근방의 작업자가 방사선에 장시간 노출되는 위험성을 제거함으로써 작업환경 개선에 상당한 효과가 기대된다.

Claims (3)

1. 강관이송부(24),강관회전부(50) 그리고, 회전보조부(60)로이루어져 동일프레임상에 놓여 있고 상기 강관회전부(50)에는 서로 다른 직경의 강관(41)에 대응하기위한 높이조절부가 하부의 프레임 내부에 위치하며, 상기 강관이송부(24)는, 하부롤러 구동모터(36)와, 상기 하부롤러 구동모터(36)의 회전력이 벨트 또는 체인에 의하여 전달되어 강관(41)을 수평방향으로 이송하는 하부롤러(35)와, 상기 하부롤러(35)상에 놓인 강관이 이송시 미끄러지지 않도록 상하로 이동하면서 강관(41)에 일정압력을 가하는 실린더(31)와, 상기 실린더의 일단에는 아이들 상태로 작동되는 상부롤러(34)와, 상기 상부롤러(34)의 중간축에직접 또는 간접으로 연결되어 강관(41)의 이송량을 측정하기 위한 엔코더(33)호 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 이송 및 회전 장치.
2. 강관이송부(24), 강관회전부(50) 그리고, 회전보조부(60)로 이루어져 동일프레임상에 놓여 있고 상기 강관회전부(50)에는 서로 다른 직경의 강관(41)에 대응하기 위한 높이조절부가 하부의 프레임 내부에 위치하며, 상기 강관회전부(50)는, 척죠오 구동모터(52)와, 상기 척죠오 구동모터(52)에 연결된 풀리의 회전에 의해 작동되는 죠오(Jaw)(53')를 갖는 척(53)과, 상기 척(53)과 연결고정되어 척의 회전을 제어하는 감속기(54)와, 상기 감속기(54)를 구동시키는 서보모터(56)와, 상기 강관회전부(50)를 상하로 정밀하게 이동하게 하는 볼나사(59)와, 상기 볼나사(59)를 구동하는 상하조절용 모터(57)로 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 이송 및 회전장치.
3. 강관이송부(24), 강관회전부(50) 그리고, 회전보조부(60)로 이루어져 동일프레임상에 놓여 있고 상기 강관회전부(50)에는 서로 다른 직경의 강관(41)에 대응하기 위한 높이조절부가 하부의 프레임 내부에 위치하며, 상기 회전보조부(60)는, 강관(41)의 높이를 조정하여 수평상태로 유지할 뿐만아니라 상기 강관회전부(50)를 보조하여 강관의 원활한 회전이 가능하도록 두개의 회전보조롤러(61)와, 상기 회전보조롤러(61)들을 상하로 이송하는 수단으로써 볼나사(64), 가이드로드(62) 그리고, 상하조절용 모터(63)로 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 이송 및 회전장치.

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