KR100318517B1 - 수평 방향으로 작동되는 드럼 원격 파지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작업자가 방사선에 피폭받을 수 있는 방사성 폐기물 드럼 저장고와 같은 시설에서 드럼의 이송 및 하역/적재 작업을 원격 방식으로 수행하기 위한 드럼 파지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 교류 모터에 의한 회전 운동을 베벨기어 및 볼 스크류로 구성된 구동장치를 이용하여 120°방향으로 설치된 세 개의 파지팔을 직선 수평 운동으로 변환시켜 줌으로써 드럼의 파지 위치와 속도를 항상 일정하게 유지시켜 주는 드럼파지 장치에 관한 것이다. 이 장치는 항상 드럼의 일정한 부분을 파지함으로써 크레인으로 드럼의 하역/적재 작업을 원격 조정할 때 드럼이 다른 드럼 또는 지면과 충돌하지 않게 하며 또한 드럼의 파지속도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 드럼 파지면을 충격으로부터 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 드럼 파지장치의 하단 중앙부에는 CCD 카메라가 설치되어 있어, 크레인에 매달린 상태에서 이송하고자 하는 드럼의 위치를 원거리에서 인식할 수 있어 원격조작 방식으로 드럼을 파지할 수 있고 궁극적으로는 드럼의 이송 및 하역/적재 작업을 자동화하기 위한 필수적인 요소기기로 사용될 수 있다.

Description

수평 방향으로 작동되는 드럼 원격 파지장치 {Remote Drum Grappling Device with Horizontal Clamping Jaw}

본 발명은 방사선에 의한 작업자의 피폭 위험이 상존하고 있는 방사성 폐기물 드럼 저장고와 같은 장소에서 드럼의 이송 및 하역/적재를 원격 방식으로 수행하기 위한 드럼 파지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저장고에 설치된 크레인에 매달려 이동되는 드럼 파지장치의 중앙에 설치된 CCD 카메라에 의해 이송하고자 하는 드럼을 인식하고, 한 개의 모터로 120°방향으로 설치된 세 개의 파지팔을 수평 이동시켜 드럼을 파지함으로서 드럼의 파지 위치 및 파지 속도를 일정하게 하여 안전성을 확보하도록 하였으며, 이로부터 드럼의 이송 및 하역/적재를 자동화하기 위한 드럼 원격 파지장치이다.

일반적으로 작업 현장에서 드럼의 취급을 위한 가장 보편적인 방법은 크레인 및 X-밴드 형태와 같은 간단한 구조의 드럼 취급기구를 이용하여 드럼을 파지하여 이송하며, 지게차 및 파렛을 이용하여 드럼의 하역 및 적재 작업을 수행한다. 이와 같은 방법들은 작업자가 근접 거리에서 드럼의 위치를 판별하여 파지하고 이송함으로서 일반 산업체 및 저준위 폐기물과 같은 방사선 준위가 낮은 드럼에 대해서는 작업자의 피폭 위험성이 크지 않으나, 비교적 방사선 준위가 높은 드럼의 경우에는 작업자의 피폭 위험성이 상존하고, 작업자의 전신보호의 및 마스크 등의 착용으로 인한 작업 효율이 저하되며, 고방사선 구역의 경우에는 작업자의 출입 자체가 불가능하다. 특히 세계적으로 ALARA(As Low As Reasonably Achievable) 원칙이 강화되고, 작업자의 보호를 위해 피폭선량 한계가 하향 조정 추세에 있기 때문에 방사선 구역 내에서의 작업 시간이 제한됨으로서 교체, 투입되는 작업 인원이 더 많아질 것으로 예상되며, 이는 직접적으로 작업의 효율성에 영향을 미치게 된다.

드럼을 원격으로 파지하고 정확한 위치로 이송하거나 드럼 취급 작업을 자동화하기 위한 연구는 일부 선진국에서 연구되고 있다. 미국의 Stock Equipment Company에서는 방사성 폐기물의 시멘트 고화 처리를 위한 시설에서 드럼의 반입/반출작업을 위하여 저장창고의 천장에 드럼의 위치를 표시하는 표식을 붙여 놓고 드럼 취급용 크레인의 트롤리 상부에 카메라를 설치하여 작업자가 카메라의 전송 화상을 보면서 크레인의 위치를 조작하는 방식을 개발, 사용 중에 있다. 여기서 사용하고 있는 드럼 파지장치는 전기모터의 축에 부착되어 있는 피니언을 회전시켜 피니언에 물려 있는 부싱을 상하로 이송시킴으로서 부싱의 하단부에 부착되어 있는 파지팔의 한쪽 끝을 개폐하는 구조로 되어 있다. 파지팔의 다른 한쪽 끝은 파지장치에 고정되어 있으며, 고정된 파지팔의 끝면이 드럼의 윗면에 접촉할 때까지 하강함으로서 드럼을 파지할 수 있다. 또한 드럼을 파지할 때의 크레인의 하강 거리를 설정하기 위하여 파지장치의 하단 중심부에 카메라를 설치하고 파지장치의 하강 도중 이로부터 전송되는 화상을 X-Y 좌표가 표시되어 있는 모니터에서 관측하면서 드럼의 윗면에 있는 마개의 화상이 일정한 크기가 될 때 파지장치의 하강을 정지시킨다. 이 장치는 드럼 윗면에 부착되어 있는 마개를 이용하여 드럼의 X, Y 평면상의 위치 및 하강 높이 Z를 찾아낼 수 있으나, 우리 나라에서 사용하고 있는 드럼에는 윗면에 별도의 마개가 부착되어 있지 않고 평면 구조로 되어 있어 이 파지장치를 사용할 수 없다.

우리 나라의 경우에는 각 발전소별로 중저준위 폐기물드럼 저장창고가 설치되어 있으며, 드럼내 폐기물의 방사선 준위가 그다지 높지 않기 때문에 작업자가 근접 거리에서 지게차나 크레인을 이용하여 이송 작업을 수행하고 있으며, 삼각대의 높낮이 조절 원리를 적용한 드럼 파지장치를 이용하기도 한다. 그러나 이 장치는 중심축의 리드 스크류를 따라 상하 이동하는 너트에 힌지 결합되어 있는 링크에 의해 파지팔이 상하로 회전하며 개폐되는 구조로, 드럼을 파지하기 위해 파지팔을 닫을 때 파지팔이 드럼에 접근하는 회전 속도가 점점 커지게 되어 드럼 파지시 드럼 옆면에 충격을 주게되며, 파지팔의 초기 높이와 드럼 파지시의 높이가 서로 달라 드럼 파지 높이가 항상 일정하지 않다. 이에 따라 원거리에서 드럼을 하역/적재할 때 드럼이 지면 또는 다른 드럼의 상부와 충돌할 수 있는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 드럼 파지팔이 수평으로 이동함으로서 드럼 파지 위치를 일정하게 하고, 파지팔의 속도를 원하는 대로 제어함으로서 드럼 파지시의 충격을 완화시킬 수 있는 원격 드럼 파지장치로서, 이 장치를 무진동/무충격 크레인과 함께 방사성 폐기물 드럼 이송 자동화 작업에 적용함으로서 방사선에 의한 작업자의 피폭을 최소화하고 드럼의 이송 및 하역/적재 작업을 효율적으로 수행함을 목적으로 한다.

본 발명은 하나의 교류 모터에 의한 회전 운동을 베벨기어 및 볼 스크류로 구성된 구동장치를 이용하여 120°방향으로 설치된 세 개의 파지팔을 직선 수평 운동으로 변환시켜 줌으로써 드럼의 파지 위치와 속도를 항상 일정하게 유지시켜 주는 드럼파지 장치를 제공하기 위한 것으로 이 장치는 항상 드럼의 일정한 부분을 파지함으로써 크레인으로 드럼의 하역/적재 작업을 원격 조정할 때 드럼이 다른 드럼 또는 지면과 충돌하지 않게 하며 또한 드럼을 파지팔로 파지할 때 속도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 드럼 파지면을 충격으로부터 보호할 수 있다.

또한, 본 발명의 드럼 파지장치의 하단 중앙부에는 CCD 카메라가 설치되어 있어, 크레인에 매달린 상태에서 이송하고자 하는 드럼의 위치를 원거리에서 인식할 수 있어 원격조작 방식으로 드럼을 파지할 수 있고 궁극적으로는 드럼의 이송 및 하역/적재 작업을 자동화하기 위한 필수적인 요소기기를 제공할 수 있는 것이다.

도 1 은 본 발명 드럼 원격 파지장치의 일측 파지팔의 상세 구조도

도 2 는 본 발명 드럼 원격 파지장치의 저면구조도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(1) : 모터 (2a, 2b) : 베벨 기어

(3a) : 부싱 (3b) : 볼 스크류

(4) : 파지팔 (5) : 패드

(6) : CCD 카메라 (7) : 초음파 거리측정센서

(8) : 광전 센서 (9)(10) : 베어링

(11) : 홈 (12) : 가이드 레일

본 발명의 드럼 원격 파지장치는 도1 및 도2에 도시된 바와 같으며 그 구성은 다음과 같다.상단홈(11)에 크레인 후크로 걸어 크레인에 의해 이동되고, 상부 모터(1) 축에 베벨기어(2a)를 장착시키며, 패드(5)가 부착된 파지팔(4)을 부싱(3a)에 연결시켜 볼스크류(3b)에 결합시키고 볼스크류(3b)의 내측선단에 베벨기어(2b)가 장착된 3쌍의 파지팔(4)을 각각의 베벨기어(2b)를 모터(1) 축에 장착된 베벨기어(2a)에 120° 각도의 간격으로 결합시키며 모터(1) 축의 하단중앙에 CCD카메라(6)가 설치된 구조이다.상기한 CCD카메라(6)의 일측으로 초음파 거리측정센서(7)와 광전센서(8)을 설치하여 드럼파지장치와 드럼사이의 상태위치 인식과 드럼파지장치와 드럼상부면 간의 상대거리를 측정할 수 있게 하였다.

이와 같이된 본 발명은 장치 위 부분에 C-형의 고리를 장착할 수 있는 구조로 홈(11)을 내어 크레인 후크에 매달려 크레인의 작동으로 이동되는 것이며, 장치 밑면의 중앙부에는 CCD 카메라(6)와 초음파 거리측정센서(7)가 장착되어 있어 드럼파지장치와 드럼 사이의 상대위치를 인식할 수 있다. 즉, CCD 카메라(6)의 화상 정보를 이용하여 파지하고자 하는 드럼의 평면상의 위치를 원거리에 있는 작업자가 개략적으로 인식할 수 있으며 초음파 거리측정 센서(7)는 드럼과 파지장치 사이의 상대 거리를 측정한다. 원거리의 작업자는 이들 정보로부터 파지장치가 드럼을 파지할 수 있는 높이로 크레인을 X, Y 및 Z방향으로 조종하며 파지장치를 하강시킨다. 이 경우 파지장치가 드럼과 충돌하지 않도록 세 개의 파지팔(4)을 최대로 열은 상태에서 하강시킨다. 또한 파지팔의 윗면에는 드럼과 마주보는 위치에 파지장치와 드럼윗면간의 상대거리를 정확히 측정하는 광전 센서(8)가 설치되어 있어 이의 신호로부터 파지장치의 하강을 중지시킴으로서 드럼을 항상 일정한 높이에서 파지할 수 있도록 하였다.

본 발명의 드럼 원격 파지장치는 수직 방향의 모터(1) 축의 회전운동을 모터(1) 축 베벨 기어(2a)와 볼스크류(3b),축 베벨기어(2b)를 이용하여 각각 120°각도 벌어진 3 쌍의 볼 스크류(3b)의 회전운동으로 변환시킨다. 볼 스크류(3b)가 회전함에 따라 볼 스크류(3b)에 설치된 부싱(3a)이 가이드 레일(12)을 따라 수평방향으로 직선운동하고 3 개의 부싱(3a)에 부착된 파지팔(4)이 개방 또는 폐쇄시키는 것이다. 파지팔(4)의 작동으로 드럼에 접촉하는 부위에는 각각의 패드(5)를 설치하여 드럼을 과도한 힘으로 누르지 않게 한다. 그리고 모터(1)와 볼 스크류(3b)의 원활한 회전운동을 위해 각각 베어링(9)(10)을 설치한다. 또한, 드럼을 파지하고 지면으로부터 상승시켰을 경우 드럼의 중량에 비례하는 마찰력이 파지팔(4)을 여는 방향으로 작용하기 때문에 드럼이 낙하하는 사고가 발생할 수 있다. 따라서 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 나사산의 모양이 곡면 또는 삼각형이 아닌 사각형의 볼 스크류(3b)를 사용하였다.

본 발명의 드럼 원격 파지장치는 120°간격으로 배치된 3 개의 드럼 파지팔을 수평으로 이동시킴으로서 드럼이 파지되는 높이를 항상 일정하게 유지시켜 준다. 따라서 작업자는 크레인을 이용하여 드럼을 하역할 경우 드럼을 잡고 있는 상태에서 정해진 거리만큼 드럼을 하강시켜 주기만 하면 드럼이 다른 드럼 또는 지면과 충돌하는 문제가 해결될 수 있다. 또한, 본 발명의 드럼 원격 파지장치는 파지팔의 작동 속도 제어에 의해 드럼 파지시 드럼과 본 장치의 충격을 완화시킬 수 있다. 따라서 본 장치는 삼각대의 높낮이 조절 원리를 적용한 기존의 드럼 파지장치가 갖는 문제점인 파지팔을 닫을 경우에 파지 팔의 속도 증가에 의한 드럼 파지시의 충격 및 파지팔의 초기 위치와 드럼 파지시의 위치 차이로 인한 드럼 파지 위치의 부정확성 등을 개선하여 드럼 이송작업의 안전성 및 효율성을 향상시켰다. 또한 본 장치는 카메라와 광전스위치를 이용하여 드럼의 위치를 인식하고 일정한 위치에서 드럼을 파지함으로서 방사성 폐기물 드럼 저장고 내의 드럼 이송작업을 원거리에서 가능하게 함으로써 작업자의 방사선 피폭을 줄이고 궁극적으로는 드럼 하역/적재 작업의 무인 자동화를 구현할 수 있다.

Claims (2)

1. 상단 홈(11)에 크레인 후크로 걸어 크레인에 의해 이동되고 상부 모터(1) 축에 베벨기어(2a)를 장착시키며, 패드(5)가 부착된 3개의 파지팔(4)을 부싱(3a)에 연결시켜 볼스크류(3b)에 결합시키고 볼스크류(3b)의 내측 선단에 베벨기어(2b)를 장착하여 각각의 베벨기어(2b)를 모터(1) 축에 장착된 베벨기어(2a)에 120° 각도의 간격으로 결합시키며 모터(1) 축의 하단중앙에 CCD카메라(6)가 설치된 것을 특징으로 하는 수평 방향으로 작동되는 드럼 원격 파지장치.
2. 제 1항에 있어서,

   CCD 카메라(6)의 측면에 초음파 거리측정센서(7)와 광전센서(8)을 설치한 것을 특징으로 하는 수평 방향으로 작동되는 드럼 원격 파지장치.