KR100490228B1 - 강관의 내면접합부 용접로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관의 내면접합부 용접로봇에 관한 것으로서, 강관을 연속 시공함에 있어서, 용접단계에서 강관의 내면접합부를 자동화에 의해 안전하게 용접함으로써, 시공기간을 단축시키고 작업안전성을 높임과 아울러 내면접합부를 용접하고자 하는 강관들의 직경이 각각 다른 경우에도, 그 직경에 맞게 고정시킬 수 있음과 아울러 용접수단의 회전반경을 변화시킴으로써, 각각 직경이 다른 강관들의 내면접합부를 능동적으로 용접시킬 수 있는 새로운 강관의 내면접합부 용접로봇을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적달성을 위한 본 발명은, 서로 이웃하는 강관의 내면접합부를 용접하기 위한 용접로봇에 있어서, 통상의 지주수단에 대하여 회전가능하게 설치되는 회전지지수단(20)과; 이 회전지지수단(20)에 설치되어 회전이 이루어지며, 수직방향으로의 승강 및 수평방향으로의 슬라이드가 이루어져서 강관의 내면접합부를 용접하는 용접수단(70)과; 이 용접수단(70)의 회전과 승강 및 수평이송 등의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

강관의 내면접합부 용접로봇{Welding robots for inside junction of steel pipe}

본 발명은 강관의 내면접합부 용접로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강관을 연속 시공할 때 용접하는 단계에서 강관들의 내면접합부를 자동화에 의해 안전하게 용접하여 보다 수월한 시공을 꾀함으로써 시공기간을 단축시키고 작업안전성을 높일 수 있는 강관의 내면접합부 용접로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 강관은 라인파이프, 송유관, 상수관 등에 사용되며, 적어도 600㎜이상의 직경을 갖는 것을 말한다. 이러한 강관의 제조방법은 롤밴딩방식(Roll bending method)과 스파이럴방식(Spiral method)이 있는데, 상기 롤밴딩방식은 강판을 다수의 롤을 이용하여 원형단면을 이루도록 구부려서 성형한 후 강판의 끝단이 맞닿은 중심선방향으로 용접하여 얻는 방식이고, 스파이럴방식은 띠강을 이용하여 나선과 같이 감는 형식으로 꼬아가면서 용접하여 얻는 방식이다.

이러한 강관의 제조방법에서 스파이럴방식은 대량생산이 용이하나 대체적으로 판재의 두께가 얇은 경우에 주로 사용되며, 판재의 두께가 두꺼운 경우에는 정밀도가 떨어져 대부분이 롤밴딩방식에 의해 생산되고 있다.

그러나, 상기와 같은 롤밴딩방식에 의해 강관을 생산한다 하여도 생산방식상 진원의 강관을 얻기가 매우 어려운 것이며, 결국 변형된 원형의 강관이고 그 허용오차는 KS 규격상 원주길이의 ±0.5%가 적용되고 있어 직경이 커질수록 오차가 커지게 된다.

예를 들어, 직경 600㎜의 강관이라 할 때, 직경 597㎜에서 603㎜까지 범위 내에서 허용되기 때문에 무려 6㎜의 편차가 발생될 수 있고 이렇게 큰 편차에서는 제대로의 시공, 구체적으로는 맞대기이음에 의한 시공이나 소켓이음에 의한 시공이 곤란하다는 문제점이 있었다.

그 이유는, 강관을 현장에서 소켓이음타입(Socket Joint Type, 일명 "수구삽구이음"이라 함)으로 시공할 때, 강관 한쪽 끝단의 소켓 내에 이웃하는 강관의 다른 한쪽 끝단을 삽입하여야 하므로 단면형상이 진원이 아니고 찌그러진 변형상태에서는 제대로 삽입이 이루어지지 않기 때문이다.

종래의 이러한 강관의 삽입시공은, 강관 한쪽 끝단의 소켓에 이웃하는 강관의 다른 한쪽 끝단을 걸쳐 놓은 상태에서 변형에 의해 삽입되지 않는 부분을 소정의 진원도를 갖도록 쐐기로 끼우면서 타격하거나 심지어는 강관 내면에 턴버클이나 체인블록 등을 설치하여 삽입시공을 행하고 있는 실정이다.

이러한 강관은 대부분이 지중에 매설되므로, 강관을 매설하고자 하는 라인을 따라 터파기 작업을 수행한 후, 터파기 작업이 이루어진 부분에 강관을 개략적으로 정렬한 상태에서 강관의 삽입시공을 수향하여야 했기 때문에 작업이 악조건에서 이루어지고, 이로 인한 시공기간의 지연은 물론 산업안전사고가 빈번하게 발생된다는 문제점이 있었다.

특히, 서로 이웃하여 연결되는 강관의 양단부분위치에는 좀 더 넓고 깊게 터파기 작업이 이루어져야 했고, 이러한 곳에서 상기에서 설명한 바와 같은 강관의 삽입시공을 작업자가 들어가서 수행하여야 했기 때문에 시공기간이 길어져 지연되고 산업안전사고가 빈번하게 발생된다는 문제점이 있었다.

이에, 본원발명의 출원인은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여, 시공현장에서 이웃하는 강관을 개략적으로 정렬한 후 서로 이웃하는 강관의 끝단을 정형기로 파지한 상태에서 내/외측에서 방사상으로 가압하여 진원으로 조정 유지시킨 다음 이웃하는 강관을 수평으로 정렬하고 강관의 끝단이 맞닿거나 서로 삽입되게 유지시켜 강관 내면 혹은 외면의 접합부를 용접하는 강관의 시공방법(특허출원 제2003-89657호)을 제안하여 출원한 바 있다.

상기한 특허출원 제2003-89657호의 강관시공방법은, 시공현장에서 서로 이웃하는 강관을 개략적으로 정렬하는 정렬단계; 이 정렬단계에 의해 정렬된 서로 이웃하는 강관의 끝단에 정형기를 설치하고 상기 정형기를 이용하여 강관의 내/외측에서 방사상으로 가압하여 진원으로 조정하고 유지시키는 진원성형단계; 이 진원성형단계 이후에 이웃하는 강관을 수평으로 정렬한 상태에서 강관 양단의 정형기를 견인기로 견인하여 서로 이웃하는 강관의 끝단이 맞닿거나 서로 삽입되게 견인하여 맞추는 맞춤단계; 이 맞춤단계에 의해 서로 이웃하는 강관의 내면 혹은 외면 접합부를 용접하는 용접단계;로 이루어지는 것을 주요 특징으로 하고 있다.

그러나 상기 본원발명의 선 특허출원에 사용되는 내면용접기에 있어서는, 직경이 600㎜이상인 대형 강관은 롤밴딩방식과 스파이럴방식에 의해 제작되기 때문에 정원이 아닌 변형된 강관임에도 불구하고 정원의 내면용접에 적합한 기존의 용접로봇을 이용하고 있으므로 강관의 이음부분, 즉 접합부분마다 각기 다른 변형된 원형에 알맞게 각각의 이음부분을 용접할 때 마다 용접로봇의 설정을 다시 해야 했으며, 이로 인하여 용접작업이 매우 번거로움은 물론 작업능률이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 기존 용접로봇의 경우 강관의 직경 크기에 따라 능동적으로 적용이 불가능한 문제점이 있었다.

즉, 강관은 그 용도에 따라 그 직경이 다양한 것들이 구비되는데, 상기한 기존의 용접로봇은 그 회전반경이 한정되어 있음으로 인하여 직경이 다른 강관에 능동적으로 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 소켓이음방식이나 맞대기이음방식으로 연접된 강관들을 용접하는 단계에서 강관들의 내면접합부를 자동화에 의해 안전하게 용접하여 보다 수월한 시공이 이루어지며, 이로 인하여 시공기간을 단축시킴은 물론 작업안전성을 향상시킬 수 있도록 한 강관의 내면접합부 용접용 로봇을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 내면접합부를 용접하고자 하는 강관들의 직경이 각각 다른 경우에도, 그 직경에 맞게 고정시킬 수 있음과 아울러 용접수단의 회전반경을 변화시킴으로써, 각각 직경이 다른 강관들의 내면접합부를 능동적으로 용접시킬 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적달성을 위한 본 발명은, 서로 이웃하는 강관의 내면접합부를 용접하기 위한 용접로봇에 있어서, 베이스프레임에 대하여 회동가능하게 설치되도록 그 외측에 각각 회전축이 설치된 지지프레임과, 상기 지지프레임의 내측에 나란하게 설치된 가이드 봉 상을 슬라이드 하면서 승강이 이루어지되, 그 중간에 기어박스가 설치되고, 이 기어박스의 한쪽 면에는 수동핸들이 다른 한쪽 면에는 회전기어가 설치되며, 그 상하 양쪽 내부에는 상기 수동핸들의 회전에 따라 외부로 밀려나가거나 내부로 밀려들어 오는 가압피스톤들이 설치된 가압지지프레임을 포함하여 이루어져서 통상의 지주수단에 대하여 회전가능하게 설치되는 회전지지수단과; 상기 회전지지수단에 설치되어 회전이 이루어지며, 수직방향으로의 승강 및 수평방향으로의 슬라이드가 이루어져서 강관의 내면접합부를 용접하는 용접수단과; 상기 용접수단의 회전과 승강 및 수평이송 등의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 기어박스는, 수동핸들의 축과 연결된 웜과, 이 웜과 치합되어 웜과 연동되는 웜휠과, 이 웜휠의 양면 중심에 대하여 설치된 오른나사 및 왼나사로 이루어지며, 이 오른나사 및 왼나사와 가압피스톤이 치합되어서 상기 오른나사와 왼나사의 회전에 따라 가압피스톤이 승강되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전지지수단의 가압지지프레임 어느 한쪽에는 구동장치가 설치되어 있고, 이 구동장치와 연결된 구동기어가 상기 회전기어와 치합되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 용접수단은, 상기 회전기어에 설치되는 수직이송장치와, 이 수직이송장치에 의하여 수직이송가능하게 설치된 수평이송장치와, 이 수평이송장치에 대하여 수평이송가능하게 설치된 용접프레임과, 이 용접프레임의 일단에 설치된 용접장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 수직이송장치는, 케이스의 어느 한쪽에 설치된 구동모터의 축에 연결된 웜과, 이 웜과 치합되어 연동되는 웜휠과, 이 웜휠의 일면 중심으로부터 연결 설치된 나사축과, 상기 나사축과 치합되어서 이 나사축의 회전에 따라 승강되는 승강부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수평이송장치는, 수직이송장치의 승강부재와 브래킷에 의하여 고정 설치되며, 케이스의 어느 한쪽에 설치된 구동모터의 축에 연결된 웜과, 이 웜과 치합되어 연동되는 웜휠과, 이 웜휠의 일면 중심으로부터 연결 설치된 나사축과, 상기 나사축과 치합되어서 이 나사축의 회전에 따라 수평 이송되는 슬라이드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 용접프레임은 상기 슬라이드부재와 브래킷에 의하여 착탈 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용접장치는, 용접하고자 하는 강관의 내면접합부를 따라 선행하면서 평탄도를 측정하여 제어부에 이 신호를 송신하는 센서와, 이 센서와 연동되게 설치되어 상기 센서를 따라 후행하면서 강관의 내면접합부를 용접하는 용접토오치와, 이 용접토오치를 좌우로 일정각도 유동시켜 용접이 지그재그로 이루어지도록 하는 유동장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서 및 용접토오치는 용접프레임의 한쪽 끝단에 고정 설치된 힌지부에 대하여 암에 의해 연결 설치되어 연동되게 구성된 것이며, 상기 유동장치는 힌지부를 좌우로 유동시킴으로써 상기 용접토오치를 좌우로 유동시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 용접장치에서 용접토오치와 근접한 위치에는 용접상태를 촬영하여 모니터로 전송하기 위한 카메라가 설치되는 카메라거치대가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서는 근접센서이거나 또는 추적자로 마련될 수 있고 이 근접센서 및 추적자의 신호에 의해 용접토오치가 실시간 상하좌우로 유동되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1a와 도 1b 및 도 2는 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접용 로봇을 나타낸 사시도와 측면도이다.

먼저, 본 발명에 따른 강관의 내면접합용 용접로봇(10)은 크게 구동 및 지지기능을 하는 베이스프레임(12)과, 이 베이스프레임(12)에 대하여 회동가능하게 설치되는 회전지지수단(20)과, 이 회전지지수단(20)에 설치되어 수직 및 수평이송과 회전이 이루어지면서 강관의 내면접합부를 용접하는 용접수단(70)으로 이루어져 있다.

상기 베이스프레임(12)은 양쪽에 나란하게 수평지지프레임(14)이 설치되어 있고, 이 수평지지프레임(14)의 선단 및 후단 저부에는 구동바퀴(11)가 설치되어 있으며, 상기 수평지지프레임(14)들은 그 뒤쪽 및 중간에 직각방향으로 보조프레임(18)들에 의해 연결 설치되어 있다.

한편, 상기 수평지지프레임(14)의 중간부분에는 양쪽으로 각각 수직지지프레임(16)이 고정 설치되어 있으며, 이 수직지지프레임(16)의 상단에는 회전지지수단(20)의 회전축(24)이 설치되어 있다.

상기 회전지지수단(20)은 각각 그 바깥쪽에 회전축(24)이 착탈 가능하게 설치된 지지프레임(22)이 이격되어 평행하게 설치되고, 그 중간에는 양단에 대하여 출몰 수납되는 가압피스톤(32)이 내설된 가압지지프레임(30)이 설치되어 있다.

상기 가압지지프레임(30)의 중간부분에는 기어박스(40)가 설치되어 있고, 이 기어박스(40)의 일면으로는 수동핸들(42)이 설치되어 있는데, 이 수동핸들(42)의 조작에 따라 상기 가압지지프레임(30)에 출몰가능하게 내설된 가압피스톤(32)이 신장 또는 수축되게 된다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 수동핸들(42)의 축은 웜(50)과 연결되어 있고, 이 웜(50)은 웜휠(52)과 치합되어 있으며, 이 웜휠(52)의 상하방향으로는 각각 오른나사(54a)와 왼나사(54b)가 연결되어 있다.

또한, 상기 각각의 오른나사(54a)와 왼나사(54b)에는 이에 대응하는 암나사를 갖는 가압피스톤(32)이 치합되어 있으며, 이 가압피스톤(32)의 단부에는 가압판(34)이 설치되어 있다.

따라서, 상기 수동핸들(42)의 회전에 따라 웜(50)이 회전하고, 이 웜(50)과 치합된 웜휠(52)이 회전함에 따라 이 웜휠(52)의 상하방향에 고정 설치된 각각의 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)가 회전하게 되면 상기 오른나사(54a)와 왼나사(54b)와 각각 치합된 가압피스톤(32)들이 외측방향으로 밀려나가거나 또는 내측으로 밀려들어오게 되는 것이다.

이때, 상기 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)의 회전에 따라 가압피스톤(32)들은 연동되어 회전하지 않고 수직방향으로 슬라이드가 이루어져야 하는데, 상기 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)와 각 가압피스톤(32)들의 치합부위 마찰력보다 상기 가압피스톤(32)들의 외면과 가압지지프레임(30)의 내면 사이에 발생하는 마찰력이 클 경우 큰 무리 없이 수직방향으로의 슬라이드가 이루어지게 된다.

그러나, 상기 가압피스톤(32)들의 원활한 수직왕복운동을 위하여 그 외면에 수직방향으로 가이드돌기 및 가이드 요홈(도시되지 않음)을 형성하고, 이에 대응하는 가압지지프레임(30)의 내면에 가이드 요홈 및 가이드 돌기(도시되지 않음)를 형성함으로써, 상기 가압피스톤(32)들의 회전을 방지하고 수직방향으로의 슬라이드가 이루어지도록 할 수도 있다.

한편, 상기 회전지지수단(20)의 지지프레임(22) 상/하단에는 각각 브래킷(26)이 고정 설치되어 있고, 이 브래킷(26)들에 의하여 양쪽에 각각 가이드 봉(28)이 고정 설치되어 있으며, 상기 기어박스(40)의 양쪽에는 상기 가이드 봉(28)상을 슬라이드 하기 위한 파지부(44)가 일체로 형성되어 있다.

따라서, 상기 가압지지프레임(30)은 도 3a 내지 도 3c에서와 같이 지지프레임(22)에 대하여 승강이 이루어지게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 상기 기어박스(40)에서 수동핸들(42)이 설치된 다른 일면에는 장방형의 회전기어(64)가 설치되어 있으며, 이 회전기어(64)는 가압지지프레임(30)의 한쪽에 고정설치되는 구동장치(60)와 연결된 구동기어(62)와 치합되어 있다.

상기 구동장치(60)는 그 내부에 구동모터(도시되지 않음)와 감속기(도시되지 않음)가 구비되는 것으로서 후술되는 제어부(도시되지 않음)와 회로적으로 연결되어 있는 바, 상기 제어부의 작동신호에 따라 구동하여 구동기어(62)를 회전시킴으로써, 이 구동기어(62)와 치합된 회전기어(64)가 일정속도로 회전하게 된다.

참고로, 본 발명의 실시 예를 나타낸 도면에서 제어부를 도시하지 않았으나, 이러한 제어부는 베이스프레임의 후측에 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 회전기어(64)의 전면에는 수직 및 수평 이송되어 강관의 내면접합부를 용접시키기 위한 용접수단(70)이 설치되어 있다.

즉, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 회전기어(64)의 전면에는 수직이송장치(72)가 설치되어 있고, 이 수직이송장치(72)의 전면에는 수평이송장치(90)가 설치되어 있다.

상기 수직이송장치(72)는, 도 5에서와 같이 케이스의 일측에 설치된 구동모터(74)의 구동에 의하여 회전되는 웜(76)과, 상기 웜(76)과 치합되어 연동되는 웜휠(78)과, 이 웜휠(78)의 일면에 설치되어 웜휠(78)의 회전에 따라 연동되는 나사축(80)과, 이 나사축(80)과 치합되어서 이 나사축(80)의 회전에 따라 직선운동을 하는 승강부재(82)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 승강부재(82)는 브래킷(84)에 의해 수평이송장치(90)의 프레임(도면부호 미부여)과 고정 결합되어 있다.

상기 수평이송장치(90) 또한 도 6에서와 같이, 그 케이스 일측에 설치된 구동모터(92)의 구동에 의하여 회전되는 웜(94)과, 이 웜(94)과 치합되어 연동되는 웜휠(96)과, 이 웜휠(96)의 일면에 설치되어 웜휠(96)의 회전에 따라 연동되는 나사축(98)과, 이 나사축(98)과 치합되어 나사축(98)의 회전에 따라 직선운동을 하는 슬라이드부재(100)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 슬라이드부재(100)와 브래킷(102)에 의하여 용접프레임(110)이 직교방향으로 착탈 가능하게 설치되어 있으며, 상기 용접프레임(110)의 한쪽 끝단에는 강관의 시공시 서로 연접하는 강관들의 내면접합부를 용접하기 위한 용접장치(120)가 설치되어 있다.

상기 용접장치(120)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 용접프레임(110)의 한쪽 끝단에 설치되는 것으로서, 상기 용접프레임(110)의 한쪽 끝단에 대략 'ㄱ'형상의 브래킷(122)이 고정 설치되어 있고, 이 브래킷(122)의 상부에는 회동 가능한 힌지부(124)가 설치되어 있다.

상기 힌지부(124)의 한쪽 방향으로는 연결축(126)이 고정 설치되어 있으며, 이 연결축(126)을 기점으로 하여 양쪽으로 분기된 암(128)이 설치되되, 상기 암(128)의 한쪽으로는 센서(130)가 설치되어 있고, 다른 한쪽으로는 용접토오치(132) 및 카메라거치대(134)가 설치되어 있다.

이때, 상기 센서(130)는 강관의 내면접합부를 접촉하면서 평탄도를 측정하는 근접센서이다.

따라서, 강관의 용접하고자 하는 내면접합부에 용접수단(70)의 용접장치(120)가 근접하게 되면 상기 센서(130)가 용접하고자 하는 부위를 먼저 지나고 이 센서(130)를 따라 용접토오치(132)가 지나면서 용접을 하게 되는 것이다.

참고로, 상기 용접토오치(132)는 연속되는 용접와이어를 감싼 케이블이 권취된 와이어 권취수단과, 용접이 이루어짐에 따라 이 와이어 권취수단으로부터 용접와이어를 송급하기 위한 와이어 송급수단은 도시되지 않았지만, 상기 제어부와 함께 베이스프레임(12)상의 한쪽에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 용접장치(120)에 적용되는 센서(130)를 대신하여 추적자(Tracer)를 적용할 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 강관 내면접합부 용접로봇(10)의 작동관계를 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 베이스프레임(12)의 수평지지프레임(14) 아래쪽에 구동바퀴(11)가 설치되어 있는 바, 강관의 내부로 베이스프레임(12)을 밀어 용접하고자 하는 위치로 구동시킨다.

이때, 상기 강관의 직경이 상기 회전지지수단(20)의 가압지지프레임(30) 양단에 출몰가능하게 내설된 가압판(34)들의 간격보다 클 경우에는 상기 회전지지수단(20) 자체를 수직상태로 위치시키고 구동시켜도 무방하나 그 직경이 작을 경우에는 도 7a에서와 같이 수평상태로 위치시키고 구동시킨다.

이 경우, 상기 회전지지수단(20)은 지지프레임(22)에 설치된 회전축(24)에 의해 베이스프레임(12)의 수직지지프레임(16)에 회동가능하게 설치됨으로써, 회전지지수단(20)을 수평 또는 수직상태로 위치시키는 것이 가능하게 된다.

이와 같이, 용접하고자 하는 강관의 내면접합부에 용접로봇(10)이 위치되면, 도 7b와 같이 회전지지수단(20)을 수직상태로 세운다.

다음에, 이러한 용접로봇(10)을 유동 없이 고정시켜야 하는 바, 도 7c 에서와 같이 회전지지수단(20)의 가압지지프레임(30) 양쪽에 출몰가능하게 내설된 가압피스톤(32)을 신장시켜 그 단부에 형성된 가압판(34)으로 하여금 강관의 상/하 내면에 밀착 지지되도록 한다.

즉, 상기 가입지지프레임(30)의 기어박스(40) 한쪽 면에 설치된 수동핸들(42)을 작업자가 돌리게 되면, 도 3a 내지 도 3c와 같이 가압지지프레임(30)의 양쪽에 출몰가능하게 내설된 가압피스톤(32)이 외부로 밀려나가거나 또는 내부로 밀려들어가게 되며, 이때 상기 가압피스톤(32)을 외부로 밀려나가게 함으로써, 용접로봇(10)을 강관의 내면에 밀착 고정시키면 된다.

다시 말해서, 상기 수동핸들(42)을 회전시키면 이 수동핸들(42)의 축에 연결된 웜(50)이 회전하게 되고, 이 웜(50)에 치합된 웜휠(52)이 회전하게 되는 바, 상기 웜휠(52)의 양측에 돌설된 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)가 연동하게 되며, 이에 따라 상기 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)에 치합된 가압피스톤(32)들이 직선방향으로 슬라이드되면서 외부로 밀려나가게 된다.

따라서, 상기 가압피스톤(32)들의 단부에 설치된 가압판(34)이 강관의 상하내면에 밀착 지지됨으로써, 용접로봇(10)이 유동 없이 고정되는 것이다.

이때, 상기 강관의 직경이 클 경우, 회전지지수단(20)에 설치되는 용접수단(70) 또한 높은 위치로 올라가고, 이에 따라 상기 용접수단(70)의 한쪽 끝단에 설치되는 용접장치(120)의 회전반경이 커져야 한다. 따라서 상기 용접수단(70)이 설치되는 회전지지수단(20)의 가압지지프레임(30) 및 이 가압지지프레임(30)에 설치된 회전기어(64) 또한 위로 유동이 가능하게 된다.

즉, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 가압지지프레임(30)의 상하에 출몰가능하게 내설된 가압피스톤(32)이 신장하게 될 때, 아래쪽의 가압판(34)이 강관의 하면에 먼저 밀착되면, 아래쪽의 가압피스톤은 더 이상 외부로 밀려나지 않고 오히려 가압지지프레임(30) 자체를 위로 밀게 된다.

이때, 상기 가압지지프레임(30)의 중간에 설치된 기어박스(40)의 양쪽 파지부(44)가 회전지지수단(20)의 지지프레임(22)에 대하여 수직형성된 가이드 봉(28)에 슬라이드 가능하게 파지되어 있는 바, 상기 가압지지프레임(30)이 위로 올라가게 된다.

따라서, 상기 가압지지프레임(30)의 중간에 고정설치되어 있는 기어박스(40)에 고정 설치된 회전기어(64)가 위로 올라가게 됨으로써, 이 회전기어(64)에 대하여 설치되는 용접수단(70) 또한 위쪽에 위치가 가능하게 되는 것이다.

한편, 도 3c에서와 같이 강관의 직경이 더욱 클 경우에는 상기 가압지지프레임(30)의 중간에 설치된 기어박스(40)의 양쪽 파지부(44)가 회전지지수단(20)의 지지프레임(22)에 대하여 수직형성된 가이드 봉(28)을 타고 위로 더 올라감으로써, 상기 가압지지프레임(30)이 상승함과 아울러 이 가압지지프레임(30)의 상하에 내설된 가압피스톤(32)들이 외부로 더욱 밀려나와 강관의 상하 내면에 밀착지지된다.

따라서, 상기 가압지지프레임(30)의 중간에 고정설치되어 있는 기어박스(40)에 고정 설치된 회전기어(64)가 더욱 위로 올라가게 됨으로써, 이 회전기어(64)에 대하여 설치되는 용접수단(70) 또한 더 위쪽에 위치가 가능하게 되며, 이에 따라 용접장치(120)의 회전반경이 커지게 되는 바, 직경이 각기 다른 강관들에도 능동적으로 적용이 가능하게 되는 것이다.

참고로, 내면접합부를 용접하고자 하는 강관의 직경이 상기 회전지지수단(20)의 가압지지프레임(30) 상하에 내설된 가압판(34)들의 간격보다 적을 경우 상기한 바와 같이 회전지지수단(20)을 베이스프레임(12)에 대하여 수평상태로 구동시켜 밀어 넣고, 상기 회전지지수단(20)을 다소 경사지게 위치시킨 상태에서 가압판(34)들이 강관의 상하 내면에 밀착지지 되도록 할 수도 있으므로, 직경이 작은 강관에도 적용가능함은 물론이다.

상기와 같이 회전지지수단(20)의 가압지지프레임(30) 상하 양쪽에 출몰가능하게 내설된 가압피스톤(32)의 신장에 의하여 용접로봇(10)을 강관의 내부에 유동 없이 고정시킨 상태에서, 도 7d 내지 도 7e에서와 같이 상기 용접수단(70)을 수직 및 수평방향으로 이송시켜 용접장치(120)들이 용접하고자 하는 내면접합부 위치에 도달되도록 한다.

즉, 상기 용접수단(70)을 위로 이송시키고자 할 경우에는 수직이송장치(72)의 한쪽에 설치된 작동스위치(도면부호 미부여)를 누름으로써, 상승이 이루어지도록 할 수 있다.

그러면, 상기 수직이송장치(72)의 한쪽에 형성된 구동모터(74)가 구동하게 되고, 구동모터(74)의 구동에 따라 이 구동모터(74)의 축에 설치된 웜(76)이 회전하게 되며, 이 웜(76)의 회전에 따라 웜휠(78)이 회전하게 된다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 웜휠(78)의 회전에 따라 이 웜휠(78)의 한쪽면에 돌설된 나사축(80)이 회전하게 되는 바, 이 나사축(80)과 치합된 승강부재(82)가 승강된다.

따라서, 상기 승강부재(82)와 브래킷(84) 및 프레임(도면부호 미부여)에 의하여 고정 설치된 수평이송장치(90)가 도 7d에서와 같이 상승하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 용접수단(70)의 용접장치(120)를 보다 전방으로 이송시키고자 할 경우에는 수평이송장치(90)의 한쪽에 설치된 작동스위치(도시되지 않음)를 누름으로써, 수평이동이 이루어지도록 할 수 있다.

그러면, 상기 수평이송장치(90)의 한쪽에 설치된 구동모터(92)가 구동하게 되고, 구동모터(92)의 구동에 따라 그 축에 설치된 웜(94)이 회전하게 되며, 이 웜(94)의 회전에 따라 웜휠(96)이 회전하게 된다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 웜휠(96)의 회전에 따라 이 웜휠(96)의 한쪽면에 돌설된 나사축(98)이 회전하게 되는 바, 이 나사축(98)과 치합된 슬라이드부재(100)가 수평이동하게 되며, 상기 슬라이드부재(100)와 브래킷(102)에 의하여 고정 설치된 용접프레임(110)이 도 7e와 같이 전방으로 수평이동하게 된다.

이와 같이, 용접수단(70)을 승강 또는 수평이동을 통하여 용접장치(120)가 용접하고자 하는 강관의 내면접합부에 위치되도록 한 상태에서 용접을 시행하면 된다.

참고로, 본 실시 예에서 용접수단(70)의 용접장치(120)가 용접프레임(110)의 상부에 위치된 것으로 하여 설명하였으나, 용접프레임(110)의 하부에 위치시킨 상태로 조립하여도 무방하며, 오히려 용접의 작업성을 향상시키기 위해서는 용접수단(70)의 설치시 용접장치(120)가 하부에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.

그 이유는, 용접토오치(132)의 용융물이 응고되는데 다소 시간이 소요되는 바, 위에서부터 아랫방향으로 용접을 시행하면 상기 용융물이 아래로 흘러내릴 우려가 있기 때문에 아래에서부터 위 방향으로 서서히 용접을 시행하는 것이 좋기 때문이다.

따라서, 상기 용접장치(120)가 하부에 위치되도록 용접수단(70)을 설치한 후, 아래서부터 한쪽방향으로 반원만큼 용접을 시행한 후, 상기 용접수단(70)을 회전지지수단(20)으로부터 분리하여 용접장치(120)가 다시 하부에 위치되도록 설치한 다음 나머지 반원만큼 용접을 시행하면 된다.

상기 용접장치(120)가 강관의 내면접합부를 용접하게 될 때, 상술한 바와 같이 센서(130)가 용접하고자 하는 내면접합부를 먼저 지나고, 그 뒤로 용접토오치(132)가 지나면서 용접을 시행한다고 하였는바, 상기 센서(130)는 용접토오치(132)를 가이드 하는 기능을 담당하게 된다.

즉, 서로 연접하여 용접을 하고자 하는 강관이 비록 정형기에 의하여 정원에 가깝도록 성형되었다고는 할지라도 그 내면은 다소 굴곡지거나 패인 부분이 있을 수 있다.

따라서, 상기 센서(132)가 강관의 내면접합부를 지나면서 굴곡진 부분이나 패인부분을 지나게 되면, 이 신호를 제어부가 수신하여 용접수단(70)을 제어함으로써 용접토오치(132)의 위치를 상황에 따라 조정할 수 있게 된다.

다시 말해서, 상기 센서(130)가 강관의 내면접합부를 지나면서 볼록하거나 오목한 부위를 지나게 되면, 이 신호를 제어부가 수신받아 상기 수직이송장치(72) 및 수평이송장치(90)로 송신하여 상기 센서(130)가 이동된 만큼 용접장치(120)가 설치된 용접프레임(110)을 수직 또는 수평으로 이송되도록 제어함으로써, 그 위치를 조정하게 되는 것이다.

이때, 상기 센서(130)를 대신하여 추적자(도시되지 않음)를 설치할 수도 있다고 하였는 바, 상기 추적자가 설치된 경우에는 상기 추적자가 강관의 내면접합부를 지나면서 굴곡부위를 감지하여 이 신호를 제어부에 송신하고, 제어부는 이 신호를 수직이송장치(72) 및 수평이송장치(90)로 송신하여 상기 추적자가 송신한 신호에 따라 용접장치(120)가 설치된 용접프레임(110)을 수직 또는 수평으로 이송되도록 제어함으로써, 그 위치를 조정하할 수도 잇다.

이 경우, 제어부는 상기 구동장치(60)에도 신호를 송신함으로써, 구동기어(62)가 일정속도로 회전되게 되고 이 구동기어(62)와 맞물린 회전기어(64)가 회전하게 되는 바, 용접수단(70)이 강관의 내면접합부를 따라 회전하게 되는 것이다.

한편, 상기 용접토오치(132)가 강관의 내면접합부를 용접할 때 직선형으로 용접을 하지 않고 좌우로 소정각도 움직이면서 지그재그 형태로 용접을 시행하게 되는 바, 상기 용접토오치(132)는 회전과 더불어 좌우로 움직이게 된다.

즉, 상기 용접장치(120)의 힌지부(124) 한쪽 방향에 유동장치(120)가 설치되어 있는 바, 이 유동장치(120)에 의하여 힌지부(124)가 일정각도로 좌우 회전됨으로써, 이 힌지부(124)에 대하여 암(128)에 의해 연결된 용접토오치(132)가 좌우로 움직이면서 지그재그 형태로 용접을 시행할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 용접토오치(132)가 설치된 근접위치에는 카메라거치대(134)가 설치되어 있는 바, 상기 카메라거치대(134)에 카메라(도시되지 않음)를 설치하고, 이 카메라에 의해 용접토오치(132)가 강관의 내면접합부를 용접하는 상황을 촬영하여 이 영상을 베이스프레임(12) 후측에 설치되는 모니터(도시되지 않음)를 통해 실시간 확인함으로써, 용접로봇(10)의 오작동이나 또는 용접불량 등을 작업자가 점검할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같은 순서에 의하여 강관의 내면접합부 용접이 완료되면, 상기한 순서의 반대로 용접로봇(10)을 원위치시켜 강관의 내부에서 꺼내면 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇에 의하면, 강관의 내면접합부를 자동화된 용접로봇으로 용접하게 됨으로써, 강관의 시공이 매우 수월하게 이루어지고 이로 인하여 시공기간이 단축되는 유용한 효과가 있다.

아울러, 작업자가 강관의 내부에 들어가 직접 용접작업을 시행하지 않아도 됨으로써, 산업안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과도 있다.

또한, 상기와 같은 용접로봇 전체를 각기 다른 직경을 갖는 강관의 내부에 능동적으로 밀착지지시킬 수 있음은 물론 용접장치의 위치를 수평 및 수직방향으로 이송시킬 수 있음으로 인하여 상기 용접장치의 회전반경을 임의로 조절 가능하게 됨으로써, 직경이 다른 강관들의 내면접합부를 하나의 용접로봇으로 용접할 수 있는 매우 유용한 효과도 가지게 된다.

도 1a는 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇의 사시도.

도 1b는 도 1a의 배면사시도.

도 2는 도 1b의 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇에서 회전지지수단의 정면도로서, 도 3a는 가압피스톤이 수축된 상태의 도면이고, 도 3b는 가압피스톤이 신장된 상태의 도면이며, 도 3c는 직경이 더 큰 강관에 가압피스톤이 신장된 상태의 도면.

도 4는 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇에서 회전지지수단의 기어박스 내부구조를 개략적으로 도시한 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇에서 용접수단의 수직이송장치 내부구조를 개략적으로 도시한 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇에서 용접수단의 수평이송장치 내부구조를 개략적으로 도시한 사시도.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 강관의 내면접합부 용접로봇의 작동관계를 순차적으로 나타낸 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12: 베이스프레임 20: 회전지지수단

22: 지지프레임 24: 회전축

28: 가이드 봉 30: 가압지지프레임

32: 가압피스톤 34: 가압판

40: 기어박스 42: 수동핸들

44: 파지부 60: 구동장치

62: 구동기어 64: 회전기어

70: 용접수단 72: 수직이송장치

74: 구동모터 82: 승강부재

90: 수평이송장치 92: 구동모터

100: 슬라이드부재 110: 용접프레임

120: 용접장치 124: 힌지부

130: 센서 132: 용접토오치

136: 유동장치

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 서로 이웃하는 강관의 내면접합부를 용접하기 위한 용접로봇에 있어서,

   베이스프레임(12)에 대하여 회동가능하게 설치되도록 그 외측에 각각 회전축(24)이 설치된 지지프레임(22), 상기 지지프레임(22)의 내측에 나란하게 설치된 가이드 봉(28) 상을 슬라이드 하면서 승강이 이루어지되, 그 중간에 기어박스(40)가 설치되고, 이 기어박스(40)의 한쪽 면에는 수동핸들(42)이 다른 한쪽 면에는 회전기어(64)가 설치되며, 그 상하 양쪽 내부에는 상기 수동핸들(42)의 회전에 따라 외부로 밀려나가거나 내부로 밀려들어 오는 가압피스톤(32)들이 설치된 가압지지프레임(30)을 포함하여 이루어져서 통상의 지주수단에 대하여 회전가능하게 설치되는 회전지지수단(20)과;

   상기 회전지지수단(20)에 설치되어 회전이 이루어지며, 수직방향으로의 승강 및 수평방향으로의 슬라이드가 이루어져서 강관의 내면접합부를 용접하는 용접수단(70)과;

   상기 용접수단(70)의 회전과 승강 및 수평이송 등의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 기어박스(40)에는, 수동핸들(42)의 축과 연결된 웜(50)과, 상기 웜(50)과 치합되어 웜(50)과 연동되는 웜휠(52)과, 상기 웜휠(52)의 양면 중심에 대하여 설치된 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)로 이루어지며, 상기 오른나사(54a) 및 왼나사(54b)와 가압피스톤(32)들이 치합되어서 상기 오른나사(54a)와 왼나사(54b)의 회전에 따라 가압피스톤(32)들이 승강 되는 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 회전지지수단(20)의 가압지지프레임(30)에는 구동장치(60)가 설치되어 있고, 이 구동장치(60)와 연결된 구동기어(62)가 상기 회전기어(64)와 치합되어 있는 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 용접수단(70)은, 상기 회전기어(64)에 설치되는 수직이송장치(72)와, 상기 수직이송장치(72)에 의하여 수직이송가능하게 설치된 수평이송장치(90)와, 상기 수평이송장치(90)에 대하여 수평이송가능하게 설치된 용접프레임(110)과, 상기 용접프레임(110)의 한쪽 끝단에 설치된 용접장치(120)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 수직이송장치(72)는, 케이스의 어느 한쪽에 설치된 구동모터(74)의 축에 연결된 웜(76)과, 이 웜(76)과 치합되어 연동되는 웜휠(78)과, 이 웜휠(78)의 한쪽면 중심으로부터 연결 설치된 나사축(80)과, 상기 나사축(80)과 치합되어서 이 나사축(80)의 회전에 따라 승강되는 승강부재(82)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 수평이송장치(90)는, 상기 수직이송장치(72)의 승강부재(82)와 브래킷(84)에 의하여 고정 설치되며, 케이스의 어느 한쪽에 설치된 구동모터(92)의 축에 연결된 웜(94)과, 이 웜(94)과 치합되어 연동되는 웜휠(96)과, 상기 웜휠(96)의 일면 중심으로부터 연결 설치된 나사축(98)과, 상기 나사축(98)과 치합되어서 이 나사축(98)의 회전에 따라 수평 이송되는 슬라이드부재(100)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
9. 제 6항 또는 제 8항에 있어서,

   상기 용접프레임(110)은 상기 슬라이드부재(100)와 브래킷(102)에 의하여 착탈 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 용접프레임(110)의 일단에 설치되는 용접장치(120)는, 용접하고자 하는 강관의 내면접합부를 따라 선행하면서 평탄도를 측정하여 제어부에 이 신호를 송신하는 센서(130)와, 상기 센서(130)와 연동되게 설치되어 상기 센서(130)를 따라 후행하면서 강관의 내면접합부를 용접하는 용접토오치(132)와, 상기 용접토오치(132)를 좌우로 일정각도 유동시켜 용접이 지그재그로 이루어지도록 하는 유동장치(136)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
11. 제 6항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 센서(130) 및 용접토오치(132)는 용접프레임(110)의 한쪽 끝단에 고정 설치된 힌지부(124)에 대하여 암(128)에 의해 연결 설치되어 연동되게 구성된 것이며, 상기 유동장치(136)는 상기 힌지부(124)를 좌우로 유동시킴으로써 상기 용접토오치(132)를 좌우로 유동시키는 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
12. 제 6항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 용접장치(120)에서 용접토오치(132)와 근접한 위치에는 용접상태를 촬영하여 모니터로 전송하기 위한 카메라가 설치되는 카메라거치대(134)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 센서(130)는 근접센서인 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.
14. 제 10항에 있어서,

    상기 센서(130)는 추적자인 것을 특징으로 하는 강관의 내면접합부 용접로봇.