KR100639607B1

KR100639607B1 - 파이프 자동 정렬 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100639607B1
Application number: KR1020050087861A
Authority: KR
Inventors: 박선규; 하영열; 정성엽; 조기수; 허종행; 박영준
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2006-11-01

Abstract

본 발명은 2개의 파이프를 자동으로 정렬하기 위한 파이프 자동 정렬 장치에 관한 것으로, 2개의 파이프를 자동으로 정렬하기 위한 파이프 자동 정렬 장치로서, 상기 파이프 내벽을 주행할 수 있는 회전 수단, 상기 회전 수단을 구동하기 위한 회전 구동 수단 및 상기 회전 수단을 상기 파이프 내벽에 밀착시키기 위한 밀착 수단을 포함하며, 상기 2개의 파이프 이음부까지 상기 장치를 이동시키기 위한 구동 장치; 상기 파이프 내벽을 주행할 수 있는 회전 수단 및 상기 회전 수단을 상기 파이프 내벽에 밀착시키기 위한 밀착 수단을 포함하며, 상기 구동 장치의 회전에 연동하여, 파이프 내벽의 주행을 보조하기 위한 가이드 장치; 상기 파이프 이음부의 단면을 원형으로 보정하기 위한 진원 보정 장치; 상기 자동 정렬 장치의 양단을 파이프의 반경 방향으로 이동시키기 위한 균형 장치; 및 상기 파이프 양 단부 사이의 간격을 조절하기 위한 간격 조절 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면 파이프 용접시 파이프 양 단부 사이의 간격 조정 및 진원 보정이 매번 일정하게 조정될 수 있고, TIG 용접을 위한 아르곤 가스의 주입량을 줄일 수 있으며, 파이프의 배열을 비전 시스템을 이용하여 촬영함으로써 파이프의 간격을 더욱 섬세하게 조정할 수 있고, 용접 후 파이프 내부의 용접부 산화막 또는 불필요한 비드의 제거가 가능하다.

TIG 용접, 아르곤 가스, 밀폐 장치, 파이프 배열 장치, 용접 자동화 장치, 진원 보정 장치, 균형 장치

Description

파이프 자동 정렬 장치 및 방법{Pipe auto-alignment apparatus and method}

도 1은 본 발명에 따른 파이프 자동 배열 장치의 일 실시예를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 실시예의 진원 보정 장치를 도시한 사시도이다.

도 4a는 도 1에 도시된 실시예의 가이드 장치를 도시한 사시도이다.

도 4b는 도 1에 도시된 실시예의 구동 장치를 도시한 사시도이다.

도 5a는 6축 병렬 로봇의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5b는 6축 병렬 로봇의 평면도이다.

도 6은 도 1에 도시된 실시예의 검사 장치 및 그라인더 장치를 도시한 사시도이다.

도 7은 도 1에 도시된 실시예의 균형 장치를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 설명>

102, 104 : 밀폐 장치 110 : 진원 보정 장치

130 : 가이드 장치 140 : 구동 장치

150 : 간격 조절 장치 160 : 검사 장치

170 : 그라인더 장치 180 : 보호 장치

190 : 균형 장치

본 발명은 2개의 파이프를 자동으로 정렬하기 위한 파이프 자동 정렬 장치에 관한 것으로, 2개의 파이프를 티그(TIG) 용접에 의해 부착시키는 경우 등에 사용될 수 있다.

TIG(tungsten inert gas) 용접이란 텅스텐 불활성 가스 용접의 약자로 현장에서는 아르곤 용접이라 한다. 이는 용융점이 가장 높은 텅스텐 전극과 모재 사이에 아크를 일으키고 용접 중 산화, 질화를 방지하기 위해 아르곤(Ar) 가스로 용접부를 보호하는 용접을 의미하는 것이다.

종래 TIG 용접 중 파이프를 맞대어 잇는 파이프 맞대기 이음 TIG 용접에서는 루트 갭(root gap: 파이프 끝단 사이의 간격) 유지 및 파이프의 진원(roundness) 보정을 간이 지그를 사용하여 수작업으로 수행하고 있었다. 이와 같은 수작업에 의한 루트 갭 유지 및 진원 보정은 작업자의 육안에 의해 작업이 이루어짐으로써 작업 시간이 과도하게 걸릴 뿐 아니라, 작업자의 숙련도에 따라 용접 품질의 편차가 심하다는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 아크 용접시 산화 및 질화를 방지하기 위하여 고가의 아르곤 가스를 주입하게 되는데 파이프 내의 모든 공간에 아르곤 가스를 주입하는 경우 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 파이프 용접 시 파이프 양 단부의 진원을 보정하고, 파이프 용접 시 파이프 양 단부 사이의 간격을 일정하게 조정하며, TIG 용접을 위한 아르곤 가스의 주입량을 줄이고, 용접 후 파이프 내부의 용접부 산화막 또는 불필요한 비드를 제거하는 파이프 자동 배열 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 2개의 파이프를 자동으로 정렬하기 위한 파이프 자동 정렬 장치로서, 상기 파이프 내벽을 주행할 수 있는 회전 수단, 상기 회전 수단을 구동하기 위한 회전 구동 수단 및 상기 회전 수단을 상기 파이프 내벽에 밀착시키기 위한 밀착 수단을 포함하며, 상기 2개의 파이프 이음부까지 상기 장치를 이동시키기 위한 구동 장치; 상기 파이프 내벽을 주행할 수 있는 회전 수단 및 상기 회전 수단을 상기 파이프 내벽에 밀착시키기 위한 밀착 수단을 포함하며, 상기 구동 장치의 회전에 연동하여, 파이프 내벽의 주행을 보조하기 위한 가이드 장치; 상기 파이프 이음부의 단면을 원형으로 보정하기 위한 진원 보정 장치; 상기 자동 정렬 장치의 양단을 파이프의 반경 방향으로 이동시키기 위한 균형 장치; 및 상기 파이프 양 단부 사이의 간격을 조절하기 위한 간격 조절 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치를 제공한다.

바람직하게는 상기 진원 보정 장치는 반경 외부 방향으로 상기 파이프에 압력을 가하는 내압용 편자 및 상기 내압용 편자를 반경 내외부 방향으로 구동시키는 편자 구동 수단을 포함한다. 상기 내압용 편자는 파이프 자동 정렬 장치가 상기 파이프 내부를 이동할 경우에는 파이프의 내면에 닿지 않으나, 파이프의 진원 보정 시에는 상기 편자 구동 수단에 의해 반경 외부 방향으로 파이프 내면에 압력을 가한다. 상기 진원 보정 장치는 상기 내압용 편자의 파이프 반경 방향 운동을 안내하는 편자 가이더와 원주 방향 구동 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 편자 가이더에 의해 상기 내압용 편자가 파이프 반경 방향으로 안정적으로 이동할 수 있으며, 상기 원주 방향 구동 수단에 의해 상기 내압용 편자를 원주 방향으로 회전시켜 진원을 보정할 수도 있다.

바람직하게는 상기 간격 조절 장치는 6축 병렬 로봇이다. 직선 파이프와 곡선 파이프가 이음부를 형성하는 경우, 상기 파이프 자동 정렬 장치의 일 측은 상기 직선 파이프의 내부에, 타 측은 상기 곡선 파이프의 내부에 위치하게 된다. 이 경우, 상기 파이프 자동 정렬 장치의 양 측이 일직선 상에 있게 되면 진원 보정 시, 곡선 파이프 내부에서는 상기 곡선의 접선과 수직한 방향으로 파이프에 압력을 가할 수가 없다. 따라서, 상기 6축 병렬 로봇을 곡률에 맞게 조종하여 상기 곡선의 접선과 수직한 방향으로 파이프에 압력을 가하게 된다. 상기 간격 조절 장치를 유압 실린더, 모터 및 기어 또는 이들의 결합체로 구성할 수도 있다.

바람직하게는 상기 파이프 자동 배열 장치의 양 측면에는 티그(TIG) 용접 시 상기 파이프 이음부를 포함하는 파이프의 내부를 파이프의 나머지 내부로부터 밀폐시키기 위한 밀폐 장치가 장착되어 있다. TIG 용접에서는 용접 중 용접부의 산화 또는 질화를 방지하기 위하여 아르곤(Ar) 가스로 용접부를 보호하는데 이때 주입되 는 아르곤 가스는 매우 고가의 가스이다. 따라서 파이프 내부 공간에 모두 아르곤 가스를 주입하는 대신 상기 밀폐 장치에 의하여 밀폐된 작은 공간에만 아르곤 가스를 주입함으로써 작업비용을 절감할 수 있다.

바람직하게는 상기 파이프 자동 정렬 장치는 상기 파이프의 양 단부를 촬영하는 검사 장치 및 상기 검사 장치를 원주 방향으로 회전시키는 검사 장치 회전 수단을 더 포함하며, 상기 검사 장치로 레이저 비전 시스템(Laser Vision System)을 사용한다. 용접 시에는 상기 검사 장치가 파이프 양 단부를 촬영하고, 용접 후에는 상기 검사 장치 회전 수단을 이용하여 상기 검사 장치를 90도 회전시킨다.

바람직하게는 상기 파이프 자동 정렬 장치는 용접 후 상기 파이프 내면의 산화막 또는 불필요한 비드를 제거하기 위한 그라인더, 상기 그라인더를 자전시키는 그라인더 자전 수단 및 상기 그라인더와 그라인더 자전 수단을 원주 방향으로 회전시키는 그라인더 회전 수단을 더 포함한다. 용접 시에는 상기 그라인더와 그라인더 자전 수단이 파이프 중심으로 향해 있다가 용접이 종료되면 상기 그라인더 회전 수단을 이용해 상기 그라인더와 그라인더 자전 수단을 파이프의 원주 방향으로 회전시킨다. 이 때, 상기 그라인더는 파이프 내면에 접촉하게 되고, 상기 그라인더 자전 수단을 구동하여 그라인더를 자전시킴으로서, 상기 산화막 및 불필요한 비드를 제거한다.

바람직하게는 상기 파이프 자동 정렬 장치는 측면에 다수개의 개구가 형성되어 있고, 상기 파이프의 원주 방향으로 회전이 가능한 보호 장치를 더 포함한다. 용접 시에는 상기 보호 장치의 폐면이 용접부위에 위치하여 파이프 자동 정렬 장치 내부에 위치하는 장비를 보호하고, 용접 전후에는 개구를 통해 상기 검사 장치 및 그라인더 장치를 노출시킨다.

본 발명은 두 개의 파이프를 맞대어 이음부를 형성하는 단계; 구동 장치를 구동하여 파이프 자동 정렬 장치를 상기 이음부에 배치시키는 단계; 진원 보정 장치를 이용하여 상기 파이프 이음부가 원형이 되도록 보정하는 단계; 검사 장치를 이용하여 상기 파이프 이음부의 배열을 검사하는 단계; 및 간격 조절 장치를 이용하여 상기 파이프 이음부의 간격을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 방법을 제공한다.

바람직하게는 상기 파이프 자동 정렬 방법은 티그(TIG) 용접 시에는 간격이 조절된 파이프 이음부의 내부에 밀폐 장치를 이용하여 밀폐 공간을 형성하고, 상기 밀폐 공간에 파이프의 산화 및 질화를 방지하기 위한 가스를 주입하는 단계; 보호 장치를 회전시켜 상기 밀폐 장치 내부에 위치하는 장치를 보호한 후, 용접을 수행하는 단계; 및 용접이 완료된 후, 상기 보호 장치를 회전시켜 상기 밀폐 장치 내부에 위치하는 장치를 노출시킨 후, 그라인더 장치를 이용하여 파이프 내부의 백비드를 제거하는 단계;를 더 포함한다.

이하 본 발명에 따른 파이프 자동 정렬 장치의 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 파이프 자동 배열 장치의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예를 도시한 분해 사시도이다.

본 실시예(100)는 진행 방향을 축으로 하는 변형된 원기둥 모양의 장치이다. 원기둥의 윗면과 아랫면에는 원형의 밀폐 장치(102, 104)가 장착되어 있고, 상기 밀폐 장치(102, 104) 내측에는 상기 밀폐 장치(102, 104)보다 작은 직경의 진원 보정 장치(110)가 장착되어 있다.

본 실시예의 일 측면에 장착된 밀폐 장치(102)의 일 측면에는 구동 장치(140)가 장착되어 있고, 상기 구동 장치(140)가 장착된 밀폐 장치(102)와 마주하는 다른 밀폐 장치(104)의 일 측면에는 가이드 장치(130)가 장착되어 있다. 본 실시예는 상기 구동 장치(140) 및 상기 가이드 장치(130)의 동작에 의하여 파이프 내벽을 주행하여 두 개의 파이프가 맞닿는 부분까지 이동하게 된다.

상기 진원 보정 장치(110) 내부에는 상기 진원 보정 장치(110)의 직경보다 작은 직경으로 한정되는 공간에 6축의 병렬 로봇이 탑재되어 있다. 상기 병렬로봇은 회전에 의하여 원기둥의 높이를 조절할 수 있는 간격 조절 장치(150)이다.

상기 간격 조절 장치(150)를 이루는 병렬로봇의 옆면에는 검사 장치(160)와 그라인더 장치(170)가 축을 중심으로 대칭 형성될 수 있으며, 용접 중 상기 검사 및 그라인더 장치들을 보호하기 위하여 보호 장치(180)가 덮개 형태로 형성될 수 있다.

이하, 본 실시예에 장착되는 상기 장치들을 상세하게 설명한다.

원형 디스크의 형상을 가지는 상기 밀폐 장치(102, 104)는 파이프의 용접을 위하여 파이프의 양 단부가 맞대어진 경우 파이프 이음부의 양 측면에서 상기 이음부를 포함하는 파이프의 내부를 파이프의 나머지 내부로부터 밀폐시킨다. TIG 용접에서는 용접 중 용접부의 산화 또는 질화를 방지하기 위하여 아르곤(Ar) 가스로 용 접부를 보호하는데 이때 주입되는 아르곤 가스는 매우 고가의 가스이다. 따라서 파이프 내부 공간에 모두 아르곤 가스를 주입하는 대신 상기 밀폐 장치(102, 104)에 의하여 밀폐된 작은 공간에만 아르곤 가스를 주입함으로써 작업비용을 절감할 수 있다.

상기 밀폐 장치(102, 104)는 에어백(airback), 스펀지, 우레탄, 고무 등의 소재로 형성될 수 있고, 하기할 진원 보정 장치(110)의 내압용 편자(112)에 부착되어 상기 내압용 편자(112)와 함께 파이프의 반경 방향으로 탄성을 이용하여 늘어나거나 줄어들게 구성할 수도 있고, 처음부터 파이프 내경과 동일한 직경으로 고정시켜 본 실시예에 장착할 수도 있다. 상기 밀폐 장치(102, 104)를 상기와 같이 구성한 경우 완벽한 밀폐가 이루어 지지는 않지만 파이프 내부 전체에 아르곤 가스를 주입하는 경우보다 아르곤 가스의 사용량을 매우 절감할 수 있다.

진원 보정 장치(110)는 파이프의 진원을 보정하기 위한 장치이다. 제조된 파이프는 직경이 클수록 축에 수직인 단면이 원에서 왜곡되어 있는데, 두 개의 파이프를 용접하려면 상기 파이프의 단면을 원형으로 보정하여야 한다. 진원 보정 장치(110)는 이러한 파이프의 단면을 원으로 보정함으로서 파이프의 용접이 더욱 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

상기 진원 보정 장치(110)는 내압용 편자(112), 상기 내압용 편자(112)와 연결된 편자 구동 수단(114), 편자 가이더(116) 및 원주 방향 구동 수단(120)을 포함한다. 상기 내압용 편자(112)는 원호의 일부로부터 분리된 형상을 하고 있으며, 파 이프 내경과 닿는 부분에는 파이프 축 방향으로 나란하게 위치한 2개의 반원이 형성되어 있다. 상기 편자 구동 수단(114)은 상기 내압용 편자(112)가 파이프 내경과 닿는 부분의 반대편 부분과 로드(rod)(118)로 연결되어 있으며, 상기 편자 구동 수단(114)으로 유압 실린더를 사용한다. 상기 내압용 편자(112)의 일 측면에는 홈이 형성되어 있고, 상기 홈으로 직사각형의 얇은 판의 형상을 하고 있는 편자 가이더(116)가 삽입된다. 상기 내압용 편자(112)의 회전 중심부에 위치하며, 상기 유압 실린더(114)와 연결되어 있는 원형 디스크(124)의 일 측면에는 원기둥 형상의 돌출부가 형성되어 있고, 상기 돌출부는 원주 방향 구동 수단(120)의 일 단과 타이밍 밸트(122)로 연결되어 있다. 상기 원주 방향 구동 수단(120)으로 모터를 사용한다.

본 실시예(100)가 파이프 내부를 이동할 시에는 상기 내압용 편자(112)가 파이프의 내부에 닿지 않는 위치에 있다가, 파이프 이음부의 진원을 보정할 시에는 상기 편자 구동 수단(114)을 구동하여 상기 내압용 편자(112)를 파이프 반경 방향으로 이동시키고, 상기 내압용 편자(112)는 파이프 내면에 압력을 가하여 파이프를 원으로 보정한다. 상기 내압용 편자(112)는 상기 편자 가이더(116)에 의해 안정적으로 파이프의 반경 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 상기 원주 방향 구동 수단(120)을 이용하여 상기 내압용 편자(112)를 파이프의 원주 방향으로 회전시킴으로서, 파이프의 진원을 보정할 수 있다.

본 실시예에서는 상기 편자 구동 수단(114)으로 유압 실린더를 사용하였으나, 다른 실시예에서는 모터 등 다른 구동부가 상기 편자 구동 수단(114)으로 사용될 수 있다.

도 4a는 본 실시예의 가이드 장치를 도 4b는 구동 장치를 도시한 사시도이다.

가이드 장치(130) 및 구동 장치(140)는 본 실시예(100)를 파이프가 연결되는 부분으로 이동시키기 위한 장치이다. 본 실시예(100)가 파이프 내에 삽입되면 상기 가이드 장치(130) 및 구동 장치(140)에 의하여 본 실시예는 파이프 내벽을 주행하여 파이프 이음부(104)에 위치한다.

상기 밀폐 장치(102, 104)의 외측 중 일측(102)에는 구동 장치(140)가 타측(104)에는 가이드 장치(130)가 설치된다.

상기 구동 장치(140)는 바퀴(142), 상기 바퀴(142)의 회전 구동을 위한 바퀴 구동 모터(144), 바퀴와 구동 모터를 연결하는 타이밍 밸트(146) 및 간격 조절용 유압 실린더(148)를 포함하고 있다. 상기 유압 실린더(148)는 상기 바퀴(142)가 파이프의 내벽에 밀착될 수 있도록 바퀴(142)의 축을 밖으로 밀어주는 기능을 한다. 상기 바퀴(142)가 파이프의 내벽에 밀착되면 상기 바퀴 구동 모터(144)에 의한 회전 운동이 상기 타이밍 밸트(146)에 의하여 상기 바퀴(142)에 전달됨으로써 파이프 내벽을 구동 주행한다.

가이드 장치(130)는 간격 조절용 유압 실린더(132) 및 상기 유압 실린더(132)에 연결된 한 쌍의 바퀴(134)로 구성된다. 상기 유압 실린더(132)에 의하여 바퀴(134)가 파이프 내벽에 밀착되면 상기 바퀴(134)는 별도의 구동 없이 상기 구동 장치(140)에 연동하여 회전함으로써 파이프 내벽을 주행한다.

본 실시예에서는 상기 구동 장치(140) 및 가이드 장치(130)의 바퀴(142, 134) 등의 개수를 3개 또는 3쌍으로 구성되는 것으로 하였으나, 다른 실시예에서는 복수개의 바퀴 등으로 구성될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 밀폐 장치(102, 104)의 일 측면에는 구동 장치(140)가 타 측면에는 가이드 장치(130)가 장착되는 것으로 하였으나, 다른 실시예에서는 상기 밀폐 장치(102, 104)의 양 측면 모두에 구동 장치(140)를 장착할 수 있다.

상기 진원 보정 장치(110) 내부에는 상기 진원 보정 장치(110)의 직경보다 작은 직경으로 한정되는 공간에 간격 조절 장치(150)가 위치하고 있다. 상기 간격 조절 장치(150)는 파이프 용접 전 두 파이프 단부 사이의 간격(루트 갭; root gap)을 조절하는 역할을 하는 장치인데, 본 실시예에서는 상기 간격 조절 장치(150)로 6축 병렬 로봇을 사용한다.

도 5a는 6축 병렬 로봇의 작동을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5b는 6축 병렬 로봇의 평면도이다.

6축 병렬 로봇은 현재 전투기나 민간 비행기의 조종사 훈련용으로 사용되는 운동 재현기의 기본 구조나 디즈니월드나 유니버셜 스튜디오 같은 테마파크에서 가상 현실 재현용 첨단 게임 장비의 기본 구조로 사용 중인 6-자유도 병렬 기구인 스튜어트-고흐 플랫폼(stewart-gough platform)을 의미한다.

6축 병렬 로봇은 고정되어 있는 베이스(base)(151)를 포함하고 있고, 상기 베이스(151)의 원주 상에는 6개의 조인트(joint)(153)가 형성되어 있는데, 상기 조인트는 120도 간격의 반경(152)을 중심 축으로 하여 양쪽으로 하나씩 위치하고 있 다. 상기 베이스(151)의 맞은편에는 6방향으로 이동이 가능한 플랫폼(platform)(154)이 위치하고 있고, 상기 플랫폼(154)의 원주 상에도 6개의 조인트(155)가 형성되어 있다. 상기 베이스(151)와 플랫폼(154)을 평행하게 위치시킨 후, 상기 6축 병렬 로봇을 위에서 보면 상기 베이스(151)의 원주상에 형성된 조인트(153)와 상기 플랫폼(154)의 원주 상에 형성된 조인트(155)는 상기 플랫폼(154) 및 상기 베이스(151)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 있다. 상기 베이스(151)와 플랫폼(154)의 원주상에 형성된 조인트(153, 155)는 리니어 액츄에이터(liner actuator)(156)에 의해 연결되어 있다.

상기 리니어 액츄에이터(156)는 별도의 구동 수단에 의해 각각 길이가 조절되는데, 이에 의해 상기 플랫폼(154)의 6자유도 운동이 가능하다. 즉, 상기 리니어 액츄에이터(156)의 길이 조절을 통해 상기 플랫폼(154)은 상기 베이스(151)상에 서로 수직하게 진행하는 X축 및 Y축 방향 그리고, 상기 베이스(151)에 수직한 Z축 방향으로의 병진 운동 및 상기 X축, Y축 및 Z축을 중심축으로 하는 회전 운동을 할 수 있다.

본 실시예(100)가 직선 파이프와 직선 파이프의 이음부에 위치한 경우, 상기 밀폐 장치(102, 104)를 양 파이프의 중심축에 수직하게 위치시키고, 상기 진원 보정 장치(110)에 의해 진원을 보정한 후, 상기 6축 병렬 로봇(150)을 이용해 상기 밀폐 장치(102, 104)를 서로 평행한 상태로 유지하면서 파이프의 중심축 방향으로 이동시켜 파이프 사이의 간격을 조절한다. 그러나, 본 실시예(100)가 곡선 파이프와 직선 파이프의 이음부에 위치한 경우, 상기 6축 병렬 로봇(150)을 구동하여 상 기 밀폐 장치 중 하나는 직선 파이프의 중심축에 수직하게, 다른 하나는 곡선 파이프의 중심축에 수직하게 위치시키고, 상기 진원 보정 장치(110)를 통해 진원을 보정한 후, 파이프 사이의 간격을 조절한다. 후자의 경우, 즉, 곡선과 직선 파이프 사이에 본 실시예가 위치한 경우에는 양 밀폐 장치(102, 104)가 서로 평행하지 않게 위치한다.

본 실시예에서는 상기 간격 조절 장치로 6축 병렬 로봇을 사용하였으나, 다른 실시예에서는 유압 실린더, 모터와 기어 또는 이들의 결합체를 사용할 수 있다. 유압 실린더를 사용하는 경우 상기 유압 실린더는 파이프의 원주 방향으로 복수 개 장착되며, 각각의 유압 실린더는 파이프의 축 방향으로 설치되어 상기 밀폐 장치(102, 104)를 상기 파이프의 축방향으로 이동시키게 된다. 모터와 기어를 사용하는 경우 상기 모터와 기어는 파이프의 원주 방향으로 복수 개 장착되며, 각각의 모터의 일 단에 형성된 기어가 파이프의 원주 방향으로 회전할 수 있게 모터를 위치시키고, 파이프의 축 방향으로 이동할 수 있는 피니언 기어와 맞물리는 랙기어가 상기 모터의 일 단에 형성된 기어와 배벨 기어를 형성하도록 설치한다. 상기 모터의 회전운동이 상기 랙과 피니언 기어에 의해 직선운동으로 전환되어 상기 밀폐 장치(102, 104)가 상기 파이프의 축방향으로 이동할 수 있다. 상기 유압 실린더 및 모터와 기어의 결합체를 사용하는 경우 상기 유압 실린더와 상기 모터 및 기어를 혼합하여 파이프의 원주 방향으로 복수 개 장착한다.

검사 장치(160)는 파이프 양 단부를 촬영함으로써 파이프 사이의 간격 및 진원도 등을 측정할 수 있는 장치이다. 상기 검사 장치(160)는 도너츠 형태의 얇은 판(162)에 부착되어 있으며, 카메라(164)와 카메라 회전 모터(166)를 포함하고 있다. 상기 카메라(164))로 일반적인 카메라 장치 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 레이저 비전 시스템(Laser vision system)이 사용될 수 있다. 상기 카메라(164)로 일반 CCD 카메라 등을 사용하는 경우 검사 후 용접부의 결함 등을 검출할 수도 있다. 상기 카메라(164)에 의하여 촬영된 신호는 상기 간격 조절 장치(150)를 조절하기 위한 신호를 제어하기 위하여 사용된다.

상기 카메라(164)의 랜즈는 용접 전후에는 파이프 이음부를 향하고 있다가, 용접 시에는 상기 카메라 구동 모터(166)에 의해 파이프의 원주 방향으로 90도 회전한다. 180도 회전시키는 경우, 상기 카메라(164)의 후미에 결합된 케이블(168)이 용접부에 노출되어 손상될 수 있기 때문에 90도만 회전시킨다.

상기 그라인더 장치(170)는 용접 후 백 비드(back bid) 또는 산화막을 제거하기 위한 장치이고, 상기 검사 장치(160)과 대칭되는 위치에서 상기 도너츠 형태의 얇은 판(162)에 부착되어 있으며, 그라인더(172), 그라인더 자전 모터(174) 및 그라인더 회전 모터(176)를 포함하고 있다.

상기 그라인더(172)는 표면이 거친 사포 형태 또는 브러쉬 형태로 형성되어 있으며, 상기 그라인더 자전 모터(174)에 의해 자전하면서 용접 시 파이프 내면에 형성된 백 비드나 산화막을 제거한다. 상기 그라인더(172)와 그라인더 자전 모터(174)는 용접 시에는 상기 도너츠 형태의 얇은 판(162)의 중심을 향하고 있다가, 용접 후에는 상기 그라인더 회전 모터(176)에 의해 180도 회전하여 상기 그라인더(172)가 파이프 내면과 접하게 된다.

상기 그라인더 장치(170)과 검사 장치(160)가 부착되어 있는 상기 도너츠 형태의 얇은 판(162)은 모터(미도시)에 의해 파이프의 원주 방향으로 회전한다. 따라서, 상기 그라인더 장치(170)는 용접선의 백비드를 제거하기 위하여 용접선을 따라 이동할 수 있으며, 상기 검사 장치(160) 역시 파이프 양 단부의 간격을 촬영하기 위하여 이음선을 따라 회전 이동될 수 있다.

본 실시예는 보호 장치(180)를 포함하고 있다. 상기 보호 장치(180)는 옆면을 일부 노출시킬 수 있는 원통의 형상이며, 용접 전후에는 상기 검사 장치(160)와 그라인더 장치(170)가 노출될 수 있는 위치에 있다가 용접 시 상기 검사 장치(160)와 그라인더 장치(170)를 가릴 수 있는 위치로 회전한다.

상기 가이드 장치(130)와 구동 장치(140)에는 균형 장치(190)가 장착되어 있다. 상기 균형 장치(190)는 스크류 바(192)를 포함하고 있고, 상기 스크류 바(192)에는 너트 부재(194)가 장착되어 있다. 상기 스크류 바(192)의 일 단은 상기 스크류 바(192)를 회전시키는 스크류 모터(196)의 일 단과 타이밍 밸트(198)로 연결되어 있다. 상기 스크류 모터(196)가 회전하면 상기 스크류 바(192)가 회전하고, 상기 스크류 바(192)가 회전하면 상기 너트 부재(194)가 상하로 이동하게 된다.

본 실시예가 파이프의 이음부에 도착해서 파이프의 진원을 보정할 경우, 양쪽 파이프에서 동시에 진원이 보정되는 것이 아니라, 한쪽 파이프의 진원을 보정한 후, 다른 쪽 파이프의 진원을 보정한다. 그런데, 진원 보정을 하기 전에는 상기 진원 보정 장치(110)의 중심축은 파이프의 중심축보다 아래에 위치해 있다가, 진원을 보정한 후에는 파이프의 중심축과 동일한 곳에 위치하게 된다. 따라서, 한쪽 파이프의 진원을 먼저 행한 경우, 본 실시예의 양쪽의 중심이 다르게 되는데, 이러한 현상을 방지하기 위해 진원 보정이 아직 이루어 지지 않은 쪽 스크류 바(192)를 회전시켜 진원 보정이 행해지는 쪽의 진원 보정 장치(110) 중심축의 상승폭에 맞추어상기 너트 부재(194)로 파이프 내면을 밀어낸다.

본 실시예에서는 상기 균형 장치(190)를 스크류 바(192), 스크류 모터(196) 등을 이용하여 상하로 이동시켰으나, 다른 실시예에서는 유압실린더를 이용할 수도 있다.

이하, 본 실시예의 작동 과정을 설명한다.

파이프의 자동 정렬을 위하여 먼저 파이프를 정반 위로 이동하는 작업을 수행한다. 여기에 용접할 파이프(이하 피팅부라 함)를 웨이트 밸런서에 고정한다. 웨이트 밸런서는 상기 파이프를 상부에 장착하고 지면을 이동하여 상기 피팅부를 상기 파이프에 맞대어 이음부를 형성하는 역할을 한다.

이음부가 형성되면 파이프 내부에 파이프 자동 정렬 장치(100)를 투입하고, 상기 구동 장치(140) 및 가이드 장치(130)를 이용하여 파이프 자동 정렬 장치(100)를 파이프의 이음부에 배치시킨다.

파이프 자동 정렬 장치(100)가 파이프 이음부에 배치되면, 한 쪽 파이프의 진원 보정이 먼저 행해지고, 진원 보정이 행해지지 않는 다른 쪽 파이프에서는 상 기 균형 장치(190)를 이용해 진원 보정이 행해지는 파이프 내부에 위치하는 진원 보정 장치(110)의 중심축의 상승폭에 상응하게 상기 파이프 자동 정렬 장치(100)의 일 단을 상승시킨다. 한 쪽 파이프의 진원이 보정되면, 다른 쪽 파이프의 진원을 보정한다.

파이프의 진원도가 보정되고 나면 상기 검사 장치(160)의 검사에 의하여 파이프와 피팅부의 이음부 형상이 계측된다. 상기 계측된 이음부 형상을 참고로 상기 간격 조절 장치(150)를 이용하여 파이프와 피팅부의 배열을 조절하고, 검사 장치(160)로 이음부의 형상을 재계측함으로써 상기 파이프와 피팅부의 배열이 적절한지 검사한다.

상기 파이프와 피팅부가 적절히 배열되면 밀폐 장치(102, 142)를 이용하여 파이프 내부에 밀폐 공간을 형성한다. 형성된 밀폐 공간에는 용접 중 산화, 질화를 방지하기 위해 가스 주입 장치를 이용하여 아르곤(Ar) 가스가 주입된 후, 용접이 수행된다.

용접이 완료되면, 그라인더 장치(170)가 파이프 내벽까지 확장되어 용접시 형성된 백비드를 제거한다. 이 후 밀폐 장치(102, 104)에 의한 밀폐가 해제되고 밀폐 장치(102, 104) 내부의 이물질을 흡입한 후, 파이프 및 피팅부 내벽의 장착을 해제함으로써 파이프 자동 정렬 장치(100)의 동작이 완료된다.

Claims

2개의 파이프를 자동으로 정렬하기 위한 파이프 자동 정렬 장치로서,

상기 파이프 내벽을 주행할 수 있는 회전 수단, 상기 회전 수단을 구동하기 위한 회전 구동 수단 및 상기 회전 수단을 상기 파이프 내벽에 밀착시키기 위한 밀착 수단을 포함하며, 상기 2개의 파이프 이음부까지 상기 장치를 이동시키기 위한 구동 장치;

상기 파이프 내벽을 주행할 수 있는 회전 수단 및 상기 회전 수단을 상기 파이프 내벽에 밀착시키기 위한 밀착 수단을 포함하며, 상기 구동 장치의 회전에 연동하여, 파이프 내벽의 주행을 보조하기 위한 가이드 장치;

상기 파이프 이음부의 단면을 원형으로 보정하기 위한 진원 보정 장치;

상기 자동 정렬 장치의 양단을 파이프의 반경 방향으로 이동시키기 위한 균형 장치; 및

상기 파이프 양 단부 사이의 간격을 조절하기 위한 간격 조절 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 1항에 있어서,

상기 진원 보정 장치는 반경 외부 방향으로 상기 파이프에 압력을 가하는 내압용 편자 및 상기 내압용 편자를 반경 내외부 방향으로 구동시키는 편자 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 2항에 있어서,

상기 진원 보정 장치는 상기 내압용 편자의 파이프 반경 방향 운동을 안내하는 편자 가이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 2항에 있어서,

상기 진원 보정 장치는 상기 내압용 편자 및 편자 구동 수단을 원주 방향으로 회전시키기 위한 원주 방향 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제1항에 있어서,

상기 간격 조절 장치는 6축 병렬 로봇인 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 1항에 있어서,

상기 간격 조절 장치는 유압 실린더, 모터와 기어 및 이들의 결합체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 1항에 있어서,

상기 파이프 자동 배열 장치의 양 측면에 장착되어, 티그(TIG) 용접 시 상기 파이프 이음부를 포함하는 파이프의 내부를 파이프의 나머지 내부로부터 밀폐시키기 위한 밀폐 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제1항에 있어서,

상기 파이프의 양 단부를 촬영하는 검사 장치 및 상기 검사 장치를 원주 방향으로 회전시키는 검사 장치 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 8항에 있어서,

상기 검사 장치는 레이저 비전 시스템(Laser Vision System)인 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제 1항에 있어서,

용접 후 상기 파이프 내면의 산화막 또는 불필요한 비드를 제거하기 위한 그라인더, 상기 그라인더를 자전시키는 그라인더 자전 수단 및 상기 그라인더와 그라인더 자전 수단을 원주 방향으로 회전시키는 그라인더 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
제1항에 있어서,

측면에 다수개의 개구가 형성되어 있고, 상기 파이프의 원주 방향으로 회전 이 가능한 보호 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 장치.
두 개의 파이프를 맞대어 이음부를 형성하는 단계;

구동 장치를 구동하여 파이프 자동 정렬 장치를 상기 이음부에 배치시키는 단계;

진원 보정 장치를 이용하여 상기 파이프 이음부가 원형이 되도록 보정하는 단계;

검사 장치를 이용하여 상기 파이프 이음부의 배열을 검사하는 단계; 및

간격 조절 장치를 이용하여 상기 파이프 이음부의 간격을 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 방법.
제 12항에 있어서,

티그(TIG) 용접 시에는 간격이 조절된 파이프 이음부의 내부에 밀폐 장치를 이용하여 밀폐 공간을 형성하고, 상기 밀폐 공간에 파이프의 산화 및 질화를 방지하기 위한 가스를 주입하는 단계;

보호 장치를 회전시켜 상기 밀폐 장치 내부에 위치하는 장치를 보호한 후, 용접을 수행하는 단계; 및

용접이 완료된 후, 상기 보호 장치를 회전시켜 상기 밀폐 장치 내부에 위치하는 장치를 노출시킨 후, 그라인더 장치를 이용하여 파이프 내부의 백비드를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 자동 정렬 방법.