KR100765861B1 - 소구경 강관용 내면접합부 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치는, 소구경 강관의 내면 용접에 적합하면서도 전체적으로 심플한 구조로 구성되고, 용접에 필요한 제반 장비를 함께 탑재할 수 있고, 외부에서 원격 조작이 가능하도록 구성되기 때문에 전체 장비의 제조, 이용 및 관리 비용을 크게 절감하면서도 소구경 강관의 내면 용접에 보다 전문적이고 편리하게 사용할 수 있고, 또한 제반 부대 장치의 연결 설치 작업 시간을 줄임과 아울러 주변 작업 환경을 개선할 수 있으며, 외부 제어에 따른 운전으로 전체 장비의 이용 효율성도 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

원격조작 콘트롤러, 주행 바퀴, 대차 프레임, 와이어 송급장치, 중계박스

Description

소구경 강관용 내면접합부 용접장치{Device for welding inside-jointing portion of small caliber type steel pipes}

도 1은 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치가 도시된 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치가 도시된 정면 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치가 도시된 평면 구성도,

도 4는 본 발명에서 자동 주행 기구를 보여주는 평면도,

도 5는 본 발명에서 수평 이송 기구를 보여주는 평면도,

도 6은 본 발명에서 회전 이송 기구를 보여주는 평면도,

도 7은 본 발명에 따른 원격 조작 콘트롤러가 도시된 도면,

도 8은 본 발명에 따른 콘트롤 박스가 도시된 도면,

도 9는 본 발명에 따른 원격 리모콘이 도시된 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 본차부 6 : 대차부

8 : 원격조작 콘트롤러 9 : 원격 리모콘

10 : 본차 프레임 12 : 주행 바퀴

14 : 핀 15 : 구동 모터

20 : 수평 이송 기구 30 : 회전 이송 기구

31 : 회전 모터 34 : 회전 기어

40 : 수직 이송 기구 50 : 자동 용접기

60 : 대차 프레임 64 : 고리

71 : 와이어 송급장치 73 : 중계박스

74 : 콘트롤 박스 75 : 흄 집진기

77 : 모터제어장치

본 발명은 소구경 강관용 내면접합부 용접장치에 관한 것으로서, 특히 1000mm 이하의 강관에 적합하게 만들어진 소구경 강관용 내면접합부 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로, 강관은 라인파이프, 송유관, 상수관 등에 사용되며, 적어도 600㎜이상의 직경을 갖는 것을 말한다.

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 양단부분 위치에는 좀 더 넓고 깊게 터파기 작업이 이루어져야 했고, 이러한 곳에서 상기에서 설명한 바와 같은 강관의 삽입시공을 작업자가 들어가서 수행하여야 했기 때문에 시공기간이 길어지고 안전사고가 빈번하게 발생되는 문제가 있었다.

이에, 본 출원인은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 시공현장에서 강관들을 개략적으로 정렬한 후, 자동 정형기를 이용하여 서로 이웃하는 강관의 끝단을 내/외측에서 방사상으로 가압하여 진원으로 조정 유지시킨 다음, 양쪽 강관을 수평으로 정렬하고 강관의 끝단이 맞닿거나 서로 삽입되게 유지시킨 다음, 내면 자동 용접기 또는 외면 자동용접기를 이용하여 강관 내면 혹은 외면의 접합부를 용접하는 "강관의 시공방법"을 개발하여 특허를 획득(특허등록 10-440555호)한 바 있다.

또한 본 출원인은 이러한 강관의 시공방법에 이용될 수 있는 강관의 내면 접합부 용접로봇을 개발하여 특허등록 10-490228호로 특허받은 바 있다.

이러한 특허발명의 내면 접합부 용접로봇은, 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 능동적 으로 용접시킬 수 있는 강관의 내면접합부 용접로봇을 제시하였다.

그러나 상기와 같은 특허발명은 강관의 직경이 달라지는 경우에도 자동 용접이 가능한 장점이 있으나, 그만큼 전체적인 구조가 복잡하고, 조작이 어려워지는 문제점이 있다. 특히 1000mm 이하의 소구경 강관의 경우에는 내부 작업 공간이 좁기 때문에 작업자가 강관 내부로 들어가기가 곤란하므로, 그에 맞는 자동 용접 장비의 개발이 요구되고 있으며, 또한 용접에 필요한 여러 장비를 함께 장착한 상태에서 강관 내부에 투입하여 이용할 수 있는 구성도 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소구경 강관의 내면 용접에 적합하면서도 전체적으로 심플한 구조로 구성하여, 장비의 제조 및 이용, 관리 비용을 크게 절감하면서도 강관의 내면 용접이 보다 용이하게 이루어지도록 하는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 용접에 필요한 제반 장비를 함께 탑재하여 구성하고, 또한 외부에서 원격 조작이 가능하도록 구성하여, 제반 부대 장치의 연결 설치 작업 시간을 줄임과 아울러 주변 작업 환경을 개선할 수 있고, 외부 제어에 따른 운전으로 전체 장비의 이용 효율성도 향상시킬 수 있는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치는, 강관의 내면을 용접할 수 있는 자동 용접기가 탑재되고, 이 자동 용접기를 강관의 내부에서 수평, 수직, 회전 방향으로 이동시킬 수 있도록 이송 기구들이 설치되어 있는 본차 프레임과, 상기 본차 프레임의 후미에 연결되고, 그 상부에 자동 용접기 및 상기 이송 기구를 조작토록 용접지원 장비 및 콘트롤 장비가 탑재되는 대차 프레임과, 상기 본차 프레임과 대차 프레임의 하부에 구비되어 자동 주행이 가능하도록 이루어진 자동 주행기구와, 상기 대차 프레임의 콘트롤 장비에 연결되어 외부에서 용접 시스템을 조작할 수 있도록 연결되는 원격조작 콘트롤러를 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 이송 기구들은, 상기 본차 프레임의 상부에 구비되어 자동 용접기를 전후 이동시킬 수 있도록 이루어진 수평 이송 기구와, 상기 수평 이송 기구의 상부에 설치되어 자동 용접기를 강관의 내면을 따라 회전시킬 수 있도록 이루어진 회전 이송 기구와, 상기 회전 이송 기구의 끝단부에 구비되어 상기 자동 용접기를 상하 이동시킬 수 있도록 이루어진 수직 이송 기구로 구성되되, 상기 회전 이송 기구가 수평 이송 기구와 수직 이송 기구 사이에서 수평 방향으로 배치되어 전체적인 이송 기구들의 높이를 최소화할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 대차 프레임에는 가스공급 와이어 송급장치와, 상기 이송 기구들을 구동하는 모터를 구동하는 모터제어장치, 상기 자동 용접기의 자동 추적 작동이 가능하도록 제어하는 콘트롤 박스와, 이 콘트롤 박스와 상기 원격조작 콘트롤러를 연결하는 중계박스를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 자동 주행기구는 상기 본차 프레임과 대차 프레임에 각각 구비되는 주행 바퀴와, 상기 본차 프레임에 구비되어 상기 주행 바퀴를 구동하는 구동 장치를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 본차 프레임과 대차 프레임의 연결 부분은 본차 프레임에 구비된 핀에 대차 프레임에서 구비된 고리가 연결되는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치가 도시된 측면도, 정면 구성도, 평면 구성도이고, 도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 주요 구성 부분을 보여주는 상세도이다.

본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 본차부(1), 대차부(6), 원격조작 콘트롤러(8)로 구성된다.

여기서 상기 본차부(1)는 본차 프레임(10) 위에 이송 기구들 및 자동 용접기(50) 등이 구비되고, 상기 대차부(6)는 대차 프레임(60) 위에 제어 및 지원 장비들이 탑재되며, 상기 원격조작 콘트롤러(8)는 본 발명의 시스템을 제어 구동하도록 구성된다.

이러한 본 발명의 주요 구성 부분을 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 본차 프레임(10)은 후미에 대차 프레임(60)이 연결되고 주행 바 퀴(12) 및 이를 구동하는 구동 장치가 설치된 하부 프레임(10a)과, 상기 하부 프레임(10a)의 앞쪽에서 수직으로 세워지는 수직 프레임(10b)과, 이 수직 프레임(10b)의 상부에 고정되어 후방으로 연장되는 상부 프레임(10c)으로 이루어진다.

상기 하부 프레임(10a), 수직 프레임(10b), 상부 프레임(10c)은 측면에서 보았을 때 대략 'ㄷ'자 구조로 배치된다.

이러한 본차 프레임(10)과 상기 대차 프레임(60)에는 본 장치의 자동 주행이 가능하도록 자동 주행기구가 구비되는데, 양쪽 프레임(10)(60)에 각각 주행 바퀴(12)(62)가 설치되고, 본차 프레임(10)의 하부 프레임(10a)에는 상기 앞쪽 주행 바퀴(12)를 구동하는 구동 장치가 구성된다.

상기 구동 장치는 도 4를 참고하면 두 주행 바퀴(12)를 구동하는 각각의 구동 모터(15)와, 각각의 구동 모터(15)에서 두 주행 바퀴(12)에 구동력을 전달하는 동력전달기구(16)로 구성된다. 여기서 본 발명의 실시예에서는 두 개의 구동 모터(15)를 사용하는 구성을 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 하나의 구동 모터를 이용하여 양쪽 바퀴를 구동하도록 구성하는 것이 가능하고, 또한 앞쪽 바퀴가 아닌 대차 프레임(60)에 구비된 바퀴(62)를 구동하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한 상기 주행 바퀴(12) 측에는 본 시스템의 이동을 정지시킬 수 있도록 브레이크 기능을 갖는 수단을 구비할 수 있다. 이때 브레이크는 통상 바퀴 축의 회전을 정시시킬 수 있는 공지의 다양한 브레이크 수단 중 하나를 채택하여 사용하면 될 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다음, 상기 상부 프레임(10c)의 상측에는 자동 용접기(50)를 강관의 내부에 서 수평, 수직, 회전 방향으로 이동시킬 수 있도록 이송 기구들(20)(30)(40)이 설치된다.

상기 이송 기구들은, 상기 본차 프레임(10)의 상부에 구비되어 자동 용접기(50)를 전후 이동시킬 수 있도록 이루어진 수평 이송 기구(20)와, 상기 수평 이송 기구(20)의 상부에 설치되어 자동 용접기(50)를 강관의 내면을 따라 회전시킬 수 있도록 이루어진 회전 이송 기구(30)와, 상기 회전 이송 기구(30)의 끝단부에 구비되어 상기 자동 용접기(50)를 상하 이동시킬 수 있도록 이루어진 수직 이송 기구(40)로 구성된다.

여기서, 본 발명의 용접장치는 대략 600mm~1000mm 사이의 소구경 강관의 용접에 사용되는 장치인 바, 전체적으로 장치의 높이를 최소화함과 아울러 구성을 간단히 할 수 있도록 상기 회전 이송 기구(30)를 수평 이송 기구(20)와 수직 이송 기구(40) 사이에 배치함과 아울러, 수평 방향으로 배치하여 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 각 이송 기구들을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 수평 이송 기구(20)는 도 5를 참조하면, 상기 상부 프레임(10c)에 고정된 수평 지지대(23)와, 상기 수평 지지대(23)의 일측에 설치되어 구동력을 발생시키는 수평 모터(21)와, 상기 수평 지지대(23)의 상부에서 상기 수평 모터(21)의 작동에 따라 수평 방향(본 실시예에서는 전후 방향)으로 이동되는 수평 이동판(25)으로 구성된다.

상기 회전 이송 기구(30)는 도 6을 참조하면, 상기 수평 이동판(25)에 고정 된 회전 모터(31)와, 상기 회전 모터(31)의 축에 설치된 구동 기어(33)와, 상기 구동 기어(33)에 비해 상대적으로 큰 기어수를 갖으면서 구동 기어(33)에 치합되어 회전되는 회전 기어(34)와, 이 회전 기어(34)를 수평 이동판(25)에 지지함과 아울러, 상기 수직 이송 기구(40)를 회전시키도록 연결되는 회전축(35)을 포함하여 구성된다.

물론, 상기 회전축(35)은 상기 수평 이동판(25) 위에 베어링 등의 지지 기구(36)를 통해서 지지되는 것이 바람직하다. 또한 상기 회전축(35)은 상기 수평 이동판(25)에 고정된 상태로 설치하고 상기 회전 기어(34)와의 사이에 베어링이 설치되게 구성할 수도 있다.

상기 수직 이송 기구(40)는 도 1을 참고하면, 상기 회전 기어(34)에 고정된 수직 지지대(43)와, 상기 수직 지지대(43)의 상부에 구비되어 구동력을 발생시키는 수직 모터(41)와, 상기 수직 지지대(43)의 전면에서 상기 수직 모터(41)의 작동에 따라 수직 방향으로 이동되고 자동 용접기(50)가 설치되어 있는 수직 이동판(45)으로 구성된다.

상기에서 수평 및 수직 이송 기구(20)(40)의 구체적인 구동 구조에 대하여 도면에 표시하지는 않았으나, 등록특허 10-490228호의 도 5 및 도 6에 개시된 웜 및 웜휠 등으로 이루어진 구조를 이용하거나, 통상 널리 사용되는 리니어(linear) 작동 기구들 중 어느 하나를 선택하여 이용할 수 있다.

상기와 같은 이송 기구들(20)(30)(40)에 의해 그 위치가 조정되면서 강관의 내부를 자동으로 용접하는 상기 자동 용접기(50)는 접촉식 자동 용접이 가능하도록 구성될 수 있는데, 용접 토치(51)를 회전시키는 토치 회전모터(52)와, 용접폭, 좌우 멈춤 기능, 위빙속도제어, 좌우중심이동 등을 실행하는 용접각 제어모터(53)가 구성되며, 또한 상기 자동 용접기(50)는 도면에 나타나지는 않았으나, 강관 내면의 용접선을 추적하면서 자동 용접이 가능하도록 접촉식 센서가 구비됨과 아울러, 이 센서를 상하 좌우로 이송시키는 센서 모터들이 구성된다.

다음, 상기와 같이 구성되는 본차부(1)에 연결되는 상기 대차부(6) 쪽 구조를 설명한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 대차 프레임(60)은 상기 본차 프레임(10)에 핀(14)과 고리(64)의 연결 구조로 연결되어 본차 프레임(10)을 따라 이동할 수 있도록 구성된다.

이러한 핀(14)과 고리(64)의 연결 구조는 강관이 직선이 아닌 곡선인 경우에도 전체적으로 앞과 뒤의 길이가 길어지는 본 발명의 장비가 강관의 내부를 용이하게 이동할 수 있도록 하기 위한 것이다. 물론 대차 프레임(60)의 하부에는 상기한 바와 같이 주행 바퀴(12)가 설치된다.

이와 같이 상기 대차 프레임(60)의 상부에는 상기 자동 용접기(50) 및 상기 이송 기구를 조작토록 용접지원 장비 및 콘트롤 장비가 탑재되어 구성된다.

이 대차 프레임(60)에 탑재되는 장비는, 크게 외부 가스 공급원으로부터 상기 자동 용접기(50)에 CO₂ 등의 가스를 공급토록 송급하는 가스공급 와이어 송급장치(71)와, 상기 이송 기구들(20)(30)(40)을 구동하는 모터를 구동하는 모터제어장 치(77), 상기 자동 용접기(50)의 자동 추적 작동이 가능하도록 제어하는 콘트롤 박스(74)와, 이 콘트롤 박스(74)와 상기 원격조작 콘트롤러(8)를 연결하는 중계박스(73) 등으로 구성된다.

이외에도 용접 중 발생하는 유해 가스를 흡수하여 정화하는 흄 집진기(75)를 구비할 수 있다.

이러한 탑재 장비들은 상기 대차 프레임(60)의 상부에 실시 조건에 따라 자유롭게 배치하여 구성할 수 있으며, 또한 상기에 기술한 탑재 장비 외에도 조건에 따라 추가로 장비를 더 탑재하여 구성하는 것이 가능하며, 또한 일부 장비를 삭제하여 구성하는 것도 가능하다.

한편, 도 7은 상기 대차 프레임(60)의 콘트롤 장비에 연결되어 외부에서 용접 시스템을 조작할 수 있도록 연결되는 원격조작 콘트롤러(8)를 도시한 도면으로서, 본 발명의 시스템이 1000mm 이하의 소구경 강관에 적용되므로, 외부에서 작업자가 장비를 조작하면서 용접을 시행하게 된다.

이러한 원격조작 콘트롤러(8)는 상기 중계박스에 유선으로 길게 연결되어 구성될 수 있으며, 또한 RF 송수신기 등을 이용하여 무선으로 조작신호를 전달하도록 구성할 수도 있다.

상기 원격조작 콘트롤러(8)의 구체적인 작동 모드는 도면에 표시된 바와 같으므로, 이에 대한 구체적인 조작 설명은 생략한다.

한편, 도 8은 상기한 콘트롤 박스(74)의 외관 구조를 예시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 장치에서 자동 주행기구를 무선으로 조작할 수 있는 원격 리모콘(9) 을 개략적으로 표시한 도면이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치는, 상기 원격 리모콘(9) 또는 원격조작 콘트롤러(8)를 작동시켜 강관의 내부의 접합부로 이동시키고, 상기 원격조작 콘트롤러(8)를 이용하여 이송 기구들(20)(30)(40)을 작동시켜 자동 용접기(50)가 강관 내면의 용접 부위에 위치하도록 조정한다.

이후, 회전 이송 기구(30)를 작동시켜 자동 용접기(50)를 강관 내면의 용접 부위를 따라 회전시킴과 아울러, 자동 용접기(50)를 작동시켜 용접을 실시한다.

이때 용접 부위의 정확한 위치 판단과 조정은 접촉식 센서의 감지 결과를 통해 이루어진다.

물론, 상기에서 설명하지는 않았지만 사용자가 용접 부위 등을 직접 보고 용접 작업을 실시할 수 있도록 카메라 장치를 설치하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 소구경 강관용 내면접합부 용접장치는, 소구경 강관의 내면 용접에 적합하면서도 전체적으로 심플한 구조로 구성되기 때문에 전체 장비의 제조, 이용 및 관리 비용을 크게 절감하면서도 소구경 강관의 내면 용접에 보다 전문적이고 편리하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 용접에 필요한 제반 장비를 함께 탑재할 수 있고, 외부에서 원격 조작이 가능하도록 구성되기 때문에 제반 부대 장치의 연결 설치 작업 시간을 줄임과 아울러 주변 작업 환경을 개선할 수 있고, 또한 외부 제어에 따른 운전으로 전체 장비의 이용 효율성도 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 강관의 내면을 용접할 수 있는 자동 용접기가 탑재되고, 이 자동 용접기를 강관의 내부에서 수평, 수직, 회전 방향으로 이동시킬 수 있도록 이송 기구들이 설치되어 있는 본차 프레임과,

   상기 본차 프레임의 후미에 연결되고, 그 상부에 자동 용접기 및 상기 이송 기구를 조작토록 용접지원 장비 및 콘트롤 장비가 탑재되는 대차 프레임과,

   상기 본차 프레임과 대차 프레임의 하부에 구비되어 자동 주행이 가능하도록 이루어진 자동 주행기구와,

   상기 대차 프레임의 콘트롤 장비에 연결되어 외부에서 용접 시스템을 조작할 수 있도록 연결되는 원격조작 콘트롤러를 포함한 것을 특징으로 하는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 이송 기구들은, 상기 본차 프레임의 상부에 구비되어 자동 용접기를 전후 이동시킬 수 있도록 이루어진 수평 이송 기구와, 상기 수평 이송 기구의 상부에 설치되어 자동 용접기를 강관의 내면을 따라 회전시킬 수 있도록 이루어진 회전 이송 기구와, 상기 회전 이송 기구의 끝단부에 구비되어 상기 자동 용접기를 상하 이동시킬 수 있도록 이루어진 수직 이송 기구로 구성되되,

   상기 회전 이송 기구가 수평 이송 기구와 수직 이송 기구 사이에서 수평 방향으로 배치되어 전체적인 이송 기구들의 높이를 최소화할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 대차 프레임에는 가스공급 와이어 송급장치와, 상기 이송 기구들을 구동하는 모터를 구동하는 모터제어장치, 상기 자동 용접기의 자동 추적 작동이 가능하도록 제어하는 콘트롤 박스와, 이 콘트롤 박스와 상기 원격조작 콘트롤러를 연결하는 중계박스를 포함한 것을 특징으로 하는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 자동 주행기구는 상기 본차 프레임과 대차 프레임에 각각 구비되는 주행 바퀴와, 상기 본차 프레임에 구비되어 상기 주행 바퀴를 구동하는 구동 장치를 포함한 것을 특징으로 하는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 본차 프레임과 대차 프레임의 연결 부분은 본차 프레임에 구비된 핀에 대차 프레임에서 구비된 고리가 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 소구경 강관용 내면접합부 용접장치.

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