KR100809535B1 - 파이프 취부 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이트 밸런서와 파이프 자동 정렬 장치를 연동시켜 제어하는 파이프 취부 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 파이프 취부 방법은 파이프 자동 정렬 장치의 주행과 정지가 이루어지고, 상기 수평유지를 위해 진원 보정 장치의 확장이 수행되며, 전방측 진원 보정 장치의 내압용 편자를 상기 피팅부의 안쪽으로 배치시키도록 간격 조절 장치 전방 이동이 수행되고, 상기 파이프와 상기 피팅부 각각의 진원을 보정하고, 상기 파이프와 상기 피팅부 사이에 형성된 이음부 형상을 정렬을 위해 1차 계측을 수행하고, 상기 1차 계측 결과에 대응하게 상기 피팅부를 상기 파이프 쪽으로 정렬하고, 상기 정렬된 것을 확인하기 위해 상기 이음부의 형상을 2차 계측하고, 상기 2차 계측에 의한 결과값이 미리 정한 허용범위에 포함될 때, 상기 파이프 자동 정렬 장치 용접을 위한 밀폐 및 가스 분사를 수행하고, 상기 용접 후 브러시 작업 및 흡입을 수행하고, 클램핑 해제 및 간격 조절 장치 초기화 후 복귀하는 단계를 상기 웨이트 밸런서와 연동한다.

웨이트 밸런서, 파이프, 자유도, 용접

Description

파이프 취부 방법{Pipe assembling method}

도 1은 본 발명의 한 실시예를 위한 웨이트 밸런서와 파이프 자동 정렬 장치의 배열 상태도이다.

도 2는 도 1에 도시된 파이프 취부 방법을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3a 내지 도 3n은 도 2에 도시된 단계별 작동 상태도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 정반 2 : 파이프

3 : 피팅부 10 : 웨이트 밸런서

12 : 작업판 20 : 파이프 자동 정렬 장치

30 : 통합제어부 40 : 작업대차

본 발명은 파이프 취부 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 선박, 플랜트, 배관공사현장 등에서 파이프의 배열 및 용접시 파이프의 하중을 줄여주는 파이 프 취부 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 복수개의 파이프는 맞대기 이음 용접 전 상호 취부되기 위한 정렬(alignment)을 요구한다. 종래 기술에 따른 두개의 파이프 맞대기 용접 전 취부작업은 다음과 같다. 취부작업은 두개의 파이프를 용접(예 : TIG)을 할 수 있도록, 미리 정한 파이프간 간극과 단차를 오차 범위 이내에 맞추는 것이다. 이때 두개의 파이프는 상호 일치된 피팅을 위해 진원도 보정이 이루어져야 한다.

여기서 진원(眞圓)은 원주를 따라 계측한 지름 또는 반지름이 일정한 원을 의미하는 것으로서, 파이프에서는 최대 안지름과 최소 안지름의 차이에 해당하는 진원도공차(roundness)가 허용범위 내에 포함된 원을 의미한다.

이런 종래의 파이프 취부 방법을 더욱 구체적으로 살펴보면, 작업자는 정반 위에 파이프를 모두 올려놓고, 상기 와이어를 이용하여 갭을 상호 맞춘 후, 제1탭 피스(tab piece)를 파이프 외경 한 쪽에 붙여 택(tack) 용접을 수행한다. 이후 작업자는 파이프 내부에 파워 잭(power jack)을 투입시킨 후, 그 파워 잭을 반복적으로 이용하여 파이프의 진원을 보정하면서 단차를 맞춘 후, 첫 번째 붙인 제1탭 피스의 반대쪽에 제2탭 피스를 붙이도록 택 용접을 수행한다. 이후 작업자는 택 용접을 계속하여, 파이프의 제2탭 피스로부터 90도 방향에 해당하는 곳에 제3탭 피스를 붙이고, 역시 제3탭 피스의 반대에 제4탭 피스를 붙이는 작업을 수행한다. 이런 다음 작업자는 주걱끌을 두개의 파이프 사이의 갭에 삽입한 후, 주걱끌을 파이프의 원주방향으로 이동시켜 파이프의 갭을 보정한다. 마지막으로 작업자는 다른 탭 피스들을 제1탭 피스와 제2탭 피스의 사이, 제2탭 피스와 제3탭 피스의 사 이, 제3탭 피스와 제4탭 피스의 사이, 제4탭 피스와 제1탭 피스의 사이에 각각 택 용접을 하여 더 붙인다. 이때 상기 다른 탭 피스들의 개수는 파이프 직경별로 정해진다.

그러나 종래 기술에 따른 파이프 취부작업은 수작업으로 진행됨에 따라 작업시간이 과도하게 걸릴 뿐 아니라, 작업자의 숙련도에 따라 용접 품질의 편차가 심하다는 문제점이 있다. 또한 종래 기술에 따른 파이프 취부작업은 작업자의 숙련도에 따라 용접품질의 편차가 심하다는 문제점이 있다. 따라서, 파이프 취부작업이 원활하게 수행되지 못할 경우, 이후에 진행될 파이프의 용접 작업에 영향을 미치는 단점이 있다.

또한 종래 기술에 따른 파이프 취부작업은 대형관일 때 더욱 어렵다. 즉 하나의 대형관을 정반위에 올려놓고, 이후 상기 대형관에 연결하기 위해서, 크레인을 이용하여 다른 대형관을 상기 정반의 레벨과 대등한 높이를 갖는 복수개의 지그 위에 올려놓는다. 이후 작업자는 크레인을 조작하거나, 지그의 높이를 조정하거나, 거리를 좌우로 옮기면서 두 대형관 사이에 상기 와이어를 끼워 갭을 보정하고, 위쪽에 수준계를 임시 설치하여 단차를 맞춘 후, 위쪽부터 탭 피스를 택 용접 방식으로 고정하고, 이후 파이프 내부에 파워 잭을 삽입시켜 진원 보정 및 단차를 보정한 후, 아래쪽에 탭 피스를 택 용접한다. 이후 파이프 원주를 따라 돌아가면서 나머지 탭 피스를 용접한다.

그러나 종래 기술에 따른 파이프 취부작업은 대형관이 과도한 중량(예 : 약600㎏)과 길이(예 : 약 6m)를 갖고 있음으로 진원도 보정을 위해 대형관을 별도의 크레인과 같은 운반장치를 이용하여 이동시켜야 하는 불편함이 있고, 파이프의 형상(예 : 곡관, 엘보우, T관 등)에 따라 무게 중심이 체적 중심으로부터 편심되는 등의 불균형 상태가 존재하기 때문에 아무리 숙련된 작업자라 하더라도 파이프의 높이, 각도, 위치, 흔들림 등에 의해 파이프 정렬 및 용접 작업 시간이 많이 걸리는 단점을 갖고 있다.

또한 용접공정에서 산화, 질화를 방지하기 위해 고가의 아르곤(Ar) 가스를 파이프 내의 모든 공간에 주입하고, 주입된 아르곤 가스가 파이프의 양측단에 개구된 부위를 통해 대기 중으로 방출됨으로써, 가스 퍼징(pursing) 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이를 위해 본 출원인은 특허등록 제639607호의 파이프 자동 정렬 장치 및 정렬 방법을 등록 받은 바 있다.

그러나 상기 등록특허인 파이프 자동 정렬 장치는 한 쪽 파이프에 정렬시키려는 다른 쪽 파이프인 피팅부의 중량에 적극적으로 대응하여 파이프 정렬을 하는데 많은 어려움이 발생되었다.

예컨대 피팅부에 해당하는 파이프의 중량과 길이가 600kg, 6m인 경우, 파이프 자동 정렬 장치 내부에 설치된 스튜어트-고흐 플랫폼(stewart-gough platform)과 같은 6축 병렬 로봇은 그 피팅부의 중량을 감당하지 못하여 6자유도 모션을 구현하지 못하였고, 결국 파이프 정렬 내지 취부에 실패하는 경우가 발생되었다. 여기서 6자유도 모션은, 3축 병진운동인 X축방향의 전후운동(Surge); Y축방향의 좌우운동(Sway); Z축방향의 상하운동(Heave)과, 3축 회동인 X축방향을 기준으로 회전 하려는 횡동요(ro, rolling); Y축방향을 기준으로 회전하려는 종동요(pi, pitching); Z축방향을 기준으로 회전하려는 선수동요(ya, yawing)를 의미한다.

또한 소형의 피팅부 정렬을 위해, 6축 병렬 로봇은 피팅부를 파이프 쪽으로 이동시킬 수 있으나, 이때 피팅부와 웨이트 밸런서의 상부 사이에서 마찰이 발생되기 때문에, 결국 피팅부 및 파이프 자동 정렬 장치에 무리가 발생되고, 피팅부에 스크래치 등의 손상이 이루어지며, 자칫 피팅부와 파이프 자동 정렬 장치의 클램핑 위치가 변경되는 문제점이 발생될 수 있다.

또한 종래의 파이프 자동 정렬 장치는 별도의 웨이트 밸런서와의 협업 작동을 고려하지 않고, 오직 파이프 자동 정렬 장치에 의한 파이프 자동 정렬 방법만을 제시하고 있기 때문에, 웨이트 밸런서와 함께 취부하는 취부방법에 대해 어떠한 언급도 없어, 실제로 파이프 자동 정렬에 많은 어려움이 발생되었다.

예컨대 종래의 파이프 자동 정렬 방법은 클램핑 직전 장치의 균형을 잡기 위한 어떠한 동작도 개시하고 있지 않음에 따라 클램핑 위치가 불안정하고, 진원 보정 내지 파이프와 피팅부간 정렬 정밀도가 상대적으로 떨어지는 단점을 갖는다.

특히 종래의 파이프 자동 정렬 장치의 설명에서 언급된 웨이트 밸런서는 단순 구조로서, 파이프에 정렬시키려는 피팅부를 상부에 장착하고 지면을 이동하여 상기 피팅부를 상기 파이프에 맞대어 이음부를 형성하는 역할을 하도록 되어 있다.

그러나 상기 웨이트 밸런서를 종래의 파이프 자동 정렬 장치에 사용할 경우, 탑재물(payload)인 피팅부에 대한 하중을 적극적으로 저감시킬 수 없을 뿐만 아니라, 피팅부를 6자유도에 대응하게 병진운동 또는 회동하면서 지지할 수 없고, 또한 피팅부를 지지하고 있는 웨이트 밸런서의 상부가 고정되어 있으므로, 웨이트 밸런서의 상부와 피팅부간에 앞서 언급한 바와 같이 마찰이 발생되는 문제점을 야기시킨다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이트 밸런서와 파이프 자동 정렬 장치를 연동시켜 제어하는 파이프 취부 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

본 발명의 다른 목적은 파이프의 하중 감소, 6-자유도지지, 병진운동, 회동 및 미세조절 기능을 갖는 웨이트 밸런서를 파이프 내벽에 설치하여 섬세한 정렬 작업을 수행할 수 있는 파이프 자동 정렬 장치에 연동시킴에 따라, 파이프 맞대기 용접 전 취부 작업을 자동화하여 작업 효율을 극대화시킬 수 있는 파이프 취부 방법을 제공하고자 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 파이프 취부 방법은, 파이프를 정반에 파이프 정렬용 피팅부를 웨이트 밸런서에 각각 배치하고, 상기 파이프에 파이프 자동 정렬 장치를 삽입하여 세팅하되, 상기 파이프 자동 정렬 장치의 주행 이후 레이저띠를 이용하여 작업위치를 확인 감지하고 정지하는 작업위치 확인 단계; 상기 수평유지를 위해 진원 보정 장치의 확장을 수행하는 단계; 전방측 진원 보정 장치의 내압용 편자를 상기 피팅부의 안쪽으로 배치시키도록 간격 조절 장치 전방 이동을 수행하는 단계; 상기 파이프와 상기 피팅부 각각의 진원을 보정하는 단계; 상기 파이프와 상기 피팅부 사이에 형성된 이음부 형상을 정렬을 위해 1차 계측하는 단계; 상기 1차 계측 결과에 대응하게 상기 피팅부를 상기 파이프 쪽으로 정렬하는 단계; 상기 정렬된 것을 확인하기 위해 상기 이음부의 형상을 2차 계측하는 단계; 상기 2차 계측에 의한 결과값이 미리 정한 허용범위에 포함될 때, 상기 파이프 자동 정렬 장치 용접을 위한 밀폐 및 가스 분사를 수행하는 단계; 이후 작업자가 용접을 완료하면, 브러시 작업 및 흡입을 수행하고, 클램핑 해제 및 간격 조절 장치 초기화 후 복귀하는 단계;를 상기 웨이트 밸런서와 연동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 파이프 취부 방법을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예를 위한 웨이트 밸런서와 파이프 자동 정렬 장치의 배열 상태도이고, 도 2는 도 1에 도시된 파이프 취부 방법을 설명하기 위한 블록도이며, 도 3a 내지 도 3n은 도 2에 도시된 단계별 작동 상태도들이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프 취부 방법은 웨이트 밸런서(10)와 파이프 자동 정렬 장치(20) 및 이들을 연동시키기 위해 통합 제어를 수행하는 통합제어부(30) 및 기타 장치적 구성을 요구할 수 있다.

본 발명에서 요구되는 장치적 구성 중, 정반(1)은 웨이트 밸런서(10)에 대응 한 높이를 갖되, 국제규격을 만족하는 표준정반인 것이 바람직하다.

파이프(2)의 의미는 본 발명의 요약서, 상세한 설명 및 이하의 특허청구범위에 걸쳐, 상기 정반(1)에 올려져 있는 한 쪽 파이프 내지 그와 대등한 등가물(예 : 각종 사이즈의 관부재 또는 연결관 등)을 의미한다.

피팅부(3)의 의미는 상기 파이프(2)와 함께 이음부를 형성하는 것으로서, 상기 파이프(2)에 대응되어 배열 및 정렬되는 다른 쪽 파이프 또는 그와 대등한 관부재(예 : T관, 엘보관, 확장관, 축소관 등)를 의미한다.

웨이트 밸런서(10)는 이하에서 상세히 후술되는 파이프 취부 방법을 실질적으로 실현할 수 있는 하드웨어적 수단으로서, 대한민국 특허 출원번호 제10-2006-0017832로 출원된 웨이트 밸런서가 될 수 있다. 이런 연유로, 웨이트 밸런서(10)에 관한 설명은 상기 웨이트 밸런서에 관한 특허공보에 명확하고 상세히 설명되어 있으므로, 본 실시예를 보다 간결하게 설명하기 위해 반드시 필요한 내용 이외에 생략되어도 무방하다.

예컨대 웨이트 밸런서(10)는 파이프의 하중 감소, 6-자유도지지, 병진운동, 회동 및 미세조절 기능을 갖도록, 복수개의 로드셀, 기울기센서, 레벨링실린더, 밸런싱실린더, 제어부(11), 작동력구동부, 이중 플레이트 형식의 작업판(12) 등을 갖는다. 작업판(12)은 상부 플레이트, 하부 플레이트, 테두리빔, 상부 플레이트를 하부 플레이트에 고정시키기 위한 고정핀(19) 등을 갖고 있다.

실제로 피팅부(3)는 작업판(12)의 상부 플레이트에 놓이게 된다. 만일, 고정핀(19)이 제거된 경우, 상부 플레이트는 하부 플레이트 사이에 개재된 복수개의 미끄럼 접촉부를 통해서 자유롭게 이동 가능하게 된다. 하부 플레이트는 웨이트 밸런서(10)의 레벨링실린더(13) 및 밸런싱실린더(14)에 의해 지지되어 있다. 고정핀(19)의 체결 또는 제거에 대응하게, 하부 플레이트를 기준으로 상부 플레이트를 고정상태, 또는 이동 가능한 자유상태 중 어느 하나의 상태로 유지시키는 역할을 담당한다.

파이프 자동 정렬 장치(20)는 이하에서 상세히 후술되는 파이프 취부 방법을 실질적으로 실현할 수 있는 하드웨어적 수단으로서, 특허등록 제639607호에 개시된 파이프 자동 정렬 장치가 될 수 있다. 이런 연유로, 파이프 자동 정렬 장치(20)에 관한 설명은 상기 특허등록에 관한 특허공보에 명확하고 상세히 설명되어 있으므로, 본 실시예를 보다 간결하게 설명하기 위해 반드시 필요한 내용 이외에 생략되어도 무방하다.

예컨대 파이프 자동 정렬 장치(20)는 복수개의 클램핑 겸용 진원 보정 장치, 복수개의 밀폐 장치, 구동 장치, 가이드 장치, 6축 병렬 로봇과 같은 간격 조절 장치, 검사 장치, 그라인더 장치, 보호 장치, 제어부(21) 등을 갖는다.

통합제어부(30)는 별도의 컨트롤러박스에 실장되거나, 웨이트 밸런서(10)의 제어부(11) 또는 파이프 자동 정렬 장치(20)의 제어부(21) 중 어느 하나에서 통합된 하나의 회로장치로서 제작되어도 무방하다.

통합제어부(30)는 웨이트 밸런서(10)의 제어부(11)와 파이프 자동 정렬 장치(20)의 제어부(21)와 연결되어 있고, 이들의 통합제어용 신호(예 : 파이프 자동 정렬 장치의 작동정보 등)를 상호 전달시켜주는 중재자의 역할을 수행하며, 이를 위해서, 회로전원모듈과, 통신모듈과, 입출력모듈과, 통합모션제어모듈을 구비하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파이프 취부 방법은 앞서 언급한 장치적 구성에 의해 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 파이프 취부 방법은 세팅을 위한 제1단계(S10); 파이프 자동 정렬 장치 전진을 위한 제2단계(S20); 작업위치 확인을 위한 제3단계(S30); 수평유지를 위해 양측 진원 보정 장치의 확장을 위한 제4단계(S40); 간격 조절 장치 전방 이동에 해당하는 제5단계(S50); 파이프 진원 보정을 위한 제6단계(S60); 피팅부 진원 보정을 위한 제7단계(S70); 정렬을 위한 이음부 형상 1차 계측에 해당하는 제8단계(S80); 피팅부를 파이프 쪽으로 정렬하기 위한 제9단계(S90); 정렬확인을 위한 이음부 형상 2차 계측에 해당하는 제10단계(S100); 2차 계측에 의한 결과값과 미리 정한 허용범위의 비교 체크를 위한 제11단계(S110); 용접을 위한 밀폐 및 가스 분사에 해당하는 제12단계; 브러시 작업 및 흡입에 해당하는 제13단계(S130); 클램핑 해제 및 간격 조절 장치 초기화에 해당하는 제14단계(S140); 파이프 자동 정렬 장치 후진을 위한 제15단계(S150)를 포함한다.

세팅 - 제1단계(S10).

도 3a에 도시된 바와 같이, 기본적으로 작업자에 의한 작업준비가 수행된다.

작업자는 파이프(2)를 정반(1) 위에 올려놓는다. 작업자는 상기 파이프(2)에 정렬시키려는 다른 파이프에 해당하는 피팅부(3)를 웨이트 밸런서(10)(이하, 간 결한 설명을 위해 '밸런서'라 약칭함) 위에 올려놓는다. 여기서 밸런서(10)는 파이프(2)와 가상의 일직선상에서 상호 일치하도록, 작업장 지면 위에서 정반(1)에 대해 직렬로 배열된다. 그리고 파이프(2)와 피팅부(3)는 작업자에 의해 허용 간격(g)을 두고 서로 맞대어 진다. 밸런서(10)는 앞서 언급한 바와 같이, 이중 플레이트 형식의 지그에 해당하는 작업판(12)을 갖고 있다. 고정핀(19)은 밸런서(10)의 하부 플레이트를 기준으로 상부 플레이트를 고정상태로 유지하고 있다.

이런 상태에서 밸런서(10)는 밸런서(10)에서 감지된 하중 및 기울기정보를 피드백(feedback)받고, 상기 통합제어부를 통해 전달되어 온 상기 장치(20)의 작동정보를 입력받은 후, 이들 정보를 상기 밸런서(10)의 레벨링실린더(13) 및 밸런싱실린더(14)의 작동제어값 산출에 필요한 조건값으로 사용함으로써, 상기 장치(20)와 연동되어서, 그 결과 작업판(12)을 통해 전달된 피팅부(3)의 정적 또는 동적 하중, 기울어짐 및 흔들림, 중량 또는 중량 불균형 등을 감소시켜, 결국 피팅부(3)와 파이프(2)간 배열 또는 정렬을 돕는 밸런서작동(이하, 밸런서작동이라 통칭함)을 수행한다.

이런 밸런서(10)의 밸런서작동은 이하의 장치(20)의 작동 단계마다 연동하여 수행될 수 있다.

한편 작업자는 작업대차(40)를 이용하여 파이프 자동 정렬 장치(20)(이하, 간결한 설명을 위해 '장치'라 약칭함)를 파이프(2)의 내부에 투입한다.

이후 작업자는 통합제어부, 밸런서(10) 및 장치(20) 각각의 시스템을 온(ON) 한다.

이런 경우 장치(20)는 초기화 작동을 시작하고, 이후 장치(20)에 탑재된 검사 장치의 LVS(Laser Vision System : 레이저 비전 시스템)에서 레이저띠(22)를 발출시킨다.

여기서 발출된 레이저띠(22)는 작업대차(40)의 외팔보형 홀더부와 파이프(2)가 겹치는 부분을 지나서 투영되는 것이 바람직하다.

파이프 자동 정렬 장치 전진 - 제2단계(S20).

도 3b에 도시된 바와 같이, 파이프(2)의 내부에 투입된 장치(20)는 가이드 장치를 장치(20)의 전방측 부위에 구비하고, 구동 장치를 장치(20)의 후방측 부위에 구비하고 있다.

장치(20)는 그의 제어부에 미리 프로그램된 구동 알고리즘에 의해, 가이드 장치 및 구동 장치의 휠을 파이프(2)의 내주면에 밀착시키도록 작동시킨다. 이후 휠에 구동력을 전달시킨다. 이런 경우, 장치(20)는 파이프(2)와 피팅부(3) 사이의 연결부를 향하여 자율 주행을 시작한다.

장치(20)는 주행 도중 상기 발출된 레이저띠(22)를 화상검출함에 따라, 장치(20)의 양단에 위치한 클램핑 겸용 진원 보정 장치 사이의 센터에 해당하는 레이저띠(22)의 센터가 파이프(2)와 피팅부(3)의 연결부에 위치할 때까지 주행을 계속한다.

이때 상부 플레이트 고정핀(19)은 상부 플레이트 및 그 위의 피팅부(3)를 밸런서(10)에서 고정상태로 유지시킨다.

작업위치 확인 - 제3단계(S30).

도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 파이프 자동 정렬 장치는 전진, 즉 주행 이후 레이저띠를 이용하여 작업위치를 확인 감지하고 정지하는 작업위치 확인을 수행한다. 부연 설명하면 상기 발출된 레이저띠(22)의 센터가 파이프(2)와 피팅부(3)의 연결부에 위치되는 것을 작동 정지 조건으로 구동 장치의 작동이 정지할 때, 장치(20)의 주행은 정지된다. 여기서 작동 정지 조건은 하기에 설명할 그라인더 장치의 브러시 위치를 고려하여 정해질 수 있다.

이때 장치(20)의 전방측 부위는 피팅부(3)의 내부에 위치하며, 장치(20)의 후방 부위는 파이프(2)의 내부에 위치한다.

수평유지를 위해 양측 진원 보정 장치의 확장 - 제4단계(S40).

도 3d에 도시된 바와 같이, 장치(20)는 수평을 유지하도록, 장치(20)의 후방측 클램핑 겸용 진원 보정 장치의 복수개의 내압용 편자(23)를 파이프(2)의 내주면 쪽으로 이동시켜 일부 스트로크 거리만큼 확장시킴과 동시에, 역시 장치(20)의 전방측 클램핑 겸용 진원 보정 장치의 복수개의 내압용 편자(25)를 피팅부(3)의 내주면 쪽으로 일부 스트로크 거리만큼 확장시킨다.

간격 조절 장치 전방 이동 - 제5단계(S50).

도 3e에 도시된 바와 같이, 장치(20)는 상대적으로 안정된 위치에서 피팅 부(3)의 진원을 보정하기 위해서, 전방측 클램핑 겸용 진원 보정 장치의 복수개의 내압용 편자(25)를 피팅부(3)의 안쪽으로 배치시키도록, 간격 조절 장치(24)의 6축 병렬 로봇을 작동시킨다.

이때 내압용 편자(25)는 완전한 클램핑 상태가 아니기 때문에, 피팅부(30)의 내주면을 따라 슬라이딩 작동 가능하다. 이런 상태에서, 간격 조절 장치(24)의 6축 병렬 로봇의 작동에 대응하게, 내압용 편자(25)가 전방 이동된다(m1).

파이프 진원 보정 - 제6단계(S60).

도 3f에 도시된 바와 같이, 장치(20)는 그의 후방측 클램핑 겸용 진원 보정 장치의 복수개의 내압용 편자(23)를 더욱더 파이프(2)의 내주면 쪽으로 이동시키는 힘 제어(force control)를 수행함에 따라, 파이프(2)의 내주면에 상기 내압용 편자(23)를 완전 클램핑시킴과 함께 파이프(2)의 진원을 형성한다.

피팅부 진원 보정 - 제7단계(S70).

도 3g에 도시된 바와 같이, 이 단계에서 고정핀(19)이 제거되어, 작업판(12)의 상부 플레이트가 하부 플레이트를 기준으로 이동 가능한 자유상태가 된다.

이런 경우 장치(20)는 그의 전방측 클램핑 겸용 진원 보정 장치의 복수개의 내압용 편자(25)를 더욱더 피팅부(3)의 내주면 쪽으로 이동시키는 힘 제어를 수행함에 따라, 피팅부(3)의 내주면에 상기 내압용 편자(25)를 완전 클램핑시킴과 함께 피팅부(3)의 진원을 형성한다.

이런 피팅부(3)의 진원 형성도중 피팅부(3)에 가중된 동적 하중 또는 중량 불균형 등은 상기 장치(20)와 연동하는 밸런서(10)의 밸런서작동을 통해 감소되므로, 더욱 정밀한 피팅부(3)의 진원 형성이 가능하다.

정렬을 위한 이음부 형상 1차 계측 - 제8단계(S80).

도 3h에 도시된 바와 같이, 장치(20)에 탑재된 검사 장치의 LVS(L)는 이음부의 내주면을 따라 360도로 회전하여, 파이프(2) 및 피팅부(3)간의 갭과 단차를 1차 계측한다.

이후 장치(20)의 제어부는 상기 1차 계측값을 이용하여 파이프(2) 및 피팅부(3)의 마주보는 끝단면 원을 피팅(circle fitting)하고, 그 결과 상기 끝단면 원의 센터 좌표계를 계산하고, 목표 자세(goal pose)를 생성한다.

이와 같은 방법은 본 출원인에 의해 출원된 파이프 정렬 로봇의 최종 위치 생성 방법(특허출원번호 제10-2006-0020525호)에 개시되어 있으므로, 본 실시예에서 그의 상세한 설명은 생략된다.

또한 장치(20)의 제어부는 상기 생성한 목표 자세에 대한 작동명령값을 장치(20)의 간격 조절 장치용 모션제어기로 전송시킨다.

피팅부를 파이프 쪽으로 정렬 - 제9단계(S90).

도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 전송받은 작동명령값을 이용하여 장치(20)의 간격 조절 장치(24)용 모션제어기는 목표 자세(goal pose)를 위한 6자유도 모션 값을 간격 조절 장치(24)의 6축 병렬 로봇의 리니어 액츄에이터별로 전달하여, 파이프(2)와 피팅부(3)간 갭과 단차를 용접 가능 상태로 정렬시키기 위한 세부 정렬단계를 수행한다(m2).

여기서 세부 정렬단계는 파이프(2)와 피팅부(3)간 상호 간섭에 의해 오작동이 발생되지 않도록 아래의 순서대로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉 세부 정렬단계는 ㉠ 파이프(2)로부터 X축방향으로 이격되게 피팅부(3)를 이동시키고, ㉡ 목표 자세로 변환되기 위한 회전 성분값에 대응하게 피팅부(3)를 회동시키고, ㉢ 목표 자세를 위한 Z축방향 및 Y축방향 이동값에 대응하게 피팅부(3)를 이동시키고, ㉣ 최종적으로 X축방향으로의 오프셋(offset)을 조정한다.

이때도 역시 밸런서(10)는 피팅부(3)의 중량 또는 중량 불균형을 장치(20)가 이동시킬 수 있을 정도로 감소시키도록, 레벨링실린더(13) 및 밸런싱장치(14)를 작동시키는 바와 같은 밸런서작동을 수행한다.

정렬확인을 위한 이음부 형상 2차 계측 - 제10단계(S100).

도 3j에 도시된 바와 같이, 장치(20)에 탑재된 검사 장치의 LVS(L)는 이음부의 내주면을 따라 360도로 회전하여, 파이프(2) 및 피팅부(3)간의 갭과 단차를 2차 계측하고, 2차 계측된 결과값은 장치(20)의 제어부로 전달된다.

허용범위 체크 - 제10단계(S110).

장치(20)의 제어부는 상기 2차 계측된 결과값을 정렬된 파이프(2)와 피팅 부(3)간 마주보는 단면 원주 전체에 걸쳐 미리 설정된 갭과 단차에 관한 허용범위에 비교 체크를 수행한다.

만일 2차 계측된 결과값이 허용범위에 포함될 경우, 하기의 제12단계(S120)를 수행한다.

이에 반해 2차 계측된 결과값이 허용범위에 포함되지 않을 경우, 상기 제8단계(S80)와 유사하게, 상기 2차 계측된 결과값을 이용하여 파이프(2) 및 피팅부(3)의 마주보는 끝단면 원을 다시 피팅하고, 그 결과 상기 끝단면 원의 센터 좌표계를 다시 계산하고, 두 번째 목표 자세(goal pose)를 생성한 후, 상기 제9단계를 수행한다.

용접을 위한 밀폐 및 가스 분사 - 제12단계(S120).

도 3k에 도시된 바와 같이, 장치(20)의 제어부는 복수개의 밀폐 장치(26, 27)를 확장시켜서, 각각 파이프(2)의 내주면과 피팅부(3)의 내주면에 기밀하게 밀착되게 한다.

이후 장치(20)는 용접할 부위에 아르곤 가스를 분사하는 퍼징(pursing)을 수행한다. 퍼징된 아르곤 가스는 밀폐 장치(26, 27)에 의해 기밀 유지가 됨으로, 가스 사용량을 종래에 비해 획기적으로 감소시킬 수 있다.

이와 같은 상태에서, 작업자는 정렬된 파이프(2)와 피팅부(3)의 이음부에 복수개의 탭 피스를 임시 부착시키는 택(tack) 용접을 수행한다.

또한 국부 차단막 장치에 해당하는 장치(20)의 보호 장치는 작업자의 제어 하에 택 용접의 진행범위만큼 움직이도록 회전 작동을 수행한다.

이후 작업자는 상기 택 용접에 사용했던 탭 피스를 하나하나 제거해 가면서, 이음부 전체에 걸쳐 TIG용접을 수행하고, 이때에도 역시 TIG용접에 대응하게 보호 장치를 회전 작동 시킨다.

브러시 작업 및 흡입 - 제13단계(S130).

도 3l에 도시된 바와 같이, 장치(20)의 제어부는 복수개의 밀폐 장치(26, 27)를 원 위치시킨다.

이후 장치(20)는 그의 그라인더 장치(28)를 가동 후 용접 부위까지 확장 배치되도록 이동시킨 후, 그라인더 장치(28) 자체를 공정시키면서 용접시에 형성된 백비드 또는 산화막을 브러싱하고, 이런 브러싱에 의해 분리된 백비드 또는 산화막을 흡입하여 청소 작업을 수행한다.

클램핑 해제 및 간격 조절 장치 초기화 - 제14단계(S140).

이후 도 3m에 도시된 바와 같이, 장치(20)의 제어부는 360도 회전이 가능한 영상시스템으로 백비드 부위를 모니터링 함에 따라, 작업자로 하여금 외부에서 용접 부위에 대한 육안 검사를 할 수 있도록 한다.

이후 장치(20)의 제어부는 각각의 진원 보정 장치의 내압용 편자(23, 24)를 원 위치시켜 클램핑을 해제하고, 간격 조절 장치(24)의 6축 병렬 로봇을 초기 상태로 복귀시켜 초기화를 수행한다.

파이프 자동 정렬 장치 후진 - 제15단계(S150).

마지막으로, 도 3n에 도시된 바와 같이, 장치(20)는 원래 시작점으로 후진하여, 작업자에 의해 회수된다.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 파이프 취부 방법은 과중량의 피팅부를 파이프에 정밀하게 정렬할 수 있는 구체적인 방법을 제시함에 따라, 정렬 오류를 제거할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 파이프 취부 방법은 파이프와 피팅부간 상호 간섭에 의해 오작동이 발생되지 않게 함에 따라, 파이프 정렬 품질을 극대화시키고, 나아가 용접품질을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 파이프 취부 방법은 통합제어부의 채용에 따라 웨이트 밸런서와 파이프 자동 정렬 장치를 연동시킴에 따라, 정적 또는 동적 하중, 기울어짐 및 흔들림, 중량 또는 중량 불균형의 감소 상태에서 신속하게 피팅부와 파이프를 배열시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 파이프를 정반에 파이프 정렬용 피팅부를 웨이트 밸런서에 각각 배치하고, 상기 파이프에 파이프 자동 정렬 장치를 삽입하여 세팅하는 파이프 취부 방법에 있어서,

   상기 파이프 자동 정렬 장치의 주행 이후 레이저띠를 이용하여 작업위치를 확인 감지하고 정지하는 작업위치 확인 단계;

   상기 수평유지를 위해 진원 보정 장치의 확장을 수행하는 단계;

   전방측 진원 보정 장치의 내압용 편자를 상기 피팅부의 안쪽으로 배치시키도록 간격 조절 장치 전방 이동을 수행하는 단계;

   상기 파이프와 상기 피팅부 각각의 진원을 보정하는 단계;

   상기 파이프와 상기 피팅부 사이에 형성된 이음부 형상을 정렬을 위해 1차 계측하는 단계;

   상기 1차 계측 결과에 대응하게 상기 피팅부를 상기 파이프 쪽으로 정렬하는 단계;

   상기 정렬된 것을 확인하기 위해 상기 이음부의 형상을 2차 계측하는 단계;

   상기 2차 계측에 의한 결과값이 미리 정한 허용범위에 포함될 때, 상기 파이프 자동 정렬 장치 용접을 위한 밀폐 및 가스 분사를 수행하는 단계;

   이후 작업자가 용접을 완료하면, 브러시 작업 및 흡입을 수행하고, 클램핑 해제 및 간격 조절 장치 초기화 후 복귀하는 단계;를

   상기 웨이트 밸런서와 연동하여 수행하는 것을 특징으로 하는 파이프 취부 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 정렬하는 단계에서는 상기 파이프와 상기 피팅부간 갭과 단차를 용접 가능 상태로 정렬시키는 세부 정렬단계를 더 수행하되,

   상기 세부 정렬단계가

   ㉠ 파이프로부터 X축방향으로 이격되게 상기 피팅부를 이동시키고,

   ㉡ 목표 자세로 변환되기 위한 회전 성분값에 대응하게 상기 피팅부를 회동시키고,

   ㉢ 목표 자세를 위한 Z축방향 및 Y축방향 이동값에 대응하게 피팅부를 이동시키고,

   ㉣ 최종적으로 X축방향으로의 오프셋(offset)을 조정하는 것을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 파이프 취부 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 브러시 작업을 수행하기 전에 상기 파이프 자동 정렬 장치의 밀폐 장치를 원 위치시키는 것을 특징으로 하는 파이프 취부 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 웨이트 밸런서는

   상기 웨이트 밸런서에서 감지된 하중 및 기울기정보를 피드백(feedback)받고, 통합제어부를 통해 전달되어 온 상기 파이프 자동 정렬 장치의 작동정보를 입력받은 후, 이들 정보를 상기 웨이트 밸런서의 레벨링실린더 및 밸런싱실린더의 작동제어값 산출에 필요한 조건값으로 사용함으로써, 상기 파이프 자동 정렬 장치와 연동되는 것을 특징으로 하는 파이프 취부 방법.
5. 제1항에 있어서,

   2차 계측된 결과값이 허용범위에 포함되지 않을 경우, 상기 피팅부 정렬 단계를 다시 수행한 후 상기 2차 계측통해 허용범위에 포함되는 지른 확인하는 단계를 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 파이프 취부 방법.

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