KR100834686B1 - 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템 - Google Patents

Abstract

원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템은, 수평 가이드, 수직 가이드, 그리고 제어부를 포함한다. 수평 가이드는 원자로 헤드 안착대의 내부로 삽입될 수 있도록 형성되며, 적어도 하나의 베이스, 상기 베이스 상에 설치되는 수평 가이드 레일, 그리고 상기 원자로 헤드 안착대의 내벽을 지지하는 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부를 포함한다. 수직 가이드는 원자로 헤드 관통관을 보수하는 보수 로봇을 고정하는 로봇 고정부, 제1 구동장치를 포함하며 상기 제1 구동장치의 작동에 의해 상기 수평 가이드 레일 상을 이동할 수 있도록 형성되는 대차, 그리고 상기 대차에 고정되며 상기 로봇 고정부를 수직 방향으로 이동시키는 제2 구동장치를 가지는 수직 이송 구동부를 포함한다. 제어부는 상기 대차 및 상기 로봇 고정부의 위치가 조절될 수 있도록 상기 제1 및 제2 구동장치의 작동을 제어한다. 원자로 헤드 관통관 보수 로봇이 원격 제어를 통해 원자로 헤드 안착에 안으로 수평 이송시켜 주고, 손상된 관통관까지 용접 보수 장치가 도달할 수 있도록 수직 이송시켜 주고, 보수 로봇이 용접 보수 작업을 원활히 수행할 수 있도록 견고한 지지를 제공함으로써 작업자의 방사선 피복을 최소화하고 원자로 헤드 관통관의 손상을 원격으로 보수할 수 있다.

원자로 헤드, 관통관, 보수 로봇, 원격 제어

Description

원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템{REMOTE-CONTROLLED GUIDE SYSTEM FOR ROBOT REPAIRING CRDM NOZZLE OF NUCLEAR REACTOR HEAD}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템이 원자로 헤드의 하부에 배치된 상태를 보여주는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 가이드의 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 가이드의 보수 로봇 고정부의 상판과 하판의 사시도이다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 가이드의 수직 이송 구동부의 사시도이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 가이드의 보수 로봇 고정부의 사시도이다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 이송 구동부의 배면 사시도이고, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 이송 구동부의 배면에 결합되는 덮개의 사시도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 가이드의 대차의 사시도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수직 가이드의 대차의 앞판의 사시도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수평 가이드의 사시도이다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수평 가이드의 베이스 레일 연결부의 사시도들이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수평 가이드의 밑면 사시도이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수평 가이드의 안착대 내벽 지지부 구동봉의 사시도이다.

도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수평 가이드가 수평 가이드 고정 블록에 의해 원자로 헤드 안착대 내벽에 고정된 상태를 보여주는 도면이고, 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템의 수평 가이드 고정 블록의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 원자로 헤드 안착대 110: 원자로 헤드 안착대 외벽

120: 원자로 헤드 받침대 130: 원자로 헤드 안착대 내벽

200: 원자로 헤드 210: 원자로 헤드 관통관

300: 보수 로봇 400: 수직 가이드

410: 로봇 고정부 430: 수직 이송 구동부

470: 대차 500: 수평 가이드

600: 제어부

본 발명은 원자로 헤드 관통관(control rod drive mechanism Nozzle; CRDM Nozzle)의 손상부를 보수하는 로봇을 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시킬 수 있는 원격 제어 가이드 시스템에 관한 것이다.

원자력 발전소의 가장 핵심적인 기기인 원자로는 정상 가동 중 내부의 높은 온도, 압력 및 고 방사선에서도 건전성을 유지해야 하므로 정기적인 검사가 규제 기관에 의해 수행되며, 원자로의 결함은 보수되어야 한다. 특히 원자로 내의 핵분열 반응의 속도를 조절하기 위해 원자로 헤드에 관통관이 형성되고 제어봉(control rod)을 상하 이동시키며, 핵분열 반응 감속재인 붕산수를 투입한다. 관통관 용접부에 손상이 있을 경우 원자로 헤드의 관통관 용접부의 외부로 붕산이 누출될 수 있을 뿐만 아니라 탄소강으로 제작된 원자로 헤드 외부는 부식의 위험에 노출되어 있다. 따라서 원자로 헤드는 정기적으로 검사되어야 하고, 결함이 발생하였을 경 우 보수가 이루어져야 한다.

한편, 원자로 헤드의 보수는 원자로 헤드 하부에서 수행되어야 하는데, 원자로 헤드 하부는 고 방사선 영역이므로 작업자의 접근이 제한되어 원격으로 작업이 이루어져야 한다. 또한, 원자로 헤드는 보수 시에 원자로 헤드 안착대에 위치하게 되는데, 원자로 헤드 안착대는 원자로를 받치는 철골 받침대와 방사선 차폐를 위한 내벽과 외벽을 포함한다.

따라서 종래에는 원자로 헤드 보수 용접 장치가 보수하고자 하는 관통관에 도달하려면 상대적으로 먼 거리를 수평 및 수직으로 이동하여야 하며, 또한 원자로 헤드의 관통관의 원격 보수 용접 기술이 완전히 개발되지 않아 원자로 헤드의 용접 보수가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원자로 헤드 관통관의 손상부를 용접 보수하는 로봇을 원자로 헤드 하부에 위치시켜 주고, 보수 로봇을 관통관에 도달할 수 있도록 수직 이송시켜 주는 원격제어 가이드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템은, 수평 가이드, 수직 가이드, 그리고 제어부를 포함한다. 수평 가이드는 원자로 헤드 안착대의 내부로 삽입될 수 있도록 형성되며, 적어도 하나의 베이스, 상기 베이스 상에 설치되는 수평 가이드 레일, 그리고 상기 원자로 헤드 안착대의 내벽을 지지하는 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부를 포함한다. 수직 가이드는 원자로 헤드 관통관을 보수하는 보수 로봇을 고정하는 로봇 고정부, 제1 구동장치를 포함하며 상기 제1 구동장치의 작동에 의해 상기 수평 가이드 레일 상을 이동할 수 있도록 형성되는 대차, 그리고 상기 대차에 고정되며 상기 로봇 고정부를 수직 방향으로 이동시키는 제2 구동장치를 가지는 수직 이송 구동부를 포함한다. 제어부는 상기 대차 및 상기 로봇 고정부의 위치가 조절될 수 있도록 상기 제1 및 제2 구동장치의 작동을 제어한다.

상기 수직 이송 구동부는, 상기 제2 구동장치에 의해 회전되는 볼 스크류와, 직선 운동 가이드 슬롯이 형성된 직선 운동 가이드 블록을 더 포함할 수 있고, 상기 로봇 고정부는, 뒤판, 상기 뒤판의 상부 및 하부에 각각 결합되며 상기 보수 로봇을 고정할 수 있도록 형성된 로봇 고정 블록을 각각 갖는 상판 및 하판, 상기 뒤판에 고정되며 상기 볼 스크류의 회전에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 볼 스크류에 체결되는 볼 너트가 형성되는 로봇 고정부 캐리지, 그리고 상기 뒤판의 상하 방향으로 형성되며 상기 직선 운동 가이드 슬롯에 체결되는 직선 운동 가이드 레일을 더 포함할 수 있다.

상기 수직 이송 구동부는, 상하 방향으로 연장되어 형성되는 제1 뒤판, 상기 제1 뒤판의 상부와 하부에 각각 결합되는 제1 상판과 제1 하판, 상기 제1 상판에 인접하도록 상기 제1 뒤판에 설치되며 상기 제2 구동장치를 고정하는 구동장치 고정판, 상기 제1 뒤판으로부터 소정 거리 만큼 이격되어 회전 가능하도록 설치되는 볼 스크류, 상기 제2 구동장치의 작동에 의해 상기 볼 스크류가 회전할 수 있도록 상기 제2 구동장치와 상기 볼 스크류를 연결하는 구동 벨트, 직선 운동 가이드 슬롯이 형성된 직선 운동 가이드 블록, 그리고 상기 상판 및 하판 사이에 설치되는 봉 베어링을 더 포함할 수 있고, 상기 로봇 고정부는, 제2 뒤판, 상기 제2 뒤판의 상부 및 하부에 각각 결합되며 상기 보수 로봇을 고정할 수 있도록 형성된 로봇 고정 블록을 각각 갖는 제2 상판 및 제2 하판, 상기 제2 뒤판에 고정되며 상기 볼 스크류의 회전에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 볼 스크류에 체결되는 볼 너트가 형성되고 상기 봉 베어링이 삽입되는 부쉬가 형성되는 로봇 고정부 캐리지, 그리고 상기 제2 뒤판의 상하 방향으로 형성되며 상기 직선 운동 가이드 슬롯에 체결되는 직선 운동 가이드 레일을 더 포함할 수 있다.

상기 로봇 고정부 캐리지에는 상기 직선 운동 가이드 블록의 적어도 일부를 수용할 수 있는 직선 운동 가이드 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 대차는, 상기 수직 이송 구동부의 행정 거리가 증가하도록 상기 수직 이송 구동부의 일부가 삽입된 상태에서 조립되도록 형성된 장착 홈과 상기 수직 이송 구동부의 전후 위치가 일정한 상태에서 이동하도록 상기 수직 이송 구동부를 가이드하는 가이드 홈을 구비하는 대차 상판, 상기 대차 상판에 결합되는 대차 앞판, 상기 대차 상판에 부착되며 상기 수직 이송 구동부가 조립될 때 좌우 위치가 일정하도록 상기 수직 이송 구동부를 가이드하는 가이드 블록, 상기 대차 상판의 하부에 부착되는 대차 바퀴, 상기 제1 구동장치의 구동력을 상기 대차 바퀴로 전달하는 동력 전달 장치, 상기 제1 구동장치 및 상기 제2 구동장치의 작동 및 제어를 위한 전원선 및 신호선이 연결될 수 있도록 형성된 커넥터 박스, 상기 대차 앞판에 부착되는 센서 블록, 그리고 상기 센서 블록에 장착되는 수평 가이드 리밋 센서와 홈 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 베이스는 복수 개로 구비될 수 있고, 상기 가이드 레일은 대차가 수평 이동할 수 있도록 가이드를 제공하며 상기 복수 개의 베이스가 서로 체결될 때 좌우 위치가 일정하도록 가이드하는 홈이 형성되고 수직 하중에 견딜 수 있도록 일정 부분 겹치도록 조립될 수 있으며, 상기 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부는 상기 복수 개의 베이스 중 최선단에 위치하는 베이스에 설치될 수 있다. 그리고 상기 수평 가이드는, 상기 대차가 이동할 때 전면 리밋과 홈 위치를 나타낼 수 있도록 상기 최선단의 베이스에 장착된 전면 센서 블록과 홈 센서 블록, 상기 대차가 이동할 때 후면 리밋을 나타내도록 상기 복수 개의 베이스 중 최후단에 위치하는 베이스에 장착되는 후면 센서 블록, 상기 레일을 상기 복수 개의 베이스에 고정하는 레일 덮개, 그리고 상기 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부를 구동하기 위한 구동력을 전달하는 구동봉을 더 포함할 수 있다.

상기 구동봉은 복수 개의 부분으로 분할되고, 상기 분할된 부분의 일단은 교대로 암 스플라인 및 수 스플라인으로 가공되고, 상기 분할된 부분들 사이에는 스프링이 배치될 수 있다.

상기 구동봉의 양 끝단 중 상기 원자로 헤드 안착대의 외부 방향의 끝단은 육각 볼트로 형성될 수 있다.

상기 수평 가이드는 상기 복수 개의 베이스의 하부에 부착되며 높낮이가 조절될 수 있는 베이스 바퀴를 구비할 수 있다.

상기 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부는, 상기 구동봉의 회전 운동에 의해 전후로 직선 운동을 하는 밀대, 상기 밀대에 연결되어 회전 운동을 하는 제1 링크, 상기 제1 링크와 볼 플런저로 고정되고 회전 관절로 연결되는 제2 링크, 그리고 상기 제2 링크와 볼 플런저로 고정되고 회전 관절로 연결되어 상기 원자로 헤드 안착대의 내면을 지지하는 지지대를 포함할 수 있다.

상기 수평 가이드는 원자로 안착대의 내벽과의 고정을 위한 수평 가이드 고정 블록을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 수평 가이드 고정 블록은, 고정 블록 몸체, 상기 고정 블록 몸체의 일측에 부착되며 상기 원자로 헤드 안착대의 내벽의 일정 위치에 안착시키기 위해 형성된 V자형 홈을 구비하는 V-홈 판, 그리고 상기 고정 블록 몸체의 다른 일측에 부착되며 상기 수평 가이드의 베이스의 상하로 고정되고 좌우로 위치 조정 가능하도록 형성된 고정 블록 하판을 포함할 수 있다.

상기 V-홈 판은 상기 원자로 안착대 내벽을 손상시키지 않도록 엔지니어링 플라스틱으로 만들어질 수 있다.

상기 고정 블록 몸체에는 고정 블록 축이 구비되고, 상기 V-홈 판은 상기 고정 블록 축의 회전에 의해 직선 운동하도록 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템이 원자로 헤드 안착대(100)의 내부에 배치되어 있고 원자로 헤드(200)가 원자로 헤드 안착대(100) 위에 안착된 상태를 보여준다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 원자로 헤드(200)의 일부만을 도시하였다.

원자로 헤드 안착대(100)는 외벽(110), 내벽(130), 그리고 외벽(110)과 내벽(130) 사이에 배치되는 원자로 헤드 받침대(120)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템은 수평 가이드(500), 수직 가이드(400), 그리고 제어부(600)를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 보수 로봇(300)이 수직 가이드(400)에 설치되며, 수직 가이드(400)는 수평 가이드(500) 상에 설치된다. 제어부(600)에 의한 원격 제어를 통해 수평 가이드(500)와 수직 가이드(400)를 제어하여 보수할 원자로 헤드 관통관(210)의 위치로 보수 로봇(300)을 이송시킨다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 수평 가이드(500)는, 원자로 헤드 안착대(100)의 내부로 삽입될 수 있도록 형성되며, 적어도 하나의 베이스(510, 540, 550, 560), 베이스(510, 540, 550, 560) 상에 설치되는 수평 가이드 레일(502), 그리고 원자로 헤드 안착대(100)의 내벽을 지지하는 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부(514)를 포함한다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 수직 가이드(400)는, 원자로 헤드 관통관(210)을 보수하는 보수 로봇(300)을 고정하는 로봇 고정부(410), 제1 구동장치(473)를 포함하며 제1 구동장치(473)의 작동에 의해 수평 가이드 레일(502) 상을 이동할 수 있도록 형성되는 대차(470), 그리고 대차(470)에 고정되며 로봇 고정부(410)를 수직 방향으로 이동시키는 제2 구동장치(444)를 가지는 수직 이송 구동부를 포함한다.

예를 들어, 제1 구동장치(473) 및 제2 구동장치(444)는 모터로 구현될 수 있다. 이하에서는, 제1 구동장치(473)를 대차 구동용 모터로 칭하고, 제2 구동장치(444)를 수직 이송용 모터로 칭하기로 한다.

제어부(600)는 대차(470) 및 로봇 고정부(410)의 위치가 조절될 수 있도록 대차 구동용 모터(473) 및 수직 이송용 모터(444)의 작동을 제어한다.

제어부(600)는 마이크로프로세서, 메모리, 및 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 용이하게 이해될 수 있는 것처럼 센서들과 통신하고 이하에서 기술할 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템을 구동시키기 위한 제어를 수행한다. 예를 들어, 마이크로프로세서는 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템을 제어하도록 프로그램된 설정된 프로그램에 의해 구동되도록 형성되며, 메모리에는 이러한 제어를 위한 각종 데이터가 저장된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 수직 가이드(400)는 로봇 고정부(410), 수직 이송 구동부(430), 그리고 대차(470)를 포함한다.

도 4a 및 도 5a를 참조하면, 수직 이송 구동부(430)는, 상하 방향으로 연장되어 형성되는 제1 뒤판(436), 제1 뒤판(436)의 상부와 하부에 각각 결합되는 제1 상판(437)과 제1 하판(438), 제1 상판(437)에 인접하도록 제1 뒤판(436)에 설치되며 수직 이송용 모터(444)를 고정하는 구동장치 고정판(442), 제1 뒤판(436)으로부터 소정 거리 만큼 이격되어 회전 가능하도록 설치되는 볼 스크류(431), 수직 이송용 모터(444)의 작동에 의해 볼 스크류(431)가 회전할 수 있도록 수직 이송용 모터(444)와 볼 스크류(431)를 연결하는 구동 벨트(440), 직선 운동 가이드 슬롯이 형성된 직선 운동 가이드 블록(434), 그리고 제1 상판(437) 및 제1 하판(438) 사이에 설치되는 봉 베어링(433)을 포함한다. 그리고 수직 이송 구동부(430)는 제1 하판(438)의 구조적 강도를 보강하기 위한 제1 보강판(439)을 더 포함할 수 있다.

도면을 참조하면, 로봇 고정부(410)는, 제2 뒤판(413), 제2 뒤판(413)의 상부 및 하부에 각각 결합되며 보수 로봇(300)을 고정할 수 있도록 형성된 로봇 고정 블록(411a, 412a)을 각각 갖는 제2 상판(411) 및 제2 하판(412), 제2 뒤판(413)에 고정되며 볼 스크류(431)의 회전에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있도록 볼 스크류(431)에 체결되는 볼 너트(417)가 형성되고 봉 베어링(433)이 삽입되는 관통홀(421)을 가지는 부쉬(418)가 형성되는 로봇 고정부 캐리지(416), 그리고 제2 뒤판(413)의 상하 방향으로 형성되며 직선 운동 가이드 슬롯에 체결되는 직선 운동 가이드 레일(420)을 포함한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 로봇 고정부(410)와 수직 이송 구동부(430)에 대해 보다 상세히 설명한다.

로봇 고정부(410)는 상하 방향으로 연장되어 형성되는 제2 뒤판(413)과 이의 상부 및 하부에 각각 결합되는 제2 상판(411) 및 제2 하판(412)을 포함한다. 제2 상판(411)과 제2 하판(412)은 볼트 결합을 통해서 제2 뒤판(413)에 결합될 수 있다. 보수 로봇(300)은 로봇 고정부(410)의 제2 상판(411)과 제2 하판(412)에 고정된다. 그리고 보수 로봇(300)의 하중과 보수 로봇(300)이 팔이 펼쳐 졌을 때 모멘트 하중을 감당하기 위해서 제2 옆판(414)이 추가될 수 있다. 제2 옆판(414)은 볼트 결합을 통해서 제2 뒤판(413), 제2 상판(411), 및 제2 하판(412)에 결합될 수 있다. 나아가 제2 하판(412)을 지지하는 제2 보강판(415)이 더 구비될 수 있다.

도 3a 및 도 3b을 참고하면, 로봇 고정 블록(411a)과 장착홈(411b)이 제2 상판(411)에 형성되고, 로봇 고정 블록(412a)과 장착홈(412b)이 제2 하판(412)에 형성된다. 장착홈(411b, 412b)이 형성됨으로써 보수 로봇(300)의 장착 시에 장애를 없앨 수 있으며, 로봇 고정 블록(411a, 412a)이 구비됨으로써 로봇을 수평으로 밀착 고정시킬 수 있다.

로봇 고정부(410)는 수직 이송 구동부(430)의 볼 스크류(431)의 회전에 의해 로봇 고정부 캐리지(416)에 고정되어 있는 볼 너트(417)를 밀어 올려 상하 운동을 하며, 최대의 행정 거리를 얻기 위해 로봇 고정부 캐리지(416)가 상부의 볼 스크류 베어링 하우징(432)과 만나는 부분에 캐리지 홈(419)이 형성된다. 볼 스크류(431)를 구동하는 풀리가 볼 스크류(431) 끝단에 장착되며, 볼 스크류(431)는 제1 상판(437)과 제1 하판(438) 그리고 볼 스크류 베어링 하우징(432)에 의해 지지된다.

로봇 고정부(410)는 상하 이송 시 봉 베어링(433)과 볼 부쉬(418)에 의해 지지되며, 보수 로봇(300)에 의해 발생되는 모멘트 하중을 더욱 견고하게 지지하기 위해서 직선 운동 가이드가 설치된다. 직선 운동 가이드는 로봇 고정부(410)의 뒤판(413)의 중앙에 볼트에 의해 고정된 직선 운동 가이드 레일(420)과 최대한의 모멘트 하중을 견디기 위하여 수직 이송 구동부(430)의 최상단에 볼트에 의해 고정된 직선 운동 블록(434)을 포함한다. 상하 운동에 직접 사용되는 볼 스크류(431), 볼 너트(417)의 강구, 봉 베어링(433), 볼 부쉬(418)의 강구, 직선 운동 가이드 레일(420) 그리고 직선 운동 가이드 블록(434)의 강구는 방청을 위해 레이던트(raydent) 처리될 수 있다.

수직 이송 구동부(430)는 사다리꼴 모양의 두 개의 제1 옆판(435)으로 대차(470)에 볼트 고정되어 지지되며, 제1 뒤판(436)은 두 개의 제1 옆판(435)의 옆판(435)의 가운데에 있는 장착홈에 삽입되어 볼트 고정되고, 제1 상판(437)은 제1 뒤판(436)과 제1 옆판(435)에 함께 볼트 고정되며, 제1 하판(438)은 제1 뒤판(436)에 볼트 고정되어 로봇 고정부(410)의 수직 하중을 감당하고, 수직 하중이 분포되도록 하판 제1 보강대(438)를 제1 하판(438)과 제1 뒤판(436)에 볼트 고정한다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 볼 스크류(431)는 끝단에 장착된 풀리에 연결된 구동 벨트(440)에 의해 구동되며, 구동 벨트(440)의 모터 측 풀리(441)에 연결되어 구동된다. 모터 측 풀리(441)는 견고하게 구동력을 전달할 수 있도록 제1 상판(437)과 모터 고정판(442)에 의해 양단 지지되어 있으며, 수직 이송용 감속기(443)에 연결되어 있다. 수직 이송용 감속기(443)는 수직 이송용 모터(444)에 체결되어 구동력을 증가시킨다. 제1 뒤판(436)의 후면에 위치하는 수직 이송용 모터(444)와 기타 케이블들을 보호하기 위하여 덮개(450)가 제1 상판(437)과 제1 옆판(435)에 볼트 고정된다.

대차(470)는, 수직 이송 구동부(430)의 행정 거리가 증가하도록 수직 이송 구동부(430)의 일부가 삽입된 상태에서 조립되도록 형성된 수직 이송 구동부 장착 홈(471a)과 수직 이송 구동부(430)의 전후 위치가 일정한 상태에서 이동하도록 수직 이송 구동부(430)를 가이드하는 가이드 홈(471b)을 구비하는 대차 상판(471), 대차 상판(471)에 결합되는 대차 앞판(478), 대차 상판(471)에 부착되며 수직 이송 구동부(430)가 조립될 때 좌우 위치가 일정하도록 수직 이송 구동부(430)를 가이드하는 가이드 블록(472), 대차 상판(471)의 하부에 부착되는 대차 바퀴, 대차 구동용 모터(473)의 구동력을 바퀴로 전달하는 동력 전달 장치, 수직 이송용 모터(444)와 대차 구동용 모터(473)의 작동 및 제어를 위한 전원선 및 신호선이 연결될 수 있도록 형성된 커넥터 박스(477), 대차 앞판(478)에 부착되는 센서 블록, 그리고 센서 블록에 장착되는 수평 가이드 리밋 센서(480) 및 홈 센서를 더 포함한다.

도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템은 대차(470)와 로봇 고정부(410)의 위치 및 이동 리밋을 검출하기 위한 센서들을 구비할 수 있으며, 제어부(600)는 이 센서들의 신호에 기초하여 대차 구동용 모터(473)와 수직 이송용 모터(444)의 작동을 제어할 수 있다.

이하에서, 첨부된 도 6 및 도 7을 참조하여, 대차(470)에 대해 보다 상세하게 설명한다.

수직 이송 구동부(430)는 그 행정 거리를 최대로 하기 위해 고안된 대차 상판(471)에는 수직 이송 구동부 장착홈(471a)에 장착되며, 조립의 편의성을 위해 제1 뒤판(436)이 가이드 홈(471b)과 가이드 블록(472)을 따라 조립된다. 수직 이송 구동부(430)는 이동의 편리성을 위해서 대차(470)와 분리해서 이동하고, 설치할 때 재조립되므로 분해/조립의 편리성을 위해 조립용 바(445)가 제1 옆판(435) 하단에 볼트 고정되며, 조립될 때는 대차 상판(471)에 위에서 아래로 볼트 고정된다. 대차(470)의 구동부는 구동력을 생성하는 대차 구동용 모터(473)와 이에 체결되어 구동력을 증대시키는 대차구동 감속기(474), 양쪽 구름 마찰 바퀴에 구동력을 동시에 전달하기 위해서 사용되는 베벨 감속기(476), 대차구동 감속기(474)와 베벨 감속기(476)를 연결해 주는 커플러(475), 대차 앞바퀴의 구동력을 대차 뒷바퀴로 전달하기 위한 스프라켓과 체인 그리고 대차 뒷바퀴로 구성된다. 모터에 전원을 공급하고 위치 정보와 리밋 위치를 통신하는 선들은 커넥터 박스(477)를 통해서 제어부(600)와 연결된다.

한편, 도 7 및 도 8을 참고하면, 대차(470)가 수평 가이드(500) 상에서 수평 운동을 할 때 리밋 위치와 홈 위치를 나타내는 리밋 스위치부는 세 개의 센서 블록(501), 원자로 헤드 안착대 내벽 쪽 리밋을 표시하는 센서 블록, 홈 위치를 표시하는 센서 블록, 원자로 헤드 안착대 입구 쪽 리밋을 나타내는 센서 블록, 대차 앞판(478)에 장착되는 센서 홀더(479), 전기 장치를 수직 가이드(400)에 모두 탑재하기 위해 대차 앞판(478)에 모두 장착되는 수평 가이드 리밋 센서(480)로 구성된다.

수평 가이드(500)는 복수 개의 베이스, 즉, 제1 베이스(510), 제2 베이스(540), 제3 베이스(550) 및 제4 베이스(560)를 포함한다. 가이드 레일(502)은 대차(470)가 수평 이동할 수 있도록 가이드를 제공하며 복수 개의 베이스(510, 540, 550, 560)가 서로 체결될 때 좌우 위치가 일정하도록 가이드하는 홈이 형성되고 수직 하중에 견딜 수 있도록 일정 부분 겹치도록 조립되며, 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부(514)는 베이스 중 최선단에 위치하는 제1 베이스(510)에 설치된다.

한편, 수평 가이드(500)는, 대차(470)가 이동할 때 전면 리밋과 홈 위치를 나타낼 수 있도록 제1 베이스(510)에 장착된 전면 센서 블록과 홈 센서 블록, 대차(470)가 이동할 때 후면 리밋을 나타내도록 최후단의 베이스인 제4 베이스(560)에 장착되는 후면 센서 블록, 가이드 레일(502)을 베이스(510, 540, 550, 560)에 고정하는 레일 덮개(503), 그리고 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부(514)를 구동하기 위한 구동력을 전달하는 구동봉(513)을 더 포함할 수 있다.

도 11을 참조하면, 구동봉(513)은 복수 개의 부분으로 분할되고, 분할된 부분의 일단은 교대로 암 스플라인(513a) 및 수 스플라인(513b)으로 가공될 수 있다. 그리고 구동봉(513)의 분할된 부분들 사이에는 구동봉 체결 스프링(513c)이 배치될 수 있다.

구동봉(513)의 양 끝단 중 원자로 헤드 안착대(100)의 외부 방향의 끝단은 육각 볼트로 형성된다.

수평 가이드(500)는 베이스의 하부에 부착되며 높낮이가 조절될 수 있는 베이스 바퀴를 구비한다.

이하에서, 첨부된 도면을 참고하여 수평 가이드(500)에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 8을 참조하면, 가이드 시스템은 원자로 헤드 관통관을 보수할 때마다 새로 설치되어야 하기 때문에, 수평 가이드(500)는 사람이 들고 이동할 수 있도록 여러 개(예를 들어, 본 실시예에서는 네 개)의 베이스(510, 540, 550, 560)로 나누어져 있다. 즉, 수평 가이드(500)의 베이스는, 원자로 헤드 안착대(100)의 내벽(130)에 지지되는 제1 베이스(510)와 중간 연결부인 제2 베이스(540)와 제3 베이스(550), 원자로 헤드 안착대 입구 쪽의 제4 베이스(560)로 구성된다. 한편, 대차(470)의 수평 이동에 직선 운동 가이드를 사용하면 베이스를 체결할 때 생기는 단차에 의해 대차(470)가 단차를 지나갈 때 직선 운동 가이드 블록 내의 강구에 손 상이 생길 수 있으며, 그로 인해 가이드의 수명이 줄어들 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 수평 이동에 일반 레일(502)과 구름 마찰을 하는 바퀴를 사용한다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 수평 가이드(500)의 레일(502)은 베이스(510, 540, 550, 560)와 베이스 연결부에서 수직 하중을 견딜 수 있도록 인접하는 베이스 사이를 겹치도록 형성된다. 즉, 도 9a에 도시된 부분이 도 9b에 도시된 부분에 끼워 짐으로써, 레일(502)은 그 연결부에서 서로 겹쳐지도록 형성된다. 또한, 레일(502)은 레일 덮개(503)와 함께 베이스 판에 볼트 고정되며, 레일 끝단(502a, 502b)은 베이스(510, 540, 550, 560)의 조립 시 가이드 역할을 하도록 요철 모양으로 형성된다.

도 10을 참조하면, 수평 가이드(500)는 네 개의 베이스(510, 540, 550, 560)가 모두 고정 시에 경우에 높이가 조절되며 이동 시에 바퀴로 이동할 수 있도록 풋 마스터(foot master)(511), 베이스(510, 540, 550, 560) 조립 시 가이드 역할과 체결 역할을 하는 한 쌍의 체결핀(512), 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부(514)를 구동하는 구동봉(513), 레일(502)과 레일 덮개(503), 그리고 베이스 몸체(515)를 포함한다.

원자로 안착대(100)의 내벽(130)을 지지하는 원자로 안착대 내벽 지지부(514)는 구동봉(513)에 의해 전후 운동을 하는 밀대(514a), 제1 링크(514b), 제2 링크(514c), 그리고 내벽 지지대(514d)를 포함한다. 제1 링크(514b)는 밀대(514a)에 연결되어 회전 운동을 한다. 제2 링크(514c)는 제1 링크(514b)와 볼 플런 저(ball plunger)로 고정되고 회전 관절로 연결된다. 지지대(514d)는 제2 링크(514c)와 볼 플런저로 고정되고 회전 관절로 연결되어 원자로 헤드 안착대(100)의 내면을 지지한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 구동봉(513)은 베이스(510, 540, 550, 560) 조립 시 연결되어 구동할 수 있는 암 스플라인 끝단(513a), 수 스플라인 끝단(513b), 그리고 스플라인 체결이 원활히 될 수 있도록 하는 체결 스프링(513c)을 포함한다.

한편, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 수평 가이드(500)는 원자로 안착대(100)의 내벽(130)과의 고정을 위한 수평 가이드 고정 블록(590)을 더 포함한다. 수평 가이드 고정 블록(590)은 고정 블록 몸체(593), 고정 블록 몸체(593)의 일측에 부착되며 원자로 헤드 안착대(100)의 내벽(130)의 일정 위치에 안착시키기 위해 형성된 V자형 홈(591a)을 구비하는 V-홈 판(591), 그리고 고정 블록 몸체(593)의 다른 일측에 부착되며 베이스(510, 540, 550, 560)의 상하로 고정되고 좌우로 위치 조정 가능하도록 형성된 고정 블록 하판(592)을 포함한다.

보다 구체적으로, 수평 가이드(500)는 두 개의 수평 가이드 고정 블록(590)에 의해 원자로 헤드 안착대(100)의 내벽(130) 사이에 견고하게 고정된다.

V-홈 판(591)은 원자로 안착대(100)의 내벽(130)을 손상시키지 않도록 엔지니어링 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 고정 블록 몸체(593)에는 고정 블록 축(594)이 구비되고, V-홈 판(591)은 고정 블록 축(594)의 회전에 의해 직선 운동하도록 형성된다. 즉, 고정 블록 몸체(593)는 고정 블록 축(594)의 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸어 주고 이에 의해 V-홈 판(591)이 좌우 직선 운동을 하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 원자로 헤드 관통관의 손상을 보수하는 보수 로봇의 원격 제어 가이드 시스템은 다음과 같은 순서로 적용될 수 있다. 우선, 수평 가이드를 먼저 설치하고, 설치된 수평 가이드 위에 수직 가이드를 설치한다. 가이드 시스템이 설치되면 보수 로봇 또는 검사 로봇을 수직 가이드에 설치한다. 설치된 보수 또는 검사 로봇을 원하는 관통관까지 이송하기 위해 컴퓨터 기반의 제어 프로그램을 이용하여, 원하는 관통관에 보수 또는 검사 로봇이 관통관 내부에 삽입되어 고정되도록 한다.

이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경 및/또는 수정을 포함한다.

상기한 바와 같은 구성을 가진 본 발명에 따르면, 원자로 헤드 관통관 보수 로봇이 원격 제어를 통해 원자로 헤드 안착에 안으로 수평 이송시켜 주고, 손상된 관통관까지 용접 보수 장치가 도달할 수 있도록 수직 이송시켜 주고, 보수 로봇이 용접 보수 작업을 원활히 수행할 수 있도록 견고한 지지를 제공함으로써 작업자의 방사선 피복을 최소화하고 원자로 헤드 관통관의 손상을 원격으로 보수할 수 있다.

Claims (13)

1. 원자로 헤드 안착대의 내부로 삽입될 수 있도록 형성되며, 적어도 하나의 베이스, 상기 베이스 상에 설치되는 수평 가이드 레일, 그리고 상기 원자로 헤드 안착대의 내벽을 지지하는 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부를 포함하는 수평 가이드;

   원자로 헤드 관통관을 보수하는 보수 로봇을 고정하는 로봇 고정부, 제1 구동장치를 포함하며 상기 제1 구동장치의 작동에 의해 상기 수평 가이드 레일 상을 이동할 수 있도록 형성되는 대차, 그리고 상기 대차에 고정되며 상기 로봇 고정부를 수직 방향으로 이동시키는 제2 구동장치를 가지는 수직 이송 구동부를 포함하는 수직 가이드; 및

   상기 대차 및 상기 로봇 고정부의 위치가 조절될 수 있도록 상기 제1 및 제2 구동장치의 작동을 제어하는 제어부

   를 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
2. 제1항에서,

   상기 수직 이송 구동부는, 상기 제2 구동장치에 의해 회전되는 볼 스크류와, 직선 운동 가이드 슬롯이 형성된 직선 운동 가이드 블록을 더 포함하고,

   상기 로봇 고정부는, 뒤판, 상기 뒤판의 상부 및 하부에 각각 결합되며 상기 보수 로봇을 고정할 수 있도록 형성된 로봇 고정 블록을 각각 갖는 상판 및 하판, 상기 뒤판에 고정되며 상기 볼 스크류의 회전에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있 도록 상기 볼 스크류에 체결되는 볼 너트가 형성되는 로봇 고정부 캐리지, 그리고 상기 뒤판의 상하 방향으로 형성되며 상기 직선 운동 가이드 슬롯에 체결되는 직선 운동 가이드 레일을 더 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
3. 제1항에서,

   상기 수직 이송 구동부는, 상하 방향으로 연장되어 형성되는 제1 뒤판, 상기 제1 뒤판의 상부와 하부에 각각 결합되는 제1 상판과 제1 하판, 상기 제1 상판에 인접하도록 상기 제1 뒤판에 설치되며 상기 제2 구동장치를 고정하는 구동장치 고정판, 상기 제1 뒤판으로부터 소정 거리 만큼 이격되어 회전 가능하도록 설치되는 볼 스크류, 상기 제2 구동장치의 작동에 의해 상기 볼 스크류가 회전할 수 있도록 상기 제2 구동장치와 상기 볼 스크류를 연결하는 구동 벨트, 직선 운동 가이드 슬롯이 형성된 직선 운동 가이드 블록, 그리고 상기 제1 상판 및 제1 하판 사이에 설치되는 봉 베어링을 더 포함하고,

   상기 로봇 고정부는, 제2 뒤판, 상기 제2 뒤판의 상부 및 하부에 각각 결합되며 상기 보수 로봇을 고정할 수 있도록 형성된 로봇 고정 블록을 각각 갖는 제2 상판 및 제2 하판, 상기 제2 뒤판에 고정되며 상기 볼 스크류의 회전에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있도록 상기 볼 스크류에 체결되는 볼 너트가 형성되고 상기 봉 베어링이 삽입되는 부쉬가 형성되는 로봇 고정부 캐리지, 그리고 상기 제2 뒤판의 상하 방향으로 형성되며 상기 직선 운동 가이드 슬롯에 체결되는 직선 운동 가이드 레일을 더 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
4. 제2항 또는 제3항에서,

   상기 로봇 고정부 캐리지에는 상기 직선 운동 가이드 블록의 적어도 일부를 수용할 수 있는 직선 운동 가이드 슬롯이 형성되는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
5. 제1항에서,

   상기 대차는,

   상기 수직 이송 구동부의 행정 거리가 증가하도록 상기 수직 이송 구동부의 일부가 삽입된 상태에서 조립되도록 형성된 장착 홈과 상기 수직 이송 구동부의 전후 위치가 일정한 상태에서 이동하도록 상기 수직 이송 구동부를 가이드하는 가이드 홈을 구비하는 대차 상판,

   상기 대차 상판에 결합되는 대차 앞판,

   상기 대차 상판에 부착되며 상기 수직 이송 구동부가 조립될 때 좌우 위치가 일정하도록 상기 수직 이송 구동부를 가이드하는 가이드 블록,

   상기 대차 상판의 하부에 부착되는 대차 바퀴,

   상기 제1 구동장치의 구동력을 상기 대차 바퀴로 전달하는 동력 전달 장치,

   상기 제1 구동장치 및 상기 제2 구동장치의 작동 및 제어를 위한 전원선 및 신호선이 연결될 수 있도록 형성된 커넥터 박스,

   상기 대차 앞판에 부착되는 센서 블록, 그리고

   상기 센서 블록에 장착되는 수평 가이드 리밋 센서와 홈 센서를 더 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
6. 제1항에서,

   상기 베이스는 복수 개로 구비되고,

   상기 수평 가이드 레일은 대차가 수평 이동할 수 있도록 가이드를 제공하며 상기 복수 개의 베이스가 서로 체결될 때 좌우 위치가 일정하도록 가이드하는 홈이 형성되고 수직 하중에 견딜 수 있도록 일정 부분 겹치도록 조립되며,

   상기 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부는 상기 복수 개의 베이스 중 최선단에 위치하는 베이스에 설치되고,

   상기 수평 가이드는, 상기 대차가 이동할 때 전면 리밋과 홈 위치를 나타낼 수 있도록 상기 최선단의 베이스에 장착된 전면 센서 블록과 홈 센서 블록, 상기 대차가 이동할 때 후면 리밋을 나타내도록 상기 복수 개의 베이스 중 최후단에 위치하는 베이스에 장착되는 후면 센서 블록, 상기 수평 가이드 레일을 상기 복수 개의 베이스에 고정하는 레일 덮개, 그리고 상기 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부를 구동하기 위한 구동력을 전달하는 구동봉을 더 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
7. 제6항에서,

   상기 구동봉은 복수 개의 부분으로 분할되고, 상기 분할된 부분의 일단은 교대로 암 스플라인 및 수 스플라인으로 가공되고, 상기 분할된 부분들 사이에는 스 프링이 배치되는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
8. 제6항 또는 제7항에서,

   상기 구동봉의 양 끝단 중 상기 원자로 헤드 안착대의 외부 방향의 끝단은 육각 볼트로 형성되는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
9. 제6항에서,

   상기 수평 가이드는 상기 복수 개의 베이스의 하부에 부착되며 높낮이가 조절될 수 있는 베이스 바퀴를 구비하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
10. 제6항에서,

    상기 원자로 헤드 안착대 내벽 지지부는,

    상기 구동봉의 회전 운동에 의해 전후로 직선 운동을 하는 밀대,

    상기 밀대에 연결되어 회전 운동을 하는 제1 링크,

    상기 제1 링크와 볼 플런저로 고정되고 회전 관절로 연결되는 제2 링크, 그리고

    상기 제2 링크와 볼 플런저로 고정되고 회전 관절로 연결되어 상기 원자로 헤드 안착대의 내면을 지지하는 지지대를 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
11. 제6항에서,

    상기 수평 가이드는 원자로 안착대의 내벽과의 고정을 위한 수평 가이드 고정 블록을 더 포함하며,

    상기 수평 가이드 고정 블록은

    고정 블록 몸체,

    상기 고정 블록 몸체의 일측에 부착되며 상기 원자로 헤드 안착대의 내벽의 일정 위치에 안착시키기 위해 형성된 V자형 홈을 구비하는 V-홈 판, 그리고

    상기 고정 블록 몸체의 다른 일측에 부착되며 상기 수평 가이드의 베이스의 상하로 고정되고 좌우로 위치 조정 가능하도록 형성된 고정 블록 하판을 포함하는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
12. 제11항에서,

    상기 V-홈 판은 상기 원자로 안착대 내벽을 손상시키지 않도록 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.
13. 제11항에서,

    상기 고정 블록 몸체에는 고정 블록 축이 구비되고, 상기 V-홈 판은 상기 고정 블록 축의 회전에 의해 직선 운동하도록 형성되는 원자로 헤드 관통관 보수 로봇용 원격 제어 가이드 시스템.

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