KR100999953B1

KR100999953B1 - 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법

Info

Publication number: KR100999953B1
Application number: KR1020100012088A
Authority: KR
Inventors: 이성식
Original assignee: 웰텍 주식회사
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-12-13

Abstract

본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 관로 시공 구간에 설치된 제1강관에 강관 정형이음장치의 한쪽의 원형 몸체를 장착하고, 인양 장비를 이용하여 제2강관을 인양한 상태에서 강관 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 제2강관에 장착하여 제1강관과 제2강관을 연결하고, 박스형 구조를 가진 자동용접 캐리지를 이용하여 강관 연결부의 외면을 용접함과 아울러 지능형 다관절 로봇암 구조를 가진 자동용접로봇을 이용하여 강관 연결부의 내면을 자동 용접함으로써 강관 연결 시공 작업의 편의성을 높이고, 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 아울러 협소한 시공 공간에서도 보다 용이하게 용접 작업을 수행할 수 있게 되어, 강관 연결 부분의 신뢰성 및 용접 작업성 향상에 기여할 수 있다.

Description

자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법{Pipe line connecting method using automatic plumbing and welding system}

본 발명은 대형 강관들을 배열하고 용접하여 연결하는 강관의 연결방법에 관한 것이다.

본 출원인은 600mm 이상의 대형 강관 시공시에 배관 및 용접을 자동으로 시행하여 시공성, 경제성, 안전성을 높일 수 있도록 '강관의 시공방법'을 개발하여 특허출원 한 바 있고, 대한민국 특허청으로부터 위의 기술에 대하여 등록번호 10-0440555호로 특허받은 바 있다.

이후, 본 출원인은, 강관 정형기로부터 외면 용접기를 분리하여 구성함과 아울러, 정형기와 외면 용접기를 별도로 이용하여 강관 시공을 진행함으로써 작업 준비 시간은 물론 시공 시간, 정리 시간을 크게 단축하고, 독립적인 기구도 별도 시공을 진행할 수 있도록 하여 시공의 전문성을 확보하고, 보다 우수한 시공성을 달성할 수 있는 '강관 시공 방법'을 개발하여 특허출원 한 바 있고, 대한민국 특허청으로부터 등록번호 10-0847547호로 특허받은 바 있다.

이와 같은 본 출원인의 특허 발명들은, 대형 강관 시공시에 배관 설치 작업 및 용접 연결 작업 등을 자동으로 시행하여 시공성, 경제성, 안전성 등을 크게 향상시키는 효과가 있었으나, 경사진 관로 시공구간에서는 상당한 하중을 가진 장비를 경사지게 위치시킨 상태에서 강관에 장착하는 작업이 쉽지 않아 작업성이 떨어지고 안전사고 발생 위험이 존재하는 등 경사 구간에서도 보다 안정적으로 시공할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

또한 배관 작업시에 대형 강관을 일렬로 배열한 상태에서 한쪽 강관을 다른 쪽 강관 쪽으로 끌어당긴 후에 배관 연결 작업을 진행하는 과정에서, 상당한 하중을 가진 강관을 상대 강관 쪽으로 이동시킬 때, 강관의 외면이 바닥에 긁히면서 손상되거나, 양쪽 강관이 시공 구간의 바닥에 놓인 상태에서 이동시키면서 한쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하게 되므로 대형 강관의 삽입 연결 작업이 쉽지 않은 문제가 발생되고 있다.

또한, 위 특허 발명들은 용접 장치들이 X,Y,Z의 3축 직선 운동 방식과 θ축 회전 운동 방식을 결합한 로봇 구조를 이용하여 용접할 수 있도록 구성되므로 강관 용접 작업 및 품질을 향상시키는데 한계가 발생되고 있는바, 강관 용접이 원주 방향으로 용접해야 하는 특수성을 감안하여, 용접 조건에 맞게 보다 정밀하고 우수한 관로 용접 작업 및 용접 품질을 구현할 수 있는 용접 시스템 및 방법이 요구되고 있고, 또한 용접 장치들의 부피가 전체적으로 크기 때문에 실제 시공 구간에서 용접 장치의 회전 반경을 줄이는데 한계가 발생되고 있는바, 협소한 공간에서도 강관 용접 작업을 보다 원활하게 수행할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사각 박스형 캐리지와 지능형 다관절 자동용접로봇을 이용하여 강관의 외면 및 내면을 자동 용접할 수 있도록 함으로써, 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 아울러 협소한 시공 공간에서도 용이하게 용접 작업이 가능하도록 하여, 용접 품질 및 용접 작업성 향상에 기여할 수 있는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 관로 시공 구간에 제1강관이 배치된 상태에서, 제2강관을 크레인 등 인양장비에 매달린 상태에서 제1강관에 연결할 수 있도록 구성함으로써, 관로 배관 작업의 편의성 및 작업성 향상을 기대할 수 있고, 또한 배관 작업 중에 강관이 손상되는 문제 등도 해결할 수 있는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 강관의 배열 경사도에 따라 장비의 각도를 적절하게 설정하여 투입할 수 있도록 함으로써 수평 관로 설치 구간은 물론 경사 관로 설치 구간에서도 보다 용이하게 관로 연결 시공 작업을 수행할 수 있도록 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 강관 외면 용접시에 웰딩 하우스를 설치한 상태에서 강관 외면 용접을 실시함으로써 강관 외면 용접 작업의 편의성 및 신뢰성을 높일 수 있도록 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 관로 시공 구간에 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와; 제1강관 배치단계 후에, 제1강관의 둘레에 강관 정형이음장치의 두 원형 몸체 중에서 한쪽의 원형 몸체를 장착하여 제1강관을 파지하는 제1파지 단계와; 제1파지 단계 후에, 인양 장비를 이용하여 제2강관을 인양한 상태에서 상기 강관 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 제2강관의 둘레에 장착하여 제2강관을 파지하는 제2파지 단계와; 제2파지 단계 후에, 상기 강관 정형이음장치를 이용하여 제2강관을 제1강관 방향으로 견인하여 제1강관에 제2강관을 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와; 상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와; 상기 정형이음장치 분리단계 후에, 강관 외면 자동용접장치를 제1강관 및 제2강관 중 어느 한쪽 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 자동용접단계와; 상기 외면 자동용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 강관의 길이 방향으로 슬라이딩 하는 동시에 그 위에서 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 자동용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 관로 시공 구간에 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와; 제1강관 배치단계 후에, 제1강관의 둘레에 강관 정형이음장치의 두 원형 몸체 중에서 한쪽의 원형 몸체를 장착하여 제1강관을 파지하는 제1파지 단계와; 제1파지 단계 후에, 인양 장비를 이용하여 제2강관을 인양한 상태에서 상기 강관 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 제2강관의 둘레에 장착하여 제2강관을 파지하는 제2파지 단계와; 제2파지 단계 후에, 상기 강관 정형이음장치를 이용하여 인양 장비에 매달린 제2강관을 제1강관 방향으로 견인하여 제1강관에 제2강관을 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와; 상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와; 상기 정형이음장치 분리단계 후에, 제1강관과 제2강관이 연결부 내면과 외면 중 적어도 어느 일면 둘레에 용접을 실시하는 강관 용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 제1파지 단계에서, 관로 시공 구간에 배치된 제1강관의 경사도에 따라 제1강관을 파지할 강관 정형이음장치의 파지 각도를 설정하고, 이 설정된 파지 각도로 강관 정형이음장치를 이송하여 상기 제1강관의 둘레에 장착하는 과정을 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 각도조절단계에서, 상기 정형이음장치의 파지 각도 조절은, 인양 장비에 연결된 연결 부재와, 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절하여, 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지 각도를 조절하는 것이 바람직하다.

상기 강관연결단계에서, 상기 강관 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 제1강관과 제2강관이 서로 맞추어질 수 있도록 제1강관과 제2강관 중 적어도 어느 한쪽 강관을 정형하는 과정이 포함되는 것이 바람직하다.

상기 강관연결단계와 정형이음장치 분리단계 사이에는 제1강관과 제2강관의 연결부를 가 용접하는 가용접 단계가 추가되는 것이 바람직하다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 강관을 시공 현장에서 시공할 강관들을 서로 연결할 수 있도록 일렬로 정렬하는 정렬단계와; 상기 정렬단계에서 정렬된 강관의 경사도에 따라 강관을 파지할 강관 정형이음장치의 파지 각도를 조절하는 각도조절단계와; 상기 각도조절단계를 통해 설정된 파지 각도로 강관 정형이음장치를 이송하여 상기 정렬단계에서 정렬된 양쪽 강관의 끝단부에 강관 정형이음장치를 장착하여 양쪽 강관의 끝단부를 파지하는 파지단계와; 상기 파지단계가 완료되면 상기 강관 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 양쪽 강관이 서로 맞추어질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와; 상기 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 강관 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와; 상기 강관연결단계 후에 상기 강관 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와; 상기 정형이음장치 분리단계 후에, 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 자동용접단계와; 상기 외면 자동용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 강관의 길이 방향으로 슬라이딩 하는 동시에 그 위에서 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 자동용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 각도조절단계에서, 상기 정형이음장치의 파지 각도 조절은, 인양 장비에 연결된 연결 부재와, 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절하여, 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지 각도를 조절하는 것이 바람직하다.

한편, 상기에서 외면 자동용접단계에서, 강관 연결부의 외면을 자동 용접하기 전에 강관 연결부 주변에 내부를 보호할 수 있는 웰딩 하우스를 설치한 다음 외면 자동 용접을 실시하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 웰딩 하우스는 연결할 강관의 크기 또는 주변 작업 환경에 맞게 전체적인 폭을 조절하여 설치하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 외면 자동용접단계에서 사용되는 강관 외면 자동용접장치는, 강관의 둘레에 장착되는 파지 장치와, 이 파지 장치에 구비된 주행 레일, 이 주행 레일을 따라 이동하면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시하는 자동용접 캐리지로 이루어지고, 강관 연결부를 좌우 양측 180도 구간으로 나누어 용접할 때, 상기 주행 레일에 두 개의 자동용접 캐리지를 장착하여 좌우 양측 180도 구간을 각각 용접하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내면 자동용접단계에서, 상기 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관의 내면을 용접할 때, 강관 연결부의 최상점으로부터 좌우 하측 방향으로 180도 구간을 차례로 이동하면서 강관 내면 연결부를 용접하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명은, 박스형 구조를 가진 자동용접 캐리지를 이용하여 강관 연결부 외면을 용접하고, 지능형 다관절 로봇암 구조를 가진 자동용접로봇을 이용하여 강관의 내면을 자동 용접할 수 있도록 구성되기 때문에 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 아울러 협소한 시공 공간에서도 보다 용이하게 용접 작업을 수행할 수 있게 되어, 강관 연결 부분의 신뢰성 및 용접 작업성 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 강관의 배열 경사도에 따라 장비의 각도를 적절하게 설정하여 강관 둘레에 장착할 수 있도록 구성되므로, 수평(평지) 관로 설치 구간은 물론 경사 관로 설치 구간에서도 보다 용이하게 관로 연결 시공 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 정형이음장치의 한 쪽 원형 몸체를 이용하여 관로 시공 구간에 배치된 제1강관에 장착한 상태에서, 제2강관을 인양장비로 인양하고 있는 상태에서 정형이음장치의 다른 쪽 원형몸체에 장착하여 양쪽 강관을 연결할 수 있도록 구성되기 때문에 관로 배관 작업이 보다 신속하고 용이하게 이루어질 수 있게 되어 작업성 향상을 기대할 수 있고, 또한 배관 작업 중에 강관이 바닥에 끌리면서 손상되는 문제 등도 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 강관 외면 용접시에 작업 환경에 따라 웰딩 하우스를 설치한 상태에서 강관 외면 용접을 실시할 수 있기 때문에 주변 환경 조건에 영향을 받지 않고 강관 외면 용접 작업을 보다 원활하고 신뢰성 있게 진행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치가 도시된 측면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치의 경사 시공 구간에서의 장착 상태도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치의 파지 상태 및 벌림 상태의 정면 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치가 도시된 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치의 경사 인양 및 장착 상태의 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치의 정면도,
도 7은 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치의 부대 장비가 포함된 전체 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치로 강관 연결부를 용접할 때 사용되는 웰딩 하우스가 도시된 정면도,
도 9는 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치로 강관 연결부를 용접할 때 사용되는 웰딩 하우스가 도시된 측면도,
도 10은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 전체 구성을 보인 측면도,
도 11은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 주요부 평면도,
도 12는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 정면도,
도 13은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치에서 차체 구동 구조를 보인 평면도,
도 14는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 부대 장비를 보인 전체 개략도,
도 15는 본 발명에 따른 강관 내면 자동용접장치를 이용한 용접 방법에서 티칭 상태를 보인 참고도,
도 16은 본 발명에 따른 강관 내면 자동용접장치를 이용한 10패스 용접 순서를 보여주는 참고도,
도 17 내지 도 26은 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법을 개략적으로 나타낸 순서 도면들,
도 27 및 도 28은 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법의 다른 실시예를 나타낸 일부 과정의 도면들이다.

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

본 발명에서 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 크게 경사 관로 시공이 용이한 강관 정형이음장치(도 1 내지 도 3b), 자동용접 캐리지로 강관의 외면에 원주 용접 작업을 구현하는 강관 외면 자동용접장치(도 4 내지 도 7) 및 강관 외면 용접시에 사용하는 웰딩 하우스(도 8 및 도 9), 6관절 로봇암과 1슬라이딩 작동 구조로 강관의 내면에 원주 용접 작업을 구현하는 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(도 10 내지 도 16)를 이용하여 시공한다.

이러한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법에 이용되는 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 각각 설명하고, 이후 이들 장치를 이용한 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법(도 17 내지 도 28)에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3b를 참조하여, 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 강관 정형이음장치(100)에 대하여 설명한다.

도 1 내지 3b는 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치가 도시된 도면들로서, 도 1은 측면 구성도이고, 도 2는 경사 시공 구간에서의 장착 상태도, 도 3a 및 도 3b는 정면 구성도이다.

본 발명에 따른 정형이음장치(100)는 두 개의 원형 몸체(111, 112)가 도 1에서와 같이 나란히 배치되어 구성된다. 각 원형 몸체(111, 112)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 반원형 구조의 상부 몸체(113)와, 이 상부 몸체(113)의 양쪽에 결합되어 개폐 및 잠금이 이루어지는 쿼터형 몸체(114, 115)가 상호 조립되어 구성된다.

즉, 상기 상부 몸체(113)는 원형 구조에서 1/2의 크기로 분할되고, 쿼터형 몸체(114, 115)는 1/4의 크기로 분할되어, 상호 조립됨으로써 강관(P)의 둘레를 파지할 수 있도록 원형 구조를 이루게 된다.

또한 본 실시예의 도면에서와 같이 쿼터형 몸체(114, 115)를 다시 분할하여 정형이음장치(100)의 상부 센터로부터 3단 파지 구조로 구성하는 것도 가능하다.

이때에는 각 쿼터형 몸체(114, 115)가 상부 몸체(113)에 연결된 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)와, 이 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)에서 연결된 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)로 이루어진다. 물론, 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)와 제2쿼터형 몸체(114b, 115b) 사이에는 힌지축(152) 및 개폐 실린더(151)로 이루어진 제2개폐 장치(150)가 설치된다.

이러한 제1 및 제2쿼터형 몸체(114a, 115a)(114b, 115b)는 각각 전체 원형 구조에서 1/8크기로 형성되는 것이 바람직하고, 양쪽 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 상호 결합부분에 아래에서 설명할 잠금 장치(155)가 설치된다.

상기 원형 몸체(111, 112)의 상부에는 연결 장치(120)가 구비되는데, 이 연결 장치(120)는 두 원형 몸체(111, 112)의 간격 변화에 신축적으로 대응할 수 있도록 슬라이딩 방식으로 구성됨과 아울러, 정형이음장치(100)의 경사도 조절이 가능하도록 구성된다.

즉, 상기 연결 장치(120)는 양쪽 원형 몸체에서 수직으로 연결된 지지대(121)와, 한쪽 원형 몸체(112) 쪽의 지지대(121)에 수평 방향으로 고정된 고정 플레이트(123)와, 다른 쪽 원형 몸체(111) 쪽에 연결되고 상기 고정 플레이트(123)와 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 플레이트(124)와, 상기 고정 플레이트(123)의 상부에 설치되어 크레인 등 인양 장비가 연결되는 연결 플레이트(125)로 이루어진다. 이때 고정 플레이트(123), 슬라이딩 플레이트(124), 연결 플레이트(125)가 상호 조립되는데 있어서 실시 조건에 따라서는 보강 플레이트 또는 구조물 등이 더 추가로 설치되어 구성될 수 있다.

따라서, 양쪽 원형 몸체(111, 112)의 간격 조절시에는 고정 플레이트(123)에 대하여 슬라이딩 플레이트(124)가 강관의 배열 방향으로 직선 이동함으로써 양쪽 원형 몸체(111, 112)를 서로 연결한 상태에서 간격 조절이 가능하게 구성되는 것이다.

특히, 연결 플레이트(125)는 크레인 등의 인양 장비를 이용하여 정형이음장치(100)를 이송할 때 인양 장치의 연결 부재(128)가 연결되는 부분으로서, 정형이음장치(100)의 무게 중심 부분을 기준으로 다수의 연결홀(126)들이 수평 방향으로 일렬로 배열된 구조로 이루어진다.

이는 경사진 구간의 관로 시공시에 강관이 경사지게 배치된 상태에서 정형이음장치(100)를 강관의 경사 배치 각도에 맞게 인양 및 이송하여 강관의 둘레에 경사진 상태에서 장착할 수 있도록 하기 위해서이다.

본 발명의 실시예에서는, 대략 'ㄱ'자형 구조를 가진 연결 플레이트(125)를 예시하였으나, 정형이음장치(100)의 전체 무게 중심으로 변경하여 정형이음장치의 경사도(기울기)를 조절할 수 있는 구조이면 연결 플레이트(125)의 형상 및 구조를 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

도면에 예시된 연결 플레이트(125)는 상기 고정 플레이트(123)에 볼트 체결 방법 등으로 고정하는 고정부(125a), 'ㄱ'자형 구조로 형성되어 상기 고정부(125a)에 수직 방향으로 설치되는 연결부(125b)로 이루어진다. 이때 연결부(125b)에는 크레인 등 인양 장비에 연결된 로프 등의 연결 부재를 연결할 수 있도록 다수의 연결홀(126)이 일정 간격마다 일렬로 배치되어 형성된다. 하지만 반드시 홀 구조에 한정되는 것은 아니고, 인양 장비로부터 연결된 부재가 장착될 수 있는 구조이면, 다수의 돌출 고리 등을 이용한 구조도 가능하다.

또한, 상기 연결 플레이트(125)의 방향을 반대 방향으로 배치(도 1에서 점선 부분)하여 구성하는 것도 가능한데, 이때에는 연결 플레이트(125)를 고정 플레이트(123)에 고정하는 볼트를 풀어서 연결 플레이트(125)를 반대 방향으로 배치한 후에 다시 볼트를 체결하는 방식으로 구성할 수 있다.

다음, 상기 각 원형 몸체(111, 112)에는 강관의 진원을 조정하고, 강관의 둘레에 본 발명의 장치를 안정적으로 고정하기 위한 복수의 메인 정형 장치(130)가 구성된다.

메인 정형 장치(130)는 도 3a를 참고하면, 각 원형 몸체(111, 112)에 복수개가 일정 간격마다 설치되는데, 유압에 의해 작동하는 정형 실린더(131) 및 이 실린더의 끝단부에 패드(132)가 부착되어 강관의 외면에 밀착되게 구성된다. 한편, 상기 정형 실린더(131)의 측면에는 유압을 단속하는 솔레노이드 밸브(133)가 구성된다.

이와 함께 수동 방식으로 정형하는 수동 정형 장치(135)들이 설치될 수 있는데, 상기 메인 정형 장치(130)는 솔레노이드 밸브(133)를 작동하여 중앙 제어 방식으로 강관을 정형하도록 구성되고, 수동 정형 장치(135)는 작업자가 직접 강관의 정형 상태를 파악한 후에 강관을 수동으로 정형할 수 있도록 구성된다.

이러한 수동 정형 장치(135)는 도면에서와 같이 메인 정형 장치(130)들 사이에 구비될 수 있으며, 그 구성은 정형 실린더(136), 이 실린더의 로드에 연결되는 패드(137), 그리고 실린더로 제공되는 유압을 단속하는 수동 밸브(138)로 구성될 수 있다.

또한 수동 정형 장치(135)는 상기와 같이 유압을 이용하지 않고, 볼 스크류 방식으로 패드에 압력을 가하여 강관을 미세 정형하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한 수동 정형 장치(135)는 상부 몸체(113)에만 구성하고, 쿼터형 몸체(114, 115)에는 지지 플레이트를 배치하여 구성하는 것도 가능하다. 또 쿼터형 몸체에 설치된 메인 정형 장치(130)를 생략하고, 지지 플레이트만 설치하는 구조로 구성하는 것도 가능하다. 이러한 지지 플레이트의 구성은 본 출원인의 특허 0739106호에 공지되어 있으므로, 구체적인 도면 예시 및 설명은 생략한다.

이와 같이 메인 정형 장치(130)와 수동 정형 장치(135)를 함께 이용할 경우에, 1차적으로 메인 정형 장치(130)를 이용하여 강관을 정형하고, 2차적으로 강관의 정형 상태를 파악한 후에 수동 정형 장치(135)에 제공되는 유압량을 작업자가 직접 조절하면서 강관을 미세하게 정형할 수 있다. 따라서 양쪽 강관을 결합하기 전에 메인 정형 장치(130)와 수동 정형 장치(135)를 함께 이용하여 양쪽 강관의 정형 상태를 보다 정밀하게 정형한 후에 결합시킬 수 있게 되므로, 강관 연결 작업을 보다 편리하게 진행할 수 있게 된다.

다음, 상기 양쪽 원형 몸체(111, 112) 사이에는 견인 장치(140)가 구비되는데, 이 견인 장치(140)는 견인 실린더(141)를 작동하여 정형이 이루어진 한쪽 강관(P)에 마주하는 강관을 삽입하거나 맞댈 수 있도록 구성된다. 그리고 견인 실린더(141)의 인근에는 양쪽 원형 몸체(111, 112)를 서로 연결하는 견인 가이드봉(142)이 구비되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 상부 몸체(113), 제1쿼터형 몸체(114a, 115a), 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 각 연결부분 사이에는 강관(P)의 둘레에 결합시킬 때, 제1 및 제2쿼터형 몸체(114a, 115a)(114b, 115b)를 도 3b에서와 같이 벌린 상태에서 도 3a에서와 같이 다시 모아지도록 하기 위한 개폐 실린더(146)(151)가 포함된 제1 및 제2개폐 장치(145)(150)가 구비된다. 물론 상부 몸체(113)와 제1쿼터형 몸체(114a, 115a), 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)와 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 연결부분에는 각각 힌지축(147)(152)들이 연결된다.

다음, 상기 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 상호 마주하는 끝단부에는 강관 둘레에 결합될 때, 벌어지는 것을 방지할 수 있도록 잠금 장치(155)가 구성된다. 여기서 잠금 장치(155)는, 본 출원인의 특허 발명들에 다양하게 공지되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 정형이음장치(100)는 두 개의 원형 몸체(111, 112)로 구성되므로, 양쪽 원형 몸체(111)(112)에 상기한 메인 정형 장치(130), 수동 정형 장치(135), 개폐 장치(145)(150), 잠금 장치(155) 등이 각각 구성된다.

다음, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치에 대하여 설명한다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치가 도시된 도면들로서, 도 4는 수평 인양 및 장착 상태의 측면도, 도 5는 경사 인양 및 장착 상태의 측면도, 도 6은 정면도이고, 도 7은 강관 외면 자동용접장치의 부대 장비를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치(200)는, 강관(P)의 둘레에 장착될 수 있도록 폐쇄시 원형 구조를 갖는 파지 장치(210)와, 이 파지 장치(210)의 한쪽 측면에 구비된 주행 레일(240)과, 용접 토치(260)가 장착된 상태에서 주행 레일(240)을 따라 이동하면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시하는 자동용접 캐리지(250)로 이루어진다.

이러한 강관 외면 자동용접장치(200)의 주요 구성 부분은 상세히 설명한다.

먼저, 파지 장치(210)에 대하여 설명한다.

파지 장치(210)는 측면에서 보았을 때, 도 4에서와 같이 전체적으로 양측 링형 플레이트(212) 사이에 잠금 장치(230), 고정 장치(233) 등 여러 기구 장치들이 설치되는 구성으로 이루어진다.

상기 파지 장치(210)는 도 6에서와 같이 크게 반원형 구조를 가진 상부 몸체(215)와, 상기 상부 몸체(215)의 양단부에 회전 가능하게 각각 연결되고 양 끝단부가 서로 잠가질 수 있게 구성되는 쿼터형 몸체(216, 217)로 이루어진다.

즉, 상기 상부 몸체(215)는 원형 구조에서 1/2의 크기로 분할되고, 쿼터형 몸체(216, 217)는 1/4의 크기로 분할되어, 상호 조립됨으로써 강관의 둘레를 파지할 수 있도록 전체적으로 원형 구조를 이루게 된다. 또한 위에서 설명한 정형이음장치(100)와 같이 도면에 예시된 바와 같이 쿼터형 몸체(216, 217)를 다시 분할(원형 구조의 1/8 크기)하여 상부 센터로부터 3단 파지 구조로 구성하는 것도 가능하다.

상부 몸체(215)의 상측에는 도 4를 참조하면, 크레인 등의 인양 장비를 이용하여 강관 외면 자동용접장치(200)를 인양하거나 이동시킬 수 있도록 연결 장치(220)가 구비된다.

이 연결 장치(220)는 상기한 정형이음장치(100)의 연결 장치(120)와 유사하게, 경사구간 시공시에 강관 외면 자동용접장치(200)를 경사지게 위치시킨 상태에서 강관의 둘레에 장착할 수 있도록 구성되는데, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 파지 장치(210)의 상부에 구비되는 고정 플레이트(221)와, 이 고정 플레이트(221)의 상부에 수직 방향으로 세워지고 강관의 길이 방향으로 연장되어 전체적으로 'ㄱ'자형 구조로 배치되는 연결 플레이트(223)로 구성된다.

특히 연결 플레이트(223)에는 다수의 연결홀(224)들이 일렬로 배열되게 형성되어 인양 장비와의 연결 부분을 적절하게 선택함으로써 강관 외면 자동용접장치(200)의 인양 및 강관 장착시에 강관의 경사도에 따라 경사 이송 상태를 조절할 수 있게 된다.

본 실시예를 참조하기 위한 도면에서는 연결홀(224)의 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 인양 장비와 연결될 수 있는 구조이면 돌출 고리 등 다른 구조로 변경하여 실시하는 것도 가능하다.

도 4 및 도 5에서, 참조 번호 225는 인양 장비로부터 연결된 인양 로프 등 연결 부재를 나타낸다.

연결 장치(220)는 필요에 따라 도면에 예시된 방향과 반대 방향(도 4의 은선 방향)으로 회전시켜 조립할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이는 고정 플레이트(221) 또는 연결 플레이트(223)에서 이에 연결된 파지 장치(210)의 구조물과의 사이에 체결된 볼트를 풀어서 연결 장치(220)를 반대 방향으로 회전시킨 후에 다시 볼트를 체결하는 방식으로 구성할 수 있다. 따라서 경사 방향(좌측 또는 우측)에 따라 연결 장치(220)의 조립 방향을 변경함으로써 보다 용이하게 본 발명의 강관 외면 자동용접장치(200)를 경사지게 위치시킨 상태에서 강관에 장착하거나 분리하는 작업이 가능해지게 된다.

연결 장치(220)의 좌우 위치 변경은, 볼트 조립 구조에 한정되지 않고, 상부 몸체(215)로부터 연결 장치를 회전시킨 후에 다시 고정하는 방식으로 구성하는 것도 가능하다.

상기 상부 몸체(215)와 쿼터형 몸체(216, 217)의 연결부분 사이에는 파지 장치(210)를 강관(P)의 둘레에 결합시킬 때, 쿼터형 몸체(216, 217)를 벌린 상태에서 다시 모아지도록 하기 위한 개폐 장치(226)가 구비된다.

상기 개폐 장치(226)는 유압 실린더(227)로 구성되며, 상기 상부 몸체(215)와 양쪽 쿼터형 몸체(216, 217) 사이에 연결되게 구비된다. 물론 상기 상부 몸체(215)와 쿼터형 몸체(216, 217)의 연결부에는 쿼터형 몸체(216, 217)가 개폐 장치(226)에 의해 회전할 수 있도록 힌지(228)가 각각 구비된다.

상기 양쪽 쿼터형 몸체(216, 217)의 상호 마주하는 끝단부에는 강관에 둘레에 결합될 때, 벌어지는 것을 방지할 수 있도록 잠금 장치(230)가 구비된다. 양쪽 쿼터형 몸체(216, 217)의 결합부가 상호 결합된 상태에서 잠금 장치(230)를 구성하는 록킹 핀(231)이 록킹 실린더(232)의 작동으로 양측 쿼터형 몸체(216, 217)의 결합부에 함께 결합함으로써 잠금 작동이 실현될 수 있도록 구성된다.

상기 파지 장치(210)에서 양쪽 링형 플레이트(212) 사이에는 강관(P)의 둘레에 강관 외면 자동용접장치(200)를 안정적으로 장착하기 위한 복수의 고정 장치(233)들이 구성된다.

고정 장치(233)는 상기 파지 장치(210)에서 복수개가 일정 간격마다 설치되는 것이 바람직한 바, 도면에서는 8개가 설치된 구조를 예시하고 있다. 이러한 고정 장치(233)는 유압에 의해 작동하는 고정 실린더(234)가 구비되며, 실린더(234)의 끝단부에 밀착 패드(235)가 부착되어 강관의 외면에 밀착될 수 있게 구성된다.

다음, 파지 장치(210)의 측면에 구비된 주행 레일(240)에 대하여 설명한다.

주행 레일(240)은 파지 장치(210)의 측면에서 원통상으로 돌출되는 지지 플레이트(241)와, 이 지지 플레이트(241)의 둘레에 설치되는 레일 플레이트(243)로 이루어진다.

여기서 상기 지지 플레이트(241) 및 레일 플레이트(243)는 상기 파지 장치(210)에서 상부 몸체(215), 쿼터형 몸체(216, 217)와 동일하게 나누어져 구성되며, 상기 레일 플레이트(243)는 상기 자동용접 캐리지(250)의 원활한 이동을 위해 양쪽면에 모두 기어치가 형성된 판형 부재로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 주행 레일(240)은 실시 조건에 따라 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

이제, 상기 주행 레일(240)을 따라 이동하면서 강관 외면에 자동 용접을 실현하는 자동용접 캐리지(250)에 대하여 설명한다.

자동용접 캐리지(250)는 크게 바디부(251)와, 이 바디부(251)의 하부에서 상기 레일 플레이트(243)에 결합되어 레일 플레이트를 따라 이동하는 주행부(253)와, 상기 바디부(251)의 앞쪽에 장착되어 강관 이음부에 용접을 실시하는 용접 토치(260)가 장착되는 토치 클램프(265)로 이루어진다.

상기 바디부(251)는, 대략 육면체형 박스 구조로 형성될 수 있으며, 그 내부에는 자동용접 캐리지(250)의 주행 및 상기 용접 토치(260)의 용접 작동 등을 용접에 필요한 제반 제어 신호를 출력하는 용접 구동제어부(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 용접 구동제어부는, 기 설정된 용접 제어 프로그램에 따라 자동용접 캐리지(250)의 주행을 제어하고, 용접 토치(260)의 좌우 또는 상하 작동 및 위빙 작동 등을 제어하며, 또한 용접 와이어 공급 속도 및 용접기 파워소스, 가스 공급장치 등 용접 작동에 필요한 제반 장비의 작동 제어신호를 출력하여 제어할 수 있도록 구성되는 것이다.

이러한 용접 구동제어부는, 통상의 콘트롤러와 같이 용접 조건에 따라 설정되는 용접 제어 프로그램이 저장되는 저장부와, 이 저장부에 저장된 정보를 이용하여 작업자가 입력하는 조작 신호에 따라 용접 작동을 위한 신호를 연산하여 출력하는 중앙 처리부 등이 포함되는 구성으로 이루어진다.

물론, 상기 용접 구동제어부는 외부 컴퓨터에서 용접 프로그램 또는 기타 용접에 필요한 정보를 입력할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하고, 또한 아래에서 설명할 조작 단말기의 신호에 따라 제어될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 바디부(251)의 앞쪽에는 용접 구동제어부와 연결되어 용접 토치(260)가 장착되는 토치 클램프(265)가 구비된다.

상기 주행부(253)는, 바디부(251)가 하측에 좌우 양쪽에 각각 두 개씩 구비되어 상기 레일 플레이트(243)의 양쪽에 각각 결합되는 아이들러 롤러(254)와, 상기 레일 플레이트(243)의 어느 한쪽 기어치에 결합되어 구동 기어(256; 도 6 참조)와, 상기 바디부(251)의 내측에 구비되어 상기 구동 기어(256)를 회전 구동시키는 구동모터(미도시)로 구성될 수 있다.

여기서 상기 아이들러 롤러(254)는 상기 레일 플레이트(243)의 양쪽 기어치에 각각 치합된 상태에서 레일 플레이트(243)를 따라 회전 이동하도록 기어 구조로 형성되는 것이 바람직하고, 바디부(251)의 네 모서리에 각각 하나씩 각각의 롤러 브래킷(255)으로 연결되어 설치되는 것이 바람직하다.

구동 기어(256)는 레일 플레이트(243)의 어느 한쪽 측면에 결합되는 아이들러 롤러(254) 사이에 위치되는 것이 바람직하고(도 6 참조), 레일 플레이트(243)와 구동 기어(256)는 랙과 피니언 구조로 상호 결합된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

이와 같은 주행 레일(240)과 주행부(253)는 본 출원인이 개발하여 특허받은 특허 0778275호(강관 외면 용접 로봇의 자동주행장치), 또는 특허 0829993호(강관 자동용접기의 주행장치) 등에 개시된 주행 장치들 중 어느 하나를 적용하여 구성할 수도 있다. 이때 상기한 주행 레일(240)의 구성도 상기 특허 발명의 구성과 동일하게 적용될 수도 있다.

한편, 상기 바디부(251)의 앞쪽에 설치되는 장착 레버(252)는, 상기 바디부(251)의 양쪽에 구비되는 아이들러 롤러(254)들 중에서 어느 한쪽 아이들러 롤러(254)를 벌리거나 좁혀서, 자동용접 캐리지(250)를 상기 레일 플레이트(243)에 탈장착할 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 바디부(251)의 앞쪽에는, 차단 플레이트(257)가 추가로 설치되는 것도 가능하다. 차단 플레이트(257)는 앞쪽에서 용접 토치(260)가 강관 연결부를 용접할 때, 주행부(253) 쪽에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 구성된다.

상기 용접 토치(260)는, 강관 연결부의 용접을 실시하는 구성 부분으로서, 상기 바디부(251)의 앞쪽에 설치된 토치 클램프(265)에 장착된 상태에서 강관 이음부에 근접되게 위치된 상태에서 용접을 실시할 수 있도록 구성된다.

토치 클램프(265)는, 상기 바디부(251) 내에 구비된 용접 구동제어부에 의해 용접 토치(260)가 전후, 좌우 회전 또는 위빙 작동이 가능할 수 있도록 용접 토치(260)를 지지하게 된다.

이와 같은 토치 클램프(265) 및 용접 토치(260)는, 용접 전원 및 송급 와이어, 용접 가스 등이 연결될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기에 설명한 바와 같은 강관 외면 자동용접장치(200)에는 별도로 각종 부대 장비(270)가 추가로 구비될 수 있다.

부대 장비(270)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 자동용접 캐리지(250)를 포함하여 자동용접장치에 제공되는 전원 및 각종 제어 요소의 구동을 위해 파워를 제공하는 메인파워 구동유닛(272)을 비롯하여, 자동용접 캐리지(250)에 용접 전원을 제공하는 용접기 파워소스(273) 및 용접기 보조박스(274), 용접 와이어를 공급하는 송급장치(275), 용접가스 공급장치 등이 구비되고, 또한 상기 파지 장치(210)에 구비된 유압 작동 요소에 압유를 제공하는 유압장치(276)도 추가로 구비된다.

한편, 참조 번호 277은 상기 자동용접 캐리지(250)에 신호를 입력하여 용접 작동을 조작할 수 있는 조작 단말기를 나타낸다.

상기한 바와 같은 강관 외면 자동용접장치(200)의 부대 장비들은 아래에서 설명할 웰딩 하우스(400) 내에 탑재된 상태로 보관 또는 사용할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

다음, 도 8 및 도 9를 참조하여, 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부를 용접할 때 사용될 수 있는 웰딩 하우스에 대하여 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 웰딩 하우스의 정면도이고, 도 9는 본 발명에 따른 웰딩 하우스의 측면도이다. 참고로, 이들 도면에서 외피체(430)의 구성은 가능한 생략하고, 프레임(410) 등의 구조를 중심으로 나타내었다.

본 발명에 따른 웰딩 하우스(400)는, 강관(P) 연결부 외부에 설치한 상태에서 그 내부에서 강관 외면 자동용접장치(200)를 이용하여 강관 외면 연결부 용접을 실시할 수 있도록 보조하는 장치이다.

이러한 웰딩 하우스(400)는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 대략 육면체형 구조로 짜인 프레임(410)과, 이 프레임(410)에 장착되어 내부를 보호하는 외피체(430)로 이루어진다.

프레임(410)은 기본적으로 네 모서리 부분에 수직으로 세워지는 수직 지지대(411)와, 웰딩 하우스(400)의 측면에서 상기 수직 지지대(411)들 사이에 수평 방향으로 연결되는 양측 지지대(415; 도 9 참조)와, 웰딩 하우스의 정면과 후면에서 수직 지지대(411)들 사이에 수평 방향으로 연결되는 전후 지지대(420)로 이루어진다.

여기서 수직 지지대(411)는 웰딩 하우스(400)의 네 모서리 부분에 설치되는 것에 한정되지 않고, 필요에 따라서는 도 9에서와 같이 양측 지지대(415)의 중간 부분에 수직으로 결합되게 추가로 구성되는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 웰딩 하우스(400)는 강관의 크기 등 작업 조건에 따라 폭 조절이 가능하도록 구성되는데, 이를 위해 전후 지지대(420)의 중간부가 길이 조절이 가능하도록 구성된다.

전후 지지대(420)의 길이 조절 가능 구조는, 하나의 전후 지지대(420)가 분할된 상태에서 한쪽 전후 지지대(421)가 다른 쪽 전후 지지대(422)에 삽입될 수 있도록 상호 연결되고, 상호 연결된 부분을 록킹 수단을 이용하여 고정할 수 있도록 구성된다.

여기서 록킹 수단은 전후 지지대(420)의 길이를 적절하게 조절한 상태에서 연결부를 고정하는 수단으로서, 일례로 도면에 예시된 바와 같이 양쪽 전후 지지대(421)(422)에 홀(433)을 형성한 다음, 이 홀(433)에 록킹 핀(미도시)을 삽입하는 방식으로 구현하는 것도 가능하다.

즉, 양쪽 전후 지지대(421)(422)에 다수의 홀(433)을 형성한 상태에서 전후 지지대(420)의 전체 길이를 조절한 다음, 양쪽 전후 지지대(421)(422)의 홀(433)을 관통하는 록킹 핀을 삽입하는 방법으로 전후 지지대(420)의 가변 길이를 결정하는 방식으로 구성할 수 있다.

이외에도 전후 지지대(420)의 가변 길이를 결정하는 방법은 공지의 록킹 구조를 이용하여 다양하게 변형하여 구성할 수 있음은 물론이다.

한편, 상기와 같이 수직 지지대(411), 양측 지지대(415), 전후 지지대(420)가 서로 결합된 프레임(410)은, 그 상부에 지붕을 구성하는 별도의 상부 지지대(425)가 구성될 수 있다.

상부 지지대(425)는, 중앙부를 중심으로 양쪽의 수직 지지대(411)의 상단부에 연결되게 설치되는데, 중앙 연결부(426) 및 수직 지지대(411)와의 연결부는 모두 상대 회전 가능하게 연결되는 것이 바람직하다. 이는 웰딩 하우스(400)의 폭을 조절할 때 전후 지지대(420)의 길이에 따라 상부 지지대(425)도 중앙 연결부(426)가 상하로 이동함으로써 상부 지지대(425)의 경사가 변화되면서 웰딩 하우스(400)의 폭 조절이 가능할 수 있도록 구성되는 것이다.

중앙 연결부(426)에는 크레인 등을 이용하여 웰딩 하우스(400)를 용이하게 이송할 수 있도록 크레인의 후크가 결합될 수 있는 리프팅 결합수단(미도시)이 구비될 수 있다. 리프팅 결합수단은 후크 등이 끼워져 용이하게 결합될 수 있는 고리 구조로 구성될 수 있다.

이제, 상기한 바와 같은 프레임(410)에 결합되는 외피체(430)에 대하여 설명한다.

외피체(430)는 경질의 판재 또는 플렉시블한 소재로 된 천류 등으로 구성될 수 있다.

프레임(410)이 전체적으로 육면체 구조로 구성됨에 따라 외피체(430)도 웰딩 하우스(400)의 양측면, 전면, 상면에서 각각 프레임(410)에 설치되는 구성으로 이루어진다.

특히, 웰딩 하우스(400)의 전면 및 후면에 설치되는 외피체(430)는, 웰딩 하우스(400)의 폭 조절 구조에 따라 이에 대응할 수 있도록 구성되는데, 분할된 양쪽 전후 지지대(421)(422)에 양쪽의 외피체(430)가 각각 고정된 상태에서 양쪽 전후 외피체(431)가 서로 겹치게 설치(도 8의 A부분)되어 전후 지지대(420)의 전체 길이가 가변됨에 따라 양쪽 전후 외피체(431)가 상호 슬라이딩되면서 폭방향 조절이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 전후 외피체(431)는 강관이 통과하게 되는데, 이를 위해 플렉시블한 소재(예를 들면 비닐막, 합성수지막 또는 천류 등)로 웰딩 하우스(400)의 수직 지지대(411) 및 전후 지지대(420)에 고정된 상태에서 강관의 둘레까지 연장되게 구성될 수 있다. 물론 양쪽 전후 외피체(431)의 가운데 부분은 강관이 통과하도록 반원형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 전후 외피체(431)는, 웰딩 하우스(400)의 전면과 후면에 모두 플렉시블한 소재로 구성하는 것도 가능하고, 상측은 경질(금속 또는 합성수재)의 판재류로 구성하고, 강관이 통과하는 하부는 방풍 커튼 구조로 플렉시블한 연질 소재로 구성하는 것도 가능하다.

또한 웰딩 하우스(400)의 전면과 후면을 모두 경질의 판재류로 구성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같은 웰딩 하우스(400)에는 강관 외면 자동용접장치에 필요한 부대 장비들을 설치할 수 있도록 다수의 선반형 장비 탑재부(미도시)가 구성될 수 있다. 장비 탑재부는 웰딩 하우스(400) 내에서 상기한 프레임(410) 또는 외피체(430)에 고정되게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 바와 같은 웰딩 하우스(400)에는, 강관 외면 자동용접 작업시에 필요한 여러 부가 장치들이 설치될 수 있다.

예를 들면, 웰딩 하우스(400)의 내부를 밝히는 조명장치, 웰딩 하우스(400) 내에서 용접 작업시에 발생하는 가스를 외부로 배출하는 환풍 장치, 웰딩 하우스(400)의 냉난방을 위한 공조 장치 등이 구비될 수 있다.

또한, 웰딩 하우스(400)의 내부에는 작업자의 상하 승강 이동을 용이하게 하는 리프팅 장치(440)가 구성될 수 있다.

리프팅 장치(440)는, 웰딩 하우스(400)의 내측벽면에 수직으로 설치된 승강 가이드(441)와, 이 승강 가이드(441)에 수평 방향으로 결합되어 작업자가 탈 수 있도록 이루어진 탑승판(443)과, 상기 탑승판(443)을 승강시키는 승강구동기구(446)로 구성될 수 있다.

여기서, 탑승판(443)은 수평 방향으로 폭 조절이 가능하도록 슬라이딩 구조로 형성될 수 있는바, 상기 승강 가이드(441)에 상하 이동 가능하게 연결된 탑승 지지판(444)과, 이 탑승 지지판(444)의 앞쪽에 슬라이딩 가능하게 연결되어 탑승판(443)의 길이 조절이 가능하도록 하는 슬라이딩판(445)으로 구성될 수 있다.

슬라이딩판(445)과 탑승 지지판(444) 사이에는 슬라이딩판(445)이 수평 방향으로 슬라이딩 가능하게 하는 가이드 기구가 구비됨은 물론이다.

상기 승강구동기구(446)는 웰딩 하우스(400)의 상부쪽에 설치된 윈치(winch)로 구성할 수 있다. 윈치는 권선 모터의 작동으로 상기 탑승판(443)에 연결된 체인 또는 와이어(로프) 등의 선재(447)를 끌어 올리거나 풀어주는 방식으로 탑승판(443)을 리프팅시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

이외에도 승강구동기구(446)는 통상의 엘리베이터 구조로 구성하는 것도 가능하다. 즉, 상부에 구동 풀리를 설치하고, 이 구동 풀리를 중심으로 로프를 상기 탑승판(443)과 웨이트에 연결하는 방식으로 구성하는 것도 가능하다.

상기한 바와 같이 구성되는 웰딩 하우스(400)는 눈, 비, 바람, 야간 등 기상 조건 및 작업 환경이 좋지 않을 때에도, 강관 외면 연결부의 용접 연결 작업을 보다 원활하게 수행할 수 있도록 도와주게 된다.

다음, 도 10 내지 도 16을 참조하여, 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(이하 줄여서 '강관 내면 자동용접장치'라고도 함)에 대하여 설명한다.

도 10 내지 도 14는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치가 도시된 도면들로서, 도 10은 전체 구성을 보인 측면도, 도 11은 주요부 평면도, 도 12는 정면도, 도 13은 차체 구동 구조를 보여주는 평면도, 도 14는 부대 장비를 포함한 전체 개략도이다. 도 15 내지 도 16은 강관 내면 자동용접 방법을 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)는, 강관의 내부를 이동할 수 있도록 이루어진 차체(310)와, 이 차체(310)의 앞쪽에 구비되어 강관의 내면을 용접하는 다관절 자동용접로봇(370) 및 용접 토치(380)와, 차체(310)의 뒤쪽에 탑재되어 강관 내면 자동용접장치(300)를 지원하는 각종 부대 장비(390) 등으로 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)의 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 차체(310)에 대하여 설명한다.

차체(310)는, 도 10 및 도 13을 참조하면, 전후 방향으로 길게 연결된 프레임(311)과, 프레임(311)의 하부에서 프레임(311)에 대하여 회전 가능하게 연결되는 차륜 지지대(320)와, 차륜 지지대(320)의 양쪽에 각각 구비되는 양측 바퀴(330)와, 양측 바퀴(330)를 각각 회전 구동시키는 구동기구(340) 등으로 구성된다.

차륜 지지대(320)는 프레임(311)에 대하여 조향 작동이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 차륜 지지대(320)는 상기 프레임(311)에 회전 가능하게 연결되는 메인 지지대(321)와, 이 메인 지지대(321)의 양쪽에 메인 지지대(321)와 직교하는 방향으로 각각 설치되어 상기 양쪽 바퀴(330)가 지지되는 차륜 브래킷(323) 등으로 구성될 수 있다.

메인 지지대(321)는, 대략 원형 또는 사각 통체형 구조로 이루어질 수 있다.

차륜 브래킷(323)은, 전후 방향으로 길게 형성되어 수직 방향으로 세워진 플레이트 구조로 형성되며, 상기 메인 지지대(321)에 용접, 또는 체결 수단 등에 의해 고정된 상태에서 양측 바퀴(330), 구동기구(340) 등을 지지할 수 있도록 구성된다.

양측 바퀴(330)는 관의 내면에 접촉된 상태에서 접촉 면적이 커지도록 바퀴의 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 외경이 점차 작아지는 구조로 형성되는 것이 바람직하고, 금속재 등으로 이루어진 휠 바디의 둘레면에 마찰력을 높이는 동시에 어느 정도 탄성력을 가질 수 있도록 합성수지재 또는 고무재 등의 외륜을 구성할 수 있다.

구동기구(340)는, 양측 바퀴(330)를 각각 별도로 회전 구동시킬 수 있도록 구성할 수 있는데, 이를 위해 양쪽 차륜 브래킷(323)에 각각 전동 모터(341)가 설치된다.

각 차륜 브래킷(323)에는 상기 각 전동 모터(341)에서 각 바퀴에 동력을 전달할 수 있도록 다수의 기어세트(343)가 상호 연결되어 바퀴(330)에 동력을 전달할 수 있도록 구성된다. 다수의 기어세트(343)는 상기 각 전동 모터(341)의 회전력을 감속시키는 감속기 역할을 할 수 있다.

이제, 상기와 같은 차체(310)의 앞쪽에 구비되는 다관절 자동용접로봇(370)에 대하여 설명한다.

다관절 자동용접로봇(370)은, 다관절 로봇암(373)을 이용하여 용접 토치(380)를 원주 방향으로 자유롭게 이동시키면서 강관 내면 연결부 용접이 가능하도록 구성된 것으로서, 전체적으로는 매니퓰레이터(Manipulator) 방식으로 이루어지는데, 본 실시예의 도면에서는 로봇 베이스(372)에 연결된 6관절 로봇암 구조를 예시한다. 물론, 로봇 베이스(372) 및 각각의 로봇암들 사이에는 각 로봇암의 회전 방향으로의 자유도 구현을 위한 축들이 설치된다. 따라서 도면에서는 총 6자유도(6축) 구현이 가능한 다관절 로봇 구조를 예시하고 있다. 6관절 로봇암 구조는 하나의 바람직한 예시에 불과하며, 반드시 이에 한정되지 않고 6관절 이하 또는 이상의 로봇암 구조로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같은 다관절 자동용접로봇(370)은 차체 프레임(311)에 전후 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는데, 이를 구현하기 위한 슬라이딩체(350)는, 프레임(311)의 상부에 지지된 슬라이딩 베이스(351)와, 이 슬라이딩 베이스(351)의 상부에서 전후 이동하고 그 상부에 상기 로봇 베이스(372)가 설치되어 있는 슬라이딩 이동체(353)로 이루어진다. 그리고 슬라이딩 베이스(351)와 슬라이딩 이동체(353) 사이에는 직선 이동을 안내하는 가이드 기구(354)가 설치됨은 물론이다.

도면에서 참조 번호 355는 상기 슬라이딩체(350)를 구동하기 위한 슬라이딩 구동부를 나타낸다.

다관절 자동용접로봇(370)은 상기 슬라이딩 이동체(353)의 상부에 지지된 로봇 베이스(372)와, 이 로봇 베이스(372)의 상부에 제1축(X1)으로 수직 연결된 제1암(A1)과, 제1암(A1)의 측면에서 제2축(X2)으로 연결된 제2암(A2)과, 제2암(A2)의 끝단에 제3축(X3)으로 연결된 제3암(A3)과, 제3암(A3)의 전방에서 제4축(X4)으로 연결된 제4암(A4)과, 제4암(A4)의 끝단에서 제5축(X5)으로 연결된 제5암(A5)과, 제5암(A5)에 제6축(X6)으로 연결된 제6암(A6)으로 구성된다.

여기서, 각각의 축(X1~X6)에는 모터가 설치되어 각각의 암(A1~A6)이 회전 작동될 수 있도록 구성되며, 상기 제6암(A6)의 끝단에는 용접 토치(380)가 장착될 수 있도록 토치 클램프(382)가 구비된다.

토치 클램프(382)는 다관절 로봇에서 탈장착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하고, 송급 와이어, 용접 가스, 냉각 유체, 용접 전원 등이 연결될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 다관절 자동용접로봇(370)은 상기 슬라이딩체(350)에 지지된 상태에서 용접 제어부 즉, 후술할 메인 콘트롤러에 입력된 제어 프로그램(JOB)에 의해 제어되면서 전후 방향으로 슬라이딩 이동함과 아울러, 암(A1~A6)들의 자유로운 작동을 통해 강관의 내면 연결부를 자동 용접할 수 있도록 구성되는 것이다.

다음, 차체(310)에 탑재되는 각종 부대 장비(390)에 대하여 설명한다.

도 14를 참조하면, 다관절 자동용접로봇(370)의 제어 작동을 구현하는 메인 콘트롤러(393)와, 용접 토치(380) 및 용접 토치 주변에 설치된 송급 와이어, 용접 가스, 냉각 유체, 용접 전원 등을 제어하는 용접기(394)와, 용접 토치(380)에 냉각수를 제공하는 냉각유닛(395)과, 강관 내면 자동용접장치(300)의 유압 작동 요소에 압유를 제공하는 유압장치(396)와, 강관 내면 자동용접장치(300)에 제공되는 전원 및 각종 제어 요소의 구동을 위한 제어 및 차체(310)의 주행을 제어하는 메인파워 구동유닛(392) 등이 구비된다.

이러한 메인 콘트롤러(393), 용접기(394), 냉각유닛(395), 유압장치(396), 메인파워 구동유닛(392) 등을 차체 프레임(311)의 상부에 배치하는 구성은 실시 조건에 따라 적절하게 설정하여 구현할 수 있다.

도 10에서 참조 번호 398은 용접 와이어를 용접토치(380) 쪽에 제공하는 와이어 공급릴(398)을 나타낸다.

또한 상기 메인 콘트롤러(393), 용접기(394), 메인파워 구동유닛(392) 등 본 발명의 장치를 제어하는 모든 구성 요소를 무선 시스템으로 제어할 수 있도록 무선 리모콘이 구비되는 것이 바람직하다. 물론, 무선 시스템에 한정되지 않고 유선 리모콘 방식으로 구현하는 것도 가능하다. 이하 무선 리모콘 또는 유선 리모콘을 조작 단말기(399)로 통합하여 설명한다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)를 이용한 본 발명의 자동용접방법에 대하여 설명한다.

먼저, 복수의 강관이 상호 연결된 관로 내부에 본 발명의 강관 내면 자동용접장치(300)를 투입하고, 메인파워 구동유닛(392)에 전원을 연결한다.

다음, 외부로부터 전원을 공급하는 파워 스위치를 조작하여 본 발명의 강관 내면 자동용접장치(300)에 전원을 투입하고, 차체 조작용 리모콘 등 운전 장치를 작동하여 차체(310)를 강관 내부에서 용접 위치로 이동시킨다.

이때 차체(310)는 차륜 지지대(320) 쪽에 설치된 구동기구(340)에 의해 전진 또는 후진할 수 있다.

다음, 차체(310)가 용접 위치로 이동되면, 메인 콘트롤러(393), 용접기(394) 등에도 전원을 투입하고, 강관 용접 조건에 따라 원하는 용접 작업 프로그램을 선택한다.

즉, 조작 단말기(399)의 조작버튼 또는 터치화면에서 서보 온(Servo on) 버튼을 누르면 서보 전원이 유효해지고, 서보 전원이 인가되면 서보 온 레디(Servo on ready)가 점등한다. 이후 단말기의 버튼 또는 터치화면에서 강관의 관경 및 두께, 용접 횟수 등 용접할 강관의 용접 작업 조건에 따라 이미 등록(프로그래밍)되어 있는 프로그램(JOB) 중 하나를 선택한다.

다음, 다관절 자동용접로봇(370)을 구동하여 용접 토치(380)를 용접 작업을 실시할 강관 내면의 용접 포인트에 티칭 작업을 실시하여 용접 위치를 정확하게 입력한다. 이는 선택된 프로그램(JOB)에 이미 입력되어 있는 강관의 진원도와 실제 강관 연결부 내면 진원도가 반드시 일치한다고 볼 수 없기 때문에 용접 기준점을 적절하게 설정(등록)하기 위해 용접 포인트 티칭을 실시한다. 이때 티칭 지점은 도 15에 도시된 바와 같이 강관 용접부의 16포인트를 티칭하는 것이 바람직하다. 물론 실시 조건에 따라서는 상, 하, 좌, 우 4개의 포인트를 티칭할 수도 있다.

포인트 티칭 방법은 용접 토치(380)를 강관의 내면에 근접시킨 상태에서 아크를 발생시키면, 용접 토치(380)에 함께 구비된 아크 센서에 의해 아크 발생 상태를 측정하고, 이때 다관절 자동용접로봇(370)의 위치 인식을 통해 용접 포인트를 인식하는 방법을 이용할 수 있다.

다음, 상기와 같이 하여 다수의 용접 포인트에 티칭 작업이 완료되면, 프리 마스터(Pre master)를 실행시켜, 티칭 위치를 용접 기준점으로 인식시킨다.

다음, 조작 단말기(399)에서 플레이 버튼을 누르면 다관절 자동용접로봇(370) 및 용접 토치(380) 등이 메인 콘트롤러(393), 용접기(394) 등의 제어 작동에 의해 좌우 180도 구간을 차례로 이동하면서 자동으로 강관 내면 연결부에 용접을 실시한다.

이때 용접 방향은, 상 위치(Top position)를 중심으로 좌우 방향으로 각각 180도 구간을 순서대로 용접하는 하진 용접을 실시한다. 이러한 방법으로 강관 연결부를 1 ~ 15패스(Pass)로 반복하여 용접할 수 있다. 도 16은 10패스 용접시의 상태를 보여주는 참고도이다.

한편, 실시 조건에 따라서는 상진 용접 방법으로 실시하는 것도 가능하다. 상진 용접시에는 강관의 내면 최하부를 중심으로 좌우 방향 양측으로 각각 180도 구간을 순서대로 용접한다.

하진 용접시에는 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 용접 방법을 이용하고, 상진 용접시에는 FCAW(Flux Cored Arc Welding) 용접 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

다음, 상기와 같은 과정으로 자동 용접을 실시한 후에, 용접 작동이 완료되면, 용접 프로그램에 의해 자동으로 용접 작동이 정지되면서, 강관 내면 연결부의 용접 작업이 완료된다.

다음, 도 17 내지 도 28을 참조하여 상기한 바와 같은 본 발명의 여러 장비들을 이용한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법들에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 강관 정형이음장치(100), 강관 외면 자동용접장치(200), 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)를 이용하여 차례로 시공한다.

도 17 내지 도 26은 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법을 개략적으로 나타낸 순서 도면들이다.

이 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 현장시공 자동용접방법을 차례로 설명한다.

강관 정형이음장치(100), 강관 외면 자동용접장치(200), 강관 내면 자동용접장치(300), 웰딩 하우스(400) 등을 준비한다.

먼저, 통상 관로 시공 구간에서 강관을 연결하는 배관 작업은 강관들을 순차적으로 연결하여 시공하게 된다. 도 17은 이러한 강관 연결 시공 상태를 보여주는 개략도이다. 물론, 관로 시공 구간에서 맨 처음 강관을 연결할 때는 먼저 하나의 강관을 관로 시공 구간에 배치한다. 이하 관로 시공 구간에 배치된 강관을 제1강관(P1)으로 통칭하여 설명한다.

다음, 도 18을 참고하면, 강관 정형이음장치(100)를 크레인(C) 등 인양 장비에 연결 부재(128)를 연결하여 인양한다.

다음, 도 19a(정면도) 및 도 19b(측면도)에 도시된 바와 같이, 관로 시공 구간에 강관 정형이음장치(100)를 인양하여 투입하는데, 이때 관로 시공 구간에 배치된 제1강관(P1)의 한쪽 끝단부 둘레에 강관 정형이음장치(100)를 파지하여 장착한다.

즉, 크레인(C) 등의 인양 장비를 이용하여 강관 정형이음장치(100)를 관로 시공 구간에 배치된 제1강관(P1) 쪽으로 이동시킨 후에, 정형이음장치(100)에서 한쪽 원형 몸체(111; 도 19b 참조)의 개폐 장치(145)(150) 및 잠금 장치(155) 등을 작동시켜 제1강관(P1)의 끝단부 둘레에 장착한다.

이와 같이 제1강관(P1)에 정형이음장치(100)의 두 원형 몸체(111, 112) 중 한쪽 원형 몸체(111)를 장착하고, 다른 쪽 원형 몸체(112)는 제1강관(P1)에 연결할 제2강관(P2)에 장착될 수 있도록 대기 상태에 있게 된다.

다음, 도 20을 참고하면, 제1강관(P1)에 연결할 제2강관(P2)을 크레인(C') 등으로 인양한 상태에서 도 21에 도시된 바와 같이, 정형이음장치(100)의 대기 상태에 있는 원형 몸체(112)에 삽입하고, 원형 몸체(112)의 개폐 장치(145)(150) 및 잠금 장치(155) 등을 작동시켜 제2강관(P2)의 둘레에 장착한다.

도 20에서 참조 문자 R은 제2강관(P2)을 크레인(C')으로 인양하기 위한 로프를 나타낸다.

상기와 같이 하여, 정형이음장치(100)의 대기 상태에 있는 원형 몸체(112)에 제2강관(P2)이 파지되면, 정형이음장치(100)의 견인 장치(140)를 이용하여 제2강관(P2)을 제1강관(P1) 쪽으로 이동시켜 두 강관(P1, P2)을 서로 삽입하거나 맞댄 상태로 연결한다.

이때, 제2강관(P2)이 크레인(C')으로 인양된 상태에서 정형이음장치(100)의 다른 쪽 원형 몸체(112)에 파지되고, 견인 장치(140)에 의해 제1강관(P1) 쪽으로 이동하여 연결될 때, 크레인(C')을 작동하거나 작업자가 직접 제2강관(P2)을 상하 좌우로 움직이면서 강관 연결 작업을 진행할 수 있기 때문에 제2강관(P2)을 관로 시공 구간에 내려놓은 상태에서 견인하면서 연결할 때보다 더 용이하게 강관 연결 시공 작업을 진행할 수 있게 된다.

그리고, 강관 연결 작업시에 제1강관(P1)과 제2강관(P2)의 진원이 달라서 서로 정확히 맞지 않을 경우에, 도 22에서와 같이 정형이음장치(100)의 메인 정형 장치(130) 또는 수동 정형 장치(135)를 작동하여 방사상으로 제1강관(P1) 또는 제2강관(P2)의 외면을 가압하면서 양쪽 강관(P1, P2)의 끝단부가 진원이 되도록 정형한다. 이때 메인 정형 장치(130)는 동시에 유압을 제공하여 1차 정형하고, 수동 정형 장치(135)로는 1차 정형된 상태를 파악한 후에, 작업자가 수동으로 유압을 제공하면서 강관을 정밀하게 정형하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여 양쪽 강관(P1, P2)의 끝부분이 강관 정형이음장치(100)에 의해 진원이 유지된 상태에서 견인 장치(140)의 견인 실린더(141; 도 21 참조)를 이용하여 제2강관(P2)을 제1강관(P1)에 삽입하여 연결함으로써 양쪽 강관(P1, P2)은 강관 정형이음장치(100)에 의해 진원이 형성된 상태에서 동심도 일치하게 되므로 별다른 저항 없이 원활하게 삽입되어 결합될 수 있다.

상기에서는, 먼저 견인 장치(140)를 이용하여 제2강관(P2)을 제1강관(P1)에 연결하면서, 양쪽 강관(P1, P2)의 진원이 맞지 않을 때 메인 정형 장치(130) 또는 수동 정형 장치(135)를 작동시켜 정형하면서 양쪽 강관(P1, P2)을 연결하는 방법에 대하여 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 견인 장치(140)를 작동하기 전에 메인 정형 장치(130) 또는 수동 정형 장치(135)를 작동하여, 먼저 양쪽 강관(P1, P2)을 정형하고, 이후에 견인 장치(140)를 작동하여 양쪽 강관(P1, P2)을 연결할 수도 있다.

따라서, 강관의 견인 작동과 정형 작동은 시공 현장의 조건에 따라 어느 작동을 먼저 또는 복합적으로 실행할 것인지 결정하는 것이 바람직하다. 또한 견인 장치(140)를 작동하기 전에는 메인 정형 장치(130)를 작동하고, 견인 장치(140)를 작동한 후에 필요에 따라 수동 정형 장치(135)를 작동하여 양쪽 강관(P1, P2)을 서로 맞추는 작업을 진행하는 것도 가능하다.

다음, 상기와 같이 하여 양쪽 강관(P1, P2)이 서로 결합되면, 도 23에 도시된 바와 같이 인양 장비를 이용하여 강관 정형이음장치(100)를 강관으로부터 분리한다. 이때에는 역으로 잠금 장치(155)가 해제되고, 개폐 장치(145, 150)가 작동하여 쿼터형 몸체(114, 115)가 개방된 후에, 크레인 등의 인양 장비에 의해 들어 올려져서 이동하게 된다. 이후, 분리된 강관 정형이음장치(100)는 다음 강관 접속 구간으로 이동시키거나, 시공 현장에 보관한다.

또한, 도 20에서와 같이 제2강관(P2)을 인양하고 있던 로프(R) 및 크레인(C') 등도 제2강관(P2)으로부터 분리한다.

다음, 상기 강관 정형이음장치(100) 및 제2강관(P2)의 인양 크레인(C') 등을 분리하기 전 또는 후(바람직하게는 분리하기 전)에 상기 서로 결합된 강관의 연결 부분에 수동 용접으로 수 개소에 가용접을 실시하는 것이 바람직하다. 이때 실시하는 가용접은 상기한 강관 외면 자동용접장치(200) 및 강관 내면 자동용접장치(300)를 이용하여 본 용접하기 전에 실시하는 것으로, 작업자가 관의 둘레를 따라 적절한 곳에 가용접을 실시하는 것이다.

다음, 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 강관 정형이음장치(100)가 분리된 강관의 연결부분에 강관 외면 자동용접장치(200)를 장착하고 강관의 외면 연결부의 용접을 실시한다. 강관 외면 자동용접장치(200)도 강관 정형이음장치(100)와 마찬가지로 크레인 인양 장비(미도시)를 이용하여 이송하고, 개폐 장치(226) 및 잠금 장치(230), 고정 장치(233) 등을 작동시켜 양쪽 강관(P1, P2) 중 어느 한쪽 강관의 둘레에 장착한다.

그리고, 도 24에 도시된 바와 같이 작업 조건에 따라서는 상기에서 도 8과 도 9를 참조하여 설명하였던 웰딩 하우스(400)를 설치한 상태에서 용접 작업을 실시한다. 이때 웰딩 하우스(400)는 연결하고자 하는 강관의 크기 또는 주변 작업 환경에 따라 그 폭을 조절할 수 있으므로, 웰딩 하우스(400)의 폭을 적절하게 조절한 상태에서 그 내부에서 용접 작업을 보다 안정적으로 실시할 수 있게 된다.

강관 외면 용접 작업은, 자동용접 캐리지(250)를 작동시켜 주행 레일(240)을 따라 이동시키면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시한다.

자동용접 캐리지(250)를 이동시키면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시할 때, 용접 위치 즉, 용접 시작점으로부터 원주 방향으로 강관 둘레를 따라 분할된 각도(동일 각 분할 또는 다른 각 분할, 동일각+다른 각으로 합성 분할 등) 구간에 따라, 용접 전압, 용접 전류, 주행 속도, 용접 와이어 공급속도, 용접 토치의 위빙 속도, 위빙 폭, 위빙 드웰타임(dwell time), 토치 각도, 토치 높이 등을 적절하게 변화시키면서 용접을 실시한다.

또한, 강관 연결부는 여러 패스(Pass)로 용접을 실시하게 되는바, 상기와 같은 파라미터(parameter)의 변화는, 각 패스마다 다르게 설정된 상태에서 용접 작업을 진행하는 것이 바람직하다. 물론, 강관의 규격(관경, 두께, 재질 등)에 따라서도 용접 조건이 달라지도록 설정되는 것이 바람직하다.

이와 같은 용접 제어 설정은, 위에서 설명하였던 자동용접 캐리지(250)의 용접 구동제어부에, 용접 조건에 따라 설정된 용접 프로그램들이 입력되어 있는 상태에서, 작업자가 조작 단말기를 이용하여, 강관의 규격(관경, 두께 등), 용접 패스, 용접 방향 등의 용접 조건(선택 명령)을 입력시키게 되면, 명령 조건에 맞게 로딩된 용접 프로그램에 의해 자동용접 캐리지(250)를 포함한 용접 장비들이 자동으로 작동되면서 강관 연결부 외면에 자동 용접을 실시할 수 있게 된다.

한편, 강관 외면 자동용접장치(200)를 이용하여 보다 신속하게 용작 작업을 진행하기 위해서는, 도 25에 도시된 바와 같이 하나의 파지 장치(210) 및 주행 레일(240)에 두 개의 자동용접 캐리지(250A)(250B)를 장착하여 동시에 용접할 수도 있다. 즉, 주행 레일(240)에 두 개의 자동용접 캐리지(250A)(250B)를 장착한 상태에서 한 쪽 자동용접 캐리지(250A)로 강관 연결부의 한 쪽 반원 구간을 용접하고, 다른 쪽 자동용접 캐리지(250B)로 강관 연결부의 다른 쪽 반원 구간을 동시에 용접하는 것이다. 이때, 두 자동용접 캐리지(250A)(250B)의 간섭을 방지하기 위해, 하진 용접을 실시할 경우에, 한 쪽 자동용접 캐리지(250A)를 이용하여 강관의 최상점으로부터 한 쪽(도면에서 좌측) 하측 방향(①)으로 먼저 용접을 시작한 후 일정 정도 이동하면, 이어서 다른 쪽 자동용접 캐리지(250B)를 이용하여 강관의 최상점으로부터 다른 쪽(도면에서 우측) 하측 방향(②)으로 이동시키면서 용접을 실시한다.

물론, 상진 용접을 실시할 경우에는 강관 연결부의 최하점을 중심으로 양쪽으로 상기한 하진 용접 방법과 동일한 방법으로 진행한다.

마지막에는, 양쪽 구간에서 각각 용접하여 만나는 부분을 한 쪽 자동용접 캐리지(250)를 이용하여, 마무리 용접하여 처리한다.

이와 같이 두 개의 자동용접 캐리지(250A)(250B)를 이용한 용접은 상기와 같은 방법으로 양쪽을 나누어서 용접함으로써, 1패스 용접은 물론, 2패스, 3패스, 그 이상의 용접 등도 연속적으로 진행할 수 있게 되어, 강관 연결부의 용접 작업을 보다 신속하게 완료할 수 있게 된다.

다음, 도 26에 도시된 바와 같이 상기 강관 외면 용접 후에 상기 강관의 내부에 강관 내면 자동용접장치(300)를 투입하고, 차체(310)를 용접 부분으로 이송한 후에, 다관절 자동용접로봇(370)을 작동시켜 강관 연결부 내면에 자동 원주 용접을 실시한다.

강관 내면 자동용접장치(300)를 이용한 구체적인 용접 방법은, 위에서 설명하였으므로 반복 설명은 생략한다.

이와 같은 강관 내면 연결부 용접은 강관 외면 용접과 동시에 진행하는 것도 가능하다.

한편, 상기한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법에서는 제1강관(P1)을 관로 시공 구간에 먼저 배치하고, 제2강관(P2)을 크레인 등으로 인양한 상태에서 강관 정형이음장치(100)를 이용하여 제1강관(P1)에 연결하는 방법에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 27 및 도 28에 예시된 바와 같이, 제1강관(P1)과 제2강관(P2)을 모두 관로 시공 구간에 일렬로 배치한 상태에서 정형이음장치(100)를 이용하여 두 강관(P1, P2)을 파지하고, 정형한 후에, 제2강관(P2)을 견인하여 연결하는 방법을 사용하는 것도 가능하다.

이후에는, 상기에서 설명한 도 23 이후의 시공 과정으로 상기에서 설명한 본 발명의 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법으로 동일하게 진행될 수 있다.

또한, 상기에서 설명한 본 발명에 따른 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 강관 시공 구간이 대략 수평 관로 시공 구관의 시공 방법을 중심으로 설명하였으나, 경사 관로 시공 구간에서는, 도 2에 예시한 바와 같이, 강관 정형이음장치(100)를 경사지게 이송한 후에, 경사지게 배치된 제1강관(P1) 또는 양쪽 강관(P1, P2)에 장착하여 강관 연결 시공을 실시한다.

또한, 도 5에 예시한 바와 같이, 강관 외면 자동용접장치(200)도 경사 관로 시공 구간에 배치된 강관의 경사도에 맞게 경사지게 이송한 후에 강관에 장착하여 강관 연결부 외면 용접을 실시한다.

이외의 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법은, 위에서 설명한 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법과 동일하게 이루어지므로, 반복 설명은 생략한다.

한편, 상기에 기재된 본 발명의 실시예에서는 한 쪽 강관이 다른 쪽 강관에 삽입되는 방식을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 양쪽 강관(P1, P2)을 맞대기 이음방식으로 시공할 때도 본 발명에 따른 시공 방법 및 장치들을 동일하게 적용할 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

관로 시공 구간에 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와;
제1강관 배치단계 후에, 제1강관의 둘레에 강관 정형이음장치의 두 원형 몸체 중에서 한쪽의 원형 몸체를 장착하여 제1강관을 파지하는 제1파지 단계와;
제1파지 단계 후에, 인양 장비를 이용하여 제2강관을 인양한 상태에서 상기 강관 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 제2강관의 둘레에 장착하여 제2강관을 파지하는 제2파지 단계와;
제2파지 단계 후에, 상기 강관 정형이음장치를 이용하여, 인양 장비를 이용하여 인양된 상태에 있는 제2강관을 제1강관 방향으로 견인하여 제1강관에 제2강관을 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와;
상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와;
상기 정형이음장치 분리단계 후에, 강관 외면 자동용접장치를 제1강관 및 제2강관 중 어느 한쪽 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 자동용접단계와;
상기 외면 자동용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 강관의 길이 방향으로 슬라이딩 하는 동시에 그 위에서 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 자동용접단계를 포함한 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
관로 시공 구간에 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와;
제1강관 배치단계 후에, 제1강관의 둘레에 강관 정형이음장치의 두 원형 몸체 중에서 한쪽의 원형 몸체를 장착하여 제1강관을 파지하는 제1파지 단계와;
제1파지 단계 후에, 인양 장비를 이용하여 제2강관을 인양한 상태에서 상기 강관 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 제2강관의 둘레에 장착하여 제2강관을 파지하는 제2파지 단계와;
제2파지 단계 후에, 상기 강관 정형이음장치를 이용하여 인양 장비에 매달려 있는 제2강관을 제1강관 방향으로 견인하여 제1강관에 제2강관을 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와;
상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와;
상기 정형이음장치 분리단계 후에, 제1강관과 제2강관이 연결부 내면과 외면 중 적어도 어느 일면 둘레에 용접을 실시하는 강관 용접단계를 포함한 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
관로 시공 구간에 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와;
제1강관 배치단계 후에, 제1강관의 둘레에 강관 정형이음장치의 두 원형 몸체 중에서 한쪽의 원형 몸체를 장착하여 제1강관을 파지하는 제1파지 단계와;
제1파지 단계 후에, 인양 장비를 이용하여 제2강관을 인양한 상태에서 상기 강관 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 제2강관의 둘레에 장착하여 제2강관을 파지하는 제2파지 단계와;
제2파지 단계 후에, 상기 강관 정형이음장치를 이용하여 인양 장비에 매달린 제2강관을 제1강관 방향으로 견인하여 제1강관에 제2강관을 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와;
상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와;
상기 정형이음장치 분리단계 후에, 제1강관과 제2강관이 연결부 내면과 외면 중 적어도 어느 일면 둘레에 용접을 실시하는 강관 용접단계를 포함하고,
상기 제1파지 단계에서, 관로 시공 구간에 배치된 제1강관의 경사도에 따라 제1강관을 파지할 강관 정형이음장치의 파지 각도를 설정하고, 이 설정된 파지 각도로 강관 정형이음장치를 이송하여 상기 제1강관의 둘레에 장착하는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 3에 있어서,
상기 각도조절단계에서, 상기 정형이음장치의 파지 각도 조절은, 인양 장비에 연결된 연결 부재와, 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절하여, 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강관연결단계에서, 상기 강관 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 제1강관과 제2강관이 서로 맞추어질 수 있도록 제1강관과 제2강관 중 적어도 어느 한쪽 강관을 정형하는 과정이 포함된 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강관연결단계와 정형이음장치 분리단계 사이에는 제1강관과 제2강관의 연결부를 가 용접하는 가용접 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
강관을 시공 현장에서 시공할 강관들을 서로 연결할 수 있도록 일렬로 정렬하는 정렬단계와;
상기 정렬단계에서 정렬된 강관의 경사도에 따라 강관을 파지할 강관 정형이음장치의 파지 각도를 조절하는 각도조절단계와;
상기 각도조절단계를 통해 설정된 파지 각도로 강관 정형이음장치를 이송하여 상기 정렬단계에서 정렬된 양쪽 강관의 끝단부에 강관 정형이음장치를 장착하여 양쪽 강관의 끝단부를 파지하는 파지단계와;
상기 파지단계가 완료되면 상기 강관 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 양쪽 강관이 서로 맞추어질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와;
상기 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 강관 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와;
상기 강관연결단계 후에 상기 강관 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와;
상기 정형이음장치 분리단계 후에, 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 자동용접단계와;
상기 외면 자동용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 강관의 길이 방향으로 슬라이딩 하는 동시에 그 위에서 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 자동용접단계를 포함한 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 7에 있어서,
상기 각도조절단계에서, 상기 정형이음장치의 파지 각도 조절은, 인양 장비에 연결된 연결 부재와, 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절하여, 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
상기 외면 자동용접단계에서, 강관 연결부의 외면을 자동 용접하기 전에 강관 연결부 주변에 내부를 보호할 수 있는 웰딩 하우스를 설치한 다음 외면 자동 용접을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 9에 있어서,
상기 웰딩 하우스는 연결할 강관의 크기 또는 주변 작업 환경에 맞게 전체적인 폭을 조절하여 설치하는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
상기 외면 자동용접단계에서 사용되는 강관 외면 자동용접장치는, 강관의 둘레에 장착되는 파지 장치와, 이 파지 장치에 구비된 주행 레일, 이 주행 레일을 따라 이동하면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시하는 자동용접 캐리지로 이루어지고,
강관 연결부를 좌우 양측 180도 구간으로 나누어 용접할 때, 상기 주행 레일에 두 개의 자동용접 캐리지를 장착하여 좌우 양측 180도 구간을 각각 용접하는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.
청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
상기 내면 자동용접단계에서, 상기 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관의 내면을 용접할 때, 강관 연결부의 최상점으로부터 좌우 하측 방향으로 180도 구간을 차례로 이동하면서 강관 내면 연결부를 용접하는 것을 특징으로 하는 자동배관과 자동용접시스템을 이용한 강관의 연결방법.