KR101028386B1

KR101028386B1 - 회전식 용접장치

Info

Publication number: KR101028386B1
Application number: KR1020100084481A
Authority: KR
Inventors: 정택호; 변삼섭; 하병기; 정이석; 손재화
Original assignee: 터보파워텍(주)
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2011-04-13

Abstract

용접공정을 효율화하며 정확한 용접이 가능하도록 하기 위하여, 본 발명은 상면에 안착되는 원주방향 용접라인을 갖는 용접대상물을 정렬 및 고정하는 지그 설치홈이 형성되며, 하부에 배치된 구동장치에 의해 선택적으로 회전가능하게 구비된 회전프레임; 상기 회전프레임의 외측에 구비되어 상기 용접대상물의 용접라인을 상기 회전프레임의 회전시 원주방향을 따라 예열하는 예열토치; 상기 회전프레임의 회전시 상기 용접대상물의 원주방향 용접라인을 따라 용접하는 용접작업구가 구비된 용접로봇; 및 상기 구동장치 및 상기 용접로봇의 구동을 연동하여 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 회전식 원주방향 용접장치를 제공한다.

Description

회전식 용접장치{rotary welding apparatus}

본 발명은 회전식 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접공정을 효율화하며 정확한 용접이 가능한 회전식 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접장치는 동종 내지 이종의 금속재질의 접합면을 가열 및 용융하여 상호 접합하기 위한 장치로서, 가스식, 레이저식 내지 아크식 용접작업구를 포함하여 이루어진다.

한편, 발전기 터빈의 주요 부품인 스테이셔너리 유닛 내지 다이어프램 등과 같이 링부재와 파티션부가 원주방향을 따라 정밀하게 용접되어야 함에도 불구하고 종래에는 실질적으로 수작업에 의하여 용접이 수행됨으로써 요구조건을 만족시키기 어려웠다.

즉, 종래의 일반적인 용접장치를 사용하여 원주방향을 따라 용접을 수행하는 경우 일반적으로 작업자가 원주방향을 따라 용접기를 이동시키는 방식의 수작업에 의해 진행되었으며, 원주형 곡면부의 용접을 수행하는 과정에서 작업자의 피로도가 증가될 뿐만 아니라 용접작업의 정확도를 보장하기 어려운 실정이었다.

이에, 회전식 턴테이블 등의 상면에 용접대상물을 배치하고 회전시키면서 용접하는 장치로서 개선이 이루어져 왔으나, 턴테이블에 용접대상물을 배치하는 과정에서 발생되는 용접위치의 오차로 인해 용접불량이 빈번히 발생되는 문제점이 있었다.

이를 방지하기 위해, 종래에는 작업자가 원주방향을 따른 용접라인의 위치가 정확한지 직접 관찰함으로써 파악하여야 하고, 용접공정의 진행시에도 작업자가 용접장치를 일일이 조작하여야 하므로 인건비와 용접시간이 많이 소요되며 경제성 및 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같이 수작업 방식으로 용접할 경우에는 작업자의 개인 기량이나 기능, 그리고 작업자의 컨디션, 경력 등에 따라 용접상태가 다르게 되어 용접의 균일화를 이루기 어렵고, 불량발생률이 매우 높으며 생산성도 크게 저하될 수 밖에 없었으므로, 숙련된 작업자에 의한 작업이 요구되었다.

더욱이, 균일하고 매끄러운 용접이 수행되도록 용접공정의 사전공정으로서 용접대상표면을 일정온도 이상으로 예열하여야 하지만, 전술된 바와 같은 문제점으로 인하여 실질적으로 정확한 위치에 요구되는 온도로 예열하는 과정이 수행되지 못함으로써 용접면이 불규칙적이고 매끄럽지 않게 되어 품질이 저하되는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하여 용접공정을 효율화하며 정확한 용접이 가능한 회전식 용접장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 상면에 안착되는 원주방향 용접라인을 갖는 용접대상물을 정렬 및 고정하는 지그 설치홈이 형성되며, 하부에 배치된 구동장치에 의해 선택적으로 회전가능하게 구비된 회전프레임; 상기 회전프레임의 외측에 구비되어 상기 용접대상물의 용접라인을 상기 회전프레임의 회전시 원주방향을 따라 예열하도록, 주관과 상기 주관으로부터 분기되는 복수개의 분기관을 포함하되, 상기 분기관의 끝단에는 각각 용접라인을 향하도록 배치된 노즐부가 나란히 구비되되, 상기 분기관은 상기 노즐부가 복수개의 용접라인에 각각 대향되도록 회전되어 각도조절되는 각도조절구를 포함하는 예열토치; 상기 회전프레임의 회전시 상기 용접대상물의 원주방향 용접라인을 따라 용접하는 용접작업구가 구비된 용접로봇; 및 상기 구동장치 및 상기 용접로봇의 구동을 연동하여 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 회전식 원주방향 용접장치를 제공한다.

여기서, 상기 용접로봇의 일측에는 상기 용접작업구와 상기 용접라인의 근접지점의 화상을 검출하는 이미지 센서를 더 포함하여 이루어지되, 상기 컨트롤러는 상기 회전프레임의 예비회전시 상기 이미지 센서로부터 수집되는 화상 데이터로부터 상기 용접작업구와 상기 용접라인의 대향위치의 반경방향 이탈값이 설정값을 초과하는 경우 이탈신호를 출력함이 바람직하다.

삭제

또한, 상기 용접로봇의 회전방향 전방측에는 상기 용접라인의 일지점의 온도를 검출하는 온도검출수단이 구비되며, 상기 컨트롤러는 예열장치에 의해 예열된 상기 일지점의 온도가 설정온도 이상인 경우에 상기 용접로봇을 구동하여 상기 용접라인을 용접하도록 제어함이 바람직하다.

삭제

본 발명의 상기의 해결 수단을 통해서 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 원주방향의 용접라인을 갖는 용접대상물을 회전프레임 상에 배치하여 회전시키면서 용접로봇에 의해 용접함에 있어서, 용접라인과 용접작업구 간의 대향위치 정확도를 이미지 센서로 검출하고 상기 컨트롤러가 설정치 이상의 오차가 있는 것으로 판단한 경우 오차 데이터를 출력함으로써 용접불량의 발생을 미연에 효율적으로 방지하고 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

둘째, 용접작업의 수행 전 상기 회전프레임이 회전되는 상태에서 예열토치에 의해 예열과정이 수행되고, 예열온도가 설정온도 이상인 경우에만 후속 용접공정이 수행되도록 함으로써 균일하고 매끄러운 고품질의 용접이 안정적으로 수행될 수 있다.

셋째, 작업자는 초기 용접대상물의 세팅 및 오차 수정 작업시에만 작업을 수행하면 되므로 작업효율이 증대되며, 회전프레임의 회전에 따라 자동적인 용접작업이 가능하도록 함으로써 불필요한 중간 작업이 생략될 수 있으므로 용접시간이 단축되며 생산성이 향상될 수 있다.

넷째, 원주방향의 용접라인이 2개소 이상인 경우에 분기된 2개 이상의 노즐에 의해 각 용접라인이 동시에 예열될 수 있으므로 하나의 용접라인의 용접이 수행된 이후 다음 용접라인을 예열하기 위한 시간이 현저히 단축될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 용접장치의 개요를 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 용접장치의 개요를 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용접대상물의 예열을 위한 예열토치의 분기된 노즐부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 용접장치의 작동방법을 나타낸 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전식 용접장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 용접장치의 개요를 나타낸 평면도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 용접장치의 개요를 나타낸 측면도이다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 회전식 용접장치는 회전프레임(10), 예열토치(50), 용접로봇(30), 그리고 컨트롤러(60)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 회전프레임(10)은 하부에 배치된 구동장치(17)에 의해 선택적으로 회전가능하게 구비되며, 상기 구동장치(17)는 유압모터 등의 구동원에 전원이 공급되면 동력전달장치를 통해 상기 회전프레임(10)에 회전력을 제공하는 구성을 포함한다. 또한, 상기 회전프레임(10)의 상면에는 원주방향 용접라인(2)을 갖는 용접대상물(1)을 정렬 및 고정하는 지그 설치홈(16)이 형성되며, 상기 지그 설치홈(16)에 결합되는 지그(15)는 상기 용접대상물(1)을 정확한 위치에 고정한다.

상세히, 상기 지그 설치홈(16)은 상기 회전프레임(10)의 상면을 관통하여 형성되되, 원주방향을 따라 소정각도 간격을 두고 복수개 형성된다. 또한, 상기 복수개의 지그 설치홈들(16) 사이에는 보조지그 설치홈(17)이 형성됨이 바람직하다. 이때, 지그 설치홈(16)에 설치되는 지그(15)는 용접대상물(1)의 외주측에서 고정된다면, 보조지그 설치홈(17)에 설치되는 보조지그(미도시)는 용접대상물(1)의 내주측에 고정되도록 함이 바람직하다.

여기서, 상기 지그(15)는 하단부가 상기 지그 설치홈(16)에 삽입되어 전후 이동이 안내되는 몸체와, 상기 몸체의 상부에 배치되어 상기 용접대상물(1)의 상부를 클램핑하여 지지하는 지지구(15b)와, 상기 몸체의 하단부를 상기 회전프레임에 선택적으로 고정하는 고정구(15a)를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 용접대상물(1)은 원주방향을 따라 용접되어야 하는 부품들로서, 예컨대 발전기 터빈의 주요 부품인 스테이셔너리 유닛 내지 다이어프램 등을 이루는 아우터링부재, 파티션부 및 이너링부재 등으로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 회전프레임(10)의 회전시 상기 예열토치(50)는 상기 용접대상물(1)의 용접라인(2)을 원주방향을 따라 예열하도록 상기 회전프레임(10)의 외측에 구비되며, 상기 예열토치(50)의 노즐부(56)가 용접라인을 향하도록 세팅된다. 이후, 상기 회전프레임(10)이 회전되면서 상기 예열토치(50)의 노즐부(56)를 통해 분사되는 화염에 의해 용접라인(2)이 예열된다.

여기서, 상기 예열토치(50)의 단부는 분기관(55)에 의해 분기되어 그 끝단에 복수개의 노즐부(56)가 나란히 구비된다. 이때, 용접라인(2)이 복수개인 경우에는, 노즐부(56)는 각각 대응되는 용접라인(2)을 향해 화염을 분사하여 효율적인 예열을 수행한다.

더욱이, 상기 용접로봇(30)을 기준으로 회전방향 전방측에는 상기 용접라인(2)의 일지점의 온도를 검출하도록 적외선 온도센서 등으로 이루어진 온도검출수단(18)이 구비됨이 바람직하다. 상기 온도검출수단(18)에 의해 검출된 상기 일지점의 예열된 온도는 상기 컨트롤러(60)로 전송되고, 상기 컨트롤러(60)는 검출된 온도가 기설정된 온도 이상인 경우에 상기 용접로봇(30)을 구동하여 상기 용접라인(2)을 용접하도록 제어한다.

한편, 상기 용접로봇(30)은 상기 회전프레임(10)의 회전시 상기 용접대상물(1)의 원주방향 용접라인(2)을 따라 용접하도록 컨트롤러(60)에 의해 제어되는 다관절 로봇으로 이루어지되, 로봇아암의 단부에는 아크용접기 내지 레이저용접기 등과 같은 용접작업구(31)가 구비됨이 바람직하다. 이를 통해, 상기 용접로봇(30) 아암의 단부에 구비된 용접작업구(31)의 위치가 용접라인(2)이 회전중심점으로부터 반경방향 거리가 변경된 경우에는 다관절 로봇 아암의 위치가 원활히 이동되도록 상기 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.

이와 같이, 상기 컨트롤러(60)는 상기 회전프레임(10)에 회전력을 제공하는 구동장치(17) 및 상기 용접로봇(30)의 구동을 연동하여 제어함으로써 작업자는 초기 설정 및 제어명령만 입력하면 되며, 용접작업의 수행 중 작업자는 다른 업무를 수행할 수 있다.

한편, 상기 용접로봇(30)의 일측에는 그의 용접작업구(31)와 상기 용접라인(2)의 근접지점의 화상을 검출하는 이미지 센서(40)를 더 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 여기서, 상기 이미지 센서(40)의 초점은 상기 용접라인(2)을 이루는 원호의 접선(L) 상에 배치된다. 따라서, 상기 이미지 센서(40)는 용접작업구(31)와 용접라인(2)의 수직방향 위치가 정확한지 여부를 판단하기 위한 이미지를 촬영하여 컨트롤러(60)로 전송한다.

이를 통해, 상기 컨트롤러(60)는 상기 회전프레임(10)의 예비회전시 상기 이미지 센서(40)로부터 수집되는 화상 데이터로부터 상기 용접작업구(31)와 상기 용접라인(2)의 대향위치의 반경방향 이탈값이 설정값을 초과하는 경우 이탈신호를 출력할 수 있다.

상세히, 상기 컨트롤러(60)는 수집된 화상데이터를 통해 기설정된 기하학적 구조와 상기 용접대상물(1)에 형성된 용접라인(2)을 비교하여 상기 용접작업구(31)와 용접라인(2)의 수직방향 위치대향성을 판별할 수 있다. 이때, 상기 용접작업구(31)와 상기 용접라인(2)의 대향위치의 반경방향 이탈값이 설정값을 초과하는 경우에는 원주방향 각도에 따른 초과량을 도표를 포함한 편차데이터 형식으로 출력함과 아울러 경고신호를 발하도록 함이 바람직하다.

이를 통하여, 작업자는 원주방향 각도에 따른 편차 데이터를 참조하여 용접대상물(1)의 위치 오차를 수정한 후 용접공정이 진행되도록 함으로써, 용접작업 과정에서 발생될 불량을 현저히 저감시킬 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용접대상물의 예열을 위한 예열토치의 분기된 노즐부를 나타낸 사시도이다.

도 3에서 보는 바와 같이, 상기 예열토치(50)의 단부는 분기관(55)에 의해 분기되어 그 끝단에 2 개의 노즐부(56)가 상기 용접대상물(1)의 용접라인(2)을 향하도록 나란히 구비된다.

즉, 도시된 바와 같이 상기 용접대상물(1)이 아우터링부재(1c), 파티션부(1b), 그리고 이너링부재(1a)로 이루어진 경우에는, 부재들을 순차적으로 접합하기 위해서는 2 개의 용접라인(2)이 존재한다. 이때, 하나의 용접라인을 예열하는 동안 다른 용접라인도 동시에 예열한다면 예열시간이 단축될 수 있다.

또한, 상기 예열토치는 주관(54)과, 상기 주관(54)으로부터 분기되는 한 쌍의 분기관(55)을 포함하여 이루어지며, 상기 분기관(55)의 끝단에는 각각 용접라인(2)을 향하도록 배치된 노즐부(56)가 나란히 구비된다.

여기서, 용접대상물의 종류에 따라 상기 2개의 용접라인(2) 간의 간격이 변경되는 경우에, 이러한 간격의 변경는 상기 분기관(55)을 회전시킴으로써 조절될 수 있다. 즉, 상기 분기관(55)은 상기 노즐부(56)가 복수개의 용접라인(2)에 각각 대향되도록 회전되어 각도조절되는 각도조절구(57)를 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 각도조절구(57)는 내측에 오링이 구비됨과 동시에 분기관(55)이 주관(54)으로부터 이탈되지 않도록 하며, 상기 분기관(55)이 주관(54)을 기준으로 회전가능하게 연결되도록 한다.

이를 통해, 한 쌍의 노즐부를 통해 발산되는 화염이 각각 대응되는 한 쌍의 용접라인을 동시에 예열하도록 배치될 수 있으며, 필요한 경우에는 한 쌍의 노즐부가 모두 하나의 용접라인을 향하도록 조절되어 집중적인 예열을 수행할 수도 있으므로 작업특성에 맞게 편리한 예열작업의 변경이 가능하다.

도 3을 참조하면, 만일 상기 2개의 용접라인의 간격이 더 좁아진 경우에는 상기 분기관(55)을 시계방향으로 다소간 회전시킴으로써, 좁아진 간격을 갖는 2개의 용접라인(2)에 한 쌍의 노즐부(56)가 각각 정확히 대향되도록 할 수 있다.

반면에, 상기 2개의 용접라인의 간격이 더 넓어진 경우에는 상기 분기관(55)을 반시계방향으로 다소간 회전시킴으로써, 넓어진 간격을 갖는 2개의 용접라인에 한 쌍의 노즐부(56)가 각각 대향되도록 할 수 있으며, 필요한 경우 상기 주관(54)의 위치도 미세하게 조절할 수 있도록 함이 바람직하다.

더욱이, 하나의 용접라인의 용접이 완료된 이후, 다음 용접라인을 용접하기 전에는 상기 예열토치의 2개의 노즐(56)이 모두 다음 용접라인의 원호 상에 배치되도록 하여 집중적으로 예열함으로써 예열시간을 현저히 단축할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 회전식 용접장치의 작동방법을 나타낸 흐름도이다.

도 4에서 보는 바와 같이, 회전프레임(10)의 상면에 원주방향 용접라인(2)을 갖는 용접대상물(1)을 정렬 및 고정한다(S10). 이때, 지그(15)를 지그 설치홈(16)에 고정함으로써 용접대상물(1)의 고정상태를 유지하도록 한다.

그리고, 용접작업이 시작되기 전에 상기 회전프레임(10)을 예비적으로 회전 구동하고, 상기 용접라인(2)과 용접로봇의 용접작업구(31)의 대향위치를 검사한다. 상기 용접라인(2)과 용접작업구(31) 간의 대향위치는 이미지센서(40)에 의해 화상 이미지가 촬영되어 컨트롤러(60)로 송출되고, 상기 컨트롤러(60)는 상기 이미지 센서(40)로부터 수집되는 화상 이미지로부터 상기 용접작업구(31)와 상기 용접라인(2)의 대향위치의 반경방향 이탈값이 설정값을 초과하는지 여부 통해 용접구간의 오류 여부를 비교 판단한다(S30). 이때, 용접구간에 오류가 있는 경우 오류데이터를 도표를 포함한 편차데이터 형식으로 출력한다(S35).

반면에, 상기 대향위치의 최대오차가 설정값 이하인 경우, 상기 회전프레임(10)을 회전구동하고 예열토치(50)가 상기 용접라인(2)을 예열하도록 한다(S40).

이후, 상기 예열된 용접라인(2)의 일지점의 온도를 검출하여 설정된 온도 이상인 경우(S50), 상기 용접로봇(30)을 구동하여 용접작업구(31)가 상기 용접라인(2)을 용접한다(S60).

이때, 상기 컨트롤러(60)는 상기 용접의 시작지점으로부터 최종지점까지의 진행여부를 회전각도를 적산함으로써 판단할 수 있다(S70). 이를 통해, 하나의 용접라인(2)의 진행여부가 완료되었음이 판단되면, 용접로봇의 구동은 정지된다(S80). 이후, 다음 용접작업을 위한 용접대상물(1)의 예열 내지 분리 작업이 수행된다.

한편, 상기 용접대상물(1)의 용접라인이 2개인 경우, 상기 용접라인(2)을 예열하는 단계에서 2개의 용접라인을 동시에 예열하도록 함이 바람직하다. 이를 통해, 하나의 용접라인의 용접이 완료된 이후, 다음 용접라인을 용접하기 전 예열시간이 단축될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

1: 용접대상물 2: 용접라인
10: 회전프레임 15: 지그
30: 용접로봇 31: 용접작업구
40: 이미지센서 50: 예열토치
55: 분기관 56: 노즐부
60: 컨트롤러

Claims

상면에 안착되는 원주방향 용접라인을 갖는 용접대상물을 정렬 및 고정하는 지그 설치홈이 형성되며, 하부에 배치된 구동장치에 의해 선택적으로 회전가능하게 구비된 회전프레임;
상기 회전프레임의 외측에 구비되어 상기 용접대상물의 용접라인을 상기 회전프레임의 회전시 원주방향을 따라 예열하도록, 주관과 상기 주관으로부터 분기되는 복수개의 분기관을 포함하되, 상기 분기관의 끝단에는 각각 용접라인을 향하도록 배치된 노즐부가 나란히 구비되되, 상기 분기관은 상기 노즐부가 복수개의 용접라인에 각각 대향되도록 회전되어 각도조절되는 각도조절구를 포함하는 예열토치;
상기 회전프레임의 회전시 상기 용접대상물의 원주방향 용접라인을 따라 용접하는 용접작업구가 구비된 용접로봇; 및
상기 구동장치 및 상기 용접로봇의 구동을 연동하여 제어하는 컨트롤러를 포함하여 이루어지는 회전식 원주방향 용접장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 용접로봇의 일측에는 상기 용접작업구와 상기 용접라인의 근접지점의 화상을 검출하는 이미지 센서를 더 포함하여 이루어지되,
상기 컨트롤러는 상기 회전프레임의 예비회전시 상기 이미지 센서로부터 수집되는 화상 데이터로부터 상기 용접작업구와 상기 용접라인의 대향위치의 반경방향 이탈값이 설정값을 초과하는 경우 이탈신호를 출력함을 특징으로 하는 회전식 원주방향 용접장치.
제 1 항에 있어서,
상기 용접로봇의 회전방향 전방측에는 상기 용접라인의 일지점의 온도를 검출하는 온도검출수단이 구비되며,
상기 컨트롤러는 예열장치에 의해 예열된 상기 일지점의 온도가 설정온도 이상인 경우에 상기 용접라인을 용접하도록 상기 용접로봇을 구동함을 특징으로 하는 회전식 원주방향 용접장치.
삭제