KR101056772B1 - 선박블록 자동용접용 캐리지 - Google Patents

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김일수
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김지선
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Abstract

본 발명은 선박블록 자동용접용 캐리지에 관한 것으로, 모재로부터 일정간격 이격되어 설치되는 레일부에 거치되고 주행모터에 의해 상기 레일을 주행하는 몸체부, 몸체부와 연결되며 암(Arm) 회전모터에 의해 회전하고, 암 상하모터에 의해 높낮이가 조절되는 암 및 암의 하단부에 구비되어 암의 회전 및 높낮이 조절에 의해 모재의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접하는 토치를 포함하여 구성되어, 종래 수작업으로 용접해야 했던 모재의 양단 용접을 자동화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

선박블록 자동용접용 캐리지{Automatic welding carriage for vessel block}
본 발명은 선박블록 자동용접용 캐리지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박블록을 용접할 때 토치가 구비된 암을 회전시켜 모재 양단의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접하는 선박블록 자동용접용 캐리지에 관한 것이다.
선박은 수많은 블록들로 구성되어 있으며 .이러한 블록들은 일정한 단위의 크기로 사전 제작되어 조립된다. 블록 제작공정 중에서 용접은 가장 중요한 공정이다.
일반적으로 용접은 금속재료를 가열, 가압하여 접합시키는 접합법이다. 용접은 금속학적으로 융접, 압접 및 납접으로 분류될 수 있다. 융접은 접합할 양 금속부재 즉 모재의 접합부를 국부적으로 가열시켜 이들을 융합함으로써 접합시키는 방법이다. 압접은 접합부를 적당한 온도로 가열하고 이에 기계적으로 가압하여 접합을 완성시키는 방법이다. 납접은 접합할 모재보다 용점이 훨씬 낮은 납재료를 접합부에 용융 첨가하여 그 용융 납재료의 응고 시에 있어서의 분자간의 인력을 이용하여 접합목적을 달성하는 방법이다.
금속재료를 접합하는 용접작업은 고난도의 작업으로써 숙련된 기술과 정밀성이 요구됨에 따라 숙련된 기술자에 의한 수작업으로 이루어졌으나 열악한 작업환경과 유해하고 육체적인 부담이 크기 때문에 근로자들이 꺼려하는 대표적인 3D 작업 중의 하나로 최근에는 숙련된 용접인력의 감소, 용접사의 고령화 및 인건비 증가 등의 이유로 용접자동화가 국내 조선 산업의 경쟁력 제고를 위한 현안으로 대두되고 있으며, 이러한 용접자동화를 위해서는 정밀제어가 가능한 자동용접용 캐리지의 개발이 시급한 시점이다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 선박블록을 용접할 때 토치가 구비된 암을 회전시켜 모재 양단의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접하는 선박블록 자동용접용 캐리지를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지는 모재로부터 일정간격 이격되어 설치되는 레일부에 거치되고 주행모터에 의해 상기 레일을 주행하는 몸체부, 상기 몸체부와 연결되며 암(Arm) 회전모터에 의해 회전하고, 암 상하모터에 의해 높낮이가 조절되는 암 및 상기 암의 하단부에 구비되어 상기 암의 회전 및 높낮이 조절에 의해 상기 모재의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접하는 토치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지는 상기 몸체부의 양측에 구비되어 상기 모재와의 거리를 측정하는 센싱부를 더 포함할 수 있다.
상기 토치는 상기 암의 회전에 의해 회전하여 용접 시작구간을 용접하고, 상기 암이 회전을 멈춘 후 상기 몸체부의 주행에 의해 용접 시작구간 및 종료구간 사이를 용접하고, 상기 몸체부의 주행을 멈춘 후 상기 암의 회전에 의해 용접 종료구간을 용접할 수 있다.
상기 암의 상단부에 상기 토치를 회전시키는 토치 회전모터를 더 포함할 수 있다.
상기 몸체부는, 상기 몸체부가 상기 레일을 주행하면서 용접 시에 주행 방향에 대하여 수직한 방향으로 움직여 위빙(weaving)을 제어하는 위빙제어모터를 더 포함할 수 있다.
상기 레일부의 일단 또는 양단에는 긴 막대 형상을 갖는 가이드 레일이 상기 레일부의 길이 방향으로 연장 연결되어 상기 모재의 용접 길이를 연장할 수 있다.
상기 암의 하단부에 상기 토치를 고정하는 토치고정부를 더 포함하며, 상기 토치 고정부의 재질은 베크라이트일 수 있다.
상기 센싱부는 초음파 센서일 수 있다.
본 발명에 따르면, 선박블록 용접 시 레일부에 거치되어 주행하는 몸체부에 암 회전모터에 의해 회전하고 상하모터에 의해 높낮이가 조절되는 암이 연결되고, 암의 하단부에 토치가 구비되어 암의 회전 및 높낮이 조절에 의해 모재의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접함으로써 종래 수작업으로 용접해야 했던 모재의 양단 용접을 자동화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선박블록 용접 환경이 여의치 않아 암을 자유롭게 회전하지 못하는 경우 암의 상단부에 구비된 토치 회전모터에 의해 토치를 회전시킴으로써 모재의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 개략적인 구성을 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 구체적인 모습을 보여주는 사시도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 용접과정을 보여주는 정면도.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지에 구비된 센싱부를 보여주는 측면도 및 정면도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 전체적인 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지(100)는 몸체부(110), 암(Arm, 120), 토치(130), 센싱부(140) 및 제어부(160)를 포함하여 구성되며, 레일부(150)에 거치된다.
레일부(150)는 몸체부(110)의 주행을 가이드하는 부분으로, 받침대(151) 및 레일(153)을 포함하여 구성된다. 받침대(151)는 일정높이 및 일정형상을 갖는 구조물로 용접이 필요한 모재(200)의 상부면에 설치된다. 레일(153)은 한 쌍으로 구성되고 각각 받침대(151)의 상부에 길이 방향으로 놓여져 연결부(155)에 의해 서로 연결된다. 레일(153)은 받침대(151)에 의해 모재(200)로부터 일정간격 이격되게 설치된다.
이때, 받침대(151)는 한 쌍이 설치되어 레일(153)의 양끝단을 지지할 수도 있고 더욱 견고하게 지지하기 위해 양끝단의 사이사이에 추가적으로 더 설치될 수도 있다.
몸체부(110)는 레일부(150)에 거치되어 모재(200)로부터 일정간격 이격되어 설치되고 레일부(150)를 따라 주행한다. 암(120)은 몸체부(110)와 연결되며 회전 및 상하운동을 한다. 암(120)의 하단부에는 토치(130)가 구비되어 암(120)의 회전 및 상하운동에 따라 모재(200)를 용접한다.
특히, 본 발명의 실시예에 의한 선박블록 자동용접용 캐리지(100)는 모재(200)를 용접 할 때 몸체부(110)가 정지한 상태에서 암(120)을 회전하여 용접 시작구간을 용접한다. 이후 암(120)이 회전을 멈춘 후 정지 상태에서 몸체부(110)가 레일부(150)를 따라 주행하여 용접 시작구간 및 종료구간 사이를 용접한다. 다음으로 용접 종료구간이 시작되면 몸체부(110)의 주행을 멈춘 후 암(120)의 회전에 의해 용접 종료구간을 용접한다.
즉, 용접 시작구간 및 종료구간의 용접을 몸체부(110)의 주행이 아닌 암(120)의 회전을 통해 수행함으로써 종래의 용접 시작구간 및 종료구간의 구분 없이 몸체부(110)의 주행만으로 용접하는 자동용접 시에 용접이 견고하게 되지 못하여 자동용접 종료 후 기술자가 투입되어 추가적인 용접을 수행해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.
토치(130)는 암(120)의 하단부의 측면에 토치 고정부(131)에 의해 고정되고, 토치(130)는 와이어 피더기(미도시)에 체결되어 와이어와 보호가스를 공급하는 토치 케이블을 통하여 모재(200)를 용접한다. 토치 고정부(131)는 용접이 직접 수행되는 부분이므로 용접 시 발생하는 열에 강한 베크라이트 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도시되지는 않았으나 용접 환경이 암(120)을 회전하지 못하는 상황인 경우 암(120)을 회전하지 않고 토치(130)만을 회전하여 용접할 수 있는데, 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명할 것이다.
센싱부(140)는 몸체부(110)에 구비되어 모재(200)와의 거리를 측정한다. 센싱부(140)는 초음파 센서를 사용할 수 있다.
또한, 센싱부(140)는 초음파를 이용한 거리 측정 이외에도 리미트 스위치를 레일부(150)의 양 끝단부에 부착하여 센싱부(140)와의 접촉에 의해 용접 시작구간 및 종료구간을 감지할 수도 있으나, 그 종류는 이에 한정되지 않는다.
제어부(160)는 몸체부(110)의 주행 및 암(120)의 회전 및 높낮이 조절을 하는 각각의 모터를 제어한다. 이때, 제어부(160)는 각각의 모터를 개별 제어하기 위한 각각의 프로세서를 가지며 주 제어부와는 시리얼(Serial) 통신을 통하여 제어신호를 송, 수신할 수 있다.
제어부(160)는 기 저장된 데이터를 기반으로 몸체부(110) 및 암(120)을 구동하여 용접을 수행할 수도 있고 사용자의 원격 제어에 의해서 용접을 수행할 수도 있다. 덧붙여 제어부(160)는 몸체부(110)의 주행 제어, 암(120)과 토치(130)의 상, 하, 좌, 우 제어 뿐만 아니라 용접의 시작 및 종료 그리고 용접 와이어(210) 송급을 제어한다.
즉 제어부(160)는 센싱부(140)를 통해 실시간으로 측정한 모재(200)와의 거리를 기 저장된 데이터와 비교하여 용접 시간구간 및 종료구간에 도달하였는지 판단한다. 예컨대, 제어부(160)는 몸체부(110)의 주행에 의해 용접을 수행하다가 용접 종료구간에 도달한 경우 용접 종료구간의 시작점에서 몸체부(110)의 주행을 멈추고 암(120)을 회전하여 용접 종료구간의 용접을 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 구체적인 모습을 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3의 측면도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지(100)의 모습을 명확하기 보여주기 위해 센싱부(140)를 제외하고 도시하였다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지(100)의 몸체부(110)는 주행모터(111) 및 위빙제어모터(113)를 포함한다.
주행모터(111)는 레일부(150)를 구성하는 한 쌍의 레일(153) 중 암(120)의 반대편에 있는 레일(153)에 연결되어 몸체부(110)가 레일(153)을 따라 전진 또는 후진하도록 한다. 도시되지는 않았으나 몸체부(110)는 타이밍 벨트에 의해 주행모터(111)의 동력을 전달받고, 타이밍 벨트(timing belt)의 이탈을 방지하기 위해 타이밍 벨트의 장력을 조절해주는 텐셔너를 구비할 수 있다.
이때, 용접 길이의 제한을 없애기 위해 레일(153)의 양단에는 가이드 레일(157)을 연결할 수 있다. 가이드 레일(157)은 긴 막대 형상을 갖는 보조 레일로 고정부재(미도시)에 의해 레일(153)의 일단 또는 양단에 연장 연결될 수 있다.
위빙제어모터(113)는 몸체부(110)의 주행방향과 수직한 방향으로 설치된 스크류의 회전에 의해 몸체부(110)의 주행방향과 수직한 방향으로 번갈아가면서 이동하여 용접 시 위빙을 제어한다. 즉, 위빙제어모터(113)의 이동에 의해 몸체부(110)가 레일부(150)를 따라 주행하면서 용접을 할 때 주행 방향에 수직한 방향으로 번갈아가면서 용접이 되어 용접 시 융합 불량을 방지할 수 있다.
암(120)은 몸체부(110)에 연결되며 암 회전모터(121) 및 암 상하모터(123)에 의해 회전하고 높낮이가 조절된다. 암 회전모터(121)는 몸체부(110)와 연결된 별도의 케이스(127)에 구비될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 암(120) 회전 시 하모닉 드라이버를 고정하는 감속기 고정판과 암 회전모터(121)의 동력을 암(120)으로 전달할 수 있는 감속기 축 및 베어링 홀을 포함하여 암(120)을 회전시킨다.
이와 같이 암(120)을 회전시켜 암(120)의 하단부에 구비된 토치(130)가 용접 시작구간 및 종료구간의 용접을 하게 되면 모든 용접 공정을 몸체부(110)의 주행에 의해 수행하는 경우보다 더욱 견고하게 용접을 수행할 수 있다. 이때 토치(130)가 용접을 할 때 토치(130)의 끝부분과 모재(200) 사이의 간격이 암(120)의 회전에 따라 서로 다르게 되므로 이 거리를 일정하게 유지해주기 위해 암(120)의 높낮이가 조절되는 것이 바람직하다.
이때, 암(120)의 높낮이를 조절하기 위해 암(120)의 상단부에는 암 상하모터(123)가 구비된다. 암 상하모터(123)는 타이밍 벨트(127)를 이용하여 암(120)이 상, 하로 구동할 수 있도록 하고 타이밍 벨트(127)의 이탈을 방지하기 위한 풀리(pully)를 구비할 수 있다. 암(120)의 회전 및 높낮이 조절에 의해 용접이 되는 과정은 뒤에서 더 자세히 설명할 것이다.
한편, 암(120)의 상단부에는 암 상하모터(123) 이외에 토치 회전모터(125)가 더 구비될 수 있다. 토치 회전모터(125)는 용접 시 작업 공간 부족 등으로 암(120)을 회전시킬 수 없는 상황인 경우 암(120)이 아닌 토치(130)를 회전시킨다. 이에 따라 암(120)의 회전시전시킬 수 없는 경우에 토치(130)만을 회전시켜 용접 시작구간 및 종료구간을 용접할 수 있다. 이때에도 토치(130)의 끝부분과 모재(200) 사이의 거리를 일정하게 유지해주기 위해 암(120)의 높낮이가 조절되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지의 용접과정을 보여주는 정면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 선박블록 자동용접용 캐리지(100)는 용접을 시작할 때 몸체부(110)는 레일부(150)의 일단에 위치하지 않고 레일부(150)의 일단으로부터 용접 시작구간(a) 만큼 이격된 위치에 정지한다. 이후 암(120)이 용점 시작 전에 용접을 시작하는 위치까지 시계 방향으로 회전한다. 다음으로 용접이 시작되면 암(120)이 반시계 방향으로 회전하면서 용접 시작구간의 끝 지점까지 토치(130)가 모재(200)를 용접 와이어(미도시)로 용접한다. 이때, 토치(130)와 모재(200) 사이의 거리를 일정하기 유지하기 위해 암(120)이 바닥에서 점점 멀어지게 되어 암(120)의 상단부에서 암 회전모터(121)가 구비된 케이스(127) 사이까지의 거리가 h1에서 h3으로 점점 길어진다.
용접 시작구간(a)의 용접이 완료되면 암(120)은 회전을 멈추고 몸체부(110)가 레일부(110)에서 용접 종료구간(c)의 시작점까지 주행한다. 몸체부(110)가 용접 시작구간(a)과 용접 종료구간(c)의 사이구간(b)을 주행할 때에는 암(120)의 높이 변화가 없는 것이 바람직하다.
몸체부(110)의 주행에 의해 용접이 수행되는 중에도 센싱부(140)는 실시간으로 모재(200)로부터의 간격을 측정한다. 제어부(160)는 센싱부(140)가 측정한 간격을 수신하여 용접 종료구간(c)을 감지한다. 용접 종료구간(c)의 시작점이 감지되면 몸체부(110)는 주행을 멈추고 다시 암(120)이 시계 방향으로 회전하면서 용접 종료구간(c)을 용접한다. 이때에도, 암(120)의 높이가 조절되어 암(120)의 상단부에서 암 회전모터(121)가 구비된 케이스(127) 까지의 거리가 h3에서 h5로 점점 줄어든다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 선박블록 자동용접용 캐리지에 구비된 센싱부를 보여주는 측면도 및 정면도이다.
도면을 참고하면 몸체부(110)에는 모재(200)와의 거리를 측정하기 위한 센싱부(140)가 구비된다. 센싱부(140)는 몸체부(1100가 레일부(110)를 양방향으로 주행하므로 몸체부(110)의 양단에 구비되는 것이 바람직하다.
제어부(160)는 센싱부(140)기 측정한 거리 데이터를 기 저장된 데이터와 비교하여 몸체부(110)의 현재 위치가 용접 시작구간 또는 종료구간인지, 그 사이 구간인지 판단하여 몸체부(110)와 암(120)을 제어한다.
이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
100 : 선박블록 자동용접용 캐리지
110 : 몸체부 111 : 주행모터
113 : 위빙제어모터 120 : 암
121 : 암 회전모터 123 : 암 상하모터
125 : 토치 회전모터 130 : 토치
140 : 센싱부 150 : 레일부
160 : 제어부

Claims (8)

  1. 모재(200)로부터 일정간격 이격되어 설치되는 레일부(150)에 거치되고 주행모터(111)에 의해 상기 레일부(150)를 주행하는 몸체부(110);
    상기 몸체부(110)와 연결되며 암(Arm) 회전모터(121)에 의해 회전하고, 암 상하모터(123)에 의해 높낮이가 조절되는 암(120); 및
    상기 암(120)의 하단부에 구비되어 상기 암의 회전 및 높낮이 조절에 의해 상기 모재(200)의 용접 시작구간 및 종료구간을 용접하는 토치(130);
    를 포함하며,
    상기 몸체부(110)와 상기 모재(200)와의 거리를 측정하여 용접 시작구간 및 종료구간을 감지하고,
    상기 토치(130)는 용접 시작구간이 감지되면 상기 암(120)의 회전에 의해 회전하여 용접 시작구간을 용접하고, 용접 완료 후 상기 암(120)이 회전을 멈춘 후 상기 몸체부(110)의 주행에 의해 용접 시작구간 및 종료구간 사이를 용접하고, 용접 종료구간이 감지되면 상기 몸체부(110)의 주행을 멈춘 후 상기 암(120)의 회전에 의해 용접 종료구간을 용접하는 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부(110)의 양측에 구비되어 상기 모재(200)와의 거리를 측정하는 센싱부(140);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 암(120)의 상단부에 상기 토치(130)를 회전시키는 토치 회전모터(125);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 몸체부(110)는,
    상기 몸체부(110)가 상기 레일부(150)를 주행하면서 용접 시에 주행 방향에 대하여 수직한 방향으로 움직여 위빙(weaving)을 제어하는 위빙제어모터(113);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레일부(150)의 일단 또는 양단에는 긴 막대 형상을 갖는 가이드 레일(157)이 상기 레일부(150)의 길이 방향으로 연장 연결되어 상기 모재(200)의 용접 길이를 연장하는 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 암(120)의 하단부에 상기 토치(130)를 고정하는 토치고정부(131);
    를 더 포함하며, 상기 토치 고정부(131)의 재질은 베크라이트인 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 센싱부(140)는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 선박블록 자동용접용 캐리지.
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