KR101117221B1

KR101117221B1 - 강관외면의 무레일 용접장치

Info

Publication number: KR101117221B1
Application number: KR1020090059472A
Authority: KR
Inventors: 박종원; 손동주
Original assignee: 주식회사 동주웰딩; 동양철관 주식회사
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2012-03-19
Also published as: KR20110001781A

Abstract

본 발명은 강관의 외면을 용접하는 장치에 있어서: 주행휠(12)을 구비하는 본체프레임(10); 상기 본체프레임(10)의 전후 방향에 각각 설치되고, 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단(20); 상기 본체프레임(10)의 일측으로 X-Y축운동 가능하게 설치되는 토치(30); 상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서(52)를 통하여 검출하는 입력수단(50); 및 상기 입력수단(50)의 신호에 대응하여 본체프레임(10)을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하여 작업공수를 단축하고 공사비를 절감하는 효과가 있다.

강관, 외면, 용접, 무레일, 주행

Description

강관외면의 무레일 용접장치{Rail-less welding apparatus for pipe's outer surface}

본 발명은 강관외면의 무레일 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하는 강관외면의 무레일 용접장치에 관한 것이다.

통상적으로 상하수도, 플랜트, 도로 등의 공사에 있어서 강관의 시공 신기술로 강관정형장치(일명 "WELTECH")를 이용하여 강관을 진원으로 정형하거나 유지시키고, 자동으로 맞대기이음 또는 겹치기 이음으로 부설한 후 배관 접합부의 내외면을 자동용접장치로 용접 접합하는 기술이 활용된다. 최근 3D기피 현상으로 숙련 용접공이 부족한 상황에서 이러한 공법을 도입하면 전문 용접공이 필요없어 시공원가를 절감할 수 있으면서 용접의 자동화로 공기를 단축할 수 있다. 다만 강관의 용접을 위해서 정형장치에 의존해야 하는 바, 다양한 규격의 강관에 대비한 장비를 보유해야 하고 설치와 해체에 따른 작업시간이 부가적으로 소요된다.

일예로, 한국등록특허 제0739101호의 "강관의 맞대기 용접 장치"에 의하면 『용접 주행부를 따라 이동하는 주행 구동부와, 상기 주행 구동부에 설치되어 용접 로봇의 수평수직 방향의 위치를 조절하는 수직 수평조절부와, 상기 수직 수평 조절부에 연결되어 용접 토치를 지지하는 행거 베이스와, 상기 행거베이스에 연결되어 센서를 지지하는 센서 장착 조절부와, 상기 행거 베이스에 연결되어 상기 용접 토치를 지지하는 토치 장착 조절부와, 상기 행거 베이스와 상기 토치 장착 조절부 사이에 구비되어 일정한 거리를 유지하며 용접하는 간격유지기구를 포함』하는 구성을 개시한다.

이외에도 한국등록특허 제0778275호의 "강관 외면 용접 로봇의 자동주행장치"와 한국등록특허 제0829993호의 "강관의 외면접합부 용접장치"가 그 목적과 구성을 다소 달리하는 방식으로 존재한다.

그러나 상기한 선행기술들은 강관보다 큰 직경을 지닌 환형의 몸체상에 주행을 위한 레일을 구비해야 하므로 다양한 규격의 강관에 대응되는 개별적 장비를 유지해야 하는 것을 물론 강관의 외주면에 설치하고 해체하기 위한 작업시간이 상당히 추가되는 폐단을 벗어나지 못하는 한계성을 보인다.

본 발명은 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하는 강관외면의 무레일 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강관의 외면을 용접하는 장치에 있어서: 주행휠을 구비하는 본체프레임; 상기 본체프레임의 전후 방향에 각각 설치되고, 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단; 상기 본체프레임의 일측으로 X-Y축운동 가능하게 설치되는 토치; 상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서를 통하여 검출하는 입력수단; 및 상기 입력수단의 신호에 대응하여 본체프레임을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기;를 포함하여 이루어지고, 상기 자력수단은 하우징 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석과, 자석을 회동하도록 하우징의 외부로 노출되는 레버를 구비하며, 상기 입력수단은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 본체프레임의 적어도 일측 주행휠은 커버로 보호되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한 본 발명에 따른 상기 토치는 X축운동기와 Y축운동기 상에 위빙조절기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한 본 발명에 따른 상기 제어기는 X축운동기와 Y축운동기로 토치의 초기 위치를 설정한 다음 위빙조절기와 주행휠을 이용하여 운봉하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 강관외면의 무레일 용접장치는 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 외면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하여 작업공수를 단축하고 공사비를 절감하는 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 용접장치를 전체적으로 나타내는 사시도, 도 2는 본 발명에 의한 용접장치의 요부를 분해하여 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명에 의한 용접장치를 정면과 평면에서 나타내는 구성도이다.

본 발명은 강관배관 공사현장이나 플랜트 공사현장에 투입되는 비교적 관경이 큰 강관의 외면을 용접하는 장치에 관련된다. 강관의 용접은 후술하는 도 4처럼 수구관(P1)과 삽구관(P2)을 이용한 접합을 예로 들지만 이외에 다양한 방식의 접합도 포함한다.

본 발명에 의하면 본체프레임(10) 상에 주행휠(12)을 구비한다. 주행휠(12)은 일반 차량과 같이 4개소에 설치되며 적어도 강관과 접촉되는 부위는 고강도의 수지재를 사용한다. 이외에 강관에 대한 일정한 주행력을 유지하기 위한 미끄럼 마 찰계수가 확보되어야 한다.

이때, 본 발명의 상기 본체프레임(10)에서 적어도 일측 주행휠(12)은 커버(15)로 보호된다. 커버(15)는 후술하는 토치(30)가 위치하는 방향에 있는 주행휠(12)에 용접불꽃이 닿지 않도록 설치된다.

또, 본 발명에 따르면 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단(20)이 상기 본체프레임(10)의 전후 방향으로 설치된다. 자력수단(20)은 본체프레임(10)이 강관의 접합면을 따라 주행하는 중에 중력을 이기고 일정한 용접자세를 유지하도록 조력하기 위한 수단이다.

이때, 본 발명의 상기 자력수단(20)은 하우징(22) 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석(28)과, 자석(28)을 회동하도록 하우징(22)의 외부로 노출되는 레버(26)를 구비한다. 자석(28)을 저면이 개방된 하우징(22)에 수용하는 것은 외부에서 이물질이 부착되지 않도록 하기 위함이다. 하우징(22)은 브라켓(24)을 이용하여 본체프레임(10)의 전후단에 고정한다. 하우징(22)의 외부에 노출되도록 설치되는 레버(26)는 회동 가능한 구조이고, 그 타측 회전단에 자석(28)을 고정하여 연동하도록 한다. 이에 따라 레버(26)를 아래로 누르면 자석(28)이 강관에 접근하여 강한 흡인력을 발생하고 레버(26)를 위로 올리면 자석(28)이 강관에서 멀어져 흡인력이 매우 약화된다.

한편, 본 발명의 자력수단(20)을 구성하는 자석(28)은 영구자석 또는 전자석을 사용할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체프레임(10)의 일측으로 토치(30)가 X-Y축운 동 가능하게 설치된다. X축운동기(42)는 강관의 접합면에 연하는 방향(접선 방향)으로 토치(30)를 이동하고, Y축운동기(44)는 강관의 접합면에 수직하는 방향(반경 방향)으로 토치(30)를 이동한다. X축운동기(42)와 Y축운동기(44)는 서보모터로 구동하는 것이 바람직하다. 미설명 부호 35는 토치(30)를 일정한 길이로 유지하거나 교체를 위해 탈거하기 위한 클램프이다.

이때, 본 발명의 상기 토치(30)는 X축운동기(42)와 Y축운동기(44) 상에 위빙조절기(46)를 더 구비하는 것이 좋다. 위빙조절기(46)는 X축운동기(42)와 Y축운동기(44)의 하류측으로 토치(30)에 인접하게 설치하며, 토치(30)의 용접팁을 짧은 간격으로 왕복하여 이송하며 충분한 용입이 이루어지도록 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서(52)를 통하여 검출하도록 입력수단(50)을 구비한다. 종래와 같이 본체프레임(10)이 정해진 레일에 의해 지지되는 것이 아니므로 입력수단(50)의 신호를 이용한 피드백 제어가 필요하다. 입력수단(50)으로 레이저센서(52)를 사용하는 것이 바람직하다. 통상 레이저센서는 투광기와 수광기로 분리되는 투과형, 수광과 투광모듈을 하나의 하우징에 구비하는 반사형이 있다. 본 발명은 반사형의 레이저센서(52)를 적용하며 반사된 레이저 광선의 변화에 따른 신호를 발생한다.

이때, 본 발명의 상기 입력수단(50)은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기(55)를 더 구비할 수도 있다. 작업자가 접근하기 곤란한 위치에 작업 대상의 강관이 있는 경우 원격수신기(55)를 사용한다. 원격수신기(55)는 RF, IR 방식 등 무선신호 방식에 구애되지 않으며, 원격수신기(55) 외에 유선 케이블로 연결하는 방 식도 포함한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 입력수단(50)의 신호에 대응하여 본체프레임(10)을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기(60)를 구비한다. 제어기(60)는 마이콤회로를 기반으로 하며 강관의 직경, 두께, 소재에 대응하는 용접방법에 관련된 데이터를 저장하고 있다.

도 4는 본 발명에 의한 용접장치의 용접 작동을 나타내는 측면도, 도 5는 본 발명에 의한 용접장치의 작동전후 상태를 나타내는 구성도이다.

본 발명에 따른 상기 제어기(60)는 X축운동기(42)와 Y축운동기(44)로 토치(30)의 초기 위치를 설정한 다음 위빙조절기(46)와 주행휠(12)을 이용하여 운봉하는 제어를 수행한다. 제어기(60)의 마이콤회로 입력포트에는 전술한 레이저센서(52)가 연결되고, 출력포트에는 주행휠(12)의 구동부 외에 X축운동기(42), Y축운동기(44), 위빙조절기(46)가 연결된다. 일예로, 강관의 수구관(P1)과 삽구관(P2)이 겹치는 부분에 대한 외면 용접을 실시함에 있어 본체프레임(10)을 삽구관(P2) 측에 두고 주행하는 것이 토치(30)의 전반적인 구성 및 제어기(60)의 제어를 단순화하여 정밀도를 높이는데 유리하다.

작동에 있어서, 본 발명의 용접장치를 삽구관(P2)에 올리고 레버(26)를 내려서 자석(28)이 강관에 대한 흡인력을 발생하며, 제어기(60)의 전원을 켜고 강관의 규격을 입력한 후 작업개시를 명령한다. 이어서 제어기(60)는 레이저센서(52)를 가동하여 수구관(P1)의 단부(에지)를 확인하고, X축운동기(42)와 Y축운동기(44)를 구동하여 토치(30)의 초기위치를 정렬하고, 위빙조절기(46)를 가동하면서 주행 휠(12)을 회전시켜 운봉한다. 강관의 전둘레 용접이 완료되면 X축운동기(42), Y축운동기(44), 위빙조절기(46)를 원위치로 복귀한다. 이후 레버(26)를 다시 올리면 자석(28)의 흡인력이 약화되고 본체프레임(10)을 이탈하기 쉽다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 용접장치를 전체적으로 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 용접장치의 요부를 분해하여 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 용접장치를 정면과 평면에서 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 용접장치의 용접 작동을 나타내는 측면도,

도 5는 본 발명에 의한 용접장치의 작동전후 상태를 나타내는 구성도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명

10: 본체프레임 12: 주행휠

20: 자력수단 22: 하우징

26: 레버 28: 자석

30: 토치 35: 클램프

42: X축운동기 44: Y축운동기

46: 위빙조절기 50: 입력수단

52: 레이저센서 55: 원격수신기

60: 제어기 P1: 수구관

P2: 삽구관

Claims

강관의 외면을 용접하는 장치에 있어서:

주행휠(12)을 구비하는 본체프레임(10);

상기 본체프레임(10)의 전후 방향에 각각 설치되고, 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단(20);

상기 본체프레임(10)의 일측으로 X-Y축운동 가능하게 설치되는 토치(30);

상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서(52)를 통하여 검출하는 입력수단(50); 및

상기 입력수단(50)의 신호에 대응하여 본체프레임(10)을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기(60);를 포함하여 이루어지고,

상기 본체프레임(10)의 적어도 일측 주행휠(12)은 커버(15)를 구비하며,

상기 자력수단(20)은 하우징(22) 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석(28)과, 자석(28)을 회동하도록 하우징(22)의 외부로 노출되는 레버(26)를 구비하며,

상기 토치(30)는 X축운동기(42)와 Y축운동기(44) 상에 위빙조절기(46)를 구비하며,

상기 입력수단(50)은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기(55)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 강관외면의 무레일 용접장치.
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제1항에 있어서,

상기 제어기(60)는 X축운동기(42)와 Y축운동기(44)로 토치(30)의 초기 위치를 설정한 다음 위빙조절기(46)와 주행휠(12)을 이용하여 운봉하는 것을 특징으로 하는 강관외면의 무레일 용접장치.