KR101234762B1 - 강관 내부 코팅용 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관 내부 코팅용 로봇에 관한 것으로서, 이동수단이 구비되는 본체와, 상기 본체에 설치되고 코팅원료가 저장되는 코팅재료 공급부와, 일측이 상기 코팅재료 공급부와 결합되어 상기 코팅재료 공급부로부터 공급되는 원료가 이송되는 원료이송관과, 상기 원료이송관을 내부에 수용하고 상기 코팅재료 공급부의 일측에 회전 가능하도록 결합되는 회전암과, 상기 회전암의 일측에 설치되고 상기 원료이송관과 연결되어 상기 코팅재료 공급부로부터 이송되는 코팅원료가 외부로 분사되는 분사노즐부와, 일측이 상기 회전암에 결합되고 타측이 상기 분사노즐부에 결합되어 상기 분사노즐부와 상기 회전암과의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단을 포함하여 제공된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 비굴착 방식으로 코팅용 로봇이 강관 내부를 이동하면서 강관 내벽 코팅작업이 이루어져 작업성이 우수한 효과가 있다.
또한, 코팅용 로봇이 코팅작업을 수행하면서 강관의 관경이 변화하는 구간을 통과시 거리조절수단과 높이조절수단에 의해 분사노즐의 위치를 정밀하게 제어하여 강관 내벽에 균일한 코팅층을 형성하는 효과가 있다.
또한, 코팅용 로봇이 코팅작업을 수행하면서 강관 내부 굴곡진 바닥을 통과시 회전암이 강관 내부 중심축으로 이동되어 본체가 중심을 유지하기 어려운 환경에서도 강관 내벽에 균일한 코팅층을 형성하는 효과가 있다.

Description

강관 내부 코팅용 로봇{robot for coating inner surface of steel pipe}

본 발명은 강관 내부 코팅용 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비굴착 방식으로 강관 내부를 이동하는 코팅용 로봇이 강관 내부 환경의 변화에 관계없이 강관 내벽과 일정한 간격을 유지한 상태에서 강관 내벽에 균일한 코팅층을 형성할 수 있도록 하는 코팅용 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 정수장에서 공급되는 물의 수질이 좋더라도 물이 운송되는 강관의 상태가 비위생적이면 공급되는 물이 오염되어 정수시설에 들이는 투자비용은 아무런 의미가 없게 된다.

이러한 물이 운송되는 강관은 지속적으로 물이 통과하면서 강관 내부가 부식되거나, 이물질의 강관 내부 흡착에 따른 직경 감소로 인해 막힘 현상이 발생된다.

그래서 지중에 매설된 강관 내부를 보수하기 위하여 굴착 방식이 주로 사용되고 있으나, 굴착방식은 강관의 보수에 막대한 비용이 소요되어 현재 비굴착 방식에 의한 강관 보수 방식이 다양하게 개발되고 있다.

강관 내부를 보수하기 위해서, 중 방식 도장이나, 콜타르, PE 부직포, FRP 등의 합성수지를 도포 또는 라이닝 방식 등이 주로 사용되고 있으나, 이러한 방식은 한시적인 효과에 그치고 독성 분출로 인한 문제점이 발생된다.

또한, 강관 내부를 비굴착 방식으로 보수하기 위해 강관 내부에 코팅장치를 사용하여 강관 내부를 이동하면서 강관 내벽을 코팅하게 되는데, 이때에 코팅장치는 강관 내부의 환경에 따라 정밀한 코팅을 하기기 어려우며 특히, 강관 내부 관경이 변화되거나 이물질 흡착으로 강관의 내부 바닥이 굴곡진 경우 코팅을 제대로 수행할 수 없는 심각한 문제점이 발생된다.

따라서, 이러한 코팅장치 이용한 강관 내부 코팅장치의 불합리한 점을 극복하고 비굴착 방식으로 작업성이 우수하고 강관 내부를 균일하게 코팅할 수 있는 코팅장치에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비굴착 방식으로 강관 내부를 이동하며 내벽을 코팅함으로써, 작업성이 우수한 강관 내부 코팅용 로봇을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 강관 내벽 코팅시 강관의 직경이 변화되거나 이물질 흡착으로 강관 내부 굴곡진 바닥을 통과할 경우 거리조절수단과 높이조절수단에 의해 분사노즐의 위치를 정밀하게 제어하여 균일한 코팅층을 유지하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 이동수단이 구비되는 본체와, 상기 본체에 설치되고 코팅원료가 저장되는 코팅재료 공급부와, 일측이 상기 코팅재료 공급부와 결합되어 상기 코팅재료 공급부로부터 공급되는 원료가 이송되는 원료이송관과, 상기 원료이송관을 내부에 수용하고 상기 코팅재료 공급부의 일측에 회전 가능하도록 결합되는 회전암과, 상기 회전암의 일측에 설치되고 상기 원료이송관과 연결되어 상기 코팅재료 공급부로부터 이송되는 코팅원료가 외부로 분사되는 분사노즐부와, 일측이 상기 회전암에 결합되고 타측이 상기 분사노즐부에 결합되어 상기 분사노즐부와 상기 회전암과의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단을 포함하여 제공된다.

그리고 상기 본체의 일측에 설치되어 상기 회전암의 높이를 조절할 수 있는 높이조절수단을 더 포함하여 제공된다.

여기서, 상기 간격조절수단는 회전암 상을 이동하는 이동몸체와, 일측이 회전암의 선단부에 힌지결합되고 타측이 분사노즐부에 힌지결합되는 제 1 링크바와, 일측이 이동몸체에 힌지결합되고 타측이 분사노즐부에 힌지결합되는 제 2 링크바를 포함하여 제공될 수 있다.

그리고 상기 본체에는 강관 내벽과의 거리를 감지하는 근접센서와, 이동중인 본체의 기울기를 감지하는 기울기 센서 및 강관 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 센싱부가 포함되고, 상기 센싱부의 센서값에 의해 상기 높이조절수단 또는 간격조절수단을 제어하는 제어부가 더 포함되어 제공된다.

또한, 상기 코팅재료 공급부의 일측에 상기 회전암을 좌우로 이동시키는 회전암 좌우구동부가 더 포함하여 제공된다.

여기서 회전암 좌우구동부는 모터와, 상기 모터의 일측에 고정결합되는 볼스크류와, 상기 회전암의 일단에 고정결합되고 상기 볼스크류의 나사산을 따라 좌우로 슬라이딩되는 너트부를 포함하여 제공된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 비굴착 방식으로 코팅용 로봇이 강관 내부를 이동하면서 강관 내벽 코팅작업이 이루어져 작업성이 우수한 효과가 있다.

또한, 코팅용 로봇이 코팅작업을 수행하면서 강관의 관경이 변화하는 구간을 통과시 거리조절수단과 높이조절수단에 의해 분사노즐의 위치를 정밀하게 제어하여 강관 내벽에 균일한 코팅층을 형성하는 효과가 있다.

또한, 코팅용 로봇이 코팅작업을 수행하면서 강관 내부 굴곡진 바닥을 통과시 회전암이 강관 내부 중심축으로 이동되어 본체가 중심을 유지하기 어려운 환경에서도 강관 내벽에 균일한 코팅층을 형성하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강관 내부에 위치하는 코팅용 로봇을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 강관 내부 코팅용 로봇의 개념도이다.
도 3은 간격조절수단에 의해 회전암과 분사노즐부 사이의 간격이 변화하는 구조를 나타낸 개념도이다.
도 4는 높이조절수단에 의해 강관 내부에서 회전암의 높이가 변화하는 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 코팅용 로봇의 본체 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 굴곡진 바닥을 이동하는 코팅용 로봇을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전암의 이동구조에 관한 개념도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 강관 내부에 위치하는 코팅용 로봇을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 강관 내부 코팅용 로봇의 개념도이다.

도면을 참조하면 본 발명에 따른 강관 내부 코티용 로봇은 바퀴 등의 이동수단이 구비되는 본체(10)와, 본체(10)에 설치되는 코팅재료 공급부(20)와, 코팅재료 공급부(20)에 저장되는 코팅원료가 이송되는 원료이송관(30)과, 원료이송관(30)을 내부에 수용하고 코팅재료 공급부(20)의 일측에 회전 가능하도록 결합되는 회전암(40)과, 회전암(40)의 일측에 설치되고 원료이송관(30)과 연결되어 코팅원료를 외부로 분사하는 분사노즐부(50) 및 회전암(40)과 분사노즐부(50)의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단(60)을 포함하여 구성된다.

본체(10)는 지중에 매설된 강관의 내부를 이동하며 일측에 본체(10) 내부로 전원과 공기를 공급하는 공급라인(80)이 설치된다.

코팅재료 공급부(20)는 본체(10) 내부에 설치되거나 본체(10) 상부에 설치될 수 있다. 코팅재료 공급부(20)에는 코팅을 위한 원료가 저장되어 원료이송관(30)으로 이송된다. 이러한 코팅재료 공급부(20)에는 연료가스 저장부(21), 코팅재료 저장부(22)가 내부에 탑재된다.

원료이송관(30)은 코팅재료 공급부(20)와 분사노즐부(50) 간에 연결되어 원료를 이송하며, 더욱 자세히 연료가스 저장부(21) 및 코팅재료 저장부(22)에 각각 연결됨이 바람직하다.

분사노즐부(50)는 회전암(40)의 일측에 설치된다. 바람직하게는 회전암(40)의 양측에 두개의 분사노즐부(50)가 설치되어 회전암(40)의 회전시 분사노즐부(50)에서 코팅액이 분사되어 강관 내벽(A)을 양측으로 균일하게 코팅한다.

간격조절수단(60)은 일측이 회전암(40)에 결합되고 타측이 분사노즐부(50)에 결합되어 분사노즐부(50)가 회전암(40)과의 간격이 조절되도록 작동된다.

그리고 회전암(40)은 본체(10)에 높이조절수단(70)을 더 포함하여 회전암(40)의 높낮이를 조절할 수도 있다.

아래에서는 전술한 간격조절수단(60) 및 높이조절수단(70)에 대해 더욱 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 간격조절수단에 의해 회전암과 분사노즐부 사이의 간격이 변화하는 구조를 나타낸 개념도로 도면을 참조하면, 간격조절수단(60)은 제 1 링크바(62)와 제 2 링크바(63) 및 이동몸체(61)를 포함하여 구성된다.

이동몸체(61)는 회전암(40)의 길이방향으로 회전암(40) 상을 이동가능하게 결합된다. 제 1 링크바(62)는 일측이 회전암(40)의 선단부에 힌지결합되고 타측은 분사노즐부(50)의 일측에 힌지결합된다. 제 2 링크바(63)는 일측이 이동몸체(61)에 힌지결합되고 타측은 분사노즐부(50)의 일측에 힌지결합된다.

분사노즐부(50)는 강관 내벽(A)과 일정한 거리를 유지하고 있으며, 간격 조절이 필요할 경우 이동몸체(61)가 회전암(40) 상을 이동하여 이동몸체(61)에 결합된 제 2 링크바(63)의 일단이 회전암(40)의 선단부에 결합된 제 1 링크바(62)의 일단과 거리가 조절되고, 이때 링크바의 길이에 의해 분사노즐부(50)와 회전암(40) 사이의 간격이 조절된다.

도 4는 높이조절수단에 의해 강관 내부에서 회전암의 높이가 변화하는 구조를 나타낸 개념도로 도면을 참조하면, 높이조절수단(70)은 X형 링크체 형상으로 본체(10) 일측과 코팅재료 공급부(20) 일측에 결합되어 높이 조절이 필요할 경우 X자로 교차된 링크체 일단의 간격이 조절되고 코팅재료 공급부(20)에 결합된 회전암(40)의 높이가 변화된다.

상기와 같이 높이조절수단(70) 또는 간격조절수단(60)에 의해 분사노즐부(50)가 강관 내벽(A)과의 일정한 간격과 높이를 가지도록 본체(10)에 센싱부(11)와 제어부(12)를 두어 자동적으로 분사노즐부(50)와 강관 내벽(A)과의 간격을 정밀하게 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 코팅용 로봇의 본체 구성을 나타낸 블럭도이다.

도면을 참조하면, 본체(10)는 센싱부(11), 제어부(12), 모터 구동부(13), 영상 촬영부(14)를 더 포함하여 구성된다.

센싱부(11)는 근접센서(11a), 기울기센서(11b) 및 온도센서(11c)를 포함한다.

근접센서(11a)는 본체(10)에 다수개 설치되어 본체(10)와 강관 내벽(A)과의 거리를 감지한다. 기울기센서(11b)는 이동중인 본체(10)의 기울기를 감지하여 강관 내부에서 본체(10)의 중심을 유지하게 된다. 온도센서(11c)는 강관 내부의 온도를 감지한다.

제어부(12)는 센싱부(11)의 센싱값에 의해 모터 구동부(13)를 작동시켜 높이조절수단(70) 또는 간격조절수단(60)이 강관 내벽(A)과 기설정된 높이와 간격을 유지하도록 한다.

영상 촬영부(14)는 본체(10)의 일측에 CCD카메라를 장착하여 강관 내부의 환경을 촬영하여 공급라인(80)에 영상 데이터 라인을 더 포함하여 강관 외부에 설치되는 디스플레이장치(90)를 통해 작업자가 관내의 환경조건을 외부에서 확인할 수 있다.

아래에서는 본 발명에 따른 코팅용 로봇의 작동 관계에 대해 자세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 강관 내부 코팅용 로봇은 비굴착 방식으로 강관 내부를 이동하면서 코팅작업을 수행한다. 본 발명의 코팅용 로봇은 주로 작업자가 직접 관내로 들어가서 작업을 수행하기 힘든 강관의 직경이 400 ~ 800mm의 작은 강관 내부에 투입하여 내벽(A)을 코팅한다.

맨홀이나 점검구를 통해 본 발명의 코팅용 로봇을 투입하고 본체(10)에서 외부로 연결된 공급라인(80)을 통해 전원이 인가되어 코팅용 로봇이 강관 내부를 이동한다. 이때에 기울기센서(11b)에 의해 본체(10)의 중심을 잡고 영상 촬영부(14)에서 촬영된 영상을 외부로 전송하여 강관 내부의 환경 조건을 작업자가 외부에서 디스플레이를 통해 확인하게 된다.

강관 내부 보수가 필요한 지점을 확인한 후 근접센서(11a)를 통해 강관 내벽(A)과의 거리를 센싱하고 센싱된 값이 제어부(12)를 통해 모터 구동부(13)를 작동시켜 X형 링크체를 구동하여 코팅재료 공급부(20)의 높이를 조절하고, 회전암(40) 상을 이동하는 이동몸체(61)를 구동시켜 분사노즐부(50)와 강관 내벽(A)과의 거리를 설정된 간격으로 조절한다.

간격이 정밀하게 설정된 후, 분사노즐부(50)는 회전암(40)의 회전과 함께 코팅액을 강관 내벽(A)에 분사하게 되는데, 이때에 코팅은 열용사 용융코팅 방식으로 연료가스 에너지의 열원을 이용하여 이를 압축공기로 가속 용사 용융하여 코팅재료를 강관 내벽(A)에 용융 침투시켜 밀착 코팅한다. 그리고 코팅재료는 CPC(Ceramic Plastic Ceramic)를 사용함이 바람직하며, CPC를 반 나노화하여 분사노즐부(50)를 통해 용융온도가 약 2000~2500℃의 온도로 강관 내벽(A)에 순간적으로 코팅한다. 이러한 CPC 원료는 무취, 무독성으로 모든 구조물과 콘크리트에 적용 가능하여 특히, 인체에 직접적인 영향을 미치는 정수처리 시설물, 상수도관 내부 코팅시에 매우 유리하다.

이러한 강관 내벽(A) 코팅은 코팅용 로봇이 강관 내부를 이동중에 코팅작업이 이루어지므로 평지가 아닌 강관 내부에서 본체(10)의 균형을 유지하는 것이 매우 중요하게 된다. 본체(10)가 이동중에 균형을 유지하지 못하면 분사노즐부(50)와 강관 내벽(A)이 일정한 간격을 유지할 수 없어 강관 내벽(A)에 정밀한 코팅층이 이루어지지 않고 작업 완료후 누수 현상이 발생되어 재작업시 많은 시공비가 소요된다.

또한, 강관 내부에 이물질 흡착으로 굴곡진 바닥을 본체(10)가 통과시 중심을 유지하지 못하고 기울어지게 된다.

도 6은 상기와 같이 굴곡진 바닥을 이동하는 코팅용 로봇을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전암의 이동구조에 관한 개념도이다.

도면을 참조하면, 본체(10)에는 회전암 좌우구동부(41)가 더 포함되어 회전암(40)을 좌우로 이동할 수 있게 된다.

회전암 좌우구동부(41)는 모터(42)와, 모터(42)의 일측에 결합되는 볼스크류(41a)와, 회전암(40)의 일단에 고정결합되고 볼스크류(43)의 나사산을 따라 회전하며 좌우로 슬라이딩되는 너트부(44)를 포함한다.

강관 내부에 굴곡진 턱(B)을 코팅용 로봇이 통과할 때 본체(10)가 기울어지게 되어 강관 내부에서 중심을 유지할 수 없게 된다. 이러한 경우, 회전암(40)은 제어부(12)가 기울기센서(11b) 및 근접센서(11a)의 센싱값을 판단하여 즉각적으로 모터(42)를 작동시킨다. 모터(42)는 일측에 결합된 볼스크류(43)와 함께 회전하게 되며, 이때 볼스크류(43) 상에 결합되는 너트부(44)가 슬라이딩 되면서 회전암(40)이 좌우로 슬라이딩 이동하여 제어부(12)에서 기설정된 값에 의해 회전암(40)이 강관 내부의 중심에 도달한다. 또한, 회전암 좌우구동부(41)와 함께 간격조절수단(60)과 높이조절수단(70)이 작동되어 회전암(40)이 설정된 위치로 이동하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10 : 본체 11 : 센싱부
12 : 제어부 13 : 모터 구동부
14 : 영상 촬영부 20 : 코팅재료 공급부
21 : 연료가스 저장부 22 : 코팅재료 저장부
30 : 원료이송관 40 : 회전암
41 : 회전암 좌우구동부 42 : 모터
43 : 볼스크류 44 : 너트부
50 : 분사노즐부 60 : 간격조절수단
61 : 이동몸체 62 : 제 1 링크바
63 : 제 2 링크바 70 : 높이조절수단
80 : 공급라인 90 : 디스플레이장치

Claims (6)

1. 이동수단이 구비되는 본체와;
   상기 본체에 설치되고 코팅원료가 저장되는 코팅재료 공급부와;
   일측이 상기 코팅재료 공급부와 결합되어 상기 코팅재료 공급부로부터 공급되는 원료가 이송되는 원료이송관과;
   상기 원료이송관을 내부에 수용하고 상기 코팅재료 공급부의 일측에 회전 가능하도록 결합되는 회전암과;
   상기 회전암의 양측에 설치되고 상기 원료이송관과 연결되어 상기 코팅재료 공급부로부터 이송되는 코팅원료가 외부로 분사되는 분사노즐부와;
   상기 회전암 상을 이동하는 이동몸체와, 일측이 회전암의 선단부에 힌지결합되고 타측이 분사노즐부에 힌지결합되는 제 1 링크바와, 일측이 이동몸체에 힌지결합되고 타측이 분사노즐부에 힌지결합되는 제 2 링크바를 포함하여 상기 분사노즐부와 상기 회전암과의 간격을 조절할 수 있는 간격조절수단과;
   상기 본체의 일측에 설치되어 상기 회전암의 높이를 조절할 수 있는 높이조절수단과;
   상기 코팅재료 공급부의 일측에 상기 회전암을 좌우로 이동시키는 회전암 좌우구동부와;
   상기 본체 일측에 설치되어 강관 내벽과의 거리를 감지하는 근접센서와, 이동중인 본체의 기울기를 감지하는 기울기 센서 및 강관 내부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 센싱부와;
   상기 센싱부의 센서값에 의해 상기 높이조절수단, 간격조절수단, 회전암 좌우구동부를 제어하는 제어부를; 포함하여,
   상기 회전암이 강관 내부에서 중심을 이탈할 경우, 상기 센싱부에서 상기 회전암의 중심위치 변화를 센싱하여 상기 제어부에 전송하고, 상기 제어부에서는 상기 센싱부에서 전송된 센싱값을 기초로 하여 회전암 좌우구동부와 높이조절수단을 구동시켜 상기 회전암이 강관 내부 중심으로 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 강관 내부 코팅용 로봇.
   
2. 제 1항에 있어서,
   회전암 좌우구동부는
   모터와, 상기 모터의 일측에 고정결합되는 볼스크류와, 상기 회전암의 일단에 고정결합되고 상기 볼스크류의 나사산을 따라 좌우로 슬라이딩되는 너트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관 내부 코팅용 로봇.
   
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