KR101313556B1

KR101313556B1 - 파이프 자동용접장치

Info

Publication number: KR101313556B1
Application number: KR1020120013612A
Authority: KR
Inventors: 김연규; 한성종; 조기수; 허종행
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-10-14
Also published as: KR20130092102A

Abstract

파이프 자동용접장치가 개시된다. 본 실시 예에 따른 파이프 자동용접장치는 파이프의 원주방향을 따라 이동하며 용접토치를 갖는 로봇본체와, 로봇본체를 파이프에 지지하기 위한 가이드유닛과, 가이드유닛이 파이프를 감싸는 조임력을 제공하기 위한 장력 조절부를 갖는 파이프용 자동용접장치에 있어서, 로봇본체는 가이드유닛과 맞물려 회전 가능하게 배치되는 지지 스프라켓을 구비하고, 가이드유닛은 파이프의 둘레와 지지 스프라켓을 감싸는 폐루프 형태로 배치되고, 장력 조절부는 지지 스프라켓과 파이프 사이에 위치하는 가이드유닛의 마주하는 사이 간격을 조절하도록 구성함으로써 공용성이 향상된 파이프 자동용접장치를 제공한다.

Description

파이프 자동용접장치{AUTOMATIC WELDING DEVICE FOR PIPE}

본 발명은 각종 파이프 사이를 용접에 의해 접합하는데 사용되는 파이프 자동용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 특수 재질의 파이프 용접에 대해서는 작업자가 수동으로 용접하여 제작하고 있다. 그러나 용접공정은 작업환경이 유해하고 육체적인 부담이 크기 때문에 작업자가 꺼려하게 되고, 작업자의 피로도 증가에 따른 용접품질의 저하를 가져온다.

근래에는 용접의 열악한 작업환경, 숙련된 용접인력의 감소, 인건비의 증가에 따라 용접공정의 무인화를 위한 파이프 자동용접장치가 개발되고 있다.

이러한 파이프 자동용접장치는 작업자가 파이프의 둘레에 가이드링을 설치하고, 설치된 가이드링을 따라 자동용접장치가 파이프 둘레를 이동하면서 용접하게 된다.

그러나 이러한 가이드링을 설치하는 경우에는 파이프의 직경 별로 각각의 가이드링을 준비하여야 하고, 작업자가 가이드링을 설치시 정확한 세팅위치를 조절해야 할 필요가 있게 된다.

또한, 파이프의 직경이 커질수록 가이드링의 사이즈도 커지게 되므로 무게 증가에 따라 작업현장에서 사용되기에는 무리가 있게 된다.

본 실시 예는 별도의 가이드레일을 구비하지 않더라도 다양한 직경의 파이프 용접에 사용될 수 있는 파이프 자동용접장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 파이프 자동용접장치는 파이프의 원주방향을 따라 이동하며 용접토치를 포함하는 로봇본체와, 상기 로봇본체를 상기 파이프에 지지하기 위한 체인 및 상기 체인이 상기 파이프를 감싸는 조임력을 제공하는장력 조절부를 포함하며, 상기 로봇본체는 상기 가이드유닛과 맞물려 회전 가능하게 배치되는 지지 스프라켓을 포함하며, 상기 가이드유닛은 상기 파이프의 둘레와 상기 지지 스프라켓을 감싸는 폐루프 형태로 배치될 수 있다.

또한, 상기 장력 조절부는 상기 지지 스프라켓과 상기 파이프 사이에 위치하는 상기 가이드유닛의 마주하는 사이 간격을 조절하도록 설정될 수 있다.

또한, 상기 가이드유닛은 상기 파이프 외면과 접촉하는 제1부분과, 상기 스프라켓과 접촉하는 제2부분과, 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에 위치하며 상기 장력 조절부와 접촉하며 서로 마주하는 제3부분을 포함하고, 상기 장력 조절부는 상기 제3부분 사이 거리를 좁힘에 따라 상기 가이드유닛에 조임력을 제공할 수 있다.

또한, 상기 장력 조절부는 상기 제3부분 중 어느 하나와 맞물리는 고정 스프라켓과, 상기 제3부분 중 다른 하나와 맞물리며 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 이동 스프라켓과, 상기 가이드유닛이 상기 조임력을 갖는 제1위치와 상기 조임력이 해제되는 제2위치 사이를 이동할 수 있도록 상기 이동 스프라켓을 구동하는 이송유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 장력 조절부는 상기 제3부분 외측에 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓과, 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 왕복 이동시키기 위한 이송유닛을 포함할 수 있다.

또한, 상기 이송유닛은 상기 로봇본체에 회전 가능하게 설치되며 양측에 서로 반대되는 나사산을 갖는 스크류 축과, 상기 스크류 축의 양측에 치합되며 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓이 각각 연결된 한 쌍의 이동블록과, 상기 한 쌍의 이동블록이 이동될 때 회전되지 않도록 상기 이동블록의 이동을 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는 상기 로봇본체에 결합된 가이드레일과, 상기 가이드레일에 슬라이딩 가능하게 결합되며 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓과 각각 연결된 한 쌍의 슬라이더를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이송유닛은 상기 로봇본체에 회전 가능하게 설치되며 나사산을 갖는 스크류 축과, 상기 스크류 축을 따라 이동하도록 상기 나산산에 치합되며 상기 이동 스프라켓이 연결되는 이동블록과, 상기 이동블록의 이동시 회전되지 않도록 상기 이동블록의 이동을 가이드하는 가이드부를 포함할 수 있다.

본 실시 예의 파이프 자동용접장치는 하나의 자동용접장치를 이용하여 다양한 직경의 파이프 용접에 적용될 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 자동용접장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 자동용접장치의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아이들 스프라켓을 이동시키는 이송유닛을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치의 장력 조절부가 동작되는 상태를 나타낸 동작 상태도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동용접장치의 장력 조절부가 동작되는 상태를 나타낸 동작 상태도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파이프 자동용접장치를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 자동용접장치는 파이프(10)의 둘레를 따라 이동하는 로봇본체(20)와, 로봇본체(20)를 파이프(10) 외면에 밀착시켜 이동을 안내하는 가이드유닛을 포함한다.

가이드유닛은 로봇본체(20)가 파이프(10) 외면을 따라 이동하는 것을 안내하는 것으로, 체인 또는 벨트 등이 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 체인을 일 예로 하여 설명하도록 한다.

로봇본체(20)는 용접을 위한 각종 장비가 설치되는 하우징(21)을 구비한다.

하우징(21)의 일측에는 용접을 위한 와이어(wire)를 공급하는 와이어 피더부(23)가 설치되고, 하우징(21)의 타측에는 파이프(10)의 용접을 위한 용접토치(24)가 설치된다. 와이어 피더부(23)에서 공급되는 와이어는 스풀(23a)을 통해 연속적으로 용접부에 공급된다.

하우징(21)의 하측에는 체인(30)을 따라 이동시 파이프(10)의 외면과 접촉하여 구름 운동하도록 구동원(40)(도2참조)에 의해 구동되는 구동휠(22)이 마련된다. 구동휠(22)의 외주면에는 파이프(10)의 외주면과 접촉하여 이동하는 경우 슬립을 방지하기 위한 마찰패드(미도시)가 마련될 수 있다.

구동원(40)은 하우징(21)에 설치되는 구동모터(41)와, 구동모터(41)의 축에 결합되는 구동풀리(42)와, 구동휠(22)에 연결된 종동풀리(43)와, 구동풀리(42)의 회전력을 종동풀리(43)에 전달하는 벨트(44)를 포함한다.

용접토치(24)는 하우징(21)의 측면에서 전후방향 또는 상하방향으로 이동 가능하게 설치되는 토치 설치부(26)에 장착되고, 토치 설치부(26)에는 용접선 추적 또는 용접부의 비드 확인을 위한 장치가 마련될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇본체 내부를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아이들 스프라켓을 이동시키는 이송유닛을 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 로봇본체(20)는 체인(30)에 의해 파이프(20)의 외면에 지지된 상태로 체인(30)을 따라 이동하도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 로봇본체(20)의 하우징(21) 상측에는 하우징(21)의 폭방향을 가로지르도록 설치되는 회전축(52)을 구비하고, 회전축(52)의 양측에는 체인(30)의 상측을 지지하도록 체인(30)에 맞물려 회전되는 한 쌍의 지지 스프라켓(50)이 마련된다.

회전축(52)은 양단이 베어링(미도시)에 의해 지지되어 하우징(21)에서 회전 가능하게 지지된 상태에 있게 된다.

체인(30)은 다수의 체인링크를 각각 링크 연결핀으로 연결하여 지지 스프라켓(50)의 톱니부(51)와 체결되는 홈을 갖는 중공형 체인으로 구성된다.

체인(30)의 길이는 파이프(10)의 둘레와 구동 스프라켓(50)의 둘레를 무리 없이 감아 돌릴 수 있을 정도로 설정된다. 이러한 체인(30)은 서로 연결된 체인링크의 일부가 분리된 상태에서 파이프(10)의 둘레와 지지 스프라켓(50)의 둘레를 감싸도록 배치된 후 링크 연결핀을 체결함으로써 폐루프(closed loop)의 형태로 마련된다.

즉, 체인(30)은 도 2에 도시한 바와 같이 파이프(10)의 외면과 접촉하는 제1부분(30a)과, 지지 스프라켓(50)의 톱니부(51)와 체결되어 접촉하는 제2부분(30b)과, 제1부분(30a)과 제2부분(30b) 사이에 마주하도록 위치되며 지지 스프라켓(50) 및 파이프(10)와 이격되는 제3부분(30c)으로 구성된 폐루프로 이루어지게 된다.

또, 로봇본체(20)의 하우징(21) 내에는 파이프(10)와 지지 스프라켓(50)을 감싸는 체인(30)에 소정의 조임력을 제공하기 위한 장력 조절부(60)가 마련된다.

장력 조절부(60)는 체인(30)의 서로 마주보는 제3부분(30c) 사이의 거리를 좁혀 체인(30)을 파이프(10)와 지지 스프라켓(50)을 조이는 방향으로 당김으로써 체인(30)에 조임력을 제공하도록 마련될 수 있다.

이러한 장력 조절부(60)는 체인(30)의 제3부분(30c) 외측에 각각 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)과, 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)을 전후 방향으로 직선 왕복 이동 시키기 위한 이송유닛(70)을 포함한다.

이송유닛(70)은 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동시키기 위한 것으로서, 하우징(21)의 전후방향을 가로지르도록 배치되어 회전 가능하게 설치되는 스크류 축(71)과, 스크류 축(71)의 양측에 결합되는 한 쌍의 이동블록(72)과, 한 쌍의 이동블록(72)의 이동을 가이드 하기 위한 가이드부(80)를 포함한다.

한 쌍의 아이들 스프라켓(61)은 이송유닛(70)에 의해 하우징(21)의 전후 방향으로 직선 왕복이동을 하게 되고, 서로 가까워지는 방향으로 이동하는 경우 대응하는 체인(30)의 제3부분(30c)과 치합되는 톱니부(61a)를 구비한다.

스크류 축(71)은 중앙부분을 기준으로 양측에 서로 반대되는 방향으로 형성된 나사산(71a,71b)을 구비하고, 한 쌍의 이동블록(72)은 대응하는 나사산(71a,71b)과 치합되는 스크류 너트(미도시)가 마련된다.

즉, 나사산(71a,71b)은 일측이 시계 방향으로 감겨지는 나사산으로 이루어진 경우 타측은 반시계 방향으로 감겨지는 나사산으로 형성된다.

스크류 축(71)의 일단부는 정,역회전 가능한 모터 등으로 이루어진 스크류 구동부(73)와 연결되어 동력을 전달받아 회전되고, 타단부는 베어링에 의하여 회전 가능하게 지지된다.

스크류 구동부(73)에 의해 스크류 축(71)이 일방향으로 회전시에는 한 쌍의 이동블록(72)은 서로 스크류 축(71)을 따라 서로 가까워지는 방향으로 이동하고, 일방향과 반대되는 타방향으로 회전시에는 한 쌍의 이동블록(72)은 스크류 축(71)을 따라 서로 멀어지는 방향으로 이동된다.

한편, 도시하지는 않았으나 한 쌍의 이동블록(72)이 서로 가까워지는 방향으로 이동하는 경우 체인(30)의 조임력을 조절하기 위해 스크류 구동부(73)에는 토크 리미터와 같은 센서가 구비될 수 있다.

가이드부(80)는 한 쌍의 이동블록(72)이 스크류 축(71)을 따라 이동될 때 회전되지 않고 안정적 선형 이동이 가능하도록 안내하는 기능을 수행한다.

이러한 가이드부(80)는 로봇본체(20)의 하우징(21) 측면에 결합되는 가이드레일(81)과, 가이드레일(81)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이더(82)를 포함한다.

슬라이더(82)는 연결축(83)을 통하여 이동블록(72)과 고정되고, 연결축(83)에는 아이들 스프라켓(61)이 연결축(83)을 중심으로 회전 가능하게 설치된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 파이프용 자동용접장치의 작동에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동용접장치의 장력 조절부가 동작되는 상태를 나타낸 동작 상태도이다.

먼저, 파이프용 자동용접장치를 용접하고자 하는 피대상물에 설치하는 경우 도 2에 도시한 바와 같이 분리 가능하게 마련된 체인(30)을 파이프(10)의 외주면과 지지 스프라켓(50)의 둘레를 감싸도록 배치하고, 분리된 체인링크(35) 부분을 링크 연결핀(36)을 통해 연결시킨다.

이에 따라 파이프(10)와 지지 스프라켓(50)의 둘레를 감싸도록 배치되는 체인(30)은 상측이 지지 스프라켓(50)의 톱니부(51)와 체결된 상태로 걸려 지지되고, 하측이 파이프(10)의 외주면 둘레를 감싸는 폐루프의 형태로 마련된다.

그리고, 장력 조절부(60)를 동작시키면 도 4에 도시한 바와 같이 체인(30)의 제3부분(30c) 외측에 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)이 서로 가까워지는 방향으로 이동하여 체인(30)의 제3부분(30c) 사이의 거리를 좁히도록 이동된다.

이에 따라, 파이프(10)와 접촉하는 체인(30)의 제1부분(30a)과 구동 스프라켓(50)과 접촉하는 체인(30)의 제2부분(30b)은 소정의 장력을 가진 상태로 대응하는 그 외면을 조이게 됨과 아울러 로봇본체(20)의 구동휠(22)은 파이프(10)의 외면에 밀착되어 가압된 상태에 있게 된다.

그리고, 구동원(40)에 의해 구동휠(22)이 회전하면 로봇본체(20)는 파이프(10)의 외주면을 이동하게 되고, 지지 스프라켓(50) 및 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)은 체인(30)에 순차적으로 감기게 되어 로봇본체(20)는 체인(30)을 따라 파이프(10)의 원주방향을 따라 주행하면서 용접작업을 수행하게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예의 자동용접장치는 파이프(10) 외면에 설치되는 가이드링 대신에 체인(30)을 이용하여 파이프(10)에 거치되게 되므로 파이프(10)의 직경별로 별도의 가이드링을 구비할 필요가 없게 된다. 즉, 하나의 체인(30)을 길이 조절을 통하여 사용할 수 있게 되므로 공용성이 향상되게 된다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 의한 장력 조절부에 대하여 설명한다. 이하에서는 본 발명의 구성과 동일한 기능 및 작용을 가지는 구성에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 장력 조절부(60)는 체인(30)의 제3부분(30c) 외측에 각각 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓이 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동되는 것 대신에 하나의 아이들 스프라켓(61a)은 고정 스프라켓으로 구성하고, 다른 하나의 아이들 스프라켓(61b)은 이동 스프라켓으로 구성할 수 있다.

고정 스프라켓(61a)은 하우징(21)의 전후 방향으로 이동하지 않도록 하우징(21)의 폭 방향을 가로지르도록 설치되는 샤프트 상에 회전 가능하게 설치되고, 이동 스프라켓(61b)은 스크류 축(71)의 일측에 형성된 나사산(71a)에 치합되어 스크류 축(71)을 따라 이동하는 이동블록(72)에 연결되는 연결축(83)에 회전 가능하게 설치되고, 연결축(83)은 하우징(21)에 설치된 가이드레일(81)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이더(82)와 연결된다.

즉, 이동 스프라켓(61b)만이 이송유닛(70)에 의해 하우징(21)의 전후 방향으로 이동되도록 구성함으로써 체인(30)의 제3부분(30c)의 마주하는 사이 거리를 가변시키도록 구성할 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 파이프, 20: 로봇본체,
30: 체인, 30a: 제1부분,
30b: 제2부분, 30c: 제3부분,
40: 구동원, 50: 구동 스프라켓,
60: 체인조임부, 61: 아이들 스프라켓,
70: 이송유닛, 71: 스크류 축,
72: 이동블록, 80: 가이드부,
81: 가이드레일, 82: 슬라이더.

Claims

삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
파이프의 원주방향을 따라 이동하며 용접토치를 포함하는 로봇본체;
상기 파이프를 둘러싸는 형태로 배치되어 상기 로봇본체를 상기 파이프에 지지시키는 가이드유닛; 및
상기 가이드유닛이 둘러싸는 둘레의 길이를 조절하여 상기 파이프를 감싸는 조임력을 제공하는 장력 조절부;를 포함하고,
상기 로봇본체는 상기 가이드유닛과 맞물려 회전 가능하게 배치되는 지지 스프라켓을 포함하며,
상기 가이드유닛은 상기 파이프의 둘레와 상기 지지 스프라켓을 감싸는 폐루프 형태로 배치되되 상기 파이프 외면과 접촉하는 제1부분과, 상기 지지 스프라켓과 접촉하는 제2부분과, 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에 위치하며 상기 장력 조절부와 접촉하며 서로 마주하는 제3부분을 포함하고,
상기 장력 조절부는 상기 제3부분 외측에 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓과, 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 왕복 이동시키기 위한 이송유닛;을 포함하고,
상기 이송유닛은 상기 로봇본체에 회전 가능하게 설치되며 양측에 서로 반대되는 나사산을 갖는 스크류 축과, 상기 스크류 축의 양측에 치합되며 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓이 각각 연결된 한 쌍의 이동블록과, 상기 한 쌍의 이동블록이 이동될 때 회전되지 않도록 상기 이동블록의 이동을 가이드하는 가이드부를 포함하는 파이프용 자동용접장치.
제 6항에 있어서,
상기 가이드부는
상기 로봇본체에 결합된 가이드레일과,
상기 가이드레일에 슬라이딩 가능하게 결합되며 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓과 각각 연결된 한 쌍의 슬라이더를 포함하는 파이프용 자동용접장치.
파이프의 원주방향을 따라 이동하며 용접토치를 포함하는 로봇본체;
상기 파이프를 둘러싸는 형태로 배치되어 상기 로봇본체를 상기 파이프에 지지시키는 가이드유닛; 및
상기 가이드유닛이 둘러싸는 둘레의 길이를 조절하여 상기 파이프를 감싸는 조임력을 제공하는 장력 조절부;를 포함하고,
상기 로봇본체는 상기 가이드유닛과 맞물려 회전 가능하게 배치되는 지지 스프라켓을 포함하며,
상기 가이드유닛은 상기 파이프의 둘레와 상기 지지 스프라켓을 감싸는 폐루프 형태로 배치되되 상기 파이프 외면과 접촉하는 제1부분과, 상기 지지 스프라켓과 접촉하는 제2부분과, 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에 위치하며 상기 장력 조절부와 접촉하며 서로 마주하는 제3부분을 포함하고,
상기 장력 조절부는 상기 제3부분 외측에 서로 마주보도록 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓과, 상기 한 쌍의 아이들 스프라켓이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 왕복 이동시키기 위한 이송유닛;을 포함하고,
상기 이송유닛은 상기 로봇본체에 회전 가능하게 설치되며 나사산을 갖는 스크류 축과, 상기 스크류 축을 따라 이동하도록 상기 나사산에 치합되며 상기 이동 스프라켓이 연결되는 이동블록과, 상기 이동블록의 이동시 회전되지 않도록 상기 이동블록의 이동을 가이드하는 가이드부를 포함하는 파이프용 자동용접장치.