KR101363736B1 - 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지 - Google Patents

비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지에 관한 것으로서 구체적으로는 수직 벽체와 바닥 벽체의 용접부재가 만나는 용접 부위를 용접함에 있어서 용접 부위의 양측 끝단부에 비용접부가 없도록 하기 위한 것이며, 이를 위하여 고장나기 쉽고 복잡한 구조의 토치 조절 기구나 전자 제어장치가 없이도 비용접장을 최소화할 수 있도록 개선된 오토 캐리지에 관한 것이다.
본 발명에서는 상부에 콘트롤 박스와 구동모터 및 토치 클램프가 장착되는 대차 프레임; 상기 대차 프레임에 측방에 고정 결합하여 전방으로 연장되는 가이드 프레임; 상기 가이드 프레임의 전방으로 연장되는 가이드 프레임에 회전 가능하게 장착되는 다수 개의 가이드 롤러; 상기 대차 프레임의 일측에서 타측으로 이격하도록 나란하게 배열되며, 상기 구동모터에 의하여 대차 프레임 상에 회전 가능하게 지지가 되는 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축; 상기 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축의 양측 선단에 각각 결합하는 제1바퀴, 제2바퀴 및 제3바퀴; 상기 대차 프레임의 일측단에서 타측단까지 연장되어 회전 가능하게 장착되는 회동축과 상기 회동축의 일측 선단에 결합하는 자석 탈착 핸들; 및 상기 제1차륜축과 제2차륜축 사이의 상기 회동축 상에 고정 결합하는 제1자석부와 상기 제2차륜축과 상기 제3차륜축 사이의 상기 회동축 상에 고정 결합하는 제2자석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지를 제시한다.

Description

비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지{AN AUTO CARRIAGE FOR MINIMIZING A NON-WELDED AREA}
본 발명은 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지에 관한 것으로서 구체적으로는 수직 벽체와 바닥 벽체의 용접 부재가 만나는 용접 부위를 용접함에 있어서 용접 부위의 양측 끝단 부에 비용접부가 없도록 하기 위한 것이며, 이를 위하여 고장나기 쉽고 복잡한 구조의 토치 조절 기구나 전자 제어장치가 없이도 비용접장을 최소화할 수 있도록 개선된 오토 캐리지에 관한 것이다.
선박이나 기타 해상 구조물 등은 후판이나 각종 금속 판재나 형강 자재를 서로 용접하여 단위 구조물을 형성한 후 이들을 조립 및 용접하여 완성하는 것이 일반적이다. 특히, 선박의 건조시에는 수직 격벽을 금속 바닥판인 주판 등에 용접하여 수직 격벽 등에 각종 형강 자재 등을 용접하여 단위 구조물을 형성하게 되는데, 이러한 구조재들이 서로 만나는 모서리 라인을 따라 용접토치를 수직 또는 수평이동시키면서 자동으로 용접하는 장치에 관하여 종래 몇 가지가 개발되어 적용되고 있다.
이러한 자동 용접장치 또는 오토 캐리지는 이동레일 또는 구동바퀴를 이용하여 용접라인을 따라 이동하면서 모서리 용접, 맞대기 용접 및 구석 용접 등을 자동으로 수행하기 위한 용접장치의 일종이다.
그런데 이러한 오토 캐리지를 사용하여 수직 용접 부재와 수평 용접 부재가 만나는 모서리 라인을 따라 용접하는 경우 용접 부위의 양측 끝단에는 비용접 구간이 발생하는 문제가 있었다.
즉, 등록특허 제10-0743906호(출원번호 제10-2005-0126084)의 도1a(본 발명의 도6의 (a))에 도시한 바와 같이 종래의 오토 캐리지를 사용하는 경우 좌측 롤러부(5a)와 토치(2) 사이의 부위와 도1b(본 발명의 도6의 (b))에 도시한 바와 같이 토치(2)와 우측 롤러부(5b) 사이의 부위에 비용접부(a,b)가 발생하게 된다.
이를 해결하기 위하여 위의 등록특허 제10-0743906호에서는 이송 대차(10) 상에 선형 가이드 구조(30) 구조를 구비하고 이송 모터(70)의 피니언 기어(72)가 이송 대차(10) 상의 랙기어(20)와 치합하도록 함으로써 토치를 이송 대차(10)의 길이 방향으로 직선 이동시키도록 하고 있다.
그런데 이러한 선행 등록특허의 경우 토치를 이동시키기 위하여 별도의 이송 모터(70), 랙 기어(20), 피니언 기어(72), 제1 및 제2레일(31,32), 제1 및 제2 가이드 블럭(33,34) 등을 구비해야 하고 별도의 제어 장치를 구비해야 하므로 장치의 구성이 복잡하고 제작 단가가 상승하는 문제가 있다.
또한, 통상의 CO2가스 용접 현장에서의 고열로 인하여 주요 동작 기기에 작동 오류가 발생할 소지가 있다.
따라서 수직 벽체와 수평 벽체가 만나는 모서리 부위와 같은 피용접물을 용접 부위로 하는 오토 캐리지에 있어서 기존의 오토 캐리지의 형상과 구조를 되도록 유지하되, 전기· 전자 제어 기구 및 기구적 구성을 최대한 단순하게 하면서도 비용접장 구간을 최소화하거나 없앨 수 있는 오토 캐리지의 개발이 요청되었다.
등록특허 제10-0743906호 "비용접부 최소화 오토 캐리지 및 그의 용접방법" 등록특허 제10-0684617호 "돌림 용접용 오토 캐리지" 등록실용신안 제20-0154869호 "트윈 가이드롤 방식 비용접장 최소화 기능을 장착한 다전극 필렛 자동 용접 장치" 등록특허 제10-0751034호 "용접기" 등록특허 제10-1050047호 "용접토치의 길이 및 각도조절이 용이한 자동 용접 캐리지" 등록특허 제10-0827194호 "자동 용접 캐리지"
본 발명의 목적은 종래 오토 캐리지의 기본 틀을 그대로 유지하면서도 간단한 구성의 추가를 통하여 오토 캐리지의 용접 라인 양측 끝단 부에 비용접장 구간이 발생하지 않도록 하거나 이를 최소화하는 것이다.
특히, 본 발명에서는 이러한 비용접장 최소화를 위하여 종래의 오토 캐리지의 기본 골격과 구조를 유지하고 추가적인 구성을 최대한 단순화하도록 함으로써 기존 제품과의 호환성이 있도록 함과 동시에 생산 단가를 낮출 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상부에 콘트롤 박스와 구동모터 및 토치 클램프가 장착되는 대차 프레임; 상기 대차 프레임에 측방에 고정 결합하여 전방으로 연장되는 가이드 프레임; 상기 가이드 프레임의 전방으로 연장되는 가이드 프레임에 회전 가능하게 장착되는 다수 개의 가이드 롤러; 상기 대차 프레임의 일측에서 타측으로 이격하도록 나란하게 배열되며, 상기 구동모터에 의하여 대차 프레임 상에 회전 가능하게 지지가 되는 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축; 상기 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축의 양측 선단에 각각 결합하는 제1바퀴, 제2바퀴 및 제3바퀴; 상기 대차 프레임의 일측단에서 타측단까지 연장되어 회전 가능하게 장착되는 회동축과 상기 회동축의 일측 선단에 결합하는 자석 탈착 핸들; 및 상기 제1차륜축과 제2차륜축 사이의 상기 회동축 상에 고정 결합하는 제1자석부와 상기 제2차륜축과 상기 제3차륜축 사이의 상기 회동축 상에 고정 결합하는 제2자석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지를 제안한다.
여기서, 상기 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축 상에는 각각 제1스프로켓, 제2스프로켓 및 제3스프로켓이 형성되고, 상기 스프로켓들은 한 개의 체인에 의하여 동력 연결되며, 상기 제1차륜축 상에 형성되는 종동 기어는 상기 구동모터에 의하여 회전하는 주동기어에 치합하여 동력을 전달받도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면 기존 오토 캐리지에 복잡한 기계적 및 전기·전자적 직선 운동 기구를 장착하지 않더라도 용접라인의 좌우 양측 끝단 부에 비용접장 구간이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히 본 발명에서는 종래와 같이 토치를 직선 이동시키거나 회전시키기 위한 별도의 기구적 구성을 추가하지 않고도 종래의 장치와 동일한 기능과 효과를 달성할 수 있으므로 제조 단가 면에서 경제적이라고 할 수 있다.
또한, 토치를 이동시키기 위하여 전기·전자적 제어 수단과 기계적 이동수단을 구비하는 종래의 오토 캐리지와 비교하여 단순한 기구적 구성의 추가만으로 동일한 목적을 수행하므로 악조건인 용접 현장에서의 작동 내구성과 신뢰성이 우수하다고 할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 오토 캐리지의 좌측 외관 사시도.
도2는 본 발명에 따른 오토 캐리지의 우측 외관 사시도.
도3은 본 발명에 따른 오토 캐리지의 우측면도.
도4는 본 발명에 따른 오토 캐리지의 평면도.
도5는 본 발명에 따른 오토 캐리지의 저면도.
도6은 종래의 비용접부 구간을 설명하기 위한 개념도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다.
이하의 설명에서는 도4를 기준으로 전후좌우의 방향을 정의하기로 한다. 이때 가이드롤러(141~143)가 위치하는 도면의 위쪽을 전방이라 하고, 길이 조절 노브(152)가 위치하는 도면의 아래쪽을 후방이라고 정의한다.
도1 내지 도5에 도시한 바와 같이 본 발명의 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지(100, 이하 설명의 편의를 위하여 간략히 오토 캐리지라고 약칭한다)는 크게 대차 프레임(101), 상기 대차 프레임(101)의 상부에 장착되는 콘트롤 박스(160), 구동모터(165), 토치 길이 및 각도 조절장치(150), 상기 대차 프레임(101)의 측방에 결합하여 전방으로 연장되는 가이드 프레임(140), 상기 가이드 프레임(140)에 회전 가능하게 결합하는 제1 내지 제3가이드 롤러(141~143), 상기 대차 프레임(101)에 회전 가능하게 결합하는 제1 내지 제3바퀴(121a~123a,121b~123b), 상기 대차 프레임(101)의 바닥면에 자석 탈착 핸들(110)에 의하여 회동 가능하게 장착되는 제1자석부(114)와 제2자석부(115)를 포함하여 이루어진다.
상기 대차 프레임(101)은 저면이 개방되는 사각 형상의 프레임으로서 오토 캐리지(100) 차체 프레임의 기본 골격을 이루는 것이다. 다만 그 형상이 반드시 사각 형상에 국한될 이유는 없으며 필요에 따라 다른 형상으로 대체될 수 있다.
상기 대차 프레임(101)의 상면에는 도시한 바와 같이 콘트롤 박스(160), 구동모터(165), 토치 길이 및 각도 조절장치(150)가 장착된다.
상기 콘트롤 박스(160)에는 오토 캐리지(100)의 구동을 제어하기 위한 각종 조작 스위치(161)와 조작 핸들(162)이 마련되고, 케이블 커넥터(163)가 형성된다.
상기 구동모터(165)는 후술할 제1바퀴 내지 제3바퀴(121a~123a,121b~123b)들에 회전력을 제공하기 위한 것이다.
상기 토치 길이 및 각도 조절장치(150)는 케이싱(151), 상기 케이싱(151)에 연결되는 길이 조절 노브(152)와 각도 조절 노브(153), 토치 클램프(154) 및 토치 고정수단(155)으로 구성된다.
상기 토치 길이 및 각도 조절장치(150)는 출원인의 선출원 등록특허로서 본 발명에 일체화된 등록특허 제10-1050047호 "용접토치의 길이 및 각도 조절이 용이한 자동 용접 캐리지"에 그 구조와 작동원리가 상세하게 개시되고 있으므로 여기서는 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 대차 프레임(101)의 양 측단에는 한 쌍의 가이드 프레임(140)이 결합하여 전방으로 연장된다. 구체적으로는 일측 선단부에 장공(140c)이 형성되는 한 쌍의 제1가이드 프레임(140a)이 상기 대차 프레임(101)의 측방에 한 쌍의 조절 볼트(140d)에 의하여 결합하고, 상기 제1가이드 프레임(140a)의 전단에 한 개의 제2가이드 프레임(140b)이 결합한다.
상기 제2가이드 프레임(140b)에는 다수 개의 가이드 롤러들이 회전 가능하게 결합한다. 본 실시예에서는 모두 세 개의 가이드 롤러, 즉 제1가이드 롤러 내지 제3가이드 롤러(141~143)가 회전 가능하게 결합한다.
상기 제1가이드 롤러 내지 제3가이드 롤러(141~143)는 롤러의 원주단이 제1벽체(11)에 벽면에 접촉하여 회전함으로써 오토 캐리지(100)의 직선 이동을 안내하기 위한 것이다.
상기 토치 길이 및 각조 조절장치(150)의 토치 클램프(154)에 의하여 용접 토치(170)가 장착된 후 토치 고정 수단(155)에 의하여 용접 토치(170)가 위치 고정된다.
도2에 도시한 바와 같이 상기 대차 프레임(101)의 좌·우측 중에서 적어도 일 측에는 근접 센서(180)가 장착되어 오토 캐리지(100)가 직선 이동하면서 용접을 수행할 때 어느 일측에 위치하는 장애물에 근접시 동작을 멈추도록 한다.
도5에 도시한 바와 같이 본 발명의 오토 캐리지(100)는 세 개의 바퀴와 두 개의 자석부를 가진다.
즉, 상기 대차 프레임(101)의 내부에는 제1차륜축 내지 제3차륜축(131~133)이 대차 프레임(101)의 일측에서 타측으로 일정 간격 이격하도록 나란하게 배치된다. 상기 각 차륜축(131~133)은 대차 프레임(101)에 회전 가능하게 장착되며, 각 차륜축(131~133)의 양측 선단에는 각각 제1바퀴(121a,121b), 제2바퀴(122a,122b) 및 제3바퀴(123a,123b)가 결합한다.
상기 제1바퀴 내지 제3바퀴(121a,121b,122a,122b,123a,123b)는 차체 프레임(101)의 외부로 노출하도록 상기 각 차륜축(131~133)에 결합한다.
상기 제1차륜축(131) 상에는 종동기어(136)가 형성되어 상기 구동모터(165)에 의하여 회전하는 주동기어(135)에 치합한다.
상기 각 제1차륜축 내지 제3차륜축(131~133) 상에는 제1스프라켓 내지 제3스프라켓(131a~133a)이 순서대로 형성되고, 이들 제1스프라켓 내지 제3스프라켓(131a~133a)은 한 개의 체인(미도시)에 의하여 동력 연결된다.
상기 대차 프레임(101)에는 상기 각 차륜축(131~133)을 가로지르는 방향으로 회동축(111)이 회전 가능하게 장착되고, 상기 회동축(111)의 일측 선단부에 자석 탈착 핸들(110)이 결합한다.
상기 제1차륜축(131)과 제2차륜축(132) 사이의 상기 회동축(111) 상에는 제1자석부(114)가 자석 고정용 브라켓(112)과 볼트(112a)에 의하여 고정 결합하고, 상기 제2차륜축(132)과 상기 제3차륜축(133) 사이의 상기 회동축(111) 상에는 제2자석부(115)가 마찬가지로 자석 고정용 브라켓(113)과 볼트(113a)에 의하여 고정 결합한다.
따라서 상기 자석 탈착 핸들(110)을 잡고 수동으로 회동시키면 제1자석부(114)와 제2자석부(115)부가 회동함으로써 바닥면인 제2벽체(12)에 자력에 의하여 붙거나 떨어지게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 오토 캐리지(100)에 의하면 종래 한 개의 자석부 및 한 쌍씩의 전륜과 후륜을 가지는 오토 캐리지와 비교하여 안정적으로 용접을 수행할 수 있으며, 수직 벽체인 제1벽체(11)와 수평 벽체인 제2벽체(12)가 만나서 이루어지는 모서리 구간인 대상 용접라인(10a)의 양측 끝단에 남게 되는 비용접 구간을 없앨 수 있다.
즉 ,종래의 오토 캐리지는 용접 토치가 오토 캐리지 차체의 중앙에 위치하고 오토 캐리지의 전륜과 후륜이 대차 프레임의 양측 단부에 위치는 관계로 양측 끝단부가 폐쇄되지 않고 개방되는 도2와 같은 피용접물을 용접하는 경우에도 피용접물의 양측 끝단에 비용접 구간이 발생하였다.
특히, 도2에 도시한 바와 같이 오토 캐리지가 피용접물의 일측 끝단까지 전진하여 용접을 수행하는 경우 한 쌍의 바퀴가 제2벽체(12)에서 이탈하여 오토 캐리지 전체가 제2벽체(12)에서 중심을 잃고 추락하는 사고가 발생할 우려가 있었다.
이는 기존의 오토 캐리지의 경우 총 4개의 바퀴만이 구비되어 한 쌍의 전륜 또는 후륜이 제2벽체(12)에서 이탈하면 제2벽체(12)의 바닥면을 지지하는 바퀴는 한 쌍의 후륜 또는 전륜만이 존재하게 되어 불안정한 상태를 이루기 때문이다.
또한, 기존의 오토 캐리지의 바닥면에도 자석부가 존재하기는 하나 한 개의 자석부 만이 차체 프레임의 중앙에 위치하고 있어서 도시한 바와 같이 오토 캐리지가 피용접물(10)의 제2벽체(12)의 끝단을 벗어나는 경우 차체 프레임 상의 구동모터나 콘트롤 박스와 같은 구성 요소들로 인한 편심 하중으로 인하여 제2벽체(12) 상에 붙어 있지 못하고 아래로 낙하하게 되는 것이다.
그러나 본 발명에 의하면, 대차 프레임(101)의 좌우 길이 방향으로 총 3쌍의 바퀴(121a~123a,121b~123b)가 장착되므로 도2에 도시한 바와 같이 오토 캐리지(100)가 바닥면인 제2벽체(12)의 일측 끝단 부에 오는 경우 제1바퀴(121a,121b)는 공중에 떠 있더라도 나머지 두 쌍의 제2바퀴(122a,122b)와 제3바퀴(123a,123b)가 제2벽체(12) 상에 접지하고 있어 안정적이다.
특히, 본 발명에서는 제1바퀴(121a,121b)와 제2바퀴(122a,122b) 사이에 제1자석부(114)가 위치하고, 제2바퀴(122a,122b)와 제3바퀴(123a,123b) 사이에 제2자석부(115)가 위치하므로 제1바퀴(121a,121b) 또는 제3바퀴(123a,123b)가 바닥 벽체인 제2벽체(12)의 단부를 넘어서게 되더라도 자력의 급격한 저하나 편심 하중에 의하여 오토 캐리지(100)가 낙상하는 위험을 예방할 수 있게 된다.
따라서 오토 캐리지(100)의 대차 프레임(101)의 좌우 길이의 중앙부에 위치하는 용접토치(170)와 대차 프레임(101)의 좌측단 또는 우측단까지의 폭에 해당하는 부분에 비용접 구간이 발생하지 않도록 할 수 있게 된다.
즉, 용접토치(170)의 직하방에 상기 제2바퀴(122a,122b)가 위치하도록 한 후 용접캐리지(100)가 좌측 또는 우측으로 직선 이동하며 대상 용접라인(10a)을 용접할 때 제2바퀴(122a,122b)가 제2벽체(12)의 끝단까지 오도록 오토 캐리지(100)를 이동시키면 대상 용접라인(10a) 상에 용접이 되지 않는 비용접장 구간이 발생하지 않게 되는 것이다.
다시 말하면, 용접토치(170)를 피용접물(10)의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 이동시키면서 일회의 동작으로 용접을 완료할 수 있으며 비용접장 구간을 후에 별도로 용접할 필요가 없게 되어 매우 편리하다.
본 발명에서는 종래 용접토치 자체를 랙기어와 피니언기어 및 슬라이드 레일 구조를 이용하여 이동시키는 것과 달리 별도의 용접토치 이동 구조를 채택하지 않게 되므로 구조가 간단하고 열악한 작업 환경하에서 작동하는 오토 캐리지의 고장이나 오작동을 예방할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면 통상적으로 오토 캐리지의 중앙에 장착되는 용접토치를 이동시키거나 회전시키지 않더라도 모서리 라인을 따라 한쪽 끝단에서 다른 쪽 끝단까지 일 회의 동작으로 용접을 완료할 수 있어 매우 편리하며, 특히 비용접 구간을 없애기 위하여 별도의 모터 수단, 직선 슬라이드 수단이나 기어 수단 등의 복잡한 구성을 추가할 필요가 없으므로 장치 자체가 간단하고 제작이 용이하며 열악한 현장 환경에 의한 오작동이나 고장의 우려가 없다는 장점이 있다.
따라서 조선소나 해양 플랜트와 같이 대규모 금속 구조물을 용접하기 위한 오토 캐리지에 장착하여 적용할 필요가 있을 것이다.
10: 피용접물 10a: 대상 용접라인
11: 제1벽체(수직 벽체) 12: 제2벽체(수평 벽체)
100:오토 캐리지 101: 대차 프레임
110: 자석 탈착 핸들 111: 회동축
112,113: 자석 고정용 브라켓 112a,113a: 볼트
114: 제1자석부 115: 제2자석부
121a,121b: 제1바퀴 122a,122b: 제2바퀴
123a,123b: 제3바퀴 131~133: 제1 내지 제3 차륜축
131a~133a: 제1 내지 제3스프라켓 140: 가이드 프레임
140a: 제1가이드 프레임 140b: 제2가이드 프레임
141~143: 제1 내지 제3가이드 롤러 135: 주동기어
136: 종동기어
150: 토치 길이 및 각도 조절장치 160: 콘트롤 박스
165: 구동모터 170: 용접토치

Claims (2)

  1. 상부에 콘트롤 박스와 구동모터 및 토치 클램프가 장착되는 대차 프레임;
    상기 대차 프레임에 측방에 고정 결합하여 전방으로 연장되는 가이드 프레임;
    상기 가이드 프레임의 전방으로 연장되는 가이드 프레임에 회전 가능하게 장착되는 다수 개의 가이드 롤러;
    상기 대차 프레임의 일측에서 타측으로 이격하도록 나란하게 배열되며, 상기 구동모터에 의하여 대차 프레임 상에 회전 가능하게 지지가 되는 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축;
    상기 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축의 양측 선단에 각각 결합하는 제1바퀴, 제2바퀴 및 제3바퀴;
    상기 대차 프레임의 일측단에서 타측단까지 연장되어 회전 가능하게 장착되는 회동축과 상기 회동축의 일측 선단에 결합하는 자석 탈착 핸들; 및
    상기 제1차륜축과 제2차륜축 사이의 상기 회동축 상에 고정 결합하는 제1자석부와 상기 제2차륜축과 상기 제3차륜축 사이의 상기 회동축 상에 고정 결합하는 제2자석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1차륜축, 제2차륜축 및 제3차륜축 상에는 각각 제1스프로켓, 제2스프로켓 및 제3스프로켓이 형성되고, 상기 스프로켓들은 한 개의 체인에 의하여 동력 연결되며, 상기 제1차륜축 상에 형성되는 종동 기어는 상기 구동모터에 의하여 회전하는 주동기어에 치합하여 동력을 전달받는 것을 특징으로 하는 비용접장 최소화를 위한 오토 캐리지.
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