KR101616370B1 - 파이프 개선 장치 및 파이프 개선 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이프 개선 장치 및 방법에 관한 것으로, 파이프의 둘레를 따라 이동할 수 있는 캐리지; 캐리지에 설치되고, 파이프의 단부에 용접각이 형성되도록 파이프를 개선하는 개선 모듈; 및 파이프의 형상 정보에 기초하여 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 개선 모듈을 파이프의 반경방향으로 이송하는 이송구동부를 포함하는 파이프 개선 장치를 개시한다.

Description

파이프 개선 장치 및 파이프 개선 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BEVELLING PIPE}
본 발명은 파이프 개선 장치 및 파이프 개선 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프의 단부에 용접각을 갖는 개선면을 형성하는 파이프 개선 장치 및 파이프 개선 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배관 작업은 배관의 설계 사항에 따라 파이프를 절단하고 개선 및 용접작업을 실시하는 과정으로 이루어진다. 일 예로, 부유식 원유생산저장하역설비(floating production storage and offloading)를 비롯한 선박의 탑사이드에는 석유나 액화천연가스(LNG)의 이동통로인 다수의 파이프가 복잡하게 연결되어 있다. 이러한 선박을 건조시 다수의 파이프 간을 연결하는 작업이 필요한데, 제작 오차 등으로 용접 결합하기에 길이가 안 맞는 경우가 대부분이다. 특히, 대형 선박의 제조에 있어서는 선체를 블록 단위로 분할하여 제작한 후 도크(dock)에서 블록을 서로 결합하여 선체를 구성하게 되는데, 블록과 블록 사이의 파이프들의 얼라인(align)이 맞지 않아 파이프의 얼라인을 맞추기 위한 작업이 필요하게 된다. 이러한 파이프의 얼라인을 위해서는 파이프의 절단, 용접을 위한 개선, 용접 등 파이프의 가공이 이루어져야 한다.
이러한 이유로 파이프는 절단 작업에 의해 길이가 맞춰지며, 이후 파이프 간의 용접을 통한 결합을 위해서는 파이프 끝단에 용접각을 주기 위한 파이프 개선 작업이 필요하다. 대한민국특허청 10-2013-0143456호(2013.12.31)에는 파이프 가공 캐리지가 개시되어 있다. 그러나 파이프가 진원을 이루지 않을 경우, 용접각을 갖는 개선면의 개선깊이가 불균일해져 용접 품질이 저하되는 문제가 있다. 이에 따라 현재 조선소에서는 작업자들이 핸드그라인더를 이용하여 수동으로 파이프 개선 작업을 수행하고 있으나, 작업자의 숙련도에 따라 개선 품질이 좌우되고, 개선 작업에 오랜 시간이 소요되며, 작업자들이 근골격계 질환을 겪는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 진원을 이루지 않는 파이프의 단부에 파이프의 둘레를 따라 일정한 개선 깊이로 개선면을 형성할 수 있는 파이프 개선 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 파이프 개선 장치는 파이프의 둘레를 따라 이동할 수 있는 캐리지; 상기 캐리지에 설치되고, 파이프의 단부에 용접각이 형성되도록 파이프를 개선하는 개선 모듈; 및 파이프의 형상 정보에 기초하여 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 상기 개선 모듈을 파이프의 반경방향으로 이송하는 이송구동부를 포함한다.
상기 파이프 개선 장치는 상기 캐리지에 설치되어 파이프 외면까지의 거리를 측정하는 거리센서; 상기 거리센서에 의해 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 측정된 거리 정보를 기초로 상기 파이프의 형상 정보를 계측하는 파이프 형상 계측부; 및 상기 파이프의 형상 정보에 기초하여 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 상기 개선 모듈의 파이프 반경방향 이송량을 산출하는 이송량 산출부를 더 포함할 수 있다.
상기 이송구동부는 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 산출된 파이프 반경방향 이송량에 따라 상기 개선 모듈을 파이프의 반경방향으로 이송할 수 있다.
상기 이송량 산출부는 파이프의 둘레방향을 따라 용접각을 갖는 개선면의 개선깊이가 일정하도록 상기 파이프 반경방향 이송량을 산출할 수 있다.
상기 파이프 개선 장치는 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 이송구동부는, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 작은 제1 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 반대 측으로 이송하고, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 큰 제2 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 측으로 이송할 수 있다.
상기 파이프 개선 장치는 용접각이 가변되도록 상기 개선 모듈의 각도를 조절하는 각도 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 캐리지는, 하우징; 파이프를 둘러싸는 형태로 배치되어 상기 하우징을 파이프의 외면에 지지하는 가이드유닛; 상기 하우징에 설치되고, 상기 가이드유닛이 둘러싸는 둘레의 길이를 조절하여 파이프를 감싸는 조임력을 제공하는 장력 조절부; 상기 하우징에 설치되고, 상기 가이드유닛과 맞물려 회전 가능하게 배치되는 지지스프라켓; 및 파이프 둘레방향을 따라 상기 하우징의 일측과 타측에 각각 설치되어 파이프의 외면과 접촉하여 구름 운동하는 구름휠을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 파이프의 둘레를 따라 이동하는 캐리지에 설치된 거리센서를 이용하여 파이프의 형상 정보를 계측하는 단계; 파이프의 형상 정보를 이용하여 상기 캐리지에 설치된 개선 모듈의 파이프 반경방향 이송량을 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 산출하는 단계; 및 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 산출된 파이프 반경방향 이송량에 따라 상기 개선 모듈을 파이프 반경방향으로 이송하면서 상기 개선 모듈을 이용하여 파이프의 단부에 용접각을 형성하기 위한 개선작업을 수행하는 단계를 포함하는 파이프 개선 방법이 제공된다.
상기 개선작업을 수행하는 단계는, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 작은 제1 부분에 위치시 상기 개선 모듈을 파이프 반대 측으로 이송하고, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 큰 제2 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 측으로 이송할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 진원을 이루지 않는 파이프의 단부에 파이프의 둘레를 따라 일정한 개선 깊이로 개선면을 형성할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 캐리지의 내부를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 이송유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 장력 조절부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 장력 조절부의 변형례를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 개선 모듈 및 이송구동부를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 이송구동부의 변형례를 보여주는 도면이다.
도 8은 캐리지의 파이프 둘레방향으로의 각도에 따른 거리센서의 측정값 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 9 내지 도 10은 캐리지의 이동각도가 0°일 때 거리센서에 의한 거리 측정값과 캐리지의 이동각도가 90°일 때 거리센서에 의한 거리 측정값에 차이가 나타나는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 개선 장치에 의하여 파이프를 개선하는 것을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 개선 모듈을 보여주는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 와 같은 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 캐리지의 내부를 보여주는 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 이송유닛을 설명하기 위한 도면이다. 도 2 및 도 3에서 개선 모듈을 비롯한 일부 구성의 도시는 생략되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치는 캐리지(20), 캐리지(20)에 설치되는 개선 모듈(24), 거리센서(40), 파이프 형상 계측부(28), 이송량 산출부(29) 및 이송구동부(27)를 포함한다.
캐리지(20)는 파이프(10)의 둘레를 따라 이동한다. 개선 모듈(24)은 캐리지(20)에 설치되어, 파이프(10)의 단부에 용접각을 갖는 개선면이 형성되도록 파이프(10)를 개선한다. 거리센서(40)는 캐리지(20)에 설치되어 파이프(10) 외면까지의 거리를 측정한다. 파이프 형상 계측부(28)는 거리센서(40)에 의해 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 측정된 거리 정보를 기초로 파이프(10)의 형상 정보를 계측한다. 이송량 산출부(29)는 파이프(10)의 형상 정보에 기초하여 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 개선 모듈(24)의 파이프 반경방향 이송량을 산출한다. 이송구동부(27)는 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 산출된 파이프 반경방향 이송량에 따라 개선 모듈(24)을 파이프 반경방향으로 이송한다.
캐리지(20)는 가이드유닛에 의해 파이프(10) 외면에 밀착되어 파이프(10) 둘레를 따라 이동할 수 있다. 일 실시 예로, 가이드유닛은 캐리지(20)가 파이프(10) 외면을 따라 이동하는 것을 안내하기 위한 체인(30)을 포함할 수 있다. 캐리지(20)는 파이프(10) 개선을 위한 개선 모듈(24)이 설치되는 하우징(21)을 구비한다. 하우징(21)의 하측에는 체인(30)을 따라 이동시 파이프(10)의 외면과 접촉하여 구름 운동하도록 구동되는 구름휠(22)이 마련될 수 있다. 구름휠(22)의 외주면에는 파이프(10)의 외주면과 접촉하여 이동시 슬립을 방지하기 위한 마찰패드(미도시)가 마련될 수 있다.
캐리지(20)는 체인(30)에 의해 파이프(20)의 외면에 지지된 상태로 체인(30)을 따라 이동하도록 마련될 수 있다. 이를 위해, 캐리지(20)의 하우징(21) 상측에는 하우징(21)의 폭방향을 가로지르도록 설치되는 회전축(52)이 구비되고, 회전축(52)의 양측에는 체인(30)의 상측을 지지하도록 체인(30)에 맞물려 회전되는 한 쌍의 지지스프라켓(50)이 마련된다. 회전축(52)은 양단이 베어링(미도시)에 의해 지지되어 하우징(21)에서 회전 가능하게 지지된 상태에 있게 된다. 캐리지(20)는 하우징(21)에 설치된 구동원(23)에 의해 파이프(20)의 둘레를 따라 이동할 수 있다. 구동원(23)은 회전축(52)을 회전시키는 구동모터로 제공될 수 있다.
체인(30)은 다수의 체인링크(35)를 각각 링크 연결핀(36)으로 연결하여 지지스프라켓(50)의 톱니부(51)와 체결되는 홈을 갖는 중공형 체인으로 구성될 수 있다. 체인(30)의 길이는 파이프(10)의 둘레와 지지스프라켓(50)의 둘레를 무리 없이 감아 돌릴 수 있을 정도로 설정될 수 있다. 이러한 체인(30)은 서로 연결된 체인링크(35)의 일부가 분리된 상태에서 파이프(10)의 둘레와 지지스프라켓(50)의 둘레를 감싸도록 배치된 후 링크 연결핀(36)을 체결함으로써 폐루프(closed loop)의 형태로 마련될 수 있다.
즉, 체인(30)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파이프(10)의 외면과 접촉하는 제1부분(30a)과, 지지스프라켓(50)의 톱니부(51)와 체결되어 접촉하는 제2부분(30b)과, 제1부분(30a)과 제2부분(30b) 사이에 서로 마주하도록 위치되며 지지스프라켓(50) 및 파이프(10)와 이격되는 제3부분(30c)으로 구성된 폐루프로 이루어질 수 있다.
하우징(21) 내에는 파이프(10)와 지지스프라켓(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 지지스프라켓(50)을 조이는 방향으로 당김으로써 체인(30)에 조임력을 제공하도록 마련될 수 있다. 장력 조절부(60)는 서로 마주하는 체인(30)의 제3부분(30c) 외측에 서로 마주보도록 각각 배치되는 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)과, 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)을 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 상대적으로 직선 이동시키는 이송유닛(70)을 포함한다.
여기서, 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 상대적으로 직선 이동시킨다는 의미는, 한 쌍의 아이들 스프라켓(61) 중 어느 하나의 아이들 스프라켓(61)은 고정되어 있고 이에 대해서 나머지 아이들 스프라켓(61)이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 이동하거나, 한 쌍의 아이들 스프라켓(61) 각각이 독립적으로 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 이동한다는 의미이다.
본 발명의 실시 예에서, 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)이 독립적으로 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 이동하도록, 이송유닛(70)은 하우징(21)의 전후방향을 가로지르도록 배치되어 회전 가능하게 설치되며 양측에 서로 반대되는 나사산(71a,71b)을 갖는 스크류 축(71)과, 스크류 축(71)의 양측에 치합되며 한 쌍의 아이들 스프라켓이 각각 연결된 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 너트가 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, 역회전이 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 리미터(torque limiter)가 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 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.
한편, 본 실시 예에서는 구동원(23)에 의해 회전축(52)을 회전시켜 체인(30)에 맞물려 있는 한 쌍의 지지스프라켓(50)의 회전력으로 캐리지(20)가 체인(30)을 따라 파이프(10)의 둘레방향으로 이동하는 형태를 제시하고 있으나, 구름휠(22)을 회전 구동하는 구동원에 의하여 캐리지(20)를 체인(30)을 따라 이동시키는 것도 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 장력 조절부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 파이프 개선 장치를 용접하고자 하는 파이프(10)에 설치하기 위해, 도 2에 도시한 바와 같이 분리 가능하게 마련된 체인(30)을 파이프(10)의 외주면과 지지스프라켓(50)의 둘레를 감싸도록 배치하고, 분리된 체인링크(35) 부분을 링크 연결핀(36)을 통해 연결시킨다. 이에 따라 파이프(10)와 지지스프라켓(50)의 둘레를 감싸도록 배치되는 체인(30)은 상측이 지지스프라켓(50)의 톱니부(51)와 체결된 상태로 걸려 지지되고, 하측이 파이프(10)의 외주면 둘레를 감싸는 폐루프의 형태로 마련된다.
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 좁히게 된다. 이에 따라, 파이프(10)와 접촉하는 체인(30)의 제1부분(30a)과 지지스프라켓(50)과 접촉하는 체인(30)의 제2부분(30b)은 소정의 장력을 가진 상태로 대응하는 그 외면을 조이게 됨과 아울러 캐리지(20)의 구름휠(22)은 파이프(10)의 외면에 밀착되어 가압된 상태에 있게 된다.
구동원(23)에 의해 회전축(52)이 회전하면 지지스프라켓(50) 및 한 쌍의 아이들 스프라켓(61)이 체인(30)에 순차적으로 감기게 되고, 이에 따라 캐리지(20)는 체인(30)을 따라 파이프(10)의 외주면을 원주방향을 따라 주행하게 된다. 캐리지(20)의 주행시 개선 모듈(24)을 동작시키는 것에 의해, 파이프(10)의 단부에 용접각을 형성하는 개선 작업이 수행된다.
본 발명의 실시 예에 따른 파이프 개선 장치는 체인(30)을 이용하여 파이프(10)에 거치되는 방식으로서, 장력 조절부(60)에 의하여 다양한 파이프(10)의 직경에 대응할 수 있다. 즉, 하나의 체인(30)을 길이 조절을 통하여 파이프(10)의 직경에 상관없이 사용할 수 있게 되므로 공용성이 향상되게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 장력 조절부의 변형례를 보여주는 도면이다. 도 5의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 5를 참조하면, 장력 조절부(60)를 구성하는 한 쌍의 아이들 스프라켓 중 어느 하나의 아이들 스프라켓(61a)은 고정되어 있고, 이에 대해서 나머지 아이들 스프라켓(61b)이 서로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 직선 이동되도록 구성될 수 있다.
고정된 아이들 스프라켓(61a)은 하우징(21)의 전후 방향으로 이동하지 않도록 하우징(21)의 폭 방향을 가로지르도록 설치되는 샤프트 상에 회전 가능하게 설치되고, 직선 이동되는 아이들 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, 직선 이동되는 아이들 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.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 개선 모듈 및 이송구동부를 보여주는 도면이다. 개선 모듈(24)은 파이프(10)의 단부에 소정의 각도로 접촉한 상태로 회전하여 용접각을 형성하는 개선(bevelling) 작업을 수행하는 밀링커터(25), 밀링커터(25)를 회전 구동하는 구동부(26)를 포함한다. 이송구동부(27)는 파이프(10)의 외주면 형상 정보에 따라 개선 모듈(24)을 파이프 반경방향으로 이송한다. 이송구동부(27)는 구동부(26)를 지지하는 지지브라켓(27b)을 승강 구동할 수 있다. 일 예로, 이송구동부(27)는 실린더로드(27a)를 진퇴시켜 지지브라켓(27b)을 승강하는 유압실린더로 제공될 수 있다.
이송구동부(27)는 이송량 산출부(29)로부터 캐리지(20)의 위치별로 산출된 개선 모듈(24)의 파이프 반경방향 이송량을 전달받아, 파이프 반경방향 이송량에 따라 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 개선 모듈(24)을 파이프(10)의 반경방향으로 구동할 수 있다. 이에 따라 개선 모듈(24)과 파이프(10)의 외주면 간의 거리는 이송구동부(27)에 의해 파이프 둘레방향 위치별로 조절된다.
다시 도 1을 참조하면, 이송량 산출부(29)는 파이프 형상 계측부(28)로부터 전달받은 파이프(10)의 형상 정보를 이용하여 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 개선 모듈(240)의 파이프 반경방향 이송량을 산출할 수 있다. 파이프(10)의 형상 정보 측정을 위해, 위치 측정부(90)는 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치를 측정한다. 위치 측정부(90)는 예를 들어, 구름휠(22)의 회전수를 카운트하여 캐리지(20)의 주행량을 산출하는 엔코더(encoder), 캐리지(20)의 자세(기울기)를 산출하여 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치를 산출하는 자이로(gyro) 센서 혹은 그 밖의 위치 측정 수단으로 제공될 수 있다. 파이프 형상 계측부(28)는 거리센서(40)에 의해 파이프 둘레방향 위치별로 측정된 파이프(10) 외주면에 이르는 거리의 측정값을 이용하여 파이프(10)의 형상 정보를 계측할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 파이프(10)의 형상 정보에 따라 파이프 반경방향 위치별로 개선 모듈(24)을 파이프(10)의 외주면에 대해 반경방향으로 구동함으로써, 진원을 이루지 않는 파이프(10)의 단부에 파이프(10)의 둘레를 따라 일정한 개선 깊이로 개선면을 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 이송구동부의 변형례를 보여주는 도면이다. 도 7의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 7을 참조하면, 이송구동부(27)는 스크류 구조에 의해 개선 모듈(24)을 파이프(10)의 반경방향으로 승강할 수 있다.
이송구동부(27)는 브라켓(27c)에 설치되는 구동모터, 구동모터에 의해 회전하는 스크류바(27d), 스크류바(27d)와 결합되어 스크류바(27d)의 회전에 따라 스크류바(27d)를 따라 승강하는 승강부재(27f)를 포함한다. 승강부재(27f)에는 브라켓(27c)의 가이드홈(27e)에 슬라이딩되도록 결합되는 가이드돌기(미도시)가 형성될 수 있다. 이에 따라 스크류바(27d)의 정, 역회전에 따라 승강부재(27f) 및 이에 고정된 개선 모듈(24)은 파이프(10)의 반경방향으로 안정적으로 승강할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파이프 개선 장치의 작동 과정을 설명하면, 상술한 바와 같이 장력 조절부(60)를 이용하여 본 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 파이프(10)의 외주면에 설치한 상태에서, 파이프 외측면에서 정확한 개선깊이를 형성하기 위하여, 캐리지(20)를 파이프(10)의 둘레방향으로 회전시켜 파이프(10)의 외주면 형상 정보를 계측한다. 즉, 캐리지(20)를 파이프(10)의 둘레방향으로 회전하면서, 거리센서(40)를 이용하여 거리센서(40)와 파이프(10) 외주면 간의 거리를 파이프 둘레방향 위치별로 측정하고, 파이프 형상 계측부(28)에 의해 파이프(10) 둘레방향으로의 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 측정한 거리 값을 이용하여 파이프(10)의 형상 정보를 계측한다.
도 8은 캐리지의 파이프 둘레방향으로의 각도(위치)에 따른 거리센서의 측정 값의 프로파일을 예시하는 그래프이다. 도 8에서 캐리지(20)의 각도는 파이프(10)의 상부 측을 기준으로 반시계 방향으로 측정한 것이며, 캐리지(20)를 파이프(10)의 원주방향으로 한 바퀴 주행하여 측정한 거리 측정값의 프로파일(profile)을 나타낸다. 파이프(10)가 진원을 이루고 있는 경우, 거리센서(40)에 의한 거리 측정값은 캐리지(20)의 위치에 관계없이 일정한 값을 나타내게 될 것이나, 진원을 이루지 않는 파이프(10)의 경우, 즉 파이프(10) 단면에서 볼 때 파이프(10)의 원중심을 기준으로 파이프 둘레방향 위치별로 반경이 다를 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 거리센서(40)에 의한 거리 측정값은 캐리지(20)의 위치별로 다르게 나타난다. 만약, 진원을 이루지 않는 파이프(10)에 대해 개선 모듈(24)을 파이프(10)의 외주면과 일정한 간격으로 유지하여 파이프를 개선하는 경우, 파이프 외측을 기준으로 파이프의 개선량이 불균일한 개선 결과를 초래한다.
도 9 내지 도 10은 캐리지(20)의 각도가 0°일 때 거리센서(40)에 의한 거리 측정값과 캐리지(20)의 이동각도가 90°일 때 거리센서(40)에 의한 거리 측정값에 차이가 나타나는 것을 설명하기 위한 도면이다. 캐리지(20)가 진원을 이루고 있지 않은 파이프(10)에서 도 9에 도시된 바와 같이 곡률반경이 상대적으로 작은 부분에 위치한 경우, 거리센서(40)와 파이프(10) 외주면 간의 거리(L1)는 상대적으로 작게 측정되고, 이와 반대로 캐리지(20)가 진원을 이루고 있지 않은 파이프(10)에서 도 10에 도시된 바와 같이 곡률반경이 상대적으로 큰 부분에 위치한 경우, 거리센서(40)와 파이프(10) 외주면 간의 거리(L2)는 상대적으로 크게 측정된다. 따라서, 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 측정된 거리센서(40)의 거리 정보를 분석하여, 파이프(10)의 형상 정보를 파악할 수 있다. 이때, 캐리지(20)의 파이프(10) 둘레방향 위치는 위치 측정부(90)에 의해 측정될 수 있다. 파이프 형상 계측부(28)는 거리센서(40)에 의해 파이프 둘레방향 위치별로 측정된 파이프(10) 외주면에 이르는 거리의 측정값을 이용하여 파이프(10)의 형상 정보를 계측할 수 있다.
파이프(10) 외면의 형상 정보가 계측되면, 이송량 산출부(29)는 파이프(10)의 형상 정보를 바탕으로 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 개선 모듈(24)의 파이프 반경방향 이송량을 산출한다. 이송량 산출부(29)는 파이프 둘레를 따라 개선깊이가 일정해지도록 파이프 반경방향 이송량을 산출할 수 있다. 파이프 개선 장치가 체인(30)을 따라 파이프(10)의 원주방향을 따라 주행하면서 파이프(10)의 개선 작업을 수행시, 이송구동부(27)는 이송량 산출부(29)에 의해 파이프 둘레방향 위치별로 산출된 파이프 반경방향 이송량에 따라 개선 모듈(24)을 파이프 반경방향으로 이송한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 개선 장치에 의하여 파이프를 개선하는 것을 보여주는 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따라 개선 모듈(24)은 파이프(10)의 형상 정보에 따라 도 11에 도시된 바와 같이 캐리지(20)의 파이프 둘레방향 위치별로 실시간 승강 구동되고, 파이프(10)의 단부 둘레를 따라 일정한 개선 깊이의 개선면을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 의하면, 파이프(10)의 형상 정보에 따라 개선 모듈(24)과 파이프(10) 외면 간의 거리를 조절하여 파이프 개선 작업을 수행하므로, 파이프(10)의 절단면이 진원을 형성하고 있지 않은 경우에도, 파이프(10) 둘레를 따라 일정한 개선깊이로 용접각을 형성할 수 있으며, 파이프 개선면의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 파이프 개선 장치를 구성하는 개선 모듈을 보여주는 도면이다. 도 12의 실시 예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시 예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략할 수 있다. 도 12를 참조하면, 파이프 개선 장치는 개선 모듈(24)의 각도를 조절하는 각도 조절부(24a)를 구비할 수 있다.
각도 조절부(24a)는 밀링커터(25)를 회전 구동하는 구동부(26)의 각도를 조절할 수 있다. 각도 조절부(24a)는 예를 들어, 지지브라켓(27b)에 대해 구동부(26)를 링크 부재(26a)의 링크부를 따라 회동 구동하는 구동모터로 제공될 수 있다. 다른 예로, 각도 조절부(24a)는 구동부(26)의 일측을 지지하는 실린더로드를 진퇴시켜, 구동부(26)를 타측의 회동축을 중심으로 회동시킴으로써 개선 모듈(24)의 각도를 조절하는 구동실린더 혹은 그 밖의 다양한 구조로 제공될 수 있다. 도 12의 실시 예에 의하면, 파이프(10)의 두께, 직경 등에 따라 용접에 적합한 최적의 각도로 개선면을 형성할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 파이프 20: 캐리지
21: 하우징 22: 구름휠
23: 구동원 24: 개선 모듈
25: 밀링커터 26: 구동부
27: 이송구동부 28: 파이프 형상 계측부
29: 이송량 산출부 30: 체인
40: 거리센서 50: 지지스프라켓
52: 회전축 60: 장력 조절부
61: 아이들 스프라켓 70: 이송유닛
71: 스크류 축 72: 이동블록
73: 스크류 구동부 80: 가이드부
81: 가이드레일 82: 슬라이더
83: 연결축

Claims (10)

  1. 파이프의 둘레를 따라 이동할 수 있는 캐리지;
    상기 캐리지에 설치되고, 파이프의 단부에 용접각이 형성되도록 파이프를 개선하는 개선 모듈; 및
    파이프의 형상 정보에 기초하여 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 상기 개선 모듈을 파이프의 반경방향으로 이송하는 이송구동부를 포함하며,
    상기 이송구동부는, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 작은 제1 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 반대 측으로 이송시키고, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 큰 제2 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 측으로 이송시키는 파이프 개선 장치.
  2. 파이프의 둘레를 따라 이동할 수 있는 캐리지;
    상기 캐리지에 설치되고, 파이프의 단부에 용접각이 형성되도록 파이프를 개선하는 개선 모듈; 및
    파이프의 형상 정보에 기초하여 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 상기 개선 모듈을 파이프의 반경방향으로 이송하는 이송구동부;
    상기 캐리지에 설치되어 파이프 외면까지의 거리를 측정하는 거리센서;
    상기 거리센서에 의해 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 측정된 거리 정보를 기초로 상기 파이프의 형상 정보를 계측하는 파이프 형상 계측부; 및
    상기 파이프의 형상 정보에 기초하여 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 상기 개선 모듈의 파이프 반경방향 이송량을 산출하는 이송량 산출부를 포함하는 파이프 개선 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 이송구동부는 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 산출된 파이프 반경방향 이송량에 따라 상기 개선 모듈을 파이프의 반경방향으로 이송하는 파이프 개선 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 이송량 산출부는 파이프의 둘레방향을 따라 용접각을 갖는 개선면의 개선깊이가 일정하도록 상기 파이프 반경방향 이송량을 산출하는 파이프 개선 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치를 측정하는 위치 측정부를 더 포함하는 파이프 개선 장치.
  6. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송구동부는, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 작은 제1 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 반대 측으로 이송하고, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 큰 제2 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 측으로 이송하는 파이프 개선 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    용접각이 가변되도록 상기 개선 모듈의 각도를 조절하는 각도 조절부를 더 포함하는 파이프 개선 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리지는,
    하우징;
    파이프를 둘러싸는 형태로 배치되어 상기 하우징을 파이프의 외면에 지지하는 가이드유닛;
    상기 하우징에 설치되고, 상기 가이드유닛이 둘러싸는 둘레의 길이를 조절하여 파이프를 감싸는 조임력을 제공하는 장력 조절부;
    상기 하우징에 설치되고, 상기 가이드유닛과 맞물려 회전 가능하게 배치되는 지지스프라켓; 및
    파이프 둘레방향을 따라 상기 하우징의 일측과 타측에 각각 설치되어 파이프의 외면과 접촉하여 구름 운동하는 구름휠을 포함하는 파이프 개선 장치.
  9. 파이프의 둘레를 따라 이동하는 캐리지에 설치된 거리센서를 이용하여 파이프의 형상 정보를 계측하는 단계;
    파이프의 형상 정보를 이용하여 상기 캐리지에 설치된 개선 모듈의 파이프 반경방향 이송량을 상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 산출하는 단계; 및
    상기 캐리지의 파이프 둘레방향 위치별로 산출된 파이프 반경방향 이송량에 따라 상기 개선 모듈을 파이프 반경방향으로 이송하면서 상기 개선 모듈을 이용하여 파이프의 단부에 용접각을 형성하기 위한 개선작업을 수행하는 단계를 포함하는 파이프 개선 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 개선작업을 수행하는 단계는, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 작은 제1 부분에 위치시 상기 개선 모듈을 파이프 반대 측으로 이송하고, 상기 캐리지가 파이프에서 곡률반경이 상대적으로 큰 제2 부분에 위치할 때 상기 개선 모듈을 파이프 측으로 이송하는 파이프 개선 방법.
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