KR101627326B1 - 반원형 내면 가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반원형의 내면 가공장치에 관한 것으로서, 내부에 반원형 단면을 가지고 길이방향으로 길게 연장되는 공간이 형성되는 구조물에서 반원형의 공간을 정밀하게 가공하고자할 때 내부로 진입하여 내측 곡면부를 가공할 수 있도록 하기 위하여 개발된 것으로;
4개 이상의 주행할 수 있는 바퀴를 구비하는 본체와;
상기 본체의 전방과 후방 상면에 장착되어 방사형으로 복수 개가 연장되어 끝단의 고정휠이 반원형 내측 면에 방사형으로 연장되어 밀착되도록 하는 고정장치와;
상기 본체의 상면 중앙에서 전후 방향으로 길게 연장되는 축 선상에 하단이 회전가능하게 장착되는 회전브라켓과, 상기 회전브라켓을 좌우로 180°회전시키는 제1 모터와, 상기 회전브라켓의 상단에 장착되는 제2 모터 및 상기 제2 모터와 연동하여 회전하는 원판형의 가공공구를 구비하는 가공장치를 포함하여 구성되며;
상기 본체에는 반원의 돔 형상으로 이루어지고 내면에는 기어이가 형성되는 안내브라켓이 장착되고, 상기 회전브라켓에 장착되는 제1 모터와 연동하는 구동기어가 상기 안내브라켓의 기어이와 맞물려 회전브라켓을 좌우 180°회동시키도록 구성됨을 특징으로 하는 반원형 내면 가공장치에 관한 것이다.

Description

반원형 내면 가공장치{The inner cutting device}

본 발명은 반원형의 내면 가공장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 내부에 반원형 단면을 가지고 길이방향으로 길게 연장되는 공간이 형성되는 구조물에서 반원형의 공간을 정밀하게 가공하고자할 때 내부로 진입하여 내측 곡면부를 가공할 수 있도록 하기 위하여 개발된 반원형 내면 가공장치에 관한 것이다.

긴 터널과 같은 구조물을 형성하고자 할 때 작업자가 들어갈 수 있는 환경이 아니라 공간이 좁아 작업자를 투입하지 못할 경우 내측면을 정밀하게 가공하는 작업은 상당한 어려움이 발생하게 된다.

이러한 구조물은 다양한 곳에 사용되고 있으며 내부공간을 장치가 들어갈 통로로 활용하기 위하여 또는 내부공간과 함께 외면도 반원형으로 이루어지도록 하여 구조물의 뒤틀어짐을 방지하는 등의 보강을 위한 용도로 사용되고 있다.

최근 조선산업에서 새로운 분야로 각광받고 있는 부분은 잭업 리그(Jack-up rigs)라는 분야인데 이는 대륙붕 유전개발 시추설비로 철제 기둥을 바다 밑으로 내려 해저면에 선체를 고정시킨 뒤 해수면에 띄워 원유나 가스를 뽑아 올리는 시설이다.

이때 필요한 승하강 구조는 랙과 피니언에 의하여 이루어지며 랙은 보통 기둥의 역할을 하여 피니언을 구비한 구조물이 승하강하는 것으로 랙은 기둥의 역할을 하기 위하여 일측에 코드(chord)라고 부르는 반원의 원통 구조물이 붙어 랙의 휘어짐이나 압력에 의한 변형 등을 방지하도록 보강하고 있다.

랙(rack)과 코드(chord)가 결합된 구조는 이외에도 대형 해양플랜트 건설에도 사용되는 것으로 고하중의 장치를 안정적으로 이송하기 위하여 주로 사용하며 보통 단면에서 볼 때 너비와 높이는 수십cm의 크기를 가지고, 길이로는 4 ~ 6m로 용접에 의하여 길게 연장하는데 장치의 정밀성을 위하여 용접작업상에 잘못된 부분이 발생하거나 용접부위가 미세하게 어긋날 경우에도 문제가 발생하게 된다.

또 용접시 발생하는 비드의 경우 외면의 경우 직접 연삭하여 제거할 수 있으나 내부의 비드는 작업자가 작업을 할 수 없는 공간이므로 이 부분에 대한 작업이 불가능한 상황이었다.

도 9는 랙과 코드로 형성되는 구조물을 나타낸 단면도로서, 일측에 기어이가 형성되는 랙(11)과 그 위를 반원형으로 덮는 코드(12)가 형성되었을 때 내부에 반원형 공간(1)이 형성되며, 코드(12)를 이루는 원의 중심은 보통 랙(11)의 상면이 아니라 그 내측 하부에 위치해야 코드(12)는 보다 구조적인 안정성을 가지게 된다.

이러한 상황에서 선방과 같은 회전형 가공기계는 내측 공간의 바닥면과 간섭하게 되므로 내측면을 가공할 방법이 마땅히 없는 상황이었다.

(특허 문헌 1) 대한민국특허등록 제10-1000444-0000호 (2010년12월06일) (특허 문헌 2) 대한민국특허등록 제10-1215581-0000호 (2012년12월18일) (특허 문헌 3) 대한민국특허등록 제10-1379721-0000호 (2014년03월21일) (특허 문헌 4) 대한민국특허등록 제10-1454379-0000호 (2014년10월17일) (특허 문헌 5) 대한민국공개특허 제10-2014-0130340호 (2014년11월10일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 작업자가 투입될 수 없는 반원의 단면을 가지는 내부공간의 원호면을 가공 특히 용접으로 연결하였을 때 돌출된 비드를 제거할 수 있도록 하는 반원형 내면 가공장치를 개발하는 것에 있다.

또한, 가공장치가 절삭 작업을 진행할 때 정확하게 내부공간의 중앙으로 위치하도록 하고, 바퀴의 흔들림 없이 안정적으로 작업이 이루어질 수 있도록 하는 반원형 내면 가공장치를 개발하는 것에 있다.

또한, 가공장치가 180도 회전하면서 길이가 신장할 수 있도록 하여 다양한 내측의 곡률반경에도 작동가능한 반원형 내면 가공장치를 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 4개 이상의 주행할 수 있는 바퀴를 구비하는 본체와;

상기 본체의 전방과 후방 상면에 장착되어 방사형으로 복수 개가 연장되어 끝단의 고정휠이 반원형 내측 면에 방사형으로 연장되어 밀착되도록 하는 고정장치와;

상기 본체의 상면 중앙에서 전후 방향으로 길게 연장되는 축 선상에 하단이 회전가능하게 장착되는 회전브라켓과, 상기 회전브라켓을 좌우로 180°회전시키는 제1 모터와, 상기 회전브라켓의 상단에 장착되는 제2 모터 및 상기 제2 모터와 연동하여 회전하는 원판형의 가공공구를 구비하는 가공장치를 포함하여 구성되며;
상기 본체에는 반원의 돔 형상으로 이루어지고 내면에는 기어이가 형성되는 안내브라켓이 장착되고, 상기 회전브라켓에 장착되는 제1 모터와 연동하는 구동기어가 상기 안내브라켓의 기어이와 맞물려 회전브라켓을 좌우 180°회동시키도록 구성됨을 특징으로 한다.

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아울러, 상기 회전브라켓은 전후방향으로 연장된 상면을 가지고 축이 전후 방향으로 연장되어 가공공구가 장착된 제2 모터를 승하강 시키는 제2 실린더를 구비하며, 상기 회전브라켓의 상면 전방과 후방에는 상부로 돌출되어 회전하는 가이드휠이 장착되고, 상기 가공공구의 상단 절삭되는 부분을 촬영하는 카메라를 구비함을 특징으로 한다.

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상술한 바와 같이 본 발명은 유선 또는 무선으로 연결하여 반원의 단면을 가지는 내부공간에 진입하여 가공공구가 원호형 내벽면을 따라 이동하면서 절삭작업을 할 수 있도록 하여 비드를 제거하는 등의 작업을 진행하도록 하여 내부 불량 발생시 새롭게 제작해야하는 자원 및 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 링크구조로 이루어진 고정휠이 실린더에 의하여 내벽면에 밀착하도록 하면서 바퀴는 스프링에 의한 압력을 받아 내부공간의 저면에 견고하게 고정된 상태에서 작업이 진행되어 안정성과 정밀성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또, 가공장치가 장착되는 회전브라켓이 길이방향으로 연장되거나 줄어들도록 하여 다양한 곡률반경에도 작업이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측면에서 본 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정면에서 본 개념도
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정장치에 의한 고정동작을 나타낸 개념도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가공작업을 나타낸 개념도
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바퀴의 구조를 나타낸 정면도
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바퀴의 구조를 나타낸 측면도
도 9는 랙과 코드로 형성되는 구조물을 나타낸 단면도

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측면에서 본 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 정면에서 본 개념도이고, 도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정장치에 의한 고정동작을 나타낸 개념도로서, 4개 이상의 주행할 수 있는 바퀴(21)를 구비하는 본체(2)와;

상기 본체(2)의 전방과 후방 상면에 장착되어 방사형으로 복수 개가 연장되어 끝단의 고정휠(31)이 반원형 내측 면에 방사형으로 연장되어 밀착되도록 하는 고정장치(3)와;

상기 본체(2)의 상면 중앙에서 전후 방향으로 길게 연장되는 축 선상에 하단이 회전가능하게 장착되는 회전브라켓(41)과, 상기 회전브라켓(41)을 좌우로 180°회전시키는 제1 모터(42)와, 상기 회전브라켓(41)의 상단에 장착되는 제2 모터(43) 및 상기 제2 모터(43)와 연동하여 회전하는 원판형의 가공공구(44)를 구비하는 가공장치(4)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반원형 내면 가공장치를 나타내었다.

본원의 주로 반원형 공간(1)의 내부에 용접으로 접합된 용접부(31)의 비드를 제거하는데 사용되는 것으로 로봇형으로 자동으로 구동하여 내부로 진입한 후 용접부(13)에 도달하게 되면 고정장치(3)가 작동하여 반원형 공간의 중앙에 고정된 후 가공장치(4)의 가공공구(44)가 작동하면서 180°회전하여 비드를 제거할 수 있도록 한 것이다.

이때 가공장치(4)에는 레이저 포인터(414)를 두어 작업을 진행할 위치를 실시간으로 추적하고, 카메라(413)는 이를 확인하면서 작업을 진행할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 본원에서 사용되는 가공공구(44)는 회전형 가공칼날이나 연삭숫돌 등 다양하게 적용될 수 있다.

본원에서 고정장치(3)는 전후방향으로 이동하는 제1 실린더(32)와, 상기 제1 실린더(32)에 고정되는 이동블록(33)과, 상기 이동블록(33)에 하단이 회전가능하게 연결되고 방사형으로 복수 개가 연장되는 제1 링크(34)와, 상기 제1 링크(34)의 끝단과 회전가능하게 연결되고 하단은 본체(2)에 회전가능하게 연결되는 복수 개의 제2 링크(35)와, 상기 제1 및 제2 링크(34, 35)가 연결된 부분에 각각 장착되는 고정휠(31)로 구성되어, 성기 이동블록(33)의 움직임에 따라 고정휠(31)이 상승 또는 하강하도록 구성됨을 특징으로 한다.

이때 도면에서와 같이 안정적으로 전후방향 이동을 위하여 두 개의 제1 실린더(32)가 이동블록(33)을 이동하도록 하였으며 반원형 공간(1)에 적합하도록 수직 상부 그리고 양측 약 45° 경사진 방향으로 모두 3개를 형성하도록 하였다.

하지만 반원형 공간(1)의 크기가 커지면 더욱 견고한 고정을 위하여 3가가 아니라 더 많은 수의 고정휠(31)이 밀착할 수 있도록 함이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 본체(2)에는 반원의 돔 형상으로 이루어지고 내면에는 기어이가 형성되는 안내브라켓(22)이 장착되고, 상기 회전브라켓(41)에 장착되는 제1 모터(42)와 연동하는 구동기어(45)가 상기 안내브라켓(22)의 기어이와 맞물려 회전브라켓(41)을 좌우 180°회동시키도록 하는 구성을 제시하였다.

회전브라켓(41)의 회전운동의 경우 가공장치(4)의 가공에 따른 많은 부하게 발생하는 것으로 이러한 부하를 견디면서 안정적인 운동을 하기 위한 구조는 기어에 의한 맞물림이 가장 적합하다고 할 수 있다.

이에 제1 모터(42)의 운동에 따라 좌우방향으로 왕복 회전운동을 하도록 하였다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가공작업을 나타낸 개념도로서, 본 발명에서는 상기 회전브라켓(41)은 전후방향으로 연장된 상면을 가지고 축이 전후 방향으로 연장되어 가공공구(44)가 장착된 제2 모터(43)를 승하강 시키는 제2 실린더(411)를 구비하며, 상기 회전브라켓(41)의 상면 전방과 후방에는 상부로 돌출되어 회전하는 가이드휠(412)이 장착되고, 상기 가공공구(44)의 상단 절삭되는 부분을 촬영하는 카메라(413)를 구비함을 특징으로 하는 실시 예를 제시하였다.

상기 실시 예는 가공면을 가공하는 정도를 가이드휠(412)을 기준으로 보다 정확하게 이루어질 수 있도록 하는 방안으로 제2 모터(43)를 승하강 시키는 제2 실린더(411) 이외에도 제2 모터와 가이드휠(412)을 동시에 승하강 시키는 제3 실린더(46)를 구비할 수도 있다.

이는 도 8에 도시된 것과 같이 반원형 공간의 내면 곡선의 중심이 바닥면보다 아래에 위치할 경우 단순 회전중심에 대하여 회전하는 구조를 가진 경우 가공이 불가능하지만 본 발명에서는 가공공구(44)의 위치를 변화시키도록 하여 내벽면의 가공이 가능하도록 한 것이다.

즉 반원형 공간(1)의 중심과 가공공구(44)를 회전시키는 중심이 서로 다른 편심으로 인한 회전중심축과의 거리 변화를 축 직각방향의 작동기구를 이용하여 가공할 수 있는 것으로 실시간 추적 및 보정하는 장치 및 가공라인을 실시간 추적하는 실시간 자동추적시스템으로 제어함이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바퀴의 구조를 나타낸 정면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 바퀴의 구조를 나타낸 측면도로서, 상기 바퀴(21)는 본체(2)의 하부에서 상부로 관통하는 한 쌍의 가이드봉(211)과, 상기 가이드봉(211)에 장착되는 스프링(212)과, 한 쌍의 상기 가이드봉(211)의 하단이 고정되고 일측으로 바퀴(21)가 장착되는 장착블록(213)을 포함하여 구성되어 수직압력에 가이드봉(211)이 상승하면서 스프링(212)에 의한 탄성복원력이 작용하도록 구성됨을 특징으로 하는 실시 예를 추가로 제시하였다.

상기 실시 예는 바퀴(21)의 경우 탄성복원력을 가진 경우 또 압력에 의하여 전후방향으로 이동이 용이한 것으로 장치의 가공작업중에 움직이게 되는 원인이 될 수 있다.

여기에 가이드봉(211)이 상승할 때 바퀴(21) 또는 바퀴(21)의 축에 밀착하는 수단을 구비하도록 하여 바퀴(21)가 회전하는 것을 방지하는 구성은 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 개발할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명에서는 가공 트래킹 모듈을 비파괴검사를 위한 스프레이노즐, 카메라, 세척장비가 구비된 비파괴검사 트래킹모듈을 장착할 경우 이를 교체하여 용접부위 비파괴 검사의 액체침투탐상(Liquid Penetrant Examination : PT)검사를 자동으로 수행할 수도 있는 것이다.

1 : 반원형 공간
11 : 랙 12 : 코드
13 : 용접부
2 : 본체
21 : 바퀴 22 : 안내브라켓
212 : 가이드봉 212 : 스프링
213 : 장착블록
3 : 고정장치
31 : 고정휠 32 : 제1 실린더
33 : 이동블록 34 : 제1 링크
35 : 제2 링크
4 : 가공장치
41 : 회전브라켓 411 : 제2 실린더
412 : 가이드휠 413 : 카메라
414 : 레이저 포인터
42 : 제1 모터 43 : 제2 모터
44 : 가공공구 45 : 구동기어
46 : 제3 실린더

Claims (5)

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3. 4개 이상의 주행할 수 있는 바퀴(21)를 구비하는 본체(2)와;
   상기 본체(2)의 전방과 후방 상면에 장착되어 방사형으로 복수 개가 연장되어 끝단의 고정휠(31)이 반원형 내측 면에 방사형으로 연장되어 밀착되도록 하는 고정장치(3)와;
   상기 본체(2)의 상면 중앙에서 전후 방향으로 길게 연장되는 축 선상에 하단이 회전가능하게 장착되는 회전브라켓(41)과, 상기 회전브라켓(41)을 좌우로 180°회전시키는 제1 모터(42)와, 상기 회전브라켓(41)의 상단에 장착되는 제2 모터(43) 및 상기 제2 모터(43)와 연동하여 회전하는 원판형의 가공공구(44)를 구비하는 가공장치(4)를 포함하여 구성되며;
   상기 본체(2)에는 반원의 돔 형상으로 이루어지고 내면에는 기어이가 형성되는 안내브라켓(22)이 장착되고, 상기 회전브라켓(41)에 장착되는 제1 모터(42)와 연동하는 구동기어(45)가 상기 안내브라켓(22)의 기어이와 맞물려 회전브라켓(41)을 좌우 180°회동시키도록 구성됨을 특징으로 하는 반원형 내면 가공장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 회전브라켓(41)은 전후방향으로 연장된 상면을 가지고 축이 전후 방향으로 연장되어 가공공구(44)가 장착된 제2 모터(43)를 승하강 시키는 제2 실린더(411)를 구비하며, 상기 회전브라켓(41)의 상면 전방과 후방에는 상부로 돌출되어 회전하는 가이드휠(412)이 장착되고, 상기 가공공구(44)의 상단 절삭되는 부분을 촬영하는 카메라(413)를 구비함을 특징으로 하는 반원형 내면 가공장치.
5. 삭제

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