KR101718506B1 - 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템은, 파이프를 로딩하여 픽업 영역으로 이동시키는 파이프 로딩 장치와, 상기 픽업 영역에 위치한 파이프를 용접 영역으로 이송하는 파이프 이송 장치 및, 용접 영역의 좌우측에 각각 설치되어 파이프를 고정 및 회전시키는 바이스를 구비한 바이스 모듈을 포함한 상태로서, 복수 개의 프레임이 연결된 베드 타입으로 이루어진 베이스; 상기 베이스의 일 측에 설치된 것으로서, 복수의 플랜지를 적층 보관한 플랜지 공급 유닛 및, 상기 플랜지 보관부에 보관된 플랜지를 픽업하여 상기 용접 영역에 위치한 파이프의 단부에 결합시키는 이송 로봇으로 이루어진 플랜지 이송장치; 상기 베이스의 일 측에 설치된 것으로서, 상기 플랜지와 파이프의 결합 부위로 이동 가능한 용접 암과, 상기 용접 암의 단부에 장착되어 상기 파이프의 회전 시 상기 플랜지와 파이프의 결합 부위를 용접하는 토치로 이루어진 용접 로봇;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 용접 시스템에 의하면, 플랜지를 파이프에 결합하는 자동 공정의 편의성과 대량 생산 기반을 갖출 수 있는 효과를 가진다.

Description

관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템{SYSTEM WELDING PIPE TO FLANGE FOR DEEP WELL DEVELOPMENT}

본 발명은 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 관정용 플랜지의 고유 형상에 호환 가능하게 파이프의 양단에 관정용 플랜지를 편리하게 용접할 수 있을 뿐 아니라 용접의 자동화 내지 반자동화 공정을 추구함으로써 편리한 대량생산 및 작업의 효율성을 보장할 수 있는 용접 시스템에 관한 것이다.

일반적인 지하수 양수장치는, 양수파이프, 수위측정 파이프 등의 다수의 파이프와 수위측정용 전선, 수중모터용 케이블 등의 다수의 케이블을 길이방향으로 연결한 심정파이프 묶음을 심정(深井)까지 연장설치하며 상기 심정파이프 묶음의 하단에는 심정용 수중모터펌프를 장착하고 소정위치에 장착된 상하 레벨스위치의 작동에 의해 지하수를 퍼올리는 구성으로 이루어져 있다.

기존 공법에 따르면 양수파이프에 플랜지를 부착하고, 플랜지의 측면에 파이프, 케이블 등 관정용 설치 부속을 배치시켜 묶은 심정파이프 묶음을 형성하고, 상기 심정파이프 묶음을 모두 하나의 관정파이프에 내장시켜 삽입하였으나 관정파이프의 내경이 그리 크지 못하여 삽입이 어려우며 파이프를 연결하기 위한 플랜지에 전선 외부가 마찰되어 손상이 발생하기도 하였다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 개발된 종래 기술에 의하면 관정개발을 위한 플랜지의 구조로서 플랜지의 측면 부위를 일부 제거하여 케이블 및 파이프가 지나갈 수 있는 공간을 형성하거나 삽입될 케이블 및 파이프의 개수와 형상대로 미리 통공을 형성하는 등 다양한 플랜지의 구조를 파이프에 접목하는 기술이 시도되고 있다.

더불어 플랜지는 구조적으로 파이프의 외주 직경보다 커야 하기 때문에 그 부분을 형성하기 위해서는 주물방법으로 파이프를 제조하는 경우를 제외하고는 거의 대부분이 배관파이프의 외부 면에 별개의 구성요소인 플랜지를 임시 결합시킨 상태에서 그 결합부분을 용접하여 배관파이프의 단부에 플랜지를 일체로 형성하게 된다.

국내 공개 특허 제 10-2014-0028466호인 '배관파이프와 플랜지 용접장치'는 구성이 간단하면서 저가이면서 용접의 품질을 높이도록 터닝롤러를 개선한 기술을 제공하고 있으나, 파이프의 로딩에서 배출까지 자동/반자동 공정을 추구하지 못할 뿐 아니라 터닝롤러의 단순한 센싱만을 제어할 뿐이며, 더욱이 배관 파이프용 플랜지와 달리 관정용 파이프용 플랜지의 특이 구조에 특화되기 위한 별도의 용접 기능을 제공하지 못한다는 문제가 있다.

또한, 공개 특허 제 10-2015-0144513호인 '파이프 맞대기 용접 및 플랜지 용접을 위한 자동 용접장치'는 파이프 맞대기 용접과 플랜지 용접 작업이 모두 가능할 뿐만 아니라 4축 제어를 통해 상기 용접 작업 시 항상 아래보기 방식으로 용접이 가능함에 따라 비용 절감 및 용접품질 개선의 효과가 있다고 게시되어 있다.

이 기술에 의하면 파이프와 플랜지를 모두 용접할 수 있는 특징이 있지만 그에 따라 플랜지에 특화된 용접 공정을 제공하거나 특히 플랜지의 위치 보정과 플랜지의 자동 이송 공정 등에서 상대적으로 플랜지에 특화된 용접 장치에 비해 편의성과 정밀성이 떨어진다는 단점이 지적된다.

상기 언급하였듯이 관정용 파이프에 적용되는 플랜지는 케이블을 수용할 수 있는 기능성 공간 구조를 구비하는 것이 보다 바람직한데, 이와 같이 공간 구조를 구비한 플랜지에 특화되어 파이프에 용접하되 보다 편리하고 플랜지와 파이프 간의 용접의 정밀성과 편의성을 동시에 보장할 수 있는 신규하고 진보한 자동 또는 반자동화 용접 시스템을 제공할 필요성이 대두되는 현실이다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 파이프에 플랜지를 결합하여 결합 부위를 용접하는 전반적인 공정에 걸쳐 자동 또는 반자동화를 추구함으로써 제작 환경의 편의성을 제공함과 동시에 대량 생산 기반을 추구할 수 있는 용접 시스템을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 시스템의 여러 부위에 걸쳐 복수 개의 센서부를 구비하여 정확한 센싱을 수행함은 물론 센싱에 따른 자동화 공정을 담보할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 파이프를 로딩 영역에서 픽업 영역, 용접 영역으로 효율적으로 이송할 수 있는 로딩 및 이송 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 플랜지와 파이프의 견고한 결합을 보장함과 동시에 플랜지 및 파이프의 정확한 용접 위치를 보정할 수 있는 다양한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은 보다 스마트하게 플랜지를 픽업 및 공급하여 용접 영역으로 이송시키는 것이다.

본 발명의 추가 목적인 용접 시 파이프 및 플랜지가 회전할 때 안전하게 플랜지를 지지할 수 있는 수단을 제공하여 플랜지의 하방 쏠림 문제를 적절하게 방지하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템은, 파이프를 로딩하여 픽업 영역으로 이동시키는 파이프 로딩 장치와, 상기 픽업 영역에 위치한 파이프를 용접 영역으로 이송하는 파이프 이송 장치 및, 용접 영역의 좌우측에 각각 설치되어 파이프를 고정 및 회전시키는 바이스를 구비한 바이스 모듈을 포함한 상태로서, 복수 개의 프레임이 연결된 베드 타입으로 이루어진 베이스; 상기 베이스의 일 측에 설치된 것으로서, 복수의 플랜지를 적층 보관한 플랜지 공급 유닛 및, 상기 플랜지 보관부에 보관된 플랜지를 픽업하여 상기 용접 영역에 위치한 파이프의 단부에 결합시키는 이송 로봇으로 이루어진 플랜지 이송장치; 상기 베이스의 일 측에 설치된 것으로서, 상기 플랜지와 파이프의 결합 부위로 이동 가능한 용접 암과, 상기 용접 암의 단부에 장착되어 상기 파이프의 회전 시 상기 플랜지와 파이프의 결합 부위를 용접하는 토치로 이루어진 용접 로봇;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템에 의하면,

1) 파이프의 로딩에서 이송, 용접 등의 전반 공정에 걸쳐 자동 또는 반자동화 공정을 추구하여 대량생산 및 제작환경의 효율성을 제공하고,

2) 장치의 적재적소에 복수 개의 센서부를 장착하여 보다 정학한 자동화 공정을 담보하며,

3) 플랜지와 파이프의 견고한 결합을 보장함과 동시에,

4) 플랜지 및 파이프의 정확한 용접 위치를 보정할 수 있을 뿐 아니라,

5) 플랜지의 자동 상승에 의한 픽업 위치를 제공하여 이송 로봇의 픽업 오류를 줄이고 보다 안전하게 플랜지를 이송 및 공급할 수 있고,

6) 용접 시 파이프 및 플랜지가 회전할 때 플랜지를 적절하게 지지하여 플랜지의 하방 쏠림 문제를 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 관정용 플랜지의 개략적인 구조를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 용접 시스템의 베이스를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 용접 시스템에 대한 주요 구성을 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 파이프 로딩장치를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 파이프 이송장치에 대한 개략적인 구성을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 파이프 배출부를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 용접 영역에 장착된 바이스 모듈을 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 파이프 위치 보정장치 및 플랜지 마운트 장치를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 플랜지 공급유닛을 도시한 사시도.
도 10은 본 발명의 이송 로봇을 도시한 사시도.
도 11은 본 발명의 용접 로봇의 개략적인 구성을 도시한 사시도.
도 12는 본 발명의 플랜지 지지장치에 대한 구조를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 시스템은 용접 공정에 따라 여러 세부 구성/모듈을 구비하고 있는바, 용접이 진행되는 순차적 공정에 따라 첨부된 도면과 함께 세부 구성의 기능 및 작용을 설명하도록 하고, 우선 본 발명에 적용되는 관정용 플랜지의 구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 관정용 플랜지의 개략적인 구조를 도시한 사시도이다.

도 1을 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 파이프에 용접되는 관정용 플랜지(2)(이하, '플랜지'라 한다)는 중앙 부위에서 상면으로부터 하면으로 관통되는 파이프 삽입부(5a)와 파이프 삽입부(5a)를 기준으로 하여 일정 간격 이격되고 상면으로부터 하면으로 관통된 1개 또는 그 이상의 연결고정부(4a), 플랜지(2)의 일 측 외면에서 함입 형성된 수위측정관 거치부(8a) 및 플랜지(2)의 타 측 외면에 형성된 케이블 고정부(7h)로 구성된다.

케이블 고정부(7h)는 수위측정 전선 및 수중모터용 케이블(미도시)이 삽입되고 고정부로부터 쉽게 이탈되지 않도록 고정홈(7a)과 그립바(7b)구조로 구성된다.

고정홈(7a)은 플랜지(2)의 둘레면의 일측에서 함입된 공간을 의미한다. 다시 말해 수위측정 전선 및 수중모터용 케이블이 위치할 수 있도록 공간이 형성된 부분인데, 상기 고정홈(7a)의 함입 형상은 상기 수중모터용 케이블과 수위측정 전선이 보다 안정적으로 거치될 수 있도록 하기 위하여 도면에 도시된 바와 같이 네모 모양일 수 있으며, 그 외 다양한 형상으로 구현되어도 무방하다.

더불어, 그립바(7b)는 고정홈(7a)의 측부 입구에서 고정 홈(7a)의 개방 부위를 향해 연장된 구조로서, 고정 홈 내에 케이블을 적절하게 수용할 수 있는 가림막 역할을 한다.

이와 같이 본 발명에 따른 플랜지(2)는 단순한 링 구조가 아니라, 케이블 고정부(7h), 수위측정관 거치부(8a)와 같은 홈이 다중으로 함입 형성되어 있어 이에 특화될 수 있는 파이프 자동 용접장치를 제시하도록 한다.

도 2는 용접 시스템의 베이스를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 용접 시스템에 대한 주요 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 발명의 용접 시스템은 도 2,3을 보아 알 수 있듯이 파이프(5)가 진입되는 진입 영역으로부터 플랜지(2)와 용접이 완료된 파이프(5)를 배출하는 배출 영역까지 일정 길이로 뻗어나가도록 수직/수평 방향으로 연장된 프레임이 복수 개로서 조립된 베드(bed) 또는 테이블(table) 타입의 베이스(base)(1)에 후술할 세부 구성이 장착되거나 이러한 베이스(1)에 인접하여 베이스(1)와 연동되는 복수의 장치/모듈을 포함한다.

이와 같은 베이스(1)는, 길이 방향을 기준으로 설명하면 파이프(5)가 로딩되는 시작 단에서 용접 완료된 파이프(5)가 배출되는 종단으로 이어지기까지 진입 영역과 픽업 영역, 용접 영역, 배출 영역으로 구분될 수 있고, 폭 방향을 기준으로 설명하면 용접 영역 또는 이 주변에서 용접을 위한 세부 구성이 양 측에 각각 장착/배치되어 파이프(5)의 양 단에 플랜지(2)를 용접할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.

진입 영역은 파이프(5)를 로딩(loading)하여 용접 영역으로 이송하는 영역으로서, 파이프 로딩장치(100)와 파이프 이송장치(200)를 구비한다.

용접 영역은 파이프(5)가 플랜지(2)와 용접되는 영역으로서, 용접 영역 주변에 위치한 플랜지 이송장치(500)에서 이송 로봇(520)의 이송 암(522)에 의하여 플랜지(2)의 파이프 삽입부(5a)에 파이프(5)의 단부를 끼움 결합한 다음 용접 로봇(700)에 의하여 용접을 수행하되, 파이프(5) 회전을 보장함과 동시에 파이프(5) 및 플랜지(2)의 정확한 용접 위치 조정 및 용접 시 플랜지(2)를 지지하는 역할을 제공하는 다양한 세부 구성이 장착되는 영역이다.

특히, 용접 영역은 파이프(5)와 플랜지(2)를 용접하는 영역은 물론, 파이프(5)와 관정용 소켓(관정용 파이프에 플랜지 이외에 부가되는 구조체. 이하, '소켓'이라 한다)을 용접하는 별도의 영역을 동시에 구비하여 각 영역 별로 어느 하나의 영역에서는 파이프/플랜지를 용접하고 다른 하나의 영역에서는 파이프/소켓을 동시에 용접할 수 있는 기능을 제공하는 것도 가능하다.

배출 영역은 용접이 완료된 파이프(5)를 베이스(1)의 후 측 방향으로 배출하기 위한 영역으로서, 상기 언급된 파이프 이송장치(200)의 기능에 따라 파이프가 배출 영역인 베이스의 종단(후단) 방향 측으로 이동될 수 있다.

이하, 이와 같이 베이스(1) 및 그 주변에 장착/위치된 세부 구성을 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 파이프 로딩장치를 도시한 사시도이다.

도 4를 보아 알 수 있듯이 베이스(1)의 진입 영역에는 파이프 로딩장치(100)가 구비되어 있는바, 이러한 파이프 로딩장치(100)는 일정 간격을 두고 복수의 파이프(5)를 안착시키는 로딩 테이블(110) 및 걸림 프레임(120)을 구비하고, 로딩 테이블(110)을 구동 제어하여 픽업 영역(pick-up area)으로 용접될 파이프(5)를 이동시키는 테이블 구동부(150)로 이루어져 있다.

여기서, 픽업 영역은 베이스(1)의 진입 단의 대향 측이면서 후술할 파이프 이송 장치(200)에 인접한 부위, 즉 용접될 파이프(5)가 파이프 이송장치(200)에 의해 이송되기 위해 임시 안착되는 영역을 의미하는 것으로서, 이러한 픽업 영역에서 걸림 프레임(120)의 말단 측에 걸림부(130)가 위치하고 있다.

걸림 프레임(120)은 베이스의 일 측에서 후 측 방향을 따라 일정 간격을 두고 걸림부(130)가 연속 배열된 상태로 복수의 파이프(5)를 로딩하는 것은 물론 파이프 이송장치(200)를 매개로 파이프(5)를 용접 영역 측으로 이동시키는 기반을 제공한다. 이러한 걸림 프레임(120)은 파이프(5)의 길이의 장단은 물론 필요에 따라 복수 개로 장착되는 것이 가능하나 도 2를 참조하면 베이스(1)의 폭 방향을 기준으로 좌우 2개씩 총 4개로 이루어져 있는 것을 알 수 있다. 물론 걸림 프레임(120)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 상황에 따라 다양한 개수로 변환 가능하다.

삭제

걸림 프레임(120)의 연장 방향을 따라 각각 복수 개로 배열된 걸림부(130)는 용접 영역의 대향 측에서 수직 기립된 기립부(131)와, 기립부(131)의 상단에서 용접 영역을 향하여 하향 경사진 경사부(132)를 구비하여 인접된 기립부(131) 및 경사부(132) 사이의 공간(V와 유사한 형상을 가진 공간)에 1개 단위의 파이프(5)를 수용할 수 있다. 이와 같은 걸림부(130)의 구조에 의하여 파이프(5)가 외부로 불필요하게 이탈되지 않으면서 경사부(132)를 따라 픽업 영역을 향해 소폭 회전 이동될 수 있어 보다 자연스럽게 픽업 영역으로 안착될 수 있는 특성을 제공한다.

로딩 테이블(110)은 로딩 프레임(111) 및, 이 로딩 프레임(111)의 좌우 양측에 각각 지지 프레임(112)을 구비한 상태에서 테이블 구동부(150)에 의하여 승강 및 이동이 가능하다.

테이블 구동부(150)는 로딩 테이블(110)을 구동 제어하는 기능을 제공하는 것으로서, 구체적으로 파이프 확인 센서(S)와 승강 이동부(151)를 구비한다.

파이프 확인 센서(S)는 근접 센서 및 포토 센서(광센서) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 픽업 영역에서의 지지 프레임(112) 일 측에 장착된 것으로서, 파이프(5)의 유무/ 존재 여부는 물론 근접 거리를 감지하는 기능을 수행하며, 이와 같이 포토 센서/광센서/ 근접 센서 중 적어도 어느 하나의 센서를 포함한 센서 인터페이스를 본 발명에서는'센서부'(S)로 명명한다.

본 발명의 센서부(S)는 상술한 파이프 로딩장치(100)는 물론 파이프 이송장치(200), 바이스 등으로 베이스(1) 내부는 물론 베이스(1)와 인접한 기타 장치의 다양한 위치에서 복수 개로 배치되어 있는바, 다시 말해 본 발명의 시스템은 이러한 복수 개의 센서부(S)의 센싱 및 센싱에 따른 제어에 의하여 각각의 세부 공정 이후 자동적으로 연속적인 공정을 매끄럽게 진행할 수 있는 기반을 제공하며, 앞으로 설명될 센서 역시 '센서부'(S)로 통일하여 표현하도록 한다.

다시 말해, 픽업 영역에 임시 안착된 파이프(5)가 후술할 파이프 이송장치(200)에 의하여 용접 영역으로 이송되었을 때 픽업 영역에 파이프(5)가 존재하지 않게 되는데, 파이프 확인 센서, 즉 센서부(S)는 이와 같이 파이프(5)가 픽업 영역에 존재하지 않는다는 상태를 감지한 감지 신호를 생성하여 승강 이동부(151)로 감지 신호를 전송한다.

승강 이동부(151)는 로딩 제어부 및, 수평 또는 수직 형태로 실린더/레일 등의 기계적 이동 수단으로 각각 이루어진 승강부(151a)와 이동부(151b)를 구비한 상태에서, 로딩 제어부가 파이프(5)의 존재 여부에 대한 감지 신호를 전송받아 승강부(151a)를 통해 로딩 테이블(110)을 상승시킨 다음 이동부(151b)를 통해 픽업 영역에 위치한 고정 걸림 프레임(121)까지 이동시키고, 이후 승강부(151a)를 통해 로딩 테이블(110)을 하강시킨다. 특히, 승강 이동부(151)는 고정 걸림 프레임(121)보다 낮은 위치에 이르기까지 로딩 테이블(110)을 하강시켜 결과적으로 고정 걸림 프레임(121)의 걸림부(130) 각각에 파이프(5)가 안착되도록 한 다음, 이동부(151b)에 의해 로딩 테이블(110)을 원 위치로 복귀시키는 기능을 수행한다.

이를 다시 설명하면, 걸림부(130) 각각에 일정 간격을 두고 복수 개로 위치한 파이프(5)가 로딩 테이블(110)의 상승 및 픽업 영역 측으로의 이동과 함께 상승 이동된다. 로딩 테이블(110)이 상승될 때 파이프(5)가 고정 걸림 프레임(121)에서 이격되는데 로딩 테이블(110)에 구비된 이동 걸림 프레임(122)에 파이프(5)가 고정된 상태를 취하기 때문에 파이프(5)의 이탈 없이 안정적으로 로딩 테이블(110)의 상승 및 이동과 함께 픽업 영역 측으로 이동될 수 있다.

픽업 영역까지 로딩 테이블(110)이 이동된 다음, 로딩 테이블(110)이 다시 하강하여 픽업 영역에서 고정 걸림 프레임(121)의 말단(종단/후단) 측 걸림부(130)에 파이프(5)를 안착시키고 다른 파이프들 역시 다른 걸림부(130)에 안착된다. 즉, 로딩 테이블(110)에서 파이프(5)를 들어 올려 이동시킨 다음 고정 걸림 프레임(121)의 걸림부(130)에 파이프를 안착시키고 로딩 테이블(110)은 파이프(5) 없이 하강되어 원 위치로 복귀할 수 있다.

이와 같은 파이프 로딩장치(100)에 의하여, 픽업 영역으로 파이프(5)를 보다 원활하게 자동 공급할 수 있는 특성을 제공한다.

도 5는 본 발명의 파이프 이송장치에 대한 개략적인 구성을 도시한 사시도이다.

본 발명의 파이프 이송장치(200)는 픽업 영역의 파이프(5)를 상승하면서 픽업(pick-up)하여 수평 이동하면서 용접 영역으로 이송시킨 다음 용접 영역으로 하강하는 역할은 물론 용접이 완료된 파이프(5)를 배출 영역으로 이송시키는 역할을 제공하는 것으로, 구체적으로 이송 유닛(210)과 유닛 이동부(220), 유닛 구동 제어부 및 파이프 배출부(230)로 이루어져 있다.

이송 유닛(210)은 가로/세로로 복수 개로 연결된 이송 프레임(212)이 조합된 상태에서 이동 가능하도록 구성되어 있는바, 구체적으로 이송 프레임(212)은 파이프(5)를 지지하는 적어도 2개의 받침부(212a) 및, 베이스(1)에 고정된 프레임에서 승강되어 이송 프레임(212)을 승강시키는 승강 실린더(212b)로 이루어져 있다. 특히, 이송 유닛(210)은 일정 간격을 두고 적어도 2개의 받침부(212a)를 구비하여 픽업 영역에 위치한 파이프(5)만을 용접 영역으로 이송시킬 것은 물론 용접이 완료된 파이프(5)를 파이프 배출부(230)를 통해 베이스(1)의 종단 측으로 이송시키는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 이 때, 이송 유닛(210)의 받침부(212a)는 픽업 영역에 구비된 걸림부(130)보다 낮은 위치에 위치하여 초기 위치에서는 받침부(212a)의 상단 측인 픽업 영역에 위치한 파이프와 이격되어 있다가, 승강 실린더(212b)에 의해 이송 유닛(210)이 상승되면서 받침부(212a) 역시 상승되는 과정에서 그 상단의 파이프(5)를 들어 올리면서 고정 및 픽업을 수행하게 된다.

더불어, 용접 영역이 플랜지 용접 영역 이외에 소켓 용접 영역을 동시에 포함할 경우 이송 유닛(210)에서 받침부(212a)가 배열된 라인은 3개 라인까지 이루어질 수 있고 용접 영역의 개수 및 환경에 따라 그 이상 이루어지는 것도 가능하다.

유닛 이동부(220)는 이송 유닛(210)의 양단 바닥 측에 장착된 LM 블록(222)에 연결된 LM 레일(221)을 구비하여, 이 LM 레일(221)을 따라 LM 블록(222)이 슬라이딩 이동되면서 이송 유닛(210)을 수평 이동시키는 기능을 수행한다.

유닛 구동 제어부는 역시 근접 센서 및 포토 센서 중 적어도 어느 하나로 이루어진 센서부(S)를 구비함으로써 픽업 영역에서의 파이프의 존재 여부/위치를 감지하여 승강 슬린더(212b)와 유닛 이동부(220)를 이동 제어한다.

이 때, 이송 유닛(210)이 승강 실린더(212b)를 상승시킨 상태에서 LM 블록(222)은 LM 레일(221)을 따라 이동된다.

용접 영역의 양 측 부위에는 각각 바이스(310)가 구비되는바, 이송 유닛(210)은 이 바이스(310) 사이 공간인 용접 영역에 용접될 파이프(5)를 이송시켜 용접될 준비를 갖춘다.

도 6은 본 발명의 파이프 배출부를 도시한 사시도이다.

파이프 배출부(230)는 용접이 완료된 파이프를 이송 유닛(210)의 승강 및 이동에 의하여 베이스(1)의 말단 측으로 이동시키는 역할을 수행하는 것으로서, 다시 말해 이송 유닛(210)이 베이스의 길이 방향으로 일정 간격을 두고 베이스 폭 방향으로 연장된 복수 개의 라인(각 라인에는 받침부가 구비)을 구비하여, 어느 하나의 라인에서는 용접될 파이프(5)를 용접 영역으로 이송시키는 동시에 다른 하나의 라인에서는 용접이 완료된 파이프(5)를 픽업하여 파이프 배출부(230) 측으로 이동시킨다.

파이프 배출부(230)는 용접 영역의 후단 부위에서 베이스(1) 양 측 주변에 설치된 구조체로서, 구체적으로 기립 면(231)과, 경사면(232)으로 이루어져 있다.

기립 면(231)은 수직 방향으로 기립되어 베이스(1)의 후측(배출) 방향으로 일정 길이 연장된 벽체이고, 경사면(232)은 이 기립 면(231)에서 베이스(1)의 후단(배출) 방향으로 연장되되 이 연장 라인이 하방으로 하향 경사진 면을 이루는 구조를 의미한다.

이러한 파이프 배출부(230)의 구성에 의하면, 이송 유닛(210)에 의하여 경사면(232)의 선단 부위에 용접이 완료된 파이프(5)가 안착되면 중력에 의하여 파이프(5)가 경사면(232)의 하향 경사 방향을 따라 배출 영역까지 구르면서 이동될 수 있다.

이 때, 도면에 도시되어 있지 않으나 배출 영역에서는 별도의 배출 유닛이 구비되어, 용접이 완료된 파이프(5)를 배출 영역에서 픽업하여 베이스(1)에서 이격된 특정 위치인 보관 영역으로 운반할 수 있는 것도 가능하다.

이러한 파이프 이송장치(200)에 따르면, 파이프(5)의 용접 영역으로의 이송과 동시에 배출 영역으로 이동시킬 수 있는 효율성을 담보할 수 있고 플랜지(2)와 소켓을 선택적으로 용접 영역으로 이송시킬 수 있는 특성을 제공할 수 있다.

도 7은 본 발명의 용접 영역에 장착된 바이스 모듈을 도시한 사시도이다.

본 발명의 바이스 모듈(300)은 용접될 파이프(5)가 안착되는 용접 영역 사이각각에 위치한 바이스(310)를 통해 파이프(5)를 고정 및 회전은 물론 위치 보정을 수행하여 파이프(5)의 각 단에 각각 배치된 플랜지(2)와 용접될 수 있는 기반을 제공하는 것으로서, 구체적으로 바이스(310), 바이스 구동부(320), 롤러(330) 및, 롤러 구동부(340), 구동 제어부를 구비할 수 있다.

바이스(310)는 용접될 파이프(5)가 안착된 위치, 즉 용접 영역 양 측에 각각 배치된 것으로서, 다시 말해 양 측의 바이스(310) 사이에 용접될 파이프(5)가 안착되는 용접 영역이 마련된다.

이러한 바이스(310)는 용접 영역의 적어도 좌우 1쌍으로 구비되어, 파이프(5)를 사이에 두고 바이스 구동부(320)에 의하여 상호 근접/이격되도록 이동된다.

이러한 바이스(310)는 파이프(5)의 선후 단 주변 각각에서 파이프(5)의 길이 방향을 따라 좌우 2세트로 각각 설치되어 적어도 파이프의 세부 2개 위치에서 잡아 주도록 하여, 파이프(5)의 불필요한 유동을 방지할 수 있다. 물론 바이스(310)의 개수는 파이프(5)의 길이 내지 생산 라인 상황 등에 따라 2개(2세트) 이상의 개수로 설치되는 것도 가능하다.

바이스 구동부(320)의 근접 제어에 의한 구동에 의해 바이스(310)가 파이프(5)에 접근하면서 바이스(310)의 내측 면에 회전 가능하게 장착된 롤러(330)가 파이프에 접촉한다.

터닝 롤러, 즉 롤러(330)는 각 바이스(310)에서 상하 및 좌우 위치를 두고 각각 2개(총 4개)로 배치되어 있는바, 이 중 적어도 어느 하나는 벨트/풀리와 같은 기계적 회전 동력 수단과 연동되어 자체 회전 구동되고 다른 하나는 동력 수단 없이 구동력을 제공하는 상기 롤러(330)의 회전에 종속되어 회전 가능하다.

이러한 롤러(330)는 파이프(5)에 플랜지(2)가 용접될 때 용접 로봇(700)의 토치(720)가 용접 영역에 고정 위치된 상태에서 플랜지(2)가 결합된 파이프(5)를 회전시키면서 파이프(5)의 둘레 전체를 따라 플랜지(2)가 용접될 수 있는 기반을 제공한다.

바이스 구동부(320)는 바이스(310)를 파이프(5)에 근접/이격 구동을 수행함과 동시에 롤러(330)를 회전 제어시키는 것으로서, 먼저 바이스(310)의 이동 제어를 위한 구성으로서 파이프(5)의 길이 방향과 수직 방향으로 연장된 라인 상에 배치된 모터와, 단부에 바이스(310)가 결합된 상태에서 모터의 정/역 구동에 의하여 전진(근접)/후진(이격) 이동되는 이동 로드로 이루어져 있다.

이동 로드는 LM 가이드, 스크류, 실린더와 같은 다양한 기계적 이동 동력 수단으로 이루어질 수 있다.

롤러 구동부(340)는 용접 시 롤러(330)를 회전시켜 플랜지(2)가 결합된 파이프(5)의 둘레 전체를 따라 플랜지(2)가 용접되도록 함과 동시에, 파이프(5)에 플랜지(2)가 결합한 이후 후술할 플랜지 지지 장치(800)의 지지편(810)에 플랜지(2)가 안착되도록 파이프(5)를 일부 회전시키는 역할을 수행한다.

구동 제어부는 바이스(310)와 롤러(330)의 구동을 제어하는 것으로서, 구체적으로 바이스 구동 제어 수단과 롤러 구동 제어 수단으로 이루어진다.

바이스 구동 제어 수단은 파이프(5)가 용접 영역에 안착된 다음, 후술할 파이프 위치 보정 장치(400)에 의하여 파이프(5)가 정 위치에 위치한 것을 감지하였을 때 바이스(310)를 근접 이동시키고, 더불어 파이프(5)의 용접이 완료된 것을 감지하여 바이스(310)를 원 위치로 이격 이동 제어하는 기능을 수행한다.

이러한 바이스 구동 제어 수단은 프레임을 비롯하여 바이스 주변에 복수 개로 장착된 광센서 내지 근접 센서와 같은 센서부(S)의 감지 신호에 의하여 파이프(5)의 위치는 물론 불꽃 감지에 따른 용접 완료 여부를 감지할 수 있다.

롤러 구동 제어 수단 역시 상술한 센서부(S)의 감지 신호에 의하여 플랜지(2)가 결합된 파이프(5)의 위치 보정을 위한 회전은 물론 용접 시 회전 제어를 수행한다.

도 8은 본 발명의 파이프 위치 보정장치 및 플랜지 마운트 장치를 도시한 사시도이다.

본 발명에 추가로 제공되는 파이프 위치 보정장치(400)는 용접 영역에 안착된 파이프(5)가 정확한 용접 영역 내 용접 위치에 위치되었는지 여부를 감지하여 파이프(5)가 용접 위치에 위치하지 않았을 경우 용접 위치로 파이프(5)를 푸싱(pushing)하는 역할을 수행한다.

구체적으로 파이프 위치 보정장치(400)는 기준 제공부, 센서부(S), 푸싱부로 구성되어 있다.

기준 제공부는 용접 위치의 선단 일 측에 위치한 것으로서, 기준 바(411)와 기준 바 구동부(412)로 이루어져 있다.

기준 바(411)는 용접 위치에서 전방 측으로 일정 거리 이격된 위치로 슬라이딩 이동되는 것으로서, 이는 기준 바 구동부(412)에 의하여 인입/인출 구동된다.

기준 바 구동부(412)는 파이프(5)가 용접 영역에 안착되었을 때 기준 바(411)를 슬라이딩 인출시킴과 동시에 파이프(5)의 위치 보정(푸싱) 후 다시 기준 바(411)를 슬라이딩 인입시킬 수 있도록 실린더/구동 로드 등과 같은 슬라이딩 이동 수단으로 이루어져 있다.

기준 바(411)가 슬라이딩 인출되었을 때, 기준 바(411)의 일 측(파이프를 바라보는 내측 면 일 측)에 장착된 센서부(S)(근접 센서)를 통하여 파이프(5)와의 거리를 감지하고 기 설정된 기준 거리(기준 바가 위치한 용접 위치와 파이프 간 거리)와 파이프(5)와의 이격 거리의 차이에 따라 푸싱부를 구동한다.

푸싱부는 도면에 도시되어 있지는 않으나, 공지의 기계적 푸시 수단으로 이루어져 기준 바 구동부(412)의 반대 측(파이프의 일단 측에 기준 바 구동부가 위치할 경우 파이프의 타단 측)에 설치되어 파이프(5)를 선단 방향, 즉 기준 바에 파이프가 접촉하도록 푸시(push)하여 정확한 용접 위치로 파이프(5)의 위치를 보정하는 역할을 수행한다. 이 때, 푸싱부는 기준 용접 위치(기준 바가 인출된 위치로서, 파이프의 정상적인 용접 위치)와 감지된 거리의 고저에 따라 푸시 압력을 차등 조절하는 것도 가능하다.

이와 같이 푸싱부에 의하여 파이프가 위치 보정되는 과정에서 기준 바에 맞닿을 때까지 파이프(5)가 푸시 이동된다. 즉, 기준 바(411)가 위치하는 위치가 정확한 용접 위치가 되는 것으로 기준 바(411)가 물리적 장벽 역할을 겸비하여 용접 위치 이상으로 파이프(5)가 푸시 이동되는 것을 방지하는 역할을 겸비할 수 있다.

이와 같은 파이프 위치 보정장치(400)에 의하여 보다 직관적으로 파이프(5)를 정확한 용접 위치까지 푸싱 시킬 수 있는 특성을 제공한다.

도 9는 본 발명의 플랜지 공급유닛을 도시한 사시도이고, 도 10은 본 발명의 이송 로봇을 도시한 사시도이다.

본 발명의 플랜지 이송장치(500)는 플랜지(2)를 파이프(5)의 단부 측으로 이송 및 결합시키는 기능을 제공하는 것으로서, 구체적으로 플랜지 공급 유닛(510)과 이송 로봇(520)으로 이루어져 있다.

플랜지 공급 유닛(510)은 플랜지(2)를 기립 방향, 즉 적층식으로 쌓아 보관하면서 최상단의 플랜지(2)를 이송 로봇(520)이 픽업하도록 기립(수직 연장) 구조를 취하는 것으로서, 보관 테이블(515)에서 적어도 하나 이상 기립된 플랜지 보관부(511)와 상승부(512)로 이루어져 있다.

보관 테이블(515)은 플랜지 보관부(511)가 기립될 수 있는 바닥 면 또는 지지 면을 제공하는 것으로서, 이러한 플랜지 보관부(511)가 보관 테이블(515)의 중심에서 방사형으로 복수 개로 기립 형성될 수 있으며, 더 나아가 소켓을 보관하는 소켓 보관부가 플랜지를 보관하는 플랜지 보관부(511)와 함께 인접 배치되는 것도 가능하다.

특히 보관 테이블(515)은 둘레를 따라 일정 거리 이격된 상태로 방사형으로서 복수 개로 내측으로 함입 형성된 보관 홈(515a)이 구비되어 각 보관 홈(515a) 내에서 플랜지 보관부(511)가 기립될 수 있으며, 보관 홈(515a)은 플랜지 외경에 상응하는 사이즈로 이루어져 플랜지(2)가 보관 홈(515a)내에 끼움 결합되는 상태를 취하며 이로 인해 1차적으로 외력(이송 로봇의 픽업 등)에 의해 플랜지(2)가 불필요한 회전이나 유동이 되는 것을 방지할 수 있다.

플랜지 보관부(511)는 플랜지(2)의 중공 공간, 즉 파이프 삽입부(5a)에 끼움 결합되면서 적층 형태로 쌓일 수 있는 기립형 구조체로 이루어져 있다.

추가적으로, 플랜지 보관부(511)의 주변, 바람직하게는 상숭부에 의하여 상승되는 플랜지 보관부의 주변 영역에는 보조 지지대(516)가 기립 형성되는 것이 가능하다.

구체적으로, 보조 지지대(516)는 보조 기립체(516a)와 연장부(516b), 절곡부(516c)로 이루어져 있다.

보조 기립체(516a)는 플랜지 보관부(511)와 일정 거리(플랜지의 외경에 상응하는 거리) 이격된 상태에서 이와 평행하게 기립되어 플랜지(2)의 외부 둘레 면 일 측에 접촉되는 구조체이고, 연장부(516b)는 이러한 보조 기립체(516a)의 일 측에서 외측 방향으로 일정 길이(고정 홈의 깊이에 상응)로 연장된 구조체이며, 절곡부(516c)는 연장부(516b)의 단부에서 절곡 연장된 것으로서 플랜지(2)의 그립 바(7b)에 상응하는 길이로 연장된 구조체를 의미한다.

다시 말해 이러한 보조 지지대(516)는 플랜지(2)의 고정 홈(7a) 및 그립 바(7b)에 대응 및 삽입 결합되는 구조로서, 보조 기립체(516a)가 플랜지(2)의 외부 둘레 면 일 측에 접촉되어 플랜지(2)의 회전을 방지하면서 연장부(516b)가 고정 홈(7a)에 삽입된 상태에서 그립 바(7b)의 고정 홈(7a) 내측 공간으로 절곡부(516c)가 삽입 결합된다. 이로써, 이송 로봇(520)이 플랜지(2)를 픽업할 때 불필요하게 플랜지(2)가 회전되어 이송 로봇(520)이 플랜지의 픽업을 위한 위치 제어를 방해하는 것을 보다 확실하게 방지하는 특성을 제공한다.

더 나아가, 보조 기립체(516a) 및 절곡부(516c)의 상측 단부 각각에 센서부(S)가 장착될 수 있는바, 이 때 센서부(S)는 접촉 감지 센서로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 접촉 감지 센서에 의하여 근접 센서보다 정확하게 플랜지의 픽업 위치, 즉 최상단에 위치한 플랜지(2)의 존재 여부를 감지함으로써 상승부(512)의 상승 제어 및 이송 로봇의 픽업 제어를 수행할지 여부를 오차 없이 보다 직관적으로 판단할 수 있는 기반을 제공한다.

상승부(512)는 상기 플랜지 보관부(511)와 일정 거리(플랜지의 중심에서 외부 둘레에 이르는 거리에 상응하는 거리) 이격된 상태에서 플랜지(2)를 이송 로봇(520)이 픽업할 수 있는 플랜지 픽업 위치로 상승 이동시키는 것으로, 구체적으로 상승 구동 암(513)과 암 구동부(514) 및 암 구동 제어부로 구성이 된다.

상승 구동 암(513)은 단부가 2갈래로 연장되어 적층된 플랜지 중 최하단의 플랜지 하면을 지지하는 핑거(513a) 및, 픽업 핑거(513a)를 암 구동부(514)와 연결하는 지지부(513b)로 이루어져 있다. 이 때, 지지부(513b)는 암 구동부(514)와의 원활한 결합을 위하여 별도의 브라켓이 장착될 수도 있다.

암 구동부(514)는 동력에 의해 핑거(513a)를 상승 및 하강시킬 수 있는 기능을 수행하는 것으로서, 지지부(513b)가 승강 이동되도록 높이 방향으로 연장된 레일(514a)과, 지지부(513b)의 상면에 결합되어 핑거(513a)를 상부로 당기는 동력을 제공하는 기계걱 수단으로 이루어진 상승 구동 파트(514b)로 이루어져 있다.

암 구동 제어부는 포토센서 내지 근접 센서로 이루어진 센서부(S)를 플랜지 공급 유닛의 일 측에 구비한 상태에서 플랜지 픽업 위치에서의 플랜지 존재 여부를 감지하여 픽업 위치에서 플랜지(2)가 존재하지 않을 경우 플랜지 픽업 위치에 이르기까지 플랜지(2)를 상승 이동하도록 자동으로 암 구동부(514)를 구동 제어하는 기능을 수행한다. 앞서 설명하였듯이, 센서부(S)는 보조 지지대(516)의 특정 부위에 2개의 접촉 감지 센서가 장착되어 보다 직관적이고 정확한 센싱 기반을 제공하는 것이 바람직하다.

이러한 플랜지 공급 유닛(510), 특히 상승부(512)에 의하여 이송 로봇(520)의 플랜지 픽업 위치를 정확하게 맞출 수 있고, 보조 지지대(516) 등에 의하여 플랜지(2)의 불필요한 회전을 방지하어 자동화 공정의 원활성을 도모하는 특성을 제공할 수 있다.

이송 로봇(520)은 파이프(5)가 용접 영역에 위치하고 추가적으로 파이프(5)의 위치가 상술한 파이프 위치 보정장치(400)에 의해 보정 완료된 상태에서 플랜지 공급 유닛(510)의 플랜지 보관부(511)에 적층된 플랜지(2) 중에서 최상단의 플랜지(2)를 픽업하여 용접 영역, 즉 파이프(5)의 단부 측으로 이송시키는 것은 물론 파이프(5)의 단부에 장착(1차 결합)시키는 기능을 수행한다.

이러한 이송 로봇(520)은 플랜지 결합부(521)와 이송 암(522), 이송 암 구동부(523)로 이루어져 있다.

플랜지 결합부(521)는 하방으로 연장될수록 폭이 좁아지도록 다단의 단턱(525)을 구비한 결합편(524)이 플랜지 결합부(521)의 중심을 기준으로 방사형으로 복수 개로 배치되어 있고, 이러한 각각의 결합편(524)은 그 내측 부위에 장착된 가이드 레일(미도시)을 따라 중심에서 둘레 방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 이송 암(522)의 단부에 장착되어 있다.

즉, 플랜지(2)의 파이프 삽입부(5a)의 내측 면에 복수 개의 결합편(524)의 단턱(525)이 밀착한 다음 결합편(524)을 가이드 레일을 따라 외측으로 일부 이동시켜 플랜지(2)가 이탈되지 않도록 견고히 결합시키고 파이프(5)의 단부에 플랜지가 결합된 다음에는 가이드 레일을 따라 내측 방향으로 모아지도록 결합편(524)을 이동시켜 플랜지(2)의 파이프 삽입부(5a)에서 이탈한다.

이송 암(522)은 복수의 링크와 회동부로 이루어져 플랜지(2)의 픽업은 물론 파이프(5)의 단부까지 다양한 경로로서 이동시키는 기능을 수행하며, 이러한 이송 암(522)의 운동은 이송 암 구동부에 의해 제어될 수 있다. 플랜지(2)는 이러한 이송 암(522)에 의하여 플랜지(2)의 파이프 삽입부 내측 면이 파이프(5)의 외주 면에 임시적으로 끼움 결합될 수 있다.

다시 도 8을 보아 알 수 있듯이, 플랜지 마운트 장치(600)는 상기 이송 로봇(520)에 의해 파이프 단부에 플랜지(2)가 1차 결합(임시 결합)을 한 상태에서 정상적인 용접을 위해 보다 견고하게 플랜지(2)가 파이프(5)의 단부에 결합될 수 있도록 플랜지(2)를 파이프 결합 방향으로 밀어 플랜지(2)의 장착 위치를 보정하는 기능을 수행한다.

구체적으로 플랜지 마운트 장치(600)는 원추 돌기(610)와 돌기 구동부(620)로 이루어져 있다.

원추 돌기(610)는 원추형으로 볼록하게 돌출된 형상을 가지는 것으로, 이송 로봇(520)에 의해 플랜지(2)가 파이프(5)의 외주 면에 단순히 걸쳐진 수준으로 임시 결합된 것을 보다 견고하게 결합될 수 있도록 플랜지(2)의 파이프 삽입부(5a)에 삽입 결합되면서 플랜지(2)를 밀어 완전한 플랜지 장착 위치로 장착(2차 결합) 내지 보정시키는 기능을 수행한다.

이러한 원추 돌기(610)는 돌기 구동부(620)에 의하여 수평 왕복 운동을 수행하는바, 돌기 구동부(620)는 원추 돌기(610)에 결합된 지지판(621), 지지판(621)의 후면에 복수 개로 연결되어 수평 왕복 운동을 하는 왕복 로드(622) 및, 플랜지 마운트 장치의 일 측에 장착된 센서부(S)의 감지에 따라 왕복 로드(622)의 왕복 운동을 제어하는 제어부로 이루어져 있다.

이러한 플랜지 마운트 장치(600)에 의하여 이송 로봇(520)이 플랜지 공급 유닛(510)으로부터 플랜지(2)를 픽업하여 파이프(5)의 단부에 임시 장착시킨 상태를 정상 용접을 위해 보다 견고한 플랜지(2)와 파이프(5) 간 결합 관계를 보장하는 역할을 수행할 수 있다.

더불어, 롤러(330)에 의해 파이프(5)가 회전이 되는 용접 진행 과정에도 원추 돌기(610)가 플랜지(2)의 파이프 삽입부(5a)에 삽입 결합된 상태를 유지하여 플랜지(2)가 파이프에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는바, 이와 같이 용접 시 파이프(5)와 플랜지(2)의 결합 관계를 보장하는 구성으로, 본 발명에서는 이러한 플랜지 마운드 장치(600)와 후술할 플랜지 지지 장치(800)가 존재한다.

도 11은 본 발명의 용접 로봇의 개략적인 구성을 도시한 사시도이다.

용접 로봇(700)은 용접 암(710)이 초기 위치에서 용접 영역까지 이동되어 상술한 롤러(330)의 회전에 따라 파이프(5)가 회전되면서 플랜지(2)와 파이프(5)의 결합 부위를 파이프(5)의 둘레 전반에 걸쳐 용접시키는 기능을 수행한다.

이러한 용접 로봇(700)은 용접 암(710)과, 용접 암(710)의 단부에 장착된 토치(720), 및 토치(720)에 땜납을 제공하는 릴(reel)(730), 용접 로봇 일 측에 장착된 센서부(S)의 감지에 따라 릴/용접 암/토치의 구동을 제어하는 용접 제어부로 구성되어 있는바, 이는 공지의 용접 로봇(700)의 기능과 유사하기 때문에 별도의 세부 기능에 대한 설명은 생략한다.

도 12는 본 발명의 플랜지 지지장치에 대한 구조를 도시한 사시도이다.

토치(720)에 의하여 용접이 이루어질 때 파이프(5)의 단부에 플랜지(2)가 장착된 상태에서 파이프(5)가 회전을 하기 때문에 플랜지(2)의 하중에 의해 플랜지(2)가 하방으로 쏠리거나 편중될 우려가 있는바, 파이프(5)의 회전과 함께 플랜지(2)가 회전될 때 플랜지(2)를 지지하여 하방 편중을 방지하는 수단에 의해 보다 안정감 있게 플랜지(2)가 지지된 상태에서 용접이 이루어질 수 있는 것이 보다 바람직하다.

이를 위해 제공되는 플랜지 지지 수단으로서의 플랜지 지지 장치(800)는 이송 로봇(520)이 플랜지(2)를 파이프(5)의 단부에 장착시킨 다음 플랜지 마운트 장치(600)에 의해 플랜지(2)가 파이프(5)의 단부에 결합될 때부터 플랜지(2)를 지지하는 것으로서, 지지 홈(811)이 함입 형성된 지지편(810)으로 이루어진 것을 기본으로 하되, 승강 보정부(820)를 비롯하여 지지편(810) 일 측 표면에 장착된 압력 감지 센서(870)와 승강 제어부를 추가로 포함할 수 있다.

지지편(810)은 베이스(1)의 용접 영역에서 전방 측으로 일정 거리 이격된 바닥으로부터 지지된 상태에서 상술한 바와 같이 지지 홈(811)을 사이에 두고 두 개의 지지 첨단부(812)가 좌우측으로 상향 돌출되어 있는 구조를 가지는 것으로서, 이 때 지지 홈(811)은 V 홈 구조로 이루어지거나 아니면 플랜지(2)의 외주 면 형상에 상응하도록 오목하게 라운딩 처리된 U 홈에 유사한 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 이러한 지지편(810)은 플랜지(2)가 하방으로 쏠리는 것을 방지하고자 플랜지(2)의 형상에 맞게 플랜지(2)를 지지하거나, 플랜지(2)와 일정 거리 이격된 상태에서 만일 플랜지(2)가 하방으로 쏠렸을 때 이 지지편(810)과 접촉함으로써 다시 플랜지(2)가 원 위치로 상승할 수 있도록 하는 기본적인 역할을 수행한다. 이 때, 지지편(810)의 표면에는 플랜지(2)와의 접촉에 의한 반발력을 줄이기 위해 탄성 재질의 완충 패드(830)가 적층 형성되는 것도 가능하다.

더 나아가, 완충 패드(830)는 탄성 재질로 이루어진 상태에서 복수 개의 미세 돌기(미도시)가 돌출 형성되어 표면적을 증가시킴으로써 플랜지와의 접촉 시 발생되는 충격을 적절하게 흡수할 수 있도록 한다.

또한, 지지편(810)의 표면(또는 완충 패드의 표면)에는 압력 감지 센서(870)가 추가로 장착되는 것이 가능하다. 압력 감지 센서(870)는 지지편(810)의 표면에 가해진 플랜지(2)에 의한 압력을 측정하여 수치화된 압력 감지 신호를 생성한다.

승강 보정부(820)는 지지편(810)의 하면에 연결된 상태로 상하 이동을 하는 승강 로드(821)와, 이러한 승강 로드(821)를 구동하는 동력을 제공하는 로드 구동 수단(822)을 구비하여 지지편(810)을 소폭 상승 내지 하강시키는 역할을 수행한다. 즉, 이러한 승강 보정부(820)에 의하여 플랜지(2)를 용접 위치인 정 위치로 상승/하강시킬 수 있는 기반을 제공할 수 있다.

승강 제어부는 압력 판단부와 차등 구동 제어부를 구비하는바, 압력 판단부에서 상기 압력 감지 센서(870)에 의해 감지된 압력 감지 신호를 수신하여 기 설정된 기준 압력 정보와 비교함으로써 기준 압력 정보와 압력 감지 신호의 수치 차이의 고저에 따라 승강 보정부(820)를 차등적으로 상승 내지 하강 제어하는 기능을 수행한다. 다시 말해, 압력 감지 신호의 고저에 따라 플랜지(2)의 상방 내지 하방 쏠림 정도를 수치로서 판단하여 승강 보정부(820)의 승강 로드(821)의 상승 및 하강 이동 폭을 제어함으로써 보다 정밀하게 플랜지(2)의 장착 위치를 보정할 수 있는 특성을 제공할 수 있다.

이 때, 본 발명의 플랜지(2)는 고정홈(7a)과 수위측정관 거치부(8a)라는 2개의 홈이 외주 면에서 내측으로 함입 형성되어 있는 것이 가능하기 때문에 압력 감지 센서(870)에서 감지하는 압력 감지 신호의 오차가 발생하거나 아니면 이러한 2개의 홈이 지지편(810)에 맞닿지 않는 순간에 플랜지(2)가 하방으로 쏠릴 경우에는 적절하게 플랜지(2)를 지지할 수 없는 점이 지적될 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 우선 플랜지(2)의 고정홈(7a)과 수위측정관 거치부(8a) 중 고정홈(7a)의 폭이 더 길게 형성되었다는 기준에서 지지편(810)의 상부 면 전체 길이(또는 플랜지가 지지편에 접촉된 순간을 기준으로 접촉 가능 면의 전체 길이)는 플랜지(2)의 둘레와 동일한 길이를 가지되 지지 홈(811)을 기준으로 지지편(810)의 좌측 부위 일 측에는 고정 홈(7a)보다 짧은 폭인 수위측정관 거치부(8a)의 폭에 상응하거나 이보다 약간 작은 폭을 가진 상태에서 플랜지 외부 면(둘레)의 곡률반경보다 작은 곡률반경(즉, 급한 곡도)으로서 상방으로 볼록하게 돌출된 누름식 스위치 구조(즉, 누름 상태에서 압축되었다가 정상 상태로 신장 복원하는 구조)의 누름 돌기(840)가 지지편(810)의 지지 홈(811)을 기준으로 좌우 측 돌출 부위에 장착되거나 지지편(810) 좌우 측 부위 자체가 이와 같은 누름 돌기(840)로 이루어질 수 있다.

또한, 이러한 2개의 누름 돌기(840)의 표면 각각에 상기 압력 감지 센서(870)가 장착되는 것이 가능하다. 이러한 누름 돌기(840)에 의하면 플랜지(2)의 외면이 누름 돌기(840)에 접촉 시 누름 상태를 유지하다가 고정 홈(7a) 및 수위측정관 거치대(8a)와 누름 돌기(840)가 각각 접촉하는 순간 상측으로 돌출되는바, 이 과정에서의 압력 변화 및 주기를 파악하여 누름 돌기(840)가 누름 상태에서 정상적인 위치에서의 누름 압력과 일치하는지 여부를 보다 디테일하게 오차 없이 파악할 수 있는 근거를 마련할 수 있다.

더 나아가, 누름 돌기(840)의 양 측 부위를 모서리각이 깎여 챔퍼(chamfer) 처리함으로써 누름/복원 시 플랜지(2)와의 접촉에 의한 반발감을 최소화할 수 있고 이러한 누름/복원 시간 내지 주기를 별도로 체크함으로써 파이프(5)의 회전 속도(용접 속도)도 파악 및 보정할 수 있는 기반을 갖출 수 있다.

추가적으로, 누름 돌기(840)의 종단 구조는 돌출이 시작되는 부위에서 아래로 볼록하게 제 1 곡도로 돌출 연장되는 제 1 곡률부(841)와, 제 1 곡률부(841)의 단부에서 제 1 곡도보다 곡률반경이 작은(보다 급한 곡도인) 제 2 곡도로서 위로 볼록하게 돌출 연장된 제 2 곡률부(842) 및, 제 2 곡률부(842)의 단부인 첨단부(843)를 포함한 좌우 대칭 구조로 이루어지며 이 첨단부(843)에 압력 감지 센서(870)가 장착될 수 있다. 이 때, 제 1 곡률부(841)의 제 1 곡도는 플랜지(2)의 외부 둘레의 곡률 반경보다 작아 플랜지와의 접촉성을 증가시키는 것을 기본으로 한다.

이러한 구조에 의하면 플랜지(2)의 회전에 의하여 이물감이나 거치적거리는 문제없이 플랜지(2)의 외면에 접촉하면서 고정홈(7a)과 수위측정관 거치부(8a) 내에 누름 돌기(840)가 자연스럽게 삽입될 수 있고 압력 감지 센서(870)에 전달되는 압력 수치의 변화 역시 보다 정확하게 측정할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.

또한 이와 별도의 실시예에서, 플랜지(2)의 그립 바(7b)의 외측 면이 외측으로 볼록하게 돌출되거나 아니면 그립 바(7b)의 외측 면에 볼록 돌기(미도시)를 추가로 구비하여 이러한 볼록 돌기 내지 그립 바(7b)의 볼록한 외측 면이 우선적으로 지지편(810)과 접촉되어 전달되는 압력을 파악하도록 하여 보다 오차 없이 원활하게 압력을 감지할 수 있는 기반을 제공할 수 있다.

이와 같은 플랜지 지지 장치(800)에 의하여 플랜지(2)의 파이프 삽입부(5a)에 끼움 결합된 파이프(5)의 회전 및 용접 시 플랜지(2)가 하방으로 쏠리거나 치우지는 문제에 대한 플랜지 위치 보정은 물론 플랜지(2)의 외주 면의 곡도가 불규칙하거나 지지편(810)과 접촉/비접촉을 반복할 때 압력 감지가 제대로 이루어지지 않는 문제를 보다 효과적으로 방지할 수 있는 기능을 제공한다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 관정용 플랜지와 파이프의 자동 용접 시스템의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

1: 베이스 2: 플랜지
5: 파이프 5a : 파이프 삽입부
7a: 고정홈 7b: 그립바
8a : 수위측정관 거치부 100: 파이프 로딩장치
110: 로딩 테이블 111: 로딩 프레임
112: 지지 프레임 120: 걸림 프레임
121: 고정 걸림 프레임 122: 이동 걸림 프레임
130: 걸림부 131: 기립부
132: 경사부 150: 테이블 구동부
151: 승강 이동부 151a: 승강부
151b: 이동부
200: 파이프 이송장치 210: 이송 유닛
212: 이송 프레임 212a: 받침부
212b: 승강 실린더 220: 유닛 이동부
221 : LM 레일 222: LM 블록
230: 파이프 배출부 231: 기립 면
232: 경사면 300: 바이스 모듈
310: 바이스 320: 바이스 구동부
330: 롤러 340: 롤러 구동부
400: 파이프 위치 보정장치 411: 기준 바
412: 기준 바 구동부 500: 플랜지 이송장치
510: 플랜지 공급 유닛 511: 플랜지 보관부
512: 상승부 513: 상승 구동 암
513a: 핑거 513b: 지지부
514: 암 구동부 514a: 레일
514b: 상승 구동 파트 515: 보관 테이블
515a: 보관 홈 516: 보조 지지대
516a: 보조 기립체 516b: 연장부
516c: 절곡부 520: 이송 로봇
521: 플랜지 결합부 522: 이송 암
523: 이송 암 구동부 524: 결합편
525: 단턱 600: 플랜지 마운트 장치
610: 원추 돌기 620: 돌기 구동부
621: 지지판 622: 왕복 로드
700: 용접 로봇 710: 용접 암
720: 토치 730: 릴
800: 플랜지 지지 장치 810: 지지편
811: 지지 홈 812: 지지 첨단부
820: 승강 보정부 821: 승강 로드
822: 로드 구동 수단 830: 완충 패드
840: 누름 돌기 841: 제 1 곡률부
842: 제 2 곡률부 843: 첨단부
870: 압력 감지 센서 S: 센서부

Claims (16)

1. 파이프가 삽입되는 파이프 삽입부를 구비한 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템으로서,
   파이프를 로딩하여 픽업 영역으로 이동시키는 파이프 로딩 장치와, 상기 픽업 영역에 위치한 파이프를 용접 영역으로 이송하는 파이프 이송 장치 및, 상기 용접 영역의 좌우측에 각각 설치되어 파이프를 고정 및 회전시키는 바이스를 구비한 바이스 모듈을 포함한 상태에서 복수 개의 프레임이 연결된 베드 타입으로 이루어진 베이스;
   상기 베이스의 일 측에 설치된 것으로서, 복수의 플랜지를 적층 보관한 플랜지 공급 유닛 및, 플랜지 보관부에 보관된 플랜지를 픽업하여 상기 용접 영역에 위치한 파이프의 단부에 결합시키는 이송 로봇으로 이루어진 플랜지 이송장치;
   상기 베이스의 일 측에 설치된 것으로서, 상기 플랜지와 파이프의 결합 부위로 이동 가능한 용접 암과, 상기 용접 암의 단부에 장착되어 상기 파이프의 회전 시 상기 플랜지와 파이프의 결합 부위를 용접하는 토치로 이루어진 용접 로봇;을 포함하되,
   상기 파이프 로딩 장치는,
   상기 베이스의 폭 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 배치된 것으로, 상기 파이프를 지지하는 걸림부를 상기 베이스의 길이 방향을 따라 상기 픽업 영역에 이르기까지 일정 간격으로 구비한 걸림 프레임과,
   상기 복수 개의 걸림 프레임 중 적어도 하나와 연결된 로딩 테이블 및,
   상기 로딩 테이블을 승강 및 수평 이동 구동함으로써, 상기 파이프를 픽업 영역으로 이송하는 테이블 구동부로 이루어진 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 플랜지는,
   일 측 외면에서 함입 형성된 고정 홈 및,
   상기 고정 홈의 일 측 입구에서 상기 고정 홈의 개방 부위를 향해 연장된 그립바와,
   상기 고정 홈이 함입 형성된 외면 부위의 타 측에 함입 형성된 수위측정관 거치부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 파이프 이송장치는,
   상기 파이프를 지지하는 받침부를 구비한 이송 프레임과, 상기 이송 프레임을 승강하는 승강 실린더를 구비하여, 상기 픽업 영역에 위치한 파이프를 상기 승강 실린더의 상승과 함께 픽킹하여 상기 받침부에 지지하고, 상기 승강 실린더를 하강하여 상기 파이프를 상기 용접 영역에 안착하는 이송 유닛과,
   상기 이송 유닛을 상기 픽업 영역에서 상기 용접 영역까지 수평 이동시키는 유닛 이동부 및,
   상기 용접 영역에 파이프의 존재 여부를 감지하는 센서부를 구비하여, 상기 센서부의 파이프 감지 여부에 따라 상기 승강 실린더와 유닛 이동부의 구동을 제어하는 유닛 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 이송 유닛은,
   베이스의 길이 방향으로 일정 간격을 두고 베이스 폭 방향으로 연장된 복수 개의 라인으로 이루어져, 어느 하나의 상기 라인을 통해 상기 파이프를 상기 용접 영역으로 이동시킴과 동시에, 다른 하나의 상기 라인에서는 용접이 완료된 파이프를 파이프 배출부로 이동시키되,
   상기 파이프 배출부는,
   상기 베이스 후단 양 측 부위에 기립된 상태에서 상기 베이스 후단 방향을 따라 일정 길이 연장된 벽체인 기립 면과,
   상기 기립 면에서 상기 베이스 측으로 돌출된 상태로 상기 베이스 후단 측으로 일정 길이 연장되되, 연장된 라인이 하방으로 경사진 면으로 이루어진 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 바이스는,
   롤러 구동부의 동력을 전달받아 용접 시 상기 파이프를 회전시키는 적어도 하나의 롤러를 포함하고,
   상기 바이스 모듈은,
   상기 바이스를 상기 용접 영역에 위치한 파이프에 근접 및 이격되도록 이동시키는 바이스 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 용접 시스템은,
   상기 베이스의 용접 영역에 위치한 파이프 주변에 설치된 것으로서, 기준 바 구동부로부터 파이프의 기준 용접 위치로 인입 및 인출되는 기준 바와,
   상기 기준 바의 일 측에 장착되어 상기 기준 바가 인출된 상태에서 상기 파이프와의 거리를 감지하는 근접 센서를 포함하는 센서부 및,
   상기 기준 바의 대향 측 파이프 타단 주변에 설치된 것으로, 상기 감지된 거리를 상기 기준 용접 위치와의 거리와 비교하여, 비교된 거치 차이의 고저에 따라 상기 파이프를 상기 기준 바에 접촉하도록 차등적인 압력으로 푸시 처리하는 푸싱부로 이루어진 파이프 위치 보정 장치;를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
9. 제 2항에 있어서,
   상기 플랜지 공급 유닛은,
   일정 길이로 기립되어 상기 플랜지의 파이프 삽입부에 끼움 결합되어 상기 플랜지를 적층 보관하는 플랜지 보관부와,
   상기 적층된 플랜지 중 최상단의 플랜지를 상기 이송 로봇이 픽업할 수 있는 플랜지 픽업 위치로 상승시키는 것으로서, 상기 적층된 플랜지 중 최하단의 플랜지의 하면을 지지하는 상승 구동 암과, 상기 적층된 플랜지 중 최상단의 플랜지가 상기 플랜지 픽업 위치에 이르기까지 상기 상승 구동 암을 상승시키는 암 구동부 및,
   포토센서 내지 근접 센서로 이루어져 상기 플랜지 픽업 위치에서 상기 플랜지의 존재 여부를 감지하는 센서부를 구비하여, 상기 센서부의 감지 신호에 따라 상기 구동 암을 차등 구동 제어하는 암 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 플랜지 공급 유닛은,
    상기 플랜지의 외경에 상응하는 거리만큼 상기 플랜지 보관부에서 이격된 위치에 설치된 것으로, 상기 플랜지 보관부와 평행하게 기립되면서 상기 플랜지의 외면에 접촉하는 보조 기립체와,
    상기 보조 기립체의 일 측에서 외측 방향으로 일정 길이 연장되어 상기 플랜지의 고정 홈에 삽입되는 연장부 및,
    상기 연장부의 단부에서 절곡 연장되어 상기 플랜지의 그립 바 내측의 고정 홈 공간에 삽입되는 절곡부를 구비한 보조 지지대를 포함하고,
    상기 센서부는,
    상기 보조 기립체 및 절곡부의 상측 단 각각에 장착되는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 플랜지 공급 유닛은,
    중심으로부터 둘레를 따라 일정 거리 이격된 상태로 방사형으로 상기 플랜지의 외경에 상응하는 사이즈로 내측으로 복수 개로 함입 형성된 보관 홈이 구비된 보관 테이블을 포함하고,
    상기 플랜지 보관부는,
    상기 보관 홈 내에서 기립되어, 상기 플랜지의 외면이 상기 보관 홈의 내면에 접촉할 수 있는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 용접 시스템은,
    상기 플랜지가 상기 파이프에 결합되는 상기 용접 영역 선단 측에 장착된 것으로서,
    원추형으로 볼록하게 돌출 형성된 것으로서, 상기 이송 로봇에 의해 상기 파이프의 외주 면에 상기 파이프 삽입부가 결합된 상기 플랜지의 상기 파이프 삽입부에 삽입 압박되는 원추 돌기와,
    상기 원추 돌기를 수평 구동시키는 돌기 구동부로 이루어진 플랜지 마운트 장치;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
13. 제 2항에 있어서,
    상기 용접 시스템은,
    상기 플랜지가 상기 파이프에 결합되는 상기 용접 영역 전방에서 상기 플랜지의 하측에 장착된 것으로서,
    용접 시 상기 플랜지와 상기 파이프가 회전될 때 상기 플랜지를 지지하는 플랜지 지지 장치;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 플랜지 지지 장치는,
    내측으로 함입 형성된 지지 홈을 사이에 두고 좌우로 상향 돌출된 지지 첨단부를 구비한 지지편과,
    상기 지지편의 하면에 연결되어, 상하 이동하는 승강 로드와 상기 승강 로드를 구동하는 동력을 제공하는 로드 구동부를 구비한 승강 보정부 및,
    상기 지지편의 일 측에 장착된 압력 감지 센서와,
    상기 압력 감지 센서의 감지 신호에 따라 상기 로드 구동부의 승강 거리를 구동 제어하는 승강 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 지지홈을 기준으로 상기 지지편의 좌우 일 측 각각에는,
    상기 플랜지의 수위측정관 거치부의 폭에 상응하는 폭을 가진 상태에서 상기 플랜지 외부 면의 곡률반경보다 작은 곡률반경으로서 상방으로 볼록하게 돌출된 누름식 스위치 구조의 누름 돌기를 구비한 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 누름 돌기의 종단 구조는,
    돌출이 시작되는 부위에서 아래로 볼록하되 상기 플랜지의 외부 면의 곡률반경보다 작은 제 1 곡도로 돌출 연장된 제 1 곡률부와,
    상기 제 1 곡률부의 단부에서 상기 제 1 곡도보다 곡률반경이 작은 제 2 곡도로서 위로 볼록하게 돌출 연장된 제 2 곡률부 및,
    상기 제 2 곡률부의 단부인 첨단부를 포함한 좌우 대칭 구조로 이루어지고,
    상기 압력 감지 센서는,
    상기 첨단부에 장착된 것을 특징으로 하는, 관정용 플랜지와 파이프의 용접 시스템.

Images