KR101875787B1 - 협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치 - Google Patents

협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접로봇(10)에 탑재하여 용접을 수행하기 위한 용접토치에 있어서: 용접와이어와 보호가스를 송급하도록 후단의 유도관(27) 및 선단의 토치노즐(23)과 결합되는 토치바디(20); 상기 용접로봇(10)의 토치지그(11)에 맞물리도록 토치바디(20) 상에 지지대(32)와 잠금너트(35)를 구비하는 착탈부(30); 및 상기 토치바디(20)의 후단에 절곡된 구조의 유도관(27)을 회전 가능하게 지지하는 회전부(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, T.C.P가 틀어지지 않는 구조의 착탈식 토치로 인하여 이송의 편의성 및 로봇세팅의 간소화를 도모하고, 회전식 용접토치로 로봇 용접시 로봇에 작용하는 부하를 경감하며, 협소한 공간내에서 케이블에 의한 간섭을 줄여 생산성을 향상한다.

Description

협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치{removable and rotatable welding torch for narrow space welding robot}
본 발명은 로봇용 용접토치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 쇄빙 LNGC 평블록의 협소공간 용접을 수행하는 특정 로봇에 적용하도록 구현되는 협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치에 관한 것이다.
통상적인 산업용 용접로봇 시스템의 토치 클램프와 케이블 구성에 의하면 케이블 가이드가 로봇 3축에 장착되고 케이블이 로봇의 손목부를 감싸는 형태를 이룬다. 이는 작업공간의 제약이 없을 경우 적용상 문제점을 드러내지 않으나 LNGC 선체와 같이 매우 협소한 공간을 지니는 경우 토치 곡률반경이 큰 상용의 용접로봇 시스템을 적용할 수가 없다.
그리고 상용 시스템의 토치클램프는 고정하는 방식을 적용하므로 용접로봇의 T.C.P 세팅에 매우 불리한 구조이다. 토치를 로봇의 토치 클램프에 장착시 정밀한 위치에 사용자가 수동으로 장착하는 방식이 대부분으로서 설치 오차로 인해 로봇의 세팅에 어려운 부분이 많다.
이러한 두 가지 문제의 해결을 위하여 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2014-012367호(선행문헌 1), 한국 등록실용신안공보 제0463998호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 용접 토치부의 단부에 설치되는 용접 노즐에 있어서, 상기 용접 노즐은, 상기 용접 토치부의 선단부에 결합되는 노즐 결합부와, 상기 노즐 결합부에서 연장되어 노즐 결합부의 외경에 비해 좁은 외경으로 이루어지고 외측단부가 개방된 협개선부로 구성된다. 이에, 좁은 용접 구역으로 좁더 깊이 진입시킬 수 있어서 용입 기준을 만족하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 토치를 고정하고 오토캐리지와의 결합이 가능한 제1토치고정블록, 제1토치고정블록의 타측으로 회전축에 의해 회전가능하도록 결합되고 토치가 고정되는 제2토치고정블록, 회전축에 편심되도록 결합되어 제2토치고정블록을 일정각도로 회전시켜주는 각도조절부를 포함한다. 이에, 협소부 및 수평 필렛 부위의 용접작업 시간을 절감하여 생산성을 향상하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌 1의 노즐에 좁은 협개선를 두는 구성이나 선행문헌 2의 2개의 용접토치를 두는 구성으로 LNGC 평블록의 협소공간에 용접로봇을 투입하여 작업하기에 한계성을 드러낸다.
1. 한국 공개특허공보 제2014-0123674호 "협소구역 작업용 협개선 용접 노즐" (공개일자 : 2014.10.23.) 2. 한국 등록실용신안공보 제0463998호 "협소부 고효율 용접용 투-토치 클램프 장치" (공개일자 : 2009.07.01.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 용접로봇의 토치로 연결되는 케이블의 곡률반경을 최소로 유지하여 협소한 공간에서 정확한 자세로 자동 용접을 수행할 수 있는 협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용접로봇에 탑재하여 용접을 수행하기 위한 용접토치에 있어서: 용접와이어와 보호가스를 송급하도록 후단의 유도관 및 선단의 토치노즐과 결합되는 토치바디; 상기 용접로봇의 토치지그에 맞물리도록 토치바디 상에 지지대와 잠금너트를 구비하는 착탈부; 및 상기 토치바디의 후단에 절곡된 구조의 유도관을 회전 가능하게 지지하는 회전부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 착탈부의 지지대는 원추형으로 형성되고 외주면에 축방향으로 슬랏을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잠금너트는 토치지그의 홀더의 열팽창에 의한 체결력 증대를 도모하도록 홀더보다 열팽창계수가 낮은 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 회전부는 유도관의 단부에서 토치바디와 대향하는 환형홈을 형성하는 리테이너, 상기 환형홈에 수용되어 유도관의 회전을 허용하는 강구, 토치바디와 유도관 사이에 설치되는 오링을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 리테이너는 강구의 출입을 위하여 일측에 통공을 구비하고, 통공 상에는 착탈 가능한 볼플란저를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, T.C.P가 틀어지지 않는 구조의 착탈식 토치로 인하여 이송의 편의성 및 로봇세팅의 간소화를 도모하는 효과가 있다.
또한, 토치용 케이블의 곡률반경 최소화하는 회전식 용접토치로 로봇 용접시 로봇에 작용하는 부하를 경감하고 협소한 공간내에서 케이블에 의한 간섭을 줄여 생산성을 향상한다.
도 1은 본 발명의 용접토치가 적용되는 용접로봇을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 용접토치의 종단하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 용접토치의 착탈부를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 용접토치의 회전부를 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 용접토치로 작업하는 상태를 나타내는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 용접로봇(10)에 탑재하여 용접을 수행하기 위한 용접토치에 관하여 제안한다. 쇄빙 LNGC 평블록에서 가로/세로 400X400 혹은 480X300 정도의 매우 협소한 작업공간을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 용접로봇(10)은 토치지그(11)를 개재하여 토치(15)를 탑재하는 구조이다. 종래의 용접로봇(10)으로서 대형 케이블 이송용 리니어 액추에이터, 케이블 묶음 와이어링 등을 지닌 상용제품(IGUS사)이 알려져 있다. 그러나, 도 1에 나타내듯이 장비자체가 매우 크고 케이블(18)이 간섭되어 협소한 작업공간에서 사용하기 곤란하다.
본 발명에 따르면 토치바디(20)가 용접와이어와 보호가스를 송급하도록 후단의 유도관(27) 및 선단의 토치노즐(23)과 결합되는 구조이다. 토치바디(20)는 용접와이어와 보호가스의 송급을 위한 중공 구조로서 선단의 토치노즐(23)과 나선으로 결합되고 후단의 유도관(27)과 회전 가능하게 결합된다. 토치바디(20)와 토치노즐(23) 사이에는 보호가스를 분사하는 가스디퓨저(21)가 개재될 수 있다.
한편, 용접 전원을 제공하는 전선(도시 생략)은 구리재질의 이음구(43)과 밴드(28)를 이용하여 유도관(27)의 외측으로 고정된다.
또, 본 발명에 따르면 착탈부(30)가 상기 용접로봇(10)의 토치지그(11)에 맞물리도록 토치바디(20) 상에 지지대(32)와 잠금너트(35)를 구비하는 구조이다. 도 3에서 용접로봇(10)의 토치지그(11)는 상측의 홀더(12)에 장착홀을 구비하고 토치바디(20)는 지지대(32)를 개재하여 장착홀에 긴밀하게 맞물린다. 지지대(32)의 후방으로 장착되는 잠금너트(35)는 홀더(12)의 숫나선과 맞물려 지지대(32)와 토치바디(20)의 임의적 회동을 구속한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 착탈부(30)의 지지대(32)는 원추형으로 형성되고 외주면에 축방향으로 슬랏(33)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 지지대(32)가 원주형으로 홀더(12)에 맞물리면 토치바디(20)의 자세를 유지하기 유리하다. 특히 용접로봇(10)이 핸드캐리형인 경우 피더와 연결된 토치바디(20)를 토치지그(11)로부터 분리한 상태로 이동할 수 있어 편리성이 극대화된다. 통상적인 용접로봇에서 토치(15) 또는 토치바디(20)를 분리후 조립하면 T.C.P(Tool Center Point)가 틀어져 T.C.P를 재세팅하는 경우가 빈번하다. 재세팅은 매우 번거로운 작업과정 중에 하나이지만 본 발명은 이러한 작업을 배제할 수 있다. 지지대(32)에 형성되는 슬랏(33)은 홀더(12)의 규격 변동에 대응하기 유리하고, 용접의 고열에 의한 열변형을 흡수하여 파손을 방지한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잠금너트(35)는 토치지그(11)의 홀더(12)의 열팽창에 의한 체결력 증대를 도모하도록 홀더(12)보다 열팽창계수가 낮은 소재를 사용하는 것을 특징으로 한다. 용접의 고열에 의하여 홀더(12)가 열팽창하면 잠금너트(35)와 나선 결합된 부분의 밀착력이 증대되어 결합력을 높인다. 이는 용접 정에서 토치팁(25)을 통하여 충격 하중이 유발되어도 토치바디(20)와 토치팁(25)의 자세를 유지하는 측면에서 유리하다.
또, 본 발명에 따르면 회전부(40)가 상기 토치바디(20)의 후단에 절곡된 구조의 유도관(27)을 회전 가능하게 지지하는 구조이다. 유도관(27)은 토치바디(20)에 대하여 대략 30˚ 정도 절곡된 상태로 결합된다. 유도관(27)의 절곡 및 회전 구조는 케이블(18)의 곡률반경을 최소화함으로서 로봇의 움직임에 따른 작업대상물과의 간섭에 의한 부하를 줄인다. 회전부(40)는 케이블(18)에 작용하는 외력에 의하여 유도관(27)의 자유로운 회전을 허용한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 회전부(40)는 유도관(27)의 단부에서 토치바디(20)와 대향하는 환형홈을 형성하는 리테이너(41), 상기 환형홈에 수용되어 유도관(27)의 회전을 허용하는 강구(45), 토치바디(20)와 유도관(27) 사이에 설치되는 오링(48)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 환형홈은 강구(45)를 회동 가능하게 수용하는 단면적으로 형성되는데, 축방향 깊이는 토치바디(20) 및 유도관(27)에 의하여 1/2씩 분할된다. 이에 강구(45)는 유도관(27)이 토치바디(20)의 단부에서 축방향으로 분리되는 것을 구속하면서 유도관(27)의 회전을 허용한다. 리테이너(41)와 강구(45)는 마치 통상의 볼베어링과 같은 구조를 구현한다. 도 2에서 오링(48)이 토치바디(20)의 후단과 유도관(27) 사이에 설치되어 보호가스의 누출을 방지하는 상태를 예시한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 리테이너(41)는 강구(45)의 출입을 위하여 일측에 통공(42)을 구비하고, 통공(42) 상에는 착탈 가능한 볼플란저(47)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 토치바디(20)와 리테이너(41) 사이에 형성되는 장착홀에 강구(45)를 투입하기 위해서 리테이너(41)의 통공(42)을 활용한다. 강구(45)가 장착된 후에는 볼플란저(47)를 이용하여 통공(42)을 폐쇄한다. 도 2에서 볼플란저(47)는 잠금너트(35)의 후방 공간에 간섭없이 배치되어 유도관(27)의 자유로운 회전을 방해하지 않는다.
도 5에서, 본 발명의 용접로봇(10)을 협소공간에 수평으로 눕혀 투입하고 자석으로 고정한 자세로 용접을 수행하는 상태를 예시한다. 이 경우 케이블(18)의 간섭이 발생하여도 회전부(40)에 의하여 유도관(27)이 자유롭게 회전하므로 토치(15)의 작업에 영향을 주지 않는다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 용접로봇 11: 토치지그
12: 홀더 15: 토치
18: 케이블 20: 토치바디
21: 가스디퓨저 23: 토치노즐
25: 토치팁 27: 유도관
28: 밴드 30: 착탈부
32: 지지대 33: 슬릿
35: 잠금너트 40: 회전부
41: 리테이너 42: 통공
43: 이음링 45: 강구
47: 볼플란저 48: 오링

Claims (5)

  1. 용접로봇(10)에 탑재하여 용접을 수행하기 위한 용접토치에 있어서:
    용접와이어와 보호가스를 송급하도록 후단의 유도관(27) 및 선단의 토치노즐(23)과 결합되는 토치바디(20);
    상기 용접로봇(10)의 토치지그(11)에 맞물리도록 토치바디(20) 상에 지지대(32)와 잠금너트(35)를 구비하는 착탈부(30); 및
    상기 토치바디(20)의 후단에 절곡된 구조의 유도관(27)을 회전 가능하게 지지하는 회전부(40);를 포함하여 이루어지되,
    상기 착탈부(30)의 지지대(32)는 원추형으로 형성되고 외주면에 축방향으로 슬랏(33)을 구비하고,
    상기 잠금너트(35)는 토치지그(11)의 홀더(12)의 열팽창에 의한 체결력 증대를 도모하도록 홀더(12)보다 열팽창계수가 낮은 소재를 사용하며,
    상기 회전부(40)는 유도관(27)의 단부에서 토치바디(20)와 대향하는 환형홈을 형성하는 리테이너(41), 상기 환형홈에 수용되어 유도관(27)의 회전을 허용하는 강구(45), 토치바디(20)와 유도관(27) 사이에 설치되는 오링(48)을 구비하는 것을 특징으로 하는 협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 리테이너(41)는 강구(45)의 출입을 위하여 일측에 통공(42)을 구비하고, 통공(42) 상에는 착탈 가능한 볼플란저(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는 협소공간 용접을 위한 로봇용 착탈식 회전용접토치.
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