KR102171614B1 - 자동용접기 등 주행용 레일의 보정장치 및 그것을 이용한 레일의 설치방법 - Google Patents

자동용접기 등 주행용 레일의 보정장치 및 그것을 이용한 레일의 설치방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동용접기 등 파이프의 둘레를 따라 주행하면서 작업하는 장치와 관련하여, 파이프의 외주면에서 레일의 설치상태를 자동으로 보정할 수 있는, 자동용접기 등 주행용 레일의 보정장치를 제공한다. 본 발명은, 본체와 결합되어 파이프의 외주면을 따라 주행하는 주행부와, 파이프의 외주면에 감긴 레일의 위치를 보정하는 보정부와, 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브를 감지하는 감지부를 포함하되, 감지부가 감지한 파이프의 단부가 감지기준위치로부터 떨어져 있는 이격거리를 확인하고, 그것에 기초하여 보정부가 레일의 위치를 보정한다.

Description

자동용접기 등 주행용 레일의 보정장치 및 그것을 이용한 레일의 설치방법{CORRECTING APPARATUS FOR DRIVING RAIL OF AUTOMATIC WELDING MACHINE AND THE LIKE, AND RAIL SETTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 자동용접기 등 주행용 레일의 보정장치 및 그것을 이용한 레일의 설치방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동용접기와 같이 파이프 둘레를 주행하는 주행장치를 위한 레일을 파이프의 외주면에 감아 설치 시, 파이프의 단부와 일정 간격을 유지하면서 정확한 위치에 레일이 설치될 수 있도록 보정하는 레일의 보정장치 및 그것을 이용한 레일의 설치방법에 관한 것이다.
종래 파이프라인을 연결하는 용접작업이 수작업으로 수행됨에 따라 작업자의 숙련 정도에 따른 용접품질에 큰 차이를 나타내고 있어, 균일한 용접품질 및 생산성 향상을 위해 다양한 자동화 장치가 개발되고 있다.
그러한 자동용접을 수행하기 위해, 고정된 파이프의 외주면에 레일을 설치하고 그 레일을 따라 자동 용접장치가 둘레를 회전하면서 용접을 수행한다.
도 1은 그와 같은 종래의 자동용접기를 도시하는 것으로서, 한국등록특허공보 제10-1309641호에 기재된 것이다.
도 1을 참고하면, 자동용접기는, 파이프의 외주면을 따라 설치되는 레일(1)과, 상기 레일(1)을 따라 이동되는 캐리지(2), 상기 캐리지(2)에 구비되어 강관(3)을 용접하는 용접토치(4), 용접토치(4)로 용접 전류를 공급하는 전원부(5), 상기 용접 토치(4)로 용접 와이어를 공급하기 위한 와이어공급부(6)를 포함한다
또한, 캐리지(2)에 구비되어 정확한 용접선(9)의 위치를 검출하기 위한 용접선추적부(7), 상기 용접선추적부(7)의 신호를 연산하여 용접선(9)의 정확한 위치에 따라 용접을 수행하도록 제어하는 제어부(8)를 포함한다.
이에 따라, 자동용접기는 용접선(9)의 위치를 정확히 검출하여 용접토치(4)를 용접선(9)에 대응되도록 이동시킴으로써 용접선(9)을 따라 정확한 용접이 이루어질 수 있게 된다.
위와 같은 종래의 자동용접기에 의한 용접을 실시하는 경우, 캐리지의 이송이 용접선(9)을 따라 정확히 이루어질 수 있도록, 파이프의 외주면에 레일(1)을 정확하게 체결하는 작업이 먼저 이루어진다.
상기 레일(1)은 통상 다수의 분절을 가지는 체인구조가 많이 이용되고 있고, 그러한 레일(1)을 파이프의 외주면에 고정시키는 작업은 매우 정밀하게 이루어질 필요가 있으므로, 많은 작업시간과 노력이 소요되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자동용접기와 같이 강관 등 파이프의 둘레를 주행하면서 작업하는 장치와 관련하여, 파이프의 외주면에 주행을 안내하는 레일을 정확히 설치하는 작업이 매우 간편하게 이루어질 수 있도록 레일의 설치상태를 자동으로 보정할 수 있는, 레일의 보정장치 및 그것을 이용한 레일의 설치방법을 제공하는 것이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 레일의 보정장치는, 본체와, 상기 본체와 결합되어 파이프의 외주면을 따라 주행하는 주행부와, 상기 본체에 설치되고 상기 파이프의 외주면에 감긴 레일의 위치를 보정하는 보정부와, 상기 본체에 설치되어 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브를 감지하는 감지부를 포함하되, 상기 주행부에 의해 상기 본체가 상기 파이프의 둘레를 따라 주행 시, 상기 감지부가 감지한 상기 파이프의 단부가 상기 본체 상의 감지기준위치로부터 떨어져 있는 이격거리를 확인하고, 상기 이격거리에 기초하여 상기 보정부가 상기 레일의 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 보정장치는, 상기 보정부가, 상기 감지기준위치와 동일하거나 일정거리로 이격된 보정기준위치를 가지고, 상기 감지기준위치와 상기 보정기준위치는 상기 본체를 기준으로 설정된 위치이며, 상기 보정부는, 상기 파이프의 길이방향을 기준으로, 상기 이격거리가 증가하면 상기 보정기준위치로부터 상기 레일까지의 거리를 감소시켜, 상기 파이프의 단부와 나란하도록 상기 레일을 보정하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 보정장치는, 상기 본체에 설치되어 상기 파이프의 외주면과의 간격을 2개 지점에서 측정하는 주행가이드부와, 상기 주행가이드부의 측정신호를 전달받아 상기 주행부을 제어하는 제어부가 포함되고, 상기 2개 지점에서 측정된 2개의 측정값의 차이가 기준범위를 벗어난 경우, 상기 제어부에 의해 상기 주행부가 조절되어 상기 2개의 측정값의 차이가 기준범위가 되도록 보정되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 다른 관점에서 본 발명에 따른 레일의 보정장치는, 본체와, 상기 본체와 결합되어 파이프의 외주면을 따라 주행하는 주행부와, 상기 본체에 설치되고 상기 파이프의 외주면에 감긴 레일의 위치를 보정하는 보정부와, 상기 본체에 설치되어 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브를 감지하는 감지부를 포함하되, 상기 감지부는, 상기 주행부의 주행 중, 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브와 상기 본체 사이의 거리에 관련된 감지값을 획득하고, 상기 보정부는 상기 감지값에 따라 상기 레일을 밀거나 당겨 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 보정장치는, 상기 감지부가, 상기 파이프의 단부 또는 상기 파이프의 단부가 형성하는 용접그루브를 추적하는 광포인터를 포함하고, 상기 보정부는, 상기 레일에 접촉하여 상기 레일을 상기 파이프의 길이방향으로 밀거나 당기기 위한 접촉자와, 상기 본체에 위치가 고정되고 상기 접촉자를 상기 파이프의 길이방향으로 이동시키는 구동자를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 보정장치는, 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브와, 상기 본체 사이의 거리와, 상기 보정부의 보정에 의해 결정되는 상기 레일과 상기 본체 사이의 거리의 합은 항상 일정하도록, 상기 보정부의 보정량이 결정되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 또 다른 관점에서 본 발명은, 용접할 단부를 가지는 파이프의 외주면에 레일을 감되, 상기 레일이 상기 파이프의 길이방향으로 미끄러짐이 가능하도록 가설치하는 1단계; 상기 파이프의 둘레를 따라 외주면을 주행하도록 주행부를 구비한 레일의 보정장치를 상기 파이프에 설치하는 2단계; 상기 보정장치가 상기 파이프의 둘레를 주행하면서 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브를 감지하고 상기 레일의 위치를 보정하되, 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브와 상기 본체 사이의 거리에 관련된 감지값을 획득하고, 상기 보정부는 상기 감지값에 따라 상기 레일을 밀거나 당겨 위치를 보정하는 3단계; 상기 3단계에서 보정된 상기 레일을 보정된 위치가 유지되도록 조여 상기 파이프 상에 고정시키는 4단계;를 포함하는 레일의 설치방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 설치방법은, 상기 3단계에서, 상기 파이프의 단부 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브와, 상기 본체 사이의 거리와, 상기 보정부의 보정에 의해 결정되는 상기 레일과 상기 본체 사이의 거리의 합은 항상 일정하도록, 상기 보정부의 보정량이 결정되는 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 설치방법은, 상기 3단계에서, 상기 레일의 보정장치에 구비되어 상기 파이프의 외주면과의 간격을 2개 지점에서 측정하는 주행가이드부가 포함되고, 그 2개 지점에서 측정된 2개의 측정값의 차이가 기준범위를 벗어난 경우, 상기 2개의 측정값의 차이가 기준범위가 되도록 상기 주행부가 보정되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레일의 보정장치와 레일의 설치방법은, 본체의 주행부와, 레일의 위치를 보정하는 보정부와, 파이프의 단부를 감지하는 감지부를 포함하고, 주행부에 의한 주행 시 본체로부터 파이프 단부의 이격된 거리를 확인하여 그에 따라 보정부가 레일의 위치를 보정할 수 있도록 구성하고 있다.
이에 따라, 파이프 외주면에 가설치된 레일의 설치상태를 자동으로 보정할 수 있으므로, 파이프의 외주면에 레일을 정확히 설치하는 작업이 매우 간편하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 레일의 보정장치와 레일의 설치방법은, 파이프의 외주면과의 간격을 2개 지점에서 측정하는 주행가이드부가 포함됨으로써, 파이프의 둘레를 따라 정확한 주행방향으로 주행할 수 있도록 하고, 보정부가 레일을 보정할 수 있는 범위 이상으로 본체가 주행궤도를 이탈하여 보정부의 정상적인 작동이 불가능한 상황이 되는 것을 회피할 수 있도록 한다.
도 1은 종래 파이프를 자동용접하는 자동용접기의 구성을 도시하는 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치의 전체 구성을 도시하는 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치의 정면구성을 도시하는 구성설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치의 측면구성을 도시하는 구성설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치의 후면구성을 도시하는 구성설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치에서 보정부의 구성을 도시하는 구성설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치에서 감지부의 구성을 도시하는 구성설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치에서 감지부를 변형한 구성을 도시하는 구성설명도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치에서 감지부의 이미지센서가 획득한 용접그루브의 이미지를 설명하는 설명도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치에서 감지기준위치 및 보정기준위치와 관련한 보정작용을 설명하는 설명도
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치와 관련하여, 가설치된 주행용 레일의 설치불량상태를 설명하는 설명도
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치에서 기준위치에 대한 파이프 단부 또는 용접그루브의 감지위치의 차이값 및 보정량의 변화를 다른 관점에서 설명하는 설명도
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자동용접기 등 주행용 레일의 보정장치는, 본체(10)와, 상기 본체(10)와 결합되어 파이프(70)의 외주면을 따라 주행하는 주행부(20)와, 상기 본체(10)에 설치되고 파이프(70)의 외주면에 감긴 레일(60)의 위치를 보정하는 보정부(30)와, 상기 본체(10)에 설치되어 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하는 감지부(40)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치는, 주행부(20)에 의해 본체(10)가 파이프(70)의 둘레를 따라 주행 시, 감지부(40)가 감지한 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)가 본체(10) 상의 감지기준위치로부터 떨어져 있는 이격거리(a)를 확인하고, 그 이격거리(a)를 보정부(30)에 전달하여 레일(60)의 위치를 보정한다.
본 실시예에 따른 레일의 보정장치는, 파이프(70)의 둘레를 따라 주행하면서 파이프(70) 단부에 대한 용접을 수행하는 기존의 자동용접기가 될 수 있고, 그 자동용접기는 본체(10)와 주행부(20)를 구비하고 있으므로, 보정부(30)와 감지부(40)를 추가 설치하여 레일의 보정장치로 활용될 수 있다.
또한, 레일의 보정장치는, 종래 자동용접기를 활용하지 않고 별개의 장치로써 구성하여, 파이프(70) 상에서 레일(60)의 보정을 수행한 후, 용접작업 시에는 기존 자동용접기를 교체설치하여 용접이 실시될 수 있다.
상기 본체(10)는 몸체를 구성하는 것으로서, 하부에 주행부(20)가 결합되어 주행부(20)에 의해 이동하며, 상기 보정부(30)와 감지부(40)가 결합되는 프레임의 역할을 한다.
상기 주행부(20)는 본체(10)의 하부에 결합된 바퀴(21,22)와 본체(10)에 결합된 주행모터를 구비하는 것으로서, 파이프(70)의 외주면을 따라 주행한다.
주행모터는 4개의 바퀴(21a,21b,22a,22b;21,22)가 파이프(70) 외주면에서 둘레를 따라 진원궤적으로 주행하도록 유도하고, 좌측 또는 우측바퀴(21,22)를 각각 구동시키는 좌측모터와 우측모터가 각각 구비되어 주행방향이 기준범위를 벗어난 경우 주행방향에 대한 보정이 이루어질 수 있도록 한다. 여기서, 좌측 또는 우측바퀴(21,22)는 본체(10)의 정면이 파이프(70)의 둘레방향을 향할 때 좌우에 각각 설치된 바퀴이다.
상기 좌측모터와 우측모터의 구동은 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 수행되도록 하고, 제어부는 주행가이드부(50)의 감지신호에 의해 기준범위를 벗어나 주행하는 것인지를 확인한 후, 주행부(20)의 주행방향에 대하여 제어한다. 상기 기준범위는 주행부(20)가 파이프(70)의 둘레를 따라 진원궤적으로 주행하는 것을 기준으로 허용오차를 둔 범위이다.
주행가이드부(50)는, 도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 본체(10)에서 주행방향을 기준으로 후단부에 설치되는 것이 바람직하고, 전단부에 설치되는 것도 가능하다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 주행가이드부(50)는 본체(10)의 하측에 있는 파이프(70)의 외주면과의 거리를 감지하는 2개의 적외선센서(51,52)를 구비함으로써, 하측에 있는 파이프(70)의 외주면과의 간격을 2개 지점에서 측정한다.
2개의 적외선센서(51,52)는 본체(10)에 소정간격으로 좌우에 설치되는 것이 바람직하고, 상기 적외선센서(51,52)는 거리를 측정할 수 있는 다른 센서로 대체될 수도 있다.
주행가이드부(50)가 2개 지점에서 측정하는 2개의 측정값의 차이가 기준범위를 벗어난 경우, 제어부에 의해 주행부(20)가 조절되어 2개의 측정값의 차이가 기준범위가 되도록 보정된다.
그 보정은 제어부가 좌측모터 및 우측모터에 의한 좌측 또는 우측바퀴(21,22)의 회전수를 달리하도록 제어하여, 주행방향을 좌측 또는 우측으로 미세하게 조절함으로써 이루어질 수 있다.
파이프(70)의 둘레를 따라 진원궤적으로 주행하는 경우, 좌우의 2개의 적외선센서(51,52)가 하측에 있는 파이프(70)의 외주면과의 거리를 측정 시, 2개 지점에서 측정하는 2개의 측정값의 차이는 없거나, 미소한 차이로서 기준범위 이내가 될 것이다.
그러나 만일 주행부(20)에 의해 파이프(70)의 둘레를 따라 진원궤적이 아닌 경사방향인 나선궤적으로 주행하는 경우, 2개의 적외선센서(51,52)가 각각 측정하는 파이프(70)의 외주면과의 거리는, 서로 차이가 남으로써 기준범위를 벗어난다.
이때, 제어부는 그 차이가 0이거나 기준범위 이내가 되도록 좌측모터 및 우측모터의 회전량을 제어하여 주행부(20)의 주행궤적이 정상범위로 복귀하도록 제어한다.
상기 주행가이드부(50)에 의한 주행방향의 보정은, 후술하는 보정부(30) 및 감지부(40)의 작용에 직접적으로 영향을 미치지 않으나, 주행방향이 파이프(70) 상에서 경사지게 설정되어 주행궤적을 크게 벗어나는 경우, 후술하는 보정부(30)가 레일(60)을 보정할 수 있는 범위 이상으로 본체(10)가 궤도를 이탈하여 보정부(30)의 정상적인 작동이 불가능하게 되므로, 그러한 상황을 회피할 수 있도록 보조하고 있다.
한편, 상기 보정부(30)는, 본체(10)에 설치되고, 감지부(40)가 감지한 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)의 이격거리(a)에 따라, 파이프(70)의 외주면에 감긴 레일(60)의 위치를 보정하는 부분이다.
상기 감지부(40)는 감지기준위치(A)를 가지고, 보정부(30)는 감지기준위치(A)와 동일하거나 일정거리로 이격된 보정기준위치(B)를 가진다.
도 10의 (a)를 참고하면, 상기 감지기준위치(A)와 보정기준위치(B)는 본체(10)를 기준으로 설정된 위치이므로, 주행하고 있는 본체(10)의 위치와는 무관하게 본체(10) 상에서 항상 일정하게 유지되는 위치이며, 본체(10) 상에서 항상 일정거리(L)로 서로 이격된 상태이다.
또는, 상기 감지기준위치(A)와 보정기준위치(B)는 본체(10) 상에서 동일 위치로 설정하여도 무방하고, 이 때 서로 이격된 상기 일정거리(L)는 0이다.
또한, 상기 감지기준위치(A)와 보정기준위치(B)는 반드시 본체(10) 내에 위치하여야 하는 것은 아니고, 본체(10)을 기준으로 고정된 위치에 설정되는 것이므로, 본체(10)를 기준으로 본체(10) 외부의 어떤 위치에 설정하는 것도 가능하다.
상기 보정부(30)는, 파이프(70)의 길이방향을 기준으로, 보정기준위치(B)로부터 보정부(30)의 보정에 의해 결정될 레일(60)의 위치가 결정되어, 그에 따라 레일(60)을 이동시키고, 파이프(70)의 단부 또는 용접그루브(71)와 나란하도록 레일(60)을 보정한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 보정부(30)는 레일(60)에 접촉하여 레일(60)을 파이프(70)의 길이방향으로 밀거나 당기기 위한 접촉자(31)와, 상기 본체(10)에 위치가 고정되고 접촉자(31)를 파이프(70)의 길이방향으로 이동시키는 구동자(33)를 포함한다.
접촉자(31)는 레일(60)의 양 측면에 접촉하는 한 쌍의 접촉돌기(31a,31b)를 포함하고, 본체(10)에 고정된 구동자(33)가 파이프(70)의 길이방향으로 한 쌍의 접촉돌기(31a,31b)를 밀거나 당기면, 그 한 쌍의 접촉돌기(31a,31b)가 레일(60)의 양 측면에서 레일(60)을 밀거나 당겨 레일(60)의 위치가 좌우로 미세하게 조절될 수 있다.
파이프(70)의 둘레를 따라 계속 주행하면서, 구동자(33)의 구동력에 의해 접촉자(31)가 레일(60)을 밀거나 당기는 작용을 계속 실시함으로써, 레일(60)이 파이프(70) 둘레를 따라 360°전체에서 정확한 위치로 보정될 수 있다.
상기 구동자(33)는 모터(33a)에 의해 작동하는 좌우방향의 선형구동기로 구성된다.
한편, 상기 감지부(40)는, 본체(10)에 설치되어 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하는 부분으로서, 감지부(40)가 감지한 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)가 감지기준위치(A)로부터 떨어져 있는 이격거리(a)를 확인하고, 이격거리(a)에 기초하여 보정부(30)가 레일(60)의 위치를 보정할 수 있도록 한다.
상기 이격거리(a)는, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)가 감지기준위치(A)로부터 떨어져 있는 거리이나, 감지기준위치(A)가 본체(10) 상에 설정된 기준위치로서 본체(10)의 어떤 위치에도 설정될 수 있는 바, 감지기준위치(A)가 본체(10)의 측면 끝에 위치하는 경우, 상기 이격거리(a)는 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와, 본체(10) 사이의 거리가 되는 것이고, 감지기준위치(A)가 본체(10)의 내부의 어떤 위치라 하더라도, 상기 이격거리(a)는, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와, 본체(10) 사이의 거리에 비례하는 값이 된다.
따라서, 상기 이격거리(a)는, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 본체(10) 사이의 거리에, 비례하는 것으로서 서로 직접 관련된 값이다.
감지부(40)가 감지한 정보는 제어부로 전달되어 이격거리(a)에 비례한 제어신호가 보정부(30)로 전달됨으로써 보정부(30)가 작동하게 할 수 있고, 또는 별도의 제어부가 구비되지 않는 경우, 감지부(40)가 감지한 감지신호가 직접 보정부(30)로 전달되어 보정부(30)의 작동이 이루어 질 수 있다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 감지부(40)는 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 추적하는 광포인터(41)를 포함한다.
파이프(70)는 단부에서 모따기되고 타 파이프의 모따기 된 단부와 맞대어져 V자형 용접그루브(71)를 형성하고 용접그루브(71)의 중심선이 용접선이 되는 것이며, 그 용접선은 파이프(70)의 단부(73)와 나란히 형성되는 것이므로, 감지부(40)의 감지대상이 파이프(70)의 단부(73)가 될 수도 있고 V자형의 용접그루브(71)가 될 수도 있다.
본 명세서에서 파이프(70)의 단부(73)는 모따기된 부분에서 모따기 경사가 시작되는 시작점이나 끝점 중 어느 것으로도 될 수 있다.
감지부(40)의 광포인터(41)는 1차원의 점이거나 2차원의 조사선(43)이 나타나는 레이저포인터가 될 수 있으며, 감지부(40)의 이미지센서(42)가 레이저포인터의 조사선(43)을 감지하고 그 조사선(43)으로부터 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)의 중심의 확인이 가능하다.
도 7을 참고하면, 맞대어지는 양 파이프(70)는 모따기되고 용접될 용접그루브(71)는 레이저포인터의 2차원 조사선(43)에 의해
Figure 112020078913958-pat00001
형상(44)으로 이미지센서(42)에 감지되므로, 파이프(70)의 단부(73)와 용접그루브(71)의 중심은 이미지에서 선이 꺾인 위치이므로 그 위치의 감지가 가능하다. 이는 파이프(70)가 맞대어지지 않고 단독으로 레이저포인터를 조사하더라도 단부가 꺾인 위치가 나타날 수 있으므로 감지가 가능하다.
1차원의 점으로 표시되는 레이저포인터의 경우에는, 경사가 시작되는 파이프(70)의 단부(73)와, 용접그루브(71)의 중심에서 점의 형상이 변화될 것이므로, 그 변화되는 형상에 의해 위치가 감지될 수 있다.
한편, 감지부(40)는 도 7과 같이, 광포인터(41)가 본체(10)에 고정되어 본체(10)를 기준으로 항상 동일 위치에 레이저를 조사하는 구성이거나, 도 8과 같이 조절모터(47a)를 가진 선형구동기(47)에 의해, 광포인터(41)가 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)에 조사되도록 본체(10)에서 파이프(70)의 길이방향으로 이미지센서(42) 및 광포인터(41)가 결합된 조절로드(46)를 계속 신축조절하는 구성일 수 있다.
광포인터(41)가 본체(10)에 고정되어 항상 동일 위치에 레이저를 조사하는 구성인 경우, 도 9와 같이, 이미지센서(42)의 이미지 내에서 기준위치(C)가 일정한 위치에 설정되어 있고, 용접그루브(71)의 중심 또는 파이프(70)의 단부(73)가 기준위치(C)를 벗어난 이격거리(a1 또는 a2)가 이미지 상에서 감지될 수 있다.
이 경우, 이미지 상의 기준위치(C)는 감지기준위치(A)와 항상 일정한 거리에 유지되거나 서로 동일하게 설정될 수 있는 것이므로, 이미지 상에서의 이격거리(a1 또는 a2)가 산출되면, 감지기준위치(A)와 파이프(70)의 단부(73) 사이 또는 감지기준위치(A)와 용접그루브(71) 사이의 이격거리(도 10의 a)가 산출될 수 있다.
도 8과 같이, 조절모터(47a)에 의해 광포인터(41)가 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)에 조사되도록, 본체(10)에서 파이프(70)의 길이방향으로 광포인터(41)가 결합된 조절로드(46)를 연속적 또는 설정시간단위마다 신축조절하는 구성인 경우, 이미지센서(42)는 광포인터(41)가 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)의 중심선에 위치를 맞추어 조사되도록 조절모터(47a)를 조절하여 이미지를 획득한다.
그 경우에는, 조절모터(47a)에 의한 조절로드(46)의 신축 시, 조절로드(46)가 본체(10) 상에 고정된 감지기준위치(A)로부터 이동하는 이동량에 의해 상기 이격거리(a)가 산출될 수 있다.
감지부(40)는 상기 이격거리(a)에 관한 감지신호를 제어부를 거쳐 보정부(30)로 전달하거나 직접 보정부(30)로 전달한다.
한편, 본체(10)의 저부에는 파이프(70)에 부착되는 자석이 설치됨으로써, 파이프(70)의 둘레를 따라 주행하여도 본 실시예의 레일의 보정장치가 중력에 의해 이탈되지 않도록 한다.
파이프(70)가 강관이 아닌 경우, 레일의 보정장치가 파이프(70)의 둘레에서 주행 시 낙하하지 않도록, 파이프(70)을 회전시키면서 작업이 실시되거나, 파이프(70)의 내면에 자석을 설치하여, 파이프(70)의 외면을 따라 주행하는, 레일의 보정장치를 유지시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 레일의 보정장치를 이용하여, 레일(60)을 설치하는 방법을 순차적으로 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 주행용 레일(60)의 설치방법은, 용접할 단부를 가지는 파이프(70)의 외주면에 레일(60)을 감되, 레일(60)이 파이프(70)의 길이방향으로 미끄러짐이 가능하도록 가설치하는 1단계와, 상기 파이프(70)의 둘레를 따라 외주면을 주행하도록 주행부(20)를 구비한 레일의 보정장치를 파이프(70)에 설치하는 2단계와, 상기 레일의 보정장치가 파이프(70)의 둘레를 주행하면서 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하고 레일(60)의 위치를 보정하되, 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 본체(10) 사이의 거리에 관련된 감지값을 획득하고, 상기 보정부(30)는 감지값에 따라 레일(60)을 밀거나 당겨 위치를 보정하는 3단계와, 상기 3단계에서 보정된 레일(60)을 보정된 위치가 유지되도록 조여 파이프(70) 상에 고정시키는 4단계를 포함한다.
상기 1단계는 용접할 단부를 가지는 파이프(70)의 외주면에 자동용접기 주행용 레일(60)을 가설치하는 것으로서, 레일(60)을 파이프(70) 외주면에 단단히 조이지 않고 마찰이동이 가능할 정도로 느슨하게 조여 설치하는 단계이다.
레일(60)이 파이프(70)의 길이방향으로 미끄러짐이 가능하도록 가설치하여야 향후 보정부(30)에 의해 레일(60)을 파이프(70) 상에서 밀거나 당겨 미세한 위치조절이 가능하다.
1단계에서 가설치된 레일(60)의 상태는, 통상 정확한 진원의 설치상태가 아니고, 도 11과 같이, 미세한 오차(β)가 발생한 상태에 있다.
상기 2단계는 주행용 레일(60)을 파이프(70)의 외주면에 가설치 한 후, 파이프(70)의 둘레를 따라 외주면을 주행하도록 주행부(20)를 구비한 레일의 보정장치를 파이프(70)에 설치하는 단계이다.
레일의 보정장치는 파이프(70)의 단부(73)와 레일(60) 사이의 위치에 배치되고, 본체(10) 저부의 자석에 의해 강관인 파이프(70)에 부착된 상태이며, 주행부(20)의 주행에 의해 자석이 파이프(70)의 외주면에서 미끄러지며 본체(10)가 주행할 수 있다.
또한, 보정부(30)의 접촉자(31)인 한 쌍의 접촉돌기(31a,31b)가 레일(60)의 양 측면에 접촉한 상태에서 레일(60)을 파이프(70)의 길이방향으로 밀거나 당길 수 있도록 배치하고, 감지부(40)의 광포인터(41)가 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부에 의해 형성되는 용접그루브(71)를 조사하도록 설정하며, 감지부(40)의 이미지센서(42)가 그것의 이미지를 획득하도록 초기상태가 설정된다.
감지기준위치(A)와 보정기준위치(B)는 본체(10)를 기준으로 하는 고정점이므로, 상기 초기상태에서 한 쌍의 접촉돌기(31a,31b)가 레일(60)에 접촉한 초기 위치를 보정기준위치(B)로 설정할 수 있고, 또한 상기 초기상태에서 감지부(40)에서 조사되는 광(레이저)으로부터 획득한 이미지 내에서 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부에 의해 형성되는 용접그루브(71)의 위치를, 감지기준위치(A)로 설정할 수 있다.
상기 3단계는 레일의 보정장치가 파이프(70)의 둘레를 주행하면서 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하고 레일(60)의 위치를 보정하는 단계이다.
주행이 진행되면, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 본체(10) 사이의 거리에 관련된 감지값을 획득하고, 상기 보정부(30)는 감지값에 따라 레일(60)을 밀거나 당겨 위치의 보정이 이루어진다.
보다 상세하게는, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부에 의해 형성되는 용접그루브(71)의 위치는, 감지부(40)가 획득한 이미지 상에서 감지기준위치(A)로부터 주행하면서 계속 변화하게 되고, 그 차이인 이격거리(a)가 실시간으로 제어부를 통해 보정부(30)로 전달되거나 직접 보정부(30)로 전달되어 보정부(30)의 레일(60)의 위치보정이 실시간으로 이루어진다.
보정부(30)는 상기 이격거리(a)에 관한 신호를 받아 실시간으로 본체(10)에 고정된 구동자(33)가 설정된 보정기준위치(B)에서 파이프(70)의 길이방향으로 한 쌍의 접촉돌기(31a,31b)를 밀거나 당기면, 도 11과 같이, 가설치되어 부분적으로 설치상태가 불량한 레일(60)이 보정되어 파이프(70)의 단부(73)와 나란한 상태로 보정이 이루어진다.
도 10을 참고하면, 본체(10) 상에서 감지기준위치(A)와 보정기준위치(B)는 간격 L을 항상 유지하면서 일정하고, 감지기준위치(A)에서 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)와의 이격거리(a)와, 보정기준위치(B)를 기준으로 레일(60)을 보정할 위치와의 거리(b)가 본체(10)에 대하여 변화하게 된다.
상기 보정부(30)의 보정작용은, 감지기준위치(A)와 보정기준위치(B) 사이의 간격 L과, 감지기준위치(A)에서 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)와의 이격거리(a)와, 보정기준위치(B)를 기준으로 레일(60)을 보정할 위치와의 거리(b)의 합이 항상 일정하도록 조절하는 것이다.
이를 다른 관점에서 살펴보면, 상기 보정부(30)에 의한 보정작용은, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 본체(10) 사이의 거리와, 상기 보정부(30)의 보정에 의해 결정되는 레일(60)과 본체(10) 사이의 거리의 합이, 항상 일정하도록 보정부(30)의 보정량이 결정된다고 볼 수 있다.
도 10의(b)를 참고하면, 감지기준위치(A) 및 보정기준위치(B)가 본체(10)를 기준으로 양 측단에 각각 설정될 수 있으므로, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 본체(10) 사이의 거리(a)와, 상기 보정부(30)의 보정에 의해 결정되는 레일(60)과 본체(10) 사이의 거리(b)의 합이 항상 일정하도록 레일(60)의 위치에 대한 보정이 이루어지면, 레일(60)은 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 일정간격을 유지하면서 서로 나란하게 설치될 수 있다.
한편, 또 다른 관점에서 조절모터(47a)에 의해 광포인터(41)가 파이프(70)의 길이방향으로 움직이면서 스캔하여 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)의 위치를 계속 확인하는 구성인 경우, 도 12의 (a)와 같이 본체(10)를 기준으로 파이프(70)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)로부터 설정간격(a) 떨어진 초기의 기준위치(C)를 세팅하고, 주행 중 그 설정간격(a)을 유지하는 위치가 상기 기준위치(C)와 차이가 나는지를 확인하여 도 12의 (b)와 같이 차이값(Δa)을 확인한 후, 그 차이값(Δa)을 보정부(30)의 보정량으로 계속 반영하면서 보정부(30)의 보정량이 결정된다.
초기 세팅 시에, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 레일(60)까지의 거리(d)가 세팅되어, 주행 중 그 거리(d)가 일정하게 유지되도록 보정부(30)의 보정이 이루어지는 것이다.
상기 차이값(Δa)은, 본체(10)에 대하여 파이프(7)의 단부(73) 또는 용접그루브(71)의 위치의 변화이거나, 본체(10)의 좌우방향 이동에 의해 증감하는 것이므로, 상기 차이값(Δa)은 결국, 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와, 본체(10) 사이의 거리에 관련된 값이다.
레일의 보정장치가 그러한 실시간 보정을 파이프(70)의 둘레를 따라 360°이상 수행함으로써 상기 3단계가 완료된다.
3단계 후, 보정된 레일(60)을 보정된 위치가 유지되도록 조여 파이프(70) 상에 고정시키는 4단계가 진행된다.
3단계까지의 레일(60)은 파이프(70) 상에서 레일(60)이 외력에 의해 마찰 이동가능하도록 느슨히 감긴 상태로 유지되고 있었으므로, 3단계의 위치 보정이 완료된 후, 레일(60)의 볼트를 단단히 조여, 파이프(70) 상에서 움직이지 않도록 고정한다.
이로써, 레일(60)이 파이프(70) 상에서 파이프(70)의 단부(73)와 나란한 상태로 설치완료될 수 있다.
이후에는 자동용접기가 레일(60)의 안내에 따라 주행하면서, 파이프(70)의 단부(73)가 형성하는 용접그루브(71)를 용접하는 작업이 이루어진다.
한편, 위의 3단계에서, 레일의 보정장치가 주행하는 과정 중, 주행가이드부(50)는 2개의 지점에서 적외선센서(51,52)에 의해 파이프(70)의 외주면과의 간격을 연속적으로 측정한다.
레일의 보정장치가 파이프(70) 둘레를 따라 진원궤적으로 주행하는 경우라면, 2개의 지점에서 각각 측정된 파이프(70)의 외주면과의 간격은 계속적으로 기준범위 내에 유지될 것이다.
만일, 레일의 보정장치가 진원궤적으로 주행 중, 점차 기울어져 비스듬한 나선궤적으로 주행방향이 변경되면, 원형인 파이프(70)의 곡면 형상에 의해, 2개의 지점에서의 측정값은 그 차이가 점차 증가하면서 기준범위를 벗어나게 된다.
상기 기준범위는 진원궤적을 주행하는 경우에 맞도록 오차를 고려하여 사전에 설정된다.
주행가이드부(50)에서 2개의 측정값의 차이가 기준범위를 벗어난 것으로 측정된 경우, 제어부는 상기 2개의 측정값의 차이가 기준범위 내가 되도록 제어부는 주행부(20)의 좌측모터와 우측모터의 회전수를 조절하여 기준범위로 복귀하도록 보정한다.
주행부(20)에 의한 주행이 파이프(70) 둘레의 진원궤적을 벗어나 주행가이드부(50)의 측정값이 상기 기준범위를 약간 벗어나더라도, 상기 감지부(40) 및 보정부(30)의 작용에는 영향을 주지 않는다.
주행가이드부(50)는, 보정부(30)가 레일(60)의 위치를 보정할 수 있는 한계를 초과할 정도로, 레일의 보정장치가 과도하게 궤도를 이탈하는 것을 방지하도록 하기 위해 설치된다.
위에서 설명한 레일의 보정장치는, 강관 등 파이프의 둘레를 따라 주행하면서 용접하는 자동용접기뿐 아니라, 파이프의 단부 근처에서 파이프의 둘레를 따라 주행하면서 파이프의 단부를 면취하는 면취기, 파이프의 둘레를 따라 주행하면서 파이프를 설정길이로 절단하는 컷팅기 등의 주행용 레일에도 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
10; 본체 20; 주행부
21a,21b,22a,22b;21,22; 바퀴 30; 보정부
31; 접촉자 31a,31b; 접촉돌기
33; 구동자 33a; 모터
40; 감지부 41; 광포인터
42; 이미지센서 43; 조사선
44;
Figure 112020078913958-pat00002
형상 46; 조절로드
47; 선형구동기 47a; 조절모터
50; 주행가이드부 51,52; 적외선센서
60; 레일 70; 파이프
71; 용접그루브 73; 단부

Claims (9)

  1. 본체(10)와,
    상기 본체(10)와 결합되어 파이프(70)의 외주면을 따라 주행하는 주행부(20)와,
    상기 본체(10)에 설치되고 상기 파이프(70)의 외주면에 감긴 레일(60)의 위치를 보정하는 보정부(30)와,
    상기 본체(10)에 설치되어 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하는 감지부(40)를 포함하되,
    상기 주행부(20)에 의해 상기 본체(10)가 상기 파이프(70)의 둘레를 따라 주행 시, 상기 감지부(40)가 감지한 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)가 상기 본체(10) 상의 감지기준위치(A)로부터 떨어져 있는 이격거리를 확인하고, 상기 이격거리에 기초하여 상기 보정부(30)가 상기 레일(60)의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 레일의 보정장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정부(30)는, 상기 감지기준위치(A)와 동일하거나 일정거리로 이격된 보정기준위치(B)를 가지고,
    상기 감지기준위치(A)와 상기 보정기준위치(B)는 상기 본체(10)를 기준으로 설정된 위치이며,
    상기 보정부(30)는, 상기 파이프(70)의 길이방향을 기준으로, 상기 이격거리가 증가하면 상기 보정기준위치(B)로부터 상기 레일(60)까지의 거리를 감소시켜, 상기 파이프(70)의 단부(73)와 나란하도록 상기 레일(60)을 보정하는 것을 특징으로 하는 레일의 보정장치
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 본체(10)에 설치되어 상기 파이프(70)의 외주면과의 간격을 2개 지점에서 측정하는 주행가이드부(50)와, 상기 주행가이드부(50)의 측정신호를 전달받아 상기 주행부(20)을 제어하는 제어부가 포함되고, 상기 2개 지점에서 측정된 2개의 측정값의 차이가 기준범위를 벗어난 경우, 상기 제어부에 의해 상기 주행부(20)가 조절되어 상기 2개의 측정값의 차이가 기준범위가 되도록 보정되는 것을 특징으로 하는 레일의 보정장치
  4. 본체(10)와,
    상기 본체(10)와 결합되어 파이프(70)의 외주면을 따라 주행하는 주행부(20)와,
    상기 본체(10)에 설치되고 상기 파이프(70)의 외주면에 감긴 레일(60)의 위치를 보정하는 보정부(30)와,
    상기 본체(10)에 설치되어 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하는 감지부(40)를 포함하되,
    상기 감지부(40)는, 상기 주행부(20)의 주행 중, 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와, 상기 본체(10) 사이의 거리에 관련된 감지값을 획득하고, 상기 보정부(30)는 상기 감지값에 따라 상기 레일(60)을 밀거나 당겨 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 레일의 보정장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감지부(40)는, 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부(73)가 형성하는 용접그루브(71)를 추적하는 광포인터(41)를 포함하고,
    상기 보정부(30)는, 상기 레일(60)에 접촉하여 상기 레일(60)을 상기 파이프(70)의 길이방향으로 밀거나 당기기 위한 접촉자(31)와, 상기 본체(10)에 위치가 고정되고 상기 접촉자(31)를 상기 파이프(70)의 길이방향으로 이동시키는 구동자(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레일의 보정장치
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와, 상기 본체(10) 사이의 거리와, 상기 보정부(30)의 보정에 의해 결정되는 상기 레일(60)과 상기 본체(10) 사이의 거리의 합은 항상 일정하도록, 상기 보정부(30)의 보정량이 결정되는 것을 특징으로 하는 레일의 보정장치
  7. 용접할 단부를 가지는 파이프(70)의 외주면에 레일(60)을 감되, 상기 레일(60)이 상기 파이프(70)의 길이방향으로 미끄러짐이 가능하도록 가설치하는 1단계;
    상기 파이프(70)의 둘레를 따라 외주면을 주행하도록 주행부(20)를 구비한 레일의 보정장치를 상기 파이프(70)에 설치하는 2단계;
    상기 레일의 보정장치가 상기 파이프(70)의 둘레를 주행하면서 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)를 감지하고 상기 레일(60)의 위치를 보정하되, 상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와 상기 본체(10) 사이의 거리에 관련된 감지값을 획득하고, 상기 보정부(30)는 상기 감지값에 따라 상기 레일(60)을 밀거나 당겨 위치를 보정하는 3단계;
    상기 3단계에서 보정된 상기 레일(60)을 보정된 위치가 유지되도록 조여 상기 파이프(70) 상에 고정시키는 4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레일의 설치방법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 3단계에서,
    상기 파이프(70)의 단부(73) 또는 그 단부가 형성하는 용접그루브(71)와, 상기 본체(10) 사이의 거리와, 상기 보정부(30)의 보정에 의해 결정되는 상기 레일(60)과 상기 본체(10) 사이의 거리의 합은 항상 일정하도록, 상기 보정부(30)의 보정량이 결정되는 것을 특징으로 하는 레일의 설치방법
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 3단계에서,
    상기 레일의 보정장치에 구비되어 상기 파이프(70)의 외주면과의 간격을 2개 지점에서 측정하는 주행가이드부(50)가 포함되고, 그 2개 지점에서 측정된 2개의 측정값의 차이가 기준범위를 벗어난 경우, 상기 2개의 측정값의 차이가 기준범위가 되도록 상기 주행부(20)가 보정되는 것을 특징으로 하는 레일의 설치방법
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