KR102194057B1

KR102194057B1 - 자동 용접 장치

Info

Publication number: KR102194057B1
Application number: KR1020200030404A
Authority: KR
Inventors: 김주호; 정창욱; 최상구
Original assignee: 현대건설기계 주식회사
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-12-22
Also published as: CN113385843B; CN113385843A

Abstract

본 발명은 제관품을 용접하기 위한 용접 유닛; 상기 용접 유닛을 장착하고 상기 용접 유닛의 위치 조절을 가이드하는 갠트리 유닛; 및 상기 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛을 포함하고, 상기 포지셔너 유닛은 상기 갠트리 유닛의 일부에 장착되는 자동 용접 장치를 제시한다.

Description

자동 용접 장치{Automatic welding apparatus}

본 발명은 자동 용접 장치에 관한 것으로, 특히 용접 유닛이 장착되는 갠트리 유닛과 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛을 구비하는 자동 용접 장치에 관한 것이다.

최근, 제조 원가의 절감 및 품질 향상, 산업재해 예방 등을 위해 용접 자동화가 활발히 이루어지고 있다. 그 핵심 장치로서 로봇의 사용이 대중화되어 용접 로봇을 이용하여 굴삭기의 암 구조물, 선박 또는 자동차 등 대형 제품을 용접하고 있다. 이중 굴삭기의 암 구조물을 예로 들어 용접 로봇에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 굴삭기의 구조에 대해 설명하면, 굴삭기는 도 1에 도시된 바와 같이 하부 주행체(10)와, 하부 주행체(10) 상에 선회 가능하게 장착되는 상부 선회체(20)와, 상부 선회체(20) 전방에 장착되는 작업 장치(30)를 포함할 수 있다.

상부 선회체(20)는, 상부 프레임(40)에 탑재되는 운전실 캡(22)을 구비하고, 운전실 캡(22)의 후방에는 엔진 및 카운터 웨이트(counter weight) 등이 탑재된다. 상부 프레임(40)의 전방에는 작업 장치(30) 및 유압 장치가 연결되는데, 작업 장치(30)는 상부 프레임(40)의 전방에 회동 가능하게 장착되며 관절 연결된 붐(31), 암(32) 및 버킷(bucket)(33)을 포함하고, 이들을 각각 동작시키기 위한 붐 실린더(35), 암 실린더(36) 및 버킷 실린더(37)를 포함한다. 이하, 붐(31) 및 암(32)을 '암 구조물'이라 칭한다.

굴삭기의 암 구조물은, 상판, 측판, 하판 등의 여러 개의 판재를 맞대어 용접하여 팔 모양의 구조물을 만들고, 팔 모양의 구조물에 암 실린더(36)와 버킷 실린더(37)를 연결하기 위한 러그(lug) 등이 용접된 형태로 이루어진다. 이러한 암 구조물은 상판, 측판, 하판 및 러그들을 둘레 몇 군데에 단속 용접(tack welding) 하는 방법으로 가접(假接)을 수행한 후 자동 용접 로봇 라인에 투입하여 로봇에 의해 본 용접을 수행한다.

종래의 자동 용접 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 관절 구조로 이루어지며 끝단에 용접 토치가 장착되어 용접 토치를 움직이는 용접 로봇(50)과, 용접 로봇(50)을 장착하고 좌우 이동하는 갠트리 유닛(60)과, 암 구조물 등의 제관품을 클램핑하고 회전시키는 포지셔너 유닛(70)을 포함한다.

갠트리 유닛(60)은 제1 수평 방향(X 방향)으로 마련되는 제1 축(61)과, 제1 축(61)과 직교하며 제2 수평 방향(Y 방향)으로 마련되는 제2 축(62), 그리고 수직 방향(Z 방향)으로 마련되는 제3 축(63)을 포함한다. 이때, 용접 로봇(50)은 제 3 축(63) 상에 마련된다.

또한, 포지셔너 유닛(70)은 갠트리 유닛(60)과 이격되어 두개의 지지축(71)이 마련되고 지지축(71)에 서로 마주보도록 클램핑부(72)이 각각 마련되어 두개의 클램핑부(72)이 용접 로봇(50)의 하측에 위치하도록 제관품을 클램핑한다. 또한, 포지셔너 유닛(70)은 제관품의 용접 위치를 변경하기 위해 전후진, 상하, 회전 방향으로 구동될 수 있다. 즉, 클램핑부(72)은 서로 가까워지거나 멀어지도록 수평 방향(즉, X 방향)으로 이동하고, 수직 방향(즉, Z 방향)으로 이동하며, 회전하게 된다. 이러한 종래의 자동 용접 장치는 포지셔너 유닛(70)에 암 구조물을 장착한 후 포지셔너 유닛(70), 갠트리 유닛(60) 및 용접 로봇(50)을 적어도 하나 움직여 용접을 수행한다.

상기한 바와 같이 종래의 자동 용접 장치는 용접 로봇이 부착된 갠트리 유닛과 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛이 분리된다. 그런데, 종래의 자동 용접 장치는 로봇 용접을 수행하기 이전에 각 유닛의 설치 위치 선정 및 측정 정밀도가 매우 중요하며, 이를 확보하기 위해 많은 시행 착오와 시간이 필요한 문제점이 있다. 즉, 갠트리 유닛과 포지셔너 유닛의 수평도, 평행도, 설치 높이의 매우 높은 정밀도가 요구되며, 이를 위해 많은 시간이 필요하다. 또한, 각 유닛의 위치 및 설치 정밀도는 동일 구동 프로그램을 이용하여 용접 로봇을 구동하기 위해서 매우 중요하다.

본 발명은 용접 유닛의 동작을 위한 갠트리 유닛과 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛을 일체화한 일체형 자동 용접 장치를 제공한다.

본 발명은 갠트리 유닛과 포지셔너 유닛을 일체화하면서 용접 유닛의 접근성과 제관품의 용접 자세를 자유롭게 구현할 수 있는 자동 용접 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 자동 용접 장치는 제관품을 용접하기 위한 용접 유닛; 상기 용접 유닛을 장착하고 상기 용접 유닛의 위치 조절을 가이드하는 갠트리 유닛; 및 상기 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛을 포함하고, 상기 포지셔너 유닛은 상기 갠트리 유닛의 일부에 장착된다.

구체적으로, 상기 갠트리 유닛은, 수직 방향으로 마련된 칼럼과, 상기 칼럼의 상측에 상기 칼럼과 직교하는 제 1 수평 방향 및 제2 수평 방향으로 마련된 수평부와, 상기 수평부의 일부에 상기 수평부와 직교하는 수직 방향으로 마련되며 일면에 상기 용접 유닛이 장착된 수직부를 포함하며, 상기 수직부는 상기 수평부 상에서 상기 제 1 수평 방향 또는 상기 제2 수평 방향으로 이동 가능하며, 상기 용접 유닛은 상기 수직부 상에서 상기 수직 방향으로 이동 가능할 수 있다.

구체적으로, 청구항 2에 있어서, 상기 포지셔너 유닛은, 상기 칼럼 상에 상기 제 1 수평 방향으로 결합된 회전부와, 상기 회전부의 양단부에 각각 마련되어 제관품을 클램핑하고 제관품을 상기 회전부의 길이 방향을 중심으로 하여 선회시키는 클램핑부와, 상기 칼럼과 상기 회전부의 결합 위치에 마련되어 상기 회전부를 틸팅시키는 회전축을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 회전축은, 일단이 칼럼에 고정되며 일부가 상기 회전부를 관통하여 마련된 고정부와, 상기 고정부와 이격되어 상기 고정부를 둘러싸도록 마련된 틸팅부와, 상기 고정부와 틸팅부 사이에 마련된 윤활부를 포함한다.

상기 회전축은, 상기 고정부의 일단을 지지하는 지지부를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 용접 유닛에 관련된 모든 축들이 하나의 구조물에 설치되어 연동 동작이 이루어진다. 즉, 용접 유닛을 고정하고 움직이기 위한 갠트리 유닛의 일부에 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛이 고정되어 제관품의 위치 이동 및 용접이 갠트리 유닛 내에서 이루어진다.

따라서, 갠트리 유닛과 포지셔너 유닛이 별도로 구비되는 종래에 비해 설치를 위한 측량 작업이 불필요하여 설치 위치 선정 및 시운전에 소요되는 시간을 상당히 줄일 수 있다.

또한, 로봇 용접을 위한 최적의 자세를 완벽하게 구현할 수 있어 용접 품질 확보에 큰 효과가 있다.

그리고, 갠트리 유닛과 포지셔너 유닛이 일체화된 자동 용접 장치를 설치한 후 상호 다른 곳에 설치한 시스템과 로봇 프로그램의 호환이 가능하여 로봇 티칭 시간을 크게 단축할 수 있다.

도 1은 일반적인 굴삭기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 종래의 암 구조물을 용접하는 자동 용접 장치의 정면도 및 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 일부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 일부 구성도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 평면도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치의 일부 정면도이고 도 7은 자동 용접 장치의 일부 측면도이다. 즉, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치를 구성하는 포지셔너 유닛의 회전축을 도시한 도면으로서, 회전축의 정면도 및 측면도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치는 제관품의 용접을 위한 용접 토치를 구비하고 다수의 관절 구조로 이루어진 용접 유닛(100)과, 용접 유닛(100)을 장착하고 용접 유닛(100)의 위치를 조절하는 갠트리 유닛(200)과, 갠트리 유닛(200)의 일부에 장착되며 암 구조물 등의 제관품을 클램핑하는 포지셔너 유닛(300)을 포함할 수 있다. 여기서, 포지셔너 유닛(300)은 갠트리 유닛(200)에 장착되며, 갠트리 유닛(200)의 일부를 기준으로 적어도 두 방향으로 움직일 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치를 각 구성별로 설명하면 다음과 같다.

1. 용접 유닛

용접 유닛(100)은 갠트리 유닛(200)의 일부에 마련되며, 다수의 관절 구조로 이루어져 말단부에 용접 토치가 마련될 수 있다. 용접 토치는 예를 들어 이산화탄소 가스와 와이어를 이용해 용접 작업이 수행되도록 할 수 있다. 이때, 용접 유닛(100)은 말단의 용접 토치가 하측을 향하도록 마련될 수 있다. 즉, 용접 토치가 포지셔너 유닛(300)에 클램핑된 제관품과 마주보도록 하측을 향하여 마련될 수 있다.

이러한 용접 유닛(100)은 다수의 관절 구조로 이루어지므로 관절의 굽힘 및 펼침 동작에 의해 하측으로의 거리를 조절할 수 있다. 즉, 용접 유닛(100)은 다관절 구조로 이루어져 포지셔너 유닛(300)에 클램핑된 제관품을 다양한 각도, 즉 직선 및 곡선 등의 3차원으로 동작 가능하도록 구성된다. 이를 위해 다수의 관절 각각에 서보모터(AC-Servo motor)가 구비되어, 서보모터의 제어를 통해 용접 유닛(100)의 정밀한 움직임이 가능하게 된다.

또한, 용접 유닛(100)은 갠트리 유닛(200)의 일부를 따라 일 방향으로 왕복 이동될 수 있다. 즉, 용접 유닛(100)은 갠트리 유닛(200)의 일부를 따라 이동할 수 있는데, 이에 대해서는 갠트리 유닛(200) 설명 시 설명하겠다.

한편, 도시되지 않았지만, 용접 토치의 상방에는 화상 카메라가 더 구비되어 용접 작업을 실시간으로 촬영할 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, 용접 유닛(100)의 단부에 설치된 화상 카메라를 컴퓨터에 연결하여 용접 상태를 실시간으로 확인하거나 작업영상을 저장할 수 있도록 구성할 수 있다.

2. 갠트리 유닛

갠트리 유닛(200)은 용접 유닛(100)과 포지셔너 유닛(300)이 장착될 수 있다. 즉, 갠트리 유닛(200)은 용접 유닛(100)을 고정하고 용접 유닛(100)의 이동을 가이드하며, 이와 동시에 포지셔너 유닛(300)을 고정할 수 있다. 이때, 용접 유닛(100)과 포지셔너 유닛(300)은 암 구조물 등의 제관품을 사이에 두고 이격되어 마련될 수 있다.

이러한 갠트리 유닛(200)은 복수의 축을 따라 마련되는 구성들을 포함하며, 즉 복수의 수직 및 수평 구조를 포함할 수 있다. 즉, 갠트리 유닛(200)은 지면에 지지되는 칼럼(210)을 갖고, 칼럼(210)에 의해 지지되며 제1 수평 방향(X 방향)으로 마련된 제1 수평부(220)와, 제1 수평부(220) 상에 구비되며 제2 수평 방향(Y 방향)으로 마련되는 제2 수평부(230)와, 수직 방향(Z 방향)으로 마련되는 수직부(240)를 포함할 수 있다.

이때 제2 수평부(230)는,제1 수평부(220)와 수직부(240) 사이에 구비되어 제1 수평부(220) 상에 수직부(240)를 연결한다.

칼럼(210)은, 일 단부가 지면에 고정되어 지면과 수직한 방향(Z 방향)으로 마련되며, 제1 수평부(220)를 지면으로부터 상방의 일정 높이 상에 지지하게 된다. 칼럼(210)과 제1 수평부(220)는 전체적으로 T자 모양을 이룰 수 있다.

제1 수평부(220)는, 칼럼(210)의 일 단부(하단)와 수직 방향으로 이격된 타 단부(상단)에 고정되어, 칼럼(210)의 길이 방향(Z 방향)과 직교하는 제1 수평 방향(X 방향)으로 마련되고, 제1 수평축을 이룰 수 있다.

제2 수평부(230)는, 제1 수평부(220)에 마련되어 제1 수평 방향(X 방향)과 직교하는 제2 수평 방향(Y 방향)을 따라 마련되며, 제2 수평축을 이룰 수 있다. 제2 수평부(230)는 제1 수평부(220) 상에서 제1 수평 방향(X 방향)을 따라 이동 가능하게 마련될 수 있다.

수직부(240)는, 제2 수평 방향(Y)으로 놓이는 제2 수평부(230)의 일부에 접촉되고 제2 수평 방향(Y 방향)과 직교하는 수직 방향(Z 방향)으로 마련되며, 수직축을 이룰 수 있다. 또한 수직부(240)는 하측, 즉 지면 방향으로 다수 관절 구조의 용접 유닛(100)이 마련되어, 용접 유닛(100)이 수직 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 구조로 마련될 수 있다.

따라서 수직부(240)는 제2 수평 방향(Y 방향)을 따라 이동할 수 있으며, 용접 유닛(100)이 수직부(240)를 따라 수직 방향(Z 방향)으로 이동할 수 있다.

물론 앞서 언급한 것과 같이, 수직부(240)와 제1 수평부(220) 사이에 제2 수평 방향(Y 방향)으로 제2 수평부(230)가 구비되므로, 수직부(240)와 제1 수평부(220) 사이의 제2 수평 방향을 따르는 이격 거리가 가변될 수 있다.

이러한 갠트리 유닛(200)의 구성을 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

칼럼(210)은 지면으로부터 수직 방향(Z 방향)으로 소정 높이로 마련될 수 있다. 즉, 칼럼(210)은 하면이 지면에 고정되고 수직 방향으로 소정 높이로 마련될 수 있다.

이때, 칼럼(210)은 수직 방향으로 서로 다른 굵기로 마련될 수 있는데, 하부로부터 소정 높이까지 굵게 마련될 수 있고, 그에 따라 칼럼(210)이 안정적으로 고정될 수 있다. 즉, 칼럼(210)은 하부로부터 제 1 높이까지 제 1 굵기로 마련되고, 제 1 높이로부터 나머지가 제 2 굵기보다 얇은 제 2 굵기로 마련될 수 있다. 이때, 제 1 높이는 포지셔너 유닛(300)이 장착된 높이일 수 있다. 즉, 칼럼(210)은 포지셔너 유닛(300)이 장착된 높이 또는 이보다 높은 높이까지 제 1 굵기를 갖고, 포지셔너 유닛(300)이 장착된 영역 상측이 제 2 굵기를 가질 수 있다. 이때, 칼럼(210)은 제 1 굵기를 갖는 영역과 제 2 굵기를 갖는 영역이 일체로 제작될 수 있으나, 칼럼(210)이 모두 제 2 굵기를 갖고 제 1 굵기 영역까지 보강재가 덧대어 마련될 수도 있다.

한편, 칼럼(210)은 암 구조물 등의 제관품의 높이, 용접 유닛(100)의 펼침 길이, 제관품과 용접 유닛(100) 사이의 작업 공간 등을 고려한 높이로 마련될 수 있다.

이러한 칼럼(210)은 제1 수평부(220), 수직부(240) 및 용접 유닛(100), 그리고 포지셔너 유닛(300)과 제관품을 지지하게 된다. 즉, 칼럼(210)은 본 발명에 따른 자동 용접 장치를 지지하는 지지대의 기능을 한다. 따라서, 칼럼(210)은 이러한 구조들의 하중을 충분히 지지할 있는 강성을 가지는 것이 바람직하며, 이를 위해 칼럼(210)은 예를 들어 소정의 굵기(또는 두께)를 갖는 철 구조물로 제작될 수 있다.

한편, 제1 수평부(220)는 칼럼(210)의 상단에 고정 설치됨에 따라, 제1 수평부(220)의 높이는 칼럼(210)의 높이에 의해 고정될 수 있다. 다만 포지셔너 유닛(300)에 의해 파지된 제관품에 용접 유닛(100)이 접근할 수 있도록 용접 유닛(100)의 위치 조정에는 수직부(240)가 사용될 수 있다.

제1 수평부(220)는 칼럼(210)의 상단에 결합된다. 이때, 제1 수평부(220)는 소정의 길이를 갖는 바 형태로 마련되며 중앙부가 칼럼(210)에 결합될 수 있다.

이러한 제1 수평부(220)는 용접 유닛(100)과 수직부(240)를 지지한다. 즉, 제1 수평부(220)는 용접 유닛(100)을 지지하는 수직부(240) 및 제2 수평부(230)를 지지한다. 따라서, 제1 수평부(220)는 용접 유닛(100)과 수직부(240) 등의 하중을 지지해야 하며, 이를 위해 제1 수평부(220)는 용접 유닛(100)과 수직부(240) 및 제2 수평부(230)의 하중을 지지할 수 있도록 내부가 중공된 철재로 형성될 수 있다.

이때, 제1 수평부(220)는 제관품의 길이에 따른 작업 공간의 길이보다 같거나 긴 길이로 마련될 수 있다. 즉, 제관품 길이보다 제1 수평부(220)의 길이가 짧을 경우 제1 수평부(220)에 가이드되어 이동되는 용접 유닛(100)의 작업 공간이 짧아질 수 있다. 따라서, 제1 수평부(220)의 길이는 제관품의 길이에 따른 작업 공간의 길이보다 길게 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 제1 수평부(220)는 칼럼(210)의 상단에 볼트와 너트를 이용하여 결합되거나, 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.

이러한 제1 수평부(220)는 제2 수평 방향(Y)으로 마련되는 제2 수평부(230)를 지지하며, 제2 수평부(230)의 이동을 가이드할 수 있다. 즉, 제2 수평부(230)는 제1 수평부(220)를 따라 제 1 수평 방향(X 방향)으로 왕복 이동할 수 있다.

제2 수평부(230)는 제1 수평부(220)를 이동 축으로 하여 다양한 수단에 의하여 이동 가능하도록 마련될 수 있다. 일례로 제2 수평부(230)와 제1 수평부(220)는 랙(rack)과 피니언(pinion)이 서로 맞물린 구조를 통하여, 피니언의 회전에 의해 제2 수평부(230)가 제1 수평부(220) 상에서 제1 수평 방향으로 이동하도록 마련될 수 있다.

물론 랙 앤 피니언 구조 외에, 제1 수평부(220) 상에서 제2 수평부(230)가 이동 가능하다면 체인, 벨트, 풀리 등의 구조들을 제한 없이 사용 가능할 것이다.

따라서, 제1 수평부(220)는 제2 수평부(230)의 제 1 수평 방향(X 방향)으로의 이동을 가이드할 수 있다. 즉, 제관품이 포지셔너 유닛(300)에 클램핑되고 제1 수평부(220)는 용접 유닛(100)이 제 1 수평 방향(X 방향)으로 이동될 수 있도록 하여 제관품의 길이에 따라 용접 유닛(100)이 좌우로 이동되는 경로를 형성하여 좌우측 길이가 긴 제관품의 용접이 용이하게 실시될 수 있도록 한다.

제2 수평부(230)는, 제1 수평부(220)의 일측에 결합된다. 이러한 제2 수평부(230)는 용접 유닛(100)이 연결되는 수직부(240)를 지지한다. 제2 수평부(230)는 수직부(240)의 제2 수평 방향(Y 방향)으로의 이동을 가이드할 수 있다. 즉 수직부(240)는 제2 수평부(230)를 따라 제2 수평 방향으로 왕복 이동한다.

수직부(240)는 제2 수평부(230)를 이동축으로 하여 다양한 수단에 의해 이동 가능하도록 마련될 수 있다. 일례로 수직부(240)와 제2 수평부(230)는 랙과 피니언이 맞물리는 구조를 사용할 수 있다. 따라서 앞선 설명에서와 같이, 피니언의 회전에 의해 수직부(240)가 제2 수평부(230) 상에서 제2 수평 방향으로 이동할 수 있다.

수직부(240)는 제2 수평부(230)의 일측에 결합된다. 이러한 수직부(240)는 용접 유닛(100)을 지지한다. 따라서, 수직부(240)는 용접 유닛(100)의 하중을 지지해야 하며, 이를 위해 수직부(240)는 용접 유닛(100)의 하중을 지지할 수 있도록 내부가 중공된 철재로 형성될 수 있다.

이러한 수직부(240)는 용접 유닛(100)을 지지하며, 용접 유닛(100)의 이동을 가이드할 수 있다. 즉, 용접 유닛(100)은 수직부(240)를 따라 수직 방향(Z 방향)으로 왕복 이동할 수 있다.

수직부(240) 상에서 용접 유닛(100)의 이동은, 제1 수평부(220) 상에서 제2 수평부(230)의 제1 수평 방향 이동 또는 제2 수평부(230) 상에서 수직부(240)의 수평 방향 이동과 동일한 구조를 사용할 수 있다. 즉 일례로 수직부(240)와 용접 유닛(100) 중 어느 하나에는 랙이 마련되고 다른 하나에는 피니언이 구비되어, 피니언의 회전에 의하여 용접 유닛(100)이 수직부(240)의 축을 따라 수직 방향으로 위치 이동되도록 할 수 있다.

물론 앞서 설명한 것과 같이, 랙 앤 피니언 외의 다양한 구조가 용접 유닛(100)의 수직 이동을 위하여 사용될 수 있음은 당연하다.

따라서, 수직부(240)는 용접 유닛(100)의 수직 방향(Z 방향)으로의 이동을 가이드할 수 있다. 즉, 제관품이 포지셔너 유닛(300)에 클램핑되고 제1 수평부(220)는 용접 유닛(100)이 제 1 수평 방향(X 방향)으로 이동될 수 있도록 하고 수직부(240)는 용접 유닛(100)이 수직 방향(Z 방향)으로 이동될 수 있도록 하여 제관품의 길이 및 폭에 따른 작업 공간에 따라 용접 유닛(100)이 좌우 및 전후로 이동되는 경로를 형성하여 제관품의 용접이 용이하게 실시될 수 있도록 한다.

3. 포지셔너 유닛

포지셔너 유닛(300)은 갠트리 유닛(200)의 일부에 결합된다. 즉, 포지셔너 유닛(300)은 갠트리 유닛(200)의 칼럼(210)에 결합된다. 이러한 포지셔너 유닛(300)은 제관품을 클램핑하고 제관품의 위치를 조절한다.

또한, 포지셔너 유닛(300)은 클램핑된 제관품의 위치를 변화시킬 수 있는데, 클램핑된 제관품을 회전시키거나 제1 수평 방향(X)으로 이동시킬 수 있다. 다만 포지셔너 유닛(300)은 칼럼(210) 상에서 상하로 이동하지 않고 회전축(330)에 의해 회전 가능하게 놓이는데, 제관품을 향해 용접 유닛(100)이 제1 수평부(220)와 제2 수평부(230) 및 수직부(240)에 의해 이동 가능하므로 용접에는 문제 없다.

포지셔너 유닛(300)은, 칼럼(210)의 중심에서 회전 가능하도록 마련될 수 있다. 이 경우 포지셔너 유닛(300)은 바 형태의 제관품이 중심에서 선회하여 좌측 및 우측의 두 말단부의 높낮이를 조절하여 경사지게 할 수 있다.

이러한 포지셔너 유닛(300)은 제 1 수평 방향(X 방향)으로 마련되며 중앙부가 갠트리 유닛(200)의 칼럼(210)에 결합된 회전부(310)와, 회전부(310)의 양단부에 각각 마련되어 제관품을 클램핑하고 제관품을 회전부(310)의 길이 방향(일례로 제1 수평 방향일 수 있으나 회전부(310)가 칼럼(210)에 대해 회전함에 따라 방향이 달라질 수 있음)으로 이동시키거나 회전부(310)의 길이 방향을 축으로 하여 선회시키는 클램핑부(320)를 포함한다.

또한 포지셔너 유닛(300)은, 칼럼(210)과 회전부(310)의 결합 위치에 마련되어 회전부(310)를 선회시키는 회전축(330)을 포함할 수 있다.

회전부(310)는 제1 수평부(220)와 이격되어 칼럼(210)에 결합된다. 즉, 회전부(310)는 제1 수평부(220)와 동일 방향(X 방향)으로 마련된다. 다만 이는 회전부(310)가 칼럼(210)에서 회전하지 않은 기본 상태일 경우를 의미하며, 회전부(310)가 회전하면 회전부(310)는 제1 수평부(220) 대비 얼마든지 기울어진 상태로 놓일 수 있다. 다만 이하에서 편의상 회전부(310)는 도면에 나타난 것과 같이 제1 수평부(220)와 평행한 상태인 것으로 보고 설명한다.

이러한 회전부(310)는 소정의 길이를 갖는 바 형태로 마련되며 중앙부가 칼럼(210)에 결합될 수 있다. 이때, 회전부(310)는 제1 수평부(220)와 동일한 길이로 마련될 수 있다. 그러나, 회전부(310)는 제1 수평부(220)보다 길게 마련될 수 있는데, 이 경우 말단부의 두 클램핑부(320) 사이의 거리는 제1 수평부(220)의 길이와 동일할 수 있다.

이러한 회전부(310)는 클램핑부(320)를 통해 제관품을 지지한다. 따라서, 회전부(310)는 클램핑부(320)와 제관품의 하중을 지지할 수 있도록 예를 들어 철재로 형성될 수 있다. 이때, 회전부(310)는 제1 수평부(220)와 동일 형상 및 재질로 제작될 수 있다. 즉, 제1 수평부(220)와 회전부(310)는 동일 길이, 동일 두께 또는 굵기 및 동일 재질을 가질 수 있다.

한편, 회전부(310)의 중앙부, 즉 회전부(310)와 칼럼(210) 사이에 회전축(330)이 마련된다. 이때, 회전부(310)에 개구가 형성되고 개구 내에 회전축(330)의 적어도 일부가 마련될 수 있다.

클램핑부(320)는 회전부(310)의 두 말단부에 각각 마련될 수 있다. 이러한 클램핑부(320)는 제관품의 두 말단부를 각각 클램핑하여 제관품을 고정 지지한다. 클램핑부(320)는 제관품의 형태에 따라 다양한 형상으로 구성될 수 있고, 제관품의 회전, 선회, 승강시 제관품의 유동을 방지하도록 제관품을 구속할 수 있다.

이를 위해 클램핑부(320)는 예를 들어 제관품의 두 말단부 가장자리를 잡아 고정하도록 적어도 2개의 고정 클립이 마련될 수 있고, 적어도 2개의 고정 클립을 지지하도록 지지대가 마련될 수 있다.

또한, 회전부(310)로부터 수직 방향(Z 방향)으로 연장부가 마련되고 연장부 상에 지지대가 마련될 수 있다. 즉, 회전부(310)의 두 끝단으로부터 두개의 연장부가 수직 방향(Z 방향)으로 각각 마련되고 두개의 연장부 상에 지지대가 각각 마련되며, 각각의 지지대의 적어도 두 가장자리로부터 고정 클립이 마련될 수 있다. 따라서, 제관품의 두 측면이 지지대에 대면하도록 클램핑부(320) 사이에 인입되고 고정 클립이 오므라져 제관품을 잡아 고정시킬 수 있다.

또한, 클램핑부(320)는 제관품을 회전시킬 수 있다. 즉, 클램핑부(320)는 제관품을 회전부(310)의 길이 방향을 중심축으로 하여 회전시킬 수 있다.

이를 위해 클램핑부(320)는 지지대의 하측에 지지대를 회전시키는 회전 부재(미도시)가 마련될 수 있다. 즉, 연장부와 지지대 사이에 회전 부재가 마련될 수 있다. 회전 부재는 회전력을 발생하는 회전 모터와, 회전 모터의 회전축에 회전 가능하게 결합되는 회전 기어를 포함할 수 있다. 회전 기어는 예를 들어 지지대의 하측에 마련되고 모터는 회전 기어와 연결되도록 예를 들어 연장부의 외측에 마련될 수 있다. 따라서, 회전 모터의 회전력이 회전 기어를 통해 지지대에 전달되어 클램핑부(320)에 클램핑된 제관품이 회전할 수 있다. 한편, 회전 모터는 정밀한 속도 제어 및 위치 제어가 가능한 서보모터로 구성될 수 있고, 회전 모터의 회전축에는 감속기가 더 구비될 수 있다.

회전축(330)은 포지셔너 유닛(300)을 틸팅시킬 수 있다. 즉, 회전축(330)은 클램핑부(320)의 두 말단부가 수직 방향(Z 방향)으로 기울기를 갖도록 운동시킬 수 있다. 따라서, 회전축(330)의 운동에 의해 일단 및 타단의 클램핑부(320)의 상하 위치 관계의 변화가 발생될 수 있다.

회전축(330)은 회전부(310)의 칼럼(210)과의 결합 부위에 칼럼(210)과 회전부(310)를 결합시키고, 회전부(310)의 중심에서 회전부(310)를 제1 수평 방향(X 방향) 기준으로 회전하여 기울기를 갖도록 한다. 따라서, 회전부(310)의 말단부에 각각 마련된 클램핑부(320)는 회전축(330)의 운동에 의해 기울기를 갖게 된다.

이러한 회전부(330)는 칼럼(210)과 접촉되어 칼럼 (210)에 고정된 고정부(331)와, 고정부(331) 외측에 마련되며 회전부(310)와 접촉되어 고정된 틸팅부(332)와, 고정부(331)와 틸팅부(332) 사이에 마련된 윤활부(330)를 포함할 수 있다.

또한, 칼럼(210)의 내측 또는 외측에 마련되어 고정부(331)를 지지하는 지지부(334)와, 틸팅부(332)를 회전시키는 모터 등을 더 포함할 수 있다.

고정부(331)와 틸팅부(332)는 각각 원통형의 형상을 가질 수 있다. 즉, 고정부(331) 및 틸팅부(332)는 각각 소정의 직경을 갖고 소정의 길이를 갖는 원통형으로 마련되며, 고정부(331) 외측에 틸팅부(332)가 마련된다. 따라서, 틸팅부(332)는 고정부(331)보다 큰 직경을 갖는다.

이때, 고정부(331)은 칼럼(210)으로부터 회전부(310)로 연장될 수 있고, 틸팅부(332)는 회전부(310)로부터 칼럼(210)과 회전부(310) 사이로 연장될 수 있다. 즉, 틸팅부(332)는 고정부(331)보다 짧은 길이를 가질 수 있다.

고정부(331)를 수용하기 위해 칼럼(210)에 제 1 개구가 형성되고, 틸팅부(332)를 수용하기 위해 회전부(310)에 제 2 개구가 형성된다. 이때, 제 1 및 제 2 개구는 제 2 수평 방향(Y 방향)으로 동일 위치에 형성되고, 고정부(331)의 직경이 틸팅부(332)의 직경보다 작으므로 제 1 개구는 제 2 개구보다 작은 직경으로 형성된다.

또한, 고정부(331)는 칼럼(210)에 고정되고 틸팅부(332)만 회전하도록 고정부(331)와 틸팅부(332) 사이에 윤활부(333)가 마련될 수 있다. 윤활부(333)는 예를 들어 볼 등으로 이루어질 수 있고, 그에 따라 회전축(330)은 볼 베어링 형태를 가질 수 있다. 물론, 윤활부(333)는 고정부(331)는 고정하고 틸팅부(332)만 회전시키면서 고정부(331)와 틸팅부(332)의 마찰을 방지할 수 있는 다양한 형태(예를 들어 윤활유)로 이루어질 수도 있다.

한편, 지지부(334)는 고정부(331)를 지지하기 위해 마련될 수 있다. 즉, 하중이 무거운 제관품을 지지하는 경우 회전축(330)이 파손되는 등의 문제를 방지하기 위해 고정부(331)의 하측에 고정부(331)를 지지하도록 지지부(334)를 형성할 수 있다. 지지부(334)는 지면과 고정부(331) 사이에 고정부(331)를 지지할 수 있는 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 칼럼(210)의 내부에서 고정부(331)를 지지하도록 마련될 수도 있고 칼럼(210)의 외부에서 고정부(331)를 지지하도록 마련될 수 있다.

한편, 회전축(330)에 회전력을 제공하는 모터가 칼럼(210) 상에 마련될 수도 있고 회전부(310) 상에 마련될 수 있다. 이때, 모터의 회전력을 틸팅부(332)에만 제공하기 위해 모터와 틸팅부(332) 사이에 선회 기어가 마련될 수 있다.

따라서, 모터의 회전력이 선회 기어를 통해 틸팅부(332)에 제공되어 틸팅부(332)가 구동되고, 그에 따라 회전부(310)가 제 1 수평 방향(X 방향)에서 양 단부가 수직 방향(Z 방향)으로 틸팅될 수 있다. 따라서, 회전부(310)가 기울기를 갖고 그에 따라 회전부(310) 양단부의 클램핑부(320)이 높이 차이를 갖게 된다.

더욱이 본 실시예는, 포지셔너 유닛(300)의 틸팅을 구현하면서도 포지셔너 유닛(300)을 안정적으로 지지할 수 있도록, 도 5에 나타난 지지부(334)가 틸팅부(332)를 기준으로 제2 수평 방향을 따라 한 쌍으로 구비될 수 있다.

이를 위해 포지셔너 유닛(300)에 구비되는 틸팅부(332)는 전방으로 개구된 형태를 가져서, 추가적인 지지부(334)의 설치를 허용할 수 있다. 다만 추가적으로 설치되는 지지부(334)는 칼럼(210)과 별도로 지면 상에 설치되어 회전축(330)을 지지할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 용접 장치는 갠트리 유닛(200)에 포지셔너 유닛(300)이 결합된다. 즉, 갠트리 유닛(200)의 칼럼(210)에 포지셔너 유닛(300)의 회전부(310)가 결합된다.

또한, 포지셔너 유닛(300)에 제관품이 클램핑되고 포지셔너 유닛(300)의 제2 수평 방향(Y 방향) 기준 회전 운동에 의해 제관품의 용접 위치를 조절한다. 이와 동시에 또는 순차적으로, 갠트리 유닛(200)의 제2 수평부(230)가 제1 수평부(220) 상에서 제 1 수평 방향(X 방향)으로 이동하고 수직부(240)가 제2 수평부(230) 상에서 제2 수평 방향(Y 방향)으로 이동하며, 용접 유닛(100)이 수직부(240) 상에서 수직 방향(Z 방향)으로 이동된다.

이때, 포지셔너 유닛(300)의 회전 운동(틸팅)은 갠트리 유닛(200)과 포지셔너 유닛(300) 사이, 즉 칼럼(210)과 회전부(310) 사이에 마련된 회전축(330)에 의해 이루어져, 회전부(310)만을 선회시킨다.

본 발명에 따른 자동 용접 장치는 용접 유닛(100)을 지지하는 갠트리 유닛(200)에 포지셔너 유닛(300)이 일체로 결합된 구조를 가지며, 갠트리 유닛(200)에 의한 용접 유닛(100)의 위치 조정 및 포지셔너 유닛(300)에 의한 제관품 방향 조정을 통해, 제관품에 대하여 기존보다 용접 품질 확보할 수 있는 아래보기 용접 자세를 구현할 수 있다.

또한 본 발명은 갠트리 유닛(200)에 회전축(330)을 통해 포지셔너 유닛(300)을 일체화함으로써 기존의 분리된 시스템 설치 시 발생하는 오차를 최소화시킬 수 있다,

또한, 본 발명에 따른 자동 용접 장치는 여러 개를 다른 곳에 설치하여도 설치 정밀도가 동일하기 때문에 로봇 프로그램 호환성 유지가 가능하다. 그리고, 회전축(330)의 고정부(331)를 지지하도록 지지부(334)가 마련됨으로써 제관품의 하중 증가 및 설비의 장시간 사용에 의한 변형을 방지할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 또한, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 용접 유닛 200: 갠트리 유닛
300: 포지셔너 유닛 210: 칼럼
220: 제1 수평부 230: 제2 수평부
240: 수직부 310: 회전부
320: 클램핑부 330: 회전축

Claims

제관품을 용접하기 위한 용접 유닛;
상기 용접 유닛을 장착하고 상기 용접 유닛의 위치 조절을 가이드하는 갠트리 유닛; 및
상기 제관품을 클램핑하기 위한 포지셔너 유닛을 포함하고,
상기 포지셔너 유닛은 상기 갠트리 유닛의 일부에 장착되며,
상기 갠트리 유닛은,
수직 방향으로 마련된 칼럼과,
상기 칼럼의 상측에 상기 칼럼과 직교하는 제 1 수평 방향과 제2 수평 방향으로 마련된 바 형태의 수평부를 포함하며,
상기 포지셔너 유닛은,
상기 칼럼 상에 상기 제 1 수평 방향으로 결합된 바 형태의 회전부와,
상기 회전부의 양단부에 각각 마련되어 제관품을 클램핑하고 제관품을 상기 회전부의 길이 방향을 중심으로 하여 선회시키는 클램핑부를 포함하며,
상기 회전부는, 상기 수평부에 평행하게 마련되고, 회전에 의해 상기 수평부 대비 기울어진 상태로 놓이는 자동 용접 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 갠트리 유닛은,
상기 수평부의 일부에 상기 수평부와 직교하는 수직 방향으로 마련되며 일면에 상기 용접 유닛이 장착된 수직부를 더 포함하며,
상기 수직부는 상기 수평부 상에서 상기 제 1 수평 방향 또는 상기 제2 수평 방향으로 이동 가능하며, 상기 용접 유닛은 상기 수직부 상에서 상기 수직 방향으로 이동 가능한 자동 용접 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 포지셔너 유닛은,
상기 칼럼과 상기 회전부의 결합 위치에 마련되어 상기 회전부를 틸팅시키는 회전축을 더 포함하는 자동 용접 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 회전축은,
일단이 칼럼에 고정되며 일부가 상기 회전부를 관통하여 마련된 고정부와,
상기 고정부와 이격되어 상기 고정부를 둘러싸도록 마련된 틸팅부와,
상기 고정부와 틸팅부 사이에 마련된 윤활부를 포함하는 자동 용접 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 회전축은,
상기 고정부의 일단을 지지하는 지지부를 더 포함하는 자동 용접 장치.