KR102233222B1 - 수중 레이저 절단 장치 및 수중 레이저 절단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 절단헤드와 절단대상물의 충돌을 방지할 수 있는 수중 레이저 절단 장치 및 수중 레이저 절단 방법을 제공한다. 여기서, 수중 레이저 절단 장치는 헤드부, 팁부 그리고 포켓부를 포함한다. 팁부는 헤드부에 구비되고, 발진된 절단용 레이저가 대상물의 목표위치에 조사되도록 안내한다. 포켓부는 팁부를 감싸도록 구비되되, 일단부는 헤드부에 틸팅되도록 결합되고, 타단부가 대상물에 접촉되어 팁부가 대상물로부터 이격되도록 한다.

Description

수중 레이저 절단 장치 및 수중 레이저 절단 방법{APPARATUS FOR UNDERWATER LASER CUTTING AND METHOD OF UNDERWATER LASER CUTTING}
본 발명은 수중 레이저 절단 장치 및 수중 레이저 절단 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절단헤드와 절단대상물의 충돌을 방지할 수 있는 수중 레이저 절단 장치 및 수중 레이저 절단 방법에 관한 것이다.
절단이나 접합의 시공은 공기 중보다도 수중에서 실시하는 것이 공사기간, 품질, 안전의 면에서 유리할 수 있다. 예를 들어, 유해물질에 오염된 설비를 절단 해체하는 경우, 수중 절단은 유독 가스(Fumes)나 용해 금속의 비산을 억제할 수 있고, 작업자 보호나 오염물질의 확산 방지에 유리하기 때문에 많이 사용되고 있다.
수중에서 레이저 절단을 실시하는 경우, 절단장치가 대상물의 표면을 따라 이동하면서 절단이 이루어진다. 따라서, 절단장치의 이동 중에 절단장치의 헤드가 대상물과 충돌하지 않도록 절단 장치의 헤드가 대상물과 일정한 거리로 유지되도록 하는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 레이저 절단 장치에서는 대상물을 절단하는 과정에서 대상물의 표면 형상이 변하거나 대상물의 표면에 돌출되는 부분이 있는 경우, 헤드가 대상물에 충돌할 수 있는 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 제2016-101594호(2016.06.02. 공개)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 절단헤드와 절단대상물의 충돌을 방지할 수 있는 수중 레이저 절단 장치 및 수중 레이저 절단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 중의 대상물을 절단하는 수중 레이저 절단 장치로서, 헤드부; 상기 헤드부에 구비되고, 발진된 절단용 레이저가 상기 대상물의 목표위치에 조사되도록 안내하는 팁부; 그리고 상기 팁부를 감싸도록 구비되되, 일단부는 상기 헤드부에 틸팅되도록 결합되고, 타단부가 상기 대상물에 접촉되어 상기 팁부가 상기 대상물로부터 이격되도록 하는 포켓부;를 포함하는 수중 레이저 절단 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 포켓부는 상기 팁부를 감싸도록 형성되어 상기 팁부에서 분사되는 고압공기가 수용되는 포켓몸체부와, 상기 포켓몸체부의 일단부에 구비되고, 상기 헤드부에 회동 가능하게 결합되어 상기 포켓몸체부를 틸트시키는 조인트부와, 상기 포켓몸체부의 타단부에 구비되고, 상기 대상물과 접촉되되 부분적으로 이격되며 상기 팁부에서 분사되는 고압공기가 배출되도록 하는 접촉부를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 헤드부의 일단부에는 둘레 방향을 따라 제1수용홈이 형성되고, 상기 조인트부는 상기 포켓몸체부의 일단부에 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 구비되고 상기 제1수용홈에 수용되는 제1볼과, 상기 제1수용홈의 내측에서 일단부는 상기 제1수용홈에 결합되고, 타단부는 상기 제1볼에 결합되며, 상기 제1볼을 상기 제1수용홈의 외측으로 탄성 지지하는 제1탄성부재와, 상기 제1수용홈의 개방부에 결합되어 상기 제1볼이 상기 제1수용홈에서 이탈되지 않도록 상기 제1볼을 구속하되, 둘레 방향을 따라 상기 제1볼 사이의 간격에 대응되는 간격으로 관통 형성되어, 상기 제1탄성부재에 의해 탄성 지지되는 상기 제1볼의 일부가 외측으로 돌출되도록 하는 제1개방홈을 가지는 제1멈춤링을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 포켓몸체부는 일단부가 상기 제1볼과 연결되고, 상기 헤드부 및 상기 팁부의 사이에 구비되며, 상기 팁부의 반경방향으로 연장 형성되는 제1커버와, 상기 일단부는 상기 제1커버와 연결되고, 상기 팁부의 축방향으로 연장되어 상기 팁부의 측부를 감싸도록 구비되는 제2커버를 가지고, 상기 제2커버는 상기 팁부의 단부보다 상기 팁부의 축방향을 따라 더 연장되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 팁부는 원주방향을 따라 돌출 형성되고, 상기 포켓부가 틸팅 시에 상기 제1커버의 내측면과 밀착되어 상기 제1커버의 최대 틸팅 각도가 제한되도록 하는 제어플랜지를 더 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접촉부는 상기 제2커버의 타단부에 둘레 방향을 따라 형성되는 제2수용홈과, 상기 제2수용홈에 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 수용되는 제2볼과, 상기 제2수용홈의 내측에서 일단부는 상기 제2수용홈에 결합되고, 타단부는 상기 제2볼에 결합되며, 상기 제2볼을 상기 제2수용홈의 외측으로 탄성 지지하는 제2탄성부재와, 상기 제2수용홈의 개방부에 결합되어 상기 제2볼이 상기 제2수용홈에서 이탈되지 않도록 상기 제2볼을 구속하되, 둘레 방향을 따라 상기 제2볼 사이의 간격에 대응되는 간격으로 관통 형성되어 상기 제2탄성부재에 의해 탄성 지지되는 상기 제2볼의 일부가 외측으로 돌출되어 상기 대상물에 접촉되도록 하는 제2개방홈을 가지는 제2멈춤링을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 포켓부와 연결되어 상기 대상물에 의해 상기 포켓부에 가해지는 가압력을 감지하는 압력감지부; 그리고 상기 압력감지부에서 감지되는 가압력이 허용가압력을 초과 시에, 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 헤드부는 로봇암에 결합되고, 상기 제어부는 상기 로봇암의 작동을 제어하여 상기 헤드부 및 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키도록 제어할 수 있다.
한편, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 수중 레이저 절단 장치를 이용한 수중 레이저 절단 방법으로서, 일단부가 헤드부에 틸팅되도록 결합되는 포켓부의 타단부를 상기 대상물에 접촉시키는 포켓부 접촉단계; 그리고 상기 헤드부에 결합되고 상기 포켓부의 내측에 구비되는 팁부를 통해 절단용 레이저가 상기 대상물의 목표위치에 조사되는 절단용 레이저 조사단계;를 포함하고, 상기 절단용 레이저 조사단계에서, 상기 포켓부는 상기 팁부가 상기 대상물과 이격되도록 하여 상기 팁부와 상기 대상물의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 절단용 레이저 조사단계에서, 상기 포켓부와 연결되는 압력감지부는 상기 대상물에 의해 상기 포켓부에 가해지는 가압력을 감지하고, 상기 압력감지부에서 감지되는 가압력이 허용가압력을 초과 시에, 제어부는 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 헤드부가 결합되는 로봇암의 작동을 제어하여 상기 헤드부 및 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 포켓부는 일단부가 헤드부에 틸팅되도록 결합될 수 있으며, 타단부는 대상물에 접촉될 수 있다. 포켓부는 팁부보다 길게 형성되어 팁부가 대상물로부터 이격되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 팁부가 대상물에 충돌되지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1커버는 원형의 단면을 가지고 제1볼은 원주방향을 따라 마련되며, 제1수용홈은 헤드부의 원주방향을 따라 형성된다. 따라서, 포켓몸체부는 360도 방향의 어느 방향으로도 자연스럽게 틸팅될 수 있어 대상물이 다양한 형상을 가지더라도 대상물에 안정적으로 밀착될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 포켓부가 대상물에 접촉 시에, 제1탄성부재 및 제2탄성부재는 압축되면서 완충작용을 할 수 있기 때문에, 충격이 효과적으로 흡수될 수 있다. 그리고, 제1탄성부재 및 제2탄성부재의 탄성 복원력에 의해 포켓부 및 대상물 사이의 접촉력이 증가될 수 있다. 따라서, 수중 레이저 절단 장치가 이동되더라도 포켓부는 대상물에 접촉된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 레이저 절단 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중 레이저 절단 장치를 나타낸 단면예시도이다.
도 3은 도 2의 “A”부의 확대도이다.
도 4는 도 3의 헤드부에 제1멈춤링이 결합된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 5는 도 2의 “B”부의 확대도이다.
도 6은 도 5의 포켓부에 제2멈춤링이 결합된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 7은 도 2의 수중 레이저 절단 장치의 작동예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 레이저 절단 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 레이저 절단 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수중 레이저 절단 장치를 나타낸 단면예시도이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 수중 레이저 절단 장치는 헤드부(100), 팁부(200) 그리고 포켓부(400)를 포함할 수 있다.
헤드부(100)는 수중 레이저 절단 장치의 단부에 구비될 수 있다. 예를 들면, 헤드부(100)는 로봇암 또는 메니플레이트에 고정될 수 있다.
팁부(200)는 헤드부(100)에 구비될 수 있다.
팁부(200)는 하나 내지 복수개의 팁을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 설명의 편의상 2개의 팁이 구비되는 경우를 예로 설명한다.
팁부(200)는 제1팁부(210) 및 제2팁부(250)를 가질 수 있다.
제1팁부(210)는 발진부(미도시)에서 발진된 절단용 레이저(L)가 대상물(10)의 목표위치(TP)에 조사되도록 안내할 수 있다.
대상물(10)은 수중에 마련될 수 있으며, 원자로를 예로 들 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제2팁부(250)는 헤드부(100)에 구비될 수 있으며, 제1팁부(210)의 외측을 감싸도록 구비될 수 있다. 제2팁부(250)는 제1팁부(210)를 통해 조사되는 절단용 레이저(L)가 통과하는 토출공(251)을 가질 수 있다.
또한, 제2팁부(250)로는 고압공기(PA)가 공급될 수 있다. 제2팁부(250)는 공급되는 고압공기(PA)가 목표위치(TP)로 분사되도록 안내할 수 있다. 제2팁부(250)는 제1팁부(210)를 감싸도록 구비되기 때문에, 분사되는 고압공기(PA)는 절단용 레이저(L)를 감싸면서 분사될 수 있다.
고압공기(PA)는 목표위치(TP)에 분사되어 물을 밀어내게 되며, 절단용 레이저(L)는 물이 없는 상태의 목표위치(TP)에 조사되어 대상물(10)을 절단할 수 있다.
제2팁부(250)에서는 고압공기(PA)뿐만 아니라, 절단용 레이저(L)에 의한 대상물(10)의 절단효율이 높아지도록 하는 반응기체가 더 분사될 수 있다.
포켓부(400)는 제2팁부(250)를 감싸도록 구비될 수 있으며, 제2팁부(250)에서 분사되는 고압공기(PA)가 내측에 수용되도록 할 수 있다. 또한, 포켓부(400)는 일단부가 헤드부(100)에 틸팅되도록 결합될 수 있으며, 타단부는 대상물(10)에 접촉될 수 있다. 포켓부(400)는 제2팁부(250)보다 길게 형성되어 제2팁부(250)가 대상물(10)로부터 이격되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 제2팁부(250)가 대상물(10)에 충돌되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 도 2의 “A”부의 확대도이고, 도 4는 도 3의 헤드부에 제1멈춤링이 결합된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 3 및 도 4를 더 포함하여 보는 바와 같이, 포켓부(400)는 포켓몸체부(410), 조인트부(420) 및 접촉부(430)를 가질 수 있다.
포켓몸체부(410)는 제2팁부(250)를 감싸도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 포켓몸체부(410)는 제2팁부(250)의 상측 및 측면을 감싸도록 구비될 수 있으며, 하측은 개방되도록 형성될 수 있다.
조인트부(420)는 포켓몸체부(410)의 일단부에 구비될 수 있으며, 헤드부(100)에 회동 가능하게 결합되어 포켓몸체부(410)를 틸트시킬 수 있다.
조인트부(420)는 제1볼(421), 제1탄성부재(422) 및 제1멈춤링(423)을 가질 수 있다.
제1볼(421)은 복수개가 구비될 수 있으며, 포켓몸체부(410)의 일단부에 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 구비될 수 있다.
그리고, 헤드부(100)의 일단부에는 둘레 방향을 따라 제1수용홈(110)이 형성될 수 있다. 도 3을 기준으로, 제1수용홈(110)의 하부는 개방될 수 있으며, 제1볼(421)은 제1수용홈(110)에 수용될 수 있다.
제1탄성부재(422)는 제1수용홈(110)의 내측에 구비될 수 있다. 제1탄성부재(422)의 일단부는 제1수용홈(110)에 결합될 수 있으며, 타단부는 제1볼(421)에 결합될 수 있다. 제1탄성부재(422)는 제1볼(421)을 제1수용홈(110)의 외측으로 탄성 지지할 수 있다. 즉, 도 3을 기준으로, 제1탄성부재(422)는 제1볼(421)을 하측으로 탄성 지지할 수 있다.
제1멈춤링(423)은 제1수용홈(110)의 개방부에 결합될 수 있다. 제1멈춤링(423)은 둘레 방향을 따라 각각의 제1볼(421) 사이의 간격에 대응되는 간격으로 관통 형성되는 제1개방홈(424)을 가질 수 있다. 제1멈춤링(423)이 제1수용홈(110)의 개방부에 결합되면, 제1탄성부재(422)에 의해 탄성 지지되는 제1볼(421)은 제1개방홈(424)을 통해 일부가 외측으로 돌출될 수 있다. 제1멈춤링(423)은 제1볼(421)이 제1수용홈(110)에서 이탈되지 않도록 제1볼(421)을 구속할 수 있다.
포켓몸체부(410)는 제1커버(411) 및 제2커버(415)를 가질 수 있다.
제1볼(421)은 제1커버(411)의 일단부에 연결될 수 있다. 제1커버(411)는 헤드부(100) 및 제2팁부(250)의 사이에 구비되어 제2팁부(250)의 반경방향으로 연장 형성될 수 있다.
제2커버(415)는 일단부가 제1커버(411)와 연결될 수 있으며, 제2팁부(250)의 축방향으로 연장되어 제2팁부(250)의 측부를 감싸도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 제2커버(415)의 타단부가 대상물(10)에 접촉되면 제2팁부(250)에서 분사되는 고압공기(PA)는 포켓몸체부(410)에 수용될 수 있다.
또한, 제2커버(415)는 제2팁부(250)에서 고압공기(PA)가 분사되는 토출공(251)보다 제2팁부(250)의 축방향을 따라 더 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2커버(415)의 타단부가 대상물(10)에 접촉되면 제2팁부(250)는 대상물(10)로부터 이격될 수 있다.
그리고, 도 2 및 도 3을 기준으로 포켓몸체부(410)가 대상물(10)을 하향으로 가압하게 되면, 대상물(10)에 의한 반력이 제1볼(421)에 상향으로 가해지게 된다. 그러면, 제1탄성부재(422)는 압축되고 제1볼(421)은 상향 이동될 수 있다.
한편, 제1볼(421)에 회전력이 가해지면, 제1탄성부재(422)가 변형되면서 제1볼(421)은 회전될 수 있다. 이때 가해지는 외력의 형태 및 크기에 따라 제1볼(421)은 상향 이동 및 회전이 동시에 이루어질 수도 있다. 예를 들어 도 7에서 보는 바와 같이, 포켓몸체부(410)가 대상물(10)을 비스듬하게 가압하게 되면, 대상물(10)에 의한 반력에 의해 제1볼(421)은 회전과 이동을 동시에 하게 되고, 이를 통해, 포켓몸체부(410)는 틸팅될 수 있다.
제1커버(411)는 원형의 단면을 가질 수 있고 제1볼(421)은 원주방향을 따라 마련될 수 있다. 또한, 제1수용홈(110)도 헤드부(100)의 원주방향을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 포켓몸체부(410)는 360도 방향의 어느 방향으로도 자연스럽게 틸팅될 수 있다.
제2팁부(250)는 원주방향을 따라 돌출 형성되는 제어플랜지(253)를 더 가질 수 있다. 제어플랜지(253)는 포켓부(400)가 틸팅 시에 제1커버(411)의 내측면이 밀착되도록 하여 제1커버(411)의 최대 틸팅 각도가 제한되도록 할 수 있다.
제어플랜지(253)의 상면에는 경사면(253)이 형성될 수 있으며, 경사면(253)은 포켓부(400)가 틸팅 시에 제1커버(411)의 내측면과 밀착되는 밀착면적을 증가시켜 포켓부(400)의 틸팅을 안정적으로 제한할 수 있다.
도 5는 도 2의 “B”부의 확대도이고, 도 6은 도 5의 포켓부에 제2멈춤링이 결합된 상태를 나타낸 저면도이다.
도 2, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 접촉부(430)는 포켓몸체부(410)의 타단부에 구비되고, 대상물(10)과 접촉되되 부분적으로 이격되어 포켓몸체부(410)에 채워진 고압공기(PA)의 일부가 배출되도록 할 수 있다.
구체적으로, 접촉부(430)는 제2수용홈(431), 제2볼(432), 제2탄성부재(433) 및 제2멈춤링(434)을 가질 수 있다.
제2수용홈(431)은 제2커버(415)의 타단부에 둘레 방향을 따라 형성될 수 있다.
제2볼(432)은 복수개가 구비될 수 있으며, 제2수용홈(431)에 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 수용될 수 있다.
제2탄성부재(433)는 제2수용홈(431)의 내측에 구비될 수 있다. 제2탄성부재(433)의 일단부는 제2수용홈(431)에 결합될 수 있으며, 타단부는 제2볼(432)에 결합될 수 있다. 제2탄성부재(433)는 제2볼(432)을 제2수용홈(431)의 외측으로 탄성 지지할 수 있다. 도 5를 기준으로 설명하면, 제2탄성부재(433)는 제2볼(432)을 하측으로 탄성 지지할 수 있다.
제2멈춤링(434)은 제2수용홈(431)의 개방부에 결합될 수 있다. 그리고, 제2멈춤링(434)은 둘레 방향을 따라 각각의 제2볼(432) 사이의 간격에 대응되는 간격으로 관통 형성되는 제2개방홈(435)을 가질 수 있다. 제2멈춤링(434)이 제2수용홈(431)의 개방부에 결합되면, 제2탄성부재(433)에 의해 탄성 지지되는 제2볼(432)은 제2개방홈(435)을 통해 일부가 외측으로 돌출될 수 있다. 제2멈춤링(434)은 제2볼(432)이 제2수용홈(431)에서 이탈되지 않도록 제2볼(432)을 구속할 수 있다.
제2볼(432)은 대상물(10)에 접촉되면, 제2멈춤링(434)은 대상물(10)에서 이격될 수 있다. 즉, 제2멈춤링(434) 및 대상물(10)의 사이에는 틈이 형성될 수 있다. 따라서, 포켓몸체부(410)에 수용되는 고압공기(PA)는 이러한 틈으로 배출될 수 있다.
만일 포켓몸체부(410)의 타단부가 대상물(10)에 틈이 없이 밀착된다면, 제2팁부(250)에서 분사되는 고압공기(PA)가 포켓몸체부(410)에 계속해서 채워지기만 하게 되고 이에 따라 포켓몸체부(410) 내부의 압력은 증가하게 된다. 이는 제2팁부(250)에서 고압공기(PA)의 안정적인 분사를 저해할 수 있다. 그러나, 제2볼(432)에 의해 제2커버(415)의 타단부 및 대상물(10)의 사이에 틈이 형성되고, 이러한 틈으로 고압공기(PA)가 배출되도록 함으로써 포켓몸체부(410)의 압력이 기준압력 이상으로 증가되지 않도록 할 수 있다. 여기서, 기준압력은 제2팁부(250)에서 고압공기(PA)가 안정적으로 분사되도록 하면서, 포켓몸체부(410) 내부의 물이 포켓몸체부(410)의 외측으로 배출되도록 하고, 동시에 포켓몸체부(410)의 외측의 물은 포켓몸체부(410)의 내측으로 유입되지 않도록 하기에 충분한 압력일 수 있다. 기준압력은 대상물(10)이 위치되는 수심 및 제2팁부(250)에서 분사되는 고압공기(PA)의 분사압을 포함하는 기본조건에 따라 미리 설정될 수 있다. 그리고, 제2커버(415)의 타단부 및 대상물(10)의 사이의 틈 간격은 제2볼(432)의 지름, 제2개방홈(435)의 지름 및 제2탄성부재(433)의 탄성력에 의해 조절될 수 있다.
헤드부(100)가 대상물(10) 방향으로 이동되어 포켓부(400)가 대상물(10)에 접촉 시에, 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433)는 압축되면서 완충작용을 할 수 있기 때문에, 충격이 효과적으로 흡수될 수 있다.
또한, 헤드부(100)는 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433)가 살짝 압축된 상태가 되도록 대상물(10)을 가압할 수 있다. 수중 레이저 절단 장치는 접촉부(430)가 대상물(10)에 접촉된 상태에서 이동하면서 대상물(10)을 절단할 수 있는데, 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433)가 살짝 압축된 상태가 되면, 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433)의 탄성 복원력에 의해 포켓부(400) 및 대상물(10) 사이의 접촉력이 증가될 수 있다. 따라서, 수중 레이저 절단 장치가 이동되더라도 포켓부(400)는 대상물(10)에 접촉된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
제2멈춤링(434)은 도시된 바와 같은 정원의 형태에 한정되는 것은 아니며, 타원 또는 다각형의 형상을 가질 수도 있다.
또한, 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433) 대신에 유압 또는 공압을 이용한 장치가 사용될 수도 있다.
도 7은 도 2의 수중 레이저 절단 장치의 작동예시도이다.
도 7을 더 포함하여 보는 바와 같이, 대상물(10)이 경사지게 형성된 경우, 일측의 제1볼(421)에는 상대적으로 큰 가압력이 가해지게 되고, 대상물(10)의 반력에 의해 제1볼(421)은 상향 이동될 수 있다. 그러면, 제1탄성부재(422)는 압축되고, 포켓부(400)는 틸팅될 수 있다. 포켓부(400)가 틸팅되더라도 제2볼(432)은 대상물(10)에 접촉된 상태를 유지할 수 있으며, 제2팁부(250)는 대상물(10)과 이격된 상태를 유지할 수 있다. 이는 대상물(10)이 곡면으로 형성되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
다시, 도 2를 참조하면, 수중 레이저 절단 장치는 정보수집부(500) 그리고 제어부(600)를 포함할 수 있다.
정보수집부(500)는 포켓부(400)의 내측면에 구비될 수 있으며, 절단용 레이저(L)가 대상물(10)에 조사되는 목표위치(TP)를 포함하는 목표영역(TA)의 상태정보를 실시간으로 수집할 수 있다. 정보수집부(500)는 목표영역(TA)을 촬영하기 위한 카메라, 목표영역(TA)에 감지용 레이저를 조사하기 위한 조사부를 포함할 수 있다.
레이저 절단 과정을 모니터링 하여 절단하고자 하는 부분에 레이저가 제대로 조사되고 있는 지를 확인할 필요성이 있으나, 종래에는 레이저가 조사되는 영역과 신호를 수집하는 장치의 사이에 채워진 물 및 오염물질의 비산에 의해 시야 확보가 어려운 문제점 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 포켓부(400)의 내측에는 고압공기(PA)가 채워지고 물 및 오염물질이 포켓부(400)의 외측으로 배출된 상태이기 때문에, 시야 확보가 양호하고, 검사용 레이저의 왜곡 현상이 줄어들어 더욱 양호한 상태정보를 획득할 수 있다.
수중 레이저 절단 장치는 회동부(510) 및 자세감지부(520)를 더 포함할 수 있다.
회동부(510)는 정보수집부(500)를 회동시킬 수 있다. 회동부(510)는 정보수집부(500)가 상하좌우 방향으로의 이동 및 회전이 동시에 진행되도록 할 수 있다.
자세감지부(520)는 정보수집부(500)의 위치좌표 및 촬영각도를 감지할 수 있다.
제어부(600)는 포켓부(400)가 틸팅되어 정보수집부(500)의 위치좌표 및 촬영각도가 변경 시에, 자세감지부(520)로부터 획득되는 정보수집부(500)의 위치좌표 및 촬영각도를 기초로 회동부(510)를 제어하여 정보수집부(500)가 목표영역(TA)을 지속해서 촬영하도록 할 수 있다.
또한, 수중 레이저 절단 장치는 이동부(미도시) 및 압력감지부(700)를 포함할 수 있다.
이동부는 팁부(200)를 대상물(10)에서 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 이동부는 로봇암을 대상물(10)에서 멀어지거나 또는 가까워지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
압력감지부(700)는 포켓부(400)와 연결되어 포켓부(400)가 대상물(10)에 의해 가압될 때의 가압력을 감지할 수 있다. 구체적으로, 압력감지부(700)는 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433)와 연결되어 제1탄성부재(422) 및 제2탄성부재(433)의 압축정보를 기초로 포켓부(400)에 가해지는 가압력을 감지할 수 있다.
허용가압력은 팁부(200)의 파손을 초래할 수 있는 가압력으로, 허용가압력은 미리 설정될 수 있으며, 압력감지부(700)에서 감지되는 가압력이 허용가압력을 초과 시에, 제어부(600)는 이동부가 팁부(200)를 대상물(10)에서 멀어지는 방향으로 신속하게 이동시키도록 제어할 수 있으며, 이를 통해, 팁부(200)의 파손을 방지 할 수 있다. 예를 들면, 제어부(600)는 로봇암의 작동을 제어하여 헤드부(100) 및 팁부(200)를 대상물(10)에서 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
이하에서는 수중 레이저 절단 방법에 대해서 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수중 레이저 절단 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 수중 레이저 절단 방법은 포켓부 접촉단계(S910) 그리고 절단용 레이저 조사단계(S920)를 포함할 수 있다.
포켓부 접촉단계(S910)는 일단부가 헤드부에 틸팅되도록 결합되는 포켓부의 타단부를 대상물에 접촉시키는 단계일 수 있다.
절단용 레이저 조사단계(S920)는 포켓부의 내측에 구비되는 팁부를 통해 절단용 레이저가 목표위치에 조사되는 단계일 수 있다.
절단용 레이저 조사단계(S920)에서, 포켓부는 제2팁부가 대상물과 이격되도록 하여 제2팁부와 대상물의 충돌을 방지할 수 있다.
그리고, 절단용 레이저 조사단계(S920)에서, 포켓부와 연결되는 압력감지부는 대상물에 의해 포켓부에 가해지는 가압력을 감지하고, 압력감지부에서 감지되는 가압력이 허용가압력을 초과 시에, 제어부는 팁부를 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키도록 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부는 헤드부가 결합되는 로봇암의 작동을 제어하여 헤드부 및 팁부를 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있으며, 이를 통해, 팁부와 대상물의 충돌이 효과적으로 방지될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 대상물 100: 헤드부
200: 팁부 210: 제1팁부
250: 제2팁부 400: 포켓부
410: 포켓몸체부 420: 조인트부
430: 접촉부 500: 정보수집부
600: 제어부 700: 압력감지부

Claims (11)

  1. 수중의 대상물을 절단하는 수중 레이저 절단 장치로서,
    헤드부;
    상기 헤드부에 구비되고, 발진된 절단용 레이저가 상기 대상물의 목표위치에 조사되도록 안내하는 팁부;
    상기 팁부를 감싸도록 구비되되, 일단부는 상기 헤드부에 틸팅되도록 결합되고, 타단부가 상기 대상물에 접촉되어 상기 팁부가 상기 대상물로부터 이격되도록 하는 포켓부;
    상기 포켓부와 연결되어 상기 대상물에 의해 상기 포켓부에 가해지는 가압력을 감지하는 압력감지부; 그리고
    상기 압력감지부에서 감지되는 가압력이 허용가압력을 초과 시에, 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 포켓부는
    상기 팁부를 감싸도록 형성되어 상기 팁부에서 분사되는 고압공기가 수용되는 포켓몸체부와,
    상기 포켓몸체부의 일단부 및 상기 헤드부의 사이에 구비되어 상기 포켓몸체부 및 상기 헤드부를 연결하고, 상기 헤드부에 회동 가능하게 결합되며, 탄성력을 이용하여 상기 포켓몸체부가 틸트되도록 하는 조인트부와,
    상기 포켓몸체부의 타단부에 구비되고, 상기 대상물과 접촉되되 부분적으로 이격되어 상기 팁부에서 분사되는 고압공기가 배출되도록 하며, 상기 포켓몸체부가 틸팅되더라도 탄성력을 이용하여 상기 대상물과 접촉된 상태가 유지될 수 있는 접촉부를 가지는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부의 일단부에는 둘레 방향을 따라 제1수용홈이 형성되고,
    상기 조인트부는
    상기 포켓몸체부의 일단부에 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 구비되고 상기 제1수용홈에 수용되는 제1볼과,
    상기 제1수용홈의 내측에서 일단부는 상기 제1수용홈에 결합되고, 타단부는 상기 제1볼에 결합되며, 상기 제1볼을 상기 제1수용홈의 외측으로 탄성 지지하는 제1탄성부재와,
    상기 제1수용홈의 개방부에 결합되어 상기 제1볼이 상기 제1수용홈에서 이탈되지 않도록 상기 제1볼을 구속하되, 둘레 방향을 따라 상기 제1볼 사이의 간격에 대응되는 간격으로 관통 형성되어, 상기 제1탄성부재에 의해 탄성 지지되는 상기 제1볼의 일부가 외측으로 돌출되도록 하는 제1개방홈을 가지는 제1멈춤링을 가지는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포켓몸체부는
    일단부가 상기 제1볼과 연결되고, 상기 헤드부 및 상기 팁부의 사이에 구비되며, 상기 팁부의 반경방향으로 연장 형성되는 제1커버와,
    상기 일단부는 상기 제1커버와 연결되고, 상기 팁부의 축방향으로 연장되어 상기 팁부의 측부를 감싸도록 구비되는 제2커버를 가지고,
    상기 제2커버는 상기 팁부의 단부보다 상기 팁부의 축방향을 따라 더 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팁부는
    원주방향을 따라 돌출 형성되고, 상기 포켓부가 틸팅 시에 상기 제1커버의 내측면과 밀착되어 상기 제1커버의 최대 틸팅 각도가 제한되도록 하는 제어플랜지를 더 가지는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 접촉부는
    상기 제2커버의 타단부에 둘레 방향을 따라 형성되는 제2수용홈과,
    상기 제2수용홈에 둘레 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 수용되는 제2볼과,
    상기 제2수용홈의 내측에서 일단부는 상기 제2수용홈에 결합되고, 타단부는 상기 제2볼에 결합되며, 상기 제2볼을 상기 제2수용홈의 외측으로 탄성 지지하는 제2탄성부재와,
    상기 제2수용홈의 개방부에 결합되어 상기 제2볼이 상기 제2수용홈에서 이탈되지 않도록 상기 제2볼을 구속하되, 둘레 방향을 따라 상기 제2볼 사이의 간격에 대응되는 간격으로 관통 형성되어 상기 제2탄성부재에 의해 탄성 지지되는 상기 제2볼의 일부가 외측으로 돌출되어 상기 대상물에 접촉되도록 하는 제2개방홈을 가지는 제2멈춤링을 가지는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부는 로봇암에 결합되고,
    상기 제어부는 상기 로봇암의 작동을 제어하여 상기 헤드부 및 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 장치.
  9. 제1항, 제3항 내지 제6항, 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 수중 레이저 절단 장치를 이용한 수중 레이저 절단 방법으로서,
    일단부가 헤드부에 틸팅되도록 결합되는 포켓부의 타단부를 상기 대상물에 접촉시키는 포켓부 접촉단계; 그리고
    상기 헤드부에 결합되고 상기 포켓부의 내측에 구비되는 팁부를 통해 절단용 레이저가 상기 대상물의 목표위치에 조사되는 절단용 레이저 조사단계;를 포함하고,
    상기 절단용 레이저 조사단계에서,
    상기 포켓부는 상기 팁부가 상기 대상물과 이격되도록 하여 상기 팁부와 상기 대상물의 충돌을 방지하고, 상기 포켓부와 연결되는 압력감지부는 상기 대상물에 의해 상기 포켓부에 가해지는 가압력을 감지하며, 상기 압력감지부에서 감지되는 가압력이 허용가압력을 초과 시에, 제어부는 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 헤드부가 결합되는 로봇암의 작동을 제어하여 상기 헤드부 및 상기 팁부를 상기 대상물에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 수중 레이저 절단 방법.
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