KR102285412B1 - 배관 탭 절단 로봇, 및 배관 탭 절단 방법 - Google Patents

배관 탭 절단 로봇, 및 배관 탭 절단 방법 Download PDF

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홍성호
정명수
백종환
장민우
신동호
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한국로봇융합연구원
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Abstract

본 발명은 로봇을 이용하여 용이하고 효율적으로 배관의 탭을 제거할 수 있는 배관 탭 절단 로봇을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배관 탭 절단 로봇은, 이어져 형성된 베이스 프레임과 상기 베이스 프레임을 따라 이동 가능하게 설치된 이송 지지대를 포함하는 베이스 이송부, 상기 베이스 이송부 상에 배치되며, 높이방향으로 이어진 기둥 프레임과 상기 기둥 프레임에 대하여 승강 가능하게 설치된 승강 지지대를 포함하는 승강부, 상기 승강부에 결합되며, 상기 승강부에 대하여 이동 가능하게 설치된 제1 지지부와 제2 지지부, 상기 제1 지지부에 결합되며 플라즈마 토치를 갖는 절단 모듈, 및 상기 제2 지지부에 결합되며 비드 커터를 갖는 비드 가공 모듈을 포함할 수 있다.

Description

배관 탭 절단 로봇, 및 배관 탭 절단 방법{PIPE TAP CUTTING ROBOT AND PIPE TAP CUTTING METHOD}
본 발명은 배관의 용접을 위해 설치된 탭의 절단을 위한 배관 탭 절단 로봇, 및 배관 탭 절단 방법에 관한 것이다.
배관은 유체나 분체의 이동을 위한 밀폐된 통로를 제공하는 것이다. 이러한 배관은 지하에 매설되기도 하며 플랜트나 액상 및 분말 제품의 생산을 위한 공장 또는 건물 및 시설에 다양하게 설치된다.
배관의 용접을 위해서 배관의 길이방향 단부에는 탭이 설치될 수 있는데, 이러한 탭은 용접이 완료된 후에 제거해야 한다. 이러한 탭을 제거하기 위해서는 작업자가 직접 절단기를 이용하여 절단하여야 하는데, 이러한 작업에는 많은 시간이 소모되는 문제가 있다. 또한, 배관 용접 후에 발생하는 비드를 제거하기 위해서는 좁은 배관 내부로 작업자가 연마기를 이용하여 불편한 자세로 작업해야 하는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 로봇을 이용하여 용이하고 효율적으로 배관의 탭을 제거할 수 있는 배관 탭 절단 로봇 및 배관 탭 절단 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배관 탭 절단 로봇은, 이어져 형성된 베이스 프레임과 상기 베이스 프레임을 따라 이동 가능하게 설치된 이송 지지대를 포함하는 베이스 이송부, 상기 베이스 이송부 상에 배치되며, 높이방향으로 이어진 기둥 프레임과 상기 기둥 프레임에 대하여 승강 가능하게 설치된 승강 지지대를 포함하는 승강부, 상기 승강부에 결합되며 상기 승강부에 대하여 이동 가능하게 설치된 제1 지지부와 제2 지지부, 상기 제1 지지부에 결합되며 플라즈마 토치를 갖는 절단 모듈, 및 상기 제2 지지부에 결합되며 비드 커터를 갖는 비드 가공 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 베이스 프레임에는 상기 이송 지지대의 길이방향으로 이어진 레일과, 상기 레일의 길이방향으로 이어진 래크가 설치되고, 상기 이송 지지대에는 상기 래크와 결합된 피니언부재와 상기 피니언부재를 회전시키는 모터와 상기 승강부를 회전시키는 회전 유닛이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 베이스 프레임에는 상기 이송 지지대의 이동에 따라 신축되며 주름을 갖는 제1 벨로스 커버와 제2 벨로스 커버가 설치되고, 상기 제1 벨로스 커버와 상기 제2 벨로스 커버는 상기 이송 지지대를 사이에 두고 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 승강부는 기둥 프레임의 하부에 배치된 바닥판과 상기 바닥판에 고정되며 상기 회전 유닛과 결합되어 회전각을 측정하는 각도 인코더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 절단 모듈에는 가공 지점을 지시하는 레이저 포인트가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 비드 가공 모듈은 지지 프레임과 상기 지지 프레임의 양쪽 측면에 설치되며, 탭의 측단과 맞닿아 탭의 위치를 측정하는 측면 변위 센서, 상기 지지 프레임의 전면에 설치되어 상기 배관의 선단과 맞닿아 배관의 위치를 측정하는 정면 변위 센서와 배관의 선단을 탐지하는 라이다 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 비드 가공 모듈은 상기 지지 프레임의 하부로 돌출되어 용접 라인의 위치를 측정하며, 2개의 롤러를 갖는 롤러 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 비드 가공 모듈은 상기 배관의 용접 비드의 위치를 측정하며, 하부를 향하여 레이저를 조사하는 레이저 스캐너를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 토치를 갖는 절단 모듈과 비드 커터를 갖는 비드 가공 모듈을 포함하는 배관 탭 절단 로봇을 이용하여 배관에 형성된 탭을 절단하고, 상기 배관에 형성된 용접 비드를 가공하는 배관 탭 절단 방법은, 라이다 센서를 이용하여 상기 배관 및 상기 탭의 위치를 인식하는 배관 위치 인식 단계, 상기 비드 가공 모듈에 설치된 측면 변위 센서와 정면 변위 센서를 이용하여 상기 배관의 선단 및 탭과의 접촉을 통해서 절단이 개시되는 시작 위치 및 절단이 종료되는 종료 위치를 확인하는 절단 시작 및 종료 위치 확인 단계, 상기 절단 모듈을 이용하여 탭을 절단하는 탭 절단 단계, 상기 비드 가공 모듈에 설치된 롤러 센서를 이용하여 상기 용접 비드 및 상기 배관의 위치를 확인하는 용접 비드 확인 단계, 상기 비드 가공 모듈에 설치된 레이저 스캐너를 이용하여 상기 용접 비드의 폭과 높이를 측정하는 용접 비드 세부 측정 단계, 및 상기 비드 가공 모듈을 이용하여 용접 비드를 가공하는 용접 비드 가공 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시작 및 종료 위치 확인 단계는 어느 하나의 상기 측면 변위 센서를 상기 탭의 한쪽 측단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제1 탭 위치 확인 단계와 상기 탭의 한쪽 측단과 인접한 위치에서 상기 정면 변위 센서를 상기 배관의 선단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제1 배관 위치 확인 단계와 다른 하나의 상기 측면 변위 센서를 상기 탭의 다른쪽 측단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제2 탭 위치 확인 단계와 상기 탭의 다른쪽 측단과 인접한 위치에서 상기 정면 변위 센서를 상기 배관의 선단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제2 배관 위치 확인 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 배관 탭 절단 로봇은, 절단 모듈과 비드 가공 모듈을 구비하므로 배관 탭을 절단함과 함께 용접 비드를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탭 절단 로봇을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 이송부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 이송부의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 이송부의 래크와 피니언 기어를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 승강부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 모듈과 제1 지지부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비드 가공 모듈과 제2 지지부를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비드 가공 모듈을 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비드 가공 모듈이 하부로 이동한 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탭 절단 방법을 설명하기 위한 순서도다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 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 발명에서, '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 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탭 절단 로봇에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탭 절단 로봇을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 이송부를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 이송부의 내부를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 이송부의 래크와 피니언 기어를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 배관 탭 절단 로봇(10)은 베이스 이송부(100), 승강부(200), 제1 지지부(300), 제2 지지부(400), 절단 모듈(600), 비드 가공 모듈(700), 제어부(500)를 포함할 수 있다.
바닥에는 배관(20)의 이송을 위한 지지 롤러(60)와 배관(20)의 근접을 측정하기 위한 지상 센서(50)가 설치될 수 있다. 또한, 바닥에는 절단된 탭의 수용을 위한 2개의 수거 용기(70)가 설치될 수 있다. 지상 센서(50)는 근접 센서와 비전 센서를 포함할 수 있다. 제어부(500)는 바닥에 세워져 설치되며, 작업자는 제어부(500)를 통해서 배관 탭 절단 로봇(10)을 제어할 수 있다.
지상 센서(50)가 설치되면 배관(20)의 접근을 사용자가 용이하게 인지할 수 있으며, 2개의 수거 용기(70)가 배관 탭 절단 로봇(10)을 사이에 두고 이격 배치되면 배관(20)의 이동만으로 배관의 길이방향 양단에 형성된 탭(30)을 절단하여 각각의 수거 용기(70)에 수용할 수 있다.
베이스 이송부(100)는 길게 이어져 형성된 베이스 프레임(120)과 베이스 프레임(120)을 따라 이동 가능하게 설치된 이송 지지대(110)를 포함한다. 베이스 프레임(120)은 배관(20)의 반경 방향(도 1에서 y축 방향)으로 이어져 형성되며, 베이스 프레임(120)에는 베이스 프레임(120)의 길이방향으로 이어진 레일(125)과 레일(125)의 길이방향으로 이어진 제1 래크(126)가 설치된다. 제1 래크(126)는 베이스 프레임(120)의 내측면에 설치된다. 또한 베이스 프레임(120)에는 이송 지지대(110)의 위치를 측정하기 위한 베이스 자기 인코더(127)가 설치될 수 있다.
또한, 베이스 프레임(120)에는 이송 지지대(110)의 이동에 따라 신축되며 주름을 갖는 제1 벨로스 커버(121)와 제2 벨로스 커버(123)가 설치될 수 있다. 제1 벨로스 커버(121)와 제2 벨로스 커버(123)는 베이스 프레임(120)의 폭방향으로 이어지고, 베이스 프레임(120)의 길이방향으로 연이어 배열된 복수의 주름을 포함하여 신축 가능하게 형성된다. 제1 벨로스 커버(121)와 제2 벨로스 커버(123)는 이송 지지대(110)를 사이에 두고 이격 배치되며, 베이스 프레임(120) 내부로 이물질이 삽입되는 것을 방지한다.
이송 지지대(110)에는 제1 래크(126)와 결합된 피니언부재(115)와 피니언부재(115)를 회전시키는 회전 제어 모터(114)와 승강부(200)를 회전시키는 회전 유닛(112)이 설치될 수 있다. 회전 유닛(112)에는 회전 유닛(112)을 회전시키는 서보 모터(113)가 설치될 수 있다. 피니언부재(115)는 이송 지지대(110)의 하부에 설치된 피니언 기어(116)를 포함하며, 피니언 기어(116)는 제1 래크(126)와 결합되어 이송 지지대(110)의 이동을 제어한다. 또한 이송 지지대(110)에는 승강부(200)의 접근을 감지하는 근접센서(129)가 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 승강부를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 승강부(200)는 베이스 이송부(100)의 상부에 설치되며, 제1 지지부(300)와 제2 지지부(400)를 높이방향(도 1의 z축 방향)으로 이동시킨다. 승강부(200)는 높이방향으로 이어진 2개의 기둥 프레임(250)과 기둥 프레임(250)에 대하여 승강 가능하게 설치된 승강 지지대(260)를 포함할 수 있다.
기둥 프레임(250)에는 기둥 프레임(250)의 높이 방향으로 이어진 승강 레일(251)과 기둥 프레임(250)의 높이 방향으로 이어지며 나사산이 가공된 승강 스크류(225)와 승강 스크류(225)를 회전시키는 승강 모터(220)가 설치된다. 승강부(200)는 승강 지지대(260)를 사이에 두고 이격된 벨로스 커버(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 벨로스 커버는 승강 지지대의 이동에 따라 수축되거나 신장될 수 있다.
승강 지지대(260)에는 승강 레일(251)과 결합된 리니어 가이드(261)와 승강 스크류(225)에 나사 결합된 승강 너트(262)가 설치될 수 있다. 또한, 승강 지지대(260)에는 제1 지지부(300)와 제2 지지부(400)를 이동시키기 위한 2개의 제2 래크(230)와 제1 지지부(300)와 제2 지지부(400)의 위치를 측정하기 위한 승강 자기 인코더(270)가 설치된다. 제2 래크(230)와 승강 자기 인코더(170)는 배관(20)의 길이방향으로 이어져 형성된다.
또한, 승강부(200)는 기둥 프레임(250)의 하부에 배치된 바닥판(241)과 바닥판(241)에 고정되며 회전 유닛(112)과 결합되어 회전각을 측정하는 각도 인코더(240)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 배관 탭 절단 로봇(10)이 회전 유닛(112)과 각도 인코더(240)를 포함하면 배관(20)의 일측에 형성된 탭을 제거한 이후에 배관이 베이스 프레임을 통과한 후, 절단 모듈(600)과 비드 가공 모듈(700)이 베이스 이송부(100)에 대하여 회전하여 타측 단부에 형성된 탭(30)을 신속하게 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 모듈과 제1 지지부를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절단 모듈을 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 제1 지지부(300)는 배관(20)의 길이방향(도 1에서 x축 방향)으로 이어져 형성되며, 제1 지지부(300)의 길이방향 단부에는 절단 모듈(600)이 설치된다.
제1 지지부(300)에는 제2 래크(230)와 결합된 제2 피니언 기어(321)와 제2 피니언 기어(321)를 회전시키는 이송 모터(320)가 설치될 수 있다. 이에 따라 제1 지지부(300)는 승강부(200)에 대하여 배관의 길이방향으로 이동할 수 있다. 또한 제1 지지부(300)에는 전선 등의 보호를 위한 보호 부재(350)가 설치될 수 있으며, 보호 부재(350)는 굴곡 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
절단 모듈(600)은 제1 지지부(300)에 결합되어 제1 지지부(300)와 함께 이동한다. 절단 모듈(600)은 플라즈마 토치(610)와 플라즈마 토치(610)를 감싸는 후드(670)와 플라즈마 토치(610)를 회전시키는 회전 모터(630)와 플라즈마 토치(610)를 틸팅시키는 틸팅 모터(640)를 포함할 수 있다. 후드(670)에는 가스를 배출시키는 가스 배출관(650)이 연결될 수 있다.
또한, 절단 모듈(600)에는 가공 지점을 지시하는 레이저 포인트(620)가 설치되며, 레이저 포인트(620)는 플라즈마 토치(610)의 높이 방향에 대하여 경사진 방향으로 레이저를 조사하며, 절단 가공이 이루어질 위치로 레이저를 조사한다. 이와 같이 레이저 포인트(620)가 설치되면 작업자가 카메라 등을 이용하여 가공이 이루어질 위치를 사전에 용이하게 파악하고 작업 위치를 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비드 가공 모듈과 제2 지지부를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 비드 가공 모듈을 도시한 사시도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 비드 가공 모듈이 하부로 이동한 상태를 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 제2 지지부(400)는 배관의 길이방향(도 1에서 x축 방향)으로 이어져 형성되며, 제2 지지부(400)의 길이방향 단부에는 비드 가공 모듈(700)이 설치된다.
제2 지지부(400)에는 제2 래크(230)와 결합된 제2 피니언 기어(421)와 제2 피니언 기어(421)를 회전시키는 이송 모터(420)가 설치될 수 있다. 이에 따라 제2 지지부(400)는 승강부(200)에 대하여 배관의 길이방향으로 이동할 수 있다. 또한 제2 지지부(400)에는 전선 등의 보호를 위한 보호 부재(450)가 설치될 수 있으며, 보호 부재(450)는 굴곡 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
비드 가공 모듈(700)은 제2 지지부(400)에 결합되어 제2 지지부(400)와 함께 이동한다. 비드 가공 모듈(700)은 비드 커터(720), 스핀들 모터(721), 위치제어 모터(710), 지지 프레임(FR), 측면 변위 센서(732, 733), 정면 변위 센서(731), 라이다 센서(734), 롤러 센서(760), 레이저 스캐너(740)를 포함할 수 있다.
비드 커터(720)는 배관 내부에 형성된 용접 비드(40)를 평탄화하며, 밀링 커터로 이루어질 수 있다. 스핀들 모터(721)는 비드 커터(720)의 상부에 설치되어 비드 커터(720)를 회전시킨다. 비드 커터(720)의 옆에는 공기를 분사하여 칩을 제거하는 에어 노즐(725)이 설치될 수 있다. 위치제어 모터(710)는 스핀들 모터(721)와 결합되어 스핀들 모터(721)를 매개로 비드 커터(720)를 틸팅시킨다.
지지 프레임(FR)은 스핀들 모터(721)의 전방에 설치되며, 센서들을 지지한다. 지지 프레임(FR)은 스핀들 모터(721)에 고정되어 비드 커터(720)와 함께 위치제어 모터(710)에 의하여 틸팅될 수 있다.
지지 프레임(FR)은 승강 유닛(FR1)과 승강 유닛(FR1)에 대하여 승강 가능하게 설치된 센서 지지유닛(FR2)을 포함한다. 승강 유닛(FR1)은 모터(751)와 모터(751)에 의하여 회전하는 리드 스크류(752)를 포함할 수 있다.
센서 지지유닛(FR2)에는 2개의 측면 변위 센서(732, 733), 정면 변위 센서(731) 라이다 센서(734), 롤러 센서(760), 및 레이저 스캐너(740)가 설치된다. 측면 변위 센서(732, 733)는 지지 프레임(FR)의 양쪽 측면에 설치되며 탭(30)의 측단과 맞닿아 탭(30)의 위치를 측정한다. 한편, 정면 변위 센서(731)는 지지 프레임(FR)의 전면에 설치되어 배관(20)의 선단과 맞닿아 배관(20)의 위치를 측정한다. 측면 변위 센서(732, 733)와 정면 변위 센서(731)는 변위 측정 자기 센서(LVDT)로 이루어질 수 있다.
2개의 측면 변위 센서(732, 733)는 탭(30)의 양쪽 측단의 위치를 측정하고, 정면 변위 센서(731)는 탭(30)과 연결된 배관(20)의 길이방향 단부의 위치를 측정한다. 이에 따라 측면 변위 센서(732, 733)와 정면 변위 센서(731)를 구비하면 탭(30)의 위치를 정확하게 판단할 수 있다.
롤러 센서(760)는 지지 프레임(FR)의 하부로 돌출되어 용접 비드(40)의 위치를 측정하며, 회전 가능한 2개의 롤러(761)를 포함한다. 롤러 센서(760)는 이동하면서 용접 비드(40)에 의한 롤러(761)들의 움직임을 이용하여 용접 비드(40)의 위치를 정확하게 측정할 수 있다.
라이다 센서(734)는 전방 및 하부로 레이저를 조사하여 배관(20)의 선단 밑 탭(30)의 위치를 탐지한다. 한편, 라이다 센서(734)는 지지 프레임(FR)의 전면에 설치되되 정면 변위 센서(731)보다 더 상부에 위치할 수 있다.
레이저 스캐너(740)는 하부로 레이저를 조사하고 반사된 레이저를 이용하여 용접 라인을 정확하게 측정한다. 레이저 스캐너(740)는 지지 프레임(FR)에서 하부로 돌출되며 롤러 센서(760)보다 더 전방에 위치한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탭 절단 방법에 대해서 설명한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탭 절단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10, 및 도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 배관 탭 절단 방법은 라이다 센서(734)를 이용하여 배관(20) 및 탭(30)의 위치를 인식하는 배관 위치 인식 단계(S101)와 측면 변위 센서(732, 733)와 정면 변위 센서(731)를 이용하여 배관(20)의 선단과 탭(30)과의 접촉을 통해서 절단이 개시되는 시작 위치 및 절단이 종료되는 종료 위치를 확인하는 절단 시작 및 종료 위치 확인 단계(S102)와 절단 모듈(600)을 이용하여 탭(30)을 절단하는 탭 절단 단계(S103)와 롤러 센서(760)를 이용하여 용접 비드(40) 및 배관(20)의 위치를 확인하는 용접 비드 확인 단계(S104)와 레이저 스캐너(740)를 이용하여 용접 비드(40)의 폭과 높이를 측정하는 용접 비드 세부 측정 단계(S105)와 비드 가공 모듈(700)을 이용하여 용접 비드(40)를 가공하는 용접 비드 가공 단계(S106)를 포함할 수 있다.
배관 위치 인식 단계(S101)는 비드 가공 모듈(700)을 배관(20)으로 접근시켜서 라이다 센서(734)를 이용하여 레이저를 조사하여 배관(20)의 선단 밑 탭(30)의 위치를 탐지한다. 라이다 센서(734)는 2cm 이내의 오차를 가진다. 라이다 센서(734)가 배관(20)을 사전에 탐색하면 절단 모듈(600) 및 비드 가공 모듈(700)이 배관(20)과 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
시작 및 종료 위치 확인 단계(S102)는 측면 변위 센서(732)를 탭(30)의 한쪽 측단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제1 탭 위치 확인 단계와 한쪽 측단과 인접한 위치에서 정면 변위 센서(731)를 배관(20)의 선단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제1 배관 위치 확인 단계와 측면 변위 센서(733)를 탭(30)의 다른쪽 측단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제2 탭 위치 확인 단계와 다른쪽 측단과 인접한 위치에서 정면 변위 센서(731)를 배관(20)의 선단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제2 배관 위치 확인 단계를 포함할 수 있다.
탭 절단 단계(S103)는 비드 가공 모듈(700)을 후퇴시키고 절단 모듈(600)을 배관에 근접시켜서 플라즈마 토치(610)를 이용하여 플라즈마로 탭(30)을 절단하되, 후드(670)와 가스 배출관(650)을 이용하여 발생된 가스를 배출하면서 탭(30)을 절단한다. 또한, 탭 절단 단계(S103)는 레이저 포인트(620)를 이용하여 절단 가공이 이루어질 위치로 레이저를 조사하면서 탭(30)을 절단한다.
용접 비드 확인 단계(S104)는 롤러 센서(760)가 배관의 내주면을 따라 이동하면서 롤러(761)들의 움직임을 이용하여 용접 비드(40) 및 배관(20)의 내면의 위치를 확인한다.
비드 세부 측정 단계(S105)는 레이저 스캐너(740)를 이용하여 용접 비드(40)의 폭과 높이를 측정한다. 용접 비드 가공 단계(S106)는 비드 커터(720)를 이용하여 용접 비드(40)를 가공하되 에어 노즐(725)을 이용하여 공기를 분사하면서 용접 비드(40)를 가공한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 배관 탭 절단 로봇 20: 배관
30: 탭 60: 지지 롤러
70: 수거 용기 100: 베이스 이송부
110: 이송 지지대 112: 회전 유닛
113: 서보 모터 114: 회전 제어 모터
115: 피니언부재 116: 피니언 기어
120: 베이스 프레임 121: 제1 벨로스 커버
123: 제2 벨로스 커버 125: 레일
126: 제1 래크 127: 베이스 자기 인코더
200: 승강부 225: 승강 스크류
230: 제2 래크 240: 각도 인코더
241: 바닥판 250: 기둥 프레임
260: 승강 지지대 270: 승강 자기 인코더
261: 리니어 가이드 262: 승강 너트
300: 제1 지지부 321, 421: 제2 피니언 기어
320, 420: 이송 모터 400: 제2 지지부
500: 제어부 600: 절단 모듈
610: 플라즈마 토치 620: 레이저 포인트
630: 회전 모터 640: 틸팅 모터
650: 가스 배출관 670: 후드
700: 비드 가공 모듈 710: 위치제어 모터
720: 비드 커터 721: 스핀들 모터
732, 733: 측면 변위 센서 740: 레이저 스캐너
731: 정면 변위 센서 734: 라이다 센서
760: 롤러 센서

Claims (10)

  1. 배관의 길이방향 단부에서 돌출된 탭을 절단하는 배관 탭 절단 로봇에 있어서,
    이어져 형성된 베이스 프레임과 상기 베이스 프레임을 따라 이동 가능하게 설치된 이송 지지대를 포함하는 베이스 이송부;
    상기 베이스 이송부 상에 배치되며, 높이방향으로 이어진 기둥 프레임과 상기 기둥 프레임에 대하여 승강 가능하게 설치된 승강 지지대를 포함하는 승강부;
    상기 승강부에 결합되며, 상기 승강부에 대하여 이동 가능하게 설치된 제1 지지부와 제2 지지부;
    상기 제1 지지부에 결합되며 플라즈마 토치를 갖는 절단 모듈;
    상기 제2 지지부에 결합되며 비드 커터를 갖는 비드 가공 모듈;
    을 포함하며,
    상기 비드 가공 모듈은 지지 프레임의 하부로 돌출되어 용접 라인의 위치를 측정하며, 2개의 롤러를 갖는 롤러 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에는 상기 이송 지지대의 길이방향으로 이어진 레일과, 상기 레일의 길이방향으로 이어진 래크가 설치되고,
    상기 이송 지지대에는 상기 래크와 결합된 피니언부재와 상기 피니언부재를 회전시키는 모터와 상기 승강부를 회전시키는 회전 유닛이 설치된 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임에는 상기 이송 지지대의 이동에 따라 신축되며 주름을 갖는 제1 벨로스 커버와 제2 벨로스 커버가 설치되고, 상기 제1 벨로스 커버와 상기 제2 벨로스 커버는 상기 이송 지지대를 사이에 두고 이격 배치된 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 승강부는 기둥 프레임의 하부에 배치된 바닥판과 상기 바닥판에 고정되며 상기 회전 유닛과 결합되어 회전각을 측정하는 각도 인코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 절단 모듈에는 가공 지점을 지시하는 레이저 포인트가 설치된 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 비드 가공 모듈은 지지 프레임과 상기 지지 프레임의 양쪽 측면에 설치되며, 탭의 측단과 맞닿아 탭의 위치를 측정하는 측면 변위 센서, 상기 지지 프레임의 전면에 설치되어 상기 배관의 선단과 맞닿아 배관의 위치를 측정하는 정면 변위 센서와 배관의 선단을 탐지하는 라이다 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 비드 가공 모듈은 상기 배관의 용접 비드의 위치를 측정하며, 하부를 향하여 레이저를 조사하는 레이저 스캐너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 로봇.
  9. 플라즈마 토치를 갖는 절단 모듈과 비드 커터를 갖는 비드 가공 모듈을 포함하는 배관 탭 절단 로봇을 이용하여 배관에 형성된 탭을 절단하고, 상기 배관에 형성된 용접 비드를 가공하는 배관 탭 절단 방법에 있어서,
    라이다 센서를 이용하여 상기 배관 및 상기 탭의 위치를 인식하는 배관 위치 인식 단계;
    상기 비드 가공 모듈에 설치된 측면 변위 센서와 정면 변위 센서를 이용하여 상기 배관의 선단 및 탭과의 접촉을 통해서 절단이 개시되는 시작 위치 및 절단이 종료되는 종료 위치를 확인하는 절단 시작 및 종료 위치 확인 단계;
    상기 절단 모듈을 이용하여 탭을 절단하는 탭 절단 단계;
    상기 비드 가공 모듈에 설치된 롤러 센서를 이용하여 상기 용접 비드 및 상기 배관의 위치를 확인하는 용접 비드 확인 단계;
    상기 비드 가공 모듈에 설치된 레이저 스캐너를 이용하여 상기 용접 비드의 폭과 높이를 측정하는 용접 비드 세부 측정 단계; 및
    상기 비드 가공 모듈을 이용하여 용접 비드를 가공하는 용접 비드 가공 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 시작 및 종료 위치 확인 단계는 어느 하나의 상기 측면 변위 센서를 상기 탭의 한쪽 측단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제1 탭 위치 확인 단계와 상기 탭의 한쪽 측단과 인접한 위치에서 상기 정면 변위 센서를 상기 배관의 선단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제1 배관 위치 확인 단계와 다른 하나의 상기 측면 변위 센서를 상기 탭의 다른쪽 측단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제2 탭 위치 확인 단계와 상기 탭의 다른쪽 측단과 인접한 위치에서 상기 정면 변위 센서를 상기 배관의 선단과 접촉시켜서 위치를 확인하는 제2 배관 위치 확인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 탭 절단 방법.
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