KR102415382B1 - 토크렌치 다중제어시스템 - Google Patents

Abstract

토크렌치 다중제어시스템으로서, 볼팅 장비인 복수의 토크렌치 각각에 대한 원격 동작 제어를 수행하는 원격 다중 제어반을 포함한다. 상기 원격 다중 제어반은, 복수의 토크렌치 각각에 대한 동작 제어를 위한 개별 원격제어신호를 생성하는 중앙 제어부; 및 상기 중앙 제어부에 의해 생성된 개별 원격제어신호를 각각의 토크렌치로 전달하여 상기 각각의 토크렌치의 동작을 제어하는 볼팅 장비 작동부;를 포함한다.

Description

토크렌치 다중제어시스템{TORQUE WRENCH MULTIPLE CONTROL SYSTEM}

본 발명은 토크렌치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 토크렌치를 동시 제어가 가능한 토크렌치 다중제어 시스템에 관한 것이다.

토크렌치는 주어진 토크 값에 따라 볼트에 너트를 체결하는데 사용하는 렌치 장비(wrench tool)이다. 이러한 토크렌치는 발전소, 석유화학, 건설, 자동차, 조선, 철도 등의 다양한 산업현장에서 볼트 체결을 위해 널리 사용되고 있다.

산업현장에서는 표준 및 이론적 계산을 바탕으로 오랜 시간의 시행착오에 의해 정해진 설비별 타겟 토크 값을 출력 토크 값으로 설정하고, 철저한 관리하에 볼트 체결 작업을 시행하고 있다.

토크렌치의 종류로는 유압토크렌치와 전동토크렌치가 있다. 유압토크렌치(Hydraulic torque wrench)는 유압 펌프 장비로부터 보내지는 유압에 상응하는 토크로 볼트를 체결하며, 전동토크렌치(Electrically driven torch wrench)는 전동모터에 의해 발생되는 모터 구동력에 상응하는 토크로 볼트를 체결한다.

일반적으로 유압토크렌치는 큰 조임력을 필요로 하는 대형 설비 또는 구조물의 볼트 체결 작업에 이용된다. 반면, 전동토크렌치는 작업자가 직접 휴대할 수 있는 휴대성을 가지므로, 작업 공간의 제약 없이 볼트 체결 작업이 가능하다.

또한, 전동토크렌치는 전기적 신호를 통해 전동모터의 동작을 실시간 제어할 수 있기 때문에, 출력 토크 값이 실시간 변경이 가능한 장점도 있다. 반면, 유압토크렌치는 유압펌프와 렌치장비 간이 호스(hose)로 연결되기 때문에, 출력 토크 값의 실시간 변경이 어렵다. 공급되는 유압을 변경하더라도 출력 토크 값이 실제로 변경되기까지 시간적 지연이 존재하기 때문이다.

또한, 유압펌프 교체, 작업자 변경 등의 작업환경이 변화됨에 따라서도 출력 토크 값의 변화가 발생될 수 있는데, 이러한 경우에도 유압토크렌치에서 출력되는 토크 값을 실시간 확인하여 대응할 수 있도록 해야 하며, IoT 활용의 제품 서비스화를 대비해 출력 토크 값을 실시간의 디지털 데이터로 획득할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.

또한, 상술한 요구 이외에도, 다수의 토크렌치를 동시 제어 및 정밀 제어가 가능한 다중제어 토크렌치시스템에 관한 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수의 토크렌치를 동시 제어 및 정밀 제어가 가능한 토크렌치 다중제어시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 토크렌치의 다중 제어 과정에서 개별 볼트 또는 너트의 조임 작업별로의 실시간으로 출력 토크 값을 확인하여, 작업 설비에 따라 각각 다르게 설정된 목표 토크 값과 동일하게 유지되도록 즉각적인 현장 대응이 가능하도록 하는 토크렌치 다중제어시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 일 측면에 따르면, 토크렌치 다중제어시스템으로서, 볼팅 장비인 복수의 토크렌치 각각에 대한 원격 동작 제어를 수행하는 원격 다중 제어반을 포함한다. 상기 원격 다중 제어반은, 복수의 토크렌치 각각에 대한 동작 제어를 위한 개별 원격제어신호를 생성하는 중앙 제어부; 및 상기 중앙 제어부에 의해 생성된 개별 원격제어신호를 각각의 토크렌치로 전달하여 상기 각각의 토크렌치의 동작을 제어하는 볼팅 장비 작동부;를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 토크렌치는, 상기 토크렌치의 렌치 드라이버에 설치되어 토크를 측정하는 토크 센서; 및 상기 토크 센서에서 측정된 토크 출력값에 관한 데이터를 상기 원격 다중 제어반으로 전송하는 통신모듈을 포함하는 회로부;를 포함하는 토크 측정부를 포함한다.

여기서, 상기 원격 다중 제어반은, 상기 토크렌치로부터 상기 토크 출력값을 수신하는 통신 연동부; 상기 각 토크렌치로부터 측정된 토크 출력값이 상기 통신 연동부를 통해서 획득되면, 획득된 토크 출력값이 각 볼팅 장비별로 목표로 하는 목표 토크에 도달하였는지를 확인하고, 각 볼팅 장비별 목표 토크값에 도달시 경과 시간표시와 함께 작업 적부 판정을 수행하는 작업 모니터링부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 원격 다중 제어반은, 볼팅 장비의 종류별로, 해당 볼팅 장비를 이용하여 볼팅 작업이 실행된 작업 설비인 볼팅 대상물의 종류 별로, 해당 볼팅 작업의 이력을 저장하는 작업 이력 저장부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 중앙 제어부는, 상기 작업 이력 저장부에 저장된 기존의 작업 이력의 불러오기 기능을 통해서, 볼팅 장비 별로, 볼팅 대상체 별로 볼팅 작업 및 스케쥴의 제어를 수행한다. 또한, 상기 작업 모니터링부에 의해 확인된 볼팅 작업의 실시간 확인 결과에 근거하여, 각 볼팅 장비의 볼팅 작업시에 실시간으로 출력 토크 값을 확인하여 작업 설비인 볼팅 대상체에 따라 각각 다르게 설정된 목표 토크 값과 동일하게 유지되도록 즉각적인 현장 대응을 위한 원격제어신호를 실시간 생성하여, 상기 볼팅 장비 작동부를 통해서 각 볼팅 장비에 해당 원격제어신호가 전달되도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 토크렌치를 동시 제어 및 정밀 제어가 가능한 토크렌치 다주제어시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 토크렌치의 다중 제어 과정에서 개별 볼트 또는 너트의 조임 작업별로의 실시간으로 출력 토크 값을 확인하여, 작업 설비에 따라 각각 다르게 설정된 목표 토크 값과 동일하게 유지되도록 즉각적인 현장 대응이 가능하도록 하는 토크렌치 다중제어시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크렌치 다중제어시스템을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 전동 토크렌치를 도시한 도면.
도 3은 토크렌치 다중제어시스템에서 원격 다중 제어반을 통한 토크렌치 제어방법을 설명하기 위한 참조 도면.
도 4는 토크렌치 다중제어시스템에서 원격 다중 제어반에 관한 블록 구성도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 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 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

여기서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토크렌치 다중제어시스템을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명에 적용 가능한 전동 토크렌치를 도시한 도면이며, 도 3은 토크렌치 다중제어시스템에서 원격 다중 제어반을 통한 토크렌치 제어방법을 설명하기 위한 참조 도면이며, 도 4는 토크렌치 다중제어시스템에서 원격 다중 제어반에 관한 블록 구성도이다.

본 발명에 따른 토크렌치 다중제어시스템은, 복수의 토크렌치 각각(도 1의 도면번호 100-1 ~ 100-7 참조)에 대한 다중 동작 제어를 위한 제어신호를 생성하는 원격 다중 제어반(도 3 및 도 4의 도면번호 200 참조);을 포함한다.

일 실시예에서, 본 발명의 토크렌치 다중제어시스템에 의해 다중 제어되는 각각의 토크렌치로는 도 2에 도시된 바와 같은 전동토크렌치가 사용될 수 있다. 도 2를 참조할 때, 내부 수용 공간에 전동모터 및 모터 드라이버가 탑재되는 본체부(101); 상기 본체부의 하방으로 연장되는 핸들부(102); 상기 핸들부의 저면 방향에 결합되는 배터리부(103);를 포함하는 본체 케이싱을 포함하며, 상기 본체부(101)의 전방에서 상기 전동모터의 모터 회전축과 동력적으로 커플링되어 상기 전동모터의 구동에 따른 출력을 가감시켜 렌치용 소켓(132)에 전달하는 기어박스(104)를 포함하는 전동토크렌치(100)가 예시되고 있다.

본 발명에 의해 다중 제어되는 토크렌치의 종류는 특별한 제한이 없다. 즉, 도 2에서는 전동토크렌치를 예로 들었지만, 본 발명의 토크렌치 다중제어시스템을 통해서 복수의 유압토크렌치가 동시 제어될 수도 있음은 물론이다. 다만, 후술할 설명에서는 설명의 편의 및 집중을 위해, 토크렌치로서 전동토크렌치가 사용되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.

이때, 토크렌치가 본 발명의 토크렌치 다중제어시스템의 원격 다중 제어반(200)과 유선 케이블을 통해 연결됨으로써 동작 제어되는 경우라면, 토크렌치에는 유선 케이블 연결부(도 2의 도면번호 105 참조)가 설치될 수 있다. 이와 같이 유선 케이블을 통해서 상호간 연동되는 경우에는, 원격 다중 제어반(200)으로부터의 토크렌치의 동작을 제어하기 위한 제어신호가 해당 유선 케이블을 통해서 각 토크렌치로 전달될 수 있다.

물론, 토크렌치와 원격 다중 제어반(200)과의 연동 방식은 유선 연동 방식, 무선 연동 방식 중 특별한 제한은 없다. 만일, 토크렌치가 원격 다중 제어반(200)과 무선 통신을 통해 연동되는 경우라면, 상기 유선 케이블 연결부는 생략될 수 있으며, 대신에 무선 통신을 통해 제어신호를 전달받기 위한 통신 모듈이 토크렌치에 탑재될 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 본 발명에서는, 복수의 토크렌치의 다중 제어를 위해서, 원격 다중 제어반(200)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 토크렌치와 원격에서 유/무선 연동될 수 있다. 도 3에서는 각각의 토크렌치에서 자체 동작 제어를 위한 제어반(110)이 자체 탑재되고, 토크렌치의 제어반(110)과 원격 다중 제어반(200)이 연동하는 경우를 예로 들었지만, 시스템 구성에 따라서 각각의 토크렌치에는 개별적인 제어반(110)이 구비되지 않고 원격 다중 제어반(200)에 의해서만 동작될 수도 있음은 물론이다.

도 3을 참조할 때, 토크렌치(100)는, 제어반(110), 구동부(120), 렌치부(130)를 포함한다. 이때, 렌치부(130)는 렌치 드라이버(131), 렌치용 소켓(132), 토크 측정부(140)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 명확히 도시하지는 않았지만, 원격 다중 제어반(200)과 토크렌치의 제어반(110) 간의 무선 통신을 통한 연동이 필요한 케이스에서는 무선 통신 모듈이 더 포함될 수 있다.

여기서, 구동부(120)는 전동모터 및 모터 드라이버를 포함할 수 있다. 상기 렌치 드라이버(131)는 상기 구동부(120)를 통해 인가되는 구동력에 의해 회전한다. 렌치용 소켓(132)은 일측은 상기 렌치 드라이버(131)와 결합되고, 타측은 체결 대상인 볼트를 조이는데 쓰이는 너트의 둘레면의 형상 및 사이즈에 상응하는 형상 및 사이즈로 제작됨으로써, 상기 렌치 드라이버(131)의 회전에 따라 조임 대상인 볼트에 너트를 체결하는데 활용된다.

토크 측정부(140)는, 볼트 및 너트 간 체결 구동시의 출력 토크 값(실제 토크값)을 측정할 수 있도록 하는 구성이다. 이때, 토크 측정부(140)는 렌치부(130) 중 상기 렌치 드라이버(131)에 설치될 수 있다. 이때, 토크 측정부(140)는, 토크 센서 및 소정의 회로부(예를 들어, 증폭기, A/D 컨버터, 통신모듈 등)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 토크 센서로는 토크 값을 측정할 수 있는 스트레인 게이지(Strain Gauge), 로드셀 등이 이용될 수 있다. 이외에도 레이저를 이용한 거리센서가 이용될 수도 있다.

상술한 구성에 의할 때, 토크 센서는 상기 렌치 드라이버(131)에 설치되어 볼트 및 너트 간 체결 구동 시의 출력 토크를 측정하고, 증폭기는 상기 측정된 토크 신호를 증폭하며, A/D 컨버터는 상기 증폭된 토크 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이와 같이, 디지털 신호로 변환된 토크 신호는 제어반(110)을 통해서 원격 다중 제어반(200)으로 전송될 수 있다. 이에 따라, 원격 다중 제어반(200)은 개별 토크렌치에서 측정된 토크 데이터를 실시간으로 제공받을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 토크렌치 다중제어시스템의 전반적인 제어 동작을 담당하는 원격 다중 제어반(100)에 대하여 도 1 및 도 4를 함께 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명의 토크렌치 다중제어시스템은, 다수의 토크렌치를 동시 제어하는 과정에서, 안전사고/환경사고 예방, 작업시간 절약, 실패비용 감소, 작업 투명화, 작업이력관리를 할 수 있는 볼팅 특화 시스템이다.

본 발명의 토크렌치 다중제어시스템의 활용 및 장점은 다음과 같다.

첫째, 안전사고/환경사고 예방이다. 원격 다중 제어를 통한 [Hand Free] 실현으로 볼팅 작업시 발생할 수 있는 툴(tool)(토크렌치)과 지지대에서의 협착 사고를 근본적으로 방지할 수 있다.

둘째, 작업시간 절약 및 작업 성공률 향상이다. 동시에 다수의 볼팅 작업을 진행 함으로써 작업시간을 획기적으로 줄이고, 작업의 성공률을 향상시킨다.

셋째, 실패비용 감소이다. 원격에서 작업 적부 판정을 할 수 있어 볼팅 작업의 공정 검증이 가능하다.

넷째, 작업 투명화 및 작업이력관리이다. 각각의 볼팅 작업의 작업 데이터를 저장 및 출력하고, 작업 데이터 및 이력 데이터 불러오기를 통해서 사전 작업 계획을 세울 수 있어 작업 시간을 절약할 뿐 아니라 성공적인 작업이 가능하게 한다.

도 1을 참조하면, 10개의 볼팅 장비(즉, 토크 렌치)가 원격 다중 제어반(200)과 연결하여서 사용할 수 있는 구조를 예시하고 있다. 물론, 독립적으로 각각의 개별 툴(tool)로도 사용을 할 수 있는 구조이다. 따라서, 원격 다중 제어반(200)과의 연결을 통해 각 볼볼팅 장비를 제어할 것인지, 아니면 개개의 볼팅 장비 별로의 개별 제어반을 통해서 제어할 것인지는 선택 가능하다. 이때, 볼팅 장비에 설치된 토크 센서(예를 들어, 4방향 설치)의 토크 출력값을 통해서 해당 볼팅 대상체의 조임 상태를 체크할 수 있고, 측정된 토크 출력값은 원격 다중 제어반(200)으로 송출되어 볼팅 작업의 적부 판정의 자료로 활용할 수 있다.

상술한 바와 같은 이를 위해, 원격 다중 제어반(200)은, 볼팅 장비 작동부(210), 작업 모니터링부(220); 통신 연동부(230), 작업 이력 저장부(240), 중앙 제어부(250)를 포함한다. 여기서, 중앙 제어부(250)는 볼팅 장비 작동부(210), 작업 모니터링부(220); 통신 연동부(230), 작업 이력 저장부(240)의 동작을 전반적으로 제어한다.

일 실시예에서, 볼팅 장비 작동부(210)는, 외부로부터 전원을 공급 받고 전원을 볼팅 장비에 공급할 수 있다. 또한, 볼팅 장비 작동부(210)는, 중앙 제어부(250)에 의한 볼팅 장비의 다중 제어시, 제어할 볼팅 장비를 선택하는 기능을 수행한다. 또한, 볼팅 장비 작동부(210)는, 볼팅 장비의 선택에 따라, 볼팅 장비의 전체 선택 또는 개별 선택을 하여 해당 볼팅 장비의 토크 설정을 할 수 있다.

일 실시예에서, 작업 모니터링부(220)는, 각 볼팅 장비로부터 측정된 토크 출력값이 통신 연동부(230)를 통해서 획득되면, 획득된 토크 출력값이 각 볼팅 장비별로 목표로 하는 목표 토크에 도달하였는지를 확인하고, 각 볼팅 장비 별 목표 토크값에 도달시 경과 시간표시와 함께 작업 적부 판정을 수행한다. 이러한 작업 적부 판정의 결과는 녹색, 적색 등으로 원격의 관리자/작업자가 확인할 수 있도록 시각적으로 인디케이팅될 수 있다.

일 실시예에서, 작업 이력 저장부(240)는, 볼팅 작업의 이력을 볼팅 장비의 종류별로, 또한 해당 볼팅 장비를 이용하여 볼팅 작업이 실행된 작업 설비(즉, 볼팅 대상물)의 종류 별로, 해당 작업 이력을 저장한다. 이때, 원격 다중 제어반(200)은, 프린트 내장 기능으로 작업 이력 저장부(240)에 저장된 작업 이력을 출력하는 작업 이력 출력 기능을 포함한다.

상술한 작업 이력 저장에 따라, 원격 다중 제어반(200)은, 기존의 작업 이력의 불러오기 기능을 통해서, 별도의 입력/설정 없이도 볼팅 장비 별로, 볼팅 대상체 별로 볼팅 작업 및 스케쥴의 제어가 가능하다. 또한, 볼팅 작업의 실시간 확인을 통해서, 볼트 및 너트 간 조임 시에 실시간으로 출력 토크 값을 확인하여 작업 설비에 따라 각각 다르게 설정된 목표 토크 값과 동일하게 유지되도록 즉각적인 현장 대응이 가능하다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 토크렌치 다중제어시스템으로서, 볼팅 장비인 복수의 토크렌치 각각에 대한 원격 동작 제어를 수행하는 원격 다중 제어반을 포함하며,
   상기 토크렌치는, 상기 토크렌치의 렌치 드라이버에 설치되어 토크를 측정하는 토크 센서; 및 상기 토크 센서에서 측정된 토크 출력값에 관한 데이터를 상기 원격 다중 제어반으로 전송하고, 상기 원격 다중 제어반으로부터 토크렌치 동작 제어를 위한 개별 원격제어신호를 수신하는 무선통신모듈을 포함하는 회로부;를 포함하는 토크 측정부를 포함하고,
   상기 원격 다중 제어반은,
   복수의 토크렌치 각각에 대한 동작 제어를 위한 상기 개별 원격제어신호를 생성하는 중앙 제어부; 상기 중앙 제어부에 의해 생성된 개별 원격제어신호를 각각의 토크렌치로 전달하여 상기 각각의 토크렌치의 동작을 제어하는 볼팅 장비 작동부; 상기 토크렌치로부터 상기 토크 출력값을 수신하는 통신 연동부; 상기 각 토크렌치로부터 측정된 토크 출력값이 상기 통신 연동부를 통해서 획득되면, 획득된 토크 출력값이 각 볼팅 장비별로 목표로 하는 목표 토크에 도달하였는지를 확인하고, 각 볼팅 장비별 목표 토크값에 도달시 경과 시간표시와 함께 작업 적부 판정을 수행하는 작업 모니터링부; 볼팅 장비의 종류별로, 해당 볼팅 장비를 이용하여 볼팅 작업이 실행된 작업 설비인 볼팅 대상물의 종류 별로, 해당 볼팅 작업의 이력을 저장하는 작업 이력 저장부;를 포함하고,
   상기 중앙 제어부는,
   상기 작업 이력 저장부에 저장된 기존의 작업 이력의 불러오기 기능을 통해서, 볼팅 장비 별로, 볼팅 대상체 별로 볼팅 작업 및 스케쥴의 제어를 수행하고,
   상기 작업 모니터링부에 의해 확인된 볼팅 작업의 실시간 확인 결과에 근거하여, 각 볼팅 장비의 볼팅 작업시에 실시간으로 출력 토크 값을 확인하여 작업 설비인 볼팅 대상체에 따라 각각 다르게 설정된 목표 토크 값과 동일하게 유지되도록 즉각적인 현장 대응을 위한 원격제어신호를 실시간 생성하여, 상기 볼팅 장비 작동부를 통해서 각 볼팅 장비에 해당 원격제어신호가 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는, 토크렌치 다중제어시스템.
   
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