KR102451401B1

KR102451401B1 - 압출기용 스크류 하드페이싱 자동용접장치

Info

Publication number: KR102451401B1
Application number: KR1020210047600A
Authority: KR
Inventors: 임승택
Original assignee: 주식회사 희람테크
Priority date: 2021-04-13
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-10-06

Abstract

"압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치"이 개시된다. 본 발명에 의한 "압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치"은 압출기용 스크류를 길이방향으로 눕힌 상태에서 회전가능하게 지지하는 회전지지부(100)와; 상기 회전지지부(100)에 의해 회전되는 압출기용 스크류의 길이방향을 따라 하부에 구비되어 압출기용 스크류를 예열하는 화구부(200)와; 상기 회전지지부(100)의 상부에 압출기용 스크류의 길이방향을 따라 직선이동가능하게 구비되어 압출기용 스크류를 하드페이싱 용접하는 토치부(300)와; 상기 토치부(300)가 상기 압출기용 스크류의 심에 위치하도록 상기 토치부(300)의 위치를 조절하는 토치위치조절부(400)와; 상기 토치부(300)가 상기 압출기용 스크류의 회전시에 상기 압출기용 스크류의 나사산을 따른 심을 추적하며 용접하도록 상기 토치부(300)와 상기 토치위치조절부(400)를 제어하는 용접제어부(500)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 토치부(300)는, 상기 토치위치조절부(400)에 결합되는 지지블럭(310)과;“Y”자 형태로 형성되어 상기 압출기용 스크류(10)의 나사산의 양측을 감싸도록 접촉하며 용접하는 심트래킹핸들(321)과; 상기 심트래킹핸들(321)의 상부에 결합되어 상기 심트래킹핸들(321)이 상하로 탄성적으로 이동될 수 있게 지지하며 상부에 트래킹축(327)이 수직하게 연장된 핸들탄성지지부(325)와; 상기 핸들탄성지지부(325)의 상부에 상기 트래킹축(327)을 수용하게 구비되는 토치하우징(323)과; 상기 지지블럭(310)에 결합되며 상기 심트래킹핸들(321)로 용접봉을 자동으로 공급하는 용접봉자동공급부(350)와; 상기 토치하우징(323)과 상기 트래킹축(327) 사이에 구비되어 상기 트래킹축(327)을 통해 전달되는 압력방향을 통해 심경로를 감지하는 심트래킹센서부(330)와; 상기 지지블럭(310)과 상기 토치하우징(323) 사이에 구비되어 상기 심트래킹센서부(330)에서 감지한 심경로에 따라 상기 용접제어부(500)의 제어에 의해 상기 토치하우징(323)을 전후좌우 및 상하로 이동시키는 트래킹위치조절부(340)를 포함할 수 있다.

Description

압출기용 스크류 하드페이싱 자동용접장치{Hardfacing welding apparatus for extruder screw}

본 발명은 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 압출기용 스크류의 나사선의 심 경로를 추적하여 자동으로 용접할 수 있는 압출기용 스크류 하드페이싱 자동용접장치에 관한 것이다.

하드페이싱 용접(hardfacing welding, 육성용접)은 모재의표면을 용접비드에 의해 덧씌우기하여 모재의 손상된 표면을 메우거나, 모재의 경도를 향상시키는 용접방법이다. 하드페이싱 용접은 모재의 표면에 하나 또는 여러 층의 용접금속을 증착하는 방법을 포함한다.

한편, 압출기에서 사용되는 스크류는 사용환경에 따라 다르지만 대체로 사용과정에서 부식이 일어나기 때문에 높은 경도가 요구된다. 이에 따라 스크류의 나산을 깍아서 연마한 후, 나사산의 표면을 하드페이싱 용접하여 사용한다.

통상 압출기용 스크류는 길이가 6~8m로 크기가 대형이며 고가이므로, 제조할 때 하드페이싱 용접을 수행하고, 사용 중 발생된 손상을 수리할 때도 하드페이싱 용접을 수행한다.

그런데, 스크류의 나사산을 용접하다보면 가열하는 동안 변형이 발생되어 실시간으로 틀어짐이 발생된다. 이에 따라 스크류의 하드페이싱 용접은 작업자가 수작업으로 스크류를 돌려가며 수행하게 된다. 이렇게 스크류를 돌려가며 작업자가 수작업으로 나사산의 심경로만 추적하여 용접을 하는 것은 난이도가 높아 숙련된 작업자에게도 체력적 피로도가 높으며 정밀작업이 어려운 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근 카메라로 심 경로를 추적하는 방식의 자동용접장치가 개발되었으나, 고온의 매운 높은 조도에서 영상을 촬영해야 하며, 조도가 극단적으로 높아졌다 낮아졌다를 반복하기 때문에 심경로의 추적시 오류발생이 빈번하고 가격이 매우 높은 문제가 있다.

문헌 1. 대한민국특허청, 특허출원번호 제10-2001-0009566호 "워크롤 외면의 육성용접장치 및 작업방법" 문헌 2. 대한민국특허청, 특허공개번호 제10-2020-0072780호 "동적 심트래킹 장치 및 이를 포함하는 레이저 용접 시스템"

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 카메라를 사용하지 않고 압출기용 스크류의 심 경로를 추적하여 자동으로 하드페이싱 용접을 수행할 수 있는 압출기용 스크류 하드페이싱 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 심경로의 수평방향 위치 및 상하 높이변화를 감지하여 정확하게 심 경로를 추적할 수 있는 압출기용 스크류 하드페이싱 자동용접장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적은 압출기용 스크류의 심을 추적하며 하드페이싱 용접을 수행하는 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치는, 압출기용 스크류를 길이방향으로 눕힌 상태에서 회전가능하게 지지하는 회전지지부(100)와; 상기 회전지지부(100)에 의해 회전되는 압출기용 스크류의 길이방향을 따라 하부에 구비되어 압출기용 스크류를 예열하는 화구부(200)와; 상기 회전지지부(100)의 상부에 압출기용 스크류의 길이방향을 따라 직선이동가능하게 구비되어 압출기용 스크류를 하드페이싱 용접하는 토치부(300)와; 상기 토치부(300)가 상기 압출기용 스크류의 심에 위치하도록 상기 토치부(300)의 위치를 조절하는 토치위치조절부(400)와; 상기 토치부(300)가 상기 압출기용 스크류의 회전시에 상기 압출기용 스크류의 나사산을 따른 심을 추적하며 용접하도록 상기 토치부(300)와 상기 토치위치조절부(400)를 제어하는 용접제어부(500)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 토치부(300)는, 상기 토치위치조절부(400)에 결합되는 지지블럭(310)과;“Y”자 형태로 형성되어 상기 압출기용 스크류(10)의 나사산의 양측을 감싸도록 접촉하며 용접하는 심트래킹핸들(321)과; 상기 심트래킹핸들(321)의 상부에 결합되어 상기 심트래킹핸들(321)이 상하로 탄성적으로 이동될 수 있게 지지하며 상부에 트래킹축(327)이 수직하게 연장된 핸들탄성지지부(325)와; 상기 핸들탄성지지부(325)의 상부에 상기 트래킹축(327)을 수용하게 구비되는 토치하우징(323)과; 상기 지지블럭(310)에 결합되며 상기 심트래킹핸들(321)로 용접봉을 자동으로 공급하는 용접봉자동공급부(350)와; 상기 토치하우징(323)과 상기 트래킹축(327) 사이에 구비되어 상기 트래킹축(327)을 통해 전달되는 압력방향을 통해 심경로를 감지하는 심트래킹센서부(330)와; 상기 지지블럭(310)과 상기 토치하우징(323) 사이에 구비되어 상기 심트래킹센서부(330)에서 감지한 심경로에 따라 상기 용접제어부(500)의 제어에 의해 상기 토치하우징(323)을 전후좌우 및 상하로 이동시키는 트래킹위치조절부(340)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치는 스크류의 나사산과 접촉되며 용접을 수행하는 심트래킹핸들이 나사산과 접촉되며 가압되는 위치를 심트래킹센서부가 감지하여 심경로를 추적하며 자동으로 용접이 수행된다.

이에 의해 고가이며 구성이 복잡한 카메라 없이도 자동으로 심경로를 추적하며 용접을 수행할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치는 심경로의 상하좌우 변화 뿐만 아니라 상하 높이변화에도 능동적으로 대응하여 안정적인 자동 용접이 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 측면구성을 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 정면구성을 도시한 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 토치부가 압출기용 스크류에 하드페이싱 용접하는 과정을 도시한 측면예시도,
도 5는 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 심트래킹핸들이 용접비드를 형성하는 과정을 도시한 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 토치부가 수평방향으로 심경로를 추적하는 과정을 도시한 예시도,
도 7은 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 토치부가 심경로에 따라 높이가 탄성적으로 조절되는 과정을 도시한 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 하드페이싱 자동용접장치의 토치부가 수직방향으로 심경로를 추적하는 과정을 도시한 예시도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.

발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)의 측면구성을 도시한 측면도이고, 도 3은 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)의 정면구성을 도시한 정면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)는 압출기용 스크류(10)의 외주면에 길이방향을 따라 나선형상으로 형성된 나사산(11)의 심(seam) 경로를 추적하며 심을 따라 자동으로 용접이 이루어지게 한다.

압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)는 압출기용 스크류(10)의 제조시 나사산(11)에 하드페이싱 용접을 수행하여 나사산(11)에 용접비드(B)를 증착하여 나사산(11)의 경도를 향상시키거나, 사용 중 손상된 나사산(11)에 용접비드(B)를 증착하여 나사산(11)을 수리한다.

본 발명의 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)는 PTA(plasma trasferred Arc, 플라즈마 육성용접)을 통해 수행된다. 이를 위해 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)는 스크류(10)를 회전가능하게 지지하는 회전지지부(100)와, 스크류(10)의 길이방향을 따라 바닥면에 설치되어 스크류(10)를 향해 열을 가해 스크류(10) 표면을 예열하는 화구부(200)와, 스크류(10)의 심을 추적하며 하드페이싱 용접을 수행하는 토치부(300)와, 토치부(300)가 크기가 다양한 스크류(10) 근처로 이동하여 용접을 수행할 수 있도록 토치부(300)의 위치를 조절하는 토치위치조절부(400)와, 스크류(10)의 심을 추적하여 토치부(300)가 용접을 수행하도록 토치부(300)와 토치위치조절부(400)를 제어하는 용접제어부(500)를 포함한다.

회전지지부(100)는 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이 스크류(10)가 횡방향으로 누운 상태에서 회전되며 용접이 진행되도록 스크류(10)를 지지한다. 회전지지부(100)는 스크류(10)의 일단에 고정결합되는 회전지그(110)와, 회전지그(110)가 회전되도록 구동력을 제공하는 구동모터(120)와, 구동모터(120)와 회전지그(110) 사이에 구비되는 감속기(130)를 포함한다. 또한, 회전지지부(100)는 스크류(10)의 타단 측 하부에 구비되어 스크류(10)가 회전을 보조하는 보조롤러(140)를 포함한다.

회전지지부(100)는 용접제어부(500)의 제어신호에 의해 설정된 속도로 스크류(10)가 회전되도록 지지한다.

화구부(200)는 스크류(10)의 하부에 스크류(10)의 길이방향으로 배치되어 스크류(10)를 예열한다. 화구부(200)는 화염(F)을 발생하는 복수개의 화구(210)와, 복수개의 화구(210)로 연료를 공급하는 연료공급관(220)을 포함한다.

토치부(300)는 스크류(10)의 나사산(11)의 심 경로를 따라가며 자동으로 하드페이싱 용접을 수행한다. 토치부(300)는 도 1과 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 지지블럭(310)과, 심을 따라 가며 용접을 수행하는 토치(320)와, 심 경로를 추적하는 심트래킹센서부(330)와, 심트래킹센서부(330)의 감지결과에 따라 토치(320)의 위치를 조절하는 트래킹위치조절부(340)와, 토치(320)로 용접봉(C)을 자동으로 공급하는 용접봉자동공급부(350)를 포함한다.

지지블럭(310)은 토치(320)와 트래킹위치조절부(340)를 결합시킨다. 또한, 지지블럭(310)은 토치위치조절부(400)의 수평구동부(430)를 따라 좌우로 이동되며 토치(320)가 스크류(10)의 길이방향을 따라 이동되게 지지한다.

지지블럭(310)은 트래킹위치조절부(340)의 상하구동부(343)가 상하로 이동될 수 있는 높이로 구비된다. 지지블럭(310)의 하부에는 토치(320)를 향해 수평방향으로 연장된 보호판(311)이 구비된다. 보호판(311)은 토치(320)가 용접을 수행할 때 발생되는 불꽃과 슬래그가 트래킹위치조절부(340) 측으로 유입되는 것을 차단한다.

토치(320)는 회전되는 스크류(10)의 나사산(11)의 심 경로를 따라 하드페이싱 용접을 수행한다. 토치(320)는 하부에 구비되어 나사산(11)과 접촉되며 용접을 수행하는 심트래킹핸들(321)과, 트래킹위치조절부(340)와 결합되는 토치하우징(323)과, 심트래킹핸들(321)을 탄성적으로 지지하는 핸들탄성지지부(325)와, 핸들탄성지지부(325)와 토치하우징(323)을 연결하며 심트래킹핸들(321)의 위치를 심트래킹센서부(330)로 전달하는 트래킹축(327)을 포함한다.

심트래킹핸들(321)은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 나사산(11)을 따라 이동하며 심(A)에 하드페이싱 용접을 수행한다. 또한, 심트래킹핸들(321)은 나사산(11)과 접촉되며 심트래킹센서부(330)가 심(A) 경로를 추적할 수 있게 한다.

심트래킹핸들(321)은 하드페이싱을 해야하는 스크류(10)의 나사산(11)의 형상에 대응되게 구비된다. 심트래킹핸들(321)은 나사산(11)의 폭을 감쌀 수 있으며 내부에 하드페이싱 용접이 수행될 심(A) 공간이 형성되게 구비된다. 이를 위해 심트래킹핸들(321)은 도시된 바와 같이 단면이 삼각형 형태로 형성되거나, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 심트래킹핸들(321')은 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.

하드페이싱 용접이 수행되며 용접비드(B)가 손상된 나사산(11)의 외부에 덧씌워지게 된다.

심트래킹핸들(321)은 도 6에 도시된 바와 같이 나사산(11)을 감싸며 용접을 수행하고, 이 과정에서 심(A)을 추적할 수 있게 한다. 즉, 스크류(10)가 회전될 때 나사산(11)의 형상에 따라 심트래킹핸들(321)과 접촉되는 영역이 달라지게 된다. 도시된 바와 같이 나사산(11)이 좌측으로 나선형상으로 형성되어 있는 경우 심트래킹핸들(321)이 고정된 상태에서 스크류(10)가 회전되며 심트래킹핸들(321)의 좌측영역(b)에 압력이 가해지게 된다.

반대로 나사산(11)이 우측으로 나선형상으로 형성되어 있는 경우 심트래킹핸들(321)의 우측영역(a)에 압력이 가해진다. 심트래킹핸들(321)의 상부에는 수직한 방향으로 핸들축(321a)이 연장형성되어 심트래킹핸들(321)로 가해지는 압력의 방향을 심트래킹센서부(330)로 전달한다.

토치하우징(323)은 트래킹위치조절부(340)에 결합되며 심트래킹센서부(330)의 감지결과에 따른 트래킹위치조절부(340)의 상하이동 및 전후이동을 심트래킹핸들(321)로 전달한다. 토치하우징(323)은 하우징고정부재(324)에 의해 트래킹위치조절부(340)의 전후구동부(341)와 결합된다.

토치하우징(323)의 내부에는 트래킹축(327)이 수용되고, 트래킹축(327)과 토치하우징(323)의 내벽면 사이에 심트래킹센서부(330)가 구비된다. 또한, 토치하우징(323)의 내부에는 도면에 도시되지 않았으나 심트래킹핸들(321)이 플라즈마 육성용접을 수행할 수 있도록 용접전원이 수용된다.

핸들탄성지지부(325)는 토치하우징(323)과 심트래킹핸들(321) 사이에 구비되어 심트래킹핸들(321)이 심(A) 경로 높낮이 변화에 탄성적으로 대응되며 용접할 수 있게 지지한다.

핸들탄성지지부(325)는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 탄성부재하우징(325a)과, 탄성부재하우징(325a)의 내부에 수용된 탄성부재(325b)를 포함한다. 탄성부재하우징(325a)은 하부는 핸들축(321a)과 결합되고 상부는 트래킹축(327)과 결합되어 내부에 수용된 탄성부재(325b)가 핸들축(321a)의 높이에 따라 압축 또는 신장되게 지지한다.

핸들축(321a)은 탄성부재하우징(325a)의 하부를 통해 내부로 삽입되어 탄성부재(325b)의 하부와 결합된다. 이에 의해 나사산(11)의 높이변화를 탄성부재(325b)로 전달하게 된다 .

탄성부재(325b)는 핸들축(321a)의 높이변화에 따라 탄성적으로 압축 또는 신장되며 심트래킹핸들(321)이 나사산(11)의 높이변화에 따라 탄성적으로 상하로 이동하며 심 경로를 추적하며 심(A)에 용접이 수행될 수 있게 한다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 용접이 시작될 때 심트래킹핸들(321)은 탄성부재(325b)가 초기 길이(ℓ3)에 비해 일정 길이 압축된 길이(ℓ1)로 위치되게 설정된다. 이 상태로 심 경로를 따라 용접을 수행하고, 나사산(11)의 높이가 초기 높이(h)에 비해 높아지면(h1>h), 탄성부재(325b)가 더 압축되고(ℓ1>ℓ2) 심트래킹핸들(321)이 높아진 나사산(11)에 용접을 수행하게 한다.

반대로, 나사산(11)의 높이가 초기 높이에 비해 낮아지면(h>h2), 탄성부재(325b)는 초기 길이(ℓ3)로 신장되며 심트래킹핸들(321)이 낮아진 나사산(11)에 용접을 수행하게 한다.

여기서, 탄성부재(325b)의 탄성력에 의해 보상할 수 있는 심트래킹핸들(321)의 높이는 기준범위로 정해지며, 기준범위를 초과하여 나사산(11)의 높이가 높아지거나 낮아지면 후술할 높이감지센서(339)의 감지결과에 따라 트래킹위치조절부(340)의 상하구동부(343)가 조절한다.

즉, 미세한 높이변화는 탄성부재(325b)의 탄성력에 심트래킹핸들(321)의 높이만 조절하고, 기준범위의 높이변화를 초과하면 트래킹위치조절부(340)에 의해 토치(320) 전체의 높이를 조절한다.

트래킹축(327)은 탄성부재하우징(325a)의 상단에 고정결합되어 토치하우징(323) 내부로 연장된다. 트래킹축(327)은 핸들축(321a)을 통해 탄성부재하우징(325a)으로 전달되는 심트래킹핸들(321)의 가압방향을 심트래킹센서부(330)로 전달한다.

심트래킹센서부(330)는 토치하우징(323)의 내부에 구비되어 심 경로를 감지한다. 심트래킹센서부(330)는 도 6에 도시된 바와 같이 토치하우징(323)의 내벽면과 내부에 수용된 트래킹축(327) 사이에 복수개가 구비된다. 심트래킹센서부(330)는 좌측이동을 감지하는 좌측센서(331), 우측이동을 감지하는 우측센서(333), 전방이동을 감지하는 전방센서(335) 및 후방이동을 감지하는 후방센서(337)를 포함한다.

좌측센서(331)는 트래킹축(327)이 좌측에 가해지는 압력을 감지하고, 우측센서(333)는 트래킹축(327)의 우측에 가해지는 압력을 감지하고, 전방센서(335)는 트래킹축(327)의 전방에 가해지는 압력을 감지하고, 후방센서(337)는 트래킹축(327)의 후방에 가해지는 압력을 감지한다.

또한, 심트래킹센서부(330)는 도 8에 도시된 바와 같이 탄성부재하우징(325a)의 높이를 통해 심 경로의 높이변화를 감지하는 높이감지센서(339)를 포함한다.

스크류(10)의 나사산(11)이 손상된 경우 나선방향을 따라 나사산(11)의 변형이 심해 도 6에 도시된 바와 같이 나사산(11)의 전후좌우 심 경로에 변화가 많고 도 4에 도시된 바와 같이 나사산(11)의 상하 높낮이 변화가 발생된다. 전후좌우센서(331,333)와 높이감지센서(339)는 이러한 나사산(11)의 형상변화를 감지하여 심트래킹핸들(321)이 나사산(11)의 경로를 따라 접촉된 상태를 유지하며 자동으로 용접이 수행될 수 있게 한다.

도 6에 도시된 바와 심트래킹핸들(321)이 나사산(11)의 상단을 감싼 상태로 회전지지부(100)에 의해 스크류(10)가 회전되면 변화된 경로의 나사산(11)이 심트래킹핸들(321)과 연속적으로 닿으며 심트래킹핸들(321)로 접촉압력을 인가하게 된다.

즉, 심트래킹핸들(321)의 좌측과 나사산이 접촉하여 압력이 인가되면 트래킹축(327)과 접촉된 좌측센서(331)로 압력이 전달된다. 좌측센서(331)는 압력감지를 용접제어부(500)로 전송하고, 용접제어부(500)는 토치위치조절부(400)의 수평구동부(430)를 구동하여 토치부(300)가 좌측으로 기준거리만큼 이동하게 한다. 기준거리만큼 좌측으로 이동했음에도 동일하게 좌측센서(331)로 압력이 인가되면 수평구동부(430)를 구동하여 추가로 기준거리만큼 좌측으로 이동하게 한다.

동일한 방식으로 심트래킹핸들(321)의 우측과 나사산이 접촉하여 압력이 인가되면 트래킹축(327)과 접촉된 우측센서(333)로 압력이 전달되고, 토치위치조절부(400)의 수평구동부(430)가 토치하우징(323)을 우측으로 이동시킨다.

또한, 도면에 도시되지 않았으나 나사산(11)이 전후방향으로 형상변화가 있는 경우 전방센서(335) 또는 후방센서(337)가 트래킹축(327)의 압력을 감지한다. 전방센서(335)와 후방센서(337)의 감지결과는 용접제어부(500)로 전달되고, 용접제어부(500)는 트래킹위치조절부(340)의 전후구동부(341)를 구동한다.

나사산(11)의 높이변화가 발생된 경우, 앞서 설명한 바와 같이 기준범위의 높이변화는 핸들탄성지지부(325)의 탄성력에 의해 조절된다. 높이감지센서(339)는 기준범위를 초과하는 높이변화가 발생된 경우 트래킹위치조절부(340)의 상하구동부(343)가 토치하우징(323)의 높이를 조절한다.

높이감지센서(339)는 도 8에 도시된 바와 같이 지지블럭(310)의 보호판(311)의 단부에 배치된다. 탄성부재케이싱(325a)의 하부와 상부에는 각각 하부태그(339a)와 상부태그(339b)가 구비된다. 높이감지센서(339)는 나사산(11)의 높이변화에 따라 심트래킹핸들(321)과 핸들탄성지지부(325)의 높이가 변화될 때 하부태그(339a)와 상부태그(339b)를 감지한다.

높이감지센서(339)가 하부태그(339a)를 감지하면 토치부(300)가 기준범위를 초과하여 상승된 것으로 판단하고, 용접제어부(500)는 트래킹위치조절부(340)의 상하구동부(343)가 토치하우징(323)의 높이를 상승시키게 한다.

높이감지센서(339)가 상부태그(339b)를 감지하면 토치부(300)가 기준범위를 초과하여 하강된 것으로 판단하고, 용접제어부(500)는 트래킹위치조절부(340)의 상하구동부(343)가 토치하우징(323)의 높이를 하강시키게 한다.

토치위치조절부(400)는 토치부(300)가 스크류(10)의 나사산(11)과 접촉하며 용접을 수행할 수 있도록 토치부(300)를 스크류(10)의 크기에 맞게 위치를 조절한다.

도 2에 도시된 바와 같이 토치위치조절부(400)는 바닥프레임(450)에 일정 높이 수직하게 구비되어 토치부(300)의 높이를 스크류(10)의 외경에 맞게 조절하는 메인수직프레임(410)과, 메인수직프레임(410)의 상단에 수평하게 구비되며 메인수직프레임(410)에 대해 전후로 이동가능하게 구비된 메인전후위치조절부(420)와, 메인전후위치조절부(420)의 단부에 스크류(10)의 길이방향을 따라 수평하게 구비되어 토치부(300)를 수평방향으로 이동시키는 수평구동부(430)를 포함한다.

메인수직프레임(410)은 토치부(300)에 결합된 토치(320)의 심트래킹핸들(321)이 스크류(10)의 용접할 심(A)에 닿는 위치로 토치부(300)의 수직높이를 조절한다. 메인수직프레임(410)은 모터에 의한 기계적 수단 또는 실린더를 이용한 방식 등 공지된 다양한 방식이 사용될 수 있다.

메인전후위치조절부(420)는 토치(320)의 심트래킹핸들(321)이 스크류(10)의 용접할 심(A)에 닿는 위치로 토치부(300)의 전후위치를 조절한다. 메인전후위치조절부(420)는 모터에 의한 기계적 수단 또는 실린더를 이용한 방식 등 공지된 다양한 방식이 사용될 수 있다.

메인수직프레임(410)과 메인전후위치조절부(420)는 작업자의 입력신호에 의해 동작될 수 있다.

수평구동부(430)는 도 2에 도시된 바와 같이 메인전후위치조절부(420)의 선단에 구비되며, 토치부(300)의 지지블럭(310)이 스크류(10)의 길이방향을 따라 수평방향으로 이동되게 한다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 수평구동부(430)는 스크류(10)의 길이방향을 따라 배치된 수평가이드(431)와, 수평가이드(431)를 따라 지지블럭(310)이 이동될 수 있게 구동력을 제공하는 이송수단(435)을 포함한다.

이송수단(435)은 LM 가이드 형태로 구현되거나, 이송체인 형태로 구비되거나, 실린더 형태로 구현될 수 있다. 이송수단(435)은 심트래킹센서부(330)의 좌측센서(331) 및 우측센서(333)의 감지결과에 따라 동작되어 지지블럭(310)을 해당방향으로 이동시킨다.

이에 의해 스크류(10)가 회전될 때, 지지블럭(310)이 수평가이드(431)를 따라 좌우로 이동하며 토치(320)가 스크류(10)의 나사산(11)의 심 경로를 따라 용접할 수 있게 된다.

한편, 지지블럭(310)에는 도 2에 도시된 바와 같이 용접봉공급프레임(360)이 수평하게 연장형성되고, 용접봉공급프레임(360)의 하부로 용접봉자동공급부(350)가 구비된다. 용접봉자동공급부(350)는 토치(320)와 함께 이동되며 심트래킹핸들(321)로 용접봉(C)을 자동으로 공급한다.

여기서, 토치위치조절부(400)의 메인수직프레임(410)과 메인전후위치조절부(420)는 지지블럭(310)의 수직방향 및 전후 위치를 스크류(10)의 크기에 맞게 조절하고, 트래킹위치조절부(340)의 전후구동부(341)와 상하구동부(343)는 토치하우징(323)의 전후 위치 및 상하 위치를 심 경로에 맞게 조절한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치(1)를 이용한 용접과정을 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

먼저 압출기용 스크류(10)를 회전지지부(100)에 결합시킨다. 스크류(10)의 일단을 회전지그(110)에 고정시키고, 스크류(10)의 타단을 보조롤러(140)의 상부에 안착시킨다.

스크류(10)의 고정이 완료되면, 작업자는 토치위치조절부(400)를 이용해 토치부(300)의 위치를 스크류(10)의 크기에 맞게 조정한다. 도 2에 도시된 바와 같이 메인수직프레임(410)을 이용해 수직높이를 조절하고, 메인전후위치조절부(420)를 이용해 전후 위치를 조절한다. 그리고, 수평구동부(430)를 이용해 토치(320)를 지지하는 지지블럭(310)이 도 3에 도시된 바와 같이 스크류(10)이 일단에 위치되도록 조절한다.

이 때, 도 4에 도시된 바와 같이 토치부(300)는 전진법이 되도록 일정 각도 기울인 상태에서 용접이 진행되도록 하우징고정부재(324)의 각도를 조절할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 심트래킹핸들(321)은 탄성부재(325b)가 초기길이(ℓ3) 보다 압축된 길이(ℓ1)로 나사산(11)과 접촉할 수 있게 위치된다. 이 상태에서 회전지지부(100)의 구동모터(120)가 동작되며 스크류(10)는 회전된다.

화구부(200)의 연료공급관(220)으로 연료가 공급되고 복수개의 화구(210)가 화염을 토출하여 스크류(10) 표면을 예열한다.

이 상태에서 도 6에 도시된 바와 같이 심트래킹핸들(321)은 나사산(11)과 접촉된 상태에서 플라즈마 육성용접을 수행하며 도 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 용접비드(B)를 나사산(11)의 표면에 덧씌운다.

메인수직프레임(410)과 메인전후위치조절부(420)에 의해 토치부(300)의 상하 위치 및 전후 위치가 고정된 상태에서 토치(320)는 심트래킹핸들(321)이 나사산(11)과 접촉하며 심(A) 경로를 추적하며 심(A)의 경로에 따라 트래킹위치조절부(340)의 전후구동부(341)와 상하구동부(343)에 의해 전후 및 상하로 이동되며, 수평구동부(430)의 수평가이드(431)를 따라 수평방향으로 이동하며 용접을 수행하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이 심트래킹핸들(321)이 나사산과 접촉될 때 가압되는 위치가 트래킹축(327)을 통해 좌측센서(331) 또는 우측센서(333)로 전달되고, 수평구동부(430)가 해당 위치로 토치부(300)를 이동시킨다.

또한, 동일한 방식으로 전방센서(335) 또는 후방센서(337)가 가압되면, 전후구동부(341)가 동작되어 토치부(300)를 이동시킨다.

도 7에 도시된 바와 같이 심 경로에 높이 변화가 있는 경우, 탄성부재(325b)의 탄성력에 의해 심트래킹핸들(321)이 상하로 이동되며 용접을 수행한다. 심 경로의 높이 변화가 탄성부재(325b)의 탄성범위를 벗어나는 경우 도 8에 도시된 바와 같이 높이감지센서(339)가 감지하고, 상하구동부(343)에 의해 토치(320)의 상하높이를 조절하여 용접이 수행되게 된다.

이에 따라 토치(320)가 스크류(10)의 나사산의 심 경로를 추적하며 용접이 연속하여 진행되고, 도 3에 도시된 바와 같이 토치(320)가 스크류(10)의 일단에서 타단으로 수평가이드(431)를 따라 이동되고, 전체 용접이 완료된다

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치는 스크류의 나사산과 접촉되며 용접을 수행하는 심트래킹핸들이 나사산과 접촉되며 가압되는 위치를 심트래킹센서부가 감지하여 심경로를 추적하며 자동으로 용접이 수행된다.

이상 몇 가지의 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.

1 : 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치
10 : 스크류 11 : 나사산
100 : 스크류 회전지지부 110 : 회전지그
120 : 구동모터 130 : 감속기
140 : 보조롤러 200 : 화구부
210 : 화구 220 : 연료공급관
300 : 토치부 310 : 지지블럭
311 : 보호판 320 : 토치
321 : 심트래킹핸들 321a : 핸들축
323 : 토치하우징 324 : 하우징고정부재
325 : 핸들탄성지지부 325a : 탄성부재하우징
325b : 탄성부재 327 : 트래킹축
330 : 심트래킹센서부 331 : 좌측센서
333 : 우측센서 335 : 전방센서
337 : 후방센서 339 : 높이감지센서
339a : 하부태그 339b : 상부태그
340 : 트래킹위치조절부 341 : 전후구동부
343 : 상하구동부 350 : 용접봉자동공급부
360 : 용접봉공급프레임 400 : 토치위치조절부
410 : 메인수직프레임 420 : 메인전후위치조절부
430 : 수평구동부 431 : 수평가이드
435 : 이송수단 500 : 용접제어부
A : 심
B : 용접비드
C : 용접봉
F : 화염

Claims

압출기용 스크류의 심을 추적하며 하드페이싱 용접을 수행하는 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치에 있어서,
압출기용 스크류를 길이방향으로 눕힌 상태에서 회전가능하게 지지하는 회전지지부(100)와;
상기 회전지지부(100)에 의해 회전되는 압출기용 스크류의 길이방향을 따라 하부에 구비되어 압출기용 스크류를 예열하는 화구부(200)와;
상기 회전지지부(100)의 상부에 압출기용 스크류의 길이방향을 따라 직선이동가능하게 구비되어 압출기용 스크류를 하드페이싱 용접하는 토치부(300)와;
상기 토치부(300)가 상기 압출기용 스크류의 심에 위치하도록 상기 토치부(300)의 위치를 조절하는 토치위치조절부(400)와;
상기 토치부(300)가 상기 압출기용 스크류의 회전시에 상기 압출기용 스크류의 나사산을 따른 심을 추적하며 용접하도록 상기 토치부(300)와 상기 토치위치조절부(400)를 제어하는 용접제어부(500)를 포함하며,
상기 토치부(300)는,
상기 토치위치조절부(400)에 결합되는 지지블럭(310)과;
“Y”자 형태로 형성되어 상기 압출기용 스크류(10)의 나사산의 양측을 감싸도록 접촉하며 용접하는 심트래킹핸들(321)과;
상기 심트래킹핸들(321)의 상부에 결합되어 상기 심트래킹핸들(321)이 상하로 탄성적으로 이동될 수 있게 지지하며 상부에 트래킹축(327)이 수직하게 연장된 핸들탄성지지부(325)와;
상기 핸들탄성지지부(325)의 상부에 상기 트래킹축(327)을 수용하게 구비되는 토치하우징(323)과;
상기 지지블럭(310)에 결합되며 상기 심트래킹핸들(321)로 용접봉을 자동으로 공급하는 용접봉자동공급부(350)와;
상기 토치하우징(323)과 상기 트래킹축(327) 사이에 구비되어 상기 트래킹축(327)을 통해 전달되는 압력방향을 통해 심경로를 감지하는 심트래킹센서부(330)와;
상기 지지블럭(310)과 상기 토치하우징(323) 사이에 구비되어 상기 심트래킹센서부(330)에서 감지한 심경로에 따라 상기 용접제어부(500)의 제어에 의해 상기 토치하우징(323)을 전후좌우 및 상하로 이동시키는 트래킹위치조절부(340)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치.
제1항에 있어서,
상기 심트래킹센서부(330)는,
상기 트래킹축(327)과 상기 토치하우징(323)의 내벽면 사이에 전후좌우로 배치되어 상기 트래킹축(327)으로부터 가해지는 방향의 압력을 감지하는 전후좌우센서(331,333)와;
상기 지지블럭(310)의 하부에 구비되어 상기 핸들탄성지지부(325)의 높이변화를 통해 상기 심(A)의 높이변화를 감지하는 높이감지센서(339)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치.
제2항에 있어서,
상기 토치위치조절부(400)는,
바닥에 수직하게 구비되어 상기 지지블럭(310)의 수직방향 높이를 조절하는 메인수직프레임(410)과;
상기 메인수직프레임(410)의 상단에 구비되어 상기 지지블럭(310)과 상기 스크류(10) 사이의 전후위치를 조절하는 메인전후위치조절부(420)와;
상기 메인전후위치조절부(420)에 수평방향으로 상기 압출기용 스크류(10)의 길이방향을 따라 구비되며 상기 좌우센서(331,333)의 감지결과에 따라 상기 지지블럭(310)을 수평방향으로 이동시키는 수평구동부(430)를 포함하며,
상기 트래킹위치조절부(340)는,
상기 토치하우징(323)과 상기 지지블럭(310) 사이에 구비되며 상기 심트래킹센서부(330)의 전후센서(335,337)의 감지결과에 따라 상기 토치하우징(323)이 전후로 이동되게 구동하는 전후구동부(341)와;
상기 전후구동부(341)와 상기 지지블럭(310) 사이에 구비되어 상기 토치하우징(323)을 상기 높이감지센서(339)에서 감지된 높이만큼 상하로 이동시키는 상하구동부(343)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기용 스크류 하드페이싱 용접장치.