KR102455876B1 - 곡면 형태의 용접변형을 교정할 수 있고 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 형태의 모재 및 곡면 형태의 모재에서의 용접변형을 교정(복원)할 수 있고, 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치를 제안한다. 상기 용접변형 복원장치는, 가이드 레일모듈, 캐리어, 토치 어셈블리, 산소분배기, 가스분배기 및 구동모듈을 포함한다.

Description

곡면 형태의 용접변형을 교정할 수 있고 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치{A welding strain restoration device for restoring the curved welding strain and restoring the welding strain on various positon}

본 발명은 용접변형을 교정하는 용접변형 복원장치에 관한 것으로, 특히, 평면 형태의 모재 및 곡면 형태의 모재에서의 용접변형을 교정(복원)할 수 있고, 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치에 관한 것이다.

선박은 무수하게 많은 철판을 조립해서 만들기 때문에, 선박을 제조하는데 있어서의 핵심 작업은 용접이라고 할 수 있을 것이다. 용접은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체들이 직접 결합하도록 접합시키는 기술로써, 크게 아크(ARC) 용접과 가스 용접으로 구분할 수 있다. 아크 용접은 금속과 금속을 접합하는데 아크 방전을 이용하고, 가스 용접은 가스가 연소할 때 발생하는 고온 열을 이용하는 것으로, 모두 고온의 에너지를 사용한다는 점에서는 동일하다. 용접 열에 의하여 가열된 모재(parent material) 및 용착금속(deposited welded metal)은 굳기 전에 냉각되면 뒤틀리게 되는데, 이런 현상을 용접 변형(welding strain)이라고 한다.

도 1은 용접 변형 및 백 히팅을 통한 교정원리를 설명한다.

도 1a는 선체 외판에 론지부재를 용접하기 이전 상태를 나타내고, 도 1b는 용접 후 응력이 발생하여 용접변형이 발생한 상태를 나타내며, 도 1c는 백 히팅(back heating, 또는 후면 히팅) 작업을 통해 용접변형을 교정(용접변형복원)한 상태를 각각 나타낸다.

도 1을 참조하면, 선체 외판(10)과 론지부재(20)의 서로 결합하는 부분에 용접기(미도시)를 이용하여 용접을 수행하면 용접에 사용된 용착 금속(30)의 응력(도 1b의 화살표)에 의해 선체 외판(10)에 변형(용접변형)이 발생하게 되며, 이를 교정하기 위해서는 열원(40)을 이용하여 실제의 용접이 수행된 부분의 반대 면(후면)에 열을 가함으로써, 용착 금속(30)의 응력에 대응되는 응력(도 1c의 화살표)이 선체 외판(10)에서 발생하도록 하여 선체 외판(10)을 복원할 수 있다는 것을 알 수 있다.

대한민국 등록실용신안 20-0153673호(자동차의 차체용접부위 변형복원장치)에서는 자동차의 차체용접부위 변형복원장치에 대해 기재하고 있는데, 공개된 장치 자체는 자동차를 조립할 때 발생하는 용접변형만을 고려하였기 때문에, 선박 조립시 발생하는 용접변형을 복원하기 위해 요구되는 다양한 자세의 용접변형복원 작업을 수행할 수 없다는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 10-1493388호(용접변형 교정장치)에서는 용접부분에 발생하는 휨 변형을 교정할 수는 있지만, 평면상태의 용접변형 부분만을 교정할 수 있다는 점에서, 선박 조립시 발생하는 용접변형을 복원하기 위해 요구되는 다양한 자세의 용접변형복원 작업을 수행할 수 없다는 단점이 있다.

선박은 수평방향 및 수직방향의 용접부분이 있는 것 이외에도 곡면의 용접부분이 있으며, 특히, 용접변형이 발생하여 복원이 필요한 부분이 지상으로부터 상당히 높은 곳에 위치하는 경우도 많고 모재가 수평과 수직으로 위치하여 선박의 조립에 특화된 용접변형 복원용 장치가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 평면 형태의 모재 및 곡면 형태의 모재에서의 용접변형을 교정(복원)할 수 있고, 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치를 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접변형 복원장치는, 가이드 레일모듈, 캐리어, 토치 어셈블리, 산소분배기, 가스분배기 및 구동모듈을 포함한다.

상기 가이드 레일모듈은 모재의 용접변형이 일어난 부분을 따라 일정거리 떨어져서 설치되며, 일면에 기어가 구현된 래크가 길이 방향으로 장착된 적어도 하나의 레일 바디를 포함한다. 상기 캐리어는 상기 래크의 기어와 맞물리는 피니언 바퀴를 이용하여 상기 가이드 레일모듈을 따라 이동하는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 일단에 상기 가이드 레일의 진행방향과 수직방향으로 설치되는 토치 어셈블리 가이드 바, 외부에서 공급되는 산소를 바이패스 시키거나 차단하는 솔레노이드 산소밸브를 포함하며 상기 베이스 플레이트에 설치된 산소 연결관 및 외부에서 공급되는 가스를 바이패스 시키거나 차단하는 솔레노이드 가스밸브를 포함하며 상기 베이스 플레이트에 설치된 가스 연결관을 포함한다. 상기 토치 어셈블리는 상기 토치 어셈블리 가이드 바를 따라 이동하면서, 전달받은 산소 및 가스를 이용하여 토치헤드를 동작시켜 용접변형이 일어난 부분의 양쪽 후면을 가열한다. 상기 산소분배기는 상기 토치 어셈블리 가이드 바를 따라 이동하면서 상기 산소 연결관으로부터 전달받은 산소를 상기 토치 어셈블리로 분배한다. 상기 가스분배기는 상기 토치 어셈블리 가이드 바를 따라 이동하면서 상기 가스 연결관으로부터 전달받은 가스를 상기 토치 어셈블리로 분배한다. 상기 구동모듈은 상기 캐리어에 장착되어 상기 캐리어의 이동, 상기 솔레노이드 산소밸브, 상기 솔레노이드 가스밸브 및 상기 토치 어셈블리의 동작을 제어하는 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 용접변형 복원장치는, 모재가 평평하거나 곡면을 이루어도 용접변형을 교정할 수 있으며, 모재가 수평방향으로 위치하거나 수직방향으로 위치하는 모든 경우에도 모재의 용접변형을 교정할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 용접 변형 및 백 히팅을 통한 교정원리를 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 곡면 형태의 용접변형을 교정할 수 있고 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 용접변형 복원장치의 전체 사진을 나타낸다.
도 4는 가이드 레일의 구성을 나타낸다.
도 5는 가이드 레일의 하부와 표면이 곡면인 모재의 상부를 연결하는 곡면 대응 링크 모듈을 설명한다.
도 6은 캐리어의 구성을 나타낸다.
도 7은 구동모듈의 사진이다.
도 8은 무선 리모컨의 사진이다.
도 9는 가이드 레일을 따라 이동하면서 용접변형의 교정을 수행하는 과정을 설명한다.
도 10은 점 가열 및 선 가열 방식의 백 히팅 작업의 사진을 나타낸다.
도 11은 수평 및 수직 작업의 현장 사진이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 곡면 형태의 용접변형을 교정할 수 있고 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치의 구성을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 곡면 형태의 용접변형을 교정할 수 있고 다양한 자세로 용접변형을 교정할 수 있는 용접변형 복원장치(200, 이하 용접변형 복원장치)는, 가이드 레일모듈(210), 캐리어(220), 산소 분배기(230), 가스 분배기(240), 토치 어셈블리(250), 구동모듈(260) 및 무선 리모컨(270)을 포함한다.

가이드 레일모듈(210)은, 후술하는 캐리어(220)가 이동하는 경로가 되며, 레일 바디(211), 래크(214), 레일 연결 수단(215) 및 곡면 대응 링크모듈(216)을 포함한다.

레일 바디(211)의 상부 및 하부에는 레일 바디(211)의 길이 방향으로 가이드 홈(212)이 형성되어 있고, 레일 바디(211)의 양 측면의 내부는 레일 바디(211)의 길이 방향으로 래크 삽입 홈(213-1)이 형성되어 있으며, 래크 삽입 홈(213-1)의 일 면에는 레일 바디(211)의 길이 방향으로 개방된 래크 윈도우(231-2)가 형성되어 있다. 래크 윈도우(213-2)의 개방된 면의 수직방향의 길이는 래크 삽입 홈(213-1)의 수직방향의 길이에 비해 짧게 하여 래크(214)가 래크 윈도우(213-2)를 통해 래크 삽입 홈(213-1)으로부터 분리되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 수직방향은 레일 바디(211)의 길이 방향을 수평방향으로 가정하였을 때, 레일 바디(211)의 상하 방향을 의미한다.

래크(214, rack)는 레일 바디(211)의 래크 삽입 홈(213-1)에 삽입되며, 이때 기어(gear)가 형성되어 있는 래크(214)의 면이 래크 윈도우(213-2) 방향에 위치하도록 한다. 래크(214)의 기어는 후술하는 피니어 바퀴의 외면에 형성된 기어와 결합하여 후술하는 캐리어(220)의 이동을 돕는 역할을 수행하게 될 것이다.

레일 연결 수단(215)은 직렬로 배치된 2개의 레일 바디(211)에 형성된 가이드 홈(212)에 동반 삽입하여, 2개의 레일 바디(211-1, 211-2)를 결합하는 기능을 수행한다. 일정한 길이를 가지는 2개의 레일 바디(211-1, 211-2)를 연속하여 연결할 수 있도록 함으로서 전체적으로는 가이드 레일(210)의 길이를 무한대로 연장할 수 있도록 한다. 레일 연결 수단(215)은 다양한 형태로 구현할 수 있을 것인데, 예를 들면, 2개의 절편으로 이루어진 상태로 가이드 홈(212)에 삽입된 후 나사와 같은 조임/풀림 수단을 이용하여 2개의 절편을 가이드 홈(212) 방향으로 확장하여 레일 연결 수단(215)이 가이드 홈(212)에 고정되도록 하는 것이다. 레일 연결 수단(215)의 양 단자 부근에 각각 조임/풀림 수단을 형성함으로써, 하나의 조임/풀림 수단은 앞선 레일 바디(211-1)를 고정하고 다른 하나의 조임/풀림 수단은 이어지는 레일 바디(211-2)를 고정하도록 하면 될 것이다. 조임/풀림 수단을 활용하면 2개의 레일 바디(211-1, 211-2)의 연결은 물론이고 분해도 가능할 것이라는 것은 쉽게 예상할 수 있으며, 조임/풀림 수단은 이 분야의 통상의 기술자에게는 자명한 기술에 속하므로 자세한 설명은 생략한다.

레일 연결 수단(215)이 레일 바디(211)와 분리되어 있는 것이 아니라, 일 단이 하나의 레일 바디(211-1)의 가이드 홈(212)에 고정되어 있고 다른 일 단이 하나의 레일 바디(211-1)의 외부로 돌출되어 다른 하나의 레일 바디(211-2)와 하나의 레일 바디(211-1)를 결합하도록 하는 실시 예도 가능하다.

곡면 대응 링크모듈(216)은 링크모듈 베이스(216-1) 및 링크 암(216-4)을 포함한다. 링크모듈 베이스(216-1)의 하부에는 전자석 온/오프 수단(216-6)에 의해 동작하는 전자석(216-2)이 설치되어 있고, 상부에는 힌지 결합부(216-3)가 형성되어 있다. 링크 암(216-4)의 상부는 가이드 레일 모듈(210)을 구성하는 레일 바디(211)의 하부에 고정되며, 하부는 곡면 대응 링크모듈(216)을 구성하는 힌지 결합부(216-3)에 핀(pin)으로 결합하고 있으며, 중간에는 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5)이 설치되어 있다. 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5) 및 전자석 온/오프 수단(216-6)을 이용하여 링크 연결의 조정 및 고정을 수행할 수 있도록 한다. 예를 들면, 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5)을 온 상태로 한 후 곡면 대응 링크모듈(216)이 모재와 레일 바디(211) 사이에 설치한 후, 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5)을 오프 하여 고정한다.

가이드 레일 모듈(210)의 구체적인 형태에 대해서는 후술한다.

캐리어(220)는 미리 설치해 놓은 가이드 레일(210)을 따라 이동하는 수단으로, 베이스 플레이트(221), 토치 어셈블리 가이드 바(222), 토치 어셈블리 가이드 바 고정수단(223), 산소 연결관(224), 가스 연결관(225), 피니언 바퀴(226), 모터(227) 및 레일 감지 센서(228)를 포함한다.

베이스 플레이트(221)는 후술하는 구동모듈(260)이 위치할 수 있을 정도로 일정한 크기의 면적을 가진다. 토치 어셈블리 가이드 바(222)는 후술하는 산소 분배기(230), 가스 분배기(240) 및 토치 어셈블리(250)가 이동하는 경로가 되며, 단면은 원형으로 하는 것이 바람직하며, 따라서, 산소 분배기(230), 가스 분배기(240) 및 토치 어셈블리(250)에도 토치 어셈블리 가이드 바(222)가 삽입되는 원형의 가이드 홀이 형성되어 있어야 한다. 토치 어셈블리 가이드 바 고정수단(223)은 상술한 토치 어셈블리 가이드 바(222)의 중앙부가 삽입되는 곳으로, 베이스 플레이트(221)의 한쪽 끝단(예를 들면, 앞 단)에 설치된다. 산소 연결관(224)은, 일단은 제1연결호스(미도시)를 통해 외부의 산소공급수단(미도시)에 연결되고 다른 일단은 제2연결호스(224-2)를 통해 토치 어셈블리 가이드 바(222)의 양단 중 한 곳에 설치되는 산소 분배기(230)에 연결되며, 중간에는 산소공급수단(미도시)에서 산소 분배기(230)로 전달되는 산소의 양을 조절(차단 포함)하는 솔레노이드 산소밸브(224-1)가 형성되어 있다. 가스 연결관(225)은, 일단은 제3연결호스(미도시)를 통해 외부의 가스공급수단(미도시)에 연결되고 다른 일단은 제4연결호스(225-2)를 통해 토치 어셈블리 가이드(222)의 양 단 중 한 곳에 설치되는 가스 분배기(240)에 연결되며, 중간에는 가스공급수단(미도시)에서 가스 분배기(240)로 전달되는 가스의 양을 조절하는 솔레노이드 가스밸브(225-1)가 형성되어 있다. 피니언 바퀴(226)는 베이스 플레이트(221)의 하부에 설치되며 표면에 설치된 기어가 레일 바디(211)에 설치된 래크(215)의 기어와 결합하여 모터(227)의 회전운동을 이용하여 래크(215)를 따라 이동한다. 여기서 모터(227)는 후술하는 구동모듈(260)에서 전원을 제공하면서 동작을 제어한다. 레일 감지 센서(228)는 캐리어(220)가 가이드 레일 모듈(210)의 레일 바디(211)를 따라 이동할 때 캐리어(220)의 레일 바디(211)에서의 위치를 감지하여, 캐리어(220)가 레일 바디(211)의 끝부분을 통과하여 이탈하는 일이 없도록 한다.

산소 분배기(230)는 중앙에 형성된 가이드 홀(232), 산소 분배기 바디(231)에 형성된 산소연결구(233), 제1산소분배구(234) 및 제2산소분배구(235)가 형성된 산소 분배기 바디(231)로 구현할 수 있다. 중앙의 가이드 홀(232)은 토치 어셈블리 가이드 바(222)가 삽입되며, 따라서 산소 분배기(230)는 토치 어셈블리 가이드 바(222)를 따라 이동할 수 있게 된다. 산소 분배기(230)는 산소연결관(224)을 경유하여 산소연결구(233)로 유입되는 산소를 제1산소분배구(234) 및 제2산소분배구(235)로 분배한다.

가스 분배기(240)는 중앙에 형성된 가이드 홀(242), 가스 분배기 바디(241)에 형성된 가스연결구(243), 제1가스분배구(244) 및 제2가스분배구(245)가 형성된 가스 분배기 바디(241)로 구현할 수 있다. 중앙의 가이드 홀(242)은 토치 어셈블리 가이드 바(222)가 삽입되며, 따라서 가스 분배기(240)는 토치 어셈블리 가이드 바(222)를 따라 이동할 수 있게 된다. 가스 분배기(240)는 가스연결관(225)을 경유하여 가스연결구(243)로 유입되는 산소를 제1가스분배구(244) 및 제2가스분배구(245)로 분배한다.

토치 어셈블리(250)는, 토치 어셈블리 가이드 고정수단(223)을 중심으로 양쪽에 하나씩 배치할 수 있는데, 필요에 따라 양쪽에 2개를 설치하여 사용하거나 한쪽에 하나만 설치하여 사용할 수 있으며, 토치 바디(251), 높이 측정 센서(252), 토치 높이 조절기(253) 및 토치 헤드(254)를 포함한다. 본 발명에서 사용하고자 하는 토치 어셈블리(250)의 구성은 동일하므로, 이하에서는 하나의 토치 어셈블리(250)의 구성에 대해서만 설명한다.

토치 바디(251)의 중앙에는 토치 어셈블리 가이드 바(222)가 삽입되는 가이드 홀(251-1)이 형성되어 있어 토치 바디(251)가 토치 어셈블리 가이드 바(222)를 따라 이동할 수 있도록 하며, 토치 바디(251)가 토치 어셈블리 가이드 바(222)에 고정할 수 있는 고정수단(251-2)도 형성되어 있다. 높이 측정 센서(252)는 토치헤드(254)와 용접변형 교정을 수행해야 할 면과의 거리(높이)를 측정한다. 토치 높이 조절기(253)는 높이 측정 센서(252)에서 측정한 토치헤드(254)와 용접변형 교정을 수행해야 할 면과의 거리 정보를 이용하여 토치헤드(254)와 용접변형 교정을 수행해야 할 면과의 최적 거리를 유지하도록 한다. 토치 헤드(254)는 산소연결구(233)와 산소분배구(234 또는 244)를 경유하여 인가되는 산소와 가스연결구(43) 및 가스분배구(235 또는 245)를 경유하여 인가되는 가스를 이용하여 용접변형 교정을 수행해야 할 부분의 양쪽 가장자리에 일정한 크기의 열을 인가한다.

구동모듈(260)은 배터리 안착부(261), 배터리 상태 등(261-1), 전원 온/오프 수단(262), 선/점 가열선택수단(263-1), 점 가열시 이격거리 설정수단(263-2), 선 가열 시간 설정수단(263-3), 산소밸브 개폐수단(264-1), 가스밸브 개폐수단(264-2), 비상정지버튼(265), 무선 송수신 장치(266) 및 무선 네트워크 연결상태 표시 등(267)을 포함한다.

배터리 안착부(261)에는 배터리(미도시)를 장착하며, 배터리에서 공급되는 전원을 이용하여 모터(227), 높이 조정 센서(252), 토치 높이 조절기(253) 및 구동모듈(260)에 포함되는 모든 전기기기의 동작을 제어한다. 배터리 상태 등(26-1)은 배터리 안착부(261)에 장착된 배터리의 충전 상태를 표시한다. 전원 온/오프 수단(262)은 본 발명에 따른 용접변형 복원장치(200)를 사용할 때와 사용하지 않을 때를 구분할 수 있도록 하여 배터리를 효과적으로 사용하도록 한다.

선/점 가열선택수단(263-1)은 용접변형을 교정하고자 하는 부분의 후방에 선의 형태로 열을 가할 것인지 아니면 점의 형태로 열을 가할 것인지를 선택할 수 있도록 한다. 점 가열시 이격 거리 설정수단(263-2)은 선/점 가열선택수단(263-1)에서 점 가열을 선택하였을 때 활성화되는 것으로, 가열되는 점과 점 사이의 거리를 설정할 수 있도록 한다. 선 가열 시간 설정수단(263-3)은 선/점 가열선택수단(263-1)에서 선 가열을 선택하였을 때 활성화되는 것으로, 가열되는 선의 시간당 이동속도를 설정할 수 있도록 한다.

산소 밸브 개폐수단(264-1) 및 가스밸브 개폐수단(264-2)은 자동 또는 수동으로 작동시킬 수 있으며, 사용자의 지시에 따라 토치 헤드(254)에 산소 및 가스를 공급하거나 차단하는 기능을 수행한다.

비상정지버튼(265)은 눌렀을 때 토치 헤드(254)에 산소 및 가스를 공급하거나 차단하는 등 본 발명에 따른 용접변형 복원장치(200)의 전체 동작을 정지시킨다. 무선 송수신 장치(266)는 후술하는 무선 리모컨(270)을 이용하여 구동모듈(260)을 제어할 때 필요한 것으로 이미 알고 있는 무선 통신 수단을 의미한다. 무선 네트워크 연결상태 표시 등(267)도 무선 리모컨(270)을 이용하여 구동모듈(260)을 제어할 때에 사용되는 것으로 무선 리모컨(270)과 구동모듈(260)의 연결상태를 표시하며, 무선 리모컨(270)이 구동모듈(260)과 통신 가능영역을 벗어난 때에도 이를 표시하게 될 것이다.

무선 리모컨(270)은 구동모듈(260)과 무선으로 통신을 수행하면서 원거리에서 구동모듈(260)을 동작시킬 수 있도록 하는 것으로, 구동모듈(260)에서 제공하는 서비스 전체를 포함하고 있는 것이 바람직하지만, 점 가열시 이격 거리 설정수단(263-2), 선 가열 시간 설정수단(263-3) 대신 조그 동작 버튼을 설치하는 실시 예도 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 용접변형 복원장치의 전체 사진을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 용접변형 복원장치(200)는, 가이드레일(210), 캐리어(220), 산소분배기(230), 가스분배기(240), 토치 어셈블리(250) 및 구동모듈(260)로 구성된다는 것을 알 수 있다. 무선 리모컨(270)의 사용은 작업자가 선택할 수 있다. 이하에서는 도 3에 도시된 용접변형 복원장치의 구성에 대해서 자세하게 설명한다.

도 4는 가이드 레일의 구성을 나타낸다.

도 4a는 3개의 레일 바디 및 캐리어에 장착된 구동모듈의 사진이며, 도 4b는 레일 바디의 사시도이고, 도 4c는 레일 연결 수단을 이용하여 2개의 레일 바디를 연결하는 과정을 설명하며, 도 4d는 3개의 레일 바디의 위치를 바꿔가면서 가이드 레일의 길이를 확장하는 실시 예를 나타낸다.

도 4a를 참조하면, 3개의 레일 바디(211-1~211-3)의 하부에는 곡면 대응 링크모듈(216)이 설치되어 있고, 2개의 레일 바디(211-1, 211-2)의 일 측 단부에는 레일 연결 수단(215)가 각각 설치되어 있다는 것을 알 수 있다. 가장 하부의 레일 바디(211-3)의 일 단에는 구동모듈(260)이 장착된 캐리어(220)가 설치되어 있다. 후술하겠지만, 3개의 레일 바디(211-1~211-3)는 레일 연결 수단(215)을 이용하여 직렬로 연결할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 레일 바디(211)는 사각형을 이루며, 상부 및 하부에는 가이드 홈(212)이 형성되어 있고, 양 측면의 내부에는 래크 삽입 홈(213-1)이 각각 형성되어 있고, 래크 삽입 홈(213-1)에 삽입된 래크(214)의 기어 부분은 레일 바디(211)의 측면에 레일 바디(211)의 길이 방향으로 개방된 래크 윈도우(213-2)를 통해 외부로 드러나게 된다.

도 4c의 상부는 인접하는 2개의 레일 바디(211-1, 211-2)가 레일 연결 수단(215)에 의해 체결되기 전 상태를 나타내고, 하부는 하나의 레일 바디(211-2)의 상부에 설치된 레일 연결 수단(215)에 의해 다른 하나의 레일 바디(211-1)이 하나의 레일 바디(211-1)과 체결된 상태를 나타낸다. 상부에 표시된 나사(화살표)를 회전시킴으로써 레일 연결 수단(215)이 다른 하나의 레일 바디(211-1)의 가이드 홈(212)에 강력하게 고정하는 기술은 이 분야의 기술자들이라면 쉽게 구현할 수 있으므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.

도 4d는 3개의 레일 바디(211-1~211-3)를 캐리어(220)가 진행하는 방향으로 이어서 연결하는 과정을 설명한다. 일단 통과한 레일 바디를 이동하여 진행할 경로로 연결함으로써, 3개의 레일 바디(211-1~211-3) 만으로 무한대로 진행 경로를 설치할 수 있음을 알 수 있다. 도 4d에서 레일 1은 부재번호 211-1, 레일 2는 부재번호 211-2, 그리고 레일 3은 부재번호 211-3에 각각 대응된다.

도 5는 가이드 레일의 하부와 표면이 곡면인 모재의 상부를 연결하는 곡면 대응 링크 모듈을 설명한다.

도 5a는 곡면 대응 링크 모듈의 사시도이고, 도 5b는 모재의 상부가 평평한 때의 곡면 대응 링크 모듈의 연결상태를 나타내고, 도 5c는 모재의 상부가 곡면인 때의 곡면 대응 링크 모듈의 연결상태를 나타낸다.

도 5a를 참조하면 곡면 대응 링크 모듈(216)은, 링크모듈 베이스(216-1), 링크 암(216-4) 및 링크연결 온/오프 수단(216-5)으로 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 링크모듈 베이스(216-1)의 하부에는 전자석(216-2)이 설치되어 있고, 상부에는 힌지 결합부(216-3)가 형성되어 있다. 링크 암(216-4)의 상부는 가이드 레일 모듈(210)을 구성하는 레일 바디(211)의 하부에 고정되며, 하부는 곡면 대응 링크모듈(216)을 구성하는 힌지 결합부(216-3)에 핀(pin)으로 결합하고 있으며, 중간에는 링크 연결 온/오프 수단(216-5)이 설치되어 있다. 레일 바디(211)와 모재 사이의 간격에 맞춰 곡면 대응 링크 모듈(216)의 위치를 조절하게 되는데, 링크 암(216-4)을 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5)을 축으로 일정한 각도 회전시키면서 조절할 수 있으며, 조정이 종료된 후에는 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5)을 고정하여 링크 암(216-4)이 링크 연결 온/오프 수단(216-5)을 축으로 회전하는 것을 방지한다. 점선 원의 내부를 참조하면 링크 암 회전 온/오프 수단(216-5)의 온 및 오프의 설정을 이해할 수 있을 것이다.

도 5b는 곡면 대응 링크 모듈(216)의 길이가 레일 바디(211)의 하부와 모재의 상부 표면의 간격과 거의 동일할 경우를 가정한 것으로, 곡면 대응 링크 모듈(216)이 거의 일직선으로 레일 바디(211)와 모재의 사이에 설치되어 있다.

도 5c는 모재의 상부와 레일 바디(211)의 하부 사이의 간격이 곡면 대응 링크 모듈(216)의 길이에 비해 좁을 때를 가정한 것으로, 곡면 대응 링크 모듈(216)이 일정한 각도 경사진 상태로 모재의 상부와 레일 바디(211)의 하부 사이에 설치된다는 것을 알 수 있다. 링크 연결 온/오프 수단(216-5) 및 전자석 온/오프 수단(216-6)을 이용하여 링크 연결의 조정 및 고정을 수행할 수 있도록 한다.

도 6은 캐리어의 구성을 나타낸다.

도 6a는 캐리어의 측단면도이고, 도 6b는 캐리어의 평면도이다.

도 6을 참조하면, 캐리어(220)는 베이스 플레이트(221), 토치 어셈블리 가이드 바(222), 토치 어셈블리 가이드 바 고정수단(223), 산소 연결관(224), 가스 연결관(225), 피니언 바퀴(226) 및 모터(227)로 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 도 2를 설명할 때 캐리어(220)를 구성하는 구성요소들(221~227)의 기능에 대해서는 상술하였으므로, 여기서는 설명을 생략한다.

도 7은 구동모듈의 사진이다.

도 7을 참조하면, 구동모듈(260)은, 구동모듈(260)은 배터리 안착부(261), 배터리 상태 등(261-1), 전원 온/오프 수단(262), 선/점 가열선택수단(263-1), 점 가열시 이격 거리 설정수단(263-2), 선 가열 시간 설정수단(263-3), 산소 밸브 개폐수단(264-1), 가스밸브 개폐수단(264-2), 비상정지버튼(265), 무선 송수신 장치(266) 및 무선 네트워크 연결상태 표시 등(267)을 포함한다는 것을 확인할 수 있다.

도 8은 무선 리모컨의 사진이다.

도 8을 참조하면, 무선 리모컨(270)은 도 7에 도시된 구동모듈(260)과 무선으로 통신을 수행하면서 원거리에서 구동모듈(260)을 동작시킬 수 있도록 하는 것으로, 구동모듈(260)에서 제공하는 서비스 전체를 포함하고 있는 것이 바람직하지만, 점 가열시 이격 거리 설정수단(263-2), 선 가열 시간 설정수단(263-3) 대신 조그 동작 버튼을 설치하는 실시 예도 가능하다는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 가이드 레일을 따라 이동하면서 용접변형의 교정을 수행하는 과정을 설명한다.

도 9a는 용접변형이 발생한 모재의 표면이 평탄한 경우의 교정과정을 설명하며, 도 9b는 용접변형이 발생함 모재의 표면이 곡면인 경우의 교정과정을 설명한다.

도 9를 참조하면, 가장 좌측에 위치하는 캐리어(220)가 우측으로 이동할 때, 캐리어(220)에 장착된 토치 어셈블리(250)의 토치헤드(254)가 모재의 표면에 백 히팅 작업을 수행한다는 것을 알 수 있다. 도 9a에 도시된 모재의 표면은 평평하기 때문에 캐리어(220)가 이동하더라도 토치헤드(254)의 위치를 조절할 필요가 없지만, 도 9b에 도시된 모재의 표면은 곡면을 이루기 때문에 캐리어(220)가 이동할 때마다 높이 측정 센서(252)에서 검출된 정보를 이용하여 토치 높이 조절기(253)가 토치헤드(254)의 위치 측 모재와의 거리를 조절하도록 함으로써, 모재의 상부가 평평한 때는 물론 모재의 상부가 일정한 곡면을 이룰 때에도 백 히팅 작업을 정확하게 수행할 수 있다.

도 10은 점 가열 및 선 가열 방식의 백 히팅 작업의 사진을 나타낸다.

도 10a는 점 가열 방식의 백 히팅 작업을 수행하는 현장의 사진이고, 도 10b는 선 가열 방식의 백 히팅 작업을 수행하고 있는 현장의 사진이다. 도 10을 참조하면, 특별한 설명을 하지 않더라도, 점 가열 방식의 백 히팅 작업 및 선 가열 방식의 백 히팅 작업의 차이를 확인할 수 있다.

도 11은 수평 및 수직 작업의 현장 사진이다.

도 11a는 모재가 수평인 때 복원 작업을 수행하는 현장 사진이고 도 11b는 모재가 수직일 때 복원 작업을 수행하는 현장 사진이다. 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 용접변형 복원장치(200)는 다양한 자세 즉 수평자세는 물론이고 수직자세에서 백 히팅 작업을 수행할 수 있으며, 수평 및 수직 작업은 모재가 곡면을 이룰 때에도 문제없이 수행할 수 있다는 것을 쉽게 예상할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.

210: 가이드 레일 모듈
211: 레일 바디
212: 가이드 홈 213-1: 래크 삽입 홈
213-2: 래크 윈도우
214: 래크 215: 레일 연결 수단
216: 곡면 대응 링크모듈
216-1: 링크모듈 베이스
216-2: 전자석 216-3: 힌지 결합부
216-4: 링크 암 216-5: 링크 암 회전 온/오프 수단
216-6: 전자석 온/오프 수단
220: 캐리어
221: 베이스 플레이트 222: 토치 어셈블리 가이드 바
223: 토치 어셈블리 가이드 바 고정수단
224: 산소연결관
224-1: 솔레노이드 산소밸브
225: 가스연결관
225-1: 솔레노이드 가스밸브
226: 피니언 바퀴 217: 레일 감지 센서
230: 산소분배기
231: 산소분배기 바디 232: 가이드 홀
233: 산소연결구 234: 제1산소분배구
235: 제2산소분배구
240: 가스분배기
241: 가스분배기 바디 242: 가이드 홀
243: 가스연결구 244: 제1가스분배구
245: 제2가스분배구
250: 토치 어셈블리
251: 토치 바디
251-1: 가이드 홀 251-2: 고정수단
252: 높이 측정 센서 253: 토치 높이 조절기
254: 토치 헤드
260: 구동모듈
261: 배터리 안착부 261-1: 배터리 상태 등
262: 전원 온/오프 수단 263-1: 선/점 가열선택수단
263-2: 점 가열 시 이격거리 설정수단
263-3: 선 가열 시간 설정수단
264-1: 산소밸브 개폐수단 264-2: 가스밸브 개폐수단
265: 비상정지버튼 266: 무선 송수신 장치
267: 무선 네트워크 연결상태 표시 등(267)
270: 무선 리모컨

Claims (10)

1. 모재의 용접변형이 일어난 부분을 따라 일정거리 떨어져서 설치되며, 일면에 기어가 구현된 래크가 길이 방향으로 장착된 적어도 하나의 레일 바디를 포함하는 가이드 레일모듈;
   상기 래크의 기어와 맞물리는 피니언 바퀴를 이용하여 상기 가이드 레일모듈을 따라 이동하는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 일단에 상기 가이드 레일의 진행방향과 수직방향으로 설치되는 토치 어셈블리 가이드 바, 외부에서 공급되는 산소를 바이패스 시키거나 차단하는 솔레노이드 산소밸브를 포함하며 상기 베이스 플레이트에 설치된 산소 연결관 및 외부에서 공급되는 가스를 바이패스 시키거나 차단하는 솔레노이드 가스밸브를 포함하며 상기 베이스 플레이트에 설치된 가스 연결관을 포함하는 캐리어;
   상기 토치 어셈블리 가이드 바를 따라 이동하면서, 전달받은 산소 및 가스를 이용하여 토치헤드를 동작시켜 용접변형이 일어난 부분의 양쪽 후면을 가열하는 토치 어셈블리;
   상기 토치 어셈블리 가이드 바를 따라 이동하면서 상기 산소 연결관으로부터 전달받은 산소를 상기 토치 어셈블리로 분배하는 산소분배기;
   상기 토치 어셈블리 가이드 바를 따라 이동하면서 상기 가스 연결관으로부터 전달받은 가스를 상기 토치 어셈블리로 분배하는 가스분배기; 및
   상기 캐리어에 장착되어 상기 캐리어의 이동, 상기 솔레노이드 산소밸브, 상기 솔레노이드 가스밸브 및 상기 토치 어셈블리의 동작을 제어하는 수단을 포함하는 구동모듈;을 포함하되,
   상기 가이드 레일모듈은, 상부 및 하부에 길이 방향으로 가이드 홈이 형성되어 있고, 양측에는 길이 방향으로 상기 피니언 바퀴와 이동가능하게 결합하는 상기 래크가 삽입되는 래크 삽입 홈이 형성되어 있으며, 상기 래크 삽입 홈의 측면에는 길이 방향으로 개방된 래크 윈도우가 형성된 레일 바디와, 일면에 형성된 기어가 상기 래크 윈도우 방향이 되도록 상기 래크 삽입 홈에 설치된 래크 및 상기 레일 바디의 하부와 상기 용접변형이 일어난 모재의 상부면 사이에 설치되어 상기 레일 바디가 상기 모재로부터 일정거리 떨어져 위치하도록 하는 곡면 대응 링크 모듈을 포함하며,
   상기 곡면 대응 링크 모듈은, 모재와 접하는 하부에는 전자석이 설치되며, 상부 면에는 힌지 결합부 및 전자석 온/오프 수단이 형성된 링크모듈 베이스 및 일 단은 상기 레일 바디의 하부와 결합하고, 반대 단은 상기 힌지 결합부와 결합하며, 중간에 링크 암 회전 온/오프 수단이 설치된 링크 암을 포함하고,
   상기 가이드 레일모듈은, 이웃하는 2개의 레일 바디를 연결하는 레일 연결 수단을 더 포함하되 상기 레일 연결 수단은 수평방향으로 일직선을 이루도록 직렬로 배치된 상기 레일 바디를 서로 연결할 수 있게 상기 레일 바디의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 한 부분에 형성된 상기 가이드 홈에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서, 상기 캐리어는,
   상부에 상기 구동모듈이 장착되는 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트의 일 단에 설치되는 토치 어셈블리 가이드 바 고정수단;
   상기 토치 어셈블리 가이드 바 고정수단에 고정되는 토치 어셈블리 가이드 바;
   상기 베이스 플레이트에 설치되며 일 단은 외부에서 산소를 공급하는 연결수단이 연결되고 반대 단은 상기 산소분배기에 연결되며 중간에 상기 솔레노이드 산소밸브가 형성된 산소 연결관;
   상기 베이스 플레이트에 설치되며, 일단은 외부에서 가스를 공급하는 연결수단이 연결되고 반대 단은 상기 가스분배기에 연결되며 중간에 상기 솔레노이드 가스밸브가 형성된 가스 연결관;
   상기 베이스 플레이트의 하부에 형성되며 상기 래크의 기어와 맞물려 회전하는 피니언 바퀴;
   상기 베이스 플레이트에 설치되어 상기 피니언 바퀴에 회전 동력을 제공하는 모터; 및
   상기 베이스 플레이트에 설치되어 상기 캐리어의 상기 레일 바디에서의 위치를 감지하는 레일 감지 센서;를
   포함하는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
5. 제1항에서, 상기 산소 분배기는,
   상기 토치 어셈블리 가이드를 따라 이동하는 산소 분배기 바디로 이루어지며, 상기 산소 분배기 바디에는,
   상기 산소 분배기 바디의 중앙에 형성되어 상기 토치 어셈블리 가이드가 삽입되는 가이드 홀;
   일 단이 상기 산소연결관으로 연결된 산소연결구;
   일단이 상기 산소연결구의 다른 일단과 연결되며 다른 일 단이 하나의 토치 어셈블리에 연결된 제1산소분배구; 및
   일 단기 상기 산소연결구의 또 다른 일단과 연결되며 다른 일 단이 다른 하나의 토치 어셈블리에 연결된 제2산소분배구;가
   형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
6. 제1항에서, 상기 가스 분배기는,
   상기 토치 어셈블리 가이드를 따라 이동하는 가스 분배기 바디로 이루어지며, 상기 가스 분배기 바디에는,
   상기 가스 분배기 바디의 중앙에 형성되어 상기 토치 어셈블리 가이드가 삽입되는 가이드 홀;
   일 단이 상기 가스연결관으로 연결된 가스연결구;
   일단이 상기 가스연결구의 다른 일단과 연결되며 다른 일 단이 하나의 토치 어셈블리에 연결된 제1가스분배구; 및
   일 단기 상기 가스연결구의 또 다른 일단과 연결되며 다른 일 단이 다른 하나의 토치 어셈블리에 연결된 제2가스분배구;가
   형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
7. 제1항에서, 상기 토치 어셈블리는,
   상기 토치 어셈블리 가이드를 따라 이동하는 토치 바디;
   상기 토치 바디에 설치되며 상기 가스분배기 및 상기 산소분배기로부터 전달되는 가스 및 산소를 이용하여 모재에 열을 가하는 토치 헤드;
   상기 토치 바디에 설치되며 상기 토치 헤드와 상기 모재 사이의 길이(높이)를 측정하는 높이 측정 센서; 및
   상기 높이 측정 센서에서 측정된 정보를 이용하여 상기 토치 헤드의 높이를 조절하는 토치 높이 조절기;를
   포함하는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
8. 제1항에서, 상기 구동모듈은,
   상기 토치헤드가 모재를 가열할 때, 점의 형태로 가열한 것인가 선의 형태로 가열할 것인가를 선택할 수 있도록 하는 선/점 가열선택수단;
   점의 형태로 모재를 가열할 것을 선택한 때에 활성화되는 것으로, 가열되는 점과 점 사이의 거리를 설정할 수 있도록 하는 이격거리 설정수단;
   선의 형태로 모재를 가열할 것을 선택한 때에 활성화되는 것으로, 선을 형성할 때 선의 시간당 이동속도를 설정할 수 있도록 하는 가열 시간 설정수단;
   상기 솔레노이드 산소밸브의 개폐를 수행하는 솔레노이드 산소밸브 개폐수단; 및
   상기 솔레노이드 가스밸브의 개폐를 수행하는 솔레노이드 가스밸브 개폐수단;을 포함하며,
   상기 선/점 가열선택수단, 상기 이격거리 설정수단, 상기 가열 시간 설정수단, 상기 솔레노이드 산소밸브 개폐수단 및 상기 솔레노이드 가스밸브 개폐수단을 통해 입력된 지시에 응답하여 상기 토치헤드가 활성화되는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
9. 제8항에서, 상기 구동모듈은,
   배터리가 장착되는 배터리 안착부;
   상기 배터리 안착부에 장착된 배터리의 충전 용량을 표시하는 배터리 상태 등;
   눌렀을 때 상기 용접변형 복원장치의 동작을 강제로 정지시키는 비상정지버튼;
   외부의 무선 장치와 통신을 수행할 수 있는 통신모듈을 포함하는 무선 송수신 장치; 및
   외부의 무선 장치와의 연결 상태를 표시하는 무선 네트워크 연결상태 표시 등; 중
   적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.
10. 제9항에서, 상기 용접변형 복원장치는,
    상기 구동모듈을 원격 제어하는 무선 리모컨;을
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접변형 복원장치.

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