KR102519898B1 - 조정관 커팅 로봇장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조정관 커팅 로봇장치에 관한 것으로, 배관 라인의 성형시 양 고정관 사이에 설치되어 구비되는 조정관을 커팅하여 성형하기 위한 커팅 로봇장치로서, 커팅 로봇장치는 여러 방향으로 선회 및 회전되는 다관절 로봇; 다관절 로봇에 구비되어 조정관 외주면의 임의의 3점의 좌표를 측정하여 조정관의 중심점을 찾기 위한 디지타이저; 다관절 로봇에 상하 이동 및 회전 가능하게 구비되어 디지타이저를 통해 찾은 조정관의 중심점을 기준으로 조정관의 외주면을 커팅하는 커팅장치;를 포함하는 조정관 커팅 로봇장치를 제공한다.

Description

조정관 커팅 로봇장치{Robot apparatus for cutting of the adjustment pipe}

본 발명은 조정관 커팅 로봇장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복잡한 형상으로 요구되는 조정관을 정밀하면서도 신속하게 재현하여 공급할 수 있는 조정관 커팅 로봇장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 블록(block) 단위로 제작 및 설치되는데, 내부 배관 역시 블록 단위로 제작 및 설치되어 최종 건조시 모든 기관이 정상 작동할 수 있도록 배관 라인을 형성하게 된다.

다만, 크기가 큰 대형 선박의 경우와 같이 블록 단위로 각종 기관을 제작하면, 초기 설계에 기초한 제작에 따른 설치 오차가 발생할 수밖에 없고, 배관 라인 역시 그에 따른 오차가 생길 수밖에 없다.

그러나, 배관 라인 형성시 각종 기관을 연결하는 긴 길이의 고정관(fixed pipe)은 초기 설계 도면대로 제작 및 설치하고, 각 고정관 사이를 단절시켜 여유를 둠으로써, 각종 기관의 설치 오차를 극복할 수 있다. 이때, 각 고정관 사이를 연결해주는 상대적으로 짧은 길이의 조정관(adjustment pipe)을 후작업을 통해 제작하여 설치하게 된다.

이러한 조정관의 제작 방법은 크게 3가지로 구분되는데, 현물 이용법과 지그 이용법 및 계측 재현법이 있다. 이러한 조정관의 제작 방법 중에서도 최근에는 쉽고 간단하게 조정관을 제작할 수 있고 물류 이동을 줄여 생산비를 감소시킬 수 있는 계측 재현법이 각광을 받고 있다.

계측 재현법은 한 쌍의 고정관 사이에 형성될 조정관의 형성요소를 측정장치를 이용하여 측정하고, 측정된 값을 조정관 재현장치에 입력하여 재현하게 된다. 이렇게 제작된 조정관을 현장에 가지고 가서 설치하게 되는 것이다.

계측 재현법에서 한 쌍의 고정관 사이를 연결하는 조정관의 형성요소는 파이프의 길이, 플랜지의 면각, 플랜지의 볼트홀의 위치, 배관 라인의 단차 등 4가지로 구분할 수 있다.

따라서, 조정관의 계측방법에는 위 4가지 요소를 모두 포함해야 하며, 표현방법으로는 상대적인 3차원 좌표로 나타내는 방법, 각도와 길이로 나타내는 방법, 길이로써 나타내는 방법 및 각도로서 나타내는 방법 등이 있다.

한편, 위에서 설명한 바와 같이, 선박의 건조과정은 블록 단위로 제작 및 설치되는데, 각 부재들이 조립되어 소블록을 형성하고, 소블록은 다시 중블록 및 대블록으로 조립되어 도크로 운반된 후 탑재되어 조립된다.

이러한 건조과정을 거치는 선박에는 다수의 배관 라인이 설치되며, 다수의 배관 라인은 블록 단위로 제작되어 탑재되나 각 블록에 장착된 배관 라인을 연결하는 이음용 배관인 조정관(adjustment pipe)은 후작업을 통해 제작하여 설치하게 된다.

즉, 조정관은 연결하고자 하는 양 배관 사이의 거리 또는 각도가 상이하게 배치된 두 배관 사이를 연결하기 위한 연결배관과 양측의 배관을 연결하기 위한 배관이고, 이러한 조정관이 고정되게 구비되는 연결배관은 형상에 따라 직관과 곡관(또는 엘보관), 티(tee)관 등으로 구분되며 곡관의 굽은 각도는 90도 내지 135도 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

그러나, 각 블록에 장착된 배관라인은 블록이 조립되는 경우 두 배관 간의 높이 차이 및 두 배관 사이의 거리 또는 각도가 틀어지는 경우가 빈번히 발생하게 된다.

따라서, 두 배관 사이를 연결배관으로 연결하기 위해서는 연결배관의 양측 단부와 맞닿게 되는 배관의 길이방향으로 여유를 두고, 양 배관과 연결배관에 맞게 조정관의 양측 단부를 절단하여 최종적으로 맞대기 용접을 통하여 조정관의 설치작업을 완료하게 된다.

이 경우 두 배관이 3차원적으로 틀어져 있는 경우에는 이에 설치될 조정관이 해당 3차원 형상에 맞도록 파이프를 절단하는 작업은 매우 어려워지게 되고, 현장에서는 반복적인 계측 및 절단 작업을 진행하면서 조정관이 정확히 설치되는지 확인 작업을 거쳐야 하므로 절단시수 초과에 따른 설치공정이 지연되는 단점이 있다.

이에, 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1977555호에서 조정관이 설치될 고정관의 형상을 회전각, 거리 데이터로 계측하고 계측된 결과를 이용하여 틀어진 각도 및 길이 등을 감안하여 조정관 형상을 정확하고 빠르게 재현할 수 있는 범용 조정관 재현장치를 제안하였다.

하지만, 본 출원인에 의해 등록된 대한민국 등록특허 제10-1977555호에서 계측된 결과에 따라 파이프의 단부를 절단하여 조정관으로 성형하고자 할 때, 요구되는 조정관의 형상이 복잡한 경우 즉 파이프의 단부를 3차원 형상(타원 형태)으로 절단해야 하는 경우에는 표준 궤도형 절단로봇으로는 절단할 수 없는 문제가 있다.

이로 인해, 작업자가 석필과 줄자를 이용하여 궤도점을 생성 및 연결하여 근사적으로 3차원 타원 궤도를 만들고, 이를 수동 플라즈마 절단기를 이용하여 작업자가 직접 절단하게 되는데, 이 과정에서 작업자의 손떨림 등으로 인해 절단면이 고르지 못하게 되는 품질 저하가 발생되고, 이러한 절단면의 불량을 연삭기를 이용한 연삭공정으로 해소해야 하므로 많은 작업시간이 소요됨에 따라 작업성 및 생산성이 저하되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1977555호

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 단절된 배관을 연결하기 위한 조정관의 단부가 3차원 형상과 같이 복잡한 형상으로 요구되는 조정관을 정밀하면서도 신속하게 성형하여 공급할 수 있도록 한 조정관 커팅 로봇장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치는, 배관 라인의 성형시 양 고정관 사이에 설치되어 구비되는 조정관을 커팅하여 성형하기 위한 커팅 로봇장치로서, 커팅 로봇장치는 여러 방향으로 선회 및 회전되는 다관절 로봇; 다관절 로봇에 구비되어 조정관 외주면의 임의의 3점의 좌표를 측정하여 조정관의 중심점을 찾기 위한 디지타이저; 다관절 로봇에 상하 이동 및 회전 가능하게 구비되어 디지타이저를 통해 찾은 조정관의 중심점을 기준으로 조정관의 외주면을 커팅하는 커팅장치;를 포함하는 조정관 커팅 로봇장치를 특징으로 한다.

그리고, 다관절 로봇은 베이스블록에서 Z축 방향을 기준으로 선회 및 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 로워아암; 로워아암에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 어퍼아암; 어퍼아암에 Y축 방향을 기준으로 선회 및 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 한편 그 전면에 디지타이저가 결합되어 구비되는 고정블록; 고정블록에서 상하로 이동 가능하게 결합되어 구비되는 한편 그 전면에 커팅장치가 결합되어 구비되는 승강블록;을 포함할 수 있다.

게다가, 디지타이저는 고정블록에 결합되어 고정되는 고정아암; 고정아암에 Y축 방향을 기준으로 선회 및 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 제1 회전아암; 제1 회전아암에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 제2 회전아암; 제2 회전아암에 고정되게 구비되어 조정관의 외주면에 접하여 해당 좌표를 측정하는 탐침바;를 포함할 수 있다.

이에 더하여, 디지타이저의 고정아암은 어퍼아암과 동일 선상으로 위치되게 구비될 수 있다.

또한, 커팅장치는 승강블록의 전면에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 메인링크; 메인링크에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 보조링크; 보조링크에 고정되게 구비되어 조정관의 외주면을 커팅하는 플라즈마 커팅기;를 포함할 수 있다.

본 발명의 조정관 커팅 로봇장치에 따르면, 배관 라인의 성형시 단절된 양 고정관 사이를 연결하도록 설치되는 조정관의 단부가 3차원 형상과 같이 복잡한 형상으로 요구되는 조정관을 신속하면서도 정밀하게 커팅하여 성형함으로써 조정관 재현에 따른 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있고, 절단면의 불량을 해소하여 품질 향상을 이룰 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 중심점 측정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 커팅장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 커팅장치의 내부 구성을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치의 조정관 중심점 측정시의 작동도이다.
도 6은 본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치에 의한 조정관의 커팅과정을 보인 작동도로서, 도 6a는 로봇장치의 어퍼아암과 조정관의 중심점이 일치된 상태의 도면이고, 도 6b는 커팅장치가 조정관의 커팅면으로 이동되는 상태의 도면이며, 도 6c는 커팅장치의 플라즈마커팅기에 의해 조정관이 커팅되는 상태의 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예이다.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이에, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치 및 이에 구성되는 각 구성들, 작동 상태를 도시한 도면들이다.

본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치는 도면에 도시된 바와 같이, 배관 라인의 성형시 배관의 양 고정관 사이에 연결되어 설치되는 조정관(600)을 커팅하여 성형하기 위한 장치이다.

이러한 커팅 로봇장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 여러 방향으로 선회 및 회전되는 다관절 로봇(100)과, 다관절 로봇(100)과 별개로 구비되어 커팅 전 상태의 조정관(600)이 안착되어 고정되는 지그블록(500)과, 다관절 로봇(100)에 구비되어 조정관(600)의 중심점을 찾기 위한 중심점 측정장치와, 다관절 로봇(100)에 구비되어 조정관(600)의 중심점을 기준으로 조정관(600) 단부의 외주면을 고정관에 대응한 면각으로 커팅하는 커팅장치(400)를 포함한다.

다관절 로봇(100)은 일정 높이의 지상고를 갖도록 설치되는 베이스블록(110)과, 베이스블록(110)의 상면에서 Z축 방향을 기준으로 선회되는 한편 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 로워아암(120)과, 로워아암(120)의 상단부에서 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 어퍼아암(130)과, 어퍼아암(130)의 선단부에서 Y축 방향을 기준으로 선회되는 한편 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되고 그 전면에는 후술될 중심점 측정장치인 디지타이저(300)가 결합되어 구비되는 고정블록(200)과, 고정블록(200)의 전면에서 상하로 이동 가능하게 결합되어 구비되는 한편 그 전면에는 커팅장치(400)가 결합되어 구비되는 승강블록(230)을 포함한다.

베이스블록(110)은 상,하부 블록으로 나뉘어 구비되고, 상,하부 블록은 그 중심부에 Z축 방향으로 힌지 결합된 관절부(111)가 형성된다. 이로써, 상부 블록은 하부 블록과의 관절부(111)를 기준으로 평면적으로 회전되게 구비된다. 이때, 관절부(111)에는 서보모터에 의해 하부 블록에서 상부 블록을 회전되는 턴테이블 방식의 회전수단이 구성될 수 있으나, 이에 국한되거나 한정되지 않고 하부 블록에서 상부 블록을 회전시키는 작동만 만족하면 어떠한 회전수단도 모두 적용 가능하다.

그리고, 상부 블록은 그 상단부가 상부 블록의 중심에서 외주 측으로 상향 경사지게 치우친 구조로 돌출되고, 그 상단부에는 로워아암(120)의 하단부가 X축 방향으로 힌지 결합되는 하부 관절부(121)가 구비된다. 이에 따라, 로워아암(120)은 베이스블록(110)과의 하부 관절부(121)를 축으로 상하 회전되게 결합된다.

로워아암(120)은 일정 길이를 갖는 링크로서, 그 상단부는 지면으로부터 일정 높이의 지상고를 갖도록 구비되고, 로워아암(120)의 상단부에는 어퍼아암(130)의 후단부가 X축 방향으로 힌지 결합되는 상부 관절부(122)가 구비된다. 이에 따라, 어퍼아암(130)은 로워아암(120)과의 상부 관절부(122)를 축으로 상하 회전되게 구비된다.

이러한 어퍼아암(130)은 제1 어퍼아암과 제2 어퍼아암으로 나뉘어 구성되고, 후방에 위치되는 제1 어퍼아암의 후단부는 로워아암(120)의 상부 관절부(122)에 힌지 결합되고, 제1 어퍼아암의 선단부에는 제2 어퍼아암이 Y축 방향으로 힌지 결합되는 제1 관절부(131)가 구비된다. 이에 따라, 어퍼아암(130)은 로워아암(120)과의 상부 관절부(122)를 축으로 상하 회전되면서 제1,2 어퍼아암 간의 제1 관절부(131)를 축으로 제자리 회전 즉 선회되게 구비된다.

그리고, 제2 어퍼아암의 선단부에는 고정블록(200)의 후면부가 X축 방향으로 힌지 결합되는 제2 관절부(132)가 구비되어, 제2 관절부(132)를 축으로 고정블록(200)은 어퍼아암(130)의 선단부에서 상하 회전되게 구비된다.

따라서, 후술될 디지타이저(300)와 커팅장치(400)가 구비되는 고정블록(200)은 베이스블록(110)의 관절부(111)에 의해 베이스블록(110) 상에서 평면적으로 선회되고, 로워아암(120)의 상,하부 관절부(121)(122)에 의해 상하 큰 각도로 회전되며, 어퍼아암(130)의 제1,2 관절부(131)(132)에 의해 제자리 회전 및 상하 방향으로의 정밀 회전이 가능하게 된다.

이때, 다관절 로봇(100)의 각 관절부에는 해당 관절부의 회전작동을 위한 모터가 구비되고, 이 모터는 정밀 제어가 가능한 서보모터로 구비되는 것이 바람직하다.

한편, 고정블록(200)은 그 후면 하단부가 어퍼아암(130)의 제2 관절부(132)에 힌지 결합되어 수직하게 세워진 상태로 구비되고, 고정블록(200)의 전면에는 승강블록(230)이 상하 이동 가능하게 결합되어 구비된다.

이러한 고정블록(200)의 전면 하단부에는 후술될 디지타이저(300)가 장착되는 장착부(210)가 형성되고, 이 장착부(210)에는 복수의 장착핀(211)이 돌출 형성된다. 이로써, 복수의 장착핀(211)에 후술될 디지타이저(300)가 결합되어 가고정됨으로써 디지타이저(300)의 장착 및 탈착 작업을 간편하게 할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 고정블록(200)의 내부에는 스크류축(220)이 회전 가능하게 설치되어 구비되고, 이 스크류축(220)에는 승강블록(230)이 나사 결합되어 구비된다.

이러한 승강블록(230)은 고정블록(200)의 내측에서 스크류축(220)과 나사 결합되어 상하로 이동되게 구비되는 내측 블록과, 내측 블록과 결합 고정되는 한편 고정블록(200)의 외측에 구비되는 외측 블록을 포함한다.

따라서, 고정블록(200) 내에서 스크류축(220)이 정.역 회전됨에 따라 승강블록(230)은 고정블록(200)에서 상하 방향으로 직선 이동된다.

또한, 승강블록(230)의 전면에는 복수개로 이루어진 한쌍의 힌지프레임(231)이 형성되고, 양 힌지프레임(231) 사이에는 후술될 커팅장치(400)가 회전 가능하게 결합되어 구비된다.

한편, 조정관(600)의 공간상 중심점을 찾기 위한 중심점 측정장치는 디지타이저(300)로 구성된다.

디지타이저(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다관절 로봇(100)의 고정블록(200)에 구비되어 조정관(600) 외주면의 임의의 3점의 좌표를 측정하여 조정관(600)의 중심점을 측정하기 위한 장치이다.

구체적으로, 디지타이저(300)는 고정블록(200)의 전면 하단부에 결합되어 고정되는 고정아암(320)과, 고정아암(320)의 선단부에 고정아암(320)의 축방향 즉 Y축 방향을 기준으로 선회되게 구비되는 한편 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 제1 회전아암(330)과, 제1 회전아암(330)의 선단부에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 제2 회전아암(340)과, 제2 회전아암(340)의 선단부에 고정되게 구비되어 조정관(600)의 외주면에 접촉되어 해당 좌표를 측정하는 탐침바(341)를 포함한다.

고정아암(320)은 중공의 원통관으로 구비될 수 있고, 그 후단부에는 고정블록(200) 전면의 장착부(210)에 결합 고정되는 베이스플레이트(310)가 구비된다. 이러한 베이스플레이트(310)에는 복수의 장착핀(211)이 각각 끼워져 결합되는 복수의 관통구가 형성되어, 고정아암(320)이 베이스플레이트(310)에 의해 고정블록(200)의 장착부(210)에 회전 불가한 상태로 가고정됨으로써 디지타이저(300)를 고정블록(200)에 간편하게 장착 및 탈착시킬 수 있게 된다.

그리고, 제1 회전아암(330)은 그 후단부가 고정아암(320)의 선단부에 별도의 힌지블록(331)을 매개로 결합되되, 힌지블록(331)은 "ㄴ"자 형상의 블록으로 형성된다.

이러한 힌지블록(331)은 베이스플레이트(310)와 평행한 그 일측부에는 고정아암(320)의 선단부에 Y축 방향으로 힌지 결합되는 제1 관절부(332)가 구비되고, 이와 수직한 타측부에는 제1 회전아암(330)의 후단부가 X축 방향으로 힌지 결합되는 제2 관절부(333)가 구비된다.

그리고, 제1 회전아암(330)의 선단부에는 제2 회전아암(340)의 후단부와 X축 방향으로 힌지 결합되는 제3 관절부(334)가 구비된다.

이러한 제2 회전아암(340)의 선단부에는 탐침바(341)가 제2 회전아암(340)의 축선과 동일하거나 또는 평행하게 구비되고, 이 탐침바(341)는 디지타이저(300)의 제2,3 관절부(333)(334)를 축으로 미세한 각도로 상하 회전되어 정밀 조정되고, 다관절 로봇(100)에 구비된 로워아암(120)의 상,하부 관절부(121)(122)를 축으로는 큰 각도로 상하 회전되어 그 위치가 조정된다.

이와 같은 탐침바(341)는 조정관(600) 단부의 외주면에서 임의의 3점에 접촉되면서 접촉된 해당 지점의 좌표를 측정하여 디스플레이를 통해 표시할 수 있다.

상기와 같이 해당 탐침바(341)를 통해 측정된 3점의 좌표를 통해 디지타이저(300)에서 조정관(600)의 공간상 중심점을 연산하여 산출할 수 있고, 또는 별도의 컨트롤러(미도시)에서 3점의 좌표값을 입력받아 조정관(600)의 공간상 중심점을 연산하여 산출할 수도 있다.

한편, 상기와 같은 디지타이저(300)의 고정아암(320)은 어퍼아암(130)과 동일 선상으로 위치되게 구비됨이 바람직하다. 이는, 디지타이저(300)의 선회 중심과 후술될 커팅장치(400)의 선회 중심을 동일하게 공유함으로써 디지타이저(300)에서 측정된 조정관(600)의 공간상 중심점을 커팅장치(400)에서 그대로 이용하여 조정관(600)의 단부를 3차원 커팅하는데 활용하기 위함이다.

그리고, 탐침바(341)가 조정관(600) 외주면의 임의의 3점에 접하여 각 좌표를 측정할 때 측정시의 축중심인 다관절 로봇(100)의 어퍼아암(130)의 위치 정보가 함께 측정되어 제공되므로 3점의 위치를 계산하고, 측정된 3점의 위치를 기준으로 조정관(600)의 공간상 중심점을 산출함으로써 이 중심점을 통해 커팅장치(400)가 조정관(600)의 외주면을 정확하면서도 정밀하게 커팅할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같은 디지타이저(300)의 각 관절부에도 전술한 다관절 로봇(100)에서와 같이 해당 관절부의 회전작동을 위한 각각의 서보모터가 구비됨이 바람직하다.

커팅장치(400)는 다관절 로봇(100)에 상하 이동 및 회전 가능하게 구비되어 디지타이저(300)를 통해 측정된 조정관(600)의 중심점을 기준으로 조정관(600)의 외주면을 커팅하는 장치이다.

이러한 커팅장치(400)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 승강블록(230)의 양 힌지프레임(231) 사이에서 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 메인링크(410)와, 메인링크(410)의 선단부에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 보조링크(420)와, 보조링크(420)의 선단부에 고정되게 구비되어 조정관(600)의 외주면을 커팅하는 플라즈마커팅기(430)를 포함한다.

이러한 메인링크(410)의 후단부에는 승강블록(230)의 양 힌지프레임(231) 사이에 구비되어 X축 방향으로 힌지 결합되는 제1 관절부(411)가 구비되고, 선단부에는 보조링크(420)가 X축 방향으로 힌지 결합되는 제2 관절부(412)가 구비된다.

이에 따라, 메인링크(410)는 제1 관절부(411)를 축으로 승강블록(230)의 힌지프레임(231)에서 상하 방향으로 회전되게 구비되고, 보조링크(420)는 제2 관절부(412)를 축으로 메인링크(410)에서 상하 방향으로 회전되게 구비된다.

이때, 승강블록(230)의 양 힌지프레임(231)에는 각각의 서보모터가 구비되되, 일측의 서보모터는 힌지프레임(231)에서 메인링크(410)를 상하 회전시키게 되고, 타측의 서보모터는 메인링크(410)에서 보조링크(420)를 미세 회전시켜 정밀 조정할 수 있게 구비된다.

특히, 보조링크(420)를 회전시키는 서보모터는 제2 관절부(412)와 체인으로 연결되어 구비될 수 있고, 체인은 메인링크(410) 내에 삽입된 상태로 회전 가능하게 구비됨이 바람직하다.

그리고, 보조링크(420)에는 플라즈마커팅기(430)가 고정되어 구비됨으로써 플라즈마커팅기(430)는 보조링크(420)와 같이 회전되게 구비된다.

한편, 본 발명의 커팅 로봇장치에는 도 1에서와 같이, 다관절 로봇(100)과 별개로 설치되는 지그블록(500)이 더 포함된다.

지그블록(500)은 그 상면에 턴테이블 방식으로 회전되게 구비되는 베이스플레이트(510)와, 베이스플레이트(510) 상에 일정 간격으로 나열되게 구비되는 다수의 지그플레이트(520)를 포함한다.

특히, 지그플레이트(520)는 그 상면에 조정관(600)을 안착시켜 거치할 수 있는 "∨"자의 홈이 형성되어, 조정관(600)을 안정적으로 받쳐 지지할 수 있게 된다.

그리고, 지그플레이트(520)에는 U-볼트의 클램프가 체결되게 구비되어 조정관(600)을 지그플레이트(520)의 홈에 견고히 구속시켜 유동을 방지할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 조정관 커팅 로봇장치의 작동관계를 설명한다.

먼저, 본 커팅 로봇장치는 다관절 로봇(100)에 의해 어퍼아암(130)의 선단부에 구비된 디지타이저(300)가 X,Y,Z축 방향으로 회전되면서 지그블록(500)에 고정된 조정관(600)의 중심점을 측정하게 된다.

즉, 디지타이저(300)의 탐침바(341)가 다관절 로봇(100)의 베이스블록(110)과 로워아암(120) 사이의 관절부(111)와, 로워아암(120)의 상,하부 관절부(121)(122)에서 큰 각도로 회전되어 신속하게 조정관(600)의 일단면 측으로 근접되게 위치된다.

이 상태에서 도 5에 도시된 바와 같이, 디지타이저(300)의 탐침바(341)가 제1,2,3 관절부(332)(333)(334)에서 미세 회전되면서 조정관(600)의 일단부 외주면에서 임의의 3점에 접촉되면서 3점의 접촉 지점의 각 좌표를 측정하게 되고, 측정된 각 좌표의 정보는 측정시 중심점인 다관절 로봇(100)의 어퍼아암(130)의 위치 정보와 더불어 3점의 위치를 계산하며, 측정된 3점의 위치를 기준으로 조정관(600)의 공간상에 존재하는 중심점을 산출할 수 있게 된다.

이후, 측정된 조정관(600)의 중심섬을 기준으로 커팅장치(400)를 통해 조정관(600)의 외주면을 3차원 커팅하게 된다.

즉, 먼저 도 6a에서와 같이, 고정블록(200)에서 디지타이저(300)를 탈착하여 제거한 상태에서 고정블록(200) 상에서 승강블록(230)을 상하로 이동시켜 플라즈마커팅기(430)를 도 6b에서와 같이 커팅하고자 하는 조정관(600)의 외주면 일측에 접촉되게 위치시킨다.

이 상태에서 플라즈마커팅기(430)를 작동시켜 커팅을 시작한 후, 3D 스캐너를 통해 정밀 측정된 정보에 따라 플라즈마커팅기(430)를 도 6c에서와 같이 조정관(600)의 원주 방향으로 회전 이동시키면서 조정관(600)의 단부를 3차원으로 커팅하게 된다.

따라서, 3차원 형상과 같이 복잡한 형상으로 요구되는 조정관(600)을 신속하면서도 정밀하게 커팅하여 성형함으로써 조정관(600) 재현에 따른 작업시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있고, 조정관(600) 절단면의 불량을 해소하여 품질 향상을 이룰 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

100 : 다관절 로봇 110 : 베이스블록
111 : 관절부 120 : 로워아암
121,122 : 관절부 130 : 어퍼아암
131,132 : 관절부 200 : 고정블록
210 : 장착부 211 : 장착핀
220 : 스크류축 230 : 승강블록
231 : 힌지프레임 300 : 디지타이저
310 : 베이스플레이트 320 : 고정아암
330 : 제1 회전아암 331 : 힌지블록
332,333,334 : 관절부 340 : 제2 회전아암
341 : 탐침바 400 : 커팅장치
410 : 메인링크 411,412 : 관절부
420 : 보조링크 430 : 플라즈마커팅기
500 : 지그블록 510 : 베이스플레이트
520 : 지그플레이트 600 : 조정관

Claims (5)

1. 배관 라인의 성형시 양 고정관 사이에 설치되어 구비되는 조정관을 커팅하여 성형하기 위한 커팅 로봇장치로서,
   커팅 로봇장치는 여러 방향으로 선회 및 회전되는 다관절 로봇;
   다관절 로봇에 구비되어 조정관 외주면의 임의의 3점의 좌표를 측정하여 조정관의 중심점을 찾기 위한 디지타이저;
   다관절 로봇에 상하 이동 및 회전 가능하게 구비되어 디지타이저를 통해 찾은 조정관의 중심점을 기준으로 조정관의 외주면을 커팅하는 커팅장치;를 포함하되,
   다관절 로봇은 베이스블록에서 Z축 방향을 기준으로 선회 및 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 로워아암;
   로워아암에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 어퍼아암;
   어퍼아암에 Y축 방향을 기준으로 선회 및 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 한편 그 전면에 디지타이저가 결합되어 구비되는 고정블록;
   고정블록에서 상하로 이동 가능하게 결합되어 구비되는 한편 그 전면에 커팅장치가 결합되어 구비되는 승강블록;을 포함하는 조정관 커팅 로봇장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   디지타이저는 고정블록에 결합되어 고정되는 고정아암;
   고정아암에 Y축 방향을 기준으로 선회 및 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 제1 회전아암;
   제1 회전아암에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 제2 회전아암;
   제2 회전아암에 고정되게 구비되어 조정관의 외주면에 접하여 해당 좌표를 측정하는 탐침바;를 포함하는 조정관 커팅 로봇장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   디지타이저의 고정아암은 어퍼아암과 동일 선상으로 위치되게 구비되는 조정관 커팅 로봇장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   커팅장치는 승강블록의 전면에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 메인링크;
   메인링크에 X축 방향을 기준으로 상하 회전되게 구비되는 보조링크;
   보조링크에 고정되게 구비되어 조정관의 외주면을 커팅하는 플라즈마 커팅기;를 포함하는 조정관 커팅 로봇장치.

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