KR102657466B1

KR102657466B1 - 건축용 보 생산을 위한 판재 및 리브 성형방법과 그 용접자동화 생산방법

Info

Publication number: KR102657466B1
Application number: KR1020230150821A
Authority: KR
Inventors: 윤여규
Original assignee: 동성이앤지(주)
Priority date: 2023-11-03
Filing date: 2023-11-03
Publication date: 2024-04-16

Abstract

본 발명은 다양한 건축구조물의 수직재인 기둥(Column)에 연결되어 하중을 지탱하는 수평 구조부재인 보(Girder & Beam) 구조물을 구성하기 위한 형틀, 즉 거푸집을 다양한 형태와 크기로 규격화된 공장생산형으로 사전 제작하는 보(Girder & Beam) 제작을 위한 판재 및 리브 성형방법과 그 용접자동화 생산방법에 관한 것이다.
본 발명은 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재에 관한 것으로서, 상기 판재는 거푸집의 측면 또는 바닥면을 구성하는 성형판재와; 상기 성형판재의 일면에 길이방향으로 접합되는 리브;로 구성되며, 상기 성형판재는 베이스판부와, 상기 베이스판부의 양단부에 형성되는 한 쌍의 절곡부로 이루어지며, 상기 절곡부는 상기 베이스판부에서 1차 절곡되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부에서 2차 절곡되는 제2절곡부와, 상기 제2절곡부에서 3차 절곡되는 제3절곡부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

건축용 보 생산을 위한 판재 및 리브 성형방법과 그 용접자동화 생산방법{Plate and rib forming method for producing architectural beams and welding automation production method}

본 발명은 다양한 건축구조물의 수직재인 기둥(Column)에 연결되어 하중을 지탱하는 수평 구조부재인 보(Girder & Beam) 구조물을 구성하기 위한 형틀, 즉 거푸집을 다양한 형태와 크기로 규격화된 공장생산형으로 사전 제작하는 보(Girder & Beam) 제작을 위한 판재 및 리브 성형방법과 그 용접자동화 생산방법에 관한 것이다.

통상 건축물의 바닥 또는 천장의 하부에 기둥이나 벽 등 축에 직각 방향의 힘을 받아 주로 휨에 의하여 하중을 지탱하는 돌출된 수평재인 보(Girder & Beam)가 설치된다.

상기 보에는 지지방법에 따라 양단지지의 단순보, 중간에 받침점을 만든 연속보, 연속보의 중간을 핀(Pin)으로 연결한 게르버보, 양단 고정한 고정보, 고정보의 일단을 해방한 캔틸레버보 등 다양한 보(Girder & Beam) 구조물이 있다. 상기 보 구조물을 형성하기 위하여 종래에는 합판 거푸집이나 유로폼 거푸집을 설치하고 그 내부에 구조용 철근을 배치 및 결속하고 콘크리트를 타설하여 일정 기간 양생 후 다시 거푸집을 철거하는 전통적인 보 구조물을 적용하였다.

그러나 종래의 보편적인 보 구조물 형성 방법은 거푸집이나 형틀을 관장하는 목수 등 숙련기술자의 감소, 기존 합판이나 유로폼 등을 활용한 거푸집 보 방식을 적용하는 작업 현장에서의 각종 동바리, 비계 등 고정 및 보강 부대설비의 복잡성과 이에 따른 재해 요인의 증가 등 많은 건설 현장에서 문제점이 상존하였다. 또한 안전관리 및 관리감독의 효율성 제고, 긴 공사기간의 단축 등 제반 건설환경의 변화 필요성이 대두되고 있으며, 각종 금속가공 및 기계설비 기술의 발달, 작업 방법의 개선 등으로 인하여 새로운 형태의 사전 공장생산형 보 생산을 위한 거푸집 제작 기술이 발달하게 되었다.

이러한 기술적 진보, 가공 기술의 발달로 상기 다양한 형태와 규격의 보(Girder & Beam) 부재의 형틀, 즉 거푸집을 제작 함에 있어 철재 박판의 성형, 성형판재와 리브(Rib)의 부착방법과 형태 등에서 다양한 성형 방법들이 개발되고 있으나 개별 성형 방법에 따라 각각의 특장점과 단점 등을 보이고 있으며, 그 방법에 따라 제품 생산성, 제작비용, 작업의 효율성, 성형설비의 복잡성 및 이용 효율에 많은 차이점을 나타내고 있다.

따라서, 보 구조물의 공장생산형으로 사전 제작, 생산하는 형틀(거푸집) 제작비용을 감소시켜 경제성을 확보하고, 제작 및 생산효율 개선과 성형 장비와 설비의 이용 효율을 높일 수 있으며, 접합 자동화 공정 개발로 대량생산 시스템으로 건설 관련 숙련노동 인력 감소, 건설 공기의 획기적 단축, 안전 재해 요인의 감소, 보 부재의 구조적 안정성과 시공 편의성을 갖춘 기술 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0954447호 대한민국 등록특허 제10-2144476호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 보(Girder & Beam) 생산을 위하여 얇은 금속판재를 성형하는 방법과, 성형판재 내측에 자동용접이 가능한 구조의 리브(Rib)를 제작하여 성형판재-리브 간 접합 자동화를 통하여 경제적으로 보 부재의 형틀(거푸집)을 대량 생산할 수 있는 기술과 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 각종 보 구조물을 제작하는 과정 중 판재의 성형과 리브의 성형 및 부착방법에 있어서 판재-리브 일체형 판재성형법이 갖고 있던 성형기의 대형화와 중후장대형 부대설비가 필요하여 초기 투자비의 증가, 높은 감가상각으로 인한 제조단가의 상승과 그로 인한 건설비용 증가, 측판부와 하판부의 별도 전용 성형설비의 구비가 필요하고, 상기 일체형 성형법은 판재 생산 폭(너비)을 확장하는데 설비의 대형화 등 제약이 있어 보 부재의 높이나 폭이 큰 제품을 제작하는데 복수의 판재를 이어 붙여 제작함으로써 연결부가 상대적으로 증가하여 누수 등의 문제가 발생될 수 있다. 또한 성형판재의 너비(폭)가 상이한 판재성형 시 복잡하고 빈번한 부속설비의 사전 교환 작업에 장시간 소요되며, 단위 길이당 판재 성형 시간이 길어 생산효율 저하 문제 등 설비투자비 및 생산비용 측면에서 경제성이 낮은 문제점을 갖고 있는 반면, 본 발명에 따른 판재-리브 분리 생산 후, 리브 자동접합 생산방식으로 상기 일체형 성형법에서의 단점을 해결할 수 있다.

한편 판재 성형과 리브 성형을 이원화하여 별도의 리브 접합 방법으로 종래 사용하던 CO2용접, 아크용접 등 수작업 방식의 용접방법에서 탈피하여 본 발명에 의한 전기-저항용접법을 이용하여 판재-리브 간 접합 과정에 에어스폿자동용접방식을 적용함으로써 기존 수작업 형태의 CO2용접 방식 등에서 야기되는 과다한 용접흔 감소, 열변성 및 산화 억제, 용접부에 대한 도장 필요성이 없어 도장 물질의 비산방지로 친환경 제작 효과, 용접 품질 향상에 따른 형틀 변형 최소화는 물론 접합 작업 공정을 크게 개선함으로써 전체 보 구조물 구성요소인 성형판재-리브-구조용 철근 간의 접합에 소요되는 전체 제작 시간을 크게 단축하여 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 에어스폿자동용접법을 적용함으로써 기존 수작업에 의한 CO2용접 방식 대비 약 2배 이상의 생산성 증가 효과가 있어 단위 보 구조물당 제작단가 감소, 작업 공정 편의성을 획기적으로 개선함으로써 실용성과 경제성을 확보할 수 있는 형틀(거푸집) 제작 방법이다. 아울러 종래 성형 판재와 수작업으로 접합하던 범용 리브 형태(ㄷ형, T형, I형 등)와 구조로는 용접기 전극헤드의 상하(좌우) 직선운동에 간섭과 장애가 발생함에 따라 스폿자동용접 방식의 적용이 불가하여 수작업에 의존한 재래식 CO2용접방식 등을 이용하여 제작하였으나, 본 발명에 의한 특화된 구조의 리브를 제작, 적용함으로써 스폿자동용접방식의 전극헤드 동작에 간섭과 장애가 없어 용접 자동화 구현이 가능하여 생산 자동화를 통해 높은 생산성 제고, 제품 품질 향상, 생산비용 감소에 크게 기여할 수 있는 효과적인 보 구조물 제작 기술과 방법이다.

또한 오랜 기간 전통적으로 건축 현장에서 적용하던 합판 또는 유로폼을 이용하여 거푸집을 제작하던 방법은 관련 숙련 기술 인력의 감소, 투입 노동력의 증가, 작업 공기의 증가 등 건설 현장에서 발생 되던 여러 가지 저효율의 문제점을 해결하고, 건설 작업 현장의 각종 동바리, 비계 등 복잡한 부대시설을 대폭 감소시켜 안전재해 요인을 크게 줄여 안전한 작업환경 조성이 가능하다.

본 발명을 통하여 거푸집을 구성하는 판재의 컴팩트한 성형 기술과 특화된 리브 형상 개발로 성형판재-리브 간 접합공정을 자동화하여 형틀(거푸집) 생산성 증대는 물론 형틀 제품의 품질 향상, 각종 변형을 최소화하여 구조적 안정성 확보 등 고품질의 건축자재 생산에 기여하고 다양한 건설 현장의 요구에 부응할 수 있는 보 구조물을 제작할 수 있는 기술 및 제작 방법이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재는 거푸집의 측면 또는 바닥면을 구성하는 성형판재와; 상기 성형판재의 일면에 길이방향으로 접합되는 리브;로 구성되며, 상기 성형판재는 베이스판부와, 상기 베이스판부의 양단부에 형성되는 한 쌍의 절곡부로 이루어지며, 상기 절곡부는 수평하게 배치된 상기 베이스판부에서 상향으로 수직하게 1차 절곡되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부에서 수평하게 2차 절곡되는 제2절곡부와, 상기 제2절곡부에서 하향으로 수직하게 3차 절곡되는 제3절곡부로 이루어지고, 상기 제2절곡부는 상기 제1절곡부보다 짧게 구성되고, 상기 제3절곡부는 상기 제2절곡부보다 짧게 구성되되, 상기 제1절곡부는 40~50mm, 상기 제2절곡부는 20~30mm, 상기 제3절곡부는 4~6mm의 폭을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재에 있어서, 리브는 상기 베이스판부에 접합되는 제1면과, 상기 제1면에서 상측으로 절곡되는 제2면과, 상기 제1면의 직상방에 평행하게 배치되도록 상기 제2면에서 절곡되는 제3면을 포함하고, 상기 제3면은 상기 제1면보다 짧게 구성되되, 상기 제1면은 20mm, 상기 제2면은 40mm, 상기 제3면은 5mm의 폭으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재에 있어서, 리브는 상기 베이스판부에 접합되는 제1면과, 상기 제1면의 일측단에서 상측으로 절곡되는 제2면과, 상기 제2면에서 수평하게 절곡되되 상기 제1면의 외측으로 절곡되는 제3-1면과, 상기 제1면의 타측단에서 상측으로 절곡되는 제4면을 포함하고, 상기 제1면은 20mm, 상기 제2면은 40mm, 상기 제3-1면은 10mm, 상기 제4면은 5mm의 폭으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

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또한, 본 발명에 따른 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 성형판재-리브 간 용접자동화 생산방법은 성형판재를 용접 베드에 로딩하는 S1단계와; 상기 용접 베드에 로딩된 성형판재 위에 리브를 안착시키고, 상기 리브 및 성형판재를 각각 리브 고정부 및 성형판재 지지부를 이용하여 흡착 고정하는 S2단계와; 스폿 자동용접부가 직선 이동하며 상기 성형판재 및 리브를 연속적으로 스폿 자동용접하는 S3단계;로 이루어지며, 상기 스폿 자동용접부는 이동몸체와, 이동몸체를 직선 이동시키는 구동부를 포함하는 이동장치와; 상기 이동몸체에 탑재되는 복수의 스폿 용접 모듈;을 포함하며, 상기 스폿 용접 모듈은 용접기 본체와; 상기 용접기 본체에 상하로 설치되는 이동 전극 및 고정 전극;을 포함하고, 상기 성형판재는 베이스판부와, 상기 베이스판부의 양단부에 형성되는 한 쌍의 절곡부로 이루어지며, 상기 절곡부는 수평하게 배치된 상기 베이스판부에서 상향으로 수직하게 1차 절곡되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부에서 수평하게 2차 절곡되는 제2절곡부와, 상기 제2절곡부에서 하향으로 수직하게 3차 절곡되는 제3절곡부로 이루어지고, 상기 제2절곡부는 상기 제1절곡부보다 짧게 구성되고, 상기 제3절곡부는 상기 제2절곡부보다 짧게 구성되되, 상기 제1절곡부는 40~50mm, 상기 제2절곡부는 20~30mm, 상기 제3절곡부는 4~6mm의 폭을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 건축용 보 부재를 구성하는 형틀(거푸집)을 제작하는 데 필요한 판재의 성형 효율 향상, 성형 비용 감소, 시설투자비 및 감각상각 감소로 경제성과 생산성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 성형판재-리브 간 접합 자동화를 통하여 보 부재 생산성을 대폭 개선함으로써 제작비용 및 건설비용 감소, 노동인력 감소에 대응할 수 있는 공장생산시스템을 도입함으로써 고품질 건축자재 공급, 건설 작업 현장의 각종 재해 요인을 줄이고, 건설 공기의 단축 등 여러 가지 파생적인 작업성, 안전성 증대 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1a는 본 발명의 성형판재를 도시한 도면이고, 도 1b는 본 발명의 성형판재에 리브가 접합되는 모습을 나타내는 도면이며, 도 1c 및 도 2는 본 발명의 성형판재에 리브가 접합된 모습을 확대한 사시도들이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 리브와 다른 구조의 리브가 사용된 모습을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 건축용 보의 제1실시예를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 정면도이다.
도 6은 도 4와 다른 건축용 보의 제2실시예를 도시하는 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 스폿자동용접부에 의해 성형판재에 리브가 접합되는 모습을 나타내는 전체 평면도 및 일부 확대도이다.
도 9 및 도 10은 도 7의 측면도 및 일부 확대도이다.
도 11은 본 발명의 리브 고정장치 및 스폿자동용접부를 나타내는 정면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1a는 본 발명의 성형판재를 도시한 도면이고, 도 1b는 본 발명의 성형판재에 리브가 접합되는 모습을 나타내는 도면이며, 도 1c 및 도 2는 본 발명의 성형판재에 리브가 접합된 모습을 확대한 사시도들이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 리브와 다른 구조의 리브가 사용된 모습을 나타내는 정면도이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 건축용 보의 제1실시예를 도시하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 정면도이며, 도 6은 도 4와 다른 건축용 보의 제2실시예를 도시하는 사시도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 건축용 보 제작을 위한 거푸집(10)은 크게 하부 판재(100a)와, 상기 하부 판재(100a) 양측단에 수직하게 접합된 한 쌍의 측판재(100b)와, 각 판재 내부에 설치된 다수의 리브(130)와, 상기 리브(130)에 접합되는 다수의 구조용 철근(11)으로 구성될 수 있다.

본 발명의 하부 판재(100a) 및 측판재(100b)는 각각 박판형 금속판재를 롤포밍기를 이용하여 성형한 성형판재(110)와, 상기 성형판재(110)의 내측 일면에 길이방향으로 접합되는 리브로 구성될 수 있다.

상기 성형판재(110)는 베이스판부(111)와, 상기 베이스판부(111)의 양단부에 형성되는 한 쌍의 절곡부(113)로 이루어질 수 있다.

상기 베이스판부(111)는 200mm～1,000mm의 폭을 가지도록 구성하여 다양한 크기(너비나 높이)의 보 부재 생산 시 여러 판재를 이어 붙이거나 또는 절단하여 제작하는 번거로움을 해소하고 원피스 제품의 생산이 가능하여 건설 현장에서 요구되는 다양한 규격이나 크기에 대한 제작, 생산 유연성을 높일 수 있다.

상기 절곡부(113)는 상기 베이스판부(111)에서 1차 절곡되는 제1절곡부(113a)와, 상기 제1절곡부(113a)에서 2차 절곡되는 제2절곡부(113b)와, 상기 제2절곡부(113b)에서 3차 절곡되는 제3절곡부(113c)로 이루어지는 것을 예시할 수 있다.

상기 제1절곡부(113a)는 베이스판부(111)에서 수직하게 절곡되고, 상기 제2절곡부(113b)는 상기 제1절곡부(113a)의 일단에서 수평하게 절곡되며, 상기 제3절곡부(113c)는 상기 제2절곡부(113b)에서 수직하게 절곡된다.

상기 제1절곡부(113a)는 40～50mm, 제2절곡부는 20～30mm, 제3절곡부는 5mm 내외(예를 들어, 4～6mm)의 폭을 가지도록 절곡시키는 것을 예시할 수 있다. 여기서 상기 제2절곡부(113b)는 상기 제1절곡부(113a)에 비해 작은 폭으로 구성되는데, 이는 금속판재의 사용량을 최소화하여 원가를 절감하면서도, 구조적 안정성을 확보할 수 있는 범위로 한정한 것이다. 예를 들어 제2절곡부가 20mm 미만인 경우에는 도 5의 좌측 하단의 확대도에서 확인할 수 있듯이 하부 판재의 제2절곡부와, 측판재의 제1절곡부와의 접합 면적이 과도하게 좁아지기 때문에 하판부와 측판부 결합시 제작 편의성이나 구조적 안정성을 유지하기 어렵고, 30mm를 초과하는 경우에는 금속판재 사용량이 늘어나서 원가 절감 효과가 줄고, 제2절곡부를 광폭(30mm 초과)으로 성형시 오히려 성형판재의 강성이 줄어들기 때문에 상술한 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 제3절곡부(113c)는 상기 제2절곡부(113b)의 끝단에서 절곡됨으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 측판재의 제1절곡부와 접합이 이루어지는 제2절곡부가 성형 후 탄성에 의해 제1절곡부에서 벌어지거나 휘어지는 등 변형을 방지하는 것으로서, 부분 좌굴(buckling), 절곡응력 해제시 비틀림 또는 각종 변형을 최소화하여 보의 구조적 안정성을 확보할 수 있도록 해준다. 또한 하부판재와 측판재의 접합시 이격틈의 발생을 방지하여 조립품질 향상은 물론 건설현장에서 콘크리트 타설 시 레미콘풀의 누수 등을 예방할 수 있다.

상기 베이스판부의 표면에는 미관과 판재 표면강성을 향상시키고 변형을 방지하도록 엠보 패턴 또는 라인 홈 가공을 할 수 있다.

한편, 도 4의 거푸집은 하부 판재의 양단부의 절곡부와, 측판재의 절곡부가 서로 맞닿는 구조로 이루어진다. 그에 반해, 도 6의 거푸집(10)은 측판재(100b)가 하부 판재(100a)의 양단부에 끼워진 구조로 이루어진다는 점에서 차이가 있으며, 이 경우 하부 판재(100a)로 사용되는 성형판재(110)는 베이스판부(111)에서 1차 절곡되는 제1절곡부(113a)만 형성하여야 한다.

본 발명의 리브(130a, 130b, 130c)는 성형판재 내측에 자동용접이 가능한 구조로 이루어진다. 즉, 본 발명에 따른 리브(130a, 130b, 130c) 형상으로 특화된 구조로 제작되어 스폿자동용접기 전극 헤드의 상하(또는 좌우) 직선운동에 간섭이나 장애가 되는 않는 구조여야 한다.

예를 들어, 도 1에 도시된 실시예의 리브(130a)는 베이스판부(111)에 접합되는 제1면(131)과, 상기 제1면(131)에서 상측으로 절곡되는 제2면(132)과, 상기 제2면(132)에서 상기 제1면(131)의 직상방에 평행하도록 절곡되며 구조용 철근(11)과 접합되는 제3면(133)을 포함한다. 여기서, 상기 제3면을 제1면보다 1/2이상 짧게 구성함으로써, 제1면의 일부가 제3면에 의해 가려지지 않고 개방되기 때문에 스폿자동용접기의 전극헤드 작동방향에 간섭이 일어나지 않아 제1면의 외측 단부에 스폿자동용접이 가능하다.

도 1의 리브에 있어서, 제1면(131)은 15～20mm, 제2면(132)은 40～50mm, 제3면(133)은 5mm 내외 폭으로 구성될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 실시예의 리브(130b)는 상기 베이스판부(111)에 접합되는 제1면(131)과, 상기 제1면(131)의 일측단에서 상측으로 절곡되는 제2면(132)과, 상기 제2면(132)에서 수평하게 절곡되되 상기 제1면(131)의 외측으로 절곡되며 구조용 철근(11)과 접합되는 제3-1면(133a)과, 상기 제1면(131)의 타측단에서 상측으로 절곡되는 제4면(134)을 포함하는 구조일 수 있다. 여기서, 상기 제1면 위가 개방되기 때문에 전극헤드의 작동에 간섭이 없어 스폿 자동용접이 가능한 구조가 된다.

도 2의 리브에 있어서, 제1면은 15～20mm, 제2면은 40～50mm, 제3-1면은 5～10mm, 제4면은 5mm 내외(예를 들어, 4～6mm)의 폭으로 구성될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 실시예의 리브(130c)는 상기 베이스판부(111)에 접합되는 제1면(131)과, 상기 제1면(131)의 일측단에서 상측으로 절곡되는 한 쌍의 제2-1면(132a)과, 상기 한 쌍의 제2-1면(132a)에서 각각 제1면(131)의 외측으로 절곡되며 구조용 철근(11)과 접합되는 한 쌍의 제3-2면(133b)을 포함한다. 여기서, 한 쌍의 제3-2면이 제1면의 외측으로 절곡되기 때문에 상기 한 쌍의 제2-1면 사이에 배치되는 상기 제1면의 상부가 개방되기 때문에 스폿 자동용접이 가능하다.

도 3의 리브에 있어서, 제1면은 15～20mm, 제2-1면은 40～50mm, 제3-2면은 5～10mm의 폭으로 구성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 리브는 자동용접이 가능한 구조를 채택하기 때문에 성형판재에 리브를 접합하는 공정을 스폿 자동용접 방식으로 생산 자동화할 수 있고, 빠른 생산 속도와 대량 생산이 가능하다.

이하에서는 본 발명에 따른 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 성형판재-리브 간 용접자동화 생산방법에 대하여 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 스폿 자동용접부에 의해 성형판재에 리브가 접합되는 모습을 나타내는 전체 평면도 및 일부 확대도이고, 도 9 및 도 10은 도 7의 측면도 및 일부 확대도이며, 도 11은 본 발명의 리브 고정장치 및 스폿 자동용접부를 나타내는 정면도이다.

도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 거푸집용 판재 자동화 용접 생산방법은 성형판재(110)를 용접 베드(200)에 로딩하는 S1단계와, 상기 용접 베드(200)에 로딩된 성형판재(110) 위에 리브(130)를 안착시키고, 상기 리브(130) 및 성형판재(110)를 각각 리브 고정부(220a) 및 성형판재 지지부(220b)를 이용하여 흡착 고정하는 S2단계와, 스폿 자동용접부(230)가 직선 이동하며 상기 성형판재(110) 및 리브(130)를 연속적으로 스폿 자동 용접하는 S3단계를 포함할 수 있다.

상기 S1단계는 적재 트레이(201)에 대기 중인 성형판재(110) 또는 리브를 진공 흡착 이송부(210)를 통해 용접 베드(200)에 로딩할 수 있다.

상기 진공 흡착 이송부(210)는 진공펌프와, 솔레노이드밸브, 에어노즐 및 흡착컵(또는 흡착 노즈) 등으로 구성될 수 있고, PLC제어에 의하여 진공펌프의 작동으로 흡착컵을 통해 성형판재를 흡착하여 용접 베드로 이송한다.

이러한 진공 흡착 이송부(210)는 6～12개로 구성된 흡착컵을 성형판재 또는 리브면에 접촉시키고, 이때 진공펌프의 작동에 의해 홀딩되어 용접베드로 자동로딩이 이루어진다. 자동로딩 후 솔로노이드밸브에 의하여 진공펌프의 에어플로우 방향이 전환됨에 따라 진공상태가 해제되고 흡착컵이 성형판재면에서 분리되며 자동로딩과정이 이루어진다.

상기 S2단계는 성형판재(110) 위에 리브(130)를 안착시키고, 상기 리브(130) 및 성형판재(110)를 각각 리브 고정부(220a) 및 성형판재 지지부(220b)를 이용하여 흡착 고정하는 것으로서, 상기 리브 고정부(220a) 및 성형판재 지지부(220b)는 실린더 본체(221), 로드(222), 흡착컵(223)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 리브 고정부의 흡착컵이 리브의 상단을 흡착한 상태에서 아래로 압착하고, 상기 성형판재 지지부의 흡착컵은 성형판재의 하면을 흡착한 상태에서 위로 압착한다.

다만, 상기 리브 고정부 및 성형판재 지지부가 리브 및 성형판재를 상하로 압착 고정한 상태에서는 후술할 스폿 자동용접부가 길이방향으로 이동하며 스폿 용접할 때 간섭하기 때문에 스폿 자동용접부(230)가 직선 이동 중 리브 고정부 및 성형판재 지지부의 간섭 발생 시점에서는 도 10에 도시된 바와 같이 간섭하는 리브 고정부(220a)의 흡착컵(223)은 일시적으로 상승하고, 성형판재 지지부(220b)의 흡착컵(223)은 일시적으로 하강하여 간섭 회피 동작이 이루어진다.

상기 S3단계는 스폿 자동용접부(230)가 직선 이동하며 상기 성형판재(110) 및 리브(130)를 연속적으로 스폿 용접하여 접합시키는 것으로서, 상기 스폿 자동용접부(230)는 이동 장치(231)와, 이동 장치(231)에 탑재되는 복수 채널의 스폿 용접 모듈(235)로 구성될 수 있다.

상기 이동장치(231)는 성형판재의 길이 방향으로 설치되는 레일(232)과, 상기 레일(232)에 결합되는 LM 가이드(234)와, LM 가이드(234) 상에 설치된 이동몸체와, 이동몸체(233)를 직선 이동시키는 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 구동부는 서보모터(233a)와, 랙 기어(233b), 피니언 기어(233c)로 구성되며, 상기 서버모터(233a)의 회전에 의해 피니언 기어가 회전하면 이동몸체의 일측에 설치된 랙기어를 따라 이동되되, LM 가이드(234) 시스템에 의해 이동몸체(233)가 레일을 따라 직선 운동하게 된다.

LM(Linear motion) 가이드 시스템 및 랙 피니언을 이용한 서보모터 구동에 의한 스폿자동용접머신이 PLC에 프로그램밍된 로직과 루트에 따라 자동 이동하며, 용접점 이동과, 스폿용접수행 및 다음 단계로의 반복 자동스폿용접 생산방식으로 성형판재-리브 간의 자동접합을 구현할 수 있다.

상기 복수(3～4채널)의 스폿 용접 모듈은 리브 개수에 맞추어 설치될 수 있으며, 예를 들어 리브가 3개 또는 4개인 경우 도 8과 같이 3채널 또는 4채널로 구성하는 것을 예시할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

3채널 또는 4채널로 구성되는 스폿 용접 모듈의 채널 배치는 도 8에 도시된 바와 같이 축차적으로 배치할 수 있다. 1채널 전극 헤드가 제1리브의 제1용접점에서 스폿용접을 개시하며 축차적으로 배치된 채널의 전극헤드가 후행하며 제2, 제3채널 별로 각각의 리브의 제1용접점부터 스폿용접이 이루어지게 되며, 용접공정 후단에서는 마지막 채널의 전극헤드가 용접 종점에 스폿용접이 이루어질 때까지 스폿 용접 모듈을 LM시스템 및 서보모터 구동이 마지막 채널의 스폿용접이 종결될 때까지 진행시킨다.

각 스폿 용접 모듈(235)은 도 11에 도시된 바와 같이 용접기 본체(235a)와, 상기 용접기 본체(235a)에 상하로 배치되는 고정 전극(235b) 및 이동 전극(235c)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 고정 전극(235b)은 성형판재(110)의 아래에 배치되고, 상기 이동 전극(235c)은 용접기 본체(235a)의 포터블 건에 부착되어 성형판재 위에서 승강하는 구조로 이루어질 수 있다.

종래에는 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재 접합 공정은 수작업에 의한 CO2용접 또는 아크 용접법을 이용하였으나, 본 발명에서는 이러한 용접 방식을 탈피하여 생산성과 작업효율 획기적으로 향상시키고 제작단가를 절감할 수 있도록 리브의 형상과 구조를 특화 제작하여 에어스폿 자동용접 방식 및 기술을 적용함으로써 경제적이고 효율적인 공장형 사전제작 건축용 보 거푸집 대량 생산시스템을 구축할 수 있다.

상기 에어스폿(air spot) 용접방법은 전극을 이용한 저항용접 프로세스로 두 개의 모재를 겹쳐 놓고 대전류를 흐르게 하여 접촉 저항 열에 의해 용융 될 때 압력을 가하여 두 개 이상의 금속판을 함께 용접하여 자동으로 융착하는 방식이다.

본 발명에서 적용하는 압력구동은 압축에어를 이용하는 에어스폿 방식을 활용한다. 구리합금 전극을 판재 표면에 접촉시켜 작동하여 압력과 전류가 가해지고 저탄소강과 같은 저항성 재료에 전류가 흐르면서 열을 발생시키는 원리를 이용하여 재료가 녹아서 부품을 함께 융합하여 전류가 꺼지고 전극의 압력이 유지되고 용융된 "너겟"이 응고되어 용융 접합하는 방법이다. 용접열이 전류에 의해 발생되며, 전류는 구리합금 전극을 통해 공작물로 전달된다. 구리는 대부분의 다른 금속보다 열전도율이 높고 전기저항이 낮아 전극보다 작업물에서 열이 우선적으로 발생하기 때문에 모재 간 용융접합이 이루어지며 용융접합 시간이 짧기(0.1～0.3초) 때문에 작업효율이 높고 안정된 접합상태를 유지하여 제품품질 향상은 물론 고속 용접이 가능하여 공장형 대량 제품생산에 적합한 방법이다.

한편, 이러한 자동 스폿 용접이 이루어지기 위해서는 리브가 앞서 설명한 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 자동스폿용접이 가능한 구조로 이루어짐으로써, 각 스폿용접기 전극 헤드의 상하 (또는 좌우) 직선운동에 간섭이나 장애가 발생되지 않아야 한다.

성형판재 및 리브 간 자동 스폿용접 공정이 완료되면 상기 진공 흡착 이송부의 구동에 의하여 용접베드로부터 적재 트레이로 이송되며, 상기와 같은 반복과정을 통하여 자동 스폿용접 공정이 수행된다.

상기와 같은 일련의 성형판재 로딩과, 자동스폿용접 수행과, 용접물의 재이송 작업은 PLC제어에 의하여 진공 흡착 이송부, 스폿 자동용접부의 운전이 자동으로 이루어저 생산자동화시스템을 구축함으로써 보 제작을 위한 성형판재의 대량생산이 용이하여 제작비용 감소는 물론 생산효율 향상에 크게 기여할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 거푸집 11 : 철근
100 : 판재 100a : 하부 판재
100b : 측판재 110 : 성형판재
111 : 베이스판부 113 : 절곡부
130 : 리브 131 : 제1면
132 : 제2면 132a : 제2-1면
133 : 제3면 133a : 제3-1면
133b : 제3-2면 134 : 제4면
135 : 스폿 용접점
200 : 용접 베드 201 : 적재 트레이
210 : 진공 흡착 이송부 220a : 리브 고정부
220b : 성형판재 지지부 221 : 실린더 본체
222 : 로드 223 : 흡착컵
230 : 스폿 자동용접부 231 : 이동장치
232 : 레일 233 : 이동몸체
233a : 서보모터 233b : 랙 기어
233c : 피니언 기어 234 : LM 가이드
235 : 스폿 용접 모듈 235a : 용접기 본체
235b : 고정 전극 235c : 이동 전극
237 : 케이블베어

Claims

건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재에 있어서,
상기 판재는,
거푸집의 측면 또는 바닥면을 구성하는 성형판재와;
상기 성형판재의 일면에 길이방향으로 접합되는 리브;로 구성되며,
상기 성형판재는,
베이스판부와, 상기 베이스판부의 양단부에 형성되는 한 쌍의 절곡부로 이루어지며,
상기 절곡부는 수평하게 배치된 상기 베이스판부에서 상향으로 수직하게 1차 절곡되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부에서 수평하게 2차 절곡되는 제2절곡부와, 상기 제2절곡부에서 하향으로 수직하게 3차 절곡되는 제3절곡부로 이루어지고,
상기 제2절곡부는 상기 제1절곡부보다 짧게 구성되고, 상기 제3절곡부는 상기 제2절곡부보다 짧게 구성되되,
상기 제1절곡부는 40~50mm, 상기 제2절곡부는 20~30mm, 상기 제3절곡부는 4~6mm의 폭을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재.
제1항에 있어서,
상기 리브는,
상기 베이스판부에 접합되는 제1면과, 상기 제1면에서 상측으로 절곡되는 제2면과, 상기 제1면의 직상방에 평행하게 배치되도록 상기 제2면에서 절곡되는 제3면을 포함하고, 상기 제3면은 상기 제1면보다 짧게 구성되되,
상기 제1면은 20mm, 상기 제2면은 40mm, 상기 제3면은 5mm의 폭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재.
제1항에 있어서,
상기 리브는,
상기 베이스판부에 접합되는 제1면과, 상기 제1면의 일측단에서 상측으로 절곡되는 제2면과, 상기 제2면에서 수평하게 절곡되되 상기 제1면의 외측으로 절곡되는 제3-1면과, 상기 제1면의 타측단에서 상측으로 절곡되는 제4면을 포함하고,
상기 제1면은 20mm, 상기 제2면은 40mm, 상기 제3-1면은 10mm, 상기 제4면은 5mm의 폭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재.
삭제
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항의 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재 자동화 용접 생산방법에 있어서,
성형판재를 용접 베드에 로딩하는 S1단계와;
상기 용접 베드에 로딩된 성형판재 위에 리브를 안착시키고, 상기 리브 및 성형판재를 각각 리브 고정부 및 성형판재 지지부를 이용하여 흡착 고정하는 S2단계와;
스폿 자동용접부가 직선 이동하며 상기 성형판재 및 리브를 연속적으로 스폿 자동용접하는 S3단계;로 이루어지며,
상기 스폿 자동용접부는,
이동몸체와, 이동몸체를 직선 이동시키는 구동부를 포함하는 이동장치와;
상기 이동몸체에 탑재되는 복수의 스폿 용접 모듈;을 포함하며,
상기 스폿 용접 모듈은,
용접기 본체와;
상기 용접기 본체에 상하로 설치되는 이동 전극 및 고정 전극;을 포함하고,
상기 성형판재는 베이스판부와, 상기 베이스판부의 양단부에 형성되는 한 쌍의 절곡부로 이루어지며,
상기 절곡부는 수평하게 배치된 상기 베이스판부에서 상향으로 수직하게 1차 절곡되는 제1절곡부와, 상기 제1절곡부에서 수평하게 2차 절곡되는 제2절곡부와, 상기 제2절곡부에서 하향으로 수직하게 3차 절곡되는 제3절곡부로 이루어지고,
상기 제2절곡부는 상기 제1절곡부보다 짧게 구성되고, 상기 제3절곡부는 상기 제2절곡부보다 짧게 구성되되,
상기 제1절곡부는 40~50mm, 상기 제2절곡부는 20~30mm, 상기 제3절곡부는 4~6mm의 폭을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건축용 보 제작을 위한 거푸집용 판재 자동화 용접 생산방법.