KR200281772Y1 - 원/타원 트랙킹 용접 로봇 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 원통형 부재와 스티프너 사이의 용접선이 그리는 원, 타원, 쌍곡선과 같은 곡선 용접을 좌표 데이터의 입력에 따라 자동으로 동작하여 행하는 원/타원 트랙킹 용접 로봇을 제공함.

본 고안은 레일(10)을 타고 이동 가능한 1쌍의 지주(11) 사이를 연결시켜 주는 거더(12)에, 상기한 레일(10)과 직교방향으로 슬라이드 이동되는 수직축(13)을 배치하고, 상기한 수직축(13)의 하단에는 그 내부에 설치된 제1 연장축(14)에 의해 상하로 위치 이동되는 회전축(15)을 연결함과 아울러 상기한 회전축(15)에는 이것을 지점으로 요동하는 틸팅축(17)을 힌지시키고, 또한 틸팅축(17)의 하단에는 그 축방향으로 신장되는 제2 연장축(18)을 갖춘 구성으로 되어 있다.

용접 팁의 X, Y, Z방향의 이동은 물론, 각 방면으로의 이동 중에 자전 운동과 틸팅 운동을 병행할 수 있어서 어떤 곡선에도 쉽게 추종하면서 용접을 행하는 효과를 가지고 있다.

Description

원/타원 트랙킹 용접 로봇

본 고안은 조선 분야 등에 특히 적합한 고가 이동 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 부재와 스티프너와의 용접에서 발생되는 원/타원에 추종하는 용접을 행할 수 있게 되어 있는 원/타원 트랙킹 용접 로봇에 관한 것이다.

선체의 각 부분은 거의 대부분 용접에 의한 이음을 통해 연결되고 있고, 이 때 용접되는 부위는 평면, 곡면, 수직면 등의 각양각색의 면을 포함하고 있게 된다. 조선 분야에서 상기한 면의 용접은 티그 용접기, 야그 용접기 등과 같은 자주식 용접장치를 통해 일정 수준의 자동 용접을 달성하고 있다.

그러나 선체의 건조에서 빈번하게 사용되는 원통형 부재와 스티프너와의 용접선은 원/타원, 쌍곡선 등으로 나타나기 때문에 이를 자동 용접으로 행하기 곤란한 문제가 있다.

이 때문에 종래에는 작업자가 직접 행하는 인력 의존 방식으로 원통형 부재와 스티프너 사이를 용접할 수밖에 없었으며, 이 방식은 열악한 작업 환경에 노출되는 환경 위생적인 문제와, 생산성의 향상에 걸림돌로 작용하는 문제를 일으키고 있다.

본 고안의 목적은 조선 분야에서 널리 행하는 원통형 부재와 스티프너 사이의 용접을 자동을 행할 수 있는 원/타원 트랙킹 용접 로봇을 제공하여 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 함에 있다.

상기한 목적을 구현하는 본 고안은 레일을 타고 이동 가능한 1쌍의 지주 사이를 연결시켜 주는 거더에, 상기한 레일과 직교방향으로 슬라이드 이동되는 수직축을 배치하고, 상기한 수직축의 하단에는 그 내부에 설치된 제1 연장축에 의해 상하로 위치 이동되는 회전축을 연결함과 아울러 상기한 회전축에는 이것을 지점으로 요동하는 틸팅축을 힌지시키고, 또한 힌지축의 하단에는 그 축방향으로 신장되는 제2 연장축을 갖추고, 이들 각 축은 독자적 구동원에 의해 개별 구동되게 한 구성으로 된다.

이와 같은 구성의 본 고안은 수직축에 내장된 제1 연장축의 종단으로 개재되는 회전축과, 틸팅축 및 제2 연장축을 경유하여 용접 팁을 설치한 구성이므로 상기한 용접 팁의 X, Y, Z방향의 이동은 물론, 각 방면으로의 이동 중에 자전 운동과 틸팅 운동을 병행할 수 있는 구조로 한 것이므로 어떤 곡선에도 쉽게 추종할 수 있는 메커니즘을 갖추어 종래에 자동 용접이 불가능하였던 원/타원 곡선에 추종하는 용접을 자동화할 수 있는 장점을 가지게 된다.

도 1은 본 고안 장치의 구성을 개략적으로 도시한 정면 사시도.

도 2는 본 고안에 의한 용접 효과를 도시하는 원통형 부재와 스티프너의 용 접예를 도시하는 사시도.

도 3은 본 고안 장치에 의한 원/타원 트랙킹의 개념도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10...레일 11...지주

12...거더 13...수직축

14...제1 연장축 15...회전축

16...틸팅부 17...틸팅축

18...제2 연장축

상술한 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안이 적용된 고가 이동 용접장치의 구성을 도시하는 정면 사시도로서, 레일(10)을 타고 이동 가능하게 배치되는 1쌍의 지주(11)는 그 상단이 거더(12)에 의해 일체로 연결되어 있고, 상기한 거더(12)에는 수직축(13)이 수평 이동 가능하게 배치된 구성으로 되어 있다.

상기한 수직축(13)은 내부에 제1 연장축(14)이 내장된 것으로서, 이것은 도시하지 않은 모터에 의해 상하로 신축 작동되는 것이다.

한편, 상기한 제1 연장축(14)의 종단에는 그 둘레방향으로 선회 가능한 회전축(15)이 부착 설치되어 있고, 이 회전축(15)의 틸팅부(16)에는 틸팅축(17)이 힌지 연결되어서 소정 각도 범위로 요동할 수 있게 되어 있다. 또, 상기한 틸팅축(17)에는 제2 연장축(18)이 내장되어서 필요에 따라 신축 작동하게 되어 있으며, 그 종단에는 용접 팁이 배치되어서 정해진 궤적에 따라 용접을 행하게 되어 있다.

상기한 각 축(14)(15)(17)(18)은 상호 별개의 구동원에 의해 연동되는 구조로 되어 있으며, 이들은 프로그램 로직 컨트롤러나 컴퓨터에 의해 제어되는 것이다.

도 2는 상기한 구성의 본 고안에 의해 용접되는 물품의 예를 도시하고 있다.

도시한 물품은 원통형 부재(A)의 내측에 원호상의 곡선을 가진 스티프너(B)를 일체로 용접 연결한 구성을 묘사하고 있으며, 이와 같은 물품은 선체의 건조에 다량으로 사용되는 부재이다.

원통형 부재(A)의 내주면에서 스티프너(B)와의 접촉면은 타원 또는 쌍곡선을 그리게 되고, 본 고안의 장치는 이러한 타원이나 쌍곡선에 추종하는 자동 용접을 가능하게 하는 것이다.

즉, 본 고안에서 제2 연장축(18)의 하단에 부착 배치된 용접 팁은 레일(10)을 타고 이동되는 지주(11)에 편승한 X방향 이동이 가능하고, 또 수직축(13)이 거더(12)를 타고 수평 이동함에 따르는 Y방향 이동도 가능하게 된다.

게다가 수직축(13)에 내장된 제1 연장축(14)은 용접 팀의 Z방향 이동을 담당하게 되고, 이와는 별도로 용접 팁은 회전축(15)에 의한 자전 운동 및 틸팅 축(17)에 편승한 요동 운동, 그리고 제2 연장축(18)의 진퇴에 추종하는 틸팅 위치에서의 축방향 이동도 동시에 할 수 있게 된다.

이와 같이 다양한 방면의 이동은 어떠한 용접선에도 추종할 수 있는 기능을 갖추게 되는 바, 도 3은 상술한 구성의 본 고안 장치에 관련된 작동 개념을 설명하는 도면으로서 원이나 타원의 중심은 서로 직교하는 3축(X0, Y0, Z0)으로 되는 것임을 잘 묘사하여 주고 있다.

본 고안의 장치는 상기와 같이 직교하는 3개의 축을 두루 갖추고 있음과 동시에 이들 3축(X₀, Y₀, Z₀)에 대하여 틸팅하고 자전하는 제2 연장축(18)을 더 갖춤으로써 원, 타원 등의 곡선을 자유자재로 추종할 수 있게 되는 것이다.

더 상세하게 설명하면, 본 고안 장치에서 각 축(14)(15)(17)(18) 의 개별적인 작동은 프로그램 로직 컨트롤러나 컴퓨터에서 전송되는 트랙킹 데이터로 제어되고, 예로서 원에 추종하는 경우에는 도 3의 반경 R_A에 맞춰 이동시키면 되고, 타원에 추종하는 때에는 변화되는 원주에 따라 틀려지는 반경 R_B에 추종하여 이동되므로써 장경측 곡선이 간단 용이하게 그려지고, 이후에는 각도 θ만큼 틸팅축(17)이 틸팅 하도록 제어하는 것으로 원/타원 용접이 구현되는 것이다.

상기한 반경 R_B의 변화는 타원 방정식을 통해 계산된 데이터를 미리 입력하여 제어하는 방법으로 얻어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 고안은 수직축에 내장된 제1 연장축의 종단으로 개재되는 회전축과, 틸팅축 및 제2 연장축을 경유하여 용접 팁을 설치한 구성이므로 상기한 용접 팁의 X, Y, Z방향의 이동은 물론, 각 방면으로의 이동 중에 자전 운동과 틸팅 운동을 병행할 수 있는 구조로 한 것이므로 어떤 곡선에도 쉽게 추종할 수 있는 메커니즘을 갖추어 종래에 자동 용접이 불가능하였던 원/타원 곡선에 추종하는 용접을 자동화할 수 있는 효과를 가지고 있는 것이다.

Claims (1)

1. 레일을 타고 이동 가능한 1쌍의 지주 사이를 연결시켜 주는 거더로 이루어지는 다관절 로봇용접장치에 있어서,

   상기한 레일과 직교방향으로 슬라이드 이동되도록 배치된 수직축;

   상기한 수직축의 하단으로 그 내부에 설치된 제1 연장축에 의해 상하로 위치 이동되도록 연결된 회전축;

   상기 회전축을 지점으로 요동하도록 힌지된 틸팅축;

   상기 틸팅축의 하단 축방향으로 신장되는 제2 연장축; 및

   상기한 각 수직축,회전축,틸팅축, 및 제 2연장축이 독립적으로 구동가능하도록 개별 설치되는 구동원을 포함하여 이루어지는 원/타원 트랙킹 용접 로봇.