KR20090024540A - 자동 용접 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 임펠러, 댐퍼, 강관 등과 같은 선박 구조물을 다양한 각도에서 자동 용접할 수 있는 자동 용접 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 용접 대상물이 올려진 복수개의 테이블; 테이블들을 일방향 직선 이동시키는 이동 장치; 테이블들이 통과하도록 이동 장치를 가로질러 설치되는 갠트리(Gantry); 갠트리에 이동 가능하게 설치되고, 용접봉이 구비된 매니퓰레이터(Manipulator); 그리고, 용접 대상물을 입력받아 이동 장치와 용접봉 및 매니퓰레이터의 작동을 조절하는 제어 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템를 제공한다.
Figure P1020070089609
자동 용접 시스템, 테이블, 갠트리, 매니퓰레이터, 제어 장치, 선박

Description

자동 용접 시스템 {AUTO WELDING SYSTEM}
본 발명은 자동 용접 시스템에 관한 것으로서, 특히 임펠러, 댐퍼, 강관 등과 같은 선박 구조물을 다양한 각도에서 자동 용접할 수 있는 자동 용접 시스템에 관한 것이다.
최근 조선 산업은 기존의 노동 집약적 산업에서 첨단 자동화 기술을 적용된 사업으로 변모 중에 있으며, 특히 조선 관련 기자재 제작 설비 부분에서 첨단 자동화 장비의 기술적 축적이 이루어지고 있다.
해외 선진국은 조선 기자재 사업 분야 중 강 구조물의 용접 작업장에서는 근로자의 근로환경을 새건할 뿐 아니라 생산성 및 작업 효율을 높이기 위하여 산업용 로봇을 적용한 장비가 사용되고 있다. 일예로, 일본에서는 선박 후판 용접하는 시스템 패키지가 사용되고 있으며, 오스트리아는 선박 구조물 로봇 용접 전용 시스템 패키지가 사용되고 있다. 그러나, 이러한 장비는 선진국에서 시스템 패키지를 판매 조건으로 하기 때문에 확장성, 보수성, 활용성에 많은 문제가 대두되고 있는 실정이다. 또한, 국내 수입되는 장비를 그대로 적용하더라도 로봇의 폐쇄성과 전용성으 로 인하여 현장에서 필요한 입출력, 측정 장치 등을 결합하면, 추가적인 문제를 야기시키며, 특히 로봇 조작 프로그램에서 호환성 문제가 발생되거나, 로봇 제어기의 재설정으로 인하여 제어 기능 또는 동작 기능 등이 전부 소실될 수 있기 때문에 정해진 사용절차를 엄격하게 준수해야 되는 문제점이 있다. 나아가, 이와 같은 패키지 시스템은 넓은 설치 공간이 요구될 뿐 아니라 고가의 비용이 발생되는 문제점이 있다.
한편, 선체 블록 용접 시스템, 선박 보일러용 팬 및 덕트 등의 용접 시스셈은 사람의 수작업에 의해 이뤄지기 때문에 생산성이 현저히 떨어지고, 작업자 수급이 불가능해지는 실정이다.
따라서, 원활하고 효율적인 용접 공정 작업을 위하여 표준화된 장비가 요구되고 있으며, 나아가 대형 구조물의 용접 분야에서도 사용될 수 있는 장비가 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 용접 대상물 별로 용접 표준화를 구현할 수 있는 자동 용접 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용접 대상물을 자동으로 이동 및 용접시킬 수 있는 자동 용접 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 용접 대상물이 올려진 복수개의 테이블; 테이블들을 일방향 직선 이동시키는 이동 장치; 테이블들이 통과하도록 이동 장치를 가로질러 설치되는 갠트리(Gantry); 갠트리에 이동 가능하게 설치되고, 용접봉이 구비된 매니퓰레이터(Manipulator); 그리고, 용접 대상물을 입력받아 테이블, 이동 장치, 용접봉 및 매니퓰레이터의 작동을 조절하는 제어 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에서, 테이블들은 용접 대상물이 올려진 상태에서 회전 가능하게 설치된 회전 테이블과, 용접 대상물의 양단을 각각 고정시킨 상태에서 회전 가능하게 설치된 한 쌍의 지그 테이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에서, 회전 테이블은 용접 대상물을 수평면 상에서 회전시키고, 지그 테이블은 용접 대상물을 수직면 상에서 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에서, 갠트리는 이동 장치에 의해 이동 장치를 따라 양방향 직선 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에서, 갠트리는 매니퓰레이터와 제어 장치를 연결하는 케이블이 내장된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에서, 매니퓰레이터는 6축 이상의 다관절 로봇인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템은 용접 대상물이 이동 장치를 따라 일방향으로 이동되는 동안, 매니퓰레이터에 구비된 용접봉이 미리 입력된 용접 대상물에 따라 다양한 각도 및 방향으로 움직이면서 용접 대상물을 용접시키기 때문에 용접 대상물 별로 용접 표준화를 구현할 수 있어 선박 관련 부품 이외에도 다양한 분야에서 적용될 수 있으며, 나아가 용접 대상물의 이동 및 용접 공정을 자동화시킬 수 있으므로 생산성을 보다 높일 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 용접 시스템의 일예가 도시된 도면이다. 자동 용접 시스템은 선박에 공급되는 보일러 순환용 팬(1), 덕트(2), 구조용 강관(3)과 같은 선박용 부품들을 자동으로 이동시키는 동안 용접 공정이 이루어지도록 하되되, 용접 대상물이 올려지는 복수개의 테이블(11,12,13,14), 테이블(11,12,13,14)을 일방향으로 이동시키는 이동 장치(20), 이동 장치(20)를 가로지르도록 설치되는 갠트리(Gantry : 31), 갠트리(31)에 설치되어 용접봉(33)을 구비하는 매니퓰레이터(32), 이동 장치(20) 및 매니퓰레이터(Manipulator : 32)의 작동을 제어하는 제어 장치(미도시)를 포함하도록 구성된다.
테이블들(11,12,13,14)은 팬(1) 또는 덕트(2)가 올려져 고정시킨 상태에서 수평면 상에서 회전될 수 있는 제1,2회전 테이블(11,12)과, 구조용 강관(3)을 고정시킨 상태에서 수직면 상에서 회전될 수 있는 한 쌍의 지그 테이블(13,14)로 이루어진다. 제1,2회전 테이블(11,12)은 원판 형상으로 수평하게 설치되고, 제1,2회전 테이블(11,12) 전체가 구동부(미도시)에 의해 수평면 상에서 회전 가능하게 설치되며, 제1,2회전 테이블(11,12) 상측에 팬(1) 또는 덕트(2)가 고정될 수 있는 별도의 클램프, 지그 등과 같은 고정 장치(미도시)가 설치될 수 있다. 지그 테이블들(13,14)은 한 쌍의 지그(a,b)가 맞물린 상태에서 원형 또는 사각 형상을 이루도록 수직하게 설치되고, 지그들(a,b)의 내측면에 지그들(a,b)과 대응되는 회전부들(a',b')이 구비되어 지그들(a,b)이 맞물린 상태에서 지그들(a,b) 내측의 회전부들(a',b')이 구동부(미도시)에 의해 수직면 상에서 회전 가능하게 설치된다. 물론, 구조용 강관(3)은 지그 테이블들(13,14)에 양단이 고정되기 전 별도의 가용접 지그(미도시)에서 길이 방향으로 길게 연결되도록 가용접이 이루어지도록 하며, 지그 테이블들(13,14)은 구조용 강관(3)의 형상 또는 크기에 따라 지그들(a,b)을 교체하여 설치할 수 있도록 한다.
이동 장치(20)는 제1,2회전 테이블(11,12) 및 지그 테이블들(13,14)을 수평면 상에서 양방향으로도 이동 가능하게 이동시키되, 제1,2회전 테이블(11,12) 하부 양측에 구비된 제1,2회전 테이블 가이드(21,22)와, 지그 테이블들(13,14) 하부 양측에 구비된 지그 테이블 가이드들(23,24)과, 갠트리(31) 하단 양측에 구비된 갠트리 가이드(25)와, 제1,2회전 테이블 가이드(21,22) 및 지그 테이블 가이드들(23,24)이 따라 이동되는 한 쌍의 내측 가이드 레일(26)과, 갠트리 가이드(25)가 따라 이동되는 한 쌍의 외측 가이드 레일(27)과, 가이드들(21,22,23,24,25)과 가이드 레일들(26,27) 사이에 구동력을 제공하는 구동부(미도시)로 이루어진다. 물론, 내측 가이드 레일들(26)은 외측에 소정 간격을 두고 나란하게 외측 가이드 레일 들(27)이 위치됨에 따라 갠트리(31)를 관통하여 제1,2회전 테이블(11,12), 지그 테이블들(13,14)이 이동될 수 있도록 하고, 구동부는 가이드들(21,22,23,24,25)이 가이드 레일들(26,27)을 따라 양방향으로 이동될 수 있도록 구동력을 제공할 수도 있다. 이와 같은 구동 장치(20)는 제1,2회전 테이블(11,12) 및 지그 테이블들(13,14)을 수직면 상에서 상하 방향으로 이동 가능하게 구현할 수도 있다.
갠트리(31)는 수평축의 중간에 넓은 간격을 두고 두 개의 수직축이 지지되는 다리 모양의 구조물로써, 수평축이 이동 장치(20)의 상측에서 가로지르도록 설치되되, 수직축들이 수평면 상에서 이동 장치(20)를 따라 양방향으로 직선 이동 가능하게 설치된다.
매니퓰레이터(32)는 사람의 팔과 같이 용접봉(33)을 정밀하게 이동시킬 수 있는 6축 이상의 수직 다관절 로봇이 적용되는데, 이와 같은 다관절 로봇은 링크, 기어, 엑츄에이터, 피드백 기그 등과 같은 부품들로 다양하게 구성될 수 있다. 또한, 매니퓰레이터(32)는 제1,2회전 테이블(11,12) 및 지그 테이블들(13,14)의 위치를 비롯하여 용접 대상물들(1,2,3)을 인식하는 센서 기능도 포함하되, 갠트리(31)의 수평축 상에 수평 이동 가능하게 설치된다. 즉, 매니퓰레이터(32)의 상단에는 가이드(34)가 구비되고, 매니퓰레이터(32)의 가이드(34)와 맞물리도록 갠트리(31)의 수평축을 일종의 가이드 레일(35)로 구성하는 동시에 가이드(34)가 가이드 레일(35)을 따라 이동되도록 하는 구동력을 제공하면, 매니퓰레이터(32)는 갠트리(31)의 가이드 레일(35)을 따라 수평 이동 가능하게 설치된다.
용접봉(33)은 매니퓰레이터(32)의 끝단이 구비되되, 갠트리(31) 및 매니퓰레 이터(32)의 움직임에 따라 6축 이상의 다양한 각도를 따라 이동 가능하게 설치되기 때문에 용접봉(33)은 주변의 넓은 범위에 걸쳐 용접 공정을 수행할 수 있다.
제어 장치는 용접 대상물에 대한 정보를 입력받는 입력부(미도시)를 포함하고, 테이블들(11,12,13,14) 측에 구비된 센서와 연결되되, 입력부를 통하여 입력된 용접 대상물의 정보 및 센서를 통하여 입력된 측정값에 따라 매니퓰레이터(32)의 6축 이상의 움직임 및 그 이외 부품들의 4축의 움직임을 고려하여 10축 이상의 용접용 프로파일(Profile)을 생성하고, 이와 같은 용접용 프로파일을 따라 테이블들(11,12,13,14), 이동 장치(21,22,23,24,25,26,27), 매니퓰레이터(32) 및 용접봉(33)의 작동을 통합 제어하여 용접이 이루어지도록 한다. 이때, 제어 장치는 용접 대상물의 정보를 입력 받으면, 용접 공정, 용접 대상물의 소재 및 사이즈 등을 포함하는 용접 조건을 분석하고, 상기와 같은 부품들의 작동을 해당 용접용 프로파일에 따라 조절하면서 용접 작업을 진행시킨다. 물론, 제어 장치는 상기와 같은 구성 부품과 각종 케이블(미도시)로 연결되되, 특히 제어 장치와 매니퓰레이터(32) 및 용접봉(33) 사이에는 통신 케이블(미도시) 및 용접 관련 케이블(미도시)이 연결되고, 이와 같은 통신 케이블 및 용접 관련 케이블은 외부 노출로 인한 위험을 감소시키기 위하여 갠트리(31)에 내장되도록 설치된다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에 의한 임펠러 용접 과정 일예가 도시된 도면이다. 팬(1)의 용접 조건이 제어 장치로 입력되면, 팬 용접용 프로파일이 설정되고, 메인 플레이트 위에 복수개의 블레이드가 가용접된 상태로 제1회전 테이블(11) 위에 올려진 상태에서 고정되면, 제어 장치는 팬 용접용 프로파일을 따 라 제1회전 테이블(11), 갠트리(31), 매니퓰레이터(32), 용접봉(33)을 이동시키면서 메인 플레이트 위에 블레이드들을 용접 고정한다. 즉, 제1회전 테이블(11)은 내측 가이드 레일들(26)을 따라 수평면의 전후 방향으로 직선 이동되는 동시에 수평면 상에서 회전되고, 갠트리(31)는 외측 가이드 레일들(27)을 따라 수평면의 전후 방향으로 직선 이동되며, 매니퓰레이터(32)는 갠트리(31)의 가이드 레일(35)을 따라 수평면의 양측 방향으로 직선 이동되고, 용접봉(33)은 매니퓰레이터(32)의 6축 이상의 수직 관절 움직임에 따라 전후, 양측, 상하 방향을 비롯하여 각 방향에 대해 다양한 각도를 가지도록 이동되되, 결과적으로 용접봉(33)의 최종 움직임은 해당 10축 이상의 팬 용접용 프로파일을 따라 움직이게 된다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에 의한 덕트 용접 과정 일예가 도시된 도면이다. 덕트(2)의 용접 조건이 제어 장치로 입력되면, 덕트 용접용 프로파일이 설정되고, 덕트(2)가 가용접된 상태에서 제2회전 테이블(12) 위에 올려진 상태에서 고정되면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 제어 장치가 덕트 용접용 프로파일을 따라 제2회전 테이블(12), 갠트리(31), 매니퓰레이터(32), 용접봉(33)을 이동시키면서 덕트(3)를 용접한다. 이때, 도 3a에 도시된 바와 같이 용접봉(33)이 덕트(3)의 전면을 용접한 다음, 제2회전 테이블(12)이 회전됨에 따라 덕트(3)가 수평면 상에서 소정 각도 회전되면, 도 3b에 도시된 바와 같이 용접봉(33)이 덕트(3)의 다른 면을 용접한다. 즉, 제2회전 테이블(12)은 내측 가이드 레일들(26)을 따라 수평면의 전후 방향으로 직선 이동되는 동시에 수평면 상에서 회전되고, 갠트리(31)는 외측 가이드 레일들(27)을 따라 수평면의 전후 방향으로 직선 이동되며, 매니퓰레이터(32)는 갠트리(31)의 가이드 레일(35)을 따라 수평면의 양측 방향으로 직선 이동되고, 용접봉(33)은 매니퓰레이터(32)의 6축 이상의 수직 관절 움직임에 따라 전후, 양측, 상하 방향을 비롯하여 각 방향에 대해 다양한 각도를 가지도록 이동되되, 결과적으로 용접봉(33)의 최종 움직임은 해당 10축 이상의 덕트 용접용 프로파일을 따라 움직이게 된다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에 의한 강관 용접 과정 일예가 도시된 도면이다. 구조용 강관(3)의 용접 조건이 제어 장치로 입력되면, 구조용 강관 용접용 프로파일이 설정된다. 도 4a에 도시된 바와 같이 구조용 강관(3)이 가용접된 상태로 구조용 강관(3)의 양단이 열린 지그들(a,b) 및 회전부들(a',b') 위에 안착되면, 지그들(a,b) 및 회전부들(a',b')이 맞물리면서 구조용 강관(3)을 지그 테이블들(13,14)에 고정시킨다. 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 구조용 강관(3)이 지그 테이블들(13,14)에 의해 고정되면, 제어 장치가 구조용 강관 용접용 프로파일에 따라 지그 테이블들(13,14), 갠트리(31), 매니퓰레이터(32), 용접봉(33)을 이동시키면서 구조용 강관(3)을 용접한다. 이때, 도 4b에 도시된 바와 같이 용접봉(33)이 구조용 강관(3)의 일면을 용접한 다음, 지그들(a,b) 및 회전부들(a',b')이 닫힌 상태에서 회전부들(a',b')이 회전됨에 따라 구조용 강관(3)을 수직면 상에서 소정 각도 회전되면, 도 4c에 도시된 바와 같이 용접봉(33)이 구조용 강관(3)의 다른 일면을 용접한다. 즉, 지그 테이블들(13,14)은 내측 가이드 레일들(26)을 따라 수평면의 전후 방향으로 직선 이동되는 동시에 지그 테이블들(13,14)의 회전부들(a',b')이 수직면 상에서 회전되고, 갠트리(31)는 외측 가 이드 레일들(27)을 따라 수평면의 전후 방향으로 직선 이동되며, 매니퓰레이터(32)는 갠트리(31)의 가이드 레일(35)을 따라 수평면의 양측 방향으로 직선 이동되고, 용접봉(33)은 매니퓰레이터(32)의 6축 이상의 수직 관절 움직임에 따라 전후, 양측, 상하 방향을 비롯하여 각 방향에 대해 다양한 각도를 가지도록 이동되되, 결과적으로 용접봉(33)의 최종 움직임은 해당 10축 이상의 구조용 강관 용접용 프로파일을 따라 움직이게 된다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자동 용접 시스템의 일예가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에 의한 임펠러 용접 과정 일예가 도시된 도면.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에 의한 덕트 용접 과정 일예가 도시된 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템에 의한 강관 용접 과정 일예가 도시된 도면.

Claims (6)

  1. 용접 대상물이 올려진 복수개의 테이블;
    테이블들을 일방향 직선 이동시키는 이동 장치;
    테이블들이 통과하도록 이동 장치를 가로질러 설치되는 갠트리(Gantry);
    갠트리에 이동 가능하게 설치되고, 용접봉이 구비된 매니퓰레이터(Manipulator); 그리고,
    용접 대상물을 입력받아 테이블, 이동 장치, 용접봉 및 매니퓰레이터의 작동을 조절하는 제어 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    테이블들은 용접 대상물이 올려진 상태에서 회전 가능하게 설치된 회전 테이블과, 용접 대상물의 양단을 각각 고정시킨 상태에서 회전 가능하게 설치된 한 쌍의 지그 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    회전 테이블은 용접 대상물을 수평면 상에서 회전시키고, 지그 테이블은 용접 대상물을 수직면 상에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    갠트리는 이동 장치에 의해 이동 장치를 따라 양방향 직선 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 자동 용접 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    갠트리는 매니퓰레이터와 제어 장치를 연결하는 케이블이 내장된 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    매니퓰레이터는 6축 이상의 다관절 로봇인 것을 특징으로 하는 자동 용접 시스템.
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