KR20110001780A

KR20110001780A - 강관내면의 무레일 용접장치

Info

Publication number: KR20110001780A
Application number: KR1020090059471A
Authority: KR
Inventors: 박종원; 손동주
Original assignee: 동양철관 주식회사; 주식회사 동주웰딩
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-06
Also published as: KR101117222B1

Abstract

본 발명은 강관의 내면을 용접하는 장치에 있어서: 주행휠(12)을 구비하는 본체프레임(10); 상기 본체프레임(10)의 전후 방향으로 설치되고, 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단(20); 상기 본체프레임(10)의 일측으로 이격되는 위치에 X-Y축운동 가능하게 설치되는 토치(30); 상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서(52)로 검출하는 입력수단(50); 상기 토치(30)에 의한 용접상태의 영상 신호를 생성하는 카메라(54); 및 상기 입력수단(50)의 신호에 대응하여 본체프레임(10)을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 내면을 자동으로 주행하면서 접합부의 굴곡에 맞추어 설정된 용접작업을 수행하여 작업공수를 단축하고 공사비를 절감하는 효과가 있다.

강관, 내면, 용접, 무레일, 주행

Description

강관내면의 무레일 용접장치{Rail-less welding apparatus for pipe's inner surface}

본 발명은 강관내면의 무레일 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 내면을 자동으로 주행하면서 설정된 용접작업을 수행하는 강관내면의 무레일 용접장치에 관한 것이다.

통상적으로 상하수도, 플랜트, 도로 등의 공사에 있어서 강관의 시공 신기술로 강관정형장치(일명 "WELTECH")를 이용하여 강관을 진원으로 정형하거나 유지시키고, 자동으로 맞대기이음 또는 겹치기 이음으로 부설한 후 배관 접합부의 내외면을 자동용접장치로 용접 접합하는 기술이 활용된다. 최근 3D기피 현상으로 숙련 용접공이 부족한 상황에서 이러한 공법을 도입하면 전문 용접공이 필요없어 시공원가를 절감할 수 있으면서 용접의 자동화로 공기를 단축할 수 있다. 다만 강관의 용접을 위해서 정형장치에 의존해야 하는 바, 다양한 규격의 강관에 대비한 장비를 보유해야 하고 설치와 해체에 따른 작업시간이 부가적으로 소요된다. 더구나 강관 내면의 용접에 있어서는 적용할 수 없는 한계성이 있다.

일예로, 한국등록특허 제0490228호는 『수동핸들(42)의 회전에 따라 외부로 밀려나가거나 내부로 밀려들어 오는 가압피스톤(32)들이 설치된 가압지지프레임(30)』을 포함하고, 『용접수단(70)이 회전지지수단(20)에 설치되어 회전이 이루어지며, 수직방향으로의 승강 및 수평방향으로의 슬라이드가 이루어져서 강관의 내면접합부를 용접하는』 구성을 개시한다.

이외에도 한국등록특허 제0765861호의 "소구경 강관용 내면접합부 용접장치"와 한국등록특허 제0808916호의 "대구경 강관용 내면 접합부 용접장치"가 다소 유사한 방식의 구성을 개시한다.

이러한 선행기술들은 모두 구동바퀴가 있는 베이스프레임을 사용하여 주행이 가능하지만 일단 접합부에 이르면 고정된 상태에서 용접장치를 360˚로 회전시키는 방식이다. 그러나 이와 같은 방식에 의하면 접합부에 대한 정확한 운봉이 곤란하여 용입불량 등에 의한 용접결함이 발생하기 쉬우며 특히 절단부에 굴곡(곡면이나 사선)이 있는 경우에는 아예 적용이 불가능한 한계성을 보인다.

본 발명은 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 내면을 자동으로 주행하면서 접합부의 굴곡에 맞추어 설정된 용접작업을 수행하는 강관내면의 무레일 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 강관의 내면을 용접하는 장치에 있어서: 주행휠을 구비하는 본체프레임; 상기 본체프레임의 전후 방향으로 설치되고, 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단; 상기 본체프레임의 일측으로 이격되는 위치에 X-Y축운동 가능하게 설치되는 토치; 상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서로 검출하는 입력수단; 상기 토치(30)에 의한 용접상태의 영상 신호를 생성하는 카메라; 및 상기 입력수단의 신호에 대응하여 본체프레임을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 본체프레임의 적어도 일측 주행휠은 커버로 보호되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 자력수단은 하우징 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석과, 자석을 회동하도록 하우징의 외부로 노출되는 레버를 구비하고, 저면에서 주행시 강관과의 간섭을 피하도록 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 토치는 와이어피더를 개재하여 내외측으로 꺾임이 가능하게 설치되고, X축운동기와 Y축운동기에서 이격된 위치에 위빙조절기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 입력수단은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 제어기는 X축운동기, Y축운동기, 카메라로 토치의 초기 위치를 설정한 다음 위빙조절기와 주행휠을 이용하여 운봉하면서 화상을 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 강관내면의 무레일 용접장치는 강관배관 공사 현장이나 플랜트 공사 현장에서 강관의 내면을 자동으로 주행하면서 접합부의 굴곡에 맞추어 설정된 용접작업을 수행하여 작업공수를 단축하고 공사비를 절감하는 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 용접장치를 전체적으로 나타내는 사시도, 도 2는 본 발명에 의한 용접장치의 요부를 분해하여 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명에 의한 용접장치를 정면과 평면에서 나타내는 구성도이다.

본 발명은 강관의 내면을 용접하는 장치, 특히 강관배관 공사 현장이나나 플랜트 공사현장에 투입되는 비교적 관경이 큰 강관의 내면을 용접하는 장치에 관련된다. 강관의 용접은 후술하는 도 4처럼 수구관(P1)과 삽구관(P2)을 이용한 접합을 예로 들지만 이외에 다양한 방식의 접합도 포함한다.

본 발명에 의하면 본체프레임(10) 상에 주행휠(12)을 구비하는데, 특히 강 관의 내면을 주행하므로 저면에서 전후단의 간섭을 피하도록 굴곡을 이룬다. 주행휠(12)은 일반 차량과 같이 4개소에 설치되며 적어도 강관과 접촉되는 부위는 고강도의 수지재를 사용한다. 이외에 강관에 대한 일정한 주행력을 유지하기 위한 미끄럼 마찰계수가 확보되어야 한다.

이때, 본 발명의 상기 본체프레임(10)에서 적어도 일측 주행휠(12)은 커버(15)로 보호된다. 커버(15)는 후술하는 토치(30)가 위치하는 방향에 있는 주행휠(12)에 용접불꽃이 닿지 않도록 설치된다. 커버(15) 또한 강관의 내면에 간섭되지 않도록 저면에 굴곡을 부여한다.

또, 본 발명에 따르면 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단(20)이 상기 본체프레임(10)의 전후 방향으로 설치된다. 자력수단(20)은 본체프레임(10)이 강관의 접합면을 따라 주행하는 중에 중력을 이기고 일정한 용접자세를 유지하도록 조력하기 위한 수단이다.

이때, 본 발명의 상기 자력수단(20)은 하우징(22) 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석(28)과, 자석(28)을 회동하도록 하우징(22)의 외부로 노출되는 레버(26)를 구비한다. 자석(28)을 저면이 개방된 하우징(22)에 수용하는 것은 외부에서 이물질이 부착되지 않도록 하기 위함이다. 하우징(22)은 브라켓(24)을 이용하여 본체프레임(10)의 전후단에 고정한다. 하우징(22)의 외부에 노출되도록 설치되는 레버(26)는 회동 가능한 구조이고, 그 타측 회전단에 자석(28)을 고정하여 연동하도록 한다. 이에 따라 레버(26)를 아래로 누르면 자석(28)이 강관에 접근하여 강한 흡인력을 발생하고 레버(26)를 위로 올리면 자석(28)이 강관에서 멀어져 흡인력이 매우 약화된다. 자력수단(20)은 강관의 내면과 인접하여 접촉될 우려가 있으므로 저면에서 주행시 간섭을 피하도록 곡면으로 형성된다. 자력수단(20)에서 곡면으로 형성되는 부분은 하우징(22)과 브라켓(24)을 포함한다.

한편, 본 발명의 자력수단(20)을 구성하는 자석(28)은 영구자석 또는 전자석을 사용할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 상기 본체프레임(10)의 일측으로 이격되는 위치에 토치(30)가 X-Y축운동 가능하게 설치된다. 내면 용접에 있어서 토치(30)의 본체프레임(10)과 이격시켜 다양한 자세로 용접할 수 있도록 하기 위해 길이가 긴 빔형의 브라켓(34)이 사용된다. X축운동기(42)는 강관의 접합면에 연하는 방향(접선 방향)으로 토치(30)를 이동하고, Y축운동기(44)는 강관의 접합면에 수직하는 방향(반경 방향)으로 토치(30)를 이동한다. X축운동기(42)와 Y축운동기(44)는 서보모터로 구동하는 것이 바람직하다. 미설명 부호 35는 토치(30)를 일정한 길이로 유지하거나 교체를 위해 탈거하기 위한 클램프이다.

이때, 본 발명의 상기 토치(30)는 와이어피더(32)를 개재하여 내외측으로 꺾임이 가능하게 설치되고, X축운동기(42)와 Y축운동기(44)에서 이격된 위치에 위빙조절기(46)를 더 구비하는 것이 좋다. 그리고 강관 내면의 용접에 있어서 외부의 전원공급장치와 연결되는 전선의 길이가 충분하게 확보되어야 하므로 상부측으로 와이어피더(32)를 설치한다. 와이어피더(32)는 토치(30)의 용접팁이 내측(도 4처럼 로봇에 가까워지는 자세)으로 꺾이면 전선을 풀고 외측(로봇에 멀어지는 자세)으로 꺾이면 전선을 감는 기능도 지닌다. 강관의 내면 용접에 있어서 토치(30)의 자세 변화가 많은 점을 고려한 설계요소이다. 위빙조절기(46)는 X축운동기(42)와 Y축운동기(44)의 하류단에서 일정 길이만큼 이격되게 연장되면서 토치(30)의 클램프(35)에 인접하게 설치된다. 토치(30)는 위빙조절기(46)의 작동에 의하여 용접팁을 짧은 간격으로 왕복하여 이송하며 충분한 용입이 이루어지도록 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서(52)를 통하여 검출하도록 입력수단(50)을 구비한다. 종래와 같이 본체프레임(10)이 정해진 레일에 의해 지지되는 것이 아니므로 입력수단(50)의 신호를 이용한 피드백 제어가 필요하다. 입력수단(50)으로 레이저센서(52)를 사용하는 것이 바람직하다. 통상 레이저센서는 투광기와 수광기로 분리되는 투과형, 수광과 투광모듈을 하나의 하우징에 구비하는 반사형이 있다. 본 발명은 반사형의 레이저센서(52)를 적용하며 반사된 레이저 광선의 변화에 따른 신호를 발생한다.

이때, 본 발명의 상기 입력수단(50)은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기(55)를 더 구비할 수도 있다. 작업자가 접근하기 곤란한 위치에 작업 대상의 강관이 있는 경우 원격수신기(55)를 사용한다. 원격수신기(55)는 RF, IR 방식 등 무선신호 방식에 구애되지 않으며, 원격수신기(55) 외에 유선 케이블로 연결하는 방식도 포함한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 토치(30)에 의한 용접상태의 영상 신호를 생성하는 카메라(54)가 구비된다. 카메라(54)는 용접 위치를 인식하거나 용접 상태를 감시하기 위한 것으로서 CCD(charge-coupled diode) 방식을 사용하며 조명(미도시)을 구비한다. 강관의 내면을 용접함에 있어서 작업자에 의한 육안감시가 곤란하고 위험하므로 방수, 방염, 방폭 구조의 카메라(54)가 바람직하다.

또, 본 발명에 따르면 상기 입력수단(50)의 신호에 대응하여 본체프레임(10)을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기(60)를 구비한다. 제어기(60)는 마이콤회로를 기반으로 하며 강관의 직경, 두께, 소재에 대응하는 용접방법에 관련된 데이터를 저장하고 있다.

도 4는 본 발명에 의한 용접장치의 용접 작동을 나타내는 측면도, 도 5는 본 발명에 의한 용접장치의 작동전후 상태를 나타내는 구성도이다.

본 발명에 따른 상기 제어기(60)는 X축운동기(42), Y축운동기(44), 카메라(54)로 토치(30)의 초기 위치를 설정한 다음 위빙조절기(46)와 주행휠(12)을 이용하여 운봉하면서 화상을 처리하는 제어를 수행한다. 제어기(60)의 마이콤회로 입력포트에는 전술한 레이저센서(52)와 카메라(54)가 연결되고, 출력포트에는 주행휠(12)의 구동부 외에 X축운동기(42), Y축운동기(44), 위빙조절기(46)가 연결된다. 일예로, 강관의 수구관(P1)과 삽구관(P2)이 겹치는 부분이나 맞대어 접한 부분에 대한 내면 용접을 실시함에 있어 본체프레임(10)을 삽구관(P2) 측에 두고 주행할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

작동에 있어서, 본 발명의 용접장치를 삽구관(P2)에 올리고 레버(26)를 내려서 자석(28)이 강관에 대한 흡인력을 발생하며, 제어기(60)의 전원을 켜고 강관의 규격을 입력한 후 작업개시를 명령한다. 이어서 제어기(60)는 레이저센서(52)와 카메라(54)를 가동하여 삽구관(P2)의 단부(에지)를 확인하고, X축운동기(42)와 Y축운동기(44)를 구동하여 토치(30)의 초기위치를 정렬하고, 위빙조절기(46)를 가동하 면서 주행휠(12)을 회전시켜 운봉한다. 주행하며 운봉하는 동안 카메라(54)의 화상신호가 유선 또는 무선으로 외부의 모니터(미도시)로 전송된다. 작업자는 모니터의 화상을 살피면서 원격수신기(55)로 제어기(60)를 조작 상태를 변경할 수도 있다. 강관의 전둘레 용접이 완료되면 X축운동기(42), Y축운동기(44), 위빙조절기(46)를 원위치로 복귀한다. 이후 레버(26)를 다시 올리면 자석(28)의 흡인력이 약화되고 본체프레임(10)을 이탈하기 쉽다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 용접장치를 전체적으로 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 용접장치의 요부를 분해하여 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 용접장치를 정면과 평면에서 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 용접장치의 용접 작동을 나타내는 측면도,

도 5a, 도 5b는 본 발명에 의한 용접장치의 작동전후 상태를 나타내는 구성도이다.

*도면의 주요 부호에 대한 설명

10: 본체프레임 12: 주행휠

15: 커버 20: 자력수단

22: 하우징 26: 레버

28: 자석 30: 토치

32: 와이어피더 35: 클램프

42: X축운동기 44: Y축운동기

46: 위빙조절기 50: 입력수단

52: 레이저센서 54: 카메라

55: 원격수신기 60: 제어기

P1: 수구관 P2: 삽구관

Claims

강관의 내면을 용접하는 장치에 있어서:

주행휠(12)을 구비하는 본체프레임(10);

상기 본체프레임(10)의 전후 방향으로 설치되고, 강관에 대한 부착력을 발생하는 자력수단(20);

상기 본체프레임(10)의 일측으로 이격되는 위치에 X-Y축운동 가능하게 설치되는 토치(30);

상기 강관의 접합부에 대한 신호를 레이저센서(52)로 검출하는 입력수단(50);

상기 토치(30)에 의한 용접상태의 영상 신호를 생성하는 카메라(54); 및

상기 입력수단(50)의 신호에 대응하여 본체프레임(10)을 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행하는 제어기(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관내면의 무레일 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 본체프레임(10)의 적어도 일측 주행휠(12)은 커버(15)로 보호되는 것을 특징으로 하는 강관내면의 무레일 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 자력수단(20)은 하우징(22) 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석(28)과, 자석(28)을 회동하도록 하우징(22)의 외부로 노출되는 레버(26)를 구비하고, 저면에서 주행시 강관과의 간섭을 피하도록 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 강관내면의 무레일 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 토치(30)는 와이어피더(32)를 개재하여 내외측으로 꺾임이 가능하게 설치되고, X축운동기(42)와 Y축운동기(44)에서 이격된 위치에 위빙조절기(46)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 강관내면의 무레일 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 입력수단(50)은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기(55)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 강관내면의 무레일 용접장치.
제1항에 있어서,

상기 제어기(60)는 X축운동기(42), Y축운동기(44), 카메라(54)로 토치(30)의 초기 위치를 설정한 다음 위빙조절기(46)와 주행휠(12)을 이용하여 운봉하면서 화상을 처리하는 것을 특징으로 하는 강관내면의 무레일 용접장치.