KR20130078349A - 강관 이음부 자동용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관 이음부 자동용접 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관을 연속 연결하는 공사현장에서 자동용접 장치가 강관의 외면에 부착되어 이음부를 따라 주행하고, 용접전류와 용접전압을 측정하는 전류센서와 전압센서의 측정값에 따라 용접작업을 수행하도록 함으로써, 이음부의 용접품질 및 정밀도를 향상시키면서 시공작업의 편의성을 증대시킬 수 있도록 발명된 것이다.
본 발명의 구성은, 연속 배치되는 강관(10)을 맞대기 이음하기 위한 자동용접 장치(100)에 있어서;
상기 자동용접 장치(100)는, 토치(1)를 끼워 고정하는 토치클램프(21)가 몸체 일단에서 전,후방향 이동되게 모터(M)와 축 고정되어 구성된 X-축 운동부(20)와;
상기 X-축 운동부(20)의 모터(M) 몸체에 이송로울러(22)가 고정 설치되며, 곡선레일(32)을 갖는 조인트바디(31)에 결합되어, 상기 모터(M)를 곡선 이동시키도록 조립 한 곡선 운동부(30)와;
상기 조인트바디(31)의 몸체와 받침판(42)의 일단이 고정되며, 다른 일단은 모터(M)의 작동으로 구동하는 스크류축(S)과 축결합되어 승하강 이동되게 구성된 Z-축 운동부(40)와;
상기 Z-축 운동부(40)가 몸체에 놓여져 고정되는 받침대(51)를 모터(M)의 작동으로 구동되는 스크류축(S)과 축결합되어 좌,우방향 이동되게 결합 구성된 Y-축 운동부(50)와;
함체 형상을 갖고 몸체 내부에 구동모터(61)의 동작으로 함체 외부에서 구동축과 결합된 주행로울러(62)를 동작시키며, 함체 상부에 상기 Y-축 운동부(50)의 몸체를 체결 고정시켜 구성된 바디(60)와;
상기 바디(60) 상부에서 Y방향 지지된 스크류축(S)을 따라 슬라이드 이동하는 상부베이스(71)와 마그네트(74)가 결합된 하부베이스(73)가 링크편(72)으로 연결되며, 상기 스크류축(S)의 일단에 결합된 핸들(75)로 상기 상부베이스(71)를 회전시켜 부착력을 단속하는 마그네트 발생부(70)와;
상기 이음부(11)의 중심선상에 복수개의 쉴드형 근접 체적센서(86)가 위치되고, 이 근접 체적센서(86)를 이음부(11)와 일정높낮이를 유지하며, 바디(60)의 전,후 양단면에 결합하는 센서부(80)로 달성한다.
그리고, 상기 상기 센서부(80)는, 바디(60)에 고정된 지지대(81)와 결합하는 상부지지판(82)과, 근접 체적센서(86)가 고정 결합되며 일측면에 안내로울러(87)가 축 결합된 하부지지판(85)과, 상기 상부지지판(82)과 하부지지판(85)의 일측단에서 가이드축(83)으로 상호 결합시켜 구성된다.
또, 상기 센서부(80)는, 토치(1)에 공급되는 용접전류와 용접전압의 인가값을 측정하는 전류센서(A1) 및 전압센서(A2)가 더 포함되어 구성한다.
또한, 상기 마그네트 발생부(70)는, 스크류축(S)을 핸들(75)로 회전시켜 스크류축(S)에 스크류 축 결합된 한쌍의 상부베이스(71)가 벌어지거나 좁혀지게 되고, 이에 따라 상부베이스(71)와 링크 연결된 하부베이스(73)가 결합축을 중심으로 상하 회전되도록 구성한다.

Description

강관 이음부 자동용접 장치{Automatic welding device of pipes}

본 발명은 강관 이음부 자동용접 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관을 연속 연결하는 공사현장에서 자동용접 장치가 강관의 외면에 부착되어 이음부를 따라 주행하고, 용접전류와 용접전압을 측정하는 전류센서와 전압센서의 측정값에 따라 용접작업을 수행하도록 함으로써, 이음부의 용접품질 및 정밀도를 향상시키면서 시공작업의 편의성을 증대시킬 수 있도록 발명된 것이다.

일반적으로, 상하수도, 플랜트, 도로 등의 공사에서 강관의 연속이음 시공기술에는, 강관정형장치(일명“WELTECH")를 이용하여, 강관을 진원으로 정형하거나 유지한 상태를 갖고, 맞대기이음 또는 겹치기 이음한 후 이 접합부의 내,외면을 자동 용접장치로 용접 접합하는 기술이 활용된다.

따라서, 최근 숙련 용접공이 부족한 상황에서도, 이러한 공법을 도입하면 전문 용접공이 필요 없어 시공원가를 절감할 수 있으면서도 용접의 자동화로 공기를 단축할 수 있었다.

다만, 상기 강관의 용접을 위해서 정형장치에 의존해야 하는 바 다양한 규격의 강관에 대비한 장비를 보유해야 하고, 설치와 해체에 따른 작업시간이 부가적으로 소요되는 문제점이 있었다.

그러나 상기 기술은, 용접작업을 수행하고자 하는 강관의 외부에 용접작업용 주행장치가 주행 가능하도록 레일을 설치하는 방식으로, 이는 강관의 외부에 강관 외경보다 더욱 큰 외경의 레일을 설치해야 하기 때문에 용접 작업시 레일을 탈,부착하는데 있어서 많은 시간과 인력이 추가적으로 필요하여 비용상승에 따른 문제점이 있었다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 국내 특허등록 제0937752호의 “자주식 강관용접 로봇장치”가 제안되어 무레일 방식의 용접작업을 수행하도록 하였다.

이와 같은 무레일 방식에는, 도 1 내지 도 3에서와 같이 토치클램프(22')를 다축운동 가능하게 하는 바디(10')와, 상기 바디(10')에 추진력을 제공하는 주행기(30')와, 강관에 대한 부착력을 단속하는 부착력 발생기(50')와, 강관의 관열결부(P)와 일정거리를 유지하면서 용접상태를 카메라(76')로 촬영해 디스플레이 데이터를 생성하는 제어기(70')를 포함한 구성을 가지되, 상기 주행기(30')는 양측의 주행륜(32')을 각각의 모터(36')로 독립구동하는 방식을 갖되, 이 주행륜(32')의 구동축을 체인과 베벨기어로 연결구동시키도록 하였다.

또, 상기 부착력 발생기(50')가 힌지축(53')을 중심으로 레버(62')와 연동된 링크(56')의 동작으로 마그네트(52')의 강관에 대한 부착력을 제어할 수 있도록 하며, 제어기(70')는 레이져센서(72')를 이용하여 관연결부(P)와 바디(10')의 거리를 유지하도록 제어하는 구성으로 되어 있다.

즉, 무레일 로봇장치가 강관의 관연결부(P)를 따라 이동하기 위한 방법으로, 레이저센서(72')를 이용해 맞대기 이음한 접합면이나 겹치기 이음한 관에서 반사된 신호를 감지해 이를 제어기(70')를 통해 로봇장치의 구성품을 조작하도록 하는 방식을 갖게 한 것이다.

그러나, 종래의 무레일 로봇장치는, 용접상태를 확인하기 위한 카메라와 레이져센서의 감지 및 이 신호를 이용해 구성품의 동작을 조작하는 제어기가 모두 포함된 구성을 갖고 있어, 제품의 부속품 증가에 따라 생산 및 조립에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또, 상기와 같이 다수개의 구성품을 갖는 무레일 로봇장치는 무게 증가와 함께 작업시 많은 공간을 차지하게 되어 로봇장치의 탈부착에 어려움이 있었다.

또한, 상기 레이저 센서를 이용한 방식은, 강관의 이음부에 레이저가 난반사되는 경우가 발생되어 반사광의 수신불량으로 로봇장치의 작동이 멈추거나 이탈되는 등의 폐단이 발생되었다.

즉, 관연결부에 용접되는 비드면은 굴곡진 형태를 갖고 있어, 레이저광이 비드면에 반사될 때 난반사가 이루어지면서 센서부가 레이저광을 수신하지 못하는 구간이 발생되고, 따라서 제어부에 신호를 전달하지 못하여 용접 작업중에 불량이 발생되는 문제점이 발생되는 것이다.

본 발명은 이러한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 구성모듈을 최소화하여 자동용접장치의 크기 및 부피를 소형화함과 아울러 강관 이음부의 위치를 정확하게 감지해 일정거리를 유지하면서 이음부를 용접하도록 하는 강관이음부 자동용접 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 자동용접 장치의 근접 체적센서를 고정하는 베이스에 강관외면을 따라 주행하는 로울러를 설치하여, 주행 시 이음부와 근접 체적센서가 일정간격을 유지할 수 있도록 함으로써, 근접 체적센서의 거리변화에 따른 센서의 오작동을 방지하도록 하는 강관이음부 자동용접 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 용접전류와 용접전압을 측정하는 전류센서와 전압센서의 측정값에 따라 용접작업을 수행하도록 함으로써, 이음부의 용접품질 및 편의성을 향상시켜, 시공이 용이하고 내구성이 우수하여 타제품과의 차별화를 통한 제품의 신뢰도가 증가하여 생산자 및 시공자로 하여금 이익창출에 이바지할 수 있도록 한 강관 이음부 자동용접 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 연속 배치되는 강관(10)을 맞대기 이음하기 위한 자동용접 장치(100)에 있어서;

상기 자동용접 장치(100)는, 토치(1)를 끼워 고정하는 토치클램프(21)가 몸체 일단에서 전,후방향 이동되게 모터(M)와 축 고정되어 구성된 X-축 운동부(20)와;

상기 X-축 운동부(20)의 모터(M) 몸체에 이송로울러(22)가 고정 설치되며, 곡선레일(32)을 갖는 조인트바디(31)에 결합되어, 상기 모터(M)를 곡선 이동시키도록 조립 한 곡선 운동부(30)와;

상기 조인트바디(31)의 몸체와 받침판(42)의 일단이 고정되며, 다른 일단은 모터(M)의 작동으로 구동하는 스크류축(S)과 축결합되어 승하강 이동되게 구성된 Z-축 운동부(40)와;

상기 Z-축 운동부(40)가 몸체에 놓여져 고정되는 받침대(51)를 모터(M)의 작동으로 구동되는 스크류축(S)과 축결합되어 좌,우방향 이동되게 결합 구성된 Y-축 운동부(50)와;

함체 형상을 갖고 몸체 내부에 구동모터(61)의 동작으로 함체 외부에서 구동축과 결합된 주행로울러(62)를 동작시키며, 함체 상부에 상기 Y-축 운동부(50)의 몸체를 체결 고정시켜 구성된 바디(60)와;

상기 바디(60) 상부에서 Y방향 지지된 스크류축(S)을 따라 슬라이드 이동하는 상부베이스(71)와 마그네트(74)가 결합된 하부베이스(73)가 링크편(72)으로 연결되며, 상기 스크류축(S)의 일단에 결합된 핸들(75)로 상기 상부베이스(71)를 회전시켜 부착력을 단속하는 마그네트 발생부(70)와;

상기 이음부(11)의 중심선상에 복수개의 쉴드형 근접 체적센서(86)가 위치되고, 이 근접 체적센서(86)를 이음부(11)와 일정높낮이를 유지하며, 바디(60)의 전,후 양단면에 결합하는 센서부(80)로 달성한다.

그리고, 상기 상기 센서부(80)는, 바디(60)에 고정된 지지대(81)와 결합하는 상부지지판(82)과, 근접 체적센서(86)가 고정 결합되며 일측면에 안내로울러(87)가 축 결합된 하부지지판(85)과, 상기 상부지지판(82)과 하부지지판(85)의 일측단에서 가이드축(83)으로 상호 결합시켜 구성된다.

또, 상기 센서부(80)는, 토치(1)에 공급되는 용접전류와 용접전압의 인가값을 측정하는 전류센서(A1) 및 전압센서(A2)가 더 포함되어 구성한다.

또한, 상기 마그네트 발생부(70)는, 스크류축(S)을 핸들(75)로 회전시켜 스크류축(S)에 스크류 축 결합된 한쌍의 상부베이스(71)가 벌어지거나 좁혀지게 되고, 이에 따라 상부베이스(71)와 링크 연결된 하부베이스(73)가 결합축을 중심으로 상하 회전되도록 구성한다.

이러한 본 발명의 구성에 의하면, 강관의 배관 공사현장에서 맞대기 이음한 강관을 자동용접 장치가 자동주행하면서 용접작업을 수행함으로써, 생산성 및 용접품질을 향상시킬 수 있다.

또, 자동용접 장치에 강관 외면을 따라 주행하는 센서부를 구비하여 이음부와 센서부의 일정간격을 유지해 감지거리 변화에 따른 근접 체적센서의 오작동을 미연에 방지함으로써, 강관 이음부를 따라 자동용접 장치가 정확하게 주행할 수 있도록 하였다.

또한, 자동용접 장치가 용접전류와 용접전압을 측정하여 용접작업을 수행하도록 함으로써, 이음부의 용접품질 및 정밀도를 향상시키면서 시공작업의 편의성을 증대시킬 수 있다.

따라서, 시공이 용이하여 타제품과의 차별화를 통한 제품의 신뢰도를 향상시켜 생산자 및 시공자로 하여금 이익창출에 이바지할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 강관용접 로봇장치의 구성을 도시한 사시도.
도 2는 종래 강관용접 로봇장치의 바디구성을 도시한 사시도.
도 3a 및 도 3b는 종래 강관용접 로봇장치가 강관에 부착되는 상태를 도시한 측면도.
도 4는 본 발명인 자동용접 장치의 사용 상태를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명인 자동용접 장치의 측면도.
도 6은 본 발명인 자동용접 장치의 내부 구성품의 조립상태를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 X-축 운동부 및 곡선 운동부를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 Z-축 운동부를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 Y-축 운동부를 도시한 사시도.
도 10은 본 발명의 바디를 도시한 사시도.
도 11a 및 11b는 마그네트 발생부의 구성을 도시한 사시도.
도 12는 본 발명의 센서부의 구성을 도시한 사시도.
도 13은 본 발명인 센서부의 사용상태를 도시한 사시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명인 강관 이음부 자동용접 장치는, 강관을 연속 연결하는 공사현장에서 자동용접 장치가 강관의 외면에 부착되어 이음부를 따라 주행하고, 용접전류와 용접전압을 측정하는 전류센서(A1)와 전압센서(A2)의 측정값에 따라 용접작업을 수행하도록 함으로써, 이음부의 용접품질 및 정밀도를 향상시키면서 시공작업의 편의성을 증대시킬 수 있도록 발명된 것이다.

우선, 자동용접 장치(100)는 강관(10)의 외면에 부착되어 용접작업을 하는 것으로, 이 자동용접 장치(100)는 메인콘트롤러(미 도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어 각 구동부의 모터(M)와 토치(1)를 신호에 따라 작동시키는 것임을 미리 밝혀둔다.

또, 본 발명에서 사용되는 모터(M)는 정속으로 정역회전이 가능하면서도 저속에서 높은 토크를 발생하는 서브모터를 사용하게 된다.

또한 본 발명의 각 운동부를 이동하기 위한 방법으로 모터(M)의 구동에 따라 스크류축(S)을 회전시켜, 이 스크류축(S)에 축 결합된 몸체부가 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 축 이동하도록 구성된 것으로, 이러한 볼스크류 구성은 이미 일반적으로 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 본 발명인 자동용접 장치(100)는, 본체에 제어부가 없는 상태로 별도의 메인콘트롤러의 신호를 전달받아 각 구동 모터를 작동시키게 되며, 전체 크기 및 무게를 감소시켜 휴대성 및 주행능력이 향상되도록 한 것이다.

상기와 같은 자동용접 장치(100)는 도 4 내지 도 13에서와 같이 크게 이음부(11)를 따라 용접 작업하는 토치(1)를 다축 운동시킬 수 있도록 X-축 운동부(20), 곡선 운동부(30), Z-축 운동부(40), Y-축 운동부(50)가 바디(60)에 탑재되며, 이 바디(60) 몸체에 주행기와 마그네트 발생부(70) 및 센서부(80)가 더 구비되어 달성 한다.

우선, 상기 구성모듈 중 X-축 운동부(20)는, 도 7에서와 같이 모터(M)의 스크류축에 토치(1)를 끼워 고정시키는 토치클램프(21)가 축 결합되어, 모터(M)의 구동에 따른 스크류 이동으로 토치클램프(21)를 전,후 방향으로 이송시키게 된다.

또, 상기 X-축 운동부(20)의 내측에 이송로울러(22)를 고정 설치하고, 이 이송로울러(22)가 조인트바디(31)의 내측에 결합된 곡선레일(32)에 이동가능하게 끼워져 조립함으로써, 상기 X-축 운동부(20)가 곡선레일(32)을 타고 강관(10)둘레를 따라 소정각도의 회전이동이 가능하게 하였다.

즉, 상기 X-축 운동부(20)를 소정각도 회전이동시키는 곡선 운동부(30)는, 조인트바디(31)의 내측면에 일정거리를 갖는 곡선레일(32)이 고정 결합되며, X-축 운동부(20)의 이송로울러(22) 위치를 고정하는 잠금부재(미 도시)가 곡선레일(32)에 더 구비된 상태로 상호 조립하여 모듈을 구성한다.

따라서, 상기 토치클램프(21)에 결합된 토치(1)를 작업환경 및 용접 방법 등에 따라 X-축 운동부(20)와 곡선 운동부(30)를 조정하여, 강관(10)의 이음부(11) 중앙에 정확히 위치시킬 수 있게 된다.

그리고, 상기 곡선 운동부(30)의 조인트바디(31)는 Z-축 운동부(40)의 받침판(42)에 몸체가 체결 고정되며, Z-축 운동부(40)의 동작에 따라 상기 X-축 운동부(20)가 포함된 곡선 운동부(30)를 승,하강 시키도록 한다.

상기 Z-축 운동부(40)의 구성모듈을 자세히 설명하면, 도 8에서와 같이 받침판(42)의 일단이 곡선 운동부(30)의 조인트바디(31)와 고정되고, 다른 일단은 Z-축 바디(41)의 몸체 일단에 조립된 모터(M)의 동력으로 회전하는 스크류축(S)과 축 결합되어, 상기 스크류축(S)의 정,역회전에 따라 받침판(42)이 승,하강 이동되는 구성을 갖게 된다.

이때, 상기 Z-축 바디(41)의 몸체와 받침판(42)에는, 상호 대응되는 가이드레일(L)을 구비해, 상기 받침판(42)의 승,하강 시 가이드레일(L)을 따라 원할히 이동가능하게 하는 것이 바람직하다.

그리고, 도 9에서와 같이 모터(M)의 구동으로 스크류축(S)을 회전시켜 축 결합된 받침대(51)를 좌,우 방향으로 이동시키는 Y-축 운동부(50)에, 상기 Z-축 운동부(40)가 결합되도록 한다.

즉, 상기 Y-축 운동부(50)는, Z-축 운동부(40)의 몸체가 놓여져 고정하는 받침대(51)를 좌,우 이동시키도록 하는 것으로, 받침대(51)의 저부는 후술되는 바디(60) 상단으로 조립하는 가이드레일(L)을 따라 좌,우이동이 원할히 이루어지게 하는 것도 바람직하다.

도 7 내지 도 9에서 도시한 바와 같이 X-축 운동부(20), Z-축 운동부(40), Y-축 운동부(50)를 구성하는 모듈은 모두 메인 콘트롤러의 동작신호에 따라 각각의 모터(M)를 구동시켜 상기 운동부를 다축 이동되도록 한 것이다.

그리고, 상기 Y-축 운동부(50)의 몸체는 도 10에 도시한 함체 형상을 갖는 바디(60)의 상부면에 고정 설치된다.

즉, 상기 바디(60)는 함체 형상을 갖고 형성되며, 몸체 상부로 Y-축 운동부(50)의 모터(M) 및 가이드레일(L)이 결합되며, 몸체 내부에는 구동모터(61)의 동작으로 양측면에 위치된 주행로울러(62)을 회전시키는 주행모듈이 구비된다.

또, 상기 바디(60)의 몸체 내부에 설치되는 구동모터(61)는 복수개를 구비하고, 양측의 주행로울러(62)를 전,후 벨트연결해 양측이 독립적으로 구동되는 방식을 갖게 하여, 주행하는 과정에서 메인콘트롤러의 신호에 따라 좌우측으로 각각 속도를 기변해 위치를 조정할 수 있도록 한다.

또한, 상기 바디(60) 내부의 구동모터(61)를 주행로울러(62)의 수에 맞추어 각각 구비시켜, 4륜을 동시에 주행 하거나 각각의 속도를 가변해 주행하게 하는 것도 가능하다.

따라서, 메인콘트롤러의 신호에 따라 좌,우가 독립된 구동모터(61)를 동시 동작하면 일방향 이동되고, 일측의 구동모터(61)가 정회전 한 상태에서 타측의 구동모터(61)를 정지하거나 역회전하면 바디(60)의 이동방향을 전환할 수 있게 된다.

이때, 상기 주행로울러(62)에는 미끄럼 마찰력과 내마모성 증대를 위해 폴리우레탄 수지재 및 고무재를 개별적으로 쓰거나 혼합 형성시켜 사용하도록 하여, 강관(10) 표면에서 일정 이상의 미끄럼 마찰력을 유지할 수 있도록 한다.

그리고, 바디(60)의 몸체에는 강관(10) 외면 또는 내면에 바디(60)를 부착시켜 몸체를 지지할 수 있도록 하는 마그네트 발생부(70)를 갖는 모듈이 더 구비되고, 이 모듈의 구성품 중 마그네트(74)가 강관(10)에 근접한 상태로 부착되어 상기 구동모터(61)의 동력을 이용해 주행로울러(62)가 회전하면 바디(60)가 강관(10)의 표면을 따라 주행하게 된다.

이때, 마그네트 발생부(70)의 마그네트(74)는 강관(10)과 근접 위치되어, 마그네트(74)의 자력으로 바디(20)를 강관(10)에 부착시키게 되나, 이 자력보다 큰 구동모터(61)의 회동력으로 주행로울러(62)를 회전시켜 바디(20)를 이동가능 하게 되는 것이다.

상기 마그네트 발생부(70)의 모듈을 자세히 설명하면, 도 11a 및 도 11b에서와 같이 바디(60) 상부에서 Y방향으로 축 고정된 스크류축(S)을 따라 좌,우 슬라이드 이동하는 상부베이스(71)와, 바디(60) 몸체 내에서 마그네트(74)가 결합된 하부베이스(73)를 상호 링크편(72)으로 연결하며, 상기 스크류축(S)의 일단에 결합되어 바디(60) 외부로 노출된 핸들(75)을 회전해 상부베이스(71)를 좌,우 이동시킴으로써, 강관(10)에 대한 부착력을 단속할 수 있도록 한다.

이때, 스크류축(S)에 축 결합된 한 쌍의 상부베이스(71)는, 서로 대칭된 스크류홈을 갖도록 하여, 스크류축(S)의 회전시 상호 벌어지거나 좁혀지도록 슬라이드 이동되게 한 것이며, 바디(60) 상부에서 상부베이스(71)의 원할한 이동을 위해 몸체 하단으로 가이드레일(L)을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또, 바디(60)의 몸체 내부에 위치되는 하부베이스(73)는, 중앙의 결합축을 중심으로 양편몸체가 경첩 결합된 것으로, 각 몸체 하단으로 마그네트(74)가 고정된 상태로 상부베이스(71)에 링크 결속된다.

그리고, 상기 하부베이스(73)의 조립위치는, 대략 바디(60) 내부에서 중앙에 위치되도록 하여, 마그네트(74)의 자력에 바디(60)의 주행 및 탈거에 간섭받지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 마그네트 발생부(70)의 모듈에 이용해 상기 바디(60)를 강관(10)에 부착하는 구성은, 우선 강관(10) 외면 및 내면에 바디(60)를 위치한 후 핸들(75)을 회전시켜, 상부베이스(71)를 벌어지게 하면 이와 링크 연결된 하부베이스(73)가 결합축을 중심으로 하향 회동하면서 강관(10) 표면과 평행하게 되어 부착력이 크게 작용되면서 부착된다.

또, 바디(60)를 탈거하기 위해서는 핸들(75)을 역회전시켜, 상부베이스(71)가 좁혀지게 하면, 링크 연결된 하부베이스(73)가 결합축을 중심으로 상향 회동하면서 강관(10)표면과 마그네트(74)가 경사진 상태로 되면서 부착력이 약화되므로, 바디(60) 일단에 구비하는 이동손잡이(65)를 잡고 강관(10)에서 분리시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 바디(60)에 구비되는 구동모터(61)는, 메인콘트롤러의 신호로 동작하고, 마그네트 발생부(70)는 수동으로 조작되어 자동용접 장치(100)를 강관(10)에 탈부착시키는 과정을 편의성을 향상시키도록 하였다.

상기 바디(60)에는, 몸체 내부의 마그네트(74)에 이물질 부착방지와 용접불꽃이 튀는 것을 방지하기 위한 보호커버가 구비되는 것도 바람직하다.

그리고, 상기 X-축 운동부(20) 하부에서 강관(10) 이음부(11)의 위치를 감지하는 센서부(80)가 바디(60)의 전후 양단부에 결합되도록 한다.

상기 센서부(80)는 도 12 및 도 13에서와 같이 바디(60) 일측면에 일단이 고정된 지지대(81)와 결합하는 상부지지판(82)과, 근접 체적센서(86)가 몸체에 고정 결합되며 일측면에 안내로울러(87)가 축 결합된 하부지지판(85)과, 상기 상부지지판(82)과 하부지지판(85)을 가이드축(83)으로 상호 결합되게 하여 구성된다.

즉, 센서부(80)는 강관(10)의 이음부(11) 외측 표면을 따라 주행하는 과정에서 안내로울러(87)가 표면의 이물질 등에 부딪히며, 높낮이가 변하는 것을 상기 가이드축(83)을 따라 하부지지판(85)이 승하강되어, 비접촉 방식으로 이음부(11)의 위치를 감지해 메인콘트롤러에 신호를 전달하는 근접 체적센서(86)위치를 이음부(11) 상단에서 일정간격을 갖고 유지할 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 센서부(80)에 사용되는 센서는, 복수개의 쉴드형 근접 체적센서(86)를 이용하여, 비접촉방식으로 신호를 감지해 이 감지신호를 유선 또는 무선으로 연결된 메인콘트롤러에 전달하여, 바디(60)의 전,후면 양면에 설치하여 자동용접 장치(100)가 이음부(11)를 따라 정확하게 주행할 수 있도록 한다.

그리고, 상기 센서부(80)에는, 토치(1)에 공급되는 용접전류와 용접전압의 인가값을 측정하는 전류센서(A1) 및 전압센서(A2)가 더 포함되어, 용접작업 중에 변화되는 용접전류와 용접전압의 측정값을 유선 또는 무선으로 연결된 메인콘트롤러에 전달한다.

여기서, 상기 전류센서(A1)와 전압센서(A2)의 설치위치는 센서부(80)에 한정하지 않고, 자동용접 장치(100)의 몸체에서 메인콘트롤러와 유선으로 연결되어 공급되는 용접전압 및 용접전류를 측정하기 유리한 위치에 설치하는 것이 좋다.

즉, 본 발명인 자동용접 장치(100)는 근접 체적센서(86)가 이음부(11)의 위치를 감지해 이를 메인콘트롤러에 전달하고, 상기 메인콘트롤러는 감지신호를 이용해 이동거리 및 높이 변화를 계산하여 이 데이타를 메인콘트롤러와 유선 또는 무선으로 연결된 각 구동부의 모터(M)를 작동시켜 주행하게 된다.

또, 상기 자동용접 장치(100)가 주행하면서 이음부(11)를 용접하는 과정에서 용접면의 높이차이에 따라 용접 전류가 변화되는 것을, 상기 전류센서(A1)가 변화값을 측정해 메인콘트롤러에 전달하고, 이 데이터를 이용해 메인콘트롤러와 유선 또는 무선으로 연결된 토치(1)를 이용한 용접작업을 제어한다.

상기 용접작업에 대해 간략히 설명하면, 아크 용접과정에 필요한 전류와 전압은 메인콘트롤러에서 계산된 데이터에 따라 인가된 측정값으로 공급되고 있는 상태에서, 이음부(11)의 용접을 1패스 또는 2패스 한 상태에서는 용접면이 상승되면서, 아크와 거리차이가 감소하게 된다.

이때, 상기 거리차이에 따라 용접전압은 일정하지만 용접전류가 변화되므로, 이 용접전류의 변화값을 전류센서(A1)가 측정해 메인콘트롤러에 전달하여 상기 변화값이 기준 내에 있는 상태에서는 용접작업을 수행하고, 기준을 초과하게 되면 용접작업을 정지하게 된다.

또한, 상기 센서부(80)를 바디(60)에 고정하는 지지대(81)는, 조정손잡이(88)의 수동조작에 따라 스크류 이동하여 지지대(81)를 Z-축 및 Y-축 이동시킬 수 있도록 하는 다축 이송모듈(89)이 더 결합되어 바디(60)에 고정 되게 할 수도 있다.

따라서, 다축 이송모듈(89)을 수동 조작해 상기 센서부(80)의 위치조정을 더욱 세밀하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 용접작업의 오차를 방지하게 된다.

상기와 같이 구성된 자동용접 장치(100)를 이용해 강관(10)의 이음부(11)를 용접작업하기 위한 순서는 다음과 같다.

우선 바디(60)의 몸체에 고정된 이동손잡이(65)를 잡아 용접작업을 수행하기 위한 강관(10)의 이음부(11) 근접위치에 자동용접 장치(100)를 위치한 후 마그네트 발생부(70)의 핸들(75)을 회전시켜 자동용접 장치(100)가 강관(10)에 부착되도록 한다.

그리고, 바디(60)에 결합된 다축 운동부(20),(40),(50)를 조정해 토치(1)의 위치를 이음부(11) 중심선상에 놓이게 한 후, 메인콘트롤러에 입력된 프로그램에 따라 자동용접 장치(100)를 구동시키게 된다.

상기 자동용접 장치(100)가 메인콘트롤러의 신호에 따라 주행하면서 토치(1)로 이음부(11)에 대한 용접작업을 수행하게 되고, 용접 작업 중 바닥면 상태와 주행방향에 따른 오차를 센서부(80)에서 감지해 이를 메인콘트롤러에 전달하고, 이 오차에 따른 변화를 다시 자동용접 장치(100)의 각 모듈 모터(M)에 전달시켜 상기 오차를 상쇄시키도록 한다.

이와 같은 자동용접 장치(100)가 이음부(11)를 따라 정확하게 주행하기 위해서는 특히 위치를 감지하는 근접 체적센서(86)의 역할이 중요하며, 본 발명에 사용되는 근접 체적센서(86)는 비접촉 방식의 센서이므로 이음부(11)와 근접 체적센서(86)의 간격이 항시 일정하게 유지되어 야 한다.

그리고, 자동용접 장치(100)는 메인콘트롤러와 연동된 유무선 조작기가 더 포함될 수 있으며, 이 유무선 조작기의 신호에 따라 각 모듈의 모터(M)를 구동해 토치(1)의 위치를 조작할 수 있도록 할 수 있다.

그러므로, 도 4 내지 도 6에서와 같이 자동용접 장치(100)를 이용해 강관(10)의 이음부(11)를 용접하는 작업은 우선, 마그네트 발생부(70)로 자동용접 장치(100)가 강관(10)에 부착된 상태에서, 맞대어진 강관(10)의 이음부(11)를 따라 토치클램프(21)에 장착된 토치(1)의 위치와 자세를 초기화한후, 메인콘트롤러 또는 유무선 조작기로 작업을 개시하면, 용접작업이 이루어지고, 작업진행 중 센서부(80)의 신호를 전달받은 메인콘트롤러가 구동모터(61) 및 다축운동부(20),(40),(50)를 제어하게 되면서, 강관(10)의 이음부를 따라 주행하면서 용접하게 된다.

또, 본 발명의 자동용접 장치(100)는, 강관(10)에 2대를 동시에 사용해 180도 왕복 운동하도록 하면서 3패스 용접을 실시하여 용접품질을 향상시키도록 하는 것도 바람직하다.

즉, 강관(10) 이음부(11)를 따라 자동용접 장치(100)가 주행하면서 이음부(11)를 1~2패스 용접한 상태는 상기 용접면의 표면이 불규칙하게 되나, 3패스 용접이 이루어진 상태에서는 용접면이 강관 표면보다 돌출된 상태로 근접 체적센서(86)와 전류 센서(A1)의 신호에 따라 자동용접 장치(100)를 정지시키게 된다.

그리고 용접이 완료된 후에 마그네트 발생부(70)의 핸들(75)을 회전시켜 마그네트(74)를 강관(10)표면과 경사지게 하고 이동손잡이(65)를 잡고 자동용접 장치(100)를 탈거하게 된다.

한편, 본 발명은, 맞대기 용접의 이음부(11)에 대하여 설명하였으나, 이외에도 겹치기 용접과, 테이퍼가공하지 않은 얇은 두께의 맞대기 이음용접에서도 동일하게 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 - 강관 11 - 이음부
20 - X-축 운동부 30 - 곡선 운동부
40 - Z-축 운동부 50 - Y-축 운동부
60 - 바디 70 - 마그네트 발생부
71 - 상부베이스 72 - 링크편
73 - 하부베이스 74 - 마그네트
75 - 핸들 80 - 센서부
81 - 지지대 82 - 상부지지판
83 - 가이드축
85 - 하부지지판 86 - 근접 체적센서
87 - 안내로울러 88 - 조정손잡이
89 - 다축 이송모듈 100 - 자동용접 장치
M - 모터 S - 스크류축
L - 가이드레일
A1 - 전류센서 A2 - 전압센서

Claims (5)

1. 연속 배치되는 강관(10)을 맞대기 이음하기 위한 자동용접 장치(100)에 있어서;
   상기 자동용접 장치(100)는, 토치(1)를 끼워 고정하는 토치클램프(21)가 몸체 일단에서 전,후방향 이동되게 모터(M)와 축 고정되어 구성된 X-축 운동부(20)와;
   상기 X-축 운동부(20)의 모터(M) 몸체에 이송로울러(22)가 고정 설치되며, 곡선레일(32)을 갖는 조인트바디(31)에 결합되어, 상기 모터(M)를 곡선 이동시키도록 조립 한 곡선 운동부(30)와;
   상기 조인트바디(31)의 몸체와 받침판(42)의 일단이 고정되며, 다른 일단은 모터(M)의 작동으로 구동하는 스크류축(S)과 축결합되어 승하강 이동되게 구성된 Z-축 운동부(40)와;
   상기 Z-축 운동부(40)가 몸체에 놓여져 고정되는 받침대(51)를 모터(M)의 작동으로 구동되는 스크류축(S)과 축결합되어 좌,우방향 이동되게 결합 구성된 Y-축 운동부(50)와;
   함체 형상을 갖고 몸체 내부에 구동모터(61)의 동작으로 함체 외부에서 구동축과 결합된 주행로울러(62)를 동작시키며, 함체 상부에 상기 Y-축 운동부(50)의 몸체를 체결 고정시켜 구성된 바디(60)와;
   상기 바디(60) 상부에서 Y방향 지지된 스크류축(S)을 따라 슬라이드 이동하는 상부베이스(71)와 마그네트(74)가 결합된 하부베이스(73)가 링크편(72)으로 연결되며, 상기 스크류축(S)의 일단에 결합된 핸들(75)로 상기 상부베이스(71)를 회전시켜 부착력을 단속하는 마그네트 발생부(70)와;
   상기 이음부(11)의 중심선상에 복수개의 쉴드형 근접 체적센서(86)가 위치되고, 이 근접 체적센서(86)를 이음부(11)와 일정높낮이를 유지하며, 바디(60)의 전,후 양단면에 결합하는 센서부(80)로 구성되는 것을 특징으로 한 강관 이음부 자동용접 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 센서부(80)는, 바디(60)에 고정된 지지대(81)와 결합하는 상부지지판(82)과, 근접 체적센서(86)가 고정 결합되며 일측면에 안내로울러(87)가 축 결합된 하부지지판(85)과, 상기 상부지지판(82)과 하부지지판(85)의 일측단에서 가이드축(83)으로 상호 결합시켜 구성됨을 특징으로 한 강관이음부 자동용접 장치.
   
3. 청구항 1 내지 2에 있어서, 상기 센서부(80)는, 토치(1)에 공급되는 용접전류와 용접전압의 인가값을 측정하는 전류센서(A1) 및 전압센서(A2)가 더 포함되어 구성함을 특징으로 한 강관이음부 자동용접 장치.
   
4. 청구항 1 내지 3에 있어서, 상기 센서부(80)에는, 조정손잡이(88)의 수동조작에 따라 스크류 이동하여 지지대(81)를 Z-축 및 Y-축 이동시킬 수 있도록 하는 다축 이송모듈(89)이 더 결합되어 바디(60)에 결합 구성됨을 특징으로 한 강관이음부 자동용접 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 마그네트 발생부(70)는, 스크류축(S)을 핸들(75)로 회전시켜 스크류축(S)에 축 결합된 한쌍의 상부베이스(71)가 벌어지거나 좁혀지게 되고, 이에 따라 상부베이스(71)와 링크편(72)으로 연결된 하부베이스(73)가 결합축을 중심으로 양편이 동시에 상하 회전되도록 구성한 것을 특징으로 하는 강관이음부 자동용접 장치.

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