KR20170136171A - 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토치와 용접부 사이의 수평거리 및 직선위빙, 토치와 용접부 사이의 높이 및 토치의 작업각을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 관형 모재의 용접 시 토치가 모재의 원주방향을 따라 이동함에 따라서 발생될 수 있는 용접결함을 방지하기 위해 토치의 진행각, 작업각 및 토치의 위빙을 제어할 수 있는 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 관형으로 이루어지는 모재의 외주면을 따라 이동하는 본체; 상기 본체의 상부에 설치되어 토치와 용접부 간의 거리 및 토치와 모재 간의 높이를 조절 가능케 하는 X축이송유닛 및 Y축이송유닛; 상기 Y축이송유닛과 연결되는 작업각 조절가이드, 상기 작업각 조절가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 연결플레이트 및, 상기 연결플레이트를 작업각 조절가이드에 고정시켜 토치와 용접부 간의 작업각을 조절하게 되는 고정수단을 포함하는 작업각 제어유닛; 상기 연결플레이트와 결합되며 토치가 삽입되는 중공부가 형성된 커버, 상기 커버의 일측과 회전 가능하게 결합되는 브라켓 및, 상기 커버의 일측에 회전 구동력을 전달하여 브라켓을 회전시켜 토치와 용접부 간의 진행각을 조절하게 되는 회전구동수단을 포함하는 진행각 제어유닛; 및, 상기 브라켓과 결합되는 하우징, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 일단부에 토치가 장착되는 클램프가 결합되는 샤프트 및, 상기 샤프트의 타측과 연결되어 샤프트를 회전시켜 용접 진행방향을 따라 토치의 위빙을 가능케 하는 위빙구동수단을 포함하는 위빙제어유닛; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치{Welding torch angle position control is possible welding equipment of the tubular base material}

본 발명은 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관과 같은 관형 모재의 원주를 따라 주행하면서 토치의 각도를 제어하여 용접결함을 방지할 수 있는 자동 용접장치에 관한 것이다.

강관은 일정 길이를 가지도록 제조되고, 설치현장에서는 필요에 따라 이러한 일정 길이의 강관을 연결하여 설치하는데, 이때 강관을 연결하기 위해 강관을 서로 맞대놓고 이 맞대어진 부분을 용접에 의해 연결하는 방법이 사용되고 있다.

이러한 강관 간의 맞대기 용접을 수행하는 장치로 자력에 의해 강관의 외주면을 주행하여 용접부를 따라 이동하게 되는 무레일 용접장치가 널리 이용되고 있다.

이와 같은 종래의 무레일 용접장치는 토치가 강관의 원주방향을 따라 이동함에 따라 지녀야 할 특성 중 토치의 위빙에 따른 진행각 및 작업각을 제어하지 못해 용접결함을 발생시키게 되는 문제점이 있었다. 이뿐만 아니라 발생되는 용접결함을 보수하는데 장시간이 소요되어 용접작업의 생산성 및 효율을 악화시키는 문제점이 있어 이를 개선할 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1117221호 (공고일자: 2012.03.19)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 토치와 용접부 사이의 수평거리 및 직선위빙, 토치와 용접부 사이의 높이 및 토치의 작업각을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 관형 모재의 용접 시 토치가 모재의 원주방향을 따라 이동함에 따라서 발생될 수 있는 용접결함을 방지하기 위해 토치의 진행각, 작업각 및 토치의 위빙을 제어할 수 있는 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 함께 본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 더욱 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치는, 관형으로 이루어지는 모재의 외주면을 따라 이동하는 본체; 상기 본체의 상부에 설치되어 토치와 용접부 간의 거리 및 토치와 모재 간의 높이를 조절 가능케 하는 X축이송유닛 및 Y축이송유닛; 상기 Y축이송유닛과 연결되는 작업각 조절가이드, 상기 작업각 조절가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 연결플레이트 및, 상기 연결플레이트를 작업각 조절가이드에 고정시켜 토치와 용접부 간의 작업각을 조절하게 되는 고정수단을 포함하는 작업각 제어유닛; 상기 연결플레이트와 결합되며 토치가 삽입되는 중공부가 형성된 커버, 상기 커버의 일측과 회전 가능하게 결합되는 브라켓 및, 상기 커버의 일측에 회전 구동력을 전달하여 브라켓을 회전시켜 토치와 용접부 간의 진행각을 조절하게 되는 회전구동수단을 포함하는 진행각 제어유닛; 및, 상기 브라켓과 결합되는 하우징, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 일단부에 토치가 장착되는 클램프가 결합되는 샤프트 및, 상기 샤프트의 타측과 연결되어 샤프트를 회전시켜 용접 진행방향을 따라 토치의 위빙을 가능케 하는 위빙구동수단을 포함하는 위빙제어유닛; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 회전구동수단은 제1 구동모터 및, 상기 구동모터와 연동되는 제1 스퍼기어를 포함하여 이루어지며, 상기 커버에는 상기 제1 스퍼기어와 연동되는 제2 스퍼기어 및, 상기 제2 스퍼기어의 내주면에 설치되며, 일단부가 상기 브라켓의 일측과 결합되는 진행각 회전축이 마련되어, 상기 진행각 회전축이 회전됨에 따라 브라켓의 타측을 회전시키게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 함께 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 위빙구동수단은 제2 구동모터 및, 상기 제2 구동모터와 연동되어 상기 샤프트에 회전구동력을 전달하는 웜휠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

관형모재의 용접 시 토치의 위빙에 최적화된 토치의 진행각과 작업각을 적용시켜 용접비드를 균일하게 할 수 있으며, 이에 따라서 용접 결함을 방지할 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 용접 작업의 품질을 향상시키고 궁극적으로는 용접작업 효율 및 생산성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

이와 함께 본 발명의 다른 효과는 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

도 1은 본 발명에 따른 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치를 사시도로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치를 측면도로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치를 정면도로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 토치가 모재의 원주방향을 따라 이동함에 따라서 진행각이 변경되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 X축이송유닛을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 작업각 제어유닛에 의해 토치의 작업각이 제어되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 Y축이송유닛 및 작업각 제어유닛을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 진행각 제어유닛에 의해 토치의 진행각이 제어되는 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 진행각 제어유닛을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 위빙제어유닛을 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것임을 주지하는 바이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치는 본체(100), X축이송유닛(200), Y축이송유닛(300), 작업각 제어유닛(400), 진행각 제어유닛(500) 및 위빙제어유닛(600)를 포함하여 이루어진다. 설명의 이해를 돕기위해 토치와 용접부 간의 수평방향을 X축 방향으로 표기하며, 토치와 용접부 간의 높이방향을 Y축 방향으로 표기하고, 모재와 모재간의 용접부에 대한 접선 방향을 용접진행 방향 또는 Z축 방향으로 표기하며, 토치와 X축 방향의 각도를 작업각으로 표기하고, 토치와 Z축 방향의 각도를 진행각으로 표기하여 설명토록 한다.

본체(100)는 관형으로 이루어지는 모재의 외주면을 따라 이동하게 되는 것으로, 본체(100)에는 다수개의 주행휠이 설치된다. 주행휠은 본체에 4개소에 설치되며 모재와 접촉되는 부위는 고강도의 수지재가 사용되며, 이외에 모재에 대한 일정한 주행력을 유지하기 위한 미끄럼 마찰계수가 확보되어야 한다. 이러한 주행휠은 본체(100)에 설치되는 커버에 의해 보호될 수 있으며, 커버는 토치가 위치하는 방향에 있는 주행휠에 용접불꽃이 닿지 않도록 설치된다.

그리고 본체(100)의 전후방향에는 모재에 대한 부착력을 발생시키는 자력수단이 설치된다. 자력수단은 본체(100)가 모재의 용접부를 따라 주행하는 중에 중력을 이기고 일정한 용접자세를 유지하도록 조력하기 위한 수단이다. 이러한 자력수단은 본체(100) 내부에 회동 가능하게 수용되는 자석과, 자석을 회동하도록 본체(100)의 외부로 노출되는 레버로 이루어진다. 레버는 회동 가능한 구조이고, 그 타측 회전단에 자석을 고정하여 연동하도록 한다. 이에 따라 레버를 아래로 누르면 자석이 모재에 접근하여 인력을 발생하고 레버를 위로 올리면 자석이 강관에서 멀어져 인력이 약화되는 구조이다. 여기에서 자석은 영구자석 또는 전자석으로 이루어질 수 있다.

다음으로 X축이송유닛(200)은 X축 방향의 거리를 조절 및 토치의 X축방향 직선 위빙을 가능케 하는 것으로, 상기한 도면들과 도 5에 도시된 바와 같이 X축가이드(210), X축이송블록(220) 및 X축이송수단(230)을 포함하여 이루어진다. X축가이드(210)는 본체(100)의 상부에 설치되되 X축 방향과 수평한 LM가이드 형태로 이루어지며, X축이송블록(220)은 X축가이드(210)를 타고 이동 가능하게 설치된다. 그리고 X축이송수단(230)은 스크류(210) 및 제3 구동모터(232)를 포함하여 이루어진다. 스크류(210)는 회전됨에 따라 X축이송블록(220)을 X축가이드(210)를 타고 슬라이딩 가능케 하는 구조로 이루어지며, 제3 구동모터(232)는 스크류(210)와 타이밍밸트로 연결되어 스크류에 회전구동력을 제공하게 된다.

이어서 Y축이송유닛(300)은 Y축 방향의 거리를 조절하기 위한 것으로, 상기한 도면들과 도 7에 도시된 바와 같이 Y축가이드(310), Y축이송블록(320), Y축이송수단(330) 및 이음플레이트(340)를 포함하여 이루어진다. Y축가이드(310)는 X축이송블록(220)의 상부에 Y축 방향과 수평하게 설치되되 LM가이드 형태로 이루어지며, Y축이송블록(320)은 Y축가이드(310)를 타고 이동 가능하게 설치된다. 그리고 Y축이송수단(330)은 스크류의 형태로 이루어져 회전됨에 따라 Y축이송블록(320)을 Y축가이드(310)를 타고 슬라이딩 가능케 하며, 상부에 나사조임방식에 의해 Y축이송수단(330)을 조여짐에 따라 고정시키는 노브(knob)가 설치된다. 그리고 이음플레이트(340)는 후측이 Y축이송블록(320)의 X축 방향 전측과 결합되어 후술되는 작업각 조절가이드(410)를 Y축이송블록(320)과 연결시키게 된다.

이와 더불어 작업각 제어유닛(400)은 토치의 작업각을 조절하게 되는 것으로, 상기한 도면들과 도 7에 도시된 바와 같이 작업각 조절가이드(410), 연결플레이트(420) 및 고정수단을 포함하여 이루어진다. 작업각 조절가이드(410)는 이음플레이트(340)의 전측과 결합되어 Y축이송블록(320)과 연결되며 토치의 작업각을 변화시키기 위해 일정 반경을 따라 원호형의 가이드홀(411)이 형성된다. 그리고 연결플레이트(420)의 일측면에는 적어도 하나 이상의 돌부가 형성되어 이 돌부가 가이드홀(411)을 타고 이동 가능하게 설치되며 타측면은 후술되는 커버와 결합된다. 이와 함께 고정수단은 이음플레이트(340)의 돌부와 나사조임방식에 의해 연결플레이트(420)를 조여짐에 따라 고정시키는 노브로 이루어질 수 있다.

다음으로 진행각 제어유닛(500)은 토치의 진행각을 조절하게 되는 것으로, 우선 진행각 제어유닛(500)의 필요성을 설명하면 다음과 같다. 상기한 도면들과 도 4에 도시된 바와 같이, 관형 모재의 용접 진행방향이 (1) 에서 (5) 방향으로 이루어진다고 가정할 시 일반적인 관형 모재의 용접장치는 용접 진행 위치별로 토치의 진행각 조절이 불가하여 토치의 위빙(운봉)에 따른 최적화된 진행각을 적용하지 못하게 됨으로써, 특히 (4)의 위치에서 결함이 주요하게 발생되는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 이를 극복하기 위해 토치의 진행각을 조절하여 (2)의 위치에서는 a1 각도로 토치 진행각을 가변시키고, (3)의 위치에서는 a1 각도보다 상대적으로 더 큰 a2 각도로 토치 진행각을 가변시키며, (4)의 위치에서는 a2 각도보다 상대적으로 더 큰 a3 각도로 가변시킴으로써 본 발명은 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어를 달성하고자 한다.

이를 구현하기 위해 본 발명에 따른 진행각 제어유닛(500)은 상기한 도면들과 도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이 커버(510), 브라켓(520) 및, 회전구동수단(530)을 포함하여 이루어진다. 커버(510)는 연결플레이트(420)의 타측면과 결합되며 토치가 삽입되되 토치의 진행각을 일정 각도로 가변시킬 수 있는 직경의 중공부(511)가 형성되며, 브라켓(520)은 커버(510)의 일측과 회전 가능하게 결합되고, 회전구동수단(530)은 커버(510)의 일측에 회전 구동력을 전달하여 브라켓(520)을 회전시켜 진행각을 조절하게 된다.

자세하게 회전구동수단(530)은 제1 구동모터(531) 및 제1 스퍼기어(532)를 포함하여 이루어진다. 제1 구동모터(531)는 회전 구동력을 발생시키며, 제1 스퍼기어(532)는 제1 구동모터(531)와 연동되도록 제1 구동모터(531)의 회전축 상에 설치된다. 그리고 커버(510)에는 제1 스퍼기어(532)와 연동되도록 설치되는 제2 스퍼기어(513)가 중공부(511)에 대응되어 커버(510) 내에서 회전되도록 단면이 링 형상으로 형성되며, 상기한 커버(510)의 일측에 해당되는 링 형상의 단면으로 이루어진 진행각 회전축(512)이 제2 스퍼기어(513)의 내주면에 설치된다. 이와 같은 구조로 인해 브라켓(520)의 일측과 결합되는 진행각 회전축(512)이 회전됨에 따라 브라켓(520)의 일측 센터를 회전중심으로 브라켓(520)의 타측을 회전시키게 됨으로써, 도 8에 도시된 바와 같이 토치의 진행각을 제어할 수 있게 된다.

이어서 위빙제어유닛(600)은 Z축 방향을 따라 토치의 위빙 및 토치의 작업각 제어를 가능케 하는 것으로, 상기한 도면들과 도 10에 도시된 바와 같이 하우징(610), 샤프트(620) 및 위빙구동수단(630)을 포함하여 이루어진다. 하우징(610)은 브라켓(520)의 타측과 결합된다. 그리고 샤프트(620)는 일단부에 토치가 장착되는 클램프가 결합되며 타측이 하우징(610)의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 이와 함께 위빙구동수단(630)은 샤프트(620)와 웜기어 방식으로 연동되어 샤프트를 회전시켜 Z축 방향을 따라 토치의 위빙을 가능케 하는 것으로, 제2 구동모터(631) 및 웜휠(632)을 포함하여 이루어진다. 제2 구동모터(631)는 회전구동력을 제공하게 되며, 웜휠(632)는 제2 구동모터(631)의 회전축 상에 설치되어 샤프트(620)에 회전구동력을 전달하게 된다.

한편 본 발명은 상기한 도면들과 도 3에 도시된 바와 같이 모재 간의 용접부에 대한 신호를 레이저센서를 통하여 검출하도록 입력수단(700)을 포함하여 이루어진다. 레이저센서는 반사형의 레이저센서를 적용하며 반사된 레이저 광선의 변화에 따른 신호를 발생한다. 그리고 입력수단(700)은 유선 또는 무선 방식의 원격수신기를 더 구비할 수도 있다. 작업자가 접근하기 곤란한 위치에 작업 대상의 모재가 있는 경우 원격수신기를 사용한다. 원격수신기는 RF, IR방식 등 무선신호 방식에 구애되지 않으며, 원격수신기 외에 유선 케이블로 연결하는 방식도 포함한다. 아울러 본 발명은 입력수단(700)의 신호에 대응하여 본체(100)를 일정 속도로 주행하면서 용접을 수행 가능케 하는 제어기를 더 포함하여 이루어진다. 이러한 제어기는 마이콤회로를 기반으로 하며 모재의 직경, 두께, 소재에 대응하는 용접방법에 관련된 데이터를 저장하고 있다.

아울러 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 본체
200: X축이송유닛
300: Y축이송유닛
400: 작업각 제어유닛
500: 진행각 제어유닛
600: 위빙제어유닛

Claims (3)

1. 관형으로 이루어지는 모재의 외주면을 따라 이동하는 본체;
   상기 본체의 상부에 설치되어 토치와 용접부 간의 거리 및 토치와 모재 간의 높이를 조절 가능케 하는 X축이송유닛 및 Y축이송유닛;
   상기 Y축이송유닛과 연결되는 작업각 조절가이드, 상기 작업각 조절가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 연결플레이트 및, 상기 연결플레이트를 작업각 조절가이드에 고정시켜 토치와 용접부 간의 작업각을 조절하게 되는 고정수단을 포함하는 작업각 제어유닛;
   상기 연결플레이트와 결합되며 토치가 삽입되는 중공부가 형성된 커버, 상기 커버의 일측과 회전 가능하게 결합되는 브라켓 및, 상기 커버의 일측에 회전 구동력을 전달하여 브라켓을 회전시켜 토치와 용접부 간의 진행각을 조절하게 되는 회전구동수단을 포함하는 진행각 제어유닛; 및,
   상기 브라켓과 결합되는 하우징, 상기 하우징에 회전 가능하게 설치되며 일단부에 토치가 장착되는 클램프가 결합되는 샤프트 및, 상기 샤프트의 타측과 연결되어 샤프트를 회전시켜 용접 진행방향을 따라 토치의 위빙을 가능케 하는 위빙구동수단을 포함하는 위빙제어유닛;
   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전구동수단은,
   제1 구동모터 및, 상기 구동모터와 연동되는 제1 스퍼기어를 포함하여 이루어지며,
   상기 커버에는,
   상기 제1 스퍼기어와 연동되는 제2 스퍼기어 및,
   상기 제2 스퍼기어의 내주면에 설치되며, 일단부가 상기 브라켓의 일측과 결합되는 진행각 회전축이 마련되어,
   상기 진행각 회전축이 회전됨에 따라 브라켓의 타측을 회전시키게 되는 것을 특징으로 하는 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치.
3. 제1항에 있어서,
   위빙구동수단은,
   제2 구동모터 및,
   상기 제2 구동모터와 연동되어 상기 샤프트에 회전구동력을 전달하는 웜휠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관형 모재의 용접 위치별 토치 각도 제어가 가능한 용접장치.

Images