KR20180044717A

KR20180044717A - 파이프라인의 자동용접장치

Info

Publication number: KR20180044717A
Application number: KR1020160138555A
Authority: KR
Inventors: 문형순; 김형찬; 이승민; 김민주; 백대현
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2018-05-03
Also published as: KR101858714B1

Abstract

본 발명은 파이프라인을 제작하기 위한 파이프의 자동용접을 수행함에 있어서 용접장치가 파이프라인에 부가하는 하중을 최소화할 수 있는 구조의 파이프라인 자동용접장치에 관한 것이다. 본 발명은 파이프의 둘레를 감싸도록 환형을 이루고 용접헤드가 지지되는 용접프레임; 상기 용접프레임에 그 둘레를 따라 다수개가 설치되고, 파이프에 동시에 착지가 완료되는 클램핑실린더; 상기 용접프레임의 하중을 지지하도록 용접프레임이 매달리는 견인선; 상기 파이프의 상측에 설치되고 견인선이 지지되는 지지구조물; 상기 지지구조물에 설치되어 견인선에 긴장력을 부여하도록 견인선을 감는 권취기; 상기 견인선의 긴장력을 측정하는 긴장력측정센서; 및 견인선의 긴장력이 동일하게 유지되도록 권취기를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

파이프라인의 자동용접장치{Automatic welding device for pipe line}

본 발명은 파이프라인의 자동용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공급되는 파이프를 서로 용접하여 연결함으로써 파이프라인을 제작할 수 있는 자동용접장치에 관한 것이다.

종래 해저 파이프라인의 설치를 위해, 바지선 상에서 공급되는 단위파이프를 서로 용접으로 연결함으로써 파이프라인을 제작하는 기술이 개발되어 있다.

도 1을 참고하면, 바지선(B) 상에서 단위 파이프(P)들이 연속적으로 공급되고, 공급되는 단위파이프(P)는 순차적으로 용접이 이루어짐으로써 파이프라인이 제작된다.

그와 같이 제작된 파이프라인은 바지선(B)의 선미에서 해상으로 연속적으로 투하되고 침강됨으로써 해저 파이프라인의 부설이 이루어진다.

도 2의 (a) 및 (b)는 한국등록특허공보 제10-0957682호에 기재된 것으로서, 도 1의 단위파이프들이 용접되어 파이프라인이 제작되도록 하는 파이프라인의 용접장치를 도시하고 있다.

도 2의 (a)에 도시된 용접장치의 정면도와, (b)에 도시된 측면도를 참고하면, 해저 파이프라인의 설치를 위한 단위파이프(2) 간의 용접이 이루어지는 바지선 상에 한쌍의 가이드레일(7)이 설치되고, 지지구조물(1)과, 실질적인 용접작업을 수행하는 용접부(8)와, 용접선에 대한 지지구조물(1)의 위치정렬을 위한 승강용 실린더(4)가 설치된다.

공급된 단위파이프(2)를 제작되고 있는 파이프라인에 연결하기 위해 용접할 경우, 양 파이프(2)가 맞대어져 형성되는 용접선(3)에 용접부(8)의 용접토치가 위치하도록 지지구조물(1)을 가이드레일(7)을 따라 이동시킨다.

지지구조물(1)의 이동이 완료되면, 승강용 실린더(4)를 작동하여 도 3의 (a)와 같이, 지지블록(4a)을 단위파이프(2)의 외주면에 밀착되고 단위파이프(2)의 중심과 지지구조물(1)의 중심이 정렬된 상태로 지지구조물(1)이 상승한다.

이에 따라, 도 3의 (b)와 같이 지지구조물(1)이 가이드레일(7)로부터 띄워지게 되며, 가이드레일(7)의 상측으로 이격되어 단위파이프(2)에 거치된 지지구조물(1)이 정위치를 유지하게 된다. 이후, 클램핑실린더(6)가 작동하여 용접부(8)를 단위파이프(2)에 고정함으로써 용접선에 대한 자동용접장치의 정렬이 가능하게 된다.

그러나, 종래의 용접장치에서는 용접부(8)의 중심과 파이프(2)의 중심을 정확히 일치시킨 정렬상태에서 용접을 진행하기 위해서, 승강블록(4a)이 파이프(2)에 밀착한 상태로 승강용 실린더(4)를 더 신장시킴으로써, 지지구조물(1)을 도 3의 (b)와 같이 가이드레일(7)로부터 상승시킨다.

이에 따라, 용접대상인 파이프(2)에 지지구조물(1) 등의 전체 하중을 부가하게 되는 바, 이로 인한 파이프(2)의 변형이 발생하고 양 파이프(2)가 맞대어진 용접선(3)이 정확한 맞댐 상태를 유지할 수 없는 문제가 발생하기도 한다.

또한, 전술한 장치에서 용접중 문제가 발생한 경우, 지지구조물(1)과 용접부(8)가 용접부위를 가리고 있고 지지구조물(1)이 큰 중량을 가지므로, 작업자가 용접상태에 대한 정확한 점검이나 용접장치에 대한 점검을 위해 지지구조물을 일측으로 이동시키는 것이 어렵고 번거로운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 파이프라인을 제작하기 위한 파이프의 자동용접을 수행함에 있어서 용접장치가 파이프라인에 부가하는 하중을 최소화할 수 있는 구조의 파이프라인 자동용접장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 비교적 간략한 설비에 의해 파이프라인의 자동용접을 수행할 수 있고 파이프라인을 따라 이동하는 작동이 비교적 신속하고 간편하게 이루어질 수 있는 구조의 파이프라인 자동용접장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 파이프를 서로 연결하여 파이프라인을 제작하는 파이프라인 자동용접장치에 있어서, 상기 파이프의 둘레를 감싸도록 환형을 이루고 용접헤드가 지지되는 용접프레임; 상기 용접프레임에 그 둘레를 따라 다수개가 설치되고, 서로 동기화되어 동시에 신축함으로써 상기 파이프에 동시에 착지가 완료되는 클램핑실린더; 상기 용접프레임의 하중을 지지하도록 상기 용접프레임이 매달리는 견인선; 상기 파이프의 상측에 설치되고 상기 견인선이 지지되는 지지구조물; 상기 지지구조물에 설치되어 상기 견인선에 긴장력을 부여하도록 상기 견인선을 감는 권취기; 상기 견인선의 긴장력을 측정하는 긴장력측정센서; 및 상기 클램핑실린더와 상기 권취기의 작동을 제어하고, 상기 긴장력측정센서의 측정값을 입력받아 상기 클램핑실린더가 상기 파이프에 착지된 상태와 그 착지가 해제된 상태에서 상기 견인선의 긴장력이 동일하게 유지되도록 상기 권취기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 파이프라인이 수평방향으로 배치되고, 상기 지지구조물은 수평방향으로 상기 파이프라인과 평행하게 설치되는 가이드레일과, 상기 가이드레일을 따라 이동하는 상측주행수단을 포함하고, 상기 권취기는 상기 상측주행수단에 결합됨으로써, 상기 상측주행수단이 상기 가이드레일을 따라 이동함에 따라 상기 용접프레임이 상기 파이프라인을 따라 이동하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 긴장력측정센서가 로드셀이고, 상기 로드셀은 상기 상측주행수단과 상기 권취기 사이에 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제어기는 상기 긴장력측정센서로부터 측정하중을 입력받으면, 상기 측정하중이 설정치 이내인지 판단하여, 상기 측정하중이 상기 설정치보다 큰 경우에는 상기 권취기의 토크를 설정단위량 감소시키고, 상기 측정하중이 상기 설정치보다 작은 경우에는 상기 권취기의 토크를 설정단위량 증가시키는 긴장력조절과정을 진행하되, 상기 측정하중이 상기 설정치와 동일한 조건을 만족시킬 때까지 상기 긴장력조절과정을 반복하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 용접프레임에 설치되어 상기 용접프레임이 상기 파이프라인의 길이방향으로 요동하는 것을 감쇄시키기 위한 감쇄롤러장치가 더 설치되고, 상기 감쇄롤러장치는 상기 파이프의 표면에 구름접촉하는 접촉롤러와, 상기 접촉롤러를 지지하는 지지체와, 상기 지지체에 설치되고 상기 접촉롤러와 마찰하여 상기 접촉롤러의 구름운동에 대하여 저항력을 발생시키는 마찰패드와, 상기 지지체와 상기 용접프레임을 연결하는 연결로드와, 상기 용접프레임에 설치되는 것으로서, 상기 접촉롤러가 상기 파이프의 표면에 항상 접촉하는 방향으로 상기 연결로드가 선회할 수 있도록 상기 연결로드에 탄성력을 부여하는 스프링을 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 용접헤드와 상기 용접프레임을 연결하는 링크부재와, 상기 용접프레임에 설치되어 상기 링크부재를 구동시키는 링크구동장치를 더 포함하고, 상기 링크구동장치는 상기 링크부재가 상기 파이프의 길이방향으로 연장된 상태를 이루어 상기 용접헤드가 상기 파이프를 용접할 수 있는 용접위치와, 상기 링크부재가 상기 용접프레임과 결합된 선회축을 중심으로 선회하여 상기 용접헤드가 상기 파이프로부터 이격된 위치가 되는 대기위치 사이에서, 상기 용접헤드의 위치가 서로 전환될 수 있도록 상기 링크부재를 구동시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 설정치가 상기 클램핑실린더 및 상기 용접프레임이 상기 파이프로부터 이격된 상태에서 상기 견인선에 발생하는 긴장력인 것을 또 다른 특징으로 한다.

전술한 구성에 따른 본 발명의 파이프라인 자동용접장치는, 파이프중심과 클램핑실린더의 중심을 쉽게 일치시킬 수 있는 구조이면서, 견인선에 의해 중량이 지지되어 파이프에 부가되는 하중 및 파이프의 변형이 제거 또는 최소화될 수 있다.

즉, 본 발명은 중량센서와 권취기의 작용으로 견인선이 항상 일정한 하중을 지지하므로, 클램핑실린더가 파이프에 착지한 상태에서도 파이프에 하중을 부가하지 않는다.

또한, 본 발명의 파이프라인 자동용접장치는, 클램핑실린더를 풀고 견인선이 수평으로 이동하면, 용접프레임 및 용접헤드의 위치가 파이프라인을 따라 신속히 이동될 수 있으므로, 자동용접장치의 이동이 신속하고 간단히 이루어질 수 있어 용접장치 및 용접부에 대한 점검과 용접을 위한 위치변경이 매우 용이하다.

또한, 본 발명의 파이프라인 자동용접장치는, 견인선에 지지되어 용접프레임이 파이프라인을 따라 이동하는 경우, 플렉시블한 견인선에 의해 용접프레임의 흔들림이 발생하고 이는 신속한 용접작업이 이루어질 수 없도록 방해할 수 있다.

그러나, 용접프레임에 설치되어 파이프의 표면과 구름접촉하는 감쇄롤러장치가 설치됨으로써, 용접프레임의 흔들림을 잡아주어 신속한 용접상태가 형성될 수 있도록 한다.

도 1는 종래 바지선 상에서 해저 파이프라인이 제작되는 구성을 설명하는 설명도
도 2의 (a) 및 (b)는 종래 바지선 상에서 해저 파이프라인을 제작하기 위한 용접장치의 구성을 도시하는 구성설명도
도 3의 (a) 및 (b)는 도 2의 용접장치의 작용을 설명하는 작용설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인 자동용접장치의 구성설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인 자동용접장치의 구성을 확대하여 설명하는 구성설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인 자동용접장치에서 감쇄롤러장치의 설치구성을 도시하는 구성설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인 자동용접장치에서 감쇄롤러장치의 내부구성을 도시하는 구성설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 파이프라인 자동용접장치에서 제어기의 작용을 설명하는 블록순서도

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명은 파이프(81)를 연결하여 파이프라인(82)을 제작하는 파이프라인 자동용접장치에 관한 것으로서, 상기 파이프(81)의 둘레를 감싸도록 환형을 이루고 용접헤드(40)가 지지되는 용접프레임(10)과, 상기 용접프레임(10)에 그 둘레를 따라 다수개가 설치되고, 서로 동기화되어 동시에 신축함으로써 상기 파이프에 동시에 착지가 완료되는 클램핑실린더(20)와, 상기 용접프레임(10)의 하중을 지지하도록 용접프레임(10)이 매달리는 견인선(30)과, 상기 파이프의 상측에 설치되고 견인선(30)이 지지되는 지지구조물(60)과, 상기 지지구조물(60)에 설치되어 견인선(30)에 긴장력을 부여하도록 견인선(30)을 감는 권취기(35)와, 상기 견인선(30)의 긴장력을 측정하는 긴장력측정센서(37), 및 상기 클램핑실린더(20)와 권취기(35)의 작동을 제어하고, 긴장력측정센서(37)의 측정값을 입력받아 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지된 상태와 그 착지가 해제된 상태에서 견인선(30)의 긴장력이 동일하게 유지되도록 권취기(35)를 제어하는 제어기를 포함한다.

상기 용접프레임(10)은 파이프(81)의 둘레를 감싸도록 환형을 이루고 용접헤드(40)가 지지되는 부분이다.

환형의 용접프레임(10)을 관통하도록 용접대상인 파이프(81)가 설치되며, 용접프레임(10)의 내주면에 용접레일(15)이 둘레를 따라 환형으로 설치되어 용접헤드(40)가 환형궤적을 따라 이동할 수 있다. 파이프(81)가 서로 결합되어 제작되는 파이프라인(82)은 수평방향으로 배치되고, 환형의 용접프레임(10)을 관통하도록 수평으로 배치되어 있다.

상기 용접프레임(10)의 상면외측에는 견인선연결부(30a)가 돌출설치되어 있고 견인선(30)이 상측으로 연결되어 용접프레임(10)을 지지하고 있다.

상기 클램핑실린더(20)는 용접프레임(10)에 그 둘레를 따라 다수개가 고정설치되고 실린더로드가 환형의 용접프레임(10)의 중심방향으로 신장된다. 다수의 클램핑실린더(20)는 용접프레임(10)의 둘레에 일정간격으로 3~6개가 설치된다.

다수개의 클램핑실린더(20)는 서로 동기화되어 동시에 신축함으로써 파이프(81)에 동시에 착지할 수 있다. 즉, 모든 클램핑실린더(20)에서 신축량이 동일하게 동기화되어 있고, 실린더로드가 신장하여 파이프(81)의 표면에 착지하는 착지블록(22)이 동시에 착지가 완료된다. 여기서, 동시에 착지가 완료된다는 것의 의미는 다수의 클램핑실린더(20)의 실린더로드가 신장되면서 파이프(81)의 위치에 따라 일부 착지블록(22)이 먼저 접촉을 시작한다고 할지라도 신장이 계속되어 더 이상 신장될 수 없는 착지완료시점이 동일시점이라는 의미이다.

클램핑실린더(20)의 신장량이 동일하고 착지블록(22)이 동시에 착지완료된 상태는, 환형의 용접프레임(10)의 중심점과 파이프(81)의 중심선이 일치한 상태가 된다.

상기 견인선(30)은 케이블 또는 체인으로 이루어지는 것으로서, 권취기(35)에 감겨 상승 또는 하강할 수 있으며, 용접프레임(10)의 하중이 지지되도록 용접프레임(10)이 매달려 있다.

상기 견인선(30)은 항상 일정한 긴장력이 작용하고 있고, 그 긴장력은 용접프레임(10), 용접헤드(40) 등의 중량을 지지하는 긴장력으로서 파이프(81)에 하중을 부가하지 않고 견인선(30)이 그 하중을 지지하는 것이다. 이는 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지한 상태에서도 긴장력이 동일하게 작용하는 것으로서, 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지한 상태에서도 파이프에 하측방향이나 상측방향으로 작용하는 하중이 존재하지 않도록 하는 것이다.

한편, 용접프레임(10)에는 2개 이상의 감쇄롤러장치(70)가 설치된다.

상기 감쇄롤러장치(70)는 용접프레임(10)에 설치되어 용접프레임(10)이 파이프라인(82)의 길이방향으로의 요동을 감쇄시키기 위한 것이다.

즉, 용접프레임(10)이 견인선(30)에 매달린 상태이므로 견인선(30)이 파이프라인(82)의 길이방향으로 용접프레임(10)을 이동시키면, 용접프레임(10)이 이동하면서 파이프라인(82)의 길이방향으로 요동(흔들림)이 발생하고 진자운동이 소정시간 지속된다.

이러한 용접프레임(10)의 요동을 감쇄롤러가 잡아줌으로써 방지 또는 최소화시킬 수 있다.

도 6 및 도 7을 참고하면, 상기 감쇄롤러장치(70)는 파이프(81)의 표면에 구름접촉하는 접촉롤러(71)와, 그 접촉롤러(71)를 지지하는 지지체(73)와, 그 지지체(73)에 설치되고 접촉롤러(71)와 마찰하여 접촉롤러(71)의 구름운동에 대하여 저항력을 발생시키는 마찰패드(74)와, 상기 지지체(73)와 용접프레임(10)을 연결하는 연결로드(75)와, 상기 용접프레임(10)에 설치되는 것으로서, 접촉롤러(71)가 파이프(81)의 표면에 항상 접촉하는 방향으로 연결로드(75)가 선회할 수 있도록 연결로드(75)에 탄성력을 부여하는 스프링(76)을 포함한다.

접촉롤러(71)는 지지체(73)의 롤러축(72)을 중심으로 회전할 수 있고, 지지체(73)의 내부에 접촉롤러(71)와 마찰접촉하도록 마찰패드(74)가 설치된다. 이에 따라, 용접프레임(10)이 파이프라인(82)의 길이방향으로 왕복하는 요동운동하는 경우, 접촉롤러(71)가 파이프(81)의 표면에 접촉하여 구름운동하면, 접촉롤러(71)와 마찰패드(74)가 마찰되어 접촉롤러(71)의 회전에 저항을 발생시킴으로써 용접프레임(10)이 파이프라인(82)의 길이방향으로 요동하려는 것을 억제하게 된다.

상기 접촉롤러(71)가 항상 파이프(81)의 표면에 접촉할 수 있도록 용접프레임(10)에는 스프링(토션스프링)(76)이 설치되어 연결로드(75)를 파이프(81)가 설치된 방향으로 탄지시키고 있다.

한편, 상기 지지구조물(60)은 파이프(81)의 상측에 설치되고 견인선(30)이 지지되는 구조물이다.

상기 지지구조물(60)은 수평방향으로 상기 파이프라인(82)과 평행하게 설치되는 가이드레일(61)과, 상기 가이드레일(61)을 따라 이동하는 상측주행수단(62)이 포함된다.

상기 가이드레일(61)은 파이프라인(82)과 평행하게 설치되어 상측주행수단(62), 즉 대차를 수평방향을 이송시킬 수 있고, 상측주행수단(62)에 권취기(35)가 결합됨으로써 용접프레임(10)이 파이프라인(82)을 따라 수평방향으로 이동가능하도록 한다.

상기 권취기(35)는 상측주행수단(62)을 매개로 지지구조물(60)에 설치되는 것으로서, 상측주행수단(62)에 결합되어 견인선(30)을 감아올리거나 풀어내림으로써 견인선(30)의 긴장력을 조절할 수 있다. 또한, 견인선(30)에 긴장력이 작용하는 상태에서 전류변화에 따라 권취기(35)의 토크를 변화시킴으로써 견인선(30)을 감아올리거나 풀어내리지 않더라도 긴장력의 크기를 조절할 수 있다.

권취기(35) 내에 견인선(30)의 풀림을 방지하도록 제어될 수 있는 스토퍼가 설치되는 구성도 가능하다. 이 경우, 견인선(30)의 긴장력이 설정치로 설정되면, 권취기(35)의 내부모터의 권취작동이 없더라도 권취기(35) 내의 스토퍼에 의해 견인선(30)이 풀리지 않도록 하면 상기 긴장력을 유지시킬 수 있다. 그 긴장력을 변화시킬 필요가 있을 때는 상기 스토퍼는 견인선(30)을 파지한 상태를 해제하고 권취기(35)의 내부모터가 작동하여 긴장력을 조절한 후, 다시 스토퍼가 견인선(30)을 파지한다.

상기 긴장력측정센서(37)는 견인선(30)의 긴장력을 측정하는 것으로서, 상측주행수단(62)과 권취기(35) 사이에 설치되어 견인선(30)의 긴장력이 간접적으로 측정될 수 있다. 즉, 견인선(30)에 직접 긴장력측정센서(37)를 부착하지 않더라도 측정 하중에서 권취기(35)의 중량 등 불필요한 하중을 제거하면 견인선(30)의 긴장력이 계산될 수 있다.

상기 긴장력측정센서(37)는 로드셀인 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 제어기는 클램핑실린더(20)와 권취기(35)의 작동을 제어하고, 긴장력측정센서(37)의 측정값을 입력받아 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지된 상태와 그 착지가 해제된 상태에서 상기 견인선(30)의 긴장력이 동일하게 유지되도록 상기 권취기(35)를 제어한다.

그와 같은 제어기의 제어작용으로 견인선(30)에는 항상 일정한 긴장력이 유지될 수 있고, 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지한 상태에서도 파이프(81)에 외부의 하중이 전혀 작용하지 않도록 할 수 있다.

이를 위해, 제어기의 제어과정이 아래와 같이 이루어진다.

도 8을 참조하면, 먼저 긴장력측정센서(37)로부터 측정하중을 입력받는다.(S10단계)

측정하중을 입력받은 후, 상기 측정하중이 설정치 이내인지 판단하여(S20단계), 상기 측정하중이 설정치보다 큰 경우에는 권취기(35)의 토크를 설정단위량 감소시키고, 측정하중이 설정치보다 작은 경우에는 권취기(35)의 토크를 설정단위량 증가시키는 긴장력조절과정을 진행한다.(S30~S50단계)

상기 긴장력조절과정은 측정하중이 설정치와 동일한 조건을 만족시킬 때까지 반복하여 이루어진다.

상기에서 설정치는 클램핑실린더(20) 및 용접프레임(10)이 파이프(81)로부터 이격된 상태에서 견인선(30)에 발생하는 긴장력으로 설정된다.

이는 본 실시예의 용접프레임(10)이 허공에서 견인선(30)에 매달려 있는 상태에서 견인선(30)에 발생하는 긴장력을 의미한다. 이러한 긴장력이 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지한 상태에서도 유지되면, 파이프(81)에 작용하는 외부의 하중은 완전히 상쇄되어 제거될 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예에는 용접부의 상태점검 및 용접장치의 점검시, 그 점검작업이 용이하도록 용접헤드(40)의 위치를 변경할 수 있는 링크부재(45)와 링크구동장치(46)가 설치된다.

상기 링크부재(45)는 용접헤드(40)와 용접프레임(10)을 연결하도록 설치되고, 그 링크부재(45)를 구동시키기 위해 용접프레임(10)에는 링크구동장치(46)가 설치된다.

이에 따라, 상기 링크구동장치(46)는 용접헤드(40)를 용접위치와 대기위치 사이에서 서로 전환될 수 있도록 링크부재(45)를 구동시킨다.

링크부재(45)는 서로 이격된 위치에서 용접프레임(10)의 2개의 지점과 용접헤드(40)의 2개의 지점을 각각 하나씩 대응하도록 연결하는 한 쌍의 링크로드(45a,45b)가 설치된다.

상기 링크구동장치(46)는 용접프레임(10)에 고정설치되어 한 쌍의 링크로드(45a,45b)를 설정각도범위에서 선회축을 중심으로 선회시키는 서보모터(servo motor)이다.

상기 용접위치는 링크부재(45)가 파이프(81)의 길이방향으로 연장된 상태를 이루어 용접헤드(40)가 파이프(81)를 용접할 수 있는 위치이다.

상기 대기위치는 링크부재(45)가 용접프레임(10)과 결합된 선회축(45c)을 중심으로 선회하여 용접헤드(40)가 파이프(81)로부터 이격되어 상측으로 들어올려진 위치이다.

이하, 제어기의 제어에 따라 파이프라인(82)의 용접이 진행되는 과정을 설명한다.

먼저, 작업자는 용접프레임(10) 및 용접헤드(40)가 용접부에 접근할 수 있도록, 리모컨을 조작하여 지지구조물(60)의 상측주행수단(62)을 가이드레일(61)을 따라 이동되도록 한다.

용접프레임(10) 및 용접헤드(40)가 파이프라인(82)을 따라 이동되어 용접헤드(40)의 용접봉(42)이 용접선(83)에 대략적으로 근접한 상태에서 상측주행수단(62)의 이동을 정지시킨다. 이때, 용접봉(42)이 용접선(83)의 위치에 정확히 일치될 수는 없으나, 용접헤드(40)에는 용접선(83)을 형성하는 그루브의 형상을 추적함으로써 용접봉(42)을 파이프라인(82)의 길이방향(X축방향)으로 위치조절하여 용접선(83)에 정확히 일치시킬 수 있는 위치조절장치가 설치되어 있으므로, 향후 용접의 진행시 용접봉(42)과 용접선(83)을 일치시키는 동작은 별도 진행된다.

용접프레임(10) 및 용접헤드(40)가 파이프라인(82)을 따라 이동한 후 정지하게 되면, 용접프레임(10) 및 용접헤드(40)는 관성에 의해 파이프라인(82)의 길이방향으로 요동, 즉 진자운동이 발생하게 되나, 감쇄롤러장치(70)의 접촉롤러(71)가 파이프(81) 표면에서 구름접촉하면서 마찰패드(74)와 마찰함으로써, 그러한 요동을 잡아주어 용접프레임(10) 및 용접헤드(40)가 요동하지 않도록 하거나 빠른 시간내 정지하고 용접이 신속히 진행될 수 있도록 한다.

용접프레임(10)이 정지된 상태에서, 작업자는 리모컨을 통해 자동용접모드로 조작한다.

이에 따라, 제어기는 다수의 클램핑실린더(20)를 동시에 작동시키고, 실린더로드가 신장하여 착지블록(22)이 파이프(81)의 표면에 동시에 착지완료된다. 그 착지완료된 시점에서 파이프(81)의 중심선과 환형의 용접프레임(10)의 중심점이 일치할 수 있다.

이러한 과정에서 권취기(35)는 견인선(30)의 길이를 일정하게 유지시키고 토크를 조절하여 긴장력이 설정치를 만족하도록 제어된다.

도 8을 참조하면, 다수의 클램핑실린더(20)가 파이프(81)에 착지한 후에도 견인선(30)의 긴장력이 설정치에서 유지되도록 제어된다.

즉, 먼저 긴장력측정센서(37)로부터 측정하중을 입력받는다.(S10단계)

상기와 같이 견인선(30)의 긴장력이 유지된 상태에서, 링크구동장치(46)는 링크부재(45)를 선회시켜 용접헤드(40)를 용접위치로 전환시키고 용접프레임(10)의 용접레일(15)을 따라 용접헤드(40)가 이동하면서 파이프(81) 접합을 위한 용접이 이루어진다.

용접이 완료된 후에는 링크구동장치(46)를 제어하여 용접헤드(40)가 대기위치로 전환되도록 링크부재(45)를 선회시킨다.

다음 용접지점을 찾아가기 위해서는 다수의 클램핑실린더(20)의 착지상태를 해제하고 용접헤드(40)를 대기상태로 올린 상태에서 파이프라인(82)을 따라 바로 이동할 수 있다.

따라서, 간단한 동작에 의해 신속한 이동이 가능하고, 또한, 이동후에도 파이프(81)의 중심선과 환형의 용접프레임(10)의 중심점이 일치하는 작용이 매우 쉽게 이루어지고 신속한 용접이 진행될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10 ; 용접프레임 15 ; 용접레일
20 ; 클램핑실린더 22 ; 착지블록
30 ; 견인선 35 ; 권취기
37 ; 긴장력측정센서 40 ; 용접헤드
42 ; 용접봉 45 ; 링크부재
45a,45b ; 링크로드 45c ; 선회축
46 ; 링크구동장치 60 ; 지지구조물
61 ; 가이드레일 62 ; 상측주행수단
70 ; 감쇄롤러장치 71 ; 접촉롤러
72 ; 롤러축 73 ; 지지체
74 ; 마찰패드 75 ; 연결로드
76 ; 스프링 81 ; 파이프
82 ; 파이프라인 83 ; 용접선

Claims

파이프를 서로 연결하여 파이프라인을 제작하는 파이프라인 자동용접장치에 있어서,
상기 파이프(81)의 둘레를 감싸도록 환형을 이루고 용접헤드(40)가 지지되는 용접프레임(10);
상기 용접프레임(10)에 그 둘레를 따라 다수개가 설치되고, 서로 동기화되어 동시에 신축함으로써 상기 파이프(81)에 동시에 착지가 완료되는 클램핑실린더(20);
상기 용접프레임(10)의 하중을 지지하도록 상기 용접프레임(10)이 매달리는 견인선(30);
상기 파이프(81)의 상측에 설치되고 상기 견인선(30)이 지지되는 지지구조물(60);
상기 지지구조물(60)에 설치되어 상기 견인선(30)에 긴장력을 부여하도록 상기 견인선(30)을 감는 권취기(35);
상기 견인선(30)의 긴장력을 측정하는 긴장력측정센서(37); 및
상기 클램핑실린더(20)와 상기 권취기(35)의 작동을 제어하고, 상기 긴장력측정센서(37)의 측정값을 입력받아 상기 클램핑실린더(20)가 상기 파이프(81)에 착지된 상태와 그 착지가 해제된 상태에서 상기 견인선(30)의 긴장력이 동일하게 유지되도록 상기 권취기(35)를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치
제1항에 있어서,
상기 파이프라인(82)은 수평방향으로 배치되고,
상기 지지구조물(60)은
수평방향으로 상기 파이프라인(82)과 평행하게 설치되는 가이드레일(61)과,
상기 가이드레일(61)을 따라 이동하는 상측주행수단(62)을 포함하고,
상기 권취기(35)는 상기 상측주행수단(62)에 결합됨으로써, 상기 상측주행수단(62)이 상기 가이드레일(61)을 따라 이동함에 따라 상기 용접프레임(10)이 상기 파이프라인(82)을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치
제2항에 있어서,
상기 긴장력측정센서(37)는 로드셀이고,
상기 로드셀은 상기 상측주행수단(62)과 상기 권취기(35) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치
제2항에 있어서,
상기 제어기는
상기 긴장력측정센서(37)로부터 측정하중을 입력받으면,
상기 측정하중이 설정치 이내인지 판단하여, 상기 측정하중이 상기 설정치보다 큰 경우에는 상기 권취기(35)의 토크를 설정단위량 감소시키고, 상기 측정하중이 상기 설정치보다 작은 경우에는 상기 권취기(35)의 토크를 설정단위량 증가시키는 긴장력조절과정을 진행하되,
상기 측정하중이 상기 설정치와 동일한 조건을 만족시킬 때까지 상기 긴장력조절과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접프레임(10)에 설치되어 상기 용접프레임(10)이 상기 파이프라인(82)의 길이방향으로 요동하는 것을 감쇄시키기 위한 감쇄롤러장치(70)가 더 설치되고,
상기 감쇄롤러장치(70)는
상기 파이프(81)의 표면에 구름접촉하는 접촉롤러(71)와,
상기 접촉롤러(71)를 지지하는 지지체(73)와,
상기 지지체(73)에 설치되고 상기 접촉롤러(71)와 마찰하여 상기 접촉롤러(71)의 구름운동에 대하여 저항력을 발생시키는 마찰패드(74)와,
상기 지지체(73)와 상기 용접프레임(10)을 연결하는 연결로드(75)와,
상기 용접프레임(10)에 설치되는 것으로서, 상기 접촉롤러(71)가 상기 파이프(81)의 표면에 항상 접촉하는 방향으로 상기 연결로드(75)가 선회할 수 있도록 상기 연결로드(75)에 탄성력을 부여하는 스프링(76)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용접헤드(40)와 상기 용접프레임(10)을 연결하는 링크부재(45)와,
상기 용접프레임(10)에 설치되어 상기 링크부재(45)를 구동시키는 링크구동장치(46)를 더 포함하고,
상기 링크구동장치(46)는
상기 링크부재(45)가 상기 파이프(81)의 길이방향으로 연장된 상태를 이루어 상기 용접헤드(40)가 상기 파이프(81)를 용접할 수 있는 용접위치와,
상기 링크부재(45)가 상기 용접프레임(10)과 결합된 선회축을 중심으로 선회하여 상기 용접헤드(40)가 상기 파이프(81)로부터 이격된 위치가 되는 대기위치 사이에서,
상기 용접헤드(40)의 위치가 서로 전환될 수 있도록 상기 링크부재(45)를 구동시키는 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치
제4항에 있어서,
상기 설정치는 상기 클램핑실린더(20) 및 상기 용접프레임(10)이 상기 파이프(81)로부터 이격된 상태에서 상기 견인선(30)에 발생하는 긴장력인 것을 특징으로 하는 파이프라인 자동용접장치