KR20190011777A - 배관-관판 용접 시스템의 u자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법 - Google Patents

배관-관판 용접 시스템의 u자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법에 관한 것으로, 탐침 축 방향 이동 구동 장치를 통해 탐침이 관판 또는 U자관 단부와 접촉하도록 축 방향의 이동을 제어하며; 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 탐침이 관판을 향한 위치 또는 U자관 단부를 향한 위치 사이에서 전환되도록 탐침의 회전을 제어하며; 관판을 향한 탐침이 축 방향을 따라 이동하여 관판에 접촉할 때 발송하는 신호를 수신하여 그 신호에 의해 탐침의 제1위치를 계산하고, 또한 U자관 단부를 향한 탐침이 축 방향을 따라 이동하여 U자관 단부에 접촉할 때 발송하는 다른 하나의 신호를 수신하여 그 신호에 의해 탐침의 제2위치를 계산하며, 신호 처리 시스템이 제1위치와 제2위치를 비교하여 U자관 단부와 관판의 플러시를 얻고, 플러시가 설정한 요구를 충족하는지 판단하며, 플러시가 요구를 충족하지 못하는 경우에는 아크 용접을 진행하지 않고, 플러시가 요구를 충족하는 경우에는 배관-관판에 대해 아크 용접을 함으로써 배관-관판 용접 이음의 품질을 확보하고 배관이 막히는 것을 방지한다.

Description

배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법
본 발명은 로봇 용접 지능화 분야의 배관-관판 로봇 용접 시스템에 관한 것으로, 특히 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
원자력 발전은 에너지 밀도가 높고 깨끗하고 저탄소 등 장점이 있으며, 미래 에너지 발전의 중요한 방향이다. 증기발생기는 일차계통(nuclear island)의 주요설비로서 그 제조과정에서 파이프-관판의 용접 품질과 용접 효율이 관판의 1차측의 내부식성, 밀봉성 및 증기발생기의 제조진도에 직접 영향을 준다.
파이프-관판 용접 과정에서는 용접 이음의 품질을 확보하기 위해 U자관의 단부와 관판이 반드시 동일한 평면에 위치해야 한다. 로봇 시스템을 통해 배관-관판의 자동 용접을 진행하는 과정에서 시스템이 용접 대기 관공에 대해 레이저 스캐닝하여 위치 결정 후, 로봇을 제어하여 배관-관판 용접 토치를 용접 대기 관공의 근처로 이동시키고 용접 토치의 위치 결정 맨드릴을 용접 대기 관공에 삽입하지만, 위치 결정 확관기의 효과가 미흡하고 초기 용접 위치 안내 정밀도에 오차가 크게 발생할 경우, 위치 결정 맨드릴 삽입 과정에서 U자관의 축 방향의 이동을 야기하여 U자관의 단부와 관판의 플러시(flush)가 요구를 충족할 수 없게 된다(공차±0.1mm). 그리고 U자관 단부와 관판의 플러시가 요구를 충족하지 못하는 조건에서 용접을 진행하면 배관이 막히게 된다.
본 발명은 배관의 축 방향 이동 상태를 검출하여 배관-관판 용접 이음의 용접 품질을 확보하고 배관이 막히는 것을 방지하는 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은
관판 및 U자관 단부와 접촉 시 각각 신호를 발송하는 탐침;
상기 탐침이 상기 관판 또는 상기 U자관 단부와 접촉하도록 상기 탐침을 구동하여 축 방향으로 이동시키는 탐침 축 방향 이동 구동장치;
상기 탐침이 상기 관판을 향한 위치 및 상기 U자관 단부를 향한 위치 사이에서 전환하도록 상기 탐침을 구동하여 회전시키는 탐침 반경 방향 회전 구동 장치;
상기 탐침과 신호로 연결되어 상기 탐침이 각각 발송하는 신호를 수신하여 상기 탐침과 각각 대응되는 축 방향 위치를 확정하여 비교하며, 비교결과에 따라 상기 U자관 단부와 상기 관판의 실제 플러시를 계산하는 신호 처리 시스템을 포함하는 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 U자관 축 방향 이동 검출 장치는 로봇 배관-관판 용접 시스템의 배관-관판 용접 토치에 고정 설치되고, 상기 탐침은 상기 배관-관판 용접 토치의 선단에 설치된 텅스텐전극 및 위치결정 맨드릴과 평행하게 배치된다.
바람직하게는, 상기 탐침이 상기 U자관 단부를 향하는 위치는 상기 탐침과 용접 대기 관공에 삽입된 상기 위치결정 맨드릴 사이의 가장 가까운 위치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 탐침이 제1로드 세그먼트와 연결되고, 상기 제1로드 세그먼트는 제2로드 세그먼트와 수직 연결되고, 상기 제2로드 세그먼트는 상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치 및 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치와 각각 연결되며,
상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트 및 상기 제2로드 세그먼트가 축 방향으로 이동하도록 구동시키고, 상기 탐침이 축 방향으로 이동하게 하며,
상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트가 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하도록 구동시키고, 상기 탐침이 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하게 한다.
바람직하게는, 상기 신호 처리 시스템은 실제 플러시가 설정한 플러시 공차 요구를 충족하는지 여부를 판단하고, 상기 실제 플러시가 상기 플러시 공차 요구를 충족하는지 또는 충족하지 못하는지 여부를 판단할 때, 로봇 배관-관판 용접 시스템의 중앙 제어 시스템으로 아크 용접 허용 여부에 관한 명령을 각각 발송한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 발명은 배관-관판 용접 토치상의 위치결정 맨드릴이 용접 대기 관공에 삽입된 후, 탐침 축 방향 이동 구동 장치가 관판을 향한 탐침을 제어하여 축 방향을 따라 이동하게 하며, 탐침이 관판에 접촉할 때 신호 처리 시스템이 탐침이 위치하는 제1위치를 기록하고,
상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치가 U자관 단부를 향해 전환 된 상기 탐침을 제어하여 축 방향을 따라 이동하게 하며, 상기 탐침이 상기 U자관 단부에 접촉할 때 상기 신호 처리 시스템이 상기 탐침이 위치하는 제2위치를 기록하고,
상기 신호 처리 시스템이 상기 제1위치와 상기 제2위치에 대해 비교한 결과에 따라 상기 U자관 단부와 상기 관판의 실제 플러시를 계산하고, 상기 실제 플러시가 설정한 플러시 공차 요구를 충족하는지 여부를 판단하며, 상기 실제 플러시가 상기 플러시 공차 요구를 충족하는지 또는 충족하지 못하는지 여부를 판단할 때, 상기 신호 처리 시스템이 로봇 배관-관판 용접 시스템의 중앙 제어 시스템으로 대응하는 아크 용접 허용 여부의 명령을 발송하는 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 탐침이 상기 관판 및 상기 U자관 단부를 향해 진행되는 축 방향 이동은 상기 탐침이 각각 상기 로봇 배관-관판 용접 시스템의 텅스텐전극의 선단 방향을 따라 진행되는 이동을 가리킨다.
바람직하게는, 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 탐침을 회전시켜 상기 탐침이 상기 관판을 향한 위치와 상기 U자관 단부를 향한 위치 사이에서 전환되게 한다.
바람직하게는, 상기 탐침이 상기 U자관 단부를 향하는 위치는 상기 탐침과 상기 용접 대기 관공에 삽입된 상기 위치결정 맨드릴 사이의 가장 가까운 위치를 포함하며, 상기 탐침이 상기 U자관 단부에 접촉할 때 축 방향 이동을 멈추는 동시에 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 탐침을 구동시켜, 상기 탐침을 상기 용접 대기 관공에 삽입된 상기 위치결정 맨드릴과 가장 먼 위치로 이동시킨다.
바람직하게는, 상기 탐침이 제1로드 세그먼트와 연결되고, 제1로드 세그먼트와 수직 연결되는 제2로드 세그먼트를 통해 상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치 및 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치와 각각 연결되고,
상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트 및 상기 제2로드 세그먼트가 축 방향으로 이동하도록 구동시키고, 상기 탐침이 축 방향으로 이동하게 하며, 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트가 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하도록 구동시키며, 상기 탐침이 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하게 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 U자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법은 다음과 같은 장점을 가진다. 즉, 위치결정 맨드릴이 용접 대기 관공에 삽입된 후, U자관 축 방향 이동 상태에 대해 검출하여, U자관 단부와 관판의 플러시가 요구에 충족(공차±0.1mm)하지 못하는 경우에는 아크 용접을 진행하지 않고, U자관 단부와 관판의 플러시가 요구를 충족하는 경우에는 배관-관판에 대해 아크 용접을 진행한다. 본 발명은 증기발생기의 배관-관판 로봇 용접 시스템에 적용되며, 로봇 배관-관판 용접에서 용접 이음의 품질을 확보하여 배관이 막히는 것을 방지한다.
도 1은 본 발명에 따른 U자관 축 방향 이동 검출 장치의 구조 및 용접토치와 용접 이음과의 위치 관계를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 U자관 축 방향 이동 검출 방법의 흐름도이다.
본 발명은 증기발생기의 배관-관판 로봇 용접 시스템에 적용되는 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치 및 방법을 제공한다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 U자관 축 방향 이동 검출 장치(이하, 검출장치라 칭함)는 용접 시스템의 배관-관판 용접토치(10)에 통합된다. 상기 배관-관판 용접토치(10)는 그 후단에 설치된 연결 헤드(11)를 통해 용접 시스템의 로봇과 연결되고, 해당 배관-관판 용접토치(10)는 관공에 삽입된 위치결정 맨드릴(30)을 통해 축 방향 위치를 결정한다. 용접 시스템은 배관-관판 용접 토치(10) 선단의 텅스텐전극(20)의 회전을 제어하고, 또한 배관-관판 용접 이음(40)에 대한 자동 용접을 개시한다.
상기 검출장치는 고정장치(80)에 의해 배관-관판 용접토치(10)에 고정된다. 해당 검출장치의 탐침(50)은 텅스텐전극(20) 및 위치결정 맨드릴(30)과 평행하게 배치된다. 탐침(50)은 하나의 L형 연결 로드의 제1로드 세그먼트(도1에서 비교적 짧은 로드 세그먼트)와 연결되고, L형 연결 로드의 제2로드 세그먼트(비교적 긴 로드 세그먼트)의 선단은 제1로드 세그먼트에 연결되고, 후단은 고정장치(80)를 통과하여 탐침 축 방향 이동 구동 장치(60)와 탐침 반경 방향 회전 구동 장치(70)에 연결되며, 상기 탐침(50)과 검출장치의 신호 처리 시스템(90)은 신호로 연결되고, 해당 신호 처리 시스템(90)은 고정장치(80)의 뒤편에 설치된다.
여기서, 상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치(60)는 L형 연결 로드를 통해 탐침(50)이 축 방향을 따라 앞뒤로 이동하도록 구동시킬 수 있다. 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치(70)는 L형 연결 로드를 통해 탐침(50)을 회전시킬 수 있고, 제1로드 세그먼트는 탐침(50)이 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하도록 구동할 수 있으며, 도 1에서 도시한 탐침(50)의 위치는 해당 탐침(50)이 회전과정에서 위치결정 맨드릴(30)과 가장 가까운 위치이다.
상기 신호 처리 시스템(90)은 탐침(50)이 관판 및 U자관 단부에 접촉할 때 각각 발송하는 신호를 수신할 수 있고, 탐침(50)이 두 번 접촉할 때, 대응되는 축 방향 위치를 결정하여 비교하며, 비교결과에 따라 용접 시스템의 중앙 제어 시스템에 아크 용접 허용 여부의 명령을 발송한다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 U자관 축 방향 이동 검출 방법은 다음과 같은 과정을 포함한다.
배관-관판 로봇 용접 시스템이 용접 대기 관공에 대해 레이저 스캐닝하여 위치 결정 후, 중앙 제어 시스템이 로봇을 제어하여 배관-관판 용접토치(10)를 용접 대기 관공의 근처로 이동시키고, 그 후에 위치결정 맨드릴(30)을 용접 대기 관공에 삽입시킨다.
위치결정 맨드릴(30)의 삽입 동작이 완성된 후, 검출장치가 탐침 축 방향 이동 구동 장치(60)를 통해 탐침(50)이 축 방향을 따라 관판을 향해 앞으로 이동하도록 제어하는데, 다시 말하면, 텅스텐전극의 선단 방향을 따라 이동하고, 탐침(50)이 관판에 접촉 후 축 방향 이동을 멈추는 동시에 제1신호를 발송하고, 신호 처리 시스템(90)은 제1신호를 수신한 후에 탐침(50)의 선단의 현재 축 방향 위치(제1위치라 칭함)를 자동으로 기록한다.
다음에 검출장치는 탐침 반경 방향 회전 구동 장치(70)를 통해 탐침(50)을 위치결정 맨드릴(30)과 가장 가까운 위치로 이동시킨다. 충돌을 방지하기 위해서는 회전하기 전에 먼저 탐침(50)이 축 방향을 따라 이동하여 용접 대기 관공 등 부품을 피하도록 제어할 수도 있다.
상기 위치에 도달 후, 탐침(50)은 신호처리시스템(90)에 제2신호를 발송하며, 신호 처리 시스템(90)은 제2신호를 수신한 후에 탐침 축 방향 이동 구동 장치(60)를 작동하여 탐침(50)이 축 방향을 따라 U자관 단부를 향해 앞으로 이동(즉, 다시 텅스텐전극 선단 방향을 따라 이동)하도록 제어한다.
탐침(50)이 U자관 단부에 접촉 후 축 방향 이동을 멈추는 동시에 제3신호를 발송한다. 그 후, 검출장치가 탐침 반경 방향 회전 구동 장치(70)를 통해 탐침(50)을 위치결정 맨드릴(30)과 가장 먼 위치로 이동시켜 탐침이 용접 아크광에 의해 손상을 입는 것을 방지한다.
신호 처리 시스템(90)은 제3신호를 수신한 후에 현재 탐침(50) 선단의 축 방향 위치(제2위치라 칭함)를 자동으로 기록하고, 제1위치와 제2위치의 비교결과에 따라 U자관 단부와 관판의 플러시를 얻는다.
만일 플러시가 요구(공차±0.1mm)를 충족할 경우, 신호 처리 시스템(90)이 용접 시스템의 중앙 제어 시스템에 아크 용접 허용 명령을 발송하여 배관-관판 용접 이음에 대해 아크 용접을 진행하며, 만일 플러시가 요구를 충족하지 못하는 경우에는 용접 시스템이 중앙 제어 시스템에 아크 용접을 허용하지 않는 명령을 발송하여 용접을 하지 않으므로 로봇 배관-관판 용접의 용접 이음 품질을 확보하고 배관이 막히는 것을 방지한다.
본 발명은 상기와 같은 바람직한 실시예를 통해 상세히 설명되었지만, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명에 대해 다양한 수정, 변형 및 변경이 가능함은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 배관-관판 용접토치
11: 연결 헤드
20: 텅스텐전극
30: 위치결정 맨드릴
40: 배관-관판 용접 이음
50: 탐침
60: 탐침 축 방향 이동 구동 장치
70: 탐침 반경 방향 회전 구동 장치
80: 고정장치
90: 신호 처리 시스템

Claims (10)

  1. 관판 및 U자관 단부와 접촉 시 각각 신호를 발송하는 탐침;
    상기 탐침이 상기 관판 또는 상기 U자관 단부와 접촉하도록 상기 탐침을 구동하여 축 방향으로 이동시키는 탐침 축 방향 이동 구동장치;
    상기 탐침이 상기 관판을 향한 위치 및 상기 U자관 단부를 향한 위치 사이에서 전환하도록 상기 탐침을 구동하여 회전시키는 탐침 반경 방향 회전 구동 장치;
    상기 탐침과 신호로 연결되어 상기 탐침이 각각 발송하는 신호를 수신하여 상기 탐침과 각각 대응되는 축 방향 위치를 확정하여 비교하며, 비교결과에 따라 상기 U자관 단부와 상기 관판의 실제 플러시를 계산하는 신호 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 U자관 축 방향 이동 검출 장치는 로봇 배관-관판 용접 시스템의 배관-관판 용접 토치에 고정 설치되고,
    상기 탐침은 상기 배관-관판 용접 토치의 선단에 설치된 텅스텐전극 및 위치결정 맨드릴과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탐침이 상기 U자관 단부를 향하는 위치는 상기 탐침과 용접 대기 관공에 삽입된 상기 위치결정 맨드릴 사이의 가장 가까운 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐침이 제1로드 세그먼트와 연결되고, 상기 제1로드 세그먼트는 제2로드 세그먼트와 수직 연결되고, 상기 제2로드 세그먼트는 상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치 및 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치와 각각 연결되며,
    상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트 및 상기 제2로드 세그먼트가 축 방향으로 이동하도록 구동시키고, 상기 탐침이 축 방향으로 이동하게 하며,
    상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트가 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하도록 구동시키고, 상기 탐침이 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하게 하는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 시스템은 실제 플러시가 설정한 플러시 공차 요구를 충족하는지 여부를 판단하고, 상기 실제 플러시가 플러시 공차 요구를 충족하는지 또는 충족하지 못하는지 여부를 판단할 때 로봇 배관-관판 용접 시스템의 중앙 제어 시스템으로 아크 용접 허용 여부에 관한 명령을 각각 발송하는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 장치.
  6. 배관-관판 용접 토치상의 위치결정 맨드릴이 용접 대기 관공에 삽입된 후, 탐침 축 방향 이동 구동 장치가 관판을 향한 탐침을 제어하여 축 방향을 따라 이동하게 하며, 탐침이 관판에 접촉할 때 신호 처리 시스템이 탐침이 위치하는 제1위치를 기록하고,
    상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치가 U자관 단부를 향해 전환된 상기 탐침을 제어하여 축 방향을 따라 이동하게 하며, 상기 탐침이 상기 U자관 단부에 접촉할 때 상기 신호 처리 시스템이 상기 탐침이 위치하는 제2위치를 기록하고,
    상기 신호 처리 시스템이 상기 제1위치와 상기 제2위치에 대해 비교한 결과에 따라 상기 U자관 단부와 상기 관판의 실제 플러시를 계산하고, 상기 실제 플러시가 설정한 플러시 공차 요구를 충족하는지 여부를 판단하며, 상기 실제 플러시가 상기 플러시 공차 요구를 충족하는지 또는 충족하지 못하는지 여부를 판단할 때, 상기 신호 처리 시스템이 로봇 배관-관판 용접 시스템의 중앙 제어 시스템으로 대응하는 아크 용접 허용 여부의 명령을 발송하는 배관-관판 용접 시스템의 U자관 축 방향 이동 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탐침이 상기 관판 및 상기 U자관 단부를 향해 진행되는 축 방향 이동은 상기 탐침이 각각 상기 로봇 배관-관판 용접 시스템의 텅스텐전극의 선단 방향을 따라 진행되는 이동인 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 탐침을 회전시켜 상기 탐침이 상기 관판을 향한 위치와 상기 U자관 단부를 향한 위치 사이에서 전환되게 하는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탐침이 상기 U자관 단부를 향하는 위치는 상기 탐침과 상기 용접 대기 관공에 삽입된 상기 위치결정 맨드릴 사이의 가장 가까운 위치를 포함하며,
    상기 탐침이 상기 U자관 단부에 접촉할 때 축 방향 이동을 멈추는 동시에 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 탐침을 구동시켜, 상기 탐침을 상기 용접 대기 관공에 삽입된 상기 위치결정 맨드릴과 가장 먼 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 방법.
  10. 제6항 또는 제8항에 있어서,
    상기 탐침이 제1로드 세그먼트와 연결되고, 제1로드 세그먼트와 수직 연결되는 제2로드 세그먼트를 통해 상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치 및 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치와 각각 연결되고,
    상기 탐침 축 방향 이동 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트 및 상기 제2로드 세그먼트가 축 방향으로 이동하도록 구동시키고, 상기 탐침이 축 방향으로 이동하게 하며, 상기 탐침 반경 방향 회전 구동 장치를 통해 상기 제1로드 세그먼트가 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하도록 구동시키며, 상기 탐침이 상기 제2로드 세그먼트를 중심으로 회전하게 하는 것을 특징으로 하는 U자관 축 방향 이동 검출 방법.
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