KR20190018955A - 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플랜지가 임시로 결합된 파이프를 회전시켜 자동으로 용접하는 플랜지 자동 용접장치에 관한 것으로서, 롤러부와, 작업대와, 제1 용접부와, 제2 용접부와, 직선구동부와, 근접센서와, 제어부를 포함한다. 롤러부는 파이프를 상부에 탑재하고, 용접 시에 파이프가 플랜지가 결합되지 않은 후방 측으로 밀려가지 않도록 파이프를 회전시킨다. 작업대는 파이프의 전방 측에 배치되는 베이스와, 플랜지와 마주보도록 베이스에 결합되는 수직지지대를 포함한다. 제1 용접부는 수직지지대의 상측에 결합되어 플랜지의 외측 용접부위와 인접한 플랜지의 일측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 플랜지를 따라가면서 플랜지의 외측 용접부위를 용접한다. 제2 용접부는 수직지지대의 하측에 결합되어 플랜지의 내측 용접부위와 인접한 플랜지의 타측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 플랜지를 따라가면서 플랜지의 내측 용접부위를 용접한다. 직선구동부는 베이스 상에서 수직지지대를 전후진시킨다. 근접센서는 제1 용접부 또는 제2 용접부의 잔여 슬라이딩 범위를 감지하기 위해 제1 용접부 또는 제2 용접부에 장착된다. 제어부는 근접센서에서 측정된 잔여 슬라이딩 범위가 기준 이하이면, 제1 용접부 및 제2 용접부가 플랜지를 따라 더 이상 이동할 수 없다고 판단하여, 수직지지대가 플랜지에서 멀어지는 방향으로 소정거리 후퇴하도록 직선구동부를 제어한다.

Description

토치 이동형 플랜지 자동 용접장치{A torch moving type automatic flange welding device}
본 발명은 플랜지 자동 용접장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플랜지를 파이프의 일단부에 임시로 결합하고, 플랜지와 파이프가 맞대지는 내외측 용접부위에 토치를 근접하게 위치시킨 후, 파이프를 회전시켜 자동으로 용접하는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 관한 것이다.
용접은 철판과 철판을 맞대고 맞대진 면을 서로 녹여 부착하는 작업으로서, 철판의 종류와 두께에 따라 맞대기 용접, 필릿 용접, 겹치기 용접 등 다양한 형태의 용접법이 사용되고 있다.
또한, 용접은 용접기가 용접선을 따라 자동으로 용접하는 자동용접과, 사람이 용접선을 따라 일일이 수동으로 용접하는 수동용접으로 구분되며, 일반적으로 용접선이 직선형태로 단순한 경우에 자동용접 방법이 적용된다. 자동용접은 수동용접에 비해 용접품질은 그대로 유지하면서 인력과 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 자동용접에 관한 일례로, 본 출원인은 플랜지 자동 용접장치를 발명하여 특허 등록(제10-1610636호)받은 바 있다. 상기 플랜지 자동 용접장치는 베이스(100), 수직지지대(200), 용접암(300), 용접토치(420)를 구비한 용접헤드부(400), 파이프를 회전시키기 위한 회전롤러대차부(500) 및 이송대차부(800), 파이프클램프부(600), 제어부(900)를 포함하여 구성되며, 파이프의 직경과 길이에 맞춰 용접조건을 자동으로 세팅하여 비숙련자도 쉽게 용접작업을 수행할 수 있는 것이 특징이었다.
그러나 종래의 플랜지 자동 용접장치는 용접토치(420)가 최초 세팅위치에 고정된 상태를 유지하고, 파이프클램프부(600)가 파이프의 상부를 눌러 파이프의 이탈을 방지하는 방식으로 설계됨에 따라, 파이프가 회전되는 과정에서 길이방향으로 밀려 움직이는 것을 제한하기는 어려웠고, 이로 인해 용접토치(420)와 용접부위 간의 간격이 변하면서 용접 불량이 빈번하게 발생되는 문제점이 있었다.
이 때문에, 용접 작업 전에 파이프를 임시로 회전시켜 파이프가 어느 한쪽으로 밀리는 지를 먼저 확인하고, 이 과정에서 만약, 파이프가 밀릴 경우 회전롤러대차부(500)와 이송대차부(800)에 구비된 롤러간격조절수단을 조작하여 파이프의 수평을 보정해야 하는 불편함이 있었다.
용접 작업 중에도, 용접 불량을 방지하기 위해 작업자가 파이프가 밀리는 지를 계속 살펴보고 롤러 간격을 조절해야 함으로 인해 제대로 된 자동용접을 수행하기에는 어려움이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1610636호(2016.04.08. 등록 공고, 발명의 명칭 : 플랜지 자동 용접장치)
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파이프의 밀림과 관계없이 용접부위와 토치 간의 거리를 일정하게 유지할 수 있고, 파이프의 밀림을 광범위하게 수용할 수 있으며, 별도의 수평 맞춤 작업과 보정 작업이 필요없는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치는, 파이프의 일단부에 플랜지를 가고정하여 용접하는 플랜지 용접장치로서, 상기 파이프를 상부에 탑재하고, 용접 시에 상기 파이프가 플랜지가 결합되지 않은 후방 측으로 밀려가지 않도록 상기 파이프를 회전시키는 롤러부(100); 상기 파이프의 전방 측에 배치되는 베이스(210)와, 상기 플랜지와 마주보도록 상기 베이스(210)에 결합되는 수직지지대(220)를 포함하는 작업대(200); 상기 수직지지대(220)의 상측에 결합되어 상기 플랜지의 외측 용접부위와 인접한 플랜지의 일측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 상기 플랜지를 따라가면서 상기 플랜지의 외측 용접부위를 용접하는 제1 용접부(300); 상기 수직지지대(220)의 하측에 결합되어 상기 플랜지의 내측 용접부위와 인접한 플랜지의 타측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 상기 플랜지를 따라가면서 상기 플랜지의 내측 용접부위를 용접하는 제2 용접부(400); 상기 베이스(210) 상에서 상기 수직지지대(220)를 전후진시키는 직선구동부(500); 상기 제1 용접부(300)와 상기 제2 용접부(400)는 한정된 슬라이딩 범위를 갖으며, 상기 제1 용접부(300) 또는 상기 제2 용접부(400)의 잔여 슬라이딩 범위를 감지하기 위해 상기 제1 용접부(300) 또는 상기 제2 용접부(400)에 장착되는 근접센서(600); 및 상기 근접센서(600)에서 측정된 잔여 슬라이딩 범위가 기준 이하이면, 상기 제1 용접부(300) 및 상기 제2 용접부(400)가 상기 플랜지를 따라 더 이상 이동할 수 없다고 판단하여, 상기 수직지지대(220)가 상기 플랜지에서 멀어지는 방향으로 소정거리 후퇴하도록 상기 직선구동부(500)를 제어하는 제어부(700);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 있어서, 상기 롤러부(100)는, 상기 플랜지가 결합되는 파이프의 전방 측을 지지하는 한 쌍의 회전롤러(110)와, 상기 파이프의 후방 측을 지지하는 한 쌍의 지지롤러(120)로 구분되고, 상기 한 쌍의 회전롤러(110)의 간격을 조절하는 제1 간격조절부(800); 및 상기 한 쌍의 지지롤러(120)의 간격을 조절하는 제2 간격조절부(900);를 더 포함하며, 상기 제어부(700)는, 상기 파이프가 후방 측으로 밀리지 않도록 상기 한 쌍의 지지롤러(120)의 간격이 상기 한 쌍의 회전롤러(110)의 간격보다 작게 상기 제1 간격조절부(800) 및 상기 제2 간격조절부(900)를 각각 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 있어서, 상기 근접센서(600)에서 측정된 잔여 슬라이딩 범위가 감소하지 않고 증가하면, 상기 제어부(700)는, 상기 파이프가 후방 측으로 밀려가고 있다고 판단하고, 이를 작업자가 알 수 있도록 별도의 알림신호를 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 있어서, 상기 수직지지대(220)와 상기 플랜지 사이의 거리를 측정하기 위해 상기 수직지지대(220)에 설치되는 거리 감지센서(1000); 상기 수직지지대(220)를 따라 상기 제1 용접부(300)를 승강시키는 제1 승강구동부(1100); 및 상기 수직지지대(220)를 따라 상기 제2 용접부(400)를 승강시키는 제2 승강구동부(1200);를 더 포함하고, 용접 시작 전, 상기 제1 용접부(300)와 상기 제2 용접부(400)가 상기 수직지지대(220) 상에서 미리 설정된 높이를 유지하다가, 상기 제어부(700)에 용접 준비신호가 입력되면, 상기 제어부(700)는 상기 거리 감지센서(1000)에서 측정된 값이 미리 설정된 값과 일치할 때까지 상기 수직지지대(220)가 상기 플랜지에 접근하도록 상기 직선구동부(500)를 제어하고, 상기 수직지지대(220)가 상기 플랜지에 일정거리로 접근하면, 상기 제어부(700)는 상기 제1 용접부(300) 및 상기 제2 용접부(400)가 하강되어 내외측 용접부위에 각각 소정거리로 근접배치되도록 상기 제1 승강구동부(1100) 및 상기 제2 승강구동부(1200)를 각각 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 있어서, 상기 직선구동부(500)는, 공압을 이용한 복동 실린더로서, 상기 수직지지대(220)의 하단부와 연결되는 피스톤을 일방향으로 가압하기 위해 압축공기가 유입되는 헤드측 포트와, 상기 피스톤을 타방향으로 가압하기 위해 압축공기가 유입되는 엔드측 포트가 각각 구비되고, 용접이 이루어지는 작업장 내에는, 제1 압력을 갖는 압축공기가 공급되는 고속라인과, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력을 갖는 압축공기가 공급되는 저속라인이 각각 마련되어 병렬로 분기되며, 전기 신호에 따라 압축공기의 유로를 선택적으로 개폐하기 위해 상기 헤드측 포트와 상기 엔드측 포트에 각각 장착되는 한 쌍의 방향제어밸브;를 더 포함하고, 상기 제어부(700)는, 비 용접 시에는 상기 방향제어밸브가 고속라인을 향해 개방되도록 상기 방향제어밸브에 'OFF'신호를 출력하고, 용접 시에는 상기 방향제어밸브가 저속라인을 향해 개방되도록 상기 방향제어밸브에 'OFF'신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 따르면, 제1, 2 용접부가 파이프의 밀림을 일차적으로 수용하고, 제1, 2 토치와 용접부위 간의 거리가 일정하게 유지됨으로써, 용접 불량을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 파이프의 밀림을 억제하지 않고 수용하는 방식을 채택함으로써, 클램핑 수단이 필요없는 경량화된 용접장치를 제공할 수 있고, 별도의 수평 맞춤 작업과 보정 작업 등이 필요없기 때문에 인력과 시간을 절감할 수 있다.
특히, 본 발명은 수직지지대가 조금씩 뒤로 물러서면서 파이프의 밀림을 광범위하게 수용함으로써, 연속적이고 안정적으로 용접 작업을 실시할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치의 측면을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 요부를 나타낸 부분확대도.
도 3은 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 포함된 제1 용접부의 구조를 설명하기 위한 부분확대도.
도 4는 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 포함된 제2 용접부의 구조를 설명하기 위한 부분확대도.
도 5a, 5b, 5c는 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 포함된 제1 용접부 및 제2 용접부의 세팅 과정을 순서대로 나타낸 도면.
도 6a, 6b, 6c는 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치가 파이프의 밀림을 수용하는 과정을 순서대로 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명과 관련하여 공지된 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치의 측면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 요부를 나타낸 부분확대도이며, 도 3은 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 포함된 제1 용접부의 구조를 설명하기 위한 부분확대도이고, 도 4는 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 포함된 제2 용접부의 구조를 설명하기 위한 부분확대도이며, 도 5a, 5b, 5c는 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치에 포함된 제1 용접부 및 제2 용접부의 세팅 과정을 순서대로 나타낸 도면이고, 도 6a, 6b, 6c는 도 1의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치가 파이프의 밀림을 수용하는 과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치는 플랜지가 임시로 결합된 파이프를 회전시켜 자동으로 용접하는 플랜지 자동 용접장치에 관한 것으로서, 롤러부(100), 작업대(200), 제1 용접부(300), 제2 용접부(400), 직선구동부(500), 근접센서(600)와 제어부(700)를 포함한다.
롤러부(100)는 파이프가 회전하면서 제자리에 머물거나, 플랜지가 가고정된 전방 측(전방 방향, W)으로 파이프가 밀려가도록 회전시킨다. 롤러부(100)는 플랜지가 결합되는 파이프의 전방 측을 지지하는 한 쌍의 회전롤러(110)와, 파이프의 후방 측을 지지하는 한 쌍의 지지롤러(120)로 구분되어 구성된다.
플랜지 용접을 진행하면서, 파이프가 제자리에서 회전되면서 용접작업이 이루어 지는 것이 가장 이상적이나, 실제 용접 과정에서 파이프가 무게 중심이 존재하는 쪽으로 조금씩 밀리는 것이 일반적이다. 만약, 파이프가 용접장치로부터 멀어지는 후방으로 후퇴하면 이를 수용하기 곤란하므로 본 실시예는 파이프가 전방으로 밀리도록 세팅을 하고 용접을 실시한다.
파이프가 전방 측으로 밀려가게 하는 방법으로서, 회전롤러(110)의 높이를 지지롤러(120)보다 낮게 할 수도 있고, 지지롤러(120)의 자체 간격을 회전롤러(110)의 자체 간격보다 좁게 하여 파이프가 전방을 향해 미세각도(θ)로 하향 경사지게 할 수도 있다.
본 실시예에서는 롤러의 간격 조절을 통해 파이프가 전방으로 밀려가도록 구성된다. 이를 위해 한 쌍의 회전롤러(110)의 간격을 조절하는 제1 간격조절부(800)와, 한 쌍의 지지롤러(120)의 간격을 조절하는 제2 간격조절부(900)가 더 포함된다.
제1 간격조절부(800)와 제2 간격조절부(900)는 한 쌍의 롤러가 스테이지 상에서 전방 방향(W)과 교차되는 방향으로 안내되도록 하고, 수동 핸들 또는 전동 모터로 한 쌍의 롤러를 스테이지를 따라 왕복이동시키는 방법으로 롤러의 간격을 조절할 수 있다.
제1 간격조절부(800) 및 제2 간격조절부(900)는 한 쌍의 지지롤러(120)의 간격이 한 쌍의 회전롤러(110)의 간격보다 작아지도록 후술되는 제어부(700)에 의해 각각 제어되며, 롤러 사이의 간격 측정을 위해 별도의 계측센서가 이용될 수 있다.
롤러부(100)는 본 실시예와 같이 롤러가 지면에 고정된 형태로 구성될 수 있고, 도시되지는 않았으나 파이프의 길이에 맞춰 지지롤러(120)가 레일을 따라 왕복이동하면서 회전롤러(110)와 지지롤러(120) 사이의 거리를 조절할 수 있게 구성될 수도 있다.
작업대(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 파이프의 전방 측에 배치되는 베이스(210)와, 플랜지와 마주보도록 베이스(210)에 수직으로 결합되는 수직지지대(220)와, 수직지지대(220)의 상측에 수평 방향으로 승강 가능하게 결합되는 수평지지대(230)와, 플랜지의 외측 용접부위를 향하도록 수평지지대(230)에 수직으로 결합되는 보조지지대(240)로 구성된다.
제1 용접부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 수직지지대(220)의 상측과 연결된 보조지지대(240)에 결합되어 플랜지의 외측 용접부위와 인접한 플랜지의 일측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 플랜지를 따라가면서 플랜지의 외측 용접부위를 용접하는 구성이다.
제1 용접부(300)에는 보조지지대(240)에 결합되는 제1 고정블록(310)과, 제1 고정블록(310)과 전후 슬라이딩 가능하게 결합되는 제1 이동블록(320)과, 제1 고정블록(310)에 내재되어 제1 이동블록(320)이 플랜지의 외측 용접부위와 가까운 플랜지의 일측면에 밀착되도록 가압하는 제1 탄성부재(330)와, 제1 이동블록(320)에 결합되어 외측 용접부위를 용접하는 제1 토치(340)가 각각 구비된다.
제1 이동블록(320)에는 제1 토치(340)의 전후 및 상하 위치조정을 위한 제1 X 슬라이더(321)와 제1 Y 슬라이더(322)가 서로 교차되게 장착된다. 슬라이더는 고정단에 고정된 암나사통에 수나사봉이 나사결합되어 회전됨에 따라 상기 암나사통을 기준으로 수나사봉이 슬라이더와 일체로 상대이동되는 기구이다.
여기서 제1 X 슬라이더(321)는 플랜지에 직접 밀착되므로, 플랜지가 회전하는 과정에서 마찰 및 소음이 발생하지 않도록 제1 X 슬라이더(321)의 단부에 도 2에 도시된 바와 같이 접촉롤러(323)가 결합되는 것이 바람직하며, 후술되는 제2 X 슬라이더(421)에도 접촉롤러(423)가 결합되는 것이 바람직하다.
이 중, 제1 X 슬라이더(321)는 제1 탄성부재(330)를 예압하기 위한 목적으로도 사용된다. 도 5a를 참조하면, 용접 시작 전, 제1 고정블록(310)은 플랜지에서 소정거리 이격되게 배치되고, 제1 이동블록(320)은 제1 탄성부재(330)의 탄성복원력에 의해 플랜지를 향해 전진된 위치에 있게 되며, 전진된 제1 이동블록(320)과 반대로 제1 X 슬라이더(321)는 제1 Y 슬라이더(322)를 기준으로 후진된 상태가 되도록 조정된다.
그 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이 제1 X 슬라이더(321)의 돌림쇠(321a)를 일차적으로 회전시켜 제1 X 슬라이더(321)가 플랜지에 전진 밀착되도록 하고, 도 5c에 도시된 바와 같이 제1 X 슬라이더(321)의 돌림쇠(321a)를 이차적으로 회전시켜 밀착정지된 제1 X 슬라이더(321)를 기준으로 제1 이동블록(320)이 제1 Y 슬라이더(322)와 함께 역으로 후퇴하면서 제1 탄성부재(330)가 압축된다.
이 상태에서, 플랜지가 파이프와 함께 전방으로 밀려가면, 제1 탄성부재(330)의 탄성복원력에 의해 제1 이동블록(320)은 제1 X 슬라이더(321) 및 제1 Y 슬라이더(320)와 함께 플랜지를 따라 전진하게 된다. 이와 함께, 제1 X 슬라이더(321)에 결합된 제1 토치(340)도 전진되므로, 제1 토치(340)와 플랜지의 외측 용접부위(P1) 간의 거리가 일정하게 유지된다.
플랜지의 외측 용접부위(P1)를 용접하는 제1 용접부(300)와 반대되는 측에 제2 용접부(400)가 마련된다. 도 4를 참조하면, 제2 용접부(400)는 수직지지대(220)의 하측에서 승강 가능하게 결합되며, 제1 용접부(300)의 구성들과 전체적으로 대응되는 구성들을 갖으며, 플랜지를 기준으로 제1 용접부(300)와 대칭되게 구성된다.
이에 따라, 제2 용접부(400)의 제2 이동블록(420)에도 동일하게 제2 토치(440)의 전후 및 상하 위치조정을 위한 제2 X 슬라이더(421)와 제2 Y 슬라이더(422)가 서로 교차되게 장착된다.
이때, 플랜지가 밀리는 방면에 있는 제2 탄성부재(430)는 제1 탄성부재(330)와는 반대로 신장된 상태여야만 파이프의 밀림을 수용할 수 있다. 따라서, 도 5a에 도시된 바와 같이 용접 시작 전, 제2 이동블록(420)은 제2 탄성부재(430)의 탄성복원력에 의해 플랜지를 향해 전진된 위치에 있는 상태에서, 도 5b에 도시된 바와 같이 제2 X 슬라이더(421)가 플랜지에 밀착될 때까지만 제2 X 슬라이더(421)의 돌림쇠(421a)를 회전시켜 제2 탄성부재(430)가 신장된 상태가 되도록 한다.
플랜지가 파이프와 함께 전방으로 밀려가면, 플랜지에 밀착된 제2 X 슬라이더(421), 제2 Y 슬라이더(422) 및 제2 이동블록(420)이 같이 밀려가게 되고, 이 과정에서 제2 탄성부재(430)은 압축되고, 제2 X 슬라이더(421)에 결합된 제2 토치(440)도 전진되므로, 제2 토치(440)와 플랜지의 내측 용접부위(P2) 간의 거리가 일정하게 유지될 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명은 파이프의 밀림과 관계없이 토치(340, 440)와 용접부위(P1, P2) 간의 거리가 일정하게 유지됨으로써, 토치와 용접부위 간의 거리가 변하면서 발생했던 용접 불량 문제를 해결할 수 있으며, 파이프의 밀림을 통제하지 않고 수용하는 방식을 채택함으로써, 별도의 클램핑 수단이 필요없는 경량화된 용접장치를 제공할 수 있게 된다.
특히, 용접 시작 전에 미리 파이프가 전방을 향해 밀리도록 세팅하고, 파이프의 밀림을 그대로 수용하는 형식이기 때문에, 용접 작업 전에 파이프를 임시로 회전시켜 파이프가 어느 한쪽으로 밀리는 지를 확인하는 작업, 롤러간격조절수단을 재조작하여 파이프의 수평을 보정하는 작업, 용접 작업 중에 파이프가 밀리는 지를 상시 확인하는 작업 등 종래에 실시했던 작업들을 생략할 수 있게 된다. 인력과 시간이 그만큼 절감되는 것이다.
한편, 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400)는 파이프의 밀림을 그대로 수용하면서 용접 불량을 최소화할 수 있다는 장점은 있으나, 탄성부재의 길이에 따른 한정된 슬라이딩 범위를 갖는다는 단점이 있다.
예를 들어, 파이프가 여러 번 회전됐을 때의 총 밀림 거리가 상기 슬라이딩 범위를 초과하게 되면, 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400)가 더 이상 파이프의 밀림을 수용하지 못하고 밀림에 의한 하중, 충격 및 진동을 받게 된다. 이렇게 되면, 용접 품질이 저하될 수밖에 없고, 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400)가 변형 또는 손상될 수 있다.
이에 대한 대책으로서, 본 실시예에는 도 2 또는 도 4에 도시된 바와 같이 직선구동부(500), 근접센서(600) 및 제어부(700)가 더 포함된다. 직선구동부(500)는 작업대(200)의 베이스(210) 상에 있는 수직지지대(220)를 전후진시킨다. 직선구동부(500)는 단동 실린더, 복동 실린더, LM가이드-볼 스크류 조합, 선형모터 등 공지의 직선구동 수단이 모두 포함된다.
본 실시예에서 직선구동부(500)는 공압을 이용한 복동 실린더가 사용되며, 도시되지는 않았으나, 복동 실린더에는 수직지지대(220)의 하단부와 연결된 피스톤을 일방향으로 가압하기 위해 압축공기가 유입되는 헤드측 포트와, 타방향으로 가압하기 위해 압축공기가 유입되는 엔드측 포트가 각각 구비된다.
직선구동부(500)가 구동에 의해 수직지지대(220)를 전후진되는 과정에서도 용접은 계속적으로 이루어지는데, 용접 품질을 위해서는 직선구동부(500)가 보다 부드럽고 천천히 움직이는 것이 바람직하다. 이를 위해, 작업장 내에는 제1 압력을 갖는 압축공기가 공급되는 고속라인과, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력을 갖는 압축공기가 공급되는 저속라인이 각각 마련되고, 전기 신호에 따라 압축공기의 유로를 선택적으로 개폐하는 한 쌍의 방향제어밸브가 헤드측 포트와 엔드측 포트에 각각 장착된다.
고속라인과 저속라인은 병렬로 분기되어 한 쌍의 방향제어밸브에 각각 접속되고, 제어부(700)는 용접 전 수직지지대(220)의 위치 세팅을 하는 동안에는 방향제어밸브가 고속라인을 향해 개방되도록 상기 방향제어밸브에 'OFF'신호를 출력한다. 용접 전에는 수직지지대(220)를 상대적으로 빠르게 이동시키는 것이다.
용접 과정에서 제어부(700)는 방향제어밸브가 저속라인을 향해 개방되도록 상기 방향제어밸브에 'ON'신호를 출력한다. 용접 과정에서는 수직지지대(220)가 상대적으로 천천히 부드럽게 이동시키는 것이다.
수직지지대(220)가 공압에 순간적으로 반응하게 되면, 토치나 보조지지대 등을 포함한 기계요소들이 관성에 의해 삐거덕거리거나 흔들리면서 용접품질이 저하될 수 있으므로, 상황에 따라 수직지지대(220)의 이동속도를 고속과 저속으로 구분하여 선택적으로 제어하는 것이 바람직하다.
근접센서(600)는 제1 용접부(300) 또는 제2 용접부(400)의 잔여 슬라이딩 범위를 감지하기 위해 제1 용접부(300) 또는 제2 용접부(400)에 장착된다. 본 실시예에서 근접센서(600)는 플랜지가 밀려가는 방면에 배치된 제2 용접부(400)에 장착된다.
도 4를 보면, 제2 용접부(400)는 제2 이동블록(420)이 지나는 가이드홈(411)이 제2 고정블록(410)에 형성되고, 제2 이동블록(420)을 안내하는 가이드로드(412)가 제2 이동블록(420)을 관통하여 가이드홈(411)의 양단에 고정되며, 제2 탄성부재(430)는 제2 이동블록(420)이 후진하는 가이드로드(412)의 후방구간에 삽입되어 제2 이동블록(420)에 탄성복원력을 제공하는 구조로 이루어진다.
근접센서(600)는 제2 탄성부재(430)가 밀착된 가이드홈(411)의 일단부에 장착되어 제2 이동블록(420)과의 거리(잔여 슬라이딩 범위)를 감지하게 된다. 이때, 근접센서(600)에서 측정된 잔여 슬라이딩 범위가 감소하지 않고 증가하면, 제어부(700)는 파이프가 전방이 아닌 후방 측으로 밀려가고 있다고 판단하고, 이를 작업자가 바로 알 수 있도록 별도의 알림신호를 출력하는 것이 작업 관리 측면에서 바람직하다.
제어부(700)는 근접센서(600)에서 측정된 거리가 기준 이하이면, 제1 용접부(300) 또는 제2 용접부(400)가 플랜지를 따라 더 이상 이동할 수 없다고 판단하여, 수직지지대(220)가 플랜지에서 멀어지는 방향으로 소정거리 후퇴하도록 직선구동부(500)를 제어한다.
즉, 도 6a에 도시된 바와 같이 용접 시작 초에는 파이프의 밀림 현상이 미미하여 제1 탄성부재(330)는 압축된 상태이고 제2 탄성부재(430)는 신장된 상태로서, 제1, 2 용접부(300, 400)의 잔여 슬라이딩 범위가 충분한 상태이다.
그러나 용접이 진행되면서 도 6b에 도시된 바와 같이 파이프의 밀림에 따라 제1 용접부(300)의 제1 이동블록(320)은 제1 탄성부재(330)의 탄성복원력에 의해 플랜지에 밀착된 상태를 유지하면서 전방 방향(W)으로 움직이게 된다. 제2 용접부(400)의 제2 이동블록(420)은 제2 탄성부재(430)의 탄성복원력에 의해 플랜지에 밀착된 상태를 유지하면서 전방 방향(W)으로 움직이게 된다.
이처럼, 제1 탄성부재(330)는 신장되고 제2 탄성부재(430)는 압축되면서 잔여 슬라이딩 범위는 계속 줄어들게 되고, 도 6c에 도시된 바와 같이 잔여 슬라이딩 범위가 기준 이하로 줄어들게 되면, 제어부(700)는 제1, 2 용접부(300, 400)가 파이프의 밀림을 더 이상 수용할 수 없다고 판단하여 제1, 2 용접부(300, 400)가 결합된 수직지지대(220)를 후퇴시킨다.
수직지지대(220)가 전방 방향(W)으로 후퇴하게 되면, 플랜지에 밀착되어 정지된 제1 이동블록(320)을 기준으로, 제1 고정블록(310)이 수직지지대(220)와 함께 전방 방향(W)으로 이동하게 되고, 이 과정에서 제1 탄성부재(330)가 압축됨과 동시에 제1 이동블록(320)이 재장전됨으로써, 줄어든 제1 용접부(300)의 잔여 슬라이딩 범위가 다시 늘어나게 된다.
제2 용접부(400)도 제1 용접부(300)와 마찬가지로 플랜지에 밀착되어 정지된 제2 이동블록(420)을 기준으로, 제2 고정블록(410)이 수직지지대(220)와 함께 전방 방향(W)으로 이동하게 되고, 이 과정에서 제2 탄성부재(430)가 신장됨과 동시에 제2 이동블록(420)에 걸린 압축력이 이완됨으로써, 줄어든 제2 용접부(400)의 잔여 슬라이딩 범위가 다시 늘어나게 된다.
이와 같이 본 발명은 플랜지가 수직지지대(220)에 접근하면, 수직지지대(220)가 한 걸음씩 뒤로 물러서면서 줄어든 제1, 2 용접부(300, 400)의 잔여 슬라이딩 범위를 다시 회복시키는 형태로서, 파이프의 밀림을 광범위하게 수용하면서 연속적이고 안정적으로 용접 작업을 실시할 수 있게 된다.
지금부터는 도 2를 기준으로 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400)가 플랜지의 내외측 용접부위(P1, P2)에 각각 소정거리로 근접배치되는 과정을 설명한다.
수직지지대(220)와 플랜지 사이의 거리를 측정하기 위해 수직지지대(220)에는 거리 감지센서(1000)가 설치되고, 수직지지대(220)를 따라 제1, 2 용접부(300, 400)를 승강시키기 위해 제1 승강구동부(1100) 및 제2 승강구동부(1200)가 수직지지대(220) 상에 설치된다. 정확히는, 제1 승강구동부(1100)는 수평지지대(230)을 승강시키고, 제2 승강구동부(1200)는 제2 용접부(400)의 제2 고정블록(410)을 승강시킨다.
용접 시작 전, 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400)가 수직지지대(220) 상에서 미리 설정된 높이를 유지하는데, 제1 용접부(300)는 플랜지의 상측보다 높게, 제2 용접부(400)는 플랜지의 중간 높이에 각각 위치하게 된다.
제어부(700)에 용접 준비신호가 입력되면, 제어부(700)는 거리 감지센서(1000)에서 측정된 값이 미리 설정된 값과 일치할 때까지 수직지지대(220)가 플랜지에 접근하도록 직선구동부(500)를 제어한다. 여기서 미리 설정된 값은 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400) 사이에 플랜지의 내외측 용접부위가 위치할 수 있는 거리값이다.
수직지지대(220)가 플랜지에 일정거리로 접근하면, 제어부(700)는 제1 용접부(300) 및 제2 용접부(400)가 하강되어 플랜지의 내외측 용접부위에 각각 소정거리로 근접배치되도록 제1 승강구동부(1100) 및 제2 승강구동부(1200)를 각각 제어한다.
이러한 과정을 통해, 제1 용접부(300)와 제2 용접부(400)가 플랜지와 간섭되지 않고 안정적으로 플랜지의 내외측 용접부위에 각각 소정거리로 근접배치될 수 있다. 이후, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 용접부의 최초 위치 세팅이 진행된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치는, 제1, 2 용접부가 파이프의 밀림을 일차적으로 수용하고, 제1, 2 토치와 용접부위 간의 거리가 일정하게 유지됨으로써, 용접 불량을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 파이프의 밀림을 억제하지 않고 수용하는 방식을 채택함으로써, 파이프를 위에서 눌러 고정하는 클램핑 수단이 필요없는 경량화된 용접장치를 제공할 수 있고, 별도의 수평 맞춤 작업과 보정 작업 등이 필요없기 때문에 인력과 시간을 절감할 수 있다.
특히, 본 발명은 수직지지대가 조금씩 뒤로 물러서면서 파이프의 밀림을 광범위하게 수용함으로써, 연속적이고 안정적으로 용접 작업을 실시할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 롤러부
200 : 작업대
300 : 제1 용접부
400 : 제2 용접부
500 : 직선구동부
600 : 근접센서
700 : 제어부

Claims (5)

  1. 파이프의 일단부에 플랜지를 가결합하여 용접하는 플랜지 용접장치에 있어서,
    상기 파이프를 상부에 탑재하고, 용접 시에 상기 파이프가 플랜지가 결합되지 않은 후방 측으로 밀려가지 않도록 상기 파이프를 회전시키는 롤러부(100);
    상기 파이프의 전방 측에 배치되는 베이스(210)와, 상기 플랜지와 마주보도록 상기 베이스(210)에 결합되는 수직지지대(220)를 포함하는 작업대(200);
    상기 수직지지대(220)의 상측에 결합되어 상기 플랜지의 외측 용접부위와 인접한 플랜지의 일측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 상기 플랜지를 따라가면서 상기 플랜지의 외측 용접부위를 용접하는 제1 용접부(300);
    상기 수직지지대(220)의 하측에 결합되어 상기 플랜지의 내측 용접부위와 인접한 플랜지의 타측면에 가압 밀착되고, 슬라이딩 방식으로 상기 플랜지를 따라가면서 상기 플랜지의 내측 용접부위를 용접하는 제2 용접부(400);
    상기 베이스(210) 상에서 상기 수직지지대(220)를 전후진시키는 직선구동부(500);
    상기 제1 용접부(300)와 상기 제2 용접부(400)는 한정된 슬라이딩 범위를 갖으며, 상기 제1 용접부(300) 또는 상기 제2 용접부(400)의 잔여 슬라이딩 범위를 감지하기 위해 상기 제1 용접부(300) 또는 상기 제2 용접부(400)에 장착되는 근접센서(600); 및
    상기 근접센서(600)에서 측정된 잔여 슬라이딩 범위가 기준 이하이면, 상기 제1 용접부(300) 및 상기 제2 용접부(400)가 상기 플랜지를 따라 더 이상 이동할 수 없다고 판단하여, 상기 수직지지대(220)가 상기 플랜지에서 멀어지는 방향으로 소정거리 후퇴하도록 상기 직선구동부(500)를 제어하는 제어부(700);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 롤러부(100)는, 상기 플랜지가 결합되는 파이프의 전방 측을 지지하는 한 쌍의 회전롤러(110)와, 상기 파이프의 후방 측을 지지하는 한 쌍의 지지롤러(120)로 구분되고,
    상기 한 쌍의 회전롤러(110)의 간격을 조절하는 제1 간격조절부(800); 및
    상기 한 쌍의 지지롤러(120)의 간격을 조절하는 제2 간격조절부(900);를 더 포함하며,
    상기 제어부(700)는, 상기 파이프가 후방 측으로 밀리지 않도록 상기 한 쌍의 지지롤러(120)의 간격이 상기 한 쌍의 회전롤러(110)의 간격보다 작게 상기 제1 간격조절부(800) 및 상기 제2 간격조절부(900)를 각각 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 근접센서(600)에서 측정된 잔여 슬라이딩 범위가 감소하지 않고 증가하면,
    상기 제어부(700)는, 상기 파이프가 후방 측으로 밀려가고 있다고 판단하고, 이를 작업자가 알 수 있도록 별도의 알림신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직지지대(220)와 상기 플랜지 사이의 거리를 측정하기 위해 상기 수직지지대(220)에 설치되는 거리 감지센서(1000);
    상기 수직지지대(220)를 따라 상기 제1 용접부(300)를 승강시키는 제1 승강구동부(1100); 및
    상기 수직지지대(220)를 따라 상기 제2 용접부(400)를 승강시키는 제2 승강구동부(1200);를 더 포함하고,
    용접 시작 전, 상기 제1 용접부(300)와 상기 제2 용접부(400)가 상기 수직지지대(220) 상에서 미리 설정된 높이를 유지하다가,
    상기 제어부(700)에 용접 준비신호가 입력되면, 상기 제어부(700)는 상기 거리 감지센서(1000)에서 측정된 값이 미리 설정된 값과 일치할 때까지 상기 수직지지대(220)가 상기 플랜지에 접근하도록 상기 직선구동부(500)를 제어하고,
    상기 수직지지대(220)가 상기 플랜지에 일정거리로 접근하면, 상기 제어부(700)는 상기 제1 용접부(300) 및 상기 제2 용접부(400)가 하강되어 내외측 용접부위에 각각 소정거리로 근접배치되도록 상기 제1 승강구동부(1100) 및 상기 제2 승강구동부(1200)를 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 직선구동부(500)는, 공압을 이용한 복동 실린더로서, 상기 수직지지대(220)의 하단부와 연결되는 피스톤을 일방향으로 가압하기 위해 압축공기가 유입되는 헤드측 포트와, 상기 피스톤을 타방향으로 가압하기 위해 압축공기가 유입되는 엔드측 포트가 각각 구비되고,
    용접이 이루어지는 작업장 내에는, 제1 압력을 갖는 압축공기가 공급되는 고속라인과, 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력을 갖는 압축공기가 공급되는 저속라인이 각각 마련되어 병렬로 분기되며,
    전기 신호에 따라 압축공기의 유로를 선택적으로 개폐하기 위해 상기 헤드측 포트와 상기 엔드측 포트에 각각 장착되는 한 쌍의 방향제어밸브;를 더 포함하고,
    상기 제어부(700)는, 비 용접 시에는 상기 방향제어밸브가 고속라인을 향해 개방되도록 상기 방향제어밸브에 'OFF'신호를 출력하고, 용접 시에는 상기 방향제어밸브가 저속라인을 향해 개방되도록 상기 방향제어밸브에 'OFF'신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 토치 이동형 플랜지 자동 용접장치.
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