KR20190053456A - 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물 부재의 용접에서 캐리지(15)의 주행을 유도하는 장치에 있어서: 상기 부재의 용접심(12)에 대응하도록 직선레일(21)과 곡선레일(22)을 연결하여 구성되는 레일수단(20); 및 상기 캐리지(15)의 일측과 타측에 내측휠(30)과 외측휠(40)을 구비하고, 곡선레일(22)에서 차동적인 회전을 유발하는 주행수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박의 루즈 피스와 같이 직선과 곡선 경로의 용접심을 지닌 부재에 대하여 SAW을 수행할 때 직선 및 곡선 경로를 등속으로 주행이 가능하여 품질과 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

Description

구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치{Carriage guide apparatus for welding structure members}

본 발명은 구조물 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 직선과 곡선 경로를 지닌 용접심에 대한 용접을 조력하기 위한 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치에 관한 것이다.

통상적으로 선박을 제작하는 작업은 설계 > 절단 > 부분품(Assembly) 조립> 블록(Block) 조립 > 선행탑재 > 탑재의 순서로 진행한다. 각 공정을 진행하는 과정에서 두개 이상의 어셈블리 또는 블록을 조립할 때 간섭이 발생할 수 있다. 이때 간섭을 피하기 위해 일정부분 잘라내어 조립 후 재부착 시공을 하는데, 이와 같이 잘라진 부재를 루즈 피스(Loose Piece)라 한다.

이때, 루즈 피스의 SAW 용접에 있어서 캐리지의 곡선 주행이 불가능하여 직선 용접만 적용하므로 작업시간 소요가 많은 문제점이 있다.

이러한 문제점에 대응하기 위한 선행특허로 하기의 한국 등록특허공보 제1572145호, 한국 공개특허공보 제2017-0100860호 등을 참조할 수 있다.

전자는 상부 회전체의 저면에서 하측 방향으로 돌출 형성된 회전몸체; 회전몸체의 저면과 결합된 하부 회전체; 하부 회전체의 저면에 구비된 용접부와 용접부에 부착된 용접선 인식장치; 상부 회전체, 회전몸체, 하부 회전체를 자전시키는 회전장치; 등을 포함한다.

이는 캔트리 타입에 의한 복잡한 구성이라 활용성이 제한되고 곡선 구현을 위한 각종 센서 및 제어기가 수반되어야 한다.

후자는 모재의 곡선부 안쪽과 바깥쪽의 회전수를 보정하는 구동바퀴; 구동바퀴를 구동하는 구동모터; 최초의 위치를 결정하는 파일롯트 핀; 좌우 회전이 용이한 피동측 프리 캐스터; 용접형태에 따라 용접선 추적을 조정하는 전자적 용접선 및 메커니즘 추적 조정기; 등으로 구성된다.

이는 구동바퀴에 차동장치를 활용하지만 메커니즘 추적 조정기에 의한 제어를 요체로 하므로 작업 속도를 증가시키기 한계가 있다.

한국 등록특허공보 제1572145호 "서브머지드 아크 용접용 자동 용접장치 및 이를 이용한 용접 방법" (공개일자 : 2015.11.26.) 한국 공개특허공보 제2017-0100860호 "곡선 및 직선 주행이 가능한 서브머지드 아크용접 캐리지" (공개일자 : 2017.09.05.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 종래의 싱글 SAW 장치의 레일과 바퀴를 개조하여 선박의 루즈 피스와 같이 직선과 곡선 경로의 용접심을 지닌 부재에 대하여 SAW(서브머지드아크용접)을 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 구조물 부재의 용접에서 캐리지의 주행을 유도하는 장치에 있어서: 상기 부재의 용접심에 대응하도록 직선레일과 곡선레일을 연결하여 구성되는 레일수단; 및 상기 캐리지의 일측과 타측에 내측휠과 외측휠을 구비하고, 곡선레일에서 차동적인 회전을 유발하는 주행수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 레일수단은 직선레일의 폭보다 곡선레일의 폭을 넓게 유지하여 이격부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 이격부는 직선레일의 외측부와 곡선레일의 외측부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 곡선레일의 외측부는 상기 직선레일의 외측부 보다 높이를 낮게 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 주행수단은 내측휠과 외측휠이 각각 전후방에서 다른 직경으로 대향하고, 외측휠의 일단에 소경부와 대경부를 동심상으로 연결하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박의 루즈 피스와 같이 직선과 곡선 경로의 용접심을 지닌 부재에 대하여 SAW을 수행할 때 직선 및 곡선 경로를 등속으로 주행이 가능하여 품질과 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

이외에, 종래 장치의 한계로 곡선 용접이 불가능 했던 여러 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.

도 1은 선박의 루즈 피스에 대한 용접 방식을 예시하는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치를 전체적으로 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치를 주요부 확대로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 장치에 대한 작동을 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 구조물 부재의 용접에서 캐리지(15)의 주행을 유도하는 장치에 관하여 제안한다. 구조물 부재는 루즈 피스(10)를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 캐리지(15)는 토치부(17) 외에 SAW에 요구되는 기능부를 탑재하지만 이에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 루즈 피스(10)는 설계상 스트레스를 많이 받는 구역이나 높은 강도가 요구되는 구역에 삽입하는 두꺼운 부재로 예시된다. 통상적으로 부호 a, b, c, d의 직선 경로와 부호 e1, e2, e3, e4의 곡선 경로에서 용접 방법이 다르게 적용된다. 개선 형상을 비교하면 a, b, c, d는 I개선이고 e1, e2, e3, e4는 V개선으로 갭이 없다. 용접 순서는 부재의 전면에서 a, b, c, d를 SAW로 진행하고 e1 내지 e4을 FCAW로 진행하며, 턴오버한 다음 이면에서 a, b, c, d를 SAW로 진행하고 e1 내지 e4의 가우징 및 그라인딩을 거쳐 FCAW로 진행한다.

본 발명에 따르면 레일수단(20)이 상기 부재의 용접심(12)에 대응하도록 직선레일(21)과 곡선레일(22)을 연결하여 구성된다. 도 2에서 2개의 직선레일(21) 사이에 곡선레일(22)이 연결된 상태를 예시한다. 용접심(12)의 곡선 경로는 반경 R, 곡선레일(22)의 내측부(22a)와 외측부(22b)는 반경 R1, R2로 나타낸다. 미설명 부호 Wg는 직선레일(21)의 내측부(21a)와 외측부(21b) 사이 간격(폭), Dt는 내측부(21a)와 토치부(17)의 와이어 사이 간격, CTWD는 토치부(17)의 단부와 용접심(12) 간의 간격(높이)을 나타낸다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 레일수단(20)은 직선레일(21)의 폭보다 곡선레일(22)의 폭을 넓게 유지하여 이격부(23)를 형성하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 곡선레일(22)의 폭이 직선레일(21)의 폭보다 넓기 때문에 곡선 경로에서 등속을 유지하면서 탈선을 방지하는데 유리하다. 양자의 폭 차이는 곡선 경로의 반경(R1, R2), 캐리지(15)의 중량 등을 고려하여 결정된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 이격부(23)는 직선레일(21)의 외측부(21b)와 곡선레일(22)의 외측부(22b)에 형성되는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면 직선레일(21)의 내측부(21a)와 곡선레일(22)의 내측부(22a)는 이격부(23)를 형성하지 않고 연속적으로 연결된다. 직선레일(21)과 곡선레일(22)의 외측부(21b)(22b)에 이격부(23)가 형성되지만 후술하는 주행수단의 설계 요소에 의하여 캐리지(15)의 주행중 요동이 발생되지 않는다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 곡선레일(22)의 외측부(22b)는 상기 직선레일(21)의 외측부(21b) 보다 높이를 낮게 유지하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면 직선레일(21)의 내측부(21a)와 외측부(21b)는 동일한 높이로 형성되지만, 곡선레일(22)은 내측부(22a)와 외측부(22b)의 높이가 차이를 나타낸다. 곡선레일(22)의 높이차는 후술하는 주행수단의 차동기능을 구현하는 설계 요소이다. 그리고 이는 전술한 직선레일(21) 및 곡선레일(22)의 폭 차이와 연계하여 캐리지(15)의 원활한 등속 운동을 유발한다.

또, 본 발명에 따르면 주행수단이 상기 캐리지(15)의 일측과 타측에 내측휠(30)과 외측휠(40)을 구비하고, 곡선레일(22)에서 차동적인 회전을 유발하는 구조를 특징으로 한다. 도 3에서 캐리지(15)에 장착된 4개의 바퀴 중에서 2개의 내측휠(30)은 전륜과 후륜에서 내측부(21a)(22a)에 접촉하여 활주하고 2개의 외측휠(40)은 전륜과 후륜에서 외측부(21b)(22b)에 접촉하여 활주한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 주행수단은 내측휠(30)과 외측휠(40)이 각각 전후방에서 다른 직경으로 대향하고, 외측휠(40)의 일단에 소경부(41)와 대경부(42)를 동심상으로 연결하는 것을 특징으로 한다. 전방에 배치되는 전륜보다 후방에 배치되는 후륜의 직경을 크게 하면 주행 안정성 측면에서 유리하다. 설계의 일예로서 전륜을 88φ로 하면 후륜을 100φ로 할 수 있다. 내측휠(30)은 전륜과 후륜에서 공히 양측에 단턱부(35)를 지닌 대칭 구조이지만, 외측휠(40)은 전륜과 후륜에서 소경부(41) 및 대경부(42)와 더불어 단턱부(45)를 지닌 비대칭 구조이다. 소경부(41)와 대경부(42)는 중간에 구배부를 개재하여 동심으로 연결된다. 소경부(41)와 대경부(42)의 높이차는 전술한 직선레일(21)과 곡선레일(22)의 높이차와 동일하다.

이에, 직선레일(21)과 곡선레일(22)을 주행하는 동안 내측휠(30)은 단턱부(35)로 레일을 긴밀하게 파지하면서 주행하지만 외측휠(40)은 단턱부(45)에 의한 구속 없이 주행한다.

도 4(a)에서 캐리지(15)가 직선레일(21)을 주행하는 동안 외측부(21b)가 외측휠(40)의 소경부(41)와 접촉한 상태를 유지하고, 도 4(b)에서 캐리지(15)가 곡선레일(22)을 주행하는 동안 외측부(22b)가 외측휠(40)의 대경부(42)와 접촉한 상태를 유지한다. 물론 외측휠(40)이 이격부(23)로 접근하여 통과하는 순간 접촉 상태가 소경부(41)에서 대경부(42)로 천이되고, 외측휠(40)이 이격부(23)를 이탈하여 멀어지는 순간 접촉 상태가 대경부(42)에서 소경부(41)로 천이된다. 어느 경우에나 내측휠(30)과 외측휠(40)에서 CTWD가 일정하게 유지된다.

도 4(c)와 같이 직선레일(21)의 일측에 정확한 경로(전술한 간격 Dt)를 유지하도록 레일가이드(25)를 설치하는 것이 바람직하다. 물론 R, Dt에 따라 곡선레일(22)의 R1, R2의 크기도 다르게 설정된다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 루즈 피스 12: 용접심
15: 캐리지 17: 토치부
20: 레일수단 21: 직선레일
22: 곡선레일 23: 이격부
25: 레일가이드 30: 내측휠
35: 단턱부 40: 외측휠
41: 소경부 42: 대경부
45: 단턱부

Claims (5)

1. 구조물 부재의 용접에서 캐리지(15)의 주행을 유도하는 장치에 있어서:
   상기 부재의 용접심(12)에 대응하도록 직선레일(21)과 곡선레일(22)을 연결하여 구성되는 레일수단(20); 및
   상기 캐리지(15)의 일측과 타측에 내측휠(30)과 외측휠(40)을 구비하고, 곡선레일(22)에서 차동적인 회전을 유발하는 주행수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 레일수단(20)은 직선레일(21)의 폭보다 곡선레일(22)의 폭을 넓게 유지하여 이격부(23)를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 이격부(23)는 직선레일(21)의 외측부(21b)와 곡선레일(22)의 외측부(22b)에 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 곡선레일(22)의 외측부(22b)는 상기 직선레일(21)의 외측부(21b) 보다 높이를 낮게 유지하는 것을 특징으로 하는 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 주행수단은 내측휠(30)과 외측휠(40)이 각각 전후방에서 다른 직경으로 대향하고, 외측휠(40)의 일단에 소경부(41)와 대경부(42)를 동심상으로 연결하는 것을 특징으로 하는 구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치.

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