KR20220002418A - 케이싱의 원통형 섹션을 용접하는 장치 및 방법 - Google Patents

케이싱의 원통형 섹션을 용접하는 장치 및 방법 Download PDF

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알렉산더 요한센
요른 베르스벤센
핀 오스카 칼센
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모멕 서비시즈 에이에스
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Abstract

본 발명은 케이싱의 원통형 섹션을 함께 용접하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 케이싱의 섹션을 둘러싸고 부착하도록 구성된 클램핑 링과, 용접 건 및 적어도 하나의 조인트를 구비한 로봇을 포함하고, 로봇은 결합 수단에 의해 클램핑 링에 이동 가능하게 부착된다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 사용하여 케이싱의 원통형 섹션을 용접하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 a) 클램핑 링을 정확한 위치에 배치하고 클램핑하는 단계, b) 클램핑 링을 따라 로봇을 용접을 위한 정확한 위치로 이동시키는 단계, c) 로봇의 용접 건에 의해 섹션을 서로 용접하는 단계, 및 d) 클램핑 링을 해제하는 단계를 포함한다.

Description

케이싱의 원통형 섹션을 용접하는 장치 및 방법
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 스틸 케이싱, 바람직하게는 전극 매스(electrode mass)를 둘러싸고 바람직하게는 전기 용해로에서 사용되는 케이싱의 원통형 섹션을 함께 용접하기 위한 장치 및 용접을 수행하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 전기 용해로에서 사용되는 연속 하강 전극[쇠더버그 전극(S
Figure pct00001
derberg electrode)]에서 스틸 원통형 케이싱[예: 창-, 벨리 밴드(belly band), 프레임 또는 섹션 케이싱]을 접합할 때 사용되는 종류의 장치에 관한 것이다. 보다 바람직하게는 본 발명은 용접 로봇을 이용하여 스틸 케이싱 섹션을 서로 용접하는 로봇을 이용한 용접 방법에 관한 것이다.
금속을 용해하는 전기 용해로에서는, 전극이 프로세스에 사용된다. 전극은 전류를 전도하고 높은 전류 강도가 유도되어 용융된 스틸의 저항으로 인해 열을 발생한다. 열은 전기에 의해 생성되며 야금 반응을 시작하는 데 필요하다.
전극은 종종 탄소로 제조되며 그 기능은 노 바닥에서 반응 구역으로 에너지를 전도하는 것이다. 전극은 높은 기계적 강도를 가져야 하며, 따라서 전극 페이스트는 일반적으로 원통형 스틸 케이싱의 내부에 채워진다. 스틸 케이싱은 전극 페이스트를 함께 고정하는 거푸집(formwork)이고, 케이싱이 노 내부로 내려가면서 케이싱이 열로 인해 소모되므로, 새로운 케이싱 섹션이 상단부에 추가되어야 한다. 케이싱을 아래로 따라가는 전극 페이스트는, 프로세스가 끝날 때 다시 고상(solid phase)으로 베이킹되기 전에, 먼저 액상으로 녹을 것이다. 쇠더버그(S
Figure pct00002
derberg) 방법에서, 섹션에는 리브(rib)가 제공되며, 리브는 케이싱 중앙을 향해 안쪽으로 돌출된 직사각형 플레이트이다. 이것은 케이싱이 전기를 더 잘 전도하고 베이킹 전극을 유지하는 데 도움이 된다.
쇠더버그 방법에서, 전극은 용융 과정에서 침식됨에 따라 용융물 내로 하강된다. 하강은 연속적으로 이루어지고, 전극 매스는 상단부에 추가된다. 전극 매스를 함께 고정하기 위해, 원통형 파이프(케이싱)의 섹션이 전극 매스 주위에 추가된다. 전극이 용해로 내로 내려갈 때, 스틸 케이싱들은 섹션에서 함께 용접된다.
예를 들어, CN 108436349에서 이 문제를 해결하기 위한 시도가 있었지만, 본 명세서에 설명된 로봇은 스틸 케이싱 자체가 아니라 리프팅 시스템에 배치된다. 케이싱이 이동함에, 따라 용접 위치가 정확하지 않으며, 반복되거나 수동 용접으로 대체되어야 한다.
케이싱 섹션의 용접은 현재 수동으로 수행된다. 용접이 수행되는 작업 환경은 열, 연기, 오염, 가스 및 개방 전류 전도 컴포넌트 등으로 인해 위험하고 까다로울 수 있다.
오늘날의 개인 보안 및 작업 환경에 대한 요구 사항을 고려할 때, 이러한 작업의 자동화 및 효율성에 대한 욕구가 분명히 있다.
케이싱은 위에서 설명한 것처럼 연속적으로 내려가지만, 때때로 위쪽으로 이동될 수도 있다. 로의 온도는 안정적이어야 하며, 따라서 전극을 통한 전기 공급이 안정적이어야 한다. 저항은 전극 팁(electrode tip)을 올리거나 내림으로써 조절된다. 전기량, 즉 온도를 낮추기 위해서는, 전극 팁을 올리고, 전기량, 즉 온도를 높이기 위해서는 전극을 내린다. 일반적으로 동일한 노에서 세 개의 전극이 동시에 사용되고, 각 전극의 이동은 예측할 수 없다. 이동은 크지 않지만, 용접 부위를 정확하게 배치하기 위해, 케이싱의 이동 동안에도, 케이싱에 대해 용접 건을 안정적으로 유지해야 한다.
본 발명의 주요 목적은 본 기술과 관련된 하나 이상의 단점의 효과를 극복하거나 적어도 감소시키는 것이다. 다른 목적은 용접 프로세스를 자동화하기 위한 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 바람직하게는 용접 중 및 용접이 완료된 후, 용접의 전체 검사를 제공하는 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 케이싱에 대해 원주 방향 및 축 방향 모두로 이동할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 마지막 목적은 기존 노와 신규 노 모두에 사용할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 동봉된 독립항의 특징부에 따른 장치 및 방법에 의해 충족된다. 추가적인 선택적 기능은 종속항에 명시되어 있다.
케이싱의 원통형 섹션을 용접하기 위한 본 발명에 따른 장치는,
- 케이싱의 섹션을 둘러싸고 부착하도록 구성된 클램핑 링, 및
- 용접 건 및 적어도 하나의 조인트를 구비하는 로봇을 포함하고,
상기 로봇은 결합 수단에 의해 클램핑 링에 이동 가능하게 부착된다.
"클램핑 링"은 본 출원과 관련해서, 링이 케이싱에 부착되고 케이싱과 함께 이동하도록 케이싱에 링을 결합하기 위한 메커니즘을 포함하는 링 형상의 부품을 의미한다. 바람직한 실시 형태에서, 상기 메커니즘은 링의 중심에 배치된 케이싱 상에 링을 클램핑하기 위해 링의 둘레를 조정함으로써와 같은 클램핑 기능을 포함한다. 링이 클램핑되면 메커니즘은 케이싱 둘레의 적어도 주요 부분을 둘러싸고, 클램핑에 의해 링에 고정된다.
위에서 설명한 쇠더버그(S
Figure pct00003
derberg) 방법에서, 원통형 섹션은 용해로 부위에서 서로 용접된다. 제 1(하부라고도 함) 섹션은 연속적으로 용광로 내로 하강되고 제 2(상부라고도 함) 섹션은 제 1 섹션 상부로상승되고, 이 섹션들은 서로 용접된다. 케이싱은 내부에 리브를 가질 수 있으며, 이 경우 리브도 서로 용접되어야 한다. 이것은 일반적으로 케이싱의 다수의 개구들 또는 창들을 통해 케이싱 내부로 용접 건을 이동하여 수행된다. 이 창들은 리브가 용접될 때 창 위에 패치를 용접하여 폐쇄된다.
다음에, 본 발명은 케이싱의 제 1 섹션에 부착된 클램핑 링을 갖는 것으로 설명되며, 로봇은 용접 동안 링으로부터 위쪽을 향하게 될 것이다. 그러나, 클램핑 링은 용접 전에 제 2 섹션에도 부착될 수 있으며, 이러한 경우 로봇은 클램핑 링에 매달려 있을 것이고, 섹션 사이의 연결부를 용접하기 위해 아래쪽으로 향하게 된다.
용접을 수행하기 위해, 본 발명에 따른 장치의 클램핑 링은 노 내로 하강되는 제 1 섹션에 클램핑될 수 있다. 제 2 섹션이 제 위치에 배치되면, 로봇이 적절하게 위치되고 섹션들을 함께 용접할 수 있다. 클램핑 링과 로봇은 제 1 섹션의 전체가 노 내부 내로 하강되기 전에 제 1 섹션으로부터 제거되어야 한다.
일 실시 형태에서, 클램핑 링은 케이싱 섹션의 직경보다 큰 초기 직경을 갖는 완전한 폐쇄된 링으로 구성될 수 있다. 링은 케이싱 위에 위치되어 케이싱을 둘러쌀 수 있으며 클램핑 메커니즘이 활성화되어 링을 원하는 높이에서 제자리에 고정할 수 있다. 클램핑 메커니즘은 클램핑 링을 케이싱에 고정하기 위해 신장될 때 케이싱 섹션의 외부 표면과 결합하게 이동하도록 구성된 하나 이상의 신장 가능한 레그 또는 클램핑 요소를 포함할 수 있다."
다른 실시 형태에서, 클램핑 링은 2개의 단부를 갖는 끊어진 링(broken ring)이고, 해제(releasing) 및 클램핑은 단부의 거리, 따라서 링의 둘레를 조정함으로써 발생할 수 있다. 이 실시 형태에서, 링은 케이싱에 제거되거나 추가되기 위해 케이싱의 상부 위로 상승되어야만 한다.
또 다른 실시 형태에서, 링은 피봇 가능한 조인트에서 서로 힌지 연결된 2개, 3개 또는 그 이상의 부품을 포함한다. 그 다음 해제는 하나 이상의 부품을 케이싱에서 멀리 피봇시킴으로써 수행될 수 있으며, 클램핑은 부품을 서로 부착하고 가능하면 다른 부품 사이의 거리를 조정함으로써 발생할 수 있다. 링의 단부 또는 부품의 부착 및 조정은 기계식, 유압식 또는 공압식 메커니즘 중 하나에 의해 수행될 수 있다. 클램핑은 로봇의 무게를 지지하고 케이싱의 이동을 따라갈 수 있을 만큼 충분히 강해야 한다.
본 발명에 따른 장치의 로봇은 제 1 케이싱과, 제 1 케이싱의 상부에 배치된 제 2 케이싱 사이의 용접을 수행하기 위한 용접 건을 구비한다. 로봇은 클램핑 링이 부착된 제 1 케이싱과, 제 1 케이싱의 상부에 배치되는 제 2 케이싱 사이의 용접을 수행하기 위한 용접 건을 구비한다. 용접을 충분히 정확하게 수행하기 위해, 로봇은 케이싱을 향하거나 케이싱에서 멀어지는 용접 건의 이동을 가능하게 하는 적어도 하나의 조인트를 갖는다. 조인트는 각 조인트의 이동이 2D 평면에서 용접 건의 이동을 일으키도록 축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 2개의 이러한 조인트가 존재할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 3개의 이러한 조인트가 존재하고 조인트의 회전 축은 직교한다. 용접 건은 3개의 조인트 중 하나 또는 조합을 사용하여 건을 이동시킴으로써 임의의 방향으로 이동할 수 있다.
예를 들어 케이싱 내부의 리브를 용접해야 하는 경우, 위에서 설명한 바와 같이, 로봇은 케이싱의 창을 통해 이동해야 하며, 일단 창 내부에 있으면 용접 건이 모든 방향으로 이동할 수 있어야 한다. 그러한 필요에 따라, 로봇은 용접될 위치에서 용접 건을 향할 수 있도록, 3개 이상의 조인트, 가능하게는 6개 또는 7개 이상의 조인트를 구비할 수 있다. 케이싱, 클램핑 링 및 용접 건의 유형이 알려지면, 최적의 조인트 개수는 당업자에게 자명할 것이다.
로봇의 이동은 바람직하게는 컨트롤러, 보다 바람직하게는 원격 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 훨씬 더 바람직한 실시 형태에서, 로봇의 이동 또는 이동들은 컴퓨터에서 사전 프로그래밍되고, 작업자는 예를 들어 "용접 리브" 서브-프로그램, "케이싱의 용접 원주" 서브-프로그램, 및 가능하면 "용접 패치" 서브-프로그램과 같은 다른 서브-프로그램만 시작하면 된다.
바람직한 실시 형태에서, 로봇은 용접되는 케이싱을 모니터링하기 위해 용접 건의 끝을 향하는 카메라를 포함한다. 로봇과 용접 건을 정확하게 배치하기 위해, 용접이 시작되기 전에 카메라를 사용할 수도 있다. 바람직한 실시 형태에서, 작업자가 케이싱의 주변 부분을 검사하기를 원하는 경우 카메라의 방향은 원격으로 조정될 수 있다. 또 다른 바람직한 실시 형태에서, 용접을 위해 용접 건을 정확하게 위치시키기 위해, 로봇의 이동은 카메라를 통해 보여지는 이미지에 따라 조정된다.
용해로의 연속 운전을 위해서는 용접 품질이 매우 중요하므로, 용접 품질을 검사할 수 있는 가능성이 필요할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 카메라는 용접 전과 용접 후 모두에 용접될 영역의 사진을 찍는다. 주어진 기준에 따라 용접을 검사하고, 용접이 정확하지 않으면 작업자에게 신호를 제공한다. 촬영한 모든 사진이나 비디오는 문서화를 위해 저장될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 용접 건은 임의의 적합한 용접 건일 수 있고, 어떤 용접 건을 사용할 것인지에 대한 가능성은 당업자에게 자명할 것이다. 바람직한 실시 형태에서, 용접 건은 용접 위치에 보다 쉽게 접근할 수 있도록 하나 이상의 굽힘부(bends)를 포함하고, 가능하게는 거위 목(goose neck)인 긴 목을 갖는다. 일반적으로 용접 건에는 와이어 공급기에 의해 와이어 코일에서 공급될 수 있는 용접 와이어가 필요하다.
로봇은 결합 수단에 의해 클램핑 링에 이동 가능하게 부착된다. 결합 수단은 로봇의 의도하지 않은 제거를 방지할뿐만 아니라, 클램핑 링을 따라 로봇의 이동을 가능하도록 어태치먼트(attachment)를 제공한다. 이러한 방식으로 로봇은 그 전체 원주를 따라 케이싱을 함께 용접하기 위해 원형 트랙에서 케이싱 주위로 이동할 수 있다. 클램핑 링, 로봇을 링에 부착하는 결합 수단, 및 로봇 자체에 따라, 로봇은 케이싱의 둘레를 완전히 이동할 필요는 없지만, 용접 건은 전체 둘레를 따라 이동할 수 있어야 한다.
결합 수단은 예를 들어 페더(feather) 및 텅 조인트(tongue joint)와 같은 로봇 상의 클램핑 링 및 대응물의 협력 요소를 포함할 수 있고, 이동은 회전하는 휠 및 모터에 의해 제공될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 결합 수단은 서로 결합하는 기계적, 공압식, 유압식 또는 자기적 대응물을 포함한다. 더 바람직한 실시 형태에서, 클램핑 링과 로봇의 일부에는 한 쌍의 기어 림(gear rims)을 구성하기 위해 톱니 또는 유사한 것이 더 제공되며, 상기 로봇은 기어 림이 서로 결합될 때 클램핑 링을 따라 이동한다. 로봇의 기어 림은 바람직하게는 클램핑 링의 기어 상의 톱니와 결합하는 구동 기어 휠일 수 있다. 클램핑 링을 따라 로봇을 이동시키는 수단은 로봇에 배치된 모터 또는 클램핑 링에 의해 구동될 수 있다. 결합 수단은 또한 위에서 언급한 수단의 임의의 조합일 수 있다.
대안적인 실시 형태에서, 로봇은 용접 패치를 위한 추가 유닛을 포함한다. 추가 유닛은 저장소에서 패치를 픽업하고, 케이싱의 창 위에 패치를 배치하고, 용접 건이 케이싱에 패치를 고정할 때까지 패치를 제자리에 고정하도록 배치된다. 추가 유닛은 패치를 케이싱에 용접한 후 또는 완료하는 동안 패치에서 제거될 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 로봇은 캐리지에 배치되고, 캐리지는 클램핑 링에 부착되어 클램핑 링을 따라 이동 가능하다. 캐리지가 사용될 때, 부착 및 이동을 위한 전술한 결합 수단은 클램핑 링과 로봇보다는, 캐리지와 클램핑 링의 요소 사이의 결합을 포함한다. 이 실시 형태에서 캐리지는 클램핑 링을 따라 캐리지, 따라서 로봇을 이동시키는 모터를 더 포함할 수 있다. 캐리지는 전술한 바와 같이 내부의 리브를 용접하는 데 사용되는 개구를 폐쇄하기 위해 케이싱에 용접될 패치, 및 와이어 코일의 용접 와이어, 하나 이상의 와이어 공급기 및/또는 유사한 추가 컴포넌트와 같은 다른 장비를 추가로 운반할 수 있다.
용접 와이어, 용접 코일, 와이어 공급기, 패치, 모터 및 기타 부품도 클램핑 링 외부, 예를 들어 용광로의 데크에 배치될 수 있으며, 라인 및 케이블을 통해 로봇에 공급될 수 있다. 특정 상황에 따라, 로봇은 케이싱 주위를 여러 번 이동하거나, 반대 방향으로 돌아가기 전에 한 바퀴만 이동하도록 배치될 수 있다. 후자가 라인과 케이블이 클램핑 링 외부에서 로봇으로 이동할 때 유리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 로봇화된 작업에 의해 스틸 케이싱 사이의 용접 프로세스를 수행하기 위한 로봇화된 해결 방안이 제공된다.
스틸 케이싱에는 케이싱의 이동에 따라 코그(cogs) 또는 톱니를 갖는 조정 및 이동 가능한 클램핑 링이 고정되어 있다. 이 코그의 링 또는 기어 림에는 코그 휠, 또는 코그 또는 기어 림의 톱니와 결합하는 톱니 휠을 갖는 모터와 안내 수단을 갖는 캐리지가 제공된다. 모터와 톱니 휠에 의해 캐리지는 원형 트랙에서 스틸 케이싱 주위로 구동될 수 있다. 축 제어가 가능한 다수 개의 암(arms)과 조인트를 갖는 로봇이 캐리지에 배치된다. 로봇은 로봇의 이동에 의해 제어되는 용접 건을 구비하고, 이 로봇의 이동은 용접 작업에 따라 원하는 트랙으로 용접 건을 안내한다.
용접 건을 올바르게 위치시키기 위해, 용접 건을 잡고 있는 암에 카메라가 배치되고, 카메라는 로봇이 용접 프로세스를 위한 최적의 위치에 있을 수 있도록 로봇과 통신한다.
대안적인 실시 형태에서, 클램핑 링 및/또는 로봇에는 용접을 위한 위치로 로봇을 호이스팅하기 위해 케이싱을 따라 축방향으로 클램핑 링을 이동시키는 호이스팅 수단(hoisting means)이 제공된다. 바람직한 실시 형태에서, 이들 수단의 말단부는 케이싱의 상단부에 결합하거나 부착되고, 그 후에 클램핑 링을 들어올리도록 배치될 수 있다. 호이스팅 수단은 링으로부터 돌출되고 케이싱을 따라 축방향으로 신장되는 하나 이상의 바일 수 있으며, 상기 상단부는 케이싱 섹션의 상부 에지와 결합하도록 배치된다. 바는 바람직하게는 텔레스코픽(telescopic)이고, 훨씬 더 바람직하게는 원격으로 제어되며, 상기 링은 일단 바를 수축시켜 케이싱에 상단부가 부착되면 호이스팅될 수 있다. 바는 또한 케이싱의 일부일 수 있으며, 상기 클램핑 링에는 케이싱을 따라 링을 축방향으로 이동시키기 위해 바와 결합하는 호스팅 수단이 제공된다. 호이스팅 수단은 바람직하게는 유압으로 구동되는 텔레스코픽 바 또는 기어 림과 같은 기계적, 공압식, 유압식 또는 자기적 수단이다.
대안적인 실시 형태에서, 호이스팅 수단은 제 2 케이싱의 상부에 수동으로 부착될 수 있는 와이어, 로프, 체인 또는 이와 유사한 것이고, 클램핑 링은 링을 호이스트하여 로봇을 제 위치로 호이스트하는 윈치 또는 유사한 것을 포함한다.
호이스팅 수단을 포함하는 실시 형태를 사용할 때, 일단 제 1 케이싱과 제 2 케이싱 사이의 용접이 완료되면, 클램핑 링이 해제되고 호이스팅 수단에 의해 호이스팅되어 로봇이 2개의 다음 케이싱을 용접하도록 배치될 수 있으며, 이 지점에서 새로운 위치에 있는 케이싱에 다시 부착될 수 있다. 이러한 방식으로 클램핑 링은 케이싱에서 제거되지 않고 해제되기만 하면 되며, 수동 작업량이 최소로 감소된다.
일 형태에서, 용접 프로세스는 캐리지, 로봇 및 장비를 시작점에 장착함으로써 시작된다. 그 다음 용접 프로세스가 시작되기 전에 로봇이 사진을 찍어 정확한 위치를 정의하는 시퀀스가 시작된다.
용접 건에는 용접 제너레이터(welding generator)에 연결된 케이블 및 튜브를 통해 전원 및 가스가 공급되는 것이 바람직하다. 일 실시 형태에서, 로봇 및 용접 건은 또한 원통형 스틸 케이싱의 내부 상에 용접하도록 배치된다. 이 용접 작업은 내부의 용접 작업이 완료된 후 로봇 용접에 의해 닫힌 개구를 통해 수행된다.
용접 작업이 완료되면, 용접 로봇을 분리하여 다음 스틸 케이싱으로 이동할 수 있다.
일 형태에서, 본 발명은 전기 용해로에서 연속적으로 하강하는 전극의 전극 매스를 둘러싸는 스틸 케이싱의 원통형 섹션을 용접하기 위한 장치에 관한 것이다. 연결부의 용접은 용접 건을 들고 스틸 케이싱에 고정된 기어 림에 배치된 캐리지에 장착된 로봇과, 기어 림에 기어 결합된 모터로 수행된다.
바람직한 실시 형태에서, 장치는 용접 건을 위치시키기 위한 카메라를 더 포함하고, 카메라는 용접 건에 배치된다.
또 다른 형태에서, 본 발명은 전기 용해로에서 스틸 케이싱의 원통형 섹션을 용접하기 위한 장치에 관한 것으로, 로봇은 스틸 케이싱에 연결된 기어 림과 결합하는 캐리지에 연결된다. 로봇에는 케이싱의 섹션 사이의 용접부를 용접하기 위한 용접 건이 제공된다. 용접 건에는 용접 프로세스를 위치시키기 위해 카메라가 제공되는 것이 바람직하다. 로봇은 로봇 축 컨트롤러에 의해 제어되는 이동 가능한 다수의 축을 갖는다.
다른 형태에서, 본 발명은 전술한 장치를 사용하여 케이싱의 원통형 섹션을 함께 용접하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은,
a) 클램핑 링을 정확한 위치에 배치하고 클램핑하는 단계,
b) 클램핑 링을 따라 로봇을 용접을 위한 정확한 위치로 이동하는 단계,
c) 로봇의 용접 건에 의해 섹션을 서로 용접하는 단계, 및
d) 클램핑 링을 해제하는 단계를 포함한다.
섹션이 충분히 용접될 때까지 상기 단계를 개별적으로 또는 순서대로 반복할 수 있다.
상기 방법의 대안적인 실시 형태에서, 케이싱이 내부에 용접될 창 및 리브를 가지는 경우, 상기 방법은 창 위에 패치(patch)를 용접하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 대안적인 실시 형태에서, 로봇이 카메라를 포함하는 경우, 상기 방법은 사진을 찍고 처리하는 단계는 물론 클램핑 링 및/또는 로봇을 재배치하는 단계를 더 포함한다.
로봇이 카메라를 포함하는 경우, 상기 방법은 카메라에 의해 촬영된 사진에 따라 또는 이에 응답하여 로봇 및/또는 클램핑 링을 재배치하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 카메라에 의해 촬영된 사진을 주어진 기준과 비교한 다음, 촬영된 사진이 주어진 한계를 넘어 표준에서 벗어나는 경우 작업자에게 신호를 제공하는 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 용접 사진은 이상적인 용접 사진과 비교될 수 있으며, 용접 두께 또는 일관성과 같은, 두 이미지의 특정 특성이 이미지 처리 기술을 사용하여 결정되고 현재 용접이 필요한 한도에 해당하는지를 결정하기 위해 비교될 수 있다. 촬영한 사진은 데이터 저장 장치와 같은 저장 및 문서화를 위해 전송할 수 있다.
상기 방법의 대안적인 실시 형태에서, 장치가 호이스팅 수단을 포함하는 경우, 상기 방법은 호이스팅 수단을 케이싱에 부착하는 단계, 및 추가로 가능하게는 호이스팅 수단을 신장 및 수축시키는 단계를 더 포함한다.
명세서 전체에 걸쳐 "일 실시 형태" 또는 "실시 형태", "일 형태" 또는 "형태"에 대한 참조는 실시 형태 및/또는 형태과 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 공개된 주제의 일 실시 형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 "일 실시 형태에서" 또는 "실시 형태에서", 또는 "일 형태에서" 또는 "형태에서"라는 문구의 출현은 반드시 동일한 실시 형태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 발명은 이제 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시 형태를 도시하는 첨부된 도면의 도움으로 설명될 것이다. 도면은 단지 본 발명을 도시하기 위한 것이기 때문에, 도면의 다른 부분은 서로에 대해 반드시 축척될 필요는 없다.
예시적인 실시 형태에 대한 하기 설명은 도면을 참조하고, 하기 상세한 설명은 본 발명을 제한하는 것을 의미하거나 의도하지 않는다. 대신, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.
다음에서 개구를 통한 케이싱 용접의 바람직한 실시 형태의 예가 다음 도면을 통해 설명된다.
도 1은 배치되고 작업 준비가 된 용접 로봇을 도시한다.
도 2는 캐리지 및 기어 림에 장착된 용접 로봇의 상세를 도시한다.
도 3은 위에서 본 캐리지 및 로봇을 갖는 클램핑 링의 다른 실시 형태를 도시한다.
도 4는 위에서 본 캐리지와 로봇이 있는 클램핑 링의 다른 실시 형태의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4에 도시된 캐리지의 상세를 도시한다.
도면에서, 참조 번호 1은 용융물(3) 내로 하강되는 전극을 갖는 용해로를 지칭한다. 전극은 전극(2)이 연속적으로 하강됨에 따라 상단부(4)에서 추가되는 전극 매스(electrode mass)로 구성된다. 전극 매스를 고정하기 위해 스틸 케이싱(12)의 원통형 섹션에는 섹션 사이에 용접 연결부(8)가 추가된다. 스틸 케이싱(12)에는 연결부(8)의 용접을 가능하게 하는 접근을 위한 내부 리브(5) 및 구멍(14)이 제공된다.
연결부(8)를 용접하기 위해 로봇(6)이 사용되며, 이 로봇은 전기 모터(26)에 의해 구동되는 캐리지(25)에 배치되고, 캐리지(25)가 케이싱(12) 주위의 원형 트랙에서 구동될 수 있는 방식으로, 코깅(cogging)의 양쪽 측면에 기어 휠 및 안내 수단(10)을 갖는 기어 림(9)에 연결된다.
로봇(6)은 어댑터(23)를 통해 캐리지(25)에 연결되고, 축(21)을 중심으로 회전될 수 있다. 조인트(27)는 축(22)을 중심으로 회전될 수 있고 아암(28)에 연결되고, 아암(28)은 축(24)을 중심으로 회전 가능한 조인트(30)를 통해 축(36)을 중심으로 회전 가능한 아암(29) 및 조인트(31)에 연결된다. 조인트(31)는 축(35)을 중심으로 회전 가능하고 용접 건(32)에 연결된다. 카메라(33)는 용접 건(32) 뒤에 가깝게 배치되고 용접 건이 정확하게 위치될 수 있는 방식으로 용접 영역의 사진을 제공한다.
케이싱 내부의 용접은 이후 로봇에 의한 용접에 의해 폐쇄되는 갭/개구(14)를 통해 제공될 수 있다.
용접 건(32) 및 로봇(6)은 용접 장치(41)에 연결된 케이블 및 튜브(40)를 통해 전력 및 가스를 수신한다.
용접 로봇(6)을 용접 위치에 배치하는 것은 용해로(1) 위의 데크(deck)(7)에 위치한 사람(50)에 의해 작동되는 패널(51)로부터 원격 제어 수단에 의해 수동으로 수행된다.
도면에서 케이싱(12)의 원통형 섹션을 용접하기 위한 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 도 1 및 도 2에서 기어 림(9) 및 가이드(10)로 도시되고, 그리고 도 3 및 도 4에서 3분할 링으로 도시된 클램핑 링을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 링은 3개 부분보다 2개 부분으로 분할될 수 있다. 본 장치는 도 1~도 3에서 클램핑 링 상의 기어 림 및 캐리지(25) 상의 다른 기어 림으로 도시된, 결합 수단에 의해 클램핑 링에 부착된 로봇(6)을 더 포함한다. 캐리지 상의 기어 림은 모터(26)에 의해 구동되어 캐리지가 클램핑 링을 따라 이동하게 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시 형태에서, 케이블(40)은 로봇 및 캐리지로부터 데크 상의 용접 장치(41)까지 이어지며, 따라서 로봇은 케이블이 늘어나는 것을 방지하기 위해 출발점으로 복귀하기 위해 방향을 변경하기 전에 케이싱(12) 주위에서 1회만 회전될 수 있다. 또는, 캐리지의 이동에 따라 용접 장치를 이동해야 한다.
도 3 및 도 4는 클램핑 링(100)의 제 2 및 제 3 실시 형태의 상세를 도시한다. 링은 3개의 부품(100a, 100b, 100c)을 포함하며, 상기 부품은 클램핑 링이 2개의 단부(102)를 갖는 방식으로, 2개의 힌지(101)에 의해 서로 힌지 연결된다. 바(bar)(103)는 2개의 단부(102) 사이에 배치되고, 일 단부에 고정되고, 다른 단부에서 체결 시스템(tightening system)(104)에 부착된다. 도시된 실시 형태에서 체결 시스템은 원으로만 표시되지만, 링의 단부 사이의 거리를 줄임으로써, 섹션 주위에 링을 클램핑하도록 구성된 적절한 유압, 공압 또는 기계 시스템일 수 있다.
링이 케이싱 섹션 주위에 배치될 때, 부품(100a, 100b, 100c)은 케이싱(12)을 둘러싸도록 피벗되고, 바(103)는 체결 시스템(104) 내에 삽입된다. 그 다음 시스템(104)은 링(100)의 단부(102) 사이의 거리를 줄임으로써, 링이 케이싱의 임의의 이동을 따르는 동안 로봇(6) 및/또는 캐리지(25)의 하중을 지지하기에 충분히 케이싱에 클램핑될 때까지 링을 체결한다. 링을 케이싱에서 제거해야 하는 경우, 단계를 역순으로 반복한다.
링의 부품이 서로에 대해 피벗될 수 없는 실시 형태에서, 링은 예를 들어 케이싱 위로 상승되고 케이싱으로 하강될 수 있다. 케이싱 주위에 배치되면, 링은 위에서 설명한 바와 같이 체결될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 클램핑 링의 실시 형태에서, 링은 반경 방향으로 두께 T, 축 방향으로 길이 L, 추가로 케이싱과 접촉하도록 구성된 클램핑 링의 내부 에지(106)로부터의 거리에서 상부(105) 및 하부(108) 주변 플랜지를 갖는다. 플랜지(106, 108)는 케이싱에 평행하고 상향 선반(107) 및 하향 선반(미도시)을 형성한다. 캐리지는 상부 및 하부 주변 플랜지와, 상부 및/또는 하부 플랜지를 따라 움직이는 휠을 둘러싸는 요소(110)에 의해 클램핑 링에 부착된다.
도 3에 도시된 실시 형태에서, 클램핑 링(100)은 주변 플랜지(105) 상에 기어 림(9)을 구비하고, 기어 림은 반경 방향으로 배치되고, 케이싱을 향해 내측을 향한다. 캐리지에는 기어 림(9)과 결합되는 대응하는 기어 휠(미도시)이 제공된다. 캐리지의 기어 휠은 구동 기어 휠이며, 모터(미도시)에 의해 구동된다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시 형태에서, 캐리지에는 선반(107)에 평행한 휠(120)이 제공되고, 상기 휠은 주변 플랜지(105)와 결합되고, 휠이 회전됨에 따라, 캐리지는 클램핑 링을 따라 이동할 것이다.
도 5에 도시된 실시 형태에서, 캐리지(25)를 플랜지(105/108)에 부착하는 요소(110)는, 캐리지(25)로부터 케이싱을 향해 돌출하는 제 1 플레이트(110a), 및 제1 플레이트의 말단부로부터 선반(107)을 향해 돌출하는 제 2 플레이트(110b)를 포함한다. 캐리지가 클램핑 링에 부착되면, 제 2 플레이트(110b)의 자유 단부가 선반에 가깝고, 따라서 2개의 플레이트(110a, 110b)가 상부(105) 및 하부(108) 주변 플랜지를 각각 둘러싼다. 휠(120)은 링(100)을 따라 이동하며, 상부 플레이트(110a)에 부착되고, 모터(미도시)에 의해 구동된다. 하부 플랜지(108)를 둘러싸기 위해 유사한 구조가 존재할 수 있다. 대안적으로, 상부 플랜지(105)만이 존재할 수 있으며, 캐리지는 상부 플랜지 둘레로 신장되는 요소(110)에 의해 지지되고, 휠 또는 다른 지지 요소에 의해 클램핑 링의 외향 표면에 대해 추가로 지지된다.
도면에 도시되지 않은 형태에서, 하부 주변 플랜지(108)에는 또한 기어 림이 제공될 수 있거나, 캐리지에는 하부 플랜지와 결합되는 휠이 제공될 수 있다.
도시된 실시 형태가 케이싱의 원통형 섹션을 용접하는 데 사용되는 경우, 방법은,
- 케이싱의 창 및/또는 2개의 인접한 케이싱 섹션 사이의 연결부와 관련하여 클램핑 링(100)을 위치시키는 단계,
- 링을 체결하기 위해 링(100)의 단부(101)를 서로를 향해 가져오는 단계,
- 링(100)을 따라 캐리지(25)를 이동시켜, 로봇을 용접 부위에 정확하게 위치시키는 단계 - 캐리지는 캐리지의 구동 휠에 동력을 공급함으로써 이동됨-,
- 링을 따라 캐리지를 이동시키면서, 그리고 로봇의 암(28, 29) 및 조인트(27, 30, 31)를 이동함으로써, 케이싱의 섹션 및 가능하게는 섹션의 리브(5)를 함께 용접하는 단계,
- 새로운 용접 부위에서 링을 재배치하기 위해, 단부(101)를 서로 이격시켜 케이싱으로부터 클램핑 링을 해제하는 단계를 포함한다.
상기 방법을 사용하기 전에 링이 케이싱에 배치되지 않은 경우, 링(100)은 제 1 단계 이전에 케이싱 주위에 위치되어야 한다.
위의 형태는 본 발명을 설명하기 위해 제공되며, 다음 청구범위를 제한된 방식으로 해석하는 데 사용되어서는 안 된다. 본 발명의 범위는 위에 주어진 실시 형태에 의해 제한되지 않고, 다음의 청구범위에 의해 제한된다. 당업자에게 자명한 본 발명의 변경 및 수정도 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.

Claims (18)

  1. 케이싱의 원통형 섹션들을 함께 용접하기 위한 장치로서, 상기 장치는
    - 상기 케이싱의 섹션을 둘러싸고 부착하도록 구성된 클램핑 링 및
    - 용접 건(welding gun) 및 적어도 하나의 조인트(joint)를 구비한 로봇
    을 포함하고,
    상기 로봇은 결합 수단에 의해 상기 클램핑 링에 이동 가능하게 부착되는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합 수단은 상기 링을 따라 상기 케이싱의 외부 주위로 상기 로봇을 안내하도록 구성되는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클램핑 링의 원주는 기계적, 유압 또는 공압 메커니즘에 의해 조정될 수 있는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 링은 하나 이상의 힌지(hinges)에 의해 서로 연결된 2개 이상의 부품을 포함하는, 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 클램핑 링은 폐쇄 링으로서 상기 케이싱 둘레 전체로 연장되는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇은 적어도 3개의 조인트를 포함하고, 그 피봇 축은 서로 수직으로 배치되는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇은 카메라를 포함하는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합 수단은 상기 클램핑 링 및 상기 로봇 상에 배치된 기계적, 공압, 유압 또는 자기적 대응물(magnetic counterparts)이고, 상기 대응물은 서로 결합하도록 구성되는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 결합 수단은 기어 림이고, 상기 로봇의 기어 림은 구동 기어 휠인, 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리지가 결합 수단에 의해 클램핑 링에 부착되고, 상기 로봇이 상기 캐리지에 부착되는, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클램핑 링 및/또는 로봇은 호이스팅 수단(hoisting means)을 구비하는, 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 호이스팅 수단의 말단부는 상기 케이싱의 제 2 섹션과 결합하도록 구성되는, 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱이 용해로용 전극 케이싱인, 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전극 케이싱은 쇠더버그(S
    Figure pct00004
    derberg) 케이싱인, 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 케이싱의 원통형 섹션을 용접하는 방법으로서, 상기 방법은
    a) 클램핑 링을 정확한 위치에 배치하고 클램핑하는 단계,
    b) 상기 클램핑 링을 따라 상기 로봇을 용접을 위한 정확한 위치로 이동시키는 단계,
    c) 상기 로봇의 용접 건에 의해 상기 섹션을 서로 용접하는 단계, 및
    d) 상기 클램핑 링을 해제하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 케이싱의 임의의 창 위에 패치(patch)를 용접하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 로봇은 카메라를 포함하고, 상기 방법은 사진을 찍고 처리하는 단계 및 상기 처리에 따라 상기 클램핑 링 및/또는 로봇을 재배치하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 호이스팅 수단을 포함하고, 상기 방법은 상기 호이스팅 수단을 상기 케이싱에 부착하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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