KR20220010676A

KR20220010676A - 파이프 내부 백킹로봇

Info

Publication number: KR20220010676A
Application number: KR1020200089058A
Authority: KR
Inventors: 박주신; 김태우
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-26

Abstract

파이프 내부 백킹로봇이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 내부 백킹로봇은 로봇몸체; 및 파이프 내측에서 용접라인에 밀착되며 복수의 분사홀이 형성된 백킹재와, 파이프 외측에서 용접라인에 대한 용접작업 수행 시 파이프 내측에서 용접작업에 따른 열을 감지하는 열감지부를 포함하는 분사헤드;를 포함하되, 로봇몸체에는 분사헤드를 지지하며, 회동 가능하게 마련된 지지축과, 백킹재에 형성된 복수의 분사홀을 통해 쿨링된 공기를 용접라인 쪽으로 분사시켜 용접작업 시 용접물이 파이프 내측으로 흘러 내려 백킹재에 달라 붙지 않도록 하는 분사부와, 쿨링된 공기를 생성하여 분사부로 공급하는 공급부가 마련된다.

Description

파이프 내부 백킹로봇{BACKING ROBOT INSIDE OF PIPE}

본 발명은 파이프 내부 백킹로봇에 관한 것이다.

종래의 선박 및 해양구조물에는 각종 유체 이동 통로로써 파이프가 사용되고 있다. 파이프는 용접에 의해서 서로 연결되며, 다양한 조건에 따라서 맞대기 용접(butt welding), 부분용입용접(partial penetration welding), 완전용입용접(full penetration welding) 등의 용접 방식이 사용될 수 있다. 용접작업이 수행된 후에는 그라인딩 작업 및 도장작업이 수행될 수 있다.

파이프 용접 시 예컨대 파이프 직경이 작은 경우, 완전용입용접을 수행하기 위해서는 바깥 개선부와 안쪽 개선부 모두를 용접해야 하나, 안쪽은 용접자세 및 장비의 인입이 불가하여 용접을 수행하는 것이 매우 어렵다. 그리고 용접작업을 수행하였더라도 품질에 대한 보증이 어렵기 때문에, 품질사고가 발생할 수 있다.

특히, 바깥면 개선을 한 후에 바깥면 완전용입용접을 선호하나, 용접물이 안쪽으로 흘러 들어갈 경우, 용접노치 및 루트 크랙(root crack)의 원인이 되어, 품질문제를 야기시키는 중대한 원인으로 작용하고 있다.

이에, 용접물이 안쪽으로 흘러 들어가지 않도록 하여 품질 높은 높은 용접작업이 수행되도록 할 필요성이 제기된다.

본 발명의 실시 예는 품질 높은 용접작업이 수행될 수 있도록 하는 파이프 내부 백킹로봇을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 로봇몸체; 및 상기 파이프 내측에서 용접라인에 밀착되며 복수의 분사홀이 형성된 백킹재와, 상기 파이프 외측에서 상기 용접라인에 대한 용접작업 수행 시 상기 파이프 내측에서 상기 용접작업에 따른 열을 감지하는 열감지부를 포함하는 분사헤드;를 포함하되, 상기 로봇몸체에는 상기 분사헤드를 지지하며, 회동 가능하게 마련된 지지축과, 상기 백킹재에 형성된 복수의 분사홀을 통해 쿨링된 공기를 상기 용접라인 쪽으로 분사시켜 상기 용접작업 시 용접물이 상기 파이프 내측으로 흘러 내려 상기 백킹재에 달라 붙지 않도록 하는 분사부와, 상기 쿨링된 공기를 생성하여 상기 분사부로 공급하는 공급부가 마련된 파이프 내부 백킹로봇이 제공될 수 있다.

상기 열감지부에 의해 감지된 열 감지 정보를 기초로 상기 분사헤드에 의해 용접작업이 수행되고 있는 용접라인을 따라 쿨링된 공기가 분사되도록, 상기 지지축을 용접작업이 수행되고 있는 용접라인을 따라 회동시키는 회동부를 더 포함할 수 있다.

상기 분사헤드 전면에 마련되어 상기 분사헤드와 상기 파이프 내면 사이에 일정거리 이격되도록 하며, 상기 지지축 회동 시 상기 파이프 내면에 접촉된 상태에서 구동되는 이격휠을 더 포함할 수 있다.

상기 파이프 내면을 향해 광을 발사하여 상기 파이프 내면의 평탄도를 측정하는 평탄도측정부를 더 포함하되, 상기 측정된 평탄도를 기초로 상기 로봇몸체에 마련된 이동휠을 제어하여 상기 로봇몸체를 상기 용접라인 쪽으로 이동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 파이프 내부 백킹로봇은 품질 높은 용접작업이 수행될 수 있도록 한다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 내부에 파이프 내부 백킹로봇이 마련된 모습을 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 파이프 내부 백킹로봇의 헤더 부위를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 파이프 내부 백킹로봇의 제어관련 구성을 블록화시켜 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 파이프 내부 백킹로봇의 헤더가 양쪽으로 마련된 모습을 일 예로 도시한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 내부에 파이프 내부 백킹로봇이 마련된 모습을 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 파이프 내부 백킹로봇의 헤더 부위를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 파이프 내부 백킹로봇의 제어관련 구성을 블록화시켜 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 내부 백킹로봇(100)은 로봇몸체(110)와, 파이프(P) 내측에서 용접라인(W)에 밀착되며 복수의 분사홀(122a)이 형성된 백킹재(122) 및 파이프(P) 외측에서 용접라인(W)에 대한 용접작업 수행 시 파이프(P) 내측에서 용접작업에 따른 열을 감지하는 열감지부(124)를 포함하는 분사헤드(120)를 포함하되, 로봇몸체(110)에는 분사헤드(120)를 지지하며, 회동 가능하게 마련된 지지축(130)과, 백킹재(122)에 형성된 복수의 분사홀(122a)을 통해 쿨링된 공기를 용접라인(W) 쪽으로 분사시켜 용접작업 시 용접물이 파이프(P) 내측으로 흘러 내려 백킹재(122)에 달라 붙지 않도록 하는 분사부(140)와, 쿨링된 공기를 생성하여 분사부(140)로 공급하는 공급부(150)가 마련된다.

또, 파이프 내부 백킹로봇(100)은 열감지부(124)에 의해 감지된 열 감지 정보를 기초로 분사헤드(120)에 의해 용접작업이 수행되고 있는 용접라인(W)을 따라 쿨링된 공기가 분사되도록, 지지축(130)을 용접작업이 수행되고 있는 용접라인(W)을 따라 회동시키는 회동부(160)를 포함할 수 있다.

또, 파이프 내부 백킹로봇(100)은 분사헤드(120) 전면에 마련되어 분사헤드(120)와 파이프(P) 내면 사이에 일정거리 이격되도록 하며, 지지축(130) 회동 시 파이프(P) 내면에 접촉된 상태에서 구동되는 이격휠(170)을 포함할 수 있다.

또, 파이프 내부 백킹로봇(100)은 파이프(P) 내면을 향해 광을 발사하여 파이프(P) 내면의 평탄도를 측정하는 평탄도측정부(180)와, 평탄도측정부(180)에 의해 측정된 평탄도를 기초로 로봇몸체(110)에 마련된 이동휠(104)을 제어하여 로봇몸체(110)를 용접라인(W) 쪽으로 이동시키는 제어부(190)를 포함할 수 있다.

이하, 파이프 내부 백킹로봇(100)의 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.

로봇몸체(110)는 이동휠(104)에 의해 파이프(P) 내측으로 이동되어, 용접라인(W) 부위에 위치한다.

분사헤드(120)는 파이프(P) 내측에서 용접라인(W)에 밀착되며 복수의 분사홀(122a)이 형성되어 있는 백킹재(122)를 포함하며, 백킹재(122)는 분사헤드(120)의 가운데 부위에 배치될 수 있다.

백킹재(122)의 분사홀(122a)은 서로 공통된 통로를 통해 연결될 수 있으며, 공통된 통로는 후술할 공급라인(141)과 연결될 수 있다.

백킹재(122)의 전면은 오목한 형태로 형성될 수 있으며, 예컨대 복수의 분사홀(122a)이 길이 방향으로 2열로 배치될 수 있다. 쿨링된 공기는 분사홀(122a)을 통해서 용접라인(W) 쪽으로 분사되고, 이를 통해 파이프(P) 외측에서 용접라인(W)에 대한 용접작업 시 용접물이 파이프(P) 내측으로 흘러 내려 백킹재(122)에 달라 붙지 않도록 한다.

열감지부(124)는 파이프(P) 외측에서 용접라인(W)에 대한 용접작업 수행 시 파이프(P) 내측에서 용접작업에 따른 열을 감지한다. 열감지부(124)는 백킹재(122)를 중심으로 분사헤드(120)의 양측 전면에 마련될 수 있다.

지지축(130)은 로봇몸체(110)에는 분사헤드(120)를 지지하며, 회동 가능하게 마련된다. 지지축(130)은 예컨대 다관절 형상으로 마련될 수 있고, 길이가 신축될 수 있다. 지지축(130)은 유압 또는 텔레스코프 방식으로 분사헤드(120)를 밀어 용접라인(W)에 밀착시킬 수 있다. 지지축(130)은 회전관절(130a)과 이에 결합된 지지관절(130b)을 포함할 수 있으며, 모터(미도시) 동작에 의해 회전관절(130a)이 회전함으로써 용접작업이 수행되고 있는 용접라인(W)을 따라 분사헤드(120)가 회전될 수 있다.

분사부(140)는 백킹재(122)에 형성된 복수의 분사홀(122a)을 통해 쿨링된 공기를 용접라인(W) 쪽으로 분사시켜 용접작업 시 흘러내리는 용접물이 백킹재(122)에 달라 붙지 않도록 한다. 분사부(140)는 예컨대 고압펌프 등의 수단을 포함할 수 있다.

분사부(140)는 분사헤드(120)와 공급라인(141)을 통해 연결될 수 있고, 공급라인(141)을 통해 공급된 쿨링된 공기는 분사홀(122a)을 통해 용접라인(W) 쪽으로 분사된다.

공급부(150)는 쿨링된 공기를 생성하여 분사부(140)로 공급한다. 공급부(150)는 예컨대 냉각기 등을 포함할 수 있다.

회동부(160)는 열감지부(124)에 의해 감지된 열 감지 정보를 기초로 분사헤드(120)에 의해 용접작업이 수행되고 있는 용접라인(W)을 따라 쿨링된 공기가 분사되도록, 지지축(130)을 용접작업이 수행되고 있는 용접라인(W)을 따라 회동시킨다. 회동부(160)는 도시하지 않았으나, 지지축(130)을 회전시키는 모터를 제어하여 지지축(130)의 회전 정도 및 방향을 제어할 수 있다. 이에 따라 지지축(130)은 회전관절(130a)을 기초로 회전할 수 있다.

이격휠(170)은 상술한 분사헤드(120) 전면에 마련될 수 있다. 이격휠(170)은 분사헤드(120)와 파이프(P) 내면 사이에 일정거리 이격되도록 하여, 백킹재(122)를 통해 용접라인(W) 쪽으로 쿨링된 공기가 효과적으로 분사되도록 한다. 또, 지지축(130) 회전 시 분사헤드(120)가 파이프(P) 내측에서 효과적으로 이동되도록 돕는다.

평탄도측정부(180)는 파이프 내부 백킹로봇(100)은 파이프(P) 내면을 향해 광을 발사하여 파이프(P) 내면의 평탄도를 측정한다. 예컨대, 평탄도측정부(180)는 레이저광을 파이프(P) 내면을 향해 발사하고 파이프(P) 내면의 평탄도를 측정할 수 있다.

제어부(190)는 평탄도측정부(180)에 의해 측정된 평탄도를 기초로 로봇몸체(110)에 마련된 이동휠(104)을 제어하여 로봇몸체(110)를 용접라인(W) 쪽으로 이동시킬 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 파이프 내부 백킹로봇의 헤더가 양쪽으로 마련된 모습을 일 예로 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 상술한 분사헤드(120)는 막대 형상의 회전봉(125) 양단에 마련될 수 있다. 회전봉(125)의 중심부는 상술한 지지축(130)과 결합되어 지지축(130)의 회전에 의해 회전될 수 있다. 회전봉(125) 양측은 예컨대 텔레스코프, 유압 등의 방식으로 길이 조절될 수 있으며, 파이프(P) 내경에 맞게 설정된 값에 따라 길이가 자동으로 늘어나, 양쪽 분사헤드(120)의 백킹재(122)가 양쪽에서 진행되고 있는 용접라인에 각각 밀착되도록 할 수 있다.

회전봉(125)의 양쪽 분사헤드(120) 위치와 대응되도록 파이프(P)의 바깥쪽에서 동시에 두 군데에서 용접작업이 수행될 경우, 해당 용접라인마다 분사헤드(120)가 배치되어, 상술한 바와 같이 동시에 두 군데에 쿨링된 공기가 분사될 수 있다.

이때, 두 군데에서 수행되고 있는 용접작업의 용접속도는 서로 동일할 수 있으며, 서로 동일한 시계방향 또는 반시계방향으로 진행될 수 있다. 상술한 회동부(160)는 이에 따라 양쪽 분사헤드(120) 중 적어도 하나의 열감지부(124)에 의해 감지된 열 감지 정보를 기초로 양쪽 분사헤드(120)를 통해 용접작업이 수행되고 있는 양쪽 용접라인을 따라 각각 쿨링된 공기가 분사되도록, 지지축(130)을 제어하여 회전봉(125)을 회전시킬 수 있다.

한편, 도 3에서 도시된 각 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

110: 로봇몸체 120: 분사헤드
122: 백킹재 124: 열감지부
125: 회전봉 130: 지지축
140: 분사부 150: 공급부
160: 회동부 170: 이격휠
180: 평탄도측정부 190: 제어부

Claims

로봇몸체; 및
상기 파이프 내측에서 용접라인에 밀착되며 복수의 분사홀이 형성된 백킹재와, 상기 파이프 외측에서 상기 용접라인에 대한 용접작업 수행 시 상기 파이프 내측에서 상기 용접작업에 따른 열을 감지하는 열감지부를 포함하는 분사헤드;를 포함하되,
상기 로봇몸체에는 상기 분사헤드를 지지하며, 회동 가능하게 마련된 지지축과,
상기 백킹재에 형성된 복수의 분사홀을 통해 쿨링된 공기를 상기 용접라인 쪽으로 분사시켜 상기 용접작업 시 용접물이 상기 파이프 내측으로 흘러 내려 상기 백킹재에 달라 붙지 않도록 하는 분사부와,
상기 쿨링된 공기를 생성하여 상기 분사부로 공급하는 공급부가 마련된 파이프 내부 백킹로봇.
제1항에 있어서,
상기 열감지부에 의해 감지된 열 감지 정보를 기초로 상기 분사헤드에 의해 용접작업이 수행되고 있는 용접라인을 따라 쿨링된 공기가 분사되도록, 상기 지지축을 용접작업이 수행되고 있는 용접라인을 따라 회동시키는 회동부를 더 포함하는 파이프 내부 백킹로봇.
제1항에 있어서,
상기 분사헤드 전면에 마련되어 상기 분사헤드와 상기 파이프 내면 사이에 일정거리 이격되도록 하며, 상기 지지축 회동 시 상기 파이프 내면에 접촉된 상태에서 구동되는 이격휠을 더 포함하는 파이프 내부 백킹로봇.
제1항에 있어서,
상기 파이프 내면을 향해 광을 발사하여 상기 파이프 내면의 평탄도를 측정하는 평탄도측정부를 더 포함하되,
상기 측정된 평탄도를 기초로 상기 로봇몸체에 마련된 이동휠을 제어하여 상기 로봇몸체를 상기 용접라인 쪽으로 이동시키는 제어부를 더 포함하는 파이프 내부 백킹로봇.
제1항에 있어서,
상기 분사헤드를 양단에 마련하며, 상기 파이프의 내경에 맞게 길이가 늘어나는 회전봉을 더 포함하되,
상기 지지축은 상기 회전봉의 중심부와 결합되고,
상기 회동부는 상기 회전봉의 양쪽 분사헤드 위치와 대응되도록 상기 파이프의 바깥쪽에서 동시에 두 군데에서 용접작업이 수행될 경우, 양쪽의 해당 용접라인을 따라 각각 쿨링된 공기가 분사되도록, 상기 지지축을 제어하여 상기 회전봉을 회전시키는 파이프 내부 백킹로봇.