KR20220016353A - 선박의 협소공간용 용접장치 - Google Patents

Abstract

선박의 협소공간용 용접장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 협소공간용 용접장치는 용접작업이 수행될 선박의 협소공간으로 진입하며, 협소공간의 용접부위에 대한 용접작업을 수행하는 용접기와, 용접작업 수행 후 용접부위에 대한 그라인딩작업을 수행하는 그라인더와, 그라인딩작업이 수행된 용접부위에 대한 도장작업을 수행하는 도료분사부를 마련한 작업로봇; 작업로봇과 결합되며, 협소공간으로 이동하는 이동몸체; 이동몸체의 일측에 마련되어 작업로봇을 협소공간에 내려 놓는 리프팅부; 및 용접부위에 대한 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업이 순차적으로 이루어지도록, 용접기, 그라인더 및 도료분사부를 작업순서에 따라 순차적으로 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

선박의 협소공간용 용접장치{WELDING APPARATUS USED FOR NARROW AREA OF SHIP}

본 발명은 선박의 협소공간용 용접장치에 관한 것이다.

선박은 블록 조립과정에서 많은 용접 작업이 수행된다. 예컨대, 선박의 화물창 내부에서 바닥 쪽의 론지 스티프너(Longi Stiffener)와 같은 보강재와 거더(Girder) 사이와 같은 협소공간에는 선박 화물창을 구성하는 부재들이 배치되고, 해당 부재들에 대해 용접작업이 수행된다.

이때, 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(절단) 작업 및 도장작업이 수행될 수 있다.

그러나, 상술한 화물창 뿐만 아니라 선박 내의 협소공간은 작업자의 손이 쉽게 미치지 않아 용접작업 등이 매우 어렵고, 이외에도 화물창의 상부 쪽 경사진 부위의 경우 용접작업 등에 따른 위험이 따른다.

본 발명의 실시 예는 선박 내의 협소공간에 대한 용접, 그라인딩 및 도장작업을 효과적으로 수행할 수 있는 선박의 협소공간용 용접장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 용접작업이 수행될 선박의 협소공간으로 진입하며, 상기 협소공간의 용접부위에 대한 용접작업을 수행하는 용접기와, 상기 용접작업 수행 후 상기 용접부위에 대한 그라인딩작업을 수행하는 그라인더와, 상기 그라인딩작업이 수행된 상기 용접부위에 대한 도장작업을 수행하는 도료분사부를 마련한 작업로봇; 상기 작업로봇과 결합되며, 상기 협소공간으로 이동하는 이동몸체; 상기 이동몸체의 일측에 마련되어 상기 작업로봇을 상기 협소공간에 내려 놓는 리프팅부; 및 상기 용접부위에 대한 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업이 순차적으로 이루어지도록, 상기 용접기, 그라인더 및 도료분사부를 작업순서에 따라 순차적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 선박의 협소공간 용접장치가 제공될 수 있다.

상기 작업로봇의 양측에 마련되며, 상기 협소공간에 마련된 양쪽 부재의 플랜지 부위에 클램핑되는 클램핑 수단을 끝단에 각각 마련한 핸들부를 더 포함하되, 상기 핸들부 양측은 상기 양쪽 부재의 높낮이에 따라 균형이 맞도록 길이 조절이 이루어질 수 있다.

상기 이동몸체의 위치를 감지하는 위치수신기와, 상기 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보를 저장하는 저장부와, 상기 저장된 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보와 상기 이동몸체의 위치를 매핑시키는 매핑부를 더 포함하되, 상기 매핑된 이동몸체의 좌표정보를 기초로, 상기 이동몸체가 상기 협소공간으로 이동될 수 있다.

상기 작업로봇의 몸통 일면 양측에 하나 이상 마련된 서포터와, 상기 서포터와 결합되며, 전후단 측의 길이 조절이 가능하고, 상기 결합된 서포터가 이동하도록 가이드레일이 형성된 가이드부와, 상기 가이드부에 마련되며, 상기 협소공간의 경사면에서 자력에 의해 상기 가이드부를 고정시키는 자력부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박의 협소공간용 용접장치는 선박 내의 협소공간에 대한 용접, 그라인딩 및 도장작업을 효과적으로 수행할 수 있다.

또, 협소공간의 경사면에 대해서도 용접을 비롯한 그라인딩, 도장작업을 효과적으로 수행할 수 있다.

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 화물창 내 협소공간에 작업로봇이 장착된 모습을 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 작업로봇이 결합된 협소공간용 용접장치를 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 협소공간용 용접장치의 제어와 관련된 구성요소를 블록화시켜 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 작업로봇이 협소공간에 설치된 모습을 확대하여 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 도시된 작업로봇의 다른 예를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 작업로봇의 평면도를 나타낸 것이다.
도 7은 도 5에 도시된 작업로봇의 가이드부를 확대하여 정면도로 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화물창 내 협소공간에 작업로봇이 장착된 모습을 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 작업로봇이 결합된 협소공간용 용접장치를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시된 협소공간용 용접장치의 제어와 관련된 구성요소를 블록화시켜 도시한 것이고, 도 4는 도 1에 도시된 작업로봇이 협소공간에 설치된 모습을 확대하여 나타낸 것이다. 참고로 도 1에서는 작업로봇(110)을 간략하게 블록화시켜 표시하였다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 협소공간용 용접장치(100)는 용접작업이 수행될 선박의 협소공간으로 진입하며, 협소공간의 용접부위에 대한 용접작업을 수행하는 용접기(112)와 용접작업 수행 후 용접부위에 대한 그라인딩작업을 수행하는 그라인더(114)와 그라인딩작업이 수행된 용접부위에 대한 도장작업을 수행하는 분사부(116)를 마련한 작업로봇(110)과, 작업로봇(110)과 결합되며, 협소공간으로 이동하는 이동몸체(120)와, 이동몸체(120)의 일측에 마련되어 작업로봇(110)을 협소공간에 내려 놓는 리프팅부(130)와, 용접부위에 대한 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업이 순차적으로 이루어지도록, 용접기(112), 그라인더(114) 및 분사부(116)를 작업순서에 따라 순차적으로 제어하는 제어부(140)를 포함한다.

또, 협소공간용 용접장치(100)는 작업로봇(110)의 양측에 마련되며, 용접작업이 수행되는 협소공간에 마련된 양쪽 부재의 플랜지 부위에 클램핑되는 클램핑 수단을 끝단에 각각 마련한 핸들부(151,152)를 포함하되, 핸들부(151,152) 양측은 양쪽 부재의 높낮이에 따라 균형이 맞도록 길이 조절이 이루어질 수 있다.

또, 협소공간용 용접장치(100)는 이동몸체(120)의 위치를 감지하는 위치수신기(150)와, 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보를 저장하는 저장부(160)와, 저장부(160)에 저장된 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보와 이동몸체(120)의 위치를 매핑시키는 매핑부(170)를 포함한다. 이때 매핑부(170)에 의해 매핑된 이동몸체(120)의 좌표정보를 기초로, 이동몸체(120)가 협소공간으로 이동된다.

이하, 협소공간용 용접장치(100)의 각 구성요소 및 동작 과정에 대해서 구체적으로 설명한다. 협소공간(S1)은 예컨대 화물창(12)의 바닥 구조물을 형성하는 거더(14) 및 보강재(16) 사이의 공간으로, 작업자가 용접, 그라인딩(절단 등), 도장 작업을 수행하기에 제한적인 너비를 가진다.

작업로봇(110)은 이동몸체(120)에 결합된 상태에서 용접작업이 수행될 협소공간(S1)으로 이동된다. 작업로봇(110)은 이동몸체(120)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 작업로봇(110)은 용접작업이 수행될 협소공간(S1)에 도착하면 후술할 리프팅부(130)에 의해 들려 올려져 해당 협소공간(S1)에 탑재될 수 있다.

구체적으로, 작업로봇(110)은 협소공간(S1)의 용접부위에 대한 용접작업을 수행하는 용접기(112)와, 용접작업 수행 후 용접부위에 대한 그라인딩작업을 수행하는 그라인더(114)와, 그라인딩작업이 수행된 용접부위에 대한 도장작업을 수행하는 분사부(116)를 마련할 수 있다.

그리고, 작업로봇(110)은 용접작업, 그라인딩작업, 도장작업을 수행하기 위한 전원라인(L1), 공급라인(L2) 등과 연결될 수 있다.

또, 작업로봇(110)은 로봇몸통(110a) 부위에 하나 이상의 저장소를 마련하여 예컨대 도장작업을 수행하기 위한 도료를 저장할 수 있다. 다른 예에서는 로봇몸통(110a)에 자체적으로 구동휠이 부착될 수도 있다.

용접기(112)와 그라인더(114) 및 분사부(116)는 텔레스코프 형태 및 관절 형태로 구성되어 길이 조절 및 회전각 조절이 가능하게 마련될 수 있다.

이동몸체(120)는 구동휠(121)에 의해 용접작업이 수행될 협소공간(S1)으로 이동하며, 상부에 상술한 작업로봇(110)과 리프팅부(130)를 구비한다.

이동몸체(120)는 작업로봇(110)과 탈착 가능하게 결합되는 돌출된 형태의 체결부(122)를 마련할 수 있다.

리프팅부(130)는 용접작업이 수행될 협소공간(S1)에 도착하면, 이동몸체(120)의 일측에 마련되어 작업로봇(110)을 해당 협소공간(S1)에 내려 놓는다. 리프팅부(130)는 이동몸체(120) 상부에 결합된 수직지지대(131)와, 수직지지대(131)에 회전가능하게 결합된 리프팅지지대(132)를 마련할 수 있다. 리프팅지지대(132)의 하부에는 길이방향으로 이동 가능하도록 트롤리(135)가 마련되고, 트롤리(135)에는 호이스팅로프(136)로 연결된 체결고리(137)가 마련된다.

리프팅부(130)는 작업로봇(110)에 마련된 러그(118)에 체결고리(137)를 걸어, 작업로봇(110)을 들어 올릴 수 있다. 이때, 리프팅부(130)에 의해 작업로봇(110)이 들려 올려져 상술한 체결부(122)에 마련된 센서(미도시)에 의해 힘이 감지되면, 체결부(122)의 잠금 기능이 자동으로 해지되어 작업로봇(110)가 체결부(122)로부터 결합 해지될 수 있다. 또한, 이외에도 종래의 다양한 공지된 결합해제 기술이 적용 가능하다.

제어부(140)는 협소공간용 용접장치(100)의 각 구성요소에 대한 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 예컨대 제어부(140)는 구동휠(121)을 제어하여 미리 지정된 협소공간(S1)으로 이동몸체(120)를 이동시키거나, 리프팅부(130)를 제어하여 작업로봇(110)을 해당 협소공간(S1)에 내려 놓을 수 있다. 또, 제어부(140)는 용접부위에 대한 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업이 순차적으로 이루어지도록, 용접기(112), 그라인더(114) 및 분사부(116)를 작업순서에 따라 순차적으로 제어할 수 있다. 제어부(140)는 저장부(160)에 저장된 거더(14) 및 보강재(16) 사이의 협소공간에 대한 3차원 모델링좌표 정보를 기초로 용접부위에 대한 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업을 수행할 수 있다.

핸들부(151,152)는 작업로봇(110)의 양측에 마련되며, 용접작업이 수행되는 협소공간에 마련된 양쪽 부재(14,16)의 플랜지(F1,F2) 부위에 클램핑되는 클램핑 수단(151a,152a)을 끝단에 각각 마련한다. 핸들부(151,152)는 작업로봇(110)의 양측에 회동 가능하게 마련될 수 있다. 또, 핸들부(151,152)는 양쪽 부재(14,16)의 높낮이에 따라 양측 핸들부(151,152)의 길이가 균형을 이루도록 예컨대 텔레스코프 방식으로 길이조절이 이루어질 수 있다. 양측 핸들부(151,152)는 하방으로 일정 길이로 늘어나다가 각각 플랜지(F1,F2)와 결합되는 높이에서 중단될 수 있다. 이를 위해 도시하지는 않았으나, 양쪽 부재(14,16)의 플랜지(F1,F2) 높이를 감지하는 센서가 클램핑 수단(151a,152a)에 마련될 수 있으며, 이에 따라 늘어나는 양측 핸들부(151,152)의 길이가 제어될 수 있다. 이러한 제어동작은 상술한 제어부(140)에 의해 이루어 지거나 핸들부(151,152) 자체적으로 제어수단이 마련될 수 있다.

이때, 작업로봇(110)은 리프팅부(130)에 의해 홀딩된 상태일 수 있다. 클램핑 수단(151a,152a)은 ‘ㄷ’자 형상으로 마련되어 플랜지(F1,F2) 부위에 클램핑될 수 있다.

위치수신기(150)는 이동몸체(120)의 위치를 감지하며, 예컨대 GPS 수신기를 포함할 수 있다. 상술한 제어부(140)는 위치수신기(150)에 의해 수신된 정보를 기초로 구동휠(121)을 제어하여 미리 지정된 협소공간(S1)으로 이동몸체(120)를 이동시킬 수 있다.

저장부(160)는 용접작업이 수행될 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보를 저장한다. 이러한 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보를 통해 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업이 해당 협소공간에 대해서 정확하게 효율적으로 이루어질 수 있다.

한편, 도 5는 도 3에 도시된 작업로봇의 다른 예를 나타낸 것이고, 도 6은 도 5에 도시된 작업로봇의 평면도를 나타낸 것이다. 그리고, 도 7은 도 5에 도시된 작업로봇의 가이드부를 확대하여 나타낸 것이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면 경사면을 갖는 협소공간에 대한 용접작업 시, 협소공간용 용접장치(100)는 작업로봇(110)의 몸통 일면 양측에 하나 이상 마련된 서포터(111)와, 서포터(111)와 결합되며, 전후단 측의 길이 조절이 가능하고, 결합된 서포터(111)가 이동하도록 레일이 형성된 가이드부(113)와, 가이드부(113)에 마련되며, 협소공간의 경사면에서 자력에 의해 가이드부(113)를 고정시키는 자력부(115)를 마련할 수 있다.

서포터(111)는 예컨대 스프링과 같은 탄성을 가진 재질로 마련될 수 있으며, 작업로봇(110)의 몸통을 지지한다.

가이드부(113)는 설정된 길이의 일자형 프레임 형태로 마련되어 좌우측에서 가로로 눕혀진 작업로봇(110)의 로봇몸통(110a)을 지지한다. 가이드부(113)는 전후단 측의 길이 조절이 가능하고, 서포터(111)가 이동하도록 가이드레일(R)을 형성할 수 있다. 이때, 서포터(111) 하단에 부착된 휠(111a)은 가이드부(113)의 길이 방향으로 형성된 가이드레일(R)을 따라 이동한다.

가이드부(113)의 전후단 측에는 작업로봇(110)의 로봇몸통(110a)을 지지하는 메인프레임(113a)에 삽입된 상태에서 필요 시 돌출될 수 있는 조절프레임(113b)이 마련될 수 있다.

자력부(115)는 가이드부(113)에 마련되며, 협소공간의 경사면(18)에서 자력에 의해 가이드부(113)를 고정시킨다. 자력부(115)는 가이드부(113)와 일체형으로 마련될 수 있으며, 예컨대 영구자석 형태로 마련될 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 작업로봇(110)은 도 2에 도시된 이동몸체(120)에 의해 이동된 후, 리프팅부(130)에 의해 협소공간의 경사면(18)에 탑재될 수 있다. 이때, 상술한 가이드부(113)가 작업로봇(110)에 장착된 상태에서 협소공간의 경사면(18)에 탑재될 수 있다.

도 3에서 도시된 저장부(160)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

또한, 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: 작업로봇 111: 서포터
112: 용접기 113: 가이드부
114: 그라인더 115: 자력부
116: 분사부 120: 이동몸체
130: 리프팅부 140: 제어부
150: 위치수신기 160: 저장부
170: 매핑부

Claims (4)

1. 용접작업이 수행될 선박의 협소공간으로 진입하며, 상기 협소공간의 용접부위에 대한 용접작업을 수행하는 용접기와, 상기 용접작업 수행 후 상기 용접부위에 대한 그라인딩작업을 수행하는 그라인더와, 상기 그라인딩작업이 수행된 상기 용접부위에 대한 도장작업을 수행하는 도료분사부를 마련한 작업로봇;
   상기 작업로봇과 결합되며, 상기 협소공간으로 이동하는 이동몸체;
   상기 이동몸체의 일측에 마련되어 상기 작업로봇을 상기 협소공간에 내려 놓는 리프팅부; 및
   상기 용접부위에 대한 용접작업, 그라인딩작업 및 도장작업이 순차적으로 이루어지도록, 상기 용접기, 그라인더 및 도료분사부를 작업순서에 따라 순차적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 선박의 협소공간 용접장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 작업로봇의 양측에 마련되며, 상기 협소공간에 마련된 양쪽 부재의 플랜지 부위에 클램핑되는 클램핑 수단을 끝단에 각각 마련한 핸들부를 더 포함하되,
   상기 핸들부 양측은 상기 양쪽 부재의 높낮이에 따라 균형이 맞도록 길이 조절이 이루어지는 선박의 협소공간용접장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이동몸체의 위치를 감지하는 위치수신기와,
   상기 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보를 저장하는 저장부와,
   상기 저장된 협소공간에 대한 3차원 모델링 좌표정보와 상기 이동몸체의 위치를 매핑시키는 매핑부를 더 포함하되,
   상기 매핑된 이동몸체의 좌표정보를 기초로, 상기 이동몸체가 상기 협소공간으로 이동되는 선박의 협소공간용접장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 작업로봇의 몸통 일면 양측에 하나 이상 마련된 서포터와,
   상기 서포터와 결합되며, 전후단 측의 길이 조절이 가능하고, 상기 결합된 서포터가 이동하도록 가이드레일이 형성된 가이드부와,
   상기 가이드부에 마련되며, 상기 협소공간의 경사면에서 자력에 의해 상기 가이드부를 고정시키는 자력부를 더 포함하는 선박의 협소공간용접장치.

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