KR20220021774A - 곡선 주행이 가능한 saw 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접심에 대응하여 곡선 경로로 주행이 가능한 SAW 장치에 있어서: 용접심과 일정한 간격을 유지하도록 직선대(11)와 곡선대(12)를 연결하여 경로를 형성하는 유도부재(10); 상기 경로 상으로 조향휠(21)과 주행휠(22)을 구동하여 주행하며 설정된 용접동작을 실행하는 용접로봇(20); 및 상기 용접로봇(20)의 주행과 용접동작을 제어하는 제어기(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 주행휠을 지지하는 한 쌍의 레일을 설치하지 않아도 곡선과 직선의 경로로 이동하면서 용접이 가능하므로 용접품질을 유지하면서 전반적인 공수 절감에 의하여 생산성을 향상하는 효과가 있다.

Description

곡선 주행이 가능한 SAW 장치 {SAW apparatus capable of curved driving}
본 발명은 주행이 가능한 SAW 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 직선과 곡선의 경로로 이동하면서 용접을 수행하는 곡선 주행이 가능한 SAW 장치에 관한 것이다.
조선 분야에서 아래보기 용접라인에 연속으로 용접하기 위해 SAW(Submerged Arc Welding)를 적용한다. 다만 종래의 SAW를 수행하는 장치는 곡선 주행이 불가능하여 직선 용접에만 적용하고 있다. 곡선 경로에도 주행할 수 있는 장치로서 겐트리를 기반으로 하는 타입이 사용되나, 곡선 주행을 보조하기 위한 각종 센서 및 제어기가 부착되는 등 구조적으로 복잡하고 크다.
이러한 겐트리 타입 장치의 단점을 보완하기 위해 직선레일과 곡선레일로 형성되는 경로를 기반으로 하는 방식이 제안된 바 있다.
이와 관련되어 한국 공개특허공보 제2019-0053456호, 한국 공개특허공보 제2020-0034257호 등의 선행기술문헌을 참조할 수 있다.
전자는 구조물 부재의 용접에서 캐리지의 주행을 유도하는 장치에 있어서: 부재의 용접심에 대응하도록 직선레일과 곡선레일을 연결하여 구성되는 레일수단; 및 캐리지의 일측과 타측에 내측휠과 외측휠을 구비하고, 곡선레일에서 차동적인 회전을 유발하는 주행수단;을 포함한다. 이에, 직선 및 곡선 경로를 등속으로 주행이 가능하여 품질과 생산성을 향상하는 효과를 기대한다.
후자는 직선레일과 곡선레일로 이동 경로를 형성하는 레일수단; 캐리지의 전방에 조향링크를 개재하여 각각 독립적으로 회전하는 주행륜을 구비하는 전륜수단; 및 캐리지의 후방에 각각 독립적으로 회전하는 주행륜을 구비하고, 한 쌍의 주행륜 중 하나를 구동하는 후륜수단;을 포함한다. 이에, 직선 및 곡선 경로를 등속으로 주행하여 품질과 생산성을 향상하는 효과를 기대한다.
그러나, 한 쌍의 대향하는 레일을 기반으로 하는 타입은 곡률 반경이 작을 경우 탈선의 우려가 있으므로 활용성에 제약이 따른다.
한국 공개특허공보 제2019-0053456호 "구조물 부재 용접용 캐리지 유도장치" (공개일자 : 2019.05.20.) 한국 공개특허공보 제2020-0034257호 "곡선 주행이 가능한 SAW 장치" (공개일자 : 2020.03.31.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 주행휠을 지지하는 한 쌍의 레일을 설치하지 않아도 곡선과 직선의 경로로 이동하면서 용접이 가능한 곡선 주행이 가능한 SAW 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용접심에 대응하여 곡선 경로로 주행이 가능한 SAW 장치에 있어서: 용접심과 일정한 간격을 유지하도록 직선대와 곡선대를 연결하여 경로를 형성하는 유도부재; 상기 경로 상으로 조향휠과 주행휠을 구동하여 주행하며 설정된 용접동작을 실행하는 용접로봇; 및 상기 용접로봇의 주행과 용접동작을 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 유도부재는 직선대와 곡선대 상에 비대칭 구조의 인식홈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 유도부재는 직선대와 곡선대의 높이를 차등화하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용접로봇은 조향휠과 주행휠 중의 적어도 하나에 구동기로 동력을 전달하고, 구동기의 동력전달 계통에 차동기어를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기는 유도부재의 변위를 검출하는 변위검출기, 유도부재의 영상을 검출하는 영상검출기, 조향휠과 주행휠의 슬립상태를 검출하는 슬립검출기에 연결되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 주행휠을 지지하는 한 쌍의 레일을 설치하지 않아도 곡선과 직선의 경로로 이동하면서 용접이 가능하므로 용접품질을 유지하면서 전반적인 공수 절감에 의하여 생산성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 사용상태로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치를 일 예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 다른 예를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제어회로를 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 용접심에 대응하여 곡선 경로로 주행이 가능한 SAW 장치에 관하여 제안한다. 조선 분야에서 아래보기로 용접심을 형성하기 위한 SAW(Submerged Arc Welding)를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
선박 건조 공정에서 설계상 스트레스를 많이 받는 구역이나 높은 강도가 요구되는 구역에 삽입하는 두꺼운 부재를 루즈 피스(Loose Piece)라 한다. 루즈 피스의 SAW 용접에 있어서 직선 주행과 더불어 곡선 주행이 수반된다.
본 발명에 따르면 유도부재(10)가 용접심과 일정한 간격을 유지하도록 직선대(11)와 곡선대(12)를 연결하여 경로를 형성하는 구조를 이루고 있다.
도 1을 참조하면, 유도부재(10)를 구성하는 직선대(11)와 곡선대(12)가 용접심과 대응하는 경로로 설치된 상태를 나타낸다. 직선대(11)와 곡선대(12)는 용접작업과 관련된 하중이 작용하지 않으므로 저가의 보편적인 수지재를 사용하여 형성할 수 있다. 직선대(11)와 곡선대(12)는 형태적으로 단순하지만 적어도 상면은 광반사가 양호한 물성을 유지하도록 한다. 직선대(11)와 곡선대(12)의 고정에 있어서 자석을 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 자력의 단속이 용이한 매그스위치(15)를 사용한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 유도부재(10)는 직선대(11)와 곡선대(12) 상에 비대칭 구조의 인식홈(13)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1에서, 유도부재(10)의 직선대(11)와 곡선대(12)가 상면에 비대칭 구조의 인식홈(13)을 구비하는 상태를 나타낸다. 유도부재(10)의 상면에서 중심선을 기준으로 일측에는 인식홈(13)이 부재하고 타측에는 인식홈(13)이 형성된다. 이는 후술하는 변위검출기(32)가 유도부재(10)로 정의되는 객체를 판단하는 기준으로 삼을 수 있어 외란 등에 의한 오작동을 방지한다. 인식홈(13)은 직선대(11) 및 곡선대(12)에서 형태적으로 차등화할 수 있고, 이로 인하여 후술하는 제어기(30)가 곡선 경로 정보를 연산하는 시간을 단축한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 유도부재(10)는 직선대(11)와 곡선대(12)의 높이를 차등화하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1에서, 유도부재(10)의 직선대(11)와 곡선대(12)의 단면을 부가하여 높이차를 나타낸다. 직선대(11)는 정방형 단면으로 높이를 높게 하고 곡선대(12)의 장방형 단면으로 높이를 낮게 함을 도시하지만 상호 반대로 구성할 수도 있다. 변위검출기(32)에서 직선대(11) 및 곡선대(12)의 단면 모서리 인식으로 심트레킹이 가능하다. 직선대(11)와 곡선대(12)의 높이 차등화에 인식홈(13)을 연계하면 제어기(30)가 곡선 경로를 인식하는 신속성과 정확성 측면에서 유리하다.
또한, 본 발명에 따르면 용접로봇(20)이 상기 경로 상으로 조향휠(21)과 주행휠(22)을 구동하여 주행하며 설정된 용접동작을 실행하는 구조를 이룬다.
도 1에서, 용접로봇(20)이 조향휠(21)과 주행휠(22)을 구비한 상태를 나타낸다. 조향휠(21)과 주행휠(22)은 마찰계수가 크고 내마모성을 지닌 고무재를 사용하여 구성한다. 조향휠(21)은 구동기(25)에 연결되어 방향전환을 구현하고, 주행휠(22)은 구동기(25)에 연결되어 주행을 구현한다. 용접로봇(20)은 기본적으로 캐리지 상에 용접토치를 비롯한 용접 관련 장비를 탑재한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용접로봇(20)은 조향휠(21)과 주행휠(22) 중의 적어도 하나에 구동기(25)로 동력을 전달하고, 구동기(25)의 동력전달 계통에 차동기어(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 용접로봇(20)의 주행휠(22)의 일측에 구동기(25)가 연결된 상태를 나타낸다. 즉, 4개의 휠 중에서 하나의 휠에 동력이 전달되고 나머지 3개의 휠은 아이들 상태이다. 이 경우 주행휠(22) 중에서 곡선대(12)와 반대 방향의 휠에 구동기(25)를 연결하는 것이 좋다. 편평한 판재를 용접하는 경우 캐리지, 용접재료 및 플럭스 중량으로 인하여 슬립이 발생하지 않는다.
도 3을 참조하면, 용접로봇(20)의 양측 주행휠(22)이 차동기어(23)를 개재하여 구동기(25)에 연결된 상태를 나타낸다. 편평하지 않고 구배가 있는 판재를 용접하는 경우 슬립을 방지하기 위해 차동기어(23)를 적용하는 것이 바람직하다. 차동기어(23)는 곡선 경로에서 좌우측 휠의 마찰력 차이를 보상하여 슬립이 없는 안정적인 코너링을 구현한다.
어느 경우에나 직선 및 곡선 주행시 CTWD 및 토치 각도를 일정하게 유지하면서 등속 주행이 가능하여 선박 주판 생산시 루즈 피스 등의 용접에 적합하다.
또한, 본 발명에 따르면 제어기(30)가 상기 용접로봇(20)의 주행과 용접동작을 제어하는 구조를 이루고 있다.
제어기(30)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 갖춘 마이컴 회로로 구성되고, 용접로봇(20)이 캐리지 상에 장착된다. 용접로봇(20)의 주행과 용접동작을 구현하는 알고리즘은 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 실행된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(30)는 유도부재(10)의 변위를 검출하는 변위검출기(32), 유도부재(10)의 영상을 검출하는 영상검출기(34), 조향휠(21)과 주행휠(22)의 슬립상태를 검출하는 슬립검출기(36)에 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 4에서, 제어기(30)의 입력인터페이스에 영상검출기(34), 영상검출기(34), 슬립검출기(36) 등이 연결된 상태를 나타낸다. 변위검출기(32)는 선형빔 레이저 센서를 기반으로 하여 유도부재(10)의 인식홈(13)을 추적한다. 영상검출기(34)는 주행중 유도부재(10)의 이탈 여부를 신속하게 추적한다. 용접로봇(20)의 전방에 변위검출기(32)를 후방에 영상검출기(34)를 예시하지만 전후방에서 이와 반대로 구성하거나 전후방에서 변위검출기(32)와 영상검출기(34)를 모두 구비할 수 있다. 후자의 경우 용접로봇(20)이 후진하는 상황을 대비하기 위함이다. 슬립검출기(36)는 차속 센서, 가속도 센서 등을 사용하여 조향휠(21)과 주행휠(22)의 슬립 현상을 검출한다. 이에 따라, 단순한 레일 형태의 유도부재(10)를 설치하더라도 변위검출기(32)와 영상검출기(34)를 이용하여 용접심 추적 및 용접속도 변경이 가능하다. 슬립검출기(36)의 신호를 이용하여 주행 상태를 보정할 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 용접품질 확보와 더불어 용접 생산성의 향상이 가능할뿐더러 기존에 장치의 한계로 곡선 용접이 불가능 했던 여러 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
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: 유도부재 11: 직선대
12: 곡선대 13: 인식홈
15: 매그스위치 20: 용접로봇
21: 조향휠 22: 주행휠
23: 차동기어 25: 구동기
30: 제어기 32: 변위검출기
34: 영상검출기 36: 슬립검출기

Claims (5)

  1. 용접심에 대응하여 곡선 경로로 주행이 가능한 SAW 장치에 있어서:
    용접심과 일정한 간격을 유지하도록 직선대(11)와 곡선대(12)를 연결하여 경로를 형성하는 유도부재(10);
    상기 경로 상으로 조향휠(21)과 주행휠(22)을 구동하여 주행하며 설정된 용접동작을 실행하는 용접로봇(20); 및
    상기 용접로봇(20)의 주행과 용접동작을 제어하는 제어기(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 곡선 주행이 가능한 SAW 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유도부재(10)는 직선대(11)와 곡선대(12) 상에 비대칭 구조의 인식홈(13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 곡선 주행이 가능한 SAW 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유도부재(10)는 직선대(11)와 곡선대(12)의 높이를 차등화하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 곡선 주행이 가능한 SAW 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접로봇(20)은 조향휠(21)과 주행휠(22) 중의 적어도 하나에 구동기(25)로 동력을 전달하고, 구동기(25)의 동력전달 계통에 차동기어(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 곡선 주행이 가능한 SAW 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(30)는 유도부재(10)의 변위를 검출하는 변위검출기(32), 유도부재(10)의 영상을 검출하는 영상검출기(34), 조향휠(21)과 주행휠(22)의 슬립상태를 검출하는 슬립검출기(36)에 연결되는 것을 특징으로 하는 곡선 주행이 가능한 SAW 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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