KR102574611B1 - 유니버설 클램핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유니버설 클램핑 장치는, 피팅류의 클램핑 시 피팅류와 핸들링 로봇암의 중심이 일치하도록 클램핑 장치의 턱(Jaw)과 로봇암체결부의 동심을 유지시킨다. 또한 강력한 클램핑력을 가진 고압실린더가 적용되는 본 발명은 로봇암에 결합되는 동일한 하나의 클램핑장치에 의해 다양한 형태의 피팅의 핸들링과 진원도 확보가 가능하다. 따라서, 배관용접작업의 효율을 향상시키고 공수를 줄인다.

Description

유니버설 클램핑 장치{Universal clamping device}

본 발명은 파이프의 이음부를 용접 또는 체결시키기 위해 파이프와 피팅을 정렬하여 고정시키는 일시적인 체결장치 또는 지그에 관한 것이다.

배관용접분야에서는 배관과 피팅(fitting)류(flange, tee, elbow 등)의 용접 시, 서로 맞닿는 이음부를 정렬하기 위해 핸들링 클램프가 사용된다.

현재 사용되고 있는 Fitting 류는 크기(배관의 직경)별로 형상이 다양하여 각각의 형상에 맞는 지그(예시: 제현인터내셔널 (http://www.jhi.kr)의 “파이프 얼라인먼트 클램프” 제품들)로 클램프하여 배관과 용접하고 있다. 따라서, 동일한 크기의 직경을 갖는 피팅이라도 피팅의 형상(flange, tee, elbow 등)에 따라 다양한 지그가 필요하고, 자동용접을 위해서는 자동용접장치와의 체결 및/또는 정렬을 수행하는 추가적인 지그 또는 도구가 필요한 문제점이 있다.

본 발명의 유니버설 클램핑 장치는 마주보며 동일한 반경을 갖는 반원형지그 한 쌍(7, 8); 상기 각각의 반원형지그와 연결되는 두 개의 팔(6); 상기 두 개의 팔이 가위의 형태로 교차하는 회전중심(5); 상기 회전중심을 지나 상기 지그의 반대편에 형성되는 각각의 지지부; 상기 지지부에 회전가능하게 연결되는 이동중심(4, 9)을 갖는 실린더(1)의 일단과 타단; 상기 회전중심이 고정되며, 상기 이동중심용슬롯이 설치되는 메인바디측판 한 쌍(11);과 상기 측판을 고정시키며, 상기 반원형지그 쌍의 중심과 일치하는 체결부구멍(10)을 갖는 메인바디후판(10);을 포함하며 상기 반원형지그에 배관피팅의 일단을 고정시키고, 상기 체결부구멍에 로봇암(15)이 고정된다.

본 발명의 유니버설 클램핑 장치에 있어서, 상기 반원형지그 쌍에 배관피팅의 일단이 고정되고, 상기 반원형지그 쌍과 상기 회전중심사이의 공간으로 상기 배관피팅의 타단이 간섭없이 위치되어(도 7), 상기 피팅의 일단과 비대칭인 타단을 갖는 상기 배관피팅이 수용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유니버설 클램핑 장치에 있어서, 상기 체결부구멍(10)의 중심과 이에 체결되는 로봇암(15)의 중심이 정렬되어, 배관피팅을 클램핑함과 동시에 추가적인 보정없이 로봇암의 중심과 배관피팅의 중심이 일치되며 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 로봇암에 결합되는 하나의 동일한 클램핑 장치로 핸들링과 진원도 확보가 가능하여 배관용접작업의 효율을 향상시키는 한편, 공수를 줄인다.

도 1은 본 발명의 클램핑 장치의 예시
도 2는 본 발명의 클램핑 장치의 내부 예시
도 3은 본 발명의 클램핑 장치의 측면과 후면 예시
도 4는 본 발명과 피팅의 결합예시 1
도 5 본 발명과 피팅의 결합예시 2
도 6은 본 발명과 로봇팔의 결합 예시
도 7은 각종 피팅이 본 발명과 결합된 예시
도 8은 본 발명과 엘보우의 결합 예시
도 9는 본 발명과 티의 결합 예시
도 10은 본 발명과 플랜지부를 갖는 엘보우의 결합 예시
도 11은 본 발명과 결합되는 플랜지부를 갖는 티의 예시
도 12는 본 발명과 로봇암의 중심부가 일치하는 결합의 예시
도 13은 본 발명과 피팅의 동심확보 예시

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예(embodiments)에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 이러한 설명은 본 발명에 관한 예시 내지는 기능적 설명일 뿐이며, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위가 이러한 설명과 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이러한 해석에 의하여 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들에 미친다.

도 1은 본 발명의 클램핑 장치의 예시이며, 도 2와 도 3은 본 발명의 클램프의 내부와 측면과 후면을 보여준다. 턱(Jaw)의 형상은 엘보우(14), 티(13), 플랜지(17) 등을 포함하는 피팅류의 간섭이 없도록 설계된다(도 8 내지 도 11참조). 용접부의 진원도 확보가 가능한정도의 클램핑력을 가진 유압실린더(1)를 적용하고, 클램핑 시 피팅류와 이를 핸들링하는 로봇암(15)의 중심이 일치하도록 턱(Jaw)와 로봇암체결부(18)가 동심을 유지한다.

도 4와 도 5는 본 발명의 하나의 클램프를 두 종류의 피팅과 결합한 예시로서 파이프 취부 작업 시 하나의 클램핑장치로 이종의 Fitting 류를 클램핑 및 핸들링한다. 이러한 상하 분리형 Jaw 적용(7, 8)과 Fitting 끝단부 밀착형 구조에 의해 엘보우, 티, 플랜지 등 다양한 fitting 을 하나의 장치로 클램핑하고, 유압 실린더로 작동시켜 용접부의 진원도를 확보하게 된다.

도 6은 본 발명의 로봇팔과의 결합예시이며, 도 7은 각종 피팅이 결합된 본 발명의 클램프가 로봇암의 단부와 결합된 상태를 상세히 보여주는 예시이다. 도 7에서 보여지는 바와 같이 엘보우, 티, 플랜지를 겹쳐 놓았을 때, 용접되는 전방부는 서로 일치하고 후방부는 형상이 다르다. 전방부를 고정시킬 수 있는 Jaw 의 형상 및 크기(도 13 참조)를 도출하고, 도 8 내지 도 10에서 보여지는 치수를 감안하여 피팅의 후방부에 간섭되지 않는 턱(jaw)의 형상을 도출하면 도 1과 같은 형상이 된다. 본 발명의 예시는 “KS D 3578 상수도용 도복장 강관 이형관＂에서 Elbow(90°곡관), Tee(T자관), Flange(플랜지) 등이 호칭지름 250A의 경우에 서로 간섭되지 않는 조건으로 Jaw의 형상을 정의 하였다. Jaw의 클램핑부의 호지름은 해당 호칭지름(250A, Ø267.4)로 동일하게 제작되며, Tee와 Elbow의 경우 90°로 꺽이는 부분이 본 발명의 측면과 간섭이 되지 않도록 KS D 3578에 정의된 규격에 맞게 구성하였다.

다른 호칭치수의 경우 호환이 되지 않으므로 위와 같은 방법으로 ＇클램프턱(clamp-jaw)’을 제작하여야 한다. 이러한 예로서 도 11에서 보여 지는 'KS 규격표의 부도12'의 플랜지부 사이즈(d2)는 호칭규격 250A(D2 Ø267.4)' 보다 작다. 그러므로 '플랜지붙이 T자 관'의 플랜지부를 클램핑하기 위해서는 250x80의 경우 Jaw직경 Ø89.1을 사용하여야 하고, 250x100의 경우 Jaw직경 Ø114.3을 사용한다.

도 12는 본 발명의 클램프와 로봇암의 중심부가 일치되어 결합하는 예시이다. 본 발명의 유니버설 클램핑 장치(Universal Clamping Device)의 후방에 Jaw의 중심축와 동일 축상에 있는 구멍을 가공하고 이 구멍에 로봇암을 결합하면 피팅류의 중심과 로봇암의 중심이 일치된다. 이렇게 활용되는 본 발명의 작동순서는 다음과 같다. 유압실린더를 팽창시켜 상하 Jaw 를 벌려 엘보우가 장착되는 공간을 확보한 후, 로봇 암으로 클램프를 엘보우에 접근시키고, 유압실린더를 압축시켜 엘보우를 클램핑한다. 비전센서(16)로 연결되어야 하는 상대방 파이프의 중심을 측정하고 파이프와 엘보우의 중심을 조정하여 정렬 후 용접을 실시한다.

본 발명의 유니버설 클램핑 장치는, 동일한 호칭치수의 fitting류(Elbow, Tee, Flange 등)를 fitting 종류에 관계없이 하나의 공용 장치를 사용하여 클램핑하여 파이프에 취부시키는 작업을 가능하게 한다. 동일 규격의 피팅류의 경우 엘보우, 티, 플랜지의 외경치수는 서로 동일하나 제작 공차나 변형에 의해 진원도나 외경치수가 달라질 수 있지만, 피팅류 규격의 기준치수대로 제작된 본 발명의 Jaw 의 끝단부로 피팅류의 연결될 단부를 강력하게 클램핑하면 이러한 공차 또는 변형을 보정하면서 피팅류의 용접부 진원도가 확보된다.

도 13은 본 발명의 클램프가 동심을 확보하는 방법을 보여준다. 본 발명의 클램핑 장치가 모든 치수의 피팅을 클램핑할 수 있는 것은 아니므로 규격이 다른 피팅류를 핸들링하기 위해서는 다른 치수의 클램프 장치가 필요하다. Fitting의 치수가 클램핑 장치보다 작으면 2점 접촉(예시 200A, 직경216.3)을 하게 되고, 치수가 크면 4점 접촉(예시 300A, 직경318.6)을 하게 되어 동심을 맞추기 어렵기 때문이다. 본 발명의 예시로서 250A를 예시로 설명하였고(직경 267.4, 원의 70%이상 접촉), 또 다른 예시로서 다른 호칭치수의 경우에도 KS D 3578을 참고하여 각각의 치수에 맞추어 본 발명을 적용할 수 있다.

본 발명을 서술하기 위해 사용된 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

1: 실린더(예시: 유압)
2: 메인바디(Main Body)후판
3: 가위팔
4: 이동중심
5: 회전중심
6: 확장된 가위팔
7: 하부턱(jaw)
8: 상부턱(jaw)
9: 이동중심(실린더측)
10: 체결부구멍
11: 메인바디측판
12: 이동중심용슬롯
13: 티(Tee)
14: 엘보우(Elbow)
15: 로봇암
16: 비전센서
17: 플랜지부
18: 로봇암체결부

Claims (3)

1. 서로 교차하는 중심축을 갖는 일단과 타단을 갖는 배관 피팅;
   상기 배관피팅의 일단이 삽입되며, 마주보며 동일한 반경을 갖는 반원형지그쌍;
   상기 각각의 반원형지그와 연결되는 두 개의 팔;
   상기 두 개의 팔이 가위의 형태로 교차하는 회전중심;
   상기 회전중심을 지나 상기 반원형지그쌍의 반대편에 형성되는 각각의 지지부;
   상기 지지부에 회전가능하게 연결되는 이동중심을 갖는 실린더의 일단과 타단:
   상기 회전중심이 고정되며, 상기 이동중심이 결합되는 이동중심용슬롯이 설치되는 메인바디측판 한 쌍;
   상기 메인바디측판 한 쌍을 고정시키며, 상기 반원형지그쌍의 중심과 일치하는 중심을 갖는 체결부구멍을 갖는 메인바디후판;
   상기 체결부구멍에 체결되는 로봇암;을 포함하며,
   상기 체결부구멍의 중심과 이에 체결되는 상기 로봇암의 중심이 정렬되어, 상기 배관피팅의 일단을 클램핑함과 동시에 상기 로봇암의 중심과 배관피팅의 일단의 중심이 일치되며 고정되는 것을 특징으로 하는 유니버설 클램핑 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반원형지그쌍에 상기 배관피팅의 일단이 클램핑되고, 상기 배관피팅의 타단은 상기 반원형지그쌍의 중심과 상기 체결부의 중심과 상기 로봇암의 중심에 대하여 원주방향으로 위치되며, 상기 배관피팅의 일단과 상기 체결부 사이의 구간에서 모든 원주방향에 상기 배관피팅의 타단 이외의 구조물이 없는 것을 특징으로 하는 유니버설 클램핑 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 배관피팅의 일단이 상기 실린더에 의해 클램핑되면 상기 체결부구멍의 중심과 이에 체결되는 상기 로봇암의 중심이 정렬되고, 이와 동시에 상기 실린더의 압력에 의해 상기 배관피팅의 공차와 변형을 해소하며 상기 로봇암의 중심과 상기 배관피팅의 일단의 중심이 정렬되는 것을 특징으로 하는 유니버설 클램핑 장치.