KR200445027Y1 - 다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치 - Google Patents

Abstract

LNGC 화물창 격벽 내 수직 상/하부 경사면에 대한 위빙 용접 장치로 기존의 수직 위버 캐리지를 사용할 경우 경사면의 형상에 의하여 용접 비드의 흘러 내림, 언더컷과 같은 용접 불량이 발생하여 자동 용접 장비 사용이 불가능하였지만 본 발명에서는 대차의 가동 프레임에 설치되는 상하/좌우 이동 플레이트와; 상기 이동 플레이트의 중단부에 수직 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 롤(roll) 방향 기구부와; 상기 롤 방향 기구부의 단부에 회동핀 구조로 피치(pitch) 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 피치 방향 기구부와; 상기 피치 방향 기구부의 단부에 요(yaw) 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 요 방향 기구부와; 상기 요 방향 기구부의 단부에 위빙 회전부와 상기 위빙 기구에 설치되는 토치 결합 어댑터와; 상기 토치 결합 어댑터에 결합 설치되는 용접 토치를 포함하여 구성되고, 기존 용접 패턴에 “N”자 형태의 위빙 패턴을 추가하여 용접함으로써, 기존 문제를 해결하였다.

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Description

다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치{Welding instrument to weld vertical slop with multi rotation and position arm}

본 고안은 수직 상/하부 경사면에 대한 위빙 용접 장치에 관한 것으로서, 위빙 회전부를 다양한 각도와 위치로 움직일 수 있는 부가 기구를 장착하여 사람의 손목과 가장 유사한 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 방향 회전과 각 방향에 대한 슬라이딩 기구를 구성하여 경사 용접선에 대하여 수평 위빙면 생성이 가능한 다기능 암과 N 위빙 패턴을 추가하여 경사부 자동 용접을 구현한 수직 경사면 위빙 용접 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업현장에는 다양한 종류의 산업용 로봇이 사용되고 있으며, 이중에는 철판 등의 각종 재료를 용접하는 용접용 로봇이 사용되고, 로봇을 사용한 용접에서는 용접 대상 모재를 운반하여 지그에 고정시키고, 대상 모재에 용접이 실시될 용접 라인상의 용접 시작점과 용접 종료점을 입력하면 제어부는 그 저장된 소정의 프로그램이 기초하여 용접을 한다.

이러한 모재를 용접하는 데에는 아크 용접 등의 방법이 주로 사용되고, 상기 아크 용접은 용접 토치에 와이어를 공급하면서 용접 토치와 용접 모재 사이에 강한 전류를 형성하여 와이어 및 모재를 순간적으로 녹이며 용착시키는 용접 방법이다.

상기 아크 용접을 행할 때에는 모재의 종류나 용접하고자 하는 용접 부위의 상호 접촉 현상에 따라 소정의 용접 조건을 미리 설정하여 입력시키는데, 이러한 용접 조건들에는 용접 전류, 용접 전압, 용접 토치와 모재 간의 이격 거리, 와이어의 공급 속도 및 용접 토치에 의한 위빙 모션(weaving motion)의 속도, 위빙폭 등이 포함된다.

여기서, 위빙 모션(weaving motion)이란 용접 작업을 할 때 한 번의 경로 이동으로 용입량을 많게 하기 위하여 직선으로 이동하는 것이 아니라 용접 진행 방향에 대하여 좌우로 왔다 갔다 하는 진자 운동을 하는 것을 뜻한다.

그런데, 종래의 위빙 용접 장치는, 위빙 회전부가 주행 방향에 대하여 수직하게 상하로 움직이는 회전기구로 구성된 수직 위버 캐리지를 사용한다. 수직 위버 캐리지를 사용하여 공간상에 경사져 있는 용접선을 따라 용접을 수행하는 경우 중력 방향에 대하여 45°로 위빙면이 구성된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 위빙 용접 장치를 이용한 경사면 위빙 용접 패턴 설명도이다.

용접 작업을 진행할 때 상부 용접부재(1)와 하부 용접부재(2)가 만나는 곳을 용접 방향에 따라 직선으로 캐리지가 이동하면서 용접을 하게 되는데, 이때 캐리지의 용접봉을 용접 방향과 수직한 방향으로 위빙 하며 용접하면 용접 비드의 퍼짐과 용접물의 용입이 잘 진행된다.

종래의 위빙 용접장치를 이용하여 경사면에 대해 용접하는 경우 도 1b와 같이 영문 알파벳 "W"자 형태로 위빙 패턴이 나타나며 용접하게 된다. 상기 방법으로 용접작업이 진행된 종래의 용접 위빙면(5)은 용접방향(4)를 중심으로 용접 방향(4) 양측에 대각선으로 형성되는 위빙모션각도(3)은 캐리지 주행속도에 의해 결정된다.

따라서, 종래의 위빙 용접장치를 이용한 수직 경사면 용접 작업을 하면 중력 방향에 대하여 45°로 위빙면이 구성되면서 상부에 위치한 위빙 근처에서는 도 1c에 도시된 바와 같이, 용접물(5a)이 용접 부재에 용착되지 못하여 아래쪽으로 흘러 내리게 되고, 하부에 위치한 위빙 근처에는 위에서 흘러내린 용접물(5a)이 불룩하게 쌓이게 되고, 이에 따른 용접 비드의 처짐이나 부재 침식 등으로 인해 오버랩과 언더컷이 발생하여 최적의 용접 조건을 찾기가 어려워 자동 용접이 불가능하다.

LNGC 화물창 격벽 내 수직 상/하부 경사면에 대한 위빙 용접 장치로 기존의 수직 위버 캐리지를 사용할 경우 경사면의 형상에 의해 용접 비드의 흘러내림, 언더컷, 오버랩과 같은 용접 불량이 발생하여 자동 용접 장비 사용이 불가능하였지만 본 고안은 수직 상/하부 경사면에 대응하는 다기능 암을 사용하여 자유로운 각도와 위치 이동이 가능하며, "N" 위빙 패턴을 추가하여 작업 대상물 상황에 따라 선택적으로 용접함으로써 경사부 자동 용접이 가능하도록 한 수직 경사면 용접 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 본 고안의 목적을 달성하기 위한 다기능암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치는, 대차에 다기능 암을 장착하여 수직 경사면의 위빙 용접을 하도록 이루어진 위빙 용접 장치에 있어서,

상기 대차의 가동 프레임에 설치되는 상하/좌우 이동 플레이트와; 상기 이동 플레이트의 중단부에 수직 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 롤(roll) 방향 기구부와; 상기 롤 방향 기구부의 단부에 회동핀 구조로 피치(pitch) 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 피치 방향 기구부와; 상기 피치 방향 기구부의 단부에 요(yaw) 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능하도록 설치되는 요 방향 기구부와; 상기 요 방향 기구부의 단부에 위빙 회전부와 상기 위빙 기구에 설치되는 토치 결합 어댑터와; 상기 토치 결합 어댑터에 결합 설치되는 용접 토치를 포함하여 구성되고, 기존 용접 패턴에 “N”자 형태의 위빙 패턴을 추가하여 용접하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서 본 고안에 의하면, LNGC 화물창 격벽 내 수직 상/하부 경사면에 대한 위빙 용접 장치로 기존의 수직 위버 캐리지를 사용할 경우 경사면의 형상에 의하여 용접 비드의 흘러내림, 언더컷, 오버랩과 같은 용접 불량이 발생하여 자동 용접 장비 사용이 불가능하였지만 본 고안에서는 수직 상/하부 경사면에 대응하는 다기능 암과 N위빙 패턴을 고안하여 기존 문제를 해결하였다.

본 고안은 롤-피치-요(roll-pitch-yaw) 방향으로 회전과 슬라이딩이 가능한 다기능 암을 구성하여 인간의 손목 관절 운동을 모사할 수 있어 기존 2차원 평면을 기준으로 한 위빙 모션을 3차원 평면으로 확장할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안은 N 위빙 패턴 구현을 통해 경사부와 개선 수직면 위빙을 하면서 용착량을 조절하여 기존 W 위빙 패턴과 비교하여 좀더 유려한 용접 결과를 구현할 수 있다.

본 고안에 의한 N 위빙 패턴이 구현된 3차원 회전 기구를 이동형 포지셔닝 기구에 장착하여 용접을 수행하면 기존 자동 용접 장비에서 구현하지 못한 용접 자세 구현을 통해 자동 용접 확대 적용이 가능해 진다. 이를 통해 용접 생산성과 품질을 향상시킬 수 있고, 작업자의 편의성 증대를 통해 근골격계 질환 발생을 방지하는데 그 이점이 있다.

이하, 본 고안에 의한 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 의한 다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치의 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 대차(10)에 위빙기구(20)을 장착하여 수직 경사면의 위빙 용접을 하도록 이루어진 위빙 용접 장치에 있어서,

상기 대차(10)의 전후 이동 슬라이드(11), 상하 이동 슬라이드(12)와; 상기 상하 이동 슬라이드(12)의 고정 플레이트(21)에 수직 방향으로 회전하고, 회전 방향에 대하여 수직 방향으로 슬라이딩 가능하도록 설치되는 롤(roll) 방향 기구부(22)와; 상기 롤 방향 기구부(22)의 단부에 회동핀 구조로 수직 방향으로 회전하고, 회전 방향에 대하여 수직 방향으로 슬라이딩 가능하도록 설치되는 피치(pitch) 방향 기구부(23)와; 상기 피치 방향 기구부(23)의 단부에 요(yaw) 방향 회전이 가능하도록 설치되는 요 방향 회전부(24)와; 요 방향 회전부(24)의 단부에 설치되는 위빙 모터(25)와; 위빙 모터(25)의 회전축에 설치되는 토치 결합 어댑터(26)와; 상기 토치 결합 어댑터(26)에 결합 설치되는 용접 토치(27)를 포함하여 구성된다.

기존에는 롤 방향 회전만 가능하도록 위빙 기구가 결합 구성되고, “W” 패턴으로만 위빙 용접을 하도록 구성된다.

이에 반해 본원 고안은 대차(10)의 전후 이동 슬라이드(11)는 전진/후진이 가능하고, 상하 이동 슬라이드(12)는 상승/하강이 가능한 구성으로서, 상하 이동 슬라이드(12)에 고정 플레이트(21)가 고정 설치 된다. 상기 고정 플레이트(21)에는 수직 방향으로 회전이 가능하고, 회전 방향에 수직으로 슬라이딩 가능하도록 설치되는 롤 방향 기구부(22)가 설치된다. 그리고 상기 롤 방향 기구부(22)에 피치 방향 기구부(23)가 결합되고, 그 피치 방향 기구부(23)에 요 방향 회전이 가능한 회전부(24)가 설치되어 구성된다.

따라서, 본 고안은 롤 방향, 피치 방향 및 요 방향 회전과 위치 변경이 가능한 다기능 암으로 구성되는 것이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 고안에 의한 다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치의 경사면 적용 예시도 이다. 이에 도시된 바와 같이, 도 3a와 같이, 좌상부 수직 경사면 용접 적용이 가능하고, 도 3b와 같이 우상부 수직 경사면 용접 적용이 가능하며, 도 3c와 같이 좌하부 수직 경사면 용접 적용이 가능하고, 도 3d와 같이, 우하부 수직 경사면 용접 적용이 가능해진다. 수직 방향에 대해 4가지 종류의 경사면에 대해 모두 적용이 가능하고, 각각 용접 토치(27)가 수직 경사면에 직접 접촉이 가능하도록 다기능 암이 관절 기능을 수행한다.

본 고안은 롤-피치-요 방향으로 회전이 가능하므로 인간의 손목 관절 운동을 모사할 수 있게 되어 위빙 모션을 3차원 평면으로 확장 시킬 수가 있게 된다.

따라서, 본 고안에 의한 다기능 암을 이용한 용접 장치와 추가된 “N”자 패턴을 이용하는 경우 도 4에 도시된 바와 같이 중력 방향에 대하여 수직한 용접 평면 상에 “N”와 같은 형태의 위빙 용접을 경사면을 따라 주행하면서 수행하게 된다.

경사부(6)에서 수직부(7)로의 이동은 캐리지 주행 정지, 토치 수평 이동으로 이동하며, 수직부(7)에서 경사부(6)로의 이동은 캐리지 주행, 토치 수평 이동으로 위빙 시킨다. 따라서, “N” 패턴으로 위빙을 시키면서 용접하게 된다.

결국, N 위빙 패턴이 구현된 3차원 회전/슬라이딩 기구를 이동형 포지셔닝 기구에 장착하여 용접을 수행하면 기존 자동 용접 장비에서 구현하지 못한 용접 자세 구현을 통해 자동 용접 확대 적용이 가능해 진다.

도 1a 내지 도 1c는 종래 위빙 용접 장치를 이용한 경사면 위빙 용접 패턴 설명도.

도 2는 본 고안에 의한 다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치의 구성도

도 3a 내지 도 3d는 본 고안에 의한 다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치의 경사면 적용 예시도

도 4는 본 고안에 의한 위빙 용접 장치를 이용한 경사면 N 패턴 위빙 용접 설명도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

6 : 경사부 7 : 수직부

8 : N 위빙 패턴 10 : 대차

11 : 전후 이동 슬라이드 12: 상하 이동 슬라이드

20 : 위빙 기구 21 : 고정 플레이트

22 : 롤 방향 기구부 23 : 피치 방향 기구부

24 : 요 방향 회전부 25 : 위빙 모터

26 : 토치 결합 어댑터 27 : 용접 토치

Claims (1)

1. 대차(10)에 설치되는 전후 이동슬라이드(11)와, 상기 전후 이동 슬라이드(11)에 설치되는 상하 슬라이드(12)가 설치되고, 상기 상하 슬라이드(12)에 위빙 기구(20)를 장착하여 수직 경사면의 위빙 용접을 하도록 이루어진 위빙 용접 장치에 있어서,

   상기 대차(10)의 상하 이동 슬라이드(12)에 설치되는 고정 플레이트(21)와; 상기 고정 플레이트(21)의 단부에 수직 방향으로 회전하고, 회전 방향에 수직하게 슬라이딩 가능하도록 설치되는 롤(roll) 방향 기구부(22)와; 상기 롤 방향 기구부(22)의 단부에 회동핀 구조로 수직 방향으로 회전하고, 회전 방향에 수직하게 슬라이딩 가능하도록 설치되는 피치(pitch) 방향 기구부(23)와; 상기 피치 방향 기구부(23)의 단부에 요(yaw) 방향 회전이 가능하게 설치되는 요(yaw) 방향 회전부(24)와; 상기 요 방향 회전부(24)에 설치되는 위빙 모터(25)와; 상기 위빙 모터(25)의 위빙축에 결합 설치되는 토치 결합 어댑터(26)와; 상기 토치 결합 어댑터(26)에 결합 설치되는 용접 토치(27)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 암을 이용한 수직 경사면 위빙 용접 장치.

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