KR20220146148A - 용접선 추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접사의 개입 없이 용접선을 따라 주행/용접하는 용접선 추적장치에 관한 것으로서, 특히 무레일 주행을 위한 1차 가이드롤이외에 토치 정렬을 위한 2차 가이드롤을 통해 굴곡진 용접선을 따라 용접토치의 위치를 보상하면서 주행함으로써 정밀한 용접이 가능하게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접선 추적장치는 용접선을 따라 이동하며 용접하는 용접토치와, 용접선을 따라 주행하는 주행부와, 주행부의 안쪽에 위치하며 장착된 용접토치가 굴곡진 용접선을 따라가도록 주행부의 폭방향으로 이동 가능한 트랙킹부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

용접선 추적장치{welding seam tracking apparatus}

본 발명은 용접용 대차(캐리지)가 레일 없이 용접선을 따라 주행, 용접할 수 있는 용접선 추적장치에 관한 것으로서, 특히 굴곡진 용접선에도 캐리지와 용접토치 위치가 독립적으로 변화되며 주행함으로써 용접사의 토치 위치 보정이 필요없는 정밀한 용접이 가능하게 구성한 것이다.

선체 블록의 용접부는 다양한 곡선과 직선의 반복 형상을 가지고 있다. 이때, 용접 캐리지를 적용하는 경우, 용접 대상물의 직진도가 떨어지면 용접선 이탈 현상이 빈번히 발생하여 용접 결함을 유발한다.

이러한 문제점을 해결하고자 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 용접선(1)을 따라 그 측부에 레일(11)을 설치하고, 용접 캐리지(10)가 레일(11)에 안착되어 레일(11)을 따라 주행하며 용접하도록 구성하고 있다.

이 경우 용접토치(20)는 용접선(1)을 따라 이동할 수 있도록 용접 캐리지(10)에서 용접선(1) 방향으로 돌출된 브래킷(13) 등에 장착된다.

이와 같이 용접선(1)을 따라 레일(11)을 장착할 경우, 작업자가 용접선(1)을 따라 레일(11)을 정밀 설치하여야 하는 어려움이 있다. 용접토치(20)는 용접선(1) 중심과 일치한 상태로 이동하는 것이 바람직하며 용접선(1) 중심에서 용접토치(20)의 변위 허용오차는 통상적으로 ±1mm이므로, 작업자는 용접선(1)을 따라 설치하는 레일(11)을 상기 오차 범위 즉 ±1mm 범위 내에서 정밀 설치하여야 하는 문제점이 있다.

설치된 레일을 따라 이동하는 레일형 용접선 추적장치 외에 용접선을 따라 주행하는 무레일형 용접선 추적장치도 개발되었다.

도 2에 도시된 바와 같이, 무레일 주행 가능한 용접선 추적장치는 장비의 제한적 크기 등에 따라 조향장치가 구비되지 않거나 조향이 필요할 경우 작업자가 직접 방향을 제어하는 경우가 일반적이다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이 조향장치가 구비되지 않은 무레일형 용접선 추적장치는 평행하게 위치하는 휠(30)에 의해 직진만 가능하며, 이 경우 굴곡진 용접선(1) 경우 용접 캐리지(10) 중앙에 장착된 용접토치(20)가 용접선(1)을 따라 이동하지 못하여 용접선(1)에서 벗어나는 문제점이 있다. 따라서 직선이 아닌 곡선 구조일 경우 곡선부위의 곡률반경에 따라 수시로 용접선 추적장치의 방향을 전환해 주어야 하는 문제점이 있다.

그리고 외부의 추가적인 조향이 없이 자체적으로 조향을 하는 기능을 구비한 무레일형 추적장치로서, 용접 캐리지의 선단부에 용접심의 홈(Groove)에 끼우는 가이드롤을 설치하여 굴곡진 용접심을 추적하도록 구성할 수 있다.

하지만 공개된 선행 기술들은 모두 레일없이 용접심을 따라서 주행을 하기 위한 가이드롤만 구성 되어 있기때문에 용접심과 1mm이내의 정밀한 토치 정렬이 필요한 용접기법의 경우에는 정밀도가 떨어져서 적합하지 않은 한계가 있다.

일본 특허공보 제3650434호(2005.05.18.) 대한민국 등록특허공보 제1263682호(2013.05.21.) 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0071044호(2020.06.18.)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 1차 가이드롤을 이용하여 용접선을 추적하며 주행함과 더불어, 토치와 연결된 2차 가이드롤을 두어 토치가 더욱 정밀하게 정렬/추적 되도록 구성하여 용접사의 부가적인 토치 위치 보정이 필요없는 용접선 추적장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한 전자식 센서를 추가적으로 채용하여 변칙적인 용접 홈 형상 및 피 용접물의 변형 에 따른 추적 실패를 대비할 수 있는 구성을 가지고 있으며, 다양한 용접 작업 환경에 따라 기계적 방식(1,2차 가이드롤)과 디지털 방식(전자식 센서)을 혼용하여 용접을 수행할 수 있도록 구성되어 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접선 추적장치는 용접선을 따라 이동하는 주행부와, 주행부 안쪽에 위치하며 용접토치가 장착된 추적부가 용접선을 각각 독립적으로 추적하여 따라가도록 구성 되어있는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주행부에는 용접선에 위치하여 용접선을 따라 회전하며 이동하는 제1가이드롤이 장착되고, 트랙킹부에는 용접선에 위치하여 용접선을 따라 회전하며 이동하는 제2가이드롤이 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주행부의 안쪽에는 복수의 가이드 봉이 트랙킹부를 관통해 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 트랙킹부는 주행부의 가이드봉을 따라 용접선 수직방향(폭방향)으로 이동 가능하도록 되어 있으며, 양쪽에 위치한 스프링구조를 통해 가이드롤에 의한 외력이 없는 상태에서는 트랙킹부는 항상 주행부의 중앙에 위치하게 되어있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 트랙킹부 내에는 용접선을 감지하는 레이저센서가 추가로 장착되며, 트랙킹부내에서 신호를 받아 토치를 폭방향으로 정밀 이동시켜 가이드롤로 추적하지 못하는 변칙적인 변화에도 용접토치가 용접선의 중앙에 정확히 위치하도록 조정하는 위치보정부가 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주행부에는 토글클램프형 높낮이조절부가 장착되고, 용접작업을 하지 않는 이동시 토치의 파손을 방지하기 위해 상단부로 올려놓는 기능을 포함한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 용접토치는 2개를 채용할 수 있도록 구성되어있으며, 경우에 따라서는 하나의 토치를 적용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 주행부에는 권취된 용접와이어를 용접토치로 공급하는 피더가 장착된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접선 추적장치는 주행을 담당하는 1차가이드롤과 토치의 용접심 정밀 추적 정렬을 위한 2차가이드롤, 변칙적인 용접홈 형상에 대응하기 위한 디지털 센서및 위치보정부를 복합적으로 둠으로써 매우 정밀한 용접을 사람의 개입없이 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 따른 용접선 추적장치는 주행부는 1차가이드롤에 의해 용접선을 따라 이동하며, 주행부의 내부에 용접토치와 연결된 트랙킹부가 2차 가이드롤에 의해 수직방향으로 이동하며 용접선을 독립적으로 트랙킹함으로써, 굴곡진 용접선을 정밀 용접 가능하다. 따라서 작업자가 종래와 같이 별도의 레일을 설치하거나 용접장치의 방향을 전환하거나, 토치의 정렬을 위한 추가적인 개입을 하는 문제점을 해결할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 레일형 용접 추적장치를 나타낸 개념도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 조향장치를 구비하지 않은 무레일형 용접 추적장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 용접선 추적장치를 나타낸 사시도이고,
도 4는 도 3에 도시된 주행부를 나타낸 사시도이며,
도 5는 도 3에 도시된 주행부를 나타낸 저면 사시도이고,
도 6은 도 3에 도시된 용접선 추적장치의 용접선 추적관계를 설명하는 개념도이다.

아래에서는 본 발명에 따른 용접선 추적장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 3은 본 발명에 따른 용접선 추적장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 주행부를 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시된 주행부를 나타낸 저면 사시도이고, 도 6은 도 3에 도시된 용접선 추적장치의 용접선 추적관계를 설명하는 개념도이다.

도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 용접선 추적장치(100)는 용접선(1)을 따라 주행하는 주행부(110)와, 주행부(110)의 안쪽에 위치하며 주행부(110)의 폭방향 용접선(1)의 수직방향으로 이동 가능하며 용접토치(150)가 장착된 트랙킹부(120)와, 주행부(110)에 장착되며 용접선(1)에 위치하는 제1가이드롤(111)과, 트랙킹부(120)에 장착되며 용접선(1)에 위치하는 제2가이드롤(121)과, 용접선(1)을 감지하는 레이저센서(140)와, 레이저센서(140)에서 입력된 신호에 따라 용접토치(150)를 이동시켜 용접선(1)에 위치하도록 조정하는 위치보정부(130)를 포함한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 용접선 추적장치에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 주행부(110)는 안쪽 공간이 형성된 외측 프레임(113)과, 외측 프레임(113)의 길이방향 양측에 장착된 휠(115)과, 휠(115)을 구동하는 주행모터(116) 및, 외측 프레임(113)의 폭 중간에 위치하며 주행부(110)가 주행함에 따라 용접선(1)을 따라 이동하며 회전하는 제1가이드롤(111)을 포함한다.

여기에서 제1가이드롤(111)은 주행부(110)의 주행방향에 있어 외측 프레임(113)의 선단 폭 중간에 장착되는 것이 바람직하다.

한편, 주행부(110)의 외측 프레임(113)의 상부에는 피더(feeder)(114)가 장착되며, 피더(114)는 권취된 용접와이어를 용접토치(150)로 공급한다.

그리고 외측 프레임(113)의 안쪽 공간에는 트랙킹부(120)가 위치하며, 트랙킹부(120)는 외측 프레임(113)의 안쪽에서 외측 프레임(113)의 폭 방향으로 이동 가능하게 장착된다.

이를 위해 외측 프레임(113)의 안쪽 공간에는 2개의 가이드 봉(117)이 선단측과 후단측에 고정되며, 가이드 봉(117)은 트랙킹부(120)를 관통하고 가이드 봉(117)의 양단에는 각각 압축 코일스프링(도 6의 118)이 위치하여 트랙킹부(120)를 균일한 탄성력으로 가압한다. 가이드 봉(117)의 양단에 장착된 코일스프링(118)이 트랙킹부(120)의 양측에서 가압함으로써, 트랙킹부(120)는 가이드 봉(117)의 중앙에 위치하도록 지지되며, 어느 한 쪽 방향으로 코일스프링(118)의 탄성력보다 큰 힘이 작용할 경우 힘의 작용 방향인 좌측 또는 우측으로 크랙킹부(120)가 이동한다. 그 후 힘이 해제되면, 가이드 봉(117)의 중간 지점으로 복귀한다.

여기에서 작용하는 힘은 제2가이드롤(121)이 굴곡진 용접선(1)을 따라 이동함에 있어 용접선(1)이 굴곡진 폭만큼 제2가이드롤(121)이 이동하면서 발생하는 힘이며, 제2가이드롤(121)의 이동에 따라 트랙킹부(120) 또한 좌측 또는 우측으로 이동하게 된다.

또한 트랙킹부(120)를 관통한 가이드 봉(117)의 양단에는 높낮이조절부(119)가 장착되며 높낮이조절부(119)는 외측 프레임(113)에 장착된다.

용접을 수행하지 않고 이동할 경우, 높낮이조절부(119)를 신장시켜 트랙킹부(120)의 용접토치(150) 및 레이저센서(140)가 지면(모재의 표면)과 간섭되지 않도록 위치를 높이며, 용접을 수행할 경우에는 높낮이조절부(119)를 수축시켜 트랙킹부(120)의 용접토치(150) 및 레이저센서(140)가 용접선(1)에 위치하도록 트랙킹부(120)의 높낮이를 조절한다.

따라서 트랙킹부(120)는 주행부(110)가 주행함에 따라 함께 이동하면서, 가이드 봉(117)을 따라 외측 프레임(113)의 안쪽에서 폭 방향으로 이동 가능하고 또한 높낮이조절부(119)를 통해 높낮이 조절이 가능하다.

트랙킹부(120)는 외측 프레임(113)의 안쪽 공간에 위치하는 내측 프레임(123)과, 내측 프레임(123)의 폭 중간에 위치하며 주행부(110)가 주행함에 따라 용접선(1)을 따라 이동하며 회전하는 제2가이드롤(121)와, 내측 프레임(123)의 중앙에 장착된 용접토치(150)와, 용접선(1)의 위치를 감지하는 레이저센서(140)와, 내측 프레임(123)에 장착되어 용접토치(150)를 폭 방향으로 이동시키는 위치보정부(130)인 위치조정모터(131)를 포함한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 용접선 추적장치를 이용하여 용접선(1)을 트랙킹하는 관계에 대해 설명한다.

주행부(110)의 제1가이드롤(111)과 트랙킹부(120)의 제2가이드롤(121)이 용접선(1)에 위치하도록 용접선(1)의 상부에 용접선 추적장치(100)를 위치한다.

그리고 용접을 수행하면서 주행부(110)를 주행시킨다. 주행모터(116)를 구동시키면 휠(115)이 회전하면서 용접선 추적장치(100)는 모재의 표면 위에서 용접선(1)을 따라 직진하게 된다.

이때 제1가이드롤(111)과 제2가이드롤(121)은 용접선(1)에 끼워진 상태 즉 용접선(1)에 수용된 상태로 용접선(1)을 따라 회전하며 이동하게 된다. 제1가이드롤(111)과 제2가이드롤(121)이 용접선(1)을 따라 이동함에 따라 용접선 추적장치(100) 또한 용접선(1)을 따라 이동하게 된다.

이와 같이 용접선 추적장치(100)가 전진하면서 용접선(1)을 따라 용접함에 있어서, 용접선(1)이 직선일 경우 제1가이드롤(111)과 제2가이드롤(121)은 직선으로 정렬된 상태로 회전하며 용접선(1)을 따라 이동한다.

하지만 용접선(1)이 굴곡진 부위를 통과할 경우 용접선(1)의 굴곡된 형태를 따라 제1가이드롤(111)과 제2가이드롤(121) 또한 정렬이 틀어지면서 주행부(110)는 계속 주행하게 된다.

제1가이드롤(111)은 외측 프레임(113)의 선단 폭 중심에 위치하기 때문에, 용접선(1)은 외측 프레임(113)의 선단 중심에 위치하지만, 트랙킹부(120)는 가이드 봉(117)을 따라 좌우방향으로 이동 가능함에 따라 제1가이드롤(111)을 기준으로 용접선(1)의 굴곡진 형태를 따라 앞서 설명한 바와 같이 좌측 또는 우측 어느 한 쪽 방향으로 이동하게 된다.

제2가이드롤(121)이 용접선(1)의 굴곡진 부위를 통과하면서 정렬 상태가 흐트러져 위치함에 따라 제2가이드롤(121)과 정렬된 용접토치(150)는 용접선(1) 상에 위치하며 용접선(1)을 따라 용접이 이루어진다.

이와 같이 제1가이드롤(111)이 용접선(1)을 따라 이동함에 따라 주행부(110) 또한 용접선(1)을 따라 이동하며, 제2가이드롤(121)이 용접선(1)을 따라 이동함에 따라 트랙킹부(120) 또한 용접선(1)을 따라 이동하며 용접토치(150)가 용접선(1)을 따라 이동 가능하게 한다.

한편 트랙킹부(120)에 장착된 레이저센서(140)는 용접선(1)을 감지하며 용접선(1)의 용접홈이 일시적으로 불규칙 형상을 띄거나 오물등에 의해 제2가이드롤(121)이 잘못 추적할 경우 위치조정모터(131)를 작동하여 토치(150)의 위치를 일치시킨다.

여기에서 제1가이드롤(111)과 제2가이드롤(121)은 기계적 방식으로 용접토치(150)와 용접선(1)을 정렬시키는 반면에, 레이저센서(140)는 용접선(1)을 감지하고 위치조정모터(131)를 구동시켜 용접토치(150)와 용접선(1)을 정렬시키는 디지털 방식을 구현한다.

이와 같이 제1가이드롤(111)과 제2가이드롤(121)이 용접선(1)을 트랙킹하며 용접토치(150)와 용접선(1)을 정렬시키는 기계적 방식과 레이저센서(140)로 감지하여 용접토치(150)와 용접선(1)을 정렬시키는 디지털 방식을 효과적으로 이용하여 용접토치(150)가 용접선(1)을 따라 이동하며 양호한 용접이 이루어지게 한다.

용접이 모두 완료된 상태에서는 높낮이조절부(119)의 레버(119L)를 누르면, 외측 프레임(113)에 수직으로 세워진 가이드 봉(119G)을 따라 높낮이조절부(119)가 상향으로 이동하게 되고, 높낮이조절부(119)에 장착된 가이드 봉(119G) 또한 상향으로 이동하게 되면 트랙킹부(120)에 장착된 용접토치(150) 및 레이저센서(140)가 모재의 표면에서 이격되어 올라간다. 이 상태로 주행부(110)의 주행모터(116)를 구동시켜 용접선 추적장치(100)를 다른 장소로 이동한다.

1 : 용접선
100 : 용접선 추적장치
111 : 제1가이드롤
113 : 외측 프레임
114 : 피더
115 : 휠
116 : 주행모터
117 : 가이드 봉
118 : 코일스프링
119 : 높낮이조절부
119L : 레버
119G : 가이드
120 : 트랙킹부
121 : 제2가이드롤
123 : 내측 프레임
130 : 위치보정부
131 : 위치조정모터
140 : 레이저센서
150 : 용접토치

Claims (7)

1. 용접선을 따라 주행하는 주행부와,
   주행부의 안쪽에 위치하고 굴곡진 용접선을 따라가도록 주행부의 폭방향으로 이동 가능한 용접토치가 장착된 트랙킹부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   주행부에는 용접선에 위치하여 용접선을 따라 회전하며 이동하는 제1가이드롤이 장착되고,
   트랙킹부에는 용접선에 위치하여 용접선을 따라 회전하며 이동하는 제2가이드롤이 장착된 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   트랙킹부에는 용접선을 감지하는 레이저센서가 추가로 장착되며, 용접토치를 폭방향으로 이동시켜 용접선에 위치하도록 조정하는 위치보정부가 장착된 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   주행부의 안쪽에는 복수의 가이드 봉이 트랙킹부를 관통해 장착되는 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   주행부에는 높낮이조절부가 장착되고, 높낮이조절부에는 가이드 봉이 고정되며, 높낮이조절부의 상하방향을 신축에 따라 가이드 봉이 관통한 트랙킹부가 상하방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   위치보정부는 가이드 봉에 장착된 위치조정모터로서, 위치조정모터는 트랙킹부에 장착되고, 위치조정모터의 작동에 의해 용접토치가 폭방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   주행부에는 권취된 용접와이어를 용접토치로 공급하는 피더가 장착된 것을 특징으로 하는 용접선 추적장치.

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