KR101050815B1 - 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은, 지능형 다관절 로봇암 구조를 가진 자동용접로봇을 이용하여 강관의 외면 및 내면을 자동 용접할 수 있도록 구성하여, 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 아울러 협소한 시공 공간에서도 보다 용이하게 용접 작업을 수행할 수 있고, 강관의 배열 경사도에 따라 장비의 각도를 적절하게 설정하여 강관 둘레에 장착할 수 있도록 구성하여, 수평 관로 설치 구간은 물론 경사 관로 설치 구간에서도 보다 용이하게 관로 연결 시공 작업을 수행할 수 있는 효과를 제공한다.

다관절 로봇, 경사도, 파지, 정형, 이음, 용접, 인양

Description

지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법{Pipe line connecting method in construction site using intelligent robot}

본 발명은 대형 강관들을 직렬로 배열한 상태에서 정형하고 강관 연결부를 용접하는 강관 현장시공 연결방법에 관한 것이다.

본 출원인은 600mm 이상의 대형 강관 시공시에 배관 및 용접을 자동으로 시행하여 시공성, 경제성, 안전성을 높일 수 있도록 '강관의 시공방법'을 개발하여 특허출원 한 바 있고, 대한민국 특허청으로부터 위의 기술에 대하여 등록번호 10-0440555호로 특허받은 바 있다.

이후, 본 출원인은, 강관 정형기로부터 외면 용접기를 분리하여 구성함과 아울러, 정형기와 외면 용접기를 별도로 이용하여 강관 시공을 진행함으로써 작업 준비 시간은 물론 시공 시간, 정리 시간을 크게 단축하고, 독립적인 기구도 별도 시공을 진행할 수 있도록 하여 시공의 전문성을 확보하고, 보다 우수한 시공성을 달성할 수 있는 '강관 시공 방법'을 개발하여 특허출원 한 바 있고, 대한민국 특허청으로부터 등록번호 10-0847547호로 특허받은 바 있다.

이와 같은 본 출원인의 특허 발명들은, 대형 강관 시공시에 배관 설치 작업 및 용접 연결 작업 등을 자동으로 시행하여 시공성, 경제성, 안전성 등을 크게 향상시키는 효과가 있었으나, 경사진 관로 시공구간에서는 상당한 하중을 가진 장비를 경사지게 위치시킨 상태에서 강관에 장착하는 작업이 쉽지 않아 작업성이 떨어지고 안전사고 발생 위험이 존재하는 등 경사 구간에서도 안정적으로 시공할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

또한, 위 특허 발명들은 용접 장치들이 X,Y,Z의 3축 직선 운동 방식과 θ축 회전 운동 방식을 결합한 로봇 구조를 이용하여 용접할 수 있도록 구성되므로, 강관 용접이 원주 방향으로 용접해야 하는 특수성을 감안할 때 보다 정밀하고 우수한 관로 용접 작업을 실현하는데 한계가 발생되었고, 용접 장치들의 부피가 전체적으로 크기 때문에 실제 시공 구간에서 용접 장치의 회전 반경을 줄이는데 한계가 발생되어, 협소한 공간에서도 강관 용접 작업을 보다 원활하게 수행할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지능형 다관절 자동용접로봇을 이용하여 강관의 외면 및 내면을 자동 용접할 수 있도록 함으로써, 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 아울러 협소한 시공 공간에서도 용이하게 용접 작업이 가능하도록 하여, 용접 품질 및 용접 작업성 향상에 기여할 수 있는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 강관의 배열 경사도에 따라 장비의 각도를 적절하게 설정하여 투입할 수 있도록 함으로써 수평 관로 설치 구간은 물론 경사 관로 설치 구간에서도 보다 용이하게 관로 연결 시공 작업을 수행할 수 있도록 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 제1강관에 정형이음장치를 장착한 후에 제2강관을 투입하여 정형이음장치에 연결한 후에 양쪽 강관을 정형하고 연결할 수 있도록 함으로써 강관 현장시공 연결방법을 다양화하여, 강관 시공 조건에 변화된 상태에서도 보다 용이하게 강관 연결 시공 작업이 수행될 수 있도록 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은, 강관을 시공 현장에서 시공할 강관들을 서로 연결할 수 있도록 일렬로 정렬하는 정렬단계와; 상기 정렬단계에서 정렬된 강관의 경사도에 따라 강관을 파지할 정형이음장치의 파지 각도를 조절하는 각도조절단계와; 상기 각도조절단계를 통해 설정된 파지 각도로 정형이음장치를 이송하여 상기 정렬단계에서 정렬된 양쪽 강관의 끝단부에 정형이음장치를 장착하여 양쪽 강관의 끝단부를 파지하는 파지단계와; 상기 파지단계가 완료되면 상기 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 양쪽 강관이 서로 맞추어질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와; 상기 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와; 상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와; 상기 정형이음장치 분리단계 후에, 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 용접단계와; 상기 외면용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 7관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은, 강관을 시공 현장에서 시공할 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와; 강관 정형이음장치를 이송하여 제1강관 배치단계에서 배치된 강관에, 정형이음장치의 한 쪽 원형 몸체를 장착하여 파지하는 제1파지단계와; 제1파지단계 후에, 상기 제1강관에 연결할 제2강관을 제1강관에 일렬로 정렬되게 투입하는 제2강관 투입단계와; 상기 제2강관 투입단계에서 투입된 제2강관에 상기 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 장착하여 파지하는 제2파지단계와; 상기 제2파지단계가 완료되면 상기 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 양쪽 강관이 서로 맞추어질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와; 상기 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와; 상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와; 상기 정형이음장치 분리단계 후에, 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 용접단계와; 상기 외면용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 7관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 용접단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기에서, 각도조절단계에서, 상기 정형이음장치의 파지 각도 조절은, 인양 장비에 연결된 연결 부재와, 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절하여, 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지 각도를 조절하는 것이 바람직하다.

상기의 외면 용접단계에서, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관의 외면을 용접할 때, 강관 연결부의 최저점으로부터 좌우 상측 방향으로 180° 구간 을 차례로 이동하면서 강관 외면 연결부를 용접하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 외면 용접단계에서 사용되는 강관 외면 자동용접장치는, 강관의 둘레에 장착되는 파지 장치와, 이 파지 장치에 구비된 주행 레일, 이 주행 레일을 따라 이동하면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시하는 다관절 자동용접로봇으로 이루어지고, 강관 연결부를 좌우 양측 180° 구간으로 나누어 용접할 때, 상기 주행 레일에 두 개의 다관절 자동용접로봇을 장착하여 좌우 양측 180° 구간을 각각 용접하는 것도 가능하다.

상기의 내면 용접단계에서, 상기 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관의 내면을 용접할 때, 강관 연결부의 최저점으로부터 좌우 상측 방향으로 180° 구간을 차례로 이동하면서 강과 내면 연결부를 용접하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.

본 발명에 따른 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명은, 지능형 다관절 로봇암 구조를 가진 자동용접로봇을 이용하여 강관의 외면 및 내면을 자동 용접할 수 있도록 구성되기 때문에 강관 연결부의 용접 정밀도를 향상시킴과 아울러 협소한 시공 공간에서도 보다 용이하게 용접 작업을 수행할 수 있게 되어, 강관 연결 부분의 신뢰성 및 용접 작업성 향상에 기여할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 강관의 배열 경사도에 따라 장비의 각도를 적절하게 설정하여 강관 둘레에 장착할 수 있도록 구성되므로, 수평(평지) 관로 설치 구간은 물론 경사 관로 설치 구간에서도 보다 용이하게 관로 연결 시공 작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 제1강관에 정형이음장치를 장착한 후에, 제2강관을 투입하여 정형이음장치에 연결하고, 이 후 양쪽 강관을 정형한 다음 연결할 수 있도록 구성되므로, 강관 현장시공 연결방법을 다양화할 수 있고, 이에 따라 일부 강관 교체 또는 일부 강관 후 투입 등의 강관 시공 조건이 변화된 상태에서도 강관 연결 시공 작업을 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 강관 현장시공 연결방법은, 크게 경사 관로 시공이 용이한 강관 정형이음장치(도 1 내지 도 3b), 6관절 로봇암 작동 구조로 강관의 외면에 원주 용 접 작업을 구현하는 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치(도 4 내지 도 8h), 7관절 로봇암 작동 구조로 강관의 내면에 원주 용접 작업을 구현하는 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(도 9 내지 도 16b)를 이용하여 시공한다.

이러한 본 발명에 따른 강관 현장시공 연결방법에 이용되는 장치에 첨부된 도면을 참조하여 먼저 설명하고, 이들 장치를 이용한 강관 현장시공 연결방법(도 17 내지 도 27)에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 강관 정형이음장치(100)에 대하여 설명한다.

도 1 내지 3b는 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치가 도시된 도면들로서, 도 1은 측면 구성도이고, 도 2는 경사 시공 구간에서의 장착 상태도, 도 3a 및 도 3b는 정면 구성도이다.

본 발명에 따른 정형이음장치(100)는 두 개의 원형 몸체(111, 112)가 도 1에서와 같이 나란히 배치되어 구성된다. 각 원형 몸체(111, 112)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 반원형 구조의 상부 몸체(113)와, 이 상부 몸체(113)의 양쪽에 결합되어 개폐 및 잠금이 이루어지는 쿼터형 몸체(114, 115)가 상호 조립되어 구성된다.

즉, 상기 상부 몸체(113)는 원형 구조에서 1/2의 크기로 분할되고, 쿼터형 몸체(114, 115)는 1/4의 크기로 분할되어, 상호 조립됨으로써 강관(P)의 둘레를 파 지할 수 있도록 원형 구조를 이루게 된다.

또한 본 실시예의 도면에서와 같이 쿼터형 몸체(114, 115)를 다시 분할하여 정형이음장치(100)의 상부 센터로부터 3단 파지 구조로 구성하는 것도 가능하다.

이때에는 각 쿼터형 몸체(114, 115)가 상부 몸체(113)에 연결된 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)와, 이 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)에서 연결된 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)로 이루어진다. 물론, 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)와 제2쿼터형 몸체(114b, 115b) 사이에는 힌지축(152) 및 개폐 실린더(151)로 이루어진 제2개폐 장치(150)가 설치된다.

이러한 제1 및 제2쿼터형 몸체(114a, 115a)(114b, 115b)는 각각 전체 원형 구조에서 1/8크기로 형성되는 것이 바람직하고, 양쪽 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 상호 결합부분에 아래에서 설명할 잠금 장치(155)가 설치된다.

상기 원형 몸체(111, 112)의 상부에는 연결 장치(120)가 구비되는데, 이 연결 장치(120)는 두 원형 몸체(111, 112)의 간격 변화에 신축적으로 대응할 수 있도록 슬라이딩 방식으로 구성됨과 아울러, 정형이음장치(100)의 경사도 조절이 가능하도록 구성된다.

즉, 상기 연결 장치(120)는 양쪽 원형 몸체에서 수직으로 연결된 지지대(121)와, 한쪽 원형 몸체(112) 쪽의 지지대(121)에 수평 방향으로 고정된 고정 플레이트(123)와, 다른 쪽 원형 몸체(111) 쪽에 연결되고 상기 고정 플레이트(123)와 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩 플레이트(124)와, 상기 고정 플레이트(123)의 상부에 설치되어 크레인 등 인양 장비가 연결되는 연결 플레이트(125)로 이루어진다. 이때 고정 플레이트(123), 슬라이딩 플레이트(124), 연결 플레이트(125)가 상호 조립되는데 있어서 실시 조건에 따라서는 보강 플레이트 또는 구조물 등이 더 추가로 설치되어 구성될 수 있다.

따라서, 양쪽 원형 몸체(111, 112)의 간격 조절시에는 고정 플레이트(123)에 대하여 슬라이딩 플레이트(124)가 강관의 배열 방향으로 직선 이동함으로써 양쪽 원형 몸체(111, 112)를 서로 연결한 상태에서 간격 조절이 가능하게 구성되는 것이다.

특히, 연결 플레이트(125)는 크레인 등의 인양 장비를 이용하여 정형이음장치(100)를 이송할 때 인양 장치의 연결 부재(128)가 연결되는 부분으로서, 정형이음장치(100)의 무게 중심 부분을 기준으로 다수의 연결홀(126)들이 수평 방향으로 일렬로 배열된 구조로 이루어진다.

이는 경사진 구간의 관로 시공시에 강관이 경사지게 배치된 상태에서 정형이음장치(100)를 강관의 경사 배치 각도에 맞게 인양 및 이송하여 강관의 둘레에 경사진 상태에서 장착할 수 있도록 하기 위해서이다.

본 발명의 실시예에서는, 대략 'ㄱ'자형 구조를 가진 연결 플레이트(125)를 예시하였으나, 정형이음장치(100)의 전체 무게 중심으로 변경하여 정형이음장치의 경사도(기울기)를 조절할 수 있는 구조이면 연결 플레이트(125)의 형상 및 구조를 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

도면에 예시된 연결 플레이트(125)는 상기 고정 플레이트(123)에 볼트 체결 방법 등으로 고정하는 고정부(125a), 'ㄱ'자형 구조로 형성되어 상기 고정부(125a) 에 수직 방향으로 설치되는 연결부(125b)로 이루어진다. 이때 연결부(125b)에는 크레인 등 인양 장비에 연결된 로프 등의 연결 부재를 연결할 수 있도록 다수의 연결홀(126)이 일정 간격마다 일렬로 배치되어 형성된다. 하지만 반드시 홀 구조에 한정되는 것은 아니고, 인양 장비로부터 연결된 부재가 장착될 수 있는 구조이면, 다수의 돌출 고리 등을 이용한 구조도 가능하다.

또한, 상기 연결 플레이트(125)의 방향을 반대 방향으로 배치(도 1에서 점선 부분)하여 구성하는 것도 가능한데, 이때에는 연결 플레이트(125)를 고정 플레이트(123)에 고정하는 볼트를 풀어서 연결 플레이트(125)를 반대 방향으로 배치한 후에 다시 볼트를 체결하는 방식으로 구성할 수 있다.

다음, 상기 각 원형 몸체(111, 112)에는 강관의 진원을 조정하고, 강관의 둘레에 본 발명의 장치를 안정적으로 고정하기 위한 복수의 메인 정형 장치(130)가 구성된다.

메인 정형 장치(130)는 도 3a를 참고하면, 각 원형 몸체(111, 112)에 복수개가 일정 간격마다 설치되는데, 유압에 의해 작동하는 정형 실린더(131) 및 이 실린더의 끝단부에 패드(132)가 부착되어 강관의 외면에 밀착되게 구성된다. 한편, 상기 정형 실린더(131)의 측면에는 유압을 단속하는 솔레노이드 밸브(133)가 구성된다.

이와 함께 수동 방식으로 정형하는 수동 정형 장치(135)들이 설치될 수 있는데, 상기 메인 정형 장치(130)는 솔레노이드 밸브(133)를 작동하여 중앙 제어 방식으로 강관을 정형하도록 구성되고, 수동 정형 장치(135)는 작업자가 직접 강관의 정형 상태를 파악한 후에 강관을 수동으로 정형할 수 있도록 구성된다.

이러한 수동 정형 장치(135)는 도면에서와 같이 메인 정형 장치(130)들 사이에 구비될 수 있으며, 그 구성은 정형 실린더(136), 이 실린더의 로드에 연결되는 패드(137), 그리고 실린더로 제공되는 유압을 단속하는 수동 밸브(138)로 구성될 수 있다.

또한 수동 정형 장치(135)는 상기와 같이 유압을 이용하지 않고, 볼 스크류 방식으로 패드에 압력을 가하여 강관을 미세 정형하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한 수동 정형 장치(135)는 상부 몸체(113)에만 구성하고, 쿼터형 몸체(114, 115)에는 지지 플레이트를 배치하여 구성하는 것도 가능하다. 또 쿼터형 몸체에 설치된 메인 정형 장치(130)를 생략하고, 지지 플레이트만 설치하는 구조로 구성하는 것도 가능하다. 이러한 지지 플레이트의 구성은 본 출원인의 특허 0739106호에 공지되어 있으므로, 구체적인 도면 예시 및 설명은 생략한다.

이와 같이 메인 정형 장치(130)와 수동 정형 장치(135)를 함께 이용할 경우에, 1차적으로 메인 정형 장치(130)를 이용하여 강관을 정형하고, 2차적으로 강관의 정형 상태를 파악한 후에 수동 정형 장치(135)에 제공되는 유압량을 작업자가 직접 조절하면서 강관을 미세하게 정형할 수 있다. 따라서 양쪽 강관을 결합하기 전에 메인 정형 장치(130)와 수동 정형 장치(135)를 함께 이용하여 양쪽 강관의 정형 상태를 보다 정밀하게 정형한 후에 결합시킬 수 있게 되므로, 강관 연결 작업을 보다 편리하게 진행할 수 있게 된다.

다음, 상기 양쪽 원형 몸체(111, 112) 사이에는 견인 장치(140)가 구비되는 데, 이 견인 장치(140)는 견인 실린더(141)를 작동하여 정형이 이루어진 한쪽 강관(P)에 마주하는 강관을 삽입하거나 맞댈 수 있도록 구성된다. 그리고 견인 실린더(141)의 인근에는 양쪽 원형 몸체(111, 112)를 서로 연결하는 견인 가이드봉(142)이 구비되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 상부 몸체(113), 제1쿼터형 몸체(114a, 115a), 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 각 연결부분 사이에는 강관(P)의 둘레에 결합시킬 때, 제1 및 제2쿼터형 몸체(114a, 115a)(114b, 115b)를 도 3b에서와 같이 벌린 상태에서 도 3a에서와 같이 다시 모아지도록 하기 위한 개폐 실린더(146)(151)가 포함된 제1 및 제2개폐 장치(145)(150)가 구비된다. 물론 상부 몸체(113)와 제1쿼터형 몸체(114a, 115a), 제1쿼터형 몸체(114a, 115a)와 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 연결부분에는 각각 힌지축(147)(152)들이 연결된다.

다음, 상기 제2쿼터형 몸체(114b, 115b)의 상호 마주하는 끝단부에는 강관에 둘레에 결합될 때, 벌어지는 것을 방지할 수 있도록 잠금 장치(155)가 구성된다. 여기서 잠금 장치(155)는, 본 출원인의 특허 발명들에 다양하게 공지되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 정형이음장치(100)는 두 개의 원형 몸체(111, 112)로 구성되므로, 양쪽 원형 몸체(111)(112)에 상기한 메인 정형 장치(130), 수동 정형 장치(135), 개폐 장치(145)(150), 잠금 장치(155) 등이 각각 구성된다.

본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치(이하 줄여서 '강관 외면 자동용접장치'라고도 함)에 대하여 설명한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치가 도시된 도면들로서, 도 4는 수평 인양 및 장착 상태의 측면도, 도 5는 경사 인양 및 장착 상태의 측면도, 도 6은 정면도이다.

도 7은 강관 외면 자동용접장치의 부대 장비를 도시한 도면이고, 도 8a 내지 도 8h는 강관 외면 용접 방법이 도시된 도면들이다.

본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치(200)는, 강관(P)의 둘레에 장착될 수 있도록 폐쇄시 원형 구조를 갖는 파지 장치(210)와, 이 파지 장치(210)의 한쪽 측면에 구비된 주행 레일(240)과, 이 주행 레일(240)을 따라 이동하면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시하는 다관절 자동용접로봇(250)으로 이루어진다.

이러한 강관 외면 자동용접장치(200)의 주요 구성 부분은 상세히 설명한다.

먼저, 파지 장치(210)에 대하여 설명한다.

파지 장치(210)는 측면에서 보았을 때, 도 4에서와 같이 전체적으로 양측 링형 플레이트(212) 사이에 잠금 장치(230), 고정 장치(233) 등 여러 기구 장치들이 설치되는 구성으로 이루어진다. 여러 기구 장치들에 대해서는 다음에 자세히 설명한다.

상기 파지 장치(210)는 도 6에서와 같이 크게 반원형 구조를 가진 상부 몸 체(216)와, 상기 상부 몸체(216)의 양단부에 회전 가능하게 각각 연결되고 양 끝단부가 서로 잠가질 수 있게 구성되는 쿼터형 몸체(216, 217)로 이루어진다.

즉, 상기 상부 몸체(216)는 원형 구조에서 1/2의 크기로 분할되고, 쿼터형 몸체(216, 217)는 1/4의 크기로 분할되어, 상호 조립됨으로써 강관의 둘레를 파지할 수 있도록 전체적으로 원형 구조를 이루게 된다.

상부 몸체(216)의 상측에는 도 4를 참조하면, 크레인 등의 인양 장비를 이용하여 강관 외면 자동용접장치(200)를 인양하거나 이동시킬 수 있도록 연결 장치(220)가 구비된다.

이 연결 장치(220)는 상기한 정형이음장치(100)의 연결 장치(120)와 유사하게, 경사구간 시공시에 강관 외면 자동용접장치(200)를 경사지게 위치시킨 상태에서 강관의 둘레에 장착할 수 있도록 구성되는데, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 파지 장치(210)의 상부에 구비되는 고정 플레이트(221)와, 이 고정 플레이트(221)의 상부에 수직 방향으로 세워지고 강관의 길이 방향으로 연장되어 전체적으로 'ㄱ'자형 구조로 배치되는 연결 플레이트(223)로 구성된다.

특히 연결 플레이트(223)에는 다수의 연결홀(224)들이 일렬로 배열되게 형성되어 인양 장비와의 연결 부분을 적절하게 선택함으로써 강관 외면 자동용접장치(200)의 인양 및 강관 장착시에 강관의 경사도에 따라 경사 이송 상태를 조절할 수 있게 된다.

본 실시예를 참조하기 위한 도면에서는 연결홀(224)의 구성을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 인양 장비와 연결될 수 있는 구조이면 돌출 고리 등 다른 구조 로 변경하여 실시하는 것도 가능하다.

도 4 및 도 5에서, 참조 번호 225는 인양 장비로부터 연결된 인양 로프 등 연결 부재를 나타낸다.

연결 장치(220)는 필요에 따라 도면에 예시된 방향과 반대 방향(도 4의 은선 방향)으로 회전시켜 조립할 수 있도록 구성될 수도 있다. 이는 고정 플레이트(221) 또는 연결 플레이트(223)에서 이에 연결된 파지 장치(210)의 구조물과의 사이에 체결된 볼트를 풀어서 연결 장치(220)를 반대 방향으로 회전시킨 후에 다시 볼트를 체결하는 방식으로 구성할 수 있다. 따라서 경사 방향(좌측 또는 우측)에 따라 연결 장치(220)의 조립 방향을 변경함으로써 보다 용이하게 본 발명의 강관 외면 자동용접장치(200)를 경사지게 위치시킨 상태에서 강관에 장착하거나 분리하는 작업이 가능해지게 된다.

연결 장치(220)의 좌우 위치 변경은, 볼트 조립 구조에 한정되지 않고, 상부 몸체(215)로부터 연결 장치를 회전시킨 후에 다시 고정하는 방식으로 구성하는 것도 가능하다.

상기 상부 몸체(216)와 쿼터형 몸체(216, 217)의 연결부분 사이에는 파지 장치(210)를 강관(P)의 둘레에 결합시킬 때, 쿼터형 몸체(216, 217)를 벌린 상태에서 다시 모아지도록 하기 위한 개폐 장치(226)가 구비된다.

상기 개폐 장치(226)는 유압 실린더(227)로 구성되며, 상기 상부 몸체(216)와 양쪽 쿼터형 몸체(216, 217) 사이에 연결되게 구비된다. 물론 상기 상부 몸체(216)와 쿼터형 몸체(216, 217)의 연결부에는 쿼터형 몸체(216, 217)가 개폐 장 치(226)에 의해 회전할 수 있도록 힌지(228)가 각각 구비된다.

상기 양쪽 쿼터형 몸체(216, 217)의 상호 마주하는 끝단부에는 강관에 둘레에 결합될 때, 벌어지는 것을 방지할 수 있도록 잠금 장치(230)가 구비된다. 양쪽 쿼터형 몸체(216, 217)의 결합부가 상호 결합된 상태에서 잠금 장치(230)를 구성하는 록킹 핀(231)이 록킹 실린더(232)의 작동으로 양측 쿼터형 몸체(216, 217)의 결합부에 함께 결합함으로써 잠금 작동이 실현될 수 있도록 구성된다.

상기 파지 장치(210)에서 양쪽 링형 플레이트(212) 사이에는 강관(P)의 둘레에 강관 외면 자동용접장치(200)를 안정적으로 장착하기 위한 복수의 고정 장치(233)들이 구성된다.

고정 장치(233)는 상기 파지 장치(210)에서 복수개가 일정 간격마다 설치되는 것이 바람직한 바, 도면에서는 8개가 설치된 구조를 예시하고 있다. 이러한 고정 장치(233)는 유압에 의해 작동하는 고정 실린더(234)가 구비되며, 실린더(234)의 끝단부에 밀착 패드(235)가 부착되어 강관의 외면에 밀착될 수 있게 구성된다.

다음, 파지 장치(210)의 측면에 구비된 주행 레일(240)에 대하여 설명한다.

주행 레일(240)은 파지 장치(210)의 측면에서 원통상으로 돌출되는 레일 플레이트(241)와, 이 레일 플레이트(241)의 둘레에 설치되는 레일부(243)로 이루어진다.

여기서 상기 레일 플레이트(241) 및 레일부(243)는 상기 파지 장치(210)에서 상부 몸체(216), 쿼터형 몸체(216, 217)와 동일하게 나누어져 구성되며, 상기 레일 부(243)는 상기 다관절 자동용접로봇(250)의 원활한 이동을 위해 기어 구조를 갖는 판형 부재로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 주행 레일(240)은 실시 조건에 따라 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

다음, 상기 주행 레일(240)을 따라 이동하면서 강관 외면에 자동 용접을 실현하는 다관절 자동용접로봇(250)에 대하여 설명한다.

다관절 자동용접로봇(250)은 연속된 6관절 로봇암을 이용하여 자유롭게 구동하면서 강관 외면에 용접이 가능하도록 구성된 것으로서, 크게 주행 바디(251), 구동부(253), 다관절 로봇(255), 용접 토치(260)로 이루어진다.

주행 바디(251)는 다관절 로봇(255)을 지지한 상태에서 레일부(243)에 결합되어 레일부(243)를 따라 원주 방향으로 주행이 가능하도록 이루어진다. 이러한 주행 바디(251)에는 주행 레일(240)을 따라 이동 가능하면서 주행 레일(240)에서 이탈되지 않도록 하는 가이드 결합부가 구성될 수 있다. 또한 가이드 결합부 대신에 자성체를 이용하여 주행 바디(251)가 주행 레일(240) 측에 밀착된 상태에서 주행이 가능하도록 구성하는 방식도 가능하다.

구동부(253)는 주행 바디(251)에 구비되어 주행 바디(251)가 레일부(243)를 따라 이동할 수 있도록 구동 모터와, 이 레일부(243)에 결합되어 구동 모터에 의해 회전하는 주행 기어로 이루어질 수 있다. 주행 기어는 도면에 구체적으로 예시하지는 않았지만 레일부(243)에 형성된 기어치에 치합되어 회전함으로써 다관절 자동용 접로봇(250)을 주행 레일(240)을 따라 이동시킬 수 있도록 구성된다.

이와 같은 주행 바디(251)와 구동부(253)는 본 출원인이 개발하여 특허받은 특허 0778275호(강관 외면 용접 로봇의 자동주행장치), 또는 특허 0829993호(강관 자동용접기의 주행장치) 등에 개시된 주행 장치들 중 어느 하나를 적용하여 구성할 수 있다. 이때 상기한 주행 레일(240)의 구성도 상기 특허 발명의 구성과 동일하게 적용됨은 물론이다. 따라서 구체적인 주행 바디(251), 구동부(253), 주행 레일(240) 등의 구조 설명은 생략한다.

다관절 로봇(255)은, 다관절 구조로 연결된 로봇암을 이용하여 용접 토치(260)를 강관 외면 둘레에 원주 방향으로 자유롭게 이동시키면서 강관 외면 연결부의 용접이 가능하도록 구성된다. 이러한 다관절 로봇(255)은 매니퓰레이터(Manipulator) 방식으로 이루어지는데, 본 실시예의 도면에서는 로봇 베이스(257)에 연결된 6관절 로봇암 구조를 예시한다. 로봇 베이스(257) 및 각각의 로봇암(A1~A6)들 사이에는 각 로봇암의 회전 방향으로의 자유도 구현을 위한 축(X1~X6)들이 설치되어, 총 6자유도(6축) 구현이 가능한 다관절 로봇(255) 구조를 예시하고 있다.

이러한 6관절 로봇 구조는 하나의 바람직한 예시에 불과하며, 반드시 이에 한정되지 않고 6관절 이하 또는 이상의 로봇 암 구조로 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

다관절 로봇(255)은 주행 바디(251)에 수직으로 세워진 베이스 플레이트(256)와, 이 베이스 플레이트(256)의 전면에 지지된 로봇 베이스(257)와, 이 로 봇 베이스(257)의 전방에 제1축(X1)으로 대략 수평 방향으로 연결된 제1암(A1)과, 제1암(A1)의 측면에서 제2축(X2)으로 연결된 제2암(A2)과, 제2암(A2)의 끝단부에 측면 방향으로 제3축(X3)으로 연결된 제3암(A3)과, 제3암(A3)에 제4축(X4)으로 회전 가능하게 연결된 제4암(A4)과, 제4암(A4)의 끝단에서 제5축(X5)으로 연결된 제5암(A5)과, 제5암(A5)의 끝단부에 제6축(X6)으로 회전 가능하게 연결된 제6암(A6)으로 구성된다.

여기서, 각각의 축(A1~A6)에는 모터가 설치되어 각각의 암(A1~A6)이 회전 작동될 수 있도록 구성되며, 상기 제6암(A6)의 끝단에는 용접 토치(260)가 장착될 수 있도록 토치 클램프(262)가 구비된다.

토치 클램프(262)는 다관절 로봇(255)에서 탈장착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하고, 송급 와이어, 용접 가스, 냉각 유체, 용접 전원 등이 연결될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 다관절 자동용접로봇(250)은 상기 주행 바디(251)에 지지된 상태에서 용접 제어부 즉, 후술할 로봇제어 콘트롤박스(273)에 입력된 제어 프로그램(JOB)에 의해 제어되면서 강관의 외면 연결부를 자동 용할 수 있도록 구성되는 것이다.

다관절 자동용접로봇(250)의 구체적인 용접 제어 방법에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

다음, 상기에 설명한 바와 같은 강관 외면 자동용접장치(200)와는 별도로, 장비를 지원하기 위한 각종 부대 장비(270)가 추가로 구비된다.

본 발명에 따른 강관 외면 자동용접장치(200)의 부대 장비는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 다관절 자동용접로봇(250)의 제어 작동을 구현하는 로봇제어 콘트롤박스(273)와, 용접 토치(260) 및 용접 토치 주변에 설치된 송급 와이어, 용접 가스, 냉각 유체, 용접 전원 등을 제어하는 용접제어 콘트롤러(274)와, 용접 토치(260)에 냉각수를 제공하는 냉각유닛(275)과, 파지 장치(210)에 구비된 유압 작동 요소에 압유를 제공하는 유압장치(276)와, 다관절 자동용접로봇(250) 등에 제공되는 전원 및 각종 제어 요소의 구동을 위한 제어하는 메인파워 구동유닛(272) 등이 구비된다.

이러한 로봇제어 콘트롤박스(273), 용접제어 콘트롤러(274), 냉각유닛(275), 유압장치(276), 메인파워 구동유닛(272) 등은 별도의 부대 장비 탑재 기구에 탑재되어 함께 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 로봇제어 콘트롤박스(273), 용접제어 콘트롤러(274), 메인파워 구동유닛(272) 등 본 발명의 장치를 제어하는 모든 구성 요소를 무선 시스템으로 제어할 수 있도록 무선 리모콘이 구비되는 것이 바람직하다. 물론, 무선 시스템에 한정되지 않고 유선 리모콘 방식으로 구현하는 것도 가능하다. 이하 무선 리모콘 또는 유선 리모콘을 조작 단말기(279)로 통합하여 설명한다.

이제, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치(200)를 이용한 자동용접방법에 대하여 설명한다.

먼저, 강관 외면 자동용접장치(200)를 이송하여, 상기한 정형이음장치(100)를 이용하여 상호 연결된 강관(P) 둘레에 장착한다.

이때, 관로가 수평으로 연결된 구간에서는, 도 4에서와 같이 크레인 등의 인양 장비의 연결 부재(225)가 강관 외면 자동용접장치(200)가 대략 수직으로 위치되도록 연결하고, 관로가 경사지게 연결된 구간에서는, 도 5에서와 같이 인양 장비의 연결 부재(225)가 강관 외면 자동용접장치(200)의 센터에서 벗어난 위치에 연결되도록 함으로써 본 발명의 강관 외면 자동용접장치(200)가 기울어진 상태 즉, 경사진 상태로 인양 및 이송되어 경사지게 배열된 강관 둘레에 장착될 수 있도록 한다.

다음, 상기와 같은 방법으로 강관 외면 자동용접장치(200)를 한 쪽 강관의 둘레에 장착되면, 유압장치(276)로부터 유압 관로를 연결한 상태에서 잠금 장치(230)를 이용하여 파지 장치(210)를 강관 둘레면에 고정하고, 또 고정 장치(233)의 고정 실린더(234)를 작동하여 강관 외면 자동용접장치(200)를 강관의 외면에 완전히 고정시킨다.

다음, 상기와 같이 하여, 파지 장치(210)가 한 쪽 강관 둘레에 완전히 고정되어 장비의 세팅이 완료되면, 전원 케이블, 용접 관련 선로 등을 다관절 자동용접로봇(250) 측에 연결하고, 메인파워 구동유닛(272)에 전원을 연결한다.

다음, 다관절 자동용접로봇(250) 등을 제어하는 조작 단말기(279)의 파워 스위치를 조작하여 메인파워 구동유닛(272)에 전원을 투입한다.

다음, 로봇제어 콘트롤박스(273), 용접제어 콘트롤러(274) 등에도 전원을 투입하고, 강관 용접 조건에 따라 원하는 용접 작업 프로그램(JOB)을 선택한다. 즉, 도 8a, 도 8b, 도 8c에 순서대로 도시된 바와 같이, 조작 단말기(279)의 조작버튼 또는 터치화면에서 서보 온(Servo on) 버튼을 누르면 서보 전원이 유효해지고, 서보 전원이 인가되면 서보 온 레디(Servo on ready)가 점등한다. 이후 단말기의 버튼 또는 터치화면에서 강관의 관경 및 두께, 용접 횟수 등 용접할 강관의 용접 작업 조건에 따라 이미 등록(프로그래밍)되어 있는 프로그램(JOB) 중 하나를 선택한다.

도 8d는 선택된 프로그램(JOB), 예를 들면 2600mm - 오른쪽 - 1pass 용접에서 전류(A),전압(V), 위빙 조건 등이 디스플레이 된 상태를 보여준다.

다음, 다관절 자동용접로봇(250)을 구동하여 용접 토치(260)를 용접 작업을 실시할 강관 외면의 용접 포인트에 티칭 작업을 실시하여 용접 위치를 정확하게 입력한다. 이는 선택된 프로그램(JOB)에 이미 입력되어 있는 강관의 진원도와 실제 강관 연결부 외면 진원도가 반드시 일치한다고 볼 수 없기 때문에 용접 기준점을 적절하게 설정(등록)하기 위해 용접 포인트 티칭을 실시한다. 이때 티칭 지점은 도 8e에 도시된 바와 같이 강관 용접부의 상, 하, 좌, 우 포인트를 티칭하는 것이 바람직하다.

포인트 티칭 방법은 용접 토치(260)를 강관의 외면에 근접시킨 상태에서 아크를 발생시키면, 용접 토치(260)에 함께 구비된 아크 센서에 의해 아크 발생 상태를 측정하고, 이때 다관절 자동용접로봇(250)의 위치 인식을 통해 용접 포인트를 인식하는 방법을 이용할 수 있다.

다음, 상기와 같이 하여 다수의 용접 포인트에 티칭 작업이 완료되면, 프리 마스터(Pre master)를 실행시켜, 티칭 위치를 용접 기준점으로 인식시킨다.

도 8f에서는 프리 마스터 실행으로 상,하,좌,우의 4포인트(UP, DOWN, LEFT, RIGHT)를 기준점으로 인식한 상태를 보여준다.

다음, 조작 단말기(279)에서 플레이 버튼을 누르면 다관절 자동용접로봇(250) 및 용접 토치(260) 등이 로봇제어 콘트롤박스, 용접제어 콘트롤러 등의 제어 작동에 의해 좌우 180° 구간을 차례로 이동하면서 자동으로 강관 외면 연결부에 용접을 실시한다.

이때 용접 방향은, 도 8g에 도시된 바와 같이 강관의 최저점인 하 위치(DOWN POSITION)를 중심으로 좌우 방향 상측으로 각각 180°구간을 순서대로 용접한다. 도 8g에서는 2600A*19T 규격의 강관 용접 상태를 보여주는 것으로서, 좌 1pass, 우 1pass, 좌 2pass, 우 2pass, 좌 3pass, 우 3pass 순으로 전체적으로 3 Pass 용접시 용접 순서 및 방향을 예시한 도면이다.

도면에서 용접 방향은 상진 용접 방법을 중심으로 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 하진 용접 방법으로 실시하는 것도 가능하다. 하진 용접시에는 강관의 최상부를 중심으로 좌우 방향 양측으로 각각 180°구간을 순서대로 용접한다.

여기서 용접 품질을 높이기 위해 도 8g에 예시된 바와 같은 상진 용접시에는 FCAW(Flux Cored Arc Welding) 용접 방법을 이용하여 것이 바람직하고, 보다 신속한 용접을 위하여 하진 용접시에는 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 용접 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 다관절 자동용접로봇을 이용하게 되므로, 하진 용접시에도 종래에 사용한 용접 방법보다 우수한 용접 품질을 확보할 수 있게 된 다.

다음, 상기와 같은 과정으로 자동 용접을 실시한 후에, 용접 작동이 완료되면, 용접 프로그램에 의해 자동으로 용접 작동이 정지된다.

이후, 상기와 같은 과정을 통해 하나의 강관 연결부의 용접 작업이 완료되면, 다음 강관 연결부의 용접 위치로 차체를 이동시킨 후, 위치를 고정시키고, 도 8h에서와 같이 티칭 작업 없이 바로 조작 단말기(279)에서 오토 마스터(AUTO MASTER)를 실행시키면 상기 프리 마스터 실행으로 인식한 4포인트에 근거하여 전 용접 포인트와의 위치를 계산하여 자동으로 용접 포인트를 계산하여 도 8g에 도시된 바와 같은 순서로 자동 용접을 실시한다.

여기서 티칭 작업을 생략하는 이유는 위에서 실시한 티칭 작업으로 실제 강관의 용접 기준점을 설정하였으므로, 동일 규격의 연속된 강관 내에서는 티칭 작업을 생략하고, 초기 티칭 작업하여 인식한 용접 포인트에 근거하여 용접을 실시하는 것이다. 물론, 추가 티칭 작업을 실시한 후에 용접 기준점을 재확인 또는 재설정하고 상기한 바와 같은 순서로 용접 작업을 진행하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(이하 줄여서 '강관 내면 자동용접장치'라고도 함)에 대하여 설명한다.

도 9 내지 도 14는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치가 도시된 도면들로서, 도 9는 측면도, 도 10은 평면도, 도 11은 차체 구성의 평면도, 도 12는 정면도, 도 13은 부대 장비 쪽 정면도, 도 14는 부대 장비 쪽 배면도이다.

그리고 도 15는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 전체 구성도이다.

본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)는, 강관의 내부를 이동할 수 있도록 이루어진 차체(310)와, 이 차체(310)의 앞쪽에 구비되어 강관의 내면을 용접하는 다관절 자동용접로봇(370) 및 용접 토치(380)와, 차체(310)의 뒤쪽 상부에 탑재되어 강관 내면 자동용접장치(300)를 지원하는 각종 부대 장비(390) 등으로 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)의 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 차체(310)에 대하여 설명한다.

차체(310)는, 도 11을 참조하면, 전후 방향으로 길게 연결된 프레임(311)과, 프레임(311)의 앞쪽에서 프레임(311)에 대하여 회전 가능하게 연결되는 전방 차륜 지지대(315)와, 프레임(311)의 뒤쪽에서 프레임(311)에 대하여 회전 가능하게 연결되는 후방 차륜 지지대(320)와, 전방 및 후방 차륜 지지대(315)(320)의 양쪽에 각각 구비되는 양측 바퀴(317)(330)와, 후방 차륜 지지대(320)의 양측 바퀴(330)를 회전 구동시키는 구동기구(340), 차체(310)의 위치 고정을 위한 파지 장치(360) 등으로 구성된다.

전방 차륜 지지대(315)는 후방 차륜 지지대(320)와 달리 하나의 지지대로 구성될 수 있으며, 이 지지대의 양쪽에 바퀴가 하나씩 설치되는 구성으로 이루어진 다. 특히 전방 차륜 지지대(315)는 프레임(311)에 대하여 조향 작동이 가능하도록 구성되어 있는바, 전방 차륜 지지대(315)의 일측과 뒤쪽 차체(310) 사이에는 조향 작동기구(316)가 설치된다.

조향 작동기구(316)는, 뒤쪽 차체(310)에 지지된 상태에서 길이 변화를 통해 전방 차륜 지지대(315)를 회전시킬 수 있도록 구성된 것으로서, 모터에 의해 회전력을 직선 운동력으로 변환하는 볼 스크류 방식을 이용하거나, 유압 실린더 방식 등을 이용하여 구성할 수 있다.

후방 차륜 지지대(320)는 그 양쪽에 각각 한 쌍씩의 바퀴(330)가 설치되어 하나의 차륜 지지대(320)를 중심으로 양쪽에 두 쌍의 바퀴가 설치되게 구성할 수 있다. 이때, 차륜 지지대(320)는 상기 프레임(311)에 회전 가능하게 연결되는 메인 지지대(321)와, 이 메인 지지대(321)의 양쪽에 메인 지지대(321)와 직교하는 방향으로 각각 설치되어 상기 양쪽 두 쌍의 바퀴(330)가 지지되는 차륜 브래킷(323)과, 메인 지지대(321)의 앞쪽과 뒤쪽에서 메인 지지대(321)와 나란한 방향으로 위치되어 양측 바퀴(330)를 연결되는 차륜 연결축(325)으로 구성될 수 있다.

메인 지지대(321)는, 대략 사각 통체형 구조로 이루어질 수 있다.

차륜 브래킷(323)은, 전후 방향으로 길게 형성되어 수직 방향으로 세워진 플레이트 구조로 형성되며, 상기 메인 지지대(321)에 용접, 또는 체결 수단 등에 의해 고정된 상태에서 양측 바퀴(330), 차륜 연결축(325), 구동기구(340) 등을 지지할 수 있도록 구성된다.

차륜 연결축(325)은, 메인 지지대(321)를 중심으로 앞쪽과 뒤쪽에 나란히 배 치되는데, 앞쪽과 뒤쪽의 차륜 연결축(325)은 메인 지지대의 중앙의 아래쪽을 통과하는 센터 브래킷(327)을 통해 상호 연결되게 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 차륜 연결축(325)은 바퀴의 축을 회전 가능하게 지지할 수 있도록 구성된 것으로, 자신은 회전하지 않고, 상기 차륜 브래킷(323)에 고정되게 설치될 수 있다. 따라서 센터 브래킷(327)은 앞뒤의 차륜 연결축(325)을 상호 연결하도록 구성되는 것이다. 또한 차륜 연결축(325)에는 차체(310)를 관 내부에 밀착시키도록 자력을 발생시키는 자력발생기구(327)가 설치될 수 있다.

전방 및 후방 양측 바퀴(317)(330)는 관의 내면에 접촉된 상태에서 접촉 면적이 커지도록 바퀴의 안쪽에서 바깥쪽으로 갈수록 외경이 점차 작아지는 구조로 형성되는 것이 바람직하고, 금속재 등으로 이루어진 휠 바디의 둘레면에 마찰력을 높이는 동시에 어느 정도 탄성력을 가질 수 있도록 합성수지재 또는 고무재 등의 외륜을 구성할 수 있다.

다음, 상기 구동기구(340)는, 후방 양측 바퀴(330)를 각각 별도로 회전 구동시킬 수 있도록 구성할 수 있는데, 이를 위해 양쪽 차륜 브래킷(323)에 각각 전동 모터(341)가 설치된다.

각 차륜 브래킷(323)에는 상기 각 전동 모터(341)에서 한 쌍의 바퀴에 동력을 전달할 수 있도록 다수의 기어세트(343)가 상호 연결되어 바퀴(330)에 동력을 전달할 수 있도록 구성된다. 다수의 기어세트(343)는 상기 각 전동 모터(341)의 회전력을 감속시키는 감속기 역할을 하는 동시에 한쪽에 구비된 한 쌍의 바퀴 중 앞쪽 바퀴의 구동력을 뒤쪽 바퀴에도 전달하는 역할을 하게 된다.

한편, 차체(310)에는 차체(310)의 기울기를 감지하는 수평 센서(350), 프레임(311)에 대하여 후방 차륜 지지대(315)(320)의 조향각 상태를 감지하는 조향각 센서(355), 수평 센서(350) 및 조향각 센서(355)의 신호를 입력받아 상기 구동기구(340)에 제어신호를 출력하는 조향 제어기구가 구성될 수 있다.

도 11에서는, 후방의 메인 지지대(321)의 한쪽 상부에 상기 수평 센서(350)가 설치되고, 반대쪽 상부에 상기 프레임(311)과의 사이에 조향각 센서(355)가 연결되어 설치된 구성을 보여준다.

수평 센서(350)는, 메인 지지대(321)의 한 쪽 상부에 설치되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 차체(310)의 기울기를 감지할 수 있는 위치이면, 설치 위치를 다양하게 변경하여 설치할 수 있음은 물론이다. 이러한 수평 센서(350)는, 차체(310)의 기울기를 감지할 수 있는 공지의 여러 센서 중 하나를 선택하여 구성할 수 있으므로, 수평 센서(350)에 대한 구체적은 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에 구비되는 수평 센서(350)는 차체(310)의 좌측 기울기와 우측 기울기를 각각 측정할 수 있는 수평 센서(350)로 구성되는 것이 바람직하다.

조향각 센서(355)는, 프레임(311)과 메인 지지대(321) 사이에 링크 구조로 연결되어 링크의 움직임 상태를 감지함으로써 프레임(311)에 대하여 메인 지지대(321)의 회전 상태를 감지하여 조향각을 판단할 수 있도록 구성된다.

조향 제어기구는, 후술할 메인파워 구동유닛(392)에 함께 구성될 수 있으며, 수평 센서(350) 및 조향각 센서(355)의 신호를 입력받아 제어 신호를 출력하되, 차량이 관 내부에서 수평 상태로 유지되지 않은 경우에, 수평 상태가 유지될 수 있도 록 앞쪽 바퀴의 조향 작동기구(316)를 제어함과 아울러, 뒤쪽 양측 바퀴(330)의 회전수가 상이하도록 상기 각각의 전동 모터(341)를 제어할 수 있도록 구성된다.

즉, 차체(310)가 곡관부분을 주행할 경우에 직진 상태를 그대로 유지하게 되면, 한쪽 바퀴가 관의 내면을 따라 위쪽으로 올라가게 되고, 다른 쪽에 관의 아래쪽으로 내려오면서 차체(310)가 전체적으로 기울어지게 된다. 이때 수평 센서(350)에서 차체(310)의 기울기를 감지하여, 조향 제어기구에 감지 신호를 입력하고, 조향 제어기구는 기울기의 방향과 각도를 판단하여, 앞쪽 바퀴의 조향 작동기구(316)를 제어하고, 동시에 뒤쪽 좌우 바퀴의 회전수를 조절하여, 차체(310)가 수평 상태를 유지하면서 주행할 수 있도록 제어한다.

상기한 바와 같은 차체(310)에서, 프레임(311)의 중간 부분에는 차체(310)를 원하는 위치에 고정하는 파지 장치(360)가 구비되는 바, 파지 장치(360)는 전방 차륜 지지대(315)와 후방 차륜 지지대(320) 사이에서 프레임(311)에 설치되는 구조로 이루어진다.

파지 장치(360)는 프레임(311)에 좌우 방향으로 길게 설치되는 파지 지지대(361)와, 파지 지지대(361)의 양단부에 수직 방향으로 각각 설치되어 길이 변화를 통해 바닥면에 밀착되어 차체(310)의 위치를 고정시키는 파지 액츄에이터(363)로 이루어진다.

여기서, 파지 액츄에이터(363)는 직선 운동력을 발생시키는 구성이면 공지의 다양한 리니어 운동 기구를 선택하여 구성할 수 있다. 도면에서는 유압 실린더와 이 유압 실린더의 피스톤 로드에 연결되어 바닥에 밀착되거나 이격되는 파지 패 드(365)로 이루어진 구성을 예시하였다. 여기서 파지 패드(365)는 파지 액츄에이터(363)의 끝단부에 UV 조인트로 연결되어 어느 정도 자유 움직임이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 차체(310)가 곡관 등의 부분을 주행하더라도 차체(310)가 전체적으로 수평 상태를 유지하면서 곡선 구간에서도 안정적으로 주행할 수 있고, 다시 정상 구간 즉, 직선 구간에 진입하면, 조향각 센서(355)를 이용하여 프레임(311)에 대하여 전방 차륜 지지대(315)와 후방의 메인 지지대(321)가 90°가 되도록 하여 차체(310)가 안정적으로 주행할 수 있게 되고, 이에 따라 직선 구간의 관로는 물론 곡선 구간의 관로에서도 항상 수평 상태로 이동할 수 있고, 용접 작업을 진행하고자 하는 위치에 도달하면 파지 장치(360)를 작동시켜 차체(310)의 위치를 수평 상태로 고정함으로써 안정된 위치 고정 상태에서 용접 작업을 진행할 수 있게 된다.

다음, 상기와 같은 차체(310)의 앞쪽에 구비되는 다관절 자동용접로봇(370)에 대하여 설명한다.

다관절 자동용접로봇(370)은, 다관절 로봇암(373)을 이용하여 용접 토치(380)를 원주 방향으로 자유롭게 이동시키면서 강관 내면 연결부 용접이 가능하도록 구성된 것으로서, 전체적으로는 매니퓰레이터(Manipulator) 방식으로 이루어지는데, 본 실시예의 도면에서는 로봇 베이스(372)에 연결된 7관절 로봇암 구조를 예시한다. 물론, 로봇 베이스(372) 및 각각의 로봇암들 사이에는 각 로봇암의 회전 방향으로의 자유도 구현을 위한 축들이 설치된다. 따라서 도면에서는 총 7자유도(7 축) 구현이 가능한 다관절 로봇 구조를 예시하고 있다. 7관절 로봇암 구조는 하나의 바람직한 예시에 불과하며, 반드시 이에 한정되지 않고 7관절 이하 또는 이상의 로봇암 구조로 구성하는 것도 가능하다.

다관절 자동용접로봇(370)은 프레임(311)의 앞쪽에 설치된 베이스 플레이트(371)와, 이 베이스 플레이트(371)의 상부에 지지된 로봇 베이스(372)와, 이 로봇 베이스(372)의 상부에 제1축(X1)으로 수직 연결된 제1암(A1)과, 제1암(A1)의 측면에서 제2축(X2)으로 연결된 제2암(A2)과, 제2암(A2)의 상부에 제3축(X3)으로 연결된 제3암(A3)과, 제3암(A3)의 상부에 제4축(X4)으로 연결된 제4암(A4)과, 제4암(A4)의 전방에서 제5축(X5)으로 연결된 제5암(A5)과, 제5암(A5)의 끝단부에 제6축(X6)으로 연결된 제6암(A6)과, 제6암(A6)의 끝단부에 제7축(X7)으로 회전 가능하게 연결된 제7암(A7)으로 구성된다.

여기서, 각각의 축(X1~X7)에는 모터가 설치되어 각각의 암(A1~A7)이 회전 작동될 수 있도록 구성되며, 상기 제7암(A7)의 끝단에는 용접 토치(380)가 장착될 수 있도록 토치 클램프(382)가 구비된다.

토치 클램프(382)는 다관절 로봇에서 탈장착이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하고, 송급 와이어, 용접 가스, 냉각 유체, 용접 전원 등이 연결될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 다관절 자동용접로봇(370)은 상기 로봇 베이스(372)를 통해 프레임(311)에 지지된 상태에서 용접 제어부 즉, 후술할 로봇제어 콘트롤박스(393)에 입력된 제어 프로그램(JOB)에 의해 제어되면서 강관의 내면 연결부를 자 동 용할 수 있도록 구성되는 것이다.

다관절 자동용접로봇(370)의 구체적인 용접 제어 방법에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

다음, 차체(310)의 뒤쪽에 탑재된 각종 부대 장비(390)에 대하여 설명한다.

차체(310)의 뒤쪽 프레임(311)의 상부에는 각종 부대 장비(390)가 탑재될 수 있도록 베이스 플레이트(391)가 설치된다.

베이스 플레이트(391)의 상부에는, 다관절 자동용접로봇(370)의 제어 작동을 구현하는 로봇제어 콘트롤박스(393)와, 용접 토치(380) 및 용접 토치 주변에 설치된 송급 와이어, 용접 가스, 냉각 유체, 용접 전원 등을 제어하는 용접제어 콘트롤러(394)와, 용접 토치(380)에 냉각수를 제공하는 냉각유닛(395)과, 강관 내면 자동용접장치(300)의 유압 작동 요소에 압유를 제공하는 유압장치(396)와, 강관 내면 자동용접장치(300)에 제공되는 전원 및 각종 제어 요소의 구동을 위한 제어 및 차체(310)의 주행을 제어하는 메인파워 구동유닛(392) 등이 구비된다.

이러한 로봇제어 콘트롤박스(393), 용접제어 콘트롤러(394), 냉각유닛(395), 유압장치(396), 메인파워 구동유닛(392) 등을 베이스 플레이트(391)의 상부에 배치하는 구성은 실시 조건에 따라 적절하게 설정하여 구현할 수 있다. 본 실시예의 도면에서는 앞쪽에 로봇제어 콘트롤러(393)와 용접제어 콘트롤러(394)를 나란히 배치하고, 용접제어 콘트롤러(394)의 상부에 냉각유닛(395)을 배치하며, 뒤쪽에 메인파워 구동유닛(392)과 유압장치(396)를 배치한 구성을 보여준다.

또한 용접 토치(380)에 제공되는 송급 와이어를 제공하는 와이어 공급릴이 구비될 수 있는데, 와이어 공급릴은 로봇제어 콘트롤박스(393) 또는 냉각유닛(395)의 상부에 구비되는 것도 가능하나, 본 실시예의 도면에서는 상기한 로봇 베이스(372)의 상부에 지지 브래킷(397)을 설치하고, 이 지지 브래킷(397)에 와이어 공급릴(398)이 설치된 구성을 보여준다. 그리고 송급기(400)는 다관절 로봇암(373)의 제4암(A4)의 후방에 설치되어 상기 와이어 공급릴(398)에서 제공된 와이어를 용접토치(380) 쪽에 제공할 수 있도록 구성된다.

또한 상기 로봇제어 콘트롤박스(393), 용접제어 콘트롤러(394), 메인파워 구동유닛(392) 등 본 발명의 장치를 제어하는 모든 구성 요소를 무선 시스템으로 제어할 수 있도록 무선 리모콘이 구비되는 것이 바람직하다. 물론, 무선 시스템에 한정되지 않고 유선 리모콘 방식으로 구현하는 것도 가능하다. 이하 무선 리모콘 또는 유선 리모콘을 조작 단말기(399)로 통합하여 설명한다.

이제, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)를 이용한 본 발명의 자동용접방법에 대하여 설명한다.

먼저, 복수의 강관이 상호 연결된 관로 내부에 본 발명의 강관 내면 자동용접장치(300)를 투입하고, 메인파워 구동유닛(392)에 전원을 연결한다.

다음, 조작 단말기(399)의 파워 스위치를 조작하여 본 발명의 강관 내면 자동용접장치(300)에 전원을 투입하고, 조작 단말기(399)를 조작하여 차체(310)를 강 관 내부에서 용접 위치로 이동시킨다.

이때 차체(310)는 후방 차륜 지지대(320) 쪽에 설치된 구동기구(340)에 의해 전진 또는 후진할 수 있고, 수평 센서(350) 및 조향각 센서(355) 등에 의해 차체(310)를 수평으로 유지시킨 상태에서 이동할 수 있게 된다. 차체(310)의 주행은 조작 단말기(399)의 조작으로 제어할 수 있고, 곡선 관로 구간은 대략 45° 구간, 경사 관로 구간은 대략 30° 구간까지 주행이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

다음, 본 발명의 강관 내면 자동용접장치(300)의 차체(310)를 용접 포인트 위치와 어느 정도 떨어진 거리, 예를 들면 약 500mm 거리에서 파지 장치(360)를 이용하여 차체(310)를 고정시킨다. 여기서 500mm는 거리는 강관 연결부의 용접 포인트와 차체(310)에서 프레임(311)의 선단부까지 거리로 설정할 수 있다. 그리고 파지 장치(360)는 파지 액츄에이터(363)의 작동으로 파지 패드(365)가 강관의 바닥에 밀착됨으로써 차체(310)의 전후 이동을 제한함과 아울러, 다관절 자동용접로봇(370)을 이용하여 용접 작업을 할 때 전체 자동용접장치의 흔들림을 방지하는 역할을 하게 된다.

다음, 용접 위치로 차체 등의 세팅이 완료되면, 로봇제어 콘트롤박스(393), 용접제어 콘트롤러(394) 등에도 전원을 투입하고, 강관 용접 조건에 따라 원하는 용접 작업 프로그램(JOB)을 선택한다.

즉, 상기한 본 발명의 강관 외면 자동용접장치(200)를 이용한 강관 외면 자동용접방법에서와 동일하게 구현될 수 있는데, 도 8a, 도 8b, 도 8c를 순서대로 참 조하면, 조작 단말기(399)의 조작버튼 또는 터치화면에서 서보 온(Servo on) 버튼을 누르면 서보 전원이 유효해지고, 서보 전원이 인가되면 서보 온 레디(Servo on ready)가 점등한다. 이후 단말기의 버튼 또는 터치화면에서 강관의 관경 및 두께, 용접 횟수 등 용접할 강관의 용접 작업 조건에 따라 이미 등록(프로그래밍)되어 있는 프로그램(JOB) 중 하나를 선택한다.

다음, 다관절 자동용접로봇(370)을 구동하여 용접 토치(380)를 용접 작업을 실시할 강관 내면의 용접 포인트에 티칭 작업을 실시하여 용접 위치를 정확하게 입력한다. 이는 선택된 프로그램(JOB)에 이미 입력되어 있는 강관의 진원도와 실제 강관 연결부 내면 진원도가 반드시 일치한다고 볼 수 없기 때문에 용접 기준점을 적절하게 설정(등록)하기 위해 용접 포인트 티칭을 실시한다. 이때 티칭 지점은 도 16a에 도시된 바와 같이 강관 용접부의 상, 하, 좌, 우 포인트를 티칭하는 것이 바람직하다.

포인트 티칭 방법은 용접 토치(380)를 강관의 내면에 근접시킨 상태에서 아크를 발생시키면, 용접 토치(380)에 함께 구비된 아크 센서에 의해 아크 발생 상태를 측정하고, 이때 다관절 자동용접로봇(370)의 위치 인식을 통해 용접 포인트를 인식하는 방법을 이용할 수 있다.

다음, 상기와 같이 하여 다수의 용접 포인트에 티칭 작업이 완료되면, 프리 마스터(Pre master)를 실행시켜, 티칭 위치를 용접 기준점으로 인식시킨다.

다음, 조작 단말기(399)에서 플레이 버튼을 누르면 다관절 자동용접로봇(370) 및 용접 토치(380) 등이 로봇제어 콘트롤박스(393), 용접제어 콘트롤 러(394) 등의 제어 작동에 의해 좌우 180° 구간을 차례로 이동하면서 자동으로 강관 내면 연결부에 용접을 실시한다.

이때 용접 방향은, 도 16b에 도시된 바와 같이 하 위치(DOWN POSITION)를 중심으로 좌우 방향으로 각각 180°구간을 순서대로 용접한다. 도 16b에서는 2600A*19T 규격의 강관 용접 상태를 보여주는 것으로서, 좌 1pass, 우 1pass, 좌 2pass, 우 2pass, 좌 3pass, 우 3pass 순으로 전체적으로 3 Pass 용접시 용접 순서 및 방향을 예시한 도면이다.

강관 내면 자동용접장치에서도 상기한 강관 외면 자동용접장치에서와 마찬가지로, 실시 조건에 따라서는 하진 용접 방법으로 실시하는 것도 가능하다. 하진 용접시에는 강관의 내면 최상부를 중심으로 좌우 방향 양측으로 각각 180°구간을 순서대로 용접한다.

여기서 도 16b에 예시된 바와 같은 상진 용접시에는 FCAW(Flux Cored Arc Welding) 용접 방법을, 하진 용접시에는 GMAW(Gas Metal Arc Welding) 용접 방법을 이용하는 것이 바람직하다.

다음, 상기와 같은 과정으로 자동 용접을 실시한 후에, 용접 작동이 완료되면, 용접 프로그램에 의해 자동으로 용접 작동이 정지된다.

이후, 상기와 같은 과정을 통해 하나의 강관 연결부의 용접 작업이 완료되면, 다음 강관 연결부의 용접 위치로 차체(310)를 이동시킨 후, 위치를 고정시키고, 도 8h에서와 같이 티칭 작업 없이 바로 조작 단말기(399)에서 오토 마스 터(AUTO MASTER)를 실행시키면 상기 프리 마스터 실행으로 인식한 4포인트에 근거하여 전 용접 포인트와의 위치를 계산하여 자동으로 용접 포인트를 계산하여 도 16b에 도시된 바와 같은 순서로 자동 용접을 실시한다.

여기서 티칭 작업을 생략하는 이유는 위에서 설명한 강관 외면 자동용접장치(200)를 이용한 강관 외면 자동용접방법에서와 동일하다.

본 발명에 따른 강관 현장시공 연결방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 상기와 바와 같은 경사 관로 시공이 용이한 강관 정형이음장치(100), 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치(200), 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치(300)를 이용하여 차례로 시공한다.

도 17 내지 도 25는 강관 현장시공 연결방법을 개략적으로 나타낸 순서 도면들이다.

이 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 현장시공 자동용접방법을 차례로 설명한다.

강관 정형이음장치(100), 강관 외면 자동용접장치(200), 강관 내면 자동용접장치(300) 등을 준비한다.

먼저, 도 17을 참고하면, 강관(P)을 시공 현장에서 시공할 강관들이 대략 일직선이 되도록 정렬한다.

다음, 도 18을 참고하면, 강관 정형이음장치(100)를 크레인(C) 등 인양 장비 에 연결 부재(128)를 연결하여 인양한다.

다음, 도 19에 도시된 바와 같이, 관로 시공 구간에 강관 정형이음장치(100)를 인양하여 투입하고, 상기에서 정렬된 양쪽 강관(P)의 끝단부에 강관 정형이음장치(100)를 장착하여 양쪽 강관의 끝단부를 파지한다

즉, 도 18 및 도 19에서와 같이 크레인(C) 등의 인양 장비를 이용하여 강관 정형이음장치(100)를 강관(P) 접속부 쪽으로 이동시키고, 정형이음장치(100)의 개폐 장치(145)(150) 및 잠금 장치(155) 등을 작동시켜 양쪽 원형 몸체(111, 112; 도 20 참조) 양쪽 강관에 장착하고, 도 19의 상세도에서와 같이 메인 정형 장치(130)와 수동 정형 장치(135)를 작동하여 방사상으로 강관의 외면을 가압하면서 양쪽 강관의 끝단부가 진원이 되도록 정형한다.

이때, 메인 정형 장치(130)는 동시에 유압을 제공하여 1차 정형하고, 수동 정형 장치(135)로는 1차 정형된 상태를 파악한 후에, 작업자가 수동으로 유압을 제공하면서 강관을 정밀하게 정형한다.

다음, 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이 양쪽 강관(P)을 정형이음장치(100)의 견인 장치(140)를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관(P)에 삽입하거나 맞대어 연결한다. 즉, 도 20에 도시된 바와 같이 양쪽 강관의 끝부분이 강관 정형이음장치(100)에 의해 진원이 유지된 상태에서 견인 장치의 견인 실린더(141)를 작동시켜 도 21에서와 같이 한쪽 강관을 다른 쪽 강관(P)에 삽입하여 연결한다.

이때, 양쪽 강관은 강관 정형이음장치(100)에 의해 진원이 형성된 상태에서 동심도 일치하게 되므로 별다른 저항 없이 원활하게 삽입되어 결합될 수 있게 된 다.

다음, 상기와 같이 하여 양쪽 강관이 서로 결합되면 도 22에 도시된 바와 같이 인양 장비를 이용하여 강관 정형이음장치(100)를 강관으로부터 분리한다. 이때에는 역으로 잠금 장치가 해제되고, 개폐 실린더가 작동하여 쿼터형 몸체(114, 115)가 개방된 후에, 크레인(C) 등의 인양 장비에 의해 들어 올려져서 이동하게 된다. 이후, 분리된 강관 정형이음장치(100)는 다음 강관 접속 구간으로 이동시키거나, 시공 현장에 보관한다.

다음, 상기 강관 정형이음장치(100)를 분리하기 전 또는 후(바람직하게는 분리하기 전)에 상기 서로 결합된 강관의 연결 부분에 수동 용접으로 수 개소에 가용접을 실시한다. 이때 실시하는 가용접은 상기한 강관 외면 자동용접장치(200) 및 강관 내면 자동용접장치(300)를 이용하여 본격적으로 용접하기 전에 실시하는 것으로, 작업자가 관의 둘레를 따라 적절한 곳에 가용접을 실시하는 것이다.

다음, 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 강관 정형이음장치(100)가 분리된 강관의 연결부분에 강관 외면 자동용접장치(200)를 장착하고 강관의 외면 연결부의 용접을 실시한다. 강관 외면 자동용접장치(200)도 강관 정형이음장치(100)와 마찬가지로 크레인 인양 장비를 이용하여 이송하고, 개폐 장치(226) 및 잠금 장치(230), 고정 장치(233) 등을 작동시켜 양쪽 강관 중 한쪽 강관의 둘레에 장착한다.

이후, 다관절 자동용접로봇(250)을 작동시켜 주행 레일(240)을 따라 이동시키면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시한다.

강관 외면 자동용접장치(200)를 이용한 구체적인 용접 방법은, 도 8 등에 도시된 도면들을 참조하여, 상기에서 자세히 설명하였으므로 반복 설명은 생략한다.

한편, 강관 외면 자동용접장치(200)를 이용하여 보다 신속하게 용작 작업을 진행하기 위해서는, 도 24에 도시된 바와 같이 하나의 파지 장치(210) 및 주행 레일(240)에 두 개의 다관절 자동용접로봇(250A)(250B)을 장착하여 동시에 용접할 수 있다. 즉, 주행 레일(240)에 두 개의 다관절 자동용접로봇(250A)(250B)을 장착한 상태에서 한 쪽 다관절 자동용접로봇(250A)으로 강관 연결부의 한 쪽 반원 구간을 용접하고, 다른 쪽 다관절 자동용접로봇(250B)으로 강관 연결부의 다른 쪽 반원 구간을 동시에 용접하는 것이다. 이때, 두 다관절 자동용접로봇(250A)(250B)의 간섭을 방지하기 위해, 상진 용접을 실시할 경우에, 한 쪽 다관절 자동용접로봇(250A)을 이용하여 강관의 최저점으로부터 한 쪽(도면에서 좌측) 상측 방향(①)으로 먼저 용접을 시작한 후 일정 정도 이동하면, 이어서 다른 쪽 다관절 자동용접로봇(250B)을 이용하여 강관의 최저점으로부터 다른 쪽(도면에서 우측) 상측 방향(②)으로 이동시키면서 용접을 실시한다.

마지막에는, 양쪽 구간에서 각각 용접하여 만나는 부분을 한 쪽 다관절 자동용접로봇(250)을 이용하여, 마무리 용접하여 처리한다.

이와 같이 두 개의 다관절 자동용접로봇(250A)(250B)을 이용한 용접은 상기와 같이 방법으로 양쪽을 나누어서 용접함으로써, 1패스 용접은 물론, 2패스, 3패스 용접 등도 연속적으로 진행할 수 있게 되어, 강관 연결부의 용접 작업을 보다 신속하게 완료할 수 있게 된다.

다음, 도 25에 도시된 바와 같이 상기 강관 외면 용접 후에 상기 강관의 내부에 강관 내면 자동용접장치(300)를 투입하고, 차체(310)를 용접 부분으로 이송한 후에, 다관절 자동용접로봇(370)을 작동시켜 강관 연결부 내면에 자동 원주 용접을 실시한다.

강관 내면 자동용접장치(300)를 이용한 구체적인 용접 방법은, 도 8, 도 16 등에 도시된 도면들을 참조하여, 상기에서 자세히 설명하였으므로 반복 설명은 생략한다.

이와 같은 강관 내면 연결부 용접은 강관 외면 용접과 동시에 진행하는 것도 가능하다.

한편, 상기한 본 발명에 따른 강관 현장시공 연결방법에서는 양쪽 강관을 도 17에서와 같이 근접하게 위치시킨 상태에서, 도 20에서와 같이 정형이음장치(100)의 원형 몸체를 동시에 양쪽 강관에 장착하여 시공하는 방법을 설명하였으나, 도 26 및 도 27에 예시된 바와 같이 정형이음장치를 한 쪽 강관에 장착하고, 이후 다른 쪽 강관을 투입하여 정형이음장치에 장착하는 과정으로 시공할 수도 있다.

즉, 도 26에 도시된 바와 같이, 정형이음장치(100)의 한 쪽 원형 몸체(112)를 이용하여 관로 시공 구간에 이미 배열되어 있는 강관(P2)에 장착하고, 도 27에 도시된 바와 같이 이후 투입되는 강관(P1)을 정형이음장치(100)의 다른 쪽 원형 몸체(111) 안쪽에 위치시킨 후에, 정형이음장치(100)의 개폐 장치, 잠금 장치, 정형 장치, 견인 장치 등을 작동시켜 양쪽 강관을 정형하고, 견인하여 상호 연결하는 과 정으로 시공할 수도 있다.

이후에는, 도 22 이후의 시공 과정으로 상기에 설명한 본 발명의 강관 현장시공 연결방법으로 동일하게 진행될 수 있다.

또한, 상기에서 설명한 본 발명에 따른 강관 현장시공 연결방법은, 강관 시공 구간이 대략 수평 관로 시공 가관의 시공 방법을 중심으로 설명하였으나, 경사 관로 시공 구간에서는, 도 2에 예시한 바와 같이, 강관 정형이음장치(100)를 경사지게 이송한 후에, 경사지게 배치된 양쪽 강관에 장착하여 강관 연결 시공을 실시한다.

또한, 도 5에 예시한 바와 같이, 강관 외면 자동용접장치(200)도 경사 관로 시간 구간에 배치된 강관의 경사도에 맞게 경사지게 이송한 후에 강관에 장착하여 강관 연결부 외면 용접을 실시한다.

이외의 강관 현장시공 연결방법은, 위에서 설명한 강관 현장시공 연결방법과 동일하게 이루어지므로, 반복 설명은 생략한다.

한편, 상기에 기재된 본 발명의 실시예에서는 한 쪽 강관이 다른 쪽 강관에 삽입되는 방식을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 양쪽 강관을 맞대기 이음방식으로 시공할 때도 본 발명에 따른 시공 방법 및 장치들을 동일하게 적용할 수 있다.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치가 도시된 측면 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치의 경사 시공 구간에서의 장착 상태도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 경사 관로 시공이 용이한 정형이음장치의 파지 상태 및 벌림 상태의 정면 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치가 도시된 측면도,

도 5는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치의 경사 인양 및 장착 상태의 측면도,

도 6은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치의 정면도,

도 7은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치의 부대 장비가 포함된 전체 구성도,

도 8a 내지 도 8h는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 외면 자동용접장치를 이용한 강관 외면 용접 방법을 설명하기 위한 도면들,

도 9는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 측면도,

도 10은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치 의 평면도,

도 11은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 차체 구성을 보여주는 평면도,

도 12는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치이 정면도,

도 13은 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 부대 장비 쪽 정면도,

도 14는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 부대 장비 쪽 배면도,

도 15는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치의 전체 구성도,

도 16a 내지 도 16b는 본 발명에 따른 지능형 로봇장치를 이용한 강관 내면 자동용접장치를 이용한 강관 내면 용접 방법을 설명하기 위한 도면들,

도 17 내지 도 25는 본 발명에 따른 강관 현장시공 연결방법을 개략적으로 나타낸 순서 도면들,

도 26 및 도 27은 본 발명에 따른 강관 현장시공 연결방법의 다른 실시예를 나타낸 일부 과정의 도면들이다.

Claims (6)

1. 강관을 시공 현장에서 시공할 강관들을 서로 연결할 수 있도록 일렬로 정렬하는 정렬단계와;

   상기 정렬단계에서 정렬된 강관의 경사도에 따라 강관을 파지할 정형이음장치의 파지 각도를 조절하는 각도조절단계와;

   상기 각도조절단계를 통해 설정된 파지 각도로 정형이음장치를 이송하여 상기 정렬단계에서 정렬된 양쪽 강관의 끝단부에 정형이음장치를 장착하여 양쪽 강관의 끝단부를 파지하는 파지단계와;

   상기 파지단계가 완료되면 상기 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 양쪽 강관이 서로 맞추어질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와;

   상기 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와;

   상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와;

   상기 정형이음장치 분리단계 후에, 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 용접단계와;

   상기 외면용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 7관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용 하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 용접단계를 포함한 것을 특징으로 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법.
2. 강관을 시공 현장에서 시공할 제1강관을 배치하는 제1강관 배치단계와;

   강관 정형이음장치를 이송하여 제1강관 배치단계에서 배치된 강관에, 정형이음장치의 한 쪽 원형 몸체를 장착하여 파지하는 제1파지단계와;

   제1파지단계 후에, 상기 제1강관에 연결할 제2강관을 제1강관에 일렬로 정렬되게 투입하는 제2강관 투입단계와;

   상기 제2강관 투입단계에서 투입된 제2강관에 상기 정형이음장치의 다른 쪽 원형 몸체를 장착하여 파지하는 제2파지단계와;

   상기 제2파지단계가 완료되면 상기 정형이음장치의 정형 장치를 이용하여 양쪽 강관이 서로 맞추어질 수 있도록 강관을 정형하는 정형단계와;

   상기 정형단계에서 정형된 양쪽 강관을 정형이음장치의 견인 장치를 이용하여 한 쪽 강관을 다른 쪽 강관에 삽입하거나 맞대어 연결하는 강관연결단계와;

   상기 강관연결단계 후에 상기 정형이음장치를 강관에서 분리하는 정형이음장치 분리단계와;

   상기 정형이음장치 분리단계 후에, 6관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 외면 자동용접장치를 강관의 둘레에 장착하고, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 외면을 원주 방향으로 자동 용접하는 외면 용접단계와;

   상기 외면용접단계 전 또는 후 또는 동시에, 7관절 로봇 작동 구조를 가진 강관 내면 자동용접장치를 강관 내부에 투입하고, 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관 연결부의 내면을 원주 방향으로 자동 용접하는 내면 용접단계를 포함한 것을 특징으로 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 각도조절단계에서, 상기 정형이음장치의 파지 각도 조절은, 인양 장비에 연결된 연결 부재와, 정형이음장치의 상부에 구비된 연결 장치의 연결 위치를 조절하여, 정형이음장치의 무게 중심을 변화시킴으로써 파지 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 외면 용접단계에서, 상기 강관 외면 자동용접장치를 이용하여 강관의 외면을 용접할 때, 강관 연결부의 최저점으로부터 좌우 상측 방향으로 180° 구간을 차례로 이동하면서 강관 외면 연결부를 용접하는 것을 특징으로 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 외면 용접단계에서 사용되는 강관 외면 자동용접장치는, 강관의 둘레에 장착되는 파지 장치와, 이 파지 장치에 구비된 주행 레일, 이 주행 레일을 따라 이동하면서 강관 연결부 외면에 자동 원주 용접을 실시하는 다관절 자동용접로봇으로 이루어지고,

   강관 연결부를 좌우 양측 180° 구간으로 나누어 용접할 때, 상기 주행 레일에 두 개의 다관절 자동용접로봇을 장착하여 좌우 양측 180° 구간을 각각 용접하는 것을 특징으로 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 내면 용접단계에서, 상기 강관 내면 자동용접장치를 이용하여 강관의 내면을 용접할 때, 강관 연결부의 최저점으로부터 좌우 상측 방향으로 180° 구간을 차례로 이동하면서 강과 내면 연결부를 용접하는 것을 특징으로 하는 지능형 자동용접로봇을 이용한 강관 현장시공 연결방법.

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