KR101160782B1 - 원주 용접용 원형 레일유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접캐리지를 가이드 하는 원형 레일유닛에 관한 것으로서, 용접 부재에 착탈 가능하게 설치되는 원형레일 및 상기 원형레일의 중심을 결정하는 센터링지그로 구성하되, 상기 센터링지그는 방사상으로 등 간격을 이루도록 배치되어 선단부가 상기 원형레일에 내접하는 위치조정헤드 및 상기 위치조정헤드에 설치된 프로브를 반경 방향으로 왕복 이동시키는 조절부재로 구성됨으로써, 용접 부재에 간편하게 착탈 가능할 뿐 아니라, 원형레일의 센터링 작업이 용이하고, 또한 3차원 곡률을 가지는 곡면 부재에 적용 가능한 것은 물론 다양한 직경을 가지는 원주용접부를 하나의 원형레일로 간편하게 대응할 수 있는 원주 용접용 원형 레일유닛에 관한 것이다.

Description

원주 용접용 원형 레일유닛{Circular rail unit for welding of circumference}

본 발명은 용접캐리지를 가이드하는 원형 레일유닛에 관한 것으로서, 센터링지그에 구비된 위치조정헤드와 가변형 프로브를 이용하여 원형레일을 원주용접부의 중심과 일치되도록 용접 부재에 간편하게 착탈시킬 수 있게 함으로써, 3차원 곡률을 가지는 곡면 부재에 적용 가능한 것은 물론 다양한 직경을 가지는 원주용접부를 하나의 원형레일로 간편하게 대응할 수 있는 원주 용접용 원형 레일유닛에 관한 것이다.

일반적으로 용접은 금속 재료를 가열이나 가압 등의 조작을 통해 서로 접합시키는 접합법의 하나로서, 모재의 접합부를 국부적으로 가열시켜 이들을 융합시키는 융접, 또는 접합부를 적당한 온도로 가열한 후 기계적 압력을 가하여 모재를 접합시키는 압접 등 다양한 방식의 접합법이 사용되어 지고 있다.

이러한 용접 작업은 고난도의 작업으로써, 숙련된 기술과 정밀성이 요구되기 때문에 숙련된 기술자에 의해 수작업으로 이루어지거나 또는 로봇용접이나 용접캐리지를 이용하여 자동 용접시키는 방법이 사용되고 있다.

여기서 용접캐리지에 의한 용접은 용접캐리지가 가이드레일을 따라 이동하면서 모재의 용접부에 용접작업을 수행할 수 있게 하는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 용접 방식은 평면 부재의 용접 작업에는 용이하게 적용할 수 있으나, 3차원 곡면을 가지는 곡면 부재의 원주 형상 용접부(이하 '원주용접부'라 한다)에 적용하는 경우에는 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 수작업으로 용접작업이 이루어지는 경우에는 곡면을 따라 정확한 용접선 위치를 유지하는 것이 곤란하여 용접 품질의 저하를 가져오게 되고, 둘째, 로봇용접을 실시하는 경우에는 곡면을 따라 정밀 제어가 가능한 고가의 용접로봇이 필요하게 되는 문제점이 있었으며, 셋째, 용접캐리지를 이용하여 용접작업을 수행하는 경우에는 다양한 크기의 원주용접부에 대응되는 다수의 가이드레일을 구비해야 될 뿐 아니라, 특히 용접 작업을 수행할 때 원주용접부의 중심과 가이드레일의 중심을 일치시키는 작업이 용이하지 않아 작업시간 증대는 물론 용접 품질 또한 현저히 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 첫째, 원형레일의 센터링 작업이 센터링지그에 의해 정확하고 신속하게 이루어질 수 있게 함으로써, 정밀 용접이 가능토록 하고, 둘째, 원형레일을 3차원 곡면 부재에 간편하게 착탈 가능하게 함으로써, 작업공수 감소와 작업성 향상을 통해 작업시간이 단축될 수 있게 하며, 셋째, 3차원 곡률을 가지는 곡면 부재에 적용 가능한 것은 물론 다양한 직경을 가지는 원주용접부를 하나의 원형레일로 간편하게 대응할 수 있는 원주 용접용 원형 레일유닛을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 용접부재의 표면에 착탈 가능하게 설치되는 일정 직경을 가지는 원형레일 및 상기 원형레일의 중심을 결정하는 센터링지그로 구성하되,

상기 센터링지그는 방사상으로 등 간격을 이루도록 배치되어 선단부가 상기 원형레일에 내접할 수 있게 구비되는 다수개의 위치조정헤드와, 상기 위치조정헤드의 하측부에 하향 설치하되 위치조정헤드의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되는 프로브, 및 상기 프로브를 왕복 이동시킬 수 있게 상기 위치조정헤드의 후단부에 결합되는 조절부재로 구성된다.

또한 상기 위치조정헤드는 일정 길이의 지지대 및 상기 지지대의 단부에 구비되어 상기 원형레일에 외주면이 내접할 수 있게 선단부에 곡면이 형성된 머리부로 구성될 수 있다.

또 상기 조절부재는 상기 프로브를 방사상으로 동시에 왕복 이동시킬 수 있도록 상기 프로브가 맞물리는 스크롤 판이 구비되는 것이 바람직하다.

한편 상기 원형레일은 원주 형상을 구성하는 주행레일과, 상기 주행레일 하부에 설치하되 상기 위치조정헤드의 선단부에 외접될 수 있게 위치조정헤드에 대응되도록 구비되는 다수개의 레일지지부재, 및 일단은 상기 용접부재에 착탈 가능하게 결합되고, 타단은 상기 레일지지부재에 결합되는 고정구로 구성된다.

이때 상기 주행레일은 일정 폭과 두께를 가지는 주레일 및 상기 주레일 상부에 설치되어 용접캐리지의 구동부에 맞물리는 원형랙으로 구성될 수 있다.

또한 상기 고정구에는 상기 레일지지부재를 승강시킬 수 있게 승강수단이 구비될 수 있다.

이때 상기 승강수단은 일정 길이의 장공과 상기 장공에 관통되어 상기 레일지지부재에 나사 결합되는 고정볼트로 구성될 수 있다.

또 상기 고정구는 마그네트 또는 진공패드를 구비하여 상기 용접부재에 결합시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 하나의 원형레일을 이용하여 다양한 곡면 부재의 원주용접부에 효과적으로 적용할 수 있을 뿐 아니라, 용접캐리지를 정확하게 가이드 할 수 있어 작업공수 감소와 작업성 향상은 물론 정밀 용접이 가능하여 용접의 품질과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 원주 용접용 원형 레일유닛의 구성도,
도 2는 본 발명의 원형레일의 평면도,
도 3은 도 2의 원형레일이 용접 부재에 장착된 상태의 측면도,
도 4는 본 발명의 센터링지그의 평면도,
도 5는 도 4의 센터링지그가 용접 부재의 원주용접부에 설치된 상태의 측면도,
도 6은 본 발명의 원형 레일에 용접캐리지가 설치된 상태의 사시도를 나타낸 것이다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 원주 용접용 원형 레일유닛의 구성도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 원형레일의 평면도를 나타낸 것이며, 도 3은 도 2의 원형레일이 용접 부재에 장착된 상태의 측면도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원주 용접용 원형 레일유닛은 원형레일(50) 및 센터링지그(90)로 구성된다.

원형레일(50)은 원주 형상의 링 형태로 구비되는 것으로서, 용접하고자 하는 용접부재(100)의 원주용접부(110)보다 직경이 크게 형성되며, 도 6에 도시된 바와 같이, 용접캐리지(300)가 원주 운동을 하면서 원주용접부(110)를 용접할 수 있도록 용접캐리지(300)의 원주 운동을 가이드 하게 되는 것이다.

여기서 원형레일(50)은 주행레일(10)과 레일지지부재(20) 및 고정구(30)로 구성되며, 용접부재(100)는 평면 또는 3차원 곡률을 가지는 부재가 사용될 수 있다.

이때 도 3과 도 5에 도시된 용접부재(100)는 하기에서 설명하는 센터링지그(90)의 설명의 편의를 위하여 최소 직경의 원주용접부(110)와 최대 직경의 원주용접부(120)를 모두 표시하여 각각 도시한 것이다.

여기서 원주용접부(110,120)에는 일정 깊이의 용접용 그루브(groove)가 형성된다.

한편 주행레일(10)은 용접캐리지(300)가 원주 운동을 할 수 있도록 가이드 하는 것으로서, 일정 두께와 폭을 가지는 원형 링 형태의 주레일(15)과 주레일(15) 상부에 설치되어 용접캐리지(300)의 구동부에 맞물리는 원형랙(12)으로 구성된다.

또한 레일지지부재(20)는 주행레일(10)이 용접부재(100) 상면에 고정될 수 있도록 지지 역할을 하는 것으로서, 상부는 주행레일(10)의 하면에 결합되고, 하부에는 고정구(30)가 결합된다.

레일지지부재(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 3개가 등 간격으로 설치될 수 있고, 또한 중앙부가 직각으로 절곡된 형태로 되어 있으나, 이에 한정되는 아니며, 주행레일(10)을 고정 지지할 수 있는 다양한 구조로 구비될 수 있다.

이때 레일지지부재(20)의 일측부에는 기준면(25)이 형성된다.

기준면(25)은 하기에서 설명하는 센터링지그(90)로 원형레일(50)의 센터링 작업을 할 때 위치조정헤드(60)에 외접하는 면이 된다.

따라서 기준면(25)은 센터링지그(90)에 구비된 위치조정헤드(60)의 외주면에 접촉될수 있도록 형성되는 면으로서, 원호 형상의 곡면을 형성하는 것이 바람직하다.

한편 고정구(30)는 레일지지부재(20)를 용접부재(100)에 고정하는 것으로서, 일정 길이의 지지브래킷(31)과 고정부재(36)로 구성된다.

지지브래킷(31)은 레일지지부재(20)에 결합되며, 고정부재(36)는 고정구(30) 하부에 설치되어 고정구(30)가 용접부재(100)에 착탈 가능하게 결합되도록 하는 것이다.

이때 고정구(30)의 지지브래킷(31)에는 레일지지부재(20)를 승강시킬 수 있게 승강수단(35)이 구비되는 것이 바람직하다.

승강수단(35)은 레일지지부재(20)의 상,하 방향 위치 조정을 통해 주행레일(10)의 수평을 맞추어 주기 위한 것이다.

여기서 승강수단(35)은 지지브래킷(31)에 상,하 방향으로 관통 형성된 일정 길이의 장공(33)과 이 장공(33)에 관통 결합되는 고정볼트(32)로 구성된다.

따라서 승강수단(35)은 용접부재(100)의 상면(평면 또는 곡면)에 대응되도록 레일지지부재(20)를 상,하 방향으로 이동시켜 적정 위치에 오도록 한 후, 고정볼트(32)를 레일지지부재(20)에 나사 결합시켜 고정구(30)를 지지브래킷(31)에 고정시키면 되는 것이다.

한편 고정구(30)의 하부에 설치된 고정부재(36)는 마그네트 또는 진공패드로 구비될 수 있을 것이다.

즉 용접부재(100)가 일반적으로 금속 소재이므로 마그네트를 이용하여 고정시킬 수 있으며, 또는 진공패드를 이용하여 용접부재(100)의 표면에 흡착 고정시킬 수 있을 것이다.

그러나 고정부재(36)는 상기와 같은 마그네트와 진공패드로 한정되는 아니며, 가용접을 실시하여 고정시키거나 또는 접착제 등을 이용하여 고정시킬 수도 있을 것이다.

이하 도 4와 도 5를 참조하여 본 발명의 센터링지그를 상세히 설명한다.

도 4는 센터링지그의 평면도를 나타낸 것이고, 도 5는 센터링지그가 용접부재에 설치된 상태의 정면도를 나타낸 것이다.

센터링지그(90)는 상기에서 설명한 원형레일(50)이 용접부재(100)의 원주용접부(110,120)와 동일 중심을 가지도록 정확한 위치에 설치될 수 있게 센터링 작업을 수행하는 것으로서, 위치조정헤드(60)와 프로브(70) 및 조절부재(80)로 구성된다.

위치조정헤드(60)는 방사상으로 등 간격을 이루도록 배치되어 선단부 외주면이 원형레일(50)의 레일지지부재(20)에 내접할 수 있게 구비된다.

여기서 위치조정헤드(60)는 일정 길이의 사각 바(bar) 형태의 지지대(61)와 지지대(61)의 단부에 구비되는 머리부(62)로 구성된다.

머리부(65)의 외주는 원형레일(50)에 구비된 레일지지부재(20)의 기준면(25)에 대응되어 밀착될 수 있도록 원호 형상의 곡면(65)을 형성한다.

따라서 머리부(65)의 곡면(65)은 레일지지부재(20)의 기준면(25)에 내접함으로써, 원형레일(50)의 위치를 설정하는 설정 면이 되는 것이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 머리부(65)의 곡면(65)을 연결한 가상원(65a)은 레일지지부재(20)의 기준면(25)을 연결한 가상원(도시하지 않음)과 일치되어 접촉될 수 있도록 형성되는 것이다.

한편 프로브(70)는 위치조정헤드(60)의 지지대(61) 하측부에 하향 돌출되도록 설치하되, 하기에서 설명하는 조절부재(80)에 의해 지지대(61)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하도록 설치된다.

조절부재(80)는 다양한 직경의 원주용접부(110,120)에 대응할 수 있게 프로브(70)를 지지대(61)의 길이 방향을 따라 방사상으로 동시에 왕복 이동시키는 역할을 하는 것이다.

즉 조절부재(80)는 위치조정헤드(60)의 하측부에 설치된 프로브(70)가 원주용접부(110,120)의 원주 형상의 그루브(groove)에 삽입될 수 있도록 프로브(70)를 반경 방향으로 동시에 이동시키는 것이다.

따라서 조절부재(80)는 최소 직경의 원주용접부(110)의 경우에는 프로브(70)가 중심 방향으로 이동되도록 하고, 최대 직경의 원주용접부(120)의 경우에는 반경 방향을 따라 외측으로 이동되도록 조정하는 것이다.

여기서 프로브(70)의 최대 이동 거리에 의해 용접 가능한 최소 직경의 원주용접부(110)와 최대 직경의 원주용접부(120)가 정해질 것이다.

한편 조절부재(80)는 3개의 프로브(70)를 동시에 동일한 거리만큼 이동시킬 수 있는 스크롤척(scroll chuck) 방식으로 구비될 수 있다.

즉 원판 형상의 스크롤(scroll)을 회전시켜 스크롤에 맞물려 있는 다수개의 조(jaw)를 동일 거리만큼 반경 방향을 따라 이동시켜 대상물을 고정시키는 스크롤 척(연동 척)의 구조를 적용할 수 있을 것이다.

따라서 조절부재(80)는 프로브(70)가 맞물리는 원판 형상의 스크롤 판을 내설하여 이 스크롤 판을 회전시킴으로써, 각 프로브(70)를 동시에 이동시킬 수 있을 것이다.

따라서 조절부재(80)는 다양한 직경의 원주용접부(110,120)에 형성되는 용접용 그루브에 프로브(70)를 삽입시킬 수 있게 되는 것이다.

한편 조절부재(80)의 상부에는 운반용 손잡이(82)가 설치되는 것이 바람직하며, 일측부에는 프로브(70)를 이동시키는 조절구(85)가 설치된다.

따라서 조절구(85)를 회전시켜 프로브(70)를 이동시키게 되는 것이다.

이하 본 발명의 원형 레일유닛의 센터링 작업 과정을 설명한다.

먼저, 용접하고자 하는 원주용접부(110,120)가 형성된 용접부재(100)에 센터링지그(90)를 설치한다.

이때 조절부재(80)를 이용하여 3개의 프로브(70)가 다양한 직경의 원주용접부(110,120)의 중심라인(110a,120a)에 위치하도록 조정한 후, 해당 원주용접부(110,120)의 용접용 그루브에 프로브(70)를 각각 삽입시켜 센터링지그(90)를 설치한다.

따라서 원주용접부(110,120)의 중심라인(110a,120a)과 위치조정헤드(60)의 머리부(62)의 외주면이 이루는 가상원(65a)은 동심원을 형성하게 되는 것이다.

이때 원형레일(50)을 센터링지그(90)에 외삽하여 레일지지부재(20)의 기준면(25)이 위치조정헤드(60)의 머리부(62) 외주면에 내접하도록 설치하면, 원주용접부(110,120)의 중심라인(110a,120a)과 원형레일(50)의 주행레일(10) 또한 동심원을 형성하게 되는 것이다.

이때 원형레일(50)의 설치는 고정구(30)를 이용하여 원형레일(5)을 용접부재(100)에 고정시킴과 동시에 수평을 조정한 후, 센터링지그(90)를 제거하면 되는 것이다.

한편 도 6은 센터링 작업이 완료된 원형레일이 곡면 용접부재에 설치된 후, 원형레일에 용접캐리지가 설치된 상태를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 원형레일(50)이 센터링지그(90)에 의해 센터링 작업이 완료되면, 고정구(30)를 이용하여 원형레일(50)을 용접부재(100)에 고정시키고, 고정구(30)의 승강수단(35)을 이용하여 원형레일(50)의 수평 위치를 상,하 방향으로 조정한 후, 고정볼트(32)를 결합하여 레일지지부재(20)를 고정시키면 되는 것이다.

이때 용접캐리지(300)는 원형레일(50)의 주행레일(10)에 결합되어 주행레일(10)을 따라 원주 운동을 하게 되므로 원주용접부(110,120)를 정확하게 용접시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 원형레일(50)의 센터링 작업이 센터링지그(90)에 의해 정확하고 신속하게 이루어질 수 있게 되어 정밀 용접이 가능할 뿐 아니라, 원형레일(50)을 3차원 곡면 부재에 간편하게 착탈 가능하여 작업공수 감소와 작업성 향상의 효과를 얻을 수 있게 되며, 또한 다양한 직경을 가지는 원주용접부(110,120)를 하나의 원형레일(50)로 간편하게 대응할 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 주행레일 12 : 원형랙
15 : 주레일 20 : 레일지지부재
25 : 기준면 30 : 고정구
31 : 지지브래킷 32 : 고정볼트
33 : 장공 35 : 승강수단
36 : 고정부재 50 : 원형레일
60 : 위치조정헤드 61 : 지지대
62 : 머리부 65 ; 곡면
70 : 프루브 80 : 조절부재
82 : 손잡이 85 : 조절구
100 : 용접부재 110,120 : 원주용접부
65a :가상원 110a,120a : 중심라인
300 : 용접캐리지

Claims (8)

1. 용접부재의 표면에 착탈 가능하게 설치되는 일정 직경을 가지는 원형레일 및 상기 원형레일의 중심을 결정하는 센터링지그로 구성하되,
   상기 센터링지그는,
   방사상으로 등 간격을 이루도록 배치되어 선단부가 상기 원형레일에 내접할 수 있게 구비되는 다수개의 위치조정헤드;
   상기 위치조정헤드의 하측부에 하향 설치하되, 위치조정헤드의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 설치되는 프로브; 및
   상기 프로브를 왕복 이동시킬 수 있게 상기 위치조정헤드의 후단부에 결합되는 조절부재;
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 위치조정헤드는,
   일정 길이의 지지대 및 상기 지지대의 단부에 구비되어 상기 원형레일에 외주면이 내접할 수 있게 선단부에 곡면이 형성된 머리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 조절부재는 상기 프로브를 방사상으로 동시에 왕복 이동시킬 수 있는 상기 프로브가 맞물리는 스크롤 판이 구비되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 원형레일은,
   원주 형상을 구성하는 주행레일;
   상기 주행레일 하부에 설치하되, 상기 위치조정헤드의 선단부에 외접될 수 있게 위치조정헤드에 대응되도록 구비되는 다수개의 레일지지부재; 및
   일단은 상기 용접부재에 착탈 가능하게 결합되고, 타단은 상기 레일지지부재에 결합되는 고정구;
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 주행레일은 일정 폭과 두께를 가지는 주레일 및 상기 주레일 상부에 설치되어 용접캐리지의 구동부에 맞물리는 원형랙으로 구성되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
6. 제4항에 있어서,
   상기 고정구에는 상기 레일지지부재를 승강시킬 수 있게 승강수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 승강수단은 일정 길이의 장공과 상기 장공에 관통되어 상기 레일지지부재에 나사 결합되는 고정볼트로 구성되는 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고정구는 마그네트 또는 진공패드를 구비하여 상기 용접부재에 결합되게 한 것을 특징으로 하는 원주 용접용 원형 레일유닛.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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