KR100695936B1 - 웨이트 밸런서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프의 하중을 줄여주면서, 파이프를 지지하는 이중 플레이트 형식의 작업판에 6-자유도를 부여함에 따라, 파이프의 높이, 위치, 기울어짐, 흔들림을 정밀하게 조정하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 웨이트 밸런서를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 웨이트 밸런서는 작업판(180) 위에 놓이는 제2파이프(13)와 같은 정렬 대상물의 하중을 감지하는 복수개의 로드셀(145, 146)과; 상기 로드셀(145, 146)로부터의 발생된 검출 신호를 수신하여 정렬 대상물의 높이, 기울어짐 및 흔들림을 분석하여 실린더 제어신호를 출력하는 제어부(120)와; 상기 실린더 제어신호를 전달받도록 상기 제어부(120)에 접속되고, 복수개의 압력공급라인 각각의 전자변을 정밀 제어하는 작동력구동부(130)와; 작동력구동부(130)에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 작업판(180)의 위치를 조절하여 정렬 대상물의 높이가 목표치에 도달케 하는 복수개의 레벨링실린더(150)와; 작동력구동부에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 작업판(180)의 기울어짐 및 흔들림을 방지하는 복수개의 밸런싱장치(160)를 포함한다.

파이프, 정렬, 로드셀, 실린더, 작업판, 자유도

Description

웨이트 밸런서{Weight balancer}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 웨이트 밸런서의 전기적 구성을 도시한 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 웨이트 밸런서의 기계적 구성을 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 웨이트 밸런서의 분해 사시도이다.

도 4는 도 2에 도시된 원 A의 확대 단면도이다.

도 5는 도 2에 도시된 웨이트 밸런서의 작업판을 설명하기 위한 평면도이다.

도 6은 도 2에 도시된 웨이트 밸런서의 작동관계를 설명하기 위한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 본 실시예 110 : 본체프레임

120 : 제어부 145, 146 : 로드셀

130 : 작동력구동부 150 : 레벨링실린더

160 : 밸런싱장치 170 : 표시부

180 : 작업판 181 : 상부 플레이트

182 : 하부 플레이트 183 : 테두리빔

184 : 롤러지그 185 : 미끄럼 접촉부

187 : 보강빔 189 : 간격유지축

본 발명은 웨이트 밸런서에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 선박, 플랜트, 배관공사현장 등에서 파이프의 배열 및 용접시 파이프의 하중을 줄여주는 웨이트 밸런서에 관한 것이다.

선박, 플랜트, 배관공사현장 등에는 수많은 가볍거나 무거운 파이프가 존재한다.즉, 각종 유체, 기체 또는 전기 배선 등이 지나가는 파이프가 마치 거미줄처럼 복잡하게 설치되어 있다.

물론, 이러한 파이프는 하나의 길이에 한계가 있으므로, 용접작업자는 복수개의 파이프를 상호 용접하여 원하는 길이로 제작한다.

특히, 선박의 주요 관로 등에 사용되는 파이프는 하나의 길이라 하더라도 중량을 갖고 있고, 이러한 중량의 파이프들이 상호 연결되어 관로 또는 배관 설계에 적합한 상대적으로 긴 길이를 갖는 파이프로 제작된다.

여기서, 기준 파이프(이하, '제1파이프'라 칭함)와 제1파이프에 맞대기 이음 용접시킬 정렬 대상물에 해당하는 파이프(이하 '제2파이프'라 칭함)는 맞대기 이음 용접 전 정렬을 요구한다.

사용자는 크레인의 와이어 또는 벨트를 이용하여 직접 수동으로 제2파이프의 방향, 위치 및 높이를 조정하는 레벨링 작업을 수행하여 제1파이프와 제2파이프가 정렬하도록 한다.

사용자는 제1파이프를 정반과 같은 거치대에 놓고, 이런 정반과 대향되는 곳에 놓여진 'Y'자 블록과 같은 간이 지그에 제2파이프를 놓는다.간이 지그는 제2파이프의 하부에서 제2파이프를 지지하고, 제2파이프의 자중과 'Y'자 블록에 의해 제2파이프를 고정시키는 역할을 한다.

사용자는 크레인의 와이어로 제2파이프를 약간 들어 올린 후 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등 모든 방향으로 조금씩 옮기거나, 이러한 옮김 동작에 맞춰 간이 지그의 높낮이, 방향을 조정하여 제2파이프를 제1파이프에 정렬시킨다.

그러나, 이와 같은 수동적인 파이프 정렬 작업은 제2파이프의 길이가 길고 하중이 클 경우 작업하기가 매우 어렵고, 제2파이프의 형상에 따라 무게 중심이 체적 중심으로부터 편심되는 등의 불균형 상태가 존재할 경우 숙련된 작업자라 하더라도 파이프의 높이, 각도, 위치, 흔들림 등에 의해 파이프 정렬 및 용접 작업 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.

또한, 파이프 배열을 정밀하게 수행하지 못하기 때문에, 파이프의 용접 작업 역시 신속하게 수행할 수 없다.예컨대, 제2파이프와 제1파이프 사이의 용접 작업에는 통상 파이프 내측에 미리 사람이 들어가서 결합 부위를 가용접하고, 다시 밖으로 나와서 본용접을 하여야 하는 불편한 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 파이프의 하중을 줄여주면서, 파이프를 지지하는 이중 플레이트 형식의 작업판에 6-자유도를 부여함에 따라, 파이프의 높이, 위치, 기울어짐, 흔들림을 정밀하게 조정하여 용접 품질을 향상시킬 수 있는 웨이트 밸런서를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 복수개의 로드셀을 이용하여 해당 실린더의 레벨링 작동과 웨이트 밸런싱 작동을 연동시킴에 따라 인력 또는 파이프 정렬 자동 로봇에 의한 파이프 정렬 작업을 신속하게 수행할 수 있도록 해줄 수 있는 웨이트 밸런서를 제공하는데 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 웨이트 밸런서는 제2파이프와 같은 정렬 대상물을 안착시키기 위한 작업판과; 상기 작업판의 하부에 설치되며, 상기 작업판 위에 놓이는 정렬 대상물의 하중을 감지하는 복수개의 로드셀과; 상기 로드셀로부터의 발생된 검출 신호를 수신하여 정렬 대상물의 높이, 기울어짐 및 흔들림을 분석하여 실린더 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 실린더 제어신호를 전달받도록 상기 제어부에 접속되고, 복수개의 압력공급라인 각각의 전자변을 정밀 제어하는 작동력구동부와; 상기 작동력구동부에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 상기 작업판의 위치를 조절하여 정렬 대상물의 높이가 목표치에 도달하도록, 상기 압력공급라인의 일측라인에 연결되고 상기 작업판의 하부로 본체프레임의 일측부위에 설치된 복수개의 레벨링실린더와; 상기 작동력구동부에서 공급하는 작 동압의 크기에 대응하게 상기 작업판의 기울어짐 및 흔들림을 방지하도록, 상기 압력공급라인의 타측라인에 연결되고 상기 작업판의 하부로 본체프레임의 타측부위에 설치된 밸런싱장치를 포함한 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서에 의해 달성된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 웨이트 밸런서의 전기적 구성을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이트 밸런서의 기계적 구성을 도시한 사시도이다.또한, 도 3은 도 2에 도시된 웨이트 밸런서의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 원 A의 확대 단면도이다.또한, 도 5는 도 2에 도시된 웨이트 밸런서의 작업판을 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 2에 도시된 웨이트 밸런서의 작동관계를 설명하기 위한 사시도이다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이트 밸런서의 실시예(100)는 상자형상을 갖는 본체프레임(110)의 내부에 제어부(120)와 작동력구동부(130)를 구비시키고 있다.

제어부(120)는 외부 전원 또는 자체 전원(예 : 축전지)과 연결되어 각종 센서, 작동력구동부(130), 레벨링 및 밸런싱 연산 처리모듈, 입/출력회로구성 등에 사용할 작동 전원을 발생시킬 수 있도록 전력 공급 회로를 갖고 있다.

제어부(120)의 레벨링 및 밸런싱 연산 처리모듈은 센서인터페이스를 통해 입력된 각종 센서[예 : 기울기센서(142)] 또는 로드셀(145, 146)의 검출 신호를 이용 하여, 작업판(180)쪽으로 입력되는 병진운동(surge, sway, heave) 및 회동(roll, pitch, yaw)(여기서, 회동은 회전 운동을 의미함)에 의한 정적 하중(예 : 상하 방향으로 전달되는 단일 하중) 또는 동적 하중(예 : 복합적으로 전달되는 복수 하중)을 분석한 후, 정적 또는 동적 하중, 기울어짐 및 흔들림을 줄여주거나 제어하는 스트로크 조절 신호와 같은 실린더 제어신호를 작동력구동부(130) 쪽으로 전달하는 역할을 한다.

로드셀(145, 146)은 파이프 등의 하중을 검출하여, 전기적 신호로 변환한 검출 신호를 제어부(120)에 전송하는 역할을 담당할 수 있다.

제어부(120)의 레벨링 및 밸런싱 연산 처리모듈은 적어도 하나의 통상적인 자동 레귤레이터 또는 그 등가물일 수 있으나, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.

제어부(120)는 작동력구동부(130), 복수개(예 : 8개)의 로드셀(145, 146) 및 표시부(170)를 하기에 설명할 작동방법에 대응하게 제어하는 컴퓨터와 같은 구성을 갖는 레벨링 및 밸런싱 연산 처리모듈, 제어부(120)에 전기적으로 각각 연결된 센서인터페이스, 전원스위치, 복수개의 작동조작스위치 및 버튼 등과 같은 입력회로구성을 갖고 있다.

제어부(120)는 본 실시예(100)의 작동 상태에 대응한 아날로그 신호를 표시부(170)의 디스플레이장치 및 각종 동작램프에 전달하기 위한 통상의 출력회로구성을 갖는다.

작동력구동부(130)는 외부 작동원(도시 안됨)(예 : 공압펌프, 유압펌프 등) 으로부터 작동압을 공급받도록 연결된 연결라인구성과, 상기 연결라인구성 중 압력공급라인(도시 안됨)에 각각 설치된 복수개(예 : 8개)의 전자변의 개폐를 선택적으로 정밀하게 제어하면서 작동압의 크기 또는 증감을 조정하는 구동회로구성을 갖는다.

여기서, 압력공급라인의 일측라인은 작동력구동부(130)의 일측 포트에서 각각의 레벨링실린더(150)까지 연결되며, 압력공급라인의 타측라인은 작동력구동부(130)의 타측 포트에서 각각의 밸런싱장치(160)까지 연결되어 있다.

이런 작동력구동부(130)는 제어부(120)의 실린더 제어신호에 대응하게 해당 압력공급라인의 전자변의 개폐를 정밀 제어함에 따라서, 해당 작동압의 크기에 대응하게 복수개(예 : 4개)의 레벨링실린더(150)와 복수개(예 : 4개)의 밸런싱장치(160)의 축력을 변화시키거나 또는 신장 및 축소 방향으로의 축길이를 변경시키는 역할을 담당할 수 있다.

본 발명의 설명에서, 레벨링 또는 웨이트 밸런싱의 역할을 담당하는 해당 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)는 파이프 하중을 줄이거나 파이프 하중과 동일한 크기의 축력을 중력 방향의 반대방향으로 발생시켜서, 결국 파이프 하중과 실린더 하중의 합이 제로가 되도록, 작동압을 공급받는 실린더케이싱 내부의 피스톤에 의해 작동축을 직선이동시키는 액추에이터로서 이해될 것이다.

즉, 레벨링실린더(150)와 밸런싱장치(160)는 제어부(120)에 의해 제어되는 외부 작동원(예 : 공압, 유압, 기타 유체압)으로부터 제공되는 작동압을 조절함에 따라서, 작동축을 축방향으로 유한한 스트로크(stroke) 거리 내에서 상승(예 : 전 진 작동) 또는 하강(예 : 후진 작동)시키거나, 또는 벨로우즈튜브를 상하방향으로 움직여서 유한한 스트로크 거리 내에서 축길이를 신장 또는 축소시키는 압력장치이다.

또한, 레벨링실린더(150)와 밸런싱장치(160)는 볼스크루축에 나사결합된 볼스크루너트블록과, 볼스크루축을 회전시키는 서보모터의 구성, 리니어 모터 등과 같이 전기식으로 구성될 수 있고, 유압 서보 실린더와 같이 공압식으로도 구성될 수 있으며, 볼스크루너트블록의 승하강에 따라 작업판(180)의 레벨링 및 웨이트 밸런싱을 수행할 수 있도록 구성이 가능하다.

즉, 본 실시예에서 공압 구성을 이용하는 경우, 레벨링실린더(150)와 복수개의 밸런싱장치(160)는 압력 조절이 가능한 에어 스프링이나, 길이의 조절이 가능한 직선 이송 장치인 리니어 모터, 유압 서보 실린더, 모터 및 랙피니언 기구물, 볼스크루 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에서 밸런싱장치(160)는 공기압의 주입 또는 배출을 제어함에 따라 벨로우즈튜브를 축방향으로 확장 또는 축소시킬 수 있는 튜브형 복원 스프링이 사용될 수 있다.

레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160) 각각의 작동축의 신장 또는 축소길이는 로드셀(145, 146)에서 발생된 검출 신호의 신호 크기에 대응하게 제어부(120)의 스트로크 조절 신호에 의해 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 작업판(180)의 중심(또는 센터)에는 기울기센서(142)(예 : 틸트 센서) 또는 수준계 등이 더 부착되어 있는 것이 바람직하다.

예컨대, 기울기센서(142)의 경우에는, 해당 입력전선 및 센서인터페이스를 통해서, 기울기센서(142)에서 발생 및 검출된 검출 신호(예 : 기울기정보)는 제어부(120)에 입력된다.

또한, 본 발명에서는 외부 작동원과 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)의 사이에 핸드 슬리드 밸브(hand slid valve), FRL, 압력 스위치, 흡음기, 매니폴드, 분배기, 필터, 소음기 등이 통상의 압력회로 구성 및 결합기술을 이용하여 더 장착되어 있는 것이 바람직하다.

로드셀(145, 146) 각각은 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)의 작동축에 설치되어서 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160) 각각의 작동축에 인가되는 하중에 대응하게 발생 및 검출된 전기적 검출 신호(예 : 측정 하중)를 해당 입력전선 및 센서인터페이스를 통해서 제어부(120)로 입력시키도록 되어 있다.

표시부(170)는 제어부(120)로부터 입력된 출력신호에 대응하게 작동력구동부(130), 로드셀(145, 146), 레벨링실린더(150), 밸런싱장치(160) 각각의 작동 상태를 표시하는 역할을 담당할 수 있다.

도 2를 참고하면, 본체프레임(110)은 그의 하부에 나사 조임식으로서 가변 폭이 수백 밀리미터(㎜)인 복수개의 높이조절축(111)과, 본체프레임(110)의 자유로운 이동을 위해 스토퍼 기구를 갖는 이동롤러(112)를 더 설치하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본체프레임(110)은 그의 측부에 복수개의 핸들바(113)를 더 형성하고 있는 것이 바람직하다.

본체프레임(110)의 연직 상향에는 이중 플레이트 형식으로서 지그 역할을 하는 작업판(180)이 설치된다.

작업판(180)은 로드셀(145, 146)을 각각 개재한 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)에 의해 지지된다.

복수개의 가이드부(190)는 하기에 상세히 설명할 구성 및 결합관계에 의해서 레벨링실린더(150) 또는 밸런싱장치(160)의 축 신장 및 축소를 가이드하는 역할을 담당할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 작업판(180)은 앞서 언급한 바와 같이 이중 플레이트 형식의 지그로서, 상부 플레이트(181), 하부 플레이트(182), 테두리빔(183)을 갖는다.

상부 플레이트(181)는 본체프레임(110)의 평명적과 대등하거나 유사한 평면적을 갖는 정반 타입의 판부재이다.

이런 상부 플레이트(181)에는 다양한 형상을 갖는 파이프[예 : 정렬 대상물에 해당하는 도 6의 제2파이프(13) 참조] 중 해당 파이프의 형상에 대응하게 지지하고, 파이프의 자중 및 형상과 배열 위치에 의해서 파이프를 축방향 또는 직경방향으로 움직이지 못하게 하는 대신 파이프를 파이프의 원주방향으로 회전시킬 수 있는 복수개의 롤러지그(184)가 결합되어 있다.

롤러지그(184)를 결합시키기 위해서, 상부 플레이트(181)의 상면에는 롤러지그(184)의 기저돌기가 각각 삽입된 후, 기저돌기의 축방향을 기준으로 롤러지그(184)를 각각 회전시킬 수 있도록 베어링 형식을 갖는 복수개의 홈형 장착구(H)가 형성되어 있다.

복수개의 홈형 장착구(H)는 그의 배열 간격, 방향 및 개수에 따라 격자형, 나선형, 설계형 중 어느 하나의 배열형식으로 상부 플레이트(181)의 상면에 배열될 수 있다.

예컨대, 설계형 배열형식인 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(181)의 상면에는 일자형 파이프 레이아웃(103)을 위한 제1군의 홈형 장착구(H1 ∼ H10)들이 배열되고, 엘보형 파이프 레이아웃(104)을 위한 제2군의 홈형 장착구(H11 ∼ H20)들이 배열되고, T자형 파이프 레이아웃(105)을 위한 제3군의 홈형 장착구(H21 ∼ H23)들이 배열될 수 있다.

즉, 홈형 장착구(H1 ∼ H22)는 적어도 일자형 파이프, 엘보형 파이프, T자형 파이프를 포함한 복수개의 파이프 레이아웃(103, 104, 105) 각각의 형상에 대응한 배치 간격 및 방향성을 갖는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 상부 플레이트(181)의 연직 하부에는 상부 플레이트(181)의 평면적보다 작은 평면적을 갖는 하부 플레이트(182)가 위치한다.

하부 플레이트(182)의 상면에는 격자형, 나선형, 설계형 중 어느 하나의 배열형식을 갖는 복수개의 미끄럼 접촉부(185)가 배열되어 있다.

미끄럼 접촉부(185)는 하부 플레이트(182)를 기반으로 하여 상부 플레이트(181)를 지지하면서 평면 방향으로 자유롭게 이동이 가능하게 하는 역할을 담당한다.이를 위해 미끄럼 접촉부(185)는 상부 플레이트(181)의 저면과 각각 점 또는 선접촉하는 부재를 의미하는 것으로서, 볼 베어링, 스러스트 베어링, 캐스터 등에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

예컨대, 볼 베어링인 경우 하부 플레이트(182)의 상면에는 상기 미끄럼 접촉부(185)의 배열 형식과 동일하게 복수개의 베어링 안착홈(186)이 형성되고, 베어링 안착홈(186)의 주위에 고정링을 각각 결합시켜서, 고정링으로 하여금 볼 베어링의 이탈을 막은 상태에서 볼 베어링의 작동을 안정화시킬 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 고정링의 결합에 관하여, 내경 태두리에는 하향으로 돌출된 나사돌기가 형성되어 있고, 베어링 안착홈(186)의 내주면에는 상기 나사돌기와 나사결합 가능한 암나사산이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

테두리빔(183)은 사각 링축 형상을 갖는 것으로서, 하부 플레이트(182)의 측변과 이격 공간을 유지할 수 있는 크기를 갖고, 하부 플레이트(182)의 두께보다 상대적으로 큰 두께를 갖고, 상부 플레이트(181)의 테두리 저면에 부착된다.

테두리빔(183)은 그의 4변의 중앙부위 저면에서 각각 작업판(180)의 중심쪽으로 향하는 복수개의 보강빔(187)을 더 갖는다.여기서, 각각의 보강핌(187)은 용접에 의해 테두리빔(183)의 저면에 고정된다.

상부 플레이트(181)와 하부 플레이트(182) 및 테두리빔(183)의 결합관계를 살펴보고자 한다.

하부 플레이트(182)는 테두리빔(183)의 안쪽에 안치되고, 테두리빔(183)에 고정된 보강빔(187)에 의해 아래쪽으로 이탈되는 것이 방지된다.

상부 플레이트(181)는 그의 측변이 테두리빔(183)의 측면에 각각 일치되게 테두리빔(183)의 상면에 적층된다.

이후, 상부 플레이트(181)와 테두리빔(183)의 부착방법을 살펴보면, 상부 플레이트(181)의 측변쪽 부위와 테두리빔(183)에 각각 형성된 복수개의 볼트구멍(188)과, 그러한 볼트구멍(188)에 체결 가능한 고정볼트를 이용한다.

이때, 미끄럼 접촉부(185)를 개재한 상태에서 하부 플레이트(182)의 상면은 상부 플레이트(181)의 저면과 평행을 유지하면서 상호 이격된 상태로 존재한다.

이런 미끄럼 접촉부(185)에 의해서, 상부 플레이트(181)는 하부 플레이트(182)를 기준으로 X-Y축이 통과하는 X-Y평면방향을 따라 유한한 범위 내에서 평면방향으로 미끄러질 수 있음과 같이 X축이동 또는 Y축이동이 가능할 뿐만 아니라, Z축을 회동기준축으로 하여 요잉(yawing)과 같은 회동이 가능한 상태가 된다.

또한, 상부 플레이트(181)는 하부 플레이트(182)와의 결합관계 하에서, 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)로부터 레벨링 또는 웨이트 밸런싱을 위한 승하강력을 전달받을 수 있으므로, Z축이동이 가능하거나 X축을 회동기준축으로 한 롤링(rolling) 또는 Y축을 회동기준축으로 한 피칭(pitching)과 같은 회동이 가능한 상태가 된다.

여기서, 축이동이란 해당 X, Y, Z축방향을 따라 움직이는 것을 의미하고, 회동기준축이란 회동의 주축을 의미한다.

한편, 작업자에 의한 수작업의 파이프 정렬 작업시 파이프의 이동이 필요하다.이에 관해서 종래 기술에서는 파이프를 지지하고 있던 'Y'자 블록과 같은 간이 지그를 이동시켜야 하는 불편함이 존재함과 함께 많은 작업 시간이 소요되는 작업상 어려움을 겪었고, 이와 같은 단순한 웨이트 밸런스 수행 이외에, 별도의 병진운 동 및 회동에 대해서는 별도의 크레인의 도움을 받아 배열하고자 하는 파이프에게 소정의 다축 이동과 같은 복잡한 움직임을 부여해야만 파이프 정렬 작업이 가능한 단점이 있었다.

그러나 본 발명에서는, 작업판(180)의 상부 플레이트(181) 및 그 위에 놓여질 파이프와 같은 정렬 대상물[도 6에 도시된 제2파이프(13)를 의미함]이 하기의 미리 설계된 범위 내에서, 미끄럼 접촉부(185)의 역할에 의해서 X축이동, Y축이동, 요잉(yawing)을 할 수 있음과 함께 레벨링실린더(150) 또는 밸런싱장치(160)에 의해서 Z축이동, 롤링(rolling) 및 피칭(pitching)을 할 수 있다.이때, 작업판(180)의 하부 플레이트(182)는 본체프레임(110)을 기준으로 X축이동, Y축이동 및 요잉(yawing)을 할 수 없도록 가이드부(190)에 의해서 중심을 잡을 수 있다.

결국, 본 발명의 웨이트 밸런서는 작업판(180)을 통해서 레벨링과 웨이트 밸런싱을 비롯하여 파이프 정렬과 완전 연동될 수 있는 특징을 갖게 된다.

상기 미리 설계된 범위란, 예컨대 소정의 파이프 직경 600 ∼ 800 기준으로, X축이동 또는 서지(surge)타입 병진운동 ±20㎜와, Y축이동 또는 스웨이(sway)타입 병진운동 ±20㎜와, Z축이동 또는 히브(heave)타입 병진운동 ±20㎜와, 롤(roll)각도 ±1.5°와, 피치(pitch)각도 ±1.5°와, 요우(yaw)각도 ±5°와 같은 소정 치수로 정의되는 작업영역범위로 이해될 수 있고, 다만 작업영역범위의 치수는 예시적인 사항에 불가하며 한정되지 않는다.

도 4의 원 A를 통해 확대 도시한 바와 같이, 복수개의 간격유지축(189)(예 : spacer, screw shaft 등)은 테두리빔(183)의 폭방향으로 관통된 설치구멍(예 : 나 사구멍)을 통해서, 테두리빔(183)에 더 설치되어 있는 것이 바람직하다.

더욱 상세하게 설명하면, 간격유지축(189)은 테두리빔(183)의 4변의 중앙부위를 각각 통과하는 설치구멍에 나사결합되어 있다.이런 간격유지축(189)은 그의 나사회전에 대응한 축이동을 통해서 테두리빔(183)의 내측면에서 돌출된 길이를 조절시킬 수 있다.

즉, 간격유지축(189)은 육각볼트형 헤드부위와 나사 몸체축으로 이루어진 것으로서, 상기 설치구멍에서 작업자 등에 의해서 나사회전될 때 하부 플레이트(182) 쪽으로 전진되거나 후진된다.또한 육각볼트형 헤드부위의 반대쪽을 기준으로 간격유지축(189)의 나사 몸체축의 끝단에는 끝단블록(189a)이 체결되어 있다.

간격유지축(189)의 끝단블록(189a)과 하부 플레이트(182)간 이격 거리는 간격유지축(189)의 축이동 비율에 따라 조절된다.끝단블록(189a)은 충격감쇄를 위해서 탄성 재질로 제작될 수 있다.

이런 간격유지축(189)은 상술한 상부 플레이트(181)의 이동 또는 회동을 일정 범위 내에서 제한하거나, 상부 플레이트(181)가 테두리빔(183)의 내측면 또는 하부 플레이트(182)와 부딪치는 것을 미연에 방지하는 역할을 담당한다.

이런 작업판(180)은 앞서 언급한 바와 같이 기능적으로 레벨링실린더(150) 또는 밸런싱장치(160)에 의해 지지된다.

이에 대한 기계적 결합관계에 대해서 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

도 3을 다시 참조하면, 복수개의 가이드부(190)는 작업판(180)의 하부 플레이트(182)의 저면에 위치한 복수개의 체결 기준 부위를 기준으로 체결되고, 복수개 의 로드셀(145, 146)은 하부 플레이트(182)의 저면에 위치한 접촉 영역의 연직 하부를 기준으로 배열된다.

예컨대, 복수개의 가이드부(190)는 가이드축(191)과 가이드부시(192)를 포함한다.가이드부시(192)는 본체프레임(110)의 상판(119)에 설치되어 있고, 이런 가이드부시(192)의 가이드구멍에는 가이드축(191)이 미끄럼삽입방식으로 결합된다.가이드축(191)의 상부 끝단에 볼형 피봇(193)이 설치되어 있다.

여기서, 가이드축(191)은 하기에 설명할 볼형 피봇(193)의 볼로부터 축방향을 따라 연장되어서, 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)의 최대 스트로크 거리보다 상대적으로 더 큰 축길이를 갖고 있는 것이 바람직하다.

볼형 피봇(193)은 볼 하우징과 볼로 이루어져 있고, 볼은 볼 하우징에서 자유롭게 움직임이 가능하도록 보호되어 있고, 볼 하우징의 개구된 쪽으로 가이드축(191)의 끝단부가 들어와서 볼의 일측 구면과 일체형으로 연결된다.

볼 하우징은 하부 플레이트(182)의 고정위치에 고정되나, 볼 하우징 내부의 볼은 볼 하우징의 내표면 안쪽의 공간에서 자유롭게 움직임이 가능하므로, 결국 가이드축(191)으로 하여금 비틀림 응력을 받지 않고 축회전 및 기울어짐을 가능케 하므로, 결국 하부 플레이트(182)의 상하 승강작동은 가이드축(191)과 가이드부시(192)에 의해 가이드되며, 또한, 하부 플레이트(182)를 포함한 작업판(180) 전체의 기울어짐(예 : 피칭 또는 롤링)은 볼형 피봇(193)을 기준으로 수행될 수 있다.

즉, 볼형 피봇(193)에 의해서 가이드축(191)은 작업판(180)의 하부 플레이트(182)를 축방향으로 지지하면서 가이드부시(192)와 함께 가이드 역할을 수행할 수 있음과 함께, 작업판(180)으로 하여금 유한한 각도 범위 내에서 기울어짐이 가능하게 해준다.

한편, 로드셀(145, 146)은 하부 플레이트(182)와 접촉하면서 지지할 수 있을 뿐 고정되어 있지 않는다.

예컨대, 복수개의 로드셀(145, 146)들 중 일측에 배열된 로드셀(145)은 레벨링실린더(150)용으로서, 작업판(180)의 일측부위, 더욱 상세하게 작업판(180)의 하부 플레이트(182)의 중앙쪽 접촉 영역의 연직 하부에 배치되는 것, 즉 중앙 배치를 기준으로 한다.이런 중앙 배치를 기준으로 레벨링실린더(150)의 실린더케이싱은 본체프레임(110)의 상판(119)의 일측부위와 같은 중앙부위에서 일정한 배열 간격을 유지하면서 고정된다.이때, 레벨링실린더(150)의 실린더케이싱은 본체프레임(110)의 안쪽에 위치한다.이와 반면, 레벨링실린더(150)의 작동축 각각은 본체프레임(110)의 상판(119)의 작동축부싱을 통과함에 따라, 상판(119)의 위쪽으로 각각 돌출된 후 각각의 로드셀(145)과 결합된다.

특히, 레벨링실린더(150)는 복수개(예 : 4개)로서 본체프레임(110)의 상판(119)의 중심을 기준으로 일정한 배열 간격을 유지할 때, 파이프의 축방향을 고려하여 X축방향의 배열 간격이 Y축방향의 배열 간격보다 상대적으로 더 큰 것이 바람직하다.

이런 레벨링실린더(150)는 작동력구동부에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 작업판(180)의 위치를 조절하여 정렬 대상물에 해당하는 제2파이프(13)의 높이가 목표치에 도달하도록 하는 역할을 담당할 수 있다.

한편, 복수개의 로드셀(145, 146)들 중 타측에 배열된 로드셀(146)은 밸런싱장치(160)용으로서, 작업판(180)의 타측부위, 더욱 상세하게 작업판(180)의 하부 플레이트(182)의 코너쪽 접촉 영역의 연직 하부에 배치되는 것, 즉 코너 배치를 기준으로 한다.이런 코너 배치를 기준으로 로드셀(146) 각각은 밸런싱장치(160)의 작동축과 결합되며, 이때 밸런싱장치(160)의 실린더케이싱은 본체프레임(110)의 상판(119)의 타측부위와 같은 코너부위에 각각 고정 및 지지된다.

이런 밸런싱장치(160)는 작동력구동부에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 작업판(180)의 기울어짐 및 흔들림을 방지하는 역할을 담당할 수 있다.

이때, 앞서 상세히 설명한 바와 같이 상부 플레이트(181), 하부 플레이트(182), 테두리빔(183), 미끄럼 접촉부(185), 보강빔(187)을 구비한 작업판(180)과 가이드부(190)의 볼형 피봇(193)간의 결합 관계적 특징, 또는 작업판(180)과 로드셀(145, 146)과의 결합 관계적 특징으로 인하여, 결국 유한한 범위 내에서 6-자유도를 갖게 된다.

즉, 본 실시예(100)의 6-자유도를 갖는 작업판(180)은 병진 운동 및 회동에도 민감하게 대응한 움직임을 가지면서도 레벨링실린더(150)와 밸런싱장치(160)에 의해 레벨링과 웨이트 밸런싱을 수행하는 지그역할을 수행함에 따라, 결국 더욱 정밀하고 신속한 레벨링과 웨이트 밸런싱이 수행될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1파이프(12)는 캐리어 등에 의해 운반되어서 정반(11)에 놓여지고, 본 실시예(100)에는 전원이 인가되고, 외부 작동원으로부터 작동압을 공급받아 레벨링과 웨이트 밸런싱을 수행할 수 있는 정렬 대기상태가 된다.

앞서 설명한 바와 같이 상부 플레이트(181)와 하부 플레이트(182) 및 미끄럼 접촉부와, 가이드부(190)의 볼형 피봇과 하부 플레이트(182)와의 결합 관계와, 하부 플레이트(182)와 로드셀(145, 146)이 고정되어 있지 않는 구조적 관계 등에 의해서, 작업판(180)은 지면에 놓인 본체프레임(110)을 기준으로 6-자유도(X, Y, Z, ro, pi, ya)를 갖도록 유한하거나 또는 미리 설계된 범위 내에서 피동적인 움직임을 갖게 된다.

작업판(180)의 피동적인 움직임이란, 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)의 작동력에 의해 움직여지거나, 또는 인력 또는 파이프 정렬 자동 로봇의 정렬에 필요한 작동력을 전달받아서 유한한 범위 내에서 이동되는 것을 의미한다.

정반(11)의 높이와 본 실시예(100)의 작업판(180)의 높이는 미리 일치되고, 본 발명에서 언급한 목표치는 상기 정반(11)의 높이와 작업판(180)이 상호 일치되는 높이이거나, 상기 정반(11) 위의 제1파이프(12)와 상기 작업판(180) 위의 제2파이프(13)가 상호 일치되는 높이를 기준으로 미리 설정될 수 있고, 그 수치는 본 실시예(100)에서 한정되지 않는다.

본 실시예(100)의 작업판(180)에는 제2파이프(13)가 역시 캐리어 등에 의해 운반 및 적재될 때, 작업판(180)이 하향으로 제2파이프(13)의 중량이나 중량 불균형에 의해 내려가거나, 작업판(180)이 기울어지려 하며, 이때 제2파이프(13)에 의한 정적 하중이 작업판(180)을 통해 로드셀(145, 146)에서 검출된다.

그 다음 제1파이프(12)의 내부에는 파이프 정렬 자동 로봇(10)이 투입되고, 그 이후 파이프 정렬 자동 로봇(10)이 제2파이프(13) 쪽으로 움직일 때, 동적 하중 이 로드셀(145, 146)에서 검출된다.

또한, 파이프 정렬 자동 로봇(10)이 제1, 제2파이프(12, 13)에 완전 장착되고, 제1, 제2파이프(12, 13)의 루트 갭(root gap) 및 단차 보정을 위해 정렬 기능을 시작하면, 본 실시예(100)는 제1, 제2파이프(12, 13) 배열을 쉽게 하도록 정적 또는 동적 하중에 따른 병진운동 및 회동을 줄여주고, 정반(11)의 높이와 작업판(180)의 높이를 일정하게 맞춤으로써 제2파이프(13)의 움직임을 돕게 된다.

예컨대, 본 실시예(100)는 로드셀(145, 146)에서 검출한 정적 또는 동적 하중과 기울기센서(142)에서 검출한 작업판(180) 또는 제2파이프(13)의 기울기정보를 제어부에 입력시킨다.

제어부의 레벨링 및 밸런싱 연산 처리모듈은 앞서 설명한 바와 같이, 로드셀(145, 146) 및 기울기센서(142) 각각의 검출 신호를 이용하여, 상부 플레이트(181) 및 그 위에 놓여진 제2파이프(13)의 하중 및 복합적 움직임을 줄여주거나 제거하기 위한 스트로크 조절 신호와 같은 실린더 제어신호를 발생시킨 후, 작동력구동부(130)쪽으로 전달한다.

여기서, 실린더 제어신호란, 레벨링실린더(150) 및 밸런싱장치(160)의 작동축의 전진 작동량(예 : 축길이 신장량) 또는 후진 작동량(예 : 축길이 축소량)량을 조절하기 위한 것으로서, 통상의 자동 레귤레이터나, 댐핑 또는 수평 조절 시스템에서 사용하는 통상의 소프트웨어적 알고리즘에 의해 획득되거나 산출되어 전기적 신호로 변환된 것을 의미한다.

작동력구동부는 전달받은 실린더 제어신호에 대응하게 전자변 개폐 및 작동 압 증가 또는 감소 제어를 수행함에 따라, 결국 레벨링실린더(150)와 밸런싱장치(160)의 작동축의 신장 또는 축소길이를 조절하고, 그 결과 작업판(180)을 통해 전달된 정적 또는 동적 하중, 기울어짐 및 흔들림을 감소시켜서, 결국 제1파이프(12)와 제2파이프(13)가 일치되는 배열을 돕게 된다.

즉, 복수개의 레벨링실린더(150)는 작업판(180)의 높이, 위치, 방향을 조절하여 제2파이프(13)의 높이가 일정해지거나 및 하중이 줄어들도록 하는 역할을 한다.예컨대, 미리 기록 저장된 목표치보다 하중이 많이 걸린 일측 레벨링실린더(150)에는 작동압을 상대적으로 가중시켜 타측 레벨링실린더와 레벨을 일치시킨다.

이와 함께, 복수개의 밸런싱장치(160)는 작업판(180)의 높이, 위치, 방향, 기울어짐, 흔들림을 미세하게 조절하여 밸런스를 맞추어주는 역할, 즉, 제2파이프(13)의 기울어짐 및 흔들림을 방지하는 역할을 한다.예컨대, 미리 기록 저장된 목표치보다 기울어짐이나 흔들림이 발생되는 쪽의 일측 또는 타측의 밸런싱장치(160)를 기준으로 통상의 경사각 조정 알고리즘 및 댐핑 방지 알고리즘에 각각 대응하게 공기압을 가중 또는 감소시킴에 따라 작업판(180)의 병진운동 및 회동을 감쇄시키게 된다.

표시부(170)는 로드셀(145, 146) 또는 기울기센서(142)로부터 감지된 각종 수치를 표시하는 역할을 한다.물론, 표시부(170)는, 로드셀(145, 146)로부터 검출된 수치가 제어부에 입력됨에 따라 제어부에 의해 연산 처리된 제2파이프(13)의 레벨링 및 밸런싱 관련 수치를 표시 또는 출력할 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 웨이트 밸런서는 중량의 파이프의 정렬 작업 또는 용접 작업을 수행할 때 복수개의 로드셀을 갖는 레벨링실린더 및 밸런싱장치에 의해 파이프들의 정렬시 발생하는 하중을 줄여주고 파이프들의 높이 및 위치 등을 항상 정확히 조절하거나 흔들림 및 기울어짐을 방지해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 웨이트 밸런서는 해당 파이프의 형상에 대응하게 해당 파이프를 지지할 수 있도록, 복수개의 롤러지그를 작업판에 탈부착 및 배열시킬 수 있음에 따라, 특정 형상의 파이프뿐만 아니라 다양한 형상의 파이프의 배열 작업에서 사용될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 웨이트 밸런서는 작업판의 상부 플레이트 및 제2파이프로 하여금 미리 설계된 범위 내에서 움직일 수 있도록, 이중 플레이트 형식으로 유한한 범위 내에서 미세하게 움직임이 가능한 6-자유도를 갖는 작업판을 파이프 지지용 지그로 사용함에 따라, 웨이트 밸런싱과 레벨링을 수행하면서 본체프레임 전체를 움직이는 불편함을 제거하고, 작업판의 상부 플레이트가 파이프 정렬과 완전 연동될 수 있어서 파이프의 배열이 용이한 구조적 특징을 갖는다.

따라서, 본 발명에 의한 웨이트 밸런서는 파이프의 높이 및 위치 정밀도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 부가적으로 용접 품질도 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 웨이트 밸런서를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명

이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (8)

1. 정렬 대상물을 안착시키기 위한 작업판과;

   상기 작업판의 하부에 설치되는 복수개의 로드셀과;

   상기 로드셀로부터의 발생된 검출 신호를 수신하여 정렬 대상물의 높이, 기울어짐 및 흔들림을 분석하여 실린더 제어신호를 발생하는 제어부와;

   상기 실린더 제어신호를 전달받도록 상기 제어부에 접속되고, 복수개의 압력공급라인 각각의 전자변을 정밀 제어하는 작동력구동부와;

   상기 작동력구동부에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 상기 작업판의 위치를 조절하여 정렬 대상물의 높이가 목표치에 도달하도록, 상기 압력공급라인의 일측라인에 연결되고 상기 작업판의 하부로 본체프레임의 일측부위에 설치된 복수개의 레벨링실린더와;

   상기 작동력구동부에서 공급하는 작동압의 크기에 대응하게 상기 작업판의 기울어짐 및 흔들림을 방지하도록, 상기 압력공급라인의 타측라인에 연결되고 상기 작업판의 하부로 본체프레임의 타측부위에 설치된 밸런싱장치를 포함한 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레벨링실린더와 상기 밸런싱장치는 압력 조절이 가능한 에어 스프링이 나, 길이의 조절이 가능한 직선 이송 장치인 리니어 모터, 유압 서보 실린더, 모터 및 랙피니언 기구물, 볼스크루 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 작업판에는 기울기정보의 입력을 위해서 상기 제어부에 접속된 기울기센서가 더 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
4. 제1항에 있어서,

   상기 본체프레임의 하부에는 복수개의 높이조절축과, 스토퍼 기구를 갖는 이동롤러가 더 설치되어 있고, 상기 본체프레임의 측부에는 복수개의 핸들바가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
5. 제1항에 있어서,

   상기 작업판은 이중 플레이트 형식의 지그로서 상부 플레이트과 하부 플레이트의 사이에 복수개의 미끄럼 접촉부가 배열되어 있되, 상기 상부 플레이트의 테두리 저면에 테두리빔이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
6. 제5항에 있어서,

   상기 하부 플레이트와 상기 본체프레임의 사이에는 복수개의 가이드부가 더 설치되어 있되, 상기 가이드부 각각은 상기 하부 플레이트에 체결되는 볼형 피봇과, 상기 볼형 피봇의 볼로부터 축방향을 따라 연장되어서 상기 레벨링실린더 및 상기 밸런싱장치의 최대 스트로크 거리보다 상대적으로 더 큰 축길이를 갖고 있는 가이드축과, 상기 가이드축을 미끄럼삽입방식으로 결합시키도록 상기 본체프레임의 상판에 설치된 가이드부시를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
7. 제5항에 있어서,

   상기 테두리빔에는 상기 하부 플레이트와의 간격유지를 위해서 복수개의 간격유지축이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.
8. 제5항에 있어서,

   상기 상부 플레이트는 정렬 대상물을 지지하는 복수개의 롤러지그를 탈부착 배열시키도록 복수개의 홈형 장착구를 형성하고 있되, 상기 홈형 장착구가 적어도 일자형 파이프, 엘보형 파이프, T자형 파이프를 포함한 복수개의 파이프 레이아웃 각각의

   형상에 대응한 배치 간격 및 방향성을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이트 밸런서.

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