KR100268273B1 - 볼트체결장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

세탁기 자동조립라인에서 샤프트 조립체 등을 모터 브라켓에 볼트체결하기 위한 자동화된 볼트체결장치 및 방법으로서, 볼트체결용 동력공구(11)의 작동봉(18)에 형성된 환형돌기(24)를 감지하는 센서(26)를 구비하며, 동력공구(11)의 모터(16)로부터 검출되는 토오크 변화와 그 센서(26)의 감지신호를 근거로 볼트체결 상태의 양부를 정확히 판정하도록 제어된다. 피체결물에 대한 볼트체결 작업 결과에 대한 신뢰도를 높일 수 있고, 피체결물의 다음 조립공정을 원할하게 하여 생산성 향상 그리고 제품불량을 최소하는데 효과적이다.

Description

볼트체결장치 및 방법

본 발명은 동력공구를 이용하여 볼트를 체결하는 자동화된 볼트체결장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 볼트체결 상태의 양부를 정확히 가려낼 수 있는 볼트체결장치 및 방법에 관한 것이다.

볼트는 각종 기계기구 조립에 다량 소요되는 기계요소중 하나이다. 볼트를 체결하는 작업에는 일반적으로 스패너(spanner)와 같은 공구를 사용하게 되는데, 이 경우에 힘이 많이 들고 많은 인력이 투입되며 또 작업시간이 길어진다. 따라서 생산성을 고려하여 힘을 덜 들일 수 있는 핸드동력공구(hand power tool)를 이용하거나, 더 나아가서는 생산성 극대화를 위하여 볼트체결 작업을 자동조립라인 상에서 직접 수행하는 자동화된 볼트체결장치가 사용되고 있다.

이와 같은 볼트체결용 핸드동력공구나 자동화된 볼트체결장치로 볼트체결작업을 함에 있어서, 종래에는 동력을 발생하는 액츄에이터(모터, 에어실린더 등)가 볼트의 나사진행거리를 감안하여 설정한 시간내에 볼트체결 상태에 따른 토오크(torque)가 요구치에 도달할 때까지 작동되도록 제어하여 왔다. 즉, 정해진 일정시간 내에 원하는 토오크가 도달되면 볼트체결 작업을 완료하고, 토오크가 도달 안되면 불량으로 판정하여 작업을 중단하는 것이다.

그러나 모터나 에어실린더 등의 액츄에이터는 부하변동 등 여러 가지 여건에 따라 그 작동시간과 작동거리가 반드시 일치하지는 않는다. 따라서 종래의 제어방법에서는 볼트나 피체결물의 볼트구멍이 마모되어서 볼트가 헛도는 불량을 가려낼 수 있으나, 볼트의 칫수공차 또는 오물 침입등으로 인해 완전히 체결되지 않은 상태에서 나사결합이 더 이상 진행되지 못하게 되는 미체결 상태의 불량은 가려낼 수 없는 문제점이 있다. 이에 의하여 조립라인상의 작업물을 볼트체결이 불량한 상태로 전송됨으로써 그 이후의 조립작업 중단 및 조립불량 발생이 빈번하게 발생되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 동력을 제공하는 액츄에이터의 부하변동을 감안하여 실질적인 볼트의 나사진행거리를 감지함으로써 볼트체결작업 결과의 양부를 확실히 가려낼 수 있는 볼트체결장치 및 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 볼트체결장치의 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 볼트체결장치의 주요부를 볼트체결작동 상태로 나타낸 부분 절단 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 볼트체결장치에 의하여 체결되는 볼트의 체결부위를 정면에서 바라본 부분 절단 정면도.

도 4는 본 발명에 따른 볼트체결방법을 나타낸 계통도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 콘베이어5 : 체결부

8 : 공구 지지판9 : 슈트 지지판

10 : 에어실린더11 : 동력공구

14 : 슈트16 : 모터

17 : 공구홀더18 :작동봉

19 : 전동축21 : 스프링

22 : 스패너24 : 환형돌기

26 : 센서29 : 슈트홀더

30 : 조척

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

볼트체결용 동력공구를 포함하며,

상기한 볼트체결용 동력공구를 볼트체결 작업위치로 하강 및 상승시키기 위한 승강수단, 그리고

상기한 볼트용 동력공구가 가지는 액츄에이터를 그 토오크 변화와 체결되는 볼트의 나사진행거리에 따라 구동하는 구동제어수단으로 볼트체결장치를 구성하는 것이다.

또한 상기한 목적을 달성하는 본 발명의 볼트체결방법으로서는,

피체결물이 작업위치에 놓인 상태에서 상기한 동력공구를 그 작업위치로 하강시키는 동시에 그 동력공구의 액츄에이터를 구동하는 볼트체결작업 개시단계와,

상기한 동력공구에 의한 볼트체결상태를 판단하여 그 판단된 볼트체결상태가 양호하면 동력공구의 액츄에이터를 정지시키고 그 동력공구를 원래의 위치로 복귀시키는 볼트체결작업 종료단계를 포함하며,

상기한 볼트체결 상태를 판단하는 과정에서 그 판단된 볼트체결 상태가 불량하면 불량판정후 작업을 중단한 상태로 상기한 볼트체결작업 종료단계를 밟는 것이다.

본 발명은 특히, 상기한 구동제어수단에 상기한 볼트용 동력공구에 의하여 볼트가 그 체결거리를 이동하였는지를 감지하는 센서를 포함시키고, 요구 토오크가 도달되고 그 센서 감지신호가 있으면 볼트가 제대로 체결된 것으로 판단하는 한편, 토오크가 소정된 시간 내에 도달되지 않거나 요구 토오크 상태에서 소정된 시간 내에 센서 감지신호가 없으면 불량으로 판단하는 것을 그 특징으로 한다.

이러한 본 발명에서는, 볼트체결과정에서 토오크가 요구치에 도달된 경우라도 상기한 센서의 감지신호로부터 그 볼트가 제대로 체결되었는지의 여부가 정확히 가려진다. 따라서 본 발명에 따르면 볼트 체결부의 칫수공차나 오물침입 등에 기인하여 볼트체결이 더 이상 진행되지 못하여 발생도는 미체결에 의한 불량까지 가려냄으로써 그 체결작업결과에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.

본 발명은 위에서 언급되지 아니한 다른 수단, 예를 들면 자동조립라인에서의 완전자동화를 위하여 상기한 동력공구 끝에 볼트를 자동으로 공급하는 볼트공급수단 등이 더 구비되는 것을 배제하지 않는다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 실례로써 세탁기 자동조립라인에 사용될 수 있는 자동화된 본 발명의 볼트체결장치를 보인다. 도면에 있어서, 부호 1은 자동조립라인의 이송 콘베이어(conveyer)로서 그 이송방향에서 보인 것이다. 콘베이어(1)에 팰릿(2)이 있고 그 위에 세탁기용 모터 브라켓(3)이 탑재되어 있다. 모터 브라켓(3)에는 피체결물인 세탁기용 샤프트 조립체(4)가 놓여져 있다. 물론 모터 브라켓(3)과 샤프트 조립체(4)에는 볼트 요소로 체결되는 체결부(5), 즉 볼트구멍이 형성된 것이다.

콘베이어(1) 일측에 지주(6)가 세워져 있는데, 이 지주(6)의 가이드레일(7)에 공구 지지판(8)과 슈트(shoot) 지지판(9)이 위아래 간격을 두고 에어실린더(10)로 승강작동될 수 있게 지지되어 있다. 상측의 공구 지지판(8)에는 동력공구(11)가 지지되고 하측의 슈트 지지판(9)에는 볼트자동공급을 위한 슈트(12)가 지지되어 있다.

공구 지지판(8)은 상기한 에어실린더(10)와 직접 승강구동되게 연결되어 있으며, 슈트 지지판(9)은 그 공구 지지판(8)과의 사이의 안내봉(13) 주위에 설치된 스프링(14) 탄력으로 간격을 유지한 채 밑에 설치된 스토퍼(15)가 모터 브라켓(3)에 닿을 때까지 함께 하강될 수 있다. 여기서 에어실린더(10)의 스트로크(stroke)는 슈트 지지판(9)이 하강후 멈춘 이후에 공구 지지판(8)이 스프링(14)을 누르고 더 하강될 수 있게 조정된 것이다.

동력공구(11)는 공구 지지판(9)의 상면과 저면에 각각 고정설치된 모터(16)와 공구홀더(17) 그리고 작동봉(18)으로 이루어진다. 작동봉(18)은 도 2에 나타난 바와 같이 상단부가 공구홀더(17) 내에서 회전 및 직선운동가능하게 베어링지지되고, 전동축(19)을 통해 모터(16)의 회전축(20)에 일체적으로 결합되고, 그 전동축(19) 주위에 끼워진 스프링(21)에 의하여 직하방향으로 탄성바이어스되며. 도3에 도시된 바와 같이 그 하단부에 결합된 상자형 스패너(boxspanner; 22)를 가진다. 다시 도 2를 참조하면, 작동봉(18) 상단부에는 단면이 원형이 아닌 6각형 등으로 되는 각홈(23)이 형성되고 거기에 삽입되는 전동축(19)은 그 각홈(23)에 대응하는 단면을 갖는다. 즉, 작동봉(18)은 모터(16)에 의하여 전동축(19)과 같이 회전구동되고 동시에 그 전동축(19) 위를 축방향으로 이동할 수 있게 된 것이다. 작동봉(18)은 또한 그 상단에 플랜지 형태로 형성된 환형돌기(24)를 가지며, 공구홀더(17) 내주에 형성된 환형턱(25)에 그 환형돌기(24)가 걸려서 이탈하지 않게 배려되어 있다. 한편 공구홀더(17)의 외주면에는 소정의 위치에 구멍(부호생략)이 뚫리고 거기에 센서(26)가 부착되어 있다. 이 센서(26)는 전술한 볼트의 나사진행거리를 감지하기 위한 것으로, 볼트체결시의 그 나사진행방향으로 작동봉(18)의 환형돌기(24)가 가장 근접했을 때 그로부터 체결종료 상태를 알리는 신호를 발생한다. 이것은 예를 들면 광을 투사하고 받아서 전기신호를 검출하는 광센서로 구비될 수 있다. 물론 이 센서(26)는 작업할 볼트의 체결길이에 따라 그 설치위치가 바뀔 수 있는 것이다.

다음, 도 1에서 슈트(12)는 공급 호오스(27)를 통해 도시되지 않은 통상적인 볼트 피더(bolt feeder)와 연결되어 그로부터 볼트(28) 하나를 공급받아서 동력공구(11) 단부의 전방에 가지런히 위치시키기 위한 것으로서, 슈트홀더(29)와 조척(jaw chuck; 30) 그리고 슈트노즐(31)로 이루어진다. 슈트홀더(29)는 슈트 지지판(9)에 고정설치되고 상기한 작동봉(18) 하단부를 회전 및 직선운동가능하게 베어링지지한다. 조척(30)은 양측으로 반할되어 도 3에 가상선으로 도시된 바와 같이 상호 벌어질 수 있게 슈트홀더(29)에 피봇(32)으로 지지되고 동시에 그 주위에 둘러진 고무밴드(33)에 의하여 집게처럼 모아지는 방향으로 탄성바이어스된다. 또한 조척(30)은 그 하단이 점차 오므라든 형상으로 되어 슈트노즐(31)로부터 투입된 볼트(28)가 떨어지지 않게 걸치듯 척킹(chucking)하고 이후에 작동봉(18)과 함께 스패너(22)가 그 볼트(28)를 회전시키면서 내리누르도록 하강하게 될 때 그 하강하는 힘에 의하여 자연히 벌려져서 그 볼트(28)를 놓아주게 된 것이다.

상기한 실시예와 같은 본 발명의 볼트체결장치의 동작을 도 4에 도시된 본 발명의 볼트체결방법에 따라 설명하면 다음과 같다. 참고로 본 발명의 볼트체결방법에서도 전술한 바 있는 종래기술에서처럼 상기한 모터(16)의 토오크 변화를 실시간 측정하는 수단을 포함하여, 각부의 액츄에이터(모터 및 에어실린더 등)의 순차제어를 시퀀스(sequence) 제어회로나 프로그램 제어를 위한 마이크로컴퓨터(microcomputer) 제어회로 등의 제어수단을 필요로 하는데, 이는 통상적인 방법으로 간단히 실시될 수 있는 것이므로 그 자세한 도시 및 설명은 생략하였다.

도 1의 콘베이어(1) 상에 팰릿(2)이 그 위에 탑재된 모터 브라켓(3) 및 샤프트 조립체(4)와 함께 볼트체결작업 위치로 이송되면, 볼트공급 단계(S1)에서 볼트공급 피더로부터 호오스(27)와 슈트노즐(31)을 통해 조척(30)으로 볼트(28) 하나를 공급한다. 다음에 에어실린더(10)를 작동시키고 동시에 모터(16)를 구동하여(단계 S2) 볼트체결 작업을 개시한 다음, 시간을 카운트한다(단계 S3). 에어실린더(10)가 작동하면 공구 지지판(8)과 슈트 지지판(9)이 하강하고 도 1의 스토퍼(15)가 모터 브라켓(3)에 닿으면 슈트 지지판(9)은 더 이상 하강되지 못하고 그러한 상태에서 공구 지지판(8)이 조금 더 하강하게 된다. 그러면 도 3과 같이 조척(30)에 걸쳐 있는 볼트(28) 끝이 모터 브라켓(3)과 샤프트 조립체(4)의 일치된 체결부(5)에 놓이고 동력공구(11)의 스패너(22)가 내려와서 그 볼트(28) 머리를 끼우게 된다. 이때 공구홀더(17)의 환형턱(25)에 걸려 있던 작동봉(18)의 환형돌기(24)는 도 2와 같이 그 위치에서 센서(26)를 지나서 위에 위치하게 된다. 이러한 상태에서 모터(16)가 계속작동되면 동력공구(11)의 작동봉(18)이 회전되고 동시에 스프링(21)의 힘으로 아래로 눌리므로 볼트(28)가 체결부(5)로 진입하게 되고 이에 따라 동력공구(11)가 점차 하강된다. 본 발명은 이 과정에서 모터(16)의 토오크 변동을 실시간 체크하여 요구된 토오크에 도달하였는지를 판단하고(단계 S4). 그 토오크에 도달하면 상기한 센서(26)에 환형돌기(24)가 감지되었는지를 판단한다(단계 S5). 환형돌기(24)가 감지된 경우에는 볼트(28)가 체결부(5)에 끝까지 진입된 상태임은 물론 전 단계에서 이미 요구된 토오크 이상으로 단단히 죄어진 상태이므로 이상없이 체결되었음을 의미한다. 따라서 이후에는 모터(16)를 정시키고 에어실린더(10)를 복귀시키는 단계(S6)로 작업을 종료하는 것이다.

만약, 요구된 토오크가 도달되었으나 환형돌기(24)가 센서(26)에 감지되지 않은 채 소정의 센서감지시간이 경과한 것이 판단되면(단계 S7), 이때는 볼트(28)가 체결부(5)에 완전히 진입되지 못하고 중간에 걸려서 더 이상 죄어지지 않는 상태로 간주하여 불량판정하고(단계 S8), 상기한 단계 S6으로 현재의 작업을 중단한다. 또한 요구된 토오크에 도달되지 않고 소정의 그 토오크 도달시간이 경과한 것이 판단되면(단계 S9), 이는 볼트(28)가 체결부(5)에 전혀 진입이 안되거나 또는 진입한 상태에서도 마모 등으로 헛돎으로써 체결불가한 상태이므로, 이때에도 본 발명은 불량판정하고(단계 S8), 상기한 단계 S6으로 현재의 작업을 중단하는 것이다. 물론 작업중단 이후에는 볼트체결장치가 초기상태로 되어 다음작업을 속행할 수 있는 상태로 된다.

이와 같이 본 발명의 볼트체결방법은 볼트(28)가 체결부(5)에 완전히 그리고 요구 토오크에 도달하도록 죄어진 경우에만 상기한 팰릿(2)을 다음 조립공정으로 이송시킨다.

본 발명에 따르면, 볼트체결작업 과정에서 볼트 또는 피체결물의 체결부가 마모 등으로 체결불가한 경우는 물론, 그 볼트와 체결부 상호간 칫수공차에 의하여 중간에 걸리게 되는 미체결 상태의 불량까지 가려냄으로써 그 체결작업 결과의 신뢰성을 높일 수 있다. 따라서 본 발명은 볼트체결 작업 이후의 조립공정을 원할하게 진행시킴으로써 그 생산성을 높이는 동시에 제품불량률을 낮출 수 있는 효과적인 발명이다.

Claims (4)

1. 공구 지지판과 슈트 지지판을 위아래에 배치시켜 각각 승강될 수 있게 지지하는 지지부와, 상기 공구 지지판을 승강시키기 위한 엑츄에이터, 그리고 상기 슈트 지지판을 피체결물에 대해 그 하강위치를 제동하는 스트퍼로 이루어진 승강수단과,

   상기 엑츄에이터의 동력을 전달하는 전동축과 함께 회전운동 및 축방향 직선 운동할 수 있게 연결되고 상단에 환형돌기가 형성된 작동봉과, 그 작동봉을 회전 및 직선운동가능하게 지지하고 작동봉의 환형돌기가 걸려져 빠지지 않게 형성된 환형턱을 갖는 공구홀더, 그리고 그 작동봉 끝에 결합되어 상기한 볼트를 끼워서 돌리게 된 상자형 스패너로 이루어져서, 상기 공구 지지판에 의해 지지되는 볼트체결용 동력공구,

   상기 슈트 지지판에 의해 지지되어 볼트를 공급하기 위한 슈트, 그리고 상기공구홀더의 소정 위치에서 상기 작동봉의 환형돌기를 감지하여 볼트의 체결이 완료된 상태를 감지한 신호를 발생하는 센서수단이 구비된 것을 특징으로 하는 볼트체결장치.
2. 볼트체결용 동력공구를 사용하여 볼트를 체결하는 방법에 있어서,

   피체결물이 작업위치에 놓인 상태에서 상기한 동력공구를 그 작업위치로 하강시키는 동시에 그 동력공구의 액츄에이터를 구동하는 볼트체결작업 개시단계와,

   상기 액츄에이터의 토오크 변화와 상기 동력공구의 한 요소의 움직임을 감지하는 센서에 의한 볼트의 나사진행거리를 통해 볼트체결 상태를 판단하여, 그 판단된 볼트체결상태가 양호하면 동력공구의 액츄에이터를 정지시키고 그 동력공구를 원래의 위치로 복귀시키는 볼트체결작업 종료단계를 포함하며,

   상기한 볼트체결 상태를 판단하는 과정에서 그 판단된 볼트체결 상태가 불량하면 불량판정후 작업을 중단한 상태로 상기한 볼트체결작업 종료단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.
3. 제2항에 있어서, 상기한 볼트체결 상태를 판단하는 과정에서,

   상기한 동력공구의 액츄에이터 구동후 그 액츄에이터의 토오크 변화를 검출하여 요구 토오크가 검출되고 상기한 볼트의 나사진행거리를 감지하여 전부 진행된 것이 감지되면 양호한 체결상태로 판정하고,

   요구 토오크가 검출되고 나사진행거리가 전부 진행되지 않은 채 일정시간 경과되거나, 그 요구 토오크가 일정시간 내에 도달되지 않으면 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기한 볼트체결작업 개시단계 이전에 또는 그 종료단계 이후에 수행되어 상기한 동력공구에 대하여 볼트를 공급하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.

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