KR100407440B1 - 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템 - Google Patents

롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템 Download PDF

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KR100407440B1 KR10-2001-0051685A KR20010051685A KR100407440B1 KR 100407440 B1 KR100407440 B1 KR 100407440B1 KR 20010051685 A KR20010051685 A KR 20010051685A KR 100407440 B1 KR100407440 B1 KR 100407440B1
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Abstract

본 발명은 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템에 관한 것으로서, 여러 단의 상하부롤 들로 구성된 롤 포밍 금형을 교체 및 세팅할 때 간편하고 신속하게 작업할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 냉간 롤 포밍 금형 양측에 위치될 수 있도록 일정 폭으로 직립된 기둥(111,112)을 연결 고정하는 상부 빔(113)과, 상기 상부 빔(113) 하측 대향지점에 위치되는 하부 빔(114)과, 상기 상부 빔(113)에 설치된 상부 가이드(115)에 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 상부롤(2)의 위치를 측정하는 상부롤 위치 측정수단(110)과, 상기 하부 빔(114)에 설치된 하부 가이드(116)에 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 하부롤(1)의 위치를 측정하는 하부롤 위치 측정수단(130)으로 구성된 진직도 측정기(100); 상기 진직도 측정기(100)와 연계되어 상하부롤(2,1) 사이의 틈새를 측정할 수 있도록 일정 폭으로 직립된 기둥(211,212)을 연결 고정하는 고정 빔(213)과, 상기 기둥(211,212)중 일측 기둥(211)에 설치된 좌측 가이드(214)에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 일측 상부롤 샤프트(215)의 위치를 측정하는 상부롤 샤프트 좌측 측정수단(210)과, 상기 기둥(211,212)중 타측 기둥(212)에 설치된 우측 가이드(216)에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 타측 상부롤 샤프트(215)의 위치를 측정하는 상부롤 샤프트 우측 측정수단(230)으로 구성된 롤 틈새 측정기(200); 상기 진직도 측정기(100)와 롤 틈새 측정기(200)의 각 측정 신호를 케이블(320)을 통해 인가받아 디스플레이(310)로 표시하는 계측기(300)로 이루어진 것이다.

Description

롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템 {ROLL FORMING ROLLER CHANGING AUTO SYSTEM}
본 발명은 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 바와 같이 롤 포밍중 냉간 롤 포밍(cold roll forming)은 형상이 다른 여러 금형 롤러 사이를 얇은 판재나 스트랩 코일과 같은 소재가 지나면서 점진적으로 제품 형상이 성형되어 최종 제품을 얻는 2차 성형공정 중의 하나이다.
상기 냉간 롤 포밍은 연속적인 생산이 가능하므로 일정한 단면을 갖는 제품의 대량 생산에 적합하고 여러 제품에 대해서 응용 범위가 넓어 최근 산업 전반에 걸쳐 널리 응용되고 있는 것이다.
종래의 냉간 롤 포밍 금형은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 하부롤(1)과 상부롤(2)로 구성된 것으로서, 상기 하부롤(1)과 상부롤(2)은 각각 샤프트(3,4)를 통해 양측의 고정대(5)에 설치되는 것이고, 상기 하부롤(1)의 샤프트(3)는 고정대(5)에 고정됨과 아울러 상기 상부롤(2)의 샤프트(4)는 고정대(5)에 위치이동 가능하게 설치되는 것이다.
그리고 상기 샤프트(3,4)상에서 하부롤(1)과 상부롤(2)은 좌우방향으로 위치 이동 가능하게 설치되는 것으로서, 상기 상부롤(2)과 하부롤(1)의 위치에 따라 성형되는 제품(6)의 형태가 가변되는 것이고, 상기 제품(6)의 형태가 설계 오차를 벗어나는 경우에는 상부롤(2)의 샤프트(4) 및 상부롤(2)과 하부롤(1)을 선택적으로 조정한 후 성형하는 것이다.
상기한 설계 오차는 상부롤(2)과 하부롤(1) 사이의 위치인 ㉠,㉡,㉢의 특정 간격 범위를 나타내는 것으로서, 상기 ㉠,㉡,㉢이 적정하게 조정되지 않는 경우에는 제품(6) 성형을 정지시킨 후 a,b,c,d의 위치를 조정(조립)하는 것이다. 상기 조정시 각 단 상하부롤(2,1)의 정렬이 부정확하거나 각 단 상하부롤(2,1) 사이의 틈새가 균일하지 않으면 수평과 수직면상에서 성형 압력이 불균일함으로써 캠버(camber)와 커브(curve or sweep) 및 보우(bow)와 트위스트(twist) 등과 같은 현상이 발생하는 것이고, 상기 현상으로 인한 불량 제품(6) 제조를 차단하기 위하여 롤 포밍에서 각 단 상하부롤(2,1) 들의 진직도와 각 단 상하부롤(2,1) 사이의 틈새 조정이 가장 중요한 것이다.
그러나 상기한 롤 포밍 금형 조립은, 현장의 작업자가 상하부롤(2,1) 포밍을 위한 상하부롤(2,1) 세팅 과정에서 가장 중요한 두 변수인 각 단 상하부롤(2,1) 들의 진직도와 각 단 상하부롤(2,1) 사이의 틈새를 작업자의 경험과 육감에 의존하여 조립하기 때문에 상하부롤(2,1) 세팅에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라 시제품(try out) 제작시 불량율이 과다하여 재료의 낭비 및 원가의 상승을 초래하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 여러 단의 상하부롤 들로 구성된 롤 포밍 금형을 교체 및 세팅할 때 간편하고 신속하게 작업할 수 있도록 한 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양측 기둥을 연결하는 상부 빔과, 상기 상부 빔 하측에 위치되는 하부 빔과, 상기 상부 빔에 설치된 상부 가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 상부롤 위치 측정수단과, 상기 하부 빔에 설치된 하부 가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 하부롤 위치 측정수단으로 구성된 진직도 측정기; 상기 진직도 측정기와 연계되어 측정할 수 있도록 양측 기둥을 연결하는 고정 빔과, 상기 기둥중 일측 기둥에 설치된 좌측 가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 상부롤 샤프트 좌측 측정수단과, 상기 기둥중 타측 기둥에 설치된 우측 가이드에 슬라이딩 가능하게 설치되는 상부롤 샤프트 우측 측정수단으로 구성된 롤 틈새 측정기; 상기 진직도 측정기와 롤 틈새 측정기의 측정 신호를 인가받아 연산 및 표시하는 계측기로 이루어진 것이다.
도 1은 일반적인 롤 포밍 금형의 설치상태 측면 예시도,
도 2는 일반적인 롤 포밍 금형의 설치상태 정면 예시도,
도 3은 종래의 것의 사용상태 요부도,
도 4는 본 발명의 실시예의 진직도 측정기를 나타낸 정면도,
도 5는 본 발명의 실시예의 진직도 측정기를 나타낸 측면도,
도 6은 본 발명의 실시예의 롤 틈새 측정기를 나타낸 정면도,
도 7은 본 발명의 실시예의 롤 틈새 측정기를 나타낸 측면도,
도 8은 본 발명의 실시예의 측정 흐름 블록도이다.
<도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명>
1: 하부롤 2: 상부롤
100: 진직도 측정기 110: 상부롤 위치 측정수단
130: 하부롤 위치 측정수단 200: 롤 틈새 측정기
210: 상부롤 샤프트 좌측 측정수단 230: 상부롤 샤프트 우측 측정수단
300: 계측기
본 발명은 도 2에서 참조되고 도 4 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 냉간 롤 포밍 금형 양측에 위치될 수 있도록 일정 폭으로 직립된 기둥(111,112)을 연결 고정하는 상부 빔(113)과, 상기 상부 빔(113) 하측 대향지점에 위치되는 하부 빔(114)과, 상기 상부 빔(113)에 설치된 상부 가이드(115)에 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 상부롤(2)의 위치를 측정하는 상부롤 위치 측정수단(110)과, 상기 하부 빔(114)에 설치된 하부 가이드(116)에 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 하부롤(1)의 위치를 측정하는 하부롤 위치 측정수단(130)으로 구성된 진직도 측정기(100); 상기 진직도 측정기(100)와 연계되어 상하부롤(2,1) 사이의 틈새를 측정할 수 있도록 일정 폭으로 직립된 기둥(211,212)을 연결 고정하는 고정 빔(213)과, 상기 기둥(211,212)중 일측기둥(211)에 설치된 좌측 가이드(214)에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 일측 상부롤 샤프트(215)의 위치를 측정하는 상부롤 샤프트 좌측 측정수단(210)과, 상기 기둥(211,212)중 타측 기둥(212)에 설치된 우측 가이드(216)에 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되어 기준점으로부터 타측 상부롤 샤프트(215)의 위치를 측정하는 상부롤 샤프트 우측 측정수단(230)으로 구성된 롤 틈새 측정기(200); 상기 진직도 측정기(100)와 롤 틈새 측정기(200)의 각 측정 신호를 케이블(320)을 통해 인가받아 디스플레이(310)로 표시하는 계측기(300)로 이루어진 것이다.
상기 진직도 측정기(100)와 롤 틈새 측정기(200)의 기둥(111,112,211,212) 하단부에는 도시하지 않은 자석부재로 형성된 고정장치를 위치시킴으로써 측정시 진직도 측정기(100)와 롤 틈새 측정기(200)의 위치 이동을 미연에 방지함으로써 안정적인 측정이 이루어지도록 하는 것이고, 상기 진직도 측정기(100)와 롤 틈새 측정기(200)는 동시에 측정이 이루어지는 것이며, 상기 진직도 측정기(100)는 일측 기둥(112)인 고정단(fixed support)으로부터 상하부롤(2,1)의 고정단쪽 면 사이의 직선거리를 측정하여 진직도를 조절하는 것이고, 상기 롤 틈새 측정기(200)는 상부롤(2)을 지지하는 상부롤 샤프트(215)의 좌·우측 상부를 측정하여 상하부롤(2,1) 간의 틈새를 조정하는 것이다.
그리고 상기 상부롤 위치 측정수단(110)은 상부 가이드(115)에 지지됨과 아울러 상부롤(2)의 측부에 선택적으로 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(118)이 형성된 제 1 위치 측정체(117)와, 상기 제 1 위치 측정체(117)의 일단부에 설치되어 팁(118)의 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(119)로 이루어진 것이다.
상기 하부롤 위치 측정수단(130)은 하부 가이드(116)에 지지됨과 아울러 하부롤(1)의 측부에 선택적으로 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(132)이 형성된 제 2 위치 측정체(131)와, 상기 제 2 위치 측정체(131)의 일단부에 설치되어 팁(132)의 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(133)로 이루어진 것이다.
상기한 상부롤 위치 측정수단(110) 및 하부롤 위치 측정수단(130)으로 진직도 등을 세팅할 때는 두 면 간의 직선거리를 측정하므로 항상 점접촉이 되도록 팁(118,132)의 끝부분을 원추형으로 하였다.
그리고 상기 상부롤 샤프트 좌측 측정수단(210)은 좌측 가이드(214)에 지지됨과 아울러 상부롤 샤프트(215)의 좌측에 선택적으로 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(218)이 형성된 제 3 위치 측정체(217)와, 상기 제 3 위치 측정체(217)의 일단부에 설치되어 팁(218)의 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(219)로 이루어진 것이다.
상기 상부롤 샤프트 우측 측정수단(230)은 우측 가이드(216)에 지지됨과 아울러 상부롤 샤프트(215)의 우측에 선택적으로 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(232)이 형성된 제 4 위치 측정체(231)와, 상기 제 4 위치 측정체(231)의 일단부에 설치되어 팁(232)의 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(233)로 이루어진 것이다.
상기 상부롤 샤프트 좌측 측정수단(210) 및 상부롤 샤프트 우측 측정수단(230)으로 틈새를 세팅할 때는 상부롤 샤프트(215)의 상부 높이를 측정하므로 항상 상부롤 샤프트(215)의 최상부를 측정하도록 제 3, 4 위치 측정체(217,231)를 직선형으로 하였다.
미설명 부호 220은 하부롤 샤프트이다
이상과 같은 본 발명은 여러 단의 상하부롤 들로 구성된 롤 포밍 금형을 교체 및 세팅할 때 간편하고 신속하게 작업할 수 있도록 하는 것으로서, 제품을 최초로 생산할 경우에는 롤 도면을 이용하여 이론적으로 전체 롤이 진직도를 유지하기 위한 고정단으로부터 상하부롤(2,1)의 고정단쪽 면까지의 직선거리를 계산한 후 이 값들을 기준으로 진직도 측정기(100)로 진직도를 맞추어 간다. 상기 진직도를 조정한 후 제품을 제작하는 것이며, 상기 제작시 문제점이 발생하면 작업자의 육감이 아닌 실측된 데이터를 근간으로 하여 문제점을 논리적으로 해결해 나간다.
그리고 만족할 만한 제품이 생산되기 시작하면 현재의 롤 상태를 측정하고 데이터베이스에 저장하여 다음 생산에 이용하도록 한다. 이와 같은 방법으로 얻어진 데이터는 롤 포밍기의 특성이나 오차 등이 고려된 값으로 이론적으로 계산된 값에서 크게 벗어날 수 있다.
상기 진직도 측정기(100)를 이용하여 측정할 때 기준이 되는 면은 롤 포밍기의 고정단으로 고정되어 있으므로 다른 한쪽 면이 바뀌면서 재 측정을 하더라도 항시 같은 두 점을 측정하게 되어서 데이터의 재현성에 전혀 문제가 없으며, 진직도 세팅을 위한 각 단에서 측정 부위와 측정값에 관한 정보를 이용하면 숙련공이 아니더라도 쉽게 진직도 세팅을 할 수 있다.
상기 진직도 세팅을 위해 각 고정단에서 고정단 쪽의 상하부롤 측면까지 두 개의 직선거리를 측정한다. 상기 고정단의 한 점에 제 1, 2 위치 측정체(117,131)의 팁(118,132) 끝을 접촉시키고 계기판의 수치가 영(0)이 되도록 원점 조정을 한 후 팁(118,132)을 상부롤(또는 하부롤)(2,1) 측면으로 이동시켜 반대쪽 팁을 접촉하여 계기판의 수치를 읽는다. 이 수치는 실제 거리에서 팁(118,132) 길이가 감해진 것이지만 항상 같은 팁(118,132)을 사용하므로 문제가 되지 않는다.
한편, 롤 포밍기에서 단과 단 사이의 간격이 협소하면 상부롤(2)과 하부롤(1) 사이의 간격을 직접 측정하기가 매우 어려워질 뿐만 아니라 육안으로 확인하기도 힘들어지는 것으로서, 상기 간격은 롤 틈새 측정기(200)로 측정할 수 있는 것이다.
상기 하부롤(1)이 설치되는 하부롤 샤프트(220) 높이는 롤 포밍기 구조상 고정되어 있고, 고정단과 조정단(adjustable support) 상부에 있는 조정나사를 이용하여 상부롤(2)이 설치되는 상부롤 샤프트(215)의 높이를 조정하여 상하부롤(2,1)간 틈새를 조정하므로 상부롤(2)의 상부만을 측정하여 상하부롤(2,1)간 틈새를 조정할 수 있는 것이다.
상기 틈새 측정은 제 3 위치 측정체(217)의 팁(218)을 상부롤 샤프트(215) 좌측 상면에 위치시킴과 아울러 제 4 위치 측정체(231)의 팁(232)을 상부롤 샤프트(215) 우측 상면에 위치시켜서 실행하는 것이며, 상기 제 3, 4 위치 측정체(217,231)의 팁(218,232)에 전달된 신호는 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되어서 적정한 틈새 조정여부를 파악할 수 있는 것이다. 상기 측정시 상부롤 샤프트(215)에서 상부롤(2)의 위치를 미세 조정하기 위하여 도시하지 않은 보조 칼라링을 끼워 넣기 때문에 고정단이나 조정단에 가까운 고정칼라(미도시) 부위에 제 3, 4 위치 측정체(217,231)의 팁(218,232)이 접촉되도록 한다. 또한 상기 측정시 팁(218,232)이 상부롤 샤프트(215)에 자동적으로 일정한 접촉력으로 접촉되도록 스프링(미도시)을 이용한 완충장치를 롤 틈새 측정기(200)에 설치하였다.
상기와 같이 좌·우 두 높이를 별도의 팁(218,232)을 이용하여 측정하므로 측정치가 동시에 디스플레이(310)를 통해 나타나며, 기준단에서 샤프트 상부 좌·우에 팁(218,232)을 접촉시키고 계기판의 수치가 영(0)이 되도록 원점 조정을 한 후 기준단이 아닌 단의 기준단에 대한 상대높이를 측정한다. 기준단이 아닌 단이 더 높게 설치되면 +부호의 수치가, 더 낮게 설치되면 -부호의 수치가 나타난다. 상기 방법은 차후 제품 생산을 위한 롤 세팅시 상기 수치들이 나타나도록 눈으로 확인하면서 세팅 작업을 함으로서 측정 부분의 측정이 곤란하여 작업자의 경험에 의존하여 작업하는 것보다 훨씬 정확하며 신속하게 작업을 할 수 있는 것이다.
상기와 같이 여러 단의 상하부롤(2,1) 들로 구성된 롤 포밍 금형을 세팅할 때 진직도와 상하부롤 사이의 틈새를 작업자의 경험과 육감에 의존하지 않고 자동 세팅함에 따라 롤 교체 및 세팅이 정확함과 아울러 신속하게 이루어지는 것이다.
이상과 같이 본 발명은 진직도 측정기로 상부롤 및 하부롤의 좌우 위치 이동을 세팅하는 것이고, 롤 틈새 측정기로 상부롤 샤프트의 좌우측 높이와 기울어짐등을 자동적으로 세팅함에 따라 롤 교체 및 세팅이 정확하게 이루어지는 것이다.
그리고 숙련된 작업자를 이용하지 않으면서 롤을 세팅할 수 있게됨에 따라 생산성 향상 및 원가 절감을 유도할 수 있고, 항상 일정한 제품이 생산됨에 따라 제품 표준화를 구현할 수 있으며, 시제품 불량 발생율을 최소화하여 공정이 조기에 안정되는 것이다.

Claims (5)

  1. 양측 기둥(111,112)을 연결하는 상부 빔(113)과, 상기 상부 빔(113) 하측에 위치되는 하부 빔(114)과, 상기 상부 빔(113)에 설치된 상부 가이드(115)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 상부롤 위치 측정수단(110)과, 상기 하부 빔(114)에 설치된 하부 가이드(116)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 하부롤 위치 측정수단(130)으로 구성된 진직도 측정기(100);
    상기 진직도 측정기(100)와 연계되어 측정할 수 있도록 양측 기둥(211,212)을 연결하는 고정 빔(213)과, 상기 기둥(211,212)중 일측 기둥(211)에 설치된 좌측 가이드(214)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 상부롤 샤프트 좌측 측정수단(210)과, 상기 기둥(211,212)중 타측 기둥(212)에 설치된 우측 가이드(216)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 상부롤 샤프트 우측 측정수단(230)으로 구성된 롤 틈새 측정기(200);
    상기 진직도 측정기(100)와 롤 틈새 측정기(200)의 측정 신호를 인가받아 연산 및 표시하는 계측기(300)로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부롤 위치 측정수단(110)은 상부 가이드(115)에 지지됨과 아울러 상부롤(2)의 측부에 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(118)이 형성된 제 1 위치측정체(117)와, 상기 제 1 위치 측정체(117)에 설치되어 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(119)로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부롤 위치 측정수단(130)은 하부 가이드(116)에 지지됨과 아울러 하부롤(1)의 측부에 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(132)이 형성된 제 2 위치 측정체(131)와, 상기 제 2 위치 측정체(131)에 설치되어 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(133)로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부롤 샤프트 좌측 측정수단(210)은 좌측 가이드(214)에 지지됨과 아울러 상부롤 샤프트(215)의 좌측에 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(218)이 형성된 제 3 위치 측정체(217)와, 상기 제 3 위치 측정체(217)에 설치되어 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(219)로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부롤 샤프트 우측 측정수단(230)은 우측 가이드(216)에 지지됨과 아울러 상부롤 샤프트(215)의 우측에 접촉되어 센싱할 수 있도록 단부에 팁(232)이 형성된 제 4 위치 측정체(231)와, 상기 제 4 위치 측정체(231)에 설치되어 측정 신호가 케이블(320)을 통해 계측기(300)로 인가되게 하는 신호 접속부(233)로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤 포밍 금형 조립 자동화 시스템.
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