KR100520546B1 - 너트 접합 장치 - Google Patents

Abstract

로봇의 아암 선단에 장착되는 햄머유닛과, 작업다이 상의 너트공급유닛, 패널의 안착을 위한 로케이팅 유닛 및 너트의 위치결정을 위한 위치결정수단 등으로 구성되어 한 번의 가압성형으로 상기 패널의 강성 향상을 위한 포밍 성형과 동시에 너트를 상기 패널에 체결시키기 위하여;

로봇 아암의 선단에 승하강 작동하는 가압 햄머를 통하여 차체 패널의 상부에서 가압력을 제공하는 햄머유닛과; 내부 일측에는 공간부를 형성하고, 상단면은 상기 차체 패널을 안착하여 상기 가압 햄머에 대응하도록 하며, 일측방으로는 상기 공간부로 너트를 공급하도록 너트 공급구를 형성하는 로케이팅 블록에 실린더 구동에 의해 상기 너트 공급구로부터 공급되는 너트를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛의 가압 충격력을 흡수하는 위치결정수단을 구성하는 로케이팅 유닛과; 상기 로케이팅 블록의 너트 공급구를 통하여 실린더의 푸싱작동에 따라 너트 피딩 케이스로부터 투입되는 너트를 밀어서 하나씩 상기 로케이팅 유닛의 공간부로 공급하는 너트공급유닛을 포함하는 너트 접합 장치를 제공한다.

Description

너트 접합 장치{A NUT HAMMERING DEVICE}

본 발명은 너트 접합 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로봇의 아암 선단에 장착되는 햄머유닛과, 작업다이 상의 너트공급유닛, 패널의 안착을 위한 로케이팅 유닛 및 너트의 위치결정을 위한 위치결정수단 등으로 구성되어 한 번의 가압성형으로 상기 패널의 강성 향상을 위한 포밍 성형과 동시에 너트를 상기 패널에 체결시키기 위한 너트 접합 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 각종 차체 패널에는, 도 9에서 도시한 바와 같이, 웰드 너트(101; weld nut)를 용접하여 차체 패널(103)과 다른 부품과의 연결을 정확하고 견고하게 하여 고정할 수 있도록 한다.

이러한 웰드 너트(101)의 장착을 위해서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 프레스 라인에서 상기 차체 패널(103)과 함께, 상기 웰드 너트(101)를 용접하기 위한 브라켓(105)을 각각 프레스 금형(107,109)을 통하여 성형 가공한 다음, 차체라인에서 상기 브라켓(105)에 프로젝션 용접기(111) 등을 이용하여 웰드 너트(101)를 용접한다.

이와 같이, 웰드 너트(101)가 용접된 브라켓(105)은 다시 상기 차체 패널(103)의 일측에 스폿 용접기(113)를 이용하여 스폿 용접에 의해 접합하여 상기 도 9에서 도시한 바와 같이, 웨드 너트(101)를 차체 패널(103)에 장착하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 웰드 너트를 차체 패널에 장착하기 위한 작업은 브라켓 제작을 위한 별도의 프레스 금형이 필요하며, 브라켓 추가로 차체 중량을 증가시키는 요인이 되며, 프로젝션 용접기 및 스폿 용접기의 사용으로 용접가스에 의한 작업환경의 오염을 유발시키는 문제점이 있다.

또한, 용접작업에 의한 브라켓의 용접변형으로 누적 공차가 발생하여 장착 품질을 저하시키게 되는 등의 문제점도 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 로봇의 아암 선단에 장착되는 햄머유닛과, 작업다이 상의 너트공급유닛, 패널의 안착을 위한 로케이팅 유닛 및 너트의 위치결정을 위한 위치결정수단 등으로 구성되어 한 번의 가압성형으로 상기 패널의 강성 향상을 위한 포밍 성형과 동시에 너트를 상기 패널에 체결시키기 위한 너트 접합 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 너트를 용접하기 위한 브라켓을 삭제하여 차체 경량화 및 그 제작비용을 배제하며, 용접작업을 삭제하여 작업환경을 개선할 수 있도록 하는 너트 접합 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 너트 접합 장치는 로봇 아암의 선단에 승하강 작동하는 가압 햄머를 통하여 차체 패널의 상부에서 가압력을 제공하는 햄머유닛과; 내부 일측에는 공간부를 형성하고, 상단면은 상기 차체 패널을 안착하여 상기 가압 햄머에 대응하도록 하며, 일측방으로는 상기 공간부로 너트를 공급하도록 너트 공급구를 형성하는 로케이팅 블록에 실린더 구동에 의해 상기 너트 공급구로부터 공급되는 너트를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛의 가압 충격력을 흡수하는 위치결정수단을 구성하는 로케이팅 유닛과; 상기 로케이팅 블록의 너트 공급구를 통하여 실린더의 푸싱작동에 따라 너트 피딩 케이스로부터 투입되는 너트를 밀어서 하나씩 상기 로케이팅 유닛의 공간부로 공급하는 너트공급유닛을 포함한다.

상기 햄머유닛은 상기 로봇 아암의 선단에 장착되는 장착 프레임과; 상기 장착 프레임에 하향하여 가이드 빔을 통하여 장착되는 공기 스프링과; 상기 장착 프레임의 일측방에 장착되어 승하강 작동하는 햄머 실린더와; 상기 햄머 실린더의 작동로드 선단에 장착되며, 하단면에는 상기 로케이팅 블록의 상단면에 대응하는 다수개의 테이퍼형 돌기가 형성되는 가압 햄머로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 로케이팅 유닛은 상기 작업다이 상에 장착되며, 내부 일측에는 상하로 관통된 공간부를 형성하며, 상단면에는 상기 가압 햄머에 대응하여 다수개의 테이퍼형 요홈이 형성되며, 일측방으로는 상기 너트공급유닛을 통하여 상기 공간부로 너트를 공급하도록 너트 공급구가 형성되는 로케이팅 블록; 상기 로케이팅 블록의 공간부 내에 작동로드가 배치되도록 상기 로케이팅 블록의 하단에 장착되는 승하강 실린더와; 상기 로케이팅 블록의 공간부 내에서 상기 승하강 실린더의 작동로드 선단에 장착되어 상기 너트공급유닛으로부터 너트 공급구를 통하여 공급되는 너트를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛의 가압 충격력을 흡수하는 위치결정수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 너트공급유닛은 상기 로케이팅 블록의 너트 공급구에 대응하여 장착되며, 일측 상부에는 너트 투입구가 형성되어 너트를 공급받아 이송하는 너트 피딩 가이드와; 상기 너트 피딩 가이드의 내부 일측에 장착되는 푸싱 실린더와; 상기 푸싱 실린더의 작동로드 선단에 장착되는 푸싱 블록과; 상기 너트 피딩 가이드의 상단 일측에 회전 가능하게 장착되며, 상기 너트 투입구를 통하여 너트를 자중에 의해 너트 피딩 가이드에 투입하도록 내부에 다수개의 너트 적층실을 형성하는 너트 피딩 케이스와; 상기 작업다이의 일측에 연결되는 지지 프레임을 통하여 장착되며, 그 회전축은 상기 너트 피딩 케이스의 상부 커버의 회전 중심부에 연결되는 구동모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 너트 접합 장치의 단면 구성도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대 단면도로써, 본 발명의 실시예에 따른 너트 접합 장치의 구성은 크게 로봇 아암(1)의 선단에 승하강 작동하는 가압 햄머(11)를 통하여 차체 패널(3)의 상부에서 가압력을 제공하는 햄머유닛(10)과, 내부 일측에는 공간부(21)를 형성하고, 상단면은 상기 차체 패널(3)을 안착하여 상기 가압 햄머(11)에 대응하도록 하며, 일측방으로는 상기 공간부(21)로 너트(5)를 공급하도록 너트 공급구(23)를 형성하는 로케이팅 블록(25)에 실린더 구동에 의해 상기 너트 공급구(23)로부터 공급되는 너트(5)를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛(10)의 가압 충격력을 흡수하는 위치결정수단(A)을 구성하는 로케이팅 유닛(20) 및 상기 로케이팅 블록(25)의 너트 공급구(23)를 통하여 실린더의 푸싱작동에 따라 너트 피딩 케이스(31)로부터 투입되는 너트(5)를 밀어서 하나씩 상기 로케이팅 블록(25)의 공간부(21)로 공급하는 너트공급유닛(30)을 포함한다.

상기 햄머유닛(10)의 구성은 상기 로봇 아암(1)의 선단에 장착 프레임(13)이 장착되며, 상기 장착 프레임(13)에는 하향하여 가이드 빔(15)을 통하여 공기 스프링(17)이 장착된다.

상기 장착 프레임(13)의 일측방에는 승하강 작동하는 햄머 실린더(19)가 장착되고, 상기 햄머 실린더(19)의 작동로드(12) 선단에는, 하단면에 상기 로케이팅 블록(25)의 상단면에 대응하는 다수개의 테이퍼형 돌기(14,14a)가 형성되는 가압 햄머(11)가 장착된다.

여기서, 상기 햄머 실린더(19)는 공압 실린더로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 가압 햄머(11)의 하단면에 형성되는 다수개의 테이퍼형 돌기(14,14a) 중에서, 중앙에 위치된 하나의 돌기(14a)는 너트(5)의 절곡부(7)를 차체 패널(3)에 대하여 절곡 성형하여 차체 패널(3)에 접합하는 너트 접합용으로 작용하게 된다.

그리고 상기 로케이팅 유닛(20)의 구성은 상기 작업다이(9) 상에 로케이팅 블록(25)이 장착되는데, 상기 로케이팅 블록(25)의 내부 일측에는 상하로 관통된 공간부(21)를 형성하며, 그 상단면에는 상기 가압 햄머(11)의 다수개의 테이퍼형 돌기(14)에 대응하여 다수개의 테이퍼형 요홈(22)이 형성된다.

또한, 상기 로케이팅 블록(25)의 일측방으로는 상기 너트공급유닛(30)을 통하여 상기 공간부(21)로 너트(5)를 공급하도록 너트 공급구(23)가 형성된다.

상기 로케이팅 블록(25)의 공간부(21) 내에는 작동로드(24)가 배치되도록 상기 로케이팅 블록(25)의 하단에 승하강 실린더(26)가 상향하여 장착되고, 상기 로케이팅 블록(25)의 공간부(21) 내에서 상기 승하강 실린더(26)의 작동로드(24) 선단에는 상기 너트공급유닛(30)으로부터 너트 공급구(23)를 통하여 공급되는 너트(5)를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛(10)의 가압 충격력을 흡수하도록 위치결정수단(A)이 구성된다.

상기 위치결정수단(A)의 구성은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 승하강 실린더(26)의 작동로드(24) 선단에 완충 하우징(41)이 상향하여 장착되며, 내부에는 상부가 개구되는 핀 홈(42)을 형성한다.

상기 완충 하우징(41)의 핀 홈(42) 내에는 제1탄성부재(43)를 개재하여 플런저(44)가 설치되고, 상기 완충 하우징(41)의 핀 홈(42) 내에서 상기 플런저(44)와의 사이에 제2탄성부재(45)를 개재하여 위치결정 핀(46)이 설치되어 상기 너트(5)가 그 상단을 통하여 끼워지도록 이루어진다.

여기서, 상기 제1탄성부재(43)는 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 제2탄성부재(45)는 상기 플런저(44)의 상단과 상기 위치결정 핀(46)의 하단 사이에 각각 대응하는 4개씩의 홈을 형성하고, 상기 각 홈에 끼워지는 4개의 판 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 너트공급유닛(30)의 구성은 상기 로케이팅 블록(25)의 너트 공급구(23)에 대응하여 너트 피딩 가이드(32)가 장착되는데, 이 너트 피딩 가이드(32)는 그 일측 상부에 너트 투입구(33)가 형성되어 너트(5)를 공급받아 너트 공급구(23)를 향하여 이송되도록 가이드하게 된다.

상기 너트 피딩 가이드(32)의 내부에서 외측단으로는 푸싱 실린더(34)가 장착되고, 상기 푸싱 실린더(34)의 작동로드(35) 선단에는 푸싱 블록(36)이 장착된다.

그리고 상기 너트 피딩 가이드(32)의 상단 일측에는 너트 피딩 케이스(31)가 회전 가능하게 장착되는데, 상기 너트 피딩 케이스(31)는 상기 너트 투입구(33)를 통하여 너트(5)를 자중에 의해 너트 피딩 가이드(32)에 투입하도록 내부에 다수개의 너트 적층실(37)을 형성하여 구성된다.

또한, 상기 작업다이(9)의 일측에 연결되는 지지 프레임(38)을 통하여 구동모터(39)가 장착되는데, 이 구동모터(39)의 회전축(51)은 상기 너트 피딩 케이스(31)의 상부 커버(52)의 회전 중심부에 연결되어 상기 너트 피딩 케이스(31)를 회전 구동시키게 된다.

이 때, 상기 구동모터(39)는 그 회전수 제어가 가능한 스텝모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 너트 접합 장치의 작동을, 도 3 내지 도 6을 통하여 단계별로 설명한다.

먼저, 도 3에서와 같이, 승하강 실린더(26)가 하강한 상태로, 상기 로케이팅 블록(25) 상에 차체 패널(3)이 안착된다.

이 때, 상기 차체 패널(3)에는 일측에 너트(5)가 접합될 수 있도록 홀(50)이 형성된 상태로 상기 홀(50)이 상기 로케이팅 블록(25)의 공간부(21)에 대응하도록 안착된다.

이러한 상태로, 도 4에서와 같이, 푸싱 실린더(34)가 전진 구동하면, 상기 푸싱 블록(36)이 너트 피딩 가이드(32) 내에 배치된 너트(5)들을 상기 로케이팅 블록(25)의 너트 공급구(23)로 하나씩 밀어 공간부(21)로 공급하게 된다.

그러면, 상기 공간부(21)로 공급된 너트(5)는 위치결정 핀(46)에 끼워지게 된다.

이어서, 상기 승하강 실린더(26)는 상승 구동하게 되고, 상기 푸싱 실린더(34)는 후퇴 구동하여 푸싱 블록(36)을 복귀시키게 된다.

그러면, 상기 승하강 실린더(26)의 작동로드(24) 선단에 구성된 위치결정수단(A)의 완충 하우징(41)은 상기 위치결정 핀(46)에 너트(5)를 끼운 상태로, 도 5에서와 같이, 너트(5)를 상승시켜 차체 패널(3)의 홀(50)에 상기 너트(5)의 절곡부(7)를 끼워 넣어 너트(5)의 접합위치를 설정하게 되며, 상기 푸싱 블록(36)의 복귀로 상기 너트 피딩 케이스(31) 내의 너트 적층실(37)에 적층된 너트(5)는 자중에 의해 너트 투입구(33)를 통하여 상기 너트 피딩 가이드(32)의 내부로 투입된다.

이러한 상태로, 도 6에서 도시한 바와 같이, 로봇(미도시)이 작동하여 공기 스프링(17)을 통하여 상기 로케이팅 블록(25) 상부면에 안착된 차체 패널(3)의 일측을 눌러 차체 패널(3)을 규제하고, 이어서, 상기 햄머 실린더(19)를 전진 구동하여 가압 햄머(11)가 상기 차체 패널(3)에 대하여 가압하도록 함으로써, 그 하단면의 테이퍼형 돌기(14)가 로케이팅 블록(25) 상의 테이퍼형 요홈(22)에 합형되도록 하여 차체 패널(3)의 강성을 보강하기 위한 포밍 성형을 이루게 된다.

동시에, 상기 가압 햄머(11)의 중앙에 형성된 테이퍼형 돌기(14a)는 상기 위치결정 핀(46)에 끼워진 상태로 상기 완충 하우징(41)에 의해 차체 패널(3)의 상기 홀(50)에 끼워진 너트(5)의 절곡부(7)를 외측으로 벌리면서 절곡시켜 차체 패널(3)에 접합하도록 작동하게 되는데, 이 때, 상기 중앙의 테이퍼형 돌기(14a)가 상기 위치결정 핀(46)의 상단에 닿게 되면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 위치결정 핀(46)은 제2탄성부재(45)인 판 스프링에 의해 1차로 접촉 충격력을 흡수하게 되고, 계속해서 상기 가압 햄머(11)가 하강함으로써, 플런저(44)를 통하여 제1탄성부재(43)인 코일 스프링에서 2차로 충격력을 흡수하도록 작용하게 된다.

이러한 과정을 통하여 도 8의 B부분에서와 같이, 차체 패널(3)에는 별도의 브라켓없이 차체 패널(3) 자체에 바로 너트(5)를 정확한 위치에 접합하여 장착할 수 있게 되며, 이 부분의 강성 보강을 위해 그 주변부가 포밍 성형된 완제품을 제작할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 너트 접합 장치에 의하면, 로봇의 아암 선단에 장착되는 햄머유닛과, 작업다이 상의 너트공급유닛, 패널의 안착을 위한 로케이팅 유닛 및 너트의 위치결정을 위한 위치결정수단 등으로 구성되어 한 번의 가압성형으로 상기 패널의 강성 향상을 위한 포밍 성형과 동시에 너트를 상기 차체 패널의 일측에 체결시키게 되며, 종래 너트를 용접하기 위한 브라켓을 삭제하여 차체 경량화 및 그 제작비용을 배제하며, 용접작업을 삭제하여 작업환경을 개선할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 너트 접합 장치의 단면 구성도이다.

도 2는 도 1의 A 부분의 확대 단면도이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 너트 접합 장치의 단계별 작동 상태도이다.

도 7은 도 6에서의 위치결정유닛의 세부 작동 상태도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 너트 접합 장치에 의해 너트를 장착한 제품의 사시도이다.

도 9는 종래 기술에 따라 웰드 너트를 장착한 제품의 사시도이다.

도 10은 종래 기술의 웰드 너트를 장착하기 위한 작업 상태도이다.

Claims (10)

1. 로봇 아암의 선단에 승하강 작동하는 가압 햄머를 통하여 차체 패널의 상부에서 가압력을 제공하는 햄머유닛과;

   내부 일측에는 공간부를 형성하고, 상단면은 상기 차체 패널을 안착하여 상기 가압 햄머에 대응하도록 하며, 일측방으로는 상기 공간부로 너트를 공급하도록 너트 공급구를 형성하는 로케이팅 블록에 실린더 구동에 의해 상기 너트 공급구로부터 공급되는 너트를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛의 가압 충격력을 흡수하는 위치결정수단을 구성하는 로케이팅 유닛과;

   상기 로케이팅 블록의 너트 공급구를 통하여 실린더의 푸싱작동에 따라 너트 피딩 케이스로부터 투입되는 너트를 밀어서 하나씩 상기 로케이팅 유닛의 공간부로 공급하는 너트공급유닛;

   을 포함하는 너트 접합 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 햄머유닛은

   상기 로봇 아암의 선단에 장착되는 장착 프레임과;

   상기 장착 프레임에 하향하여 가이드 빔을 통하여 장착되는 공기 스프링과;

   상기 장착 프레임의 일측방에 장착되어 승하강 작동하는 햄머 실린더와;

   상기 햄머 실린더의 작동로드 선단에 장착되며, 하단면에는 상기 로케이팅 블록의 상단면에 대응하는 다수개의 테이퍼형 돌기가 형성되는 가압 햄머;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 햄머 실린더는

   공압 실린더로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 가압 햄머의 하단면에 형성되는 다수개의 테이퍼형 돌기 중에서, 하나의 돌기는 너트의 절곡부를 차체 패널에 대하여 절곡 성형하여 차체 패널에 접합하는 너트 접합용으로 작용하는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 로케이팅 유닛은

   상기 작업다이 상에 장착되며, 내부 일측에는 상하로 관통된 공간부를 형성하며, 상단면에는 상기 가압 햄머에 대응하여 다수개의 테이퍼형 요홈이 형성되며, 일측방으로는 상기 너트공급유닛을 통하여 상기 공간부로 너트를 공급하도록 너트 공급구가 형성되는 로케이팅 블록;

   상기 로케이팅 블록의 공간부 내에 작동로드가 배치되도록 상기 로케이팅 블록의 하단에 장착되는 승하강 실린더와;

   상기 로케이팅 블록의 공간부 내에서 상기 승하강 실린더의 작동로드 선단에 장착되어 상기 너트공급유닛으로부터 너트 공급구를 통하여 공급되는 너트를 끼워 위치결정 및 상기 햄머유닛의 가압 충격력을 흡수하는 위치결정수단;

   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 위치결정수단은

   상기 승하강 실린더의 작동로드 선단에 장착되며, 상향하여 개구되는 핀 홈을 형성하는 완충 하우징과;

   상기 완충 하우징의 핀 홈 내에 제1탄성부재를 개재하여 설치되는 플런저와;

   상기 완충 하우징의 핀 홈 내에서 상기 플런저와의 사이에 제2탄성부재를 개재하여 설치되며, 상기 너트가 끼워지는 위치결정 핀;

   으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1탄성부재는

   코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 제2탄성부재는

   상기 플런저의 상단과 상기 위치결정 핀의 하단 사이에 각각 대응하는 다수개의 홈을 형성하고, 상기 각 홈에 끼워지는 다수개의 판 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 너트공급유닛은

   상기 로케이팅 블록의 너트 공급구에 대응하여 장착되며, 일측 상부에는 너트 투입구가 형성되어 너트를 공급받아 이송하는 너트 피딩 가이드와;

   상기 너트 피딩 가이드의 내부 일측에 장착되는 푸싱 실린더와;

   상기 푸싱 실린더의 작동로드 선단에 장착되는 푸싱 블록과;

   상기 너트 피딩 가이드의 상단 일측에 회전 가능하게 장착되며, 상기 너트 투입구를 통하여 너트를 자중에 의해 너트 피딩 가이드에 투입하도록 내부에 다수개의 너트 적층실을 형성하는 너트 피딩 케이스와;

   상기 작업다이의 일측에 연결되는 지지 프레임을 통하여 장착되며, 그 회전축은 상기 너트 피딩 케이스의 상부 커버의 회전 중심부에 연결되는 구동모터;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 구동모터는

    그 회전수 제어가 가능한 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 너트 접합 장치.