KR100563119B1 - 용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치 - Google Patents

용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 용접용 로봇을 이용하여 용접작업을 수행하는 용접장치에 관한 것으로써, 좀 더 상세하게는 용접용 로봇과 용접지그가 상호연동하여 최적의 용접조건(각도)에서 용접을 수행하는 싱크로나이즈 용접이 이루어지도록 서보모터와 제어 프로그램을 이용하여 용접대상물이 장착된 용접지그를 용접용 로봇의 움직임에 맞추어 최적의 용접조건(각도)을 갖도록 회전시킴으로써 용접품질을 획기적으로 개선하고, 각 공정에 따라 회전하며 용접지그를 장탈착할 수 있는 구조의 지그프레임을 구비함으로써 용접작업의 생산성을 향상시키고 용접지그의 교체만으로 다양한 형상과 크기의 용접대상물을 용접할 수 있도록 한 용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치에 관한 것이다.
이러한 이 발명에 의하면, 용접장치가 범용화되므로 하나의 용접장치로 다양한 형상과 크기를 가지는 용접대상물의 용접이 가능하게 되며, 용접지그 자체가 용접용 로봇의 동작에 맞추어 최적의 용접각도를 갖도록 회전이송되므로 용접용융물의 흘러내림, 용융스패터용착, 용입불량 등 종래의 용접불량문제를 해결하여 용접품질을 획기적으로 향상시키는 뛰어난 효과를 가지게 된다.
또한, 생산성이 월등하게 향상되고 용접용 로봇의 활용도가 커지게 되며, 작업장소의 최소화가 이루어진다.
용접, 지그, 로봇, 지그프레임, 서보모터

Description

용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치{synchronized welding apparatus for good quality}
도 1은 종래 용접지그장치를 나타내는 도면,
도 2는 이 발명의 제일실시예에 따른 싱글타입 싱크로나이즈 용접장치의 평면도,
도 3은 도 2에 도시된 싱글타입 싱크로나이즈 용접장치의 측면도,
도 4는 이 발명에 따른 용접지그와 지그프레임의 결합구조를 보여주는 단면도,
도 5는 이 발명의 제이실시예에 따른 더블타입 싱크로나이즈 용접장치의 평면도,
도 6은 도 5에 도시된 더블타입 싱크로나이즈 용접장치의 측면도,
도 7은 이 발명의 제삼실시예에 따른 멀티타입 싱크로나이즈 용접장치의 평면도,
도 8은 도 7에 도시된 멀티타입 싱크로나이즈 용접장치의 측면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 10', 10'' : 용접용 로봇
20,20',20'',20''' : 용접지그 21 : 지그플레이트
22 : 실린더 23 : 클램퍼
30 : 지그프레임 31 : 지그장착대
32 : 지그 연결부재 33 : 지그회전판
34 : 지그회전축 35 : 구동모터
36 : 지그프레임 회전축
40 : 지그 구동 서보모터 41 : 감속기
50,50',50'' : 로봇 컨트롤부 60 : 메인컨트롤부
70 : 지그베이스
이 발명은 용접용 로봇을 이용하여 용접작업을 수행하는 용접장치에 관한 것으로써, 좀 더 상세하게는 용접용 로봇과 용접지그가 상호연동하여 최적의 용접조건(각도)에서 용접을 수행하는 싱크로나이즈 용접이 이루어지도록 서보모터와 제어 프로그램을 이용하여 용접대상물이 장착된 용접지그를 용접용 로봇의 움직임에 맞추어 최적의 용접조건(각도)을 갖도록 회전시킴으로써 용접품질을 획기적으로 개선하고, 각 공정에 따라 회전하며 용접지그를 장탈착할 수 있는 구조의 지그프레임을 구비함으로써 용접작업의 생산성을 향상시키고 용접지그의 교체만으로 다양한 형상과 크기의 용접대상물을 용접할 수 있도록 한 용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로 용접용 로봇을 이용한 용접작업의 경우 정확한 용접이 이루어지도록 용접대상물을 고정시켜 주는 용접지그를 사용한다. 이와 같은 용접지그는 다양한 형상과 크기를 가지는 용접대상물에 맞추어 제각각 별도로 제작되기 때문에 용접대상물이 바뀌게 되면 용접지그와 그에 따른 지그프레임 등의 부속장치들을 일괄적으로 교체해야 하는 문제점이 있다.
이렇게 매번 용접장치의 용접지그와 그에 따른 부속장치들을 교체하는 데에는 많은 시간이 필요하게 되어 전체 공정의 생산성이 떨어질 수 밖에 없고, 별도의 제작비용이 매번 소요되며 불필요하게 된 기존의 용접장치를 폐기해야 하는 비효율적인 문제가 발생하게 된다.
특히, 자동차는 2만개가 넘는 부품의 결합체로, 특히 차체 조립공정에서는 다수의 용접공정을 거쳐야 한다. 그런데 신차가 개발될 경우에는 차체를 비롯하여 샤시 등의 부품들이 대부분 기존 부품들과는 다른 새로운 형상과 크기를 가지게 되어 신차 개발 시마다 용접을 위한 용접지그가 새롭게 제작해야 한다. 따라서 신차의 생산을 위해서는 용접라인을 포함한 신차 전용생산라인이 구비되어야 하므로 엄청난 비용과 시간이 투자될 수 밖에 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 용접공정의 각 공정을 수용하는 턴 테이블을 응용하여 작업편의 공정 간 운반을 용이하도록 한 대한민국 등록특허 제 0397963호 '차체 조립용 용접 지그장치'가 도 1에 도시되어 있는 데, 이는 단순하게 구동모터에 의해 회전하는 턴 테이블(1) 상에 지그프레임(2)과 클램퍼(3) 등의 지그장치를 장착하여 용접공정 간의 이송을 용이하도록 한 것으로 용접대상물(4)로 특정 형상과 크기의 차체에만 적용될 수 있는 용접지그장치이다.
또한 이와 유사하게 지그를 장착하고 있는 테이블을 회전 또는 직진시켜 용접대상물을 용접용 로봇의 용접위치까지 이송시켜 주는 장치들이 개발되고 있다.
그러나 상기와 같은 용접장치들은 단순하게 지그의 각 구성요소들이 장착된 테이블을 회전시키는 수준으로, 용접대상물의 형상과 크기가 바뀌게 되면 매번 지그를 비롯한 각 부속장치들을 모두 교체해야 하는 문제점은 여전히 남아 있으며, 용접장치의 각 구성요소들의 제어는 자동이 아니라 작업자의 컨트롤에 의해 이루어지고 있는 실정이다.
또한, 종래의 용접용 로봇에 의한 용접작업에서는 개별 용접공정 중 용접대상물이 용접용 로봇의 용접범위를 벗어나거나 용접용 로봇이 용접하기 어려운 각도를 가지는 용접대상물을 용접하는 경우 용융물의 흘러내림, 용융스패터용착, 용입불량 등 용접불량이 자주 발생하는 문제점이 있다.
그리고 상기한 종래의 용접장치로는 용접용 로봇과 용접지그가 상호연동하여 용접각도를 조절하는 싱크로나이즈 용접까지 수행하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 이 발명의 목적은 위와 같은 종래 용접지그 및 용접장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용접대상물을 고정하는 용접지그를 회전하는 지그프레임 상에 장탈착할 수 있도록 하여 용접대상물이 바뀌더라도 용접지그의 간단한 교체만으로 용접공정을 수행할 수 있도록 하며, 제어프로그램과 서보모터에 의해 용접지그 자체가 용접용 로봇의 용접거리와 각도에 대응하여 최적의 용접조건(용접각도)을 갖도록 하는 싱크로나이즈 용접을 수행함으로써 용접 용융물의 흘러내림, 용융스패터용착, 용입불량 등 종래의 용접품질 문제를 해결한 용접품질을 극대화한 세미 싱크로나이즈 용접장치를 제공하는 데 있다.
또한, 이 발명의 또 다른 목적은 메인컨트롤부에 의해 용접장치의 각 구성요소들을 자동으로 제어할 수 있도록 한 용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명에 따른 용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치의 구성을 살펴보면, 크게 용접을 수행하는 용접용 로봇(10)과; 지그플레이트(21) 상에 용접대상물을 고정하는 다수의 실린더(22) 및 클램퍼(23)가 설치되어 있으며, 상기 용접용 로봇(10)과 상호연동하여 최적의 용접각도로 회전이송되는 용접지그(20)와; 상기 용접지그(20)를 장탈착할 수 있는 지그장착대(31)와, 상기 용접지그(20)와 지그 연결부재(32)로 결합되어 상기 용접지그(20)를 회전이송시키는 지그회전판(33)으로 이루어지는 지그프레임(30)과; 용접용 로봇이 최적의 용접각도를 갖도록 상기 지그프레임(30) 상에 장착된 용접지그(20)를 회전이송시키는 서보모터(40)와; 상기 용접용 로봇(10)의 작동을 컨트롤하는 로봇 컨트롤부(50)와; 상기 로봇 컨트롤부(50)와 서보모터(40)를 제어하는 메인컨트롤부(60)로 이루어진다.
상기에서 지그프레임(30)에는 용접대상물과 용접의 종류에 따라 다수개의 용접지그(20)를 장착할 수 있도록 다수개의 지그장착대를 구비하고, 내부에 구동모터(35)와 연결된 회전축(36)을 추가적으로 설치하여 지그프레임 자체를 회전할 수 있도록 구성할 수 있다.
이하, 이 발명의 가장 바람직한 구성 및 작동을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 2 및 도 3은 이 발명의 제일실시예에 따른 싱글타입 싱크로나이즈 용접장치를 나타내는 도면으로, 지그플레이트(21) 상에 용접대상물을 고정하는 다수의 유압 또는 공압실린더(22) 및 클램퍼(23)가 설치되어 있는 용접지그(20)가 지그프레임(30)의 지그장착대(31)에 하나만 장착되는 가장 단순한 구조이다.
이러한 싱글타입의 싱크로나이즈 용접장치는 한번의 공정으로 용접을 완료할 경우에 주로 사용되는 것으로, 용접지그에 장착 및 탈착시간이 짧게 소요되는 비교적 단순한 구조의 용접대상물을 용접하는 데 사용된다.
도 4는 상기 용접지그(20)와 지그프레임(30)의 결합구조를 상세하게 나타낸 단면도이다. 그 결합구조를 살펴보면, 용접지그(20)의 지그플레이트(21)와 지그프레임의 지그회전판(33)은 브라켓과 같은 지그 연결부재(32)에 의해 결합되며, 상기 지그회전판(33)은 지그장착대(31)의 일측에 설치되는 서보모터(40)의 구동에 의해 회전하는 지그회전축(34)과 결합되어 용접용 로봇(10)의 움직임에 대응하여 회전한다. 상기 서보모터(40)는 미세한 속도 및 위치제어가 가능한 모터로, 감속기(41)를 부착하여 보다 정밀한 용접지그(20)의 회전이송이 가능하도록 한다.
상기에서 용접용 로봇(10)의 작동은 로봇 컨트롤부(50)에 의해 컨트롤되며, 이 로봇 컨트롤부(50)의 제어는 메인컨트롤부(60)에 내장된 제어프로그램에 의해 이루어진다. 또한 상기 용접지그(20)를 회전시키는 서보모터(40)의 작동도 메인컨트롤부(60)의 제어에 의해 이루어진다.
상기 제어프로그램에는 용접대상물의 형상과 크기, 용접시간과 용접종류 및 용접지그의 회전각도와 지그프레임의 회전각도에 대한 정보가 입력되어 있으며, 용접대상물이 변경될 경우에는 변경된 정보를 입력하기만 하면 용접작업이 자동으로 이루어지게 된다.
이렇게 이 발명에 따른 싱크로나이즈 용접장치는 최적의 용접조건(용접각도)에서 용접이 이루어지도록 용접용 로봇(10)과 용접지그(20)의 동작을 상호연동시킨 용접장치이다.
다음으로 도 5 및 도 6에서는 더블타입의 싱크로나이즈 용접장치를 도시하고 있는 데, 더블타입의 싱크로나이즈 용접장치는 하나의 용접용 로봇으로 용접대상물의 용접작업과 용접대상물의 장탈착작업이 연속적으로 동시에 이루어지도록 두 개의 용접지그를 지그프레임에 장착한 구조로, 용접대상물의 장탈착에 소요되는 작업시간이 비교적 길고 대형 부품인 엑슬, 크로스 멤버 등의 용접작업에 사용된다.
이러한 더블타입의 싱크로나이즈 용접장치는 한 쪽의 용접지그(20) 상에서 용접작업을 수행하는 동안 반대쪽 용접지그(20')에서는 용접대상물을 용접지그 상에 장착 또는 탈착하는 작업을 하고, 각 공정이 완료되는 순간 지그프레임(30)을 회전시킴으로써 각 공정 사이의 용접대상물의 장탈착 작업과 이송시간을 최소화하여 하나의 용접용 로봇의 사용효율을 극대화한 것이다. 상기에서 지그프레임의 회전은 지그프레임의 내부에 설치되는 메인컨트롤부(60)의 제어로 작동되는 구동모터와 그 구동모터(35)에 의해 구동되는 지그프레임의 회전축(36)에 의해 이루어진다.
한편, 용접지그와 지그프레임의 결합구조와 작동원리는 싱글타입의 싱크로나이즈 용접장치에서와 동일하며, 용접장치의 모든 구성요소의 컨트롤 또한 상기한 싱글타입의 싱크로나이즈 용접장치와 동일하게 이루어진다.
마지막으로 도 7 및 도 8은 멀티타입의 싱크로나이즈 용접장치를 도시하고 있는 데, 멀티타입 싱크로나이즈 용접장치는 다수의 용접용 로봇(10,10',10'')과 그 이상의 용접지그(20,20',20'',20''')를 지그프레임에 설치하여 용접대상물의 용접작업과 용접대상물의 장탈착작업이 연속적으로 동시에 이루어지도록 한 것으로, 2회 이상의 각각 다른 용접공정이 필요한 용접대상물을 용접할 경우 사용되는 장치 이다.
이러한 멀티타입 싱크로나이즈 용접장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저 용접대상물을 용접지그(20)에 장착하고 첫번째 용접용 로봇(10)의 위치로 회전이송시키면 첫번째 용접용 로봇에 의해 용접작업이 이루어지고, 이 용접작업이 완료되면 지그프레임(30)이 회전하면서 용접대상물이 두번째 용접용 로봇(10')의 위치로 이송되어 두번째 용접작업이 수행된다. 두번째 용접작업이 완료되면 마찬가지로 지그프레임(30)이 회전하면서 용접대상물이 세번째 용접용 로봇(10'')의 위치로 이송되어 세번째 용접작업이 수행된다. 상기한 순서로 각 공정을 거쳐 용접이 완료된다.
상기 각 용접작업을 수행하는 동안 용접지그(20,20',20'',20''')는 상기 싱글타입 용접장치에서 설명한 바와 같이 용접용 로봇의 동작에 대응하여 최적의 용접각도가 되도록 메인컨트롤부(60)의 제어를 받는 서보모터(40)에 의해 자동으로 회전이송된다.
또한 상기 지그프레임(30)의 회전은 지그프레임의 내부에 설치되는 메인컨트롤부(60)의 제어로 작동되는 구동모터(35)와 그 구동모터에 의해 구동되는 지그프레임의 회전축(36)에 의해 이루어진다.
한편, 용접지그와 지그프레임의 결합구조와 작동원리는 싱글타입의 싱크로나이즈 용접장치에서와 동일하며, 용접장치의 모든 구성요소의 컨트롤 또한 상기한 싱글타입의 용접장치와 동일하게 이루어진다.
멀티타입의 싱크로나이즈 용접장치는 비교적 소형 부품인 콘트롤 암, 링크 등 2회 이상의 각각 다른 용접공정이 필요한 용접작업에 주로 사용되어, 용접대상물을 각 용접공정마다 매번 장탈착할 필요없이 1회의 장착만으로 여러 용접공정을 한번에 완료할 수 있도록 해 주는 것이다.
상기한 싱글타입, 더블타입 및 멀티타입의 싱크로나이즈 용접장치는 지그프레임에 설치되는 용접지그의 갯수에 따라 분류한 것으로, 용접용 로봇과 용접지그가 상호연동하여 최적의 용접조건에서 용접을 수행하는 싱크로나이즈 용접이 각각 동일하게 적용된다.
이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은 다음과 같이 뛰어난 효과를 가지게 된다.
첫째, 용접대상물이 변경될 경우 기존과 달리 변경된 용접대상물에 맞추어 용접지그만 교체하고 지그프레임을 포함한 모든 용접장치의 구성요소들은 그대로 사용할 수 있게 되어 용접장치를 범용화할 수 있게 된다.
둘째, 용접장치가 범용화되므로 하나의 용접장치로 다양한 형상과 크기를 가지는 용접대상물의 용접이 가능하게 된다.
셋째, 용접지그 자체가 용접용 로봇의 동작에 맞추어 최적의 용접각도를 갖도록 회전이송되므로 용접용융물의 흘러내림, 용융스패터용착, 용입불량 등 종래의 용접불량문제를 해결하여 용접품질을 획기적으로 향상시키는 뛰어난 효과를 가지게 된다.
넷째, 용접대상물이 변경될 때마다 용접라인을 새롭게 구성할 필요가 없어지므로 용접공정에 소요되는 비용을 절감할 수 있으며, 하나의 용접장치에서 여러 용접공정을 수행할 수 있게 되므로 생산성이 월등하게 향상되고 용접용 로봇의 활용도가 커지게 되며, 작업장소의 최소화가 이루어진다.
다섯째, 용접프레임의 회전에 의해 각 공정 간 작업소요시간 즉, 사이클 타임이 대폭적으로 단축된다.

Claims (2)

  1. (삭제)
  2. 용접용 로봇을 이용하는 용접장치에 있어서,
    용접을 수행하는 용접용 로봇(10)과;
    지그플레이트(21) 상에 용접대상물을 고정하는 다수의 실린더(22) 및 클램퍼(23)가 설치되어 있으며, 상기 용접용 로봇(10)과 상호연동하여 최적의 용접각도로 회전이송되는 다수개의 용접지그(20)와;
    상기 다수개의 용접지그(20)를 장탈착할 수 있도록 다수개의 지그장착대(31)를 구비하고, 상기 용접지그(20)와 지그 연결부재(32)로 결합되어 상기 용접지그(20)를 회전이송시키는 지그회전판(33)이 구비되며, 그 내부에 구동모터(35)와 연결된 회전축(36)이 설치된 지그프레임(30)과;
    용접용 로봇이 최적의 용접각도를 갖도록 상기 지그프레임(30) 상에 장착된 용접지그(20)를 회전이송시키는 서보모터(40)와;
    상기 용접용 로봇(10)의 작동을 컨트롤하는 로봇 컨트롤부(50)와;
    상기 로봇 컨트롤부(50)와 서보모터(40)를 제어하는 메인컨트롤부(60)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접품질을 극대화한 싱크로나이즈 용접장치.
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