KR100569064B1

KR100569064B1 - 너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션방법

Info

Publication number: KR100569064B1
Application number: KR1020040032953A
Authority: KR
Inventors: 최영학
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2006-04-07
Also published as: KR20050108016A

Abstract

너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법이 개시된다. 개시된 너트 런너 시스템은, 차량의 조립을 위해 볼트 및 너트 등을 체결하기 위한 너트 런너와 체결툴과; 상기 체결툴의 체결 토크값을 주기적으로 체크하는 토크 변환기와; 상기 토크 변환기와 연결되어 상기 체결 토크값을 수신하여 이를 계산하는 토크 변환기 컨트롤러와; 상기 토크 변환기 컨트롤러로부터 계산된 토크값을 수신하여 기준 설정 토크값과 비교한 후, 토크 전달 효율값을 계산하는 피엘시(PLC)와; 상기 피엘시로부터 상기 토크 전달 효율값을 수신하여 이 값으로 대체토록 하여 상기 체결툴이 보상된 토크로 체결작업을 수행하도록 하는 너트 런너 컨트롤러;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 너트 런너 시스템의 토크 변화를 자동적으로 검사할 수 있고, 토크값 변화 데이터 검출을 통한 데이터베이스 구축 및 분석이 가능해지고, 기준 설정 토크값 추종 기술 개발로 최적의 토크 품질을 유지할 수 있는 이점이 있다.

너트 런너, 토크, 캘리브레이션

Description

너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법{NUTRUNNER SYSTEM AND AUTOMATIC CALIBRATION METHOD USING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 너트 런너 시스템의 구성을 작동에 따라 개략적으로 나타내 보인 구성 사시도.

도 2는 도 1의 구성을 생산라인에 배치된 상태로 나타내 보인 구성 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 로봇

11. 체결툴

20. 토크 변환기

21. 토크 변환기 컨트롤러

30. 피엘시

40. 너트 런너 컨트롤로

100. 너트 런너

본 발명은 너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최적의 토크 품질을 유지하기 위한 너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

자동차 생산공장의 작업내용의 중심은 라인을 따라 이동하는 차량이나 기능단위에 부품을 조립하고, 볼트와 너트를 조여 완성시키는 작업인데, 주요 작업내용으로는 규정 토크(Torque)의 볼트체결작업, 끼워맞춤작업, 접착작업, 배관, 배선, 결선작업 등으로 이루어져 조립원의 감각이나 판단의 능력에 따라 작업이 이루어진다.

그리고 볼트나 너트, 스크루, 피스 등의 나사부품에 의한 부품조립에 사용되는 체결공구로는 피스작업에 스크루드라이버, 볼트 및 너트작업에는 임팩트렌치 및 너트 런너(nutrunner) 등이 쓰여지며 안정된 죔 토크를 필요로 하는 부분에는 전기 서보식 너트 런너가 사용된다.

한편, 샤시 하부 고토크 볼트 확인 장비는 바디(body)와 엔진 서브 프레임 및 리어 크로스 멤버(rear cross member)를 고정시키기 위해 체결된 볼트 및 너트를 설계에서 정한 토크 사양 범위로 체결하기 위한 토크 품질 확인 장비이다.

그러나, 이 장비의 토크 품질을 좌우하는 너트 런너 시스템은 장시간 사용하면 체결 토크값이 변화하므로 현장에서는 키퍼(keeper)가 주기적으로 샘플링 체크(sampling check)하여 토크 변동 여부를 확인하고, 수동으로 너트 런너 컨트롤러(controller)에서 파라메터(parameter)를 변경하여 캘리브레이션(calibration)을 하고 있는 실정이다.

그리고 샤시 하부 고토크 볼트 확인 장비의 토크 변동 발생 원인은, 체결 툴(tool)의 구성 부품들의 마모에 의한 토크 손실과, 체결툴의 구성 부품들의 마찰에 의한 토크 이상과, 너트 런너의 토크 변환기(transducer) 이상 등이다.

또한 기존의 샤시 하부 고토크 볼트 확인 장비에 적용 중인 너트 런너 시스템의 캘리브레이션은 토크 체결 결과의 실측 후, 컨트롤러의 파라메터를 조정하는 수동 캘리브레이션 방법 이외에는 대안이 없다.

그리고 종래의 너트 런너 시스템에서 토크 캘리브레이션 방법은, 작업자가 토크 렌치를 이용하여 토크값을 주기적으로 샘플링 체크한 후, 토크 이상이 발생하면 너트 런너 컨트롤러의 파라메터 값을 조정하는 수동 캘리브레이션 방법이 행하여지고 있다.

따라서 종래의 기술은, 작업자에 의한 수동 토크 확인으로 작업자에 따라 확인 토크값이 상이하다. 그리고 토크값 이상 발생시 수동 토크 캘리브레이션을 요(要)한다. 또한 토크값 캘리브레이션을 위한 절차가 번거롭고, 캘리브레이션 오차 발생 가능성이 높다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 토크 변동 여부를 자동으로 체크하고, 변동 토크값의 자동 보정을 통해 최상의 토크 품질 자동적으로 유지되도록 한 너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 너트 런너 시스템은, 차량의 조립을 위해 볼트 및 너트 등을 체결하기 위한 너트 런너와 체결툴과; 상기 체결툴의 체결 토크값을 주기적으로 체크하는 토크 변환기와; 상기 토크 변환기와 연결되어 상기 체결 토크값을 수신하여 이를 계산하는 토크 변환기 컨트롤러와; 상기 토크 변환기 컨트롤러로부터 계산된 토크값을 수신하여 기준 설정 토크값과 비교한 후, 토크 전달 효율값을 계산하는 피엘시(PLC)와; 상기 피엘시로부터 상기 토크 전달 효율값을 수신하여 이 값으로 대체토록 하여 상기 체결툴이 보상된 토크로 체결작업을 수행하도록 하는 너트 런너 컨트롤러;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법은, (a) 자동차 생산라인에서 차량의 조립에 있어서, 샤시 하부 볼트 토크 체크 완료하고, 상기 생산라인에 배치된 피엘시는 세팅된 체크 주기를 확인한 후, 토크 체크용 너트 런너로 토크 검사를 지시하는 단계와; (b) 체결툴을 장착한 로봇은 상기 체결툴을 캘리브레이션용 토크 변환기로 이동하여 토크 검사를 실시하는 단계와; (c) 상기 캘리브레이션용 토크 변환기 컨트롤러는 검사 토크값을 계산한 후, 이를 상기 피엘시로 전송하는 단계와; (d) 상기 피엘시는 기준 설정 토크값과 토크 검사 결과값을 비교하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 비교한 값이 기준 설정 토크값 범위에 있는지 판단하는 단계와; (f) 상기 단계 (e)의 조건을 만족하는 경우, 정상으로 판단하고, 토크 검사 결과값을 저장하는 단계;를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

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

도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 너트 런너 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도가 각각 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 너트 런너 시스템은, 차량의 조립을 위해 볼트 및 너트 등을 체결하기 위해 도 2에 도시된 바와 같은 로봇(10)의 선단에 장착된 너트 런너(100)와 체결툴(11)과, 이 체결툴(11)의 체결 토크값을 주기적으로 체크하는 토크 변환기(20)와, 이 토크 변환기(20)와 연결되어 체결 토크값을 수신하여 이를 계산하는 토크 변환기 컨트롤러(21)와, 이 토크 변환기 컨트롤러(21)로부터 계산된 토크값을 수신하여 기준 설정 토크값과 비교한 후, 토크 전달 효율값을 계산하는 피엘시(PLC)(30)와, 이 피엘시(30)로부터 토크 전달 효율값을 수신하여 이 값으로 대체토록 하여 상기 체결툴(11)이 보상된 토크로 체결작업을 수행하도록 하는 너트 런너 컨트롤러(40)를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 너트 런너 시스템에는, 상기 피엘시(30)로부터 체결 토크값을 수신하여 이를 저장하는 데이터 이력관리 저장용 컴퓨터(PC)(50)가 구비된다.

한편, 도 2에서 설명하지 않은 참조부호 60 및 70은 로봇 컨트롤러 및 비전 제어반을 각각 나타내 보인 것이다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 3에는 본 발명에 따른 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법은, 우선, 자동차 생산라인에서 차량의 조립에 있어서, 샤시 하부 볼트 토크 체크를 완료하고, 생산라인에 배치된 피엘시(30)는 세팅된 체크 주기를 확인한 후, 토크 체크용 너트 런너(100)로 토크 검사를 지시한다.(단계 110)

이어서, 상기 체결툴(11)을 장착한 로봇(10)은 이 체결툴(11)을 캘리브레이션용 토크 변환기(20)로 이동하여 토크 검사를 실시한다.(단계 120)

그리고 상기 캘리브레이션용 토크 변환기 컨트롤러(21)는 검사 토크값을 계산한 후, 이를 상기 피엘시(30)로 전송한다.(단계 130)

또한 상기 피엘시(30)는 기준 설정 토크값과 토크 검사 결과값을 비교한다.(단계 140)

상기 단계 140에서 비교한 값이 기준 설정 토크값 범위에 있는지 판단한다.(단계 150)

상기 단계 150의 조건을 만족하는 경우 즉, 비교한 값이 기준 설정 토크값 범위에 있으면 이를 정상으로 판단하고, 토크 검사 결과값을 데이터 이력관리 저장용 컴퓨터(50)에 저장한다.(단계 160,170)

한편, 상기 단계 150의 조건을 만족하지 못하는 경우 즉, 비교한 값이 기준 설정 토크값 범위 이외에 있으면, 토크 전달 효율값을 계산한 후, 이를 너트 런너 컨트롤러(40)로 전송한다.(단계 180)

상기한 토크 전달 효율값은, 너트 런너(100) 끝단에 걸리는 토크값을 100%로 보았을 때, 체결툴(11)이 부착되면서 체결툴(11)의 소켓 끝단의 토크 전달 손실이 10% 발생한다고 가정하면, 너트 런너 컨트롤러(40)에서는 체결툴(11)의 소켓 끝단에 걸리는 토크 전달 효율값을 90%로 정의해 주면, 너트 런너(100)는 토크 전달 손실을 10%만큼 더 토크를 가해줌으로써 사용자가 원하는 토크값을 얻을 수 있다.

상기한 토크 효율값의 계산식은 아래의 식 1로 나타낼 수 있다.

[식 1]

상기한 식 1을 이용하여 자동 캘리브레이션에 의한 토크 보상 효율값을 Ect라 할 때, 토크 사양 : 10~12 Kgfㅇm, 체결 토크(Ts ) : 11 Kgfㅇm로 설정하고, 초기 토크 효율값(Eit) : 100 %이며, 토크 검사값(Ttd) : 9 Kgfㅇm로 설정하면, 다음과 같이 계산할 수 있다.

이어서, 상기 너트 런너 컨트롤러(40)에서 보상 토크 전달 효율값으로 대체하고, 이를 데이터 이력관리 저장용 컴퓨터(50)에 저장한다.(단계 190,170)

이와 같이 상기 너트 런너 컨트롤러(40)는 현재 설정된 토크 전달 효율치를 피엘시(30)에서 전송한 값으로 대체함으로써, 자동 캘리브레이션이 되면서 항상 기준 설정 토크값을 추종하게 된다.

그리고 상기와 같은 공정에서 상기 토크 체크용 너트 런너(100)는 자동 캘리 브레이션된 토크값으로 토크 체크 작업을 수행한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 기존의 너트 런너 시스템에서 수동으로 행하여진 체결 토크 변화 체크와 체결 토크 보상을 자동 체결 토크 변화 확인 및 자동 체결 토크를 보상하는 기술이다.

즉, 기존의 너트 런너 시스템의 체결 토크 변화를 주기적으로 확인하기 위해 캘리브레이션용 토크 변환기(20)를 설치하고, 피엘시(30)에서 셋팅된 주기에 따라 체결 토크값을 체크하여 토크 변환기 컨트롤러(21)는 토크값을 피엘시(30)로 전송하여 준다.

그리고 상기 피엘시(30)는 캘리브레이션용 토크 변환기 컨트롤러(21)로부터 전송된 토크값과 기준 설정 토크값과 비교하여 토크 전달 효율치를 계산하여 너트 런너 컨트롤러(40)로 토크 전달 효율치를 피드백(feedback)한다.

또한 너트 런너 컨트롤러(40)는 현재 설정된 토크 전달 효율치를 피엘시(30)로부터 피드백된 토크 전달 효율치로 대체하는 과정을 항상 기준 설정 토크치를 자동으로 추종할 수 있는 폐루프(closed loop) 토크 캘리브레이션 시스템이 구성되어 진다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

너트 런너 시스템의 토크 변화를 자동적으로 검사할 수 있고, 토크값 변화 데이터 검출을 통한 데이터베이스 구축 및 분석이 가능해진다.

그리고 기준 설정 토크값 추종 기술 개발로 최적의 토크 품질을 유지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

차량의 조립을 위해 볼트 및 너트 등을 체결하기 위한 너트 런너와 체결툴과;

상기 체결툴의 체결 토크값을 주기적으로 체크하는 토크 변환기와;

상기 토크 변환기와 연결되어 상기 체결 토크값을 수신하여 이를 계산하는 토크 변환기 컨트롤러와;

상기 토크 변환기 컨트롤러로부터 계산된 토크값을 수신하여 기준 설정 토크값과 비교한 후, 토크 전달 효율값을 계산하는 피엘시(PLC)와;

상기 피엘시로부터 상기 토크 전달 효율값을 수신하여 이 값으로 대체토록 하여 상기 체결툴이 보상된 토크로 체결작업을 수행하도록 하는 너트 런너 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 너트 런너 시스템.
제1항에 있어서,

상기 피엘시로부터 상기 체결 토크값을 수신하여 이를 저장하는 데이터 이력관리 저장용 컴퓨터를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 너트 런너 시스템.
(a) 자동차 생산라인에서 차량의 조립에 있어서, 샤시 하부 볼트 토크 체크 완료하고, 상기 생산라인에 배치된 피엘시는 세팅된 체크 주기를 확인한 후, 토크 체크용 너트 런너로 토크 검사를 지시하는 단계와;

(b) 체결툴을 장착한 로봇은 상기 체결툴을 캘리브레이션용 토크 변환기로 이동하여 토크 검사를 실시하는 단계와;

(c) 상기 캘리브레이션용 토크 변환기 컨트롤러는 검사 토크값을 계산한 후, 이를 상기 피엘시로 전송하는 단계와;

(d) 상기 피엘시는 기준 설정 토크값과 토크 검사 결과값을 비교하는 단계와;

(e) 상기 단계 (d)에서 비교한 값이 기준 설정 토크값 범위에 있는지 판단하는 단계와;

(f) 상기 단계 (e)의 조건을 만족하는 경우, 정상으로 판단하고, 토크 검사 결과값을 저장하는 단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법.
제3항에 있어서,

(g) 상기 단계 (e)의 조건을 만족하지 못하는 경우, 토크 전달 효율값을 계산한 후, 이를 너트 런너 컨트롤러로 전송하는 단계와;

(h) 상기 너트 런너 컨트롤러에서 보상 토크 전달 효율값으로 대체하고, 이를 저장하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법.
제3항에 있어서,

상기 토크 체크용 너트 런너는 자동 캘리브레이션된 토크값으로 토크 체크 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 너트 런너 시스템을 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법.