KR100594795B1 - 볼트체결방법 - Google Patents

Abstract

구동수단을 사용하여 볼트를 피체결부재에 체결시키는 방법이 개시되어 있다. 본 발명은, 상기 구동수단을 소정의 체결속도로 회전시킨 후; 상기 구동수단의 발생전류에 기초하여, 상기 구동수단의 속도 및 토오크를 제어하고; 상기 볼트가 상기 피체결부재와의 목표체결위치에 도달한 경우, 상기 구동수단의 회전을 중지시키고 토오크를 제어하며; 상기 구동수단의 토오크를 소정의 목표토오크로 유지하여, 상기 볼트와 상기 피체결부재가 상기 목표체결위치에 대하여 소정 이상 체결되도록 한다. 이에 의해, 볼트의 체결진행 상황에 기초하여, 피체결부재에 볼트를 빠르고 정확하게 체결할 수 있다.

볼트, 피체결부재, 체결방법, 구동모터, 체결속도

Description

볼트체결방법{Bolt fastening method}

도 1은 종래의 볼트체결방법을 채용한 볼트체결장치의 제어블록도,

도 2는 종래의 볼트체결방법을 개략적으로 설명하는 순서도,

도 3은 본 발명에 따른 볼트체결방법을 수행하는 장치의 제어블록도,

도 4는 본 발명에 따른 볼트체결방법을 설명하기 위한 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 제어부 5 : 구동모터

9 : 조작부 11 : 전류감지부

13 : 토오크감지부 15 : 볼트위치감지센서

본 발명은 볼트체결방법에 관한 것으로서, 특히, 구동수단의 토오크를 적절하게 조절하여 피체결부재에 볼트를 빠르고 정확하게 체결할 수 있도록 한 볼트체 결방법에 관한 것이다.

볼트는 각종 기계기구조립에 사용되는 기계요소중의 하나이다. 종래에는, 피체결부재에 볼트를 체결시키는 작업이, 스패너와 같은 공구를 사용하여 수동으로 이루어졌다. 하지만, 이러한 수동의 볼트체결방법은, 대량의 볼트체결이 이루어지는 생산라인에서는 인력 및 시간의 낭비를 초래하여 생산성을 저하시킨다. 따라서, 최근에는 대량의 볼트를 정확하고 신속하게 체결하기 위하여 자동화된 볼트체결장치들이 사용되고 있다.

이러한 일반적인 볼트체결장치를 사용한 종래의 볼트체결방법에서는, 볼트의 체결거리에 대한 구동수단의 토오크와 관련한 소정의 데이터를 마련하고, 볼트의 체결을 위해 요구되는 토오크가 소정 시간내에 도달되도록 함으로써, 피체결부재에 볼트를 체결시켰다.

도 1은 일반적인 볼트체결방법을 채용한 볼트체결장치의 개략적 구성도이다. 일반적인 볼트체결장치는, 말단부에 형성된 볼트조임부를 가지고 구동모터(5)에 의해 회전하는 회전축(7), 구동모터(5)의 작동을 온오프시키는 조작부(9) 및, 시간과 토오크에 관련한 데이터를 저장하고 조작신호에 기초하여 구동모터(5)를 작동제어하는 제어부(3)를 포함한다. 여기에, 구동모터(5)의 토오크를 감지하는 토오크감지부(8) 및, 구동모터(5)의 토오크 이상시 에러를 발생시키는 에러발생부(6)를 더 포함한다.

도 2은 이와 같은 구성을 가지는 볼트체결장치의 볼트체결방법을 설명하는 순서도이다. 제어부(3)내에는, 볼트체결에 대한 구동수단 예를 들어, 구동모터(5) 의 토오크에 관련한 데이터가 저장된다(P1). 구동모터(5)의 작동이 개시되면(P2), 제어부(3)는 모터체결을 위한 일정한 토오크가 제공되었는지 확인한다(P3). 그런 다음, 시간을 체크하여(P4), 소정의 시간내에 토오크가 일정한 값에 도달한 경우, 구동모터(5)의 작동을 중지시킨다(P5). 이에 의해, 피체결부재에 대한 볼트의 체결이 완료된다. 이 때, 토오크가 일정한 값에 도달하였다 하더라도(P3), 그 체결시간이 소정의 시간을 경과한 경우(P4), 에러경보를 발생시켜(P7) 구동모터(5)의 작동을 중지시킨다(P5).

한편, 토오크가 일정한 값에 도달하지 않는 경우에도, 시간을 체크한다(P6). 이 때, 소정의 시간이 경과한 경우(P6), 에러경보를 발생시켜(P7) 구동모터(5)의 작동을 중지시킨다(P5). 한편, 소정의 시간이 경과하지 아니한 경우, 구동모터(5)의 작동을 유지한다(P2).

그런데, 이러한 종래의 볼트체결방법에서는, 저장된 데이터와 실제의 상황이 항상 일치할 수 없으며, 특히, 구동수단의 부하변동과 같은 조건에 따라, 실질적인 작동거리, 작동시간 및 토오크등이 변화될 수 있다. 따라서, 피체결부재에 대한 볼트의 체결이 과도하여, 피체결부재가 손상 또는 마모될 수 있으며, 한편, 볼트의 체결상태가 미진하여 조립불량이 발생할 수 있다.

따라서, 최근에는 이러한 문제점을 개선하여, 체결작업이 진행되는 동안 구동모터의 토오크를 변화시켜 볼트를 체결시키는 방법들이 개시되어 있다. 이러한 기술들로는, 예를 들어, 일본 특허공개번호 특개평7-237145호(명칭:임팩트식 볼트체결방법) 및, 일본 특허공개번호 특개평 9-285921호(명칭:산업용 스크류체결로봇 의 스크류체결방법)가 있다.

이들 중에서, 전자인 임팩트식 볼트체결방법을 사용하는 장치는, 구동수단에 의해 스크류 체결주축이 회전하면서 펄스성분을 가지는 구동출력을 발생시킨다. 이 때, 토오크감지수단이 주축의 토오크가 변화하는 것을 감지하며, 제어장치는 토오크수단의 감지신호를 인가한다. 이러한 구성으로, 초기에는 임팩트로 얻을 수 있는 체결력으로 작업이 수행되는데, 이러한 경우, 임팩트토오크의 파형에 포함된 피크토오크값과 상관없이 체결작업이 수행된다. 하지만, 점차적으로 체결력이 증대되면, 소정의 시간후에, 임팩트의 피크토오크값 및 토오크체결력 변환요소에 기초하여 체결작업이 수행된다.

한편, 후자인 산업용 스크류체결로봇의 스크류체결방법에서는, 스크류의 체결작업을 수행하는 스크류체결축의 이동방향을 따라 소정의 위치를 구획하고, 피체결부재에 스크류의 체결이 진행되는 동안 스크류체결축의 위치를 감지한다. 그래서, 스크류체결축의 위치에 따라 단계별로 그 회전속도를 제어하면서, 스크류의 체결작업을 수행한다.

그런데, 이러한 종래의 개시된 방법들에서는, 체결토크에 대하여 체결속도가 대부분 정해져 있어서, 체결토크가 작을 경우에는 체결속도가 느리며, 이에 의해, 고정밀의 볼트나 스크류체결장치를 제작하기 곤란하다. 그리고, 이와 같은 종래의 방법으로 피체결부재에 체결된 볼트나 스크류등은, 작업자가 그 체결상태를 쉽게 해제시킬 수 없어서, 비교적 큰 힘을 제공하여야 하는 문제점이 있다.

한편, 이러한 종래의 볼트체결방법에서는, 구동모터의 회전으로 볼트의 체결 작업을 수행하다가 거의 마지막 부분에 이르는 경우 즉, 볼트의 머리부분과 피체결부재가 상호 마찰되는 부분에 다다르는 것을 감지하여 구동모터를 제어할 수 있다면, 고정밀의 토오크제어를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 토오크로 빠르게 볼트를 체결할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 이러한 문제점을 고려하여, 볼트의 체결진행 상황에 기초하여 토오크를 적절하게 제어함으로써, 피체결부재에 볼트를 빠르고 정확하게 체결할 수 있도록 한 볼트체결방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 구동수단을 사용하여 볼트를 피체결부재에 체결시키는 방법에 있어서, 상기 구동수단을 소정의 체결속도로 회전시키는 단계; 상기 구동수단의 발생전류에 기초하여, 상기 구동수단의 속도 및 토오크를 제어하는 단계; 상기 볼트가 상기 피체결부재와의 목표체결위치에 도달한 경우, 상기 구동수단의 회전을 중지시키고 토오크를 제어하는 단계; 상기 구동수단의 토오크를 소정의 목표토오크로 유지하여, 상기 볼트와 상기 피체결부재가 상기 목표체결위치에 대하여 소정 이상 체결되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트체결방법에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 구동수단의 발생전류에 기초하여 상기 토오크를 제어하는 단계 는, 상기 구동수단이 상기 소정의 체결속도로 회전하는 소정 시간구간동안에 발생하는 전류를 측정하는 단계; 상기 소정 시간구간동안 발생한 전류의 평균치를 계산하는 단계; 및 상기 계산치에 기초하여 상기 구동수단의 토오크를 제어하는 단계를 포함하여 간단히 구성할 수 있다.

이 때, 상기 목표체결위치는, 상기 볼트의 머리부와 상기 피체결부재의 판면이 상호 접촉하는 위치로 할 수 있다.

한편, 상기 볼트와 상기 피체결부재를 소정의 목표체결위치에 대하여 소정 이상체결되도록 하는 단계 후, 상기 볼트를 소정의 각도만큼 역회전시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 볼트체결방법을 수행하는 장치의 제어블록도이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 볼트체결방법을 수행하는 장치(1)는, 도시않은 볼트를 체결시키는 회전축(7)을 가진 구동모터(5), 볼트체결을 위한 소정의 체결속도를 선택할 수 있는 조작부(9) 및, 조작부(9)의 조작신호에 따라 구동모터(5)를 구동시키는 제어부(3)를 구비한다. 여기에, 역시 도시않은 피체결부재에 대한 볼트의 체결위치를 감지하는 위치감지센서(15)와, 구동모터(5)의 구동시, 발생하는 전류를 감지하는 전류감지부(7) 및 토오크감지부(13)를 더 포함한다.

이러한 구성에 의하여, 도 4는 본 발명에 따른 볼트체결방법을 설명하기 위한 순서도이다. 사용자는 조작부(9)를 사용하여 구동모터(5)를 구동시킨다. 이 때, 구동모터(5)의 구동속도는, 사용자에 의해 선택될 수 있으며, 한편, 제어부(3)에 그 체결속도에 관한 데이터값이 저장되도록 할 수 있다. 구동모터(5)가 소정의 체결속도로 회전하는 경우(S1), 전류감지부(11)는, 구동모터(5)에서 발생하는 전류를 감지한다(S2). 전류감지부(11)는, 구동모터(5)가 체결속도로 회전하는 소정 시간구간동안의 전류를 감지한다.

이러한 전류감지부(11)로부터의 감지신호에 기초하여, 제어부(3)는 구동모터(5)의 발생전류의 평균치를 계산한다(S3). 그런 다음, 이 발생전류의 평균치에 근거하여, 구동모터(5)의 속도 및 토오크를 제어한다(S4). 이 때, 구동모터(5)의 속도 및 토오크제어는, 목표체결위치 예를 들어, 볼트의 머리부와 피체결부재의 판면이 상호 접촉되는 위치까지 이루어진다. 이러한 구동모터의 속도 및 토오크를 제어하는 방법은, 종래의 도 1과 관련하여 설명한 바와 거의 동일한 일반적인 토오크제어를 포함한다. 즉, 제어부(3)에는 구동모터(5)의 발생전류에 대한 구동모터(5)의 속도 및 토오크와 관련한 데이터가 저장되어 있고, 이러한 데이터값에 따라 구동모터(5)의 속도 및 토오크가 제어되는 것이다.

한편, 구동모터(5)의 속도와 토오크제어가 진행되는 동안(S4), 제어부(3)는, 위치감지센서(15)의 감지신호에 따라 피체결부재에 대한 볼트의 체결위치를 감지한다(S5). 즉, 볼트의 머리부분이 피체결부재의 표면에 접촉되는 위치를 목표체결위치로 설정하고, 볼트가 피체결부재의 목표체결위치에 도달하면, 구동모터(5)의 회전을 중지시킨다(S6). 그런 다음, 구동모터(5)의 회전속도가 0인 상태에서 토오크만을 제어한다(S7). 즉, 토오크를 증가시키는 것이다.

이러한 상태에서, 제어부(3)는, 토오크감지부를 통해 인가되는 구동모터(5)의 발생토오크와 목표토오크값을 비교한다(S8). 목표토오크값은, 목표체결위치에 대하여 볼트를 소정 이상으로 체결시킬 수 있는 토오크값이다. 이러한 목표토오크에 의해, 피체결부재에 체결된 볼트는 예를 들어, 그 머리면이 피체결부재의 판면과 수평면을 유지하게 된다.

한편, 토오크감지부(13)를 통해 감지된 구동모터(5)의 발생토오크가 목표토오크에 미치지 못하는 경우, 제어부(3)는 토오크를 제어하여(S7), 토오크치를 더 증가시킨다. 그래서, 발생토오크와 목표토오크가 동일한 경우, 토오크치를 유지한다(S9). 그런 다음, 소정의 시간이 경과하면(S10), 제어부(3)는 토오크의 제공을 멈춘다(S11). 이 때, 대상모재에 대한 볼트의 체결상태는, 볼트의 머리면이 피체결부재의 판면과 수평상태를 이루게 된다.

이러한 완전체결상태에서, 제어부(3)는 구동모터(5)를 역방향으로 회전시켜, 볼트를 소정 각도만큼 역회전시킨다. 그러면, 필요한 경우, 피체결부재로부터 볼트를 용이하게 볼트해제시킬 수 있다.

한편, 상술 및 도시한 실시예에서는, 설명의 용이함을 위하여, 단지 볼트에 한정시켜 설명하였지만, 볼트뿐만 아니라 스크류등의 체결부재도 본 체결방법에 의하여 정확하고 신속하게 체결될 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 볼트의 체결진행 상황에 기초하 여 토오크를 적절하게 제어함으로써, 피체결부재에 볼트를 빠르고 정확하게 체결할 수 있는 볼트체결방법이 제공된다.

Claims (4)

1. 구동수단을 사용하여 볼트를 피체결부재에 체결시키는 방법에 있어서,

   상기 구동수단을 소정의 체결속도로 회전시키는 단계;

   상기 구동수단의 발생전류에 기초하여, 상기 구동수단의 속도 및 토오크를 제어하는 단계;

   상기 볼트가 상기 피체결부재와의 목표체결위치에 도달한 경우, 상기 구동수단의 회전을 중지시키고 상기 구동수단의 토오크를 목표토오크값으로 제어하는 단계;

   상기 구동수단의 토오크를 소정의 목표토오크값으로 유지하여, 상기 볼트와 상기 피체결부재가 상기 목표체결위치에 대하여 소정 이상 체결되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구동수단의 발생전류에 기초하여 상기 토오크를 제어하는 단계는,

   상기 구동수단이 상기 소정의 체결속도로 회전하는 소정 시간구간동안에 발생하는 전류를 측정하는 단계;

   상기 소정 시간구간동안 발생한 전류의 평균치를 계산하는 단계; 및

   상기 계산치에 기초하여 상기 구동수단의 토오크를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 목표체결위치는,

   상기 볼트의 머리부와 상기 피체결부재의 판면이 상호 접촉하는 위치인 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 볼트와 상기 피체결부재를 소정의 목표체결위치에 대하여 소정 이상체결되도록 하는 단계 후, 상기 볼트를 소정의 각도만큼 역회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트체결방법.

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