KR100881226B1 - 자동 피치가변형 다축 툴 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 구동수단으로 각각의 툴 헤드를 동일한 간격으로 자동 조정할 수 있는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드에 관한 것이다.

본 발명은 하나의 주동절과 2개의 종동절을 서로 링크하여 다수 개의 툴 헤드를 동작시키는 새로운 형태의 자동 피치가변 방식을 구현함으로써, 툴 간격 조정을 보다 효율적으로 수행할 수 있음은 물론 빠른 응답성을 기대할 수 있고, 작업 모델의 다양한 사양 변경시에도 각 툴의 반복정도를 정밀하게 유지할 수 있는 등 툴 간격 설정과 관련한 제반작업을 신속하고 용이하게 할 수 있는 한편, 툴 간격 조절을 위한 툴 헤드 동작시 볼스크류 및 너트 방식과 LM가이드 방식 등을 적용하여 높은 정도를 구현하고, 또 위치제어가 가능한 서보 모터나 스텝핑 모터 등을 적용하여 프로그램에 의한 자동 설정 및 메모리 기능을 구현함으로써, 작업 모델별 피치 간격의 자동 설정 및 메모리가 가능하고, 이에 따라 모델 변경에 따른 제반작업을 효율적으로 수행할 수 있는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 제공한다.

다축 툴 헤드, 툴 간격, 자동 가변 방식, 볼스크류/너트, 서보 모터

Description

자동 피치가변형 다축 툴 헤드{Automatic pitch variable type multi tool head}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 나타내는 사시도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드의 피치 조절상태를 나타내는 정면도

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 나타내는 사시도

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드의 피치 조절상태를 나타내는 정면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 구동모터 11a,11b : 제1 및 제2 볼스크류

12 : 고정툴 13a,13b : 제1 및 제2 내측 가변툴
13b,13d : 외측 가변툴

14 : 헤드 본체 15 : LM가이드

16a : 주동풀리 16b,16c : 제1 및 제2 종동풀리 17a,17b : 벨트

본 발명은 자동 피치가변형 다축 툴 헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 구동수단으로 각각의 툴 헤드를 동일한 간격으로 자동 조정할 수 있도록 함으로써, 별도의 수동작업 없이 신속하게 툴 간격을 조정할 수 있고, 각 툴의 반복정도를 정밀하게 유지할 수 있는 등 운영의 편리성을 향상시킬 수 있는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드에 관한 것이다.

일반적으로 다축 툴 헤드는 인쇄회로기판 등의 제조를 위한 라우팅 시스템, 반도체 패키지의 제조와 관련한 디스펜딩 시스템 및 라우팅 시스템 등과 같이 각종 형태의 로봇을 이용한 모든 생산설비 및 응용설비에 적용되는 정밀가공장비이다.

예를 들면, 라우팅 시스템의 경우 반도체칩 탑재, 와이어본딩 등을 위하여 인쇄회로기판(PCB)에 형성되어 있는 동일한 패턴을 각각의 단위 기판으로 분리시켜주는 기능을 수행한다.

이때, 단위 기판의 분리시 보통 2개 정도의 툴 헤드가 가지는 스핀들의 고속회전을 이용하여 절삭작업을 수행하게 되고, 또 툴 헤드 간의 간격을 좁히거나 넓히면서 피치를 조절할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 기존의 다축 툴 헤드의 경우에는 툴 간격 조절시 수동으로 각각의 툴 헤드를 조정하여 위치를 고정하는 방식으로 되어 있어서 시간적인 측면이나 작업성 측면에서 효율이 떨어지는 단점이 있다.

예를 들면, 2축 헤드의 경우 다이얼을 이용하여 수동으로 툴 헤드 간의 간격을 조정해야 하므로, 작업이 번거롭고 시간도 많이 소요되는 등 작업성이 떨어질 뿐만 아니라, 작업자가 일일이 육안으로 피치를 확인하면서 조작을 해야 하고, 또 작업 모델의 사양 변경시 마다 피치 조절의 반복해야 하는데 이때의 반복 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.

한편, 위와 같은 문제를 해소하기 위하여 자동으로 툴 간격을 조절할 수 있는 방식이 일부 제시되어 있으나, 하나의 스크류를 이용하여 각 툴 헤드를 동시에 동작시키는 방식의 특성상 툴 헤드를 2개에서 최대 3개까지 밖에 적용할 수 없는 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하나의 주동절과 2개의 종동절을 서로 링크하여 다수 개의 툴 헤드를 동작시키는 새로운 형태의 자동 피치가변 방식을 구현함으로써, 툴 간격 조정을 보다 효율적으로 수행할 수 있음은 물론 빠른 응답성을 기대할 수 있고, 작업 모델의 다양한 사양 변경시에도 각 툴의 반복정도를 정밀하게 유지할 수 있는 등 툴 간격 설정과 관련한 제반작업을 신속하고 용이하게 할 수 있는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 툴 간격 조절을 위한 툴 헤드 동작시 볼스크류 및 너트 방식과 LM가이드 방식 등을 적용하여 높은 정도를 구현하고, 또 위치제어가 가능한 서보 모터나 스텝핑 모터 등을 적용하여 프로그램에 의한 자동 설정 및 메모리 기능을 구현함으로써, 작업 모델별 피치 간격의 자동 설정 및 메모리가 가능하고, 이에 따라 모델 변경에 따른 제반작업을 효율적으로 수행할 수 있는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 제공하는 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 툴 헤드는 피치가변형 다축 툴 헤드에 있어서, 다축 툴의 기준이 되는 고정툴이 설치된 헤드 본체와, 상기 헤드 본체의 일측에 설치되어 동력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전축과 연결된 주동절 및 이 주동절과 연계되어 상기 주동절로부터 회전력을 동시에 전달받는 제1 및 제2 종동절을 포함하는 동력전달부와,상기 헤드 본체상에 위아래 수평으로 나란하게 배치되며 상기 동력전달부에 의해 회전되도록 상기 제1 및 제2 종동절에 각각 장착되는 제1 및 제2 볼스크류와, 상기 고정툴의 양옆으로 나란하게 배치되며 상기 제1 볼스크류에 스크류 전동가능하게 결합되어 위치 이동이 가능한 제1 및 제2 내측 가변툴과, 상기 제1 및 제2 내측가변툴 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 바깥에 배치되며, 상기 제2 볼스크류에 스크류 전동가능하게 결합되어 위치 이동이 가능한 외측 가변툴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 툴 헤드는 상기 헤드 본체상에 상기 제1 및 제2 볼스크류와 나란하게 배치되는 형태로 설치되어 상기 내측 및 외측 가변툴의 이동을 안내하는 LM가이드를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 주동절은 2열로 이루어진 주동풀리이며, 상기 제1 및 제2 종동절은 상기 주동풀리의 각 열에 각각 1개씩의 벨트로 연결된 종동풀리이며, 이때의 제1 및 제2 볼스크류는 서로 다른 풀리비를 가지고 회전될 수 있다.

상기 제 1 및 제2 볼스크류의 경우 왼나사와 오른나사의 조합 형태로 이루어져서 각 가변툴들이 고정툴을 기준하여 서로 좁혀지거나 넓혀지는 방식으로 이동될 수 있다.

상기 구동모터는 위치제어가 가능한 서보 모터 또는 스텝핑 모터 등을 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 구동모터의 경우, 다수의 서로 다른 툴 피치 설정값을 저장하고 있는 컨트롤유닛에 의해 제어되므로서, 작업 모델 변경시 저장된 해당 툴 피치 설정값으로 가변툴들이 세팅될 수 있도록 스크류축을 회전시켜줄 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예에 따른 다축 툴 헤드를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드를 나타내는 사시도이다.

도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 다축 툴 헤드는 하나의 주동절로 2개의 종동절(제1 및 제2 종동절)을 유기적으로 연계한 동력전달부에 의해 다수 개의 툴 헤드의 피치를 효율적으로 조절하는 메카니즘으로 이루어져 있다.

이를 위하여, 헤드 본체(14)의 후면에는 동력제공을 위한 구동모터(10)가 설치되고, 전면에는 2개의 볼스크류, 즉 제1 볼스크류(11a) 및 제2 볼스크류(11b)가 위아래 일정간격을 유지하면서 수평으로 나란하게 배치되는 동시에 양단부가 베어링 등으로 지지되는 구조로 설치된다.

여기서, 상기 구동모터(10)는 위치제어가 가능한 서보 모터, 스텝핑 모터 등을 적용할 수 있다. 또한, 이 구동모터(10)의 회전력을 제1 및 제2 볼스크류(11a)(121b) 측에 전달하는 동력전달부재의 주동절 및 제1 및 제2 종동절은 밸트에 의해 서로 연결된 풀리로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 구동모터(10)의 경우 컨트롤유닛(미도시)에 의해 제어되는데, 이때의 컨트롤유닛은 작업 모델별로 적어도 2개 이상의 다른 툴 피치 설정값을 저장하고 있으며, 이에 따라 작업 모델이 변경되면 저장되어 있는 해당 툴 피치 설정값에 따라 구동모터(10)를 제어하게 되므로서, 결국 다수의 가변툴들은 해당 작업 모델에 맞는 툴 피치로 자동 세팅될 수 있다.

물론, 컨트롤유닛이 저장하고 있는 해당 툴 피치 설정값을 가지고 구동모터를 전기적으로 제어하는 방법 등은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.

상기 제 1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)의 회전을 위하여 구동모터(10)의 회전축과 이것과 인접한 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)의 한쪽 단부에는 각각 풀리(16a),(16b),(16c)가 장착되고, 2열로 이루어진 구동모터 회전축에 장착되는 주동풀리(16a)와 제1 및 제2 볼스크류측에 각각 장착되는 제1 및 제2 종동풀리(16b),(16c) 사이에는 각각 1개씩의 벨트(17a),(17b)가 연결 설치되므로서, 구동부모터(10)의 작동에 의해 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)가 동시에 회전될 수 있다.

상기 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)는 왼나사와 오른나사가 조합되어 있는 형태, 예를 들면 후술하는 고정툴(12)의 설치 위치를 기준하여 한쪽 구간은 왼나사로 형성되어 있고 다른 한쪽 구간은 오른나사로 형성되어 있는 형태로 이루어져 있으며, 이에 따라 이 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)에 구동되는 다수의 가변툴들이 고정툴(12)이 있는 쪽으로 모이거나 멀어지면서 서로 좁혀지거나 넓혀지는 방식으로 이동할 수 있다.

여기서, 4개의 툴을 적용하는 실시예에서는 윗쪽 제1 볼스크류의 경우 길이 중간을 기준하여 좌측은 왼나사가, 우측은 오른나사가 형성된 것을 적용할 수 있고, 아래쪽 제2 볼스크류의 경우 오른나사만 형성된 것을 적용할 수 있는 한편, 5개의 툴을 적용하는 실시예에서는 윗쪽 제1 볼스크류의 경우 길이 중간을 기준하여 좌측은 왼나사가, 우측은 오른나사가 형성된 것을 적용할 수 있고, 아래쪽 제2 볼스크류의 경우도 좌측은 왼나사가, 우측은 오른나사가 형성된 것을 적용할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)의 경우 서로 다른 풀리비를 가지고 회전되는 특징이 있다.

예를 들면, 제2 볼스크류(11b)에 장착되는 제2 종동풀리(16c)는 다른 하나의 제1 볼스크류(11a)에 장착되는 제1 종동풀리(16b) 보다 2배의 회전비를 가짐에 따라 이때의 제2 볼스크류(11b)에 의해 구동되는 외측 가변툴(13c),(13d)은 내측 가변툴(13a),(13b) 보다 2개의 거리를 이동할 수 있으며, 결국 같은 피치를 유지하고 있는 각 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)들은 툴 피치 조절시 고정툴(12)을 기준하여 먼쪽에 있거나 가까운 쪽에 있는 것과 관계없이 동일한 툴 피치로 조절될 수 있다.

실질적으로 절삭 등의 작업을 수행하는 툴은 헤드 본체(14)상에 직접 고정 설치되면서 툴 피치 조절시 기준역할을 하는 고정툴(12)과, 헤드 본체(14)상의 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)에 지지되면서 고정툴(12)의 양옆으로 나란하게 수직 배치되는 다수 개의 가변툴, 예를 들면 3개 내지 4개의 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)로 구성된다. 여기서, 3개의 가변툴을 사용하는 경우에는 도1에 도시된 바와 같이 고정툴(12)의 양옆으로 나란하게 배치되는 제1 및 제2 내측 가변툴(13a)(13b)과 제1 및 제2 내측 가변툴(13a)(13b) 중 어느 한쪽 가변툴의 바깥에 배치되는 하나의 외측 가변툴(13c)로 조합된다. 또한, 4개의 가변툴을 사용하는 경우에는 도3에 도시된 바와 같이 고정툴(12)의 양옆으로 나란하게 배치되는 제1 및 제2 내측 가변툴(13a)(13b)과 제1 및 제2 내측 가변툴(13a)(13b) 양쪽의 바깥에 각각 배치되는 2개의 외측 가변툴(13c)(13d)로 조합된다.

상기 다수의 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)은 후면부의 볼너트(미도시)를 이용하여 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)측에 볼스크류 전동가능한 구조로 설치되며, 이에 따라 볼스크류 회전시 좌우로 위치를 이동하면서 서로 간의 툴 피치 조절이 가능하게 된다.

예를 들면, 고정툴(12)과 가까운 쪽에 있는 양옆의 내측 가변툴(13a),(13b)은 윗쪽의 제1 볼스크류(11a)측에 결합되고, 또 이러한 제1 및 제2 내측 가변툴(13a),(13b) 보다 바깥쪽에 있는 1개 또는 2개의 외측 가변툴(13c),(13d)은 아래쪽의 제2 볼스크류(11b)측에 결합되므로서, 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)의 회전에 의해 각 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)은 동시에 좌우로 이동될 수 있고, 이때의 바깥쪽 2개의 외측 가변툴(13c),(13d)은 제1 및 제2 종동풀리의 풀리비 차이로 인해 안쪽의 내측 가변툴(13a),(13b) 보다 좀더 많이 이동하면서 안쪽의 내측 가변툴(13a),(13b)과 함께 동일한 툴 피치를 맞출 수 있게 된다.

여기서, 서로 결합되지 않는 볼스크류와 가변툴 또는 고정툴은 상호 관통되는 구조에 의해 간섭을 주지 않게 된다.

이때의 각 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)들은 헤드 본체(14)의 상단부와 하단부에서 수평으로 길게 배치되는 LM가이드(15)에 의한 안내를 받게 되므로, 그 움직임이 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

따라서, 이와 같이 구성된 본 발명의 여러 실시예에 따른 다축 툴 헤드의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드의 피치 조절상태를 나타내는 정면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동 피치가변형 다축 툴 헤드의 피치 조절상태를 나타내는 정면도이다.

도 2와 도 4에 도시한 바와 같이, 툴 피치 조절작업은 컨트롤유닛의 제어에 의해 이루어지고, 이 컨트롤유닛의 제어를 받은 구동모터(10)의 작동과 함께 작업이 개시된다.

상기 컨트롤유닛은 작업 모델별 좌표 설정 및 툴 간격(Pitch)이 메모리되어 있는 프로그램을 포함하며, 작업 모델 변경시 각 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)은 프로그램에 따라 자동으로 해당 작업 모델에 맞게 설정된 툴 피치로 조절된다.

작업 모델 변경시 등과 같은 필요에 따라 툴 피치를 조절하는 경우 구동모터(10)의 작동에 의해 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)가 회전한다.

이때, 제1 및 제2 볼스크류(11a),(11b)는 서로 다른 풀리비로 회전한다.

예를 들면, 아래쪽 제2 볼스크류(11b)가 윗쪽 제1 볼스크류(11a)보다 2배 빠르게 회전한다.

이에 따라, 각각의 제1 및 제2볼스크류(11a),(11b)에 결합되어 있는 내측 및 외측 가변툴(13a),(13b),(13c),(13d)은 고정툴(12)을 기준으로 하여 안쪽으로 좁혀지거나 바깥쪽으로 넓혀지는 형태로 이동하고, 최종적으로 고정툴과 가변툴을 포함하는 4개의 툴 또는 고정툴과 가변툴을 포함하는 5개의 툴이 동일한 툴 피치로 조절된다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 하나의 구동모터를 주동절로 하고 3개의 볼스크류를 종동절로 하여 이것을 서로 링크시킴으로써, 6개∼7개의 툴을 구동하는 것과, 또 종동절의 수를 적절히 늘려서 8개 이상의 툴을 구동하는 것도 가능하다.

물론, 툴의 수가 늘어남에 따라 이에 맞게 풀리비도 적절히 설정할 수 있다.

이와 같은, 자동 피치가변형 다축 툴 헤드는 라우팅 시스템, 디스펜딩 시스템, 솔더링 시스템, 나사체결기, 조각기, 검사기, 테스트 시스템 등과 같은 각종 형태의 로봇을 이용한 모든 생산설비나 응용설비의 툴 방식으로 적용이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 1개의 툴 헤드 생산 방식 대비 4배∼5배, 2개의 툴 헤드 생산 방식 대비 2배∼3배의 생산성 향상의 효과가 있다.

둘째, 별도의 수동작업 없이 동일한 간격으로 조정이 가능하고, 1개의 구동수단으로 각각의 툴을 동일한 간격(Pitch)으로 조정이 가능하며, 구동수단과 프로그램을 연계하여 작업 모델별 좌표설명 및 툴 간격(Pitch)을 메모리한 후, 작업 모델 변경시 메모리된 프로그램의 입력을 통해 자동으로 설정된 툴 간격(Pitch)으로 조정이 가능하므로, 모델 변경시 시간을 단축할 수 있는 등 운영의 편리성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

셋째, 각각의 툴에 구동수단을 설치한 방식이 아니라, 1개의 구동수단으로 4개∼5개 이상의 툴을 구동할 수 있고, 1개의 구동수단과 서로 링크하여 4개∼5개 이상의 각 툴의 반복정도를 정밀하게 유지할 수 있으며, 여러 대의 생산설비에 4개∼5개 이상의 다축 툴을 적용하여 생산효율 및 생산량을 확보할 수 있는 등 획기적으로 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 복수의 작업 테이블 운영시 혼재생산(1대의 시스템에서 다른 형태의 작업물을 동시에 생산)이 가능한 이점이 있다.

Claims (7)

1. 피치가변형 다축 툴 헤드에 있어서,

   다축 툴의 기준이 되는 고정툴이 설치된 헤드 본체;

   상기 헤드 본체의 일측에 설치되어 동력을 제공하는 구동모터;

   상기 구동모터의 회전축과 연결된 주동절 및 이 주동절과 연계되어 상기 주동절로부터 회전력을 동시에 전달받는 제1 및 제2 종동절을 포함하는 동력전달부;

   상기 헤드 본체상에 위아래 수평으로 나란하게 배치되며 상기 동력전달부에 의해 회전되도록 상기 제1 및 제2 종동절에 각각 장착되는 제1 및 제2 볼스크류;

   상기 고정툴의 양옆으로 나란하게 배치되며 상기 제1 볼스크류에 스크류 전동가능하게 결합되어 위치 이동이 가능한 제1 및 제2 내측 가변툴; 및

   상기 제1 및 제2 내측가변툴 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 바깥에 배치되며, 상기 제2 볼스크류에 스크류 전동가능하게 결합되어 위치 이동이 가능한 외측 가변툴을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 헤드 본체상에 상기 제1 및 제2 볼스크류와 나란하게 배치되는 형태로 설치되어 상기 내측 및 외측 가변툴의 이동을 안내하는 LM가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 주동절은 2열로 이루어진 주동풀리이며, 상기 제1 및 제2 종동절은 상기 주동풀리의 각 열에 각각 1개씩의 벨트로 연결된 종동풀리인 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 제1 및 제2볼스크류는 왼나사와 오른나사의 조합 형태로 이루어져서 상기 내측 및 외측 가변툴들이 상기 고정툴을 기준하여 서로 좁혀지거나 넓혀지는 방식으로 이동할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 구동모터는 위치제어가 가능한 서보 모터 또는 스텝핑 모터인 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.
6. 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서, 상기 구동모터는 다수의 서로 다른 툴 피치 설정값을 저장하고 있는 컨트롤유닛에 의해 제어되어 작업 모델 변경시 저장된 해당 툴 피치 설정값으로 가변툴들이 세팅될 수 있도록 스크류축을 회전시켜주는 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.
7. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 및 제2 볼스크류는 서로 다른 풀리비를 가지고 회전하는 것을 특징으로 하는 자동 피치가변형 다축 툴 헤드.

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