KR100977840B1 - 자동이송용접로봇의 클램핑 장치 - Google Patents

자동이송용접로봇의 클램핑 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는 엔엔지 선의 멤브레인 패널을 용접하는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에 있어서, 가이드 레일에 의하여 가이드 되면서 모터의 구동에 의하여 이동되는 클램프 몸체와, 클램프 몸체와 연결되어 상기 멤브레인을 파지하는 클램프 부와, 클램프 몸체와 클램프 부 사이에 위치하는 탄성부재와, 클램프 몸체와 클램프 부 사이의 거리를 측정하는 센서와, 센서로부터 상기 거리를 전달받아 거리가 소정량을 유지하도록 모터를 제어하는 제어부를 포함하고,
또한, 엘엔지 선의 멤브레인 패널을 용접하는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에 있어서, 가이드 레일에 의하여 가이드 되면서 모터의 구동에 의하여 이동되는 클램프 몸체와, 클램프 몸체와 연결되어 멤브레인을 파지하는 클램프 부와, 클램프 몸체와 상기 클램프부 사이에 위치하는 탄성부재와, 탄성부재에 작용하는 부하를 측정하는 센서와, 센서로부터 부하를 전달받아 상기 부하가 소정량을 유지하도록 모터를 제어하는 제어부를 포함하여,
클램핑 장치가 멤브레인 시트노트부를 클램핑할 때, 항상 일정한 하중으로 클램핑하도록 하여 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않음과 동시에 클램핑 장치의 수명이 단축됨이 없이 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
멤브레인, 클램프, 클램핑 장치

Description

자동이송용접로봇의 클램핑 장치{CLAMPING APPARATUS FOR AUTO-FEEDING AND WELDING ROBOT}
본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는 코로게이션(corrugation)이 형성된 멤브레인을 클램핑 하며 멤브레인을 용접하기 위한 자동이송용접로봇에 있어서, 멤브레인 특히 멤브레인의 시트노트(sheet knot)부를 클램핑하는 클램핑 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 멤브레인(membrane)은 엘엔지(LNG, 액화천연가스) 운반선의 카고탱크의 내면에 용접에 의하여 고정되며, 코로게이션과 같은 주름부가 복수개 형성되어 있다. 멤브레인의 주름부는 격자 형상으로 형성되어 있으며, 수평 및 수직 방향으로 복수개 형성되어 그 교차점에 피라미드 또는 사각뿔 형상의 교차점 돌기부, 즉 시트노트(sheet knot)부가 형성되어 있다.
이러한 멤브레인의 용접을 자동화하기 위한 노력은 2000년대 초부터 지속되었으며, 예컨데, 본 출원인은 2003년에 대한민국 특허출원 제2003-102062호를 출원하여 선박의 멤브레인을 자동용접하기 위한 스파이더 로봇을 개시한 바 있다. 또한, 2004년에는 대한민국 특허출원 제2004-75206호를 통하여 개발한 엘엔지 운반선 의 멤브레인 자동 용접 장치의 클램핑 방법을 개시하고, 대한민국 특허출원 제2004-75207호를 통하여 개발한 자동이송용접로봇 및 그 로봇의 이동방법을 개시한 바가 있다.
더욱이, 본 출원인은 대한민국 특허출원 제2006-129844호를 통하여, 모터로 구동되는 클램프 쌍에 의하여 클램핑되는 멤브레인의 양을 측정하여 일정량 클램핑되지 않을 경우에 모터에 더 큰 힘을 가하여 클램핑하도록 모터를 제어하는 방법 내지 이에 의한 장치를 개시한 바 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 자동이송용접로봇용 클램핑 장치는 모터부(10)의 구동에 의하여 구동되는 클램프 부(12)가 멤브레인(1)을 클램핑하는 경우, 센서(14)에 의하여 클램프 부(12)가 이동하는 거리를 측정함으로써, 클램프 부(12)가 멤브레인(1)을 클램프하는 것을 확인함과 동시에, 클램프 부(12)가 이동하는 거리를 통하여 모터부(10)의 구동을 제어하여 클램프 부(12)에 의한 멤브레인(1)의 클램핑을 담보하고자 하였다.
하지만, 종래의 자동이송용접로봇용 클램핑 장치는 클램프의 각종 구조, 즉 웜기어, 볼스크류, LM 가이드, 브레이크 등의 여러가지 구조의 조합인 바, 각 구조가 갖는 효율 및 클램프 부가 멤브레인의 시트노트부를 클램핑할 때, 클램핑할 때마다 클램프 부와 시트노트부와의 마찰량에 차이가 발생함에 따라, 클램프 부가 멤브레인의 시트노트부를 클램핑하는 양이 적게되는 경우 또는 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 갈 정도로 큰 힘이 가해지는 경우가 발생하여, 클램핑 장치가 손상되거나 클램핑 장치의 수명이 단축되는 경우가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 클램핑 장치가 멤브레인 시트노트부를 클램핑할 때, 항상 일정한 하중으로 클램핑하도록 하여 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않음과 동시에 클램핑 장치의 수명이 단축됨이 없이 안정적으로 사용할 수 있는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는, 엔엔지 선의 멤브레인 패널을 용접하는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에 있어서, 가이드 레일에 의하여 가이드 되면서 모터의 구동에 의하여 이동되는 클램프 몸체와, 클램프 몸체와 연결되어 멤브레인을 파지하는 클램프 부와, 클램프 몸체와 클램프부 사이에 위치하는 탄성부재와, 클램프 몸체와 클램프 부 사이의 거리를 측정하는 센서와, 센서로부터 상기 거리를 전달받아 거리가 소정량을 유지하도록 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는 엘엔지 선의 멤브레인 패널을 용접하는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에 있어서, 가이드 레일에 의하여 가이드 되면서 모터의 구동에 의하여 이동되는 클램프 몸체와, 클램프 몸체와 연결되어 멤브레인을 파지하는 클램프 부와, 클램프 몸체와 클램프부 사이에 위 치하는 탄성부재와, 탄성부재에 작용하는 부하를 측정하는 센서와, 센서로부터 상기 부하를 전달받아 부하가 소정량을 유지하도록 모터를 제어하는 제어부를 포함한다.
이 경우, 센서는 탄성부재에 작용하는 부하를 측정하는 압력센서 또는 근접센서를 포함할 수 있다.
여기서, 탄성부재는 상기 클램프 몸체에 결합되어 있고, 클램프 몸체가 모터의 구동에 의하여 이동됨에 따라 탄성부재가 클램프 부에 접촉하게 될 수 있다.
또한, 센서는 클램프 몸체에 결합되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는 클램핑 장치가 멤브레인 시트노트부를 클램핑할 때, 항상 일정한 하중으로 클램핑하도록 하여 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않음과 동시에 클램핑 장치의 수명이 단축됨이 없이 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에서 클램프 부 및 클램프 몸체 를 분리한 분리사시도이고, 도 4는 도 3의 A의 분리사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치는 클램프 몸체(20)와 클램프 부(30)를 포함하며, 클램프 몸체(20)는 모터(미도시)의 구동에 의하여 이동된다.
구체적으로, 승하강장치(미도시)에 의하여 장치본체(12)가 하강함에 따라 멤브레인(1)의 클램핑 부위까지 클램프 부(30)의 일 클램프(30a)가 위치하고, 이어서 모터부(10) 내에 위치하는 모터(미도시)가 구동하게 된다. 이 때, 모터축의 회전이 장치본체(12) 내의 웜기어(미도시), 볼 스크류(미도시) 등을 거치면서 클램프 몸체(20)가 가이드 레일(14)에 의하여 가이드 되면서 슬라이딩 운동할 수 있게 한다.
여기서, 클램프 몸체(20)에는 클램프 부(30)가 연결되어 멤브레인을 클램핑한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 클램프 부(30)가 멤브레인을 클램핑하기 위하여, 먼저, 가이드 레일(14)을 따라 슬라이딩되는 클램프 몸체(20)가 모터의 구동에 의하여 서로 가까워지도록 직선이동하고, 이와 연결되어 있는 클램프 부(30)가 개방상태에서 폐쇄상태로 작동하면서 클램프 부(30)의 각 클램프(30a, 30b)의 사이에 위치하는 멤브레인을 클램핑한다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 클램프 몸체(20)와 일 클램프(30b)의 사이에는 탄성부재(40)가 위치한다. 탄성부재(40)는 스프링 등의 탄성의 성질을 지는 다양한 부재가 사용될 수 있으나, 이하에서는 탄성부재(40)의 일 예인 스프 링(40)으로 설명하기로 한다.
스프링(40)은 초기에 클램프 몸체(20)에 형성되어 있는 스프링 지지부(22)에 결합되어 있을 수 있다. 물론, 도면으로 도시하지는 않았으나, 스프링(40)은 초기에 클램프(30b)에 결합되어 있을 수도 있음은 물론이다.
도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 스프링 지지부(22)에 결합되어 있는 스프링(40)은 클램프 몸체(20)가 모터의 구동에 의하여 가이드 레일(14)을 따라 서로 가까워짐에 따라 크램프(30b)에 접촉하게 되면서 압축되게 되며, 클램프 몸체(20)의 이동은 스프링을 거쳐 클램프(30b)에 전달되어 클램프(30b)가 멤브레인을 클램핑하게 된다.
물론, 도 4에서는 스프링(40)으로서 코일 스프링을 도시하였으나, 판 스프링 기타 탄성력을 지니고 있는 부재는 모두 사용될 수 있다. 여기에서는 이러한 부재를 통칭하여 스프링(40)으로 지칭하도록 한다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에는 센서(16)가 구비되어 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리를 측정하게 된다. 센서(16)는 측정한 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리를 제어부(미도시)로 전달하게 되는데, 제어부는 이 거리를 이용하여 모터를 제어하되, 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 스프링(40)에 의하여 클램프 몸체(20) 및 클램프(30b)에 가해지고 있는 부하를 일정 수준 이하로 유지하기 위하여 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리를 일정하게 유지하게 된다.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 제어부에서는 미리 입력된 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이에 위치하는 스프링(40)의 스프링 상수(k)의 값을 이용하여, 모터 등 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않으면서 멤브레인을 클램핑할 수 있는 부하에 따른 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 적정거리를 산정(예를 들어, 스프링 상수 값이 상수이고, 스프링이 선형 성질을 갖는 경우에는, 부하를 스프링 상수로 나눈 값을 의미한다)하여, 센서(16)로부터 전달되는 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리가 적정거리 이하에서만 작동되도록 모터를 제어하게 된다.
이로써, 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않으면서 클램핑 장치의 운용이 가능하게 된다.
여기서, 센서(18)가 직접 스프링(40)에 작용하는 부하를 측정하게 될 수도 있다. 즉, 센서(18)가 상기 클램프 몸체(20)의 스프링 지지부(22)에 형성되어, 클램프 몸체(20)가 움직임에 따라서 클램프 몸체(20)와 클램프(30b)의 사이에서 스프링(40)에 작용하는 부하를 직접 측정할 수 있으며, 이 경우 제어부(미도시)에서는 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 적정거리를 산정할 필요가 없으며, 모터 등 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않으면서 멤브레인을 클램핑할 수 있는 부하에 따라 모터를 제어하기만 하면 된다. 또한, 센서(18)는 직접 스프링에 작용하는 힘을 측정할 수 있는 것은 모두 사용될 수 있으며, 예를 들어 압력센서나 근접센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치의 작동에 관하여 살펴보면 다음과 같다.
도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 모터(도 2의 참조번호 10 모터부 내에 위치함)의 구동에 의하여 클램프 몸체(20)가 가이드 레일(14)을 따라 직선운동하게 되고, 이 때, 클램프 몸체(20)의 일 단부에 형성되어 있는 스프링 지지부(22)에 일단이 결합되어 있는 스프링(40)이 같이 이동하게 된다.
이에 따라, 클램프 몸체(20)의 직선운동에 따라 스프링(40)의 타단이 클램프(30b)에 접촉하게 되고, 클램프 몸체(20)의 직선운동에 따라 클램프 몸체(20), 스프링(40), 및 클램프(30b)가 함께 이동하게 된다.
이 후, 클램프(30b)가 클램핑하고자 하는 멤브레인에 접촉하게 되면, 모터의 구동에 의한 클램프 몸체(20)의 이동에 따라, 클램프(30b)는 더 이상 이동하지 않고, 스프링(40)이 점차적으로 압축되면서 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리가 좁혀지게 된다.
여기서, 센서(도 2의 참조번호 16)는 실시간으로 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리를 측정하여 제어부(미도시)로 전달하되, 제어부는 상기 스프링(40)이 압축되면서 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리가 좁혀지는 과정에서, 스프링(40)의 스프링 상수(k)의 값을 이용하여 미리 산정되어 있는 모터 등 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않으면서 멤브레인을 클램핑할 수 있는 부하에 따른 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 적정거리와 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리를 비교하면서, 상기 적정거리가 클램프 몸체(20)와 클램프(30b) 사이의 거리와 같거나 그 이하가 되는 경우에는 모터의 구동을 정지시키게 된다.
만약, 센서가 직접 스프링(40)에 작용하는 부하를 측정하는 경우에는, 스프 링 지지부(22)에 압력센서(미도시)가 결합되어, 실시간으로 스프링(40)의 압축에 따라 압력센서에 미치는 부하를 측정하여 제어부(미도시)로 전달하게 된다. 이 경우, 제어부(미도시)는 압력센서에 미치는 부하의 측정량을 전달받아, 스프링(40)에 걸리는 일정이상의 하중에 의하여 스프링의 수축량이 증가함에 있어서 수축량이 일정 이상이 되면 클램프 하중을 제어한다. 즉, 제어부는 압력센서에서 측정된 부하를 실시간으로 전달받으면서 모터 등 클램핑 장치의 각종 구조에 무리가 가지 않으면서 멤브레인을 클램핑할 수 있는 적정부하와 비교하여, 상기 센서에서 측정된 부하가 상기 적정부하와 같거나 초과하게 되는 경우에는 모터의 구동을 정지시키게 된다.
도 1은 종래의 자동이송용접로봇의 클램핑 장치의 측면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치의 측면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에서 클램프 부 및 클램프 몸체를 분리한 분리사시도이고,
도 4는 도 3의 A의 분리사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 멤브레인 14: 가이드 레일
20: 클램프 몸체 30: 클램프
40: 스프링

Claims (5)

  1. 엔엔지 선의 멤브레인 패널을 용접하는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에 있어서,
    가이드 레일에 의하여 가이드 되면서 모터의 구동에 의하여 이동되는 클램프 몸체와,
    상기 클램프 몸체와 연결되어 상기 멤브레인을 파지하는 클램프 부와,
    상기 클램프 몸체와 상기 클램프부 사이에 위치하는 탄성부재와,
    상기 클램프 몸체와 상기 클램프 부 사이의 거리를 측정하는 센서와,
    상기 센서로부터 상기 거리를 전달받아 상기 거리가 소정량을 유지하도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는
    자동이송용접로봇의 클램핑 장치.
  2. 엘엔지 선의 멤브레인 패널을 용접하는 자동이송용접로봇의 클램핑 장치에 있어서,
    가이드 레일에 의하여 가이드 되면서 모터의 구동에 의하여 이동되는 클램프 몸체와,
    상기 클램프 몸체와 연결되어 상기 멤브레인을 파지하는 클램프 부와,
    상기 클램프 몸체와 상기 클램프부 사이에 위치하는 탄성부재와,
    상기 탄성부재에 작용하는 부하를 측정하는 센서와,
    상기 센서로부터 상기 부하를 전달받아 상기 부하가 소정량을 유지하도록 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는
    자동이송용접로봇의 클램핑 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 클램프 몸체에 결합되어 있고, 상기 클램프 몸체가 상기 모터의 구동에 의하여 이동됨에 따라 상기 탄성부재가 상기 클램프 부에 접촉하게 되는
    자동이송용접로봇의 클램핑 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 클램프 몸체에 결합되어 있는
    자동이송용접로봇의 클램핑 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 센서는 압력센서 또는 근접센서를 포함하는
    자동이송용접로봇의 클램핑 장치.
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