KR101024886B1 - 자동차 차체 보강재 용접용 지그어셈블리 - Google Patents

자동차 차체 보강재 용접용 지그어셈블리 Download PDF

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(주)태성정공
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Abstract

본 발명은 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화 설비의 보강재 지그어셈블리 관한 것이다. 이 자동화 설비는 내장 프로그램에 따라 몸체 회전과 용접봉과 결합한 암 회전으로 용접 자세를 변환하고 용접을 실행하는 용접로봇(1)과, 제1 유니트, 제2 유니트, 제3 유니트, 제4 유니트, 제5 유니트 페달 스토퍼 및 핀 유니트가 설치 및 고정되어 용접로봇의 용접할 수 있도록 실린더의 움직임에 의하여 보강재의 구성품들을 단단하게 물어 견고하게 고정하고 있는 보강재 지그어셈블리와, 용접로봇의 움직임을 실행하는 명령을 입력시키는 로봇 자동 제어 판넬과, 로봇 자동 제어 판넬의 입력신호에 응하여 용접로봇 또는 보강재 지그어셈블리가 움직이도록 하는 로봇 용접 구동 판넬과, 용접로봇, 보강재 지그어셈블리, 로봇 용접 구동 판넬 및, 로봇 자동 제어 판넬에 필요한 전원을 공급해 주는 자동 제어 시스템 전원 공급장치로 이루어진다.
본 발명에 따른 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화 설비의 지그어셈블리는 자동차 차체 부분품들을 고정하여 용접로봇으로 효율적으로 용접을 할 수 있어 용접작업의 생산성을 향상시킬 수 있고 용접작업에 따른 유해물질로부터 작업자를 보호하는 효과가 있다.

Description

자동차 차체 보강재 용접용 지그어셈블리{Car frame support welding jig assembly}
본 발명은 자동차 차체 보강재의 용접용 지그어셈블리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 차체 보강재의 용접을 자동화하기 위한 로보트 용접 시스템에 구비되어 용접중 자동차 차체 보강재의 조립에 필요한 구성품들을 견고하게 지지하여 용접 효율을 향상시킬 수 있는 용접용 지그어셈블리에 관한 것이다.
자동차 차체는 통상, 프론트 보디(front body), 언더 보디(under body), 카울 (cowl), 사이드 보디와 루프(side body, roof), 리어 보디(rear body)로 나누어 볼 수 있다.
상기와 같이 구성된 자동차 차체가 보다 견고하도록 자동차 차체를 보강재로 보강해 주고 있다.
현재 당사가 생산하고 있는 V-250(V-250는 제품 분류명임.) 보강재는 100% 수작업 이산화탄소(CO2) 용접작업을 하고 있는 실정이며, 산업 재해 관련 위험에 노출되어 있다. 용접 공정은 대표적인 3D업종으로 인식되어 작업자들도 작업을 기피하는 공정이며 신규 입사자들의 면접 시에도 용접 작업 배치는 하지 않았으면 하는 실정이다. 또한, 회사에서도 생산 차질 및 불량 발생 시 개선할 수 있는 전문 인력이 없는 관계로 제조 원가 상승이 되는 주요인이며 시급히 개선할 필요가 있는 작업으로 판단되었다.
현재 당사가 생산하고 있는 V-250 보강재의 구성품형상은 아래의 그림 1과 같다.
Figure 112010087064055-pat00001
그림 1 (용접 전 V-250 보강재의 구성품형상)
이러한 V-250 보강재의 구성품을 그림 2과 같은 공정 흐름을 가지고 수작업으로 용접을 하였다.
그림 2 (V-250 보강재의 종래의 용접 공정 흐름)
Figure 112010087064055-pat00002

다시 말하면, 우선 좌측날개(LH 단품 가이드)를 지그에 세팅하고나서 우측날개(RH 단품 가이드)를 지그에 세팅한다.
계속하여 본체빔(Main bar)을 지그에 세팅하고 지그들을 이동하여 우측날개, 좌측 날개, 본체빔 끼리 그림 1과 같이 서로 용접할 부분에 접촉시킨다.
이어서 수작업으로 이산화탄소 용접봉을 우측날개와 본체빔의 용접할 부분에 갔다 대고 2면 용접을 한다.
연속하여 수작업으로 이산화탄소 용접봉을 좌측날개와 본체빔의 용접할 부분에 갔다 대고 또한 2면 용접을 한다.
용접된 우측날개, 좌측날개 및 본체빔을 그림 8과 같이 뒤집어 놓고, 즉 180°위치 변환하여 우측 날개와 본체 빔의 용접할 부분에다 이산화탄소 용접봉을 갔다 대고 1면 용접을 하고 나서 또한 좌측 날개와 본체 빔의 용접할 부분에다 이산화탄소 용접봉을 갔다 대고 1면 용접을 한다.
그림 4과 같이 용접이 끝난 완제품인 V-250 보강재를 팔레트에 적재한다.
Figure 112010087064055-pat00003
그림 4(용접이 끝난 완제품)
상기와 같은 작업 환경하에서, 작업 환경 개선을 가장 우선적으로 진행하기 위해서는 유해 위험 기계로부터 안전 보건 사고 예방 구현과 인력 수급의 어려움 해소 제품 품질의 균일화 등이 이루어져야 한다.
이와 같은 작업 환경하에서 작업 환경을 개선하려는 국내외 기술 현황을 살펴 보면, 국내의 V-250 보강재를 생산하기 위하여 수작업으로 이산화 탄소 용접 공정을 자동화로 적용 시행하는 업체는 대기업 외에 소수 업체에 불과하다. 최근 국내에 자동화 용접 관련 장비와 제어 시스템 개발을 중심으로 연구가 활발히 수행하고 있다. 용접 분야에서는 용접부의 품질 개선과 장비 개발, 파이프 용접을 주로 연구하고 있으며 제어 분야는 제철소의 압연 모델 개발과 무선 데이터 통신을 통한 원격 조정 수문 개발 분야에 관심을 가지고 있다. 파이프 용접을 자동화하기 위해서는 숙련된 용접사가 용접현상을 관찰하고 이를 적절한 용접조건으로 산출해 내는 지식과 기능을 갖추고 있어야한다. 또 용접사가 가지지 못한 용접 자세 설정, 용접선 추적 및 용접 위치 설정, 용접 조건 설정은 특히 작업자의 기능과 지식이 중요시된다. 또한, 용접 부재의 크기에 따라 적정 용접 위치와 각도를 설정하기 위해 재질과 관 외경, 두께, 개선 각 등에 따른 최적의 용접조건을 선정하고 공정 변수 설정 모드 알고리즘을 개발해 최적의 용접 조건을 예측하는 인텔리젠트 시스템을 연구 중에 있다.
최근에는 TIG 용접기의 품질 향상 개선책을 연구가 진행되고 있으며, 기계식, 전자식 TIG 용접기 등 다양한 개발이 이루어지고 있다. 이와 같은 용접 기술에 있어서 자동화 시스템 개발을 행하고 이를 산업 현장에 적용함으로써 파이프의 크기에 따라 용접점 위치, 용접 각도 등을 정확하게 구현해내고 대형 파이프 구조물의 용접 품질과 생산성을 향상키는 것이 주요한 문제라 할 수 있다.
상기와 같은 종래의 자동차 차체 보강재의 용접 작업 공정들이 모두 작업자의 인력에 의해 이산화 탄소 용접에 의하여 이루어지고 있었고 분진 및 용접 불꽃에 장기간 노출되면 진폐증, 심장, 폐질환 등 분진 오염에 의한 근로자 건강 위해성 영향이 커었다. 이러한 영향에 대한 연구 결과가 표1 내지 표3에 나타나 있다.
<표1> 미세분진 노출정도에 의한 위해 가능성
Figure 112010087064055-pat00004
<표2> 미세분진(PM10) 오염 수준
Figure 112010087064055-pat00005
<표3> 용접 종류에 따른 흄 발생량
Figure 112010087064055-pat00006
상술한 문제를 해결하기 위하여, 자동차 자체 보강재의 구성품들인 우측날개, 좌측날개 및 본체빔을 용접중 임시로 견고하게 결합하여 고정한 후, 용접 로봇으로 용접하여 자동차 차체 보강재를 제조하는데 사용되는 자동차 차체 보강재 용접용 지그어셈블리를 제공하는 것이 목적이다.
보강재 지그어셈블리(2)의 상단은 기대(20)를 구비하고, 하단은 서브프레임(21)을 구비하여 서브 프레임(21)의 상단의 양측부에 구비된 축받이 고정장치(25)의 에어블록(24)에 기대(20)의 양측부에 구비된 회전축(22)을 각각 삽입하고, 기대(20)의 하부와 서브프레임(21) 사이에 공압실린더(26)를 구비하여 피스톤 로드1(26-2)의 왕복운동으로 기대(20)가 회전가능하며,
기대(20)에는 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제3 유니트(230), 제4 유니트(240), 제5 유니트(250)와 핀 유니트(200)를 구비하며,
보강재의 구성품인 좌측날개와 우측날개는, 기대(20)의 양단에 각각 구비된 제3 유니트(230)와 제4 유니트(240)에 거치 되며, 제4 유니트(240)의 십자형의 핀 블록2(247)은 콤팩트 실린더(P1)의 동작으로 좌측날개와 우측날개의 통공에 각각 삽입된 후, 좌측날개와 우측날개가 각각 로케이터 블록(245)과 클램프3(246)에 의해 고정되며, 보강재의 구성품인 본체빔은, 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제5 유니트(250)와 핀 유니트(200)에 거치 되는데, 핀 유니트(200)의 핀1(206-3)은 공압 실린더(209)의 동작으로 본체빔의 통공에 삽입된 후, 제1 유니트(210)와 제2 유니트(220) 각각의 로케이터1(212), 클램프1(215)과 로케이터2(222), 클램프2(225)에 의해 고정되는 것이 과제의 해결 수단이다.
본 발명인 자동차 차체 보강재 용접용 지그어셈블리로 자동차프레임보강재의 구성품들을 용접중 견고하게 고정하고, 용접위치를 용접 로봇의 동작에 맞추어 변경시킴으로서 효율적으로 용접할 수 있게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화 설비의 구성도 (a)는 사시도 (b)는 정면도 (c)는 평면도 (d)는 측면도.
도 2는 보강재 지그어셈블리(2)의 제1 유니트(210)의 도면으로 (a)는 사시도 (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도.
도 3은 보강재 지그어셈블리(2)의 제2 유니트(220)의 도면으로 (a)는 사시도 (b)는 정면도, (c)는 평면도이며 (d)는 측면도.
도 4는 보강재 지그어셈블리(2)의 제3 유니트(230)의 도면으로 (a)는 사시도 (b)는 정면도 (c)는 평면도 (d)는 측면도.
도 5는 보강재 지그어셈블리(2)의 제4 유니트(240)의 도면으로 (a)는 사시도 (b)는 정면도, (c)는 평면도, (d)는 측면도.
도 6은 보강재 지그어셈블리(2)의 구성도로 (a)는 사시도이고 (b)는 정면도, (c)는 평면도, (d)는 측면도.
도 7은 보강재 지그어셈블리(2)의 핀 유니트(200)의 도면으로 (a)는 사시도, (b)는 정면도, (c)는 평면도, (d)는 측면도.
도 1에서 본 발명에 따른 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화설비는 용접로봇(1), 보강재 지그어셈블리(2), 로봇 용접 구동 판넬(3), 로봇 자동 제어 판넬(4), 자동 제어 시스템 전원 공급장치(5) 및 로봇 행동 반경 접근 금지 프레임(6)으로 구성된다.
용접의 대상은 자동차 차체의 보강재의 구성품들인 좌측날개, 우측날개와 본체빔인데, 이들 구성품들을 본 발명인 보강재 지그어셈블리(2)에 장착하여 임시로 고정하여 용접로봇(1)으로 용접체결하여 자동차 차체의 보강재를 완성한다.
용접로봇(1)은 내장 프로그램의 흐름에 따라 몸체 회전과 용접봉과 결합한 암(12)의 회전으로 용접 자세를 변환하고 용접을 실행하는데, 보강재 지그어셈블리(2)는 용접로봇(1)의 용접할 수 있도록 실린더의 움직임에 의하여 보강재의 구성품들을 단단하게 물어 견고하게 고정하며 도 1(b) 내지 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 보강재 지그어셈블리(2) 상에는 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제3 유니트(230), 제4 유니트(240), 제5 유니트(250) 및 핀 유니트(200)가 구비된다.
로봇 자동 제어 판넬(4)은 용접로봇(1)의 움직임을 실행하는 명령을 입력시키는 다수 개의 버튼 단자들을 포함하고 있다.
로봇 용접 구동 판넬(3)은 로봇 자동 제어 판넬(4)의 입력신호에 응하여 용접로봇(1) 또는 보강재 지그어셈블리(2)가 움직이도록 도와주는 역할을 한다.
자동 제어 시스템 전원 공급장치(5)는 용접로봇(1), 보강재 지그어셈블리(2), 로봇 용접 구동 판넬(3) 및, 로봇 자동 제어 판넬(4)에 필요한 전원을 공급해 준다.
로봇 행동 반경 접근 금지 프레임(6)은 작업자 이외의 안전을 보호하기 위하여 용접로봇(1)이 작업 진행 동안에 용접로봇(1)의 행동 반경을 울타리 형태로 만든 프레임이다.
도 2는 보강재 지그어셈블리(2)의 제1 유니트(210)의 도면으로 (a)는 사시도이고, (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도이다.
도 2에서, 보강재 지그어셈블리(2)의 제1 유니트(210)는 본체빔이 거치되는 로케이터1(212)에 브라켓1(211)을 구비하여 기대(20)에 고정되는데, 로케이터1(212)는 ┙"자형 브라켓1(211)의 좌측 면의 일 부위에 일체화로 결합하여 있고 그의 상단 중앙 부위에는 요철이 형성된다. "┙"자형의 홈을 갖는 블록2(213)이 로케이터1(212)의 정면으로 로케이터1(212)의 폭에 일체로 부착 및 고정되어 있다. 그리고 가이드1(214)는 블록2(213)의 "┙"자형의 홈에 삽입 및 안착하여 로케이터1(212)의 요철의 우측면과 삽입 홈1(212-1)을 형성한다.
사다리꼴형 클램프1(215)의 일 단의 일 부위가 로케이터1(212)의 요철의 우측 면과 가이드1(214)에 의하여 형성된 삽입 홈1(212-1)에 위치하게 된다.
클램프 실린더1(219)은 공압이나 유압에 의하여 작동되는데, 클램프 실린더1(219)이 작동하면 피스톤 로드3(218)이 팽창 및 수축하여 클램프1(215)의 개폐가 가능하여 로케이터1(212) 위의 본체빔을 착탈 할 수 있는데, 클램프1(215)의 일측부는 크랭크 링크1(217)과 축으로 연결되고, 클램프1(215)의 타측부는 링크1(216)과 축으로 연결되어 링크1(216)의 상부 통공1(216-1)을 축으로 하여 개폐가 가능하며, 로케이터1(212)의 일측부는 가이드1(214)을 고정할 수 있는 블록2(213)를 구비한다.
크랭크 링크1(217)는 요홈을 가지고 있고 그 요홈에 사다리꼴형 클램프1(215)의 타 단의 일 부위가 삽입되고 크랭크 링크1(217)의 요홈의 양측에 형성된 돌출부1(217-2)에 형성된 통공1(217-1)에는 회전축이 삽입 및 관통되고 또한, 사다리꼴형 클램프1(215)의 타 단의 일 부위의 통공도 관통하게 된다. 따라서 회전축을 중심으로 하여 사다리꼴형인 클램프1(215)이 회전 운동을 하게 된다.
특히, 크랭크 링크1(217)은 요홈의 범위 내에서 상.하로 관통된 통공을 가지고 있어 피스톤 로드3(218)가 크랭크 링크1(217)의 상.하 통공을 관통하여 사다리꼴형 클램프1(215)의 타 단의 일 부위에서 그 일 부위의 밑단과 일체로 결합하여 있다.
링크1(216)은 그의 길이 방향으로 로케이터1(212)의 측면에 부착 및 고정되어 있다. 링크1(216)도 크랭크 링크1(217)와 마찬가지로, 요홈을 가지고 있고 요홈의 양측에 형성된 돌출부에 형성되어 있다. 링크1(216)에는 상.하로 통공이 형성되어 있는데, 상부 통공1(216-1)로 회전축이 삽입 및 관통된다.
도 3은 보강재 지그어셈블리(2)의 제2 유니트(220)의 도면으로 (a)는 사시도이고, (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도이다.
도 3에서, 보강재 지그어셈블리(2)의 제2 유니트(220)는 제1 유니트(210)과 마찬가지로, 보강재 지그어셈블리의 기대에 고정되는 "┙"자형 브라켓2(221)를 포함한다. 로케이터1(222)는 ┙"자형 브라켓2(221)의 좌측면의 일 부위에 일체화로 결합하여 있고 그의 상단 중앙 부위에는 요철이 형성되어 있다. "┙"자형의 홈을 갖는 제1 블록1(223)이 로케이터2(222)의 정면으로 로케이터2(222)의 폭에 일체로 부착 및 고정되어 있다. 그리고 가이드2(224)는 제1 블록1(223)의 "┙"자형의 홈에 삽입 및 안착하여 로케이터2(222)의 요철의 우측면과 삽입 홈2(222-1)을 형성한다.
게다가 "┗"자형 단면을 갖는 제2 블록(222')은 그의 "┗"자형 단면의 일면은 로케이터2(222)의 좌측면의 일 부위에 부착 및 고정되고 그의 "┗"자형 단면의 타면은 ┙"자형 브라켓2(221)의 상부 면에 부착 및 고정된다.
사다리꼴형 클램프2(225)의 일 단의 일 부위가 로케이터2(222)의 요철의 우측면과 가이드2(224)에 의하여 형성된 삽입 홈2(222-1)에 위치하게 된다.
제1 클램프 실린더(229)는 공압이나 유압에 의하여 작동된다. 제1 클램프 실린더(229)가 작동하게 되면 피스톤 로드4(228)가 상.하로 왕복 행정을 한다.
크랭크 링크2(227)는 요홈을 가지고 있고 그 요홈에 사다리꼴형 클램프2(225)의 타 단의 일 부위가 삽입되고 크랭크 링크2(227)의 요홈의 양측에 형성된 돌출부2(227-2)에 형성된 통공2(227-1)에는 회전축이 삽입 및 관통되고 또한, 사다리꼴형 클램프2(225)의 타 단의 일 부위의 통공도 관통하게 된다. 따라서 회전축을 중심으로 하여 사다리꼴형 클램프2(225)가 회전 운동을 하게 된다.
특히, 크랭크 링크2(227)는 요홈의 범위 내에서 상.하로 관통된 통공을 가지고 있어 피스톤 로드4(228)가 크랭크 링크2(227)의 상.하 통공을 관통하여 사다리꼴형 클램프2(225)의 타 단의 일 부위에서 그 일 부위의 밑단과 일체로 결합하여 있다.
링크2(226)는 길이 방향으로 로케이터2(222)의 측면에 부착 및 고정되어 있다. 링크2(226)도 크랭크 링크2(227)와 마찬가지로 요홈을 가지고 있고, 요홈의 양측에 형성된 돌출부에 형성되어 있다. 링크2(226)에는 상.하로 통공이 형성되어 있는데, 상부 통공2(226-1)으로 회전축이 삽입 및 관통된다.
도 4는 보강재 지그어셈블리(2)의 제3 유니트(230)의 도면으로 (a)는 사시도이고, (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도이다.
도 4에서, 보강재 지그어셈블리(2)의 제3 유니트(230)는 보강재 지그어셈블리(2)의 기대에 고정되는 "┗"자형 브라켓3(231)를 포함한다. 로케이터3(232)는 "┗"자형 브라켓3(231)의 좌측면의 일 부위에 일체화로 결합하여 있고 그의 상단 중앙 부위에는 요철이 형성되어 있다. "┗"자형의 홈을 갖는 제1 블록2(233)이 로케이터3(232)의 정면으로 로케이터3(232)의 폭에 일체로 부착 및 고정되어 있다. 그리고 가이드3(234)는 제1 블록2(233)의 "┗"자형의 홈에 삽입 및 안착하여 로케이터3(232)의 요철의 우측면과 삽입 홈3(232-1)을 형성한다.
보강재 지그어셈블리(2)의 제5 유니트(250)도 보강재 지그어셈블리(2)의 제3 유니트(230)와 동일한 구조를 지니고 있고 도 4에 도시한 바와 같다.
도 5는 보강재 지그어셈블리(2)의 제4 유니트(240)도면으로 (a)는 사시도이고, (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도이다.
도 5에서, 제4 유니트(240)는 보강재 지그어셈블리(2)의 기대에 고정되는 "┙"자형 제1 브라켓(241)을 포함한다. 플레이트(242)는 "┙"자형 제 1 브라켓(241)의 우측면에 부착 및 고정된다. 그리고 제1 실린더 브라켓(243)은 플레이트(242)를 연장하여 일체화로 형성된다. 또한 빗변 사각형 형상의 제2 실린더 브라켓(243')이 그의 빗변이 정면을 향하도록 제1 실린더 브라켓(243)의 우측면에 부착 및 고정된다.
제1 실린더(243)와 제2 실린더 브라켓(243')의 후면에 "┙"자형 로케이터 블록(245)이 부착 및 고정된다. 그리고 클램프 실린더2(249)는 클램프3(246)의 "┏"자형 블록이 "┙"자형 로케이터 블록(245)와 결합하여 클램핑할 수 있도록 클램프3(246)의 "┏"자형 블록을 이동하도록 작동하여 준다. 그리고 클팸프(246)는 클램프 실린더2(249)가 플레이트(242)와 직각 교차하도록 제1 실린더 브라켓(243)의 좌측면에 부착 및 고정된다.
제1 실린더 브라켓(243), 제2 실린더 브라켓(243')에서 그들의 상면에는 제2 실린더 브라켓(243')이 구비되며 제2 실린더 브라켓(243')의 상면에는 콤팩트 실린더(P1)가 구비되고 제2 실린더 브라켓(243')은 축 방향으로 샤프트2(247-1)와 결합한다.
샤프트2(247-1)를 중심으로 하여 "+"자 형상의 돌출부를 갖는 핀 블록(247)이 샤프트2(247-1)와 결합하며 핀 블록2(247)의 "+"자 형상의 상.하 돌출부에는 각각 핀2(247-2)이 형성된다.
특히 콤팩트 실린더(P1)의 일단 부위의 상면에는 "┑"자형의 센서 브라켓(248)이 있다. "┑"자형의 센서 브라켓(248)에는 두 개의 센서(P2)를 구비한다.
상기한 제1 유니트(210), 제 2유니트(220), 제 3유니트(230), 제4 유니트(240)와 제 5 유니트(250)가 도 6의 보강재 지그어셈블리(2)의 기대(20)에 구비되어 자동차 차체 보강재의 조립에 필요한 구성품들을 용접중 견고하게 고정하는 역할을 한다.
도 6은 보강재 지그어셈블리(2)의 구성도로 (a)는 사시도이고 (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도이다.
보강재 지그어셈블리(2)의 상단은 기대(20)를 구비하고 하단은 서브 프레임(21)을 구비하여, 서브 프레임(21)의 상단의 양측부에 구비된 축받이 고정장치(25)의 에어블록(24)에 기대(20)의 양측부에 구비된 회전축(22)을 각각 삽입하고, 기대(20)의 하부와 서브 프레임(21) 사이에 공압실린더(26)를 구비하여 피스톤 로드1(26-2)의 왕복운동으로 기대(20)가 회전가능하며,
기대(20)에는 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제3 유니트(230), 제4 유니트(240), 제5 유니트(250)와 핀 유니트(200)를 구비하는데,
보강재의 구성품인 좌측날개와 우측날개는, 기대(20)의 양단에 각각 구비된 제3 유니트(230)와 제4 유니트(240)에 거치되며, 제4 유니트(240)의 십자형의 핀 블록2(247)은 콤팩트 실린더(P1)의 동작으로 좌측날개와 우측날개의 통공에 각각 삽입된 후, 좌측날개와 우측날개가 각각 로케이터 블록(245)과 클램프3(246)에 의해 고정되며,
보강재의 구성품인 본체빔은 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제5 유니트(250)와 핀 유니트(200)에 거치되는데, 핀 유니트(200)의 핀1(206-3)은 공압 실린더(209)의 동작으로 본체빔의 통공에 삽입된 후, 제1 유니트(210)과 제2 유니트(220) 각각의 로케이터1(212), 클램프1(215)과 로케이터2(222), 클램프2(225)에 의해 고정되어 자동차 차체의 보강재인 본체빔, 좌측날개와 우측날개를 용접로봇(1)으로 용접하게 된다.
보강재 지그어셈블리(2)에서 서브 프레임(21)은 양 측면에 지지대를 구비하여 밑면과 결합을 한다.
서브 프레임(21)의 양 측면의 지지대의 상면에는 각각 축 지지 장치(25')가 일체화로 부착 및 고정되어 있다. 축 지지 장치(25') 상에는 또한 원통의 축받이 고정장치(25)가 체결장치에 의하여 체결 및 고정된다.
원통의 축받이 고정장치(25) 내에 중공 안으로 원통의 에어블록(24)이 삽입 및 고정된다. 원통의 에어블록(24)의 타 단은 블록1(23)과 결합한다.
원통의 축받이 고정장치(25) 내의 중공 및 원통의 에어블록(24) 안으로 회전축이 삽입 및 설치되어 있다.
보강재 지그어셈블리(2)의 기대(20)의 양 측면은 각각 블록1(23)에 결합 및 고정된다. 결과적으로 보강재 지그어셈블리(2)의 기대(20)는 원통의 축받이 고정장치(25) 내의 중공 및 원통의 에어블록(24) 안에 삽입 및 설치된 회전축을 중심으로 하여 회전 가능하다.
보강재 지그어셈블리(2)의 기대(20)의 이러한 회전 운동은 기대(20)의 중앙 부위 밑면 하부와 서브 프레임(21)의 밑면 전면 상 사이에 설치되는 공압 실린더(26) 및 공압 실린더(26) 내에서 왕복 행정을 하는 피스톤 로드1(26-2)에 의하여 이루어진다. 그리고 회전 운동은 기대(20)의 중앙 부위 밑면 하부와 피스톤 로드1(26-2)와의 결합은 제2 결합장치(26-3)에 의하여 이루어지고(도 6(d) 참조.) 서브 프레임(21)의 밑면 전면과 공압 실린더(26)와의 결합은 제1 결합장치(26-1)에 의하여 이루어진다.
도 7은 보강재 지그어셈블리(2)의 핀 유니트(200)를 도시한 도로서, (a)는 사시도이고, (b)는 정면도, (c)는 평면도이며, (d)는 측면도이다.
핀 유니트(200)는 도 6에서 알 수 있듯이 보강재 지그어셈블리(2)의 기대(20) 상에서 제5 유니트(250)와 제1 유니트(210) 사이에 위치한다.
제 7도를 참고하면, 핀 유니트(200)는 4개의 고정구를 갖는 플레이트(201)를 포함한다. 플레이트(201)의 일 부위 상에는 실린더 플레이트(202)가 일체로 결합하여 있다. 또한 실린더 플레이트(202)의 일 부위 상에 다시 플레이트 고정장치(203)가 일체로 결합하여 있고 실린더 플레이트(202)의 타 부위 상에는 스토퍼 플레이트(204)가 일체로 결합하여 있다.
실린더 플레이트(202) 및 스토퍼 플레이트(204)에는 각각 관통공이 형성되어 있고 해당 관통공 안으로 피스톤 로드2(205-1)과 샤프트1(205-2)가 각각 관통하여 있다. 다시 말하면 피스톤 로드2(205-1)는 실린더 플레이트(202)의 관통공을 관통하여 있고 샤프트1(205-2)는 스토퍼 플레이트(204)의 관통공을 관통하고 있다.
또한, 결합장치(205-3)는 피스톤 로드2(205-1)과 핀 블록1(206) 사이에 위치하여 피스톤 로드2(205-1)은 결합장치(205-3)의 일 단과 결합하여 있고 핀 블록1(206) 은 결합장치(205-3)의 타 단과 결합하여 있다. 또한 피스톤 로드2(205-1)는 결합장치(205-3)의 내부를 관통하고 있다. 그리하여 피스톤 로드2(205-1)는 핀 블록1(206)의 피스톤 로드 통공(206-1) 안으로 삽입하여 고정하여 있다. 한편, 샤프트1(205-2)도 핀 블록1(206)의 샤프트 통공(206-2) 안으로 삽입하여 고정되어 있다.
그리고 핀 블록1(206)의 좌측 부위에는 핀1(206-3)이 핀 블록1(206)을 관통 및 삽입하여 고정되어 있다.
피스톤 로드2(205-1)는 공압 실린더(209)에 의하여 작동한다.
스토퍼 플레이트(204)의 관통공을 관통하고 있는 샤프트1(205-2)는 그의 소정 부위에 스토퍼(208)를 구비하며 샤프트1(205-2)의 일 단은 오일리스 부시(207)을 관통하여 고정하여 있다. 스토퍼(208)의 직경은 스토퍼 플레이트(204)의 관통공의 직경보다 커서 공압 실린더(209)의 작동에 따른 피스톤 로드2(205-1)의 왕복 행정을 제한하는 역할을 한다.
공압 실린더(209)의 작동에 따라 피스톤 로드2(205-1) 및 샤프트1(205-2)의 왕복 행정에 의하여 핀 블록1(206)과 핀1(206-3)이 상하 운동을 한다.
< 실시예 >
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예로서 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화 설비에 의하여 보강재가 자동으로 용접되는 과정과 이 과정 중 보강재 지그어셈블리의 동작과 역할을 기술한다.
그림 1과 같은 V-250 보강재의 구성품을 그림 13과 같은 공정 흐름을 가지고 용접로봇(1)에 의하여 자동으로 용접을 하였다.
그림 13 (V-250 보강재의 본 발명의 용접 공정 흐름)
Figure 112010087064055-pat00007
다시 말하면, 도 1에 도시된 바와 같은 보강재 지그어셈블리(2)에서 그림 1과 같은 우측 날개 및 좌측 날개를 각각 우.좌측에 있는 제 4유니트(240) 및 제3 유니트(230)에 올려놓는다.
우측 날개 및 좌측 날개를 각각 우.좌측에 있는 제4 유니트(240) 및 제3 유니트(230)에 올려놓되, 도 5의 제4 유니트(240)에서 "+"자 형상의 돌출부를 갖는 핀 블록2(247)에 형성된 상하 핀2(247-2)에다 우측 날개 또는 좌측 날개에 형성된 통공 안으로 삽입하고나서 우측 날개 또는 좌측 날개를 로케이터 블록(245)과 클램프3(246) 사이에 위치하도록 통과시킨다.
우측 날개 또는 좌측 날개를 각각 제4 유니트(240) 및 제3 유니트(230)에 안착시킨 후에, 계속하여 제1 유니트(210) 및 제2 유니트(220)와, 제5 유니트(250)와, 핀 유니트(200)에 본체빔을 올려놓는다.
도 4의 제5 유니트(250)에서, 가이드3(234)와 요철의 우측면과 사이에 형성된 삽입 홈3(232-1)에 본체빔의 중앙 부위를 통과시키고 도 2의 제1 유니트(210)에서 가이드1(214)와 로케이터1(212)의 요철의 우측면과 사이에 형성된 삽입 홈1(212-1) 안으로 본체빔을 안착시킨다. 이어서 본체빔의 양단을 도 3의 제2 유니트(220)에서 가이드2(224)와 로케이터2(222)의 요철의 우측면과 사이에 형성된 삽입 홈2(222-1) 안으로 통과하여 안착시킨다.
사용자는 로봇 자동 제어 판넬(4)에서 다수 개의 버튼들 중에서 하나의 버튼을 누르게 되면 제1 유니트(210) 및 제2 유니트(220)의 클램프 실린더1(219), 제1 클램프 실린더(229)와, 제4 유니트(240)의 클램프 실린더2(249)와, 핀 유니트(200)의 공압 실린더(209)가 작동하여 제1 유니트(210)의 클램프1(215), 제2 유니트(220)의 클램프2(225) 및, 제4 유니트(250)의 클램프3(246)를 각각 움직여 삽입 홈1(212-1),삽입 홈2(222-1)과 각 가이드 사이에 거치되어 있는 우측 날개, 좌측 날개 및, 본체빔을 고정한다. 또한 핀 유니트(200)의 공압 실린더(209)가 작동하여 핀 블록1(206)과 함께 핀1(206-3)이 상방향으로 이동하여 본체빔에 형성된 홀을 관통하게 된다. 이에 따라 우측 날개 및 좌측 날개와 본체빔은 보강재 지그어셈블리(2)에 단단하게 안착된다.
연속하여 사용자가 로봇 자동 제어 판넬(4)에서 다수 개의 버튼들 중에서 시작 버튼을 누르게 되면 보강재 지그어셈블리(2)에 안착되고 고정된 구성품을 용접하기 위하여 로봇 용접 구동 판넬(3)의 구동에 의하여 보강재 지그어셈블리(2)의 원점의 위치로 용접로봇이 이동하게 된다. 용접로봇이 보강재 지그어셈블리(2)의 원점의 위치로 이동한 후에, 용접봉(11)이 우측 날개와 본체빔의 용접 부분에 위치하도록 내장 프로그램에 의하여 용접로봇이 움직인다. 용접봉(11)이 우측 날개와 본체빔의 용접 부분에 이르게 되면 용접로봇(1)은 용접봉(11)에 의하여 그림 16과 같이 용접을 하기 시작한다. 이때에 우측 날개와 본체빔의 2면 용접을 한 번에 완료한다.
우측 날개와 본체빔의 2면 용접 후에 용접 봉(11)이 좌측 날개와 본체빔의 용접 부분에 이르도록 용접 좌로 로봇(1)이 이동한다. 그리고 용접로봇(1)은 용접봉(11)에 의하여 좌측 날개와 본체빔의 용접 부분을 용접하기 시작한다.
이때에 용접로봇(1)은 그의 용접 봉(11)에 의하여 좌측 날개와 본체빔의 2면 용접을 한 번에 완료한다.
좌측 날개와 본체빔의 2면 용접 후에 내장 프로그램의 흐름에 따라 로봇 용접 구동 판넬(3)의 구동에 의하여 공압 실린더(26)가 작동하여 피스톤 로드1(26-2)이 상 방향으로 상승하기 시작한다. 피스톤 로드1(26-2)의 상 방향으로 상승은 도 1 및 도 6에 도시한 바와 같은 보강재 지그어셈블리(2)가 회전축(22)을 중심으로 하여 180°로 회전하게 되어 보강재 지그어셈블리(2)가 그림 18과 같이 반대로 뒤집어 진다.
그림 18(보강재 지그어셈블리(2)의 180° 회전상태)
Figure 112010087064055-pat00008

다시 내장 프로그램의 흐름에 따라 로봇 용접 구동 판넬(3)의 구동에 의하여 용접 봉(11)이 우측 날개와 본체빔의 용접 부분에 이르도록 용접로봇(2)이 구동된다.
용접 봉(11)이 우측 날개와 본체빔의 용접 부분에 이르게 되면 용접로봇은 그의 용접 봉(11)을 통하여 우측 날개와 본체빔의 용접 부분인 1면 용접을 행하게 된다.
우측 날개와 본체빔의 1면 용접 후에, 로봇 용접 구동 판넬(3)은 용접 봉(11)이 좌측 날개와 본체빔의 1면 용접 부분에 이르도록 용접 좌로 로봇(1)을 이동시킨다. 그리고 용접로봇(1)은 용접봉(11)에 의하여 좌측 날개와 본체빔의 용접 부분인 1면 용접을 한다.
용접 후에 용접로봇(1)은 로봇 용접 구동 판넬(3)의 구동에 의하여 보강재 지그어셈블리(2)의 원점의 위치로 용접로봇(1)이 이동한다.
용접로봇(1)이 보강재 지그어셈블리(2)의 원점의 위치로 복귀하고, 보강재 지그어셈블리(2)에 고정되어 있던 보강재는 각 클램프에서 분리되어 보강재 지그어셈블리(2)로부터 분리된 보강재를 탈거하여 파렛트에 적재한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화 설비에서 자동 용접 과정과 종래의 수작업 용접 과정을 비교하면 그림 22와 같다.
그림 22(자동 용접 과정과 수작업 용접 과정 비교)
Figure 112010087064055-pat00009
본 발명에 따른 자동차 차체 보강재의 용접용 자동화 설비에 의하면, 자동화 통합 시스템 구축을 위한 기반 기술로 적극 활용할 수 있도록 해 주고 자동화 설비 시스템 구축으로 모 업체로부터 향후 아이템 선정 시 우위를 갖출 수 있도록 할 뿐만 아니라, 유해 환경 요소 작업을 테마별로 선정하여 점차적인 작업 환경 개선 및 자동화 설비로 인한 생산성 안정과 품질 확보, 노동 강도 절감을 실현하여 근로자의 삶의 질과 건강 증진에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
1 : 용접로봇 2 : 보강재 지그어셈블리
3 : 로봇 용접 구동 판넬 4 : 로봇 자동 제어 판넬
5 : 자동 제어 시스템 전원 공급장치 6 : 로봇 행동 반경 접근 금지 프레임
11 : 용접봉 12 : 암
20 : 기대 21 : 서브 프레임
22 : 회전축 23 : 블록1
24 : 에어블록 25 : 축받이 고정장치
25' :축 지지 장치 26 : 공압 실린더
26-1 : 제1 결합장치 26-2 : 피스톤 로드1
26-3 : 제2 결합장치 28 : 서브 플레이트
200 : 핀 유니트
201 : 플레이트 202 : 실린더 플레이트
203 : 플레이트 고정장치 204 : 스토퍼 플레이트
205-1 : 피스톤 로드2 205-2 : 샤프트1
205-3 : 결합장치 206 : 핀 블록1
206-1 : 피스톤 로드 통공 206-2 : 샤프트 통공
206-3 : 핀1 207 : 오일리스 부시
208 : 스토퍼 209 : 공압 실린더
210 : 제1 유니트 211 : 브라켓1
212 : 로케이터1 212-1 : 삽입 홈1
213 : 블록2 214 : 가이드1
215 : 클램프1 216 : 링크1
216-1 : 상부 통공1 217 : 크랭크 링크1
217-1 : 통공1 217-2 : 돌출부1
218 : 피스톤 로드3 219 : 클램프 실린더1
220 : 제2 유니트 221 : 브라켓2
222 : 로케이터2 222-1 : 삽입 홈2
222' : 제2 블록 223 : 제1 블록1
224 : 가이드2 225 : 클램프2
226 : 링크2 226-1 : 상부 통공2
227 : 크랭크 링크2 227-1 : 통공2
227-2 : 돌출부2 228 : 피스톤 로드4
229 : 제1 클램프 실린더 230 : 제3 유니트
231 : 브라켓3 232 : 로케이터3
232-1 : 삽입 홈3 233 : 제1 블록2
234 : 가이드3 240 : 제4 유니트
241 : 제1 브라켓 241' : 제2 브라켓
242 : 플레이트 243 : 제1 실린더 브라켓
243' : 제2 실린더 브라켓 245 : 로케이터 블록
246 : 클램프3 247 : 핀 블록2
247-1 : 샤프트2 247-2 : 핀2
248 : 센서 브라켓 249 : 클램프 실린더2
250 : 제5 유니트
P1 : 콤팩트 실린더 P2 : 센서

Claims (2)

  1. 용접로봇(1)을 이용한 자동차 차체의 보강재 용접장치에 구비되는 보강재의 구성품 고정용 보강재 지그어셈블리(2)의 구성에 있어서,

    보강재 지그어셈블리(2)의 상단은 기대(20)를 구비하고 하단은 서브 프레임(21)을 구비하여, 서브 프레임(21)의 상단의 양측부에 구비된 축받이 고정장치(25)의 에어블록(24)에 기대(20)의 양측부에 구비된 회전축(22)을 각각 삽입하고, 기대(20)의 하부와 서브 프레임(21) 사이에 공압실린더(26)를 구비하여 피스톤 로드1(26-2)의 왕복운동으로 기대(20)가 회전가능하며,
    기대(20)에는 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제3 유니트(230), 제4 유니트(240), 제5 유니트(250)와 핀 유니트(200)를 구비하며,

    보강재의 구성품인 좌측날개와 우측날개는, 기대(20)의 양단에 각각 구비된 제3 유니트(230)와 제4 유니트(240)에 거치 되며, 제4 유니트(240)의 십자형의 핀 블록2(247)은 콤팩트 실린더(P1)의 동작으로 좌측날개와 우측날개의 통공에 각각 삽입된 후, 좌측날개와 우측날개가 각각 로케이터 블록(245)과 클램프3(246)에 의해 고정되며,

    보강재의 구성품인 본체빔은 제1 유니트(210), 제2 유니트(220), 제5 유니트(250)와 핀 유니트(200)에 거치 되는데, 핀 유니트(200)의 핀1(206-3)은 공압 실린더(209)의 동작으로 본체빔의 통공에 삽입된 후, 제1 유니트(210)와 제2 유니트(220) 각각의 로케이터1(212), 클램프1(215)과 로케이터2(222), 클램프2(225)에 의해 고정되어,

    자동차 차체 보강재의 구성품인 본체빔, 좌측날개와 우측날개를 용접로봇(1)으로 용접하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 보강재 용접장치의 보강재 지그어셈블리(2).
  2. 제1 항에 있어서,

    제1 유니트의 구성과 기능에서 본체빔이 거치 되는 로케이터1(212)에 브라켓1(211)을 구비하여 기대(20)에 고정되고, 클램프 실린더1(219)의 피스톤 로드3(218)을 팽창 및 수축하여 클램프1(215)의 개폐가 가능하여 로케이터1(212) 위의 본체빔을 착탈 할 수 있는데,
    클램프1(215)의 일측부는 크랭크 링크1(217)과 축으로 연결되고, 클램프1(215)의 타측부는 링크1(216)과 축으로 연결되어, 링크1(216)의 상부 통공1(216-1)을 축으로 하여 개폐가 가능하며,
    로케이터1(212)의 일측부는 가이드1(214)을 고정할 수 있는 블록2(213)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 차체 보강재 용접 장치의 보강재 지그어셈블리(2).
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