KR101059949B1 - 잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 이를 이용한 잉곳 블럭의 자동 이송 방법 - Google Patents

잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 이를 이용한 잉곳 블럭의 자동 이송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 이를 이용한 잉곳 블럭의 자동 이송 방법에 관한 것이다. 특히, 단결정으로 성장된 잉곳 블럭을 센터링을 유지시킨 상태로 선반에 자동 이송시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치는 잉곳 블럭의 양측을 지지하는 한 쌍의 지지부를 상기 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비하고, 상기 한 쌍의 지지부와 각각 연결되는 복수 개의 구동축을 개별적으로 구동시켜 상기 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 파지 수단과, 상기 구동축의 회전을 감지하는 센서부와 연결되어 상기 구동축을 구동 제어하고, 상기 한 쌍의 지지부 사이의 수평 이격거리를 조절하는 조정 수단 및 상기 파지 수단을 지면으로부터 이격된 공간 상에서 이동시키는 이송 수단을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 방법은 출발지에 안착된 잉곳 블럭의 초기 위치를 인식하는 단계와, 상기 잉곳 블럭의 양측을 지지하는 파지 수단을 상기 잉곳 블럭으로 이동시키는 단계와, 상기 파지 수단에 상기 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비되는 한 쌍의 지지부를 개별적으로 구동시켜 상기 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 단계와, 상기 출발지에 안착된 상기 잉곳 블럭을 들어 목적지로 이송시키는 단계 및 상기 목적지에서 상기 잉곳 블럭의 파지를 해제하는 단계를 포함한다.
잉곳, 센터링, 이송, 선반, 편심, ingot, centering, lathe

Description

잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 이를 이용한 잉곳 블럭의 자동 이송 방법{Apparatus for feeding an ingot block automatically and method for feeding an ingot block automatically using it}
본 발명은 잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 이를 이용한 잉곳 블럭의 자동 이송 방법에 관한 것이다. 특히, 단결정으로 성장된 잉곳 블럭을 센터링을 유지시킨 상태로 선반에 자동 이송시킬 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘 융액(融液)을 단결정으로 성장시킨 잉곳은 웨이퍼 등과 같은 완성품의 제조를 위한 모재(母材)로 사용된다.
완성품 제조시에 잉곳은 단결정 성장장치에서 성장된 형태 그대로 사용되지 않고, 반제품(半製品)의 형태로 변형된 후 사용된다. 이를 위해, 단결정 성장장치에서 원기둥 형상으로 성장된 잉곳은 일단 일정한 크기로 절단시킨 잉곳 블럭으로 변형된다. 이후, 잉곳 블럭은 모따기(chamfering) 가공 및 연마(grinding) 가공을 통해 모서리 부위가 곡면으로 다듬어진 사각기둥 형상의 반제품으로 최종 제품화된다. (이하, 모따기 가공 및 연마 가공을 '스퀘어링(squaring) 가공'이라 통칭한다)
잉곳 블럭을 반제품으로 변형시키는 스퀘어링 가공은 보통 선반(lathe)에서 이루어지고, 선반에는 잉곳 블럭을 지지하기 위한 주축대와 심압대 등이 구비된다. 선반의 일측에는 잉곳 블럭이 안착되는 작업대가 구비되고, 작업대의 상측에는 선반과 작업대 사이에서 잉곳 블럭을 자동으로 이송시키는 자동 이송 장치가 구비된다.
그런데, 종래에는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치가 잉곳 블럭을 센터링을 유지시킨 상태로 이송시키는데 어려움이 있었다. (여기서, 잉곳 블럭의 센터링은 잉곳 블럭의 내측 중앙부를 지나는 가상의 중심축이 지면과 평행하도록 함으로써 유지된다.) 또한, 잉곳 블럭을 파지하는 수단이 잉곳 블럭을 강하게 파지하는 경우에는 잉곳 블럭의 외주면에 긁힘 자국 또는 눌림 자국 등의 손상을 야기시키는 문제점이 있었다. 반면에, 잉곳 블럭의 파지하는 수단의 파지력이 약한 경우에는 잉곳 블럭의 외주면에 손상은 발생되지 않지만 잉곳 블럭이 이송 과정에서 편심되어 센터링을 유지시키기 어려웠다.
잉곳 블럭이 편심된 상태로 선반에 장착되면 잉곳 블럭에서 필요 이상으로 많은 부위가 제거될 수 있으며, 고가(高價)인 잉곳의 수율(yield)이 크게 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 잉곳 블럭의 편심으로 인해 선반에 불규칙한 하중을 가하여 선반의 고장을 유발시키고, 이로 인한 선반의 유지, 보수 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 한편, 종래에는 잉곳 블럭을 파지하는 순간을 감지하기 위하여 잉곳 블럭과 접하는 파지 수단에 접촉센서 또는 위치감지센서 등이 구비되었다. 그러나, 이러한 접촉센서 또는 위치감지센서는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치의 구조를 복잡하게 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 단결정으로 성장된 잉곳 블럭을 센터링이 유지된 상태로 선반에 자동 이송시킬 수 있는 자동 이송 장치 및 자동 이송 방법을 제공한다.
본 발명은 잉곳 블럭을 파지하는 수단인 지지부가 잉곳 블럭의 외주면 복수의 부위에서 점접촉되어 잉곳 블럭의 외주면이 손상되는 것을 최소화할 수 있는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 자동 이송 방법을 제공한다.
본 발명은 회전하는 구동축에 의해 수평 구동되는 지지부로 잉곳 블럭을 파지하고, 구동축의 회전을 토크 센서로 측정 및 제어하는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 자동 이송 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치는 잉곳 블럭의 양측을 지지하는 한 쌍의 지지부를 상기 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비하고, 상기 한 쌍의 지지부와 각각 연결되는 복수 개의 구동축을 개별적으로 구동시켜 상기 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 파지 수단과, 상기 구동축의 회전을 감지하는 센서부와 연결되어 상기 구동축을 구동 제어하고, 상기 한 쌍의 지지부 사이의 수평 이격거리를 조절하는 조정 수단 및 상기 파지 수단을 지면으로부터 이격된 공간 상에서 이동시키는 이송 수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 방법은 출발지에 안착된 잉곳 블럭의 초기 위치를 인식하는 단계와, 상기 잉곳 블럭의 양측을 지지 하는 파지 수단을 상기 잉곳 블럭으로 이동시키는 단계와, 상기 파지 수단에 상기 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비되는 한 쌍의 지지부를 개별적으로 구동시켜 상기 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 단계와, 상기 출발지에 안착된 상기 잉곳 블럭을 들어 목적지로 이송시키는 단계 및 상기 목적지에서 상기 잉곳 블럭의 파지를 해제하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 작업대에 안착된 잉곳 블럭을 센터링이 유지된 상태로 선반에 자동 이송시킬 수 있다. 즉, 잉곳 블럭의 중심축을 선반의 주축대와 심압대 사이에 형성되는 회전축과 용이하게 일치시킬 수 있다.
또한, 잉곳 블럭을 파지하는 과정에서 잉곳 블럭의 외주면을 손상시키지 않고 안정적으로 잉곳 블럭의 양측을 지지할 수 있다.
따라서, 잉곳 블럭에서 필요 이상으로 많은 부위가 제거되는 것을 방지하여 고가인 잉곳의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 잉곳 블럭의 편심으로 인하여 선반에 가해지는 불규칙한 하중의 발생을 방지하여 선반의 고장을 방지할 수 있다.
또한, 잉곳 블럭을 파지하는 수단의 구동 상태를 토크 센서를 사용하여 실시간 측정함으로써 잉곳 블럭의 자동 이송 장치를 간단한 구조로 형성할 수 있으며, 설치 비용 등을 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 단결정으로 성장시킨 잉곳을 반제품으로 변형시키는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 잉곳(ingot; 10)은 단결정 성장장치(미도시)에서 원기둥 형상으로 성장된다. 잉곳(10)의 양단 부위(M1, M3)는 각각 단결정의 성장이 개시 및 종료되는 부위로서 외형이 연장되는 길이 방향을 따라 불균일하게 이루어진다. 또한, 잉곳(10)은 단결정 성장장치 내에서 회전하는 종자정(seed; 미도시)에서 실리콘 융액이 단결정으로 성장되기 때문에 외주면에 미세한 굴곡이 형성된다.
이와 같은, 잉곳(10)은 양단 부위(M1, M3)가 제거되고, 잉곳(10)의 직경이 어느 정도 일정하게 유지되는 나머지 중앙 부위(M2)가 일정한 길이(L1)로 절단되어 잉곳 블럭(ingot block; 20)으로 변형된다. (본 실시예에서 잉곳 블럭은 원기둥 형상으로서 대향 배치되는 2개의 원형 단면과, 2개의 원형 단면 사이의 곡면으로 이루어진다.)
또한, 원기둥 형상의 잉곳 블럭(20)은 선반(lathe)으로 이송되고, 선반에서 모따기 가공 및 연마 가공이 이루어진다. 즉, 잉곳 블럭(20)을 사각 블럭 형상으로 서 모서리 부분이 곡면을 이루고, 외주면이 매끄럽게 가공된 반제품(30)으로 변형된다.
이상과 같이, 잉곳(10)을 반제품(30)으로 변형시킴으로써 웨이퍼(wafer) 등과 같은 완제품을 우수한 품질을 가지면서 용이하게 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치를 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 잉곳 블럭의 자동 이송 장치의 구동 상태도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 파지 수단을 도시한 사시도이고, 도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 파지 수단의 정면도 및 일측면도이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치(100)는 잉곳 블럭(20; 도3,도4 참조)을 파지(把持)하여 일정한 공간 상에서 자동으로 이송시키는 장치이다.
본 실시예에서는 작업대(40)와 선반(50) 사이에서 잉곳 블럭(20)을 이송시키지만, 작업대(40)와 선반(50) 이외에도 일측 지점(출발지)에 정지되어 있는 잉곳 블럭(20)을 타측 지점(도착지)으로 자유롭게 파지하여 이송시킬 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치(100)는 잉곳 블럭(20)의 양측을 지지하는 한 쌍의 지지부(210; 210a, 210b)를 잉곳 블럭(20)의 길이 방향(x방향)을 따라 복수 개 구비하고, 한 쌍의 지지부(210)와 각각 연결되는 복수 개의 구동축(222)을 개별적으로 구동시켜 잉곳 블럭(20)을 센터링(centering)이 유지되는 상태로 파지(把持)하는 파지 수단(200)을 포함한다. 또한, 구동축(222)의 회전(R1; 도6 참조)을 감지하는 센서부(미도시)와 연결되어 구동축(222)을 구동 제어하고, 한 쌍의 지지부(210) 사이의 수평 이격거리(Ls; 도6 참조)를 조절하는 조정 수단(230)과 파지 수단(200)을 지면으로부터 이격된 공간 상에서 이동시키는 이송 수단(300)을 포함한다.
잉곳 블럭(20)을 파지하는 파지 수단(200)에는 한 쌍의 지지부(210) 사이의 간격, 즉 수평 이격거리(Ls)를 조절하기 위한 구동부(220)가 구비된다.
이러한 구동부(220)에는 잉곳 블럭(20)의 길이 방향(x방향)과 교차하는 방향(y방향)으로 배치되는 구동축(222)이 구비된다. 구동축(222)은 몸체의 가운데를 수직으로 지나는 가상의 중심선(C; 도6 참조)을 경계로 나사산 홈의 경사 방향(A1, A2)이 반대로 이루어진 볼스크류(ball screw)가 외주면 양측으로 분할 형성된다.
한편, 구동부(220)에는 구동축(222)을 지지하는 구동축 지지몸체(221)와, 구동축 지지몸체(221)의 일측에 구비되어 구동축(222)을 회전(R1)시키는 구동력 공급부(223; 도6 참조)가 포함된다.
구동축(222)의 분할 형성된 볼스크류에 한 쌍의 지지부(210)가 각각 맞물리면 한 쌍의 지지부(210)는 구동축(222)의 회전(R1) 방향에 따라서 잉곳 블럭(20)의 양측에서 마주보며 수평 구동된다.
구동축(222)에 한 쌍의 지지부(210)가 맞물릴 때에, 한 쌍의 지지부(210)는 구동축(222)의 중심선(C)으로부터 동일한 거리로 이격되도록 맞물린다. 따라서, 구동축(222)의 회전(R1)에 의해 한 쌍의 지지부(210) 사이의 이격거리(Ls)가 벌어지거나 또는 좁혀지더라도, 중심축(C)에서 각각의 지지부(210a 또는 210b)에 이르는 거리는 양측에서 항상 동일하게 유지된다.
구동축 지지몸체(221)는 구동축(222)이 제자리에서 회전(R1)이 가능하도록 지지한다. 이를 위해 구동축 지지몸체(221)의 하부에 구동축(222)이 관통되어 지지되는 구동축 지지돌기(221a, 221b, 221c)가 다수 개 형성된다.
상기와 같은 구동축 지지몸체(221)의 일측(본 실시예에서는 상측)에는 구동력 공급부(223)가 구비된다. 구동력 공급부(223)는 다양한 방법과 수단으로 상기 구동축(222)을 회전(R1)시킬 수 있지만, 본 실시예에서의 구동력 공급부(223)는 구동력을 발생시키는 구동모터(224)와, 구동모터(224)의 회전축(225) 일단과 구동축(222)의 일단 사이에서 각각 결합되는 풀리(pulley; 225a, 222a)와, 한 쌍의 풀리(225a, 222a)에 감겨져 구동력을 전달하는 벨트(belt; 226)를 포함한다.
한 쌍의 지지부(210)는 잉곳 블럭(20)의 길이 방향(x방향)을 복수 개 구비되고, 이때 잉곳 블럭(20)의 길이 방향(x방향)을 따라 등간격으로 정렬될 수 있다.
한 쌍의 지지부(210)의 개수가 증가할수록 잉곳 블럭(20)을 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 다만, 파지 수단(200)의 구조가 복잡해지고, 이를 구성하기 위한 비용이 증가하기 때문에 본 실시예에서는 한 쌍의 지지부(210)를 2개를 사용하였다.
한 쌍의 지지부(210)는 대칭을 이루도록 잉곳 블럭(20)의 양측에서 마주보며 서로 반대 방향으로 구동되는 제1지지부(210a)와 제2지지부(210b)를 포함한다.
(여기서, 한 쌍의 지지부(210)가 반대 방향으로 구동된다는 것은 제1지지부(210a)가 잉곳 블럭(20)으로 접근하면 제2지지부(210b)도 잉곳 블럭(20)으로 접근하고, 제1지지부(210a)가 잉곳 블럭(20)으로부터 멀어지면 제2지지부(210b)도 잉곳 블럭(20)으로부터 멀어지는 것을 의미한다.)
즉, 한 쌍의 지지부(210)는 잉곳 블럭(20)의 일측과 마주하는 내측면에 잉곳 블럭의 외주면과 점접촉되는 제1접촉돌기(211a)와 제2접촉돌기(212a)가 상하로 이격되어 형성되는 제1지지부(210a)와, 제1지지부(210a)와 대향되도록 배치되어 잉곳 블럭(20)의 타측과 마주하는 내측면에 잉곳 블럭(20)의 외주면과 점접촉되는 제3접촉돌기(211b)와 제4접촉돌기(212b)가 상하 이격되어 형성되는 제2지지부(210b)를 포함한다.
본 실시예에서 제1지지부(210a)와 제2지지부(210b)가 마주하는 서로의 내측면은 잉곳 블럭(20)의 형상에 대응하여 만곡된 형상(활 형상)으로 이루어진다.
한편, 제1지지부(210a)의 내측면 상부에 위치하는 제1접촉돌기(211a)와, 제2지지부(210b)의 내측면 상부에 위치하는 제3접촉돌기(211b)는 지면으로부터 동일한 높이에서 잉곳 블럭(20)을 향해 하향 경사(A3)지지도록 형성된다. 여기서, 제1접촉돌기(211a)와 제3접촉돌기(211b)의 하향 경사(A3)는 동일한 각도를 이루어진다.
위와 마찬가지로, 제1지지부(210a)의 내측면 하부에 위치하는 제2접촉돌 기(212a)와, 제2지지부(210b)의 내측면 하부에 위치하는 제4접촉돌기(212b)는 지면으로부터 동일한 높이에서 잉곳 블럭(20)을 향해 상향 경사(A4)지도록 형성된다. 여기서, 제2접촉돌기(212a)와 제4접촉돌기(212b)의 상향 경사(A4)는 동일한 각도를 이루어진다.
위와 같은 구성을 갖는 한 쌍의 지지부(210)가 잉곳 블럭(20)의 곡면 양측에서 복수 개 구비되고, 잉곳 블럭(20)을 파지하면 잉곳 블럭(20)의 센터링이 유지 또는 올바르게 보정된다.
즉, 제1접촉돌기 내지 제4접촉돌기(211a, 212a, 211b, 212b)가 모두 잉곳 블럭(20)의 외주면에 접촉하면, 잉곳 블럭(20)의 양단면의 중심점이 지면으로부터 동일한 높이로 유지되기 때문에 잉곳 블럭(20)의 길이 방향(x방향)을 따라 몸체 중앙을 가로지르는 가상의 중심축이 지면과 평행하게 유지된다.
(여기서, 잉곳 블럭(20)의 중심축이 지면과 평행하게 유지된다는 것은 한 쌍의 지지부(210)에 의해 지지되는 부위의 잉곳 블럭(20)의 수직 단면의 중심점과, 다른 한 쌍의 지지부에 의해 지지되는 부위의 잉곳 블럭(20)의 수직 단면의 중심점이 지면으로부터 동일한 높이에 위치하는 것을 의미한다.)
따라서, 본 실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치(100)를 통해 잉곳 블럭(20)을 선반(50)의 주축대(미도시)와 심압대(미도시) 사이의 공간에 편심되지 않은 상태로 이송시킬 수 있다.
제1지지부(210a) 및 제2지지부(210b)의 상부에는 구동축(222)이 관통될 수 있도록 스크류 관통홀(213a, 213b)이 각각 형성된다. 스크류 관통홀(213a, 213b)의 내측면에는 구동축(222)의 볼스크류와 맞닿아 회전하는 다수의 금속볼(미도시)이 구비될 수 있다. 따라서, 구동축(222)의 구동부 몸체(221)의 하부에서 이탈되지 않고 제자리에서 회전하면, 제1지지부(210a)와 제2지지부(210b)만 구동부 몸체(221)의 하부에서 수평 구동하게 된다.
특히, 제1지지부(210a)와 제2지지부(210b)가 각각 맞물리는 구동축(222)의 볼스크류가 서로 반대 방향으로 형성되어 제1지지부(210a)와 제2지지부(210b)는 동일 선상에서 반대 방향으로 수평 구동된다.
또한, 본 실시예에서 제1지지부(210a)와 제2지지부(210b)를 "T"자형으로 형성하고, "T"자형 몸체의 머리부(상부)에 스크류 관통홀(213a, 213b)의 양측을 관통하는 가이드홀(215)을 적어도 하나 이상 형성하였다. 가이드홀(215)의 내부에는 가이드봉(미도시)이 삽입되며, 가이드봉의 양단은 구동부 몸체(221)에 위치 고정될 수 있다. 따라서, 구동축(222)이 회전(R1)하더라도 한 쌍의 지지부(210)가 비틀리지 않도록 할 수 있다.
한편, 본 실시예의 변형예로써, 제1지지부(210a)의 내측면 및 제1지지부(210a)와 대향되는 제2지지부(210b)의 내측면에 잉곳 블럭(20)과의 간격(gap)을 감지하는 위치감지센서(미도시)를 설치할 수 있다.
잉곳 블럭(20)과 위치감지센서 사이의 간격이 기 설정된 기준 인접거리에 이르지 못하는 경우에는 구동축(222)의 회전을 고속으로 할 수 있다. 즉, 한 쌍의 제 1지지부(210)를 잉곳 블럭(20)으로 빠르게 이동시킬 수 있다. 또한, 잉곳 블럭(20)과 위치감지센서 사이의 간격이 기준 인접거리에 도달한 이후로는 구동축(222)의 회전을 저속으로 하여 잉곳 블럭(20)에 조심스럽게 접촉되도록 한 쌍의 제1지지부(210)의 이동을 느리게 할 수 있다.
이와 같은 위치감지센서의 설치로 인하여, 잉곳 블럭(20)을 이송시키는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 실시예에서 구동축(222)의 회전(R1)을 감지하는 센서부는 구동축(222)의 토크(torque)를 측정하는 토크 센서(torque sensor)가 구비되며, 구동축(222)의 토크가 실시간으로 측정된다. 토크 센서에서 측정된 토크는 조정 수단(230)으로 전송되며, 조정 수단(230)에서는 측정된 토크와 기준 토크를 비교한다.
여기서, 기준 토크는 사용자에 의해 계산되어 사전에 입력된 토크 값을 의미한다. 미도시되었지만, 조정 수단(230)에는 사용자가 기준 토크를 입력하기 위한 입력 장치, 측정된 토크 등을 실시간으로 보여주는 출력 장치 또는 측정된 토크와 기준 토크의 비교에 따른 경고음 등을 발생시키는 알람 장치 등을 구비할 수 있다.
작업대(40)와 선반(50) 사이의 상측 공간에서 파지 수단(200)를 자유롭게 이동시키는 이송 수단(300)은 상호 직교하는 3축 방향(x방향, y방향, z방향)으로 자유롭게 구동할 수 있다. 이러한 3축 방향의 수평 구동을 조합하여 프레임부(400)의 내측에 형성된 빈 공간에서 정확한 지점으로의 이동이 가능하게 된다.
본 실시예에 따른 이송 수단(300)은 외부 골격을 형성하는 프레임부(400)와, 프레임부(400)의 상부에서 지면과 평행하게 형성된 한 쌍의 제2주행레일(402; 402a, 402b)을 따라 잉곳 블럭(20)의 길이 방향(x방향)과 교차하는 방향(y방향)으로 주행하는 서브 이송대차(310) 및 서브 이송대차(310)의 상부에서 한 쌍의 제2주행레일(402)과 교차하는 방향(x방향)으로 지면과 평행하게 형성된 한 쌍의 제1주행레일(302; 302a, 302b)을 따라 주행하고, 파지 수단(200)을 하부에 연결시켜 파지 수단(200)을 상하 구동시키는 이송대차(320)를 포함한다.
미도시되었지만, 서브 이송대차(310)와 이송대차(320)의 하부면에는 한 쌍의 제2주행레일(402)과 한 쌍의 제1주행레일(302)에 맞물리는 다수의 차륜이 각각 형성된다. 또한, 서브 이송대차(310)와 이송대차(320)의 일측에는 다수의 차륜을 회전시키는 차륜 구동수단이 구비되다.
위와 같은 서브 이송대차(310) 및 이송대차(320)의 주행을 통해 파지 수단(200)을 지면으로부터 이격된 공간에서 좌우로 수평 이동시킬 수 있다.
파지 수단(200)의 상부면에는 이송대차(320)를 수직으로 관통하는 적어도 하나 이상의 이송봉(390)이 연결되고, 이송대차(320)의 상부면에는 이송봉(390)을 승강(z방향)시키는 승강구동부(380)가 구비된다.
이송봉(390)이 복수 개 구비되면 파지 수단(200)이 비틀리는 것을 방지할 수 있으며, 잉곳 블럭(20)의 하중을 보다 용이하게 견딜 수 있다. 본 실시예에서는 파지 수단(200)의 상부면에 4개의 이송봉(390)을 연결시켰다.
이상과 같이, 서브 이송대차(310)와 이송대차(320)의 수평 주행 및 이송봉(390)에 의한 승강 구동을 통해 파지 수단(200)에 파지된 잉곳 블럭(20)을 자유 롭게 이송시킬 수 있다.
이하, 전술한 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치를 이용하여 작업대와 선반 사이에서 잉곳 블럭을 자동으로 이송시키는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 방법을 도시한 순서도이고, 도 9는 도 8에 도시된 잉곳 블럭의 파지 방법을 도시한 순서도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 이송 방법은 출발지에 안착된 잉곳 블럭의 초기 위치를 인식하는 단계(S810)와, 잉곳 블럭의 양측을 지지하는 파지 수단을 잉곳 블럭으로 이동시키는 단계(S820)와, 파지 수단에 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비되는 한 쌍의 지지부를 개별적으로 구동시켜 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 단계(S830)와, 출발지에 안착된 잉곳 블럭을 들어 목적지로 이송시키는 단계(S840) 및 목적지에서 잉곳 블럭의 파지를 해제하는 단계(S850)를 포함한다.
본 실시예에서 출발지는 잉곳 블럭이 안착되는 작업대이고, 도착지는 잉곳 블럭이 스퀘어링 가공되는 선반의 주축대와 심압대 사이의 공간이다.
잉곳 블럭의 초기 위치를 인식하는 것은 잉곳 블럭이 작업대의 정해진 위치에 안착되는 것을 작업대 또는 자동 이송 장치에 구비되는 각종 센서를 통해 인식할 수 있다(S810).
이와 같이 잉곳 블럭의 초기 위치가 인식 또는 확인되면 파지 수단을 잉곳 블럭으로 근접시킨다(S820). 본 실시예에서는 파지 수단이 지면으로부터 이격된 공간, 즉 잉곳 블럭이 안착된 작업대와 선반 사이의 상측 공간에서 상호 교차하는 3축 방향으로 구동한다. 따라서, 3축 방향의 구동을 조합하여 잉곳 블럭의 인식된 초기 위치로 파지 수단을 정확하게 위치시킬 수 있다.
본 실시예의 변형예로써 한 쌍의 지지부를 잉곳 블럭의 양측에서 수평 구동시키는 단계에서, 한 쌍의 지지부에 위치감지센서를 구비시키고, 위치감지센서와 잉곳 블럭과의 이격거리를 감지하여 구동축의 회전 속도를 조절할 수 있다. 즉, 위치감지센서를 통해 한 쌍의 지지부가 잉곳 블럭의 양측에 설정된 기준 인접거리에 도달하기 전까지는 구동축을 고속으로 회전시키고, 한 쌍의 지지부가 기준 인접거리에 도달하면 구동축의 회전 속도를 저속으로 조절한다. 이러한 구동축의 회전 속도 조절을 통해 잉곳 블럭을 파지하는 시간을 단축시킬 수 있다.
이후, 잉곳 블럭을 들어 선반으로 이송하기 위하여 잉곳 블럭이 파지된다(S830). 도 9를 참조하면, 잉곳 블럭을 파지하는 단계는 한 쌍의 지지부마다 연결되는 복수의 구동축을 회전시켜 잉곳 블럭의 양측을 향해 한 쌍의 지지부를 수평 구동시키는 단계(S832)와, 구동축의 토크를 측정(S384) 및 기준 토크와 비교하는 단계(S385)와, 한 쌍의 지지부에 구비되는 다수의 접촉돌기를 상기 잉곳 블럭의 외주면에 모두 점접촉되도록 하여 잉곳 블럭의 센터링을 유지시키는 단계(S386) 및 측정된 토크가 기준 토크보다 같거나 또는 큰 값을 가지면 구동축의 회전을 정지시키는 단계(S388)를 포함한다.
구동축에서 측정된 토크가 기준 토크보다 같거나 또는 큰 경우에는 한 쌍의 지지부가 잉곳 블럭의 양측에서 접촉한 경우를 나타낸다. 이때, 구동축의 회전이 즉시 정지되지 않는 경우에는 한 쌍의 지지부가 잉곳 블럭의 양측으로 지속적으로 힘을 가해 잉곳 블럭의 외주면에 눌림 자국 등의 손상이 야기될 수 있다.
이와 같이 잉곳 블럭이 파지되면, 잉곳 블럭을 들어 올려 목적지인 선반으로 이송시킨다(S840).
이후, 선반에서 잉곳 블럭의 파지가 해제되고, 잉곳 블럭은 선반에 안착된다(S850). 한편, 잉곳 블럭의 파지를 해제하는 것은 잉곳 블럭을 파지시키는 역과정으로 이루어진다. 즉, 구동축을 파지시의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시켜 한 쌍의 지지부를 잉곳 블럭의 양측에서 멀어지게 함으로써 이루어진다.
한편, 잉곳 블럭의 파지가 해제되면 한 쌍의 지지부를 초기 위치로 복귀시키거나 또는 사용자가 설정한 임의의 위치로 자동 이동시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치 및 이를 이용한 잉곳 블럭의 자동 이송 방법은 작업대에 안착된 잉곳 블럭을 센터링이 유지된 상태로 선반에 자동 이송시킬 수 있다. 즉, 잉곳 블럭의 중심축을 선반의 주축대와 심압대 사이에 형성되는 회전축과 용이하게 일치시킬 수 있다.
또한, 잉곳 블럭을 파지하는 과정에서 잉곳 블럭의 외주면을 손상시키지 않고 안정적으로 잉곳 블럭의 양측을 지지할 수 있다.
따라서, 잉곳 블럭에서 필요 이상으로 많은 부위가 제거되는 것을 방지하여 고가인 잉곳의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 잉곳 블럭의 편심으로 인하여 선반에 가해지는 불규칙한 하중의 발생을 방지하여 선반의 고장을 방지할 수 있다.
또한, 잉곳 블럭을 파지하는 수단의 구동 상태를 토크 센서를 사용하여 실시간 측정함으로써 잉곳 블럭의 자동 이송 장치를 간단한 구조로 형성할 수 있으며, 설치 비용 등을 절감할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1은 단결정 잉곳을 반제품으로 변형시키는 모습을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 장치를 도시한 사시도.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 잉곳 블럭의 자동 이송 장치의 구동 상태도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 파지 수단을 도시한 사시도.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 파지 수단의 정면도 및 일측면도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 잉곳 블럭의 자동 이송 방법을 도시한 순서도.
도 9는 도 8에 도시된 잉곳 블럭의 파지 방법을 도시한 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 자동 이송 장치 200 : 파지 수단
210 : 지지부 221 : 구동축 지지몸체
222 : 구동축 223 : 구동력 공급부
230 : 조정 수단 300 : 이송 수단
310 : 서브 이송대차 320 : 이송대차
390 : 이송봉 400 : 프레임부

Claims (17)

  1. 잉곳 블럭의 양측을 지지하는 한 쌍의 지지부를 상기 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비하고, 상기 한 쌍의 지지부와 각각 연결되는 복수 개의 구동축을 개별적으로 구동시켜 상기 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 파지 수단과;
    상기 구동축의 회전을 감지하는 센서부와 연결되어 상기 구동축을 구동 제어하고, 상기 한 쌍의 지지부 사이의 수평 이격거리를 조절하는 조정 수단; 및
    상기 파지 수단을 지면으로부터 이격된 공간 상에서 이동시키는 이송 수단;
    을 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 파지 수단에는,
    상기 잉곳 블럭의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 나사산 홈의 경사 방향이 반대로 이루어진 볼스크류가 외주면 양측으로 분할 형성되는 상기 구동축과;
    상기 구동축을 지지하는 구동축 지지몸체; 및
    상기 구동축 지지몸체의 일측에 구비되어 상기 구동축을 회전시키는 구동력 공급부;
    를 포함하는 구동부가 구비되는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 한 쌍의 지지부는,
    상기 잉곳 블럭의 일측과 마주하는 내측면에 상기 잉곳 블럭의 외주면과 점접촉되는 제1접촉돌기 및 제2접촉돌기가 상하로 이격되어 형성되는 제1지지부와;
    상기 제1지지부와 대향되도록 배치되어 상기 잉곳 블럭의 타측과 마주하는 내측면에 상기 잉곳 블럭의 외주면과 점접촉되는 제3접촉돌기와 제4접촉돌기가 상하로 이격되어 형성되는 제2지지부;
    를 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1접촉돌기 및 상기 제3접촉돌기는 지면으로부터 동일한 높이에서 상기 잉곳 블럭을 향해 동일한 각도로 하향 경사지고, 상기 제2접촉돌기 및 상기 제4접촉돌기는 지면으로부터 동일한 각도로 상향 경사지는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 상부에는 상기 구동축이 관통되어 상기 구동축의 외주면에 형성된 볼스크류와 맞물리는 다수의 금속볼이 내장되는 스크류 관통홀이 각각 형성되는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1지지부 및 상기 제2지지부의 상부에는 상기 스크류 관통홀의 형성 방향과 동일한 방향으로 적어도 하나 이상의 가이드홀이 각각 형성되는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1지지부의 내측면 및 상기 제1지지부와 대향되는 상기 제2지지부의 내측면에는 상기 잉곳 블럭의 외주면과의 간격을 감지하는 위치감지센서가 구비되는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 구동축의 토크를 측정하는 토크 센서를 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 수단은,
    외부 골격을 형성하는 프레임부와;
    상기 프레임부의 상부에서 지면과 평행하게 형성된 한 쌍의 제2주행레일을 따라 상기 잉곳 블럭의 길이 방향과 교차하는 방향으로 주행하는 서브 이송대차; 및
    상기 서브 이송대차의 상부에서 상기 한 쌍의 제2주행레일과 교차하는 방향으로 지면과 평행하게 형성된 한 쌍의 제1주행레일을 따라 주행하고, 상기 파지 수단을 하부에 연결시켜 상기 파지 수단을 상하 구동시키는 이송대차;
    를 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 파지 수단의 상부면에는 상기 이송대차를 수직으로 관통하는 적어도 하나 이상의 이송봉이 연결되고, 상기 이송대차의 상부면에는 상기 이송봉을 승강시키는 승강구동부가 구비되는 잉곳 블럭의 자동 이송 장치.
  11. 출발지에 안착된 잉곳 블럭의 초기 위치를 인식하는 단계와;
    상기 잉곳 블럭의 양측을 지지하는 파지 수단을 상기 잉곳 블럭으로 이동시키는 단계와;
    상기 파지 수단에 상기 잉곳 블럭의 길이 방향을 따라 복수 개 구비되는 한 쌍의 지지부를 개별적으로 구동시켜 상기 잉곳 블럭을 센터링이 유지되는 상태로 파지하는 단계와;
    상기 출발지에 안착된 상기 잉곳 블럭을 들어 목적지로 이송시키는 단계; 및
    상기 목적지에서 상기 잉곳 블럭의 파지를 해제하는 단계;
    를 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 잉곳 블럭을 파지하는 단계는,
    상기 한 쌍의 지지부마다 연결되는 복수의 구동축을 회전시켜 상기 잉곳 블럭의 양측을 향해 상기 한 쌍의 지지부를 수평 구동시키는 단계와;
    상기 구동축의 토크를 측정 및 기준 토크와 비교하는 단계와;
    상기 한 쌍의 지지부에 구비되는 다수의 접촉돌기를 상기 잉곳 블럭의 외주면에 모두 점접촉되도록 하여 상기 잉곳 블럭의 센터링을 유지시키는 단계; 및
    상기 측정된 토크가 상기 기준 토크보다 같거나 또는 큰 값을 가지면 상기 구동축의 회전을 정지시키는 단계;
    를 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 한 쌍의 지지부를 상기 잉곳 블럭의 양측에서 수평 구동시키는 단계에서, 상기 한 쌍의 지지부에 구비되는 위치감지센서를 통해 상기 구동축의 회전 속도를 조절하여 수평 구동시키는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 위치감지센서를 통해 상기 한 쌍의 지지부가 상기 잉곳 블럭의 양측에 설정된 기준 인접거리에 도달하기 전까지는 상기 구동축을 고속으로 회전시키고, 상기 한 쌍의 지지부가 상기 기준 인접거리에 도달하면 상기 구동축의 회전 속도를 저속으로 조절하는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 잉곳 블럭의 센터링을 유지시키는 단계에서,
    상기 다수의 접촉돌기는 상기 잉곳 블럭의 외주면에서 십자 형상의 꼭지점 위치로 배치되어 상기 잉곳 블럭의 외주면과 점접촉되는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 잉곳 블럭의 파지를 해제하는 단계 이후에는 상기 한 쌍의 지지부를 초기 위치로 복귀시키거나 또는 사용자가 설정한 임의의 위치로 이동시키는 단계를 포함하는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 한 쌍의 지지부를 이동시키는 단계는,
    지면으로부터 이격된 공간 상에서 상호 교차하는 3축 방향을 따른 상기 한 쌍의 지지부의 수평 구동을 조합하여 이동시키는 것을 특징으로 하는 잉곳 블럭의 자동 이송 방법.
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