KR101226832B1

KR101226832B1 - 자동 나사 체결장치

Info

Publication number: KR101226832B1
Application number: KR1020120053069A
Authority: KR
Inventors: 장성호
Original assignee: 장성호
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-01-25

Abstract

본 발명은 샤시 보강재 등과 같은 조립 대상물에 나사를 자동으로 체결해주는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 드라이버 비트의 회전을 위한 구동 방식으로 구조가 간단한 에어모터 구동 방식을 적용하고, 나사의 체결 완료를 감지하는 방식으로 정확한 제어가 가능한 접촉센서 방식을 적용한 새로운 형태의 나사 자동 체결시스템을 구현함으로써, 장치의 전체적인 구조를 단순화할 수 있고, 특히 대상물의 재질 또는 형태 등에 구애됨이 없이 나사 체결 완료를 정확하게 제어할 수 있는 한편, 드라이버 비트의 나사 체결작동을 위한 하강시 텐션 사프트 및 텐션 스프링의 조합을 이용하여 2단 슬라이드 방식으로 하강하는 새로운 형태의 하강 메카니즘을 적용함으로써, 조립 대상물의 높이가 변경되는 경우에도 헤드의 높이를 조절하지 않고 나사를 체결할 수 있는 등 다양한 높이를 갖는 대상물에 폭넓게 적용할 수 있는 자동 나사 체결장치를 제공한다.

Description

자동 나사 체결장치{Automatic screw device}

본 발명은 자동 나사 체결장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 샤시 보강재 등과 같은 조립 대상물에 나사를 자동으로 체결해주는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 나사 체결작업은 작업자가 렌치나 드라이버 등과 같은 수공구를 이용하거나 모터로 구동되는 전동공구를 이용하여 조립품에 나사를 체결하는 것이 보통이다.

이러한 방식의 나사 체결작업은 실질적으로 다수의 숙련된 작업자를 필요로 하므로, 제조 원가 상승 요인으로 작용하고, 또한 작업 속도에 한계가 있어 다수의 나사를 동시에 체결하여야 하는 공정에서는 지체 시간이 너무 길어지게 된다.

따라서, 생산성 향상과 조립품의 품질균일화 및 인건비 절감 등의 이유로 최근에는 자동으로 나사를 체결하는 장치를 대부분 이용하고 있는 추세이다.

보통 자동 나사 체결장치는 나사 또는 스크류를 매개로 조립되는 부품의 최종 스크류 체결을 자동으로 수행해주는 장치로서, 나사를 공급해주는 피딩파트, 피더에 의해 공급된 나사를 특정 체결기의 헤드로 분배시켜주는 분배파트, 분배된 나사를 체결 대상물의 원하는 장소에 체결해주는 체결파트, 체결작업이 수행되는 동안 체결 대상물을 고정하여 지지해주는 대상물 고정파트 등을 포함한다.

이러한 자동 나사 체결장치 중에서 체결파트는 전기력을 회전력으로 전환하여 드라이버 비트를 회전시키는 전동드라이버, 전동드라이버의 드라이버 비트를 체결작업이 이루어지는 장소까지 안내하는 안내파이프, 안내파이프의 말단에서 나사를 수용하여 체결 대상물의 적소에 위치하도록 정착시키는 헤드, 안내파이프의 일단을 결합은 물론 이를 지지하여 원하는 장소로 이동시키기 위한 1개 이상의 베이스플레이트, 베이스플레이트의 일단에 수용되어 그 이동을 안내하는 1개 이상의 안내봉 등을 포함하여 구성된다.

이와 같은 자동 나사 체결장치는 국내 등록실용 20-0409627호에 자세히 개시되어 있다.

상기 자동 나사 체결장치는 드라이버 비트를 회전시키는 구동 방식으로 스크류 드라이버 방식을 적용하고 있으며, 이 방식은 나사의 체결 완료를 대상물에 나사 체결의 정도에 따라 스크류 드라이버에 걸리는 토크(torque)의 변화를 감지하여 스크류 드라이버의 구동을 제어하는 방식이다.

그러나, 종래의 스크류 드라이버 구동 방식은 그 구조가 복잡하고, 특히 나사의 체결 완료를 스크류 드라이버에 걸리는 토크의 변화로 감지함에 있어서, 체결 대상물의 재질(나무 또는 금속) 또는 형태(내부가 중공 또는 중실 구조) 등에 따라 토크의 변화가 다른 경우 각 상황에 맞게 나사 체결 완료를 정확하게 제어할 수 없는 문제가 있다.

또한, 종래에는 나사 체결 대상물의 높이가 변화되면 헤드의 높이를 변경해야 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 드라이버 비트의 회전을 위한 구동 방식으로 구조가 간단한 에어모터 구동 방식을 적용하고, 나사의 체결 완료를 감지하는 방식으로 정확한 제어가 가능한 접촉센서 방식을 적용한 새로운 형태의 나사 자동 체결시스템을 구현함으로써, 장치의 전체적인 구조를 단순화할 수 있고, 특히 대상물의 재질 또는 형태 등에 구애됨이 없이 나사 체결 완료를 정확하게 제어할 수 있는 자동 나사 체결장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 드라이버 비트의 나사 체결작동을 위한 하강시 텐션 사프트 및 텐션 스프링의 조합을 이용하여 2단 슬라이드 방식으로 하강하는 새로운 형태의 하강 메카니즘을 적용함으로써, 조립 대상물의 높이가 변경되는 경우에도 헤드의 높이를 조절하지 않고 나사를 체결할 수 있는 등 다양한 높이를 갖는 대상물에 폭넓게 적용할 수 있는 자동 나사 체결장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 자동 나사 체결장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 자동 나사 체결장치는 조립 대상물에 나사를 자동으로 체결하는 장치로서, 공기압을 이용하여 드라이브 비트를 회전시켜주는 에어모터와, 상기 에어모터에 의해 회전되면서 나사를 체결하는 드라이브 비트와, 상기 드라이브 비트의 하단에 위치하며 2개 이상의 조(Jaw)를 이용하여 나사를 잡아주는 헤드와, 상기 에어모터측과 헤드측을 지지하는 수단으로서 서로 위아래 일정거리를 두고 배치되면서 포스트에 있는 수직의 가이드 샤프트를 따라 상하로 이동가능한 마운팅 플레이트 및 헤드 고정 플레이트와, 상기 마운팅 플레이트와 헤드 고정 플레이트 사이에 연결되는 것으로서 헤드 고정 플레이트에 하단 고정되는 동시에 마운팅 플레이트에 상단 슬라이드 가능하게 결합되는 텐션 샤프트 및 마운팅 플레이트를 탄력적으로 지지하는 텐센 스프링과, 상기 포스트측에 설치되면서 로드를 통해 마운팅 플레이트에 연결되어 마운팅 플레이트 및 헤드 고정 플레이트를 위아래로 움직여주는 실린더와, 상기 마운팅 플레이트측과 헤드 고정 플레이트측에 각각 설치되며 서로 간의 접촉을 통해 나사 체결 완료상태를 감지하는 이동측 접촉센서 및 고정측 센서도그를 포함하는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 자동 나사 체결장치는 구조가 간단한 에어모터를 구동 방식으로 채용하고, 특히 나사 체결 완료를 정밀하게 제어할 수 있는 접촉센서 및 센서도그를 이용한 나사 체결 완료 감지 방식을 채용한 특징이 있다.

특히, 상기 센서도그는 기본적으로 마운팅 플레이트를 수직 관통하는 핀 형태로 제작하고, 하단의 도그 스톱퍼와 상단의 헤드부를 가지면서 핀 둘레에 장착되는 동시에 헤드부 저면과 플레이트 상면 사이에 지지되는 도그 스프링에 의해 탄력적으로 상하 유동가능하게 설치하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 센서도그의 경우에 그 하단에 장착되는 도그 스톱퍼의 장착 위치 조절을 통해 높이를 조절할 수 있는 특징이 있다.

그리고, 상기 자동 나사 체결장치에는 헤드 고정 플레이트상에 헤드의 양옆에서 수직으로 하향 연장되는 구조로 설치되는 지지구를 구비하여, 나사 체결시 대상물을 흔들리지 않게 잡아줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제공하는 자동 나사 체결기는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 에어모터 방식으로 드라이버 비트를 구동시킴으로써, 장치의 전체적인 구조를 단순화할 수 있다.

둘째, 접촉센서와 센서도그 간의 접촉을 통해 에어모터의 동력을 차단하는 방식으로 나사 체결 완료상태를 제어함으로써, 조립 대상물의 재질이나 형태 등에 구애받지 않고 나사 체결 완료를 정확하고 정밀하게 제어할 수 있다.

셋째, 텐션 사프트 및 텐션 스프링의 조합을 이용한 2단 슬라이드 방식으로 드라이브 비트를 하강시키는 시스템을 구축함으로써, 조립 대상물의 높이가 변경되는 경우 헤드의 높이를 조절하지 않고도, 즉 헤드의 하강위치를 변경하지 않고도 나사를 체결할 수 있는 등 다양한 높이를 갖는 대상물에 폭넓게 적용할 수 있다.

넷째, 조립 대상물에 대한 나사 체결이 진행되는 동안 헤드 양편에 있는 지지구가 대상물을 안정적으로 잡아줌으로써, 나사 체결 중에 대상물이 흔들리는 문제가 없고, 이로 인해 헤드의 죠가 부드럽게 벌어지면서 나사 체결력을 현저하게 향상시킬 수 있다.

다섯째, 샤시 보강재에 대한 나사 체결작업을 자동으로 수행함으로써, 작업자의 안전과 높은 생산력을 유지할 수 있다.

여섯째, 다 품종 소량 생산에도 적용이 가능하도록 하기 위해 레버 클램프 스톱퍼 방식으로 스트로크를 조정함으로써, 간편하게 모델 변경을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치를 나타내는 정면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치를 나타내는 평면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치를 나타내는 측면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치에서 체결기 어셈블리를 나타내는 정면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치에서 체결기 어셈블리를 나타내는 평면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치에서 체결기 어셈블리를 나타내는 측면도
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치에서 체결기 어셈블리의 작동상태는 나타내는 정면도 및 측면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치를 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 자동 나사 체결장치의 본체(110)에는 다수 대의 체결기 어셈블리(100)가 일렬로 나란하게 배치되고, 상기 본체(110)의 상면에는 조립 대상물 세팅을 위한 테이블(120)이 각 체결기 어셈블리(100)에 하나씩 배속되는 형태로 설치된다.

그리고, 상기 본체(110)의 뒷쪽으로는 각각의 드라이브 실린더(140)가 각 체결기 어셈블리(100) 마다 하나씩 설치되어, 체결기 에셈블리 전체를 본체(110)의 전후 폭방향으로 이동시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 각각의 체결기 어셈블리(100)는 본체(110)의 좌우 길이방향을 기준하여 좌측 맨 끝에 있는 것을 제외하고 나머지 것들은 본체(110)의 LM 가이드(130)를 따라 위치를 옮길 수 있도록 되어 있으며, 이에 따라 조립 대상물의 길이나 피치 등에 따라 드라이브 실린더(140) 등을 포함하는 체결기 어셈블리(100)들의 위치를 적절히 설정하여 작업을 수행할 수 있게 된다.

도면에서 미설명 부호 150은 체결기 어셈블리(100)측에 나사를 공급하기 위한 피더기를 나타낸다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치에서 체결기 어셈블리를 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도이다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 자동 나사 체결장치의 체결기 어셈블리(100)는 조립 대상물에 나사를 자동으로 체결하는 장치로서, 피더기측으로부터 공급받은 나사를 하나씩 조립 대상물에 자동으로 체결하는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 상기 체결기 어셈블리(100)는 장치 본체의 상부에 세워지는 포스트(13)를 포함하며, 상기 포스트(13)의 전면 양쪽에는 위아래의 샤프트 고정 브라켓(30)에 의해 양단 지지되는 가이드 샤프트(14)가 수직으로 나란하게 각각 설치된다.

여기서, 상기 가이드 샤프트(14)는 후술하는 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16)의 상하 이동을 안내하는 역할을 하게 된다.

이러한 가이드 샤프트(14)에는 상면에 패드 등의 완충부재를 가지는 스톱퍼(31)가 장착되며, 이때의 스톱퍼(31)는 샤프트 하단 쪽에 위치되어 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16)의 하강시 이와 접촉하게 되고, 특히 헤드 고정 플레이트(16)와의 접촉을 통해 이것의 하강을 1차 저지하는 역할을 하게 된다.

물론, 상기 스톱퍼(31)는 필요한 경우에 스크류 체결 및 해제를 통해 가이드 샤프트(14)상에서 임의로 위치를 옮길 수 있게 된다.

그리고, 상기 포스트(13)의 상단부 전면에는 실린더 브라켓(32)이 설치되고, 이렇게 설치되는 실린더 브라켓(32)의 상면에는 그 로드를 아래로 하는 실린더(19)가 수직자세로 설치된다.

이때의 실린더(19)는 드라이브 비트(10) 등을 포함하는 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16) 전체를 위아래로 움직여주는 역할을 하게 되며, 이를 위해 실린더(19)의 로드와 마운팅 플레이트(15)의 상면은 조인트(33)를 매개로 서로 연결되어, 실린더 작동시 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16) 전체의 상하 이동이 가능하게 된다.

또한, 에어모터(11), 헤드(12) 등을 지지하는 수단으로서 2개의 플레이트, 즉 윗쪽의 마운팅 플레이트(15)와 아래쪽의 헤드 고정 플레이트(16)가 마련된다.

상기 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16)는 서로 위아래에서 일정거리를 두고 배치되면서 수평자세로 나란하게 위치되며, 각 플레이트의 후단부는 LM 볼 부시(34)를 매개로 가이드 샤프트(14)측에 슬라이드 가능한 구조로 결합된다.

이에 따라, 상기 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16)는 상하 이동시 LM 볼 부시(34)에 의해 결속되어 있는 후단부 양쪽 2곳을 통해 가이드 샤프트(14)의 안내를 받을 수 있게 된다.

물론, 이때의 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16) 간의 간격은 외력이 작용하지 않는 상태의 경우 후술하는 텐션 스프링(18)에 의해 유지될 수 있게 된다.

그리고, 상기 마운팅 플레이트(15)의 경우 조인트(33)를 통해 실린더(19)의 로드에 연결되며, 이에 따라 실린더 작동시 마운팅 플레이트(15)는 물론 헤드 고정 플레이트(16)가 위아래로 움직일 수 있게 된다.

특히, 상기 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16)는 하강 작동시 2단 슬라이드 방식으로 움직이는 동작 특성을 보이게 된다.

이를 위하여, 상기 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16)의 사이에는 위아래 2개의 플레이트를 수직으로 가로지르는 텐션 샤프트(17)가 설치되고, 이때의 텐션 샤프트(17)의 하단부는 헤드 고정 플레이트(16)에 체결구조로 고정되는 동시에 상단부는 마운팅 플레이트(15)를 관통하여 슬라이드 가능한 구조로 결합된다.

이때, 상기 텐션 샤프트(17)의 상단부에는 마운팅 플레이트(15)의 상면으로 다수의 볼트가 체결되어 있어서, 마운팅 플레이트(15)에 있는 관통홀로부터 텐션 샤프트(17)가 완전히 빠지는 일은 없게 된다.

그리고, 상기 텐션 샤프트(17)의 외주 둘레에는 텐션 스프링(18)이 장착되며, 이때의 텐션 스프링(18)의 상단과 하단은 마운팅 플레이트(15)의 저면과 헤드 고정 플레이트(16)의 상면에 각각 지지된다.

이에 따라, 상기 텐션 스프링(18)이 발휘하는 탄성에 의해 마운팅 플레이트(15)는 탄력적인 지지를 받으면서 위아래로 움직일 수 있게 된다.

예를 들면, 상기 실린더(19)의 작동에 의해 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16)는 함께 하강하게 되는데, 이때의 하강시 헤드 고정 플레이트(16)가 스톱퍼(31)에 선(先) 접촉되면서 더 이상 하강하지 못하게 되고, 계속적인 실린더 작동력에 의해 이때부터는 마운팅 플레이트(15)만 텐션 스프링(18)을 누르면서 아래로 내려가게 된다.

따라서, 상기 텐션 사프트(17)와 텐션 스프링(18)의 조합을 통한 2단 슬라이드 방식을 적용함으로써, 조립 대상물의 높이가 변경되는 경우 헤드의 높이를 조절하지 않고도, 다시 말해 헤드의 하강위치를 변경하지 않고도 다양한 높이를 가지는 대상물에 대해 나사를 체결할 수 있게 된다.

또한, 나사 체결시 드라이브 비트(10)에 회전력을 제공하는 수단으로 에어모터(11)가 마련된다.

상기 에어모터(11)는 공기압을 이용하여 드라이브 비트(10)를 회전시켜주는 수단으로서, 마운팅 플레이트(15)의 상면에 수직 설치되고, 이때의 모터축은 후술하는 베어링 하우징(26)의 내부에 위치되면서 드라이브 샤프트(27)에 키 등으로 결합될 수 있게 된다.

또한, 상기 에어모터(11)와 드라이브 비트(10) 사이에 동력을 전달하는 수단으로 드라이브 샤프트(27)와 비트 샤프트(29)가 마련된다.

상기 드라이브 샤프트(27)와 비트 샤프트(29)는 에어모터(11)의 동력을 드라이브 비트(10)에 전달하여 드라이브 비트(10)로 하여금 회전하면서 나사를 체결할 수 있도록 해주는 역할을 한다.

이를 위하여, 상기 마운팅 플레이트(15)의 저면에는 테이퍼 베어링, 볼 베어링 등을 수용하고 있는 베어링 하우징(26)이 설치되고, 이렇게 설치되는 베어링 하우징(26)의 내부에 드라이브 샤프트(27)의 상단부가 끼워져 조립되면서 회전가능하게 지지되며, 이때의 베어링 하우징(26)의 내부에서는 에어모터(11)의 모터축과 드라이브 샤프트(27)의 상단부가 연결된다.

이에 따라, 에어모터(11)의 작동시 드라이브 샤프트(27)는 베어링의 지지를 받으면서 회전될 수 있게 된다.

그리고, 상단부를 통해 베어링 하우징(26)측에 지지되는 드라이브 샤프트(27)는 하우징을 빠져나와 아래로 일정길이 연장되고, 이렇게 연장된 부분에 비트 샤프트(29)의 상단부가 연결된다.

상기 비트 샤프트(29)는 아래로 길게 연장되면서 헤드 고정 플레이트(16)에 설치되어 있는 파이프(28)의 내측으로 그 하단 일부가 삽입되고, 이와 함께 파이프(28)의 내부에서는 실질적으로 나사를 돌려서 체결하는 드라이브 비트(10)의 상단부와 비트 샤프트(29)의 하단부가 결합되어 함께 회전될 수 있게 된다.

이때의 비트 샤프트(29)는 드라이브 샤프트(27) 등을 포함하는 마운팅 플레이트(15)의 전체가 상하로 움직일 때, 파이프(28)의 내측에 안내를 받으면서 이와 같이 함께 움직이게 되고, 결국 이 비트 샤프트(29)의 하단에 일체식으로 결합되는 드라이브 비트(10)가 아래로 좀더 하강하여 나사를 체결할 수 있게 된다.

여기서, 상기 파이프(28)는 헤드 고정 플레이트(16)를 관통하는 구조로 위치되면서 헤드 고정 플레이트(16)의 상면에 설치되어 있는 슬리브 홀더(35)에 의해 고정 설치된다.

또한, 상기 드라이브 비트(10)가 체결할 나사를 공급받아 조립 대상물의 체결부위에 위치시켜주는 수단으로 헤드(12)가 마련된다.

상기 헤드(12)는 중공의 원통형 몸체로 이루어지고, 파이프(28)의 하단부에 그 상단부를 통해 결합되는 구조로 지지되며, 하단부에는 상단 핀구조에 의해 좌우로 벌어졌다가 모아지면서 나사를 잡아주거나 놓아주는 역할을 하는 적어도 2개 이상의 조(36)가 장착된다.

그리고, 상기 헤드(12)의 한쪽 측면에는 헤드 내부와 통하면서 경사진 자세를 가지는 나사 가이드(37)가 형성되어 있어서, 이곳을 통해 공급되는 나사가 헤드 내부 공간, 예를 들면 2개의 조(36)가 조성하는 내부 공간으로 투입될 수 있게 된다.

물론, 상기 나사 가이드(27)는 피더기측과 튜브 등으로 연결되어 공지의 수단을 통해 나사를 공급받을 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 나사 가이드(27)를 통해 2개의 조(36) 사이로 투입된 나사는 조(36)의 끝에 그 머리부분을 통해 걸려지면서 놓여질 수 있게 되고, 이 상태에서 윗쪽의 드라이브 비트(10)가 곧바로 내려와 나사를 돌려줌으로써, 나사 체결이 이루어질 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 나사 체결 완료를 정확하게 제어할 수 있는 신호를 제공하는 수단으로 접촉센서(20)와 센서도그(21)를 제공한다.

여기서, 센싱 방식으로 접촉센서와 센서도그 간의 접촉을 이용한 센싱 방식에 대해 설명하고 있으나, 이 외에도 본 발명에서는 근접 센싱 방식, 광 센싱 방식 등 다양한 센싱 방식을 적용할 수 있다.

상기 접촉센서(20)는 마운팅 플레이트(15)측, 예를 들면 베어링 하우징(26)의 한쪽 옆에 센서 브라켓(38)에 의해 지지되는 구조로 설치되고, 상기 센서도그(21)는 센서 브라켓(38)과 동축의 수직선상에 위치되면서 헤드 고정 플레이트(16)에 수직 설치된다.

이에 따라, 아래로 하강되는 접촉센서(20)가 그 밑에 있는 센서도그(21)와 접촉되면서 나사 체결 완료상태가 감지될 수 있게 된다.

즉, 상기 접촉센서(20)가 센서도그(21)에 접촉이 이루어지게 되면, 접촉센서(20)의 접촉 신호가 제어부(미도시)로 보내지게 되고, 이때의 제어부는 기 설정된 깊이로 삽입된 것으로 판단하여 에어모터(11)의 작동을 멈추도록 제어하게 된다.

이로 인해, 조립 대상물의 종류, 즉 대상물이 나무 또는 스틸로 되어 있는지, 또는 형태, 즉 내부가 비어 있는 중공의 형태이든 또는 내부가 꽉 찬 중실의 형이든 상관없이 이동하는 접촉센서(20)와 고정된 센서도그(21)의 접촉 여부, 즉 나사 체결깊이(길이)에 대흔되는 깊이(길이)로 이동(하강)되는 센서가 나사 체결 중에 고정된 센서도그와의 접촉 여부를 감지하여 에어모터의 작동을 멈추도록 함으로써, 나사 체결 완료를 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

여기서, 상기 센서도그(21)의 경우에는 마운팅 플레이트(15)를 수직 관통하는 핀 형태로 이루어지며, 이때의 센서도그(21)는 하단에 장착되는 도그 스톱퍼(22)에 의해 상향 이동이 제한되면서 스프링 지지를 받아 위아래로 탄력 유동가능한 구조로 설치된다.

즉, 상기 센서도그(21)의 둘레에 도그 스프링(24)이 장착되고, 이때의 도그 스프링(24)의 상단과 하단이 센서도그(21)의 헤드부(23) 저면과 헤드 고정 플레이트(16)의 상면 사이에 지지되므로서, 접촉센서(20)와의 접촉에 의해 아래로 눌려지거나, 스프링 복원력에 의해 위로 복귀되는 등 도그 스프링(24)에 의해 탄력적으로 지지되면서 상하 유동가능하게 설치된다.

그리고, 상기 센서도그(21)의 하단에 장착되는 도그 스톱퍼(22)의 경우 핀측과의 고정을 위해 체결되는 스크류를 조작하는 방법으로 그 장착 위치를 조절할 수 있게 되고, 이에 따라 도그 스톱퍼(22)의 높이를 임의로 조절할 수 있게 되는 등 대상물의 종류가 달라지면 도그 스톱퍼(22)의 높이 조절을 통해 이에 유연하게 대처할 수 있게 된다.

또한, 상기 드라이브 비트(10)에 의한 나사 체결시 대상물을 안정적으로 잡아주는 수단으로 한쌍의 지지구(25)가 마련된다.

상기 지지구(25)는 길다란 봉 형태로서, 헤드 고정 플레이트(16)에서 헤드(23)의 양옆으로 나란하게 수직 배치되고, 그 상단부를 통해 플레이트측에 고정되면서 하향 연장되는 형태로 설치되며, 대상물과의 접촉을 통해 나사 체결부위의 양옆을 눌러주는 방식으로 잡아줄 수 있게 된다.

즉, 상기 헤드 고정 플레이트(16)의 저면에는 나사가 장입된 헤드(12)를 중심으로 양측에 헤드(12)의 끝단의 길이보다 일정길이 더 연장된 지지구(25)가 구비된다.

이로 인해, 헤드(12)가 대상물에 근접하여 접촉하면서 나사 체결이 진행되는 경우에 헤드(12)의 양 옆에 구비된 지지구(25)가 대상물을 위에서 아래로 눌러주고 있어 나사 체결 중에 대상물이 흔들리는 문제가 없고, 이로 인해 헤드(12)의 조(36)가 부드럽게 벌어짐으로써, 나사 체결력이 현저히 향상될 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 자동 나사 체결장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 나사 체결장치에서 체결기 어셈블리의 작동상태는 나타내는 정면도 및 측면도이다.

도 7a 내지 7c에 도시한 바와 같이, 먼저 샤시 보강재 등과 같은 대상물(200)이 테이블상에 세팅되면, 피더기측으로부터 헤드(12)에 나사(210)가 공급되고, 이와 동시에 실린더(19)의 작동 개시와 함께 나사 체결작업이 시작된다.

상기 실린더(19)의 하강 작동에 의해 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16)는 가이드 샤프트(14)의 안내를 받으면서 하강하게 되고, 이와 함께 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16)에 있는 에어모터(11)와 헤드(12), 그리고 헤드(12) 위에 있는 드라이브 비트(10) 등도 동시에 같이 움직이게 된다.

계속해서, 상기 헤드 고정 플레이트(16)가 가이드 샤프트(14)에 있는 스톱퍼(31)에 의해 하강이 규제되는 시점에서 헤드 고정 플레이트(16)의 헤드 양옆에 있는 지지구(25)가 먼저 대상물(200)을 눌러서 잡아주게 되고, 이와 동시에 헤드(12)의 조(36)에 물려 있는 나사(210)는 대상물(200)에 있는 체결홀 내에 그 하단 일부가 삽입된다.

물론, 이때의 조(36)의 하단은 대상물(200)에 근접되거나 접해 있을 수 있게 된다.

상기 실린더(19)가 계속해서 하강하게 되면, 이때부터는 마운팅 플레이트(15)만 텐션 스프링(18)을 압축하면서 하강하게 되고, 이와 함께 마운팅 플레이트(15)에 속해 있는 에어모터(10), 드라이브 비트(10), 접촉센서(20) 등도 아래로 내려가게 된다.

계속해서, 상기 드라이브 비트(10)가 하강한 상태에서 에어모터(11)의 작동과 함께 드라이브 비트(10)의 회전에 의해 대상물(200)에 나사 체결이 이루어지게 된다.

상기 드라이브 비트(10)가 나사 체결을 수행하는 동안에도 이때의 드라이브 비트(10)는 물론 마운팅 플레이트(15) 전체 또한 계속 하강하게 되고, 이에 따라 접촉센서(20)도 센서도그(21)측으로 하강하면서 접촉이 이루어지게 된다.

상기 접촉센서(20)가 센서도그(21)에 닿게 되면, 접촉센서(20)의 접촉 신호가 제어부로 입력되고, 이때의 접촉 신호를 입력받은 제어부는 기 설정된 깊이로 나사가 삽입(체결)된 것으로 판단하여 에어모터(11)의 작동을 정지시키는 제어를 수행하게 된다.

이렇게 나사 체결이 완료되고, 실린더(19)의 상승 작동에 의해 헤드(12), 드라이브 비트(10) 등을 포함하는 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16) 전체가 상승하여 초기 위치로 복귀하게 되면, 1회 나사 체결 작업이 완료될 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는 에어모터 구동방식을 채용하여 장치의 전체적인 구조를 단순화할 수 있으며, 특히 나사의 체결 완료를 센서의 감지를 통해 제어하는 시스템을 구축함으로써, 대상물의 종류에 관계없이 모든 대상물에 대한 나사 체결 완료를 정밀하게, 또 정확하게 제어할 수 있다.

10 : 드라이브 비트 11 : 에어모터
12 : 헤드 13 : 포스트
14 : 가이드 샤프트 15 : 마운팅 플레이트
16 : 헤드 고정 플레이트 17 : 텐션 샤프트
18 : 텐션 스프링 19 : 실린더
20 : 접촉센서 21 : 센서도그
22 : 도그 스톱퍼 23 : 헤드부
24 : 도그 스프링 25 : 지지구
26 : 베어링 하우징 27 : 드라이브 샤프트
28 : 파이프 29 : 비트 샤프트
30 : 샤프트 고정 브라켓 31 : 스톱퍼
32 : 실린더 브라켓 33 : 조인트
34 : LM 볼 부시 35 : 슬리브 홀더
36 : 조 37 : 나사 가이드
38 : 센서 브라켓

Claims

조립 대상물에 나사를 자동으로 체결하는 장치로서,
공기압을 이용하여 드라이브 비트(10)를 회전시켜주는 에어모터(11);
상기 에어모터(11)에 의해 회전되면서 나사를 체결하는 드라이브 비트(10);
상기 드라이브 비트(10)의 하단에 위치하며 2개 이상의 조(Jaw)를 이용하여 나사를 잡아주는 헤드(12);
상기 에어모터(11)측과 헤드(12)측을 지지하는 수단으로서, 서로 위아래 일정거리를 두고 배치되면서 포스트(13)에 있는 수직의 가이드 샤프트(14)를 따라 상하로 이동가능한 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16);
상기 마운팅 플레이트(15)와 헤드 고정 플레이트(16) 사이에 연결되는 것으로서, 헤드 고정 플레이트(16)에 하단 고정되는 동시에 마운팅 플레이트(15)에 상단 슬라이드 가능하게 결합되는 텐션 샤프트(17) 및 마운팅 플레이트(15)를 탄력적으로 지지하는 텐센 스프링(18);
상기 포스트(13)측에 설치되면서 로드를 통해 마운팅 플레이트(15)에 연결되어 마운팅 플레이트(15) 및 헤드 고정 플레이트(16)를 위아래로 움직여주는 실린더(19);
상기 마운팅 플레이트(15)측과 헤드 고정 플레이트(16)측에 각각 설치되며 서로 간의 접촉을 통해 나사 체결 완료상태를 감지하는 이동측 접촉센서(20) 및 고정측 센서도그(21);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 나사 체결장치.
청구항 1에 있어서, 상기 센서도그(21)는 마운팅 플레이트(15)를 수직 관통하는 핀 형태로서, 하단의 도그 스톱퍼(22)와 상단의 헤드부(23)를 가지면서 핀 둘레에 장착되는 동시에 헤드부 저면과 플레이트 상면 사이에 지지되는 도그 스프링(24)에 의해 탄력적으로 상하 유동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 나사 체결장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 센서도그(21)는 하단에 장착되는 도그 스톱퍼(22)의 장착 위치 조절을 통해 높이를 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동 나사 체결장치.
청구항 1에 있어서, 상기 헤드 고정 플레이트(16)에는 헤드(23)의 양옆에서 수직으로 하향 연장되는 지지구(25)가 각각 형성되어, 나사 체결시 대상물을 흔들리지 않게 잡아줄 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동 나사 체결장치.
청구항 1에 있어서, 상기 에어모터(11)와 드라이브 비트(10) 사이에 동력을 전달하는 수단으로서, 마운팅 플레이트(15)의 저면에 설치되어 있는 베어링 하우징(26)의 내부에 지지되면서 에어모터(11)의 축에 연결되는 드라이브 샤프트(27)와, 드라이브 비트(10)를 수용하면서 헤드 고정 플레이트(16)상에 설치되어 있는 파이프(28)의 내부를 따라 이동가능하며 드라이브 비트(10)의 상단부와 드라이브 샤프트(27)의 하단부 사이에 연결 설치되는 비트 샤프트(29)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 나사 체결장치.