KR101276592B1 - 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치 - Google Patents

스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 패널에 용접된 각각의 스터드볼트의 나사산에 물리적인 손상을 입히지 않으면서 정확하게 모든 스터드볼트의 용접불량 또는 용접누락 여부를 점검하기 위한 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치를 제공한다.
본 발명의 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치는 함체내의 바닥면에는 가이드레일(34)이 배치되고 이 가이드레일의 종단부에는 상기 가이드레일에 장착될 슬라이드블록(32)을 전,후진 제어하기 위한 에어실린더(36)가 장착된 체커본체(31)와, 상기 슬라이드블록(32)의 내부에서 에어실린더의 작동방향과 직교하는 방향으로 배치되는 풀리(38)를 갖는 서보모터(43)와, 상기 서보모터와 평면상 나란히 배치되며 서로 인접한 풀리(38,39)의 벨트결합을 통해 가이드레일(42)을 따라 수평이동하는 볼스크류(40)와, 상기 볼스크류 상에 설치된 로드셀(41)과, 상기 로드셀 상에 배치된 스터드볼트 푸시용 스터드푸셔(33) 및 상기 로드셀에 의해 검출된 부하 하중값을 설정 기준값에 비교하여 스터드볼트의 용접상태의 이상 유무를 판단하는 제어부(50)를 포함한다.

Description

스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치{Stud bolt welding defects and welding missing inspection apparatus}
본 발명은 자동차 차체 또는 다른 결합부재와의 결합을 위해 자동차 패널에 용접되는 스터드볼트의 이상 유무 검사장치에 관한 것으로, 특히 자동차 패널에 용접된 각각의 스터드볼트의 나사산에 물리적인 손상을 입히지 않으면서 정확하게 모든 스터드볼트의 용접불량 또는 용접누락 여부를 점검하는데 사용하기 위한 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치에 관한 것이다.
자동차 조립에 있어 차체에는 여러 형태의 다수의 부품이 결합되며, 이들 부품은 차체에 직접 용접 부착되거나 차체 부착 패널에 용접된 스터드볼트에 의해 고정 장착된다. 이 스터드볼트는 패널에 용접되어져 다른 부품을 용이하게 체결할 수 있게 한다
이를 위해 스터드볼트 자동 공급 및 용접용 로봇장치가 사전에 설계 계획된 용접 프로그램에 따라 위치제어되어 가면서 자동차 패널의 특정 위치점마다 스터드볼트를 용접하게 된다.
상기 로봇장치의 말단부에는 스터드척이 설치되어 있어 이것에 의해 스터드볼트가 패널(모재)에 수직방향 또는 설정된 방향으로 자동공급되면서 급전에 의해 스폿 용접이 실시되게 된다.
즉, 스터드척은 스터드볼트를 그립한 상태로 패널(모재)에 접촉시키면서 순간적으로 전류를 흘려보내 스터드볼트와 패널 사이에서 강한 아크가 일어나게 하여 그 순간 스터드볼트의 헤드부와 패널(모재)의 접촉면에서 용융이 발생되게 함으로써 모재 상에 스터드볼트를 용접시키고 있다.
도 1은 일반적인 스터드볼트 용접장치의 구조를 보이고 있다.
여기에서 참고되는 바와 같이 스터드볼트 용접장치는 스터드볼트공급기(15)에서 척어댑터(12)측으로 공급된 스터드볼트가 실린더(14)의 피스톤(13)에 의해 밀려나가 그의 헤드부가 노출된 상태로 스터드척(11)의 끝단부에 걸려 머무르게 한다. 이와 같은 상태에서 모재가 되는 패널(16)에 근접시킨 후 용접팁(17)에 전류를 공급하게 되면 스터드볼트의 헤드와 패널사이에 아크전류가 흘러 용융상태가 되어 용착되게 된다.
이렇게 패널에 용접된 스터드볼트는 차체를 고정시키거나 기타 다른 부품들을 고정하게 되는데, 여기서 스터드볼트의 용접불량이 발생한 패널을 그대로 사용하게될 경우 완성차의 품질에 지대한 영향을 미치거나 안전사고의 위험에 노출되기 쉽다.
따라서 많은 자동차 부품 생산공장에서는 차량의 패널에 용접되는 스터드볼트의 용접불량을 최소화시키기 위한 연구개발 노력이 집중되고 있다.
도 2는 종래의 패널에 용접된 스터드볼트의 상태를 확인하는 스터드볼트 체크장치이고 도 3은 그의 A-A선 단면도로서, 이 체크장치는 스터드볼트(10)의 헤드부의 수평선상에 위치되는 힌지브라켓(19)과 일단이 스터드볼트 헤드부에 접촉가능한 궤적상에 위치되도록 타단이 힌지브라켓(19)에 힌지 연결되는 체크바(20)와 힌지브라켓(19)에 회동가능하게 설치되는 실린더(21)와 일단이 체크바(20)의 타측부에 힌지연결되고 타단이 실린더(21) 내부에서 왕복 이동하는 피스톤으로 구성된 작동유닛을 포함한다
이는, 패널에 대한 스터드볼트의 용접강도를 확인하므로 용접 조건에 따른 용접 강도를 보증할 수 있다는 이점이 있고, 패널에서 스터드볼트가 누락된 부분을 검사함으로써 스터드볼트의 누락으로 인한 제품 불량을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
그러나 위와 같은 스터드볼트 용접 검사장치는 공압 피스톤(21)의 작동에 따른 체크바(20)가 스터드볼트(10)의 몸체를 타격하게 되므로 그 충격이 패널에 용접된 스터드볼트에 잔류하게 되어 완성차의 내구성을 약화시킬 수 있다.
특히, 체크바(20)의 검사 수명을 고려하여 체크바를 금속으로 제작할 경우 스터드볼트의 나사산이 뭉개져 너트결합이 어려워지는 스터드볼트 불량율이 증가하게 되므로 제품의 수율이 나빠지고 차량 조립과정이 원활하게 유지되지 못하는 단점이 나타나게 된다.
본 발명의 목적은 자동차 패널에 용접된 각각의 스터드볼트의 나사산에 물리적인 손상을 입히지 않으면서 정확하게 모든 스터드볼트의 용접불량 또는 용접누락 여부를 점검하는데 사용하기 위한 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치는 함체내의 바닥면에는 가이드레일이 배치되고 이 가이드레일의 종단부에는 상기 가이드레일에 장착될 슬라이드블록을 전,후진 제어하기 위한 에어실린더가 장착된 체커본체와, 상기 슬라이드블록의 내부에서 에어실린더의 작동방향과 직교하는 방향으로 배치되는 풀리를 갖는 서보모터와, 상기 서보모터와 평면상 나란히 배치되며 서로 인접한 한 쌍의 풀리 벨트결합을 통해 가이드레일을 따라 수평이동하는 볼스크류와, 상기 볼스크류 상에 설치된 로드셀과, 상기 로드셀 상에 배치된 스터드볼트 푸시용 스터드푸셔 및 상기 로드셀에 의해 검출된 부하 하중값을 설정 기준값에 비교하여 스터드볼트의 용접상태의 이상 유무를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 자동차 차체 또는 다른 결합부재와의 결합을 위해 자동차 패널에 용접된 각각의 스터드볼트의 나사산에 물리적인 손상을 입히지 않으면서 정확하게 모든 스터드볼트의 용접불량 또는 용접누락 여부를 점검할 수 있다.
또한 본 발명에 기초하여 에어실린더, 서보모터 및 볼스크를 동일축상 설계할 경우 스터드볼트 검사장치의 소형 경량화를 달성할 수 있어 기존의 스터드볼트 용접용 로봇장치의 암에 일체화시켜 설치하는데 유리하며, 더불어 기존의 패널당 스터드볼트의 일괄용접 및 일괄검사 방식과는 달리 하나하나의 스터드볼트의 용접 직후 바로 해당 스터드볼트의 용접불량이나 용접누락 여부를 검사할 수 있어 용접 및 검사 작업의 효율화에 따른 제품의 생산성 개선을 이룩할 수 있다.
도 1은 일반적인 스터드볼트 용접장치의 구성도이다.
도 2는 종래의 스터드볼트 용접불량 검사장치의 측면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치의 스탠드 장착 사시도이다.
도 5는 본 발명 검사장치를 이용한 차량 패널 상의 스터드용접 불량 및 누락 검사 실행 상태도이다.
도 6은 본 발명 검사장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명 검사장치의 사시도이다.
도 8은 본 발명 검사장치의 회로구성도이다.
차량 패널의 스터드볼트 누락여부와 용접불량 검사는 이동식 검사장치와 고정식 검사장치로 대별할 수 있다.
이동식 검사장치는 로봇용접장치의 스터드척 부근의 로봇암에 검사장치를 부설하여 로봇용접장치와 함께 동일한 이동 궤적을 따라 이동하면서 스터드볼트의 용접 직후 바로 그 용접의 불량여부를 검사한다. 이동식 스터드볼트 검사장치는 로봇암의 하중 증가에 대한 고려와 로봇암의 설치위치에 대한 제한사항의 고려가 있어야 되므로 소형경량 및 간이형에 적합하다.
고정식 스터드볼트 검사장치는 비교적 검사장치의 중량이나 사이즈에 제한이 적으므로 신속하고 고정밀도로 스터드볼트의 이상유무를 검사할 수 있다.
본 발명은 고정식과 이동식을 모두 충족하게 되는 스터드볼트 검사장치이나, 첨부도면 등을 고려하여 편의상 고정식에 촛점을 맞추어서 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치를 스탠드에 장착시켜 사용하고 있는 실시예의 사시도이고, 도 5는 본 발명 검사장치를 이용한 차량 패널 상의 스터드용 불량 및 누락 검사 실행 상태 사시도이다.
여기에서, 스터드 검사장치는 고정식이므로 로봇장치가 패널을 파지하여 순차적으로 선정된 스터드볼트가 특정의 위치(좌표점)에 위치시키게 되면 체커본체(31)내의 제어부 또는 원격지점의 제어부가 명령을 내려 슬라이드블록(32)이 차량 패널 상의 검사대상 스터드볼트를 향해 전진하여 스터드푸셔(33)가 순조롭게 스터드볼트에 접촉한 상태에서 슬라이드블록의 이동방향과 평면상에서 직교하는 방향으로 이동하여 스터드볼트의 측면에 점진적으로 압력을 가하여 일정수준의 압력값이 로드셀에 의해 감지되었을 때 패널(16)상의 스터드볼트(16)가 이상이 없다면 해당 스터드볼트는 정상 용접된 상태로 검사를 완료하게 되고, 이와는 반대로 프로그램에 의해 정해진 좌표상의 위치에 스터드볼트가 누락되었거나 불완전 용접으로 인해 로드셀에 의한 기준값 도달전에 스터드볼트가 꺽인다거나 떨어져 나가게 되면 해당 차량 패널은 스터드볼트의 용접불량에 해당하게 된다.
도 6은 본 발명 검사장치의 평면도이고, 도 7은 본 발명 검사장치의 사시도이다.
여기에서 보는 바와 같이, 체커본체(31)의 함체내 바닥면에는 가이드레일(34)이 배치되고 이 가이드레일의 종단부에는 상기 가이드레일에 장착될 슬라이드블록(32)을 전,후진 제어하기 위한 에어실린더(36)가 장착되고 있다.
상기 가이드레일(34)에는 슬라이드블록(32)이 장착되고 또 이 슬라이드블록(32)의 한쪽면에는 에어실린더(36)의 피스톤로드에 고정되어 있어 에어실린더(36)의 상부에 마련된 에어 흡기구 및 배기구를 통한 공압제어로 슬라이드블록(32)의 스터드푸셔(33)를 이동시키도록 구성하며, 이와 관련하여 차량 패널을 파지한 로봇장치가 위치제어를 통해 차량패널 상의 검사대상 스터드볼트(10)를 슬라이드블록(32)상의 스터드푸셔(33)에 위치시켜 해당 스터드볼트의 푸싱을 통한 용접강도의 이상 유무를 검사하도록 구성하고 있다.
상기 슬라이드블록(32)의 내부에는 에어실린더(36)의 작동방향과 평면상 직교하는 방향으로 배치되는 풀리(38)를 갖는 서보모터(43)가 장착된다.
상기 볼스크류(40)는 상기 서보모터(43)와 평면상 나란히 배치되며 풀리(39)를 가지고 있다. 또한 볼스크류(40)에는 로드셀(41)을 장착하고 그 위에 스터드푸셔(33)를 배치하여 볼스크류(40)가 작동하면 슬라이드블록의 바닥면에 설치된 가이드레일(42)을 따라 서서히 움직여 상기 스터드푸셔(33)가 스터드볼트를 푸싱할 때 로드셀에 부하가 걸리도록 구성한다.
제어부는 상기 로드셀(41) 상에 배치된 스터드볼트 푸시용 스터드푸셔(33) 및 상기 로드셀에 의해 검출된 부하 하중값을 설정 기준값에 비교하여 스터드볼트의 용접상태의 이상 유무를 판단하도록 구성한다.
상기 체커본체(31)는 패널에 용접된 스터드볼트의 용접불량 여부 및 용접누락 여부를 검사하는데 적합한 높이를 유지할 수 있는 스탠드(30)상에 고정설치할 수 있다.
도 8에서 기재하고 있는 바와 같이, 상기 제어부(50)는 스터드볼트의 사이즈별 용접강도 기준데이터가 테이블화되어 저장된 DB(55)를 포함한다
또한 상기 제어부(50)는 일련의 스터드볼트 검사이력 데이터를 저장하기 위한 데이터 메모리(56)를 포함한다.
또한 상기 제어부(50)는 스터드볼트 검사 정보를 원격지의 센터컴퓨터(59)에 실시간전송 또는 자동전송하도록 구성할 수 있다.
상기 제어부(50)는 스터드볼트의 검사 결과 및 용접불량 상태를 보여주기 위한 표시부(52)를 포함할 수 있다.
더불어 상기 제어부(50)는 기준값 등의 레퍼런스 설정하기 위한 설정입력부를 마련하고 있으며, 검사중 스터드볼트의 용접불량발생시 이를 관리자 등에게 통보하기 위한 경보부(54)를 포함할 수 있다.
모면중 미설명부호인 모터드라이브(57)는 제어부(50)의 출력에 따라 서보모터(43)에 구동전류를 제공하는 기능을 수행하고, 솔레노이드부(58)는 제어부(50)의 출력에 따라 에어실린더(36)를 향한 흡배기를 제어하는 기능을 수행하도록 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 일련의 스터드볼트 용접작업을 마친 패널을 로봇장치가 파지하여 프로그램된 순번의 스터드볼트 위치(좌표)정보에 따라 패널 상의 용접된 해당 스터드볼트를 체커본체(31)에 접근시키면 제어부(5)는 솔레노이드부(58)에 제어명령을 내보내 에어실린더(36)를 작동시킴으로써 가이드레일(34)을 따라 슬라이드블록(32)을 전진 이동시킨다.
슬라이드블록(32)이 전진 이동하여 전방의 패널상의 검사대상 스터드볼트에 접근하여 접촉하게 되면 제어부(50)는 서브모터(43)르르 구동하여 그의 축에 결합된 풀리(38)를 구동시킴으로써 이 풀리(38)에 벨트(도시생략)로 결합된 풀리(39)를 회동시켜 볼스크류(40)를 스므스하게 회전시킨다.
볼스크류의 회전으로 그의 몸체는 가이드레일(42)을 따라 에어실린더(36)의 작동방향과 직교하는 방향으로 이동하려 하게 되고, 이때의 이동하려는 힘은 스터드푸셔(33)를 통해 해당 스터드볼트(10)에 부과되게 되며 그때의 부과되는 힘은 로드셀(40)에 의해 검출되어 제어부(50)에 입력된다.
제어부는 입력되는 로드셀의 부하 검출값을 사전에 설정된 스터드볼트의 사이즈 또는 중량별 기준값에 실시간 연산 비교 처리하여 로드셀에 걸리는 부하가 설정 기준값에 이르면 해당 스터드볼트의 용접상태를 정상으로 판단한다.
만일, 로드셀에 의해 검출된 부하값이 설정기준값에 이르기 전에 무부하 상태가 되거나 부하가 줄어들게 되면, 이때는 스터드볼트의 꺽임 또는 부러짐 현상에 따른 용접불량으로 판단한다. 또, 로드셀에 부하가 걸리지 않으면 스터드볼트 용접누락으로 판단한다.
이와 같은 방식으로 패널에 용접된 모든 스터드볼트를 검사할 수 있으며, 이렇게 검사된 부하값(로드셀 검출값)정보와 용접불량 및 용접누락 정보는 메모리(56)에 저장되고 표시부(52)에 표시되며, 필요에 따라 통신모듈(53)을 통해 원격지의 센터컴퓨터(59)에 전송될 수 있다.
위에서는 본 발명 검사장치를 고정형인 경우로 한정하여 설명하였으나, 그 기본구조의 변형 없이 컴팩트하게 조립하여 스터드볼트 용접용 로봇장치의 암에 장착하여 사용하는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자이면 용이하게 설계할 수 있을 것이다.
또한 위의 본 발명에서는 에어실린더(36)와 서보모터(43) 및 볼스크류(40)가 동일평면상 서로 직교하는 방향으로 설계된 것에 대해서만 설명하였으나, 이것 또한 에어실린더(36), 서보모터(43) 및 볼스크류(40)를 동일평면의 동일방향으로 설계될 수 있음은 자명한 수준의 설계변경에 해당한다.
본 발명에 기초한 에어실린더(36), 서보모터(43) 및 볼스크류(40)의 동일축상 직선화 설계에 따를 경우 스터드볼트 검사장치의 소형 경량화를 달성할 수 있으므로 기존의 스터드볼트 용접용 로봇장치의 암에 일체화시켜 설치하는데 유리하며, 더불어 기존의 패널당 스터드볼트의 일괄용접 및 일괄검사 방식과는 달리 하나하나의 스터드볼트의 용접 직후 바로 해당 스터드볼트의 용접불량이나 용접누락 여부를 검사할 수 있어 용접 및 검사 작업의 효율화에 따른 제품의 생산성 개선을 달성할 수 있다.
10 : 스터드볼트 16 : 패널
30 : 스탠드 31 : 체커본체
32 : 슬라이드블록 33 : 스터드푸셔
34,42 : 가이드레일 35 : 케이블
36 : 에어실린더 37 : 스토퍼
38,39 : 풀리 40 : 볼스크류
41 : 로드셀 43 : 서보모터
44 : 이동손잡이 50 : 제어부
51 : 설정입력부 52 : 표시부
53 : 통신모듈 54 : 경고부
55 : DB 56 : 메모리
57 : 모터드라이브 58 : 솔레노이드부
59 : 센터컴퓨터

Claims (6)

  1. 함체내의 바닥면에는 가이드레일(34)이 배치되고 이 가이드레일의 종단부에는 상기 가이드레일에 장착될 슬라이드블록(32)을 전,후진 제어하기 위한 에어실린더(36)가 장착된 체커본체(31)와, 상기 슬라이드블록(32)의 내부에서 에어실린더의 작동방향과 직교하는 방향으로 배치되는 풀리(38)를 갖는 서보모터(43)와, 상기 서보모터와 평면상 나란히 배치되며 서로 인접한 풀리(38,39)의 벨트결합을 통해 가이드레일(42)을 따라 수평이동하는 볼스크류(40)와, 상기 볼스크류 상에 설치된 로드셀(41)과, 상기 로드셀 상에 배치된 스터드볼트 푸시용 스터드푸셔(33) 및 상기 로드셀에 의해 검출된 부하 하중값을 설정 기준값에 비교하여 스터드볼트의 용접상태의 이상 유무를 판단하는 제어부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 체커본체(31)는 일정한 높이를 갖는 스탠드(30)에 고정설치되는 것을 특징으로 하는 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(50)는 스터드볼트의 사이즈별 용접강도 기준데이터가 테이블화되어 저장된 DB(55)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(50)는 일련의 스터드볼트 검사이력 데이터를 저장하기 위한 데이터 메모리(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(50)는 스터드볼트 검사 정보를 원격지의 센터컴퓨터(59)에 실시간전송 또는 자동전송하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제어부(50)는 스터드볼트의 검사 결과 및 용접불량 상태를 보여주기 위한 표시부(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스터드볼트의 용접불량 및 용접누락 검사장치.
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