KR101300254B1 - 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치는 작업 플레이트; 작업 플레이트의 소정 영역에 배치되며, 장착된 제 1 부재를 최적 위치로 이동시키는 다수의 조절부; 및 작업 플레이트의 소정 영역에 배치되며, 장착된 제 2 부재를 고정적으로 지지하는 다수의 고정부를 포함한다. 각 조절부는 작업 플레이트를 기준으로 제 1 부재를 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동시킬 수 있는 제 1, 제 2 및 제 3 조절 유니트를 포함한다. 조절부의 제 1 조절 유니트는 작업 플레이트(300)에 대하여 상하 방향으로 이동 가능한 제 1 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 1 블록을 이동시키는 제 1 구동부를 포함하며, 제 2 조절 유니트는 제 1 조절 유니트의 제 1 블록 상에 위치하여 제 1 블록에 대하여 고정부에 장착된 제 2 부재의 길이 방향에 직교하는 방향으로 이동 가능한 제 2 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 2 블록을 이동시키는 제 2 구동부를 포함한다. 또한, 제 3 조절 유니트는 제 2 조절 유니트의 제 2 블록 상에 위치하여 제 2 블록에 대하여 고정부에 장착되는 제 2 부재의 길이 방향으로 이동 가능한 제 3 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 3 블록을 이동시키는 제 3 구동부를 포함한다.

Description

부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치 {Apparatus for improving accuracy of space between members}
본 발명은 부재 사이의 간격 정밀도를 향상시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 철도 차량의 대차 프레임은 철도 차량에서 스프링 하중을 제외한 모든 차량의 하중을 지지하는 부품으로서, 차량의 안전 운행과 가장 밀접한 관련이 있는 부품이다.
이러한 대차 프레임은 주로 지지하는 하중의 크기와 운행시 발생하는 힘의 크기에 따라 철강 소재를 이용하여 용접 구조의 형태로 제작되는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 금속 재료로 제조된 대차 프레임은 그 무게가 1.3 내지 2톤으로 무겁고 강성이 크다.
이와 같은 금속제 대차 프레임을 경량화하기 위해 섬유 강화 복합 소재를 이용하여 대차 프레임을 제조하는 기술이 개발되어 왔으며, 이 기술은 기존의 금속제 대차 프레임의 무게를 25~50%까지 줄일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 대차 프레임의 기본 구조체를 도시한 도면으로서, 대차 프레임의 기본 구조체(10)는 2개의 종축 지지대(11a, 11b) 및 종축 지지대(11a, 11b) 사이에 배치된 횡축 지지대(12a, 12b)를 포함한다.
각 종축 지지대(11a, 11b)는 다수의 리브에 의하여 내부 공간이 구획되어 있는 프레임) 및 프레임의 내부 공간에 채워진 포상 물질(foam)로 이루어진다.
여기서, 종축 지지대(11a, 11b)의 프레임은 복합 소재로 이루어진다. 예를 들어, 프레임(110a-2)은 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화 섬유에 기지 재료에 함침된 프리프레그(prepreg)를 적층한 후에 경화시킨 후 소정의 크기와 형상으로 절단하거나, 강화 섬유 프리폼(preform)에 수지를 주입하여 경화시킨 후 원하는 크기와 형상으로 절단함으로써 제조된다.
또한, 종축 지지대(11a, 11b)의 프레임의 내부 공간을 채우는 포상 물질로서는 가볍고 변형이 쉬운 물질을 사용한다. 종축 지지대(11a, 11b)를 제작하기 위하여 프레임의 내부 표면에 포상 물질을 접착제를 이용하여 접착한다.
한편, 횡축 지지대(12a, 12b)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합재 등의 강화 섬유에 에폭시, 폴리에스테르 및 페놀 등의 기지 재료에 함침된 프리프레그(prepreg)를 적층함으로써 제작될 수 있으며, 또는 알루미늄이나 강재 등의 금속재를 이용하여 제작할 수 있다.
도 1에 도시된 복합 소재 대차 프레임용 기본 구조체(10)를 제작하기 위해서는 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b)를 접합제(본드)로 접합하게 된다. 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b)를 접합하는 과정을 간단하게 설명하면 다음과 같다.
작업 플레이트 상에 지지판을 설치한 후, 지지판을 고정용 그립으로 견고하게 고정한다. 이후, 지지판에 종축 지지대(11a, 11b)를 고정하고, 횡축 지지대(12a, 12b)의 접합 영역 표면(즉, 종축 지지대(11a, 11b)에 대응하는 단부 표면)에 접합제를 도포하여 접합제층을 형성한 상태에서 횡축 지지대(12a, 12b)의 위치를 고정한다.
이후, 횡축 지지대(12a, 12b)의 축 방향으로 압력을 가하기 위해 압력 부가용 공구(예를 들어, 자키)를 이용하여 종축 지지대(11a, 11b)에 압력을 부과하여 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b)를 접합하게 된다.
그러나, 설비를 이용한 위와 같은 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b)의 접합 공정을 진행하는 과정에서, 횡축 지지대(12a, 12b)의 설정된 영역에 접착제를 도포할 때 전체 표면에 접합제 층의 두께를 균일하게 형성하는 것은 매우 어렵다.
종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b), 즉 소재 대차 프레임용 기본 구조체(10)의 좌우 대칭 및 비틀림 방지 측면에서 가능하면 횡축 지지대(12a, 12b)의 모든 접합 표면에서 접착제 층의 두께를 균일하게 형성해야 하며, 따라서 위와 같은 문제점은 대차 프레임의 제작 과정에서 반드시 해결해야만 한다.
본 발명은 다수의 부재, 예를 들어 철도 차량용 복합 소재 대차 프레임을 제작하는 과정에서 발생하는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철도 차량의 핵심 부품 중의 하나인 대차 프레임의 기본 구조체를 제조할 때 횡축 지지대의 설정된 영역(종축 지지대와의 접합 영역)과 종축 지지대 사이에 균일한 두께의 접합제 층을 형성할 수 있는, 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치는 작업 플레이트; 작업 플레이트의 소정 영역에 배치되며, 장착된 제 1 부재를 최적 위치로 이동시키는 다수의 조절부; 및 작업 플레이트의 소정 영역에 배치되며, 장착된 제 2 부재를 고정적으로 지지하는 고정부를 포함하여, 제 2 부재에 대한 제 1 부재의 위치를 조절하고, 제 2 부재와 제 1 부재 간의 간격을 설정된 간격으로 조절하면서 제 1 부재를 제 2 부재에 대하여 가압한다.
여기서, 다수의 조절부는 4개소에 배치되며, 직선형의 2개의 제 1 부재는 서로 평행한 상태에서 그 양단부가 각 조절부에 고정되며, 또한 다수의 고정부는 4개소에 배치되며, 직선형의 2개의 제 2 부재는 서로 평행한 상태에서 그 양단부가 각 고정부에 고정된다. 여기서, 제 1 부재와 제 2 부재는 직교 상태로 정렬된다.
각 조절부는 작업 플레이트를 기준으로 제 1 부재를 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동시킬 수 있는 제 1, 제 2 및 제 3 조절 유니트를 포함한다.
조절부의 제 1 조절 유니트는 작업 플레이트(300)에 대하여 상하 방향으로 이동 가능한 제 1 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 1 블록을 이동시키는 제 1 구동부를 포함하며, 제 2 조절 유니트는 제 1 조절 유니트의 제 1 블록 상에 위치하여 제 1 블록에 대하여 고정부에 장착된 제 2 부재의 길이 방향에 직교하는 방향으로 이동 가능한 제 2 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 2 블록을 이동시키는 제 2 구동부를 포함한다. 또한, 제 3 조절 유니트는 제 2 조절 유니트의 제 2 블록 상에 위치하여 제 2 블록에 대하여 고정부에 장착되는 제 2 부재의 길이 방향으로 이동 가능한 제 3 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 3 블록을 이동시키는 제 3 구동부를 포함한다.
한편, 각 조절부는 제 3 조절 유니트의 제 3 블록의 상부면에 고정된 고정 지그를 더 포함할 수 있다. 조절부의 지그에서 안착면을 한정하는 2개의 스토퍼는 제 2 부재의 길이 방향으로 배치되어 제 1 부재는 지그에 의하여 제 2 부재에 가압된다. 또한, 고정부는 제 2 부재를 고정하는 고정 지그를 포함하되, 고정 지그는 제 2 부재의 폭 방향 이동을 억제할 수 있는 구조를 갖는다.
위와 같은 본 발명에 따른 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치는 각 조절 유니트에 의하여 제 1 부재(예를 들어, 대차 프레임의 기본 구조체의 종축 지지대)의 위치를 제 2 부재(예를 들어, 대차 프레임의 기본 구조체의 횡축 지지대)에 대하여 정확하게 제어할 수 있으며, 따라서 제 1 부재의 양 종단면과 제 2 부재의 접합면 간의 간격, 즉 접합부의 두께를 전체적으로 균일하게 제어할 수 있다.
도 1 은 복합 소재로 이루어진 일반적인 대차 프레임용 기본체의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 접합부 치수 정밀도 향상 장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 어느 한 조절부의 상세 도면.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 접합부 치수 정밀도 향상 장치 상에 도 1에 도시된 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체를 장착한 상태의 사시도 및 평면도.
이하, 본 발명에 따른 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치를 첨부한 도면을 통하여 상세히 설명한다. 한편, 이하의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치를 도 1에 도시된 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체(10)를 제조하는 과정을 예를 들어 설명한다.
또한, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 부재 사이의 간격 정밀도 향상 장치를 편의상 "본 발명 장치"로 칭한다.
도 2는 본 발명 장치의 사시도로서, 본 발명 장치는 작업 플레이트(300); 작업 플레이트(110)의 소정 영역에 장착된 다수의 조절부(100); 작업 플레이트(300)의 소정 영역에 장착된 다수의 고정부(200)를 포함한다.
도 2에서, 다수의 조절부(100)는 도 1에 도시된 복합 소재 대차 프레임용 기본 구조체(10)의 2개의 종축 지지대(11a, 11b)의 양 종단부에 대응하며, 따라서 4개의 조절부(100)는 4각형을 이루도록 작업 플레이트(110)의 4개의 모서리부에 장착되는 것이 바람직하다.
한편, 다수의 고정부(200)는 도 1에 도시된 복합 소재 대차 프레임용 기본 구조체(10)의, 서로 나란한 2개의 횡축 지지대(12a, 12b)의 양 단부를 지지하며, 따라서 4개의 고정부(200)는 4개의 조절부(100)의 내측 영역에 고정된다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 본 발명 장치 상에 도 1에 도시된 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체를 장착한 상태의 사시도 및 평면도로서, 위와 같은 다수의 조절부(100)에 장착된 2개의 종축 지지대(11a, 11b) 및 다수의 고정부(200)에 고정된 2개의 횡축 지지대(12a, 12b)를 도시하고 있다.
도 3은 도 2에 도시된 조절부(100) 중 어느 한 조절부의 구조를 도시한 도면으로서, 제 1 조절부(100)는 작업 플레이트(110)를 기준으로 종축 지지대(11a, 11b)를 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 각각 이동시킬 수 있는 제 1, 제 2 및 제 3 조절 유니트(110, 120 및 130)를 포함한다.
제 1 조절 유니트(110)는 작업 플레이트(300)에 대하여 z 방향(상하 방향)으로 이동 가능한 제 1 블록(112) 및 작업 플레이트(300)에 장착되어 제 1 블록(112)을 상하 이동시키는 제 1 구동부(111)를 포함한다.
여기서, 제 1 블록(112)이 작업 플레이트(300)에 대하여 상하 방향으로 이동될 수 있도록 하는 구성은 이 기술 분야에서 일반적이며, 따라서 이에 대한 설명은 생략한다.
제 2 조절 유니트(120)는 제 1 조절 유니트(110)의 제 1 블록(112) 상에 위치하여 제 1 블록(112)에 대하여 x 방향(즉, 고정부(200)에 장착된 횡축 지지대(12a, 12b)의 길이 방향에 직교하는 방향)으로 이동 가능한 제 2 블록(122) 및 작업 플레이트(300)에 장착되어 제 2 블록(122)을 x 방향으로 수평 이동시키는 제 2 구동부(121)를 포함한다.
제 3 조절 유니트(130)는 제 2 조절 유니트(120)의 제 2 블록(122) 상에 위치하여 제 2 블록(122)에 대하여 y 방향(즉, 고정부(200)에 장착되는 횡축 지지대(12a, 12b)의 길이 방향)으로 이동 가능한 제 3 블록(132) 및 작업 플레이트(300)에 장착되어 제 3 블록(132)을 y 방향으로 수평 이동시키는 제 3 구동부(131)를 포함한다.
한편, 각 조절부(100)는 제 3 조절 유니트(130)의 제 3 블록(132)의 상부면에 고정된 고정 지그(140)를 더 포함한다. 여기서, 각 고정부(200)에도 고정 지그(240)가 고정되어 있으며, 이 지그(240)는 횡축 지지대(12a, 12b)의 폭 방향 이동을 억제할 수 있는 구조를 갖는다.
이와 같이 구성된 본 발명의 장치를 이용하여 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체(10)의 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b) 간을 접합시키는 방법을 각 도면을 통하여 설명한다.
먼저, 4개의 조절부(100)의 고정 지그(140) 내에 기본 구조체(10)의 2개의 종축 지지대(11a, 11b)의 각 종단부를 위치시켜 종축 지지대(11a, 11b)를 고정시키며, 또한 고정된 2개의 횡축 지지대(12a, 12b)의 양 종단부를 4개의 고정부(200)의 고정 지그(240) 내에 위치시킨다.
이때, 2개의 횡축 지지대(12a, 12b)의 양 종단은 대응하는 종축 지지대(11a, 11b)의 소정 영역, 즉 접합 영역의 표면과는 소정 간격(도 4 및 도 5의 "A" 부분)을 유지한다.
이 상태에서, 2개의 횡축 지지대(12a, 12b)의 양 종단면과 2개의 종축 지지대(11a, 11b)의 대응 표면에 페이스트(paste) 또는 필름 형태의 접착제를 도포한다. 이때, 횡축 지지대(12a, 12b)에 대하여 종축 지지대(11a, 11b)가 정확한 위치에 정렬되도록 각 조절부(100)가 작동한다.
즉, 각 조절부(100)의 제 1 조절 유니트(110)에서는 제 1 구동부(111)에 의하여 제 1 블록(112)이 상하 이동하여 횡축 지지대(12a, 12b)에 대한 종축 지지대(11a, 11b)의 상하 위치를 정확하게 조절한다.
또한, 제 2 조절 유니트(120)에서는 제 2 구동부(121)에 의하여 제 2 블록(122)이 x 방향(고정부(200)에 장착된 횡축 지지대(12a, 12b)의 길이 방향에 직교하는 방향)으로 이동함으로써 횡축 지지대(12a, 12b)의 양 종단면에 대하여 종축 지지대(11a, 11b)의 접합 위치가 정확하게 위치한다.
마지막으로, 제 3 조절 유니트(130)에서는 제 3 구동부(131)에 의하여 제 3 블록(132)이 y 방향(고정부(200)에 장착된 횡축 지지대(12a, 12b)의 길이 방향)으로 이동함으로써 횡축 지지대(12a, 12b)의 양 종단면과 종축 지지대(11a, 11b)의 접합면 간의 간격(도 4 및 도 5의 "A" 부분)이 정확하게 제어된다.
한편, 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b)는 접착부에 의하여 서로 접착되며, 따라서 종축 지지대(11a, 11b)는 횡축 지지대(12a, 12b)에 소정의 압력으로 가압되어야 한다.
제 3 유니트(130)의 제 3 블록(132)이 횡축 지지대(12a, 12b)를 향하여 이동할 때 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b) 간에는 소정의 압력이 작용하여 종축 지지대(11a, 11b)와 횡축 지지대(12a, 12b)는 접착부에 의하여 일체화된다. 이와 같이 종축 지지대(11a, 11b)가 횡축 지지대(12a, 12b)에 소정의 압력으로 가압되기 위하여, 각 지그(140)의 안착면(142)을 한정하는 2개의 스토퍼(141)는 횡축 지지대(12a, 12b)의 길이 방향으로 배치되어야 한다.
위와 같은 각 조절 유니트(110, 120, 130)를 구성하는 각 구동부(111, 121 및 131)는 제어 유니트(400)와 전기적으로 연결되어 그 작동이 제어되며, 따라서 각 조절 유니트(110, 120, 130)의 각 블록(112, 122 및 132)의 이동은 제어 유니트(400) 내에 저장된 각 데이터를 기초로 하여 이루어진다.
한편, 위와 같은 각 조절 유니트(110, 120, 130)에 의하여 종축 지지대(11a, 11b)의 위치를 횡축 지지대(12a, 12b)에 대하여 정확하게 제어할 수 있으며, 따라서 종축 지지대(11a, 11b)의 양 종단면과 종축 지지대(11a, 11b)의 접합면 간의 간격("A"), 즉, 접합부의 두께를 전체적으로 균일하게 제어할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시 및/또는 한정하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다.
예를 들어, 위의 설명에서는 본 발명에 따른 접합부 치수 정밀도 향상 장치를 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체를 제조하는 과정을 예를 들어 설명하였지만, 접착제층이 형성되는 모든 구조물/부재에 본 발명에 따른 장치를 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (6)

  1. 작업 플레이트;
    작업 플레이트 상에 배치되며, 장착된 제 1 부재를 최적 위치로 이동시키는 다수의 조절부; 및
    작업 플레이트 상에 배치되며, 장착된 제 2 부재를 고정적으로 지지하는 다수의 고정부를 포함하되,
    각 조절부는 작업 플레이트를 기준으로 제 1 부재를 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 이동시킬 수 있는 제 1, 제 2 및 제 3 조절 유니트를 포함하여 제 2 부재에 대한 제 1 부재의 위치를 조절하고, 제 2 부재와 제 1 부재 간의 간격을 설정된 간격으로 조절하면서 제 1 부재를 제 2 부재에 대하여 가압하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 조절부는 4개소에 설치되며, 직선형의 2개의 제 1 부재는 서로 평행한 상태에서 그 양단부가 각 조절부에 고정되며,
    다수의 고정부는 4개소에 설치되며, 직선형의 2개의 제 2 부재는 서로 평행한 상태에서 그 양단부가 각 고정부에 고정되되,
    조절부과 고정부는 제 1 부재와 제 2 부재는 직교 상태로 정렬되도록 배치된 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 부재는 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체를 구성하는 종축 지지대이며, 제 2 부재는 복합 소재 대차 프레임의 기본 구조체를 구성하는 횡축 지지대인 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 각 조절부의 제 1 조절 유니트는 작업 플레이트에 대하여 상하 방향으로 이동 가능한 제 1 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 1 블록을 이동시키는 제 1 구동부를 포함하며,
    제 2 조절 유니트는 제 1 조절 유니트의 제 1 블록 상에 위치하여 제 1 블록에 대하여 고정부에 장착된 제 2 부재의 길이 방향에 직교하는 방향으로 이동 가능한 제 2 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 2 블록을 이동시키는 제 2 구동부를 포함하고,
    제 3 조절 유니트는 제 2 조절 유니트의 제 2 블록 상에 위치하여 제 2 블록에 대하여 고정부에 장착되는 제 2 부재의 길이 방향으로 이동 가능한 제 3 블록 및 작업 플레이트에 장착되어 제 3 블록을 이동시키는 제 3 구동부를 포함하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각 조절부는 제 3 조절 유니트의 제 3 블록의 상부면에 고정된 고정 지그를 더 포함하되, 지그의 안착면을 한정하는 2개의 스토퍼는 제 2 부재의 길이 방향으로 배치되어 제 1 부재는 지그에 의하여 제 2 부재에 가압되며,
    고정부는 제 2 부재를 고정하는 고정 지그를 포함하되, 고정 지그는 제 2 부재의 폭 방향 이동을 억제할 수 있는 구조를 갖는 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 각 조절부의 각 구동부에 전기적으로 연결되어 각 블록의 이동을 제어하는 제어 유니트를 더 포함하는 장치.
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