KR101344583B1 - 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치에 관한 것으로, 그 목적은 오일 그루브의 가공을 행하는 툴이 실린더 라이너의 내면에 대하여 수직한 상태를 유지한 채로 가공을 행할 수 있도록 로봇툴의 자세를 조정하여 보다 정확한 오일 그루브의 가공이 가능하게 하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 실린더 라이너의 내면에 오일 그루브를 가공하기 위한 툴과, 상기 툴을 회전시키기 위한 스핀들 헤더를 구비하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴에서 스핀들 헤더를 지지하는 브라켓에 설치되되, 상기 스핀들 헤더의 중심을 지나며 로봇툴의 전후방향으로 연장되는 선(L1) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더의 일측에 위치하도록 설치되어 실린더 라이너 내면과의 거리를 검출하는 제1 변위센서; 및 상기 선(L1) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더의 타측에 위치하도록 설치되어 실린더 라이너 내면과의 거리를 검출하는 제2 변위센서로 구성되어 제1 변위센서와 제2 변위센서로부터 검출되는 값을 비교하여 로봇툴의 틸트각도를 조정함으로써 로봇툴의 자세를 조정하도록 구성된 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

로봇툴, 실린더 라이너, 틸트각도, 요각도, 변위센서

Description

실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치{Yaw and tilt angle adjusting device of an engine cylinder liner's oil-groove machining robot }

본 발명은 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세를 조정하는 장치에 관한 것으로, 특히 실린더 라이너의 내면에 오일 그루브를 가공하는 툴이 실린더 라이너의 내면에 대하여 수직한 상태를 유지할 수 있도록 로봇툴의 자세를 조정하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 엔진에 사용되는 실린더 라이너는 선박의 엔진이 흡입-압축-폭발-배기의 행정과정을 거칠 때, 피스톤의 왕복운동을 안내하는 통로의 역할을 하는 것과 함께 실린더헤드와 더불어 분사된 연료의 압축 및 폭발을 위한 공간을 제공하는 역할을 하는 부품이다.

한편 상기 실린더 라이너의 내부면에는 피스톤의 원활한 이동과 기밀성의 향상을 위한 오일이 주입되는 다수개의 오일홀(11)들과, 상기 오일홀(11)들을 통하여 유입되는 오일을 실린더 내면에 고르게 분포되도록 오일홀(11)들을 상호 연결하는 오일 그루브(Oil groove,12)가 형성되어 있다. 이러한 실린더 라이너의 구조가 도 1에 도시되어 있다.

상기와 같이 실린더 라이너의 내면에 형성되는 오일 그루브의 대부분은 작업자가 그라인더를 이용하여 실린더의 내면을 일정한 깊이로 가공하는 수작업에 의하여 형성되고 있으며, 이처럼 오일 그루브를 수작업에 의하여 가공함에 있어, 직경이 큰 실린더에 대해서는 작업자가 실린더의 내부로 들어가서 작업을 할 수 있으므로 비교적 용이하게 오일 그루브의 가공작업을 할 수 있으나, 비교적 작은 직경(약 600㎜ 이하)에 대해서는 오일 그루브의 가공에 많은 어려움이 따르는 문제점이 있었다.

상기와 같이 오일 그루브의 가공에 어려움이 있는 것을 고려하여 최근에는 로봇암의 끝단에 로봇툴을 장착하여 오일 그루브를 자동으로 가공하는 방법이 사용되고 있다.

도 2는 종래 로봇암의 끝단에 로봇툴을 장착하여 오일 그루브를 가공하는 과정을 나타낸 측면도를 도시하고 있다.

한편 로봇암(20)의 끝단에 장착되는 로봇툴(30)은 오일 그루브의 가공을 위한 툴(31)이 구비된 스핀들 헤더(32)와, 스핀들 헤더(32)의 일측에 설치되어 실린더 라이너(10)의 내면과 로봇툴 사이의 거리측정을 위한 변위센서(33)와, 스핀들 헤더의 다른 일측에 설치되어 오일홀을 기준으로 툴의 위치를 검출하기 위한 영상을 촬영하여 툴의 위치보정을 위한 정보를 제공하는 시각센서(34)를 구비하는 것으로 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 로봇툴은 변위센서로부터 측정되는 정보를 이용하여 실린더 라이너의 내면으로부터 로봇툴이 목적으로 하는 높이를 유지할 수 있도록 하 고, 시각센서로부터 측정되는 영상정보를 이용하여 툴의 위치를 보정함으로써 정밀도 높은 오일 그루브의 자동가공이 가능한 이점을 가지고 있다.

도 3은 로봇툴이 전방으로 기울어진 상태를 나타낸 상태도를, 도 4는 로봇툴이 좌측으로 기울어진 상태를 나타낸 상태도를 도시하고 있다.

상기와 같은 종래의 로봇툴은 실린더 라이너의 고정시 발생되는 오차 또는 로봇툴이나 로봇툴을 지지하는 로봇암의 기기적인 오차로 인하여 툴(31)이 가공부위인 실린더 라이너의 내면에 대하여 수직한 상태를 유지하지 못하고, 실린더 라이너의 길이방향(도 3 참조)이나 실린더 라이너의 횡방향(도 4 참조)으로 기울어진 상태에서 가공을 수행하는 경우가 발생되며, 이처럼 툴의 위치가 어긋한 상태로 오일 그루브의 가공을 행함에 따라 가공품질이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 오일 그루브의 가공을 행하는 툴이 실린더 라이너의 내면에 대하여 수직한 상태를 유지한 채로 가공을 행할 수 있도록 로봇툴의 자세를 조정하여 보다 정확한 오일 그루브의 가공이 가능하게 하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치는 실린더 라이너의 내면에 오일 그루브를 가공하기 위한 툴과, 상기 툴을 회전시키기 위한 스핀들 헤더를 구비하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴에서 스핀들 헤더를 지지하는 브라켓에 설치되되, 상기 스핀들 헤더의 중심을 지나며 로봇툴의 전후방향으로 연장되는 선(L1) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더의 일측에 위치하도록 설치되어 실린더 라이너 내면과의 거리를 검출하는 제1 변위센서; 및 상기 선(L1) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더의 타측에 위치하도록 설치되어 실린더 라이너 내면과의 거리를 검출하는 제2 변위센서로 구성되어 제1 변위센서와 제2 변위센서로부터 검출되는 값을 비교하여 로봇툴의 틸트각도를 조정함으로써 로봇툴의 자세를 조정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 스핀들 헤더의 중심을 지나며 로봇툴의 좌우방향으로 연장되도록 상기 선(L1)과 직교하는 또 다른 선(L2) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더의 일측에 위치하도록 브라켓에 설치되어 실린더 라이너 내면과의 거리를 검출하는 제3 변위센서; 및 상기 선(L1)을 기준으로 제3 변위센서와 대칭구조를 갖도록 브라켓에 설치되어 실린더 라이너 내면과의 거리를 검출하는 제4 변위센서를 더 포함하여 제3 변위센서와 제4 변위센서로부터 검출되는 값을 비교하여 로봇툴의 요각도도 함께 조정하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 브라켓에 설치되어 가공부위의 영상을 촬영하는 시각센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 스핀들 헤더를 사이에 두고 설치된 제1 변위센서와 제2 변위센서에서 검출되는 값의 차이를 이용하여 로봇툴의 틸트각도를 교정하여 로봇툴의 자세를 올바르게 조정함으로써, 오일 그루브의 가공품질을 향상시킬 수 있게 되었다. 더욱이 제3 변위센서와 제4 변위센서에서 검출되는 값의 차이를 이용하여 로봇툴의 요각도도 함께 교정하게 되면, 보다 정확한 로봇툴의 자세 조정이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자세 조정장치가 설치된 로봇툴의 사시도를, 도 6은 도 5에 도시된 로봇툴에 의한 오일 그루브의 가공상태를 나타낸 종단면도를, 도 7은 도 5에 도시된 로봇툴에 의한 오일 그루브의 가공상태를 나타낸 횡단면도를 도시하고 있다.

한편 본 발명에서 언급되는 로봇툴(100)의 틸트(Tilt)각도라 함은 실린더 라이너(10)의 길이방향과 평행한 로봇툴(100)의 전후방향으로 로봇툴(100)이 기울어진 각도를 의미하는 것으로, 가장 이상적인 틸트각도는 0°로써, 이때 로봇툴(100)에 장착된 툴(111)은 실린더 라이너(10)의 내면에 대하여 이상적인 수직상태를 유지하게 된다. 또한 로봇툴(100)의 요(yaw)각도라 함은 실린더 라이너(10)의 횡방향 즉, 로봇툴(100)의 좌우방향으로 로봇툴(100)이 기울어진 각도를 의미하는 것으로, 가장 이상적인 요각도는 0°이며, 이때 로봇툴(100)에 장착된 툴(111)은 실린더 라이너(10)의 내면과 가장 이상적인 수직상태를 유지하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇툴(100)의 자세 조정장치는 실린더 라이너(10)의 내면에 오일 그루브의 가공을 행하는 로봇툴(100)의 자세를 올바르게 교정하기 위한 정보를 로봇암의 제어부(미도시됨)에 전달하여 줌으로써 로봇툴(100)에 장착된 툴(111)이 실린더 라이너(10)의 내면에 대하여 항시 수직한 상태를 유지할 수 있도록 로봇툴(100)의 자세를 조정하는 것으로, 로봇툴(100)의 스핀들 헤더(110)를 사이에 두고 설치된 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122) 그리고 또 다른 위치에서 스핀들 헤더(110)를 사이에 두고 설치된 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)로 구성되어 있다.

한편 상기 로봇툴(100)은 오일 그루브의 가공을 위한 툴(111)과, 상기 툴(111)을 회전시키기 위한 스핀들 헤더(110)가 브라켓(130)에 설치된 것으로 구성 되어 있으며, 상기 브라켓(130)이 공지의 로봇암에 장착되어 로봇암에 의하여 위치이동이 이루어지며 오일 그루브를 가공하게 된다. 이러한 로봇툴(100)은 이미 오일 그루브의 가공에 사용되고 있는 공지된 기술인 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)는 로봇툴(100)의 틸트각도를 교정하기 위한 정보를 제공하는 것으로, 스핀들 헤더(110)를 사이에 두고 설치되되, 스핀들 헤더(110)의 중심을 지나며 로봇툴(100)의 전후방향으로 연장되는 선(L1) 상에 중심이 위치하도록 브라켓(130)에 설치된다. 물론 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)의 중심이 상기 선(L1)으로부터 어긋난 위치에 설치될 수도 있으나, 오일 그루브의 가공시 툴(111)은 실린더 라이너(10)의 내면을 따라 원주 방향으로 이동하기 때문에 상기 선(L1)으로부터 어긋난 위치에 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)의 중심이 설치된 경우, 제1,2 변위센서(121,122)로부터 검출되는 값은 실린더 라이너(10)의 곡률을 고려하여 계산되어야 할 것이고, 이는 직경이 다른 실린더 라이너(10)를 가공할 때마다 프로그램을 수정해주어야만 하는 번거로움을 초래하게 되므로, 툴(111) 즉, 스핀들 헤더(110)의 중심을 지나는 상기 선(L1) 상에 제1 변위센서(121)와 제1 변위센서(121)의 중심이 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다.

한편 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)는 동일 평면상에 위치하도록 브라켓(130)에 설치되어 로봇툴(100)에 장착된 툴(111)이 실린더 라이너(10)의 내면에 대해 수직한 상태를 유지하였을 때, 동일한 값을 검출하게 된다.

상기와 같이 설치된 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)는 각 위치에서 실린더 라이너(10)의 내면과의 거리를 검출하게 되고, 이처럼 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)로부터 검출되는 값(d1,d2)의 차이를 이용하여 로봇툴(100)의 틸트각도를 조정하는 것과 함께 툴(111)이 실린더 라이너(10)로 삽입된 가공깊이를 검출하게 된다. 이와 같은 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)는 실린더 라이너(10)의 내면으로부터 이격된 상태에서 거리를 검출할 수 있도록 공지의 레이저 변위센서로 구성될 수 있다.

상기와 같은 제1 변위센서(121)과 제2 변위센서(122)만으로도 로봇툴(100)의 자세를 조정할 수 있으나, 보다 정확한 자세 조정을 위하여 요각도의 조정을 위한 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)가 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)는 로봇툴(100)의 요각도를 교정하기 위한 정보를 제공하는 것으로, 제1 변위센서(121) 및 제2 변위센서(122)와 다른 위치에서 스핀들 헤더(110)를 사이에 두고 설치된다. 보다 구체적으로, 제3 변위센서(123)는 스핀들 헤더(110)의 중심을 지나며 로봇툴(100)의 좌우방향으로 연장되도록 상기 선(L1)과 직교하는 또 다른 선(L2) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더(110)의 일측에 위치하도록 브라켓(130)에 설치되어 실린더 라이너(10) 내면과의 거리를 검출하고, 상기 제4 변위센서(124)는 선(L1)을 기준으로 제3 변위센서(123)와 대칭구조를 갖도록 브라켓(130)에 설치되어 또 다른 위치에서 실린더 라이너(10) 내면과의 거리를 검출하도록 설치된다.

상기와 같이 설치된 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)로부터 검출되는 값(d3,d4)의 차이를 이용하여 로봇툴(100)의 요각도를 교정하게 된다. 한편 상기 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)는 공지의 레이저 변위센서로 구성될 수 있다.

한편 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122) 및 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)가 설치된 로봇툴(100)에는 가공부위의 영상을 촬영하기 위한 시각센서(125)가 더 구비될 수 있다. 이때 시각센서(125)는 로봇툴(100)이 이동하며 오일 그루브를 가공하는 과정에서 가공부위의 영상을 촬영함으로써 보다 정확한 로봇툴(100)의 위치제어가 가능하도록 하는 정보를 제공하게 된다. 이러한 시각센서(125)는 종래 로봇툴(100)에 사용되고 있는 공지의 기술인 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성된 로봇툴(100)의 자세 조정장치는 툴(111)에 의하여 오일 그루브가 가공되는 과정에서 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)에서 검출되는 값(d1,d2)을 비교하여 로봇툴(100)이 전후방향으로 기울어진 상태에서 가공을 하고 있는지 판단하게 된다.

보다 구체적으로, 제1,2 변위센서(121,122)에서 검출되는 값(d1,d2)이 동일할 경우, 툴(111)이 전후방향으로 기울어지지 않고 실린더 라이너(10)의 내면에 대하여 수직한 상태에서 가공을 행하고 있는 것으로 판단하게 되고, 이와 반대로 제1,2 변위센서(121,122)에서 검출되는 값(d1,d2)에 차이가 있을 경우, 툴(111)이 전방 또는 후방으로 기울어진 것으로 판단하고, 제1,2 변위센서(121,122)로부터 검출 되는 값(d1,d2)의 차이를 이용하여 로봇툴(100)의 틸트각도를 교정하게 된다.

다음으로, 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)에서 검출되는 값(d3,d4)은 로봇툴(100)의 요각도를 조정하는데 사용되며, 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)에서 검출되는 값(d3,d4)이 동일할 경우, 툴(111)이 좌우방향으로 기울어지지 않고 올바른 자세로 가공을 행하고 있는 것으로 판단하게 되고, 이와 반대로 제3,4 변위센서(123,124)에서 검출되는 값(d3,d4)에 차이가 있을 경우, 툴(111)이 좌측 또는 우측방향으로 기울어진 것으로 판단하고, 제3,4 변위센서(123,124)로부터 검출되는 값(d3,d4)의 차이를 이용하여 로봇툴(100)의 요각도를 교정하게 된다.

상기와 같은 로봇툴(100)의 틸트각도와 요각도의 조절에 의하여 툴(111)의 절삭 각도를 올바르게 교정함으로써 오일 그루브의 가공품질을 향상시킬 수 있게 되며, 이러한 로봇툴(100)의 자세교정은 제1,2 변위센서(121,122) 및 제3,4 변위센서(123,124)에서 검출되는 값(d1,d2,d3,d4)에 따라 로봇암이 제어됨으로써 이루어지게 된다. 즉, 제1,2 변위센서(121,122) 및 제3,4 변위센서(123,124)에서 검출되는 값은 미도시된 로봇암의 제어부로 전달되고, 제어부는 제1,2 변위센서(121,122) 및 제3,4 변위센서(123,124)에서 검출된 값을 이용하여 로봇암을 제어함으로써 로봇툴(100)의 자세를 올바르게 조정하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그 와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 실린더 라이너의 구조를 나타낸 사시도,

도 2 는 종래 로봇암의 끝단에 로봇툴을 장착하여 오일 그루브를 가공하는 과정을 나타낸 측면도,

도 3 은 로봇툴이 전방으로 기울어진 상태를 나타낸 종단면도,

도 4 는 로봇툴이 좌측으로 기울어진 상태를 나타낸 횡단면도,

도 5 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자세 조정장치가 설치된 로봇툴의 사시도,

도 6 은 도 5에 도시된 로봇툴에 의한 오일 그루브의 가공상태를 나타낸 종단면도,

도 7 은 도 5에 도시된 로봇툴에 의한 오일 그루브의 가공상태를 나타낸 횡단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(100) : 로봇툴 (110) : 스핀들 헤더

(111) : 툴 (121) : 제1 변위센서

(122) : 제2 변위센서 (123) : 제3 변위센서

(124) : 제4 변위센서 (125) : 시각센서

(130) : 브라켓

Claims (3)

1. 실린더 라이너(10)의 내면에 오일 그루브를 가공하기 위한 툴(111)과, 상기 툴(111)을 회전시키기 위한 스핀들 헤더(110)를 구비하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴(100)에서 스핀들 헤더(110)를 지지하는 브라켓(130)에 설치되되, 상기 스핀들 헤더(110)의 중심을 지나며 로봇툴(100)의 전후방향으로 연장되는 선(L1) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더(110)의 일측에 위치하도록 설치되어 실린더 라이너(10) 내면과의 거리를 검출하는 제1 변위센서(121); 및

   상기 선(L1) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더(110)의 타측에 위치하도록 설치되어 실린더 라이너(10) 내면과의 거리를 검출하는 제2 변위센서(122)로 구성되어 제1 변위센서(121)와 제2 변위센서(122)로부터 검출되는 값을 비교하여 로봇툴(100)의 틸트각도를 조정하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스핀들 헤더(110)의 중심을 지나며 로봇툴(100)의 좌우방향으로 연장되도록 상기 선(L1)과 직교하는 또 다른 선(L2) 상에 중심이 위치한 채로 스핀들 헤더(110)의 일측에 위치하도록 브라켓(130)에 설치되어 실린더 라이너(10) 내면과의 거리를 검출하는 제3 변위센서(123); 및

   상기 선(L1)을 기준으로 제3 변위센서(123)와 대칭구조를 갖도록 브라켓(130)에 설치되어 실린더 라이너(10) 내면과의 거리를 검출하는 제4 변위센서(124)를 더 포함하여 제3 변위센서(123)와 제4 변위센서(124)로부터 검출되는 값을 비교하여 로봇툴(100)의 요각도도 조정하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 브라켓(130)에 설치되어 가공부위의 영상을 촬영하는 시각센서(125)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이너 가공용 로봇툴의 자세 조정장치.

Images