KR101470044B1 - 시트 커팅 센터 보조용 로딩/언로딩 시스템, 이를 위한 공급 트레이 및 관련 취급 방법 - Google Patents

시트 커팅 센터 보조용 로딩/언로딩 시스템, 이를 위한 공급 트레이 및 관련 취급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시트를 로딩/언로딩하기 위한 시스템 및 시스템의 취급 방법에 관한 것이며, 시스템의 일부는 금속으로 되어 있으며, 시스템은 레이저 커팅 센터를 제공한다. 시스템은 커팅 센터의 공급 트레이(T) 위의 사전설정된 높이에서 지지되는 한 쌍의 레일(1, 2)을 포함하며, 적어도 하나의 직교좌표 로봇형 손은 공급 트레이 상에서 이동가능하게 장착되며, 서로 직교하는 수평축들(X 및 Y)과 수직축(Z) 모두를 따라 이동할 수 있으며, 시스템은, 상기 레일(1,2)을 따라 활주하고 적어도 한 쌍의 로봇형 손(5 내지 8)을 각각 지지하는 적어도 2개의 교형 크레인(3, 4)을 포함하며, 상기 로봇형 손(5 내지 8)은 흡입컵 장치(103)와 결합될 수 있는 전자기 픽업 헤드를 구비한다. 공급 트레이(T)는 바아들로 구성되며, 세라믹 재료의 소형 각석(204)은 바아 상에서 끼워맞춤된다.
Figure R1020097025831
로딩, 언로딩, 시트 커팅 센터, 공급 트레이, 로봇형 손

Description

시트 커팅 센터 보조용 로딩/언로딩 시스템, 이를 위한 공급 트레이 및 관련 취급 방법{LOADING/UNLOADING SYSTEM SERVING A SHEET CUTTING CENTRE, FEEDING TRAY THEREFOR AND RELATIVE HANDLING METHOD}
본 발명은 커팅 센터를 위한 로딩(loading)/언로딩(unloading) 시스템, 특히, 직교좌표형(Cartesian) 기계식 손을 사용하는 형태의 시스템에 관한 것이다.
공지되어 있는 바와 같이, 금속 시트 및 패널 커팅 센터는, (예컨대, 0.5 내지 20 mm 범위의 두께를 지닌 1500 x 3000 mm 치수의) 전형적으로 직사각형 시트로부터 시작하여 때때로 매우 복잡한 주연을 가지는 평면 표면을 절단하기 위한 시스템이다. 다양한 기술을 사용하여, 그리고 시트 재료의 조성을 토대로 절단이 수행되는데, 예컨대, 레이저 절단, 산소 랜스(lance) 절단, 물 분사(water-jet) 절단, 플라즈마 절단 등을 사용하는 기계가 존재한다.
특정 분야는 전형적으로 레이저 장치를 사용하여 작용하는 금속 시트 절단 분야이다.
이러한 분야에서, 커팅 센터로의 로딩 및 커팅 센터로부터의 언로딩에 있어서, 무시할 수 없는 중량의 시트를 취급할 필요가 있다. 전형적으로, 시트들은 창고에 저장되며, 창고에서 시트들은 예컨대, 규칙적인 두께를 따라 적층되며, 창고 로부터 시트들이 취해져서 사용될 순서대로(따라서, 다른 두께를 가짐) 수집 지점에 배치된다. 수집 지점으로부터, 로딩/언로딩 시스템은 미가공 시트를 개별적으로 취하여 커팅 센터의 이동가능한 트레이 상에 시트를 내려놓는다. 절단이 완료되고나면, 로딩/언로딩 시스템은 다시 절단편들을 취하고 이들을 운반하여 언로딩 및 적재(palletising)시킨다.
이러한 공정의 특성은, 미가공 시트와 절단편들이 매우 다른 제품이며, 따라서, 동시에 2개의 다소 상이한 작업 조건을 취급할 수 있는 상승(lifting) 및 취급(handling) 시스템이 요구된다는 사실에 있다.
또한, 절단편들은 시트간의 크기 및 배열에서 거의 반복적이지 않다.
이러한 요건을 만족시키기 위하여, 2개의 상이한 기술을 사용할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 기술은 커팅 센터에 대향되는 교형 캐슬 틀(bridge-like castle framework)을 배열하는 것을 제공하며, 교형 캐슬 틀 상에서 미가공 시트를 취급하는 흡입컵 파지부를 구비한 상승부(raiser) 및 절단된 시트를 취하여 언로딩 스테이션 내로 이동시키는 포크리프트(forklift)가 모두 병진운동할 수 있다. 이러한 시스템의 일 예는 Antil SpA로부터 입수가능한 ACS 모델이다.
또한, 이러한 방안은 단순성 및 제어의 용이성으로 인해 매우 대중적이지만, 몇몇 단점을 내포한다. 주요 문제점은 절단된 시트가 개별 구성요소로 완전히 분리될 수 없다는 것에 기인하며, 이 경우, 포크리프트가 정확히 작동하지 못한다. 이는 절단 프로그램이 개별 편들의 절단을 완료하지 못하고 공통 프레임을 구비하는 하나 이상의 소형 연결 교형부(bridge)[이는 이후 작업 절단편(off-cuts)들을 구성한다]를 항상 남기게 된다는 것을 의미한다. 따라서, 절단된 시트가 언로딩되고나면, 절단편들로부터 개별 편들을 제거하기 위하여 이러한 소형 연결 교형부를 해체시킬 필요가 있으며, 이러한 일은 전형적으로 수동으로 행해지므로 비용 및 수행시간의 관점에서 그 결과를 연상할 수 있다.
또한, 흡입 로딩 시스템이 다수의 소형 진공 컵들로 구성되는 것이 필수적이며, 그렇지 않으면, 두꺼운 금속 시트의 중량을 들어올리기에 적합한 힘을 가할수는 없다.
로딩/언로딩 시스템에 사용될 수 있는 제2 기술은 다수의 다른 유사 부문에서도 전형적으로 사용되는 직교좌표형 기계식 손 기술이다.
직교좌표 로봇형 손은 전형적으로, 한 쌍의 교형 크레인 상에서 이동가능하게 장착되는 지지체의 단부에 장착되는 보유 부재, 예컨대, 진공컵으로 구성되며, 구동 모터를 적절히 제어함으로써, 보유 부재를 이동시켜 평면의 소정 지점(X, Y) 내로 위치시킬 수 있다.
보유 부재가 이동가능한 지지체 상에서 수직으로도 병진운동가능한 경우에, Z축을 따라 원하는 위치설정을 할 수 있으며, 따라서, 직교좌표 공간 X, Y, Z 에서 전체 위치설정을 달성할 수 있다.
따라서, 적합한 크기 및 적합한 형상의 직교좌표형 기계식 손은 시트의 취급에도 적합하다. 적합하게 제어되는 기계식 손의 장점은 단순하고 반복적인 병진운동을 수행할 수 있고, 미가공 시트의 로딩에 유용하며, 또한, 시트로부터 잘라내어지는 단일 작업편의 식별, 이를 들어올려 소정의 언로딩 위치 내로 이동 등과 같은 더 복잡한 이동을 수행할 수 있다는 점이다.
금속 시트와 같이 크고 무거운 물체의 이동에 있어서는, 2개 이상의 직교좌표형 기계식 손의 공동작용하는(즉, 동시적인) 이동에 의존하는 것이 널리 공지되어 있어, 반드시 물체의 무게 중심에 작용해야만 하는 단일의 매우 완강한 기계식 손을 반드시 이용할 필요는 없다.
추정 가능한 바와 같이, 직교좌표형 기계식 손에 의존하는 것은 조정(tuning) 관점에서 많은 문제점을 야기함에도 불구하고 시스템을 더욱 유연해지게 한다.
특히, 작업편들은 이후 기계식 손에 의해 개별적으로 취해져서 언로딩 스테이션에서 순서대로 적층되기 때문에, 작업편들은 완전히 절단되어 절단 구조물로부터 분리될 수 있으며, 이는 후속 수동 분리 작업을 필요없게 한다. 또한, 공지된 바와 같이, 이러한 시스템은 기본적으로 수 시간 동안 연속적으로 자동조종하여 작동하는데 적합하다.
본 발명은 이러한 부문에 적합하다.
특히, 본 발명의 목적은 커팅 센터에 제공되는 금속 시트의 취급의 조건을 만족시키는데에 특히 효율적이고 적합한, 직교좌표형 기계식 손을 구비한 로딩/언로딩 시스템을 제공하는 것이다.
사실상, 이러한 분야 뿐만 아니라 유사 분야에서도, 취급 시스템은 대체로 단일 교형 크레인을 제공하며, 교형 크레인 상에서 흡입컵 단부들을 구비한 단일 직교좌표형 기계식 손 또는 한 쌍의 기계식 손들이 병진운동가능하게 지지되며, 이 러한 구조는 완전한 미가공 금속 시트 또는 절단 구조물과 같은 크고 무거운 작업편을 이동시키거나 또는 절단 작업편들의 우수한 언로딩 생산성을 가지는 데에 전혀 만족스럽지 못하다. 또한, 큰 편을 들어올리기 위하여 양 기계식 손들을 동시에 활용하는 것이 필요할 때, 한 쌍의 기계식 손이 동일한 교형 크레인 상에 반드시 정렬되어 유지되기 때문에 평면에서 기계식 손의 배향을 더이상 변화시킬 수 없다.
또한, 흡입컵 파지 요소들은 개별적으로 무거운 적재량을 들어올릴 수 없으며, 따라서, 다수의 흡입컵들(그러나, 손의 파지 헤드의 크기를 증가시킨다)과 소수의 흡입컵들(그러나, 무거운 편들을 들어올릴 수 없다) 사이에서 절충안을 선택할 필요가 있다. 또한, 흡입컵들이 정확히 작동하도록 하기에 충분히 넓은 표면을 제공하지 못하기 때문에 절단 구조물의 언로딩이 중요함을 알 수 있으며, 따라서, 상기 구조물 중량에 대한 중요 한계가 있다.
마지막으로, 취급 중앙부의 공급 트레이와 관련된 문제점이 있으며, 사실상, 공급 트레이는 취급 기구와 관련된 요건을 만족시키기 위하여 견고한 금속 재료로 제조되어야 하지만, 동시에 레이저 절단 기계와 상호작용하게 되어 기계 내에서 절단되는 시트와의 우발적 결합을 겪을 수도 있다.
따라서, 출원인은 공지된 기술 분야의 이러한 단점을 해결하는 것을 목적으로 설정하였다.
본 발명에 따라, 이러한 목적은 첨부되는 주요 청구항의 중요 특성으로 설명된 바와 같은 시스템에 의해 달성된다.
특히, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 커팅 센터를 보조하는, 일부가 금속으로 이루어진, 시트의 로딩/언로딩을 위한 시스템이 제공되며, 이 시스템은 커팅 센터의 공급 트레이 위의 사전설정된 높이에서 지지되는 한 쌍의 레일을 포함하면서 적어도 하나의 직교좌표 로봇형 손이 이동가능하게 장착되어 있는 유형으로 이루어지고, 로봇형 손은 서로 직교하는 수평축들(X 및 Y)과 수직축(Z) 모두를 따라 이동할 수 있고, 적어도 한 쌍의 로봇형 손을 각각 지지하며 상기 레일 상에서 활주하는 적어도 2개의 교형 크레인을 더 포함하며, 상기 손은 흡입컵 장치와 결합될 수 있는 전자기 픽업 헤드를 구비한다.
양호한 태양에 따르면, 시스템에서 교체가능한 흡입컵 장치가 다양하게 내부에 수납될 수 있는 도구 교체 스테이션이 더 제공된다.
다른 태양에 따르면, 로봇형 손은 축안 수단 상에서 상기 수직축(Z)을 따라 병진운동가능하게 장착되는 세장형 각주체를 포함하며, 순차적으로, 상기 축안 수단은 상기 교형 크레인 중 하나 상에서 상기 수평축(Y)을 따라 병진운동가능하게 장착된다.
다른 태양에 따르면, 로봇형 손은 하부 부분에서 수직축 전기 모터를 더 포함하며, 전자기 픽업 헤드는 상기 모터 샤프트와 일체형이다. 전자기 픽업 헤드는, 중공이며 진공관에 연결되는 샤프트에 대응하는 중앙 구멍을 구비한다. 수직축 모터는 양호하게는 토크 모터이며 모터의 이동가능 부분에 대한 전류 전달을 위해 활주 접촉부가 제공된다.
다른 태양에 따르면, 흡입컵 장치는 강자성 재료의 하우징 헤드를 포함하며, 하우징 헤드는 픽업 헤드의 중앙 구멍에 일치되게 자신을 배치시킬 수 있는 중앙 끼워맞춤부와 유체연통하는 하나 이상의 흡입컵들을 지지한다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 공급 트레이가 일련의 등거리의 평행 바아를 포함하며, 복수의 소형 세라믹 각석이 바아 상에서 끼워맞춰지는 시스템이 더 제공된다. 상기 각석은 대체로 정사각형 형상이며 바아의 축에 각각 평행하고 직교하는 대향 꼭지점들의 쌍을 구비한다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면에 도시된 예에 의해, 어떠한 경우라도 본 발명의 시스템 및 방법에 관한 양호한 실시예의 후술되는 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 커팅 센터에 인접 배치된 본 발명의 시스템의 사시도이며,
도 2 내지 도 4는 각각 도1의 시스템의 평면도, 측면도 및 정면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 로봇형 손의 측면도이며,
도 6은 도 5의 로봇형 손의 종방향 단면도이며,
도 7은 본 발명에 따른 공급 트레이의 사시도이며,
도 7A는 도 7의 표시된 원 A의 확대도이며,
도 8은 도 7의 트레이를 구성하는 몇몇 바아 및 소형 각석의 일 분리 열의 사시도이며,
도 9A 및 도 9B는 각각 도 8의 바아에 대한 소형 예시적 각석의 측면도 및 정면도이며,
도 10은 흡입컵 장치에 인접한 본 발명에 따른 로봇형 손의 일부가 제거된 종방향 단면도이다.
도 1은 종래 기술의 공급 트레이(T)를 구비한 커팅 센터(C)를 개략적으로 도시하며, 커팅 센터(C) 내로의 도입 및 커팅 센터(C)로부터의 제거를 위해 미가공(virgin) 시트 및 절단된(cut-in) 시트가 공급 트레이 상에서 지지된다.
공급 트레이(T)를 가로질러, 기본적으로 종래 기술 방식으로, 2개의 활주 레일(1 및 2)이 제공되어, 각각의 지주(M1 내지 Mn)에 의해 소정의 높이로 지지된다.
본 발명에 따라, 활주 레일(1 및 2)은 한 쌍의 활주 교형 크레인(3 및 4)을 지지하며, 활주 교형 크레인(3 및 4) 각각은 차례대로 한 쌍의 로봇형 손(5, 6 및 7, 8)을 위한 횡단 활주 안내부를 각각 구비한다.
레일(1 및 2) 상의 이동을 위해, 교형 크레인(3 및 4)의 각각은 기본적으로 공지된 방법으로 전기 조작 모터(x 축)(E3 및 E4)를 각각 구비한다.
각각의 로봇형 손(5 내지 8)은 자신의 교형 크레인 상에서 병진할 수 있도록 또한, 하부 단부에 배열된 픽업(pick-up) 헤드를 하강시키거나 상승시키기 위해 수직으로 병진할 수 있도록 구성된다.
이러한 목적을 위해, 전기 모터는 수평 이동(Y 축)(E5Y-E8Y) 및 수직 이동(Z 축)(E5Z-E8Z)을 위해 제공된다.
또한, 각각의 픽업 헤드는 로봇형 손의 하부 단부에서 수직축(J 축)을 중심으로 회전되게 장착된다. 이러한 목적을 위해, 각각의 로봇형 손은 세장형 각주 지지체(100)[소위, "캔들(candle)"]로 구성되며, 픽업 헤드(102)를 지지하는 수직축 모터(101)가 세장형 각주 지지체의 하부 단부에 설치된다.
상세하게는, 다음의 이동들이 허용된다.
- 스피어(sphere) 또는 롤러 재순환 안내부를 구비한 2개 X축들의 이동은 이동 중 완전한 평행을 보장하기 위하여 이중 랙앤피니언식(rack-and-pinion) 메카니즘에 의해 허용되며, 동력화는 대응 작동부에 의해 제어되는 무브러시 모터 리듀서(brushless motor reducer)에 의해 양호하게 발생하며, 적절한 판독 수단에 의하여, 예컨대, 자기력선 및 무접촉 센서에 의하여, 제어된다.
- 4개 Y축들은 스피어 재순환 안내부를 구비한 X축의 에지를 따라 쌍을 이뤄 위치되고 랙앤피니언식 조작 메카니즘을 구비하며, 동력화는 대응 작동부에 의해 제어되는 무브러시 모터 리듀서에 의해 발생하며, 위치는 적절한 판독 수단에 의하여, 예컨대, 자기력선 및 무접촉 센서에 의하여, 제어된다.
- Y축의 보드 상에 각각 위치한 4개 Z축들은 스피어 재순환 안내부를 구비하고 랙앤피니언식 조작 메카니즘을 구비하며, 동력화는 대응 작동부에 의해 제어되는 무브러시 모터 리듀서에 의해 양호하게 발생하며, 위치는 적절한 판독 수단에 의하여, 예컨대, 자기력선 및 무접촉 센서에 의하여, 제어된다.
- Z축의 보드 상에 각각 위치한 4개 J축들은 개별 작업편의 회전(slewing)을 허용한다.
전술된 축들은 디지털 서보제어부(servocontrol)와의 통신 네트워크로 작동하는 다중축 이동 관리부(multi-axis motion supervisor)에 의해 제어된다. 이러한 구성으로 인해, 중간에 발생되거나 동시에 일어나거나 또는 완전히 제한되지 않는 이동을 행해지게 하면서도 항상 각각의 위치의 제어 하에서 유지되도록 하기 위한 분산 제어 애플리케이션(distributed-control application)을 달성할 수 있다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 각각의 로봇형 손의 픽업 헤드는 수직축 모터(101, 도 6)의 제어축과 일체형으로 형성된 전자기(electromagnetic) 장치(102)를 포함한다. 전자기 장치는 4개의 로봇형 손들의 동시 동작이 가장 무겁게 여겨지는 시트를 들어올리기에 적절한 힘을 가하게 하도록 크기가 이뤄진다. 이로써, 동일한 4개의 기계식 손들로, 미가공 시트의 로딩 뿐 아니라 절단 이후에 절단(cut-off) 프레임을 포함하는 개별적인 절단 편(cut piece)들의 언로딩(unloading)을 제공할 수 있다.
본 발명에 따라, 전자기 장치는 흡입컵(suction-cup) 조립체(103)와 같이 사용될 수 있거나, 흡입컵 조립체(103)와 결합될 수도 있다.(도 5는 다양한 크기의 흡입 컵들이 있는 4가지 예시적 흡입컵 조립체 형태들을 도시한다.)
도 10은 캔들 본체가 대체로 제거되어 있는 로봇형 손을 상세히 도시한다.
헤드(102)의 하부 부분에서, 회전식 다지관(manifold, 101a) 및 그 밑에 있는 전자석(102°)이 위치하며, 회전식 다지관과 전자석 모두는 전자석 본체(102a) 위에서 진공관(100a)의 형상을 취하는 종방향 채널에 의해 횡단된다.
전자기 본체(102a)의 하부 부분에서, 흡입컵 장치(103)는 결합될 수도 있 다. 상기 장치는 전자기 본체(102a)의 하부 표면에서 꼭맞게 끼워맞춤(snugly fit)되는 원형 리세스(103a')를 상부에 구비한다. 흡입컵 장치(103)의 본체(103a)의 중앙축을 따라, 진공 채널(103b)이 제공된다. 이 진공 채널(103b)을 둘러싸는 영역의 리세스 표면(103a') 상의 입부(mouth)에서, 장치(103)와 전자석(102a) 사이에 실링(sealing)을 형성하기 위하여 O링과 같은 개스킷(103c)이 제공된다.
대체로, 로봇형 손의 헤드는 시스템의 작동 중에 감지되는 특정 요건에 따라 단부 픽업 도구(end pick-up tool)의 성질을 변화시킬 수도 있다.
이러한 목적을 위해, 도면에서 도시되는 실시예에 따르면, 일련의 다양한 크기와 다양한 형상의 흡입컵 장치(103)가 수납될 수도 있는 도구 변경 스테이션(S)이 공급 트레이 옆에 제공된다. 이러한 장치는 개별 로봇형 손의 전자기 장치에 의해 필요할 때 취해질 준비가 되어 적절한 자리에 수납된다.
이러한 스테이션(S)은 시스템의 모든 로봇형 손들에 의해 자동으로 도달될 수 있게 제공되는 다른 위치들에도 제공될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 시스템 상에 설치된 4개의 로봇형 손들 중 하나를 상세히 도시한다.
전자기 픽업 헤드는 중공 캔들(100)의 하부 단부에 장착된 전기 모터(101)의 회전부(101b)와 일체형인 실린더형 본체(102)로 구성되는 것이 강조된다.
적재량을 견디는 능력 및 제어 정확도의 측면에서 전기 모터(101)는 "토크(torque)" 형태의 서보모터인 것이 양호하다.
모터(101)는 [캔들(100) 내에서도 작용하는] 고정 전도체로부터 모터의 이동 부로 전류를 전달할 수 있는 활주 보조 접촉부(sliding conducive contact, 미도시)를 구비한다.
캔들(100)의 구역은 축안(saddle; 104) 상에서 Z축을 따라 수직으로 활주식으로 지지되며, 이어서 각각의 교형 크레인과 일체형인 안내부 상에서 수평 Y축을 따라 활주되게 장착된다. 도 5는 Y축(En Y)과 Z축(En Z)을 따르는 두 병진운동(translation)을 위한 2개의 모터를 명확히 도시한다.
유리하게는, 토크 모터(101)의 중앙축은 중공이며 실린더형 본체(102)의 대응 중앙 구멍(hole)에서 종결된다. 위에서, 토크 모터(101)의 중공축은 개방 상부 단부로부터 나와 캔들(100)의 구역을 따라 작동하는 진공관(101a)에 연결된다. 진공관(101a)을 따라 회전 연결되어 끼워맞춤되는 관이 제공됨으로써, 모터(101) 및 모터와 일체형인 실린더형 자기 본체(102)의 축은 관 뒤틀림(pipe kinking) 없이 자유롭게 회전할 수 있다.
양호하게는, 흡입패드 조립체(103)는 전자기 장치(101)와 결합되는 강자성 재료의 하우징 형상 지지체(103a)로 구성되며, 하나 이상의 흡입컵 요소(103b)는 하우징 형상 지지체와 일체형이다. 또한, 하우징 형상 지지체(103a)는 양호하게는 실링 요소를 구비하며 실린더형 본체(102)의 구멍에 따라 일치되기에 적절한 중앙 구멍을 포함한다. 흡입컵 요소는 이러한 중앙 구멍에 연결됨으로써, 흡입 컵과 진공관 사이에서 유체 연통이 일어날 수 있으며, 따라서, 흡입 컵들의 흡입 작동이 허용될 수 있다.
자기 헤드 또는 진공 흡입 조립체(103)에 연결된 자기 헤드 만을 사용하는 선택은 다양한 인자들에 종속될 수 있고 또한 사용자 선호도를 만족시킬 수 있지만, 이는 2개의 교형 크레인의 제공이 평면을 가로질러 분산될 수 있는 4개의 픽업 지점을 가능하게 한다는 사실과 함께 시스템 작동을 확실히 더욱 유동적으로 만든다.
특히, 전자기 픽업 헤드로 인해, 예컨대, 각각의 로봇형 손에 대하여는 300kg까지, 총합계로는 1,200kg까지의 현저한 상승 작용력을 가할 수 있다. 이러한 상태는 큰 두께의 미가공 금속 시트를 상승시켜 로딩시키기에 양호하다.
동시에, 자기 픽업 헤드는 공급 트레이로부터 절단 편들을 강하게 파지하여 언로딩 스테이션으로 이동시킬 수 있기에 충분히 작다.
공급 트레이로 이동되기 위해 취해진 (예컨대, 2mm보다 얇은) 얇은 철 함유 시트들이 상호 적층될 때, 전자기 헤드는 사용될 수 없게 되며, 이는 자기장의 효과가 첫번째 시트 아래에 적층된 시트들에 영향을 미쳐 부정확한 인출(drawing)을 결정하게 되기 때문이다.(다중 시트들이 동시에 상승된다.) 이러한 경우, 로봇형 손은 적층체로부터 단일 시트를 확실히 취할 수 있는 흡입컵 장치를 (시트 크기 및 중량에 적절한 수와 배열체로) 구비한다.
또한, 커팅 센터가 비철 자기(non-ferro-magnetic) 재료의 시트와 일시적으로 작동하는 임의의 다른 환경에서, 적절한 흡입컵 장치를 구비한 기계식 손의 4개 헤드가 제공된다.
예컨대, Ø 152mm로 측정되는 흡입 컵은 처음에 사용될 수도 있으며, 흡입 컵은, -60kpa에서, 각각 85kg 중량(총합으로는 340kg)을 들어올릴 수 있으며, 1,500 x 3,000 치수의 스테인리스 강 또는 Fe로 제조되고 8mm 두께(약 280kg 중량)를 지닌 시트에 대해 충분하다.
절단되는 동안, 로봇형 손은 도구 변경 스테이션(S)으로 복귀할 수 있으며, 이러한 흡입 컵들을 20kg까지 중량이 나가는 특정 개별 시트를 픽업하고 놓는(picking-up and laying) 사이클에 유용한, 예컨대, Ø 77mm치수의 더 작은 다른 흡입 컵들로 대체할 수 있다.
사용 중에, 도면에 도시된 시스템은 후술되는 방식으로 작동한다.
일련의 미가공 시트들은 저장소로부터 자동적으로 또는 수동 제어 호이스터(hoister)에 의해 언로딩되며, 로딩 플랫폼(P) 상에서 적층되며, 상기 시트들은 커팅 센터의 작동 주기에 의해 제공되는 순서로 다양한 두께 및 크기를 가질 수 있다. 취급되는 적재물의 성질 및 크기를 토대로, 단순히 자기 픽업 헤드나 흡입 컵 및 관련 직경이 필요한지가 결정된다. 로봇형 손은 도구 변경 스테이션(S)에 대응하여 이동되며, 필요시, 재료에 종속되고 취해지는 미가공 시트의 두께에 종속되는 소정의 흡입컵 장치를 가진다. 이후, 강성 시스템처럼 전체 핸들링 조립체를 설비하기 위하여, 4개의 로봇형 손은 동시에 진행되고 모든 구동 모터의 개별 전기 축 상에서 적절히 작용된다. 4개의 로봇형 손은 로딩 플랫폼(P) 위에서 이동하며, 픽업 헤드는 픽업 헤드가 시트에 안정되게 부착될 때까지 시트 위로 내려가게 된다. 이러한 지점에서, 시트가 상승되어 이동되고, 이후, 커팅 센터의 공급 트레이(T) 위로 놓여진다.
시트가 커팅 센터 내로 도입되는 동안, 다른 빈 로딩 트레이는 빼어져서 대응되는 스테이션(T) 내로 이동된다. 따라서, 4개의 로봇형 손은 이후에 바로 빈 트레이 상에 놓여지는 새로운 시트를 취하기 위해 이동한다. 커팅 센터의 두 트레이의 연이은 변화시, 이제 완전히 절단된 이전 시트는 로봇형 손 아래에 놓인다. 이러는 동안, 시스템 관리 프로그램은 예상되는 절단편들의 구성 및 배열(이러한 구성은 절단편들의 외양에 있어서 가능한 높은 다양성을 생성하는 "네스팅(nesting)" 기술로 최적화한 절단 프로그램에 의해 형성된 것을 기초로, 일 시트로부터 다름 시트로 연속적으로 변화될 수 있다.)을 획득하며, 적절한 흡입컵 장치를 제공하거나 제거하기 위하여, 픽업 헤드의 자기장을 활성화하거나 또는 비활성화하며, 따라서, 로봇형 손을 가장 적절한 위치에 배치한다.
3개 직교좌표 축[레일(1 및 2) 상에서 교형 크레인의 이동이 있는 X축, 각각의 교형 크레인을 따르는 로봇형 손의 이동이 있는 Y축 및 각각의 축안(104) 상에서 로봇형 손의 수직 이동이 있는 Z축]을 따르는 픽업 헤드의 이동을 독립적으로 제어하는 기회로 인해, 형성된 요건을 토대로 가장 적절한 경로를 따라 소정의 위치로 픽업 헤드를 위치시킬 수 있다.
절단된 시트가 공급 트레이(T) 상의 커팅 센터로부터 빠져 나오자마자, 4개의 로봇형 손은 첫번째 편을 잡기 위해 내려오게 되며, 이후 모든 편들을 이동시켜 규칙적 방식으로 언로딩 스테이션(N)의 수집 박스 또는 팰릿(pallet) 상에 언로딩하기 위하여 4개의 로봇형 손이 제어된다.
픽업 헤드가 각각의 모터(101) 상에서 축방향으로 회전가능하게 장착되기 때 문에, 언로딩 스테이션으로 이동시키는 동안 편들을 원하는 대로 배향시킬 수 있다. 2개의 픽업 헤드에 의해 일 편을 유지시키는 것이 필요한 경우에도, 2개의 상이한 교형 크레인에 속한 2개 헤드의 X축 및 Y축을 따른 상호 변위에 의하여 평면에서 일 편의 배향을 변화시킬 수 있다.
일단, 단일 시트로부터 절단된 모든 편들이 언로딩되면, 로봇형 손은 스크랩(scrap) 전용의 적절한 영역, 예컨대, 금속 스킵(skip) 박스 내로 더 용이하게 놓기 위하여, 관리의 편리를 위해 다중, 소규모 편들로 [커팅 센터(C)에서] 자체적으로 절단될 수 있는 스크랩 외피(skeleton)을 취하도록 다시 사용된다.
이는 적절한 것으로 여겨져, 커팅 센터의 "네스팅(nesting)" 프로그램의 적절한 구성을 통해, 외피에 남는 적절한 크기 및 적절한 위치의 영역을 제공할 수 있으며, 이는 픽업 헤드에 의해 파지하는 외피를 향상시킨다.
로봇형 손의 모든 기능적 관리는 구동 모터의 좌표 및 제어 중앙부에서 수행되는 소프트웨어에 의해 수행된다.
이러한 소프트웨어의 몇몇 고유 특징은 다음과 같다.
- 신속한(quick and agile) 기계 프로그램 시스템을 작동자에게 제공한다.
- 커팅 센터에 대한 파일(files)과 기계식 픽업 헤드를 위한 제어부 사이의 인터페이스를 제공한다.
- 미가공 시트 및 절단편들의 픽업 모드 및 언로딩 창고로의 후속 배출을 확인하고 최적화한다.
특히, 절단 기계에 공급되는 (예컨대, DXF 또는 DWG 형식의) 파일들로부터 직접 절단편들의 형상을 가져올 수 있으며, 이러한 형상을 토대로, 절단 형상을 확인하고 개별 편들을 취하는 (자기 헤드 또는 흡입컵 장치가 부착되는) 픽업 지점들을 형성하기 위해 그 무게 중심을 확인하고, 로딩/적재 창고로의 후속 배출을 위해 편들을 회전시킬 수 있는 방법을 규명하며, 이러한 위치와 회전의 (공급된 dxf/dwg 파일을 통한) 그래픽 정의는 (사전에 정의된 기준에 따라) 완전히 자동으로 발생되거나, 작동자를 위한 간단한 방식으로, 예컨대, 마우스, 터치스크린 또는 이들 모두를 통해 스크린 상에서 표시되어 선택될 수 있는 복수의 선택안들을 제공함으로써 발생된다.
기하학 분야 및 절단 형상의 치수 범위는 특정 제한이 없으며, 픽업 도구의 연속 표면과 적어도 동일한 크기를 지닌 연속 표면을 구비한다.
소프트웨어는 유동적 4지점 픽업 장치를 실질적으로 관리할 수 있으며, 다름 표준 구성 중 임의의 하나로 사용된다.
- 단일 편 상의 4개 픽업 지점(전형적으로 전체 시트의 로드가 처리됨).
- 단일 편 상의 2개 픽업 지점.
- 1개 픽업 지점, 동시에 2개 편을 픽업.
또한, 4개 픽업 지점/로봇형 손의 제어는 편이 보드 상에 있을 때에도 축들 사이의 충돌이 없도록 보장하며, 실질적으로, 적재된 편의 프로파일을 따른 각 축의 증가된 크기(bulk)가 고려된다.
또한, 제어 소프트웨어는 기계 특징부 인자들(예컨대, O의 정의, 축의 최소/최대 경로의 정의, 축의 장애물...)을 관리하고, "레이아웃 외부(out-of-layout)" 이동(즉, 현재 작업 영역의 외부)을 픽업 및 배출 장치의 비사용 상태로 관리한다.
후속하여, 고유 작동 상태를 관리하기 위하여 제어 소프트웨어에 의해 사용되는 기준은 예시로서 보고된다.
상기 편의 중력의 중앙부가 인출 프로파일 외부에 놓이면, 편을 픽업하는 방식의 선택이 작동자에게 위임되며, 편을 픽업하기 위해 사용되는 축들의 수는 자동적으로 편들의 길이/폭에 종속된다.
또다른 픽업 축이 이론적 계산에 의해 제공된 도구에 추가하여 배치되는 것이 가능한 경우,(제시된 테이블 데이터에 의해 추산된) 편 중량은 픽업 도구 또는 그래픽 계산을 토대로 지정된 도구의 유용한 적재량을 초과해야 한다. 이러한 경우, 시스템은 (추가된 축을 포함하는) 모든 축을 재위치시키기 위하여 또는 작동자에게 픽업 지점을 선택할 기회를 제공하기 위하여 자동 알고리즘을 다시 적용하도록 설정될 수 있다. 예컨대, 픽업 정의에서, 시스템은 다양한 부재들의 형상 및 중량을 기초로 현재 원칙(원칙들은 이후 확대되거나 개선될 수도 있음)에 의해 결정된 제1 픽업 상태를 자동으로 제안하며, 이후, 제어판의 스크린 상에 보이는 픽업 위치를 마우스로, 키보드, 또는 이들 모두를 통해 이동함으로써 작동자에 의해 수동으로 실행될 수 있는 제2 조정 상태를 제공한다. 제1 선택은 자동 방식으로 이뤄지며, 작동자는 채택되는 시스템 또는 형상을 토대로 한 규칙을 적용할 수 있는 시스템에 통지한다. 시스템은 채택된 방안을 제시하며, 이때, 픽업 지점이 그래픽으로 강조되고, 작동자는 이러한 위치를 검증할 수 있으며, 또는 캔들 상에서 마우스로 가리켜 이동되게 하고 원하는 위치로 끌어당김으로써(dragging) 또는 △X 및 △Y로서의 증분 좌표를 키보드로 나타냄으로써 수동으로 작동시킬 수 있다. 상기 작동은 항상 최종 결과의 그래픽 강조부를 사용하여 쌍방향 방식으로 이뤄진다.
모든 픽업 지점의 고제어 입상(granularity)으로 인해, 충격 또는 충돌 없이 매우 적합한 방식으로 공급 트레이로부터 시트를 방출하고 취할 수 있다. 본 발명에 따른 시스템의 이러한 작동 상태는, 정확히는 공급 트레이와 관련하여서, 더욱 유리한 실행을 가능하게 한다. 실제로, 본 발명에 따르면, 공급 트레이는 도 7에 도시된 바와 같이 양호하게 형성되며, 서로로부터 짧은 거리로 배열된 복수의 평행 바아(203)들 사이에서 연장하는 한 쌍의 지지 가로부재(201 및 202)를 포함한다.
바아는 (도 8에 명확히 도시된 바와 같이) 스쿼시된(squashed) 직사각형 구역을 구비하며 가로부재(201 및 202) 상에서 에지방향으로 장착된다. 상부 에지를 따르는 각각의 바아(203)는 세라믹 재료(204)의 복수의 소형 각석을 내부에 수납하는 홈 또는 포켓(203a)을 구비한다. 특히, 소형 세라믹 각석(204)은 대체로 정사각형 형상이며 바아(203) 상에 장착되어 2개의 대향 꼭지점 쌍들이 바아(203)에 평행한 축(a-a')과 바아(203)를 횡단하는 축을 따라 각각 정렬된다.
소형 각석(204)은 예컨대, 알루미나 소성(alumina sintering)에 의해 얻어지는 고온 화로의 피복(cladding)을 위해 사용되는 형태이다.
도 9A 및 도 9B는 특정 예시적 치수로 설계된 소형 세라믹 각석(204)의 양호한 고유 형상을 명확히 도시한다. 하부 절반부에서, 소형 각석은 포켓(203a) 내로 도입될 수 있는 감소된 두께(도 9B)를 구비한다. 바아(203)의 축(a-a')에 평행하게 정렬된 2개의 꼭지점 중 하나에 대응하여, 리세스는 축(a-a')에 직교하는 한 측 면 및 45°경사면, 즉, 소형 각석의 대향면에 평행하는 면을 구비한다. 이러한 리세스는 (도 8에 도시된 바와 같이) 인접한 소형 각석이 하나를 다른 하나에 부분적으로 결합하는 것을 허용하며, 포켓(203a) 내의 장착 안정성을 증가시킨다.
소형 각석(204)의 상부 부분은 바아의 상부에서 돌출되며, 그 상부의 꼭지점은 절단되는 시트를 지지하는 휴지 지점을 형성한다.
공급 트레이(T)에 적용되는 이러한 구성은 매우 유리하다. 실제로, 내화성 재료의 소형 각석은 절단 레이저의 반사광에 민감하지 않으며, 절단 단계 동안 상부에 놓이는 금속 시트에 결합되려는 경향이 없다.
소형 세라믹 각석(204)의 고유 취약성(fragility)에도 불구하고, 본 발명에 따른 로봇형 손의 장착 모드 및 작동 원활성으로 인해 결함이 없으며, 각석 꼭지점에 대항하는 금속 시트의 악영향을 방지한다.
또한, 도시된 장착 모드는 파손되는 경우, 지지 안정성을 악화시키지 않고, 각각의 각석을 용이하게 제거하고 교체하도록 한다.
전술된 설명으로부터 용이하게 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 도입부에서 설명한 목적을 완전히 달성한다.
4개의 교체가능헤드 로봇형 손의 유동성으로 인해, 관리 프로그램은 큰 제한 없이 완전히 최적화될 수 있다. 커팅 센터의 절단 프로그램과 결부되는 제어 시스템은 절단편들의 재료, 두께 및 형태의 다양성을 용이하게 그리고 독립적으로 나타낼 수 있으며, 매우 적절한 시스템이 자동조종되어 운영되게 한다. 작동자에 의한 도움 없이 연속적으로 수 시간동안 시스템이 작동되어야 하며, 인출 스테이션(P)에 자동 공급 시스템을 제공하기에 충분하며, 자동 공급 시스템은 자동 창고로부터 시작되어, 절단 프로그램에 의해 요구되는 시트 연속물(sequence)을 공급한다.
4개의 로봇형 손의 존재로 인해, 4개까지의 상이한 작업편들 또는 더 작은 수의 편들을 동시에 이동시킬 수 있으며, 필요에 따라 하나 이상의 로봇형 손에 의해 동시에 지지되고 배향될 수 있다.
단일 전자석에서부터 흡입컵 장치까지 픽업 도구의 교체가능성은 어떤 형태의 시트도 쉽게 관리하도록 한다. 또한, 로봇형 손의 특정 실시예는 이러한 교체가능성을 달성하는데 특히 적합하며 유리하다.
마지막으로, 공급 트레이의 고유 배치는 적절한 절단 단계 동안 금속 시트의 트레이와의 상호작용과 관련된 어떤 문제점도 제거한다.
그러나, 본 발명의 범위의 비제한적 예시만을 나타내는 전술된 특정 실시예에 본 발명이 제한되지 않으며, 다수의 변형예들이 본 발명의 범위 내에서 당업자들의 이해범위 내에서 모두 가능함이 이해된다.
특히, 시스템 버전(version)은 상이한 흡입컵 장치들이 로봇형 손의 헤드에서 교체가능함을 도시하지만, 픽업 헤드의 단자 강자성 디스크(terminal ferromagnetic disc)도 상이한 크기와 형상을 갖는 다른 강자성 디스크와 결합될 수 있음을 배제하지 않는다.
또한, 도시된 실시예에 따르면, 활주 가로부재(1 및 2)는 커팅 센터의 공급 트레이(T)에 가로방향으로 설치되지만, 당업자에게 명백히 나타나는 바와 같이, 동일한 시스템을 공급 트레이에 일렬로 배치시켜 상이한 처리 모드로 조정하도록 제 어 로직을 적절히 변화시키는 것도 고려된다. 실제로, 설명된 경우에는 커팅 센터의 공급 트레이가 로딩 스테이션과 언로딩 스테이션 사이에 놓이는 반면, 다른 경우에는 공급 트레이가 취급 경로의 내부 단부에 배치될 수 있음이 명백하며, 따라서, 이동의 경로가 두 경우에 상이하다.
또한, 3개의 축 상에서 로봇형 손의 작동이 이러한 예시적으로 도시된 시스템과는 상이한, 예컨대, 선형 모터가 구비된 시스템에서도 발생할 수 있음을 배제하지 않는다.

Claims (16)

  1. 시트의 로딩, 언로딩 또는 이들 모두를 위한 시스템이며,
    상기 시트의 일부가 금속으로 이루어지고,
    커팅 센터를 보조하여, 커팅 센터의 공급 트레이(T) 위의 사전설정된 높이에서 지지되는 한 쌍의 레일(1, 2)을 포함하면서 상기 레일에 적어도 하나의 직교좌표 로봇형 손이 이동가능하게 장착되어 있는 유형으로 이루어지고, 로봇형 손은 서로 직교하는 수평축들(X 및 Y)과 수직축(Z) 모두를 따라 이동할 수 있으며,
    적어도 한 쌍의 로봇형 손(5 내지 8)을 각각 지지하며 상기 레일(1,2) 상에서 활주하는 적어도 2개의 교형 크레인(3, 4)을 포함하며,
    상기 로봇형 손(5 내지 8)은 흡입컵 장치(103)와 결합될 수 있는 전자기 픽업 헤드를 구비하고,
    적어도 2개의 교형 크레인(3, 4)이 한 쌍의 레일(1, 2)에서 서로 독립적으로 이동할 수 있고, 적어도 4개의 전자기 픽업 헤드가 독립적으로 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 다양한 교체가능한 상기 흡입컵 장치(103)가 내부에 수납될 수 있는 도구 교체 스테이션(S)이 더 제공되는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로봇형 손은 세장형 각주 지지체(100)를 포함하며, 세장형 각주 지지체(100)가 축안 수단(104) 상에서 상기 수직축(Z)을 따라 병진 운동 가능하게 장착된 이후에, 상기 축안 수단(104)은 상기 교형 크레인(3, 4) 중 하나 상에서 상기 수평축(Y)을 따라 병진 운동 가능하게 장착되는 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로봇형 손(5 내지 8)은 하부 부분에서 수직샤프트 전기 모터를 더 포함하며, 상기 전자기 픽업 헤드는 이러한 모터 샤프트와 일체형인 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 모터 샤프트는 중공이며, 상기 전자기 픽업 헤드는 상기 샤프트에 대응하는 중앙 구멍을 구비하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중공 샤프트는 진공관에 연결되는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 진공관은 회전식 끼워맞춤부를 포함하는 시스템.
  8. 제5항에 있어서, 상기 흡입컵 장치(103)는 강자성 재료의 소형 하우징 헤드를 포함하며, 소형 하우징 헤드는 상기 픽업 헤드의 중앙 구멍에 일치하게 자신을 배치시킬 수 있는 중앙 끼워맞춤부와 유체연통하는 하나 이상의 흡입컵들을 지지하는 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공급 트레이(T)는 일련의 평행하면서 등거리에 있는 바아(203)를 포함하며,
    복수의 소형 세라믹 각석(204)이 바아 상에서 끼워맞춰지는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 소형 세라믹 각석(204)은 대체로 정사각형 형상이며, 상기 바아(203)의 축에 각각 정렬되어 직교하는 대향 꼭지점들의 쌍을 구비하는 시스템.
  11. 제9항에 따른 시스템용 공급 트레이이며, 한 쌍의 가로부재(201, 202)를 포함하며, 가로부재 사이에서 복수의 등거리 지지 바아(203)가 연장되는 트레이에 있어서,
    상기 바아(203)는 세장형 직사각형 구역을 구비하며 가로부재(201, 202) 상에서 에지방향으로 장착되며, 상기 바아(203)의 상부 에지를 따라 홈 또는 포켓(203a)이 제공되며, 홈 또는 포켓 내부에 복수의 소형 세라믹 각석(204)이 끼워맞춰지는 트레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 소형 각석(204)은 대체로 정사각형 형상이며, 하나의 꼭지점이 상향배치된 상태로 장착되는 트레이.
  13. 제12항에 있어서, 상기 소형 각석(204)은 상기 홈 또는 포켓(203a) 내로 도입되도록 감소된 두께를 지닌 하부 부분 및 상기 소형 각석(204)의 측방향 꼭지점 상의 리세스를 구비하고, 상기 리세스는 소형 인접 각석의 측방향 꼭지점과 결합하는 트레이.
  14. 레이저 커팅 센터에 사용되는 시트 취급 방법에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 따른 시스템을 사용하며,
    a. 이동되는 시트를 토대로, 전자기 픽업헤드 또는 흡입컵 장치와 결합되는 전자기 픽업헤드를 사용하는 것이 필요한지를 결정하는 단계와,
    b. 흡입컵 장치를 전자기 픽업헤드 상에 배열시키기 위해 픽업 로봇형 손을 도구 변경 센터(S)로 이동시킬 수 있는 단계와,
    c. 로봇형 손을 인출 스테이션(P)으로 이동시키기 이전과 절단된 시트를 공급 트레이(T)로부터 인출시키기 이전에 단계 a. 및 b.를 반복하는 단계를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전자기 픽업 헤드의 하부 부분은 전자석(102a)을 구비하며, 전자석(102a)은 진공관의 형상을 취하는 종방향 채널에 의해 횡단되는 시스템.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전자기 픽업 헤드는 수직축(J 축)을 중심으로 회전되게 장착되는 시스템.
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