KR101478488B1 - 사출물의 무게감지기능을 구비한 취출로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 취출 로봇의 회전부에 로드 셀을 구비시켜 취출 로봇으로 사출물을 흡착부에서 흡착한 다음, 취출 로봇에 의한 운반 경로 중에 사출물의 무게를 측정하여 양품인지 불량품인지를 판정하게 한 것을 특징으로 하는 취출 로봇을 제공한다.
상기와 같은 본 발명의 구성은 취출 로봇과 별도의 저울 및 운반 경로를 설치할 필요가 없어 설비비를 절약하고 공간을 절약하고 신속한 운반을 가능하게 한다.
또한, 로드 셀의 파손을 방지하고 로드 셀의 수명을 길게 하기 위해, 무게측정 척킹 장치를 설치하여 취출시 수직측하중 및 운반 도중 힘이 로드 셀에 걸리지 않게 하고 무게측정 지점에 이르러서야 로드 셀에 힘이 걸리게 하였다.
한편, 로드 셀에 계단형 경계면을 구비하도록 절개부를 형성하여 하중이 걸릴 때 로드 셀의 휨 변형에 대한 스토퍼(stopper) 기능을 두어, 별도의 무게측정 척킹 장치를 생략하여도 로드 셀을 보호하게 하였다.

Description

사출물의 무게감지기능을 구비한 취출로봇{TAKE-OUT ROBOT WITH WEIGHT SENSING OF MOLD}

본 발명은 사출물을 금형 내에서 꺼내어 컨베이어 등의 운반장치에 놓아주는 취출 로봇에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 사출물의 무게를 측정하여 양/불량을 판별하는 기능이 취출 로봇 자체에 구비된, 그러한 취출 로봇에 관한 것이다.

각종 금형 제품 등 사출물은 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 산출되고 있으며, 이러한 사출물의 취출 작업은 취출 로봇에 의해 이루어진다. 도 1에는 일반적인 취출 로봇의 구성이 도시되어 있다. 취출 로봇은 XYZ 모션이 가능하며, X방향으로 주행할 수 있도록 주행선로(100)가 설치되고 여기에 가이드레일 상의 롤러바퀴를 통해 이동하는 측향 암(200)이 탑재된다. 측향 암(200)은 주행선로(100)와 직교하며, 로봇 암(350)의 Y모션이 가능하도록 소정의 길이를 가진다. 또한, 주행선로(100)와 측향 암(200)에 대해 모두 수직을 이루는 승강부(300)가 측향 암(200)에 설치되며, 상기 승강부(300) 내부에 벨트 및 기어 등으로 승/하강이 가능한 로봇 암(350)이 장착된다.

도 2는 상기 회전부(400)와 그 취출 기능을 위한 부재들의 구성을 좀 더 상세히 나타낸다.

취출 로봇은 사출물(700)을 사출성형기로부터 꺼낼 수 있도록 로봇 암(350)의 단부에 회전가능한 회전부(400)를 구비하고, 이 회전부(400)에는 지그(600)를 용이하게 탈부착시킬 수 있는 지지대(500)가 고정부재(550)로 장착될 수 있다. 즉, 지지대(500)에는 하나 이상의 흡착 부재(650)를 구비한 지그(600)가 볼트 등의 고정부재(550)로 고정된다. 회전부(400)는 연직 방향으로 배치된 상태이며, 지지대(500)와 지그(600) 역시 연직 방향으로 나란히 장착되어 사출물(700)에 접근하게 된다.

즉, 로봇 암은 주행선로(100)를 따라 주행하여(X 모션) 사출물(700)에 접근할 수 있는 기본 위치를 잡고, Y 모션으로 정밀하게 위치를 잡은 후 상하 이동하여(Z 모션) 높이를 조절한다음, 상기 흡착 부재(650)에 사출물(700)을 부착시켜 다시 높이 들어올리고(Z 모션), X-Y 모션을 통해 컨베이어 벨트와 같은 목적지에 도달하여 사출물(700)을 내려놓게 된다. 이때 Z모션으로 상승한 로봇 암의 회전부(400)는 X-Y 모션 전에 90도 회전하여 흡착 부재(650)에 부착된 사출물(700)을 수평방향으로 하여 운반하게 된다. 이와 같이 사출물(700)을 수평방향으로 하여 운반하는 이유는 사출물을 컨베이어 벨트에 안정되게 안착시키고 공간상의 제약을 극복하기 위함이다. 즉, 사출성형기가 계속적으로 사출 동작을 하고 있기 때문에 취출 로봇에 의해 운반되는 사출물(700)이 사출성형기에 의해 훼손되거나 사출성형기의 진동이 요란하여 흡착 부재(650)로부터 떨어질 가능성이 있고, 사출성형기 근처에서 작업하는 사람과의 충돌 우려도 있으며, 공간이 협소한 경우, 사출물(700)이 수직상태로 운반되면 운반에 필요한 공간이 커야하기 때문에 공간 절약을 위해서이기도 하다(도 3 참조).

한편, 기존 방식에 의하면, 로봇 암에 의해 운반된 사출물(700)은 컨베이어 벨트(900)에 놓여 지기 전에 고가의 대형 전자저울에 놓여져 무게측정을 받아 양/불량을 판정받게 된다. 사출물은 사출온도, 압력, 시간 등 여러 요소에 의해 과성형 도는 미성형의 불량이 발생 된다. 따라서 저울(800) 위에 컨베이어 벨트(1900)를 펼치고, 양품을 운반하는 방향을 설정한다. 그와 동시에 그 반대방향은 불량품의 운반방향으로되며, 불량품은 수거함에 넣어지도록 설정되어, 무게 측정 결과에 따라 각각 운반 방향을 달리하여 처리하게 된다. 이러한 무게 측정 및 양/불량의 판정과 그에 따른 동작 처리를 함에 있어서, 로봇 암 운반 공간 및 양품의 운반에 필요한 컨베이어 벨트 설치 구간, 그리고 별도의 저울 및 양/불량 판정 공간이 필요하여, 결과적으로 매우 넓은 공간을 차지하게 된다. 대한민국 공개특허 제10-2010-0065950호에 기재된 램프 불량 감지 역시 컨베이어 벨트 상에 설치되고 있음을 보여준다.

또한, 로봇 암에 의해 이송된 사출물(700)이 바로 목적지로 운반되지 못하고 무게를 측정하여 양/불량을 판정하는 동작을 거치는 것은 시간을 매우지체시킨다. 즉, 저울의 리셋 시간을 비롯하여 그 결과에 따라 컨베이어 벨트(900) 구동 방향을 서로 다르게 제어하여야 하므로 운반 속도를 매우 지체시켜 생산성이 나빠지는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 사출물의 무게 측정에 의한 양/불량을 판정하는 저울을 취출 로봇과 별도의 공간에 설치하지 않고 취출 로봇 자체에서 무게를 판정하게 하고, 양/불량이 판정되면 운반경로를 달리하게 하여, 공간과 설비를 절약하고 사출물의 운반속도를 크게 향상시키고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기와 같이 취출 로봇 자체에 구비된 사출물 무게측정 수단의 안정적인 동작 및 수명 연장을 구현하는 것이기도 하다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 취출 로봇의 회전부에 로드 셀을 구비시켜 취출 로봇으로 하여금 사출물을 흡착부에 흡착하게한 다음, 취출 로봇에 의한 운반 경로 중에 사출물의 무게를 측정하여 양품인지 불량품인지를 판정하게 하여 양품과 불량품의 운반 경로를 달리하게 한 것을 특징으로 하는 취출로봇을 제공한다.

바람직하게는, 상기 회전부에 장착되는 지그 배면에 로드 셀이 배치되어, 사출물이 상기 지그에 있는 흡착부에 부착되면 회전부가 회전되어 지그와 사출물을 수평한 위치로 되게 하며, 사출물이 운반되는 경로에서 회전부가 정지상태를 취하도록 하여 로드 셀에 의해 사출물의 무게가 측정되며, 양품이면 목적지로 운반되고, 불량품이면 수거함으로 운반되도록 취출 로봇의 동작 및 경로를 제어장치에 의해 제어한다.

더욱 바람직하게는, 상기 회전부에 설치된 로드 셀의 파손 방지 및 수명 연장을 위해, 사출물의 운반 경로 중 양품과 불량품의 운반 경로 분기점 근방에서 회전부가 정지상태를 취하도록 하여 사출물의 무게가 상기 로드 셀에 실리게 하고 그 이전의 운반 구간에서는 로드 셀에 사출물의 무게가 실리지 않도록 사출물이 부착된 지그 전체를 척킹하는 수단을 구비하게 한다.

상기에서 로드 셀에 사출물의 하중이 실리지 않도록 척킹하고 있다가 원하는 지점에서 사출물의 하중을 로드 셀에 실리게 하는 수단으로는 공압실린더, 솔레노이드 또는 회전가능한 핸드 기구(레버 기구라고도 함)를 들 수 있다.

본 발명은 취출로봇 자체에 구비된 로드 셀을 이용하여 사출물의 무게를 측정함에 있어서, 로드 셀이 탑재되는 회전부에 상기 로드 셀은 제1 고정 부재로 연결되는 한편, 로드 셀에 탑재되고 사출물을 부착하여 로딩하는 지그와 상기 로드 셀은 또 다른 제2 고정 부재로 연결되고, 공압실린더 또는 솔레노이드와 같은 척킹 수단이 회전부와 지그 배면이 연결되는 위치에 놓여져, 사출물이 지그 흡착부에 흡착되면 회전부가 회전되어 사출물이 맨 아래로 놓이게 되며, 이때 척킹 수단의 척킹 작용으로 지그가 로드 셀 상에 접하도록 척킹된 상태로 운반되다가 무게 판정 지점에 도달하여 척킹 수단의 척킹 작용이 해제되면, 상기 로드 셀은 사출물과 지그의 무게에 의해 아래로 힘을 받게 되며, 이때 제1 고정 부재와 제2 고정 부재는 각각 서로 다른 장력을 받게되며, 이러한 장력의 차이가 로드 셀에 인장력으로 작용되어 로드 셀은 사출물의 무게를 측정할 수 있게 된다. 이 경우도 물론 사출물이 없는 지그에 의한 인장력은 미리 측정되어 게이지를 얻은 상태이고 사출물 자체 무게의 측정으로 양/불량 여부를 판정하게 된다.

또한, 본 발명은,

상기 로봇 암이,

상기 회전부에 고정 부재로 고정되는, 사출물을 부착할 수 있는 흡착 부재를 하나 이상 구비한 지그; 및

상기 회전부와 지그 사이에 탑재되는 상기 로드 셀;을 포함하고,

상기 회전부는 로봇 암의 단부에 회전가능하게 고정되어, 사출물이 흡착된 후 상기 회전부가 회전하여 사출물이 수평 위치에 오게 하여 상기 로드 셀에 의해 사출물의 무게가 측정되며,

상기 로드 셀은 절개부를 하나 이상 구비하고,

상기 절개부는 계단형 경계면을 형성하고,

상기 계단형 경계면의 단차부는 사출물의 무게를 측정하도록 회전부가 회전된 위치에 있을 때, 중력에 대해 수직인 방향으로 공백을 두는 틈새를 형성하여, 로드 셀에 사출물의 무게가 인가될 때, 상기 틈새에 의해 로드 셀의 휨 변형이 방지되는 것을 특징으로 하는 취출 로봇을 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기에서, 로드 셀에 의해 사출물의 무게 측정이 이루어져 사출물을 해당 지점에 운반하여 준 다음, 로드 셀에 의한 무게 측정 시스템을 리셋하고 0점 조정하여 후속 사출물의 무게 측정에 대한 누적 오차를 방지하는 것을 특징으로 하는 취출 로봇을 제공한다.

또한, 본 발명은, 로드 셀에 의한 사출물의 무게 측정 후, 사출물의 운반 경로를 양/불량에 따라 서로 달리하게 하는 분기점의 설정에 있어서, 사출성형기로부터 최대한 멀리 운반되어 양품의 운반 컨베이어와 불량품의 수거함이 배치되는 지점을 분기점이 되게 하였다.

상기와 같은 본 발명의 구성은 취출 로봇과 별도의 저울 및 운반 경로를 설치할 필요가 없어 설비비를 절약하고 공간활용 상 매우 유리하다.

또한, 취출 로봇 자체에서 사출물의 무게를 측정하여 양/불량을 판정하고 결과에 따라 운반경로를 달리하여 주므로, 종래 저울 위에 사출물을 내려놓고 무게를 측정한 후 컨베이어 벨트 전체의 구동 방향을 제어하는 운용 방식에 비하면 훨씬 더 신속하게 저비용으로 사출물을 이송할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 사출물의 무게는 사출물이 취출 로봇에 의해 운반되는 초기가 아닌 양품의 최종 목적지 부근의 분기점에서 측정되되, 그 분기점에 도달해서야 비로소 로드 셀 위에 사출물의 무게가 실리게 조치함으로써 로드 셀의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 취출 로봇이 사출물의 무게를 측정하는 지점은 사출성형기로부터 최대한 멀리 떨어진 지점이 되게 하여 사출성형기의 동작 시 발생하는 진동으로부터 로드 셀의 오차 간섭이 배제될 수 있어 유리하다.

또한, 본 발명에 따르면, 로드 셀 내부에 형성된 절개부의 틈새에 의해 로드 셀에 인가되는 힘에 의한 로드 셀의 변위가 완충 되어 로드 셀의 수명을 연장시킨다. 이러한 구성은 로드 셀의 수명 연장을 위해 여타의 부재를 구비할 필요가 없어 구현이 매우 간편하다.

또한, 상기와 같은 절개부가 형성된 로드 셀에 의해 하나의 사출물의 무게 측정 후 무게측정 시스템의 리셋과 0점 조정으로 인해 누적 오차가 방지되어 정확한 무게 측정이 이루어진다.

도 1은 일반적인 취출 로봇의 구성 및 모션을 설명하기 위한 정면도 및 평면도이다.
도 2는 종래 취출 로봇의 회전부 구성과 취출 로봇에 의해 운반된 사출물의 무게 측정 및 그에 따른 양/불량품의 운반경로를 보여주는 개략단면도이다.
도 3은 종래 취출 로봇의 사출물 운반 경로를 공간 활용에 대해 설명하기 위한 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따라 취출 로봇 회전부에 로드 셀을 장착한 구성을 보여주는 단면도이다.
도 5은 본 발명에 따라 취출 로봇의 사출물 운반 경로 및 무게 측정 지점 그리고 공간 활용에 대해 설명하기 위한 개요도이다.
도 6은 본 발명에 따라 로드 셀을 구비한 회전부에서 사출물의 무게를 측정하되, 척킹 부재로서 솔레노이드를 적용한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따라 로드 셀을 구비한 회전부에서 사출물의 무게를 측정하되, 척킹 부재로서 공압실린더를 적용한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따라 로드 셀을 구비한 회전부에서 사출물의 무게를 측정하되, 척킹 부재로서 회전가능한 핸드 기구를 적용한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따라 구비된 로드 셀을 보호하도록 로드 셀 내부에 절개부를 형성한 실시예를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

취출 로봇의 XYZ 모션을 위한 전반적인 구성은 도 1과 같으며, 도 1에 대한 구성 및 동작은 앞서 설명되었으므로 반복설명을 피하기 위해 설명을 생략한다.

취출 로봇의 회전부(400)에 본 발명의 무게감지기능을 구비시키기 위해 도 4와 같이 로드 셀(850)을 설치한다. 즉, 로봇 암(350)의 단부에 회전식으로 고정되는 회전부(400)에 볼트와 같은 고정부재(550)로 지지대(500)가 고정되고, 여기에 지그(600) 장착에 앞서 로드 셀(850)이 탑재된다. 로드 셀(850) 역시 볼트 등의 다양한 고정부재로 지지대(500)에 고정될 수 있다. 상기 지지대(500)는 지그(600)의 탈부착을 쉽게 하도록 추가되는 부재이므로 생략 가능하며, 만일 지지대(500)를 생략한다면, 회전부(400)에 로드 셀(850)이 탑재된다. 로드 셀(850) 위에 지그(600)를 얹고 지그(600)와 지지대(600)를 고정부재로 고정한다. 지그(600)에는 다수의 다양한 형태의 흡착 부재(655)가 고정되어, 여기에 직접적으로 사출물(700)을 부착(chuck)하게 된다. 또한, 흡착 부재(655)는 점착제, 자석 등 다른 방식의 척킹 부재로 대체될 수 있다.

이와 같이 구성된 로봇 암(350)의 회전부(400)는 도 5에서처럼 사출성형기로부터 상승 되고 90도 회전되어 사출물(700)이 수평으로 위치되게 한다. 이때 수평으로 된 사출물(700)은 지그(600)와 함께 로드 셀(850)에 하중을 실어 그들의 무게가 계측되게 한다. 취출 로봇의 전체적인 동작을 제어하는 제어장치에는 상기 로드 셀(850)의 무게 측정 결과에 대해 양/불량을 판정하여 각각에 대해 운반 경로를 달리하도록 프로그램된 제어모듈이 설치되어 있어, 그에 따라 로봇 암(350)이 이동하게 된다.

*도 5를 보면, 취출 로봇의 로봇 암(350)은 사출성형기에서 흡착 부재(655)로 척킹하여 꺼낸 사출물을 승강시키고 수평으로 회전시킨 후 일정 구간을 진행하여 사출성형기로부터 상당히 멀어진 구간이자 사출물 운반용 컨베이어 벨트 상공이 되는 곳에 도달하여 이 지점을 분기점으로 삼아 양품은 컨베이어 벨트 상에 내려놓고, 불량품은 수거함 상공으로 이동하여 낙하시킨다. 이는 사출성형기의 진동이 무게측정에 영향을 미치지 않도록 무게측정 지점을 그로부터 먼 곳으로 선택한 것이다.

이와 같은 구성은 종래 구성에서 모든 사출물(700)을 저울(800) 위에 내려놓고 저울(800)을 중심으로 하여 불량품과 양품의 운반 경로를 달리하게 하는 별도의 제어부를 구비한 컨베이어 벨트 구동부를 생략할 수 있어 설비 간소화를 이룬다. 즉, 취출 로봇의 로봇 암(350) 회전부(400)에서 이미 무게 측정이 되었고, 이에 대한 경로 지정 명령은 취출 로봇의 전체 제어장치에 모듈로 설치함으로써 추가적인 제어설비를 요하지 않기 때문이다. 더구나, 저울(800)이 차지하는 공간이 없어져 공간이 절약되고, 저울(800)에 의한 측정 결과에 따라 컨베이어 벨트(1900)의 구동 방향이 달라져야 했으므로 불량이 나올 때마다 관성을 이기는 구동력을 요하여 에너지 소모가 컸던 점을 개선할 수 있다. 취출 로봇에서 이미 경로가 정해지므로 양품을 운반하는 컨베이어 벨트는 목적지에 이르도록 한 방향으로 계속 구동되어 신속한 운반이 가능하고 구동 에너지도 절약된다.

한편, 로드 셀(850)은 영구적으로 사용하기 어려운 소모품 적인 요소가 있어 그 수명이 다하면 교체하여야 한다. 따라서 본 발명자는 로드 셀(850)의 수명을 최대화하기 위해 다음과 같은 방안을 마련하였다.

도 6 내지 도 7을 참조하여, 로드 셀을 이용하여 사출물(700)의 무게를 측정하는 취출 로봇의 동작을 상세히 설명한다.

로봇 암(350)의 단부에 회전식으로 고정되는 회전부(400)에 볼트와 같은 고정부재(550)로 지지대(500)를 고정하고 여기에 지그(600)를 장착하기에 앞서 로드 셀(850)을 탑재한다. 로드 셀(850) 역시 볼트 등의 다양한 고정부재로 지지대(500)에 고정될 수 있다. 만일 지지대(500)를 생략한다면, 회전부(400)에 로드 셀(850)을 탑재한다. 로드 셀(850) 위에 지그(600)를 얹고 지그(600)와 지지대(600)를 고정부재로 고정한다. 지그(600)에는 다수의 다양한 형태의 흡착 부재(655)가 고정되어, 여기에 직접적으로 사출물(700)을 부착(chuck)하게 된다. 또한, 흡착 부재(655)는 점착제, 자석 등 다른 방식의 척킹 부재로 대체될 수 있다.

이때, 로드 셀(850)이 탑재되는 지지대(500) 또는 지지대(500)를 생략할 경우, 회전부(400)와 로드 셀(850)을 걸림턱이 있는 핀 형태의 제1 고정 부재(840)로 연결하는 한편, 로드 셀(850)에 탑재되고 사출물(700)을 부착하여 로딩하는 지그(600)와 상기 로드 셀(850)을 또 다른 제2 고정 부재(860)로 연결한다. 제1 고정부재(840)와 제2 고정부재(860)의 위치는 로드 셀(850)의 양단부에 각각 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 취출 로봇 암은 다음과 같이 동작한다.

지그(600)의 흡착부에 사출물(700)이 흡착되어 척킹되면, 로봇 암(350)은 사출성형기로부터 상승하여 회전부(400)를 90°회전시켜, 사출물(700)이 바닥을 향하여 수평을 이루게 한다. 이 상태로 사출물은 컨베이어 벨트가 있는 곳까지 운반되며, 컨베이어 벨트와 수거함의 분기점 상공에서 사출물(700)의 무게가 측정 된다.

운반 도중에는 로드 셀(850)에 인장력이 걸리지 않게 하여 파손을 방지하고 그 수명을 연장하며, 이를 위해 회전부(400) 내지는 지지대(500)에 지그(600)와 사출물(700)을 척킹하는 척킹 부재(650)를 설치한다. 상기 척킹 부재(650)는 지그(600)와 사출물(700)을 로드 셀(850) 쪽으로 당기되, 중력과 균형을 이루어 로드 셀(850)에는 별다른 스트레스가 생기지 않는다. 이러한 척킹 부재(650)는 솔레노이드, 공압실린더 또는 회전가능한 핸드 기구 등으로 구성될 수 있다.

도 6은 척킹 부재(650)를 솔레노이드로 구성한 것을 보여준다. 즉, 서로 마주하는 한 쌍의 솔레노이드(670)가 설치되어 있다. 제1 솔레노이드는 지그(600) 배면에 고정되고 이와 마주하는 제2 솔레노이드는 지지대(500) 상면에 설치된다. 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드가 서로 당기도록 서로 반대방향의 전류를 흘려주면 지그(600)를 당겨주는 상태가 된다. 무게측정을 위해서는 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드가 서로 밀치도록 전류를 서로 같은 방향으로 흘려주거나 전류를 끊어 당기는 힘을 해제함으로써 디척(dechuck) 된다.

도 7은 척킹 부재(670)를 공압실린더로 구성한 것을 보여준다.

회전부(400) 또는 지지대(500) 위에 탄성체(685)를 고정하고, 이를 떠받치는 피스톤(680)을 라이너와 함께 지그(600) 배면쪽에 설치한다. 가스를 공급하여 피스톤의 위치를 상승시키고 유지하다가 무게측정을 요하는 지점에서 가스를 흡입하여 탄성체(685)의 탄성으로 지그(600)가 로드 셀(850)에 내려앉도록 디척 한다.

또한, 도 8과 같이 회전가능한 간단한 핸드 기구(870)를 척킹 부재(670)로 적용할 수 있다. 지그(600)를 받치고 있던 핸드 기구(870)는 모터 등으로 회전 구동되어 핸드 기구의 각도가 수평에서 벗어나 경사지게 함으로써 지그(600)가 디척된다.

즉, 무게측정 지점에 도달하여 척킹 부재(650)는 척킹 작용을 해제한다.

공압실린더는 탄성체를 압축하던 공기 흡입상태에서 탄성체를 이완시키도록 공기를 토출하고, 한 쌍의 솔레노이드는 서로 인력이 미치도록 인가되던 전류를 끊거나 척력이 미치도록 전류 방향을 제어하며, 핸드 기구를 회전시켜 받침 기능을 해제한다. 이러한 상황에서 상기 로드 셀(850)은 사출물(700)과 지그(600)의 무게에 의해 아래로 힘을 받게 되며, 이때 제1 고정 부재(840)와 제2 고정 부재(860)는 각각 서로 다른 장력을 받게 되며, 이러한 장력의 차이가 로드 셀(850)에 인장력으로 작용하여 로드 셀(850)은 사출물(700)의 무게를 측정할 수 있게 된다. 이 경우도 물론 사출물(700)이 없는 지그(600)만에 의한 인장력은 미리 측정되어 사전 리셋되어 사출물(700) 무게만을 측정하게 하며, 일정 범위 내의 오차 구간을 부여하여 양/불량을 판정하게 된다. 이러한 인장력 측정에 의한 무게측정 방식은 요동이 적고 중력에 순응하는 방식이라 매우 정확하고 안정된 무게 판정을 할 수 있어 유익하다. 실제 무게를 측정하는 지점은 도 5에서와 같이 사출성형기로부터 상당히 멀리 떨어진 지점이자 컨베이어 벨트와 수거함 위치로 인해 로봇 암의 경로 분기점이 되는 곳이다. 취출 로봇의 사출물(700) 취출 시점에서 상기 척킹 부재(650)의 척킹 동작은 로드 셀(850)에 수직측하중이 걸리지 않게 하고, 운반경로에서도 사출물(700)의 하중이 걸리지 않게 하며, 분기점에 도달해야 비로소 정지상태를 유지하여 무게를 측정함으로써 로드 셀의 파손을 막고 그 수명을 최대화할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이 분기점에 도달해서 무게를 측정하는 것은 사출성형기의 사출로 인한 진동을 피할 수 있으므로 측정 오차 또한 줄어들어 더욱 유익하다.

상기 실시예에서 지지대(500)를 생략하고 회전부(400)에 로드 셀을 탑재하고 그 위에 지그(600)를 설치하는 것도 가능하며 그에 대한 변형 실시예는 상기 설명으로부터 당업자가 용이하게 구현할 수 있다.

다음은, 본 발명의 또 다른 실시예에 대해 설명하며, 여기서는 로드 셀의 구성을 도 9와 같이 변형하였다.

즉, 로드 셀(900)은 계단형 절개부(910)를 좌우 대칭이 되게 구비한다. 계단형 절개부(910)는 로드 셀(900)에 일종의 계단형 경계면을 형성하며, 이에 대한 구성은 부분 확대도에 좀 더 상세히 나타내었다. 지그(600)가 수직 방향으로 되어 있는 상태에서 사출물을 취출하며, 이때, 로드 셀(900)도 수직 배열된 상태이므로 계단형 절개부(910)의 단차를 이루는 부분은 로드 셀(900) 내부에 연직 방향의 틈새를 형성 및 유지하고 있다. 사출물을 운반하기 위해 회전부(350)가 회전되면, 상기 틈새는 수평방향으로 함께 전향된다. 사출물의 하중 측정 도중 로드 셀(900)이 파손되지 않도록 하는 방편으로 상기 계단형 절개부(910)를 형성하였다. 사출물의 하중이 로드 셀(900)에 인가됨으로써 로드 셀(900)은 변형되며 그에 따라 로드 셀(900)의 스트레인 게이지부(919)가 동작 되어 하중에 비례하는 전류치를 흘려보내 하중을 측정하는 것이다. 따라서 로드 셀(900)에 사출물의 하중이 걸리게 되면, 로드 셀(900)의 양단부가 아래로 힘을 받아 약간 내려앉게 된다(도 11 참조). 로드 셀(900)이 하중으로 인해 아래쪽으로 수축되더라도 상기 틈새가 다소 좁아질 뿐 로드 셀(900)이 손상될 정도로 변형되거나 파손되지 않는다. 비틀림에 의한 측정 간섭 및/또는 무게중심 변화에 의한 측정 오차를 해결하기 위해, 상기 로드 셀(900) 형상을 양측 대칭으로 형성하는 것이 바람직하다. 계단형 절개부(910)의 틈새로 인해, 로드 셀의 측정 범위를 넘어서는 외압 인가 또는 반복적인 외압의 인가로 인한 로드 셀의 휨 변형이 방지된다. 측정 범위를 넘어서는 외압은 과중한 사출물 및 지그의 무게일 수도 있지만, 그 밖의 충돌 등으로 인한 충격량일 수도 있다.

계단형 절개부(910)의 단차에 형성되는 틈새의 간격은 로드 셀(900)의 적정 하중 용량의 3 내지 5 배까지 견딜 수 있도록 하고, 그 이상의 하중이 작용하여도 변위 발생이 일어나지 않도록 형성하는 것이 적절하다. 수치적인 예를 들면, 1 내지 수 kg의 사출물이 로드 셀에 인가되는 경우라면, 실제 로드 셀의 휨 량(로드 셀 양단의 휘어짐으로 인한 본래 수평 위치로부터의 변위)은 0.5mm 정도이고, 이에 대해 3 내지 5 배 정도의 중량 또는 외력이 인가될 경우 로드 셀은 약 1mm 정도의 휨에 의한 변위가 발생 된다. 그러므로 상기 틈새를 1mm 정도로 형성하여 그 이상의 휨 변위를 방지하여 로드 셀의 수명을 연장한다. 특히, 로드 셀의 수명 연장을 위해 특정 지점에서만 사출물의 하중이 로드 셀에 인가되게 하고 그 외 운반 경로에서는 로드 셀에 하중이 걸리지 않게 하려는 여타의 복잡한 수단(공압실린더, 솔레노이드 부재 등의 각종 부재)을 전혀 요하지 않아 구현이 간편하다.

도 11은 도 9의 회전부(350)가 90도 회전된 상태를 보여준다. 사출물(700)이 흡착 부재(655)에 부착되어 로드 셀(900)에 하중이 걸림으로써 로드 셀(900)의 양단부가 휘어진 상태를 보여준다. 이때, 계단형 절개부(910)의 틈새는 하중에 의해 눌려지며, 틈새가 좁혀지면서 계단형 경계면의 윗편이 계단의 단차부에 걸리듯이 변형된다. 이와 같이 틈새는 로드 셀(900)에 대해 완충작용을 하게 된다.

한편, 상술한 계단형 절개부(910)의 단차에 형성된 틈새는 로드 셀(900)이 받는 반대방향의 충격에 대해 충분히 완충작용을 할 수 없다. 그에 따라 본 발명은 지지대(500)와 로드 셀(900)과의 사이에 틈새 d를 두었다. 즉, 도 9의 또 다른 부분 확대도에서와 같이, 로드 셀(900)의 양단부와 중심부는 지지대(500)와 인접하게 되는데 이러한 인접부에 틈새 d를 둔다. 이러한 틈새 d는 취출 로봇이 진행 경로에서 다른 물체와 충돌하는 경우 로드 셀의 변형에 대해 유용한 완충작용을 하게 된다. 상기 틈새 d의 간격도 상술한 계단형 경계면(910)의 단차에 형성되는 틈새의 간격과 같은 방법으로 산출될 수 있으나, 충격력의 강도가 일반적인 하중에 비해 더 크다는 점을 고려하여 좀 더 여유있는 수치로 설정될 수 있다.

또한, 상기 틈새 구조가 중력방향에 대해서만 완충작용을 한다는 한계를 극복하기 위해, 도 10과 같이 절개 면을 변형하여 제공하였다. 로드 셀(900) 양단부 쪽으로, 절개 면에 의해 형성되는 틈새가 수평방향과 수직방향 모두 형성된다. 절개면의 단면실루엣은 4차례 이상 직각으로 굴곡 되어 마치 'Z'자 두 개가 서로 연결된 것과 같이 나타난다. 즉, 도 10의 틈새는 수평부(915)와 수직부(917)을 포함하여 수평부(915) 틈새는 로드 셀(900)에 걸리는 하중이 연직 방향일 때 완충작용을 하여주고, 수직부(917) 틈새는 로드 셀(900)에 걸리는 힘이 수평 방향일 때 완충작용을 하여, 로드 셀(900)을 보호한다.

즉, 본 발명은, 로드 셀에 계단형 경계면을 구비하도록 절개부를 형성하여 하중이 걸릴 때 로드 셀의 휨 변형에 대한 스토퍼(stopper) 기능을 두어, 별도의 무게측정 척킹 장치를 생략하여도 로드 셀을 보호하게 하였다.

상기와 같은 로드 셀(900) 자체의 구조를 통해 이루어지는 로드 셀의 보호는 로드 셀(900)의 변위 발생으로 반복되는 사출물의 무게 측정시 후속 사출물 무게측정에 대해 오차를 유발할 수 있다. 그에 따라 0점 조정이 필요하다. 즉, 하나의 사출물을 취출하여 수평방향으로 회전시켜 무게를 측정하고 해당 구간으로 운반하여 사출물을 디척킹한 후, 로드 셀에 의한 무게측정 스케일을 리셋(취출 지그 무게를 0으로 하고 실제 사출물만의 무게를 측정할 수 있게 함)하여 후속 사출물을 취출 하는 것이 바람직하다.

리셋 및 0점 조정은 자동제어 시스템에 모듈로 구성되고, 0점 조정 위치는 사출기로부터 멀리 떨어져 그 진동의 영향이 미치지 않는 곳을 택한다. 그러한 장소는 곧, 무게측정 지점이기도 하다. 즉, 무게측정 후 사출물을 해당 지점에 운반하여 준 다음, 상기 로봇 암은 사출물의 무게를 측정했던 지점으로 복귀하여 로드 셀에 의한 무게 측정 시스템을 리셋하여 0점 조정함으로써 사출물을 운반하는 매 사이클마다 후속 사출물의 무게 측정시 누적 오차가 생기는 것을 방지하는 한편 온도 변화에 의한 측정 오차를 방지한다.

리셋 동작은 스테이블 또는 언스테이블 신호와 함께 중량값이 로드 셀 컨트롤러로부터 로봇 컨트롤러로 보내어져 스테이블 값이 일정 회수 이상 지속 될 때 '0'리셋이 되도록 모듈을 구성한다. 이러한 구성은 순간적인 진동으로 인한 영향을 배재한다.

사출물의 무게 측정 지점은, 사출성형기의 진동 영향이 가장 적은 지점으로 지정되며, 양품 사출물의 운반용 컨베이어 벨트로 하강하기 직전으로 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 로드 셀에 의한 무게측정 시스템은 무게 측정 시 사출기 진동 및/또는 외부 진동의 영향에 따른 측정 오차를 제어하기 위하여, 상기 무게측정 시스템의 로드 셀 제어부는, 상기 로드 셀로부터 전송되어 오는 무게에 대한 신호가 소정의 진폭을 넘어서는 언스테이블 신호와 진폭 이내의 스테이블 신호를 구별할 수 있도록 신호 판별 모듈을 포함한 오차제어모듈을 구비한다. 그에 따라 상기 로드 셀로부터 전송되어 오는 무게에 대한 신호가 소정의 진폭을 넘어서는 언스테이블 신호일 경우 이를 무시하고 대기 상태를 취하고, 상기 진폭 이내의 스테이블 신호일 경우에만 이를 측정치로 수취하게 된다.

한편, 상기 로드 셀은, 사출물의 중량에 따라 크기와 형상을 변형시킨 것이 적용될 수 있다. 예를 들면, 사출물의 무게가 많이 나갈 경우, 로드 셀의 스트레인 게이지 부착면인 휨 발생부의 두께를 좀 더 두껍게 구성할 수 있다.

또한, 사출기에 형성된 캐비티가 2 이상일 경우, 캐비티로부터 흡착된 2 개 이상의 사출물 각각에 대해 무게가 측정되게 한다. 즉, 로드 셀의 무게측정시스템은 사물물마다 무게가 측정될 수 있도록 사출물 위치별로 개별적인 게이지부를 구비하여 각 사출물의 무게를 별도로 측정한다.

이와 같이 하여 취출 로봇에서 사출물의 무게를 측정하여 양/불량을 판정하고 그에 따라 운반 경로를 달리하는 취출 로봇을 구현할 수 있다.

본 발명은 금형, 압출성형 또는 사출성형을 이용한 물품성형을 하고 그 성형품을 취출하여 운반하는 경우에 적용될 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

100: 주행선로
200: 측향 암
300: 승강부
350: 로봇 암
400: 회전부
500: 지지대
550: 고정부재
600: 지그
650: 척킹 부재
655: 흡착 부재
670: 무게측정 스위치
680: 피스톤
685: 탄성체
700: 사출물
800: 저울
840: 제1 고정부재
850, 900: 로드 셀
860: 제2 고정부재
870: 핸드 기구
910: 계단형 경계면
915: (틈새) 수평부
917: (틈새) 수직부
919: 스트레인 게이지(strain gauge)
920: 게이지부
1900: 벨트

Claims (10)

1. 사출물을 척킹하여 운반하는 취출 로봇에 있어서,
   상기 취출 로봇의 로봇 암의 회전부에 로드 셀을 구비하여 사출물의 운반 경로 중에서 사출물의 무게를 측정하여 양품인지 불량품인지 여부를 판정하고 양품과 불량품의 운반 경로를 달리하게 하고,
   상기 로봇 암은,
   상기 회전부에 고정 부재로 고정되는, 사출물을 부착할 수 있는 흡착 부재를 하나 이상 구비한 지그;
   상기 회전부와 지그 사이에 탑재되는 상기 로드 셀과 상기 회전부 사이를 연결하는 제1 고정 부재;
   상기 로드 셀과 상기 지그 사이를 연결하는 제2 고정 부재; 및
   상기 사출물을 흡착하는 흡착 부재를 구비한 지그와 상기 회전부 사이를 연결하여 설치되는 척킹 부재;를 더 포함하고,
   상기 회전부는 로봇 암의 단부에 회전가능하게 고정되어, 사출물이 흡착된 후 상기 회전부가 회전하여 사출물과 지그가 수평 위치에 오게 하되, 사출물은 아래 방향을 향하도록 회전되며,
   상기 척킹 부재가 지그를 회전부에 붙잡아두도록 척킹하여 사출물을 운반하다가 사출물의 무게측정을 위하여 상기 척킹 부재가 척킹을 해제함으로써, 상기 로드 셀에 지그와 사출물의 하중이 걸려 로드 셀에 고정된 제1 고정 부재와 제2 고정 부재에 걸리는 장력의 차이가 로드 셀에 인장력으로 인가됨에 따라 무게측정이 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
2. 사출물을 척킹하여 운반하는 취출 로봇에 있어서,
   사출물의 운반 경로 중에서 사출물의 무게를 측정하여 양품인지 불량품인지 여부를 판정하기 위하여, 상기 취출 로봇의 로봇 암의 회전부에 로드 셀을 구비하고,
   상기 로봇 암은,
   상기 회전부에 고정 부재로 고정되는, 사출물을 부착할 수 있는 흡착 부재를 하나 이상 구비한 지그;
   상기 회전부와 지그 사이에 탑재되는 상기 로드 셀과 상기 회전부 사이를 연결하는 제1 고정 부재;
   상기 로드 셀과 상기 지그 사이를 연결하는 제2 고정 부재; 및
   상기 사출물을 흡착하는 흡착 부재를 구비한 지그와 상기 회전부 사이를 연결하여 설치되는 척킹 부재;를 더 포함하고,
   상기 회전부는 로봇 암의 단부에 회전가능하게 고정되어, 사출물이 흡착된 후 상기 회전부가 회전하여 사출물과 지그가 수평 위치에 오게 하되, 사출물은 아래 방향을 향하도록 회전되며,
   상기 척킹 부재가 지그를 회전부에 붙잡아두도록 척킹하여 사출물을 운반하다가 사출물의 무게측정을 위하여 상기 척킹 부재가 척킹을 해제함으로써, 상기 로드 셀에 지그와 사출물의 하중이 걸려 로드 셀에 고정된 제1 고정 부재와 제2 고정 부재에 걸리는 장력의 차이가 로드 셀에 인장력으로 인가됨에 따라 무게측정이 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 척킹 부재는 솔레노이드, 공압실린더 또는 회전가능한 핸드기구 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
4. 사출물을 척킹하여 운반하는 취출 로봇에 있어서,
   사출물의 운반 경로 중에서 사출물의 무게를 측정하여 양품인지 불량품인지 여부를 판정하기 위하여, 상기 취출 로봇의 로봇 암의 회전부에 로드 셀을 구비하고,
   상기 로봇 암은,
   상기 회전부에 고정 부재로 고정되는, 사출물을 부착할 수 있는 흡착 부재를 하나 이상 구비한 지그; 및
   상기 회전부와 지그 사이에 탑재되는 상기 로드 셀;을 포함하고,
   상기 회전부는 로봇 암의 단부에 회전가능하게 고정되어, 사출물이 흡착된 후 상기 회전부가 회전하여 사출물이 수평 위치에 오게 하여 상기 로드 셀에 의해 사출물의 무게가 측정되며,
   상기 로드 셀은 절개부를 하나 이상 구비하고,
   상기 절개부는 계단형 경계면을 형성하고,
   상기 계단형 경계면의 단차부는, 사출물의 무게를 측정하도록 회전부가 회전된 위치에 있을 때, 중력에 대해 수직인 방향으로 공백을 두는 틈새를 형성하여, 로드 셀에 사출물의 무게가 인가될 때, 상기 틈새에 의해 로드 셀의 휨 변형이 방지되는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
5. 제4항에 있어서, 상기 절개부의 절개 면은, 틈새가 수평방향과 수직방향 모두 구비 되게 형성되어, 상기 틈새는 로드 셀에 가해지는 수평력과 수직력에 대해 로드 셀의 변형 방지 기능을 발휘하여 로드 셀의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
6. 제4항에 있어서, 상기 로드 셀이 고정되는 지지대가 상기 회전부에 인접하여 설치되고, 상기 로드 셀과 지지대는 틈새를 두고 배치되어, 로드 셀이 상기 지지대 쪽으로 힘을 받을 경우, 상기 틈새에서 가해지는 힘이 완충 되는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
7. 제4항에 있어서, 상기 로드 셀에 의해 사출물의 무게 측정이 이루어져 사출물을 해당 지점에 운반하여 준 다음, 상기 로봇 암은 사출물의 무게를 측정했던 지점으로 복귀하여 로드 셀에 의한 무게 측정 시스템을 리셋하여 0점 조정하여 사출물을 운반하는 매 사이클마다 후속 사출물의 무게 측정에 대한 누적 오차 및 온도 변화에 의한 측정 오차를 방지하는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 사출물의 무게 측정 지점은, 사출성형기의 진동 영향이 가장 적은 지점으로 지정되며, 양품 사출물의 운반용 컨베이어 벨트로 하강하기 직전 지점인 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
9. 제8항에 있어서, 상기 로드 셀에 의한 무게측정 시스템은 무게 측정 시 사출기 진동 또는 외부 진동의 영향에 따른 측정 오차를 제어하기 위하여, 상기 무게측정 시스템의 로드 셀 제어부는, 상기 로드 셀로부터 전송되어 오는 무게에 대한 신호가 소정의 진폭을 넘어서는 언스테이블 신호일 경우 이를 무시하고 대기 상태를 취하고, 상기 진폭 이내의 스테이블 신호일 경우에만 이를 측정치로 수취하는 오차 제어 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
10. 제4항에 있어서, 상기 로드 셀은, 사출물의 중량에 따라 크기와 형상을 변형시킨 것이 적용되는 것을 특징으로 하는 취출 로봇.
    

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