KR101526906B1 - 스크류 체결작업의 오류 검출장치 - Google Patents

Abstract

정상적인 스크류 체결작업에 소요되는 토크 정보를 기반으로 체결 수량을 정확하게 카운트할 수 있게 함으로써 카운트 오류에 의한 작업의 누락을 방지함과 더불어 조립 공정의 완료 여부를 보다 정확하게 판정할 수 있는 스크류 체결작업의 오류 검출장치를 개시한다.
전술한 오류 검출장치는 작업 대상물을 지정하기 위한 작업 선택부(10), 상기 작업 선택부(10)를 통해 선정된 작업 대상물에 대한 스크류 체결작업 시 토크의 변화를 검출하는 토크 검출부(20), 상기 토크 검출부(20)로부터 검출되는 정보를 기반으로 카운트의 여부를 결정하는 카운트 판정부(30), 및 상기 카운트 판정부(30)로부터 결정된 정보를 외부로 출력하는 정보 알림부(40)를 구비하고, 상기 카운트 판정부(30)는 스크류의 종류별 수량, 각각의 종류별 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 각각의 종류별 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 각각의 종류별 체결작업에서 변화되는 토크 변화율을 작업 정보로서 저장한다.

Description

스크류 체결작업의 오류 검출장치{Detection system for error in tightening screw}

본 발명은 토크 정보를 이용한 스크류 체결작업의 오류 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정상적인 스크류 체결작업에 소요되는 토크 정보를 기반으로 카운트 오류에 의한 작업의 누락을 방지하고 조립 공정의 완료를 보다 정확하게 판정할 수 있는 스크류 체결작업의 오류 검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 기계 산업분야에서 이루어지는 부품의 조립은 다양한 종류의 결합방식을 이용하는 바, 그 중 대표적인 것으로 스크류를 이용한 체결작업을 들 수 있다.

이러한 스크류 체결작업에 있어 무엇보다도 중요한 것은 규정된 토크를 가해 적정의 체결력을 얻는 것이고, 이와 함께 부품의 여러 부위에 걸쳐 많은 수량의 체결작업이 수반되어야 하는 경우에는 매 체결부위를 누락시키지 않아야 하는 것이 중요한 관리의 대상에 포함된다.

이를 위해 종래 공개특허 제2001-0046851호는 공압에 의해 에어모터가 작동하여 그 회전력으로 체결부품을 체결하는 셧 오프 공구와, 상기 셧 오프 공구로부터 공압신호를 입력받아 소정의 전기적 신호를 출력하는 압력센서와, 상기 압력센서로부터 전기적 신호를 입력받아 체결부품의 체결상태를 확인 및 표시하는 컨트롤 수단을 포함하는 차량용 휠 장착시스템과 최초 나사 체결 작업이 이루어질 차량을 투입하여 차종을 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 판단된 차종에 적용되는 체결 너트수를 지시하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 지시되는 체결 너트수에 근거하여 너트 체결 작업을 시작함과 동시에, 개별 너트 체결 완료상태를 판단하는 제3단계와, 상기 제3단계에서 개별 너트 체결 완료 상태이면, 너트수를 역 카운트하여 너트수가 "0"인지를 판단하는 제4단계와, 상기 제4단계에서 너트수가 "0"으로 판단되면, 전체 체결 작업 완료 신호를 발생시켜 작업을 종료하는 제5단계와, 상기 제3, 4단계에서 개별 너트 체결 완료 상태가 아니거나, 너트수가 "0"이 아닌 것으로 판단되면, 부저 및 램프 신호를 발생시키는 제6단계로 이루어지는 차량용 나사 체결 시스템의 체결 보증 제어방법을 개시하고 있다.

즉, 종래 차량용 나사 체결 시스템 및 그 체결 보증 제어방법은 공압용 임팩트 렌치에 의한 체결 토크를 규정된 값으로 정확하게 제어하여 부품의 손상을 방지하고, 대상물에 대한 체결 수량을 정확하게 카운트하여 작업공수에 대한 관리를 쉽게 수행할 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기와 같은 종래 차량용 나사 체결 시스템은 체결 토크를 규정된 값으로 제어할 수 있는 기능적 효과를 제공할 수 있으나, 전체 공정에 걸쳐 체결 작업의 완료를 정확하게 판단하기 위해서는 반드시 잔류된 너트의 수량을 파악해야 하므로 공정 및 장비의 구성을 복잡하게 하는 문제를 초래하게 된다.

이에 따라 종래에는 스크류를 조립하는 과정에서 그 수량만을 카운트하고 이를 전체 체결 공정에서 필요로 하는 설정된 체결수량과 단순히 비교함으로써 작업의 누락 여부를 판단할 수 있게 하는 간략화된 시스템이 개발되었다.

그러나 이와 같은 시스템에서는 작업자의 부주의로 인해 조립이 완료된 후에 한 번 더 공구를 작동하게 되면, 카운트 수량이 합산되어 전체 공정에 걸쳐 정확한 체결작업을 검증할 수 없게 되고, 특히 제품의 불량으로 인해 스크류가 규정된 토크에 이르지 못하고 헛도는 경우에는 카운트 수량이 합산되지 않을 뿐만 아니라, 이로 인해 공정의 완료를 정확하게 판정할 수 없는 문제를 야기하게 된다.

대한민국 공개특허 제2001-0046851호의 차량용 나사 체결 시스템의 체결 보증 제어방법

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 정상적인 스크류 체결작업에 소요되는 토크 정보를 기반으로 체결 수량을 정확하게 카운트할 수 있게 함으로써 카운트 오류에 의한 작업의 누락을 방지함과 더불어 조립 공정의 완료 여부를 보다 정확하게 판정할 수 있는 스크류 체결작업의 오류 검출장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 작업 대상물을 지정하기 위한 작업 선택부, 상기 작업 선택부를 통해 선정된 작업 대상물에 대한 스크류 체결작업 시 토크의 변화를 검출하는 토크 검출부, 상기 토크 검출부로부터 검출되는 정보를 기반으로 카운트의 여부를 결정하는 카운트 판정부, 및 상기 카운트 판정부로부터 결정된 정보를 외부로 출력하는 정보 알림부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 카운트 판정부는 상기 작업 선택부를 통해 지정된 작업 대상물에 따라 결정되는 작업 정보를 데이터화하여 저장하고, 저장되는 작업 정보는 스크류의 종류별 수량, 각각의 종류별 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 각각의 종류별 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 각각의 종류별 체결작업에서 변화되는 토크 변화율인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어, 상기 카운트 판정부는 토크 변화율을 기반으로 카운트의 여부를 결정할 때 각각의 종류별 체결작업 전반에 걸쳐 적어도 2군데 이상의 작업구간에서 검출되는 토크값을 기반으로 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 정상적인 스크류의 체결작업에 수반되는 토크 변화율을 사전에 데이터화하여 저장한 다음, 이를 기반으로 실제 공정에서 체결작업에 대한 정상 또는 오류의 발생 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 장비의 오조작에 따른 체결작업을 카운트의 합산에서 제외할 수 있으므로 공정의 완료 여부를 보다 용이하게 판단할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 작업 대상물의 선정에 따른 이종의 복수 스크류에 대한 작업 정보를 사전에 데이터화하여 저장하고, 이를 기반으로 실제 공정에서 작업 대상물을 선정하는 과정의 추가만으로 전체 공정에서 이루어지는 체결작업에 대한 정상 또는 오류의 발생 여부를 보다 간편하게 판단할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 상기와 같은 일련의 판단 과정에서 저장되는 작업 정보를 보다 다양한 범주로 구분하게 되면, 장비의 오조작은 물론 스크류 또는 제품의 불량까지도 판단할 수 있으므로 추후의 공정에서 제품의 이상 유무를 추가로 검수해야 하는 데 소요되는 비용을 크게 낮출 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 토크 정보를 이용한 스크류 체결작업의 오류 검출장치에 대한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 있어 정상적인 체결 상태에서 이루어지는 토크 변화율에 대한 일례를 도시한 그래프이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 있어 비정상적인 체결 상태로 판정하기 위한 토크 변화율에 대한 일례를 각각 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조로 하면, 본 발명은 시스템 장비 또는 전동식 장비를 이용한 스크류 체결작업 시 작업 대상물을 구분하여 지정하기 위한 작업 선택부(10), 각각의 체결작업에 있어 수반되는 토크의 변화를 실시간에 걸쳐 검출하는 토크 검출부(20), 상기 토크 검출부(20)로부터 입력되는 토크를 기반으로 체결작업에 대한 카운트 여부를 결정함과 동시에 정상인 경우에 한해 카운트를 누적하여 합산한 다음 이를 정상인 경우와 비교하여 정상 또는 비정상의 상태를 판단하는 카운트 판정부(30), 및 상기 카운트 판정부(30)로부터 판정된 결과를 외부로 출력하는 정보 알림부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 작업 선택부(10)는 생산 공정에서 각 조립 제품별로 상이한 스크류의 종류를 비롯하여 제품별 소요되는 각 스크류의 수량에 대한 전체 정보를 선택할 수 있는 일종의 입력 조작용 패드에 해당하는 것으로, 작업자는 상기 작업 선택부(10)에 대한 조작을 통해 작업 전 해당 제품을 구분하여 선택하고 결정할 수 있게 된다.

상기 토크 검출부(20)는 매 체결작업에서 변화되는 토크값을 실시간으로 검출하기 위한 센서의 일종으로 시스템 장비 또는 전동식 장비에 설치되어 작동 시 변화되는 토크의 정도를 연속적으로 측정한다. 예컨대, 상기 토크 검출부(20)는 체결작업을 수행함에 있어 장비의 작동을 통해 스크류로부터 받게 되는 반력의 정도를 기준으로 발생하는 토크의 정도를 검출하게 된다.

상기 카운트 판정부(30)는 상기 작업 선택부(10)를 통해 지정된 작업 대상물 또는 스크류에 대한 정보에 따라 결정되는 작업 정보를 데이터화하여 저장하는 것으로, 그 정보는 전체 체결작업에 걸쳐 소요되는 스크류의 종류별 수량, 각각의 종류별 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 각각의 종류별 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 각각의 종류별 체결작업 전반에 걸쳐 변화되는 토크 변화율 등에 해당한다. 특히, 토크 변화율은 각각의 종류별 체결작업의 전반에 걸쳐 적어도 2군데 이상의 작업구간에서 검출되는 토크값을 기반으로 산출됨으로써 판정의 신뢰도를 더욱 증진시킬 수 있게 한다.

즉, 상기 카운트 판정부(30)는 지정된 작업 대상물 또는 스크류에 대한 정보를 기반으로 각각의 종류별 체결작업 전반에 걸쳐 변화하는 토크를 시간 대비 크기별로 구분하여 데이터화하는 저장하게 된다. 예컨대, 상기 카운트 판정부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 정상 상태의 조립시 수반되는 토크 변화율을 기준으로 각각의 종류별 체결작업에 대한 이상 유무의 발생을 판정하고, 정상인 경우에 한해 그 수량을 누적하여 합산 처리하고, 합산된 수량이 상기 작업 선택부(10)를 통해 선택된 작업 대상물을 기준으로 기 설정된 수량과 동일하면 정상 작업의 상태라고 판단하게 된다.

또한, 상기 카운트 판정부(30)는 작업자의 오조작에 따른 장비의 재동작에 의해 수반되는 도 3에 도시된 토크 변화율에서와 같이, 작업 중 발생하는 토크가 최대 토크값에 도달하지 않거나 또는 장비의 작동시간이 최대 작업시간에 도달하지 않는 경우에는 정상 상태의 조립이 아닌 장비의 오조작에 따른 재동작 등의 비정상 상태라고 판단한 다음 체결작업의 횟수를 합산 과정에서 제외하게 된다.

아울러, 상기 카운트 판정부(30)는 제품의 불량 또는 스크류의 불량에 의해 수반되는 도 4에 도시된 토크 변화율에서와 같이, 작업 중 발생하는 토크가 최대 토크값에 도달하지 않거나 또는 장비의 작동시간이 최대 토크값에 도달하지 않은 상태에서 최대 작업시간 이상으로 지속되는 경우에는 정상 상태의 조립이 아닌 비정상 상태의 조작이라고 판단한 다음 체결작업의 횟수를 합산에서 제외할 뿐만 아니라, 더 나아가 제품이나 스크류 중 적어도 어느 하나를 정상이 아닌 불량의 상태라고 판단하게 된다.

상기와 본 발명의 구성에 있어, 상기 카운트 판정부(30)에서 저장되는 작업 정보는 도 2 내지 도 4에 도시된 토크 변화율에 대한 데이터로서 작업 대상물의 체결작업에 소요되는 스크류의 종류에 따라 구분되어 사전에 준비되는 것으로 다음과 같이 요약될 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 작업 선택부(10)를 통해 지정된 작업 대상물에서 단일 종류의 스크류만이 요구되면, 상기 카운트 판정부(30)에서 저장되는 작업 정보는 스크류의 수량과 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 체결작업에서 변화되는 토크 변화율에 한정된다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 작업 선택부(10)를 통해 지정된 작업 대상물에서 이종의 복수 종류의 스크류가 요구되면, 상기 카운트 판정부(30)에서 저장되는 작업 정보는 스크류의 종류별 수량, 각각의 종류별 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 각각의 종류별 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 각각의 종류별 체결작업에서 변화되는 토크 변화율에 해당한다.

상기 정보 알림부(40)는 상기 카운트 판정부(30)로부터 출력되는 지령에 따라 체결작업의 완료 또는 이상의 유무를 시청각적으로 외부로 출력할 수 있는 설비에 해당하는 것으로, 작업자는 상기 정보 알림부(40)를 통해 출력되는 정보에 기초하여 현재 체결작업이 정상상태가 아님을 충분히 인지할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 스크류 체결공정에서 상기 작업 선택부(10)에 대한 조작을 통해 작업 대상물을 구분하여 지정할 수 있게 되고, 상기 작업 선택부(10)를 통한 작업 대상물의 지정 후 장비를 이용한 체결작업을 수행할 때 상기 토크 검출부(20)를 매개로 검출되는 토크 변화율을 기반으로 상기 카운트 판정부(30)에 기 저장된 작업 정보와 비교함으로써 정상적인 체결작업의 횟수만을 카운트하여 합산할 수 있게 된다.

이 과정에서 상기 작업 선택부(10)는 조립 대상물에 따라 상이하게 설정되는 스크류의 수량 정보 및 종류에 대한 정보를 선택할 수 있게 하고, 상기 카운트 판정부(30)는 작업 중 발생하는 토크가 최대 토크값에 미치지 못하거나 또는 장비의 작동시간이 최대 작업시간에 도달하지 않게 되면, 장비의 오조작에 따른 재동작 등의 비정상 상태라고 판단한 다음 체결작업의 횟수를 합산과정에서 제외하게 된다.

또한, 상기 카운트 판정부(30)는 작업 중 발생하는 토크가 최대 토크값에 도달하지 않거나 또는 장비의 작동시간이 최대 작업시간을 경과하여 지속되면, 제품의 불량 또는 스크류의 불량에 따라 스크류가 헛도는 상태임을 판단하여 체결작업의 횟수를 합산하는 과정에서 제외할 뿐만 아니라 현재 작업 대상물에 대한 이상 상황의 발생까지도 판단할 수 있게 된다. 이러한 일련의 판단 로직은 추후의 공정에서 작업자로 하여금 제품의 이상 유무를 판단하게 하거나 또는 스크류의 불량 유무의 발생을 판단하게 하는 데 큰 도움을 줄 수 있게 된다.

한편, 상기 정보 알림부(40)는 상기 카운트 판정부(30)에서 판단한 정보를 외부에 시청각적으로 출력할 수 있는 기능을 수행함으로써, 작업자는 상기 정보 알림부(40)를 매개로 출력되는 정보에 근거하여 현재 작업의 상태를 정확하게 판단할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10-작업 선택부 20-토크 검출부
30-카운트 판정부 40-정보 알림부

Claims (7)

1. 작업 대상물을 지정하기 위한 작업 선택부(10);
   상기 작업 선택부(10)를 통해 지정된 작업 대상물에 대한 체결작업 시 토크의 변화를 검출하는 토크 검출부(20);
   상기 토크 검출부(20)로부터 검출되는 정보를 기반으로 기 설정된 작업 정보와 비교하여 카운트의 여부를 결정하는 카운트 판정부(30); 및
   상기 카운트 판정부(30)로부터 결정된 정보를 외부로 출력하는 정보 알림부(40)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스크류 체결작업의 오류 검출장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 카운트 판정부(30)는 상기 작업 선택부(10)를 통해 지정된 작업 대상물에 따라 결정되는 작업 정보를 데이터화하여 저장하는 것을 특징으로 하는 스크류 체결작업의 오류 검출장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 카운트 판정부(30)에서 저장되는 작업 정보는 단일 종류의 스크류로서 정상상태의 체결에서 소요되는 스크류의 수량과 각각의 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 각각의 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 각각의 체결작업에서 변화되는 토크 변화율인 것을 특징으로 하는 스크류 체결작업의 오류 검출장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 카운트 판정부(30)는 토크 변화율을 기반으로 카운트의 여부를 결정할 때 체결작업 전반에 걸쳐 적어도 2군데 이상의 작업구간에서 검출되는 토크값을 기반으로 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스크류 체결작업의 오류 검출장치.
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 카운트 판정부(30)에서 저장되는 작업 정보는 복수 종류의 스크류로서 정상상태의 체결에서 소요되는 스크류의 종류별 수량, 각각의 종류별 체결작업에 소요되는 최대 작업시간, 각각의 종류별 체결작업에서 발생하는 최대 토크값, 및 각각의 종류별 체결작업에서 변화되는 토크 변화율인 것을 특징으로 하는 스크류 체결작업의 오류 검출장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 카운트 판정부(30)는 토크 변화율을 기반으로 카운트의 여부를 결정할 때 각각의 종류별 체결작업 전반에 걸쳐 적어도 2군데 이상의 작업구간에서 검출되는 토크값을 기반으로 이상의 유무를 판정하는 것을 특징으로 하는 스크류 체결작업의 오류 검출장치.

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