KR101558676B1

KR101558676B1 - 리스폿 지그

Info

Publication number: KR101558676B1
Application number: KR1020130143137A
Authority: KR
Inventors: 염중환; 박지훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-10-07
Also published as: CN104646879A; DE102014104774A1; KR20150059486A; US20150144601A1

Abstract

본 발명은 용접건을 어떠한 용접 위치에도 쉽게 이동시킬 수 있고, 다양한 차종의 피가공물의 위치를 규제할 수 있도록 하는 리스폿 지그에 관한 것으로, 평평한 형상의 지그(10); 상기 지그의 상부 양측에 설치되며, 5축 회전 유니트(32)와 그 상단에 연결되는 용접건(49)을 구비하는 용접시스템(30); 및 상기 용접시스템 사이에서 상기 지그의 상부에 설치되며, 적어도 하나의 스위블클램프 유니트(52)와 적어도 하나의 정렬 유니트(62)를 포함하는 정렬규제시스템(50);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

리스폿 지그{Respot Jig}

본 발명은 리스폿 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접건을 어떠한 용접 위치에도 쉽게 이동시킬 수 있고, 다양한 차종의 피가공물의 위치를 규제할 수 있도록 하는 리스폿 지그에 관한 것이다.

종래에는 도 1에 도시된 바와 같은 6축 다관절로봇(90)에 용접건(95)을 설치하여 리스폿 용접을 행하고 있었다. 그러나 이러한 다관절로봇(90)은 구조가 복잡하고 축이 많아 위치 제어를 구현하기에 어려움이 많았다.

또한 종래에는 피가공물의 위치를 규제하는 규제 유니트와 용접 건 사이에 간섭 문제, 그리고 작업 싸이클 타임을 충족하기 위해 리스폿 용접 공정을 2개 이상의 공정으로 하였기 때문에, 각 공정별 규제 지그, 공정간 부품 이송을 위한 그리퍼, 리스폿 용접을 위한 용접건 및 로봇을 필요로하여 공정이 복잡하고 설비 투자비가 크다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 용접건을 어떠한 용접 위치에도 쉽게 이동시킬 수 있고, 다양한 차종의 피가공물의 위치를 규제할 수 있도록 하는 리스폿 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 평평한 형상의 지그; 상기 지그의 상부 양측에 설치되며, 5축 회전 유니트와 그 상단에 연결되는 용접건을 구비하는 용접시스템; 및 상기 용접시스템 사이에서 상기 지그의 상부에 설치되며, 적어도 하나의 스위블클램프 유니트와 적어도 하나의 정렬 유니트를 포함하는 정렬규제시스템;을 포함하는 리스폿 지그를 제공한다.

상기 5축 회전 유니트는 지그의 면으로부터 용접건 연결부위까지 순서대로 제1축부터 제5축을 구비하며, 제1축과 제2축은 직선 이동을 하는 축으로서, 서로 직교하고, 지그의 면에 대해 평행하게 배치되며, 제3축은 제1축과 제2축에 직교하는 축을 회전축의 중심으로 하여 회전하며, 제4축은 제3축의 회전축 방향으로 직선이동하고, 제5축은 제4축의 상단부에서 지그의 면과 평행한 축을 회전축의 중심으로 하여 회전한다.

상기 제1축, 제2축, 제4축 중 적어도 하나의 축은, 직선 이동하는 방향으로 형성된 리니어 가이드, 상기 리니어 가이드를 따라 직선 이동하고 상면에 해당 축의 다음 축이 배치되는 캐리지 및 상기 캐리지를 이동시키는 이동수단을 포함한다.

상기 이동수단은 모터, 모터의 출력축에 연결되는 벨트 및 상기 벨트와 연결되며 캐리지에 끼워지는 볼스크루를 포함한다.

상기 제3축과 제5축 중 적어도 어느 하나의 축은, 회전력을 발생시키는 모터, 상기 모터의 출력축에 형성된 볼스크루, 상기 볼스크루에 끼워져 볼스크루의 회전에 따라 볼스크루의 길이방향을 따라 이동하는 랙, 랙에 맞물려 회전하는 피니언 및 상기 피니언과 함께 회전하며 해당 축의 다음 축 또는 용접건이 배치되는 마운팅부를 포함한다.

상기 스위블클램프 유니트는, 지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더 및 상기 스위블클램프 유니트의 상단에 설치되어 파지하고자 하는 피가공물의 파지면의 각도에 대응하여 클램프를 수행하는 스위블클램프를 포함한다.

상기 정렬 유니트는, 지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더 및 상기 정렬 유니트의 상단에 설치되며 피가공물이 안착되는 로케이터와, 로케이터의 상방으로 연장 형성되어 피가공물이 안착될 때 피가공물을 로케이터로 안내하는 가이드바를 포함한다.

상기 지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더는, 지그의 면에 평행한 방향으로 이동하도록 지그의 면 상에 설치된 다른 전동실린더 상부에 설치될 수 있다.

또한 상기 리스폿 지그는, 5축 회전 유니트, 용접건, 스위블클램프 유니트 및 정렬 유니트에 연결되어 입출력 신호를 처리하는 통신모듈과, 구동 및 작동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급기를 포함하고, 상기 통합 제어기는 지그에 부착되며, 상기 통합제어기에는 티칭 펜던트가 연결된다.

상기 티칭 펜던트는 지그의 정렬규제시스템을 차종별로 세팅하고, 용접시스템의 위치값을 세팅하며, 용접건의 가압력 및 용접 전류를 세팅한다.

본 발명에 의하면, 공정 및 설치 축소를 통해 투자비를 절감할 수 있고, 한 스테이지에서 리스폿 용접 공정을 완결할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다.

또 개별적으로 5축 회전 유니트를 활용하면 다른 설비 가령, 메인벽 하부 실 사이드나 플로어 용접에도 활용이 가능하므로 투자비를 줄이고 설비를 단순화할 수 있으며, 플로어 용접시 대형 용접건을 생략하고 상하부 분리 용접이 가능해 용접을 고속화할 수 있다.

도 1은 종래의 6축 다관절로봇 및 그 선단부에 설치된 용접건의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 리스폿 지그에 피가공물이 놓여진 상태를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 용접시스템을 나타낸 사시도,
도 4는 도 3의 용접시스템의 5축 회전 유니트를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 5축 회전 유니트의 직선 이동축의 구조를 나타낸 사시도,
도 6은 도 4의 5축 회전 유니트의 회전 운동축의 구조를 나타낸 사시도,
도 7은 용접건의 사시도,
도 8은 피가공물 및 피가공물에서 위치가 정렬 규제되는 규제위치를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 리스폿 지그의 정렬규제시스템에 피가공물이 정렬 규제된 상태를 나타낸 도면,
도 10은 도 9의 정렬규제시스템의 스위블클램프 유니트를 나타낸 사시도,
도 11은 도 9의 정렬규제시스템의 정렬 유니트를 나타낸 사시도, 그리고
도 12는 본 발명의 리스폿 지그의 통합제어기와 티칭 펜던트의 연결상태를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 리스폿 지그에 피가공물이 놓여진 상태를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 리스폿 지그는 평평한 형상의 지그(10) 상에 용접시스템(30)과 정렬규제시스템(50)이 설치된 것이다. 용접시스템(30)은 지그의 상부 양측에 설치되며, 피가공물(80)의 용접을 수행하는 구성이고, 정렬규제시스템(50)은 용접시스템 사이에 배치되며 피가공물을 고정하며 그 위치를 규제하는 구성이다.

도 3은 본 발명의 용접시스템을 나타낸 사시도, 도 4는 도 3의 용접시스템의 5축 회전 유니트를 나타낸 사시도, 도 5는 도 4의 5축 회전 유니트의 직선 이동축의 구조를 나타낸 사시도, 도 6은 도 4의 5축 회전 유니트의 회전 운동축의 구조를 나타낸 사시도, 그리고 도 7은 용접건의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 용접시스템(30)은 지그의 양측에서 서로 마주보도록 설치되어 있고, 각각 5축 회전 유니트(32)와 그 상단에 연결되는 용접건(49)을 구비한다.

도 4를 참조하면, 상기 5축 회전 유니트(32)는 지그(10)의 면으로부터 용접건(49) 연결부위까지 순서대로 제1축부터 제5축을 구비한다. 먼저, 제1축과 제2축은 직선 이동을 하는 축으로서, 서로 직교하고, 지그의 면에 대해 평행하게 배치된다. 다음으로 제3축은 회전하는 축으로서, 제1축과 제2축에 직교하는 축을 회전축의 중심으로 하여 회전한다.

제4축은 직선 이동을 하는 축으로, 제3축의 회전축 방향으로 직선이동하도록 구성된다.

마지막으로 제5축은 회전하는 축으로서, 제4축의 상단부에서 지그의 면과 평행한 축을 회전축의 중심으로 하여 회전하는 것이다. 5축의 다음에는 용접건(49)이 연결된다.

도 4와 도 5를 참조하면, 직선 이동을 하는 제1축, 제2축 및 제4축은, 하우징 내에서 직선 이동하는 방향으로 형성된 한 쌍의 리니어 가이드(34)와, 이러한 한 쌍의 리니어 가이드(34)에 의해 안내되며 직선 이동하는 캐리지(36)를 포함한다.

캐리지는 그 상면에 해당 축의 다음 축이 배치된다. 가령 제1축의 캐리지 상면에는 제2축이 배치되고, 제2축의 캐리지 상면에는 제3축이 배치되며, 제4축의 캐리지 상면에는 제5축이 배치된다.

캐리지(36)는 케이블 베어(35)에 의해 연결되어 전기적인 신호를 다음 축에 전달할 수 있다.

이러한 캐리지는 이동수단에 의해 이동하는데, 본 발명의 실시예에서는 하우징 내에 설치된 모터(37)와, 상기 리니어 가이드와 평행하게 배치되는 볼스크루(39)와, 상기 모터의 출력축 및 볼스크루를 연결하여 회전력을 전달하는 벨트(38)를 구현할 수 있고, 캐리지(36)가 볼스크루(39)에 끼워져 있어, 볼스크루의 회전에 따라 캐리지가 직선 이동하게 된다.

다음으로 도 4와 도 6을 참조하면, 회전 운동을 하는 제3축과 제5축 은, 회전력을 발생시키는 모터(41), 상기 모터의 출력축에 형성된 볼스크루(42), 상기 볼스크루(42)에 끼워져 볼스크루의 회전에 따라 볼스크루의 길이방향을 따라 이동하는 랙(43), 랙에 맞물려 회전하는 피니언(45) 및 상기 피니언(45)과 함께 회전하며 해당 축의 다음 축 또는 용접건(49)이 배치되는 마운팅부(47)를 포함한다.

따라서 모터(41)가 회전하면 그 회전력이 볼스크루에 전달되고 볼스크루에 끼워진 랙(43)은 직선 운동을 하게 된다. 또한 직선 운동하는 랙(43)은 다시 마운팅부(47)와 일체로 거동하는 피니언(45)을 회전시키므로 결과적으로 모터의 회전에 의해 마운팅부(47)가 회전하게 되는 것이다.

마운팅부에는 해당 축의 다음 축이 배치된다. 가령 제3축의 마운팅부에는 제4축이 배치되고, 제5축의 마운팅부에는 용접건(49)이 배치된다.

이러한 구조는 큰 감속비를 얻을 수 있어서 회전각도를 정밀 규제하는데 유리하고, 아울러 랙과 볼스크루의 길이에 의해 회전할 수 있는 각도의 범위 또한 규제가 가능하다.

도 7에는 제5축의 마운팅부에 배치되는 용접건의 사시도가 나타나 있다. 용접건(49)은 건암과 서보모터를 포함하며, 서보모터에 의해 건암의 이동과 가압력을 규제할 수 있다. 용접건은 정렬규제시스템과의 간섭을 회피하고 유연한 이동이 가능하도록 최적화한다.

본 발명에서는 용접 위치에 따라 용접건의 이동이 가능한데, 직교하는 3축의 직선축과, 직교하는 2개의 회전축만 있으면 피가공물의 어떠한 경사면에도 대응이 가능하다는 점에서, 기존의 6축 다관절로봇보다 훨씬 구조가 간단하고 저렴하게 구성할 수 있다.

또한 직교하는 3축의 직선축이 있기 때문에, 5축 회전 유니트(32)의 좌표계와 용접건(49)의 좌표계를 쉽게 구현할 수 있어 티칭 편의성이 향상된다.

도 8은 피가공물 및 피가공물에서 위치가 정렬 규제되는 규제위치를 나타낸 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 7개의 규제위치(82)를 가지도록 정렬규제시스템(50)을 구현하였다. 그러나 본 발명이 다차종에 범용으로 적용할 수 있도록 하기 위한 것이므로 이러한 규제위치는 다를 수 있고 구체적인 정렬규제시스템(50)의 배치 또한 다르게 구성할 수 있음은 자명하다.

도 9는 본 발명의 리스폿 지그의 정렬규제시스템에 피가공물이 정렬 규제된 상태를 나타낸 도면, 도 10은 도 9의 정렬규제시스템의 스위블클램프 유니트를 나타낸 사시도, 그리고 도 11은 도 9의 정렬규제시스템의 정렬 유니트를 나타낸 사시도이다.

도 9를 참조하면, 정렬규제시스템(50)은 상술한 용접시스템 사이에서 상기 지그의 상부에 설치된다.

이러한 정렬규제시스템(50)은 적어도 하나의 스위블클램프 유니트(52)와 적어도 하나의 정렬 유니트(62)를 포함한다.

도 10을 참조하면, 스위블클램프 유니트(52)는, 지그(10)의 면에 평행한 방향으로 이동하도록 지그의 면 상에 설치된 전동실린더(54)와, 이러한 전동실린더(54) 상부에 설치되며 지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더(54)를 구비한다.

지그의 면에 평행한 방향으로 이동하도록 하는 전동실린더(54)는 정렬규제시스템이 적용되는 차종에 따라 일부 생략될 수 있다. 즉 복수의 스위블 클램프 유니트(52) 중 특정 위치의 유니트의 수평방향 전동실린더(54)는 필요에 따라 이를 생략할 수 있다.

상기 스위블클램프 유니트(52)의 상단에는 파지하고자 하는 피가공물의 파지면의 각도에 대응하여 클램프를 수행하는 스위블클램프(56)가 설치되어 있어 파지면의 각도에 적합하게 파지를 할 수 있다.

도 11을 참조하면, 정렬 유니트(62)는, 지그(10)의 면에 평행한 방향으로 이동하도록 지그의 면 상에 설치된 전동실린더(64)와, 이러한 전동실린더(64) 상부에 설치되며 지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더(64)를 구비한다.

지그의 면에 평행한 방향으로 이동하도록 하는 전동실린더(64)는 정렬규제시스템이 적용되는 차종에 따라 일부 생략될 수 있다. 즉 복수의 정렬 유니트(62) 중 특정 위치의 유니트의 수평방향 전동실린더(64)는 필요에 따라 이를 생략할 수 있다.

상기 정렬 유니트(62)의 상단에는 피가공물이 안착되는 로케이터(68)와, 로케이터(68)의 상방으로 연장 형성되어 피가공물이 안착될 때 피가공물을 로케이터로 안내하는 가이드바(66)가 설치되어 있다.

따라서 피가공물이 정렬 유니트(62)에 놓여질 때 먼저 복수 개소에 위치하는 가이드바(66)에 의해 피가공물(80)이 로케이터(68)에 위치할 수 있고, 이 상태에서 피가공물(80)을 스위블클램프(56)로 고정할 수 있다.

결과적으로, 이러한 구성들을 적절히 배치하면 전 차종에 대응하는 정렬규제시스템(50)을 설계할 수 있음을 알 수 있다.

도 12는 본 발명의 리스폿 지그의 통합제어기와 티칭 펜던트의 연결상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 리스폿 지그는, 5축 회전 유니트(32), 용접건(49), 스위블클램프 유니트(52) 및 정렬 유니트(62)에 연결되어 입출력 신호를 처리하는 통신모듈과, 구동 및 작동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급기를 포함하는 통합제어기(70)를 포함하고, 상기 통합 제어기는 도 2 등에 도시된 바와 같이 지그(10)에 부착된다.

또한 상기 통합제어기에는 티칭 펜던트(75)가 연결된다.

상기 티칭 펜던트는 지그의 정렬규제시스템(50)을 차종별로 세팅하고, 용접시스템(30)의 위치값을 세팅하며, 용접건(49)의 가압력 및 용접 전류를 세팅한다.

또한 상기 통합 제어기는 상술한 통신모듈과 전원공급기 외에 백업모듈을 더 포함할 수 있다.

통신모듈은 5축 회전 유니트, 용접 조건, 스위블 클램프, 전동실린더의 입출력 신호를 처리하며, 외부 PLC와 연결된다.

백업모듈은 티칭 시 모터의 위치 값이 모터 드라이버와 동일하게 중복 저장되고, 모터 드라이브 교체 시 차종별 위치 값을 복사하여 위치 값을 복원할 수 있게 해준다.

전원공급기는 전동실린더와 5축 회전 유니트를 구동하기 위한 전원을 공급해준다.

본 발명은 앞서 설명한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

10: 지그
30: 용접시스템
32: 5축 회전 유니트
34: 리니어 가이드
35: 케이블 베어
36: 캐리지
37: 모터
38: 벨트
39: 볼스크루
41: 모터
43: 랙
45: 피니언
47: 마운팅부
49: 용접건
50: 정렬규제시스템
52: 스위블클램프 유니트
54: 전동실린더
56: 스위블클램프
62: 정렬 유니트
64: 전동실린더
66: 가이드바
68: 로케이터
70: 통합제어기
75: 티칭 펜던트
80: 피가공물
82: 규제위치
90: 6축 다관절로봇
95: 용접건

Claims

평평한 형상의 지그;
상기 지그의 상부 양측에 설치되며, 5축 회전 유니트와 그 상단에 연결되는 용접건을 구비하는 용접시스템; 및
상기 용접시스템 사이에서 상기 지그의 상부에 설치되며, 적어도 하나의 스위블클램프 유니트와 적어도 하나의 정렬 유니트를 포함하는 정렬규제시스템을 포함하되;
상기 5축 회전 유니트는 지그의 면으로부터 용접건 연결부위까지 순서대로 제1축부터 제5축을 구비하며,
제1축과 제2축은 직선 이동을 하는 축으로서, 서로 직교하고, 지그의 면에 대해 평행하게 배치되며,
제3축은 제1축과 제2축에 직교하는 축을 회전축의 중심으로 하여 회전하며,
제4축은 제3축의 회전축 방향으로 직선이동하고,
제5축은 제4축의 상단부에서 지그의 면과 평행한 축을 회전축의 중심으로 하여 회전하고,
제1축, 제2축, 제4축 중 적어도 하나의 축은,
직선 이동하는 방향으로 형성된 리니어 가이드,
상기 리니어 가이드를 따라 직선 이동하고 상면에 해당 축의 다음 축이 배치되는 캐리지 및
상기 캐리지를 이동시키는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
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삭제
청구항 1에 있어서,
상기 이동수단은 모터, 모터의 출력축에 연결되는 벨트, 및 상기 벨트와 연결되며 캐리지에 끼워지는 볼스크루를 포함하는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
청구항 1에 있어서,
제3축과 제5축 중 적어도 어느 하나의 축은,
회전력을 발생시키는 모터, 상기 모터의 출력축에 형성된 볼스크루, 상기 볼스크루에 끼워져 볼스크루의 회전에 따라 볼스크루의 길이방향을 따라 이동하는 랙, 랙에 맞물려 회전하는 피니언 및 상기 피니언과 함께 회전하며 해당 축의 다음 축 또는 용접건이 배치되는 마운팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
청구항 1에 있어서,
상기 스위블클램프 유니트는,
지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더, 및
상기 스위블클램프 유니트의 상단에 설치되어 파지하고자 하는 피가공물의 파지면의 각도에 대응하여 클램프를 수행하는 스위블클램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
청구항 1에 있어서,
상기 정렬 유니트는,
지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더, 및
상기 정렬 유니트의 상단에 설치되며 피가공물이 안착되는 로케이터와, 로케이터의 상방으로 연장 형성되어 피가공물이 안착될 때 피가공물을 로케이터로 안내하는 가이드바를 포함하는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
청구항 6 또는 7에 있어서,
상기 지그의 면과 수직한 방향으로 승강하도록 하는 전동실린더는, 지그의 면에 평행한 방향으로 이동하도록 지그의 면 상에 설치된 다른 전동실린더 상부에 설치되는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
청구항 1에 있어서,
상기 리스폿 지그는,
상기 5축 회전 유니트, 용접건, 스위블클램프 유니트 및 정렬 유니트에 연결되어 입출력 신호를 처리하는 통신모듈과, 구동 및 작동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급기를 포함하는 통합제어기를 포함하고,
상기 통합 제어기는 지그에 부착되는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.
청구항 9에 있어서,
상기 통합제어기에는 티칭 펜던트가 연결되며,
상기 티칭 펜던트는 지그의 정렬규제시스템을 차종별로 세팅하고, 용접시스템의 위치값을 세팅하며, 용접건의 가압력 및 용접 전류를 세팅하는 것을 특징으로 하는 리스폿 지그.