KR101618315B1 - 용접 장치 - Google Patents

Abstract

용접 장치는 부품들을 수납하는 지그와, 지그에 부품들이 투입되는 투입위치와 지그에 수납된 부품들에 대한 용접 작업이 이루어지는 용접위치의 사이에서 지그를 이동시키는 이동부와, 용접위치에 배치되어 부품들을 용접하는 용접로봇과, 이동부 및 용접로봇과 전기적으로 연결되며 이동부 및 용접로봇을 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

용접 장치{Soldering apparatus}

실시예들은 용접 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 부품들을 자동으로 용접할 수 있으며 다양한 규격의 부품에 대응하여 용접 작업을 자동으로 실시할 수 있는 용접 장치에 관한 것이다.

스마트폰이나 웨어러블 디바이스(wearable device)와 같은 휴대용 전자기기에는 정보를 기록하거나, 신원을 확인하거나, 모바일 결제나 무선 충전 등의 기능을 구현하기 위한 방안으로 RF(Radio Frequency) 안테나가 장착되기도 한다.

도 1은 RF 안테나가 장착된 휴대용 전자기기의 배터리를 도시한다.

도 1에 도시된 것과 같이 휴대용 전자기기의 배터리(5)에 RF 안테나(7)를 장착하기 위해서는, 먼저 배터리(5)의 보호회로모듈(6)과 RF 안테나(7)를 전기적으로 연결함으로써 RF 안테나(7)와 보호회로모듈(6)의 조립체를 제작한 후에 보호회로모듈(6)을 배터리(5)에 장착한다.

일반적으로 배터리의 보호회로모듈과 RF 안테나를 전기적으로 연결하는 공정은 땜납을 이용하여 보호회로모듈과 RF 안테나를 용접(soldering; 납땜 용접)하는 단계를 포함한다.

종래에는 배터리의 보호회로모듈과 RF 안테나를 용접하는 공정이 수작업으로 이루어지기도 하였으나, 수작업에 의하면 용접의 품질이 불량하고, 땜납의 연기로 인한 작업자의 건강 위협이나 화상 위험이 존재하므로 자동 용접 공정을 실행할 수 있는 자동화 설비의 개발이 요구된다.

한국 공개특허공보 제2008-0032912호 (2008.04.16)

실시예들의 목적은 복수 개의 부품들을 자동으로 용접할 수 있는 용접 장치를 제공하는 데 있다.

실시예들의 다른 목적은 복수 개의 보호회로모듈과 복수 개의 RF 안테나의 각각을 자동으로 용접할 수 있으며, 제품의 규격에 대응하여 용접이 이루어지는 용접 부위를 자동으로 설정할 수 있는 용접 장치를 제공하는 데 있다.

일 실시예에 관한 용접 장치는, 부품들을 수납하는 지그와, 지그에 부품들이 투입되는 투입위치와 지그에 수납된 부품들에 대한 용접 작업이 이루어지는 용접위치의 사이에서 지그를 이동시키는 이동부와, 용접위치에 배치되어 부품들을 용접하는 용접로봇과, 이동부 및 용접로봇과 전기적으로 연결되며 이동부 및 용접로봇을 제어하는 제어부를 구비한다.

이동부는 투입위치로부터 용접위치까지 직선적으로 연장하는 레일부와, 레일부를 따라 이동하도록 레일부에 연결되며 지그를 지지하는 슬라이더를 구비할 수 있다.

부품들은 배터리용 보호회로모듈과, 보호회로모듈에 용접되기 위한 RF 안테나를 포함할 수 있고, 지그는 보호회로모듈을 수용할 수 있는 복수 개의 제1 수용홈과 RF 안테나를 수용할 수 있는 복수 개의 제2 수용홈을 구비할 수 있다.

용접 장치는 사용자의 입력 조작을 수신하여 제어부로 입력신호를 전달하는 입력부를 더 구비할 수 있고, 제어부는 입력부로부터 전달된 입력신호에 기초하여 보호회로모듈과 RF 안테나의 모델에 대응하도록 용접로봇이 용접을 수행하는 용접 부위를 변경하여 용접로봇을 제어할 수 있다.

제어부는 보호회로모듈과 RF 안테나의 모델에 대응하도록 용접로봇이 용접을 수행하는 용접 부위에 관한 정보를 기록하고 설정할 수 있는 모델 설정부를 구비할 수 있다.

용접로봇은 부품들에 접촉하는 용접팁을 구비하는 헤드와, 헤드를 제1 방향으로 이동시키는 제1 구동부와, 제1 구동부와 헤드를 제2 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 구비할 수 있다.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 용접 장치에 의하면 종래 사람이 수작업으로 행하던 용접 공정이 용접로봇에 의해 자동적으로 실행될 수 있다. 또한 부품들의 규격에 대응하여 용접이 이루어지는 용접 부위를 자동으로 설정할 수 있어서, 다양한 규격의 부품들에 유연하면서도 신속히 대응하며 대량의 부품들에 대한 용접 공정을 자동적으로 수행할 수 있다.

도 1은 RF 안테나가 장착된 휴대용 전자기기의 배터리를 도시한다.
도 2는 일 실시예에 관한 용접 장치의 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 용접 장치의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 용접 장치의 측면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 용접 장치의 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 용접 장치가 용접 작업을 수행하는 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 2에 도시된 용접 장치의 표시부의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 용접 장치의 구성 요소들의 관계를 개략적으로 도시한 블록도이다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 용접 장치의 구성과 작용을 상세히 설명한다. 설명 중에 사용되는 '및/또는'의 표현은 관련 요소들의 하나 또는 요소들의 조합을 의미한다.

도 2는 일 실시예에 관한 용접 장치의 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 용접 장치의 평면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 용접 장치의 측면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 용접 장치의 사시도이다.

도 2 내지 도 5에 나타난 실시예에 관한 용접 장치는, 부품들(50)을 수납하는 지그(10)와, 지그(10)에 부품들(50)이 투입할 수 있는 투입위치(A)와 지그(10)에 수납된 부품들(50)에 대한 용접 작업이 이루어지는 용접위치(B)의 사이에서 지그를 이동시키는 이동부(20)와, 용접위치(B)에 배치되어 부품들(50)을 용접하는 용접로봇(30)과, 이동부(20) 및 용접로봇(30)과 전기적으로 연결되어 이동부(20) 및 용접로봇(30)을 제어하는 제어부(70)를 구비한다.

상술한 구성에 용접 장치에 의하면 종래 사람이 수작업으로 행하던 용접 공정이 용접로봇(30)에 의해 자동적으로 실행될 수 있다. 또한 부품들(50)의 규격에 대응하여 용접이 이루어지는 용접 부위를 자동으로 설정할 수 있어서, 다양한 규격의 부품들(50)에 유연하면서도 신속히 대응하며 대량의 부품들(50)에 대한 용적 공정을 자동적으로 수행할 수 있다.

이동부(20)는 용접 장치의 스테이지 위에서 이동 가능하게 설치된다. 즉 이동부(20)는 투입위치(A)로부터 용접위치(B)의 사이에서 이동이 가능하게 설치된다. 이동부(20)는 투입위치(A)에서 용접위치(B)까지 직선적으로 연장하며 서로 평행하게 배치되는 복수 개의 레일부(25)와, 복수 개의 레일부(25)의 각각을 따라 직선적으로 이동 가능하도록 레일부(25)의 각각의 상측에 연결되는 복수 개의 슬라이더(26)를 구비한다.

도면에 도시되지 않았지만 이동부(20)는 슬라이더(26)를 이동시키기 위한 슬라이더 구동부를 구비할 수 있다. 슬라이더 구동부는 예를 들어 모터와, 모터에 의해 회전하며 레일부(25)에 평행하게 배치된 스크류 섀프트를 이용하여 구현될 수 있으며, 모터에 의해 회전하는 스크류 섀프트에 슬라이더(26)가 나사 결합됨으로서 모터가 작동하면 슬라이더(26)가 레일부(25)와 스크류 섀프트를 따라 직선적으로 이동할 수 있다. 또한 슬라이더 구동부는 예를 들어 레일부(25)와 슬라이더(26)의 사이에 배치되는 리니어 모터에 의해 구현될 수도 있다.

이동부(20)의 슬라이더(26)는 부품들(50)을 수납하는 지그(10)를 지지하는 기능을 수행한다.

도 5를 참조하면, 부품들(50)은 배터리용 보호회로모듈(51)과, 보호회로모듈(51)에 용접되기 위한 RF 안테나(52)를 포함할 수 있다. 배터리용 보호회로모듈(PCM; protection circuit module)은 전기 전도성 소재를 포함하도록 제작되어 배터리에 전기적으로 연결될 수 있다.

보호회로모듈(51)은 예를 들어 배터리의 충전과 방전을 제어하기 위하여 충방전 FET 소자, 퓨즈, 온도 센서, 제어부, 센서 저항와 같은 다양한 보호회로 및 전기 소자들을 포함할 수 있다. 또한 보호회로모듈(51)은 온도가 특정 임계치를 넘으면 전기 저항이 거의 무한대로 상승하는 PTC 소자를 포함하여, 배터리가 이상 고온에 도달할 때 충방전 전류의 흐름을 차단할 수도 있다.

RF 안테나(RF, Radio Frequency 안테나)는 배터리에 부착될 수 있는 평판 형상으로 제작되며, 스마트폰이나 웨어러블 디바이스(wearable device)와 같은 휴대용 전자기기에서 정보를 기록하거나, 신원을 확인하거나, 모바일 결제나 무선 충전 등의 기능을 구현하기 위해 사용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 지그(10)는 보호회로모듈(51)을 수용할 수 있는 복수 개의 제1 수용홈(11)과, RF 안테나(52)를 수용할 수 있는 복수 개의 제2 수용홈(12)을 구비할 수 있다. 지그(10)에 형성되는 제1 수용홈(11) 및 제2 수용홈(12)의 개수와 배치 위치들은 도 5에 도시된 예에 한정되는 것은 아니며, 보호회로모듈(51)과 RF 안테나(52)의 규격과 부품 생산의 계획에 맞추어 다양한 형태로 변형될 수 있다.

용접로봇(30)은 용접위치(B)에 배치되어 부품들(50)을 용접하는 기능을 수행한다. 용접로봇(30)은 제어부(70)와 전기적으로 연결되어, 제어부(70)로부터 전달된 제어 신호에 의해 작동함으로써 부품들(50)의 각각의 용접 부위로 이동하여 승강 및 하강 동작을 한 후 부품들(50)의 보호회로모듈(51)과 RF 안테나(52)를 용접할 수 있다.

도 4를 참조하면, 용접로봇(30)은 용접팁(30a)을 구비하여 용접 공정을 수행하는 헤드(39)와, 헤드(39)를 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 Y축 구동부(37; 제1 구동부)와, Y축 구동부(37) 및 헤드(39)를 X축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 X축 구동부(38; 제2 구동부)를 구비한다. 용접팁(30a)은 Z축 방향으로 하강하여 부품들(50)의 용접 부위에 직접 접촉한 후 땜납을 공급하고 가열함으로써 부품들(50)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 용접 장치가 용접 작업을 수행하는 상태를 도시한 사시도이다.

용접로봇(30)은 부품들(50)의 각각의 용접 부위에 대응하는 위치로 이동한 후 부품들(50)을 용접할 수 있다. 용접로봇(30)은 도 6에 도시된 지그(10)에 수납된 부품들(50)의 용접 작업만을 수행하는 것이 아니라, 제어부(70)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 현재 용접 작업을 수행해야 하는 부품들(50)의 규격에 맞추어 정확한 위치로 이동할 수 있어서 도 6에 도시된 것과는 상이한 규격과 배치 형태로 배치된 부품들(50)에 대해서도 자동 용접 작업을 수행할 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 용접 장치의 표시부의 작동 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 도 2에 도시된 용접 장치의 구성 요소들의 관계를 개략적으로 도시한 블록도이다.

제어부(70)는 이동부(20)의 슬라이더(26)를 이동시키기 위한 구동부(27)와, 용접로봇(30)과, 터치 패널(80)의 표시부(82) 및 입력부(81)와, 슬라이더(26)의 위치를 감지하는 위치 감지부(29) 등과 전기적으로 연결되어, 표시부(82)와 구동부(27)와 용접로봇(30) 등의 동작을 제어할 수 있다.

제어부(70)는 예를 들어 도 2에 도시된 것과 같이 용접 장치의 미리 정해진 위치에 설치되는 제어용 컴퓨터나, 프로그램 가능한 제어기(PLC)나, 제어용 회로칩이 장착된 인쇄회로기판이나, 인쇄회로기판이나 회로칩에 내장되는 제어용 프로그램이나 제어용 회로 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다.

제어부(70)는 구동부(27)에 이동부(20)를 이동시키기 위한 제어 신호를 인가하는 슬라이더 구동 제어부(71)와, 용접로봇(30)의 위치 이동과 용접 작업을 제어하기 위한 로봇 제어부(72)와, 위치 감지부(29)의 신호를 수신하는 신호 수신부(73)와, 표시부(82)의 표시를 제어하기 위한 표시 제어부(74)와, 외부로부터 인가되는 사용자의 입력 조작을 수신하는 입력부(81)로부터 입력 신호를 수신하는 입력 수신부(75)와, 용접로봇(30)을 제어하기 위하여 부품들(50)의 규격과 배치 위치에 대응하는 모델을 기억하고 설정하고 모델 설정부(76)를 구비한다.

도 7에는 제어부(70)에 의해 터치 패널(80)의 표시 화면에 표시되는 설정 화면의 예가 도시된다. 작업자는 자동운전버튼(84)을 조작하여 용접로봇(30)이 자동으로 용접 작업을 실행하게 선택할 수 있다. 또한 모델입력버튼(88)이 선택되면 모델 설정부(76)에 기록된 적용 가능한 모델의 형태를 표시하는 모델 선택 메뉴들(82a, 82b)이 터치 패널(80)에 표시된다. 따라서 작업자가 원하는 모델 선택 메뉴들(82a, 82b)을 선택한 후 자동운전버튼(84)을 조작하여 용접로봇(30)이 자동으로 용접 작업을 실행할 수 있다.

도 7에 도시된 모델 선택 메뉴들(82a, 82b)은 예시적이며, 더 다양한 형태의 모델들이 제어부(70)의 모델 설정부(76)에 미리 기록될 수 있다. 또한 작업자는 터치 패널(80)을 조작함으로써 용접로봇(30)이 용접 작업을 수행해야 하는 모델의 부품들(50)의 용접 부위를 미리 기억시키는 티칭 조작(teaching operation)을 실행할 수 있으며, 제어부(70)의 모델 설정부(76)는 작업자가 입력하는 티칭 조작을 수신하여 새로운 모델에 대응하는 용접 부위에 관한 정보 기록하여, 이후의 자동 용접 작업에 사용할 수 있다.

상술한 구성에 용접 장치에 의하면 종래 사람이 수작업으로 행하던 용접 공정이 용접로봇(30)에 의해 자동적으로 실행될 수 있다. 또한 부품들(50)의 규격에 대응하여 용접이 이루어지는 용접 부위를 자동으로 설정할 수 있어서, 다양한 규격의 부품들(50)에 유연하면서도 신속히 대응하며 대량의 부품들(50)에 대한 용접 공정을 자동적으로 수행할 수 있다.

상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

6: 보호회로모듈 50: 부품들
7: RF 안테나 51: 보호회로모듈
10: 지그 52: RF 안테나
11: 제1 수용홈 70: 제어부
12: 제2 수용홈 71: 구동 제어부
20: 이동부 72: 로봇 제어부
25: 레일부 73: 신호 수신부
26: 슬라이더 74: 표시 제어부
27: 구동부 75: 입력 수신부
29: 위치 감지부 76: 모델 설정부
30: 용접로봇 80: 터치 패널
30a: 용접팁 81: 입력부
37: Y축 구동부 82: 표시부
38: X축 구동부 88: 모델입력버튼
39: 헤드 82a, 82b: 모델 선택 메뉴들
84: 자동운전버튼

Claims (6)

1. 부품들을 수납하는 지그;
   상기 지그에 상기 부품들이 투입되는 투입위치와, 상기 지그에 수납된 상기 부품들에 대한 용접 작업이 이루어지는 용접위치의 사이에서 상기 지그를 이동시키는 이동부;
   상기 용접위치에 배치되어 상기 부품들을 용접하는 용접로봇; 및
   상기 이동부 및 상기 용접로봇과 전기적으로 연결되며, 상기 이동부 및 상기 용접로봇을 제어하는 제어부;를 구비하고,
   상기 이동부는 상기 투입위치로부터 상기 용접위치까지 직선적으로 연장하며 서로 평행한 복수 개의 레일부와, 상기 레일부의 각각을 따라 이동하도록 상기 레일부의 각각에 연결되어 상기 지그를 지지하며 서로 평행한 방향으로 직선적으로 이동 가능한 복수 개의 슬라이더를 구비하며,
   상기 부품들은 배터리용 보호회로모듈과, 상기 보호회로모듈에 용접되기 위한 RF 안테나를 포함하고,
   상기 지그는 상기 보호회로모듈을 수용할 수 있는 복수 개의 제1 수용홈과, 상기 RF 안테나를 수용할 수 있는 복수 개의 제2 수용홈을 구비하고,
   상기 용접로봇은 상기 부품들의 용접 부위에 접촉하여 땜납을 공급하고 가열함으로써 상기 부품들을 전기적으로 연결하는 용접팁을 구비하는 헤드와, 상기 헤드를 제1 방향으로 이동시키는 제1 구동부와, 상기 제1 구동부와 상기 헤드를 제2 방향으로 이동시키는 제2 구동부를 구비하는 용접 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   사용자의 입력 조작을 수신하여 상기 제어부로 입력신호를 전달하는 입력부를 더 구비하고,
   상기 제어부는 상기 입력부로부터 전달된 입력신호에 기초하여 상기 보호회로모듈과 상기 RF 안테나의 모델에 대응하도록 상기 용접로봇이 용접을 수행하는 용접 부위를 변경하여 상기 용접로봇을 제어하는, 용접 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 보호회로모듈과 상기 RF 안테나의 모델에 대응하도록 상기 용접로봇이 용접을 수행하는 상기 용접 부위에 관한 정보를 기록하고 설정할 수 있는 모델 설정부를 구비하는, 용접 장치.
6. 삭제

Images