KR101673008B1 - 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템 - Google Patents

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서종덕
도상현
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주식회사 신영
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Abstract

핫 프레스 포밍 공정에 의해 성형된 가공물의 잠열을 이용하여 가공물에 접착 대상물을 부착시키는 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템에 관한 것이다. 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템은 지그와, 그리퍼와, 토출기, 및 이송로봇을 포함한다. 지그는 상부에 안착된 가공물을 고정한다. 그리퍼는 접착 대상물을 파지한다. 토출기는 그리퍼에 고정된 접착 대상물에 접착제를 도포한다. 이송로봇은 그리퍼를 접착 대상물로 안내하는 제1 가이드부재와, 그리퍼에 의해 파지된 접착 대상물을 토출기로 안내하는 제2 가이드부재와, 제1 가이드부재와 제2 가이드부재 사이에 연결되어 토출기에 의해 접착제가 도포된 접착 대상물을 가공물로 안내하는 제3 가이드부재를 포함한다.

Description

핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템{Bonding systems for hot press forming metalwork}
본 발명은 핫 프레스 포밍 공정에 의해 성형된 가공물의 잠열을 이용하여 가공물에 접착 대상물을 부착시키는 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 에어백 시스템은 운전자 및 탑승자를 포함한 승원을 보호하기 위한 장치이다. 즉, 에어백 시스템은 자동차 전방으로부터의 충격에너지가 규정 값 이상일 경우에 승원과 조향핸들(크러쉬패드)사이에 내장된 에어백모듈의 에어백이 팽창되도록 하여 승원에게 전달되는 충격을 완화시키는 기능을 한다.
이러한 에어백을 작동시키기 위해서는 차량용 패널에 충격센서를 장착하여야만 하는데, 종래에는 차체 부품들을 모두 조립한 후 차량용 패널에 충격센서를 부착하는 것이어서 조립 공정이 복잡한 문제가 있다.
또한, 차량용 패널에 충격센서를 고정시키기 위해서는 플라스틱 하우징 내에 충격센서를 내장한 이후, 볼트와 같은 체결수단을 통해 플라스틱 하우징을 차량용 패널에 고정시키므로 작업 공수가 많은 단점이 있다. 뿐만 아니라, 운전 중 차량의 진동으로 인해 볼팅 체결된 부위가 풀려 차량의 충돌시 충격센서가 오작동하여 사고를 유발하는 문제가 있다.
공개실용신안공보 20-2014-0005177 (2014.10.01 공고)
본 발명의 과제는 차량용 패널의 핫 프레스 포밍 공정 후에 차량용 패널의 잠열을 이용하여 충격센서의 본딩 공정을 수행함으로써 본딩 효율이 증대되고, 조립 공정이 단순화된 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템은 핫 프레스 포밍 공정에 의해 성형된 가공물의 잠열을 이용하여 가공물에 접착 대상물을 부착시키는 것으로, 지그와, 그리퍼와, 토출기, 및 이송로봇을 포함한다. 지그는 상부에 안착된 가공물을 고정한다. 그리퍼는 접착 대상물을 파지한다. 토출기는 그리퍼에 고정된 접착 대상물에 접착제를 도포한다. 이송로봇은 그리퍼를 접착 대상물로 안내하는 제1 가이드부재와, 그리퍼에 의해 파지된 접착 대상물을 토출기로 안내하는 제2 가이드부재와, 제1 가이드부재와 제2 가이드부재 사이에 연결되어 토출기에 의해 접착제가 도포된 접착 대상물을 가공물로 안내하는 제3 가이드부재를 포함한다.
본 발명에 따르면, 이송로봇에 의해 그리퍼가 X,Y,Z축으로 각각 이동 가능하게 형성되므로, 가공물의 크기 및 형상과 관계없이 그리퍼에 파지된 접착 대상물을 가공물로 자유로이 이동시켜 부착시킬 수 있게 된다.
또한, 핫 프레스 포밍된 가공물에 접착제를 이용하여 접착 대상물을 부착시키므로, 가공물의 잠열에 의해 접착제가 경화되어 가공물에 접착 대상물을 견고히 고정시킬 수 있게 된다.
또한, 본딩공정 이후 별도로 열을 가해주지 않아도 되므로 작업공수가 줄어들게 되어 작업효율이 향상된다.
아울러, 가공물이 차량용 패널로 이루어지고, 접착 대상물이 충격센서로 이루어질 경우에는 차량용 패널의 핫 프레스 공정과 충격센서의 본딩공정을 함께 수행할 수 있게 되어 조립 공정을 단일화시킬 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 종래와 같이 볼트를 이용하여 차량용 패널과 충격센서를 결합하는 것이 아니라, 접착제를 이용하여 차량용 패널에 충격센서를 부착시키므로 차량의 진동으로 인해 충격센서가 차량용 패널로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 충격센서의 오작동을 방지할 수 있게 되어 승객의 안전을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템의 구성도.
도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템의 과정을 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템의 구성도이고, 도 2 내지 도 9는 도 1에 도시된 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템의 과정을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 핫 프레스 포밍(Hot press forming)은 금속 소재의 평판을 약 900℃까지 가열한 후 프레스 금형에서 성형 및 급속 냉각하여 고강도 부품을 제작하기 위해 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템(100)은 핫 프레스 포밍 공정에 의해 성형된 가공물(10)의 잠열을 이용하여 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 부착시키는 것으로, 지그(110)와, 그리퍼(120)와, 토출기(130), 및 이송로봇(140)을 포함한다.
지그(110)는 상부에 안착된 가공물(10)을 고정한다. 여기서, 가공물(10)은 핫 프레스 포밍 공정에 의해 성형된 차량용 패널로 이루어질 수 있으며, 급속 냉각 후에도 약 60~150℃의 온도를 갖는다.
그리퍼(120)는 접착 대상물(20)을 파지하는 것으로, 공압용 그리퍼(120)로 형성될 수 있다. 이처럼 그리퍼(120)가 공압 방식으로 형성됨에 따라 그리퍼(120) 내부로 압축공기를 유입 또는 유출시키면, 압력에 의해 접착 대상물(20)을 파지하거나, 파지한 상태에서 접착 대상물(20)을 하부로 낙하시켜 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 안착시킬 수 있게 된다. 이때, 그리퍼(120)가 파지하는 접착 대상물(20)은 충격센서로 이루어질 수 있으며, 복수개 구비되어 파레트(30) 상에 배치될 수 있다.
토출기(130)는 그리퍼(120)에 고정된 접착 대상물(20)에 접착제를 도포한다. 이때, 토출기(130)는 편의를 위해 상부에서 하부로 접착제를 토출하는 것이 바람직하며, 이액형 토출기(130)로 형성될 수 있다.
이액형 토출기(130)는 자동 토출이 가능하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있으며, 주제와 경화제를 각각 통에 넣은 후 주제와 경화제 비율과, 점도와, 토출량, 및 토출시간 등을 미리 셋팅하면 후술되는 이송로봇(140)과 연동되어 접착 대상물(20)에 접착제를 도포할 수 있게 된다.
이송로봇(140)은 접착 대상물(20)을 파지한 그리퍼(120)를 가공물(10)로 안내하기 위한 것으로, 제1 가이드부재(141)와, 제2 가이드부재(142)와, 제3 가이드부재(143)를 포함한다.
제1 가이드부재(141)는 그리퍼(120)를 접착 대상물(20)로 안내하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1 가이드부재(141)는 Z축 방향의 제1 가이드 레일(141a)을 구비하여 전면에 배치된 그리퍼(120)를 Z축 방향으로 선형 이동시킬 수 있다. 이때, 제1 가이드 레일(141a)은 제1 가이드부재(141)의 양측에 각각 형성될 수 있으며, 그리퍼(120)는 제1 가이드부재(141)의 전면에 배치되어 제1 가이드 레일(141a)을 따라 Z축 방향으로 선형 이동 가능하게 형성될 수 있다.
제2 가이드부재(142)는 그리퍼(120)에 의해 파지된 접착 대상물(20)을 토출기(130)로 안내하는 역할을 한다. 그리고, 제3 가이드부재(143)는 제1 가이드부재(141)와 제2 가이드부재(142) 사이에 연결되어 토출기(130)에 의해 접착제가 도포된 접착 대상물(20)을 가공물(10)로 안내하는 역할을 한다.
이를 위해, 제2 가이드부재(142)는 X축 방향의 제2 가이드 레일(142a)을 구비하여 상부에 배치된 제3 가이드부재(143)를 X축 방향으로 선형 이동시킬 수 있다. 이때, 제2 가이드 레일(142a)은 제2 가이드부재(142)의 양측에 각각 형성될 수 있으며, 제3 가이드부재(143)는 제2 가이드부재(142)의 상부에 배치되어 제2 가이드 레일(142a)을 따라 X축 방향으로 선형 이동 가능하게 형성될 수 있다.
그리고, 제3 가이드부재(143)는 Y축 방향의 제3 가이드 레일(143a)을 구비하여 전면에 배치된 제1 가이드부재(141)를 Y축 방향으로 선형 이동시킬 수 있다. 이때, 제3 가이드 레일(143a)은 제3 가이드부재(143)의 양측에 각각 형성될 수 있으며, 제1 가이드부재(141)는 제3 가이드 레일(143a)의 전면에 배치되어 제3 가이드 레일(143a)을 따라 Y축 방향으로 선형 이동 가능하게 형성될 수 있다.
한편, 제3 가이드부재(143)는 전면에 제1 가이드부재(141)가 연결되고 하부에 제2 가이드 레일(142a)이 연결되므로, 제3 가이드부재(143)가 X축 방향으로 선형 이동하게 되면 제1 가이드부재(141)에 연결된 그리퍼(120) 또한 X축 방향으로 선형 이동할 수 있게 된다.
상기와 같이, 이송로봇(140)에 의해 그리퍼(120)가 X,Y,Z축으로 각각 이동 가능하게 형성됨에 따라, 가공물(10)의 크기 및 형상과 관계없이 그리퍼(120)에 파지된 접착 대상물(20)을 가공물(10)로 자유로이 이동시켜 부착시킬 수 있게 된다. 이때, 핫 프레스 포밍된 가공물(10)은 약 60~150℃의 온도를 갖게 되므로, 접착제가 도포된 접착 대상물(20)을 가공물(10)에 부착시키게 되면 가공물(10)의 잠열에 의해 접착제가 경화되어 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 더욱 견고히 고정시킬 수 있게 된다.
한편, 토출기(130)는 Z축 방향의 제4 가이드 레일(131a)을 구비한 제4 가이드 부재(131)와, 제4 가이드 레일(131a)을 따라 선형 이동하는 케이스(132)와, 케이스(132) 내부에 배치되어 공기가 배출되는 분사노즐(133)을 포함할 수 있다. 이처럼 토출기(130)가 Z축 방향으로 선형 이동 가능하게 형성됨에 따라 그리퍼(120)에 파지된 접착 대상물(20)로 근접할 수 있게 되어 접착제의 분사효율을 증대시킬 수 있게 된다.
또다른 실시예에 따르면, 그리퍼(120)는 제1 가이드부재(141)에 X축을 중심으로 회전 가능하게 연결된 회전부재(121)와, 회전부재(121) 내부에 배치되어 압축공기가 유입 또는 유출되는 그립노즐(122)과, 그립노즐(122)의 상단에 배치된 가압부재(123)를 포함할 수 있다.
이처럼 그리퍼(120)가 제1 가이드부재(141)에 X축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 이유는 토출기(130)의 분사노즐(133)과 그리퍼(120)의 그립노즐(122)을 마주보도록 배치시키기 위함이다. 즉, 그리퍼(120)의 그립노즐(122) 내부로 공기가 유입되면 접착 대상물(20)이 그리퍼(120)의 하측에 고정되는 형태가 되고, 토출기(130)의 분사노즐(133)은 접착제가 상부에서 하부로 분사되는 형태로 배치되기 때문에 접착 대상물(20)의 접착면과 토출기(130)의 분사노즐(133)은 모두 작업대(150)를 보는 형태가 된다.
따라서, 토출기(130)를 이용하여 접착 대상물(20)의 접착면에 접착제를 고르게 분사할 수 없게 되므로, 토출기(130)를 이용하여 접착 대상물(20)에 접착제를 분사할 때 그리퍼(120)의 상하 위치를 바꾸어 주게 되면 접착 대상물(20)의 접착면이 그리퍼(120)의 하측에 위치할 수 있게 되어 접착제를 접착 대상물(20)의 접착면에 분사할 수 있게 된다.
또한, 접착 대상물(20)을 가공물(10)에 부착시키고 난 후 가압부재(123)를 이용하여 접착 대상물(20)의 상부를 가압해주게 되면, 접착 대상물(20)과 가공물(10) 사이에 배치된 접착제의 접촉면적이 증가되어 보다 견고히 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 고정시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템(100)은 이송로봇(140)에 의해 그리퍼(120)가 X,Y,Z축으로 각각 이동 가능하게 형성되므로, 가공물(10)의 크기 및 형상과 관계없이 그리퍼(120)에 파지된 접착 대상물(20)을 가공물(10)로 자유로이 이동시켜 부착시킬 수 있게 된다.
또한, 핫 프레스 포밍된 가공물(10)에 접착제가 도포된 접착 대상물(20)을 부착시키므로, 가공물(10)의 잠열에 의해 접착제가 경화되어 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 더욱 견고히 고정시킬 수 있게 된다.
또한, 본딩공정 이후 별도로 열을 가해주지 않아도 되므로 작업공수가 줄어들게 되어 작업효율이 향상된다.
아울러, 가공물(10)이 차량용 패널로 이루어지고, 접착 대상물(20)이 충격센서로 이루어질 경우에는 차량용 패널의 핫 프레스 공정과 충격센서의 본딩공정을 함께 수행할 수 있게 되어 조립 공정을 단일화시킬 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 종래와 같이 볼트를 이용하여 차량용 패널과 충격센서를 결합하는 것이 아니라, 접착제를 이용하여 차량용 패널에 충격센서를 부착시키므로 차량의 진동으로 인해 충격센서가 차량용 패널로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 충격센서의 오작동을 방지할 수 있게 되어 승객의 안전을 도모할 수 있게 된다.
도 2 내지 도 9를 참조하여 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템(100)의 각 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 핫 프레스 포밍된 가공물(10)을 지그(110)의 상단에 고정시킨다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 가이드부재(141)에 Z축 방향으로 선형 이동 가능하게 연결된 그리퍼(120)가 하부로 이동한 후 파레트(30)에 저장된 복수의 접착 대상물(20)들 중 선택된 하나를 파지한다. 이때, 그리퍼(120)는 공압 타입으로 형성되므로 그립노즐(122)로 압축공기가 유입되면 접착 대상물(20)을 파지할 수 있게 된다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 접착 대상물(20)을 파지한 그리퍼(120)는 지그(110)에 고정된 가공물(10)의 높이보다 높게 상부로 이동하고, 제2 가이드부재(142)에 X축 방향으로 선형 이동 가능하게 연결된 제1 가이드부재(141)는 도 5에 도시된 바와 같이 토출기(130)쪽으로 이동한다. 이때, 제1 가이드부재(141)의 전면에는 그리퍼(120)가 연결되어 있으므로 그리퍼(120) 또한 토출기(130)쪽으로 이동하게 되고, 토출기(130)쪽으로 이동한 그리퍼(120)는 180도 회전하여 상하 위치를 바꾸어준다. 이는 그리퍼(120)의 하측에 배치된 접착 대상물(20)의 접착면을 상부로 향하도록 하여 토출기(130)와 마주보도록 하기 위함이다.
이처럼 그리퍼(120)가 토출기(130)와 마주보게 배치되면 토출기(130)는 접착 대상물(20)의 접착면에 접착제를 분사한다. 이때, 토출기(130)와 접착 대상물(20)사이의 거리가 너무 멀거나 가까울 경우에는 Z축 방향의 제4 가이드레일(131a)을 이용하여 토출기(130)를 상하로 이동시킬 수도 있다.
그러면, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 가이드부재(141)는 X축 방향으로 선형 이동하여 가공물(10)쪽으로 이동하게 되고, 접착 대상물(20)을 파지한 그리퍼(120)는 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 부착시키기 위해 180도 회전한다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 그리퍼(120)는 Z축 방향으로 선형 이동한 후 압축공기를 유출시킴으로써, 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 안착시켜 본딩공정을 수행할 수 있다. 이때, 접착 대상물(20)을 파지한 그리퍼(120)의 위치와 가공물(10)의 접착 위치가 Y축 방향으로 상이할 경우에는 제3 가이드 레일(143a)에 연결된 제1 가이드부재(141)를 Y축 방향으로 선형 이동시켜 부착위치를 조정할 수도 있다.
한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 부착시킨 이후에 접착 대상물(20)의 가압공정을 더 수행할 수도 있다. 이는 접착제의 접촉면적을 증대시켜 접착력을 증대시키기 위한 것으로, 각 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 가이드부재(141)를 이용하여 그리퍼(120)를 상부로 이동시킨 후, 180도 회전시킨다. 그러면, 그리퍼(120)의 가압부재(123)가 접착 대상물(20)과 마주보는 형태가 된다.
이 상태에서 도 9에 도시된 바와 같이 그리퍼(120)를 하부로 이동시키면 가압부재(123)가 접착 대상물(20)의 상면을 가압해주게 되므로, 가공물(10)과 접착 대상물(20) 사이에 배치된 접착제의 접촉면적이 넓어지게 되어 보다 견고히 가공물(10)에 접착 대상물(20)을 고정시킬 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10.. 가공물 20.. 접착 대상물
30.. 파레트 110.. 지그
120.. 그리퍼 121.. 회전부재
122.. 그립노즐 123.. 가압부재
130.. 토출기 131.. 제4 가이드부재
131a.. 제4 가이드 레일 132.. 케이스
133.. 분사노즐 140.. 이송로봇
141.. 제1 가이드부재 141a.. 제1 가이드 레일
142.. 제2 가이드부재 142a.. 제2 가이드 레일
143.. 제3 가이드부재 143a.. 제3 가이드 레일
150.. 작업대

Claims (4)

  1. 핫 프레스 포밍 공정에 의해 성형된 가공물의 잠열을 이용하여 상기 가공물에 접착 대상물을 부착시키는 본딩 공정 시스템에 관한 것으로,
    상부에 안착된 상기 가공물을 고정하는 지그;
    상기 접착 대상물을 파지하는 그리퍼;
    상기 그리퍼에 고정된 상기 접착 대상물에 접착제를 도포하는 토출기; 및
    상기 그리퍼를 상기 접착 대상물로 안내하는 제1 가이드부재와, 상기 그리퍼에 의해 파지된 접착 대상물을 상기 토출기로 안내하는 제2 가이드부재와, 상기 제1 가이드부재와 상기 제2 가이드부재 사이에 연결되어 상기 토출기에 의해 접착제가 도포된 상기 접착 대상물을 상기 가공물로 안내하는 제3 가이드부재를 포함하는 이송로봇;을 포함하며,
    상기 그리퍼는 상기 제1 가이드부재에 X축을 중심으로 회전 가능하게 연결된 회전부재와, 상기 회전부재 내부에 배치되어 압축공기가 유입 또는 유출되는 그립노즐과, 상기 그립노즐의 상단에 배치된 가압부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 가이드부재는 Z축 방향의 제1 가이드 레일을 구비하여 전면에 배치된 상기 그리퍼를 Z축 방향으로 선형 이동시키고,
    상기 제2 가이드부재는 X축 방향의 제2 가이드 레일을 구비하여 상부에 배치된 상기 제3 가이드부재를 X축 방향으로 선형 이동시키고,
    상기 제3 가이드부재는 Y축 방향의 제3 가이드 레일을 구비하여 전면에 배치된 상기 제1 가이드부재를 Y축 방향으로 선형 이동시키고, 상기 제2 가이드 레일의 상부에 연결되어 상기 제1 가이드부재와 함께 X축 방향으로 선형 이동하는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출기는 Z축 방향의 제4 가이드 레일을 구비한 제4 가이드 부재와, 상기 제4 가이드 레일을 따라 선형 이동하는 케이스와, 상기 케이스 내부에 배치되어 공기가 배출되는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 포밍 가공물용 접착 시스템.
  4. 삭제
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