KR101679263B1 - 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템 - Google Patents

로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템에 관한 것으로, 용접로봇의 암에 장착되며, 내부 중앙에는 중심부를 관통하는 중공부가 형성되고 그 말단부가 절연처리되는 샹크와, 상기 샹크의 중공부에 동심원적으로 구비되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 공급관 및 상기 샹크의 말단부 외면에 결합되어 상기 중공부을 밀폐하는 팁부를 구비하는 로봇 용접건의 용접팁을 냉각시스템에 있어서, 냉각수를 각각의 로봇 용접건으로 공급하도록 용접 로봇들 각각에 인접하여 냉각수 냉각 및 순환장치가 설치되며, 상기 냉각수 냉각 및 순환장치는 냉각수를 수용하는 냉각수 탱크와, 상기 냉각수 탱크에 수용된 냉각수를 공급관을 통해 샹크로 공급하여 용접팁을 냉각한 다음 관로를 통해 탱크로 귀환되도록 냉각수를 강제 순환시키는 순환펌프, 상기 귀환되는 냉각수를 열교환 매체와의 열교환에 의해 냉각하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 용접건의 용접팁을 냉각시키는 냉각수를 열교환에 의해 적절한 온도로 냉각하여 순환시켜 용접건의 중량 증가없이 그리고 용접건의 동작에 장애를 주지 않고도 용접팁을 적절한 온도 범위로 유지되게 하여 용접팁의 과열에 의한 용접불량 발생을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 기존의 로봇 용접건에도 큰 비용 증가없이도 간편하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템{A SYSTEM FOR COOLING WELDING TIPS OF ROBOT WELDING GUNS}
본 발명은 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템에 관한 것으로, 특히 로봇 용접건의 용접팁에서 발생되는 열을 냉각하도록 용접팁으로의 냉각수 공급을 효율적으로 수행하도록 개선된 구조의 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 조립 공정과 같이 많은 용접작업을 수행하는 조립 라인에서는 생산성 향상을 위해 다수의 용접 로봇이 설치되어 용접 작업을 자동화하고 있다. 이러한 용접 로봇은 스폿 용접팁을 로봇 아암에 구비하여 저항열을 이용하여 소재들을 용접하는 것으로, 용접시 용접팁 부위에서 용접열이 발생된다. 이러한 용접팁에서 발생되는 열은 용접팁 부근에서는 약 1300℃까지 온도가 상승하게 되며, 용접열에 의해 전극이 고온으로 되면 마모가 심하게 되어 전극의 연마 회수가 증가하고, 저항이 증가되어 전류 흐름이 어렵게 되어 너켓트가 작아지거나 생기지 않게 되어 용접 강도가 저하되며, 전극이 융착하는 등의 많은 문제들이 발생되고, 용접불량이 발생되므로 적절한 온도 제어를 위한 냉각시스템이 필요하다.
이러한 로봇 용접건의 냉각팁은 통상적으로 수랭방식(water-colling)으로 냉각되며, 종래 자동화라인에 설치된 다수의 로봇 용접건의 냉각을 위해서는 외부에 위치한 냉각수 탱크에서 냉각수를 펌프로 냉각수 공급라인들을 통해 다수의 용접로봇들의 용접건으로 공급하였다.
그러나, 이러한 로봇 용접건의 용접팁 냉각방식은 복잡한 냉각수 공급라인을 설치해야 하고, 조립라인에 설치된 다수의 로봇 용접건들 각각으로 냉각수를 공급하여 용접팁의 온도를 적절하게 제어하기 어려운 문제가 있었으며, 일부 로봇 용접건들이 용접 작업을 수행하지 않는 경우에도 전체 로봇 용접건들로 항상 냉각수를 공급해야 하므로 관리비용이 증가되며, 냉각수 공급장치의 고장시에는 다수의 용접건의 용접팁 냉각을 할 수 없어 용접 작업이 완전히 정지되는 문제점이 있었다.
이러한 로봇 용접건의 용접팁 냉각 문제를 해결하기 위하여, 국내 등록특허 제10-1177646호(2012년08월21일 등록)에는 용접시 발생되는 열을 냉각하는 방식을 종래 외부 강제 순환 방식이 아닌, 내부 순환 방식으로 변경하여 용접건 바디 자체(폐회로)를 냉각시킴으로써 신규 용접 라인 전개시 냉각수의 순환을 위한 배관 구성 비용 및 양산 용접 라인의 보전비용이 절감되는 냉각장치 및 냉각방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 종래 로봇 용접건의 용접팁 냉각방식은 로봇 용접건 바디에 냉각시스템을 구비함으로써 용접팁에서의 충분한 냉각 효과를 얻기 어렵고, 용접건 바디가 과도하게 커짐에 따라 용접건 중량 증가와 용접건의 교체 비용이 증대되며, 용접건의 움직임이 신속하게 이루어지지 못하는 등의 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1177646호(2012년 08월 21일 등록)
본 발명의 목적은 상기한 종래 로봇 용접건의 용접팁 냉각에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 용접로봇들 각각에 개별적으로 인접하여 설치되어 용접팁으로 냉각수를 공급하여 용접팁을 적절한 온도 범위로 유지되게 하고 냉각수를 온도로 효율적으로 냉각시키도록 개선된 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 로봇 용접건의 냉각시스템은, 용접로봇의 암에 장착되며, 내부 중앙에는 중심부를 관통하는 중공부가 형성되고 그 말단부가 절연처리되는 샹크와, 상기 샹크의 중공부에 동심원적으로 구비되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 공급관 및 상기 샹크의 말단부 외면에 결합되어 상기 중공부을 밀폐하는 팁부를 구비하는 로봇 용접건의 용접팁을 냉각시스템에 있어서, 냉각수를 각각의 로봇 용접건으로 공급하도록 용접 로봇들 각각에 인접하여 냉각수 냉각 및 순환장치가 설치되며, 상기 냉각수 냉각 및 순환장치는 냉각수를 수용하는 냉각수 탱크와, 상기 냉각수 탱크에 수용된 냉각수를 공급관을 통해 샹크로 공급하여 용접팁을 냉각한 다음 관로를 통해 탱크로 귀환되도록 냉각수를 강제 순환시키는 순환펌프, 상기 귀환되는 냉각수를 열교환 매체와의 열교환에 의해 냉각하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하여 구성된다.
온도미터가 로봇 용접건의 용접팁으로의 공급 냉각수와 그 용접팁으로 부터의 귀환 냉각수의 온도를 측정하도록 제공되는 것이 바람직하다.
상기 용접건의 샹크에서 관로를 통해 귀환되는 냉각수는 상기 열교환기에서 냉매가 기화되면서 냉각하여 탱크로 귀환시키도록 되고, 상기 열교환기에서 냉각수를 냉각시키는 냉매는 관로를 통해 압축기로 귀환되어 압축된 다음 관로를 통해 응축기로 공급되어 액화되어 상기한 열교환기로 순환되며, 상기 응축기에서는 열매체가 관로를 통해 공급되어 압축기로 부터의 고온 고압의 냉매 가스를 액상으로 응축시킨 다음 관로로 귀환될 수 있다.
본 발명에 따라 개별 용접로봇에 인접하여 냉각기가 설치되어 용접건의 용접팁을 냉각시키는 냉각수를 열교환에 의해 적절한 온도로 냉각하여 용접팁으로 순환시켜 용접건의 중량 증가없이 그리고 용접건의 동작에 장애를 주지 않고도 용접팁을 효율적으로 적절한 온도 범위로 유지되게 하여 용접팁의 과열에 의한 용접불량 발생을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 기존의 로봇 용접건에도 큰 비용 증가없이도 간편하게 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 냉각시스템이 채용된 용접로봇 레이아웃을 보여준다.
도 2는 도 1에서 용접로봇의 용접팁에서의 냉각방식을 보여주는 냉각팁의 개략적인 단면도.
도 3은 도 1의 냉각시스템의 냉각기의 개략적인 사시도.
도 4는 도 1의 냉각기에서의 냉각수 냉각회로 구성을 보여주는 개락적인 구성도.
도 5는 도 4와 다른 예의 냉각기에서의 냉각수 냉각회로 구성을 보여주는 개략적인 구성도.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 3에 있어서, 본 발명에 따라, 도시된 실시예에서는 두대의 용접 로봇이 설치되어 있지만 조립라인에 설치되는 다수의 용접 로봇(1)들 각각에 인접하여 냉각수 냉각 및 순환장치(2)가 설치되어 냉각수를 각각의 로봇 용접건(3)으로 공급하도록 한다.
상기 로봇 용접건(3)은 용접로봇의 암(9)에 장착되며, 내부 중앙에는 중심부를 관통하는 중공부(15)가 형성되고 그 말단부가 절연처리되는 샹크(10; sank)와, 상기 샹크(10)의 중공부(15)에 동심원적으로 구비되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 공급관(20) 및 상기 샹크(10)의 말단부 외면에 결합되어 상기 중공부(15)을 밀폐하는 팁부(30)를 포함하여 구성된다. 상기 냉각수 공급관(20) 외측의 샹크 중공부(15) 공간은 팁부를 냉각한 냉각수가 귀환되는 배출관로로서 작용한다.
상기 냉각수 공급관(20)은 라인을 통해 냉각수 냉각 및 순환장치(2)로 연결된다. 상기 냉각수 냉각 및 순환장치(2)는 냉각수 공급라인을 통해 상기 로봇 용접건의 샹크(10)로 냉각수가 공급하며, 팁부(30)를 냉각한 냉각수는 샹크(10) 내측면과 냉각수 공급관(20) 사이의 공간을 통해 귀환되는 냉각수 순환에 의해 팁부(30)는 일정 온도 범위로 냉각 유지한다.
온도미터(35)가 공급 냉각수와 귀환 냉각수의 온도를 측정하도록 제공되어 냉각수 공급 온도를 조절할 수 있게 한다.
상기 냉각수 냉각 및 순환장치(2)는 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같은 구성의 냉각수 냉각회로를 갖는다. 냉각수 탱크(40)에 수용된 냉각수를 순환펌프(44)에 의해 공급관(45)을 통해 샹크(10)로 공급하며, 샹크에서 귀환되는 냉각수는 관로(46)를 통해 귀환되어 열교환기(50)에서 열교환 매체와의 열교환으로 냉각되어 사이 탱크(40)로 귀환된다.
상기 미설명된 부호(41)는 냉각수의 온도를 체크하기 위한 온도센서이며, 부호(42)는 계절적 요인으로 인한 냉각수의 과도한 냉각을 방지하기 위한 히터이다. 또한 상기 관로(46)는 분기되어 바이패스밸브(47)를 통해 공급관(45)에 연결된다.
상기 열교환 매체는 공급관(48)을 통해 열교환기(50)을 통과하여 귀환관(49)으로 순환되면서 용접건의 샹크로 부터 귀환되는 용접열에 의해 가열된 냉각수를 냉각시킨다. 이로써, 냉각수 냉각 및 순환장치(2)에 의해 냉각수가 용접건의 샹크로 순환되어 용접팁을 일정한 온도 범위에서 유지될 수 있게 하여 종래 용접팁에서의 과도한 온도 상승으로 인한 용접 불량과 같은 여러 문제들이 방지될 수 있게 되며, 종래 중앙집중식의 냉각수 관리에 따른 배관 및 냉각수 관리상의 문제점 또한 방지되어 용접건의 온도 제어를 매우 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
도 5는 도 4에 도시된 냉각회로 구성의 변형예로서, 관로(46)를 통해 용접건의 샹크에서 귀환되는 냉각수를 열교환기(50)에서 냉매를 이용하여 냉각시키는 것으로, 열교환기(50)에서 냉매가 기화되면서 샹크에서 귀환되는 냉각수를 냉각하여 탱크(40)로 귀환시키고, 냉매는 관로(55)를 통해 압축기(60)로 귀환되어 압축된 다음 관로(56)를 통해 응축기(70)로 공급되어 액화되어 상기한 열교환기(50)로 공급되는 순환과정을 반복하여 냉각수를 냉각시킨다. 상기 응축기(70)에서는 열매체가 관로(48)를 통해 공급되어 압축기로 부터의 고온 고압의 냉매 가스를 액상으로 응축시킨 다음 관로(49)로 귀환된다. 도면에서 미설명된 부호(65)는 압력안전밸브이다.
도 5에 도시된 냉각회로는 용접건의 용접팁의 온도 상승이 상대적으로 더욱 큰 경우에 보다 신속하게 냉각수를 냉각하기 위해 사용될 수 있다.
상기 도 4와 도 5에서의 열매체는 물인 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 용접건의 용접팁의 온도를 냉각수 공급에 의해 일정한 범위내에서 유지시킬 수 있고, 본 발명에 따라 냉각수 냉각 및 순환장치(2)로 용접건의 용접팁 냉각시스템을 보다 콤팩트하게 구성함으로써 종래 중앙집중식 냉각구조로 많은 관로를 통해 다수의 용접 로봇으로 공급되는 것과 비교하여 매우 간편한 냉각구성을 갖게 되어 라인설치 및 관리 비용을 절감할 수 있고, 용접 로봇 각각에 대해 용접팁을 효율적으로 냉각할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 로봇 용접건으로서 로봇 건 타입의 용접건에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템은 한 대의 로봇으로 두가지 이상의 용접 건을 사용할 수 있게 작업하지 않고 대기하고 있는 용접 건의 고정 및 보관을 할 수 있도록 된 ATC(Automatic Tool Changer) 건 타입과 패드 건 타입 및 네트웍 시스템 타입들의 용접건들에서 용접팁 냉각을 위해 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 샹크(10)는 FCD주철로 이루어질 수도 있다. 이 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.
FCD주철은, 일반 회주철의 용탕에 마그네슘 등을 첨가하여 응고과정에서 흑연이 구상으로 정출된 주철이므로 회주철에 비하여 흑연의 형태가 구상이다. 이러한 FCD주철은 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.
본 발명의 샹크(10)는 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어진다.
여기서, FCD주철을 1600℃ 미만으로 가열하면 전체 조직이 충분히 용융되지 못하며, 1650℃를 초과하여 가열시키면 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열하는 것이 바람직하다.
용융된 FCD주철에는 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 정도 포함된 구상화 처리제를 넣는 바, 마그네슘이 0.3중량% 미만이면 구상화 처리제를 투입효과가 극히 미미해 지며, 0.7중량%를 초과하면 구상화 처리제의 투입효과가 크게 향상되지 않는 반면에, 고가의 재료비가 증가되는 문제점이 있다. 그러므로 구상화 처리제의 마그네슘 혼합비율은 0.3∼0.7중량% 정도가 적합하다.
용융된 FCD주철에 구상화 처리제가 투입되면 이를 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한다. 구상화 처리 온도가 1500℃ 미만이면 구상화 처리가 제대로 이루어지지 않으며, 1550℃를 초과하면 구상화 처리 효과가 크게 개선되지 않는 반면에 불필요하게 에너지가 낭비된다. 그러므로 구상화 처리 온도는 1500∼1550℃가 적합하다.
이와 같이 본 발명의 샹크(10)가 FCD주철로 이루어지므로 노치효과가 적기 때문에 응력 집중 현상이 감소되어 강도와 인성이 크게 향상된다.
또한, 순환펌프(44)의 외면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포될 수 있다. 이 변색부는, 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 순환펌프(44)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포된다.
여기서, 변색부는, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 도포하여 형성될 수 있다. 변색부는 순환펌프(44)의 케이스 온도에 따라 색이 변화하여 도료의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다.
이러한 변색부는 소정의 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 순환펌프(44)의 케이스 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색물질은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.
또한, 온도변색물질은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색물질은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.
이를 위해, 변색부는 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 도포하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 변색부를 형성할 수 있다.
이를 통해, 순환펌프(44)의 온도 변화를 단계적으로 확인할 수 있어 도료의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 순환펌프(44)를 최적의 상태에서 운용할 수 있으며, 과열에 의한 순환펌프(44)의 손상을 미연에 방지시킬 수 있다.
또한, 보호막층은 변색부 위에 도포되어서 외부의 충격으로 인해 변색부가 손상되는 것을 방지하며, 변색부의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 도포재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각 및 순환장치(2)의 케이스 외면에는 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로 형성될 수 있다.
이러한 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체는 전술한 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체가 75중량% 미만이면 강성이 저하되고, 95중량%를 초과하면 내충격성이 저하되며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 5중량% 미만이면 내충격성이 저하되고, 25중량%를 초과하면 강성이 저하된다.
상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물의 기계적 강성유지 및 내열성을 향상시키며 내백화성을 유지하는데 효과적인 역할을 한다. 상기 에틸렌 함량은 바람직하게는 0.5~5중량%이며, 더욱 바람직하게는 1~3중량%일 수 있으며, 0.5중량% 미만이면 내백화성이 저하되고, 7중량%를 초과하면 수지의 결정화도 및 강성이 저하된다.
또한, 상기 알파올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 제외한 임의의 알파올레핀을 의미하며, 바람직하게는 부텐이다. 또한, 전술한 알파올레핀은 탄소수가 4 미만이거나 5를 초과하면 랜덤 공중합체의 제조 시, 코모노머와의 반응성이 낮아 공중합체를 제조하는데 어려움이 있다.
또한, 전술한 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 바람직하게는 1~10중량%이고, 더욱 바람직하게는 3~9중량%일 수 있다. 상기 알파올레핀은 1중량% 미만이면, 결정화도가 필요 이상으로 높아져 투명성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 결정화도 및 강성이 저하되어 내열성이 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.
또한, 상기 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 에틸렌 20~50중량%을 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물에 내충격적 특성을 부여하고 미세 분산이 가능하여 내백화성 및 투명성을 동시에 부여하는 역할을 한다. 이러한 에틸렌 함량은 바람직하게는 20~40중량%일 수 있으며, 20중량% 미만이면 내충격성이 저하되고 50중량%를 초과하면 내충격성 및 내백화성이 저하될 수 있다.
그리고, 온도센서(41)의 표면에는 온도센서(41)의 오지시 및 수명단축의 원인이 되는 표면오염문제를 해결하기 위하여 실리콘 성분을 포함한 도포층이 형성될 수 있다. 상기 도포층은 미생물 및 부유물 등의 부착을 억제하여 오지시를 방지하고 온도센서(41)의 사용기간을 반영구적으로 연장할 수 있게 된다.
상기 도포액을 제조하는 방법에 대하여 간략하게 설명하자면, 우선 에틸아세테이트(ethyl acetate)용액에 디메틸디클로로실란 용액을 부피비로 2-5% 용해시켜 도포액을 제조한다. 이때, 상기 디메틸디클로로실란 용액의 함량이 2%에 미치지 못하면 도포의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 5%를 초과하면 도포층이 너무 두꺼워져 효율이 떨어진다. 상기와 같은 비율로 용해된 도포액은 도포시간 및 도포두께를 고려하여 용액의 점도가 0.8-2cp(센티포아제)의 범위인 것이 바람직하다. 이는 점도가 너무 낮으면 도포시간을 오래해야 하며, 점도가 너무 높으면 도포가 두껍게 일어나고 건조가 안되며 또한 불균일한 도포로 인하여 온도센서(41)의 오지시를 유발할 수 있기 때문이다.
본 발명에서는 상기와 같이 제조된 도포용액으로 온도센서(41)의 표면을 1㎛이하의 두께로 도포한다. 이때, 도포층의 두께가 1㎛를 초과하면 오히려 센서의 감도를 저하시키기 때문에 본 발명에서는 도포층의 두께를 1㎛이하로 한정한다. 또한, 상기와 같은 두께로 도포하는 방법으로서는 온도센서(41) 표면에 2-3회 정도 분사하는 스프레이 방법이 사용될 수 있다.
또한, 관로(46)에는 내산화성을 증가시키기 위해 RD(Polymerized trimethyl dihydroquinoline)를 첨가할 수 있다. 이러한 RD는 내오존성 및 내산화성을 증가시키며, 관로(46)의 부식 및 산화를 방지시킨다.
본 발명은 합성수지재에 RD 0.4 내지 1.2 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 이유는 RD의 첨가량이 상술된 범위보다 적은 경우에는 내산화성을 획득하기 어려우며, 상술된 범위를 초과하는 경우에는 조직의 밀도 및 견고성에 영향을 주는 문제가 있기 때문이다.
이러한 본 발명은 합성수지재의 관로(46)에 RD가 더 첨가되므로 내산화성이 크게 향상되며, 이에 따라 제품의 수명을 극대화시킬 수 있다.
또한, 온도미터(35)의 케이스 둘레에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 도포층이 형성될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 및 탄산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 붕산 및 탄산나트륨의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~ 10 중량%이다. 이에 더하여, 상기 도포층의 도포성을 향상시키는 물질로 탄산나트륨 또는 탄산칼슘이 이용될 수 있으나 바람직하게는 탄산나트륨이 이용될 수 있다.
상기 붕산 및 탄산나트륨은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 붕산 및 탄산나트륨은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 온도미터(35) 둘레의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000 Å이다.
상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
본 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 0.1 몰 및 탄산나트륨 0.05 몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
그리고, 팁부(30)는 먼지, 오염물질 등으로부터 표면의 부식현상을 방지시키기 위해 금속재의 표면 도포재료로 도포층이 형성될 수 있다. 이 도포층은 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성된다.
상기 알루미나 분말은 고온으로 가열될 때 소결, 엉킴, 융착 방지 등의 목적으로 첨가된다. 이러한 알루미나 분말이 60중량% 미만으로 첨가되면, 소결, 엉킴, 융착 방지의 효과가 떨어지며, 알루미나 분말이 60중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서, 알루미나 분말은 60중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 NH4Cl은 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식, 구리 및 마그네슘과 반응하여 확산 및 침투를 활성화시키는 역할을 한다. 이러한 NH4Cl은 30중량% 첨가된다. NH4Cl이 30중량% 미만으로 첨가되면, 증기 상태의 알루미늄, 아연, 주식 구리 및 마그네슘과 반응이 제대로 이루어지지 않으며 이에 따라 확산 및 침투를 활성화시키지 못한다. 반면에, NH4Cl이 30중량% 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에, 재료비가 크게 증가된다. 따라서 NH4Cl은 30중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 아연은 물에 닿는 금속의 부식을 방지하는 것과 전기 방식용으로 사용되도록 배합된다. 이러한 아연은 2.5중량%가 혼합된다. 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 물에 닿는 금속의 부식을 제대로 방지시키지 못하게 된다. 반면에 아연의 혼합비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 아연은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 구리는 상기 알루미늄과 조합하여 금속의 경도 및 인장강도를 높이게 된다. 이러한 구리는 2.5중량% 혼합된다. 구리의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 알루미늄과 조합될시 금속의 경도 및 인장강도를 제대로 높이지 못하게 된다. 반면에 구리의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 구리는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘의 순수한 금속은 구조강도가 낮으므로 상기 아연 등과 함께 조합하여 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성을 높이는 용도로 배합된다. 이러한 마그네슘은 2.5중량% 혼합된다. 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 아연 등과 함께 조합될 시 금속의 경도, 인장강도 및 염수에 대한 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에 마그네슘의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비가 크게 증가된다. 따라서 마그네슘는 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 티타늄은 가볍고 단단하고 내부식성이 있는 전이 금속 원소로 은백색의 금속광택이 있는바, 뛰어난 내식성과 비중이 낮아 강철 대비 무게는 60% 밖에 되지 않으므로 금속모재에 도포되는 도포재의 중량은 줄이되 광택을 높이고 뛰어난 방수성 및 내식성을 갖도록 배합된다.
이러한 티타늄은 2.5중량% 혼합된다. 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량% 미만이면, 금속모재에 도포되는 도포재의 중량이 그다지 경감되지 않고, 광택성, 방수성, 내식성이 크게 개선되지 않는다. 반면에, 티타늄의 혼합 비율이 2.5중량%를 초과하면 상술한 효과는 더 개선되지 않는 반면에 재료비는 크게 증가된다. 따라서 티타늄은 2.5중량% 혼합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 팁부(30)의 표면 도포방법은 다음과 같다.
도포층이 형성되어야 할 팁부(30)와 상기 구성으로 배합된 도포재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 모재의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시킨다, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지한다.
상기 단계를 수행하여 증기 상태의 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄이 폐쇄로 내부에 형성되고, 알루미늄 분말, 알루미나 분말, 아연, 구리, 마그네슘 및 티타늄 배합물은 팁부(30)의 표면에 침투하여 도포층이 형성된다.
도포층이 형성된 후 폐쇄로 내부의 온도를 도포 물질/기재 복합물이 800℃~900℃로 하여 30 ~ 40시간을 유지하면 모재의 표면에는 부식 방지용 도포층이 형성되어 모재의 표면과 외기를 격리시키게 된다. 이때 상기 공정을 수행함에 있어 급격한 온도 변화는 모재 표면의 도포층이 박리될 수 있으므로 60℃/hr의 비율로 온도 변화를 시킨다.
본 발명의 도포층은 다음과 같은 장점이 있다.
본 발명의 도포층은 매우 넓은 범위의 용도를 가지므로 커튼 도포, 스프레이 페인팅, 딥 도포, 플루딩(flooding) 등과 같은 여러 가지 방법에 의해 도포될 수 있다.
본 발명의 도포층은 부식 및/또는 스케일에 대한 원칙적인 보호 기능에 추가하여 도포가 매우 얇은 층두께로 도포될 수 있어 전기전도성을 개선하는 것은 물론 물질 및 비용 절감이 가능하다. 열간 성형 과정 이후에도 높은 전기전도성이 바람직하다면 얇은 전기전도성 프라이머가 도포층의 상부에 도포될 수 있다.
성형 과정 또는 열간 성형 과정 이후, 도포 물질은 기재의 표면상에 유지될 수 있으며, 예를 들어, 긁힘 내성을 증가시키며, 부식 보호를 개선하고, 미적 외관을 충족시키며, 변색을 방지하고, 전기전도성을 변화시키며 종래 다운스트림 공정(예, 침린 및 전기이동 딥 도포)용 프라이머로 제공될 수 있다.
이러한 본 발명은 팁부(30)에 알루미나 분말, NH4Cl, 아연, 구리, 마그네슘, 티타늄으로 이루어진 도포층이 도포되므로 먼지, 오염물질 등으로부터 팁부(30) 표면의 부식현상을 방지시킬 수 있다.
본 발명의 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템은 개별 용접 로봇에 적용하여 용접건의 용접팁을 일정 온도 범위로 유지할 수 있도록 이용할 수 있다.
1 : 용접 로봇 2 : 냉각 및 순환장치
3 : 로봇 용접건 9 : 암
10 : 샹크 15 : 중공부
20 : 냉각수 공급관 30 : 팁부
35 : 온도미터 44 : 순환펌프
45 : 공급관 46 : 관로
50 : 열교환기 60 : 압축기
70 : 응축기

Claims (3)

  1. 용접로봇의 암(9)에 장착되며, 내부 중앙에는 중심부를 관통하는 중공부(15)가 형성되고 그 말단부가 절연처리되는 샹크(10)와, 상기 샹크(10)의 중공부(15)에 동심원적으로 구비되어 냉각수의 유로를 형성하는 냉각수 공급관(20) 및 상기 샹크(10)의 말단부 외면에 결합되어 상기 중공부(15)을 밀폐하는 팁부(30)를 구비하는 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템에 있어서,
    냉각수를 각각의 로봇 용접건(3)으로 공급하도록 용접 로봇(1)들 각각에 인접하여 냉각수 냉각 및 순환장치(2)가 설치되며,
    상기 냉각수 냉각 및 순환장치(2)는 냉각수를 수용하는 냉각수 탱크(40)와, 상기 냉각수 탱크에 수용된 냉각수를 공급관(45)을 통해 샹크(10)로 공급하여 용접팁을 냉각한 다음 관로(46)를 통해 탱크로 귀환되도록 냉각수를 강제 순환시키는 순환펌프(44), 상기 귀환되는 냉각수를 열교환 매체와의 열교환에 의해 냉각하는 열교환기(50)를 포함하고;
    샹크(10)는 FCD주철로 이루어지되, 상기 FCD주철을 1600∼1650℃로 가열시켜서 용탕으로 만든 다음 탈황처리를 하며, 마그네슘이 0.3∼0.7중량% 포함된 구상화 처리제를 넣고 1500∼1550℃에서 구상화 처리를 실시한 후 열처리하여 이루어지고;
    순환펌프(44)의 외면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포되되, 상기 변색부는, 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 순환펌프(44)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있으며, 상기 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포되고;
    냉각 및 순환장치(2)의 케이스 외면에는 폴리프로필렌 수지 조성물이 도포되되, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함하며;
    냉각수의 온도를 체크하기 위해 냉각수 탱크(40)에 설치된 온도센서(41)의 표면에는 실리콘 성분을 포함한 도포층이 도포되되, 상기 실리콘 성분을 포함한 도포층은, 에틸아세테이트(ethyl acetate)용액에 디메틸디클로로실란 용액을 부피비로 2-5% 용해시켜 도포액을 제조하고, 상기 도포액의 점도는 0.8-2cp(센티포아제)이며;
    관로(46)에는 RD(Polymerized trimethyl dihydroquinoline)가 첨가되되, 합성수지재의 상기 관로(46)에 RD 0.4 내지 1.2 중량부를 포함하고;
    공급 냉각수와 귀환 냉각수의 온도를 측정하도록 제공되어 냉각수 공급 온도를 조절하는 온도미터(35)의 케이스 둘레에는 오염 방지 도포용 조성물이 도포된 도포층이 형성되되, 상기 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 및 탄산나트륨이 1 : 0.01 ~ 1 : 2 몰비로 포함되어 있고, 상기 오염 방지 도포용 조성물의 도포 두께는 500 ~ 2000Å이며;
    팁부(30)에는 금속재의 표면 도포재료로 도포층이 형성되되, 상기 금속재의 표면 도포 재료로 이루어진 도포층은 알루미나 분말 60중량%, NH4Cl 30중량%, 아연 2.5중량%, 구리 2.5중량%, 마그네슘 2.5중량%, 티타늄 2.5중량%로 구성되며, 팁부(30)와 상기 도포재료를 폐쇄로 내에 함께 투입시키고 폐쇄로 내부에는 팁부(30)의 산화를 방지하기 위하여 2 L/min의 비율로 아르곤 가스를 주입시키며, 아르곤 가스가 주입된 상태에서 700℃ 내지 800℃의 온도로 4 ~ 5 시간 동안 유지시켜서 이루어진 것을 특징으로 하는 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접건의 샹크에서 관로(46)를 통해 귀환되는 냉각수는 상기 열교환기(50)에서 냉매가 기화되면서 냉각하여 탱크(40)로 귀환시키도록 되고,
    상기 열교환기(50)에서 냉각수를 냉각시키는 냉매는 관로(55)를 통해 압축기(60)로 귀환되어 압축된 다음 관로(56)를 통해 응축기(70)로 공급되어 액화되어 상기한 열교환기(50)로 순환되며, 상기 응축기(70)에서는 열매체가 관로(48)를 통해 공급되어 압축기로 부터의 고온 고압의 냉매 가스를 액상으로 응축시킨 다음 관로(49)로 귀환되는 냉각회로 구성을 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접건의 용접팁 냉각시스템.
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