KR101690033B1 - 자동 마찰 용접기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 마찰 용접기에 관한 것으로서, 상호 이격배치되는 스핀들 유닛과 테일 유닛을 구비하며, 용접작업 대상의 워크(work)를 양측에서 센터링하면서 가압 회전시키는 센터링 가압 회전부; 상기 워크의 상부 영역에서 상기 워크와 접촉되어 상기 워크를 마찰 용접시키는 용접 툴; 상기 용접 툴을 업/다운(up/down) 구동시키는 용접 툴 업/다운 구동부; 및 상기 워크가 로딩되는 다수의 롤러와, 상기 롤러와 연결되고 상기 워크의 직경에 기초하여 상기 롤러들의 위치가 가변되도록 상기 워크의 직경을 보상하는 워크 직경 보상부를 구비하며, 상기 스핀들 유닛과 상기 테일 유닛의 사이에 배치되되 용접작업 시 상기 용접 툴의 반대편에서 상기 워크가 밀리는 것을 저지시키는 앤빌 유닛(anvil unit)을 포함한다.

Description

자동 마찰 용접기{Friction welding device automatically}
본 발명은, 자동 마찰 용접기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 워크(work)의 직경이 상이하더라도 앤빌 유닛의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있어 혼류생산이 가능할 뿐만 아니라 정밀 용접이 가능하며, 효율적인 구조로 인해 사이클 타임이 단축되어 고속생산이 가능함은 물론 무인 자동화를 구축할 수 있는 자동 마찰 용접기에 관한 것이다.
자동차의 냉방장치를 구성하는 압축기 중 가변 용량형 사판식 압축기는 내부에 크랭크실과 흡입실 및 토출실 등의 밀폐공간을 형성하는 전/후방 하우징과, 상기 전/후방 하우징 사이에 내장되는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 중앙에 회전가능하게 지지되는 구동축과, 상기 구동축에 각각 설치되는 러그 플레이트 및 사판과, 상기 사판의 둘레를 따라 슈를 개재하여 결합되는 복수개의 피스톤과, 밸브 유닛, 그리고 제어밸브 및 사판 지지용 스프링을 포함한다.
이와 같은 가변 용량형 사판식 압축기에 있어서는, 냉매의 압축 과정에 있어서, 피스톤의 중량이 피스톤의 왕복운동을 방해하는 관성으로 작용하여 압축 효율을 저하시키는 요인으로 작용하는 바, 이를 개선하기 위하여 피스톤을 경량의 워크로 제조하고 있는데, 최근에는 피스톤의 내부에 중공을 형성함으로써 더욱 경량화된 피스톤의 제조방법이 강구되고 있다.
이러한 압축기용 중공 피스톤의 제조방법에 있어서, 종래에는 중공부를 가지는 몸체부와 캡부를 각각 별개로 성형하고, 이들을 기계 가공하여 서로 가결합한 후, 진공 상태에서 몸체부 및 캡부의 접합면을 전자빔으로 용접하여 고착하는 단계를 거쳐 피스톤을 제조하여 왔다.
하지만, 이와 같은 종전 방식은 구조적인 한계로 인해 접합면의 용접 시간이 비교적 길어지며, 또한 몸체부와 캡부의 조립 및 조립 후의 가공절차가 까다롭고 복잡하기 때문에 생산성이 크게 떨어지고 불량 발생률이 매우 높고, 전자빔 용접 과정에서 미세한 구멍들이 피스톤의 조직 내에 발생함에 따라 피스톤의 내구성이 떨어지는 등의 다양한 문제점을 야기한다.
한편, 이와 같은 문제점을 해소하기 위해서는 마찰 용접기에 의한 마찰 용접을 고려해볼 수 있다.
마찰 용접은 워크의 용접부위를 가압 회전하여 접촉면에서 1000℃ 이상의 마찰열이 발생되도록 함으로써 소성변형에 의해 용접이 되도록 하는 방식이다.
이와 같은 마찰 용접은 에너지절감과 작업장 내의 환경개선(가스, 연기, 분진, 소음의 일소), 작업공정의 단순화에 따른 생산성 향상과 가공비용의 저렴화 등의 요구로 인해, 최근에는 본 실시예와 같은 자동차의 부품 기계장치 분야에 광범위하게 적용하고 있다.
그런데, 현재 적용 중에 있는 마찰 용접기는 구조적인 한계로 인해 워크(work)인 압축기용 중공 피스톤의 직경이 상이한 경우, 1대의 마찰 용접기에서 용접작업이 불가능하거나 워크가 로딩되는 작업대로서의 앤빌 유닛(anvil unit)을 교체해야 하는 등 작업이 복잡하여 혼류생산이 어려울 뿐만 아니라 고속생산에 적합하지 않은 문제점이 있다.
대한민국특허청 출원번호 제10-1999-0045395호 대한민국특허청 출원번호 제10-2002-0019957호
본 발명의 목적은, 워크(work)의 직경이 상이하더라도 앤빌 유닛의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있어 혼류생산이 가능할 뿐만 아니라 정밀 용접이 가능하며, 효율적인 구조로 인해 사이클 타임이 단축되어 고속생산이 가능함은 물론 무인 자동화를 구축할 수 있는 자동 마찰 용접기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 상호 이격배치되는 스핀들 유닛과 테일 유닛을 구비하며, 용접작업 대상의 워크(work)를 양측에서 센터링하면서 가압 회전시키는 센터링 가압 회전부; 상기 워크의 상부 영역에서 상기 워크와 접촉되어 상기 워크를 마찰 용접시키는 용접 툴; 상기 용접 툴을 업/다운(up/down) 구동시키는 용접 툴 업/다운 구동부; 및 상기 워크가 로딩되는 다수의 롤러와, 상기 롤러와 연결되고 상기 워크의 직경에 기초하여 상기 롤러들의 위치가 가변되도록 상기 워크의 직경을 보상하는 워크 직경 보상부를 구비하며, 상기 스핀들 유닛과 상기 테일 유닛의 사이에 배치되되 용접작업 시 상기 용접 툴의 반대편에서 상기 워크가 밀리는 것을 저지시키는 앤빌 유닛(anvil unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 마찰 용접기에 의해 달성된다.
상기 워크 직경 보상부는, 상기 롤러 상에 로딩되는 워크의 직경을 감지하는 직경 감지용 프로브(probe); 상기 직경 감지용 프로브와 연결되며, 상기 직경 감지용 프로브에서 감지된 감지값을 토대로 상기 워크의 직경을 측정하는 직경 측정부재(LVDT); 상기 롤러를 지지하는 롤러 블록; 상기 롤러 블록과 연결되는 슬라이딩 블록; 상기 슬라이딩 블록과 연결되며, 상기 슬라이딩 블록을 업/다운(up/down) 구동시키는 웨지(wedge); 및 상기 웨지를 이동시키는 로보 실린더를 포함할 수 있다.
상기 워크 직경 보상부는, 상기 직경 감지용 프로브와 상기 직경 측정부재를 링크식으로 연결하는 프로브 링크; 및 상기 프로브 링크에 연결되고 상기 프로브 링크를 탄성적으로 복귀시키는 인장스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 워크 직경 보상부는, 상기 슬라이딩 블록에 연결되며, 상기 슬라이딩 블록의 회전을 방지시키는 회전 방지핀; 및 상기 슬라이딩 블록에 연결되는 로드 셀을 더 포함할 수 있다.
상기 워크 직경 보상부는, 상기 롤러 블록과 상기 슬라이딩 블록 사이에 배치되는 더스트 커버(dust cover)를 더 포함할 수 있다.
상기 스핀들 유닛은, 상대적인 큰 회전력을 제공하기 위한 감속기; 및 상기 워크의 형상에 따라 변경 가능한 워크 독(work dog)을 포함할 수 있다.
상기 센터링 가압 회전부, 상기 용접 툴, 상기 용접 툴 업/다운 구동부, 그리고 상기 앤빌 유닛의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 워크(work)의 직경이 상이하더라도 앤빌 유닛의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있어 혼류생산이 가능할 뿐만 아니라 정밀 용접이 가능하며, 효율적인 구조로 인해 사이클 타임이 단축되어 고속생산이 가능함은 물론 무인 자동화를 구축할 수 있는 자동 마찰 용접기가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 마찰 용접기의 측면 구조도이다.
도 2는 센터링 가압 회전부와 앤빌 유닛 영역의 정면도이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 앤빌 유닛의 확대도이다.
도 5는 도 4의 측면도이다.
도 6은 워크의 직경에 따른 롤러 위치의 변화도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 마찰 용접기의 제어블록도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
한편, 하기 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하다. 따라서 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
예컨대, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 마찰 용접기의 측면 구조도, 도 2는 센터링 가압 회전부와 앤빌 유닛 영역의 정면도, 도 3은 도 2의 평면도, 도 4는 도 2에 도시된 앤빌 유닛의 확대도, 도 5는 도 4의 측면도, 도 6은 워크의 직경에 따른 롤러 위치의 변화도, 그리고 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 마찰 용접기의 제어블록도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 자동 마찰 용접기는 워크(work)의 직경이 상이하더라도 앤빌 유닛(170)의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있어 혼류생산이 가능할 뿐만 아니라 정밀 용접이 가능하며, 효율적인 구조로 인해 사이클 타임이 단축되어 고속생산이 가능함은 물론 무인 자동화를 구축할 수 있도록 한 것으로서, 용접기 본체(110), 센터링 가압 회전부(120), 용접 툴(150), 용접 툴 업/다운 구동부(160), 앤빌 유닛(170), 그리고 이들을 컨트롤하는 컨트롤러(190)를 포함할 수 있다.
우선, 용접기 본체(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동 마찰 용접기의 골조를 이룬다. 센터링 가압 회전부(120), 용접 툴(150), 용접 툴 업/다운 구동부(160), 앤빌 유닛(170) 등의 구조가 용접기 본체(110) 상에 지지되어 탑재될 수 있다.
용접기 본체(110)의 하부에는 다수의 푸트(111)가 마련된다. 그리고 용접기 본체(110)의 일측에는 컬럼(112)이 배치된다. 컬럼(112) 상에 용접 툴 업/다운 구동부(160)가 결합될 수 있다.
다음으로, 센터링 가압 회전부(120)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 용접작업 대상의 워크를 양측에서 센터링하면서 가압 회전시키는 역할을 한다.
이러한 센터링 가압 회전부(120)는 워크를 양측에서 센터링하면서 가압 회전시키기 위해 상호 이격배치되는 스핀들 유닛(130)과 테일 유닛(140)을 포함한다. 즉 센터링 가압 회전부(120)는 워크의 회전 정밀도를 높이기 위해서 양측 센터링 및 푸시(push) 조건 하에서 용접작업을 진행함으로써 가공의 정밀도가 대폭 향상될 수 있도록 한다.
센터링 가압 회전부(120)의 일측을 이루는 스핀들 유닛(130)은 상대적인 큰 회전력을 제공하기 위한 감속기(131)를 포함한다. 감속기(131)는 C축 서보 모터(133)에 축 결합된다.
감속기(131)에는 C축 메인 스핀들/베어링(135)과 연결되는 로터리 밸브(134)가 결합된다. C축 메인 스핀들/베어링(135)의 단부에는 척 바디(chuck body, 136)가 결합되며, 척 바디(136)의 단부에는 워크 독(work dog, 132)이 결합된다. 워크 독(132)은 워크의 형상에 따라 척 바디(136)의 단부에서 변경 가능하게 장착된다. C축 메인 스핀들/베어링(135)은 스핀들 바디(137) 상에 회전 가능하게 지지된다.
테일 유닛(140)은 스핀들 유닛(130)의 반대편에 배치되며, 정 센터에서 실린더력이 작동함으로 추력 모멘트를 전혀 받지 않도록 한다.
이러한 테일 유닛(140)은 테일 스탁 바디(tail stock body, 141)와, 테일 스탁 바디(141) 상에 탑재되는 슬리브(sleeve, 142)와, 슬리브(142)의 단부에 마련되어 워크의 일단부 센터에 지지되는 테일 스토퍼(tail stopper, 143)를 포함한다. 슬리브(142)에는 테일 실린더 로드(tail cylinder rod, 144)가 배치된다. 이와 같은 구성으로 워크의 정 센터에서 실린더력이 작동함으로 추력 모멘트를 전혀 받지 않게 되고, 안정적으로 워크를 회전 가능하게 지지한다.
다음으로, 용접 툴(150)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 워크의 상부 영역에서 워크와 접촉되어 워크를 마찰 용접시키는 역할을 한다. 용접 툴(150)은 워크의 표면에 접촉되어 접촉면에서 1000℃ 이상의 마찰열이 발생되도록 함으로써 소성변형에 의해 용접이 되도록 한다.
다음으로, 용접 툴 업/다운 구동부(160)는 도 1에 도시된 바와 같이, 용접 툴(150)을 업/다운(up/down) 구동시키는 역할을 한다.
이러한 용접 툴 업/다운 구동부(160)는 용접 툴(150)을 지지하는 툴 홀더(161)와, 툴 홀더(161)에 연결되는 메인 스핀들(162)과, 메인 스핀들(162)을 구동시키는 스핀들 모터(163)와, 메인 스핀들(162)과 연결되는 Z축 피드 슬라이드(feed slide, 164)와, 컬럼(112) 상에 배치되고 Z축 피드 슬라이드(164)와 연결되는 볼 스크루(165)와, 볼 스크루(165)를 회전 구동시키는 스크루 모터(166)를 포함할 수 있다.
워크에 대한 용접 툴(150)의 상대 위치 조정을 위해 용접기 본체(110) 상에는 X축 슬라이드 유닛(115)이 마련된다. X축 슬라이드 유닛(115)은 X축 서보모터(116)와 결합되는 X축 볼 스크루(117)와 연결된다.
한편, 앤빌 유닛(anvil unit, 170)은 도 1, 도 2, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 스핀들 유닛(130)과 테일 유닛(140)의 사이에 배치되되 용접작업 시 용접 툴(150)의 반대편에서 워크가 밀리는 것을 저지시키는 역할을 한다. 이러한 앤빌 유닛(170)은 롤러(171)와, 워크 직경 보상부(180)를 포함한다.
롤러(171)는 워크가 로딩되는 장소를 이룬다. 안정적인 워크의 로딩을 위해 롤러(171)는 한 쌍으로 배치된다. 롤러(171) 내에는 회전축심을 이루는 롤러 샤프트(171a)가 마련된다. 롤러(171)는 롤러 블록(183)에 지지될 수 있다.
워크 직경 보상부(180)는 롤러(171)들과 연결되고 워크의 직경에 기초하여 롤러(171)들의 위치가 가변되도록 워크의 직경을 보상하는 역할을 한다.
즉 도 6의 (a), (b), (c)처럼 워크의 직경(D1,D2,D3)이 점점 더 커지는 경우, 롤러(171)들의 높이(H1,H2,H3)가 자동으로 높아질 수 있도록 한다. 이처럼 워크의 직경 및 길이의 변화에 자동 대응이 가능하기 때문에, 즉 워크의 직경 및 길이의 변화에 따라서 롤러(171)들의 위치가 자동으로 가변될 수 있기 때문에 앤빌 유닛(170)의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있으며, 이로 인해 혼류생산이 가능해진다.
이러한 워크 직경 보상부(180)는 롤러(171) 상에 로딩되는 워크의 직경을 감지하는 직경 감지용 프로브(probe, 181)와, 직경 감지용 프로브(181)와 연결되며, 직경 감지용 프로브(181)에서 감지된 감지값을 토대로 워크의 직경을 측정하는 직경 측정부재(LVDT, 182)와, 롤러(171)를 지지하는 롤러 블록(183)과, 롤러 블록(183)과 연결되는 슬라이딩 블록(184)과, 슬라이딩 블록(184)과 연결되며, 슬라이딩 블록(184)을 업/다운(up/down) 구동시키는 웨지(wedge, 185)와, 웨지(185)를 이동시키는 로보 실린더(186)를 포함할 수 있다.
이때, 직경 감지용 프로브(181)와 직경 측정부재(182)는 프로브 링크(187)에 의해 링크식으로 연결된다. 그리고 프로브 링크(187)에는 프로브 링크(187)를 탄성적으로 복귀시키는 인장스프링(188)이 연결된다.
이에, 롤러(171) 상에 로딩되는 워크를 직경 감지용 프로브(181)가 감지하여 그 값을 직경 측정부재(182)로 보내면 직경 측정부재(182)가 워크의 직경을 측정한 후, 로보 실린더(186)의 수치제어에 의해 웨지(185)를 정해진 거리만큼 이동시켜 이에 따라 슬라이딩 블록(184)을 업/다운(up/down) 구동시킴으로써, 롤러(171)의 센터 높이를 보정할 수 있다. 따라서 이상적인 작업조건이 구축될 수 있다.
이때, 슬라이딩 블록(184)이 임의로 회전되어서는 아니되기 때문에 슬라이딩 블록(184)에는 슬라이딩 블록(184)의 회전을 방지시키는 회전 방지핀(174)이 결합된다.
그리고 슬라이딩 블록(184)에는 로드 셀(175)이 더 갖춰진다. 로드 셀(175)은 용접 툴(150)에 의한 정해진 가압력이 워크로 전달되도록 하면서 용접작업을 균일하게 진행할 수 있도록 한다. 롤러 블록(183)과 슬라이딩 블록(184) 사이에는 더스트 커버(dust cover, 176)가 마련된다.
마지막으로, 컨트롤러(190)는 센터링 가압 회전부(120), 용접 툴(150), 용접 툴 업/다운 구동부(160), 그리고 앤빌 유닛(170)의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤하는 역할을 한다. 이와 같은 컨트롤을 통해 무인 자동화가 가능해질 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(190)는 중앙처리장치(191, CPU), 메모리(192, MEMORY), 그리고 서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(191)는 본 실시예에서 센터링 가압 회전부(120), 용접 툴(150), 용접 툴 업/다운 구동부(160), 그리고 앤빌 유닛(170)의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(192, MEMORY)는 중앙처리장치(191)과 연결된다. 메모리(192)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(191)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(193)은 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(190)는 센터링 가압 회전부(120), 용접 툴(150), 용접 툴 업/다운 구동부(160), 그리고 앤빌 유닛(170)의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤한다. 이때, 컨트롤러(190)가 센터링 가압 회전부(120), 용접 툴(150), 용접 툴 업/다운 구동부(160), 그리고 앤빌 유닛(170)의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤하는 일련의 프로세스 등은 메모리(192)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(192)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이에, 롤러(171) 상에 워크가 로딩되면, 직경 감지용 프로브(181) 및 직경 측정부재(182)의 작용으로 로보 실린더(186)의 수치제어에 의해 롤러(171)의 센터 높이를 보정할 수 있으며, 이후, 센터링 가압 회전부(120)가 워크를 양측에서 센터링하면서 워크를 가압 회전시킴과 동시에 용접 툴(150)의 작용으로 워크를 용접할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 워크의 직경이 상이하더라도 앤빌 유닛(170)의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있어 혼류생산이 가능할 뿐만 아니라 정밀 용접이 가능하며, 효율적인 구조로 인해 사이클 타임이 단축되어 고속생산이 가능함은 물론 무인 자동화를 구축할 수 있게 된다.
본 발명의 효과에 대해 좀 더 부연 설명한다.
첫째, 본 실시예의 경우, 워크의 직경 및 길이의 변화에 자동 대응이 가능하기 때문에 앤빌 유닛(170)의 개조 또는 교체 없이 워크의 직경을 보상하면서 용접작업을 진행할 수 있으며, 이로 인해 혼류생산이 가능해진다.
둘째, 전용 프로그램에 의거 빠른 용접 시간을 획득할 수 있기 때문에 고속생산이 가능해진다.
셋째, 콤팩트하면서도 효율적인 구조를 가지기 때문에 워크의 용접작업에 따른 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.
넷째, 워크의 직경을 감지하여 자동으로 센터 높이를 보정하는 한편 로드 셀(175)에 기초하여 정해진 값으로 용접작업을 진행할 수 있기 때문에 용접 품질이 매우 우수하고 정밀 용접이 가능해지며, 나아가 용접 후 선삭 가공 여유를 최소화시킬 수 있다.
다섯째, 무인 자동화가 가능하기 때문에 작업자의 환경, 안전 등의 문제를 원천적으로 배제시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 용접기 본체 120 : 센터링 가압 회전부
130 : 스핀들 유닛 131 : 감속기
132 : 워크 독 140 : 테일 유닛
150 : 용접 툴 160 : 용접 툴 업/다운 구동부
170 : 앤빌 유닛 171 : 롤러
174 : 회전 방지핀 175 : 로드 셀
176 : 더스트 커버 180 : 워크 직경 보상부
181 : 직경 감지용 프로브 182 : 직경 측정부재
183 : 롤러 블록 184 : 슬라이딩 블록
185 : 웨지 186 : 로보 실린더
187 : 프로브 링크 188 : 인장스프링
190 : 컨트롤러

Claims (7)

  1. 상호 이격배치되는 스핀들 유닛과 테일 유닛을 구비하며, 용접작업 대상의 워크(work)를 양측에서 센터링하면서 가압 회전시키는 센터링 가압 회전부;
    상기 워크의 상부 영역에서 상기 워크와 접촉되어 상기 워크를 마찰 용접시키는 용접 툴;
    상기 용접 툴을 업/다운(up/down) 구동시키는 용접 툴 업/다운 구동부;
    상기 워크가 로딩되는 다수의 롤러와, 상기 롤러와 연결되고 상기 워크의 직경에 기초하여 상기 롤러들의 위치가 가변되도록 상기 워크의 직경을 보상하는 워크 직경 보상부를 구비하며, 상기 스핀들 유닛과 상기 테일 유닛의 사이에 배치되되 용접작업 시 상기 용접 툴의 반대편에서 상기 워크가 밀리는 것을 저지시키는 앤빌 유닛(anvil unit); 및
    상기 센터링 가압 회전부, 상기 용접 툴, 상기 용접 툴 업/다운 구동부, 그리고 상기 앤빌 유닛의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤하는 컨트롤러를 포함하되,
    상기 워크 직경 보상부는,
    상기 롤러 상에 로딩되는 워크의 직경을 감지하는 직경 감지용 프로브(probe);
    상기 직경 감지용 프로브와 연결되며, 상기 직경 감지용 프로브에서 감지된 감지값을 토대로 상기 워크의 직경을 측정하는 직경 측정부재(LVDT);
    상기 롤러를 지지하는 롤러 블록;
    상기 롤러 블록과 연결되는 슬라이딩 블록;
    상기 슬라이딩 블록과 연결되며, 상기 슬라이딩 블록을 업/다운(up/down) 구동시키는 웨지(wedge);
    상기 웨지를 이동시키는 로보 실린더;
    상기 직경 감지용 프로브와 상기 직경 측정부재를 링크식으로 연결하는 프로브 링크; 및
    상기 프로브 링크에 연결되고 상기 프로브 링크를 탄성적으로 복귀시키는 인장스프링을 포함하며,
    상기 컨트롤러는 중앙처리장치, 메모리와, 서포트 회로로 구성되어지되,
    상기 중앙처리장치에서는 상기 롤러 상에 로딩되는 워크를 상기 직경 감지용 프로브가 감지하여 그 값을 상기 직경 측정부재로 보내면 상기 직경 측정부재가 워크의 직경을 측정한 후, 상기 로보 실린더의 수치제어에 의해 상기 웨지를 정해진 거리만큼 이동시켜 이에 따라 상기 슬라이딩 블록을 업/다운(up/down) 구동시킴으로써, 상기 롤러의 센터 높이가 자동적으로 보정될 수 있도록 하며,
    상기 메모리에는 상기 센터링 가압 회전부, 용접 툴, 용접 툴 업/다운 구동부와, 앤빌 유닛의 동작이 유기적으로 자동 동작되도록 컨트롤하는 일련의 프로세스가 저장되며,
    상기 서포트 회로는 상기 중앙처리장치와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동 마찰 용접기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 워크 직경 보상부는,
    상기 슬라이딩 블록에 연결되며, 상기 슬라이딩 블록의 회전을 방지시키는 회전 방지핀; 및
    상기 슬라이딩 블록에 연결되는 로드 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 마찰 용접기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 워크 직경 보상부는,
    상기 롤러 블록과 상기 슬라이딩 블록 사이에 배치되는 더스트 커버(dust cover)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 마찰 용접기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들 유닛은,
    상대적인 큰 회전력을 제공하기 위한 감속기; 및
    상기 워크의 형상에 따라 변경 가능한 워크 독(work dog)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 마찰 용접기.
  7. 삭제
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