KR101720038B1

KR101720038B1 - 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치

Info

Publication number: KR101720038B1
Application number: KR1020117001164A
Authority: KR
Inventors: 타메어 칸시츠
Original assignee: 에사브 웰딩 앤드 캇팅 게엠베하
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2017-03-27
Also published as: EP2328714A1; BRPI0914573A2; JP2011530410A; JP5438109B2; DE102008038103A1; KR20110090880A; AU2009281283A1; EP2328714B1; ZA201009185B; CA2733494A1; US20110156325A1; CA2733494C; AU2009281283B2; WO2010018052A1

Abstract

본 발명은 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 두꺼운 판상 컴포넌트들의 제트/빔 커팅에 필요하도록 구성된 장치에 관한 것이며, 갠트리-타입(gantry-type)의 로봇 같은 기계(robot-like machine)의 일 컴포넌트로 이해될 수 있다. 본 발명인 장치의 도움으로 상기 컴포넌트에 상대적인 제트/빔-생성 툴의 방향(orientation)을 변화시키는 것이 가능하고, 판의 두께 범위에서 일반적인 베벨 폼(bevel forms)(매우 길고 매우 평평한 베벨이 전형적인 것임)을 생성하는 것이 가능하다. 이 베벨 폼의 생성은 충돌 위험이 없으며 특히 매우 큰 정밀도를 가진다. 본 발명의 장치는 두꺼운 판상 컴포넌트들의 제트/빔 커팅이 이루어지는 동안 예를 들어, 고열과 다량의 먼지와 같은 환경적 스트레스를 견딜 수 있도록 구성된다. 본 발명은 특히, 토치의 팁 또는 제트/빔-생성 툴의 TCP는 피벗 축에 수직한 평면의 하우징 영역을 초과하여 피벗 축으로부터 일정 거리를 가지고, 그리고 커넥팅 엘리먼트의 수평부는 피벗 축에 이르는 거리가 TCP와 피벗 축 사이의 거리를 초과하도록 형성되어 있으며, 그리고 피벗 축에 대한 제트/빔-생성 툴의 운동 범위는 180 °보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치를 포함한다.

Description

제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치{NUMERICALLY CONTROLLED TOOL HOLDING DEVICE FOR BLAST MACHINING}

본 발명은 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 두꺼운 판상 컴포넌트들의 제트/빔 커팅에 필요하도록 구성된 장치에 관한 것이며, 갠트리-타입(gantry-type)의 로봇 같은 기계(robot-like machine)의 일 컴포넌트로 이해될 수 있다.

본 발명인 장치의 도움으로 상기 컴포넌트에 상대적인 제트/빔-생성 툴의 방향(orientation)을 변화시키는 것이 가능하고, 판의 두께 범위에서 일반적인 베벨 폼(bevel forms)(매우 길고 매우 평평한 베벨이 전형적인 것임)을 생성하는 것이 가능하다. 이 베벨 폼의 생성은 충돌 위험이 없으며 특히 매우 큰 정밀도를 가진다. 본 발명의 장치는 두꺼운 판상 컴포넌트들의 제트/빔 커팅이 이루어지는 동안 예를 들어, 고열과 다량의 먼지와 같은 환경적 스트레스를 견딜 수 있도록 구성되었다.

산업로봇 또는 로봇 같은 기계에 있어서 툴의 피버팅(pivoting)을 위한 장치는 로봇 리스트(robot wrists)로 언급된다. 비슷한 장치들이 5 개-축의 밀링 머쉰(milling machines)에 이용되며, 이를 피버팅 헤드(pivoting head)라고도 한다.

로봇 리스트는 보통 3 개 운동축을 포함한다. 밀링 뿐만 아니라 커팅을 위해서는, 툴의 회전 대칭(rotational symmetry) 때문에 2 개의 운동축으로 충분하다.

로봇 리스트는 수년 동안 알려져 왔으며 매우 다양한 역학적, 구조적 디자인들이 널리 알려져 왔다(Hesse. St.: Industrieroboterpraxis.[Industrial robot in practice] Vieweg-Verlag Braunschweig, Wiesbaden, 1998), (Rosheim, M.E.: Robot Wrist Actuator. John Wiley & Sons, New York, 1989). 일반적으로, 이러한 로봇 리스트들은 특정 기술적 과제를 위해 디자인된 것은 아니지만, 결론적으로 특정 기술 공정의 필요조건을 모두 만족시키지는 못할지라도 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 만능 장치이다.

커팅용 리스트(wrist for cutting)는 DE 10 2005 041 462에 기재되어 있다. 커팅 토치(cutting torch)와 같은 출력 엘리먼트의 원형 운동을 위해, 비교적 높은 강도를 유지하면서, 다량의 기어 엘리먼트들이 이용된다. TCP(Tool Center Point = tip of the torch) 또는 토치의 팁은 상기 원형 운동이 이루어지는 동안 상기 원형 운동이 만드는 원의 센터 포인트에 구비된다. 동시에, 두 번째 운동 유닛의 수직축이 이 포인트를 관통하여 지나가고, 그렇게 해서 상기 토치가 어떠한 제한 없이 이 포인트에 대해 회전할 수 있도록 한다. 다량의 기계 엘리먼트들은 상기 토치의 팁에 매우 근접하여 위치하고, 절단되는 컴포넌트로부터 짧은 거리만을 가지고 위치한다. 상기 기계 엘리먼트들에 작용하는 열에 의한 스트레스를 제한하기 위해, 상기 리스트는 단지 낮은 용량의 플라즈마 토치들과 산소를 연료로 하는(oxyfuel) 가스 토치들에 사용될 수 있으며, 따라서 오로지 작은 절단 두께를 갖는 것에만 사용될 수 있다. 상기 토치 가까이에 있는 리스트의 충돌 존(collision zone)이 꽤 크다 - 특히 운송 벨트(carrying belt)로 언급된 컴포넌트 때문에, 45°를 훨씬 상회하는 베벨 각(bevel angle)을 갖는 평평한 베벨들(flat bevels)은 절단이 될 수 없다.

DE 9416957은 비슷한 해결책으로서, 의료 공학에서 디바이스를 가이딩하고 홀딩하는 기구로서 사용하기 위해 - 평행한 크랭크 메커니즘(parallel crank mechanism)에 근거하는 - 해결책을 기술하고 있다. 원형 운동의 센터 포인트가 이 해결책에서는 고정된 점(invariant point)으로 언급되고 있다.

US 5286006은 2 개의 토치를 포함하는 베벨 커팅 장치를 기술하고 있다. - 여기서 관절로 연결된 조인트 메커니즘(articulated joint mechanism)에 의하여 - 적어도 하나의 토치는 궤도 접선을 따르는 축에 대해 회전(pivot)될 수 있고, 게다가 "지붕 형상"("roof-shaped")의 커프 벽들(kerf walls)을 제조하기 위해 수직 방향으로 운동될 수도 있다. 회전 메커니즘(pivoting mechanism)의 디자인 때문에, 큰 충돌 존이 존재하고, 다량의 기계 엘리먼트들이 TCP에 근접하여 존재하며, 이는 상술했던 상기 해결책들과 비슷하다.

JP 02229670는 베벨 커팅에 대한 방법 및 관련된 장치를 기술하고 있다. 상기 토치를 회전(pivot)시키기 위해 토치가 구부러진 가이드 엘리먼트 상으로 움직여진다. 이것은 충돌 존을 상당히 증가시키고 상기 토치가 약 150 °를 초과하는 운동 범위를 갖도록 하는 것을 절대적으로 막는다. 상기 컴포넌트의 위치는 이미 절단된 곧은 커프 벽에 수평으로 작용하는 거리 센서에 의해 감지될 수 있다. TCP와 상기 센서는 절단 방향으로 일렬로 구비된다. 결론적으로 이 해결책은 곧은 컴포넌트 가장자리들(edges)에 대한 베벨 커트(bevel cuts)을 형성하는 데 매우 적합할 수 있으나 윤곽을 갖는 커트(contoured cuts)를 형성하는 데는 적합하지 않다.

US 6201207은 또 다른 비슷한 기술적 해결책을 기술하고 있다. 수치 제어되는 2개의 축들이 구비된다. 2 개의 평면적으로 평행한 크랭크 메커니즘들(plane parallel crank mechanisms)이 일렬로 구비되기 때문에, 상기 토치는 상기 토치의 팁에 위치한 고정된 점에 대해 회전(pivot)될 수 있다. 결론적으로 상기 토치로 연결되는 케이블들과 호스들이 주의 깊게 다루어질 수 있다. 그러나, 이 해결책은 지극히 많은 수의 관절로 연결된 조인트들(articulated joints)과 기어 엘리먼트들(gear elements)을 필요로 한다. 따라서 기어 백래쉬(gear backlash)와 제조 공차(manufacturing tolerance)의 역효과를 증가시킬 뿐만 아니라 복잡성과 비용을 높이게 된다. 모든 엘리먼트들과 관절로 연결된 조인트들은 물론 상기 토치에 공간적으로 매우 가까이 구비되어야 하고, 그리고 한편으로는 모든 엘리먼트들이 고열로 인한 스트레스에 노출되며 다른 한편으로는 먼지나 스패터(spatter)에 노출된다. 결국, 절단되는 컴포넌트와 메커니즘들의 근접성 때문에 증가된 충돌의 위험성이 존재한다.

어려운 환경적 조건들(먼지, 열, 습기)에서 사용될 수 있는 관절로 연결된 팔 산업용 로봇들(articulated arm industrial robots)을 채용하기 위해, 표준 로봇들은 좀 더 개발되어 왔으며, 그래서 특별한 디자인들(KUKA-Roboter fur die Gießerei- und Schmiede-Industrie. [KUKA robots for the foundry and forging industry] Company publication of KUKA Roboter GmbH, Hery-Park 3000, 86368 Gersthofen, 2005)이, 예를 들어 특히 로봇 리스트와 같은 말단 컴포넌트(distal components)를 개조함으로써 제공된다. 이것은 방진과 기밀의 방수 밀봉들을 포함하고, 강화된 하우징들, 그리고 열방사를 반사시키는 내열 코팅들을 포함한다. 절단 토치를 그러한 로봇들에 적용시키고 높은 성능의 산소연료 가스 커팅(oxyfuel gas cutting)을 위해 그것들을 사용하는 것이 가능하다. 그리고 이것은 사실상 몇몇 케이스에서 실제로 행해지고 있다. 리스트를 보호하기 위해 그리고 평평한 베벨들을 절단하기 위해, 리스트로부터 토치의 팁까지 거리는 비교적 크게 되도록 선택되어야만 한다. 이것은 로봇의 작업 영역(working envelope)을 급격히 감소시키고, 그리고 그 결과 큰 작업 영역을 갖는 로봇들 조차 오로지 작은 컴포넌트 치수들(component dimensions)에 맞추어진다. 리스트의 회전축(axes of rotation) 교차점으로부터 TCP까지의 비교적 큰 거리 때문에, 로봇의 위치결정 정밀도(positioning accuracy)는 감소된다. 그리고 로봇이 레퍼런싱(referencing)하는 동안 TCP의 위치에서 받아들일 수 없을 정도로 높은 공차가 발생할 것이다.

DE 69210201는 절단 물질을 흡수하는 동안 동시에 툴을 냉각시키는 해결책에 대해 기술하고 있다. 냉각 시스템은 이중성을 갖는다. 하나의 닫혀진 내부 하우징 면은 구동 엘리먼트들(이 경우에 있어 고속으로 움직이는 스핀들)을 냉각시키기 위해 닫혀진 냉각 회로에서 오일 유입구과 오일 유출구가 형성되어 있다. 구멍이 형성된 분리된 벽들이 균일한 냉각을 제공하기 위한 미로(labyrinth)를 형성한다. 두 번째 냉각 회로는 상기 스핀들에 의해 구동되는 툴들을 공기 냉각시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 공기는 커넥션을 경유하여 하우징 내부의 분산 회로에 제공되고, 상기 하우징 외부의 툴들에 균등하게 분포된다. 매개물은 하우징 내부에서 팽창하지 않는다. 즉, 냉각 효과는 오로지 한편으로 오일의 열 수용능력에 기반하고 다른 한편으로 공기의 열 수용능력에 기반한다.

예를 들어 인용된 상기의 종래 기술에 의하면, 먼지와 열이 관련된 만연적 상황에서 갠트리-타입의 로봇 같은 기계들을 이용하여 제트/빔 커팅, 특히 매우 두꺼운 판들의 산소연료 가스 절단에 적합한 해결책에 대한 내용은 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 매우 두꺼운 컴포넌트들의 제트/빔 커팅의 조건을 만족시키기 위해 디자인된 툴-홀딩 장치를 제공하는 데 있다. 여기서, 툴-홀딩 장치는 일반적으로 두꺼운 컴포넌트들(> 100 mm)의 산소연료 가스 커팅(oxyfuel gas cutting)동안 발생될 수 있는 열을 견딜 수 있는 방식으로 디자인되고 치수화된 것이다. - 한편으로 커팅 과정의 결과로서, 그리고 다른 한편으로 컴포넌트의 예열의 결과로서, 반면에 상기 툴-홀딩 장치는 게다가 충돌없이 판상의 컴포넌트들 상에서 매우 큰 베벨 각(> 60 °)을 만들 수 있어야 한다. 즉, 툴-홀딩 장치에 탑재되는 제트/빔-생성 툴과 툴-홀딩 장치 자체 모두를 전체적으로 완전하게 충돌의 손상으로부터 보호하고자 하는 것이다.

그리고, 본 발명의 적절한 기술적 해결책으로서, 툴-홀딩 장치의 드라이브트레인(drivetrain)에서 발생하는 기어 백래쉬(gear backlash)가 상기 툴의 TCP에서 위치결정 정밀도(positioning accuracy)에 영향을 미치지 않도록 하고자 하는 것이다.

레퍼런싱(referencing), 예를 들어 툴-홀딩 장치 운동 범위의 제로 포인트를 확인하는 것은, 상기 기계가 일단 작동하게 되면 상기 툴의 유효 길이(피벗 축과 커프의 저면 가장자리 사이의 길이)가 매우 길다 하더라도 커프(kerf)의 저면 가장자리(edge)에서 높은 위치결정 정밀도가 달성될 수 있는 방식으로 행하여진다.

본 발명에 의하면, 앞서 말한 목적은 하기의 기재된 것으로 달성될 수 있다. 즉, 기본적 발명의 사상들은 특허청구범위의 청구항 1에서 제시되고 있다. 본 발명의 추가적인 전개는 특허청구범위의 청구항 2 내지 9에서 기술되고 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 수치 제어되고 적어도 360 °로 회전될 수 있는 수직 로테이팅 디바이스에 부착되고 토치 홀더에 의해 제트/빔-생성 툴을 지지하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치에 있어서, 운동 범위의 중심 위치에서 툴의 대칭 축은 로테이팅 디바이스의 축에 평행하고 적어도 로테이팅 디바이스의 축과 대략적으로 나란하게 정렬되고, 피벗 축이 수평면에 대해 30 °보다 크지 않은 각으로 경사진 피버팅 디바이스, 피벗 축을 둘러싸고 주 치수가 피벗 축을 따라 연장되는 하우징과, 그리고 크랭크 커넥팅 엘리먼트를 포함하고,

크랭크 커넥팅 엘리먼트는 피버팅 디바이스와 로테이팅 디바이스 사이에서 견고하게 상호 연결되어 있는 주로 수직인 파트와 주로 수평인 파트로 구성되고,

제트/빔-생성 툴의 토치의 팁 또는 TCP는 피벗 축에 수직한 평면의 하우징 영역을 초과하여 피벗 축으로부터 일정 거리를 가지고, 그리고

커넥팅 엘리먼트의 수평부는 피벗 축에 이르는 거리가 TCP와 피벗 축 사이의 거리를 초과하도록 형성되어 있으며, 그리고

제트/빔-생성 툴의 운동 범위는 상기 피벗 축을 기준 축으로 하여 180 °보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

그리고, 토크를 생성하는 메커니컬 디바이스가 피벗 축의 새프트 상에 위치하며 토치 홀더에 고정되어 연결되고, 메커니컬 디바이스는 피벗 축의 새프트에 일 방향으로 작용하는 대략 일정한 토크를 전달하고, 일정한 토크의 양은 제트/빔-생성 툴의 공학적인 힘(technological forces)과 관성력 때문에 새프트에 전달되어지는 양을 초과하는 것이 바람직하다.

또한, 토크를 생성하는 메커니컬 디바이스는 뉴매틱 로터리 베인 모터(pneumatic rotary vane motor) 또는 토션 스프링(torsion spring) 또는 헬리컬 스프링(helical spring)으로 구성된 것이 바람직하다.

하우징과 크랭크 커넥팅 엘리먼트는 피버팅 디바이스의 수치 제어 작동을 위해 필요한 컴포넌트들을 에워싸고, 그리고 하우징의 저면과 측면들은 고열의 슬래그 스패터(slag spatter)가 달라붙지 않고 표면에서 열복사를 강하게 반사시키는 소재로 구성된 것이 바람직하다.

또한, 하우징은 저면과 측면들에서 갠트리-타입의 로봇 같은 기계의 긴급 정지 거리를 초과하여 하우징에 일정 거리 이격되어 구비된 배스킷 형상(basket-shaped)의 보호 디바이스에 의해 에워싸지고, 배스킷 형상의 보호 디바이스는 적어도 하나의 영구 자석에 의해 하우징의 상면에서 하우징과 연결되고 테이퍼된 클로징 플래그들을 이용하여 하우징으로부터 솟아 나온 적어도 하나의 스위칭 핀을 계속 누르고, 핀은 긴급 정지 회로에 결합된 스위칭 장치를 닫는 것이 바람직하다.

하우징과 하우징 내부에 위치한 컴포넌트들은 하우징에 공급 파이프를 경유하여 고압으로 침투해 들어갈 수 있고 팽창하는 동안 기 설정된 경로를 따라 침투해 들어갈 수 있는 가스에 의해 냉각되는 것이 바람직하다.

또한, 인크리멘탈 측정 시스템를 포함하고, 측정 시스템은 피버팅 모터의 새프트상에 플랜지에 장착된 것이며, 그리고 모터의 레퍼런싱을 위해 스위칭 플래그가 피벗 기어의 입구 및 출구 새프트들 각각에 부착되어 있고, 스위칭 플래그들은 각 케이스에서 오프너(opener)로 작용하는 스위칭 수단에 작용하고, 그리고 스위칭 수단은 나란하게 연결된 것이 바람직하다.

그리고, 로테이팅 디바이스의 레퍼런싱을 위해 스위칭 플래그는 리덕션 기어의 각 입구 및 출구 새프트들에 부착되어 있고, 스위칭 플래그들은 각 케이스에서 오프너로 동작하는 스위칭 수단에 작용하고, 그리고 2 개의 스위칭 수단들은 나란하게 연결된 것이 바람직하다.

제트/빔-생성 툴은 제트/빔-생성 툴의 비크랭크 파트(non-cranked part)가 정상적인 위치에서 로테이팅 디바이스의 축과 나란하도록 크랭크 되어(cranked) 있으며, 그리고 비크랭크 파트(non-cranked part)의 축은 제트/빔-생성 툴의 TCP 방향으로 움직이는 경우 피벗 축을 교차하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명인 장치의 도움으로 상기 컴포넌트에 상대적인 제트/빔-생성 툴의 방향(orientation)을 변화시키는 것이 가능하고, 판의 두께 범위에서 일반적인 베벨 폼(bevel forms)(매우 길고 매우 평평한 베벨이 전형적인 것임)을 생성하는 것이 가능하다. 이 베벨 폼의 생성은 충돌 위험이 없으며 특히 매우 큰 정밀도를 가진다. 본 발명의 장치는 두꺼운 판상 컴포넌트들의 제트/빔 커팅이 이루어지는 동안 예를 들어, 고열과 다량의 먼지와 같은 환경적 스트레스를 견딜 수 있도록 구성되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 툴-홀딩 장치를 개략적으로 나타낸 사시도 및 "X"의 부분 상세도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 툴-홀딩 장치의 하우징 단면을 나타낸 단면도,
도 3은 기울어진 토치를 사용하여 평평한 베벨을 커팅하는 동안 본 발명의 일 실시예에 따른 툴-홀딩 장치 상태를 나타낸 도면이다.

< 실시예 >

다음에 기술된 보충적 설명은 본 발명의 시사점을 보다 잘 이해하는데 필요하다.

본 발명에 따른 툴-홀딩 장치는 매우 두껍고, 판상인 컴포넌트들에 사용되는 제트/빔 커팅을 위한 갠트리-타입의 로봇 같은 기계에 위치한다. 산소연료 가스 토치, 예를 들어 제트/빔-생성 툴은 일반적으로 상기 컴포넌트에 매우 근접하여 위치한다. 산소연료 가스 토치는 최고의 위치결정 정밀도를 유지하는 동안 제트/빔 커팅 기술의 필요조건을 만족하기 위해 움직일 수 있도록 하여야 한다. 그리고 규격화된(machined) 컴포넌트들과 상기 토치와의 잠재적 충돌들 또는 주위 유닛들과 상기 토치와의 잠재적 충돌들은 툴-홀딩 장치에 대해 심각한 결과를 초래하지 않도록 하여야 한다.

그러한 툴-홀딩 장치는 다음과 같은 구조를 갖는다:

로테이팅 디바이스는 크랭크 커넥팅 엘리먼트(cranked connecting element)를 통해 교대로 고정되는 피버팅 디바이스를 지지하고, 측면과 가상 피벗 축에 배열된 툴-지지 엘리먼트를 통해 토치, 즉 제트/빔-생성 툴을 지지하고, 상기 제트/빔-생성 툴은 180°보다 더 회전(pivot)될 수 있다. 전술한 피벗 축은 수평면과의 관계에서 30°보다 더 크지 않은 각도로 기울어져 있다.

피버팅 디바이스는 로테이팅 디바이스의 저면에 존재하는 축에 대해 360°로 회전(rotate)할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 로테이팅 디바이스는 결국 가이딩 기계, 예를 들어 갠트리 로봇의 말단부에 구비되어 있다.

피버팅 디바이스는 완전한 구동 및 측정 시스템, 리덕션 기어(피벗 기어) 그리고, 상기 기어의 입출구 새프트들에서 레퍼런싱(예를 들어, 상기 툴-홀딩 장치의 제로 위치의 확인)을 위한 스위칭 수단과 유효하게 연결되어 있는 스위칭 플래그들(switching flags)을 포함한다. 여기서 상기 측정 시스템은 점진적으로 작동하고 상기 피벗 기어를 경유하여, 제트/빔-생성 툴을 지지하는 엘리먼트들의 위치를 제어한다.

피버팅 모터와 상기 제트/빔-생성 툴 사이의 드라이브트레인 내에 있는 관절로 연결된 조인트 백래쉬(joint backlash)를 보상하기 위해, 일정한 토크를 생성하는 메커니컬 디바이스(mechanical device)는 상기 피버팅 디바이스의 하우징 내의 상기 피벗 축에, 상기 툴-지지 엘리먼트의 방향으로 상기 피버팅 디바이스의 출구 조금 앞에 위치하고 있다. 상기 토크는 상기 제트/빔-생성 툴의 공학적인 힘(technological forces)과 관성력 때문에 초래되는 것보다 크다.

제트/빔-생성 툴을 지지하는 엘리먼트는 스프링들 또는 영구 자석들에 의해 닫혀지는 스너그-피트 커넥션들(snug-fit connections)을 제공함으로써 충돌 방지 장치로 구성된다. 상기 스너그-피트 커넥션들은 고정하는 파워를 초과하는 외력이 있는 경우 상기 기계를 멈추는 전기적 스위칭 엘리먼트를 개방하고 활성화시킨다.

다른 보호 메커니즘은 상기 피버팅 디바이스가 모든 면들에서 닫혀져 있는 상기 피버팅 디바이스의 하우징 표면으로부터 기 설정된 거리로 이격되어 배열되어 있는 배스킷 형상(basket-shaped)의 보호 디바이스에 의해 둘러 싸여 있다는 것으로 제공될 수 있다. 이 "배스킷"이 터치된다면, 스위칭 핀들을 죄고 있는 하나 또는 여러 개의 클로징 플래그들은 움직일 것이고, 그래서 전원 공급을 방해함으로써 긴급 정지가 달성될 수 있다.

상기 제트/빔-생성 툴은 우선적으로 곧은 디자인을 갖는 것 이외에도 구부러진 디자인(cranked design)을 가질 수 있다.

상기 피버팅 디바이스의 하우징은, 예를 들어 산소연료 가스 커팅을 하는 동안 작업장에서 발생되는 강렬한 열을 반사시키고 튐(spatter)에 반발하는 금속 소재를 포함한다. 상기 피버팅 디바이스는 가스, 특히 공기에 의해 적절한 방식으로 냉각된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상술한다.

툴-홀딩 장치는 제트/빔 커팅, 예를 들어 산소연료 가스 커팅, 매우 두꺼운 벽으로 되어 있으며, 판상으로 되어 있는 컴포넌트들의 절단용으로 설계되었다. 굴곡진 커팅(contoured cuts) 이외에도, 종종 매우 큰 베벨 각도를 가지는 베벨 커팅도 형성될 수 있다.

로테이팅 디바이스(1)는, 수직으로 구비되고 카티션 가이딩 머신(Cartesian guiding machine), 예를 들어 갠트리 로봇(gantry robot)과 가까운 쪽으로 연결되고, 크랭크 커넥팅 엘리먼트(5)에 의해 피버팅 디바이스(2)에 부착되어 있다. 여기서 피버팅 디바이스(2)의 피벗 축(4)은 수평면에 위치하거나 또는 수평면과 약간의 각도를 형성할 수 있다. 제트/빔-생성 툴(3)은 적어도 로테이팅 디바이스(1)의 축과 대략적으로 나란하게 맞추어 조정되고, 토치 홀더(21)에 의해 피버팅 디바이스(2)의 피벗 축(4)에 부착되어 있다. 제트/빔-생성 툴(3)의 축(19)은 정상적인 위치에서 로테이팅 디바이스(1)의 축과 나란하다. 로테이팅 디바이스(1)의 수치 제어 작동을 위해 필요로 하는 모든 기계적 컴포넌트들 및 측정을 위한 컴포넌트들은 하우징(8) 내에 설치되어 있고, 여기서, 인크리멘탈 측정 시스템(14, incremental measuring system)을 포함하는 피버팅 모터(15)는 피벗 기어(16)에 작용한다. 피벗 기어(16)는 결국 토치 홀더(21)에 연결되며 또한 토크를 생성하는 메커니컬 디바이스(7)에도 연결된다. 상기 디바이스는 뉴매틱 로터리 베인 모터(pneumatic rotary vane motor)로 구성될 수 있거나 토션 스프링(torsion spring) 또는 헬리컬 스프링(helical spring)과 같이 동작할 수 있도록 구성된다. 상기 메커니컬 디바이스(7)는 피버팅 디바이스(2)의 프레임과 피벗 기어(16)의 출구 새프트 사이에서 일 방향으로 작용하는 대략 일정한 상수를 갖는 토크를 생성하고, 여기서 토크는 항상 상기 제트/빔-생성 툴(3)과 그 작동에 의해 초래될 수 있는 공학적인 힘(technological forces)이 토치 홀더(21)를 경유해 상기 피벗 기어(16)의 출구 새프트에 전달하는 토크를 초과한다.

상기 피버팅 디바이스(2)의 레퍼런싱의 정확도를 증가시키기 위해, 스위칭 플래그(17)는 상기 피벗 기어(16)의 입구 및 출구 새프트들 각각에 배열되어 있고, 스위칭 플래그들은 각 케이스마다 스위칭 수단(18), 예를 들어 기계적 푸쉬 버튼 또는 근접 스위치(proximity switch)에 작용한다. 기계적 푸쉬 버튼 또는 근접 스위치(proximity switch)와 같은 스위칭 수단(18)들은 오프너(opener)처럼 동작한다. 즉, 스위칭 플래그들(17)에 의한 액추에이션에 대해 오프너로서 작용하고, 전류의 흐름이 중단되고, 그리고 그것들은 피버팅 디바이스(2)의 레퍼런스 위치를 확인하기 위해 평행하게 연결된다.

제트/빔 커팅, 예를 들어 산소연료 가스 커팅을 하는 동안 불가피하게 생성되는 다량의 먼지와 슬래그(slag)들로부터 보호하기 위해, 하우징(8)은 완전히 닫혀져 있고 그 측면들과 저면은 열복사(thermal radiation)를 반사하고 슬래그 튐(slag spatter)에 반발하는 소재로 만들어져 있다. 하우징(8)의 상부 면에는, 바람직하게는 공기와 같은 가스 냉각재(gaseous cooling agent)를 위한 공급파이프(13)가 구비되어 있으며, 가스 냉각재는 고압에서 주입되고 상기 하우징(8) 내부에 있는 채널들을 통해 통과되며, 팽창하고, 대기압 하에 있는 상기 하우징(8)의 상부면으로 나가게 된다. 그리고 한편으로 열 용량에 기인하고 다른 한편으로 팽창의 결과로서 온도가 하강하는 것에 기인하여, 하우징(8) 뿐만 아니라 상기 하우징(8) 내부에 있는 모든 컴포넌트들을 냉각시키는 역할을 한다.

하우징(8) 자체는, TCP(6)가 피벗 축(4)에 대해 회전(pivoting)할 경우에 만들어지는 원주 표면이 상기 하우징을 완전히 에워쌀 수 있도록 형성된다. 상기 크랭크 커넥팅 엘리먼트(5a)의 주로 수평인 파트가 상기 피벗 축(4)으로부터 최소한의 거리에 위치하여 구비되고, 여기서 상기 최소한의 거리는 상기 피벗 축(4)으로부터 상기 TCP(6)에 이르는 거리를 초과한다.

충돌로부터 피버팅 디바이스(2)를 보호하기 위해, 토치 홀더(21)는 충돌 보호 특징을 가지도록 디자인되었고, 그래서 제트/빔-생성 툴(3)이 충돌하는 경우에 있어서 영구 자성을 갖거나 스프링 바이어스된 스너그-피트 커넥션은 개방될 것이고 스위칭 엘리먼트가 활성화될 것이며, 그리고 하우징(8)의 모든 외부 표면이, 상기 토치 홀더(21)가 위치하는 커버 표면과 말단면을 제외하고, 배스킷 형상의 보호 디바이스(9)에 의해 둘러 싸여 있다. 상기 하우징(8)으로부터 상기 배스킷 형상의 보호 디바이스(9)에 이르는 거리는 상기 기계의 긴급 정지의 경우에 있어서 제동 거리를 초과한다. 배스킷 형상의 보호 디바이스(9)는 적어도 하나의 영구 자석(10)에 의해 상기 하우징(8)의 상면에 부착되어 있다. 상기 하우징에는 2 개의 스위칭 핀들(12)이 구비되어 있고, 여기서 스위칭 핀들(12)은 스프링 바이어스되어 있고 상기 하우징으로부터 돌출되어 있으며 전기적 스위칭 엘리먼트들을 동작시킨다. 상기 스위칭 핀(switching pin)들(12)은 상기 배스킷 형상의 보호 디바이스(9) 상부에 위치하고 있는 2 개의 테이퍼된 클로징 플래그들(11, closing flags)에 의해 상기 하우징(8) 속으로 눌러져 들어가 있으며, 그래서 전기적 스위칭 엘리먼트들을 폐쇄한다. 충돌의 경우, 영구 자석에 의해 유지되는 상기 배스킷 형상의 보호 디바이스(9)는 상기 하우징(8) 상에서 움직여지거나 심지어는 벗어날 수 있다. 그리고 테이퍼된 클로징 플래그(11)는 상기 스위칭 핀(12)과의 접촉을 잃게 되며, 결과적으로 외부로 움직일 것이고, 그래서 더 이상 전기적 스위칭 엘리먼트가 닫혀있는 것을 유지시킬 수 없을 것이다. 그렇게 하여 상기 기계는 긴급 정지 시그널에 의해 멈추게 될 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 로테이팅 디바이스
2: 피버팅 디바이스
3: 제트/빔-생성 툴
4: 피벗 축
5: 크랭크 커넥팅 엘리먼트
5a: 크랭크 커넥팅 엘리먼트의 주로 수평인 파트
5b: 크랭크 커넥팅 엘리먼트의 주로 수직인 파트
6: 툴 센터 포인트(Tool Center Point; TCP)
7: 토크 생성을 위한 메커니컬 디바이스
8; 하우징
9; 배스킷 형상의 보호 디바이스
10: 영구 자석
11: 테이퍼된 클로징 플래그
12: 스위칭 핀
13: 공급 파이프
14: 인크리멘탈 측정 시스템(incremental measuring system)
15: 피버팅 모터
16: 피벗 기어
17: 스위칭 플래그
18; 스위칭 수단들
19: 토치 축
20: 로테이팅 디바이스의 축
21: 토치 홀더
22: 제조 공정에 있는 일 부품

Claims

수치 제어되고 적어도 360 °로 회전될 수 있는 수직 로테이팅 디바이스(1)에 부착되고 토치 홀더(21)에 의해 제트/빔-생성 툴(3)을 지지하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치에 있어서,
상기 토치 홀더(21)는 상기 툴(3)의 대칭 축 및 상기 로테이팅 디바이스(1)의 축 모두에 수직인 축을 중심으로 회전 가능하고,
운동 범위의 중심 위치에서 상기 툴의 대칭 축은 상기 로테이팅 디바이스(1)의 축에 평행하고 적어도 상기 로테이팅 디바이스(1)의 축과 나란하게 정렬되고,
상기 수치 제어 툴-홀딩 장치는 피벗 축(4)이 수평면에 대해 30 °보다 크지 않은 각으로 경사진 피버팅 디바이스(2)와, 상기 피벗 축(4)을 둘러싸는 하우징(8)과, 그리고 크랭크 커넥팅 엘리먼트(5)를 포함하고, 상기 하우징(8)을 형성하는 다수의 모서리 중 가장 긴 모서리는 상기 피벗 축(4)을 따라 연장되도록 형성되고,
상기 크랭크 커넥팅 엘리먼트(5)는 상기 피버팅 디바이스(2)와 상기 로테이팅 디바이스(1) 사이에서 견고하게 상호 연결되어 있는 수직인 파트(5b)와 수평인 파트(5a)로 구성되고,
상기 제트/빔-생성 툴의 토치의 팁 또는 툴 센터 포인트(TCP)(6)는 상기 피벗 축(4)에 수직한 평면의 상기 하우징(8) 영역을 초과하여 상기 피벗 축(4)으로부터 일정 거리를 가지고,
상기 커넥팅 엘리먼트의 수평인 파트(5a)는 상기 피벗 축(4)에 이르는 거리가 상기 TCP(6)와 상기 피벗 축(4) 사이의 거리를 초과하도록 형성되어 있으며,
상기 제트/빔-생성 툴(3)의 운동 범위는 상기 피벗 축(4)을 기준 축으로 하여 180 °보다 크도록 형성되고,
상기 하우징(8)은 저면과 측면들에서 갠트리-타입의 로봇의 긴급 정지 거리를 초과하여 상기 하우징(8)에 일정 거리 이격되어 구비된 배스킷 형상(basket-shaped)의 보호 디바이스(9)에 의해 에워싸지고,
상기 배스킷 형상의 보호 디바이스(9)는 적어도 하나의 영구 자석(10)에 의해 상기 하우징의 상면에서 상기 하우징(8)과 연결되고, 테이퍼된 클로징 플래그들(11)을 이용하여 상기 하우징으로부터 솟아 나온 적어도 하나의 스위칭 핀(12)을 계속 누르고,
상기 핀은 상기 긴급 정지 회로에 결합된 스위칭 장치를 닫는 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
제 1항에 있어서,
토크를 생성하는 메커니컬 디바이스(7)가 상기 피벗 축(4)의 새프트 상에 위치하며 상기 토치 홀더(21)에 고정적으로 연결되고,
상기 메커니컬 디바이스(7)는 상기 피벗 축(4)의 새프트에 일 방향으로 작용하는 일정한 토크를 전달하고,
상기 일정한 토크의 양은 상기 제트/빔-생성 툴(3)의 작동에 의해 초래되는 공학적인 힘(technological forces)과 관성력 때문에 상기 새프트에 전달되어지는 양을 초과하는 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
제 2항에 있어서,
토크를 생성하는 상기 메커니컬 디바이스(7)는 뉴매틱 로터리 베인 모터(pneumatic rotary vane motor) 또는 토션 스프링(torsion spring) 또는 헬리컬 스프링(helical spring)으로 구성된 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
제 1항에 있어서,
상기 하우징(8)과 상기 크랭크 커넥팅 엘리먼트(5)는 상기 피버팅 디바이스(2)의 수치 제어 작동을 위해 필요한 컴포넌트들을 에워싸고, 그리고
상기 하우징(8)의 저면과 측면들은 고열의 슬래그 스패터(slag spatter)가 달라붙지 않고 표면에서 열복사를 반사시키는 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
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제 1항에 있어서,
상기 하우징(8)과 상기 하우징 내부에 위치한 컴포넌트들은 상기 하우징(8)에 공급 파이프(13)를 경유하여 침투해 들어갈 수 있고 팽창하는 동안 기 설정된 경로를 따라 침투해 들어갈 수 있는 가스에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
제 1항에 있어서,
인크리멘탈 측정 시스템(14)을 포함하고, 상기 측정 시스템은 피버팅 모터(15)의 새프트상에 플랜지에 장착된 것이며, 그리고 상기 모터의 레퍼런싱을 위해 스위칭 플래그(17)가 피벗 기어(16)의 입구 및 출구 새프트들 각각에 부착되어 있고, 상기 스위칭 플래그들은 각 케이스에서 오프너(opener)로 작용하는 스위칭 수단(18)에 작용하고, 그리고 상기 스위칭 수단은 나란하게 연결된 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
제 1항에 있어서,
상기 로테이팅 디바이스(1)의 레퍼런싱을 위해 스위칭 플래그는 리덕션 기어의 각 입구 및 출구 새프트들에 부착되어 있고, 상기 스위칭 플래그들은 각 케이스에서 오프너로 동작하는 스위칭 수단에 작용하고, 그리고 상기 2 개의 스위칭 수단들은 나란하게 연결된 것을 특징을 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제트/빔-생성 툴(3)은 상기 제트/빔-생성 툴(3)의 비크랭크 파트(non-cranked part)가 정상적인 위치에서 상기 로테이팅 디바이스(1)의 축과 나란하도록 크랭크 되어(cranked) 있으며, 그리고 상기 비크랭크 파트의 축은 상기 제트/빔-생성 툴(3)의 TCP(6) 방향으로 움직이는 경우 상기 피벗 축(4)을 교차하는 것을 특징으로 하는 제트/빔 커팅용 수치 제어 툴-홀딩 장치.