KR101795275B1 - 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법 - Google Patents

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곽동호
김수영
함세훈
김용태
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 베이스 프레임과 상기 베이스 프레임에 수직으로 이동가능하게 장착된 장착 프레임과 대상물이 배치되어, 이송레일을 따라 이송되는 파렛트 및 상기 장착 프레임에 설치되어, 상기 대상물의 크기에 따라 복수의 영역으로 구획하여 체결하는 가변유닛을 포함하는 다축 너트런너 장치에 관한 것으로, 다축으로 구비되어 설비의 면적이 감소하고, 신 기종에도 너트 런너 장치를 교체하지 않아도 되어 비용이 절감되고, 볼트를 체결하는 설비의 유연성을 확보하여, 기종변화에 따른 대응이 가능하고, 다기종 엔진 공유 생산 즉, 2기종에서 3기종 이상의 공유 생산이 가능한 효과가 있다.

Description

다축 너트런너 장치 및 그 작동방법{NUT RUNNER APPARATUS AND METHOD OF MUTIPLE AXIS}
본 발명은 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 크기의 대상물에 따라 체결위치의 변경이 가능한 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법에 관한 것이다.
자동차 생산공장의 작업내용의 중심은 라인을 따라 이동하는 차량이나 기능단위에 부품을 조립하고, 볼트와 너트를 조여 완성시키는 작업인데, 주요 작업내용으로는 규정 토크(Torque)의 볼트체결작업, 끼워맞춤작업, 접착작업, 배관, 배선, 결 선작업 등으로 이루어져 조립원의 감각이나 판단의 능력에 따라 작업이 이루어진다.
그리고 볼트나 너트, 스크루, 피스 등의 나사부품에 의한 부품조립에 사용되는 체결공구로는 피스작업에 스크루드라이버, 볼트 및 너트작업에는 임팩트렌치 및 너트런너(nutrunner) 등이 쓰이며, 안정된 죔 토크를 필요로 하는 부분에는 전기 서보식 너트 런너가 사용된다.
이러한 너트 런너는 기종간 서로 다른 엔진 높이를 반영할 수 있는 장치구성이 필요한 문제가 있다. 또, 기종간 서로 다른 볼트 체결 피치를 반영할 수 있는 장치구성이 필요하고, 체결 위치 및 기종차이에 따른 장비의 형상이 상이하여, 신 기종 추가시 너트런너를 오랜 기간 동안 개조하여야 함으로 인해 충분한 시운전 확보가 불가한 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진 사이즈 변화에 따른 설비의 표준화와, 기종간 부품 형상의 차이에도 설비를 개조하지 않아도 되는 유연한 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법를 제공하는데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다축 너트런너 장치에 있어서, 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 수직으로 이동가능하게 장착된 장착 프레임과, 대상물이 배치되어, 이송레일을 따라 이송되는 파렛트 및 상기 장착 프레임에 설치되어, 상기 대상물의 크기에 따라 복수의 영역으로 구획하여 체결하는 가변유닛을 포함한다.
또한, 상기 가변유닛은, 구획된 상기 복수의 영역 내에서 상기 대상물을 체결하도록 복수의 런너가 구비된다.
또한, 상기 복수의 런너는, 상기 복수의 영역 중 일부를 각각 구획하여 체결하는 제 1런너, 제 2런너, 제 3런너, 제 4런너가 구비된다.
또한, 상기 복수의 런너는, 상기 대상물의 이동방향과 교차되는 방향으로 이동하는 제 1실린더와, 상기 제 1실린더에 장착되어, 상기 제 1실린더와 교차되는 방향으로 이동하는 제 2실린더와, 상기 제 2실린더에 장착되어 상기 대상물을 체결하는 제 3실린더를 포함한다.
또한, 상기 제 1실린더에는, 상기 제 1실린더와 교차되는 방향으로 상기 제 2실린더를 이동되게 리니어 레일이 설치된다.
또한, 상기 제 1실린더를 축방향으로 이동하도록 볼스크류가 구비된다.
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기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째로, 본 발명의 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법에 따르면, 다축으로 구비되어 설비의 면적이 감소하고, 신 기종에도 너트 런너 장치를 교체하지 않아도 되어 비용이 절감되는 효과가 있다.
둘째로, 본 발명의 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법에 따르면, 볼트를 체결하는 설비의 유연성을 확보하여, 기종변화에 따른 대응이 가능하고, 다기종 엔진 공유 생산 즉, 2기종에서 3기종 이상의 공유 생산이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 다축 너트런너 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2a는 도 1의 가변유닛을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 다축 너트런너 장치와 고정핀을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6h는 다축 너트런너의 작동을 나타내는 사시도이다.
도 7은 파렛트에 서로 다른 크기의 대상물이 적층된 예시를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 다축 너트런너 장치의 작동방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 다축 너트런너 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 다축 너트런너 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2a는 도 1의 가변유닛을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 A-A의 단면도이고, 도 4 및 도 5는 다축 너트런너 장치와 고정핀을 나타내는 도면이며, 도 6a 내지 도 6h는 다축 너트런너의 작동을 나타내는 사시도이고, 도 7은 파렛트에 서로 다른 크기의 대상물이 적층된 예시를 나타내는 평면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 다축 너트런너 장치의 작동방법을 나타내는 순서도이다.
바람직한 차량의 다축 너트런너 장치는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 변경될 수 있으며, 본 실시예에서는 다축 너트런너 장치인 경우이다.
도 1은 본 발명의 다축 너트런너 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2a는 도 1의 가변유닛을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 A-A의 단면도이고, 도 4 및 도 5b는 다축 너트런너 장치와 고정핀을 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 다축 너트런너 장치에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 베이스 프레임(20)과, 베이스 프레임(20)에 수직으로 이동가능하게 장착된 장착 프레임(32)과, 대상물이 배치되어, 이송레일(5)을 따라 이송되는 파렛트(15) 및 장착 프레임(32)에 설치되어, 대상물의 크기에 따라 복수의 영역으로 구획하여 체결하는 가변유닛(40)을 포함한다.
파렛트(15)는 대상물(10)이 배치되어, 이송레일(5)을 따라 이송된다. 파렛트(15)는 이송레일(5)을 따라 이동하다가 대상물(10)이 유연컬럼(30)에 맞춰 배치된다.
유연컬럼(30)은 다축 너트런너 장치(1)의 베이스 프레임(20)에 장착된다.
베이스 프레임(20)은 장착 프레임(32)을 수직으로 이동시키는 수직 제어 실린더(34)를 구비한다.
유연컬럼(30)은 수직으로 이동 가능한 지지 프레임(36)을 포함한다. 지지 프레임(36)에는 대상물(10)과의 소정 간격을 유지하도록 고정핀(39)이 구비된다. 지지 프레임(36)은 직각으로 형성된 지지 플레이트(30a)와 연결된다. 또한, 유연컬럼(30)에는 지지 플레이트(30a)와 연결된 전동실린더(38)가 장착되어, 전동실린더(38)가 지지 플레이트(30a)와 지지 프레임(36)을 수직(z축)으로 이동시킨다.
이에 따라, 수직 제어 실린더(34)의 작동으로 장착 프레임(32)이 수직으로 이동하고, 전동 실린더(38)의 작동으로 지지 프레임(32)이 이동하여 고정핀(39)이 파렛트(15)와 접촉한다. 이때, 가변유닛(40)는 장착 프레임(32)의 이동에 따라 고정핀(39)과 접촉한다. 이에 따라 너트의 체결과 피치가변을 위한 상승시에도 파렛트(15)와의 위치정도를 유지할 수 있다.
가변유닛(40)은 장착 프레임(32)에 설치되어, 대상물(10)을 도 7에서와 같이 복수의 영역(a,b,c,d)으로 구획하여 체결한다. 가변유닛(40)은 고정 플레이트(40a)에 고정되어, 장착 플레이트에 장착된다.
가변유닛(40)은 복수의 영역(a,b,c,d) 내에서 각각 체결하도록 복수의 런너(42,44,46,48)가 구비된다. 복수의 런너는 복수의 영역(a,b,c,d) 중 일부를 각각 구획하여 체결하는 제 1런너(42), 제 2런너(44), 제 3런너(46), 제 4런너(48)가 구비된다.
여기서, 제 1런너(42), 제 2런너(44), 제 3런너(46), 제 4런너(48)의 구성은 동일하여, 이하에서는 복수의 런너 중 하나인 제 1런너(42)를 예로 설명한다.
제 1런너(42)는 대상물의 이동방향과 교차되는 방향으로 이동하는 제 1실린더(50)와, 제 1실린더(50)와 교차되는 방향으로 이동하는 제 1실린더(50)에 장착된제 2실린더(60)와, 제 2실린더(60)에 장착되어 대상물을 체결하는 제 3실린더(70)를 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 제 1실린더(50)는 x축으로 이동하도록 고정 플레이트(40a)에 장착되고, 제 2실린더(60)는 y축으로 이동하도록 제 1실린더(50)에 장착된다. 이때, 제 1실린더(50)에는 제 1실린더(50)와 제 2실린더(60)를 연결하는 리니어 레일(R)이 구비된다. 또, 제 1실린더(50)는 제 1실린더(50)를 축방향으로 이동하도록 볼스크류(S)가 구비되어, x축으로 이동가능하다. 여기서, 제 1실린더(50)와 제 2실린더(60)의 이동은 리니어 레일(R)에 의하여 간섭되지 아니한다. 즉, 제 1실린더(50)는 볼스크류(S)의 축을 중심으로 x축으로 이동하고, 제 2실린더(60)는 y축으로의 이동 할 수 있다. 한편, x축은 대상물(10)이 이동하는 방향과 직각되는 방향이고, y축은 대상물(10)이 이동하는 방향과 동일한 방향이며, z축은 x축과 y축의 수직축이다.
한편, 제3실린더(70)는 지지 프레임(36)이 z축을 향하여 수직 이동하면, 대상물을 체결하도록 제 2실린더(60)에 장착된다. 이에 따라, 제 1실린더(50), 제 2실린더(60)는 각각 x축, y축으로 이동하고, 제 3실린더(70)는 제 1실린더(50)와 제 2실린더(60)가 작동하여 체결점의 위치에서 지지 프레임(36)을 z축으로 수직 하강시켜 대상물을 체결한다.
한편, 도 7을 참조하면, 대상물을 복수의 영역 즉, 4개의 영역으로 구획하고, 제 1런너(42)는 제 1영역(a), 제 2런너(44)는 제 2영역(b), 제 3런너(46)는 제 3영역(c), 제 4런너(48)는 제 4영역(d) 내에서 각각 체결한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 다축 너트런너 장치의 바람직한 일실시예에 의해 작용을 설명한다.
도 6a 내지 도 6h는 다축 너트런너의 작동을 나타내는 사시도이고, 도 7은 파렛트에 서로 다른 크기의 대상물이 적층된 예시를 나타내는 평면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 다축 너트런너 장치의 작동방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명에 따른 다축 너트런너 장치에 대하여 도 6a 내지 도 6h와 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명하면, 파렛트에 대상물이 적층되어 이송레일을 따라 이동하여 가변유닛의 하측에 배치된다(S10). 즉, 파렛트(15)는 대상물(10)이 적층된 뒤, 이송레일을 따라 너트런너를 향하여 이동하여 배치된다.
다음, 대상물(10)이 배치되면, 수직 제어 실린더(34)의 작동으로 대상물(10)을 향해 장착 프레임(32)이 하강한다(S20). 즉, 수직 제어 실린더(34)는 작동하여 장착 프레임(32)을 대상물(10)이 있는 하측의 z축 방향으로 하강시킨다.
다음, 고정핀(39)이 구비된 지지 플레이트(30a)를 전동실린더(38)를 통해 하강시켜 고정핀(39)이 파렛트(15)에 접촉되어 지지 플레이트(30a)가 정지한다. 가변유닛(40)의 하강은 고정핀(39)에 의해 제재되어, 대상물(10)과 가변유닛(40)의 사이에 일정한 간극을 두게 된다. 즉, 전동 실린더(38)는 수직 제어 실린더(34)와 동시에 작동하여 파렛트에 고정핀(39)의 일측이 접촉한다. 이때, 고정핀(39)이 파렛트(15)에 먼저 접촉하게 되어 지지 플레이트(30a)가 대상물(10)을 향하여 과한 이동을 방지할 수 있으며, 가변유닛(40)과 대상물(10) 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있다.
이 후 고정핀(39)의 타측에 고정 플레이트(40a)가 접촉한다. 이에 따라, 고정핀(39)에 의하여 가변유닛(40)과 대상물(10)의 사이는 일정한 간격을 유지할 수 있다.
그리고, 지지 프레임(36)이 정지하고, 가변유닛(30)이 하강하여 가변유닛(30)에 구비된 복수의 런너(42,44,46,48)가 대상물을 체결한다(S40). 가변유닛(40)은 대상물(10)의 제 1체결점(10a)에 맞춰지도록 제 1실린더(50)와 제 2실린더(60)가 각각 x축과 y축으로 직선운동하여 제 3실린더(70)가 제 1체결점(10a)의 상측에 배치되도록 한다. 즉, 유연컬럼(30)의 하측에 대상물(10)이 위치하고, 제 1실린더(50) 및 제 2실린더(60)가 x축 y축으로 이동하면 제 1체결점(10a)의 상측에 제 3실린더(70)가 위치한다. 그러면, 제 3실린더(70)를 z축으로 수직 하강하여 너트를 체결된다.
다음, 가변유닛(40)은 상승하여 원래 위치로 복귀한 후, 복수의 런너(42,44,46,48)에 서로 교차하도록 구비된 복수의 실린더의 축을 따라 이동한다. 지지 프레임(36)은 다시 수직 상승하여, 원래의 위치로 복귀한다. 제 1실린더(50)와 제 2실린더(60)는 제 2체결점(10b)에 따라 x축 및 y축으로 이동하여 제 3실린더(70)를 제 2체결점(10b)에 맞춘다. 그리고, 지지 프레임(36)은 z축으로 하강하고, 제 3실린더(70)는 제 2체결점(10b)을 체결한다. 이때, 복수의 런너(42,44,46,48)는 서로 간섭하지 않도록 구획된 영역내에서 복수의 실린더의 축을 중심으로 이동한다.
이 후, 제 2체결점(10b)을 체결한 뒤 지지 프레임(36)은 다시 수직 상승하여 원래의 위치로 복귀한다.
여기서, 도 7을 참조하여 대상물의 크기에 따라 체결되는 것을 설명한다. 설명의 편의를 위하여 복수의 대상물을 적층하여 설명하나, 런너너트 장치에는 각각의 대상물 중 하나만을 체결한다. 즉, 파렛트에는 복수의 대상물 중 하나만이 배치되어 가변유닛에 의해 체결된다. 한편, 대상물들의 예시를 나타내는 복수의 대상물들 중 본 발명의 예시를 나타내는 것 외에 제 1대상물(110)과 제 2대상물(210)의 체결점(110a,110b,210a,210b)들은 본 발명의 가변유닛에 의해 제 1실린더, 제 2실린더, 제 3실린더에 의해 체결된다.
상세하게는, 본 발명의 대상물(10)보다 큰 제 1대상물(110)과, 제 1대상물보다(110)보다 큰 제 2대상물(210)이 순서대로 아래쪽으로 적층된다. 이러한 복수의 대상물에는 둘레를 따라 복수의 체결점이 형성된다.
도 7에서와 같이 적층된 복수의 대상물들의 상측은 우측에 제 1영역(a)과, 좌측에 제 2영역(b)으로 구획되고, 복수의 대상물들의 하측은 좌측에 제 3영역(c)과, 우측에 제 4영역(d)으로 구획된다.
여기서 도 1과 도 7을 참조하면, 이러한 제 1영역(a), 제 2영역(b), 제 3영역(c), 제 4영역(d) 내에서 복수의 런너가 각각 제어된다. 즉, 제 1영역(a)에서는 제 1런너(42)가 작동하여 크기에 따른 대상물을 체결한다. 일실시예를 들어 제 1영역(a)의 체결을 설명하면, 파렛트(15)에 대상물(10)이 배치된다면, 제 1런너(42)는 축을 중심으로 제 1체결점(10a)과 수직상에서 위치하도록 이동한다. 다음, 지지 프레임(36)이 하강하면 제 3실린더(70)는 회전하며 너트를 체결한다.
이 후, 가변유닛(40)에 의해 체결이 완료되면, 원래의 상태로 복귀하기 위해 상승하고, 가변유닛(40)은 다시 제 2체결점(10b)에 맞춰 축을 중심으로 이동한다. 이때, 가변유닛(40)은 제 1실린더(50)와, 제 2실린더(60)에 의해 x축, y축으로 이동할 수 있어, 대상물의 크기에 상관없이 체결될 수 있어, 기종에 따라 설비를 추가하지 않아도 된다.
그리고, 다시 지지 프레임(36)가 하강하면, 제 3실린더(70)는 회전하며 너트를 체결한 뒤, 지지 프레임(36)은 원래의 상태로 복귀한다.
이에 따라, 가변유닛(40)은 복수의 대상물간의 크기를 제어부에 미리 설정된 값에 따라 이동시킬 수 있어, 사용자의 선택에 따라 크기가 서로 다른 제 2대상물(110)과, 제 3대상물(210)에 형성된 각각의 체결점(110a,110b,210a,210b)을 체결할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 다축 너트런너 장치에 따르면, 다축으로 구비되어 설비의 면적이 감소하고, 신 기종에도 너트 런너 장치를 교체하지 않아도 되어 비용이 절감되고, 볼트를 체결하는 설비의 유연성을 확보하여, 기종변화에 따른 대응이 가능하고, 다기종 엔진 공유 생산 즉, 2기종에서 3기종 이상의 공유 생산이 가능한 효과가 있다.
실시예에 따른 다축 너트런너 장치 및 그 작동방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
<주요 도면부호의 상세한 설명>
1: 너트런너 장치 5: 이송레일
10: 대상물 15: 파렛트
20: 베이스 프레임 30: 유연컬럼
40: 가변유닛 50: 제 1실린더
60: 제 2실린더 70: 제 3실린더

Claims (13)

  1. 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임에 수직으로 이동가능하게 장착된 장착 프레임;
    대상물이 배치되어, 이송레일을 따라 이송되는 파렛트;
    상기 장착 프레임에 설치되어, 상기 대상물의 크기에 따라 복수의 영역으로 구획하여 체결하는 가변유닛;
    상기 베이스 프레임에 구비되어 상기 장착 프레임을 수직으로 이동시키는 수직 제어 실린더를 포함하고,
    상기 가변유닛과 상기 대상물 사이를 소정 간격 유지하도록 상기 베이스 프레임에 장착된 유연컬럼을 더 포함하며,
    상기 유연컬럼은,
    상기 대상물의 위치를 확보하도록 구비된 고정핀;
    상기 고정핀이 고정되며, 수직으로 이동 가능한 지지프레임; 및
    상기 지지프레임을 수직으로 이동시키는 전동실린더를 포함하고,
    상기 가변유닛은,
    구획된 상기 복수의 영역 내에서 상기 대상물을 체결하도록 복수의 런너가 구비된 다축 너트런너 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 런너는,
    상기 복수의 영역 중 일부를 각각 구획하여 체결하는 제 1런너, 제 2런너, 제 3런너, 제 4런너가 구비된 다축 너트런너 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 런너는,
    상기 대상물의 이동방향과 교차되는 방향으로 이동하는 제 1실린더와,
    상기 제 1실린더에 장착되어, 상기 제 1실린더와 교차되는 방향으로 이동하는 제 2실린더와,
    상기 제 2실린더에 장착되어 상기 대상물을 체결하는 제 3실린더를 포함하는 다축 너트런너 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제 1실린더에는,
    상기 제 1실린더와 교차되는 방향으로 상기 제 2실린더를 이동되게 리니어 레일이 설치된 다축 너트런너 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1실린더를 축방향으로 이동하도록 볼스크류가 구비된 다축 너트런너 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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