KR101836280B1 - 판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법 - Google Patents

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Abstract

판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치는 이종의 판재를 접합하는 판재의 접합장치에 있어서, 사양별 엘리먼트를 보관 및 공급하여 이종의 판재 중, 일측 판재에 압입하는 엘리먼트 펀칭유닛; 및 상기 엘리먼트 펀칭유닛에 의해 엘리먼트가 압입된 이종의 판재에 대하여 작동하여 엘리먼트를 타측 판재에 저항 용접하는 용접유닛을 포함한다.

Description

판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법{JOINING APPARATUS FOR PANEL SHEETS AND JOINING METHOD FOR PANEL SHEETS USING THE SAME}
본 발명은 판재의 접합 장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펀칭 기능과 용접 기능을 동시에 구비하는 판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법에 관한 것이다.
최근 자동차 차체의 구성은 연비 향상을 위해 경량재료의 적용이 증가하고 있다.
이러한 경량재료의 증가에 따라서 서로 다른 강종, 예를 들어 알루미늄과 스틸 등의 조합이 많아지고 있지만, 이러한 조합의 강종에 용접을 적용하면, 갈바닉 부식으로 인한 품질문제가 발생한다.
이와 같은 갈바닉 부식의 문제점을 줄이기 위해서는 비용융 방식의 접합기술이 필요하나, 이러한 비용융 방식의 접합기술을 활용하기 위해서는 기존 접합공정의 용접장치를 모두 교체해야 하고, 초기 투자비가 과다하게 필요한 단점이 있다.
최근에는 상기한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위하여 REW(Resistance Spot Welding) 장치를 이용한 용접방식이 차체에 적용되고 있다.
그러나 이러한 REW 장치는 갈바닉 부식을 방지하기 위해 삽입하는 별도의 엘리먼트(Element)를 공급하기 위한 추가 장치가 필요하게 되고, 각 규격별 엘리먼트의 공급을 위해서 크기별로 각각의 장비가 필요하여 투자비의 증가와 함께 공정설비의 규모가 커지는 문제점이 있다.
또한, 기존의 REW 장치는 이동장치와 제어장치를 포함하여 공정이 복잡하게 되어 보전상의 어려움도 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 복수개의 사양별 엘리먼트를 동시에 수용할 수 있어, 접합하고자 하는 판재의 종류에 상관없이 공용화가 가능하여 설비 투자비용이 절감되는 판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 이종의 판재를 접합하는 판재의 접합장치에 있어서, 프레임이 로봇의 암 선단에 장착되며, 상기 프레임의 하면에 이동 가능하게 설치되어 상호간의 피치 조정이 가능한 제1, 제2 구동 슬라이더를 구비하는 피치조정유닛; 상기 피치조정유닛의 제1 구동 슬라이더 상에 설치되며, 엘리먼트를 보관 및 공급하는 엘리먼트 공급수단, 및 상기 엘리먼트 공급수단으로부터 공급되는 엘리먼트를 상기 이종의 판재 중, 일측 판재에 압입하는 펀치수단으로 구성되는 엘리먼트 펀칭유닛; 및 상기 피치조정유닛의 제2 구동 슬라이더 상에 설치되며, 엘리먼트 펀칭유닛에 의해 엘리먼트가 압입된 이종의 판재에 대하여 작동하여 엘리먼트를 타측 판재에 저항 용접하는 용접유닛을 포함하는 판재의 접합장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 피치조정유닛은 원판 블록 형상으로 형성되는 프레임; 상기 프레임의 하면에 둘레를 따라 양측에 각각 구성된 반원형의 제1, 제2 안내레일; 및 상기 제1, 제2 안내레일 상에 각각 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 제1, 제2 구동 슬라이더로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 구동 슬라이더는 리니어 모터에 의해 이동 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 엘리먼트 공급수단은 상기 제1 구동 슬라이더 상에 설치되는 고정 브라켓 사이에 고정되는 하우징의 상부에 사양별 엘리먼트를 구분하여 보관하는 사양별 수용박스; 및 상기 하우징의 하부에 상기 사양별 수용박스와 연결되어 공급되는 엘리먼트를 공급구 상에 정렬시키는 공급블록으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 펀치수단은 상기 공급블록의 공급구에 대응하는 위치에 구성되는 펀치; 및 상기 펀치의 상부에 위치하며, 상기 펀치에 가압력을 전달하여 상기 이종의 판재에 대하여 엘리먼트를 가압하는 펀치 실린더로 구성될 수 있다.
또한, 상기 펀치수단은 상기 공급블록의 공급구에 대하여 펀치가 위치하도록 상기 고정 브라켓의 하측에서 연결 브라켓을 통하여 펀치 실린더를 상기 엘리먼트 공급수단의 외측방에 구성하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 용접유닛은 상기 피치조정유닛의 제2 구동 슬라이더 상에 장착 브라켓을 통하여 설치되는 C형 프레임; 상기 C형 프레임의 상측에 형성되는 가압 실린더; 상기 가압 실린더의 로드 선단에 구성되는 상부 전극; 및 상기 C형 프레임의 하측 단부에 구성되는 하부 전극으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 용접유닛은 C형 저항 용접건으로 이루어져 상기 엘리먼트가 가압된 이종의 판재에 대하여 가압 통전하여 엘리먼트의 단부를 타측 판재에 저항 용접할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 복수개의 사양별 엘리먼트를 수용할 수 있어, 접합하고자 하는 판재의 종류에 상관없이 공용화가 가능하여 설비 투자비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 펀칭유닛과 용접유닛을 동시에 구비하고, 접합하고자 하는 복수의 판재에 따라 상기 엘리먼트 펀칭유닛과 용접유닛의 피치를 조절하여 적용함으로써, 공정 시간을 단축하는 효과도 있다.
이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 피치조정유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 엘리먼트 펀칭유닛의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 용접유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법을 나타낸 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 제어방법을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 피치조정유닛의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 엘리먼트 펀칭유닛의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 용접유닛의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치(1)는 이종의 판재를 접합하기 위하여 적용된다.
또한, 상기 판재의 접합장치(1)는 접합하고자하는 이종의 판재 중, 하부 판재는 엘리먼트와 저항용접이 가능한 동일소재가 적용될 수 있다.
이러한 판재의 접합장치(1)는 피치조정유닛(10), 엘리먼트 펀칭유닛(20) 및 용접유닛(40)으로 구성된다.
도 2를 참조하면, 상기 피치조정유닛(10)은 로봇(미도시)의 암 선단에 장착된 프레임(11)을 포함한다.
상기 프레임(11)은 원판 블록의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 프레임(11)은 하면 둘레를 따라 양측에 각각 제1 안내레일(13a) 및 제2 안내레일(13b)이 구성된다.
상기 제1 안내레일(13a) 및 제2 안내레일(13b)은 반원형으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 안내레일(13a) 및 제2 안내레일(13b) 각각에는 제1 구동 슬라이더(15a) 및 제2 구동 슬라이더(15b)가 구성된다.
상기 제1 구동 슬라이더(15a) 및 제2 구동 슬라이더(15b)는 상기 제1 안내레일(13a) 및 제2 안내레일(13b)을 따라 슬라이드 이동하여 상호간의 피치 조정이 가능하도록 리니어 모터(미도시)가 내장된다.
도 3을 참조하면, 상기 엘리먼트 펀칭유닛(20)은 엘리먼트 공급수단(21) 및 펀치수단(31)으로 구성된다.
상기 엘리먼트 공급수단(21)은 상기 피치조정유닛(10)의 제1 구동 슬라이더(15a) 상에 고정 브라켓(23)을 통하여 설치된다.
또한, 상기 엘리먼트 공급수단(21)은 상기 고정 브라켓(23) 사이에 고정되는 하우징(25)의 상부에 사양별 엘리먼트(5)를 구분하여 보관하는 사양별 수용박스(27)가 설치된다.
또한, 상기 엘리먼트 공급수단(21)은 상기 하우징(25)의 하부에 사양별 수용박스(27)와 연결되는 공급블록(29)이 구성된다.
이때, 상기 공급블록(29)에는 공급구(H)가 관통 형성되며, 상기 공급구(H)를 통해서 엘리먼트(5)가 정렬된다.
여기서 상기 엘리먼트(5)는 상기 사양별 수용박스(27)와 공급블록(29)간을 연결하는 공급관(미도시)을 통해 공급된다.
즉, 상기 공급관은 상기 하우징(25)의 내부에 구성되며, 상기 사양별 수용박스(27) 각각으로부터 분배되어 공급블록(29)의 상측에서 하나의 합쳐진 상태로, 상기 공급블록(29) 상의 공급구(H)를 향하여 배치된다.
이러한 공급관은 고무재질로 이루어진 호스일 수 있으며, 스틸 혹은 플라스틱 재질로 이루어진 관재일 수도 있다.
그리고 상기 펀치수단(31)은 상기 고정 브라켓(23)의 하측에서 연결 브라켓(33)을 통하여 설치된다.
이때, 상기 펀치수단(31)은 상기 공급블록(29)의 공급구(H)에 대하여 펀치(37)가 위치하도록 상기 연결 브라켓(33)을 통하여 펀치 실린더(35)를 상기 엘리먼트 공급수단(21)의 외측방에 구성한다.
이러한 펀치수단(31)은 상기 엘리먼트 공급수단(21)으로부터 공급되는 엘리먼트(5)를 이종의 판재 중, 상부 판재(3a)에 압입한다.
도 4를 참조하면, 상기 용접유닛(40)은 상기 피치조정유닛(10)의 제2 구동 슬라이더(15b) 상에 장착 브라켓(41)을 통하여 설치된다.
이때, 상기 용접유닛(40)은 저항 용접건(43)으로 이루어지는데, 상기 저항 용접건(43)은 C형 용접건일 수 있다.
이러한 용접유닛(40)은 C형 프레임(45)으로 이루어지며, 상기 C형 프레임(45)의 상측에 가압 실린더(47)가 구성된다.
그리고 상기 용접유닛(40)은 상기 가압 실린더(47)의 로드 선단에 상부 전극(49a)이 구성되고, 상기 C형 프레임(45)의 하측 단부에 하부 전극(49b)이 구성된다.
이러한 용접유닛(40)은 상기 상부 전극(49a)과 하부 전극(49b)을 통하여 엘리먼트(5)가 압입된 이종의 판재에 대하여 가압 통전하여 상기 엘리먼트(5)의 단부를 하부 판재(3b)에 저항 용접한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합방법을 나타낸 공정도이다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 판재의 접합장치를 이용하여 판재를 접합하는 방법은 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 다이(50) 상에 로딩된 이종의 판재의 접합부에 대응하여 접합을 위한 엘리먼트(5)를 공급하는 공급블록(29)을 위치시키는 엘리먼트 공급단계(S1)를 진행한다.
이때, 상기 다이(50) 상에 로딩되는 이종의 판재는 상부 판재(3a) 및 하부 판재(3b)로 이루어지며, 상기 상부 판재(3a) 및 하부 판재(3b) 사이에 실러가 도포되어 실러층(7)을 형성한다.
그리고 상기 이종의 판재 중, 상부 판재(3a)는 알루미늄 소재로 이루어지고, 상기 하부 판재(3b)와 엘리먼트(5)는 스틸 소재로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따른 이종의 판재는 상부 판재(3a)가 알루미늄 소재로 이루어지고, 하부 판재(3b)와 엘리먼트(5)가 스틸 소재로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 상부 판재(3a)는 엘리먼트(5)가 압입될 정도의 연성을 가지고 있는 판재면 적용이 가능하며, 상기 하부 판재(3b)는 상기 상부 판재(3a)보다 강성이 강하고, 상기 엘리먼트(5)와 동일한 소재로 이루어진 판재면 적용이 가능하다.
다음으로, 상기 공급블록(29)에 형성된 공급구(H)에 대하여 펀치 실린더(35)의 펀치(37)를 전진 작동시켜 상기 엘리먼트(5)를 이종의 판재 중, 상부 판재(3a)에 압입하는 엘리먼트 압입단계(S2)를 진행한다.
이어서 상기 이종의 판재의 접합부 상측과 하측에 대응하여 용접유닛(40)의 상부 전극(49a) 및 하부 전극(49b)을 위치시킨 상태로 가압하는 가압단계(S3)를 진행한다.
마지막으로, 상기 용접유닛(40)에 전원을 공급하여 상부 전극(49a) 및 하부 전극(49b)을 통하여 상기 엘리먼트(5)의 단부가 상기 이종의 판재 중, 하부 판재(3b)에 저항 용접되는 용접단계(S4)를 진행한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치의 제어방법을 나타낸 도면이다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 판재의 접합장치의 제어방법은 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 제어기(미도시)는 접합장치(1)를 다이(50)에 안착된 이종의 판재에 대하여 위치시킨다(S10).
상기 제어기는 접합하고자 하는 이종의 판재의 사양정보를 수신한다(S20).
다음으로, 상기 제어기는 수신한 이종의 판재의 사양정보가 미리 설정된 이종의 판재에 대한 사양정보와 비교하여 수신한 이종의 판재의 사양정보가 변경되었는지를 판단한다(S30).
그리고 상기 제어기는 수신한 이종의 판재의 사양정보가 미리 설정된 이종의 판재의 사양정보와 동일하지 않다면, 상기 수신한 이종의 판재의 사양정보에 따라 엘리먼트 펀칭유닛(20)과 용접유닛(40)의 피치를 재설정한다(S40).
이때, 미리 설정된 이종의 판재에 대한 사양정보는 상기 접합장치(1)가 직전에 작동하기 위하여 입력된 값이다.
이어서, 상기 제어기는 수신한 이종의 판재의 사양정보에 따라 용접유닛(40)에 가해지는 용접 전류를 재설정한다(S50).
또한, 상기 제어기는 상기 수신한 이종의 판재의 사양정보에 따라 엘리먼트(5)를 선택한다(S60).
그리고 상기 제어기는 선택된 엘리먼트(5)를 엘리먼트 펀칭유닛(20)의 공급블록(29)에 형성된 공급구(H)에 공급한다(S70).
이때, 상기 엘리먼트(5)는 상기 엘리먼트 펀칭유닛(20)의 사양별 수용박스(27)로부터 연결된 공급관(미도시)을 통하여 상기 공급블록(29)으로 이동하여 공급구(H)에 안착된다.
이어서, 상기 제어기는 공급된 엘리먼트(5)를 상기 엘리먼트 펀칭유닛(20)을 통해 이종의 판재 중, 상부 판재(3a)에 압입한 후, 용접유닛(40)을 통해 상기 엘리먼트(5)가 삽입된 접합부에 대하여 이종의 판재 중, 하부 판재(3b)에 용접접합(W)하는 용접공정을 진행한다(S80).
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법은 복수개의 사양별 엘리먼트(5)를 수용할 수 있어, 접합하고자 하는 판재의 종류에 상관없이 공용화가 가능하여 투자비가 절감될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 판재의 접합장치 및 이를 이용한 판재의 접합방법은 펀칭 기능과 용접 기능을 동시에 구비하여 공정 시간을 단축할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 ... 접합장치 3a ...상부 판재
3b ... 하부 판재 5 ... 엘리먼트
10 ... 피치조정유닛 11 ... 프레임
13a ... 제1 안내레일 13b ... 제2 안내레일
15a ... 제1 구동 슬라이더 15b ... 제2 구동 슬라이더
20 ... 엘리먼트 펀칭유닛 21 ... 공급수단
23 ... 고정 브라켓 25 ... 하우징
27 ... 사양별 수용박스 29 ... 공급블록
H ... 공급구 31 ... 펀치수단
33 ... 연결 브라켓 35 ... 펀치 실린더
37 ... 펀치 40 ... 용접유닛
41 ... 장착 브라켓 43 ... 저항 용접건
45 ... C형 프레임 47 ... 가압 실린더
49a ... 상부 전극 49b ... 하부 전극
50 ... 다이

Claims (15)

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  5. 이종의 판재를 접합하는 판재의 접합장치에 있어서,
    프레임이 로봇의 암 선단에 장착되며, 상기 프레임의 하면에 이동 가능하게 설치되어 상호간의 피치 조정이 가능한 제1, 제2 구동 슬라이더를 구비하는 피치조정유닛;
    상기 피치조정유닛의 제1 구동 슬라이더 상에 설치되며, 엘리먼트를 보관 및 공급하는 엘리먼트 공급수단, 및 상기 엘리먼트 공급수단으로부터 공급되는 엘리먼트를 상기 이종의 판재 중, 일측 판재에 압입하는 펀치수단으로 구성되는 엘리먼트 펀칭유닛; 및
    상기 피치조정유닛의 제2 구동 슬라이더 상에 설치되며, 엘리먼트 펀칭유닛에 의해 엘리먼트가 압입된 이종의 판재에 대하여 작동하여 엘리먼트를 타측 판재에 저항 용접하는 용접유닛;
    을 포함하는 판재의 접합장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피치조정유닛은
    원판 블록 형상으로 형성되는 프레임;
    상기 프레임의 하면에 둘레를 따라 양측에 각각 구성된 반원형의 제1, 제2 안내레일; 및
    상기 제1, 제2 안내레일 상에 각각 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 제1, 제2 구동 슬라이더;
    로 구성되는 판재의 접합장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 제2 구동 슬라이더는
    리니어 모터에 의해 이동 가능하게 설치되는 판재의 접합장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 엘리먼트 공급수단은
    상기 제1 구동 슬라이더 상에 설치되는 고정 브라켓 사이에 고정되는 하우징의 상부에 사양별 엘리먼트를 구분하여 보관하는 사양별 수용박스; 및
    상기 하우징의 하부에 상기 사양별 수용박스와 연결되어 공급되는 엘리먼트를 공급구 상에 정렬시키는 공급블록;
    으로 구성되는 판재의 접합장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펀치수단은
    상기 공급블록의 공급구에 대응하는 위치에 구성되는 펀치; 및
    상기 펀치의 상부에 위치하며, 상기 펀치에 가압력을 전달하여 상기 이종의 판재에 대하여 엘리먼트를 가압하는 펀치 실린더;
    로 구성되는 판재의 접합장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 펀치수단은
    상기 공급블록의 공급구에 대하여 펀치가 위치하도록 상기 고정 브라켓의 하측에서 연결 브라켓을 통하여 펀치 실린더를 상기 엘리먼트 공급수단의 외측방에 구성하여 이루어지는 판재의 접합장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 용접유닛은
    상기 피치조정유닛의 제2 구동 슬라이더 상에 장착 브라켓을 통하여 설치되는 C형 프레임;
    상기 C형 프레임의 상측에 형성되는 가압 실린더;
    상기 가압 실린더의 로드 선단에 구성되는 상부 전극; 및
    상기 C형 프레임의 하측 단부에 구성되는 하부 전극;
    으로 구성되는 판재의 접합장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 용접유닛은
    C형 저항 용접건으로 이루어져 상기 엘리먼트가 가압된 이종의 판재에 대하여 가압 통전하여 엘리먼트의 단부를 타측 판재에 저항 용접하는 판재의 접합장치.
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  14. 삭제
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