KR101882231B1 - 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터 - Google Patents

자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터에 관한 것이다. 본 발명은 하우징; 상기 하우징의 내부에서 이동가능하게 설치되는 피스톤; 상기 하우징에 틸팅되게 설치되고, 상기 피스톤에 적어도 일면이 밀착되는 볼 조인트; 상기 하우징의 상부에 결합되고, 판형 공작물의 일면을 흡착 지지하는 흡착패드; 및 상기 흡착패드가 직립한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.

Description

자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터{End effector of fixture for walled workpieces}
본 발명은 엔드 이펙터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 판형 공작물의 가공을 위해서 사용되는 지그의 단부에 설치되는 엔드 이펙터에 관한 것이다.
자유곡면을 가진 판형 공작물, 예를 들어, 항공기 동체와 같은 판형 공작물을 가공하기 위해서는 공작물을 복수개의 지그를 통하여 공작물을 지지한 상태에서 가공이 이루어질 수 있다.
이때, 공작물을 지지하는 복수개의 지그의 단부에는 흡착 등의 방식을 이용하여 공작물에 고정된 상태로 안정적으로 지지하기 위한 엔드 이펙터가 설치된다.
판형 공작물이 평면 형태일 경우에는 복수개의 지그가 동일한 높이만큼 상승한 상태에서 각각의 엔드 이펙트에 공작물이 안착되면 된다. 하지만, 판형 공작물이 자유곡면 형태인 경우에는 엔드 이펙트가 공작물의 곡률에 따라서 서로 다른 각도로 회전된 상태로 지그가 상승하게 된다. 즉, 공작물의 하부 자유곡면과 각각 밀착되는 면의 곡률이 각 지그의 위치에 따라 다르기 때문에 엔드 이펙트의 상부가 공작물의 하면과 밀착되기 위해서는 적절한 각도로 회전되어야 하는 것이다.
이때, 지그의 상승거리 및 엔드 이펙트의 상부가 회전되는 각도는 기계를 이용하거나 작업자가 수동으로 일일이 하여야 하기 때문에 공정 시간이 많이 소요되고 지그의 개수가 많은 공작물의 경우 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1311232호(2013.09.16 등록)
본 발명은 기계를 이용하거나 수동으로 엔드 이펙터의 흡착패드를 적절한 각도로 회전시키지 않아도 흡착패드가 공작물과의 밀착면의 곡률에 따라 회전되면서 정확하게 고정시킬 수 있는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 엔드 이펙터는 하우징; 상기 하우징의 내부에서 이동가능하게 설치되는 피스톤; 상기 하우징에 틸팅되게 설치되고, 상기 피스톤에 적어도 일면이 밀착되어 상기 피스톤이 가압되면 고정되는 볼 조인트; 상기 하우징의 상부에 결합되고, 판형 공작물의 일면을 흡착 지지하는 흡착패드; 및 상기 흡착패드가 직립한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 볼 조인트는 적어도 일부가 상기 하우징의 외부로 노출되도록 설치되고, 상기 흡착패드는 상기 볼 조인트의 단부에 결합될 수 있다.
상기 볼 조인트의 일면에는 상기 흡착패드를 관통하는 관통부재가 연장되어 형성되고, 상기 관통부재의 단부에는 체결구가 체결되는 나사산부가 형성될 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 볼 조인트의 노출된 주변을 감싸도록 구비되는 스프링일 수 있다.
상기 탄성부재는, 상부는 상기 관통부재와 접촉하고 하부는 상기 하우징의 측면과 접촉하도록 구비되는 탄성커버일 수 있다.
상기 하우징에는 상기 피스톤을 가압하기 위한 공기가 주입되고 배출되는 입출포트가 구비될 수 있다.
상기 흡착패드의 내측에는 상기 판형 공작물의 일면과 직접 접촉하여 지지하는 로케이터가 안착되어 결합될 수 있다.
상기 볼 조인트는 상기 하우징의 하부로 일부가 노출되도록 설치되고, 상기 피스톤은 상기 볼 조인트의 상부 측 일면과 밀착될 수 있다.
상기 피스톤과 볼 조인트의 사이에 개재되고, 상기 피스톤이 가압되면 압축되었다가 상기 피스톤의 가압이 해제되면 복원되면서 상기 피스톤을 원래의 위치로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기계를 이용하거나 수동으로 엔드 이펙터의 흡착패드를 적절한 각도로 회전시키지 않아도 흡착패드가 공작물과의 밀착면의 곡률에 따라 회전되면서 정확하게 고정시킬 수 있다. 따라서, 판형 공작물의 가공 공정이 간소해지고 공정 시간이 전체적으로 단축될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 흡착패드가 틸팅된 것을 보인 도면.
도 4는 도 2에 도시된 실시예에서 탄성부재의 변형예를 보인 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 판형 공작물의 하면을 지지하는 것을 보인 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 단면도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 단면도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 이하의 본 발명에서 적용하고자 하는 판형 공작물은 예를 들어, 항공기, 자동차, 반도체, LCD 패널 등 다양한 분야에서 사용되는 판상의 부재라면 어떠한 것이라도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 흡착패드가 틸팅된 것을 보인 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 실시예에서 탄성부재의 변형예를 보인 단면도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터는 하우징(10); 상기 하우징(10)의 내부에서 이동가능하게 설치되는 피스톤(16); 상기 하우징(10)에 틸팅되게 설치되고, 상기 피스톤(16)에 적어도 일면이 밀착되어 상기 피스톤(16)이 가압되면 고정되는 볼 조인트(20); 상기 하우징(10)의 상부에 결합되고, 판형 공작물(50)의 일면을 흡착 지지하는 흡착패드(30); 및 상기 흡착패드(30)가 직립한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재(26)를 포함할 수 있다.
하우징(10)은 대략 직육면체의 금속 재질로 만들어지는 것으로서, 그 내부에는 피스톤(16)이 이동가능하게 설치되고 공기가 주입되는 공기주입부(12)가 형성된다. 그리고, 공기주입부(12)에 인접하게 볼 조인트 설치부(14)가 형성된다. 공기주입부(12)는 피스톤(16)을 볼 조인트(20) 쪽으로 가압하기 위한 공기가 주입되는 부분이다. 볼 조인트 설치부(14)는 볼 조인트(20)의 형상에 대응되게 구형상을 가진다.
한편, 공기주입부(12)와 볼 조인트 설치부(14)의 사이에는 걸림턱(17)이 형성되어 있어 피스톤(16)이 가압에 의해 볼 조인트(20)로 이동되는 과정에서 걸리도록 한다.
또한, 피스톤(16)과 걸림턱(17)의 사이에는 복원링(15)이 개재된다. 복원링(15)은 본 도면에서 피스톤(16)과 걸림턱(17)의 사이에 개재되는 것으로 도시하였으나, 피스톤(16)과 볼 조인트(20)의 사이에 위치되어 피스톤(16)을 원래의 위치로 복원시킬 수만 있다면 어떠한 위치라도 개재될 수 있다.
복원링(15)은 피스톤(16)의 축에 삽입되어 피스톤(16)과 걸림턱(17)의 사이에 위치된다. 복원링(15)은 피스톤(16)이 가압에 의해 볼 조인트(20)를 고정시키는 과정에서 약간 압축되었다가 피스톤(16)의 가압이 해제되면 복원되면서 피스톤(16)을 원래의 위치로 이동시키는 역할을 한다. 복원링(15)은 고무링과 같은 탄성을 가진 재질로 제작될 수 있다.
하우징(10)의 일측에는 입출포트(18)가 구비된다. 입출포트(18)는 공기주입부(12) 쪽으로 공기가 주입되고 주입된 공기가 배출되는 부분이다. 입출포트(18)는 고무호스 등을 통해 공기를 주입하기 위한 펌프(미도시)와 연결될 수 있다. 후술하겠지만 흡착패드(30)의 틸팅 과정에서는 입출포트(18)로 공기가 주입되지 않고, 흡착패드(30)가 판형 공작물(50)의 하면을 흡착 지지하면 공기가 주입되어 피스톤(16)이 볼 조인트(20)를 가압하여 고정시키게 된다.
다음으로, 볼 조인트(20)는 하우징(10)의 내부에 틸팅되게 설치되되, 적어도 일부가 하우징(10)의 외부로 노출되도록 설치된다. 즉, 도 2에서와 같이 볼 조인트(20)의 상부 일부가 하우징(10)의 외부로 노출된다. 이는 볼 조인트(20)가 보다 자유로운 방향으로 틸팅이 가능하도록 하기 위함이다. 볼 조인트(20)는 흡착패드(30)가 판형 공작물(50)의 밀착되는 면에 접선방향으로 접촉하도록 틸팅되게 하는 역할을 한다.
볼 조인트(20)의 일면에는 흡착패드(30)를 관통하는 관통부재(22)가 소정 길이만큼 연장되어 형성된다. 관통부재(22)는 흡착패드(30)와의 결합을 위해 구비되는 부분으로서, 관통부재(22)의 단부에는 너트와 같은 체결구(미도시)가 체결되는 나사산부(24)가 형성된다. 관통부재(22)가 흡착패드(30)를 관통한 상태에서 흡착패드(30)의 내측으로 돌출되는 나사산부(24)에 체결구(미도시)가 체결됨으로써 볼 조인트(20)와 흡착패드(30)의 결합이 이루어진다.
탄성부재(26)는 흡착패드(30)가 직립한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 역할을 한다. 본 실시예에서 흡착패드(30)는 어떠한 외력도 가해지지 않을 경우 탄성부재(26)의 탄성력에 의해 직립한 상태를 유지한다. 즉, 본 엔드 이펙터가 판형 공작물(50)을 지지하기 전에 기본 상태에서는 흡착패드(30)는 직립한 상태를 유지하고 판형 공작물(50)을 지지하기 위해 판형 공작물(50)의 하면과 밀착되는 과정에서 다양한 방향으로 자유롭게 틸팅될 수 있는 것이다.
탄성부재(26)는 도 2에 도시된 바와 같이 볼 조인트(20)의 노출된 부분을 감싸도록 구비되는 스프링일 수 있다. 이 상태에서 도 3에서와 같이 흡착패드(30)가 틸팅되면 탄성부재(26)는 원래의 상태로 돌아가려고 하면서 흡착패드(30)에 탄성력을 가하게 된다. 즉, 탄성부재(26)는 흡착패드(30)가 원래의 상태(직립상태)로 틸팅되도록 탄성력을 가하는 것이다.
도 4를 참조하면, 탄성부재(26)는 상부는 관통부재(22)와 접촉하고 하부는 하우징(10)의 측면과 접촉하도록 구비되는 탄성커버일 수 있다. 탄성부재(26)가 이와 같이 탄성을 가진 탄성커버로 제작되면 탄성력을 가할 수 있을 뿐만 아니라 볼 조인트(20) 쪽으로 유입되는 이물질을 차단할 수 있는 장점이 있다. 상기 탄성커버는 탄성을 가진 실리콘, 고분자 탄성재료 등 다양한 소재로 제작될 수 있다.
한편, 볼 조인트(20)의 단부, 즉 관통부재(22)에는 흡착패드(30)가 결합된다. 흡착패드(30)는 실질적으로 판형 공작물(50)의 일면과 밀착되어 흡착력을 제공하는 흡착패드(32)가 방사상으로 경사지게 연장되어 형성된다.
흡착패드(30)의 내측에는 판상의 로케이터(34)가 안착되어 결합된다. 로케이터(34)는 판형 공작물(50)의 일면과 직접 접촉하는 부분으로서, 판형 공작물(50)이 보다 안정적으로 지지될 수 있도록 평평한 면을 가진다. 로케이터(34)는 볼트와 같은 체결구(36)에 의해 흡착패드(30)의 내측에 결합될 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 이펙터의 작동 과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 판형 공작물의 하면을 지지하는 것을 보인 도면이다.
이에 도시된 바에 따르면, 지그(60)의 단부에는 본 엔드 이펙터가 각각 설치된다. 자유 곡면을 가진 판형 공작물(50)은 도면에는 간단히 도시하였으나, 실제로는 항공기 동체, LCD 패널 등 다양한 공작물이 사용될 수 있다. 이러한 판형 공작물(50) 중에서 곡면으로 형성된 공작물은 지지하는 면의 곡률이 다르기 때문에 각각의 지그(60)마다 다양한 각도로 엔드 이펙터가 틸팅되면서 지지하여야 한다.
도 5를 참조하면, 지그(60)의 단부에 엔드 이펙터가 각각 설치된 상태에서 지그(60)는 소정의 높이로 상승된다. 이때, 지그(60)는 판형 공작물(50)이 곡면으로 형성되기 때문에 각각이 서로 다른 높이로 상승될 수 있다. 이 상태에서 판형 공작물(50)이 엔드 이펙터를 향해 하강된다. 판형 공작물(50)의 하면 중에서 평평한 면은 중앙에 배치된 엔드 이펙터가 크게 틸팅되지 않고 지지할 수 있다. 하지만, 좌측 및 우측에 배치된 엔드 이펙터에서는 지지하는 면이 곡면이기 때문에 흡착패드(30)의 일측만 판형 공작물(50)의 하면과 접촉된다.
다음으로, 판형 공작물(50)이 더 하강되면 도 6에서와 같이 흡착패드(30)가 판형 공작물(50)의 하면과 접선방향으로 밀착되도록 틸팅된다. 이때, 흡착패드(30)의 틸팅은 하부에 연결된 볼 조인트(20)의 틸팅에 의해 이루어진다. 즉, 좌측에 배치된 흡착패드(30)는 시계방향, 우측에 배치된 흡착패드(30)는 반시계방향으로 틸팅되면서 판형 공작물(50)의 하면을 흡착 지지한다.
한편, 위에서 말한 볼 조인트(20)의 틸팅 과정에서는 공기주입부(12)로는 공기가 주입되지 않아 볼 조인트(20)가 자유롭게 틸팅될 수 있다. 하지만, 도 6에서와 같이 흡착패드(30)가 판형 공작물(50)의 하면과 흡착된 상태에서는 공기주입부(12)로 공기가 주입되고 피스톤(16)이 상승하면서 볼 조인트(20)가 더 이상 틸팅되지 않도록 고정시킨다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터의 단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 실시예 또한 기본 동작원리는 상술한 실시예와 동일하다. 다만, 엔드 이펙터의 구조가 약간 다른 부분이 있기 때문에 차이가 있는 부분을 중심으로 설명하기로 한다. 도 7 및 도 8에 도시된 실시예에서 상술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 백번대, 이백번대의 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하고자 한다.
도 7에 도시된 실시예에서는 볼 조인트(120)가 하우징(110)의 상부로 일부가 노출되지 않고 하우징(110)의 하부로 노출되게 설치된다. 그리고, 피스톤(116)은 볼 조인트(120)의 상부 측 일면과 밀착되게 설치된다. 또한, 흡착패드(130)는 하우징(110)의 상부에 직접 결합된다.
이와 같이 형성된 엔드 이펙터에서는 볼 조인트(120)가 틸팅되면 하우징(110)과 흡착패드(130)가 동시에 틸팅되면서 판형 공작물(50)의 하면을 흡착 지지하게 된다.
도 8에 도시된 실시예에서는 도 1에 도시된 실시예와 같이 볼 조인트(220)의 상부가 하우징(210)의 상부로 노출되게 설치된다. 다만, 본 실시예에서는 피스톤(216)이 상하로 이동하지 않고 좌우로 이동하도록 설치된다.
이상에서 설명한 다양한 실시예들은 상술한 바와 같이 기본 동작원리는 동일하고 구조만 달리한 것이다. 따라서, 위 도면들에 도시한 실시예 뿐만 아니라 이를 개량한 구조에 대해서도 구성요소의 기능이 동일, 유사하다면 어떠한 실시예도 채용될 수 있음은 당연하다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 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.
10 : 하우징 12 : 공기주입부
14 : 볼 조인트 설치부 15 : 복원링
16 : 피스톤 17 : 걸림턱
18 : 입출포트 20 : 볼 조인트
22 : 관통부재 24 : 나사산부
26 : 탄성부재 30 : 흡착패드
32 : 흡착패드 34 : 로케이터
36 : 체결구 50 : 판형 공작물
60 : 지그

Claims (9)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에서 이동가능하게 설치되는 피스톤;
    상기 하우징에 틸팅되게 설치되고, 상기 피스톤에 적어도 일면이 밀착되어 상기 피스톤이 가압되면 고정되는 볼 조인트;
    상기 하우징의 상부에 결합되고, 판형 공작물의 일면을 흡착 지지하는 흡착패드; 및
    상기 흡착패드가 직립한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 포함하고,
    상기 흡착패드의 내측에는 상기 판형 공작물의 일면과 직접 접촉하여 지지하는 로케이터가 안착되어 결합되며,
    상기 피스톤과 볼 조인트의 사이에는 상기 피스톤이 걸어지는 걸림턱이 형성되는데,
    상기 피스톤과 걸림턱의 사이에는 복원링이 개재되고, 상기 복원링은 상기 피스톤이 가압되면 압축되었다가 상기 피스톤의 가압이 해제되면 복원되면서 상기 피스톤을 원래의 위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 조인트는 적어도 일부가 상기 하우징의 외부로 노출되도록 설치되고, 상기 흡착패드는 상기 볼 조인트의 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼 조인트의 일면에는 상기 흡착패드를 관통하는 관통부재가 연장되어 형성되고, 상기 관통부재의 단부에는 체결구가 체결되는 나사산부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 볼 조인트의 노출된 주변을 감싸도록 구비되는 스프링인 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄성부재는, 상부는 상기 관통부재와 접촉하고 하부는 상기 하우징의 측면과 접촉하도록 구비되는 탄성커버인 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징에는 상기 피스톤을 가압하기 위한 공기가 주입되고 배출되는 입출포트가 구비되는 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 조인트는 상기 하우징의 하부로 일부가 노출되도록 설치되고, 상기 피스톤은 상기 볼 조인트의 상부 측 일면과 밀착되는 것을 특징으로 하는 자유곡면을 가진 판형 공작물 고정용 엔드 이펙터.
  9. 삭제
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