KR101953039B1 - 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일괄처리방식 금속 원통 제조장치는 로딩부, 벤딩부, 검사부, 용접부, 언로딩부 및 이송부를 포함한다. 로딩부는 예컨대 컨베이어와 같은 이송장티로 구성되어 프레스 가공된 금속판재를 로딩한다. 벤딩부는 예컨대 한 쌍의 로봇 암들로 구성되어 금속판재를 원통 형상으로 벤딩한다. 용접부는 예컨대 레이저 용접기로 구성되어 원통 형상으로 벤딩된 금속판재의 양측단의 맞대기 이음부를 용접한다. 언로딩부는 예컨대 로봇 암으로 구성되어 용접된 원통을 언로딩한다. 이송부는 원통 형상으로 벤딩된 금속판재의 양측단을 클램핑하는 복수의 클램핑 수단들이 설치되고, 각 클램핑 수단에 클램핑된 원통을 벤딩부, 용접부 및 언로딩부의 위치로 순차 이송하여 벤딩, 용접 및 언로딩 동작을 파이프 라인 방식으로 동시 처리하는 일괄처리방식을 수행한다.

Description

일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법{Apparatus and Method for Manufacturing Metal Cylinder by Batch Process}

본 발명은 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법에 관한 것으로 특히 박판의 금속판으로부터 세탁기의 드럼과 같은 금속원통을 일괄처리방식으로 제조할 수 있는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 인건비 부담과 생산성 향상을 위하여 드럼 세탁기의 제조라인의 자동화 공정이 요구되고 있다.

등록특허 10-1675546호에서는 작업자 1인이 프레스 및 드로잉 가공된 스테인리스 스틸 판재를 지그 슬라이드 유닛의 가이드 위에 안치하면 내,외측 지그에 의해 스테인리스 스틸 판재가 임시 고정된 상태에서 용접 부스 내부로 투입되어 클램프에 의해 스테인리스 스틸 판재 양단의 피용접면이 정확하게 맞대어진 상태가 유지되고, 이어서 용접기가 전진하면서 맞대어진 면의 용접을 수행함으로써 용접이 완료되도록 한 것이며, 용접기 2대가 1조를 이루어 시간 지체 없이 좌우 교대로 용접작업과 스테인리스 스틸 판재의 투입 및 용접 완료된 드럼의 탈거작업을 수행할 수 있도록 함으로써 생산성의 향상을 도모하고 있다.

등록특허 10-1582095호 및 10-1490856호에서는 금속판을 벤딩하고 맞대기 부분의 틈새로 가스를 분사하면서 가스 토치용접을 수행함으로써 쇳물 착상을 방지하는 기술을 소개하고 있다.

그러나 종래 기술들은 티그용접 또는 가스 토치용접에는 적합한 구조이지만 레이저용접에는 적합하지 않은 구조를 가지고 있다.

최근에 레이저 용접(LBW : Laser Beam Welding)은 종래의 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding) 또는 ERW(Electric Resistance Welding) 등과 비교하여 저입열 용접이 가능하고, 용접 비드 및 용접열 영향부의 폭이 좁아 열영향에 의한 특성열하가 억제될 수 있고 고밀도의 열원을 좁은 면적에 집중시킬 수 있으므로 용접속도를 증가시켜 고속 용접이 가능하여 널리 사용되고 있다.

종래의 레이저용접에서 모재를 고정하는 고정 지그는 단순히 모재를 좌우고정 및 가압하는 정도로 사용되었다.

레이저 용접시에 정밀도를 높이기 위해서는 모재를 고정시키는 고정 지그의 역할이 매우 중요하다. 특히 맞대기 용접시에는 좌우 모재의 간격이 최소화되어야 용접결함 발생을 방지할 수 있다.

드럼 세탁기의 드럼은 박판을 드럼현상으로 말아서 양단을 맞대기 용접한다. 따라서 얇은 강판의 양단을 정확하게 맞대기하여 밀착시켜서 단단하게 고정시키는 지그 설계가 간단하지 않다.

또한 지그로 단단하게 고정시킨다 할지라도 맞대기 틈새가 엄밀하게 완벽하게 균일하지 않기 때문에 맞대기 틈새가 넓은 곳에서는 레이저 빔이 대부분 통과될 경우 충분한 열원이 제공되지 아니하므로 용접불량이 발생하게 된다. 이러한 넓은 틈새는 용접 불량으로 기공이 형성될 수 있다. 드럼 세탁기의 드럼의 경우에는 용접불량으로 인한 기공 형성시에는 세탁수가 누수되는 이러한 기공을 통하여 누수되어 제품 불량의 원인이 되고 있다.

따라서 고속용접으로 생산 속도를 향상시킬 수 있는 레이저 용접을 적용한 일괄처리방식 세탁드럼 제조장치의 출현이 요구되고 있다.

공개특허 10-2007-0048913 공개특허 10-2011-0076440 공개특허 10-2012-0137141 공개특허 10-2013-0014799 공개특허 10-2014-00540228 등록특허 10-1282349

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 박판의 금속판으로부터 세탁기의 드럼과 같은 금속원통을 일괄처리방식으로 제조할 수 있는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 레이저 용접으로 고속 용접이 가능하여 세탁드럼의 생산 속도를 향상시킬 수 있는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 벤딩-빛샘검사-레이저 용접-언로딩의 4단계 일괄처리를 위한 회전 테이블의 위치제어가 가능한 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 박판의 모재의 양단을 맞대기 용접함에 있어서 용접 전후에 용접선을 따라 빛샘 현상을 검출함으로써 용접불량위치를 사전에 예측하거나 사후에 용접불량위치를 검출할 수 있는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일괄처리방식 금속 원통 제조장치는 로딩부, 벤딩부, 검사부, 용접부, 언로딩부 및 이송부를 포함한다.

로딩부는 예컨대 컨베이어와 같은 이송장티로 구성되어 프레스 가공된 금속판재를 로딩한다. 벤딩부는 예컨대 한 쌍의 로봇 암들로 구성되어 금속판재를 원통 형상으로 벤딩한다. 용접부는 예컨대 레이저 용접기로 구성되어 원통 형상으로 벤딩된 금속판재의 양측단의 맞대기 이음부를 용접한다. 언로딩부는 예컨대 로봇 암으로 구성되어 용접된 원통을 언로딩한다. 이송부는 원통 형상으로 벤딩된 금속판재의 양측단을 클램핑하는 복수의 클램핑 수단들이 설치되고, 각 클램핑 수단에 클램핑된 원통을 벤딩부, 용접부 및 언로딩부의 위치로 순차 이송하여 벤딩, 용접 및 언로딩 동작을 파이프 라인 방식으로 동시 처리하는 일괄처리방식을 수행한다.

본 발명에서 벤딩부는 금속판재의 양측 부위를 진공 흡착하여 통 모양으로 둥글게 말아서 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 장착하는 한 쌍의 로봇 암들로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 한 쌍의 로봇 암들은 x축 가이드 레일을 포함한 베이스 상에 서로 마주보고 배치되고, 각각은 x축 가이드 레일에 이송 가능하게 설치된 z축 가이드 레일과, z축 가이드 레일에 이송 가능하게 설치된 y축 가이드 레일과, y축 가이드 레일에 이송가능하게 설치되고, y축과 평행한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 진공 흡착부를 구비할 수 있다.

본 발명에서 용접부는 베이스와, 베이스에 설치된 수평 가이드 레일과, 수평 가이드 레일에 이동 가능하게 설치되고, 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 클램핑되어 이송된 원통의 맞대기 이음부를 따라 이동하면서 레이저 광을 조사하는 레이저 헤드부와, 레이저 헤드부에 설치되어 용접부위의 용접 부산물을 제거하는 진공 흡입부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 언로딩부는 베이스와, 베이스에 설치된 수평 가이드 레일과, 수평 가이드 레일에 이동 가능하게 설치되고, 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 클램핑되어 이송된 원통을 홀딩하고 회전이 가능한 원통 홀더를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 이송부는 베이스와, 베이스 상에 회전 가능하게 설치되고, 복수의 클램핑 수단들 일정 각도로 배치된 회전 테이블과, 베이스에 설치되어 복수의 클램핑 수단들이 벤딩부, 용접부 및 언로딩부들 각각의 대응하는 위치에 정지하도록 회전 테이블을 회전시키는 구동부를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서 구동부는 회전 테이블의 회전축에 설치된 피동기어와, 피동기어를 중심으로 마주보며 피동기어에 치합되는 한 쌍의 구동기어들과, 한 쌍의 구동기어들이 회전축에 각각 결합된 한 쌍의 구동모터들을 포함하는 것이 좋다. 특히 한 쌍의 구동모터는 회전 테이블의 회전시에는 동일 방향으로 회전되고, 회전 테이블의 정지시에는 하나는 정지되고, 다른 하나는 계속 회전상태를 유지하도록 제어되는 것이 초정밀위치제어에 바람직하다.

본 발명에서 벤딩부 및 용접부 사이에 원통의 맞대기 이음부의 틈새를 검사하는 검사부가 더 구비될 수 있다. 여기서 이송부는 벤딩부, 검사부, 용접부 및 언로딩부에 각각 대응하는 복수의 클램핑수단들을 구비한다.

본 발명에서 검사부는 베이스, 베이스에 설치된 수평 가이드 레일, 수평 가이드 레일에 이동 가능하게 설치되고, 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 클램핑되어 이송된 원통의 맞대기 이음부를 따라 이동하면서 광을 검출하는 광센서, 복수의 클램핑 수단들에 각각 설치되고 클램핑된 원통 내부에서 맞대기 이음부를 통해 원통 외부로 광을 조사하는 라인 광원을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 복수의 클램핑 수단들 각각은 회전 테이블의 상면에 고정되고 상기 맞대기 이음부를 중심으로 원통의 일측을 받쳐주는 고정 받침대가 돌출되게 형성된 고정대와, 고정대에 수평 이동 가능하게 설치되고, 맞대기 이음부을 중심으로 고정 받침대와 마주보고, 원통의 타측을 받쳐주는 가동 받침대와, 상하 방향으로 이동가능하게 고정 받침대에 설치되고, 맞대기 이음부의 부근의 일측을 가압하여 맞대기 이음부에 얼라인되게 고정 받침대에 클램핑시키는 제1상부 가압수단과, 상하 방향으로 이동가능하게 가동 받침대에 설치되고, 맞대기 이음부의 부근의 타측을 가압하여 가동 받침대에 클램핑시키는 제2상부 가압수단을 포함하는 것이 좋다.

본 발명에서 고정 받침대와 가동 받침대 사이에서 일측 에지가 맞대기 이음부에 얼라인되게 위치하여 원통의 밋대기 양단이 일정 간격을 두고 클램핑 되도록 가이드하는 정렬수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 맞대기 이음부를 따라 실드가스가 공급되는 실드가스 챔버를 더 포함하는 것이 좋다. 여기서 실드가스 챔버는 하부 챔버 및 상부챔버로 구성되고, 하부 챔버는 고정 받침대와 가동 받침대가 한조가 되어 맞대기 위치에서 모재의 용접라인 이면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성하고, 상부 챔버는 제1상부가압수단과 제2상부가압수단이 한 조가 되어 맞대기 위치에서 모재의 용접라인 상면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성한다. 여기서 하부 챔버는 고정 받침대 상면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제1실드가스 공급홈들과 가동 받침대 상면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제2실드가스 공급홈들로 구성되고, 제1및 제2실드가스 공급홈들은 서로 지그재그로 배열되어 서로 연통되도록 구성되는 것이 바람직하다. 상부 챔버는 제1클램핑수단 저면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제3실드가스 공급홈들과 제2클램핑수단 저면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 제4실드가스 공급홈들로 구성되고, 제3및 제4실드가스 공급홈들은 서로 지그재그로 배열되어 서로 연통되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일괄처리방식 원통제조방법은 금속판재를 로딩부에 로딩하는 단계와, 벤딩부에서 금속판재의 양단 부근을 한 쌍의 로봇 암들로 진공 흡착하여 원통 모양으로 벤딩하는 단계와, 벤딩된 금속판재의 서로 마주보는 양단을 회전 테이블의 제1클램핑수단에서 맞대기 용접 준비 상태로 클램핑하는 단계와, 회전 테이블을 회전 시켜서 제1클램핑수단을 검사부 위치로 이송하는 단계와, 검사부에서 제1클램핑 수단에 클램핑된 원통의 맞대기 이음부의 빛샘을 검사하는 동안 회전 테이블의 제2클램핑수단에서 다음 원통을 클램핑하는 단계와, 검사부에서 빛샘검사가 완료되면 회전 테이블을 회전시켜서 제1클램핑수단을 용접부 위치로 이송하는 단계와, 용접부에서 제1클램핑 수단에 클램핑된 원통의 맞대기 이음부를 레이저 용접하는 동안 회전 테이블의 제2클램핑수단에 클램핑된 원통은 검사부 위치에서 빛샘검사가 진행되고, 동시에 회전 테이블의 제3클램핑수단에서 다음 원통을 클램핑하는 단계와, 용접부에서 용접이 완료되면 회전 테이블을 회전시켜서 제1클램핑수단을 언로딩부 위치로 이송하는 단계와, 언로딩부에서 제1클램핑 수단에 클램핑된 원통을 언로딩 하는 동안 제2클램핑수단에 클램핑된 원통은 용접부 위치에서 용접이 진행되고 동시에 제3클램핑수단에 클램핑된 원통은 검사부 위치에서 빛샘검사가 진행되고, 회전 테이블의 제4클램핑수단에서 다음 원통을 클램핑하는 단계와, 언로딩부에서 언로딩이 완료되면 회전 테이블을 회전시켜서 제1클램핑수단을 최초의 벤딩부 위치로 이송하는 단계를 포함한다. 따라서 벤딩-빛샘검사-레이저용접-언로딩의 4단계를 파이프 라인 방식으로 동시에 일괄처리가 가능하므로 원통 제조를 고속으로 할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 본 발명에 일괄처리방식 금속 원통 제조장치 및 방법은 박판의 금속판으로부터 세탁기의 드럼과 같은 금속원통을 벤딩-빛샘검사-레이저용접-언로딩의 4단계의 파이프라인 방식으로 일괄 처리할 수 있으므로 세탁드럼의 고속 생산이 가능하다. 따라서 자동화 및 일괄 처리 방식에 의해 세탁기 생산효율 및 원가절감의 효가를 기대할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도1은 본 발명에 의한 일괄처리방식의 금속 원통 제조장치(10)의 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 일괄처리방식의 금속 원통 제조장치(10)의 정면에서 내려다 본 정면 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 벤딩부(20)의 동작을 설명하기 위한 부분 확대 단면도.
도 5 및 도 6은 벤딩된 원통(2)을 클램핑수단(700A)에 장착하는 과정을 설명하기 위한 도면들.
도 7은 본 발명에 의한 검사부(40)의 단면도,
도 8은 도 7의 A-A선 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 용접부(50)의 단면도.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도.
도 11은 회전 테이블장치(700)의 상판(770)을 제거한 상태의 사시도.
도 12는 본 발명에 의한 클램핑수단(700B)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명에 의한 실드가스 챔버(800)의 바람직한 일실시예를 설명하기 위한 사시도.
도 14는 하부 챔버의 평면도.
도 15는 상부 챔버의 평면도.
도 16은 도 13의 실드가스 챔버(800)의 수직 단면도.
도 17은 본 발명에 의한 일괄처리방식 원통제조방법의 파이프 라인 동작과정을 설명하기 위한 도면.
도 18은 일괄처리방식 금속 금속 원통 제조장치에서 원통의 흐름을 설명하기 위한 도면.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

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 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도1은 본 발명에 의한 일괄처리방식의 금속 원통 제조장치의 사시도이고 도 2는 도 1의 평면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일괄처리방식의 금속 원통 제조장치(10)는 로딩부(20), 벤딩부(30), 검사부(40), 용접부(50), 언로딩부(60) 및 이송부(70)를 포함한다.

로딩부(20)는 예컨대 컨베이어와 같은 이송장치로 구성되어 프레스 가공된 금속판재(1)를 로딩한다. 벤딩부(30)는 예컨대 한 쌍의 로봇 암들(300A, 300B)로 구성되어 금속판재(1)를 원통 형상으로 벤딩한다. 검사부(40)는 예컨대 빛샘검출장치(400)로 구성되어 클램핑된 원통(2)의 맞대기 이음부의 빛샘 여부를 검사한다. 용접부(50)는 예컨대 레이저 용접장치(500)로 구성되어 원통 형상으로 벤딩된 금속판재(1)의 양측단의 맞대기 이음부를 용접한다. 언로딩부(60)는 예컨대 로봇 암(500)으로 구성되어 용접된 원통(2)을 언로딩한다. 이송부(70)는 예컨대 회전테이블장치(700)로 구성되고, 원통 형상으로 벤딩된 금속판재(1)의 양측단을 클램핑하는 4개의 클램핑 수단들(700A, 700B, 700C, 700D)이 설치되고, 각 클램핑 수단에 클램핑된 원통(2)을 벤딩부(30), 검사부(40), 용접부(50) 및 언로딩부(60)의 위치로 순차 이송하여 벤딩, 용접 및 언로딩 동작을 파이프 라인 방식으로 동시 처리하는 일괄처리방식(배치방식)을 수행한다.

도 3은 본 발명에 의한 일괄처리방식의 금속 원통 제조장치(10)의 정면에서 내려다 본 정면 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 벤딩부(20)의 동작을 설명하기 위한 부분 확대 단면도이고, 도 5 및 도 6은 벤딩된 원통(2)을 클램핑수단(700A)에 장착하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.

도면을 참조하면, 벤딩부(30)의 한 쌍의 로봇 암들(300A, 300B)은 x축 가이드 레일(320)을 포함한 베이스(310) 상에 서로 마주보고 배치된다. 한 쌍의 로봇 암들(300A, 300B) 각각은 x축 가이드 레일(320)에 이송 가능하게 설치된 z축 가이드 레일(330)과, z축 가이드 레일(330)에 이송 가능하게 설치된 y축 가이드 레일(340)과, y축 가이드 레일(340)에 이송가능하게 설치되고, y축과 평행한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 진공 흡착부(350)를 포함한다. 진공 흡착부(350)는 고정부재(352)와 가동부재(354)를 포함하고, 가동부재(354)의 선단에는 복수의 흡착구(356)가 형성된다. 가동부재(354)의 후단은 탄성체(358)를 개재하여 고정부재(352)에 이동가능하게 설치된다. 따라서 가동부재(354)는 선단에 압력이 작용하면 탄성체(358)의 수축에 의해 압력을 흡수하면서 선단을 선단방향으로 밀어주는 반발력을 생성한다.

따라서 도 3에 도시한 바와 같이 한 쌍의 로봇 암들(300A, 300B)에 진공 흡착된 금속판재(1)는 z축 가이드 레일(330)을 따라 상승한 다음에 x축 가이드 레일(320)을 따라 서로 마주보고 진행하면서 진공 흡착부(350)가 회전하게 되면 금속판재(1)의 중앙부가 볼록하게 휘게 된다. 이어서 한 쌍의 로봇 암들(300A, 300B)의 사이가 점점 좁혀지면서 진공 흡착부(350)의 회전에 의해 금속판재(1)는 양단(1a, 1b)이 서로 마주보는 원통 형상으로 말아지게 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 원통 형상으로 벤딩된 금속판재(1)는 회전 테이블(700)의 클램핑수단(700A)에 마주보는 양단(1a, 1b)이 클램핑되도록 y축 가이드 레일(340)을 따라 이송된다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, y축 방향으로 이송된 금속판재(1)의 선단이 클램프수단의 스톱퍼에 의해 정지되면 도 5의 상태에서 진공 흡착부(350)의 회전에 의해 양단(1a, 1b) 사이는 점점 좁혀지게 된다. 도 6에 도시한 바와 같이 맞대기 이음부에 설치된 스톱퍼(정렬수단)에 의해 양단(1a, 1b)이 접촉되면 가동부재(354)는 정지되나 고정부재(352)는 더 이동되므로 탄성체(358)는 압축되어 수축된다. 탄성체(358)의 탄성력에 의해 금속판재(1)의 양단(1a, 1b)은 스톱퍼(정렬수단)에 밀착되게 된다.

이와 같이 금속판재(1)의 양단(1a, 1b)이 스톱퍼에 밀착된 상태에서 양단은 제1 및 제2 상부 가압수단들에 의해 각각 고정 받침대 및 가동 받침대에 클램핑 되어 원통(2) 형상으로 클램핑수단(700A)에 장착되게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 검사부(40)의 단면도이고, 도 8은 도 7의 A-A선 단면도이다.

도면을 참조하면, 검사부(40)는 빛샘검출장치(400)로 구성된다. 빛샘검출장치(400)는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치(1)의 베이스(12)에 설치된 지지대(410)와 지지대 선단에 설치된 이송수단(420), 이송수단(420)의 선단에 설치되고, 이송부(70)의 클램핑 수단에 클램핑되어 이송된 원통(2)의 맞대기 이음부를 따라 이동하면서 광을 검출하는 광센서(430), 클램핑 수단들에 각각 설치되고 클램핑된 원통 외부에서 맞대기 이음부를 통해 원통 내부로 광을 조사하는 라인 광원(440)을 포함한다. 따라서 검사부(40)는 원통 외부 하방에 위치한 라인 광원(440)으로부터 조사된 광이 맞대기 이음부를 통해서 원통 내부로 새들어오는 것을 상방에 위치한 광센서(430)로 검출한다.

도 9는 본 발명에 의한 용접부(50)의 단면도이고, 도 10은 도 9의 B-B선 단면도이다.

도면을 참조하면, 용접부(50)는 레이저 용접장치(500)로 구성된다. 레이저 용접장치(500)는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치(1)의 베이스(12)에 설치된 지지대(510)와 지지대 선단에 설치된 이송수단(520), 이송수단(520)의 선단에 설치되고, 이송부(70)의 클램핑 수단에 클램핑되어 이송된 원통(2)의 맞대기 이음부를 따라 이동하면서 레이저광을 조사하는 레이저 헤드부(530), 레이저 헤드부(530)에 설치되어 용접 부위에서 생성된 용접 흄을 집진하기 위한 집진기(540)를 포함한다. 따라서 용접부(40)는 클램핑수단(700C)에 클램핑된 원통(2) 내부 상방에 위치한 레이저 헤드부(530)으로부터 조사된 레이저 광이 맞대기 이음부를 용융 접합시키고, 이 때 발생된 용접 흄은 집진기(540)를 통해 진공 흡입되어 제거된다.

언로딩부(60)는 다축 로봇 암(600)으로 구성된다. 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 다축 로봇 암(600)은 일괄처리방식 금속 원통 제조장치(1)의 베이스(12)에 설치된 z축 가이드 레일(610)과, z축 가이드 레일(610)에 z축으로 이동 가능하게 설치된 x축 가이드 레일(620)과, x축 가이드 레일(620)에 x축으로 이동 가능하게 설치되고, 180도 회전이 가능한 원통 홀더(630)를 포함한다. 따라서 언로딩부(60)는 원통 홀더(630)로 용접되고 클램핑수단(700D)에 클램핑 된 원통(2)을 홀딩한 다음에 180도 회전하여 장치 외부로 언로딩한다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에서 이송부(70)는 회전 테이블 장치(700)로 구성된다. 회전 테이블장치(700)의 상판(770)에는 동서남북 사방으로 4개의 클램핑 수단들(700A, 700B, 700C, 700D)이 0°, 90°, 180°, 270°방위로 각각 설치되어 있다. 0°위치에는 벤딩부(30)가 설치되고, 90°위치에는 검사부(40)가 설치되고, 180°위치에는 용접부(50)가 설치되고, 270°위치에는 언로딩부(60)가 각각 설치된다. 회전 테이블장치(700)는 상판(770)이 시계방향으로 회전되어 벤딩부(30), 검사부(40), 용접부(50) 및 언로딩부(60)를 순차적으로 스캔하게 된다. 따라서 원통(2)은 0°위치에서 클램핑된 다음에 90°및 180°위치를 순차적으로 거쳐서 270°위치에서 외부로 언로딩되게 된다.

도 11은 회전 테이블장치(700)의 상판(770)을 제거한 상태의 사시도를 나타낸다.

회전 테이블장치(700)는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치(1)의 베이스(12)에 설치된 지지대(710), 지지대(710) 중앙의 회전축에 축설된 피동기어(720), 지지대(710)에 설치되어 제1구동기어(730)를 회전시키는 제1구동모터(740)와 지지대(710)에 설치되어 제2구동모터(750)를 회전시키는 제2구동모터(760), 상기 피동기어에 설치되어 피동기어와 함게 회전되는 회전상판(770)을 포함한다. 제1구동기어(730)와 제2구동기어(750)는 피동기어(720)를 사이에 두고 서로 180도 방향의 마주보는 위치에서 피동기어(720)와 치합된다. 따라서 제1 및 제2 구동모터들(740, 760)은 제1 및 제2구동기어들(730, 750)을 반시계방향으로 회전시킨다. 이에 핑동기어(720)는 시계방향으로 회전된다. 정지시에는 제1구동모터(740)는 운전을 정지하고 제2구동모터(760)는 계속 운전상태로 유지된다. 따라서 이와 같이 2개의 모터를 이용하여 운전함으로서 큰 토크를 얻을 수 있고, 별도의 위치제어센서를 사용하지 않고도 백래시를 제거할 수 있어서 초정밀 위치제어가 가능하다.

도 12는 본 발명에 의한 클램핑수단(700B)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

클램핑수단(700B)은 상판(770)에 맞대기 이음부를 중심으로 좌측에는 고정 받침대(701)가 설치되고 우측에는 가동 받침대(702)가 설치된다. 고정 받침대(701)는 상판(770)에 고정되고 우측단이 맞대기 이음부에 얼라인된다. 가동 받침대(702)는 상판(770)에 고정된 가이드 레일을 타고 x축 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치된다.

고정 받침대(701)의 상면에는 제1수직 지지대(703)가 고정된다. 제1수직 지지대(703)의 내측면에 가이드 레일을 타고 상하로 이동하는 제1상부가압수단(704)이 설치된다. 가동 받침대(702)의 상면에는 제2수직 지지대(705)가 고정된다. 제2수직 지지대(705)의 내측면에 가이드 레일을 타고 상하로 이동하는 제2상부가압수단(706)이 설치된다. 제1상부가압수단(704)의 우하단은 마주보는 고정 받침대(701)의 우측단과 얼라인된다. 마찬가지로 제2상부가압수단(706)의 좌하단은 마주보는 가동 받침대(702)의 좌측단과 얼라인된다. 제1수직 지지대(703)에는 삽입구(703a)가 형성되고 제2수직 지지대(705)에는 삽입구(705a)가 형성된다.

정렬수단(707)은 상판(770)의 중앙 통공 내에 상하로 이동 가응하게 설치되고, y축 방향으로 연장된 수직판 형상으로 수직판의 좌측 에지가 맞대기 이음부에 얼라인된다. 정렬수단(707)은 수직판의 선단부가 고정 받침대(701) 및 가동 받침대(702)의 상면 보다 돌출되게 위치한다. 따라서 금속판재(1)의 일단(1a)이 좌측방에서 삽입구(703a)를 통해 우측방으로 삽입되어 정렬수단(707)의 좌측단에 밀착되게 된다. 마찬가지로 금속판재(1)의 타단(1b)이 우측방에서 삽입구(705a)를 통해 좌측방으로 삽입되어 정렬수단(707)의 우측단에 밀착되게 된다. 정렬수단(707)은 모재의 단부가 정렬되어 클램핑된 다음에는 하방으로 이동된다. 따라서 가동 받침대(702)는 정렬수단(707)의 수직판의 두께 만큼 맞대기 이음부에서 벗어난 위치에 있게 된다.

라인 광원(440)은 대기모드에서는 맞대기 이음부에서 벗어나 가동 받침대(702) 하방에 숨겨져 있다가 센싱모드에서 이동되어 광축이 맞대기 이음부 상으로 이동하여 정위치하게 된다. 라인 광원(440)은 LED와 같은 반도체 광원소자들이 y축 상으로 배열된 어레이 형상으로 구성될 수 있다.

도 13은 본 발명에 의한 실드가스 챔버(800)의 바람직한 일실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 14는 하부 챔버의 평면도이고, 도 15는 상부 챔버의 평면도이고, 도 16은 도 13의 실드가스 챔버(800)의 수직 단면도이다.

도면을 참조하면, 실드 가스 챔버(800)는 하부 챔버(810)와 상부 챔버(820)로 구성된다. 하부 챔버(810)는 고정 받침대(701)와 가동 받침대(702)가 한조가 되어 맞대기 상태에서 금속판재(1)의 용접라인 이면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성한다. 상부 챔버(820)는 제1상부가압수단(704)과 제2상부가압수단(706)이 한 조가 되어 맞대기 상태에서 금속판재(1)의 용접라인 상면부에 실드가스가 공급되는 공간부를 형성한다.

하부 챔버(810)는 고정 받침대(701) 상면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(812)들과 가동 받침대(702) 상면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(814)들로 이루어진다. 실드가스 공급홈들(812)과 실드가스 공급홈들(814)은 도 14에 도시한 바와 같이 서로 지그재그로 배열되어 맞대기 상태에서 홈 공간부가 서로 연통된다. 실드가스 공급홈들(812)과 실드가스 공급홈들(814)들 각각에는 실드가스 공급 주통로(816)(818)로부터 분기된 분기통로들(816a, 818a)을 통해서 실드가스가 공급된다.

상부 챔버(820)는 제1상부가압수단(704) 저면 우측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(822)들과 제2상부가압수단(706) 저면 좌측에지 부근에 전방에서 후방으로 배열된 복수의 실드가스 공급홈(824)들로 이루어진다. 실드가스 공급홈들(822)과 실드가스 공급홈들(824)은 도 15에 도시한 바와 같이 서로 지그재그로 배열되어 맞대기 상태에서 홈 공간부가 서로 연통된다. 실드가스 공급홈들(822)과 실드가스 공급홈들(824)들 각각에는 실드가스 공급 주통로(826)(828)로부터 분기된 분기통로들(826a, 828a)을 통해서 실드가스가 공급된다.

도 16에 도시된 바와 같이, 실드가스는 가스챔버로부터 주입되어 주통로(816, 818)(826, 828) 및 분기통로(816a, 818a)(826a, 828a)를 거쳐서 실드가스 공급홈들(812, 314)(822, 824)에 공급된다. 실드가스는 고정받침대(701)와 가동 받침대(702)의 맞대기 용접 위치에서의 간격(S1)을 통해 하방으로 배출되고, 제1 및 제2상부가압수단들(704, 706)의 맞대기 용접 위치에서의 간격(S2)을 통해 상방으로 배출된다. 여기서 하방 배출통로(819)의 간격(S1)과 높이(H1)는 실드가스가 금속판재(1)의 양단(1a, 1b)의 이면부 백 비드를 충분히 실드하기 위한 치수로 설계된다. 마찬가지로 상방 배출통로(829)의 간격(S1)과 높이(H1)는 실드가스가 금속판재(1)의 상면부 탑 비드를 충분히 실드하기 위한 치수로 설계된다. 상방 배출통로(829)의 간격(S1)과 높이(H1)는 레이저 빔(830)의 궤적에 영향을 주지 않은 치수로 제한된다.

도 17은 본 발명에 의한 일괄처리방식 원통제조방법의 파이프 라인 동작과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 18은 일괄처리방식 금속 금속 원통 제조장치에서 원통의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면 본 발명의 일괄처리방식 원통제조방법은 먼저 회전 테이블 장치(700)는 정지동작과 회전동작을 일정 주기로 반복 수행한다. 이어서 로딩부(10)에는 일정 주기로 금속판재(1)가 프레스 가공된 상태로 공급된다. 회전 테이블장치의 정지타임에 금속판재가 공급된다. 벤딩부(30)는 로딩된 금속판재를 진공 흡착하여 벤딩하고 회전 테이블이 정지되는 타이밍에서 벤딩된 금속판재를 제1클램핑수단(700A)에 장착한다. 장착이 완료되면 회전 테이블은 90도 회전한다. 회전이 정지되면 검수부(40)에서 원통의 맞대기 이음부의 빛샘여부를 검사한다. 검사가 완료되면 회전 테이블(700)은 90도 회전하여 원통은 용접부(50)로 이송된다. 용접부(50)에서는 레이저 광을 조사하여 맞대기 이음부를 용접한다. 용접이 완료되면 회전테이블이 90도 회전되고 원통은 언로딩부(60) 위치로 이송된다. 언로딩부(60)에서는 정지상태에서 취풀하고 회전상태에서 배출한다.

따라서 1번부터 6번 까지 수행되면 최초로 로딩된 금속판재(1)는 용접된 원통(2)으로 배출되게 된다. 이와 같이 5주기가 경과되면 1주기간격으로 로딩-벤딩 및 장착-검수-용접-취출 및 배출의 5단계가 동시에 이루어지면서 원통(2)이 제작되므로 생산속도를 고속으로 처리할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 일괄처리방식 금속 금속 원통 제조장치
20 : 로딩부
30 : 벤딩부
40 : 검사부
50 : 용접부
60 : 언로딩부
70 : 이송부

Claims (16)

1. 금속 판재로부터 원통을 제조하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치에 있어서,
   금속판재를 로딩하는 로딩부와, 상기 금속판재를 원통 형상으로 벤딩하는 벤딩부와, 상기 원통 형상으로 벤딩된 금속판재의 양측단의 맞대기 이음부를 용접하는 용접부와, 상기 용접된 원통을 언로딩하는 언로딩부와, 상기 원통 형상으로 벤딩된 금속판재의 양측단을 클램핑하는 복수의 클램핑 수단들이 설치되고, 각 클램핑 수단에 클램핑된 원통을 상기 벤딩부, 용접부 및 언로딩부의 위치로 순차 이송하는 이송부를 구비하고,
   상기 이송부는 베이스와, 상기 베이스 상에 회전 가능하게 설치되고, 상기 복수의 클램핑 수단들이 일정 각도로 배치된 회전 테이블과, 상기 베이스에 설치되어 상기 복수의 클램핑 수단들이 상기 벤딩부, 용접부 및 언로딩부들 각각의 대응하는 위치에 정지하도록 상기 회전 테이블을 회전시키는 구동부를 구비하고,
   상기 구동부는
   상기 회전 테이블의 회전축에 설치된 피동기어;
   상기 피동기어를 중심으로 마주보며 피동기어에 치합되는 한 쌍의 구동기어들; 및
   상기 한 쌍의 구동기어들이 회전축에 각각 결합된 한 쌍의 구동모터들을 포함하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 벤딩부는
   상기 금속판재의 양측 부위를 진공 흡착하여 통 모양으로 둥글게 말아서 상기 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 장착하는 한 쌍의 로봇 암들로 구성된 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 한 쌍의 로봇 암들은 x축 가이드 레일을 포함한 베이스 상에 서로 마주보고 배치되고, 각각은
   상기 x축 가이드 레일에 이송 가능하게 설치된 z축 가이드 레일;
   상기 z축 가이드 레일에 이송 가능하게 설치된 y축 가이드 레일;
   상기 y축 가이드 레일에 이송가능하게 설치되고, y축과 평행한 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치된 진공 흡착부를 구비한 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 용접부는
   지지대;
   상기 지지대에 설치된 이송수단;
   상기 이송수단의 선단에 설치되고, 상기 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 클램핑되어 이송된 원통의 맞대기 이음부를 따라 이동하면서 레이저 광을 조사하는 레이저 헤드부; 및
   상기 레이저 헤드부에 설치되어 용접부위의 용접 부산물을 제거하는 집진기를 구비한 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 언로딩부는
   베이스에 설치된 z축 가이드 레일;
   상기 z축 가이드 레일에 이동 가능하게 설치된 x축 가이드 레일; 및
   상기 x축 가이드 레일에 이동 가능하게 설치되고, 상기 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 클램핑되어 이송된 원통을 홀딩하고 회전이 가능한 원통 홀더를 구비한 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 구동모터는
   상기 회전 테이블의 회전시에는 동일 방향으로 회전되고, 상기 회전 테이블의 정지시에는 하나는 정지되고, 다른 하나는 계속 회전상태를 유지하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 벤딩부 및 용접부 사이에 원통의 맞대기 이음부의 틈새를 검사하는 검사부가 더 구비되고, 상기 이송부는 상기 벤딩부, 검사부, 용접부 및 언로딩부에 각각 대응하는 복수의 클램핑수단들을 구비하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 검사부는
    지지대;
    상기 지지대에 설치된 이송수단;
    상기 이송수단의 선단에 설치되고, 상기 이송부의 복수의 클램핑 수단들 중 하나에 클램핑되어 이송된 원통의 맞대기 이음부를 따라 이동하면서 광을 검출하는 광센서; 및
    상기 복수의 클램핑 수단들에 각각 설치되고 클램핑된 원통 외부에서 맞대기 이음부를 통해 원통 내부로 광을 조사하는 라인 광원을 구비하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 클램핑 수단들 각각은
    상기 회전 테이블의 상면에 고정되고 상기 맞대기 이음부를 중심으로 원통의 일측을 받쳐주는 고정 받침대가 돌출되게 형성된 고정대;
    상기 고정대에 수평 이동 가능하게 설치되고, 상기 맞대기 이음부을 중심으로 상기 고정 받침대와 마주보고, 상기 원통의 타측을 받쳐주는 가동 받침대;
    상하 방향으로 이동가능하게 상기 고정 받침대에 설치되고, 상기 맞대기 이음부의 부근의 일측을 가압하여 상기 맞대기 이음부에 얼라인되게 상기 고정 받침대에 클램핑시키는 제1상부 가압수단;
    상하 방향으로 이동가능하게 상기 가동 받침대에 설치되고, 상기 맞대기 이음부의 부근의 타측을 가압하여 상기 가동 받침대에 클램핑시키는 제2상부 가압수단을 구비한 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 고정 받침대와 가동 받침대 사이에서 일측 에지가 상기 맞대기 이음부에 얼라인되게 위치하여 상기 원통의 밋대기 양단이 일정 간격을 두고 클램핑 되도록 가이드하는 정렬수단을 더 구비하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 맞대기 이음부를 따라 실드가스가 공급되는 실드가스 챔버를 더 포함하는 일괄처리방식 금속 원통 제조장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 금속판재를 로딩부에 로딩하는 단계;
    벤딩부에서 상기 금속판재의 양단 부근을 한 쌍의 로봇 암들로 진공 흡착하여 원통 모양으로 벤딩하는 단계;
    상기 벤딩된 금속판재의 서로 마주보는 양단을 회전 테이블의 제1클램핑수단에서 맞대기 용접 준비 상태로 클램핑하는 단계;
    상기 회전 테이블을 회전 시켜서 제1클램핑수단을 검사부 위치로 이송하는 단계;
    상기 검사부에서 제1클램핑 수단에 클램핑된 원통의 맞대기 이음부의 빛샘을 검사하는 동안 상기 회전 테이블의 제2클램핑수단에서 다음 원통을 클램핑하는 단계;
    상기 검사부에서 빛샘검사가 완료되면 상기 회전 테이블을 회전시켜서 제1클램핑수단을 용접부 위치로 이송하는 단계;
    상기 용접부에서 제1클램핑 수단에 클램핑된 원통의 맞대기 이음부를 레이저 용접하는 동안 상기 회전 테이블의 제2클램핑수단에 클램핑된 원통은 상기 검사부 위치에서 빛샘검사가 진행되고, 동시에 상기 회전 테이블의 제3클램핑수단에서 다음 원통을 클램핑하는 단계;
    상기 용접부에서 용접이 완료되면 상기 회전 테이블을 회전시켜서 제1클램핑수단을 언로딩부 위치로 이송하는 단계;
    상기 언로딩부에서 제1클램핑 수단에 클램핑된 원통을 언로딩 하는 동안 제2클램핑수단에 클램핑된 원통은 상기 용접부 위치에서 용접이 진행되고 동시에 제3클램핑수단에 클램핑된 원통은 상기 검사부 위치에서 빛샘검사가 진행되고, 상기 회전 테이블의 제4클램핑수단에서 다음 원통을 클램핑하는 단계; 및
    상기 언로딩부에서 언로딩이 완료되면 상기 회전 테이블을 회전시켜서 제1클램핑수단을 최초의 벤딩부 위치로 이송하는 단계를 구비한 일괄처리방식 원통 제조방법.

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