KR101960435B1 - 다이캐스팅 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이캐스팅 시스템에 관한 것으로 그 구성의 특징으로서, 적어도 주조품에 대응하는 크기를 가지는 성형다이와, 상기 성형다이의 내면에 성형될 형상의 캐비티가 형성된 금형유닛; 상기 금형유닛의 주변에 서로 이격된 성형다이 사이를 드나드는 다관절형 아암과, 상기 아암을 설정한 자세와 위치로 전환시키는 복수의 작동모터를 구비하는 한 쌍의 로봇유닛; 상기 일측 로봇유닛의 아암에 주조품을 파지하는 핑거와, 상기 핑거의 방향을 전환시키는 회전모터를 구비하는 배출유닛; 및 상기 타측 로봇유닛의 아암에 캐비티로 이형제를 분사하는 분무기와, 상기 분무기 상에 캐비티를 촬영하는 검사기를 구비하는 보조유닛;을 포함하여 이루어진다.
이에 따라 본 발명은, 일련의 전 공정을 자동적으로 수행토록 하여 생산성을 향상하고 공수를 절감하는 것은 물론, 생산 시 마다 금형상태를 검사하여 우수한 품질을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

다이캐스팅 자동화 시스템{Die-casting automation system}

본 발명은 다이캐스팅 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 주조품을 성형하고 배출하는데 이어 금형의 상태를 검사하고 이형제를 도포하는 일련의 공정을 자동적으로 수행하여 전반적인 품질을 향상하고 공수를 절감할 수 있는 다이캐스팅 자동화 시스템에 관한 것이다.

통상, 다이캐스팅(Die-casting)은 정밀한 금형에 용융금속을 압입하여 정밀도가 뛰어난 주물 성형품을 단시간 내에 대량 생산할 수 있는 주조법의 일종이다. 여기서 다이캐스팅 금형은 서로 밀착되는 한 쌍의 고정금형과 가동금형으로 이루어진다. 이러한 금형 상에는 용탕이 주입되는 캐비티(공동)가 형성되고, 용탕이 응고되면서 캐비티 형상에 대응하는 금속제품이 성형된다.

이처럼 캐비티에서 금속제품이 응고되면, 밀착되어 있던 다이캐스팅 금형은 이격되고, 완성된 금속제품을 금형으로부터 탈거한 다음, 제품의 이형력을 현저히 낮추어 주고, 용탕의 유동성과 보온성을 유지하는 이형제를 도포하는 과정을 연속적으로 거쳐 대량으로 생산하게 된다.

그런데 기존에는 제품을 탈거하는 과정과 이형제를 도포하는 과정 등이 오로지 작업자에 의한 수작업으로만 실시되어 왔다. 따라서 공수의 낭비를 초래하는 것은 물론, 고온과 이형제의 화학성분으로 작업자의 건강을 위협하는 문제가 있다. 더구나 이형제를 고르게 도포하지 못하여 제품의 불량률이 높았고, 과열된 금형에 의해 이형제가 증발되는 수증기로 인하여 화상을 입게 되는 안전에 심각한 문제가 있다.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0112719호 (발명의 명칭: 다관절 로봇을 이용한 다이캐스팅 금형의 이형제 분사장치)를 제안하고 있다. 제안된 문헌에 따르면, 다관절 로봇을 이용하여 제품을 자동으로 탈거할 뿐만 아니라 이형제를 자동으로 도포함에 따라 공수의 낭비를 최소화하고 제품의 품질을 향상할 수가 있었다.

그러나 무인화로 인해 금형에 이상 발생 시, 신속하게 대처하지 못하여 불량제품을 연속적으로 생산하게 되는 심각한 문제가 있다. 더구나 이형제를 금형에 단순 분사하게 되면, 99% 물로 이루어진 이형제가 약 150℃인 캐비티 표면에 도포되면서 라이덴프로스트(Leidenfrost) 현상이 발생한다. 이러한 현상으로 인하여 이형제에 포함된 유효성분이 실제 캐비티 표면에 고르게 도포되지 않고 그 양도 현저히 낮은 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0112719호 (발명의 명칭: 다관절 로봇을 이용한 다이캐스팅 금형의 이형제 분사장치)

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 주조품을 성형하고 배출하는데 이어 이형제를 도포하는 일련의 전 공정을 자동적으로 수행하여 무인화로 생산성 향상과 공수의 절감하고, 이형제 도포마다 금형상태를 검사하여 전반적인 품질을 향상할 수가 있는 다이캐스팅 자동화 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다이캐스팅 시스템에 있어서: 적어도 주조품에 대응하는 크기를 가지는 성형다이와, 상기 성형다이의 내면에 성형될 형상의 캐비티가 형성된 금형유닛; 상기 금형유닛의 주변에 서로 이격된 성형다이 사이를 드나드는 다관절형 아암과, 상기 아암을 설정한 자세와 위치로 전환시키는 복수의 작동모터를 구비하는 한 쌍의 로봇유닛; 상기 일측 로봇유닛의 아암에 주조품을 파지하는 핑거와, 상기 핑거의 방향을 전환시키는 회전모터를 구비하는 배출유닛; 및 상기 타측 로봇유닛의 아암에 캐비티로 이형제를 분사하는 분무기와, 상기 분무기 상에 캐비티를 촬영하는 검사기를 구비하는 보조유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 로봇유닛은 아암의 하단에 설정한 경로로 배치되는 레일과, 상기 레일을 따라 아암을 주행시키는 스크류와 이송모터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 분무기는 아암의 일단으로 탈·장착을 유도하는 연결대와, 상기 연결대 상에 내부로 이형제가 유입되어 배출되는 유로가 일체로 형성된 하우징관과, 상기 이형제가 배출되는 유로에 장착되어 이형제를 미립자로 분사하는 노즐과, 상기 하우징관의 중앙에 이형제의 입자를 확산시키는 임펠러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 검사기는 분무기 상에 캐비티의 표면을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 촬영배율을 조절하는 렌즈와, 상기 캐비티로 빛을 조사하는 엘이디를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 검사기는 분무기 상에 개폐실린더에 의해 승하강 운동하며 카메라와 렌즈 및 엘이디를 외부로부터 개폐시키는 가리개를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 주조품을 성형하고 배출하는데 이어 이형제를 도포하는 일련의 공정을 자동적으로 수행하여 무인화로 생산성 향상과 공수의 절감하고, 특히 분사되는 이형제를 미립화된 입자로 고르게 확산시키는 것은 물론, 이형제 도포마다 금형상태를 검사하여 전반적인 품질을 향상하는 효과를 제공한다.

도 1 본 발명에 따른 시스템을 나타내는 평면도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 시스템을 나타내는 측면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 보조유닛을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 보조유닛의 작동상태를 나타내는 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 다이캐스팅 시스템에 관련되며, 도 1처럼 금형유닛(10), 로봇유닛(20), 배출유닛(30), 보조유닛(40)을 주요 구성으로 하는 다이캐스팅 자동화 시스템이다. 본 발명의 시스템은 일련의 전 공정을 자동적으로 수행토록 하여 생산성을 향상하고 공수를 절감하는 것은 물론, 생산 시 마다 금형상태를 검사하여 우수한 품질을 유지시키는 것을 주요 요지로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 금형유닛(10)은 주조품을 성형하는 설비이다. 이러한 금형유닛(10)은 도 1처럼 적어도 생산될 주조품에 대응하는 크기를 가지는 성형다이(11)를 구성한다. 여기서 성형다이(11)는 도 2 및 도 3처럼 서로 밀착되는 한 쌍의 고정다이와 가동다이로 이루어지고, 서로 대향하는 일면에는 용탕이 주입되는 캐비티(15, 공동)가 형성된다. 즉, 고정다이와 가동다이가 밀착된 상태에서 캐비티(15)로 용탕을 주입하면, 용탕이 응고되면서 캐비티(15) 형상에 대응하는 금속제품(주조품)이 생산된다.

이어서 본 발명에 따른 한 쌍의 로봇유닛(20)은 도 1처럼 금형유닛(10)과 인접하는 위치에 배치되어 후술하는 배출유닛(30)과 보조유닛(40)의 자세와 위치를 전환해 준다. 이러한 로봇유닛(20)은 도 2 및 도 3처럼 서로 이격된 성형다이(11) 사이를 드나드는 다관절형 아암(21)과, 아암(21)을 설정한 자세와 위치로 전환시키는 복수의 작동모터(22)로 구성된다.

여기서 아암(21)은 다양한 구조의 금형유닛(10)에 구애받지 않고 적용할 수 있게 적어도 6축 이상의 관절로 이루어지는 것이 좋다. 이러한 아암(21)의 일단에는 배출유닛(30)과 보조유닛(40)이 탈·장착되게 유도하는 이음대를 구비한다.

그리고 작동모터(22)는 아암(21)의 관절마다 장착되어 이음대를 자유로운 자세와 위치로 전환시켜 준다. 즉, 주조 전에는 서로 이격된 성형다이(11) 사이로 보조유닛(40)을 진입시켜 캐비티(15)의 표면 상태를 검사한 다음 이형제가 도포되게 하고, 주조 후에는 배출유닛(30)을 진입시켜 생산된 주조품을 배출되게 한다.

이때, 로봇유닛(20)은 도 2 및 도 3은 아암(21)의 하단에 설정한 경로로 배치되는 레일(25)과, 레일(25)을 따라 아암(21)을 주행시키는 스크류(26)와 이송모터(27)를 구비한다. 즉, 로봇유닛(20)이 금형유닛(10)에 고정된 상태로 작동하지 않고, 레일(25)을 따라 금형유닛(10)의 주변으로 이동이 가능함으로서, 여타의 설비로부터 간섭을 최소화할 수 있으면서도 후술하는 공정과 연동이 용이하다.

한편, 한 쌍의 로봇유닛(20)은 금형유닛(10)을 기점으로 일측과 타측에 각각 배치된 것으로 도시하였으나, 공간이 협소한 경우 일측 또는 타측에 한 쌍의 아암(21)들이 동 레일(25)에 일렬로 함께 배치할 수도 있다. 이 경우에는 한 쌍의 로봇유닛(20)이 금형유닛(10)으로 번갈아 주행하며 배출유닛(30)과 보조유닛(40)의 역할을 차례로 수행시킬 수가 있다.

이어서 본 발명에 따른 배출유닛(30)은 금형유닛(10)으로부터 생산된 주조품을 외부로 배출하는 것으로, 도 1 및 도 2처럼 일측 로봇유닛(20)의 아암(21)에 주조품을 파지하는 핑거(31)와, 핑거(31)의 방향을 전환시키는 회전모터(35)로 구성된다.

핑거(31)는 주조품의 형상에 대응하는 크기와 모양으로 형성되고, 엑추에이터에 의해 주조품을 파지(오므림)하고 해제(벌림)하는 링크구조를 가진다. 그리고 회전모터(35)는 핑거(31)와 아암(21) 사이에 구성되어 핑거(31)를 180°로 반전 또는 360°로 회전시킨다.

즉, 로봇유닛(20)이 배출유닛(30)을 성형다이(11) 사이로 진입시키면, 엑추에이터에 의해 핑거(31)가 캐비티(15)상의 주조품을 파지한다. 이어 로봇유닛(20)이 주조품을 캐비티(15)로부터 이형시켜 설정한 후속 위치로 이동시키면, 핑거(31)가 주조품을 해제한다. 이 과정에서 회전모터(35)가 핑거(31)를 적절한 각도로 회전시켜 주조품이 여타의 설비와 간섭을 차단한다.

마지막으로 본 발명에 따른 보조유닛(40)은 캐비티(15)로 이형제를 분사하고, 표면 상태를 검사하는 것으로, 도 1 및 도 3처럼 타측 로봇유닛(20)의 아암(21)에 캐비티(15)로 이형제를 분사하는 분무기(41)와, 분무기(41)상에 캐비티(15)를 촬영하는 검사기(45)로 구성된다.

여기서 분무기(41)는 도 4 내지 도 6처럼 아암(21)의 일단으로 탈·장착을 유도하는 연결대(42)와, 연결대(42)상에 내부로 이형제가 유입되어 배출되는 유로(42a)가 일체로 형성된 하우징관(43)과, 이형제가 배출되는 유로(43a)에 장착되어 이형제를 미립자로 분사하는 노즐(N)과, 하우징관(43)의 중앙에 이형제의 입자를 확산시키는 임펠러(44)로 구성된다.

즉, 주조품이 탈거(배출)된 이후 이형제를 분무를 위해 성형다이(11)로 진입되면, 일측의 유입유로(42a)로 이형제가 유입되면서 타측의 배출유로(43a)로 즉시 이송되어 노즐(N)에 의해 이형제가 미립자로 분사된다. 여기서 하우징관(43)의 중앙에 개재된 모터에 의해 임펠러(44)가 고속으로 회전하며 이형제의 입자를 고르게 확산시킨다. 따라서 적은 양으로도 캐비티(15)의 표면에 고르게 도포할 수 있어 품질향상은 물론, 환경오염을 방지할 수가 있다.

그리고 검사기(45)는 도 4 내지 도 6처럼 분무기(41)상에 캐비티(15)의 표면을 촬영하는 카메라(46)와, 카메라(46)의 촬영배율을 조절하는 렌즈(47)와, 캐비티(15)로 빛을 조사하는 엘이디(48)로 구성된다. 즉, 주조품이 탈거된 이후 이형제를 분무하기 위해 성형다이(11)로 진입하면, 우선적으로 엘이디(48)가 점등되면서 카메라(46)가 캐비티(15)의 표면을 촬영한다. 여기서 렌즈(47)는 카메라(46)의 위치에 따라 배율이 자동으로 조절된다. 촬영된 캐비티(15)영상은 정상 캐비티(15)영상과 비교하여 전반적인 성형다이(11)와 캐비티(15)의 표면 상태를 판정한다.

이때, 검사기(45)는 도 4 내지 도 6처럼 분무기(41)상에 개폐실린더(49a)에 의해 승하강 운동하며 카메라(46)와 렌즈(47) 및 엘이디(48)를 외부로부터 개폐시키는 가리개(49)를 구비한다. 즉, 도 7처럼 가리개(49)가 카메라(46)와 렌즈(47) 및 엘이디(48)를 개방(승강)한 상태에서 캐비티(15)의 표면을 촬영한다.

만일 성형다이(11)와 함께 캐비티(15)의 표면 상태가 정상으로 판정되면, 즉시 도 6처럼 가리개(49)가 하강하여 카메라(46)와 렌즈(47) 및 엘이디(48)를 폐쇄한 뒤에 앞에서 전술한 것처럼 이형제를 분사하게 된다. 따라서 판정에서 가장 중요한 촬영영상의 품질을 유지할 수가 있으므로 검사의 신뢰도를 보장할 수가 있다.

이하, 본 발명에 따른 시스템의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 성형다이(11)가 밀착된 상태에서 캐비티(15)로 용탕이 고압으로 주입된다. 그리고 용탕이 응고되면서 캐비티 형상에 대응하는 주조품이 성형(생산)된다. 그리고 성형다이(11)가 이격되고, 그 사이로 일측 로봇유닛(20)이 배출유닛(30)을 진입시켜 생산된 주조품을 설정한 위치로 배출한다. 이어서 타측 로봇유닛(20)이 보조유닛(40)을 진입시켜 외부로 개방된 검사기(45)가 캐비티(15)의 표면을 촬영하여 정상유무를 판정한다. 만일 정상으로 판정 시, 검사기(45)가 밀폐된 상태에서 이형제를 분사한다. 이형제의 분사가 완료되면, 캐비티(15)로 용탕을 주입하여 주조품을 생산하고, 재차 주조품 배출, 캐비티(15) 검사 및 판정, 이형제 분사 과정을 연속으로 반복한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

N: 노즐 10: 금형유닛
11: 성형다이 15: 캐비티
20: 로봇유닛 21: 아암
22: 작동모터 25: 레일
26: 스크류 27: 이송모터
30: 배출유닛 31: 핑거
35: 회전모터 40: 보조유닛
41: 분무기 42: 연결대
43: 하우징관 43a: 유로
44: 임펠러 45: 검사기
46: 카메라 47: 렌즈
48: 엘이디 49: 가리개
49a: 개폐실린더

Claims (5)

1. 다이캐스팅 시스템에 있어서:
   성형다이의 내면에 성형될 형상의 캐비티가 형성된 금형유닛;
   상기 금형유닛의 주변에 서로 이격된 성형다이 사이를 드나드는 다관절형 아암과, 상기 아암을 설정한 자세와 위치로 전환시키는 복수의 작동모터와, 상기 아암의 하단에 설정한 경로로 배치되는 레일과, 상기 레일을 따라 아암을 주행시키는 스크류와 이송모터를 구비하는 한 쌍의 로봇유닛;
   상기 일측 로봇유닛의 아암에 주조품을 파지하는 핑거와, 상기 핑거의 방향을 전환시키는 회전모터를 구비하는 배출유닛; 및
   상기 타측 로봇유닛의 아암에 캐비티로 이형제를 분사하는 분무기와, 상기 분무기 상에 캐비티를 촬영하는 검사기를 구비하는 보조유닛;을 포함하며,
   상기 분무기는 아암의 일단으로 탈·장착을 유도하는 연결대와, 상기 연결대 상에 내부로 이형제가 유입되어 배출되는 유로가 일체로 형성된 하우징관과, 상기 이형제가 배출되는 유로에 장착되어 이형제를 미립자로 분사하는 노즐과, 상기 하우징관의 중앙에 이형제의 입자를 확산시키는 임펠러를 구비하고,
   상기 검사기는 분무기 상에 캐비티의 표면을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라의 촬영배율을 조절하는 렌즈와, 상기 캐비티로 빛을 조사하는 엘이디와, 분무기 상에 개폐실린더에 의해 승하강 운동하며 카메라와 렌즈 및 엘이디를 외부로부터 개폐시키는 가리개를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 자동화 시스템.
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