KR102071350B1

KR102071350B1 - 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기

Info

Publication number: KR102071350B1
Application number: KR1020190095359A
Authority: KR
Inventors: 최용암; 박노완
Original assignee: (주)대흥정밀산업
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2020-01-30

Abstract

본 발명은, 내용물이 충전되어 있는 용기 상단에 뚜껑을 용접할 때, 피용접물이 정확한 위치와 자세를 취할 수 있게 함은 물론 안정적으로 지지하고 고정시켜 주는 용접용 지그를 구비하여 용기 내부에 충전된 내용물에 전혀 영향을 주지 않으면서 정확한 위치에 안정적으로 용접할 수 있는, 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기를 제공하기 위한 것이다.

Description

내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기 {Welding machine equipped with a jig for welding a lid to a metal container containing contents}

본 발명은 내용물이 충전된 용기에 뚜껑을 용접하는 용접기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내부에 내용물이 충전되어 있는 용기 상단에 뚜껑을 용접할 때 용기가 미리 설정된 정확한 위치에 위치했는가를 판단하여 정확한 위치에 위치할 때만 용접하도록 하는, 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기에 관한 것이다.

일반적으로 용접 방법은 여러 가지가 있는데, 최근 금속소재의 절단 및 용접 등은 스폿용접을 대신하여 공장자동화 및 품질향상 등 여러 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저를 사용하는 용접이 급속히 증가하고 있는 추세이다. 레이저 용접기는 전기를 피용접물에 인가하고 용접헤드를 접촉하여 용접하는 접촉식 스폿 용접과는 달리 비접촉식 고속용접을 달성하고자 하는 것으로, 용접할 때 섬광, 플라즈마 등의 강력한 빛이 발생하게 된다.

예를 들면, 캔형 이차전지와 같이 피용접물이 크기가 크지 않은 금속용기(캔)이고, 금속용기(캔) 내부에 내용물(전극조립체)이 충전되어 있는 상태에서 용기 상부의 개방된 부분에 캡을 위치시키고, 용기의 상단과 캡의 가장자리를 따라 레이저용접을 하게 되는 경우, 피용접물이 미리 정해진 정확한 위치와 자세에서 벗어나 조금이라도 오차가 있거나 용접시 미세한 흔들림이 발생하더라도 용접이 불량하게 될 뿐만 아니라 레이저용접시 발생하는 강력한 레이저 광선이 용기 내부에 충전된 내용물을 손상시키게 되어 제품 불량은 물론 심각한 문제를 야기하게 된다.

이와 같이 용접시 다양한 규격의 피용접물을 견고하게 지지하고 고정시키기 위해 특허등록 제921802호 "레이저 용접기용 지그장치"와 같은 기술이 출현했는데, 상기 특허는 피용접물의 사양이 변할 때마다 틸팅모터의 구동력을 기어유닛에 전달하여 회전축을 회전시켜 클램퍼 가이더와 로케이터 가이더의 자세를 변경함으로써 피용접물의 규제 위치를 가변할 수 있도록 한 것으로, 장치의 구조와 구동방식이 너무 복잡할 뿐만 아니라 소형 피용접물의 자세 및 위치를 신속하고 안정적으로 규제하는 데는 많은 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 상세하게는, 내용물이 충전되어 있는 용기 상단에 뚜껑을 용접할 때, 피용접물이 미리 설정된 정확한 위치에 위치했는가를 판단하여 정확한 위치에 위치할 때만 용접하도록 하고, 미세한 오차가 있더라도 피용접물을 불량으로 판단하여 용접을 하지 않고 제거함으로써, 용기 내부에 충전된 내용물에 전혀 영향을 주지 않으면서 정확하고 안정적인 용접을 하여 피용접물의 제품 신뢰도를 높일 수 있는, 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기는, 판상(板狀)의 제1기준판 상부에서 직선왕복운동 가능하도록 설치되어 피용접물의 상단 부분 3면을 측면에서 각각 지지해 주게 되는 제2 내지 제4푸셔(pusher)가 판상(板狀)의 제1기준판 상부에 설치된 기준지그; 상기 기준지그와 일정 간격 이격되어 설치되며, 판상인 제1플레이트의 상면과 일정 간격 이격되어 제2플레이트가 설치되고, 제2플레이트의 상부에 설치되어 피용접물의 상단 부분 일면을 밀어주게 되는 제1푸셔가 제1실린더와 연결되어 설치되며, 제1플레이트의 하부에 설치된 서보모터로부터 동력을 전달받아 제1실린더의 후단에 설치된 제3플레이트를 전후진시키는 볼스크류가 설치된 가동지그; 상기 기준지그와 가동지그의 하부에 설치되며, 제4실린더의 작동으로 상하로 승강하게 되는 승하강판과, 승하강판의 상부 부분에 설치되어 제3실린더와 연결되어 피용접물의 하면을 받쳐주게 되는 받침부재와, 제4실린더의 상단에 결합되어 제3실린더의 하부를 받쳐주게 되는 고정바가 수평방향으로 설치된 백업부;를 포함하여 구성되어, 상기 백업부의 받침부재 상부에 얹혀진 피용접물이 제4실린더의 작동에 의해 상승하게 되고, 피용접물의 상단 부분 3면이 기준지그에 설치된 제2 내지 제4푸셔에 의해 각각 지지되며, 서보모터의 작동에 의해 제1푸셔가 전진하면서 피용접물을 상단부분 일면을 밀어서 미리 설정된 위치에 정확히 도달한 피용접물만을 용접하게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 기준지그에는 제1기준판 상부와 일정 간격 이격되어 제2기준판이 더 설치되고, 제2기준판의 상면에는 스토퍼가 제2푸셔의 상부에 위치하도록 설치되어, 상기 백업부의 작동에 의해 상승한 피용접물의 상단이 스토퍼에 접촉하게 되면서 일정한 위치에 위치하도록 제어되며, 기준지그에 설치된 제3푸셔는 제2실린더의 작동에 의해 직선운동을 하면서 피용접물의 측면을 지지해 주게 된다.

바람직하게는, 가동지그에 구비된 제2플레이트의 상면에는 제1센서가 더 설치되고, 제3플레이트의 하면에는 제1센서도그가 더 설치되는데, 서보모터의 작동에 의해 제3플레이트가 전진하면서 밀어서 제1실린더와 제1푸셔가 이동하게 되고, 피용접물이 정해진 위치에 도달하여 서보모터의 작동이 멈추는 순간 제1센서도그와 제1센서가 합치(on)할 경우에만 피용접물을 용접하게 된다.

바람직하게는, 승하강판의 측면에는 제2센서가 더 설치되고, 고정바의 일단(一端) 측면에는 제2센서도그가 더 설치되는데, 제4실린더의 작동에 의해 고정바가 상승하면서 밀어서 제3실린더와 받침부재가 상승하게 되고, 피용접물이 정해진 위치에 도달하여 제4실린더의 작동이 멈추는 순간 제2센서도그와 제2센서가 합치(on)할 경우에만 피용접물을 용접하게 된다.

피용접물에 용접을 할 때 거의 로봇에 의한 자동용접을 하게 되는데, 예를 들면, 캔형 이차전지와 같이 금속용기(캔) 내부에 전극조립체가 충전된 상태에서 용기의 상단에 뚜껑을 결합시키기 위하여 레이저용접을 할 때 피용접물의 위치와 자세에 미세한 오차가 있어도 레이저 광선이 용기 내부까지 침투하여 용기 내부에 충전된 내용물을 손상시키게 된다. 본 발명에 따른 금속용기 상단에 뚜껑을 용접하기 위한 용접기는, 용접하기 전에 피용접물이 미리 설정된 정확한 위치에 위치했는가를 판단하여 정확한 위치에 위치할 때만 용접하도록 하고, 미세한 오차가 있더라도 피용접물을 불량으로 판단하여 용접을 하지 않고 용접기에서 빼내서 제거하기 때문에, 용기 내부에 충전된 내용물에 전혀 영향을 주지 않으면서 정확하고 안정적인 용접을 할 수 있으므로 피용접물의 제품 신뢰도를 현저하게 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용접용 지그를 도시한 사시도이다.
도 2a 및 2b는 가동지그의 동작전과 동작후를 각각 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 백업부의 동작전과 동작후를 각각 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 내용물이 충전된 용기 상단에 뚜껑을 용접하기 위한 용접기의 기술적 특징은, 용접하기 전에 피용접물이 미리 설정된 정확한 위치에 위치했는가를 감지하여 피용접물의 이상 유무를 판단하여 피용접물이 정확한 위치에 위치한 것만을 용접하고, 미세한 오차가 있어도 불량으로 판단하여 용접하지 않고 제거함으로써 피용접물 제품의 신뢰도를 현저하게 높였다는 점이다.

내용물이 충전된 금속용기의 상단에 뚜껑을 용접하기 위한 본 발명의 용접기는, 피용접물(40)의 상단 부분 3면을 지지해 주는 기준지그(20)와, 직선왕복운동하면서 피가공물의 나머지 일면을 밀어서 지지해 주는 가동지그(10)와, 피가공물을 승하강시키는 백업부(30)를 구비한 용접용 지그가 장착되어 있다.

기준지그(20)는 위치가 고정되어 있으면서 피용접물의 상단 부분 3면을 측면에서 지지해 주게 되는 제2 내지 제4푸셔(pusher)(22, 23, 24)가 판상(板狀)의 제1기준판(21) 상부에 설치되어 있다. 후술하는 제1푸셔(131)와 대향(對向)하는 위치에 설치된 제2푸셔(22)는 제1기준판(21) 상부에 고정되어 설치되거나 직선왕복운동 할 수 있도록 설치될 수도 있다. 또한, 제3푸셔(23)는 제2실린더(231)의 작동에 의해 직선운동을 하면서 피용접물의 측면을 지지해 주게 되는데, 제3푸셔(23)와 대향하는 위치에 설치된 제4푸셔(24)는 고정되어 설치되거나 제3푸셔(23)와 함께 또는 독립적으로 직선왕복운동 할 수 있게 설치될 수도 있다.

가동지그(10)는 기준지그(20)와 일정 간격 이격되어 설치되어 위치를 이동하면서, 기준지그(20)가 지지해 주고 있는 피용접물의 3면을 제외한 나머지 일면을 지지해 주게 된다. 따라서 피용접물은 제1 내지 제4푸셔(131, 22, 23, 24)가 측면을 가압 지지해 주게 된다. 가동지그(10)에는 판상인 제1플레이트(11)가 설치되고, 제1플레이트(11)의 상면과 일정 간격 이격되어 제2플레이트(13)가 설치되며, 제2플레이트(13)의 상부에는 제3플레이트(15)가 설치되는데, 제2플레이트(13) 상면에는 피용접물의 상단 부분 일면을 밀어주게 되는 제1푸셔(131)가 설치되어 있고, 제1푸셔(131)는 후단에서 제1실린더(132)가 항상 일정한 압력으로 밀어주고 있다.

제1플레이트(11)의 하부에는 서보모터(12)가 설치되어 있는데, 서보모터(12)에서 발생한 동력은 회전축(121)과 전동풀리(122)를 통해 볼스크류(123)으로 전달되게 된다. 도 1에는 회전축(121)과 전동풀리(122)가 벨트로 연결된 구성을 도시했으나, 어떤 동력전달수단을 사용하더라도 상관없으며, 이는 단순한 설계변경 사항이다. 볼스크류(123)는 고정블록(124)을 관통하도록 설치되어 있고, 제2플레이트(13)의 상면과 일정 간격 이격되어 있으면서 고정블록(124) 상단에 제3플레이트(15)가 설치되어 있는데, 서보모터(12)가 구동하면 회전축(121)과 전동풀리(122)를 통해 동력이 볼스크류(123)으로 전달되어, 볼스크류(123)가 회전하여 제3플레이트(15)가 전진하면서 제1실린더(132)의 후단을 밀면, 제1실린더(132)와 함께 제1푸셔(131)가 전진하게 되면서 피용접물을 정해진 위치까지 밀어주게 되며, 피용접물이 미리 설정된 정해진 위치에 도달하면 서보모터(12)는 정지하게 된다.

피용접물의 정확한 위치를 맞추기 위하여 가동지그(10)에 구비된 제2플레이트(13)의 상면에 제1센서(14)를 더 설치하고, 제3플레이트(15)의 하면에는 제1센서도그(151)를 더 설치하는 것이 바람직하다. 서보모터(12)의 작동에 의해 제3플레이트(15)가 전진하면서 밀어서 제1실린더(132)와 제1푸셔(131)가 이동하게 되고, 피용접물이 정해진 위치에 도달하여 서보모터(12)의 작동이 멈추는 순간 제3플레이트(15)에 설치된 제1센서도그(151)와 제2플레이트(13)에 설치된 제1센서(14)가 합치(on)할 경우에는 피용접물에 이상이 없는 것으로 판단하여 용접을 하게 된다. 만일 피용접물이 미리 설정된 위치에 도달하면서 서보모터(12)의 작동이 멈추었는 데도 제1센서도그(151)와 제1센서(14)가 합치(on)되지 않을 경우에는 그 피용접물은 이상이 있는 것으로 판단하여 용접하지 않고 용접기에서 빼내서 제거한다. 피용접물의 용기의 두께나 형상, 또는 뚜껑의 크기에 미세한 차이가 있거나 용기 상단에 뚜껑이 제대로 위치하지 않더라도 제1센서와 제1센서도그가 합치(on)되지 않게 된다. 이와 같이 이상이 있는 피용접물은 용접하지 않고 용접기에서 빼내서 제거하기 때문에 피용접물의 제품 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.

백업부(30)는 피용접물을 상하방향으로 승강시켜 주기 위한 구성으로, 기준지그(20)와 가동지그(10)의 하부에 설치되는데, 백업부(30)는 제4실린더(33)의 작동에 의해 LM 가이드(311) 상을 슬라이딩하면서 상하로 승강하게 되는 판상(板狀)의 승하강판(31)과, 승하강판(31)의 상부 부분에 설치되어 제3실린더(321)와 연결되어 피용접물의 하면을 받쳐주게 되는 받침부재(32)와, 제4실린더(33)의 상단에 결합되어 제3실린더(321)의 하부를 받쳐주게 되는 바(bar) 형상의 고정바(331)가 수평방향으로 설치되어 구성되며, 제3실린더(321)는 받침부재(32)의 하단을 항상 일정한 압력으로 밀어주고 있다. 제4실린더(33)는 베이스부재(도면부호 미지정)에 고정 설치되어 있고, 제4실린더(33)의 작동에 의해 실린더로드가 출몰하면서 백업부(30) 전체의 높이를 조절하게 된다.

이와 같이 구성된 용접기의 용접지그는, 백업부의 받침부재(32) 상부에 얹혀진 피용접물이 제4실린더(33)의 작동에 의해 승하강판(31)과 함께 상승하게 되고, 피용접물의 상단 부분 3면이 기준지그(20)에 설치된 제2 내지 제4푸셔(22, 23, 24)에 의해 각각 지지되며, 서보모터(12)의 작동에 의해 제1푸셔(131)가 전진하면서 상단 부분 3면이 지지된 피용접물의 나머지 일면에 힘을 가하면서 지지하여 피용접물이 미리 정해진 정확한 위치에서 자세가 고정되게 된다.

한편, 피용접물의 지지된 높이를 정확히 제어하기 위하여 기준지그(20)에는 제1기준판(21) 상부와 일정 간격 이격되어 제2기준판(211)이 더 설치되고, 제2기준판(211)의 상면에는 스토퍼(25)가 제2푸셔(22)의 상부에 위치하도록 설치되어, 백업부(30)의 작동에 의해 상승한 피용접물의 상단이 스토퍼(25)에 접촉하게 되면서 일정한 위치에 위치하도록 제어되게 된다. 스토퍼(25)는 제2푸셔(22)의 상부에 위치하면서 제3푸셔(23)와 제4푸셔(24)의 중간 지점에 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다.

피용접물의 정확한 높이를 맞추기 위하여 백업부의 승하강판(31)의 측면에 제2센서(34)를 더 설치하고, 고정바(331)의 일단(一端) 측면에는 제2센서도그(332)를 더 설치하여, 제4실린더(33)의 작동에 의해 고정바(331)가 상승하면서 밀어서 제3실린더(321)와 받침부재(32)가 상승하게 되고, 피용접물이 미리 설정된 위치에 도달하면 제4실린더(33)가 작동을 멈추게 된다. 이때 피용접물이 정해진 위치에 도달하여 제4실린더(33)의 작동이 멈추는 순간 고정바(331)의 일단에 설치된 제2센서도그(332)와 승하강판(31)에 설치된 제2센서(34)가 합치(on)할 경우에는 피용접물에 이상이 없는 것으로 판단하여 용접을 하게 된다. 만일 피용접물이 미리 설정된 위치에 도달하면서 제4실린더(33)의 작동이 멈추었는 데도 제2센서도그(332)와 제2센서(34)가 합치(on)되지 않을 경우에는 그 피용접물은 이상이 있는 것으로 판단하여 용접하지 않고 용접기에서 빼내서 제거한다. 피용접물의 용기의 높이나 크기, 형상 등에 미세한 차이가 있더라도 제2센서와 제2센서도그가 합치(on)되지 않게 된다. 이와 같이 이상이 있는 피용접물은 용접하지 않고 용접기에서 빼내서 제거하기 때문에 피용접물의 제품 신뢰도를 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 가동지그 11 : 제1플레이트
12 : 서보모터 121 : 회전축
122 : 전동풀리 123 : 볼스크류
124 : 고정블록
13 : 제2플레이트 131 : 제1푸셔(pusher)
132 : 제1실린더 14 : 제1센서
15 : 제3플레이트 151 : 제1센서도그
20 : 기준지그 21 : 제1기준판
211 : 제2기준판
22 : 제2푸셔 23 : 제3푸셔
231 : 제2실린더 24 : 제4푸셔
25 : 스토퍼 251 : LM 가이드
30 : 백업부 31 : 승하강판
32 : 받침부재 321 : 제3실린더
33 : 제4실린더 331 : 고정바
332 : 제2센서도그 34 : 제2센서
40 : 피용접물

Claims

판상(板狀)의 제1기준판 상부에서 직선왕복운동 가능하도록 설치되어 피용접물의 상단 부분 3면을 측면에서 각각 지지해 주게 되는 제2 내지 제4푸셔(pusher)가 설치된 기준지그;
상기 기준지그와 일정 간격 이격되어 설치되며, 판상인 제1플레이트의 상면과 일정 간격 이격되어 제2플레이트가 설치되고, 제2플레이트의 상부에 설치되어 피용접물의 상단 부분 일면을 밀어주게 되는 제1푸셔가 제1실린더와 연결되어 설치되며, 제1플레이트의 하부에 설치된 서보모터로부터 동력을 전달받아 제1실린더의 후단에 설치된 제3플레이트를 전후진시키는 볼스크류가 설치된 가동지그;
상기 기준지그와 가동지그의 하부에 설치되며, 제4실린더의 작동으로 상하로 승강하게 되는 승하강판과, 승하강판의 상부 부분에 설치되어 제3실린더와 연결되어 피용접물의 하면을 받쳐주게 되는 받침부재와, 제4실린더의 상단에 결합되어 제3실린더의 하부를 받쳐주게 되는 고정바가 수평방향으로 설치된 백업부;
를 포함하여 구성되어,
상기 백업부의 받침부재 상부에 얹혀진 피용접물이 제4실린더의 작동에 의해 상승한 후, 피용접물의 상단 부분 3면이 기준지그에 설치된 제2 내지 제4푸셔에 의해 각각 지지되며, 서보모터의 작동에 의해 제1푸셔가 전진하면서 피용접물의 상단부분 일면을 밀어서 미리 설정된 위치에 정확히 도달한 피용접물만을 용접하게 되는 것을 특징으로 하는 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기.
제1항에 있어서,
상기 기준지그에는 제1기준판 상부와 일정 간격 이격되어 제2기준판이 더 설치되고, 제2기준판의 상면에는 스토퍼가 제2푸셔의 상부에 위치하도록 설치되어, 상기 백업부의 작동에 의해 상승한 피용접물의 상단이 스토퍼에 접촉하게 되면서 일정한 위치에 위치하도록 제어되며,
상기 기준지그에 설치된 제3푸셔는 제2실린더의 작동에 의해 직선운동을 하면서 피용접물의 측면을 지지해 주게 되는 것을 특징으로 하는 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기.
제1항에 있어서,
상기 가동지그에 구비된 제2플레이트의 상면에는 제1센서가 더 설치되고, 제3플레이트의 하면에는 제1센서도그가 더 설치되며,
상기 서보모터의 작동에 의해 제3플레이트가 전진하면서 밀어서 제1실린더와 제1푸셔가 이동하게 되고, 피용접물이 정해진 위치에 도달하여 서보모터의 작동이 멈추는 순간 제1센서도그와 제1센서가 합치(on)할 경우에만 피용접물을 용접하게 되는 것을 특징으로 하는 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기.
제1항에 있어서,
상기 승하강판의 측면에는 제2센서가 더 설치되고, 고정바의 일단(一端) 측면에는 제2센서도그가 더 설치되며,
상기 제4실린더의 작동에 의해 고정바가 상승하면서 밀어서 제3실린더와 받침부재가 상승하게 되고, 피용접물이 정해진 위치에 도달하여 제4실린더의 작동이 멈추는 순간 제2센서도그와 제2센서가 합치(on)할 경우에만 피용접물을 용접하게 되는 것을 특징으로 하는 내용물이 충전된 금속용기에 뚜껑을 용접하기 위한 지그를 구비한 용접기.