KR102551066B1 - 커플러 체결 장치 및 커플러 자동 체결 시스템 - Google Patents

Abstract

커플러 체결 장치 및 자동 정렬 시스템을 개시한다. 일 실시 예애ㅔ 따른 탱크로리 호스에 연결된 수커플러를 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러에 체결하는 커플러 체결 장치에 있어서, 상기 커플러 체결 장치는 수커플러의 이동경로에 나란하게 배치되는 이동레일; 상기 이동레일을 따라 슬라이딩 가능하게 연결되는 이동부재; 상기 이동부재의 하측에 연결되고, 정렬된 상태의 상기 수커플러를 파지한 상태로 그립위치로부터 체결위치로 이동시켜 상기 암커플러에 체결하기 위한 체결모듈; 및 상기 이동부재 및 체결모듈을 연결하고, 상기 수커플러의 정렬상태가 유지되도록 체결모듈의 위치변화를 실시간으로 보상하는 위치보상모듈을 포함할 수 있다.

Description

커플러 체결 장치 및 커플러 자동 체결 시스템{COUPLER CONNECTING APPARATUS AND COUPLER AUTO CONNECTING SYSTEM COMPRISING THE SAME}

아래의 개시는 커플러 체결 장치 및 커플러 자동 체결 시스템에 관한 것이다.

다양한 종류의 약액이 반도체 제조 공정에 사용되고 있다. 반도체 제조 공정에 사용되는 약액은 대부분이 환경 및 인체에 유해하기 때문에, 모든 공정 단계에서 사용된 약액이 외부로 유출되는 것을 최소화하고, 주의하여 취급할 필요가 있다. 반도체 제조 공정 중 제조 장치에 약액을 공급하는 공정은, 이동 가능한 탱크 로리(Tank lorry)로부터 약액 저장 탱크(chemical storage tank)로 약액을 이송하고, 약액 저장 탱크에서 각 단위 공정이 수행되는 공정 챔버로 약액을 공급하는 방식으로 수행된다.

탱크로리로부터 약액 저장 탱크로 약액을 이송하기 위해 ACQC(automatic clean quick coupler unit, "자동 세정 약품 이송 유닛")라는 중계 유닛을 사용한다. ACQC는 탱크로리와 약액 저장 탱크를 밀폐된 상태로 연결함으로써, 약액 이송 과정에서 약액이 외부에 유출되는 것을 방지하게 된다.

ACQC는 서로 연결되는 한 쌍의 암/수커플러를 포함한다. 일반적으로 약액 저장 탱크의 약액 주입구에는 암커플러가 설치되고, 탱크로리의 공급호스에는 암커플러에 삽입 체결 가능한 수커플러가 설치된다. 수커플러가 암커플러에 체결됨에 따라 탱크로리와 약액 저장 탱크가 밀폐된 상태로 연결되게 된다.

종래에는 ACQC의 수커플러를 사람이 직접 이동시켜 암커플러에 체결하였다. 그러나, 이러한 방식은 체결 과정에서 수커플러의 위치 정렬이 정확하게 수행되지 않은 문제를 야기하였고, 동시에 부정확한 체결로 인해 커플러가 손상되는 문제를 야기하였다. 따라서, ACQC의 암/수 커플러를 정밀하게 체결할 수 있는 장치가 요구되는 실정이다.

일 실시 예에 따른 목적은, 자동화된 커플러 정렬 방식을 구현할 수 있는 커플러 체결 장치 및 커플러 체결 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시 예에 따른 목적은, 커플러의 위치 및 각도를 정렬함으로써, 커플러의 효율적인 체결을 도모할 수 있는 커플러 체결 장치 및 커플러 체결 시스템을 제공하는 것이다.

실시 예에 따른 탱크로리 호스에 연결된 수커플러를 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러에 체결하는 커플러 체결 장치에 있어서, 상기 커플러 체결 장치는 수커플러의 이동경로에 나란하게 배치되는 이동레일; 상기 이동레일을 따라 슬라이딩 가능하게 연결되는 이동부재; 상기 이동부재의 하측에 연결되고, 정렬된 상태의 상기 수커플러를 파지한 상태로 그립위치로부터 체결위치로 이동시켜 상기 암커플러에 체결하기 위한 체결모듈; 및 상기 이동부재 및 체결모듈을 연결하고, 상기 수커플러의 정렬상태가 유지되도록 체결모듈의 위치변화를 실시간으로 보상하는 위치보상모듈을 포함할 수 있다.

상기 체결모듈은, 상기 이동부재의 하측에 연결되고, 상기 수커플러가 배치되기 위한 개방된 중공을 포함하는 지지 프레임; 상기 지지 프레임에 연결되고, 상기 수커플러의 외주면을 파지하여 상기 지지 프레임에 대한 상기 수커플러의 상대적인 위치를 고정하는 제1지지부; 상기 수커플러의 외면을 지지하고, 상기 수커플러의 위치를 상하 방향으로 조절하는 제2지지부를 포함할 수 있다.

상기 제1지지부는 상기 수커플러의 단면 중심을 기준으로, 등각을 이루며 상기 수커플러의 외주면을 각각 지지하는 복수의 고정 클램프를 포함할 수 있다.

상기 고정 클램프 각각은, 클램프 액추에이터; 상기 클램프 액추에이터에 연결되는 연결 링크; 및 상기 연결 링크에 회전 가능하게 연결되고, 상기 클램프 액추에이터의 작동에 따라 상기 수커플러의 외면을 가압하는 접촉부재를 포함할 수 있다.

상기 제2지지부는 상기 수커플러의 단면을 기준으로, 상기 수커플러의 상단 및 하단에 각각 배치되어 상기 수커플러를 가압하는 한 쌍의 그리퍼를 포함할 수 있다.

상기 그리퍼는 상기 수커플러의 외면에 접촉하도록 단부에 구비되고, 압축 가능한 재질로 형성되는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.

상기 위치보상모듈은 지면에 대한 상기 체결모듈의 높이를 조절하는 높이조절부; 상기 체결모듈의 좌우방향 위치를 조절하는 위치조절부; 및 상기 체결모듈의 위치 변화를 검출하여 상기 높이조절부 및 위치조절부의 작동을 제어하는 위치보상부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 탱크로리 호스에 연결된 수커플러와 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러를 체결하기 위한 커플러 자동 체결 시스템에 있어서, 상기 커플러 자동 체결 시스템은 상기 수커플러가 정렬된 상태에서 연결되고, 초기위치로부터 그립위치로 상기 수커플러를 이동시키는 커플러 정렬 장치; 및 상기 그립위치에서 상기 수커플러를 파지하고, 파지된 수커플러를 정렬된 상태로 체결위치까지 이동시켜 상기 암커플러에 체결하는 커플러 체결 장치를 포함하고, 상기 커플러 체결 장치는, 상기 수커플러가 그립위치에 위치한 상태에서, 상기 수커플러가 위치하는 중공을 포함하는 지지 프레임; 상기 지지 프레임에 연결되고, 상기 수커플러의 외주면을 지지하여 상기 지지 프레임에 대한 상기 수커플러의 상대적인 위치를 고정하는 제1지지부; 및 상기 수커플러의 상단 및 하단을 각각 지지하는 제2지지부를 포함할 수 있다.

상기 커플러 체결 장치는 상기 커플러 정렬 장치가 상기 그립위치로 상기 수커플러를 이동시키면, 상기 제1지지부 및 제2지지부를 통해 상기 수커플러를 파지하고, 상기 커플러 정렬 장치 및 상기 수커플러의 연결이 해제되면, 상기 파지된 수커플러를 상기 체결위치로 이동시킬 수 있다.

상기 커플러 체결 장치는 상기 지지 프레임에 연결되는 가이드핀을 더 포함하고, 상기 수커플러가 상기 암커플러에 체결된 상태를 기준으로, 상기 가이드핀은 상기 약액탱크 주입구 쪽 벽면에 형성된 가이드홈에 삽입될 수 있다.

상기 커플러 체결 장치는 상기 암커플러에 대한 상기 수커플러의 체결과정에서, 상기 가이드핀이 상기 가이드홈에 연결되면 상기 수커플러에 대한 상기 제1지지부의 접촉을 해제하고, 상기 암커플러에 대한 상기 수커플러의 체결이 완료되면, 상기 수커플러에 대한 상기 제2지지부의 접촉을 해제할 수 있다.

일 실시 예에 따른 탱크로리 호스에 연결된 수커플러를 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러에 체결하기 위한 커플러 자동 체결방법에 있어서, 상기 커플러 자동 체결방법은 정렬된 상태의 수커플러와 체결되는 컵홀더를 통해 수커플러가 그립위치에 도달하면, 수커플러의 외주면을 지지하는 제1지지부와, 수커플러의 상측 및 하측을 지지하는 제2지지부를 포함하는 커플러 체결 장치를 통해 상기 수커플러를 파지하는 파지 단계; 상기 파지 단계 이후에, 수커플러에 대한 컵홀더의 연결을 해제하는 해제 단계; 상기 해제 단계 이후에, 상기 컵홀더를 상기 수커플러의 전방에서 이탈시키는 이탈 단계; 상기 커플러 체결 장치를 통해 상기 수커플러를 그립 위치로부터 체결위치로 이동시키는 단계; 및 상기 수커플러에 대한 상기 제1지지부 및 제2지지부의 연결을 순차적으로 해제하면서, 상기 수커플러가 상기 암커플러에 체결하는 체결 단계를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치 및 커플러 체결 시스템은, 자동화된 커플러 정렬 방식을 구현할 수 있다.

일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치 및 커플러 체결 시스템은, 커플러의 위치 및 각도를 정렬함으로써, 커플러의 효율적인 체결을 도모할 수 있다.

일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치 및 시스템은, 커플러를 파지하면서도 미세 위치 조정을 위한 자유도를 부여함으로써 커플러 체결 과정에서 손상을 방지할 수 있다.

일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치 및 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 수커플러의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 커플러 안착부의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 커플러 안착부의 작동도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템의 부분 확대도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 커플러 정렬 장치의 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 일 실시 예에 따른 커플러 정렬 장치의 작동과정을 순차적으로 나타내는 작동도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치의 사시도이다.
도 12는 일 실시 예에 따른 클램프 모듈의 사시도이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 클램프 모듈의 정면도이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 위치 보정부의 사시도이다.
도 15 및 도 16은 일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치의 작동과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 수커플러의 사시도이다.

도 1및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템(1)은 약액 공급을 위해 서로 분리된 두 배관을 안전하게 연결하는데 사용될 수 있다. 커플러 자동 체결 시스템(1)은 서로 분리된 두 배관에 각각 연결된 암/수 커플러를 자동으로 체결할 수 있다. 커플러 자동 체결 시스템(1)은 반도체 공정에 사용되는 약액을 탱크로리로부터 공정장치의 약액탱크로 공급하는 ACQC(Automatic clean quick coupler) 유닛에 적용될 수 있다. 예를 들어, 약액을 공급하는 탱크로리의 호스(H) 말단에는 수커플러(M)가 연결되고, 약액을 공급받는 약액탱크의 주입구에는 암커플러(F)가 연결될 수 있다. 이 경우, 일반적으로 수커플러(M)는 암커플러(F)에 삽입되는 방식으로 체결됨으로써, 탱크로리의 호스(H)를 약액탱크의 주입구에 연통시킬 수 있다.

ACQC유닛은 인체 또는 환경에 유해한 약액을 주로 다루기 때문에, 약액의 누출 및 안전사고를 방지할 필요가 있다. 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템(1)은 자동화 방식으로 수커플러(M) 및 암커플러(F)의 체결동작을 수행함으로써 작업자의 위험 노출을 방지하는 동시에, 정밀하고 정확한 체결 공정을 수행함으로써 장비의 손상 및 공정 간 위험 발생을 최소화할 수 있다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템(1)이 ACQC의 수커플러(M)를 암커플러(F)에 체결하는데 사용되는 경우를 중심으로 설명하도록 한다. 다만, 이는 예시를 위한 것으로 커플러 자동 체결 시스템(1)을 통한 체결 공정이 적용이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 도시를 생략하였으나 커플러 자동 체결 시스템(1)은 공정 챔버 내에서 수행될 수 있다. 다시 말하면, 수커플러(M)가 최초로 놓여지는 초기위치로부터 암커플러(F)가 위치한 체결위치까지의 모든 커플러 자동 체결 시스템(1)의 구성들은 공정 챔버 내에서 수행될 수 있다. 초기위치에 대응되는 챔버 부위에는 수커플러(M)가 투입되기 위한 투입구(310)를 포함하는 커플러 안착부(100)가 구비될 수 있다. 이에 대해서는 후술하도록 한다.

커플러 자동 체결 시스템(1)은 수커플러(M)를 암커플러(F)에 체결하기 위한 일렬의 동작을 자동으로 수행할 수 있다. 서로 대응되는 암/수커플러(M), 즉, 동일한 약액을 취급하는 암/수커플러(M)의 경우, 체결 가능하도록 매칭되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이 수커플러(M)는 원통형의 말단을 포함하며, 암커플러(F)는 수커플러(M)의 원통형 말단이 삽입되는 형태로 형성될 수 있다. 수커플러(M)의 장착 표면(220)에는 대응되는 암커플러(F)와 매칭 가능한 키코드(221)가 형성될 수 있으며, 수커플러(M)의 후단에는 원반 형태의 플랜지(230)가 구비될 수 있다. 암커플러(F)에는 주입구를 폐쇄하기 위한 커버모듈(130)이 연결될 수 있다. 커버모듈(130)은 수커플러(M) 및 암커플러(F)가 체결되지 않은 상태에서는 주입구를 폐쇄할 수 있다.

수커플러(M)를 암커플러(F)에 체결하는 과정은 수커플러(M)를 암커플러(F)에 대해 정렬시키고, 정렬된 수커플러(M)를 이동경로를 따라 암커플러(F)를 향해 이동시키는 동작으로 수행될 수 있다.

수커플러(M)를 암커플러(F)에 대해 정렬시키는 과정은, 수커플러(M)의 위치를 암커플러(F)에 체결 가능한 상태로 조절하는 것을 의미한다. 수커플러(M)가 암커플러(F)에 체결 가능한 상태가 되기 위해서는, 수커플러(M)의 중심축이 암커플러(F)의 중심축과 일치하도록 위치가 조절될 필요가 있으며, 동시에 수커플러(M)의 중심축이 기준으로 하는 회전각도를 암커플러(F)에 맞물리는 형태로 회전될 필요가 있다.

수커플러(M)가 암커플러(F)에 대해 정렬된 상태에서, 수커플러(M)가 암커플러(F)를 향하는 이동경로를 따라 병진 이동하면, 수커플러(M)는 최종적으로 암커플러(F)에 삽입되어 체결될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 수커플러(M)가 암커플러(F)를 향해 병진 이동하는 경로를 '이동경로'라고 지칭하도록 한다. 또한, 커플러 자동 체결 시스템(1)을 통해 수커플러(M)의 자동체결이 시작되는 위치를 '초기위치'라 지칭하며, 수커플러(M)가 암커플러(F)에 대해 체결되는 위치를 '체결위치'라 지칭하도록 한다.

커플러 자동 체결 시스템(1)은, 초기위치에 배치되는 커플러 안착부(100), 수커플러(M)를 정렬하고 초기위치로부터 그립위치까지 이동시키는 커플러 정렬 장치(110)와, 수커플러(M)를 그립위치로부터 체결위치까지 이동시키고 암커플러(F)와 체결시키는 커플러 체결 장치(120)를 포함할 수 있다.

도 3은 일 실시 예에 따른 커플러 안착부(100)의 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 커플러 안착부(100)의 작동도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 커플러 자동 체결 시스템(1)의 초기위치에는 커플러 안착부(100)가 설치될 수 있다. 초기위치는 커플러 자동 체결 시스템(1)에 수커플러(M)가 최초로 배치되는 위치로써, 암커플러(F)로부터 분리된 수커플러(M)가 커플러 자동 체결 시스템(1)으로부터 제거되는 위치이기도 하다. 커플러 안착부(100)는 초기위치에 배치되고, 커플러 안착부(100)는 컵홀더(610)에 수커플러(M)가 삽입되는 과정에서 수커플러(M)의 하측을 지지할 수 있다. 커플러 안착부(100)는 챔버 내부로 수커플러(M)를 투입하기 위한 투입구(310), 수커플러(M)가 투입구(310)에 투입되는 과정에서 수커플러(M)의 하측을 지지하는 투입지지부(331), 투입지지부(331)에 힌지 연결되고 플랜지를 지지하는 플랜지지지부(332)를 포함할 수 있다. 도 4와 같이, 플랜지지지부(332)는 커플러 안착부(100)에 수커플러(M)가 안착되는 과정에서는 투입지지부(331)에 대해 접혀짐으로써 수커플러(M)의 안착을 용이하게 하고, 커플러 안착부(100)에 수커플러(M)가 안착된 상태에서는 상단이 투입지지부(331)의 상단과 동일한 높이를 가지도록 펼쳐짐으로써 수커플러(M)를 투입구(310)(300) 방향으로 쉽게 이동시킬 수 있다. 플랜지지지부(332)에는 호스의 이동을 보조하기 위한 롤러(340)가 구비될 수 있다.

수커플러(M)는 초기위치에 위치한 커플러 정렬 장치(110)와 체결되면서 투입구(310)를 통과할 수 있다.

도 5는 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결 시스템의 부분 확대도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 커플러 정렬 장치(110)의 사시도이고, 도 7 내지 도 10은 일 실시 예에 따른 커플러 정렬 장치(110)의 작동과정을 순차적으로 나타내는 작동도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 커플러 정렬 장치(110)는 초기위치에서 수커플러(M)와 정렬된 상태로 체결되고, 체결된 수커플러(M)를 커플러 체결 장치(120)가 위치한 그립 위치까지 이동시킬 수 있다. 커플러 정렬 장치(110)는, 컵홀더(610), 로킹부(650), 가이드레일(640), 가이드부(630), 및 회전부(620)를 포함할 수 있다.

컵홀더(610)는 수커플러(M)와 체결될 수 있다. 컵홀더(610)는 수커플러(M)의 이동경로, 다시 말해 수커플러(M) 및 암커플러(F) 사이에 선택적으로 배치될 수 있다. 컵 홀더는 수커플러(M)가 암커플러(F)에 체결 가능하도록 정렬된 상태에서 수커플러(M)와 체결될 수 있다. 예를 들어, 컵홀더(610)에는 수커플러(M)가 정렬된 상태에서만 삽입되는 삽입구(611)가 형성될 수 있다. 컵홀더(610)가 초기위치에 위치한 상태에서, 삽입구(611)의 중심축은 암커플러(F)의 중심축과 일치할 수 있다. 즉, 수커플러(M)가 컵홀더(610)의 삽입구(611)에 삽입 가능한 상태라면, 수커플러(M)는 암커플러(F)에 대해 위치가 정렬된 것으로 이해할 수 있다.

삽입구(611)는 수커플러(M)에 대해 맞춤 결합이 가능하도록 수커플러(M)의 외주면에 대응되는 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 수커플러(M)는 도 2와 같이 전방 단부로부터 후방을 향할수록 단면적이 다단으로 커지게 형성될 수 있는데, 삽입구(611)에 수커플러(M)가 삽입되는 방향을 기준으로, 삽입구(611)는 내측을 향할수록 단면적이 다단으로 좁아지게 형성될 수 있다. 이 경우, 컵홀더(610)의 삽입구(611)에 수커플러(M)가 단계적으로 삽입되면서 삽입구(611)에 대한 수커플러(M)의 좌우 및 높이방향 위치가 올바르게 정렬될 수 있다.

동시에, 수커플러(M)는 암커플러(F)에 대한 각도가 정렬된 상태에서만 컵홀더(610)에 체결될 수 있다. 수커플러(M)의 외주면에는 하나 이상의 키코드(221)가 형성되는데, 컵홀더(610)는 수커플러(M)의 각도가 정렬된 상태에서만 상기 키코드(221)와 맞물리도록 삽입구(611)의 내주면에 형성되는 키코드 매칭부(612)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 6과 같이 수커플러(M)의 외주면에는 삽입방향을 따라 형성되는 슬롯 형태의 키코드(도 2, 221)가 형성되고, 컵홀더(610)의 삽입구(611) 내주면에는 키코드(221)에 맞물리는 돌기 형태의 키코드 매칭부(612)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 키코드(221) 및 키코드 매칭부(612)는 서로 맞물리는 형상으로 형성될 뿐만 아니라, 수커플러(M)의 외주면 및 삽입홈의 내주면의 대응되는 위치별로 복수개가 형성될 수도 있다. 따라서, 키코드(221)와 키코드 매칭부(612)의 형태가 서로 상이하거나, 서로 맞물리지 않는 경우에는 삽입홈에 수커플러(M)가 삽입되지 않으므로, 삽입홈에 수커플러(M)가 오정렬된 상태로 체결되는 것을 방지할 수 있다.

로킹부(650)는 수커플러(M)가 삽입구(611)에 삽입된 상태에서, 컵홀더(610)에 수커플러(M)를 고정시킬 수 있다. 로킹부(650)는 컵홀더(610)는 삽입구(611)에 삽입된 수커플러(M)를 이동경로를 따라 초기위치로부터 그립위치로 이동시키는 과정에서 수커플러(M)가 삽입홈으로부터 분리되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 로킹부(650)는, 로킹 액추에이터(653)와, 로킹 액추에이터(653)의 작동에 따라 움직이는 로킹부재(651)를 포함할 수 있다. 이 경우, 로킹부재(651)는 삽입구(611)의 단면을 기준으로, 삽입구(611)의 외측으로부터 내측으로 움직일 수 있다.

수커플러(M)가 삽입구(611)에 삽입된 상태에서 로킹부(650)가 수커플러(M)를 컵홀더(610)에 고정시키도록 작동하는 경우, 로킹부재(651)는 액추에이터(660)의 작동에 따라 도 7과 같이 삽입구(611)의 내측 단면방향으로 움직이면서 수커플러(M)의 외면을 파지할 수 있다. 반면, 로킹부(650)가 수커플러(M)의 고정을 해제하도록 작동하면, 로킹부재(651)는 삽입구(611)의 외측으로 움직이면서 수커플러(M)와의 접촉을 해제할 수 있다.

이러한 로킹부(650)의 작동은 자동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 커플러 정렬 장치(110)는 삽입구(611)에 대한 수커플러(M)의 삽입여부를 검출하는 센서(미도시)를 더 포함하고, 로킹부(650)는 센서의 검출 신호에 따라 수커플러(M)의 파지 동작 수행 여부를 결정할 수 있다.

로킹부(650)는 초기위치에서 컵홀더(610)의 삽입구(611)에 수커플러(M)가 삽입되면 컵홀더(610)에 대해 수커플러(M)를 고정시키고, 그립위치에 대한 로킹부(650)의 이동이 완료되면 컵홀더(610)에 대한 수커플러(M)의 고정을 자동으로 해제할 수 있다.

가이드레일(640)은 수커플러(M)의 이동경로 외측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 가이드레일(640)은 수커플러(M)가 이동하는 이동경로와 나란한 제1라인을 따라 배치될 수 있다. 가이드레일(640)에는 가이드부(630)가 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 가이드부(630)는 액추에이터의 작동을 통해 가이드레일(640)을 따라 병진이동할 수 있다.

회전부(620)는 회전작동을 통해 컵홀더(610)를 수커플러(M)의 이동경로상에 위치시키거나 수커플러(M)의 이동경로로부터 이탈시킬 수 있다. 회전부(620)의 일측은 지면에 수직한 축을 중심으로 가이드부(630)에 대해 회동 가능하게 연결되고, 타측은 컵홀더(610)에 연결될 수 있다. 회전부(620)는 회전 액추에이터의 작동을 통해 회전 작동함으로써, 컵홀더(610)를 수커플러(M)의 이동경로 상에 선택적으로 위치시킬 수 있다.

도 7 내지 도 10을 참조하면, 커플러 정렬 장치(110)는 초기위치로부터 그립위치까지의 수커플러(M) 이동 동작을 완료한 이후에, 커플러 체결 장치(120)를 통한 수커플러(M)의 이동 동작을 방해하지 않도록 일렬의 단계를 거칠 수 있다.

도 7과 같이, 초기위치에서 컵홀더(610)에 수커플러(M)가 삽입되면 로킹부(650)는 컵홀더(610)에 수커플러(M)를 고정시키고, 컵홀더(610)는 가이드부(630)의 이동에 따라 이동경로를 따라 이동하면서 수커플러(M)를 초기위치에서 그립위치로 이동시킬 수 있다.

도 8과 같이 수커플러(M)가 그립위치에 도달하면, 수커플러(M)는 커플러 체결 장치(120)에 의해 파지될 수 있다. 커플러 체결 장치(120)가 수커플러(M)를 파지하면, 로킹부(650)는 컵홀더(610)에 대한 수커플러(M)의 고정상태를 해제하도록 작동할 수 있다.

수커플러(M)는 커플러 체결 장치(120)에 의해 파지된 상태로 체결위치까지 이동해야 하므로, 컵홀더(610)는 수커플러(M)의 이동경로에서 이탈할 필요가 있다. 커플러 정렬장치는, 도 9와 같이, 그립위치에서 컵홀더(610)에 대한 수커플러(M)의 고정이 해제되면 가이드부(630)의 작동을 통해 수커플러(M)가 삽입홈에서 분리되도록 컵홀더(610)를 수커플러(M)의 전방으로 병진이동시킬 수 있다.

수커플러(M)가 삽입홈에서 분리되면, 커플러 졍렬장치는 회전부(620)의 작동을 통해 컵홀더(610)를 수커플러(M)의 이동경로, 다시 말해, 수커플러(M) 및 암커플러(F) 사이로부터 이탈시킬 수 있다.

컵홀더(610)가 이동경로에서 제거된 이후, 커플러 체결 장치(120)는 수커플러(M)를 그립위치로부터 체결위치로 이동시키고, 암커플러(F)에 체결할 수 있다.

도 11은 일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치(120)의 사시도이고, 도 12는 일 실시 예에 따른 클램프 모듈의 사시도이며, 도 13은 일 실시 예에 따른 클램프 모듈의 정면도이고, 도 14는 일 실시 예에 따른 위치 보정부의 사시도이다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 커플러 체결 장치(120)는 이동레일(1110), 이동부재(1120), 체결모듈(1130) 및 위치보상모듈(1210)을 포함할 수 있다.

이동레일(1110)은 수커플러(M)의 이동경로에 나란하게 배치될 수 있다. 이동부재(1120)는 이동레일(1110)의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능하게 연결될 수 있다. 이동부재(1120)는 이동 액추에이터에 의해 이동레일(1110)을 따라 병진운동 할 수 있다.

체결모듈(1130)은 이동부재(1120)의 하측에 연결되며, 그립위치에서 정렬된 상태의 수커플러(M)를 파지하고, 이동부재(1120)의 이동에 따라 파지된 수커플러(M)를 체결위치로 이동시켜 암커플러(F)에 체결할 수 있다. 체결모듈(1130)은 지지 프레임, 제1지지부, 제2지지부(1230), 가이드핀(1510)을 포함할 수 있다.

지지 프레임은 이동부재(1120)의 하측에 연결될 수 있다. 지지 프레임은 그립위치로 이송된 수커플러(M)의 둘레를 감쌀 수 있다. 지지 프레임은 중앙에 형성되는 개방된 중공을 포함하는데, 중공에는 그립위치로 이송된 수커플러(M)가 위치할 수 있다.

제1지지부는 중공에 수커플러(M)가 위치한 상태에서, 수커플러(M)의 외주면을 파지하여 지지 프레임에 대한 수커플러(M)의 상대적인 위치를 고정할 수 있다. 제1지지부는 일측은 지지 프레임에 연결되고 타측은 수커플러(M)의 외주면에 접촉되는 복수의 고정 클램프(1220)를 포함할 수 있다. 복수의 고정 클램프(1220)는 수커플러(M)의 단면 중심을 기준으로, 등각을 이루며 수커플러(M)의 외주면을 각각 지지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 고정 클램프(1220)는 수커플러(M)의 중심을 원점으로 하는 좌표계의 사분면(quradrant)에 각각 배치될 수 있는데, 이 경우, 고정 클램프(1220)는 4개로 구비되고 수커플러(M)의 단면 중심을 기준으로 90도의 각을 두고 배치될 수 있다.

고정 클램프(1220)는 클램프 액추에이터(1223), 연결 링크(1222) 및 접촉부재(1221)를 포함할 수 있다. 클램프 액추에이터(1223)는 고정 클램프(1220)의 작동을 위한 동력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 클램프 액추에이터(1223)는 길이 방향으로 길이가 조절되는 유압실린더일 수 있다.

연결 링크(1222)는 클램프 액추에이터(1223)에 연결될 수 있다. 접촉부재(1221)는 연결 링크(1222)에 회전 가능하게 연결되고, 클램프 액추에이터(1223)의 작동에 따라 수커플러(M)의 외면을 가압할 수 있다.

제2지지부(1230)는 수커플러(M)의 외면 상하를 지지하고, 수커플러(M)의 위치를 상하 방향으로 조절할 수 있다. 제2지지부(1230)는 수커플러(M)의 단면을 기준으로, 상단 및 하단에 각각 배치되어 수커플러(M)를 상하방향으로 가압하는 한 쌍의 그리퍼(1232)를 포함할 수 있다. 각각의 그리퍼(1232)는 수직 액추에이터와 연결되어 수직 방향으로 이동할 수 있는데, 수커플러(M) 외면에 접하는 그리퍼(1232)의 단부에는 압축 가능한 재질로 형성되는 탄성부재(1231)가 구비될 수 있다. 탄성부재(1231)는 압축을 통해 그리퍼(1232)를 통한 수커플러(M)의 수직 위치를 미세하게 조절할 수 있다.

이와 같은 구조에 의하면, 암/수 커플러가 체결되는 과정에서, 커플러 편심에 따른 스트레스가 수커플러(M)에 작용하는 것을 완화시킬 수 있다. 즉, 그리퍼(1232)는 수커플러(M)의 위치를 정렬한 상태에서 암커플러(F)에 체결하는 경우, 수커플러(M) 및 암커플러(F)의 수직 위치의 편심에 따른 스트레스 발생을 방지할 수 있다.

위치보상모듈(1210)은 이동부재(1120) 및 체결모듈(1130)을 연결하고, 수커플러(M)의 정렬상태가 유지되도록 체결모듈(1130)의 위치변화를 실시간으로 보상할 수 있다. 커플러 체결 모듈이 수커플러(M)를 파지한 상태로 이동하는 경우, 수커플러(M)와 연결된 호스(H)에 가해지는 무게 변화로 인해 기구적인 틀어짐이 발생할 수 있다. 위치보상모듈(1210)은 하중변화로 인한 체결 모듈의 높이 방향 위치 및, 좌우 방향 위치를 실시간으로 보정함으로써, 체결모듈(1130)이 수커플러(M)를 파지한 상태로 이동하는 과정에서 수커플러(M)의 정렬 위치가 변화하는 것을 방지할 수 있다.

위치보상모듈(1210)은 이동부재(1120)에 연결되는 고정부(1211)와, 고정부(1211)에 연결되고 지면에 대한 체결모듈(1130)의 높이를 조절하는 높이조절부(1212)와, 고정부(1211)에 대해, 체결모듈(1130)의 좌우방향 위치를 조절하는 위치조절부(1213)를 포함할 수 있다. 높이조절부(1212)는 고정부(1211)에 대한 위치조절부(1213)의 이격된 간격을 조절할 수 있다. 예를 들어, 높이조절부(1212)는 높이방향(Z축)으로 피스톤 작동할 수 있다.

위치조절부(1213)는 고정부(1211)에 대해 좌우방향(도14의 X축방향)으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 위치조절부(1213)는 좌우방향으로 배치되는 스프링에 연결됨으로 수커플러(M)가 암커플러(F)에 체결되는 과정에서, 체결모듈(1130)의 좌우방향 위치를 미세하게 조절할 수 있다.

위치보상모듈(1210)은 체결모듈(1130)의 위치 변화를 검출하여 높이조절부 및 위치조절부의 작동을 제어하는 위치보상부(미도시)를 포함할 수 있다.

도 15 및 도 16은 일 실시 예에 따른 커플러 체결 장치(120)의 작동과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 커플러 정렬 장치(110)가 상기 그립위치로 상기 수커플러(M)를 이동시키면, 상기 제1지지부 및 제2지지부(1230)를 통해 상기 수커플러(M)를 파지하고, 상기 커플러 정렬 장치(110) 및 상기 수커플러(M)의 연결이 해제되면, 상기 파지된 수커플러(M)를 상기 체결위치로 이동시킬 수 있다.

한편, 암커플러(F)가 설치된 약액탱크 주입구 쪽 벽면에는 가이드홈(1520)이 형성되고, 커플러 체결 장치(120)는 지지 프레임에 연결되는 가이드 핀을 포함할 수 있다. 수커플러(M) 및 암커플러(F)가 체결된 상태를 기준으로, 가이드핀(1510)은 가이드홈(1520)에 삽입되는 위치 관계를 가질 수 있다. 따라서, 커플러 체결 장치(120)는 가이드홈(1520)에 대한 가이드핀(1510)의 삽입동작을 통해, 암커플러(F)에 대한 수커플러(M)의 체결을 정밀하게 가이드하면서 수커플러(M)의 수직위치를 미세 조절할 수 있다.

이 경우, 상기 커플러 체결 장치(120)는 상기 암커플러(F)에 대한 상기 수커플러(M)의 체결과정에서, 상기 가이드핀(1510)이 상기 가이드홈(1520)에 연결되면 상기 수커플러(M)에 대한 상기 제1지지부의 접촉을 해제하고, 상기 암커플러(F)에 대한 상기 수커플러(M)의 체결이 완료되면, 상기 수커플러(M)에 대한 상기 제2지지부(1230)의 접촉을 해제하도록 작동할 수 있다. 제2지지부(1230)는 수커플러(M)의 수직위치에 대한 미세조절이 가능하기 때문에, 커플러 체결 장치(120)는 수커플러(M)를 암커플러(F)에 체결하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 오정렬에 기한 커플러의 손상을 최소화할 수 있다.

이하에서는, 일 실시 예에 따른 커플러 자동 체결방법에 대해 설명하도록 한다. 커플러 자동 체결방법을 설명함에 있어서, 앞서 설명한 기재와 중복되는 기재는 별다른 언급이 없는 한 동일한 것으로 이해하도록 한다.

커플러 자동 체결방법은 탱크로리 호스에 연결된 수커플러를 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러에 체결할 수 있다. 커플러 자동 체결방법은 초기위치에서 컵홀더에 수커플러를 정렬하는 정렬 단계, 컵홀더에 수커플러를 삽입 고정시키는 로킹 단계, 컵홀더를 초기위치로부터 커플러 체결 장치가 위치한 그립위치까지 이동시키는 이동 단계, 커플러 체결 장치를 통해 수커플러를 파지하는 파지 단계, 수커플러를 커플러 체결 장치에 인계한 이후에 컵홀더에 대한 수커플러의 고정상태를 해제하는 해제 단계, 컵홀더로부터 수커플러를 분리하는 분리 단계, 수커플러의 전방에서 컵홀더를 이탈시키는 이탈 단계, 그립위치에서 체결위치로 수커플러를 이동시키는 단계 및, 수커플러를 암커플러에 체결하는 체결 단계를 포함할 수 있다.

정렬 단계는 컵홀더에 대한 상기 수커플러의 위치 및 각도 조절을 통해 상기 컵홀더에 상기 수커플러를 정렬할 수 있다.

로킹 단계는 초기위치에서 정렬된 수커플러가 컵홀더에 삽입되면, 컵홀더에 연결된 로킹부를 통해 수커플러의 외면을 파지하여 컵홀더에 대한 수커플러의 삽입상태를 고정할 수 있다.

이동 단계는 컵홀더를 통해 수커플러를 초위치로부터 그립위치로 이동시킬 수 있다.

파지 단계는 정렬된 상태의 수커플러와 체결되는 컵홀더를 통해 수커플러가 그립위치에 도달하면, 수커플러의 외주면을 지지하는 제1지지부와, 수커플러의 상측 및 하측을 지지하는 제2지지부를 포함하는 커플러 체결 장치를 통해 수커플러를 파지할 수 있다.

해제 단계는 커플러 체결 장치가 상기 수커플러를 클램핑하면, 상기 수커플러에 대한 로킹부의 파지 상태를 해제할 수 있다.

분리 단계는 해제 단계 이후에 상기 컵홀더를 수커플러의 전방으로 이동시켜 상기 삽입홈으로부터 수커플러를 분리할 수 있다.

이탈 단계는 분리 단계 이후에, 상기 컵홀더를 수커플러의 전방에서 이탈시킬 수 있다.

이후, 커플러 체결 장치를 통해 수커플러를 그립위치에서 체결위치로 수커플러를 이동시키는 단계와, 수커플러에 대한 제1지지부 및 제2지지부의 연결을 순차적으로 해제하면서, 상기 수커플러가 상기 암커플러에 체결하는 체결 단계가 수행될 수 있다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

1: 커플러 자동 체결 시스템
100: 커플러 안착부
110: 커플러 정렬 장치
120: 커플러 체결 장치

Claims (13)

1. 탱크로리 호스에 연결된 수커플러를 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러에 체결하는 커플러 체결 장치에 있어서,
   수커플러의 이동경로에 나란하게 배치되는 이동레일;
   상기 이동레일을 따라 슬라이딩 가능하게 연결되는 이동부재;
   상기 이동부재의 하측에 연결되고, 정렬된 상태의 상기 수커플러를 파지한 상태로 그립위치로부터 체결위치로 이동시켜 상기 암커플러에 체결하기 위한 체결모듈; 및
   상기 이동부재 및 체결모듈을 연결하고, 상기 수커플러의 정렬상태가 유지되도록 체결모듈의 위치변화를 실시간으로 보상하는 위치보상모듈을 포함하고,
   상기 체결 모듈은 상기 수커플러의 위치를 상하 방향으로 조절하는 제2지지부를 포함하고,
   상기 제2지지부는,
   상기 수커플러의 단면을 기준으로,
   상기 수커플러의 상단 및 하단에 각각 배치되어 상기 수커플러를 가압하는 한 쌍의 그리퍼를 포함하는, 커플러 체결 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 체결모듈은,
   상기 이동부재의 하측에 연결되고, 상기 수커플러가 배치되기 위한 개방된 중공을 포함하는 지지 프레임; 및
   상기 지지 프레임에 연결되고, 상기 수커플러의 외주면을 파지하여 상기 지지 프레임에 대한 상기 수커플러의 상대적인 위치를 고정하는 제1지지부를 더 포함하는, 커플러 체결 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1지지부는
   상기 수커플러의 단면 중심을 기준으로, 등각을 이루며 상기 수커플러의 외주면을 각각 지지하는 복수의 고정 클램프를 포함하는, 커플러 체결 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고정 클램프 각각은,
   클램프 액추에이터;
   상기 클램프 액추에이터에 연결되는 연결 링크; 및
   상기 연결 링크에 회전 가능하게 연결되고, 상기 클램프 액추에이터의 작동에 따라 상기 수커플러의 외면을 가압하는 접촉부재를 포함하는, 커플러 체결 장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 그리퍼는,
   상기 수커플러의 외면에 접촉하도록 단부에 구비되고, 압축 가능한 재질로 형성되는 탄성부재를 더 포함하는, 커플러 체결 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 위치보상모듈은,
   지면에 대한 상기 체결모듈의 높이를 조절하는 높이조절부; 및
   상기 체결모듈의 위치 변화를 검출하여 상기 높이조절부 및 위치조절부의 작동을 제어하는 위치보상부를 포함하는, 커플러 체결 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 위치보상모듈은,
   상기 체결모듈의 위치를 상기 이동경로에 수직하고, 지면에 평행한 좌우방향으로 조절하는 위치조절부를 더 포함하는, 커플러 체결 장치.
9. 탱크로리 호스에 연결된 수커플러와 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러를 체결하기 위한 커플러 자동 체결 시스템에 있어서,
   상기 수커플러가 정렬된 상태에서 연결되고, 초기위치로부터 그립위치로 상기 수커플러를 이동시키는 커플러 정렬 장치; 및
   상기 그립위치에서 상기 수커플러를 파지하고, 파지된 수커플러를 정렬된 상태로 체결위치까지 이동시켜 상기 암커플러에 체결하는 커플러 체결 장치를 포함하고,
   상기 커플러 체결 장치는,
   상기 수커플러가 그립위치에 위치한 상태에서, 상기 수커플러가 위치하는 중공을 포함하는 지지 프레임;
   상기 지지 프레임에 연결되고, 상기 수커플러의 외주면을 지지하여 상기 지지 프레임에 대한 상기 수커플러의 상대적인 위치를 고정하는 제1지지부; 및
   상기 수커플러의 상단 및 하단을 각각 지지하는 제2지지부를 포함하는, 커플러 체결 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 커플러 체결 장치는,
    상기 커플러 정렬 장치가 상기 그립위치로 상기 수커플러를 이동시키면, 상기 제1지지부 및 제2지지부를 통해 상기 수커플러를 파지하고,
    상기 커플러 정렬 장치 및 상기 수커플러의 연결이 해제되면, 상기 파지된 수커플러를 상기 체결위치로 이동시키는, 커플러 체결 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 커플러 체결 장치는,
    상기 지지 프레임에 연결되는 가이드핀을 더 포함하고,
    상기 수커플러가 상기 암커플러에 체결된 상태를 기준으로, 상기 가이드핀은 상기 약액탱크 주입구 쪽 벽면에 형성된 가이드홈에 삽입되는, 커플러 체결 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 커플러 체결 장치는,
    상기 암커플러에 대한 상기 수커플러의 체결과정에서,
    상기 가이드핀이 상기 가이드홈에 연결되면 상기 수커플러에 대한 상기 제1지지부의 접촉을 해제하고,
    상기 암커플러에 대한 상기 수커플러의 체결이 완료되면, 상기 수커플러에 대한 상기 제2지지부의 접촉을 해제하는, 커플러 체결 장치.
13. 탱크로리 호스에 연결된 수커플러를 약액탱크 주입구에 연결된 암커플러에 체결하기 위한 커플러 자동 체결방법에 있어서,
    정렬된 상태의 수커플러와 체결되는 컵홀더를 통해 수커플러가 그립위치에 도달하면, 수커플러의 외주면을 지지하는 제1지지부와, 수커플러의 상측 및 하측을 지지하는 제2지지부를 포함하는 커플러 체결 장치를 통해 상기 수커플러를 파지하는 파지 단계;
    상기 파지 단계 이후에, 수커플러에 대한 컵홀더의 연결을 해제하는 해제 단계;
    상기 해제 단계 이후에, 상기 컵홀더를 상기 수커플러의 전방에서 이탈시키는 이탈 단계;
    상기 커플러 체결 장치를 통해 상기 수커플러를 그립 위치로부터 체결위치로 이동시키는 단계; 및
    상기 수커플러에 대한 상기 제1지지부 및 제2지지부의 연결을 순차적으로 해제하면서, 상기 수커플러가 상기 암커플러에 체결하는 체결 단계를 포함하는, 커플러 자동 체결방법.
    

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