KR102676547B1 - 부착 패드를 형성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

시트 재료 상에 부착 패드를 형성하기 위한 도구가, 하우징 상에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위한 작동 축을 한정하는 앤빌을 포함한다. 슬라이드 블록이, 적어도 작동 축을 따르는 이동을 위해 하우징 상에 지지되며, 그리고 다이 블록이, 슬라이드 블록 반대편에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하도록 작동 축을 따르는 방향으로 이동 가능하다. 하우징 상의 적어도 하나의 액추에이터가, 다이 블록을 향한 방향으로 슬라이드 블록을 편향시킨다. 액추에이터는, 슬라이드 블록이 다이 블록을 향해 그리고 다이 블록으로부터 멀어지게 이동 가능한 제1 모드에서, 그리고 슬라이드 블록이 다이 블록으로부터 멀어지는 방향으로의 이동에 대해 잠금 고정되는 제2 모드에서 작동 가능하다. 선택적으로 조절 가능한 균형유지 장치가, 액추에이터에 의해 슬라이드 블록에 가해지는 힘과 균형을 유지하기 위해, 액추에이터와 협력한다.

Description

부착 패드를 형성하기 위한 장치 및 방법

관련 출원의 상호 참조

본 출원은, 그의 개시가 전체적으로 참조로 본 명세서에 통합되는, 2021년 5월 20일 출원된(출원 계속 중), 미국 특허출원번호 제17/325,554호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.

기술 분야

본 발명은, 개괄적으로, 구성요소들의 자동화된 조립에, 더욱 구체적으로, 조립체의 구성 부품들의 결합을 용이하게 하기 위한 패드들을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

로봇 조작기들 및 다른 컴퓨터-제어 기계들이, 최종 제품으로의 구성 부품들의 조립을 자동화하기 위해 점증적으로 사용되고 있다. 비-제한적인 예로서, 자동차의 제조는, 통상적으로, 자동화된 기계에 의해 수행되는 증가하는 수의 조립 프로세스들 및 작업들을 구비하는, 조립 라인들을 사용하여 달성된다. 사보이(Savoy)에게 허여된 미국 특허 제7,117,706호는, 자동화된 조립 도중에 패널들에 구성 부품들을 결합하는 것을 용이하게 하기 위해, 자동차 몸체 패널들과 같은, 시트 재료 내에 부착 패드들을 형성하기 위한, 다축 산업용 로봇 조작기 상에 지지될 수 있는, 도구를 개시한다. 미국 특허 제7,117,706호에 개시된 도구가 시트 재료 내에서의 패드의 형성을 크게 용이하게 하지만, 도구 및 그의 작동의 다양한 양태들이, 개선될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제7,117,706호에 개시된 도구는, 로봇 조작기에 의해 지탱되는 도구의 자세(배향 및 위치)가 변화함에 따라, 도구의 슬라이드 블록 상에서 균일한 편향력을 유지하지 못한다. 따라서, 시트 재료 상의 다양한 표적 지점들 상에 도달하기 위한 로봇에 의한 도구의 관절은, 일반적으로, 슬라이드 블록에 가해지는 광범위한 편향력을 야기한다.

이전의 도구는 또한, 패드가 형성된 이후에 시트 재료 내에서 일어날 수 있는 "스프링 백(spring back)"을 고려하지 않을 뿐만 아니라, 도구는, 패드가 형성되는 개소 둘레의 시트 재료의 영역에 대한 지지를 제공하지 않으며, 그로 인해 시트 재료의 원치 않는 변형 또는 만곡이 발생할 수 있을 것이다. 미국 특허 제7,117,706호에 개시된 도구는 또한, 패드가 그에 형성될 유입 시트 재료의 평면 외 배향(off plane orientation)을 충분히 수용하지 않는다. 슬라이드 블록에 대해 시트 재료를 반복적으로 그리고 정확하게 위치시키기 위한 도구의 능력, 또한, 형성될 패드의 표적 높이의 미세 조절을 그로 인해 가능하게 하도록, 개선될 수 있을 것이다. 따라서, 통상적인 패드 형성 장치들의 이러한 그리고 다른 단점들을 극복하는, 시트 재료 내에 패드들을 형성하기 위한 개선된 도구 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은, 구성 부품들을 결합하는 것을 용이하게 하기 위해 시트 재료 내에 패드들을 형성하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 특정 실시예들과 관련하여 설명될 것이지만, 본 발명은 이러한 실시예들로 제한되지 않는다는 것이, 이해될 것이다. 대조적으로, 본 발명은, 본 개시의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 것으로서, 모든 대안예들, 수정예들, 및 균등물들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하기 위한 도구가, 하우징 상에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위한 작동 축을 한정하는, 앤빌(anvil)을 포함한다. 슬라이드 블록이, 적어도 작동 축을 따르는 이동을 위해 하우징 상에 지지되며, 그리고 다이 블록이, 슬라이드 블록 반대편에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하도록 작동 축을 따르는 방향으로 이동 가능하다. 하우징 상의 적어도 하나의 액추에이터가, 다이 블록을 향한 방향으로 슬라이드 블록을 편향시킨다. 액추에이터는, 슬라이드 블록이 다이 블록을 향해 그리고 다이 블록으로부터 멀어지게 이동 가능한 제1 모드에서, 그리고 슬라이드 블록이 다이 블록으로부터 멀어지는 방향으로의 이동에 대해 잠금 고정되는 제2 모드에서 작동 가능하다. 선택적으로 조절 가능한 균형유지 장치가, 액추에이터에 의해 슬라이드 블록에 가해지는 힘과 균형을 유지하기 위해, 액추에이터와 협력한다. 하나의 양태에서, 균형유지 장치의 균형유지력이, 도구의 자세에 기초하여 조절 가능할 수 있을 것이다. 다른 양태에서, 균형유지력은, 슬라이드 블록에 의해 시트 재료에 가해질 수 있는, 사전 결정된 힘 한계에 기초하여 조절 가능할 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 시트 재료 내에 부착 패드를 형성하기 위한 예시적인 도구가, 추가로, 하우징 상에 지지되며 그리고, 하우징에 대한 슬라이드 블록 또는 슬라이드 블록 상에 지지되는 대면 플레이트의 위치를 감지하도록 구성되는, 센서를 포함할 수 있을 것이다. 슬라이드 블록 또는 대면 플레이트의 상대적 위치는 이어서, 슬라이드 블록 및/또는 앤빌의 상대적 위치를 조절함으로써, 부착 패드를 형성하기 위한 도구의 작동을 제어하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 도구는, 추가로, 다이 블록 상에 놓이며 그리고, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 그들 사이에서 시트 재료를 클램핑하기 위해 대면 플레이트와 협력하는, 가공물 클램프를 포함할 수 있을 것이다. 또 다른 실시예에서, 슬라이드 블록은, 앤빌의 작동 축을 따르는 이동을 위해, 그리고 적어도 2 이상의 자유도의 추가적 이동을 위해, 하우징 상에 지지될 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하는 방법이, 시트 재료가 도구의 다이 블록과 슬라이드 블록 사이에 배치되도록 패드 형성 도구를 위치 설정하는 것, 다이 블록을 향한 방향으로 슬라이드 블록을 편향시키기 위해 액추에이터에 의해 슬라이드 블록에 편향력을 가하는 것, 및 슬라이드 블록 상에 작용하는 알짜 힘을 달성하기 위해 편향력에 대해 선택적으로 조절 가능한 균형유지력을 가하는 것을 포함한다. 형성 도구는, 이어서, 시트 재료를 도구의 슬라이드 블록과 접촉시키기 위해 이동될 수 있을 것이다. 하나의 양태에서, 선택적으로 조절 가능한 균형유지력은, 도구의 자세에 기초하여 선택될 수 있을 것이다. 다른 양태에서, 선택적으로 조절 가능한 균형유지력은, 슬라이드 블록에 의해 시트 재료에 가해질 수 있는, 사전 결정된 힘 한계에 기초하여 선택될 수 있을 것이다.

뒤따르는 예시적 실시예들은, 본 개시의 원리에 따른, 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하기 위한 도구 및 관련된 방법들의 다양한 양태들을 식별한다.

예시적 실시예 1: 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하기 위한 도구로서,

하우징;

하우징 상에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위한 작동 축을 한정하는, 앤빌;

적어도 앤빌의 작동 축을 따르는 이동을 위해 하우징 상에 지지되는 슬라이드 블록;

슬라이드 블록 반대편의 하우징 상에 지지되며 그리고 작동 축을 따르는 방향으로 이동 가능한 다이 블록으로서, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 다이 블록;

하우징 상에 놓이며 그리고 다이 블록을 향한 방향으로 슬라이드 블록을 편향시키는 액추에이터로서, 슬라이드 블록이 다이 블록을 향해 그리고 다이 블록으로부터 멀어지게 이동 가능한 제1 모드에서, 그리고 슬라이드 블록이 다이 블록으로부터 멀어지는 방향으로의 이동에 대해 잠금 고정되는 제2 모드에서 작동 가능한 것인, 액추에이터; 및

액추에이터와 협력하며 그리고 액추에이터에 의해 슬라이드 블록에 가해지는 힘과 균형을 유지하는, 선택적으로 조절 가능한 균형유지 장치

를 포함하는 것인, 도구.

예시적 실시예 2: 예시적 실시예 1에 있어서, 균형유지 장치의 균형유지력이, 도구의 자세에 기초하여 조절 가능한 것인, 도구.

예시적 실시예 3: 예시적 실시예 1에 있어서, 균형유지력은, 슬라이드 블록에 의해 시트 재료에 가해질 수 있는, 사전 결정된 힘 한계에 기초하여 조절 가능한 것인, 도구.

예시적 실시예 4: 예시적 실시예 1에 있어서, 균형유지 장치는, 액추에이터와 슬라이드 블록 사이의 하우징 상에 위치되는 것인, 도구.

예시적 실시예 5: 예시적 실시예 1에 있어서,

슬라이드 블록과 작동적으로 커플링되는 레버 아암을 더 포함하고;

레버 아암은, 액추에이터 또는 균형유지 장치 중의 적어도 하나로부터 슬라이드 블록으로 힘을 전달하도록 작동 가능한 것인, 도구.

예시적 실시예 6: 예시적 실시예 1에 있어서,

슬라이드 블록 상의 대면 플레이트; 및

다이 블록 상의 형성 다이

를 더 포함하고,

대면 플레이트 및 형성 다이는, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 도구.

예시적 실시예 7: 예시적 실시예 1에 있어서,

하우징 상에 지지되며 그리고, 하우징에 대한 슬라이드 블록 또는 슬라이드 블록 상의 대면 플레이트 중의 적어도 하나의 위치를 감지하도록 구성되는, 센서를 더 포함하는 것인, 도구.

예시적 실시예 8: 예시적 실시예 7에 있어서,

앤빌은, 하우징에 대해 선택적으로 이동 가능하고;

센서는, 앤빌에 대한 슬라이드 블록의 위치를 결정하도록 작동 가능하며; 그리고

하우징 상의 앤빌의 위치는, 슬라이드 블록의 감지된 위치에 기초하여 시트 재료의 스프링 백을 수용하도록 조절 가능한 것인, 도구.

예시적 실시예 9: 예시적 실시예 7에 있어서,

센서는, 시트 재료와 접촉이 이루어질 때, 슬라이드 블록의 위치를 감지하도록 구성되고;

시트 재료와 연관된 파라미터가, 감지된 위치에 기초하여 결정되며;

파라미터가 사전 결정된 임계값에 도달할 때, 신호가 생성/생산되는 것인, 도구.

예시적 실시예 10: 예시적 실시예 1에 있어서,

슬라이드 블록 상의 대면 플레이트로서, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 대면 플레이트; 및

다이 블록 상의 적어도 하나의 가공물 클램프로서, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 그들 사이에서 시트 재료를 클램핑하기 위해 대면 플레이트와 협력하는 것인, 적어도 하나의 가공물 클램프

를 더 포함하는 것인, 도구.

예시적 실시예 11: 예시적 실시예 10에 있어서, 적어도 하나의 가공물 클램프는, 대면 플레이트를 향한 방향으로 편향되는 것인, 도구.

예시적 실시예 12: 예시적 실시예 10에 있어서, 적어도 하나의 가공물 클램프는, 작동 축에 평행한 방향을 따라 다이 블록에 대해 가공물 클램프의 위치를 변화시키도록 선택적으로 위치적으로 조절 가능한 것인, 도구.

예시적 실시예 13: 예시적 실시예 10에 있어서,

다이 블록 상의 형성 다이를 더 포함하고;

형성 다이는, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 패드를 형성하기 위해 대면 플레이트 및 앤빌과 협력하는 것인, 도구.

예시적 실시예 14: 시트 재료 내에 부착 패드를 형성하기 위한 도구로서,

하우징;

하우징 상에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위한 작동 축을 한정하는, 앤빌;

앤빌의 작동 축을 따르는 이동을 위해, 그리고 적어도 2 이상의 자유도의 추가적 이동을 위해, 하우징 상에 지지되는 슬라이드 블록;

슬라이드 블록 반대편의 하우징 상에 지지되며 그리고 작동 축을 따르는 방향으로 이동 가능한 다이 블록으로서, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 다이 블록; 및

하우징 상의 잠금 고정 메커니즘으로서, 다이 블록으로부터 멀어지는 방향으로 작동 축을 따르는 이동에 대해 슬라이드 블록을 잠금 고정하도록 작동 가능한 것인, 잠금 고정 메커니즘

을 포함하는 것인, 도구.

예시적 실시예 15: 예시적 실시예 14에 있어서,

슬라이드 블록은, 슬라이드 블록이 롤러 베어링의 선회 축을 중심으로 회전 가능하도록, 롤러 베어링에 의해 하우징 상에 지지되며; 그리고

선회 축은, 작동 축과 실질적으로 정렬되는 것인, 도구.

예시적 실시예 16: 예시적 실시예 15에 있어서, 롤러 베어링과 슬라이드 블록 사이에 배치되는 구형 베어링으로서, 그에 의해 슬라이드 블록이 최대 6 자유도로 이동 가능한 것인, 구형 베어링을 더 포함하는 것인, 도구.

예시적 실시예 17: 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하기 위한 방법으로서,

시트 재료가 도구의 다이 블록과 슬라이드 블록 사이에 배치되도록 패드 형성 도구를 위치 설정하는 것;

다이 블록을 향한 방향으로 슬라이드 블록을 편향시키기 위해 도구의 액추에이터에 의해 슬라이드 블록에 편향력을 가하는 것;

슬라이드 블록 상에 작용하는 알짜 힘을 달성하기 위해 편향력에 대해 선택적으로 조절 가능한 균형유지력을 가하는 것; 및

시트 재료를 도구의 슬라이드 블록과 접촉시키기 위해 형성 도구를 이동시키는 것

을 포함하는 것인, 방법.

예시적 실시예 18: 예시적 실시예 17에 있어서, 선택적으로 조절 가능한 균형유지력은, 도구의 자세에 기초하여 선택되는 것인, 방법.

예시적 실시예 19: 예시적 실시예 17에 있어서, 선택적으로 조절 가능한 균형유지력은, 슬라이드 블록에 의해 시트 재료에 가해질 수 있는, 사전 결정된 힘 한계에 기초하여 선택되는 것인, 방법.

예시적 실시예 20: 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하는 방법으로서,

시트 재료가 도구의 다이 블록과 슬라이드 블록 사이에 배치되도록 패드 형성 도구를 위치 설정하는 것;

시트 재료를 슬라이드 블록과 접촉시키기 위해 형성 도구를 이동시키는 것;

도구의 하우징에 대한 슬라이드 블록의 위치를 감지하는 것;

도구의 앤빌을 향해 작동 축을 따라 다이 블록을 이동시킴으로써 패드를 형성하는 것; 및

패드를 형성한 이후에 변형된 시트 재료의 스프링 백을 결정하는 것

을 포함하는 것인, 방법.

예시적 실시예 21: 예시적 실시예 20에 있어서,

결정된 스프링 백에 기초하여 앤빌의 위치를 조절하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.

예시적 실시예 22: 예시적 실시예 20에 있어서,

감지된 위치에 기초하여 시트 재료와 연관된 파라미터를 결정하는 것;

결정된 파라미터가 사전 결정된 임계값에 접근하거나 초과할 때 신호를 생성하는 것

을 더 포함하는 것인, 방법.

예시적 실시예 23: 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하는 방법으로서,

시트 재료가 도구의 다이 블록과 슬라이드 블록 사이에 배치되도록 패드 형성 도구를 위치 설정하는 것;

시트 재료를 슬라이드 블록과 접촉시키도록 형성 도구를 이동시키는 것; 및

적어도 3 자유도로 슬라이드 블록의 위치 또는 배향을 조절하는 것

을 포함하는 것인, 방법.

본 발명의 이상의 그리고 다른 목적들 및 장점들은, 첨부 도면들 및 그에 대한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 명세서에 통합되며 그리고 본 명세서의 일부를 구성하는, 첨부 도면들은, 본 발명의 예시적 실시예들을 예시하며 그리고, 이상에 주어지는 본 발명의 개괄적인 설명 및 이하에 주어지는 상세한 설명과 함께, 이러한 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
도 1은, 본 개시의 원리에 따른 예시적 패드 형성 도구를 포함하는, 시트 재료 내에 부착 패드를 형성하기 위한 예시적인 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 예시적 도구의 확대 사시도이다.
도 3은, 상이한 각도에서 본, 도 2의 도구의 사시도이다.
도 4는 도 2의 4-4 선을 따라 취해진 확대 단면도이다.
도 5는 도 2의 5-5 선을 따라 취해진 확대 단면도이다.
도 6은 도 2의 에워싸인 영역의 확대 상세도이다.

도 1은, 다축 산업용 로봇 조작기(14)에 의해 지지되는 본 개시의 원리에 따른 예시적인 패드 형성 도구(12)를 포함하는, 시트 재료 내에 부착 패드를 형성하기 위한 예시적인 시스템(10)을 도시한다. 본 명세서에 도시되고 설명되는 도구(12)는, 많은 양태에 관해, 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는, 사보이에게 허여된 미국 특허 제7,117,706호에 개시된 패드 형성 도구와 유사하다. 로봇 조작기(14) 및 도구(12)의 작동은, 로봇 조작기(14), 도구(12), 또는 시스템(10)과 연관되는, 하나 이상의 프로그램 가능 컨트롤러(15)에 의해 제어될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서의 도구(12)에 대한 설명은, 주로, 시트 재료 내에 장착 패드들을 형성하기 위한 도구(12)의 개선된 성능 및 작동을 제공하는 차이점들에 관해 초점을 맞추고 있다.

미국 특허 제7,117,706호에 도시되고 설명된 도구와 유사하게, 도구(12)는, 도구(12)의 다양한 구성요소들을 지지하기 위한 그리고 로봇 조작기(14)에 대한 도구(12)의 부착을 용이하게 하기 위한, 하우징(16)을 포함한다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 하우징(16)은, 그에 따라 부착 패드를 형성하도록 시트 재료가 그에 대해 다이 블록(20)에 의해 맞물리고 변형되는, 앤빌(18)을 지지한다. 다이 블록(20)은, 하우징(16) 상에 지지되며, 그리고 앤빌(18)의 작동 축(22)을 따르는 방향으로 하우징(16)에 대해 슬라이딩 가능하게 이동 가능하다(도 4 참조). 도구(12)는 추가로, 대체로 다이 블록(20) 반대편에 위치되며 그리고 적어도 앤빌(18)의 작동 축(22)을 따르는 이동을 위해 하우징(16) 상에 지지되는, 슬라이드 블록(24)을 포함한다. 하우징(16) 상에 지탱되는 하나 이상의 액추에이터(26)가, 개괄적으로 미국 특허 제7,117,706호에 설명된 바와 같이, 시트 재료와의 맞물림을 위해 다이 블록을 향한 방향(20)으로 슬라이드 블록(24)을 편향시킨다. 본 실시예의 액추에이터들(26)은, 예를 들어, 시트 재료와의 초기 맞물림 도중에, 슬라이드 블록(24)이 다이 블록(20)을 향해 그리고 다이 블록(20)으로부터 멀어지게 이동될 수 있는, 제1 모드에서, 그리고 슬라이드 블록(24)이 다이 블록(20)으로부터 멀어지는 방향으로의 이동에 대해 잠금 고정될 수 있는, 제2 모드에서, 작동 가능하다. 액추에이터들(26)의 잠금 고정된 제2 모드에서, 슬라이드 블록(24)은, 패드를 형성하기 위해 다이 블록(20) 및 앤빌(18)과 협력할 수 있을 것이다. 작동 시, 도구(12)는, 패드가 형성되어야 할 시트 재료 상의 개소로 로봇 조작기(14)에 의해 이동된다. 슬라이드 블록(24)이 다이 블록(20)을 향해 편향됨과 더불어, 로봇 조작기(14)는 이어서, 슬라이드 블록(24) 상의 대면 플레이트(30)가 시트 재료가 최초 접촉할 때까지, 도구(12)를 이동시킨다. 시트 재료를 향한 도구(12)의 계속되는 이동은, 다이 블록(20)으로부터 멀어지는 방향으로, 액추에이터들(26)의 편향력에 대항하여 슬라이드 블록(24)을 이동시킨다. 그 후, 액추에이터들(26)은, 그로 인해 다이 블록(20)으로부터 멀어지는 방향으로의 추가적 이동에 대해 슬라이드 블록(24)을 잠금 고정하도록, 제2 모드로 전환될 수 있을 것이다. 하우징(16)에 의해 지지되는 제1 서보 모터(32)가, 앤빌(18) 및 슬라이드 블록(24)을 향해 다이 블록(20)을 이동시키기 위해 작동될 수 있고, 따라서 시트 재료는, 다이 블록(20) 상에 지탱되는 형성 다이(34)에 의해 맞물리게 되며, 그리고 그로 인해 부착 패드를 형성하도록 대면 플레이트(30) 및 앤빌(18)에 대항하여 변형된다.

도시된 실시예에서, 도구(12)는 추가로, 하나 이상의 액추에이터(26)에 의해 슬라이드 블록(24)에 가해지는 편향력을 상쇄시키는, 균형유지력을 제공하도록 구성되는, 적어도 하나의 선택적으로 조절 가능한 균형유지 장치(36)를 포함한다. 본 실시예에서, 2개의 균형유지 장치(36)가, 하우징(16)의 서로 등지는 측면들 상에 지지된다. 예시적인 균형유지 장치들(36)은, 코네티컷 노워크에 소재한 에어포트 코퍼레이션(Airpot Corporation)으로부터 입수 가능한, 제어 가능한 에어 스프링 실린더들(Model No. 300200-1)을 포함한다. 따라서, 균형유지 장치들(36)에 의해 가해지는 힘의 양은, 장치들(36)의 유입구들(36)에 제공되는 공기 압력을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 도구(12)는 추가로, 하우징(16)의 서로 등지는 측면들 상에 선회 가능하게 지지되며 그리고 균형유지 장치들(36)과 슬라이드 블록(24) 사이에서 연장되는, 한 쌍의 레버 아암(40a, 40b)을 포함할 수 있을 것이다. 이러한 방식으로, 레버 아암들(40a, 40b)은, 요구될 수 있는 바와 같이, 액추에이터들(26)에 의해 가해지는 편향력과 균형을 유지하도록, 균형유지 장치들(36)로부터 슬라이드 블록(24)으로 힘을 전달하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 레버 아암들(40a, 40b)은, 액추에이터들(26)의 편향력과 더욱 직접적으로 균형을 유지하기 위해, 균형유지 장치들(36)과 액추에이터들(26) 사이에 배치될 수 있을 것이다.

하나의 실시예에서, 균형유지 장치들(36)에 의해 가해지는 균형유지력은, 로봇 조작기(14) 상에 지지되는 도구(12)의 자세에 기초하여 변화될 수 있을 것이다. 자세는, 예를 들어, 조작기(14)의 운동학, 조작기(14)에 대한 모델 데이터, 로봇 조작기(14)의 작동 도중에 획득되는 센서 데이터에 기초하여 결정될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 균형유지 장치들(36)에 의해 가해지는 균형유지력은, 예를 들어, 시트 재료의 치수들 또는 시트 재료의 재료 속성들과 같은, 다른 파라미터들에 기초하여 변화될 수 있을 것이다. 대안적으로, 균형유지 장치들(36)에 의해 가해지는 힘은, 슬라이드 블록(24)에 의해 지탱되는 대면 플레이트(30)에 의해 시트 재료에 가해지는 힘의 양을 그로 인해 제한하기 위해, 액추에이터들(26)에 의해 가해지는 편향력을 상쇄시키도록 선택될 수 있을 것이다. 균형유지 장치들(36)이 하나 이상의 제어 가능한 에어 스프링을 포함하는 것으로 본 명세서에서 도시되고 설명되었지만, 액추에이터들(26)에 의해 슬라이드 블록(24)에 유효하게 가해지는 힘의 양을 변화시키기에 적합한 다양한 다른 제어 가능 장치들이 대안적으로 사용될 수 있다는 것이, 인식될 것이다.

도 2 및 도 3을 계속 참조하고, 추가로 도 5를 참조하면, 예시적인 도구(12)는 추가로, 하우징(16) 상에 지지되며 그리고 하우징(16)에 대해 슬라이드 블록(24) 및/또는 대면 플레이트(30)의 위치를 감지하도록 구성되는, 센서(42)를 포함할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 일리노이주 이타스카에 소재한 케이언스 코퍼레이션 오브 아메리카(Keyence Corporation of America)로부터 입수 가능한, 스타일러스-타입 센서(Model No. GT2-P12F)와 같은, 위치 센서(42)가, 하우징(16)과 커플링되며 그리고 슬라이드 블록(24) 뒤에 거리를 두고 위치되는, 센서 브라켓(미도시) 상에 지지된다. 위치 센서(42)와 연관되는 탐침(46)이, 대체로 앤빌(18)의 작동 축(22)과 정렬되는 축을 따라, 슬라이드 블록(24)을 향한 방향으로 연장되며, 그리고 슬라이드 블록(24) 또는 대면 플레이트(30)와 연관되는 센서 탭(48)에 커플링된다. 센서 탭(48)은, 슬라이드 블록(24)과 일체형일 수 있거나, 또는 센서 탐침(46)의 부착을 용이하게 하기 위해 슬라이드 블록(24) 또는 슬라이드 블록(24)과 연관되는 구조물에 커플링되는 별개의 브라켓일 수 있을 것이다. 하나의 실시예에서, 센서 탭(48)은, 본 명세서에서 보다 완전하게 설명되는 바와 같이, 슬라이드 블록을 지지하는 롤러 베어링(80)의 일부와 커플링될 수 있을 것이다. 슬라이드 블록(24)이, 예를 들어 액추에이터들(26)의 편향력에 의해, 균형유지 장치들(36)의 균형유지력에 의해, 및/또는 슬라이드 블록(24)의 가공물과의 접촉에 의해, 하우징(16)에 대해 이동될 때, 슬라이드 블록(24) 및/또는 대면 플레이트(30)의 이동이, 센서(42)에 의해 검출된다. 슬라이드 블록(24)의 감지된 이동은, 이어서, 하우징(16)에 대한 슬라이드 블록(24)의 개소, 및/또는 슬라이드 블록(24)에 고정되는 대면 플레이트(30)의 개소를 정확하게 연속적으로 결정하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 유리하게, 대면 플레이트(30)의 상대적 위치에 대한 정보는, 패드 형성 도구(12)의 성능을 개선하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 대면 플레이트(30)의 상대적 위치는, 대면 플레이트(30)가 시트 재료와 맞물리는 순간에 결정될 수 있으며, 그리고 파라미터가, 결정된 위치로부터 시트 재료에 대해 설정될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 대면 플레이트(30)가 시트 재료와 처음 맞물릴 때 결정되는, 대면 플레이트(30)의 상대적 위치는, 시트 재료의 초기 개소가 요구되는 제조 허용 공차를 초과한다는 것을 나타낼 수 있으며, 그리고 신호가, 요구되는 허용 공차 임계값이 접근되고 있거나 또는 초과되었다는 것을 나타내기 위해, 생성될 수 있고, 따라서 유입 시트 재료 및/또는 제조 프로세스들에 대한 조절이, 수행될 수 있을 것이다. 시트 재료에 대해 파라미터를 결정하는 것 또는 설정하는 것, 그리고 신호를 생성하는 것은, 하나 이상의 컨트롤러(15) 또는 임의의 다른 적절한 장치들에 의해 수행될 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 대면 플레이트(30)의 결정된 위치는, 예를 들어 그로 인해 패드가 형성된 이후에 시트 재료의 "스프링 백"을 고려하도록 액추에이터들(26)에 의해 슬라이드 블록(24)의 잠금 고정된 위치를 제어함으로써, 대면 플레이트(30) 및 앤빌(18)의 상대적 위치를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 대면 플레이트(30) 및 앤빌(18)의 상대적 위치는, 패드의 형성이 재료의 예측되거나 결정된 스프링 백을 수용하도록 계산된 양만큼 초과 인출되도록, 조절될 수 있고, 따라서 결과적으로 생성되는 패드의 높이는, 요구되는 범위 내에 놓이게 된다.

시트 재료의 스프링 백을 고려하는 것이, 요구되는 정지/잠금 고정 위치를 설정하기 위해 액추에이터들(26)을 사용하여 대면 플레이트(30)의 위치를 제어함으로써 달성될 수 있지만, 다른 실시예에서, 앤빌(18)은, 부가적으로, 또는 대안적으로, 작동 축(22)을 따라 하우징(16)에 대해 선택적으로 이동 가능할 수 있을 것이다. 도 4에 도시된 실시예에서, 앤빌(18)은, 하우징(16) 상에 지지되는 제2 서보모터(52)와 같은, 서보모터, 또는 부가적 서보모터에 의한, 작동 축(22)을 따르는 방향으로의 선택적으로 제어된 이동을 위해, 앤빌 블록(50) 내부에서 지지된다. 따라서, 하우징(16)에 대한 앤빌(18)의 위치는, 대면 플레이트(30)의 위치 및 시트 재료의 계산된 또는 실험적으로 결정된 스프링 백에 관련되는 정보에 기초하여 조절될 수 있을 것이다. 앤빌(18) 및/또는 대면 플레이트(30)의 상대적 위치를 변화시키기 위해 사용되는, 시트 재료의 그러한 계산된 또는 실험적으로 결정된 스프링 백은, 두께 및/또는 재료 속성들과 같은, 시트 재료의 특성들과 연관될 수 있을 것이다.

도 2 및 도 3을 계속 참조하고, 추가로 도 6을 참조하면, 예시적인 도구(12)는, 다른 실시예에서, 추가로, 다이 블록(20) 상에 놓이는 그리고 형성 다이(34)에 인접하게 배치되는, 적어도 하나의 가공물 클램프(60)를 포함할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 도구(12)는, 형성될 패드를 둘러싸는 시트 재료의 영역들을 지지하기 위해 형성 다이(34)의 서로 등지는 측면들 상에 배치되는 제1 및 제2 가공물 클램프(60)를 포함한다. 다이 블록(20)이, 형성 다이(34), 앤빌(18), 및 대면 플레이트(30) 사이에서 시트 재료를 변위시키기 위해 슬라이드 블록(24)을 향한 방향으로 이동할 때, 가공물 클램프들(60)은, 형성된 패드의 외측에서의 시트 재료의 원치 않는 변형이 감소 및/또는 방지되도록, 형성 다이(34)에 측방으로 인접한 시트 재료의 부분들을 지지한다. 시트 재료의 원치 않는 변형을 감소시키거나 방지하는 것에 부가하여, 가공물 클램프들(60)은, 패드가 형성된 이후에, 시트 재료의 스프링 백을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 도 6에서 최상으로 확인되는 바와 같이, 본 실시예의 각 가공물 클램프(60)는, 클램프 부재(62)로서, 다이 블록(20)을 통해 연장되며 그리고 클램프 부재(62) 내에 나사 체결되는 하나 이상의 위치설정 볼트(64)에 의해 다이 블록(20) 상에 지지되는 것인, 클램프 부재(62)를 포함한다. 위치설정 볼트들(64)은, 다이 블록(20) 내에 제공되는 개별적인 저널들(66) 내에 슬라이딩 가능하게 수용되고, 따라서 클램프 부재(62)는, 앤빌(18)의 작동 축(22)과 정렬된 방향으로 이동 가능하다.

가공물 클램프(60)는, 추가로, 슬라이드 블록(24)을 향한 방향으로 클램프 부재(62)를 편향시키도록 작동하는, 하나 이상의 편향 부재(68)를 포함할 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 편향 부재들(68)은, 미시간주 플리머스에 소재한 다드코 인크(DADCO, Inc.)로부터 입수 가능한 질소 가스 스프링 실린더들(Model No. U.0175.007.TO.180)과 같은, 가스 스프링들을 포함한다. 편향 부재들(68)은, 본 실시예에서, 가스 스프링 실린더들의 피스톤 로드들이 개별적인 클램프 부재들(62)과 맞물리도록, 다이 블록(20) 내에 형성되는 대응하는 포켓들 내부에 지지된다. 편향 부재들(68)이 가스 스프링들로서 본 예시적 실시예에서 도시되고 설명되었지만, 슬라이드 블록(24)을 향한 방향으로 클램프 부재들(62)을 편향시키기에 적합한 다양한 다른 구조물 또는 장치들이 대안적으로 사용될 수 있다는 것이, 인식될 것이다.

도 2 및 도 3을 계속 참조하고, 다시 도 4를 참조하면, 시트 재료 내에 부착 패드를 형성하기 위한 도구(12)의 다른 예시적 실시예가, 앤빌(18)의 작동 축(22)을 따르는 이동을 위해, 그리고 부가적으로 적어도 2 이상의 자유도의 이동을 위해, 하우징(16) 상에 지지되는 슬라이드 블록(24)을 포함한다. 도 4는 도 2의 4-4 선을 따르는 슬라이드 블록(24)을 통한 단면도를 예시한다. 본 실시예에서, 롤러 베어링(80)이, 앤빌(18) 상에 지탱되며, 그리고 작동 축(22)을 따르는 병진 이동을 위해 슬라이드 블록(24)을 지지한다. 이를 위해, 롤러 베어링(80)의 레이스들은, 단지 슬라이드 블록(24)의 병진만이 롤러 베어링(80)에 의해 허용되도록, 작동 축(22)을 중심으로 하는 회전에 대해 고정될 수 있을 것이다.

도구(12)는, 추가로, 롤러 베어링(80) 상에 지지되며 그리고 슬라이드 블록(24)을 지탱하는, 구형 베어링(82)을 포함할 수 있을 것이다. 구형 베어링(82)은, 베어링 저널(84) 내부에서 이동 가능하게 지지되며, 그리고 작동 축(22)에 대한 피치축 및 요우축에 대응하는 부가적 자유도의 슬라이드 블록(24)의 이동을 가능하게 한다. 최대 6 자유도로 이동하기 위한 슬라이드 블록(24)의 능력은, 슬라이드 블록(24) 상에 지탱되는 대면 플레이트(30)가, 유입 시트 재료의 각도 변동을 더 양호하게 수용하는 것을 가능하게 하고, 따라서 대면 플레이트(30)는, 그렇지 않은 경우 대면 플레이트(30)와 다른 평면에 놓일 수 있는, 유입 시트 재료에 대해 동일 평면 상에 안착될 수 있을 것이다.

비록 본 발명은 다양한 실시예에 대한 설명에 의해 예시되었으며 그리고 이러한 실시예들은 상당히 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구항들의 범위를 그러한 세부사항으로 한정하거나 또는 어떤 식으로도 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에 도시되고 설명된 다양한 특징들은, 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있을 것이다. 부가적인 이점들 및 수정들이, 당업자에게 쉽게 나타날 것이다. 그에 따라, 본 발명은, 그의 더 넓은 양태들에서, 도시되고 설명된 구체적인 세부사항, 대표적인 장치 및 방법, 그리고 예시적인 예로 제한되지 않는다. 따라서, 이탈들이, 일반적인 발명 개념의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이, 그러한 세부사항으로부터 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (23)

1. 시트 재료 상에 부착 패드를 형성하기 위한 도구로서,
   하우징;
   하우징 상에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위한 작동 축을 한정하는, 앤빌;
   적어도 앤빌의 작동 축을 따르는 이동을 위해 하우징 상에 지지되는 슬라이드 블록;
   슬라이드 블록 반대편의 하우징 상에 지지되며 그리고 작동 축을 따르는 방향으로 이동 가능한 다이 블록으로서, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 다이 블록;
   하우징 상에 놓이며 그리고 다이 블록을 향한 방향으로 슬라이드 블록을 편향시키는 액추에이터로서, 슬라이드 블록이 다이 블록을 향해 그리고 다이 블록으로부터 멀어지게 이동 가능한 제1 모드에서, 그리고 슬라이드 블록이 다이 블록으로부터 멀어지는 방향으로의 이동에 대해 잠금 고정되는 제2 모드에서 작동하도록 구성되는 것인, 액추에이터; 및
   액추에이터에 의해 슬라이드 블록에 가해지는 힘과 균형을 유지하도록 하기 위해, 제1 모드에서 액추에이터와 협력하도록 구성되는, 선택적으로 조절 가능한 균형유지 장치
   를 포함하는 것인, 도구.
2. 제1항에 있어서,
   균형유지 장치의 균형유지력이, 도구의 자세에 기초하여 조절 가능한 것인, 도구.
3. 제1항에 있어서,
   균형유지력은, 슬라이드 블록에 의해 시트 재료에 가해질 수 있는, 사전 결정된 힘 한계에 기초하여 조절 가능한 것인, 도구.
4. 제1항에 있어서,
   균형유지 장치는, 액추에이터와 슬라이드 블록 사이의 하우징 상에 위치되는 것인, 도구.
5. 제1항에 있어서,
   슬라이드 블록과 작동적으로 커플링되는 레버 아암을 더 포함하고;
   레버 아암은, 액추에이터 또는 균형유지 장치 중의 적어도 하나로부터 슬라이드 블록으로 힘을 전달하도록 작동 가능한 것인, 도구.
6. 제1항에 있어서,
   슬라이드 블록 상의 대면 플레이트; 및
   다이 블록 상의 형성 다이
   를 더 포함하고;
   대면 플레이트 및 형성 다이는, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 도구.
7. 제1항에 있어서,
   하우징 상에 지지되며 그리고, 하우징에 대한 슬라이드 블록 또는 슬라이드 블록 상의 대면 플레이트 중의 적어도 하나의 위치를 감지하도록 구성되는, 센서를 더 포함하는 것인, 도구.
8. 제7항에 있어서,
   앤빌은, 하우징에 대해 선택적으로 이동 가능하고;
   센서는, 앤빌에 대한 슬라이드 블록의 위치를 결정하도록 작동 가능하며; 그리고
   하우징 상의 앤빌의 위치는, 슬라이드 블록의 감지된 위치에 기초하여 시트 재료의 스프링 백을 수용하도록 조절 가능한 것인, 도구.
9. 제7항에 있어서,
   센서는, 시트 재료와 접촉이 이루어질 때, 슬라이드 블록의 위치를 감지하도록 구성되고;
   시트 재료의 개소를 나타내는 파라미터가, 감지된 위치에 기초하여 결정되며;
   파라미터가 사전 결정된 임계값에 도달할 때, 신호가 생성/생산되는 것인, 도구.
10. 제1항에 있어서,
    슬라이드 블록 상의 대면 플레이트로서, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 대면 플레이트; 및
    다이 블록 상의 적어도 하나의 가공물 클램프로서, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 그들 사이에서 시트 재료를 클램핑하기 위해 대면 플레이트와 협력하는 것인, 적어도 하나의 가공물 클램프
    를 더 포함하는 것인, 도구.
11. 제10항에 있어서,
    적어도 하나의 가공물 클램프는, 대면 플레이트를 향한 방향으로 편향되는 것인, 도구.
12. 제10항에 있어서,
    적어도 하나의 가공물 클램프는, 작동 축에 평행한 방향을 따라 다이 블록에 대해 가공물 클램프의 위치를 변화시키도록 선택적으로 위치적으로 조절 가능한 것인, 도구.
13. 제10항에 있어서,
    다이 블록 상의 형성 다이를 더 포함하고;
    형성 다이는, 다이 블록이 앤빌과 맞물리도록 작동 축을 따라 이동될 때, 패드를 형성하기 위해 대면 플레이트 및 앤빌과 협력하는 것인, 도구.
14. 시트 재료 내에 부착 패드를 형성하기 위한 도구로서,
    하우징;
    하우징 상에 지지되며 그리고 패드를 형성하기 위한 작동 축을 한정하는, 앤빌;
    앤빌의 작동 축을 따르는 이동을 위해, 그리고 작동 축을 중심으로 하는 최대 6 자유도의 추가적 이동을 위해, 하우징 상에 지지되는 슬라이드 블록;
    슬라이드 블록 반대편의 하우징 상에 지지되며 그리고 작동 축을 따르는 방향으로 이동 가능한 다이 블록으로서, 패드를 형성하기 위해 앤빌과 협력하는 것인, 다이 블록; 및
    하우징 상의 잠금 고정 메커니즘으로서, 다이 블록으로부터 멀어지는 방향으로 작동 축을 따르는 이동에 대해 슬라이드 블록을 잠금 고정하도록 작동 가능한 것인, 잠금 고정 메커니즘
    을 포함하는 것인, 도구.
15. 제14항에 있어서,
    슬라이드 블록은, 슬라이드 블록이 롤러 베어링의 선회 축을 중심으로 회전 가능하도록, 롤러 베어링에 의해 하우징 상에 지지되며; 그리고
    선회 축은, 작동 축과 정렬되는 것인, 도구.
16. 제15항에 있어서,
    롤러 베어링과 슬라이드 블록 사이에 배치되는 구형 베어링을 더 포함하는 것인, 도구.
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