KR20010026348A - 공작물 선형 이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작물 선형 이송장치에 관한 것으로, 본 발명의 선형 이송장치는 공작물이 안착되는 안착판, 안착판의 양단에 설치된 롤러들, 롤러들을 지지하며, 롤러들의 구동을 안내하는 가이드봉, 안착판의 하면에 마련된 치합수단, 구동모터의 구동력을 전달받는 제 1풀리와 제 1풀리와 안착판의 이송방향으로 소정 간격 이격되어 대향 설치되는 제 2풀리, 치합수단과 치합되어 안착판에 이송을 위한 동력을 전달하고, 제 1풀리에 전달된 구동력을 제 2풀리로 전달하는 벨트를 포함하는 것으로, 본 발명의 선형 이송장치는 종래의 볼스크류 방식에 비하여 장치의 중량과 제조비용을 크게 절감할 수 있고, 또한 전체적인 공정상의 작업 라인에서 각각의 이송장치를 작업 단위 셀로 구현이 가능하여 작업 라인의 자동화를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 더욱이 공작물의 정밀한 이송상태의 제어가 가능하기 때문에 공작물의 이동중에도 작업을 지속적으로 수행하여 공작물에 대한 작업시간을 크게 줄일 수 있는 효과들이 있다.

Description

공작물 선형 이송장치{Linear transfer apparatus for manufacturing products}

본 발명은 선형 이송장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작물의 이송상태를 작업상태에 맞도록 정교하게 유지하고, 저렴한 비용으로 제작, 설치가 가능하도록 한 공작물 선형 이송장치에 관한 것이다.

일반적으로 다수의 부품으로 구성된 제품의 생산시에는 각각 별도로 제작된 부품을 전체적으로 조립하는 공정이 필요하며, 이러한 공정에 높은 정밀도를 요구되는 경우 정교한 조립 로봇 등으로써 제품의 조립과 제작이 이루어진다.

이와 같은 작업장에는 공작물, 또는 조립체를 선형으로 이송시키는 장치가 사용되고 있는데, 주로 통상적인 컨베이어 시스템이 많이 적용되고 있다. 그리고 전자제품 등의 회로기판의 조립 등에는 정밀한 작업을 반복 수행할 수 있는 데스크탑 로봇, 또는 직각좌표 로봇(Cartesian coordinates robot)등이 사용되고 있다.

특히 이러한 좌표 로봇들에는 도 1에 도시된 바와 같이 공작물이 안착된 안착판을 선형 이동시키기 위하여 볼스크류 방식의 선형 이송장치(10)가 적용되어 사용되고 있다. 이 볼스크류 방식의 선형 이송장치(10)는 구동모터(11)가 장착된 사각의 베이스(12)의 내면에 봉상의 스크류(13)가 장착되고, 이 스크류(13)가 관통하며 내부에 스크류(13)의 나사홈(14)을 따라 진행하는 볼이 내장된 수지물의 결합체가 안착판(16)에 장착되어 구현되어 있으며, 안착판(16)의 이동을 가이드하도록 베이스(12)에 별도의 가이드부(15)를 형성하고 있다.

그런데, 이 볼스크류 방식의 선형 이동장치(10)는 엘엠(LM:Linear Movement) 가이드, 볼부시, 볼스크류, 다수의 금속 볼 등의 무거우며 제조 정밀도가 매우 높고, 또한 그 부품비가 고가인 구성품들이 다량으로 사용되기 때문에 작업체의 중량을 무겁게 할 뿐만 아니라 장치의 제조비용을 급격히 상승시키게 되는 문제점이 있다.

한편, 또 다른 선형 이송장치로써 컨베이어 시스템은 전술한 로봇에서의 볼 스크류 방식을 사용하지 않고 모터에 의하여 일방향 회전하는 컨베이어 벨트를 사용하게 되는데, 이때의 컨베이어 시스템은 비록 볼스크류방식에 비하여 제조 비용이 월등히 저렴하기는 하지만, 안착판이 이송중에 그 위치가 적절히 제어되지 않기 때문에 공작물의 위치 조정을 위한 별도의 위치조절장치가 필요하게 되고, 또한 이송된 공작물의 완충을 위한 완충장치가 사용되어야 한다. 따라서 공작물의 이송에 대한 정밀한 위치제어가 제대로 이루어지지 않기 때문에 정밀 부품에 대한 작업을 수행하기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 서보 모터에 의하여 구동하는 양면 치합 구조의 타이밍 벨트를 사용하여 보다 저렴한 제조 비용으로 공작물의 이송과 제어가 정밀하게 이루어질 수 있도록 한 선형 이송장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 공작물 선형 이송장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치의 내부 구성을 보인 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치의 측 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치에서의 동력전달 구성을 보인 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치에서의 타이밍벨트의 설치 상태를 부분 확대하여 도시한 절개 사시도이다.

도 7a와 b는 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치에 설치되 안착판에 마련된 치합수단을 보인 부분 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치에서의 안착판에 설치된 롤러와 이 롤러가 안착되는 가이드봉의 구성을 보인 확대 부분 사시도이다.

도 9는 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치에 설치된 롤러의 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치에 설치된 다른 실시예의 롤러를 보인 단면도이다.

( 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 )

50...이송장치

52...안착판

53...타이밍벨트

55...치합판

60...롤러

70...가이드봉

100,110,120,130...지지부재

140...윤활부재

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공작물이 안착되는 안착판, 상기 안착판의 양단에 설치된 롤러들, 상기 롤러들을 지지하며, 상기 롤러들의 구동을 안내하는 가이드봉, 상기 안착판의 하면에 마련된 치합수단, 구동모터의 구동력을 전달받는 제 1풀리와 상기 제 1풀리와 상기 안착판의 이송방향으로 소정 간격 이격되어 대향 설치되는 제 2풀리, 상기 치합수단과 치합되어 상기 안착판에 이송을 위한 동력을 전달하고, 상기 제 1풀리에 전달된 구동력을 상기 제 2풀리로 전달하는 벨트를 포함하며, 상기 가이드봉은 가이드봉 지지부재 위에 고정되고, 상기 제 1 및 제 2풀리는 각각 풀리 지지부재의 양단에 설치되고, 상기 풀리 지지부재의 상기 치합수단에 대응하는 측면에 상기 벨트를 윤활 안내하는 윤활부재가 결합된다.

그리고 상기 벨트의 외면에는 상기 치합수단과 치합되는 외측톱니가 형성되고, 내면에는 상기 제 1 및 제 2풀리의 외주에 형성된 톱니와 치합되는 내측톱니가 형성된다.

또한, 상기 치합수단은 상기 벨트의 외면에 형성된 외측톱니와 치합되도록 상기 베이스 플레이트의 하면에 일체로 형성되는 톱니로 마련되거나, 또는 상기 벨트의 외면에 형성된 외측톱니와 치합되도록 톱니가 형성되어 상기 베이스 플레이트에 결합되는 톱니 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치(50)는 도 2에 도시된 바와 같이 외관을 형성하는 사각의 함체 형상의 하우징(51)과 이 하우징(51)의 상측에 안착되며 공작물이 안착되는 안착판(52)를 구비한다. 그리고 이 안착판(52)의 구동을 위하여 안착판(52)의 하부에 마련된 치합수단에 상측 톱니(53a)가 치합되는 타이밍벨트(53)와 이 타이밍벨트(53)를 구동시키기 위한 구동모터(54)(통상적인 "서보모터(Servo-Motor) 또는 프린터 모터(Printer-Motor)")를 구비하고 있다.(도 3참조)

여기서의 안착판(52)의 하면에 형성된 치합수단은 도 7a에 도시된 바와 같이 안착판(52) 하면 전체면을 따라 일체로 함께 형성된 톱니(52a)로 구현할 수 있고, 또 다르게는 도 7b에 도시된 바와 같이 별도의 부재로써 그 하면에 톱니(55a)가 형성되고 타이밍벨트(53)의 폭이상의 크기로 된 치합판(55)으로 마련하여 안착판(52)의 하면에 볼트(56)로 결합함으로써 구현할 수 있다.

그리고 안착판(52)의 양측단에는 각각 두 개씩의 롤러(60)가 장착되고, 이 롤러(60)를 지지하는 가이드봉(102)(111)이 하우징(51)의 상측으로 노출되어 장착되어 있다.

이러한 이송장치(50)의 구성을 도 3, 도 4 그리고 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 하우징(51)의 내부 구성으로서 각각의 구성요소들을 지지하기 위한 다수의 지지부재(100)(110)(120)(130)가 결합 설치된다. 이 지지부재는 알루미늄 프로파일(Aluminum profile)로써 이들은 사면에 구조물의 고정과 설치를 위한 홈이 길이 방향으로 형성되어 있다.

본 발명에서 적용된 알루미늄 프로파일(이하 "지지부재"라 한다.)은 먼저 안착판(52)의 폭만큼 이격되어 설치되어 가이드봉을 지지하는 제 1지지부재(100)와 제 2지지부재(110) 그리고 이 제 1지지부재(100)와 제 2지지부재(110) 사이의 간격을 적절히 유지 고정시키는 제 3지지부재(120)(여기서의 제 3지지부재는 복수개로 구현하여 설치할 수 있다.)를 구비하며, 제 1지지부재(100)와 제 2지지부재(120) 사이의 중간부분에 위치하여 제 3지지부재(120)와 결합된 제 4지지부재(130)로 마련된다.

이하에서 설명하는 본 발명의 구성에 대해 각각의 지지부재에 따른 설치상태에 따라 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저 제 1지지부재(100)와 제 2지지부재(110)의 상면에는 이 각각의 지지부재(100)(110)의 길이방향으로 연장되어 안착된 제 1가이드봉(102)과 제 2가이드봉(111)이 설치된다. 이 각각의 가이드봉(102)(111)은 전술한 안착판(52)의 양측단에 설치된 롤러(60)가 안착 지지되도록 하기 위한 것이다.

이 구성을 보다 상세히 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이 제 1가이드봉(102)에는 이 가이드봉(102)의 길이방향을 따라 다수의 체결홀(103)이 형성되고, 제 1지지부재(100)의 홈(101)의 내측으로는 가이드봉(102)에 형성된 체결홀(103)과 연통가능하도록 된 너트부재(104)가 설치된다.

따라서 체결볼트(105)(또는 나사)가 제 1가이드봉(102)의 체결홀(103)을 관통하여 너트부재(104)에 체결됨으로써 제 1가이드봉(102)의 설치가 이루어진다. 그리고 이 체결홀(103)과 체결볼트(105) 그리고 너트부재(104)는 가이드봉(102)의 길이방향을 따라 다수개의 함께 설치함으로써 가이드봉(102)의 견고한 고정과 지지가 이루어지도록 한다. 이러한 제 1가이드봉(102)의 결합구조는 제 2가이드봉(111)에서도 마찬가지로 이루어진다.

그리고 롤러(60)는 도 8에 도시된 바와 같이 안착판(52)의 양측면에 형성된 체결홀(52b)에 결합되는 볼트(56)에 의하여 결합되는데, 이 체결홀(52b)에 설치된 롤러(60)가 회전 가능하게 하기 위하여 롤러(60) 양측면에는 제 1베어링(63)과 제 2베어링(64)이 설치된다.

또한 이 롤러(60)의 형상은 도 9에 도시된 바와 같이 가이드봉(102)(111)과의 내면이 면접촉하도록 하는 소정의 반경(가이드봉의 반경이상으로 형성되어야 한다.)을 가지도록 굴곡지게 원형홈(61)으로 형성하거나, 또는 도 10에 도시된 바와 같이 롤러(60)의 내면과 가이드봉(102)(111)의 외주가 선접촉하도록 소정의 경사각을 갖는 사각홈(62)으로 형성할 수 있다.

다음으로 제 3지지부재(120)가 제 1지지부재(100)와 제 2지지부재(110)에 대하여 수직방향으로 장착되어 있으며, 이 제 3지지부재(120)에 체결되어 제 1, 제 2지지부재(100)(110)의 중간부로 위치한 제 4지지부재(130)가 장착된다.

이 제 4지지부재(130)에는 양면에 톱니(53a)(53b)가 형성된 타이밍벨트(53)가 장착되는데, 이 타이밍벨트(53)의 회전을 지지하기 위하여 제 4지지부재(130)의 양단에는 외주에 톱니가 형성되어 타이밍벨트의(53) 내면에 형성된 톱니(53b)에 치합되도록 된 제 1풀리(132)와 제 2풀리(133)가 각각 장착되고, 이 각각의 풀리(132)(133)의 축 지지를 위하여 제 4지지부재(130)의 양단부의 측면에 고정브라켓이 장착된다. 이 고정브라켓은 먼저 제 1풀리(132)를 지지하며 제 4지지부재(130)의 일단부에 장착된 제 2고정브라켓(134)과 제 2풀리(133)를 지지하기 위하여 제 4지지부재(130)의 타단부에 장착되는 제 3고정브라켓(135)으로 마련된다.

그리고 도 4와 도 6에 도시된 바와 같이 타이밍벨트(53)와 제 4지지부재(130)의 상면과의 사이에는 타이밍벨트(53)의 내면과 접하여 타이밍벨트(53)를 지지하되 타이밍벨트(53)의 원활한 구동을 안내할 수 있도록 하는 윤활수지된 된 윤활부재(140)가 장착된다.

특히 이 윤활부재(140)는 안착판(52)에 과중한 하중을 가진 공작물이 안착될 때 이 이 타이밍벨트(53)로 공작물의 하중이 과다하게 집중되는 것을 방지하고, 오히려 안착판(52)에 가해진 하중을 안착판(52)의 양단부의 롤러(60)측으로 분산시켜 타이밍벨트(53)에 과다한 구동저항이 가해지는 것을 방지하는 기능을 발휘하게 된다.

따라서 이 윤활부재(140)는 타이밍벨트(53)가 삽입 끼워질 수 있을 정도의 폭을 가지도록 사각의 판체로 형성되어 있으며, 하부에는 하측의 제 4지지부재(130)의 홈(131)에 끼워지도록 된 돌기(141)를 구비하여 제 4지지부재(130)에서의 안정된 설치상태를 유지할 수 있도록 되어 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 제 4지지부재(130)의 일단, 즉 제 1풀리(132)가 장착된 부분에는 제 2고정브라켓(134)을 관통하여 제 2풀리(133)와 축상에서 결합된 제 3풀리(136)가 장착되며, 그 하측으로는 구동모터(54)가 제 4지지부재(130)의 측면에 결합된 제 1고정브라켓(57)에 의하여 결합 설치되어 있다. 그리고 이 구동모터(54)의 회전축과 제 3풀리(136) 사이에는 구동모터(54)의 동력을 제 3풀리(136) 측으로 전달하기 위한 동력전달벨트(137)가 장착되어 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치의 작동상태에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치(50)는 먼저 안착판(52)에 공작물이 안착되면 이 공작물의 이송을 공작물에 대한 작업상태에 따라 미리 세팅된 상태로 작업이 개시된다.

그리고 이러한 작업상태에서의 이송장치(50)의 구동은 먼저 구동모터(54)의 동력이 동력전달벨트(137)를 통하여 전달됨으로써 제 3풀리(136)를 통하여 제 1풀리(132)로 동력이 전달되며, 이 전달된 동력으로 제 1풀리(132)가 회전함으로써 타이밍벨트(53)의 구동이 이루어진다.

이때의 타이밍벨트(53)의 동작으로 타이밍벨트(53)에 치합된 상태에 있는 안착판(52)은 타이밍벨트(53)의 구동방향을 따라 선형으로 이동하게 됨으로써 공작물에 대한 선형 이동이 가능해지게 되고, 이때의 이동되는 안착판(52)은 가이드봉(102)(111)에 의하여 그 구동방향과 상태가 적절히 안내되어 정확한 이송상태가 유지되게 된다.

한편, 이러한 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치(50)는 X축에 대한 공작물의 선형이동을 수행하도록 하고, 이 이송장치(50)에 별도의 제어가 가능하도록 한 Y축과 Z축에 대한 이송장치를 구현함으로써 직각 좌표 로봇으로도 활용이 가능하다.

이것은 안착판(52)이 타이밍벨트(53)에 의하여 각각의 톱니(52a)(53a)부분이 치합된 상태이기 때문에 구동모터(54)의 구동에 의하여 X축으로의 안착판(52)이 제어된 상태에 따라 정확하게 이동하게 되고, 공작물에 대한 작업은 Y축으로의 이송장치와 Z축으로의 상하이동으로 공작물에 대한 조립, 용접 등의 작업이 수행되도록 한다.

또한 동일 공작물에 대한 부분 작업이 다수의 직각 좌표 로봇과 데스크 탑 로봇에 의하여 전체적으로 라인화 되었을 경우에는 각각의 작업로봇 사이로 안착판(52)이 이송가능하게 할 수 있다. 따라서 부분적인 개별의 작업 로봇에 의하여 동일한 공작물에 대한 부분적이 순차적으로 수행될 경우에는 안착판(52)을 제 1작업 상태에서 제 2의 작업 상태로 이송시켜 계속적인 작업이 가능하도록 할 수 있다.

이러한 것은 본 발명의 선형 이송장치에서의 안착판(52)이 타이밍벨트(53)에 고정된 것이 아니고 타이밍벨트(53)에 착탈가능하기 때문이며, 특히 종래의 컨베이어 시스템과는 달리 안착판(53)의 정밀한 작업 위치의 제어가 별도의 부품없이 이송구동과 함께 달성되기 때문이다.

그러므로 하나의 제품의 생산시 그 작업시스템에서 용접, 조립 등의 거의 모든 공정을 자동화 할 수 있으며, 또한 기존의 컨베이어 시스템과 작업로봇을 혼용하여 각각의 구동단위를 셀단위로 연계시켜 공작물의 이송중에 계속적인 작업이 이루어지도록 하여 보다 신속하고 정밀한 작업진행이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

이상에서와 같은 본 발명의 선형 이송장치와 이 선형 이송장치가 적용된 작업라인에 대한 구성은 작업이 수행되는 제품의 특성과 그 작업 특성에 따라 보다 다양한 방법과 설치상태로써 구현이 가능하며, 이러한 모든 실시태양은 본 발명의 이송장치에 근간을 두고 있기 때문에 본 발명의 기술적 사상에 포함된다고 할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 공작물 선형 이송장치는 종래의 볼스크류 방식에 비하여 장치의 중량과 제조비용을 크게 절감할 수 있고, 또한 전체적인 공정상의 작업 라인에서 각각의 이송장치를 작업 단위 셀로 구현이 가능하여 작업 라인의 자동화를 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 더욱이 공작물의 정밀한 이송상태의 제어가 가능하기 때문에 공작물의 이동중에도 작업을 지속적으로 수행하여 공작물에 대한 작업시간을 크게 줄일 수 있는 효과들이 있다.

Claims (6)

1. 공작물이 안착되는 안착판,

   상기 안착판의 양단에 설치된 롤러들,

   상기 롤러들을 지지하며, 상기 롤러들의 구동을 안내하는 가이드봉,

   상기 안착판의 하면에 마련된 치합수단,

   구동모터의 구동력을 전달받는 제 1풀리와 상기 제 1풀리와 상기 안착판의 이송방향으로 소정 간격 이격되어 대향 설치되는 제 2풀리,

   상기 치합수단과 치합되어 상기 안착판에 이송을 위한 동력을 전달하고, 상기 제 1풀리에 전달된 구동력을 상기 제 2풀리로 전달하는 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물 선형 이송장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가이드봉은 가이드봉 지지부재 위에 고정되고, 상기 제 1 및 제 2풀리는 각각 풀리 지지부재의 양단에 설치되는 것을 특징으로 하는 공작물 선형 이송장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 풀리 지지부재의 상기 치합수단에 대응하는 측면에 상기 벨트를 윤활 안내하는 윤활부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 공작물 선형 이송장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 벨트의 외면에는 상기 치합수단과 치합되는 외측톱니가 형성되고, 내면에는 상기 제 1 및 제 2풀리의 외주에 형성된 톱니와 치합되는 내측톱니가 형성되는 것을 특징으로 하는 공작물 선형 이송장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 치합수단은 상기 벨트의 외면에 형성된 외측톱니와 치합되도록 상기 안착판의 하면에 일체로 형성되는 톱니를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물 선형 이송장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 치합수단은 상기 벨트의 외면에 형성된 외측톱니와 치합되도록 톱니가 형성되어 상기 안착판에 결합되는 톱니 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작물 선형 이송장치.