KR20030018926A

KR20030018926A - 차량 도포용 도료 토출 장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR20030018926A
Application number: KR1020010053528A
Authority: KR
Inventors: 박기범; 신현오; 정용현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-06

Abstract

본 발명은 도료의 토출특성을 미리 감지하여 토출량을 제어하면서 둘 이상의 서로 다른 노즐로 도료를 선택적으로 토출할 수 있도록 도료 토출 장치를 제어하는 차량 도포용 도료 토출 장치의 제어 방법에 관한 것으로서, 도료의 토출 특성에 따른 도포 채널을 기억하는 단계, 도료를 토출 하우징 내로 흡입하는 단계, 상기 도료가 상기 토출 하우징 내의 오리피스를 통과시키고, 상기 오리피스를 통과하기 전후의 압력 차이를 검출하는 단계, 상기 기억된 도포 채널 중 상기 검출된 압력 차이에 대응하는 도포 채널을 선택하는 단계, 그리고 상기 도포 채널에 따른 속도로 도료를 토출 하우징으로부터 도포 분사 장치로 토출하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 도료의 온도, 점성 변화에 유연하게 대처하여 항상 최적의 상태에서 도료가 도포될 수 있도록 제어할 수 있으므로 도포 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 서로 다른 작업 영역을 갖는 둘 이상의 도료 분사 장치를 1시스템화해서 제어할 수 있으므로 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

차량 도포용 도료 토출 장치의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A NOZZLE USED FOR APPLICATING THE VEHICLE}

본 발명은 차량 도포용 도막 보호 필림(이하 도료라 함) 토출 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도료의 토출특성을 미리 감지하여 토출량을 제어하면서 둘 이상의 서로 다른 노즐로 도료를 선택적으로 토출할 수 있도록 도료 토출 장치를 제어하는 차량 도포용 도료 토출 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 공장에서는 도장 작업이 완료된 완성 차량을 최종 계약자에게 인도하기 전에 차량에 도료를 도포하여 운반 또는 보관시 발생할 수 있는 낙진, 철분, 조류 분비물, 산성비, 매연 등으로부터 차량의 도막을 보호하고 있다. 이러한 도료의 도포는 수작업으로 수행될 수도 있고 또는 다관절 로봇의 아암에 장착되어 있는 도료 분사 장치를 통하여 자동 분사하는 식으로 수행될 수도 있다. 다관절 로봇에 장착된 도료 분사 장치를 통하여 도포를 분사하는 경우 도포면에 골고루필림이 도포될 수 있도록 도포량을 제어하는 것이 중요하다.

이와 같이 분사되는 도포량을 일정하게 유지하기 위해서는 도료를 토출하는 도료 토출 장치를 제어하는 것이 필요한데, 종래의 도료 토출 장치를 제어하는 기술로는 플로우미터(flowmeter) 정량 제어 방법과 기어펌프(gear pump) 정량 제어 방법이 있다.

플로우미터 정량 제어 방법에 따르면 다관절 로봇의 1 사이클 작업 중에 분사 건의 끝단에 걸리는 토출 압력을 검출하고 기준 압력과 비교한 후에 양자간에 차이가 있는 경우 토출 압력이 기준 압력과 일치하도록 재조정함으로써 토출량을 정량 제어한다. 1 사이클 작업이 완료하면 1 사이클 작업 동안 토출한 양을 플로우미터를 이용하여 검출하고 토출량이 기준량과 차이가 있으면 상기 기준 압력을 조정하여 다음 사이클 작업에 반영한다.

기어펌프 정량 제어 방법에 따르면 서보 모터에 연결되어 있는 기어의 토출 회전수를 조정하여 도포량을 정량 제어하는 점에서 상기 플로우미터 정량 제어 방법과 차이가 있다. 따라서, 1 사이클 작업이 완료하면 토출량과 기준량을 비교하여 기준 회전수를 조정하여 다음 사이클 작업에 반영하게 된다.

그러나, 상기한 플로우미터 정량 제어 방법 및 기어펌프 정량 제어 방법은 도료의 온도, 점성 변화 등 도료의 토출 특성의 변화에 대응해서 토출량을 제어하기 어렵다. 또한, 토출량에 대한 보정이 다음 사이클 작업에 이르러서야 비로소 반영되므로 토출량에 대한 신속하고 정확한 제어가 어렵다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 도료의 토출 특성을 미리 감지하여 토출량을 사전에 제어하는 데 있다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 서로 다른 작업 부위를 갖는 둘 이상의 도료 분사 장치에 선택적으로 도료를 공급하는 데 있다.

도 1은 도료 토출 장치의 개략 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 도료 토출 장치의 제어 방법의 순서도이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도료를 충진하기 위한 실린더, 상기 실린더 내의 피스톤을 전후진 구동하는 서보 모터, 상기 도료를 토출하기 위한 토출 하우징을 포함하고, 상기 실린더에 충진되어 있는 도료를 다관절 로봇의 아암에 장착된 도포 분사 장치로 토출하는 도료 토출 장치를 제어하는 방법으로서,

도료의 토출 특성에 따른 도포 채널을 기억하는 단계, 도료를 토출 하우징 내로 흡입하는 단계, 상기 도료가 상기 토출 하우징 내의 오리피스를 통과시키고, 상기 오리피스를 통과하기 전후의 압력 차이를 검출하는 단계, 상기 기억된 도포 채널 중 상기 검출된 압력 차이에 대응하는 도포 채널을 선택하는 단계, 그리고 상기 도포 채널에 따른 속도로 도료를 토출 하우징으로부터 도포 분사 장치로 토출하는 단계를 포함하는 차량 도포용 도료 토출 장치의 제어 방법을 제공한다.

다음에서는 상기한 목적을 구체적으로 구현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 도료 토출 장치(10)와 이를 제어하는 제어기(40)를 나타내는 개략 단면도이다.

상기 도료 토출 장치(10)는 도료를 내부에 저장하는 원통형의 실린더(12),이 실린더(12)의 일측에 설치되고 서보 모터(24)로 제어되는 구동 기어(22) 및 그 타측에 설치되는 토출 하우징(32)을 포함한다.

실린더(12)내에는 피스톤(14)이 설치되어 있고, 이 피스톤(14)에는 스크류 로드(16)가 연결되어 있다. 피스톤(14)은 스크류 로드(16)의 회전에 따라 실린더 (12) 내를 전후진하면서 도료를 실린더 내부에 흡입하거나 외부로 토출시킨다. 스크류 로드(16)의 외측에는 너트(18)가 치합되어 나사 대우(screw pair)를 이루며, 너트의 외측은 기어열로 형성되어 구동 기어(22)에 치합되어 있다.

구동 기어(22)는 서보 모터(24)로 그 회전수가 정밀 제어되고 있다.

토출 하우징(32)의 내측에는 오리피스(34)가 형성되어 있으며, 오리피스(34) 전후로는 제1 압력센서(36)와 제2 압력센서(38)가 설치되어 있다. 오리피스(34)는 일정 단면적을 가진 관의 형태로, 도료의 흡입시 도료가 통과하는 루트가 된다. 이 오리피스(34)는 도료 공급측의 단면적과 오리피스의 단면적을 달리 하여 통과하는 도료의 속도를 변화시키는 기능을 한다. 제1 압력센서(36)는 오리피스(34)를 통과하기 전의 토출 하우징 내 충진된 도료의 압력을 측정한다. 제2 압력센서(38)는 오리피스(34)를 통과하면서 속도 변화가 생긴 도료의 압력을 측정한다.

토출 하우징(32)은 일측이 공급관(40)에 연결되어 있고, 그 타측이 제1 및 제2 토출관(42a, 42b)에 연결되어 있다. 공급관(40)에는 흡입밸브(44)가 설치되어 있다. 흡입밸브(44)는 제어기(50)로부터 도료 흡입을 위한 신호가 전송되면 열려서 도료가 실린더 내부로 흡입되도록 하며, 제어기(50)로부터 흡입 완료를 위한 신호가 전송되면 닫혀서 도료가 더이상 실린더 내로 누출되지 않도록 한다. 제1 및제2 토출관(42a, 42b)에는 각각 제1 토출 밸브(46a)와 제2 토출 밸브(46b)가 설치되어 있다. 제1 토출관(42a)은 정확한 도포가 요구되는 부위, 예컨대 차량의 후드, 루프 등의 테두리 부근에 도포하는 데 이용되는 슬릿 노즐(도시하지 않음)에 연결되어 있으며, 제2 토출관(42b)은 비록 정확도는 떨어지더라도 넓은 영역에 대한 도포가 요구되는 부위, 예컨대 차량의 후드, 루프 등의 내부 전체를 도포하는 데 이용되는 간접식 팁(tip) 노즐(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 제1 및 제2 토출 밸브(46a, 46b)는 각각 제어기(50)로부터 토출 시작을 위한 신호가 전송되면 열려서 도료가 슬릿 노즐 또는 간접식 팁 노즐 등을 통하여 피도물에 도포되도록 하며, 제어기(50)로부터 도포 흡입을 위한 신호가 전송되면 닫혀서 도료가 상기 노즐 등으로 누출되지 않도록 한다. 상기 2개의 토출 밸브는 제어기로부터 신호를 받아 선택적으로 개폐된다.

제어기(50)는 서보 모터(24), 제1 및 제2 압력 센서(36, 38), 흡입 밸브 (44), 제1 및 제2 토출 밸브(46a, 46b), 로봇 제어기(60) 등에 연결되어 있으며, 본 발명의 도포량 제어 방법에 따라 동작하게 된다.

상기 제어기를 통하여 구현되는 본 발명의 도포량 제어 방법을 도 2를 참조하여 다음에서 상세히 설명한다.

먼저, 제어기(50)에 도료의 토출 특성에 따른 도포채널을 미리 기억시킨다 (S200). 이 때, 제어기에 입력할 도포채널은 서보모터(24)의 정회전 속도를 가리킨다. 만일 서보 모터(24)의 정회전 속도가 빠르다면 피스톤은 보다 신속히 전진하게 되어 그만큼 도료의 토출속도도 빨라질 것이고, 반대로 서보 모터의 정회전속도가 느리다면 도료의 토출속도도 느려질 것이다. 이 때 도료의 토출속도에 따라 도포량이 달라지게 되므로 결국 서보 모터(24)의 정회전 속도에 따라 도포량이 제어될 수 있다.

도포채널, 즉 서보모터(24)의 정회전 속도는 시운전을 통하여 미리 설정된다. 시운전시 도포채널 데이터를 얻는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도료를 토출 하우징(32) 내의 오리피스(34)를 통과하여 실린더 내로 흡입되도록 하면서 오리피스를 통과하기 전후의 도료의 압력을 제1 및 제2 압력센서(36, 38)로 측정한다. 이 때 제1 및 제2 압력센서(36, 38)로 측정되는 도료의 압력(P1, P2) 차이를 ΔP라 하고, 이상 유체라고 가정할 때 도료의 압력 차(ΔP)와 도료의 점도(μ) 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.

[식 1]

ΔP = AμQL/D⁴

여기서 A는 상수, Q는 유량, L은 오리피스의 길이, D는 오리피스의 직경을 가리킨다. 상기 식 1을 보면, 일정한 토출속도, 즉 일정한 도포량을 유지하기 위해서는 ΔP가 클 경우 도료의 점도가 크므로 서보 모터의 회전속도 V_S를 증속해야 하고, ΔP가 작을 경우 도료의 점도가 작으므로 서보 모터의 회전속도 V_S를 감속해야 함을 알 수 있다. 즉, 서보 모터의 회전속도는 오리피스 통과 전후의 압력 차에 비례함을 알 수 있으므로 실험을 통하여 회전속도와 압력 차와의 비례상수 값만 결정하면 서보 모터의 회전 속도 V_S의 값도 결정할 수 있다.

상기와 같이 시운전시에 미리 설정된 도포채널의 값이 제어기에 기억된 상태에서 제어기(50)는 흡입 밸브(44)를 열어서 도료를 토출 하우징(32) 및 실린더(12) 내로 흡입한다(S210). 토출 하우징(32) 내로 흡입된 도료는 오리피스를 지나면서 압력이 변하게 되며 제어기(50)는 제1 및 제2 압력센서(36, 38)로부터 도료의 이러한 압력 변화량(ΔP)을 검출하고(S220), 이 압력 변화량에 대응하는 도포채널을 미리 기억된 도포 채널 중에서 선정한다(S230).

다음, 도료 분사 장치를 장착한 다관절 로봇이 도포 작업을 시작하면(S240), 제어기(50)는 로봇 제어기(60)로부터 도료 토출 장치가 피도물의 어떤 위치에 위치하고 있는지를 나타내는 위치 데이터를 읽어 들인다(S250). 이 때, 위치 데이터는, 예컨대 피도물의 테두리(위치 데이터 A) 또는 피도물의 중앙부(위치 데이터 B)등을 가리킬 수 있다.

다음, 제어기(50)는 읽어 들인 위치 데이터에 따라 도포 노즐을 선정한다 (S260). 예컨대, 위치 데이터 A인 경우 슬릿 노즐을 선택하게 되고, 위치 데이터 B인 경우 간접식 팁 노즐을 선택할 수 있다.

마지막으로, 제어기(50)는 선정한 도포 노즐로 도료가 토출될 수 있도록 제1, 2 토출 밸브(46a, 46b) 중 어느 하나를 선택적으로 열고 흡입 밸브(44)를 닫는 동시에 상기에서 선정한 도포 채널의 속도로 서보 모터(24)를 회전시킨다 (S270). 이에 따라 토출 하우징(34) 내의 도료는 선정된 도포 노즐을 통하여 피도물에 분사된다(S280).

Claims

도료를 충진하기 위한 실린더, 상기 실린더 내의 피스톤을 전후진 구동하는 서보 모터, 상기 도료를 토출하기 위한 토출 하우징을 포함하고, 상기 실린더에 충진되어 있는 도료를 다관절 로봇의 아암에 장착된 도포 분사 장치로 토출하는 도료 토출 장치를 제어하는 방법으로서,

도료의 토출 특성에 따른 도포 채널을 기억하는 단계,

도료를 토출 하우징 내로 흡입하는 단계,

상기 도료가 상기 토출 하우징 내의 오리피스를 통과시키고, 상기 오리피스를 통과하기 전후의 압력 차이를 검출하는 단계,

상기 기억된 도포 채널 중 상기 검출된 압력 차이에 대응하는 도포 채널을 선택하는 단계, 그리고

상기 도포 채널에 따른 속도로 도료를 토출 하우징으로부터 도포 분사 장치로 토출하는 단계를 포함하는

차량 도포용 도료 토출 장치의 제어 방법.
제1항에서,

상기 도포 분사 장치는 도포할 부위에 따라 각기 다른 분사 특성을 갖는 둘 이상의 도포 노즐로 이루어지고,

상기 도료 토출 장치가 피도물의 어떤 부위에 위치하고 있는가를 나타내는위치 데이터를 로봇 제어기로부터 읽어 들이는 단계,

상기 위치 데이터에 따라 둘 이상의 도포 노즐 중 어느 하나의 도포 노즐을 선택하는 단계, 그리고

상기 토출 하우징과 상기 도포 노즐 사이에 설치되어 있는 토출 밸브를 선택적으로 개폐하여 상기 도포 노즐을 선택하는 단계에서 선정한 도포 노즐로 도료를 토출하는 단계

를 추가로 포함하는 제어 방법.
제2항에서,

상기 도포 노즐은 슬릿 노즐과 간접식 팁 노즐인 제어 방법.
제2항에서,

상기 위치 데이터는 피도물의 테두리를 나타내는 위치 데이터와 피도물의 중앙부를 나타내는 위치 데이터인 제어 방법.
제1항 또는 제2항에서,

상기 도포 채널은 도료별 서보 모터의 회전 속도인 제어 방법.
제5항에서,

상기 서보 모터의 회전 속도는 상기 오리피스 전후의 압력 차이에 정비례하도록 선택되는 제어 방법.