KR20040014756A - Filament Winding Machine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복합재료(Composite matreial)의 필리멘트 와인딩(Filament winding) 공법을 위한 고정식 와인딩 장치에 관한 것으로, 본 발명의 특징은 가공품을 고정식으로 취부시켜 와인딩 작업이 가능하게 한 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stationary winding apparatus for a filament winding method of a composite matreial, and a feature of the present invention relates to a filament winding apparatus which enables a winding operation by fixedly mounting a workpiece. .
본 발명의 이용분야는 필라멘트 와인딩 및 롤 랩핑(Filament Winding 및 Roll Wrapping)에 적용되는 복합재료 제조물에 적용된다.The field of application of the present invention applies to composite material preparations applied to filament winding and roll wrapping.
예를 들어 1. 파이프 및 파이프 피팅(Pipe fitting류 즉,Elbow, Tee, Reducer의 제조, 2. 피팅(Fitting 과 직관을 함께 제조하여 이음매가 없는 곡관(曲管)의 제조, 3. 대칭 또는 비대칭형의 원 또는 타원 및 각형 입방체 구조물의 제조(구동부의 아암, 기둥(Pillar) 등, 4. 표면에 곡면의 형상을 갖는 구조체의 와인딩 등에 다양하게 이용된다.For example: 1. Manufacture of pipe and pipe fittings (ie Elbow, Tee, Reducer), 2. Manufacture of fittings (seamless pipes by making fittings and straight pipes together), 3. Symmetric or asymmetrical 4. Manufacturing of circular or elliptic and rectangular cube structures of a mold (arms of a driving part, pillar, etc.), etc. 4. Variously used for winding a structure having a curved surface shape.
통상 필라멘트 와인딩에 의한 복합재료의 가공품 제조는 심축상에 가공코자 하는 가공물을 회전시켜 와인딩 작업을 수행하게 되어 여러 문제점을 가지고 있는 바, 이하에 이에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.In general, the manufacture of a workpiece of the composite material by filament winding has a number of problems to perform a winding operation by rotating the workpiece to be processed on the mandrel, which will be described in detail below.
기존의 가공물 회전식 필라멘트 와인딩 장치는 가공물을 중심축을 중심으로 회전시키면서 강화 재료물과 플라스틱 수지 등을 회전하고 있는 축에 걸려있는 틀의 외부에 와인딩 작업을 수행한다.Conventional workpiece rotary filament winding device rotates the workpiece about the central axis while winding the reinforcing material and plastic resin on the outside of the frame hanging on the rotating shaft.
따라서 가공물이 회전중심에 따라 필연적으로 제조과정중에 계속하여 회전하는 상태에서 작업이 이루어지게 되어 그 회전중심을 고려하지 않으면 안되므로 제조가능한 구조물의 외형에 제한이 따랐던 것이다.Therefore, the work is inevitably rotated in the manufacturing process in accordance with the rotation center, the work must be taken into account because the rotation center has to be limited to the appearance of the manufacturable structure.
또한, 이로 인해 비대칭형 또는 보조 부착물이 있는 구조물은 제조하기 어려우며, 비대칭형(편심) 회전에 의한 진동 및 편심에 의한 와인딩 상태의 불균일 현상이 발생될 수 밖에 없었다.In addition, this makes it difficult to manufacture a structure having an asymmetrical or auxiliary attachment, the vibration caused by the asymmetrical (eccentric) rotation and the uneven phenomenon of the winding state due to the eccentricity was bound to occur.
그리고, 가공물이 회전하면서 작업이 이루어지는 관계로 와인딩 화이버(Winding Fiber)의 이송(Feeding) 중심선상으로부터의 거리가 회전시마다 상이할 경우 일정한 장력을 유지하기 어려워 이 역시 작업불량 요인이 되는 등의 여러 문제점을 가지고 있었던 것이다.In addition, since the work is performed while the workpiece rotates, it is difficult to maintain a constant tension when the distance from the feeding centerline of the winding fiber is different each time, which is also a problem of work failure. Would have had.
(참고; 공개특허공보 제2001-0092456호, 동공보 제1995-0017065호 외)(Reference; Japanese Patent Laid-Open No. 2001-0092456, Japanese Patent No. 195-0017065 and others)
이에 본 발명에서는 가공물이 회전하면서 작업이 이루어지는 기존 와인딩 장치와는 역으로 가공물은 고정시킨 상태로 두고 고정된 가공물의 심축을 따라 와인딩 헤터가 회전 및 이동하면서 작업을 수행하는 장치를 제공함으로서 다양한 형태의 구조물(가공물)을 그 형태에 구애받지 않고 자유로이 제조할 수 있게 하며,Accordingly, in the present invention, in contrast to the existing winding device in which the work is rotated while the workpiece is rotated, the present invention provides a device for performing the work while the winding head rotates and moves along the mandrel of the fixed workpiece. To freely manufacture structures (workpieces) regardless of their form,
또한, 회전중심과 관계없이 작업이 이루어지게 하여 곡선부와 직선부가 함께 있는 구조물도 회전작동없이 제조가능케 함으로서 이음매가 없는 안정된 강도를 갖는 제품의 제조가 이루어지도록 하는 등의 다양하고 효율적인 작업성을 제공하고 많은 잇점을 도모할 수 있는 새로운 와인딩 장치를 제공코자 하는 것이다.In addition, the work is made regardless of the center of rotation, so that the structure with the curved part and the straight part can be manufactured without rotation operation, thereby providing various and efficient workability such as the manufacture of products having a stable and seamless strength. It is to provide a new winding device that can achieve many advantages.
도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 필라멘트 와인딩 시스템의 전체 사시도1 is an overall perspective view of a filament winding system to which an embodiment of the present invention is applied
도 2는 본 발명의 요부 단면도2 is a sectional view of main parts of the present invention;
도 3은 본 발명의 요부 정면도3 is a front view of main parts of the present invention;
도 4는 본 발명의 일요부 발췌 확대단면도Figure 4 is an enlarged cross-sectional view of the excerpt of the present invention
도 5는 본 발명중 브레이킹 장치부의 발췌도Figure 5 is an excerpt of the breaking device unit of the present invention
도 6, 7은 본 발명이 적용된 필라멘트 와인딩 시스템의 일사용상태 평면도 및 정 면도6 and 7 is a plan view and shaving of the working condition of the filament winding system to which the present invention is applied
☞ 도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명 ☜☞ Explanation of symbols used in the main part of the drawing ☜
10;와인딩 장치11;와인딩헤더10; winding device 11; winding header
12;텐션로울러13;릴(Reel)12; tension roller 13; reel
14;인너 링(Inner Ring)15;아웃 링(Out Ring)14; inner ring 15; out ring
16;베어링17;외접기어16; bearing 17; external gear
18;모우터(Geared Motor)19;피니언(Pinion)18; Geared Motor 19; Pinion
20;고정프레임21;텐션조절장치20; fixed frame 21; tension control device
22;회전축부23a;일정장력유지장치22; rotating shaft portion 23a; constant tension holding device
24;디스크25;커버24; disk 25; cover
26;축핀27;브레이크프레임26; shaft pin 27; brake frame
28;조절볼트29;라이닝(Lining)28; adjusting bolt 29; lining
30;고정장치부30; fixing unit
40;로봇 본체41;로봇 아암(Robot Arm)40; robot body 41; robot arm
A;가공물B;테이프(B)A; Workpiece B; Tape (B)
도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 필라멘트 와인딩 시스템의 전체 사시도로서, 본 발명은 가공물(A)을 고정시키고, 고정된 가공물(A)의 심축을 따라 와인딩 장치가 회전 및 이동하면서 작업이 이루어지도록 한 것에 특징이 있다.1 is an overall perspective view of a filament winding system to which an embodiment of the present invention is applied, the present invention is to fix the workpiece (A), so that the work is made while the winding device is rotated and moved along the mandrel of the fixed workpiece (A) It is characteristic of one thing.
본 발명을 위한 필라멘트 와인딩 시스템은 소재인 테이프(B)를 가공물(A)에 감는 장치인 와인딩 장치(10)와 상기 와인딩 장치(10)를 구동시키는 로봇 본체(40)와, 가공물(A)을 고정, 장착하는 고정장치부(30)로 대분 구성되는 바, 이하에 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.The filament winding system for the present invention is a device for winding the tape (B) material to the workpiece (A), the robot body 40 for driving the winding device 10, and the workpiece (A) Bar is composed of the fixing device portion 30 for fixing, mounting, look at the present invention through the following examples in detail as follows.
본 발명은 고정장치부(30)에 가공물(A)(예; PIPE, ELBOW, TEE 등의 배관용 부품 등)을 고정시킨 후 소재(예; 수지를 묻힌 테이프(B) 형태의 화이버(Fiber) 등, 이하 테이프(B)로 통칭함.)(B)를 감는 와인딩 장치(10)의 구성에 특징이 있는 바, 이를 중심으로 본 발명의 구성에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.The present invention is to fix the workpiece (A) (e.g. pipe parts, such as PIPE, ELBOW, TEE, etc.) to the fixing device 30, and then to the material (e.g., a tape (B) in the form of a resin buried fiber) Etc., hereinafter referred to collectively as tape (B). (B) is characterized by the configuration of the winding device 10, the configuration of the present invention will be described in detail.
본 발명에 의한 와인딩 장치는 도 2, 3과 같이 원형 궤도로 구성되어 테이프(B)가 감긴 릴(13)을 회전안내하는 와인딩 헤더(11)와, 상기 와인딩 헤더(11)에 안내되어 회전하면서 가공물(A)에 테이프(B)를 감는 텐션 로울러(12)로 크게 구성된다.Winding device according to the present invention is configured in a circular orbit as shown in Figures 2 and 3, the winding header (11) for guiding the reel (13) wound around the tape (B), while the winding header 11 is guided and rotated It consists largely of the tension roller 12 which winds the tape B in the workpiece | work A. FIG.
상기 와인딩 헤더(11)는 인너 링(Inner Ring)(14)과 아웃 링(Out Ring)(15)으로 구성되어 상호간 베어링(16)에 의해 회전구동되는 바, 상기 인너 링(15)에는 외접기어(17)가 결합되어 모우터(Geared Motor)(18)의 피니언(19)과 치차결합된다.The winding header 11 is composed of an inner ring 14 and an out ring 15, which are rotated by mutual bearings 16. The inner ring 15 has an external gear. 17 is coupled to the pinion 19 of the geared motor 18 and geared.
또한, 모우터(18)는 도 5와 같이 고정프레임(20)으로 인너 링(14)에 고정 설치되고, 상기 고정프레임(20)에는 로봇 아암(41)과 연결, 결합되며, 외접기어(17)가 결합된 아웃 링(15)에는 테이프(B)가 감긴 릴(Reel)(13)이 장착되는 텐션로울러(12) 가 결합된다.In addition, the motor 18 is fixed to the inner ring 14 as a fixed frame 20, as shown in Figure 5, the fixed frame 20 is connected to, coupled with the robot arm 41, the external gear 17 ) Is coupled to a tension roller 12 to which a reel 13 wound with a tape B is mounted.
상기 텐션로울러(12)는 롤 스프링(Roll Spring) 등으로 구성되는 일정장력유지장치(Constant Tensioning Device)(23a)가 내장된 하우징(23)으로 회전축부(22)의 아웃링(15)상에 고정결합시켜 롤 스프링(Roll Sping) 의 장력에 의해 일정한 장력으로 테이프(B)가 와인딩될 수 있게 한다.The tension roller 12 is a housing 23 in which a constant tensioning device 23a formed of a roll spring or the like is mounted on the outer ring 15 of the rotating shaft part 22. The fixed coupling allows the tape B to be wound with a constant tension by the tension of the roll spring.
상기 회전축부(22)에 일정한 텐션력 제공하기 위해 롤 스프링(Roll Sping) 등으로 이루어지는 일정장력유지장치(23a)의 구성은 일반적인 것이다.In order to provide a constant tension to the rotating shaft portion 22, the configuration of the constant tension holding device 23a made of a roll spring or the like is common.
그리고, 상기 외접기어(17)는 도시한 예와 같이 아웃 링(15)과 별도 성형하여 결합하거나 아웃 링(15)상에 일체로 성형하여 구성하는 등으로 다양하게 실시할 수 있음은 당연하며, 상기 인너 링(14)은 내측 공간부를 통해 가공물(A)이 위치하여작업이 이루어지므로 가공물(A)에 따라서 다양한 규격으로 실시될 수 있을 것이다.In addition, the external gear 17 may be variously formed by combining with the out ring 15 by molding separately, or by integrally forming on the out ring 15 as shown in the example, The inner ring 14 may be implemented in various standards according to the workpiece (A) because the work is made by placing the workpiece (A) through the inner space.
한편, 상기 릴(13)이 장착되는 텐션로울러(12)의 회전축부(22)상에는 테이프(B)를 가공물(A)에 감을 때 필요한 장력이 조절, 제공될 수 있도록 위한 텐션조절장치(21)가 구비되는 바, 상기 텐션조절장치(21)는 도 5와 같이 텐션로울러(2)의 토크(Torque)를 조절하여 장력이 조절이 이루어지게 한다.On the other hand, on the rotating shaft portion 22 of the tension roller 12 is mounted on the reel 13, the tension control device 21 for adjusting the tension required to wind the tape (B) to the workpiece (A), can be provided Is provided with the bar, the tension control device 21 to adjust the torque (Torque) of the tension roller (2) as shown in FIG.
텐션조절장치(21)는 테이프(B)가 가공물(A)에 감길시에 항시 일정한 장력을 유지토록 한 전술의 일정장력유지장치(23a)와는 별도로 작업자가 작업상황 등에 따라 적절히 장력을 조절토록 함으로서 최적의 작업효율성을 도모케 하는 것이다.The tension adjusting device 21 separates the tension tensioning device 23a from the above-described constant tension holding device 23a which maintains a constant tension at all times when the tape B is wound on the workpiece A. It is to promote optimal work efficiency.
즉, 텐션로울러(12)의 회전축부(22)상의 디스크(24) 외측으로 브레이크 프레임(27) 일측에서 축핀(26)을 중심으로 각운동하는 커버(25)를 형성하고 일단을 조절볼트(29)로 체결, 조절토록 하여 커버(25) 내측의 라이닝(29)이 텐션로울러(12) 회전축부(22)의 디스크(24)를 압박, 제동하는 작동으로 텐션로울러(12)의 회전 토크를 조절토록 함으로서 테이프(B)가 릴(13)로부터 풀리어 가공물(A)에 감기는 장력의 조절이 이루어지게 한다. That is , the cover 25 is formed to angularly move about the shaft pin 26 on one side of the brake frame 27 to the outside of the disk 24 on the rotation shaft portion 22 of the tension roller 12, and one end of the adjustment bolt 29 The rotational torque of the tension roller 12 is adjusted by pressing and braking the lining 29 inside the cover 25 to press and brake the disk 24 of the tension roller 12 and the rotating shaft 22. This allows adjustment of the tension with which the tape B is wound from the reel 13 to the pulley workpiece A. FIG.
물론, 상기에서 릴(13)은 체결너트(21b)로서 텐션로울러(12)의 끼움축(21a)에 분리, 결합토록 교체할 수 있도록 한다.Of course, the reel 13 is to be replaced to replace, coupled to the fitting shaft 21a of the tension roller 12 as a fastening nut (21b).
한편, 상기 인너 링(14)에는 전술에서 언급한 바와 같이 로봇 아암(41)과 결합되어 가공물(A)의 중심축을 따라 와인딩 헤더(11)를 회전 및 선상으로 이동시키면서 와인딩작업이 이루어지게 한다.On the other hand, the inner ring 14 is coupled to the robot arm 41 as mentioned above to allow the winding operation is performed while rotating and moving the winding header 11 along the central axis of the workpiece A.
그리고 상기 와인딩장치(10)의 와인딩 헤더(11)내측 공간부에 가공물(A)이 위치도록 가공물(A)을 고정시키는 고정부는 통상의 척 등, 여러 공지의 고정수단으로 실시될 수 있다.And the fixing part for fixing the workpiece (A) so that the workpiece (A) is located in the inner space of the winding header 11 of the winding device 10 can be implemented by various known fixing means, such as a conventional chuck.
한편, 자동화 설비를 위해 가공정도의 위치를 파악하기 위한 센터 포인트(Center Point)를 와인더 헤더(11)상에 형성하건, 별도의 감지센서 등을 부가시켜 제로 셋팅(Zero Setting)을 할 수 있게 함으로서 이를 자동화 설비에 적용 자동화 작업이 가능할 수 있다.On the other hand, a center point is formed on the winder header 11 to determine the position of the processing degree for the automation facility, or a separate sensor can be added to enable zero setting. By doing so, it may be possible to apply automation to the automation facility.
상기에서 가공물(A)을 고정시키는 고정장치부(30)의 고정수단은 척 등의 여러 고정수단으로 다양하게 실시할 수 있으며, 로봇 본체(40)와 로봇 아암(41) 역시 가공물(A)에 따라 프로그램시켜 자동으로 작동되게 구성하는 등으로 실시되는 것으로, 이러한 로봇의 구성은 일반적이며, 본 발명에 있어서, 로봇 본체(40)와 로봇 아암(41)은 반드시 도시한 예에 국한되지 않고, 당연히 여러 등가의 수단으로 실시가능한 것이므로 이들의 구성에 대한 언급은 생략키로 한다.The fixing means of the fixing device portion 30 for fixing the workpiece (A) in the above can be implemented in various ways, such as a chuck, the robot body 40 and the robot arm 41 also to the workpiece (A) The configuration of such a robot is common, and in the present invention, the robot body 40 and the robot arm 41 are not necessarily limited to the example shown in the present invention. Since these may be implemented by various equivalent means, the description about these structures is abbreviate | omitted.
도면중 미설명 부호 50은 스위치 매트(Switch Mat)이다.Reference numeral 50 in the figure is a switch mat (Switch Mat).
이상과 같이 구성된 본 발명은 도 6, 7과 같이 직관이나 곡관 등에 구별없이 작The present invention configured as described above can be produced without distinction between straight pipes and curved pipes as shown in FIGS. 6 and 7.
업이 가능한 것으로, 이하에 본 발명만의 고유한 작용 등에 대하여 집중적으로 살펴보면 다음과 같다.If the up is possible, the following will focus on the unique operation and the like of the present invention.
본 발명은 고정장치부(30)의 척 등에 가공물(A)을 물려서 고정시킨 후 가공물의 중심선을 따라 와인딩 장치(10)의 와인딩 헤더(11)가 이동하면서 작업을 수행하게된다.According to the present invention, after the workpiece A is fixed by biting the workpiece A on the chuck of the fixing unit 30, the winding header 11 of the winding apparatus 10 moves along the centerline of the workpiece.
즉, 고정장치부(30)로 고정시킨 가공물(A)이 와인딩 헤더(11)의 내부 공간에 위치하도록 배치시킨 상태에서 모우터(18)를 구동하여 피니언(19)의 맞물림결합되어 있는 아웃 링(15)의 외접기어(17)를 회전시킴으로서 아웃 링(15)를 회전구동시켜 결과적으로 아웃 링(15)에 고정장착된 텐션로울러(12)가 가공물(A)을 중심으로 회전하면서 릴(13)로부터 일정장력으로 테이프(B)가 풀리면서 가공물(A)에 감기게 되는 것이다.That is, the work ring A fixed by the fixing device 30 is placed in the inner space of the winding header 11 so as to drive the motor 18 to engage the pinion 19 with the engaged ring. Rotating the outer gear 17 of (15) rotates the out ring 15, and as a result, the tension roller 12 fixedly mounted to the out ring 15 rotates about the work piece A, and the reel 13 The tape (B) is unwound at a predetermined tension and wound onto the workpiece (A).
그리고, 이때, 와인딩 장치(10)의 와인딩 헤더(11)는 로봇 아암(41)에 장착되어 있으므로 가공물(A)의 규격 등이 입력된 로봇의 프로그램에 의해 로봇 아암(41)이 와인딩 헤더(11)를 가공물(A)의 중심선을 따라 가공물(A) 외측에서 이동시캐면서 전술한 작업을 수행하게 되는 것이다.At this time, since the winding header 11 of the winding device 10 is mounted on the robot arm 41, the robot arm 41 is wound around the winding header 11 by a program of the robot in which the size of the workpiece A is input. ) Will be carried out while moving the workpiece A outside the workpiece A along the center line of the workpiece A.
한편, 상기 릴(13)이 장착되는 텐션로울러(12)의 조절볼트(28)로서 테이프(B)가 감기는 장력을 작업자가 상황에 따라 임의로 자유롭게 간단히 가감 조절할 수 있는 바, 이는 조절볼트(28)로서 커버(25)의 라이닝(29)을 텐션로울러(12)의 디스크(24)에 조이고 푸는 동작으로 간편히 수행된다.On the other hand, as the adjustment bolt 28 of the tension roller 12 is mounted on the reel 13, the operator can easily freely adjust the tension of the tape (B) arbitrarily freely according to the situation, this adjustment bolt (28) It is simply performed by tightening and releasing the lining 29 of the cover 25 to the disk 24 of the tension roller 12 as.
이와 같이 본 발명은 가공물(A)은 고정상태로 있고, 가공물(A)을 중심으로 테이프(B)가 회전하면서 감기는 과정으로 작업이 이루어져 곡선부와 직선부가 함께 있는 가공물 등(PIPE, ELBOW, TEE 등)을 그 형태에 구애받지 않고 제조할 수 있으며,Thus, in the present invention, the workpiece (A) is in a fixed state, the work is made in the process of winding while the tape (B) is rotated around the workpiece (A), such as a workpiece with a curved portion and a straight portion (PIPE, ELBOW, TEE, etc.) can be produced regardless of the form,
장력이 일정하게 유지되어 균일한 수지접착력을 유지할 수 있는 것이다.The tension is kept constant to maintain a uniform resin adhesive force.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 가공물(A)은 고정상태로 두고, 테이프(B)가 가공물(A)의 외주를 회전하면서 감기는 과정으로 작업을 수행함으로서 곡선부와 직선부가 함께 있는 구조물 등의 여러 다양한 형태의 구조물을 자유로이 제조할 수 있고, 이음매가 없는 안정된 강도를 갖는 구조물을 제조할 수 있으며, 비대칭의 가공물(제조물) 회전에 의한 진동 및 편심에 의한 불균일현상을 제거할 수 있다.As described above, in the present invention, the workpiece A is fixed, and the tape B is wound while rotating the outer periphery of the workpiece A, thereby performing a work such as a structure having a curved portion and a straight portion together. Various types of structures can be freely manufactured, structures having a seamless and stable strength can be manufactured, and non-uniformity caused by vibration and eccentricity due to asymmetrical workpieces can be eliminated.
또한, 제조물이 고정상태에서 회전하는 와인딩 장치에 의해 장력이 항시 일정하게 유지되므로 균일한 수지접착력을 유지하여 고품질의 제품을 제조할 수 있는 것이다.In addition, since the tension is always kept constant by the winding device in which the product is rotated in a fixed state, it is possible to manufacture a high quality product by maintaining a uniform resin adhesive force.
그리고, 자동화 설비, 즉 로봇에 연결하여 자동 연속생산이 가능한 설치로 손쉽게 적용할 수 있어 3D 업종으로 알려진 에폭시수지(Epoxy) 수지작업분야에서 자동화를 통한 생산설비의 쾌적한 작업환경제공과 생산성 향상 등에 기여할 수 있는 것으로,In addition, it can be easily applied as an installation capable of automatic continuous production by connecting to an automated facility, that is, a robot, contributing to providing a pleasant working environment and improving productivity of production facilities through automation in the epoxy resin working field known as 3D industry. I can
본 발명은 상기 언급한 외에도 복합재료 제조물의 제조에 있어서, 작업효율성과 작업편이성 제고 등의 많은 경제적 이익과 잇점을 도모할 수 있는 그 기대되는 가치가 극히 우수한 것이다.In addition to the above-mentioned, the present invention is extremely excellent in the expected value that can achieve many economic benefits and advantages such as improving work efficiency and work convenience in the production of composite material preparation.
Claims (3)
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