KR20060111980A

KR20060111980A - 자동 볼트 체결장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20060111980A
Application number: KR1020050034298A
Authority: KR
Inventors: 송신우; 황효성
Original assignee: 고등기술연구원연구조합
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2006-10-31

Abstract

본 발명은 자동 볼트 체결장치에 관한 것으로, 모터와, 상기 모터의 회전축상에 구비되어 볼트조임토크를 측정하는 토크센서와, 상기 모터의 상기 회전축 외측단부에 구비되어 볼트를 클램핑하여 고정하거나 언클램핑하는 렌치부와, 볼트를 적재하고 있다가 상기 렌치부로 순차적으로 공급하는 볼트자동공급부와, 상기 렌치부를 상하방향으로 이동시키기 위해 구비되는 승하강구동부와, 피체결부재가 안착되는 안착지그와, 상기 안착지그의 하방에 구비되어 상기 피체결부재에 체결되는 볼트까지의 거리를 측정하는 거리측정센서와, 전체적인 작동제어를 위해 구비되는 제어부를 포함한다.

따라서, 볼트를 적정한 조임토크로 경사짐 없이 적정 깊이까지 체결시키게 되므로 체결 품질을 향상시킬 수 있고, 불량 체결된 제품이 양품으로 판정되는 것을 방지시킬 수 있는 효과가 있다.

볼트, 체결, 장치, 토크

Description

자동 볼트 체결장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC BOLT FASTENING}

도 1은 종래의 자동 볼트 체결장치를 보여주는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 자동 볼트 체결장치를 보여주는 개략도,

도 3(도 3a와 도 3b)은 본 발명에 따른 자동 볼트 체결방법을 설명하는 흐름도,

도 4는 본 발명에 따른 자동 볼트 체결방법을 설명하는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 자동 볼트 체결장치(종래) 3 : 모터

6 : 회전축 8 : 렌치부

9 : 제어부 18 : 육각기둥부

22 : 볼트유지부 42 : 피체결부재

44 : 볼트 45 : 나사구멍

100 : 자동 볼트 체결장치(본 발명) 102 : 모터

104 : 회전축 106 : 토크센서

108 : 조인트 109 : 축지지칼럼

110 : 렌치부 112 : 볼트자동공급부

114 : 승하강구동부 116 : 안착지그

118 : 거리측정센서 120 : 제어부

200 : 피체결부재 200a : 나사구멍

300 : 볼트

본 발명은 자동 볼트 체결장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 볼트를 적정 조임토크 및 깊이로 체결할 수 있으면서 볼트가 비정상적으로 체결되는 모든 상황을 검출하여 불량 체결된 제품이 양품으로 판정되는 것을 방지할 수 있는 자동 볼트 체결장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 볼트(bolt)는 그 견고성이나 작업의 편리성 등으로 인해 각종 기계 기구 조립에 많이 사용되는 기계요소중의 하나로, 그 조임이 느슨하게 이루어질 경우 외부의 충격이나 진동에 의해 쉽게 풀어지게 되어 조립불량을 발생시키게 되고, 반대로 조임이 너무 과다하게 이루어질 경우에는 볼트 헤드부가 마모 또는 변형되어 추후 볼트를 풀어야 할 때 볼트를 제거하지 못하게 되는 문제가 발생되고, 또한 피체결부재(즉, 공작물)에 무리한 힘을 가해 손상시키게 되므로, 볼트는 적정한 조임토크(torque)로 적정 깊이까지 체결되어야 한다.

종래에 볼트 체결작업은 스패너, 렌치와 같은 수공구를 이용하여 수동으로 이루어졌으나, 작업자가 적정 조임토크를 확인하면서 반복적으로 조여주는 작업을 하게 됨에 따라 인력 및 시간의 낭비가 심하여 생산성을 저하시키게 되고, 또한 수작업에 따라 안전사고의 위험성이 존재하며, 체결 정밀도도 떨어져 제품의 품질을 저하시키게 되므로, 최근에는 볼트를 적정 조임토크로 균일하면서 신속하게 피체결부재에 체결시킬 수 있는 자동 볼트 체결장치가 개발되어 여러 생산라인 등에서 널리 사용되고 있다.

종래의 자동 볼트 체결장치의 일 예로서, 대한민국 특허 출원번호 10-1997-014821호에 개시되어 있는 것을 도 1에 나타낸다.

도면을 참조하면, 자동 볼트 체결장치(1)는 상부측에 하향되도록 구비되는 모터(3)와, 모터(3)의 회전축(6) 하단부에 구비되어 체결될 볼트(44)를 클램핑하여 고정하거나 언클램핑하는 렌치부(8)와, 모터(3)의 작동제어를 위해 구비되는 제어부(9)를 포함한다.

여기서, 렌치부(8)는 볼트(44)의 헤드부 상면상에 함몰되도록 형성된 육각구멍에 삽입되는 육각기둥부(18)와, 해당 볼트(44)의 헤드부 측면을 조여서 고정하기 위해 복수개의 판스프링으로 이루어져 구비되는 볼트유지부(22)로 구성되어 있다.

따라서, 수동 또는 자동으로 공급될 수 있는 볼트(44)를 렌치부(8)가 클램핑하여 고정하면, 제어부(9)의 작동제어에 의해 모터(3)가 회전구동되어 회전되는 렌치부(8)에 의해 볼트(44)가 피체결부재(42)상에 형성되어 있는 나사구멍(45)에 삽입되어 체결되게 된다.

이와 같은 종래의 체결장치에 있어서, 볼트(44)를 적정하게 체결시키기 위해 사용되는 방법으로는 체결되는 볼트(44)측에 걸리게 되는 조임토크를 측정하여 기 설정된 적정 조임토크값에 도달하는 시점에서 그 체결을 완료하는 것이 통상적으로 이용되고 있으며, 조임토크의 측정은 모터(3)의 회전축(6)상에 구비되는 변형게이지와 같은 토크측정수단을 이용하여 직접 측정하거나 모터(3)의 구동전류가 조임토크와 같은 경향을 나타내는 것을 이용하여 모터(3)의 구동전류로부터 조임토크를 산출하여 구하는 방식이 이용되고 있다.

또 다른 방법으로, 시간당 체결 회전속도를 측정하여 회전수를 구하고, 구해진 회전수가 기설정된 적정 회전수에 도달하는 시점에서 그 체결을 완료하거나 단지 기설정된 일정시간에 도달하는 시점에서 작업을 완료하는 방법 등이 이용되고 있다.

그러나, 이와 같은 방법들은 볼트(44) 자체의 결함이나 볼트(44)가 제대로 장입되지 않았거나 볼트(44)가 헛돌아 제대로 체결되지 않았거나 일측으로 기울어지게 체결되는 등 비정상적으로 체결된 경우에도 측정된 조임토크나 회전수가 설정된 값에 도달하거나 설정된 시간에 도달하면 모두 정상적으로 체결작업된 것으로 작업을 완료시키게 되므로, 체결불량된 제품이 양품으로 생산되게 되는 문제점을 야기시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 볼트의 누락이나 장입 오류 및 볼트 자체의 결함 등으로 인해 불완전하게 체결된 경우에는 즉시 체결오류를 발생시켜 체결 불량품이 양품으로 판정되는 것을 근본적으로 방지하면서 볼트를 적정 조임토크 및 깊이로 양호하게 체결시킬 수 있는 자동 볼트 체결장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 볼트 체결장치는, 모터와, 상기 모터의 회전축상에 구비되어 볼트조임토크를 측정하는 토크센서와, 상기 모터의 상기 회전축 외측단부에 구비되어 볼트를 클램핑하여 고정하거나 언클램핑하는 렌치부와, 볼트를 적재하고 있다가 상기 렌치부로 순차적으로 공급하는 볼트자동공급부와, 상기 렌치부를 상하방향으로 이동시키기 위해 구비되는 승하강구동부와, 피체결부재가 안착되는 안착지그와, 상기 안착지그의 하방에 구비되어 상기 피체결부재에 체결되는 볼트까지의 거리를 측정하는 거리측정센서와, 전체적인 작동제어를 위해 구비되는 제어부를 포함한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동 볼트 체결방법은, 렌치부로 볼트가 공급되는 단계와, 상기 렌치부가 피체결부재측까지 이동되는 단계와, 모터가 회전구동되어 회전되는 상기 렌치부를 통해 볼트가 체결되는 단계와, 토크센서에서 검출되는 볼트조임토크값이 설정값에 도달하는 시점에서 상기 모터가 정지되는 단계와, 거리측정센서에서 검출되는 체결된 볼트까지의 거리값이 설정값과 비교되어 볼트의 정상체결이 완료되는 단계와, 상기 거리측정센서에서 검출된 거리값이 설정값과 비교되어 볼트의 이상체결이 외부에 표시되는 단계와, 상기 렌치부가 복귀 이동되는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동 볼트 체결장치를 보여주는 개략도이다.

자동 볼트 체결장치(100)는 상부측에 하향되도록 구비되는 모터(102)와, 모터(102)의 회전축(104)상에 구비되어 체결되는 볼트(300)측에 걸리게 되는 조임토크를 측정하여 제어부(120)로 송신하는 로드셀(load cell) 등을 이용한 토크센서(106)와, 모터(102)의 회전축(104) 하단부에 구비되어 볼트(300)를 클램핑하여 고정하거나 언클램핑하는 렌치부(110)와, 많은 볼트(300)를 적재하고 있다가 렌치부(110)로 하나씩 순차적으로 공급하는 로타리 피더(rotary feeder) 형식 등의 볼트자동공급부(112)와, 렌치부(110)를 상하방향으로 이동시키기 위해 구비되는 승하강구동부(114)와, 하부측에 구비되어 피체결부재(200)가 안착되는 안착지그(116)와, 안착지그(116)의 하부측에 구비되어 피체결부재(200)에 체결되는 볼트(300)의 하단까지의 거리를 측정하여 제어부(120)로 송신하는 비접촉 방식 등의 거리측정센서(118)와, 전체적인 작동제어를 위해 구비되는 제어부(120)를 포함한다.

그리고, 모터(102)의 회전축(104)상에는 회전축(104)을 상부측과 하부측으로 구분되게 중간에서 연결하면서 상부측과 하부측의 축 중심이 어긋나는 경우에도 상부측으로부터의 회전력을 하부측으로 정속으로 전달하게 되는 조인트(joint)(108)가 구비될 수 있으며, 상대적으로 길이가 긴 모터(102)의 회전축(104)을 중간 부분에서 안정적으로 회전가능하게 지지할 수 있는 축지지칼럼(109)이 또한 구비될 수 있다.

이상과 같은 구성으로, 토크센서(106)를 통해 기설정된 적정 조임토크값이 검출되는 시점에서 체결작업을 완료하게 되며, 체결완료에 따라 모터(102)의 구동이 정지된 후에는 거리측정센서(118)를 통해 체결된 볼트(300)의 하단까지의 거리를 측정하여 볼트(300)가 경사짐 없이 정확하게 적정 깊이까지 체결되었는지를 검출하여 불량체결된 경우에는 에러를 발생시키도록 작동되게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 자동 볼트 체결장치의 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3(도 3a와 도 3b)과 도 4는 본 발명에 따른 자동 볼트 체결방법을 각각 설명하는 흐름도와 그래프이다.

먼저, 장치 전체에 전원이 인가되고(S200), 제어부(120)를 통해 "체결완료시 및 체결도중 시점별 적정 조임토크값", "피체결부재(200)에 대한 두께와 같은 정보", "체결될 볼트(300)의 길이 등에 대한 정보", "모터(102)의 회전속도" 등의 파라미터값을 초기 설정하게 된다(S202).

이후, 작업자가 제어부(120)를 통해 시작버튼을 누르면(S204), 제어부(120)에 연결된 토크센서(106)와 거리측정센서(118)가 온(on)되게 되고, 또한 볼트자동공급부(112)를 통해 렌치부(110)로 체결될 하나의 볼트(300)가 공급되게 되며(S206), 공급된 볼트(300)는 렌치부(110)에 클램핑되어 고정되게 된다.

이어서, 체결될 볼트(300)가 공급된 렌치부(110)는 승하강구동부(114)에 의해 하부측으로 하강되어 렌치부(110)에 고정된 볼트(300)의 하단부가 하부측의 피 체결부재(200)에 형성된 나사구멍(200a)측에 접촉되게 된다(S208).

이후, 모터(102)가 회전구동되어 회전되는 렌치부(110)에 의해 볼트(300)가 체결되게 되는데(S210), 이 과정에서 먼저 파라미터값으로 설정된 모터(102)의 최고속도까지 가속구간(T5~T6)을 거쳐 가속되게 되며, 가속된 다음 일정시간(T6~T7) 경과후 토크센서(106)에서 1차 조임토크값이 측정되어 제어부(120)를 통해 해당 측정값이 기설정된 1차 적정값과 비교되게 되며(S212), 비교결과 같거나 크게 측정된 경우에는 제어부(120)에서 모터(102)의 회전속도를 1차적으로 감속하게 된다(S214). 그리고, 만약 1차 측정값이 1차 적정값보다 작은 경우에는 계속적으로 고속 회전되게 된다.

이후, 1차 감속된 다음, 중속구간(T9~T11)이 진행되게 되며, 일정시간(T9~T10) 경과후 토크센서(106)에서 2차 조임토크값이 측정되어 제어부(120)를 통해 해당 측정값이 기설정된 2차 적정값과 비교되게 되며(S216), 비교결과 같거나 크게 측정된 경우에는 제어부(120)에서 모터(102)의 회전속도를 2차적으로 감속하게 되고(S218), 반면 2차 측정값이 2차 적정값보다 작은 경우에는 계속적으로 중속 회전되게 된다.

이어서, 2차 감속된 다음, 저속구간(T12~T14)이 진행되게 되며, 일정시간(T12~T13) 경과후 토크센서(106)에서 3차 조임토크값이 측정되어 제어부(120)를 통해 해당 측정값이 기설정된 3차 적정값과 비교되게 되며(S220), 비교결과 같거나 크게 측정된 경우에는 제어부(120)에서 모터(102)의 회전속도를 3차적으로 감속하여 완전히 정지시키게 되고(S222), 반면 3차 측정값이 3차 적정값보다 작은 경우에 는 계속적으로 저속 회전되게 된다.

이로써, 모터(102)의 회전구동에 따른 볼트(300)의 체결과정이 완료되게 되며, 이후 거리측정센서(118)에서 체결 완료된 볼트(300)의 하단까지의 거리를 측정하여 그 측정값이 제어부(120)를 통해 기설정된 적정값과 비교되게 되며(S224), 비교결과 적정값과 같거나 작은 경우에는 볼트(300)가 적정 깊이까지 정상적으로 체결되었다는 것을 의미하므로, 이후 제어부(120)를 통해 볼트(300)가 정상 체결되었음이 표시되게 된다(S226).

반면, 거리 측정값이 설정값에 비해 큰 경우에는 볼트(300) 자체의 결함이나 장입 오류 및 경사진 체결 등으로 적정 깊이까지 체결되지 않았다는 것을 의미하므로, 이후 제어부(120)를 통해 볼트(300)가 비정상 체결되었음이 표시되게 된다(S228).

이어서, 렌치부(110)는 승하강구동부(114)에 의해 상부측으로 이동되어 복귀되게 되며(S230), 물론 볼트(300)가 비정상 체결된 것이 검출된 경우에는 해당 피체결부재(200)를 불량으로 처리하게 될 것이다.

이상으로, 하나의 볼트(300)를 체결하는 한 사이클이 완료되게 되며, 이상과 같은 과정을 반복하여 반복 체결작업이 수행되게 된다.

덧붙여, 본 발명에 따르면, 모터(102)에 구동신호가 인가되어 모터(102)가 회전구동하는 도중에도 거리측정센서(118)가 체결되고 있는 볼트(300)의 하단까지의 거리를 반복 측정하여 경시적으로 측정값에 변동이 없는 경우에는 볼트(300)가 장입되지 않고 누락되었거나 어떤 이유로 볼트(300)의 체결이 정상적으로 이루어지 지 않고 있다는 것을 의미하므로, 즉시 제어부(120)를 통해 이상 상황이 표시되도록 제어될 수 있으며, 이 경우 제어부(120)는 즉시 모터(102)의 회전구동을 정지시킬 수 있다.

이로써, 토크센서(106) 및 거리측정센서(118)를 이용하여 적정 조임토크 및 깊이로 볼트(300)를 정확히 체결시키면서도 볼트(300)의 누락이나 장입 오류 및 볼트(300) 자체의 결함 등으로 인해 불완전하게 체결되는 경우에는 거리측정센서(118)를 이용하여 즉시 체결오류를 표시하여 양품으로 생산되게 되는 것을 미연에 방지시키게 된다.

덧붙여, 이상에서 볼트(300)의 체결시 모터(102)의 회전속도를 고속에서 저속으로 단계적으로 나누어 제어하는 것은 기본적으로 체결작업의 생산성 향상을 위해 초기에는 고속으로 회전시킨 다음, 정지전에는 미리 저속으로 만들어 정지시점에서 도과되지 않고 정확히 정지되도록 하여 적정 조임토크값으로 체결되도록 하기 위함이며, 따라서 고속과 저속의 2단계 제어도 가능하나, 이상에서는 모터(102)의 특성 등을 감안하여 보다 정확한 제어가 이루어지도록 하기 위해 3단계 제어되는 경우를 대표적으로 나타내었음을 밝힌다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 볼트를 적정한 조임토크로 경사짐 없이 적정 깊이까지 체 결시키게 되므로 체결 품질을 향상시킬 수 있고, 불량 체결된 제품이 양품으로 판정되는 것을 방지시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims

모터와,

상기 모터의 회전축상에 구비되어 볼트조임토크를 측정하는 토크센서와,

상기 모터의 상기 회전축 외측단부에 구비되어 볼트를 클램핑하여 고정하거나 언클램핑하는 렌치부와,

볼트를 적재하고 있다가 상기 렌치부로 순차적으로 공급하는 볼트자동공급부와,

상기 렌치부를 상하방향으로 이동시키기 위해 구비되는 승하강구동부와,

피체결부재가 안착되는 안착지그와,

상기 안착지그의 하방에 구비되어 상기 피체결부재에 체결되는 볼트까지의 거리를 측정하는 거리측정센서와,

전체적인 작동제어를 위해 구비되는 제어부를 포함하는 자동 볼트 체결장치.
렌치부로 볼트가 공급되는 단계와,

상기 렌치부가 피체결부재측까지 이동되는 단계와,

모터가 회전구동되어 회전되는 상기 렌치부를 통해 볼트가 체결되는 단계와,

토크센서에서 검출되는 볼트조임토크값이 설정값에 도달하는 시점에서 상기 모터가 정지되는 단계와,

거리측정센서에서 검출되는 체결된 볼트까지의 거리값이 설정값과 비교되어 볼트의 정상체결이 완료되는 단계와,

상기 거리측정센서에서 검출된 거리값이 설정값과 비교되어 볼트의 이상체결이 외부에 표시되는 단계와,

상기 렌치부가 복귀 이동되는 단계를 포함하는 자동 볼트 체결방법.
제 2 항에 있어서,

상기 모터가 회전구동하는 도중에 상기 거리측정센서가 거리를 반복 측정하여 측정값에 변동이 없을 경우 즉시 이상 상황을 표시하고 상기 모터가 정지되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동 볼트 체결방법.