KR20090094700A - 밸브 스템 씰 압입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진용 실린더 헤드에 밸브 스템 씰을 압입해주는 압입장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스템 씰이 그리핑된 그립퍼 모듈을 정밀제어가 가능한 다관절 핸들링 로봇을 이용하여 직접 작업 정위치로 이동하는 유연 로봇 시스템 형태로 구성함으로써, 장치의 전체적인 구성이 간단해지고, 각 장치간 정렬이 불필요하며(로봇 티칭으로 대응 가능), 장치 비용 및 인력, 제작 시간을 절감할 수 있는 밸브 스템 씰 압입장치에 관한 것이다.

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Description

밸브 스템 씰 압입장치{Apparatus for inserting valve stem seal for engine}

본 발명은 밸브 스템 씰 압입장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 엔진의 실린더 헤드에 밸브 스템 씰을 압입해주는 밸브 스템 씰 압입장치에 관한 것이다.

주지되어 있는 바와 같이, 자동차 엔진에서 실린더 헤드(10)에는, 첨부한 도 1에 도시한 바와 같이, 밸브 홀(111)에 밸브 가이드(13)가 압입되어 고정되며, 밸브 가이드(13)는 흡/배기밸브(12)를 안내하는 역할을 한다. 또한 밸브 가이드(13)의 외주 상에는 오일을 차단하기 위한 밸브 스템 씰(valve stem seal)(14)이 압입되어 고정된다.

여기서, 밸브 스템 씰(14)은 오일 씰의 일종으로, 흡/배기밸브(12)의 동작시에 밸브 스템(12a) 주변을 씰링하여 엔진 오일이 채워진 실린더 헤드 공간(16)과 연소실(17) 간을 분리하는 역할을 한다. 즉, 실린더 헤드 공간(16)에 채워진 엔진 오일이 밸브(12) 상층부에서 밸브 스템(12a)을 타고 밸브 하부로 흘러 연소실(17) 내에 유입되는 것을 방지(연소실로의 누유 방지)하는 것이다. 도 1에서 도면부호 15는 스템 씰 러버를 나타내며, 이는 밸브 스템 씰(14)과 밸브 가이드(13) 사이에 개재되어 실제 씰링을 담당하는 부재이다.

만약, 상기한 밸브 스템 씰(14)의 압입이 불량하거나 누락시에는 엔진 오일이 연소실(17) 내부로 유입되어 차량의 배기가스가 흰색을 띄게 되며(대기 오염을 유발하는 상태), 이를 장시간 방치할 경우에는 엔진 오일의 부족으로 인하여 엔진의 모든 윤활부에서 소착 등과 같은 치명적인 문제가 일어날 수 있다. 이에 밸브 스템 씰은 엔진에서 매우 중요한 안전 부품이다.

한편, 엔진 조립라인에서 밸브 스템 씰(이하, 스템 씰로 약칭함)을 실린더 헤드에 장착하기 위해 통상 자동화된 프레스 압입장치가 이용되는데, 이는 매우 복잡한 장치들로 구성된다.

첨부한 도 2는 종래기술에 따른 밸브 스템 씰 압입장치의 구성도로서, 작업대상이 되는 실린더 헤드(10)를 이송하여 투입하는 컨베이어 장치(111)가 구비되고, 또한 하부에서 실린더 헤드(10)를 정렬 및 백업(back up)을 위한 장치(113)가 구비된다. 실린더 헤드 정렬 및 백업 장치(113)는 팔렛트(palette)(112)에 탑재된 상태로 작업공정에 투입된 실린더 헤드(10)를 리프팅하고 틸팅하여 작업 정위치에 위치시키는 구성부이다. 도면부호 114는 실린더 헤드(10)를 리프팅 및 틸팅시켜주기 위한 리프팅-틸팅 유닛을 나타낸다.

이때, 실린 헤드 정렬 및 백업 장치(113)는 스템 씰이 수직으로 밸브 가이드 에 압입될 수 있도록 실린더 헤드(10)의 위치 및 자세를 조정하고, 압입시에 실린더 헤드(10)를 받쳐주어 프레스 하중에 대한 백업 역할을 하게 된다.

또한 부품공급부(part feeder)(120)에서 공급되는 스템 씰이 정렬다이(132)에 분배되어 정렬되고, 로더 장치(141)의 그립퍼 모듈(gripper module)(142)이 정렬된 상태의 스템 씰을 그대로 잡고 이동하여 정위치에서 대기한다. 이러한 압입 대기상태에서 스템 씰이 상부의 압입 유닛(일종의 유압 프레스 장치임)(150)에 의해 수직으로 압입되어 장착된다(밸브 가이드 외주 상에 압입되어 장착됨). 상기 그립퍼 모듈(142)에는 압입시에 스템 씰 러버에 의한 스프링 백 현상을 상쇄시키는 구조가 내장되어 있다.

상기와 같은 밸브 스템 씰 압입장치의 동작에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 부품공급부(120)에서 투입구(121)에 투입된 스템 씰은 직진 피트(pit)(122)를 통과하여 상하로 길게 세워진 상태로 이동하면서 연속적으로 투입되는데, 이때 부품정렬부(130)의 직교 로봇(131)에 의해 정렬다이(132)가 수평으로 이동하게 되면서, 연속적으로 투입되는 스템 씰이 정렬다이(132)의 각 홈에 순차적으로 끼워져서 일정한 압입 피치로 재정렬된다.

이후, 정렬된 스템 씰들을 로더 장치(3축 직교 로봇)(141)가 픽업(pick up)하여 압입 위치로 이송하는데, 이때 정렬다이(132)에 끼워져 분배된 스템 씰들을 로더 장치(141)의 그립퍼 모듈(142)이 동시에 잡아 이송하게 된다. 또한 이송 중간에 스템 씰에는 오일이 도포된다. 도 2에서 화살표는 스템 씰 및 이를 잡고 있는 그립퍼 모듈(142)이 로더 장치(141)에 의해 이송되는 방향을 나타낸 것으로, 3축 직교 로봇인 로더 장치(141)에 의해 상승, 수평 이동, 그리고 하강의 순으로 작업 정위치까지 이송된다.

상기와 같은 동작과 동시에 실린더 헤드(10)가 팔렛트(112)에 안착된 상태로 진입하여 작업 정위치까지 리프팅 및 틸팅되고, 결국 실린더 헤드(10)는 하측의 백업 구성부에 의해 백업된 상태로 스템 씰이 수직으로 압입될 수 있는 자세를 유지하게 된다.

이와 같이 스템 씰과 실린더 헤드(10)의 정렬이 완료되면 상부에서 압입 유닛(15)의 압입 실린더(151)가 동작하여 그립퍼 모듈(142)의 스템 씰들을 실린더 헤드(10)에 수직 압입한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 밸브 스템 씰 압입장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

먼저, 종래의 밸브 스템 씰 압입장치는 스템 씰을 이송시켜주는 로더 장치(141), 그리고 압입 실린더(151)를 포함한 압입 유닛(15) 등 다수의 구동장치로 인해 전체의 구성이 매우 복잡하고, 장치 간 정렬이 매우 어렵다. 또한 문제 발생 요소가 많을 뿐만 아니라 유지 보수도 어렵다.

구성이 복잡하므로 장치를 제작하는데 많은 비용이 소요되고, 장치 부품의 조립 정렬시에 인력 및 시간이 과다 소요되는 문제가 있다. 특히 압입 구동원으로 유압탱크를 포함한 유압장치를 사용하므로 설치 및 보수 공간이 충분히 확보되어야 하고, 누유 등으로 인한 환경오염 발생, 고가의 유압용 밸브류 및 유압탱크 소요, 복잡한 배관 회로 구성, 유지 보수 비용 과다 등의 문제가 있다.

그리고, 종래의 압입장치는 그립퍼 모듈(142)에서 스템 씰의 정렬 위치, 즉 스템 씰의 위치 조정 및 스템 씰 간 간격(실린더 헤드에 대해 압입 피치가 됨) 조정이 불가하다. 이와 같이 위치 및 간격 조정이 불가한 상태에서 바로 수직 압입이 이루어지므로 정해진 엔진 기종에만 장치의 이용이 가능하고, 다양한 기종 대응이 불가하다(해당 엔진 기종 전용으로 사용하므로 유연성이 없음).

또한 엔진의 실린더 헤드에서 밸브 간 위치도 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같이 흡기밸브와 배기밸브에 따르므로 흡, 배기용에 따라 스템 씰(밸브 위치) 간 간격이 다르고, 이에 작업시 스템 씰의 압입 피치가 달라야 하며, 결국 흡기밸브용과 배기밸브용으로 별도의 스템 씰 압입장치가 필요하다.

첨부한 도 4와 도 5는 이러한 문제점을 보여주는 도면으로, 흡기밸브용 압입장치와 배기밸브용 압입장치가 각각 필요하며, 각각의 장치에 의해 흡기밸브용 스템 씰과 배기밸브용 스템씰의 압입 작업이 이루어져야 한다. 이로 인해 장치 비용이 증가할 뿐만 아니라 2대의 장비를 설치하기 위한 넓은 공간을 확보해야 하는 문제가 있다.

그 밖에 압입을 위한 정렬 작업시에 오차 발생 변수가 많은 문제가 있다. 즉, 정렬다이(132)를 이동시키는 직교 로봇(131), 로더 장치(141)에 사용된 직교 로봇, 압입 유닛(15) 간에 누적 오차가 발생할 수 있고, 실린더 헤드의 자세를 고정하기 위해 팔렛트의 하면 기준핀 외에 별도의 고정 장치가 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 스템 씰이 그리핑된 그립퍼 모듈을 정밀제어가 가능한 다관절 핸들링 로봇을 이용하여 직접 작업 정위치로 이동하는 유연 로봇 시스템 형태로 구성함으로써, 장치의 전체적인 구성이 간단해지고, 각 장치간 정렬이 불필요하며(로봇 티칭으로 대응 가능), 장치 비용 및 인력, 제작 시간을 절감할 수 있는 밸브 스템 씰 압입장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 부품공급부에서 부품정렬부로 공급되어 그립 위치로 분배 및 정렬된 스템 씰들을 그립핑하기 위한 그립퍼 모듈과; 실린더 헤드 정렬부에 의해 작업 정위치로 정렬된 실린더 헤드에 대해 상기 그립퍼 모듈의 스템 씰들이 압입될 수 있도록 프레스 하중을 제공하는 압입 유닛이 통합된 구조의 압입 툴 모듈과;

상기 압입 툴 모듈을 픽업하여 작업 정위치로 이동시켜 상기 그립퍼 모듈의 스템 씰들을 압입 위치로 위치시켜주는 다관절 핸들링 로봇;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치를 제공한다.

여기서, 상기 압입 툴 모듈은,

상기 핸들링 로봇의 선단부가 탈/부착 가능하게 결합되는 부분인 체결부와;

상기 체결부의 하측으로 결합된 연결모듈과;

상기 연결모듈의 하측에 결합된 지지플레이트에서 상측으로 고정 설치되어 하기 그립퍼 모듈의 각 그립퍼에 그립핑된 스템 씰이 실린더 헤드에 압입될 수 있도록 프레스 하중을 가해주는 압입 유닛과;

상기 압입 유닛의 하측으로 지지플레이트에 결합되어 개별 그립퍼를 통해 스템 씰들을 그립핑해주는 그립퍼 모듈;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 밸브 스템 씰 압입장치에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.

1) 장치의 전체적인 구성이 간단해지고, 각 장치간 정렬이 불필요하며(로봇 티칭으로 대응 가능), 장치 비용 및 인력, 제작 시간을 절감할 수 있는 장점이 있다. 장치의 부품수가 축소되며, 유닛 수량이 최소화되어 유지 보수가 용이하다.

2) 그립퍼 모듈 하나로 흡기밸브 및 배기밸브의 스템 씰을 모두 압입할 수 있으므로, 종래와 같이 동일한 장비를 흡/배기밸브에 따라 별도로 구비하지 않아도 되며, 이에 장치 비용 절감, 설치 공간 축소의 장점이 있다.

2) 다관절 로봇만으로 흡/배기밸브의 압입 방향에 따른 자세 변환이 쉽게 대응 가능하고, 공용의 다관절 로봇을 이용함에 따른 장점이 있다.

3) 기종에 따른 그립퍼 모듈의 추가시에 다양한 엔진 기종에 대응이 가능하며, 다품종 소량 생산에 대한 유연성 확보가 가능해진다.

5) 압입을 위한 정렬 작업이 간편해진다. 즉 로봇 티칭으로 실린더 헤드의 압입부 홀 중심에 위치 정렬이 가능해지고, 압입 툴 모듈의 기준핀 결합으로 실린더 헤드의 자세를 정확히 고정 후 압입할 수 있다.

6) 압입 기구의 단순화로 압입 오차 및 불량을 크게 줄일 수 있다.

7) 프레스 장치로 공압 장치를 사용하므로 구조가 단순해지고, 설치비용이 감소되며, 유압식에 비해 유지 보수가 용이하다. 또한 환경오염의 문제가 발생하지 않는다.

8) 압입 유닛과 그립퍼 모듈을 하나의 압입 툴 모듈로 통합함으로써 설치공간의 축소가 가능해진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밸브 스템 씰 압입장치를 나타낸 도면이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브 스템 씰 압입장치는 정렬된 스템 씰을 정밀제어가 가능한 다관절 핸들링 로봇(160)을 이용하여 직접 작업 정위치로 이동 및 압입하는 유연 로봇 시스템으로 되어 있다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 스템 씰 압입장치는, 실린더 헤드(10)를 작업공정으로 이송하고 이송된 실린더 헤드(10)를 리프팅 및 틸팅하여 작업 정위치로 정렬하는 실린더 헤드 정렬부(110)와, 스템 씰을 공급하는 부품공급부(120)와, 상기 부품공급부(120)에서 공급되는 스템 씰들을 그립 위치로 분배 및 재정렬하는 부품정렬부(130)와, 상기 부품정렬부(130)에 정렬된 스템 씰들 그립핑하기 위한 그립퍼 모듈(182)과 상기 그립퍼 모듈(182)의 스템 씰들을 압입하기 위한 프레스 하중을 제공하는 압입 유닛(191)이 통합된 구조의 압입 툴 모듈(170)과, 상기 압입 툴 모듈(170)을 픽업하여 작업 정위치(압입 위치)로 이동시켜주는 다관절 핸들링 로봇(160)을 포함하여 구성된다.

우선, 실린더 헤드 정렬부(110)는, 작업대상이 되는 실린더 헤드(10)를 이송하여 작업공정에 투입하는 컨베이어 장치(111)와, 하부에서 실린더 헤드(10)를 작업 정위치로 정렬하고 압입시 백업(back up)하는 실린더 헤드 정렬 및 백업 장치(113)를 포함하여 구성된다. 여기서, 실린더 헤드 정렬 및 백업 장치(113)는 팔렛트(112)에 탑재된 상태로 투입된 실린더 헤드(10)를 리프팅하고 틸팅하여 작업 정위치에 위치시키는 구성부이다. 도면부호 114는 실린더 헤드(10)를 리프팅 및 틸팅시켜주기 위한 리프팅-틸팅 유닛을 나타낸다.

상기 실린 헤드 정렬 및 백업 장치(113)는 스템 씰이 수직으로 밸브 가이드에 압입될 수 있도록 실린더 헤드(10)의 위치 및 자세를 조정하고, 압입시에 실린더 헤드(10)를 받쳐주어 프레스 하중에 대한 백업 역할을 하게 된다.

그리고, 부품공급부(120)에서 공급되는 스템 씰은 직진 피트(pit)(122)를 통 과하여 상하로 길게 세워진 상태로 이동하면서 연속적으로 투입되는데, 이때 부품정렬부(130)의 직교 로봇(131)에 의해 정렬다이(132)가 수평으로 이동하게 되면서, 연속적으로 투입되는 스템 씰이 정렬다이(132)의 각 홈에 순차적으로 끼워져 일정한 압입 피치로 재정렬된다.

이와 같이 실린더 헤드 정렬부(110), 부품공급부(120) 및 부품정렬부(130)는 종래와 동일하게 구성될 수 있다.

다만, 본 발명에서는 다관절 핸들링 로봇(160)을 이용해 정렬된 스템 씰을 직접 픽업하여 이송한 뒤 압입을 실시하게 된다. 이송 중간에는 종래와 마찬가지로 스템 씰에 오일을 뿌려주거나 딥핑하는 방법으로 오일 도포를 한다.

그리고, 본 발명에서는 스템 씰을 잡아주는 그립퍼 모듈(182)이 압입 유닛(191)과 일체로 결합된 복합 기능의 툴(170)이 제공되며, 또한 상기 압입 유닛(191)에서 종래의 유압 실린더 대신 공압 실린더(192)가 사용된다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 밸브 스템 씰 압입장치에서 그립퍼 모듈과 압입 유닛이 통합된 압입 툴 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 밸브 스템 씰 압입장치에서 압입 툴 모듈이 핸들링 로봇과 결합된 상태의 측면도로서, 이는 핸들링 로봇(160)의 선단부가 압입 툴 모듈(170)의 체결부(171)에 결합됨을 보여주고 있다.

본 발명의 스템 씰 압입장치에서, 압입 툴 모듈(170)은, 상기 핸들링 로봇(160)의 선단부가 탈/부착 가능하게 결합되는 부분인 체결부(171)와, 상기 체결부(171)의 하측으로 결합된 연결모듈(173)과, 상기 연결모듈(173)의 하측에 결합된 지지플레이트(177)에서 상측으로 고정 설치되어 하기 그립퍼 모듈(182)의 각 그립퍼(183)에 그립핑된 스템 씰이 실린더 헤드(10)에 압입될 수 있도록 프레스 하중을 가해주는 압입 유닛(191)과, 상기 압입 유닛(191)의 하측으로 지지플레이트(177)에 결합되어 개별 그립퍼(183)를 통해 스템 씰들을 그립핑해주는 그립퍼 모듈(182)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 체결부(171)와 그 하측의 연결모듈(173) 사이에는 핸들링 로봇(160)이 체결부(171)와 결합될 때 발생하는 충격을 흡수해주는 완충구조가 개재되는데, 이는 체결부(171)의 하단 플레이트(172)와 연결모듈(173)의 상단 플레이트(174)를 평행하게 배치된 상태로 연결로드(175)들로 연결하되, 상기 상단 플레이트(174)가 연결로드(175)들을 통해 하단 플레이트(172)에 대해 상하 유동할 수 있는 구조로 연결하고, 상기 각 연결로드(175)에 양측의 플레이트를 탄력적으로 지지하는 완충 스프링(176)을 장착하여서 구성된다.

상기 완충 스프링(176)은 상단 플레이트(174)가 연결로드(175) 상에서 유동하는 동시에 두 플레이트(172,174) 사이에서 충격을 흡수하는 완충작용을 하는 바, 이러한 완충작용에 의해 핸들링 로봇(160)의 선단부가 체결부(171)에 결합될 때 발생하는 충격이 상쇄될 수 있게 된다.

이러한 구성에서 연결모듈(173)은 오토 툴 체인지(Auto Tool Change; ATC) 모듈이 될 수 있으며, 이 경우 그립퍼 모듈이 상이한 압입 툴 모듈을 추가로 구비한 뒤 엔진 기종에 따라 압입 툴 모듈을 교체하여 사용하게 되면 유연 생산이 가능하게 된다.

또한 상기 연결모듈(173)의 하측에 일체 결합된 지지플레이트(177)와 핀 지지대(178)가 설치되고, 상기 핀 지지대(178)의 하단에는 작업 정위치의 실린더 헤드(10)에 결합되는 기준핀(179)이 구비되는데, 이는 압입 작업시에 실린더 헤드(10)의 상부면에 형성된 홈에 끼워져 기준을 잡아주는 핀으로서, 상기 기준핀(179)이 실린더 헤드(10)에 결합된 상태에서 팔렛트(112)의 하면 기준핀(112a)과 함께 실린더 헤드(10)의 자세를 안정적으로 고정하게 된다. 이와 같이 압입시 압입 툴 모듈(170)의 기준핀(179)이 실린더 헤드(10)의 자세를 추가로 잡아주게 되면서 실린더 헤드의 정렬 오차 및 압입 불량 발생을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 연결모듈(173)의 하측에 결합된 수평의 지지플레이트(177)에는 그 상측으로 지지프레임(181)이 일체로 설치되고, 상기 지지프레임(181)에는 압입 유닛(191)이 연결모듈(173)의 측방에 위치되도록 장착된다. 또한 상기 지지플레이트(177)에 그 하측으로 그립퍼 모듈(182)이 장착된다.

이때, 압입 유닛(191)은 지지플레이트(177)의 상측에, 그립퍼 모듈(182)은 지지플레이트(177)의 하측에 위치되면서, 압입 유닛(191)과 그립퍼 모듈(182)이 상하로 배치되고, 전체적으로는 압입 유닛(191)과 그립퍼 모듈(182), 그리고 연결모듈(173)이 지지플레이트(177)를 매개로 일체형으로 조립된 구조가 된다.

그립퍼 모듈의 경우, 스템 씰을 그립핑하는 그립퍼나 압입시에 스템 씰 러버에 의한 스프링 백 현상을 상쇄시키는 구조 등 그 기본 구성은 종래기술과 차이가 없으나, 본 발명에서는 스템 씰을 잡아주는 그립퍼들의 위치가 좌우로 미세하게 조정 가능한 구조로 되어 있으며, 이를 위해 그립퍼들의 위치를 조정해주기 위한 구 동부가 추가된다.

각 그립퍼의 위치가 좌우로 미세하게 조정이 되면 스템 씰의 압입 피치를 조절할 수 있게 된다. 이때, 흡기밸브용 스템 씰과 배기밸브용 스템 씰의 압입 피치는 많아야 수 mm(대략, 1mm)의 차이가 있으므로 그립퍼의 좌우 위치를 미세하게 조정해줘야 한다.

첨부한 도 9는 본 발명에서 그립퍼 모듈의 피치조정기구를 도시한 정면도로서, 도시한 바와 같이, 엔진 실린더의 각 기통 별로 두 개의 스템 씰(흡기밸브용 2개, 배기밸브용 2개임)을 압입하기 위해 그립퍼 모듈(182)에는 4기통인 경우에 기통 별로 구분되는 총 4쌍의 그립퍼(183)가 설치된다.

그리고, 실린더 헤드(10)에 압입되는 스템 씰의 좌우 위치 조정, 즉 스템 씰의 압입 피치를 조정하기 위해서, 상기 피치조정기구는 각 기통 별로 구분된 그립퍼(183) 쌍에서 하나씩을 일체로 움직일 수 있게 횡으로 배치된 하나의 횡바(184a)로 연결하고, 나머지 하나씩을 일체로 움직일 수 있게 또 다른 횡바(184b)로 연결하며, 상기 두 개의 횡바(184a,184b)를 독립적으로 수평 구동시키기 위한 액츄에이터를 구비하여서 구성된다.

상기 액츄에이터로는 수평으로 전후진 동작하는 피스톤을 가진 공압 실린더(185a,185b)가 사용될 수 있으며, 각 횡바(184a,184b)의 구동이 독립적으로 이루어질 수 있도록 횡바 별로 하나씩의 공압 실린더가 설치된다. 이때, 두 공압 실린더(185a,185b)는 그립퍼 모듈(182)의 양 측벽 프레임(186)(상기 지지플레이트에 결합되어 고정됨)에 각각 고정 설치되고, 상기 각 공압 실린더(185a,185b)의 피스톤 에 횡바(184a,184b)의 단부가 결합되어 피스톤의 전후진 동작시에 횡바가 좌우로 움직일 수 있게 되어 있다.

상기와 같이 각 횡바(184a,184b)가 좌우로 움직이게 되면 이에 연결된 그립퍼(183)들이 동시에 움직이면서 좌우 위치가 조정되게 된다. 이때, 각 공압 실린더(185a,185b)가 독립적으로 횡바(184a,184b)를 구동하므로 각 기통 별로 쌍을 이루는 두 그립퍼(183) 간 간격이 조정되면서 스템 씰의 정확한 압입 피치가 조정될 수 있게 된다.

본 발명의 그립퍼 모듈(182)에서 상기 횡바(184a,184b)는 각 그립퍼(183)의 외부 구성품인 하우징(187)에 결합되고, 압입 피치 조정시 안정적인 수평 이동을 위해 각 그립퍼(183)는 지지플레이트(177)의 하면에 수평 설치된 선형 레일(177a)을 따라 이동하도록 되어 있다.

즉, 각 그립퍼(183)에서 하우징(187)과 일체로 형성된 횡블록(188b)의 상면에 가이드 블록(188a)이 고정 설치되고, 이 가이드 블록(188a)이 지지플레이트(177)의 선형 레일(177a)에 결합되어, 이 선형 레일(177a)을 따라 가이드 블록(188a)과 하우징(187) 등 각각의 그립퍼(183) 전체가 이동하면서 압입 피치 조정이 이루어지게 된다.

결국, 각 횡바(184a,184b)가 좌우로 수평 이동할 때 그립퍼(183) 전체가 선형 레일(177a)을 따라 안정적으로 수평 이동할 수 있게 된다. 그립퍼 모듈(182)의 프레임과 이에 장착된 공압 실린더(185a,185b), 횡바(184a,184b), 그리고 각 그립퍼(183)의 하우징(187)이 일체로 체결된 상태에서 피치 조정 후 각 그립퍼(183)의 위치가 고정되고 나면, 압입 유닛(191)에 의해 가해지는 프레스 하중에 의해 하우징(187)을 제외한 그립퍼의 내부 구성 및 스템 씰을 잡고 있는 그립퍼 부분이 하강하면서 실린더 헤드(10)의 밸브 가이드에 대해 스템 씰을 압입하게 된다.

스템 씰 및 그립퍼의 압입 피치는 흡기밸브와 배기밸브에 따라 각 공압 실린더가 구동하여 미리 설정된 피치로 미세하게 조정되어야 하는데, 흡기밸브와 배기밸브 간에 피치 차이가 수 mm 내외로 미세하므로 공압 실린더의 피스톤 스트로크 제어에 의해 압입 피치를 정밀 제어하는 것은 어렵다.

따라서, 상기 그립퍼(183)들의 좌우 위치 이동을 일정 유격 한도 내에서 제한하여 압입 피치의 정밀 제어를 위해 스토퍼 수단이 설치된다.

첨부한 도 10과 도 11은 본 발명의 그립퍼 모듈에서 스토퍼 수단을 나타낸 사시도로서, 도시한 바와 같이, 각 그립퍼(183)의 횡블록(188b) 후단에는 가동 스토퍼(188c)가, 지지플레이트(177)의 하면에는 고정 스토퍼(177b)가 각각 설치되고, 이웃 배치된 한 쌍의 그립퍼(183)에 각각 설치된 두 스토퍼가 하나씩의 고정 스토퍼(177b)와 미세 간극을 가진 상태로 결합된다. 이때, 각 가동 스토퍼(188c)의 돌출부가 고정 스토퍼(177b)의 홈부에 삽입된 상태에서 간극만큼의 좌우 수평 유격을 가지도록 되어 있다.

결국, 압입 피치 조정시에 하우징(187), 횡블록(188b), 가동 스토퍼(188c)가 일체로 움직일 때 두 스토퍼 간 구속작용에 의해 돌출부와 홈부 간 간극만큼의 유격 내에서 일체로 움직일 수 있으며, 스토퍼 간 구속에 의해 미리 정해진 유격 내의 압입 피치 조정이 가능해진다.

그리고, 도면상 도시하지는 않았으나, 기본적으로 상기 그립퍼 모듈(182)에는 스템 씰의 압입 완료를 검출하는 센서가 내장되어 있다.

한편, 상기 압입 유닛(191)은 지지프레임(181) 상측에 고정 설치된 압입 실린더(192)를 포함하여 구성되는데, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 압입 실린더(192)는 지지프레임(181) 내측에서 수직으로 전후진 동작하는 피스톤(193)을 가지는 것으로, 본 발명에서는 상기 압입 실린더(192)로 공압 실린더가 사용된다.

상기 공압 실린더(192)의 피스톤(193) 선단부에는 각 그립퍼(183)의 상단부를 눌러주는 부분인 가압블록(194)이 일체로 장착되어, 피스톤(193)이 하방으로 수직 전진할 때 상기 가압블록(194)이 그립퍼(183)들의 작동부(189)를 동시에 눌러줌으로써 스템 씰의 압입이 이루어지도록 한다(가압블록을 통해 공압 실린더의 프레스 하중이 가해지는 것임).

첨부한 도 12는 본 발명의 압입장치에서 공압 회로도를 나타낸 도면으로, 도시한 바와 같이, 압입 유닛(191)의 공압 실린더(192)는 공기공급수단에서 제공되는 고압 공기를 증압하여 제공하는 부스터(195)에 연결되어 있고, 피스톤의 전후진 동작을 제어하기 위해 상기 부스터(195)로 연결되는 공기공급라인(196)과 공압 실린더(192)의 배기라인(197)에는 컨트롤 밸브(198)가 설치된다.

이와 같이 종래의 유압식 압입 유닛(191)을 대체하기 위해 공압 실린더(192)에 부스터(195)를 추가하여 필요한 압입력을 제공하게 된다.

다음으로, 도 6에서 도면부호 211은 작업공정의 바닥부에 고정 설치한 백업 프레임으로, 두 개의 백업 프레임(211)이 공정위치의 좌우 양 측방에 소정 높이로 설치된다.

압입 툴 모듈(170)이 핸들링 로봇(160)에 의해 작업 정위치로 이동된 상태에서, 압입 유닛(191)의 압입 실린더(192)가 동작하여 스템 씰의 압입이 이루어지면, 압입시의 반력이 핸들링 로봇(160)에 가해질 수 있는데, 바람직하게는 첨부한 도 13에 나타낸 바와 같이 압입시의 반력을 차단하고 밀림을 방지하기 위한 백업 구조를 설치할 수 있다.

본 발명에서 압력시의 반력 차단을 위해 외부의 고정 프레임을 이용한 백업 구조로 대응하며, 이를 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.

상기 백업 구조로서, 백업 프레임(211), 상기 각 백업 프레임(211)의 상단부에 고정 설치된 고정블록(213), 상기 고정블록(213)에서 전후 슬라이드 동작 가능하도록 삽입되어 압입 툴 모듈(170)을 백업해주는 백업부재(215), 상기 백업부재(215)를 백업 위치로 구동시키기 위한 액츄에이터를 포함하여 구성되는 반력차단장치(210)가 구비된다.

좀더 상세히 설명하면, 도시한 바와 같이, 백업 프레임(211)을 소정 높이로 고정 설치하고, 각 백업 프레임(211)의 상단부가 되는 수평부재 중앙에 보강부재(212)를 설치하며, 상기 보강부재(212)의 하부에 고정블록(213)을 고정 설치한다. 이와 같이 고정블록(213)은 보강부재(212)를 매개로 백업 프레임(211)의 상단부에 고정된다.

또한 고정블록(213)의 내부에 백업부재(215)를 구동하기 위한 액츄에이터, 예컨대 수평으로 전후진 동작하는 피스톤을 가진 공압 실린더(214)를 설치하고, 상 기 공압 실린더(214)의 피스톤에 백업부재(215)를 일체로 고정 설치하되, 상기 백업부재(215)는 고정블록(213)의 전면에서 돌출작동이 가능하도록 설치된다. 이때, 상기 각 백업부재(215)는 두 백업 프레임(211) 사이의 중앙을 향해 돌출되도록 설치된다.

이러한 반력차단장치(210)의 작동상태 및 백업이 이루어지는 상태를 설명하면, 우선 압입 툴 모듈(170)이 핸들링 로봇(160)에 의해 작업 정위치로 이동될 때는 공압 실린더(214)의 피스톤이 후진한 상태에서 백업부재(215)가 고정블록(213)의 내부에 들어가 있는 상태가 되며, 이때 작업 정위치로 이동하는 압입 툴 모듈(170)이 백업부재(215)에 의해 간섭을 받지 않는다.

상기 압입 툴 모듈(170)이 작업 정위치에 위치한 상태에서는 압입 툴 모듈(170)의 지지플레이트(177)가 백업부재(215)의 하측으로 위치하게 되고, 이때 공압 실린더(214)의 작동으로 피스톤이 전진하여 백업부재(215)가 고정블록(213)으로부터 돌출작동하게 되면 지지플레이트(177)를 백업할 수 있게 된다.

즉, 압입 유닛(191)에 의해 그립퍼 모듈(182)의 그립퍼(183)들이 하강하여 스템 씰이 압입되더라도 백업부재(215)에 의해 지지플레이트(177)가 상방으로 걸리면서 고정되는 바, 이에 반력이 차단되고, 압입력이 가해질 때 백업부재(215) 및 고정블록(213), 이것을 고정하고 있는 백업 프레임(211)이 압입 툴 모듈(170) 전체를 백업할 수 있게 된다.

결국, 지지플레이트(177)에 의해 압입 툴 모듈(170) 전체가 상방으로 고정되면서 압입시에 발생하는 반력(핸들링 로봇에 미치는 반대 압력)이 핸들링 로 봇(160)으로는 전달되지 않게 된다(로봇에 가해지는 하중이 "0"으로 유지됨).

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 밸브 스템 씰 압입장치에서는 공용으로 사용이 가능한 다관절 핸들링 로봇(160)이 그립퍼 모듈(182)과 압입 유닛(191)이 통합된 압입 툴 모듈(170)을 직접 픽업하여 그립퍼 모듈(182)의 스템 씰들을 작업 정위치로 이동시킬 수 있으며, 이후 압입 유닛(191)의 프레스 하중을 그립퍼 모듈(182)에 작용시켜 작업 정위치의 스템 씰들을 실린더 헤드(10)에 압입할 수 있게 된다.

첨부한 도 14는 본 발명에 따른 압입장치에 의거 스템 씰 압입이 이루어지는 과정을 설명한 공정도로서, 작업대상의 실린더 헤드가 공급되어 리프팅 및 틸팅이 이루어지고, 동시에 스템 씰의 공급 및 분배, 핸들링 로봇에 의한 픽업 및 오일 도포가 이루어지며, 실린더 헤드와 스템 씰이 작업 정위치에 위치된 상태에서 압입 유닛의 구동에 의해 스템 씰 압입이 이루어지게 된다.

각각의 실린더 헤드에 대해 1차 압입, 즉 흡기밸브용 스템 씰 압입이 이루어지고 난 뒤 동일 과정에 의해 2차 압입으로 배기밸브용 스템 씰 압입이 이루어지며, 흡기밸브용 스템 씰의 압입이 모두 완료되고 나면 그립퍼 모듈의 피치조정기구가 동작하여 압입 피치의 조정을 한 뒤 배기밸브용 스템 씰 압입이 진행된다.

도 1은 자동차 엔진의 실린더 헤드에서 밸브 스템 씰의 장착상태를 도시한 단면도,

도 2는 종래기술에 따른 밸브 스템 씰 압입장치의 구성도,

도 3은 자동차 엔진의 실린더 헤드에서 흡/배기밸브용 스템 씰의 압입 피치를 보여주는 평면도,

도 4와 도 5는 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밸브 스템 씰 압입장치를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 밸브 스템 씰 압입장치에서 그립퍼 모듈과 압입 유닛이 통합된 압입 툴 모듈을 나타낸 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 밸브 스템 씰 압입장치에서 압입 툴 모듈이 핸들링 로봇과 결합된 상태의 측면도,

도 9는 본 발명에서 그립퍼 모듈의 피치조정기구를 도시한 정면도,

도 10과 도 11은 본 발명의 그립퍼 모듈에서 스토퍼 수단을 나타낸 사시도,

도 12는 본 발명의 압입장치에서 공압 회로도를 나타낸 도면,

도 13은 본 발명에서 반력차단장치를 나타낸 도면,

도 14는 본 발명에 따른 압입장치에 의거 스템 씰 압입이 이루어지는 과정을 설명한 공정도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 실린더 헤드 14 : 밸브 스템 씰

110 : 실린더 헤드 정렬부 120 : 부품 공급부

160 : 핸들링 로봇 170 : 압입 툴 모듈

182 : 그립퍼 모듈 191 : 압입 유닛

210 : 반력차단장치

Claims (11)

1. 자동차 엔진의 실린더 헤드에 밸브 스템 씰을 압입해주는 밸브 스템 씰 압입장치에 있어서,

   부품공급부에서 부품정렬부로 공급되어 그립 위치로 분배 및 정렬된 스템 씰들을 그립핑하기 위한 그립퍼 모듈과; 실린더 헤드 정렬부에 의해 작업 정위치로 정렬된 실린더 헤드에 대해 상기 그립퍼 모듈의 스템 씰들이 압입될 수 있도록 프레스 하중을 제공하는 압입 유닛이 통합된 구조의 압입 툴 모듈과;

   상기 압입 툴 모듈을 픽업하여 작업 정위치로 이동시켜 상기 그립퍼 모듈의 스템 씰들을 압입 위치로 위치시켜주는 다관절 핸들링 로봇;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 압입 툴 모듈은,

   상기 핸들링 로봇의 선단부가 탈/부착 가능하게 결합되는 부분인 체결부와;

   상기 체결부의 하측으로 결합된 연결모듈과;

   상기 연결모듈의 하측에 결합된 지지플레이트에서 상측으로 고정 설치되어 하기 그립퍼 모듈의 각 그립퍼에 그립핑된 스템 씰이 실린더 헤드에 압입될 수 있도록 프레스 하중을 가해주는 압입 유닛과;

   상기 압입 유닛의 하측으로 지지플레이트에 결합되어 개별 그립퍼를 통해 스템 씰들을 그립핑해주는 그립퍼 모듈;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 체결부의 하단 플레이트와 상기 연결모듈의 상단 플레이트가 평행 배치된 상태로 연결로드에 의해 연결되되, 상기 상단 플레이트가 연결로드를 통해 하단 플레이트에 대해 상하 유동할 수 있는 구조로 연결되고, 상기 각 연결로드에 양측의 플레이트를 탄력적으로 지지하는 완충 스프링이 장착된 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 연결모듈의 하측으로 지지플레이트에 핀 지지대가 설치되고, 상기 핀 지지대의 하단에는 작업 정위치의 실린더 헤드에 결합되어 실린더 헤드의 자세를 안정적으로 고정해주는 기준핀이 설치된 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 그립퍼 모듈은,

   각 그립퍼의 하우징이 상기 지지 플레이트에 레일 구조로 결합되어 각 그립퍼가 상기 레일 구조에 의해 좌우로 위치 조정될 수 있고,

   상기 그립퍼들의 위치를 좌우로 조정하여 스템 씰의 압입 피치를 조절하기 위한 피치조정기구를 구비한 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 피치조정기구는,

   상기 그립퍼 모듈의 그립퍼들 중 일부 그립퍼들이 일체로 움직일 수 있게 횡으로 배치된 하나의 횡바로 연결되고, 나머지 그립퍼들이 일체로 움직일 수 있게 또 다른 횡바로 연결되며, 상기 두 횡바를 독립적으로 수평 구동하기 위한 액츄에이터를 구비하여서 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 액츄에이터는 지지플레이트에 고정된 그립퍼 모듈의 양 측벽 프레임에 각각 고정 설치되고 수평으로 전후진 동작하는 피스톤이 해당 횡바의 단부에 각각 결합되어 있는 두 공압 실린더인 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 압입장치.
8. 청구항 5에 있어서,

   상기 그립퍼 모듈은,

   상기 그립퍼들의 좌우 위치 조정을 일정 유격 한도 내로 제한하여 압입 피치의 정밀 제어를 가능하게 하는 스토퍼 수단을 구비하고,

   상기 스토퍼 수단은 각 그립퍼와 일체로 움직이는 가동 스토퍼와, 지지플레이트의 하면에 고정 설치된 고정 스토퍼를 포함하여 구성되되, 상기 가동 스토퍼의 돌출부가 상기 고정 스토퍼의 홈부에 삽입된 상태에서 상기 돌출부와 홈부 간 수평 간극만큼의 유격 한도 내로 좌우 위치 조정을 제한하는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 장치.
9. 청구항 2에 있어서,

   상기 압입 유닛은 상기 지지플레이트 상에 조립된 지지프레임 상측에 설치되어 수직으로 전후진 동작하는 피스톤을 가지면서 피스톤 선단부의 가압블록이 그립퍼들의 작동부에 프레스 하중을 가해주는 공압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    스템 씰 압입시의 반력이 상기 그립퍼 모듈을 통해 핸들링 로봇에 전달되는 것을 차단하는 반력차단장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 스템 씰 장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 반력차단장치는,

    공정위치의 좌우 양 측방에 설치되는 백업 프레임과;

    상기 각 백업 프레임의 상단부에 설치되는 고정블록과;

    상기 각 고정블록의 내부에 설치되어 수평으로 전후진 동작하는 피스톤을 가지는 공압 실린더와;

    상기 각 공압 실린더의 피스톤에 설치되어 피스톤 동작에 의해 고정블록 전면에서 돌출작동하는 백업부재;

    를 포함하고, 스템 씰 압입시 상기 각 백업부재가 상기 두 백업 프레임 사이의 중앙을 향해 돌출된 상태에서, 그립퍼 모듈이 결합된 지지플레이트가 상기 백업부재에 의해 하측에서 상방으로 걸리면서 압입 툴 모듈 전체가 상방으로 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 스템 씰 압입장치.

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