KR20150027528A - 차체 용접 장치 - Google Patents

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지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
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Abstract

본 발명에 따른 차체 용접 장치는 프레이머(Framer) 공정을 위해 진입하는 차체(30)에 대한 용접 공정이 진행되는 용접 구역(110,120,130); 상기 용접 구역(110,120,130)의 측방에 배치된 상태에서 상기 용접 공정에 요구되는 게이트(40)의 이송을 가능하게 하는 제1 게이트 이송모듈(140); 상기 제1 게이트 이송모듈(140)로부터 상기 용접 구역(110,120,130)의 바깥 방향으로 소정거리 이격된 상태로 배치되는 제2 게이트 이송모듈(150); 및 상기 제1 게이트 이송모듈(140)과 제2 게이트 이송모듈(150) 사이에 배치되는 게이트 핸들링 로봇(142);을 포함하고, 상기 게이트 핸들링 로봇(142)은 상기 제2 게이트 이송모듈(150)로부터 상기 게이트(40)를 상기 제1 게이트 이송모듈(140)로 이송하거나 또는 그 역방향으로 이송하는 것을 특징으로 한다.

Description

차체 용접 장치{Apparatus for welding car body}
본 발명은 차체 용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다차종 다차형으로 이루어진 차량 생산 작업에서 차체에 대한 조립 용접 공정을 진행하는 과정 중에 요구되는 게이트의 교체를 로봇에 의해 자동으로 제어함으로써 프레이밍 공정 중에 과도한 면적의 소요를 제거하고 랜덤한 생산을 가능하게 하는 차체 용접 장치에 대한 것이다.
자동차의 차체는 엔진 및 동력전달장치를 제외한 자동차의 외면을 형성하고 있는 부분이며, 승객, 엔진, 화물을 위한 공간을 제공하도록 각종 패널 및 멤버를 일체로 조립하여 구성한 유닛이다.
일반적으로 자동차 회사의 차체조립공장에는 각 구성 부품을 접합시키기 위한 개별 라인들이 존재하는데 그 중 프레이밍 라인(Framing Line)은 언더바디(Underbody)와 어퍼바디(Upperbody)를 접합하는 곳이며, 프레이밍 라인 내에 존재하는 프레이머(Framer) 공정은 차체의 골격 정도를 완성하는 공정을 말한다.
자동차의 양산시에 차체 골격은 통상 플로어 골격과, 측방 골격, 루프 및 카울 골격 등으로 구분되어 제작된 뒤 조립되어, 도어와 트렁크 리드 및 후드 등과 같이 여닫히는 부품을 제외한 차체 골격이 완성되도록 되어 있다.
이때, 차량 조립 라인에서 임시로 조립된 차체를 차체 용접 공정에서 용접하여 차체 골격을 완성하는데, 차체를 구성하는 패널들이 느슨하게 미리 조립된 상태로 차체 용접 장치로 이동되면 다수의 용접 로봇에 의해 스폿 용접됨으로써 완전한 일체형으로 조립된다.
통상 차체 용접 장치는 용접건이 부착된 다수의 용접 로봇을 구비하여, 컨베이어 장치에 의해 이동된 차체를 대상으로 작업공정의 고정부위에 차체 용접용 게이트(Gate)를 결합 및 고정한 뒤 상기 용접 로봇을 동작시켜 차체를 스폿 용접하게 된다.
그런데, 자동차 제조회사는 단일의 차종 만을 생산하는 것이 아니라 고객의 층과 취향에 따라 다양한 차종을 생산하는 바, 이러한 차종을 모두 충족시키는 설비를 갖추는 것이 필요하며, 그러기 위해서는 많은 경제적인 부담이 생긴다.
따라서, 가능한 한 많은 차종에 범용적으로 적용될 수 있는 설비를 갖추는 것이 경제적인 면에서 매우 유리하게 된다. 이는 다차종 혼류 생산 방식의 차체 조립 라인에서 차체 용접 공정의 경우도 예외가 아닌 바, 차체 용접 공정에 생산되는 차종에 따른 다양한 게이트를 구비한 뒤 차체가 도착하면 차종에 맞는 게이트로 교체하여 용접을 실시하게 된다.
한편, 종래에 사용되는 프레이밍 라인의 일 예를 들면, 제한된 면적 내에서 효율적인 투자비 활용을 위해 최대 3 차종(Platform) 내지 6 차형(Style)의 바디를 1개의 프레이머에서 생산 가능하도록 공정 레이아웃이 형성되어 있다.
상기와 같은 프레이밍 공정의 경우에 3 차종 내지 6 차형의 생산이 가능하나 각 차형 별로 게이트(Gate)를 변경하기 위한 면적을 과도하게 차치하며, 랜덤하게 선택적으로 생산하는 것이 어려운 상황이다.
차체 용접 장치를 제시하는 종래의 문헌으로서, 등록특허 제 10-0865795 호를 예로 들 수 있다. 상기 등록특허는 차체 용접 공정에서 사용하는 게이트와 게이트 운반용 캐리어가 분리형으로 구비되고, 여러 종류의 게이트를 단순 왕복 이동방식으로 이동시킬 수 있는 독립 이동형 탈/부착식 공용 게이트 이송장치가 구비되어, 캐리어의 이동영역을 획기적으로 줄일 수 있도록 한 독립 이동형 캐리어를 구비한 차체 용접 장치에 대한 내용을 제시한다.
상기 종래의 문헌 상에서의 차체 용접 장치는 총 3개의 공정 면적을 차지하며 맨 처음과 마지막 공정에서 로봇에 의해 게이트를 교체함으로써 용접 위치에 도착된 차체에 대해 게이트 회수, 교체, 준비, 투입 등 일련의 게이트 교체 과정을 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있는 방안을 제시하기는 하지만, 맨 처음과 마지막에서 각각 게이트를 교체하게 되므로 차형 별 랜덤한 생산이 어렵다는 단점이 있다. 그리고, 중앙부 공정에서 차체의 골격 정도를 결정하는 용접이 이루어지게 되는데 측부 전체를 로봇의 핸들링에 의존하는 결과로 지그 고정체를 사용하는 것에 비해 품질이 고르지 않고 흔들림이 발생한다는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) KR10-0865795 B
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 다차종을 하나의 프레이밍 공정에서 생산하게 하는 경우에 과도한 면적을 차지하는 것을 방지하는 동시에 균일한 차체 용접 품질을 도출할 수 있게 하는 차체 용접 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 종래의 프레이밍 시스템에서 발생하는 차체 결합 품질의 산포를 최소화할 수 있는 차체 용접 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 차체 용접 장치는 프레이머(Framer) 공정을 위해 진입하는 차체(30)에 대한 용접 공정이 진행되는 용접 구역(110,120,130); 상기 용접 구역(110,120,130)의 측방에 배치된 상태에서 상기 용접 공정에 요구되는 게이트(40)의 이송을 가능하게 하는 제1 게이트 이송모듈(140); 상기 제1 게이트 이송모듈(140)로부터 상기 용접 구역(110,120,130)의 바깥 방향으로 소정거리 이격된 상태로 배치되는 제2 게이트 이송모듈(150); 및 상기 제1 게이트 이송모듈(140)과 제2 게이트 이송모듈(150) 사이에 배치되는 게이트 핸들링 로봇(142);을 포함하고, 상기 게이트 핸들링 로봇(142)은 상기 제2 게이트 이송모듈(150)로부터 상기 게이트(40)를 상기 제1 게이트 이송모듈(140)로 이송하거나 또는 그 역방향으로 이송하는 것을 특징으로 한다.
상기 용접 구역(110,120,130)은 상기 프레이머(Framer) 공정에서 용접을 위해 대기하는 용접대기구역(120), 용접이 이루어지는 용접진행구역(110) 및 용접이 이루어진 차체가 다른 공정으로 투입 전 대기하는 용접완료구역(130)을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제2 게이트 이송모듈(150)은 양 끝단에 배치되는 고정 거치부(151) 및 상기 고정 거치부(151) 사이에서 슬라이딩 이동하는 이동 거치부(152)를 포함하며, 상기 용접 공정에 요구되는 게이트(40)를 슬라이딩 이송할 수 있는 것이 바람직할 수 있다.
상기 차체 용접 장치는, 상기 용접 구역(110,120,130) 상부에 배치되는 데크(20); 및 상기 데크(20)의 상하부에 배치되어, 상기 차체(30)에 대한 용접을 수행하는 용접 로봇(112,114)을 더 포함하며, 상기 용접 로봇(112,114)은 상기 데크(20)를 기준으로 하부에 배치되는 하단 용접 로봇(112) 및 상기 데크(20) 상에 배치되는 상단 용접 로봇(114)을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 차체 용접 장치는, 상기 용접 구역(110,120,130) 내에 배치된 캐리어(50);를 더 포함하고, 상기 캐리어(50)는 하부 지지체(51), 상기 하부 지지체(51) 상에 고정되는 롤러 테이블(55), 및 상기 롤러 테이블(55) 상에 회전 가능하게 고정되는 롤러(56)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 게이트(40)는 상기 차체(30)의 측면 골조에 대응하는 기둥 형상의 베이스 프레임(41) 및 상기 베이스 프레임(41) 상에 배치되는 고정 클램프(43)를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 차체 용접 장치는 프레이밍 용접 라인을 따라 평행하게 배치되는 제1,2 게이트 이송모듈을 통해 게이트를 사전 준비하여 용접 진행 구역으로 신속정확하게 이송가능하게 한다. 이를 통해 다차종을 한 프레이밍 공정에서 생산하게 하는 경우에 과도한 면적을 차지하는 것을 방지하는 동시에 균일한 차체 용접 품질을 도출할 수 있게 한다.
본 발명은 로봇이 게이트를 직접 핸들링하여 차체 측면을 규제하는 종래의 개념에 비해 게이트를 고정된 설비에 세팅하여 차체 측면을 규제하는 것이 공차 및 오차 범위를 훨씬 엄격하게 적용이 가능함으로써 차체 골격 정도에 대한 품질을 확보하기 용이하다.
본 발명은 설계 및 제작을 모두 국내 기술로 하여 도입비용을 50% 이상 절감하고 국내 부품사용으로 유지보수 비용을 70% 이상 절감하며 국내에서 제작하므로 유지보수 대응 시간이 저감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차체 용접 장치의 전체적인 사시도,
도 2는 도 1의 차체 용접 장치를 상부에서 바라본 평면도,
도 3은 본 발명에 투입되는 차체가 놓이는 대차의 사시도;
도 4는 본 발명의 차체 용접 과정에서 사용되는 게이트의 사시도;
도 5 내지 도 9는 차체 용접을 위해 요구되는 게이트의 이송 과정을 차례대로 나타내는 도면; 및
도 10은 2층 데크가 제거된 상태의 차체 용접 장치의 전체적인 사시도를 나타낸다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 차체 용접 장치를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명인 차체 용접 장치는 필요에 따라 일체형으로 제조되거나 각각 분리되어 제조될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
차체 용접 장치의 구조
본 발명에 따른 차체 용접 장치가 적용되는 실시예로서는 프레이밍 라인(Framing Line) 내에 존재하는 프레이머(Framer) 공정에 적용하는 것으로 설명할 수 있다. 한편, 본 발명은 프레이머 공정에 제한되는 것은 아니고 차체의 용접이 이루어지는 다른 공정에도 응용하여 적용할 수 있다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 차체 용접 장치의 일 실시예(100)는 프레이머(Framer) 공정을 위해 진입하는 차체가 용접을 위해 대기하는 용접대기구역(120), 용접이 이루어지는 용접진행구역(110), 용접이 이루어진 차체가 다른 라인으로 투입 전 대기하는 용접완료구역(130), 용접진행구역(110)의 측방에 평행하게 배치된 상태에서 요구되는 게이트의 이송을 가능하게 하는 제1 게이트 이송모듈(140), 및 제1 게이트 이송모듈(140)로부터 용접진행구역(110)의 바깥 방향으로 소정거리 이격된 상태로 평행하게 배치되는 제2 게이트 이송모듈(150)을 포함한다.
본 발명에서 용접 구역은 용접대기구역(120), 용접진행구역(110) 및 용접완료구역(130)을 전체적으로 포함하는 구역으로 정의할 수 있다. 상기 용접 구역에서 각 구역들(120,110,130)은 일 방향을 따라 일렬로 배치되어진다. 상기 구역들(120,110,130) 상에 배치된 캐리어(50)에 의해 차체(30)는 순차적으로 이송된다.
제2 게이트 이송모듈(150)은 용접 공정에 요구되는 게이트(40)를 슬라이딩 이송할 수 있는 장치로서 양 끝단에 배치되는 고정 거치부(151) 및 양 고정 거치부(151) 사이에서 슬라이딩 이동하는 이동 거치부(152)를 포함한다.
한편, 게이트 이송모듈(140,150)의 가장자리 측에는 게이트 보관대(10)가 배치될 수 있다. 상기 게이트 보관대(10)는 차종 및 차형 별로 구별되는 게이트를 보관할 수 있는 기능을 하는 것으로서 바람직하게는 게이트 핸들링 로봇(142)인 측방인 제1 게이트 이송모듈(140)과 제2 게이트 이송모듈(150) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명은 게이트(40)의 이송을 담당하는 핸들링 로봇(142) 및 차체(30)의 용접을 진행하는 용접 로봇(112,114)을 포함한다. 상기 용접 로봇(112,114)은 데크(20)를 기준으로 하부에 배치되는 하단 용접 로봇(112) 및 데크(20) 상에 배치되는 상단 용접 로봇(114)을 포함한다.
상기 핸들링 로봇(142)은 제1 게이트 이송모듈(140)과 제2 게이트 이송모듈(150) 사이에 배치되고, 상기 상태에서 제2 게이트 이송모듈(150)로부터 게이트(40)를 제1 게이트 이송모듈(140)로 이송하거나 또는 그 역방향으로 이송한다.
상기 용접 로봇(112,114)은 용접진행구역(110)으로 이송된 게이트(40)에 의해 요동 없이 고정된 차체(30)를 용접한다. 한편, 용접진행구역(110)에서 공정이 진행되는 차체(30)가 하단 용접 로봇(112)에 의해서 충분히 작업이 가능한 경우에는 상단 용접 로봇(114)은 작동을 중지하거나 제거될 수 있다.
상기 로봇들(142,112,114)은 차체(30)의 투입 과정에 따라 그 작동 과정이 제어된다. 즉, 용접진행구역(110)에 진입하는 것으로 인식된 차체(30)에 대한 정보에 따라 해당하는 게이트(40)의 위치를 제어부(미도시)에서 판독한 후 이를 근거로 게이트(40)의 이송 작업을 실시한다. 구체적으로는, 게이트 핸들링 로봇(142) 및 제2 게이트 이송모듈(150)을 통해 게이트(40)를 미리 준비하고, 준비된 게이트(40)를 게이트 핸들링 로봇(142)과 제1 게이트 이송모듈(140)에 의해 용접진행구역(110)에 위치하게 한다.
도 3에서는 차체(30)를 이송할 수 있는 캐리어(50)를 도시하고 있다. 캐리어(50)는 지면 상에 고정되는 하부 지지체(51), 하부 지지체(51) 상에 고정되는 롤러 테이블(55), 및 롤러 테이블(55) 상에 회전 가능하게 고정되는 롤러(56)를 포함한다. 캐리어(50)는 차체(30)를 공정마다 이송하는 장치로써 우레탄 재질의 롤러(56)를 굴려 마찰력을 이용하여 대차(Geo Pallet,미도시)을 이송시킬 수 있다.
본 발명에서 사용되는 대차는 복수의 플랫폼에 대응하기 위해 wind mill system이 적용될 수 있다. 상기 wind mill system 은 차체가 정위치에 배치되도록 하는데, 구체적으로는 위치 핀(location pin)과 위치 규제용 베어링(bearing) 구조를 이용하거나, 관통홀과 위치 규제용 가이드를 이용하여 차체가 정위치에 세팅될 수 있게 한다.
도 4에서는 차종(Platform) 및 차형(Style) 별로 차체(30)의 측면 부분을 정위치에 설정해주는 고정 장치인 게이트(40)를 도시한다. 상기 게이트(40)는 차체(30)의 측면 골조에 대응하는 형성의 베이스 프레임(41) 및 상기 베이스 프레임(41) 상에 배치되는 고정 클램프(43)를 포함한다. 여기에서, 베이스 프레임(41)은 무게 감량 및 강성 향상을 위해 원기둥 형상으로 가공하는 것이 바람직할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여 차체(30) 및 게이트(40)가 용접진행구역(110)에 진입한 상태에서 차체(30)에 대해 용접 과정이 이루어지는 것을 게이트(40)의 이동을 중심으로 설명한다.
먼저, 도 5에서는 차체(30)가 캐리어(50)에 의해 용접대기구역(120)을 거쳐용접진행구역(110)에 진입한다(참조부호 A). 여기에서, 차체(30)는 캐리어(50)를 따라 이동하는 대차 상에 고정된 상태에서 이동된다.
이와 동시에 게이트 핸들링 로봇(142)은 게이트 보관대(10)로부터 제2 게이트 이송모듈(150)의 고정 거치부(151)로 게이트(40)를 이송한다.
도 6에서는 게이트 핸들링 로봇(142)이 게이트(40)를 고정 거치부(151)로부터 이동 거치부(152)로 이송시킨다(참조부호 B).
도 7에서는 게이트(40)가 탑재된 이동 거치부(152)가 제2 게이트 이송모듈(150)을 따라 슬라이딩 운동하는 상태를 나타낸다(참조부호 C).
도 8은 게이트 핸들링 로봇(142)에 의해 게이트(40)를 제2 게이트 이송모듈(150)의 이동 거치부(152)로부터 제1 게이트 이송모듈(140)로 이송하는 과정을 나타낸다(참조부호 D).
도 9는 제1 게이트 이송모듈(140)을 따라 게이트(40)가 슬라이딩 이동하여 용접진행구역(110)에 위치한 상태를 나타낸다(참조부호 E). 상기 상태에서 게이트(40)는 용접진행구역(110)에 배치된 차체(30) 측으로 이동된 상태에서 고정 클램프(43)를 이용하여 차체(30)에 고정된다.
한편, 용접을 요하는 차체(30)에 게이트(40)를 슬라이딩 이동 및 고정한 후에는 별도의 금전 및 급기 장치를 통해 전력 및 산소를 공급할 수 있다. 상기의 전력 및 산소 공급은 다양한 방식으로 적용 가능할 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 차체 용접 장치의 제2 실시예(200)는 데크(20)가 제거된 상태에서 하단 용접 로봇(112) 만이 배치된 로봇 시스템을 통해 차체(30)에 대한 용접을 진행하게 된다. 상기 제2 실시예(200)는 제2 실시예(100)와는 데크(20) 및 상단 용접 로봇(114)의 유무에 대해서만 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로 이하 자세한 설명을 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 차체 용접 장치는 프레이밍 용접 라인을 따라 평행하게 배치되는 제1,2 게이트 이송모듈을 통해 게이트를 사전 준비하여 용접 진행 구역으로 신속정확하게 이송가능하게 한다. 이를 통해 다차종을 한 프레이밍 공정에서 생산하게 하는 경우에 과도한 면적을 차지하는 것을 방지하는 동시에 균일한 차체 용접 품질을 도출할 수 있게 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100,200 : 차체 용접 장치
110 : 용접진행구역
112 : 하단 용접 로봇
114 : 상단 용접 로봇
120 : 용접대기구역
130 : 용접완료구역
140 : 제1 게이트 이송모듈
150 : 제2 게이트 이송모듈
151 : 고정 거치부
152 : 이동 거치부

Claims (6)

  1. 프레이머(Framer) 공정을 위해 진입하는 차체(30)에 대한 용접 공정이 진행되는 용접 구역(110,120,130);
    상기 용접 구역(110,120,130)의 측방에 배치된 상태에서 상기 용접 공정에 요구되는 게이트(40)의 이송을 가능하게 하는 제1 게이트 이송모듈(140);
    상기 제1 게이트 이송모듈(140)로부터 상기 용접 구역(110,120,130)의 바깥 방향으로 소정거리 이격된 상태로 배치되는 제2 게이트 이송모듈(150); 및
    상기 제1 게이트 이송모듈(140)과 제2 게이트 이송모듈(150) 사이에 배치되는 게이트 핸들링 로봇(142);을 포함하고,
    상기 게이트 핸들링 로봇(142)은 상기 제2 게이트 이송모듈(150)로부터 상기 게이트(40)를 상기 제1 게이트 이송모듈(140)로 이송하거나 또는 그 역방향으로 이송하는 것을 특징으로 하는,
    차체 용접 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 구역(110,120,130)은 상기 프레이머(Framer) 공정에서 용접을 위해 대기하는 용접대기구역(120), 용접이 이루어지는 용접진행구역(110) 및 용접이 이루어진 차체가 다른 공정으로 투입 전 대기하는 용접완료구역(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    차체 용접 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 게이트 이송모듈(150)은 양 끝단에 배치되는 고정 거치부(151) 및 상기 고정 거치부(151) 사이에서 슬라이딩 이동하는 이동 거치부(152)를 포함하며, 상기 용접 공정에 요구되는 게이트(40)를 슬라이딩 이송할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    차체 용접 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차체 용접 장치는,
    상기 용접 구역(110,120,130) 상부에 배치되는 데크(20); 및
    상기 데크(20)의 상하부에 배치되어, 상기 차체(30)에 대한 용접을 수행하는 용접 로봇(112,114)을 더 포함하며,
    상기 용접 로봇(112,114)은 상기 데크(20)를 기준으로 하부에 배치되는 하단 용접 로봇(112) 및 상기 데크(20) 상에 배치되는 상단 용접 로봇(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    차체 용접 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차체 용접 장치는,
    상기 용접 구역(110,120,130) 내에 배치된 캐리어(50);를 더 포함하고,
    상기 캐리어(50)는 하부 지지체(51), 상기 하부 지지체(51) 상에 고정되는 롤러 테이블(55), 및 상기 롤러 테이블(55) 상에 회전 가능하게 고정되는 롤러(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    차체 용접 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트(40)는 상기 차체(30)의 측면 골조에 대응하는 기둥 형상의 베이스 프레임(41) 및 상기 베이스 프레임(41) 상에 배치되는 고정 클램프(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    차체 용접 장치.
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