KR20150050034A - 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법 - Google Patents

위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위치센서를 이용하여 각각의 볼트 체결 위치에서 볼트 체결 툴의 위치를 확인하는 한편, 체결 상태를 확인함으로써 볼트 누락과 덜조임 현상을 방지할 수 있는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의하면, (a) 볼트 체결구가 볼트 체결 위치로 이동하는 단계; (b) 위치센서에 의해 상기 볼트 체결구의 위치를 판단하는 단계; (c) 볼트 체결구에 의해 볼트가 체결되는 단계; (d) 상기 볼트의 체결 토크값을 측정하여 기설정된 기준 토크값과 비교하는 단계; (e) 볼트 체결구의 회전 작동 횟수를 합산하여 저장하는 단계; 및 (f) 저장된 회전 작동 횟수를 기설정된 기준 작동 횟수와 비교하는 단계를 포함하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법이 제공된다.

Description

위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법{BOLT FASTENING INSPECTION METHOD USING POSITION SENSOR}
본 발명은 볼트 체결 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위치센서를 이용하여 각각의 볼트 체결 위치에서 볼트 체결 툴의 위치를 확인하는 한편, 체결 상태를 확인함으로써 볼트 누락과 덜조임 현상을 방지할 수 있는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법에 관한 것이다.
자동차 생산공장의 작업 내용의 중심은 라인을 따라 이동하는 차량이나 기능 단위에 부품을 조립하고, 볼트와 너트를 조여 완성시키는 작업인데, 주요 작업 내용으로는 규정 토크(torque)의 볼트 체결 작업, 끼워맞춤 작업, 접착 작업, 배관, 배선, 결선 작업 등으로 이루어진다.
여기서, 볼트 체결 작업은 운전자의 안전과 직결된 작업으로서, 볼트 혹은 너트의 체결이 제대로 되지 않은 경우에는 자동차 운행 및 운전자의 안전을 위협할 수 있으므로, 현재 자동차 조립 공장에서는 볼트/너트의 체결 상태를 엄격하게 확인하고 있다.
그런데, 종래의 볼트 체결 검사는, 고속 회전하는 너트 런너(nut runner) 등의 볼트 체결 툴을 이용하여 볼트를 체결하되, 부품당 체결 토크 확인 횟수를 카운트하여, 당 부품의 볼트 체결 개소만큼 체결 토크 확인 횟수가 카운트되면 볼트 체결 작업이 정상적으로 이루어진 것으로 보고 그 부품을 다음 작업으로 이동시켰다.
즉, 부품 조립을 위해 부품의 4개소에 볼트 체결 작업을 필요로 하는 경우, 각각의 볼트 체결시마다 체결 토크를 확인하고, 체결 토크 확인이 총 4회 이루어지면, 당 부품에 대한 볼트 체결 작업이 정상적으로 이루어진 것으로 보고 검사를 완료하였던 것이다.
그러나, 이 경우 동일한 볼트 체결 개소에 볼트 체결 작업이 중복으로 이루어지더라도, 체결 토크 확인 횟수가 누적됨에 따라 '정상'으로 잘못 판단되는 경우가 있다. 예를 들어, 부품의 4개 위치에 볼트 체결을 필요로 할 때, 어느 한 곳에 볼트 체결 작업이 2회 중복으로 이루어지는 경우, 실제로는 한 곳에 볼트가 체결되었지만 체결 토크 확인 횟수는 2회로 카운트되어, 최종적으로는 어느 한 곳의 볼트 체결을 누락한 상태로 부품이 다음 공정 라인으로 이송되는 것이다.
또한, 종래에는 볼트 체결 툴에 의한 체결 작업시 볼트 체결 툴의 역회전 동작을 별도로 감시하지 않았기에, 볼트 체결 후 볼트 체결 툴의 역회전에 의해 볼트가 덜 조인 상태로 다음 공정 라인으로 이송되는 문제가 있었다.
KR 10-2002-0095373 A (2002.12.26 공개) KR 10-0569064 B1 (2006.04.03 등록) KR 10-2004-0034813 A (2004.04.29 공개)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시예는, 볼트 누락과 덜조임 불량 발생을 방지할 수 있는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적의 달성을 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예는 (a) 볼트 체결구가 볼트 체결 위치로 이동하는 단계; (b) 위치센서에 의해 상기 볼트 체결구의 위치를 판단하는 단계; (c) 볼트 체결구에 의해 볼트가 체결되는 단계; (d) 상기 볼트의 체결 토크값을 측정하여 기설정된 기준 토크값과 비교하는 단계; (e) 볼트 체결구의 회전 작동 횟수를 합산하여 저장하는 단계; 및 (f) 저장된 회전 작동 횟수를 기설정된 기준 작동 횟수와 비교하는 단계를 포함하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법을 제공한다.
여기서, 상기 (e) 단계는, 상기 볼트 체결구의 정회전 작동시 +1을 합산하여 저장하고, 상기 볼트 체결구의 역회전 작동시에는 -1을 합산하여 저장하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (f) 단계는, (f-1) 저장된 회전 작동 횟수가 기설정된 기준 작동 횟수보다 작은 경우, 상기 (c) 단계부터 다시 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, (g) 저장된 회전 작동 횟수가 기설정된 기준 작동 횟수보다 크거나 같은 경우, 볼트 체결 횟수를 합산하여 저장하는 단계; 및 (h) 저장된 볼트 체결 횟수를 기설정된 기준 체결 횟수와 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 (h) 단계는, (h-1) 저장된 볼트 체결 횟수가 기설정된 기준 체결 횟수보다 작은 경우, 상기 볼트 체결구가 다음 볼트 체결 위치로 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 (h) 단계는, (h-2) 저장된 볼트 체결 횟수가 기설정된 기준 체결 횟수보다 크거나 같은 경우, 볼트 체결 및 검사 작업을 완료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법에 의하면, 볼트가 체결되는 위치마다 볼트 체결구의 작동 횟수를 체크함으로써, 부품의 볼트 체결 누락과 덜조임 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 차량용 쿠션 프레임의 볼트 체결 개소를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 볼트 체결 작업을 수행하는 볼트 체결 툴의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 체결구의 이동 과정을 보인 공정도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 체결 검사 방법의 순서도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
또한, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
아울러, 아래의 실시예는 볼트 체결 대상 부품으로서 특히 차량용 쿠션 프레임의 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 기타 다른 부품의 볼트 체결 및 검사 작업에도 적용 가능함을 미리 밝혀둔다.
실시예
도 1은 차량용 쿠션 프레임의 볼트 체결 개소를 보인 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 쿠션 프레임(10)의 볼트 체결 작업은 후방(도면상 상단)의 양측 사이드와 전방(도면상 하단)의 양측 사이드에 각각 하나씩 총 4개의 볼트(1)가 체결되며, 따라서 차량용 쿠션 프레임(10)은 총 4개소에서의 볼트 체결 작업을 필요로 한다.
이때, 볼트 체결 작업은 너트 런너(nut runner) 등 모터의 구동력을 이용하여 볼트(1)를 회전 작동시키는 볼트 체결 툴에 의해 이루어지며, 도 1에 도시된 차량용 쿠션 프레임(10)을 대상으로 볼트 체결 작업을 수행하기 위한 볼트 체결 툴(20)의 일 예가 도 2에 도시되어 있다.
여기서, 볼트 체결 툴(20)은 좌우 서로 이격하여 세로 방향으로 배치되는 한 쌍의 가이드부(21)와, 상기 한 쌍의 가이드부(21)에 가로 방향으로 설치되어 가이드부(21)의 길이 방향으로 이동 가능하게 결합되는 이동부(22)와, 이동부(22) 상에서 좌우 방향 이동 가능하게 설치되는 볼트 체결구(23)를 포함한다.
이때, 이동부(22)의 일단과 타단에 각각 하나씩 위치센서가 구비되고, 한 쌍의 가이드부(21) 중 어느 하나의 일단과 타단에 각각 하나씩 위치센서가 구비된다.
이하, 설명의 편의를 위해, 도면상 좌측 가이드부(21)의 내측에 인접하도록 이동부(22)의 일단에 구비되는 위치센서를 제1 위치센서(A)라 하고, 도면상 우측 가이드부(21)의 내측에 인접하도록 이동부(22)의 타단에 구비되는 위치센서를 제2 위치센서(B)라 하며, 좌측 가이드부(21)의 후단부(도면상 상단부)에 구비되는 센서를 제3 위치센서(C)라 하고, 좌측 가이드부(21)의 전단부(도면상 하단부)에 구비되는 센서를 제4 위치센서(D)라 하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 체결구의 이동 과정을 보인 공정도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 체결 검사 방법의 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 볼트 체결 툴(20)은 차량용 쿠션 프레임(10)의 외측을 둘러싸게끔 배치되며, 볼트 체결 툴(20)의 양쪽 가이드부(21) 사이에 차량용 쿠션 프레임(10)이 위치하게 된다.
볼트 체결 작업시에는, 먼저 볼트 체결구(23)에 의해 차량용 쿠션 프레임(10)의 좌측 후단부(도면상 좌측 상단부)에 볼트(1)가 체결되고(도 3(a) 참조), 이후 볼트 체결구(23)가 이동부(22)를 따라 우측으로 이동하여 차량용 쿠션 프레임(10)의 우측 후단부(도면상 우측 상단부)에 볼트(1)를 체결한다(도 3(b) 참조).
이어서, 이동부(22)가 전단부(도면상 하단부)로 이동하고, 볼트 체결구(23)가 이동부(22)를 따라 좌측으로 이동하여 차량용 쿠션 프레임(10)의 좌측 전단부(도면상 좌측 하단부)에 볼트(1)를 체결하고(도 3(c) 참조), 볼트 체결구(23)가 이동부(22)를 따라 우측으로 이동하여 차량용 쿠션 프레임(10)의 우측 전단부(도면상 우측 하단부)에 볼트(1)를 체결한다(도 3(d) 참조). 여기서, 상기 볼트 체결 순서가 필요에 따라 임의로 변경될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법(이하, '볼트 체결 검사방법')에 의하면, 차량용 쿠션 프레임(10)의 볼트 체결 개소 각각에서, 위치센서에 의해 볼트 체결구(23)의 위치가 확인되고, 체결 토크값이 측정되며, 볼트 체결구(23)의 회전 작동 횟수가 체크된다. 그리고, 각각의 볼트 체결 개소마다 체크된 회전 작동 횟수를 기준으로 볼트 체결 횟수를 누적 합산하고, 기설정된 기준 체결 횟수와 비교하여, 차량용 쿠션 프레임(10)의 볼트 체결 개소 모두에 볼트 체결 작업이 정상적으로 이루어졌는지를 판단하게 된다.
이하, 도 3과 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 체결 검사방법을 단계별로 상세히 설명하기로 한다.
볼트 체결 툴(20)의 양쪽 가이드부(21) 사이에 차량용 쿠션 프레임(10)을 위치시킨 상태에서, 먼저 차량용 쿠션 프레임(10)의 좌측 후단부에 볼트(1)를 체결하기 위해, 볼트 체결구(23)가 이동한다(S10).
이때, 제1 위치센서(A)와 제3 위치센서(C)에 의해, 볼트 체결구(23)의 위치가 측정되며(S20), 볼트 체결구(23)가 정확한 볼트 체결 위치에 위치하였는지를 판단하여(S30), 정확한 볼트 체결 위치에 위치하지 않은 경우에는 정확한 볼트 체결 위치로 볼트 체결구(23)의 이동이 계속되며, 정확한 볼트 체결 위치에 위치한 경우에는 회전 작동 횟수를 초기값(일 예로서, 0)으로 셋팅(setting)한 후(S40), 볼트 체결구(23)에 구비되는 모터의 구동에 의해 볼트 체결구(23)가 회전 작동하면서 볼트 체결 작업을 시작하게 된다(S50).
이때, 볼트 체결구(23)로부터 체결 토크값이 측정되며(S60), 측정된 체결 토크값을 미리 설정된 기준 토크값과 비교하여(S70), 측정된 체결 토크값이 기준 토크값보다 작으면 '덜조임 상태'로 판단하여 볼트 체결 작업을 계속한다.
측정된 체결 토크값이 미리 설정된 기준 토크값보다 크거나 같은 경우에는, 볼트 체결구(23)가 볼트 체결 방향으로 정회전하였는지를 판단한다(S80). 볼트 체결구(23)가 정회전한 경우에는 회전 작동 횟수에 1을 더하여 저장하고(S81), 역회전한 경우에는 회전 작동 횟수에서 1을 빼서 저장한다(S82). 이후, 저장된 회전 작동 횟수를 기준 작동 횟수와 비교하여(S90), 회전 작동 횟수가 기준 작동 횟수보다 크거나 같으면 다음 단계로 넘어가고, 회전 작동 횟수가 기준 작동 횟수보다 작은 경우에는 볼트 체결 단계(S50)부터 다시 수행한다.
이는, 볼트 체결구(23)의 역회전에 의해 볼트 체결이 풀린 상태에서 다음 단계가 수행되는 것을 방지하기 위한 것으로, 기준 작동 횟수는 1인 것이 바람직하다. 이때, 볼트 체결구(23)가 1회 정회전하여 볼트가 체결되는 경우 회전 작동 횟수는 1이며, 정상적으로 다음 단계로 넘어간다. 반면에, 1회의 정회전 이후 1회의 역회전에 의해 볼트 체결이 해제되는 경우에는, 정회전에 의한 +1과 역회전에 의한 -1이 합산되어 회전 작동 횟수가 0이 되며, 다음 단계로 넘어가지 않고 다시 볼트 체결 단계(S50)가 수행된다. 마찬가지로, 1회의 정회전, 1회의 역회전, 1회의 정회전이 순차적으로 수행되면, 회전 작동 횟수는 1(1-1+1=1)이 되어, 볼트 체결이 이루어진 상태에서 정상적으로 다음 단계가 수행된다.
이후, 볼트 체결 횟수를 카운트하고(S100), 기준 체결 횟수와 비교하게 되는데(S110), 볼트 체결 횟수는 초기값이 0으로 주어지는 것이 바람직하며, 부품의 볼트 체결 개소 각각에 볼트(1)가 체결될 때마다 1씩 카운트된다.
또한, 기준 체결 횟수는 필요한 볼트 체결 개소에 따라 부품마다 각각 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 차량용 쿠션 프레임(10)의 경우, 4개의 볼트(1) 체결을 필요로 하며, 따라서 기준 체결 횟수는 4이다.
다시 도 3과 도 4를 참조하면, 저장된 회전 작동 횟수를 기준 작동 횟수와 비교하여(S90), 회전 작동 횟수가 기준 작동 횟수보다 크거나 같으면 그 위치에서 볼트 체결이 정상적으로 완료된 것으로 판단하여 볼트 체결 횟수에 1을 더하여 저장한다(S100). 즉, 차량용 쿠션 프레임(10)에 체결해야 하는 4개의 볼트(1) 중 하나의 볼트 체결이 완료된 것이다.
이때, 차량용 쿠션 프레임(10)에 체결해야 하는 4개의 볼트(1)가 모두 체결 완료되었는지를 판단하기 위해, 저장된 볼트 체결 횟수를 기준 체결 횟수와 비교한다. 지금까지의 실시예 설명에서는 차량용 쿠션 프레임(10)의 좌측 후단부(도면상 좌측 상단부)에만 볼트 체결이 완료되었으므로 볼트 체결 횟수는 1이며, 이 볼트 체결 횟수가 기준 체결 횟수인 4보다 작으므로 다시 볼트 체결구 이동 단계(S10)로 돌아간다.
이후, 볼트 체결구(23)의 이동에 의해 차량용 쿠션 프레임(10)의 우측 후단부(도 3(b) 참조)에 볼트 체결이 이루어지면 볼트 체결 횟수는 2가 되고, 차량용 쿠션 프레임(10)의 좌측 전단부(도 3(c) 참조)에 볼트 체결이 이루어지면 볼트 체결 횟수는 3이 되며, 마지막으로 차량용 쿠션 프레임(10)의 우측 전단부(도 3(d) 참조)에 볼트 체결이 이루어지면 볼트 체결 횟수가 기준 체결 횟수와 같은 4가 되어, 차량용 쿠션 프레임(10)의 볼트 체결이 필요한 모든 부분에 볼트 체결이 완료된 것으로 판단되어 볼트 체결 작업이 완료된다.
1 : 볼트
10 : 차량용 쿠션 프레임
20 : 볼트 체결 툴
21 : 가이드부
22 : 이동부
23 : 볼트 체결구

Claims (6)

  1. (a) 볼트 체결구가 볼트 체결 위치로 이동하는 단계;
    (b) 위치센서에 의해 상기 볼트 체결구의 위치를 판단하는 단계;
    (c) 볼트 체결구에 의해 볼트가 체결되는 단계;
    (d) 상기 볼트의 체결 토크값을 측정하여 기설정된 기준 토크값과 비교하는 단계;
    (e) 볼트 체결구의 회전 작동 횟수를 합산하여 저장하는 단계; 및
    (f) 저장된 회전 작동 횟수를 기설정된 기준 작동 횟수와 비교하는 단계를 포함하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (e) 단계는,
    상기 볼트 체결구의 정회전 작동시 +1을 합산하여 저장하고, 상기 볼트 체결구의 역회전 작동시에는 -1을 합산하여 저장하는 것을 특징으로 하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (f) 단계는,
    (f-1) 저장된 회전 작동 횟수가 기설정된 기준 작동 횟수보다 작은 경우, 상기 (c) 단계부터 다시 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    (g) 저장된 회전 작동 횟수가 기설정된 기준 작동 횟수보다 크거나 같은 경우, 볼트 체결 횟수를 합산하여 저장하는 단계; 및
    (h) 저장된 볼트 체결 횟수를 기설정된 기준 체결 횟수와 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 (h) 단계는,
    (h-1) 저장된 볼트 체결 횟수가 기설정된 기준 체결 횟수보다 작은 경우, 상기 볼트 체결구가 다음 볼트 체결 위치로 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 (h) 단계는,
    (h-2) 저장된 볼트 체결 횟수가 기설정된 기준 체결 횟수보다 크거나 같은 경우, 볼트 체결 및 검사 작업을 완료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치센서를 이용한 볼트 체결 검사방법.

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