KR20180021008A - 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

제품 표면에 형성된 다양한 종류의 버르(burr)를 수작업에 의하지 않고 자동화 공정에 의해 제거하는, 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템이 개시된다. 개시된 자동 사상 로봇 시스템은, 복수의 관절을 구비하여 말단부가 이동 및 회전 가능한 로봇 암(robot arm), 및 로봇 암의 말단부에 연결되는 멀티 헤드(multi-head)를 구비하고, 멀티 헤드는, 로봇 암의 말단부에 연결되는, 복수의 장착면을 가진 프레임, 및 복수의 장착면에 하나씩 장착되는 것으로, 제품에 형성된 버르(burr)를 제거하는 작업을 수행하는 복수의 유닛을 구비하고, 복수의 유닛은 각각, 공구, 및 공구를 지지하고, 공구를 버르에서 이격된 작업 준비 위치와 버르에 접촉되는 작업 위치 사이에서 승강시키는 승강 액추에이터를 구비한다. 복수의 유닛의 공구 및 승강 액추에이터는 개별적으로 구동된다.

Description

멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템{Automatic finish grinding robot system using multi-head}

본 발명은 예컨대, 휴대폰 케이스와 같은 제품 표면의 버르(burr)를 제거하고 연마하는 사상기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 종류의 사상 작업을 수행할 수 있는 자동 사상 로봇 시스템에 관한 것이다.

예컨대, 휴대폰 케이스, 노트북 케이스 등의 제품은 생산성, 원가, 제품 강도, 성형 용이성, 미감 등의 측면을 고려하여 다이캐스팅(die casting) 또는 수지 사출 성형에 의해 생산된다. 한편, 금형 내에는 캐비티에 채워져 경화된 금속이나 수지를 금형에서 분리되도록 밀어내는 밀핀(ejecting pin)이 마련된다. 밀핀의 말단과 캐비티의 경계 부분에 채워져 경화된 금속이나 수지는, 주변의 외면과 매끄럽게 이어지지 못하고 단차지게 돌출되거나 단차지게 파이게 되는데, 이를 버르(burr)라고 한다.

이와 같은 제품의 버르는 작업자가 수작업으로 제거하여왔다. 특히 휴대폰 케이스와 같이 비교적 작고 정밀한 제품의 경우에는 버르도 작아서 숙련된 작업자가 아니면 빠르게 회전하는 연삭 숫돌을 이용할 경우 작업을 정밀하게 제어하기 어려우므로 줄, 칼, 연마기 등의 도구를 이용하여 수작업으로 제거하여왔다. 따라서, 버르 제거의 작업 생산성이 저하되고, 작업자의 숙련도 및 컨디션에 따라 작업 품질의 편차가 심해지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0821625호 대한민국 등록특허공보 제10-1346786호

본 발명은, 제품 표면에 형성된 다양한 종류의 버르(burr)를 수작업에 의하지 않고 자동화 공정에 의해 제거하는, 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템을 제공한다.

본 발명은, 복수의 관절을 구비하여 말단부가 이동 및 회전 가능한 로봇 암(robot arm), 및 상기 로봇 암의 말단부에 연결되는 멀티 헤드(multi-head)를 구비하고, 상기 멀티 헤드는, 상기 로봇 암의 말단부에 연결되는, 복수의 장착면을 가진 프레임, 및 상기 복수의 장착면에 하나씩 장착되는 것으로, 제품에 형성된 버르(burr)를 제거하는 작업을 수행하는 복수의 유닛을 구비하고, 상기 복수의 유닛은 각각, 공구, 및 상기 공구를 지지하고, 상기 공구를 상기 버르에서 이격된 작업 준비 위치와 상기 버르에 접촉되는 작업 위치 사이에서 승강시키는 승강 액추에이터를 구비하며, 상기 복수의 유닛의 공구 및 승강 액추에이터는 개별적으로 구동되는, 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템은, 상기 버르가 제거되면서 형성되는 파티클(particle)을 흡입하여 상향 이동하도록 유도하는 집진 파이프와, 상기 집진 파이프에 연결되고 내부에 필터(filter)를 구비하여 상기 집진 파이프를 통해 흡입된 파티클을 걸러내 모으는 집진 박스(box)를 더 구비할 수 있다.

상기 집진 박스는, 상기 로봇 암에 지지될 수 있다.

상기 장착면과 상기 집진 파이프는 각각 4개씩 구비되고, 상기 4개의 장착면은 각각 인접하는 장착면과 직교하고, 상기 4개의 집진 파이프는 한 쌍의 장착면이 인접하는 부분에 하나씩 배치될 수 있다.

상기 복수의 유닛의 승강 액추에이터는 각각 공압 실린더(air cylinder)를 포함하고, 상기 공구가 상기 작업 위치에서 높이를 일정하게 유지하도록 상기 공압 실린더 내부의 압력은 비례제어밸브에 의해 제어될 수 있다.

상기 멀티 헤드는 상기 장착면에 고정 결합된 댐퍼(damper), 및 상기 승강 액추에이터에 고정 결합된 멈춤 블록을 더 구비하고, 상기 공구가 상기 작업 준비 위치에서 상기 작업 위치로 하강할 때 상기 멈춤 블록이 상기 공구와 함께 하강하여 상기 댐퍼에 충돌함으로써 상기 공구와 상기 제품의 충돌로 인한 충격을 완화할 수 있다.

상기 복수의 유닛 중 적어도 하나는, 상기 버르를 반복적으로 타격하여 상기 버르를 제거하는 랩퍼(lapper)를 상기 공구로서 구비할 수 있다.

상기 랩퍼의 랩핑 블레이드(lapping blade)는, 고속으로 승강하며 상기 버르를 반복적으로 타격하거나, 고속으로 좌우로 왕복하며 상기 버르를 반복적으로 타격할 수 있다.

상기 복수의 유닛 중 적어도 하나는, 고속으로 회전하는 연마 숫돌을 상기 버르와 마찰시켜 상기 버르를 제거하는 그라인더(grinder)를 상기 공구로서 구비하는 그라인딩 유닛(grinding unit)일 수 있다.

상기 복수의 유닛 중 적어도 하나는, 커팅 블레이드(cutting blade)의 하단으로 상기 제품의 표면을 긁어내 상기 버르를 제거하는 커팅 유닛(cutting unit)이고, 상기 로봇 암이 작동하여 상기 커팅 블레이드가 상기 제품의 표면을 긁어내는 방향으로 움직일 수 있다.

본 발명에 의하면, 제품에 따라 작업 라인을 변경할 필요 없이 적용되는 공구 및 공구 작동 제어 방법을 다르게 선택하여 제품에 따라 다양한 형태로 형성되는 버르(burr)를 자동화 공정에 의해 제거할 수 있다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 멀티 헤드가 공구와 제품의 충돌시 충격을 완화하는 댐핑 수단과, 비례제어밸브에 의해 내부 압력이 제어되는 공압 실린더를 포함하는 승강 액추에이터를 구비하여, 공구와 제품의 강한 충돌로 인한 공구 또는 제품의 손상이 방지된다.

또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동 사상 로봇 시스템은, 집진 파이프와 상기 집진 파이프와 연결된 집진 박스를 구비하여, 버르 제거 작업 중 발생하는 미세한 파티클(particle)을 수거할 수 있다. 따라서, 작업 환경 오염이 방지되고, 파티클로 인한 작업 불량이 방지된다.

도 1 내지 도 3은 각각, 랩핑 블레이드를 이용한 사상 작업, 연마 숫돌을 이용한 사상 작업, 및 커팅 블레이드를 이용한 사상 작업을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 사상 로봇 시스템을 도시한 정면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 헤드를 도시한 정면도 및 평면도이다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6의 멀티 헤드의 프레임을 도시한 정면도 및 평면도이다.
도 9는 도 5의 랩핑 유닛(lapping unit)을 확대 도시한 정면도이다.
도 10은 도 5의 그라인딩 유닛(grinding unit)을 확대 도시한 정면도이다.
도 11은 도 5의 커팅 유닛(cutting unit)을 확대 도시한 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 내지 도 3은 각각, 랩핑 블레이드를 이용한 사상 작업, 연마 숫돌을 이용한 사상 작업, 및 커팅 블레이드를 이용한 사상 작업을 개략적으로 도시한 사시도이다. 예컨대, 휴대폰 케이스와 같은 제품(1)의 표면에 형성된 버르(2)는 도 1에 도시된 바와 같이 랩퍼(lapper)의 랩핑 블레이드(lapping blade)(48)를 이용하여 제거하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 그라인더(grinder)의 연마 숫돌(57)을 이용하여 제거하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 커팅 블레이드(67)를 이용하여 제거할 수 있다.

도 1의 랩핑 블레이드(48)는 고속으로 승강하며 그 하단부가 버르(2)를 반복적으로 타격하여 제거한다. 한편, 고속으로 승강하는 대신에 고속으로 좌우로, 즉 수평 방향으로 왕복하며 그 하단부가 버르(2)를 반복적으로 타격하여 제거하도록 구성될 수도 있다. 도 2의 연마 숫돌(57)은 고속으로 회전하며 그 하단부가 버르(2)와 마찰하여 버르(2)를 제거한다. 도 3의 커팅 블레이드(67)는 그 하단부가 제품(1)의 표면을 긁어내는 방향으로 이동하여 버르(2)를 제거하게 된다. 부연하면, 커팅 블레이드(67)는 폭 및 길이에 비해 두께가 얇은 대략 사각형 형상의 부재로서, 커팅 블레이드(67) 하단부의 엣지(edge)를 커팅 블레이드(67)의 두께 방향에 평행한 방향으로 한번 이동시키거나 또는 왕복시켜 버르(2)를 긁어내 제거한다. 한편, 버르(2)의 형상이나 크기에 따라 적용되는 공구의 종류는 바뀔 수 있으며, 도 1 내지 도 3에 개시된 공구 외에 다른 종류의 공구가 적용될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동 사상 로봇 시스템을 도시한 정면도로서, 이를 참조하면, 본 발명의 자동 사상 장치(10)는 로봇 암(robot arm)(11)과, 로봇 암(11)의 말단부(15)에 연결된 멀티 헤드(multi-head)(20)를 구비한다. 로봇 암(11)은 복수의 관절(12, 13)을 구비하고, 복수의 관절(12, 13) 중 말단 관절(13)에 연결되어 연결된 말단부(15)는 위치 이동 및 회전이 가능하다.

자동 사상 로봇 시스템(10)을 다르게 표현하면 사상 작업을 수행하도록 멀티 헤드(20)를 구비한 다관절 로봇(articulated robot)이라 할 수 있다. 다관절 로봇은 3개 이상의 회전 관절(12, 13)을 가지는 로봇으로, 인간의 어깨, 팔, 팔꿈치, 손목의 관절을 본떠서 만들어져 인간 팔의 움직임과 비슷하게 움직일 수 있다. 다관절 로봇은 행동이 빠르고 공간도 적게 차지하며 동작 범위도 넓어서, 조립, 도장(塗裝), 용접 등에 사용될 수 있다.

테이블(4)에 설치된 이송 레일(5)에 예컨대, 휴대폰 케이스와 같은 제품(1)(도 1 내지 도 3 참조)이 지지되어 X축 양(+)의 방향과 평행하게 이동하여 멀티 헤드(20)의 아래에 정지하면, 로봇 암(11)이 작동하여 멀티 헤드(20)와 제품(1)이 정렬되고, 사상 작업이 진행된다. 콘트롤러(19)는 로봇 암(11)의 작동과, 후술할 멀티 헤드(20)의 각 유닛(40, 50, 60)의 작동을 제어한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 헤드를 도시한 정면도 및 평면도이고, 도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6의 멀티 헤드의 프레임을 도시한 정면도 및 평면도이다. 도 5 내지 도 8을를 함께 참조하면, 상기 멀티 헤드(20)는 로봇 암(11)의 말단부(15)에 연결되는 프레임(frame)(24)과, 프레임(24)에 장착된 복수의 유닛(40, 50, 60)을 구비한다.

구체적으로, 로봇 암(11)의 말단 관절(13)에 연결된 말단부(15)에는 링(ring) 형상의 결합판(21)이 고정 체결되고, 프레임(24)은 결합판(21)에 고정 지지된다. 프레임(24)은 결합판(21) 아래에 배치된 제1 내지 제4 장착면(26, 27, 28, 29)을 구비한다. 상기 말단부(15)의 회전 축선(CL)을 사이에 두고 제1 장착면(26)과 제3 장착면(28)이 서로 등지고, 제2 장착면(27)과 제4 장착면(29)이 서로 등지게 배치된다. 또한, 제1 장착면(26)과 제3 장착면(28)이 서로 평행하고, 제2 장착면(27)과 제4 장착면(29)이 서로 평행하여, 위에서 보면 제1 내지 제4 장착면(26, 27, 28, 29)이 직사각형 형상으로 배치된다.

제1 내지 제4 장착면(26, 27, 28, 29)에는 제품(1)(도 1 내지 도 3 참조)에 형성된 버르(burr)(2)(도 1 내지 도 3 참조)를 제거하는 작업을 수행하는 4개의 유닛(40, 50, 60)이 각각 장착된다. 구체적으로, 제1 장착면(26)에는 랩핑 유닛(lapping unit)(40)이 장착되고, 제3 장착면(28)에는 그라인딩 유닛(grinding unit)(50)이 장착되며, 제2 장착면(27) 및 제4 장착면(29)에는 커팅 유닛(cutting unit)(60)이 각각 장착된다.

랩핑 유닛(40)은 제품(1)에 형성된 버르(2)를 반복적으로 타격하여 상기 버르(2)를 제거하는 랩퍼(lapper)(47)(도 9 참조)를 공구로서 구비한다. 그라인딩 유닛(50)은 고속으로 회전하는 연마 숫돌(57)(도 10 참조)을 제품(1)에 형성된 버르(2)와 마찰시켜 상기 버르(2)를 제거하는 그라인더(56)(도 10 참조)를 공구로서 구비한다. 커팅 유닛(60)은 공구로서 커팅 블레이드(67)(도 11 참조)를 구비하며, 상기 커팅 블레이드(67)의 하단으로 제품(1)의 표면을 긁어내 제품(1) 표면에 돌출 형성된 버르(2)를 제거한다.

제품(1)의 재질과, 제품(1)에 형성된 버르(2)의 형태와 크기에 따라, 랩핑 유닛(40), 그라인딩 유닛(50), 및 커팅 유닛(60) 중에서 적절한 유닛이 버르(2) 제거에 적용될 수 있다. 한편, 도 6에는 제1 장착면(26)에 랩핑 유닛(lapping unit)(40)이 장착되고, 제3 장착면(28)에 그라인딩 유닛(grinding unit)(50)이 장착되며, 제2 장착면(27) 및 제4 장착면(29)에 커팅 유닛(cutting unit)(60)이 장착된 멀티 헤드(20)가 개시되어 있으나, 이와 다른 조합으로 유닛들(40, 50, 60)이 장착될 수도 있다. 또한, 랩핑 유닛(40), 그라인딩 유닛(50), 커팅 유닛(60) 이외의 다른 사상 작업을 위한 유닛이 장착면(26, 27, 28, 29)에 장착될 수도 있다.

도 9는 도 5의 랩핑 유닛(lapping unit)을 확대 도시한 정면도이고, 도 10은 도 5의 그라인딩 유닛(grinding unit)을 확대 도시한 정면도이며, 도 11은 도 5의 커팅 유닛(cutting unit)을 확대 도시한 측면도이다. 도 5, 도 6, 및 도 9를 함께 참조하면, 랩핑 유닛(40)은, 공구인 랩퍼(47)와, 제1 장착면(26)에 장착되고, 상기 랩퍼(47)를 지지하며, 상기 랩퍼(47)를 제거 대상인 버르(2)(도 1 참조)에서 이격된 작업 준비 위치와, 상기 버르(2)에 접촉되는 작업 위치 사이에서 승강시키는 승강 액추에이터(41)를 구비한다.

구체적으로, 승강 액추에이터(41)는 제1 장착면(26)에 고정 체결되는, 공압 실린더(air cylinder)를 포함하는 액추에이터 보디(42)와, 상기 공압 실린더 내부 공간의 공기압 차이에 의해 상기 액추에이터 보디(42)에 대해 Z축과 평행하게 승강하는 승강 블록(43)을 포함한다. 상기 승강 블록(43)에는 랩퍼 지지판(44)이 고정 결합되고, 랩퍼 지지판(44)의 상부 홀더(upper holder)(45)와 하부 홀더(lower holder)(46)에 랩퍼(47)가 끼워져 지지된다.

제품(1)(도 1 참조)이 이송 레일(5)(도 4 참조)을 따라 X축과 평행하게 이동하여 특정 위치에서 정지하면, 로봇 암(11)(도 4 참조)의 작동으로 랩퍼(47)가 작업 준비 위치로 이동한다. 상기 작업 준비 위치는, 랩퍼(47)의 랩핑 블레이드(48)가 상기 버르(2)와 이격되어 상측에 위치하고, 상기 랩핑 블레이드(48)와 상기 버르(2)가 Z축과 평행한 일직선 상에 위치하도록 정렬된 위치이다. 이때 로봇 암(11)의 말단부(15)가 회전 축선(CL)을 중심으로 예컨대, 90°, 180°와 같은 일정한 각도만큼 회전하여 멀티 헤드(20)가 동일한 각도만큼 회전할 수도 있다.

상기 작업 준비 위치에서 승강 액추에이터(41)의 작동으로 랩퍼 지지판(44)이 하강하여 랩퍼(47)가 작업 위치로 이동한다. 상기 작업 위치는 랩퍼(47)의 랩핑 블레이드(48)의 하단부가 상기 버르(2)에 접촉되는 위치이다.

상기 공압 실린더 내부의 압력은 비례제어밸브에 의해 제어되어, 작업 위치에서 랩퍼(47)의 높이가 일정하게 유지된다. 부연하면, 랩퍼(47)가 작업 위치인 때 공압 실린더 내부의 압력의 기준값을 설정하고, 랩퍼(47)의 작업 도중에 공압 실린더 내부의 압력이 상기 기준값보다 커지면 상기 공압 실린더 내부의 공기를 배출하고, 공압 실린더 내부의 압력이 상기 기준값보다 작아지면 상기 공압 실린더 내부로 공기를 유입시키도록 비례제어밸브가 작동한다. 이를 통해, 작업 위치에서 랩퍼(47)의 높이가 일정하게 유지되어 랩핑 블레이드(48)와 제품(1)(도 1 참조)이 과도한 충격으로 충돌하여 손상되지 않게 된다.

상기 랩퍼(47)는 소위 '왕복 사상기' 라고 불리우며, 전기 모터의 동력에 의해 랩핑 블레이드(48)가 왕복하는 소위 '전동 왕복 사상기' 또는 고압 공기가 터빈(turbine)을 회전시키는 동력에 의해 랩핑 블레이드(48)가 왕복하는 소위 '에어 왕복 사상기'가 적용 가능하다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 랩퍼(47) 하단의 랩핑 블레이드(48)는 고속으로 승강하며 그 하단부가 버르(2)를 반복적으로 타격하여 제거하도록 구성될 수도 있고, 고속으로 좌우로(도 9에서는 X축과 평행한 방향으로) 왕복하며 그 하단부가 버르(2)를 반복적으로 타격하여 제거하도록 구성될 수도 있다.

도 5, 도 6, 및 도 10을 함께 참조하면, 그라인딩 유닛(50)은, 공구인 그라인더(56)와, 제3 장착면(28)에 장착되고, 상기 그라인더(56)를 지지하며, 상기 그라인더(56)를 제거 대상인 버르(2)(도 참조)에서 이격된 작업 준비 위치와, 상기 버르(2)에 접촉되는 작업 위치 사이에서 승강시키는 승강 액추에이터(51)를 구비한다.

구체적으로, 승강 액추에이터(51)는 제3 장착면(28)에 고정 체결되는, 공압 실린더(air cylinder)를 포함하는 액추에이터 보디(52)와, 상기 공압 실린더 내부 공간의 공기압 차이에 의해 상기 액추에이터 보디(52)에 대해 Z축과 평행하게 승강하는 승강 블록(53)을 포함한다. 상기 승강 블록(53)에는 그라인더 지지판(54)이 고정 결합되고, 그라인더 지지판(54)의 홀더(holder)(55)에 그라인더(56)가 끼워져 지지된다.

제품(1)(도 2 참조)이 이송 레일(5)(도 4 참조)을 따라 X축과 평행하게 이동하여 특정 위치에서 정지하면, 로봇 암(11)(도 4 참조)의 작동으로 그라인더(56)가 작업 준비 위치로 이동한다. 랩핑 유닛(40)에 대한 설명에서 상술한 바와 마찬가지로 작업 준비 위치는, 그라인더(56)의 연마 숫돌(57)이 상기 버르(2)와 이격되어 상측에 위치하고, 상기 연마 숫돌(57)과 상기 버르(2)가 Z축과 평행한 일직선 상에 위치하도록 정렬된 위치이다. 이때 로봇 암(11)의 말단부(15)가 회전 축선(CL)을 중심으로 예컨대, 90°, 180°와 같은 일정한 각도만큼 회전하여 멀티 헤드(20)가 동일한 각도만큼 회전할 수도 있다.

상기 작업 준비 위치에서 승강 액추에이터(51)의 작동으로 그라인더 지지판(54)이 하강하여 연마 숫돌(57)이 작업 위치로 이동한다. 상기 작업 위치는 그라인더(56)의 연마 숫돌(57) 하단부가 상기 버르(2)에 접촉되는 위치이다.

상기 공압 실린더 내부의 압력은 비례제어밸브에 의해 제어되어, 작업 위치에서 그라인더(56)의 높이가 일정하게 유지된다. 부연하면, 그라인더(56)가 작업 위치인 때 공압 실린더 내부의 압력의 기준값을 설정하고, 그라인더(56)의 작업 도중에 공압 실린더 내부의 압력이 상기 기준값보다 커지면 상기 공압 실린더 내부의 공기를 배출하고, 공압 실린더 내부의 압력이 상기 기준값보다 작아지면 상기 공압 실린더 내부로 공기를 유입시키도록 비례제어밸브가 작동한다. 이를 통해, 작업 위치에서 그라인더(56)의 높이가 일정하게 유지되어 연마 숫돌(57)과 제품(1)(도 2 참조)이 과도한 충격으로 충돌하여 손상되지 않게 된다.

그라인더(56)는 전기 모터의 동력에 의해 연마 숫돌(57)이 회전하는 소위 '전동 그라인더', 또는 고압 공기가 터빈(turbine)을 회전시키는 동력에 의해 연마 숫돌(57)이 회전하는 소위 '에어 그라인더' 가 적용 가능하다.

도 5, 도 6, 및 도 11을 함께 참조하면, 커팅 유닛(60)은, 공구인 커팅 블레이드(67)와, 제2 장착면(27) 및 제4 장착면(29)에 장착되고, 상기 커팅 블레이드(67)를 지지하며, 커팅 블레이드(67)를 제거 대상인 버르(2)(도 3 참조)에서 이격된 작업 준비 위치와, 상기 버르(2)에 접촉되는 작업 위치 사이에서 승강시키는 승강 액추에이터(61)를 구비한다.

구체적으로, 승강 액추에이터(61)는 제2 장착면(27)과 제4 장착면(29)에 고정 체결되는, 공압 실린더(air cylinder)를 포함하는 액추에이터 보디(62)와, 상기 공압 실린더 내부 공간의 공기압 차이에 의해 상기 액추에이터 보디(62)에 대해 Z축과 평행하게 승강하는 승강 블록(63)을 포함한다. 상기 승강 블록(63)에는 커팅 블레이드 홀더(cutting blade holder)(65)가 고정 결합되고, 상기 커팅 블레이드 홀더(65)에 커팅 블레이드(67)가 끼워져 지지된다.

제품(1)(도 3 참조)이 이송 레일(5)(도 4 참조)을 따라 X축과 평행하게 이동하여 특정 위치에서 정지하면, 로봇 암(11)(도 4 참조)의 작동으로 커팅 블레이드(67)가 작업 준비 위치로 이동한다. 랩핑 유닛(40)에 대한 설명에서 상술한 바와 마찬가지로 작업 준비 위치는, 커팅 블레이드(67)가 상기 버르(2)와 이격되어 상측에 위치하고, 상기 커팅 블레이드(67)와 상기 버르(2)가 Z축과 평행한 일직선 상에 위치하도록 정렬된 위치이다. 이때 로봇 암(11)의 말단부(15)가 회전 축선(CL)을 중심으로 예컨대, 90°, 180°와 같은 일정한 각도만큼 회전하여 멀티 헤드(20)가 동일한 각도만큼 회전할 수도 있다.

상기 작업 준비 위치에서 승강 액추에이터(61)의 작동으로 커팅 블레이드 홀더(65)가 하강하여 커팅 블레이드(67)가 작업 위치로 이동한다. 상기 작업 위치는 커팅 블레이드(67)의 하단부가 상기 버르(2)에 접촉될 수 있는 위치이다.

상기 공압 실린더 내부의 압력은 비례제어밸브에 의해 제어되어, 작업 위치에서 커팅 블레이드(67)의 높이가 일정하게 유지된다. 부연하면, 커팅 블레이드(67)가 작업 위치인 때 공압 실린더 내부의 압력의 기준값을 설정하고, 커팅 블레이드(67)의 작업 도중에 공압 실린더 내부의 압력이 상기 기준값보다 커지면 상기 공압 실린더 내부의 공기를 배출하고, 공압 실린더 내부의 압력이 상기 기준값보다 작아지면 상기 공압 실린더 내부로 공기를 유입시키도록 비례제어밸브가 작동한다. 이를 통해, 작업 위치에서 커팅 블레이드(67)의 높이가 일정하게 유지되어 커팅 블레이드(67)과 제품(1)(도 3 참조)이 과도한 충격으로 충돌하여 손상되지 않게 된다.

커팅 블레이드(67)가 작업 위치까지 하강하고, 커팅 블레이드(67) 하단부가 제품의 표면을 긁어내는 방향, 즉 수평 방향으로 이동하도록 로봇 암(11)이 작동하여 버르(2)(도 3 참조)를 제거하게 된다. 부연하면, 커팅 블레이드(67)는 폭 및 길이에 비해 두께가 얇은 대략 사각형 형상의 부재로서, 하단부의 엣지(edge)를 커팅 블레이드(67)의 두께 방향에 평행한 방향으로 한번 이동시키거나 또는 왕복시켜 버르(2)를 긁어내 제거하게 된다.

도 5를 통하여 커팅 유닛(60)에만 도시되어 있고 다른 유닛들(40, 50)에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 멀티 헤드(20)는 래핑 유닛(40), 그라인딩 유닛(50), 및 2개의 커팅 유닛(60) 각각에, 공구(47, 56, 67)의 제품의 충돌로 인한 손상을 방지하는 완충 수단으로서 댐퍼(69)와 멈춤 블록(68)을 구비한다. 댐퍼(69)는 제1 내지 제4 장착면(26, 27, 28, 29)에 각각 고정 결합된다. 댐퍼(69)는 내부에 스프링(spring) 또는 공압 실린더(air cylinder)를 포함할 수 있다.

멈춤 블록(68)은 각 유닛(40, 50, 60)의 승강 액추에이터(41, 51, 61), 구체적으로는 승강 블록(43, 53, 63)에 고정 결합된다. 각 유닛(40, 50, 60)의 공구(47, 56, 67)가 작업 준비 위치에서 하강하여 작업 위치에 이를 때에 멈춤 블록(68)이 공구(47, 56, 67)와 함께 하강하여 댐퍼(69)에 충돌하게 된다. 멈춤 블록(68)과 댐퍼(69)의 충돌로 인해 승강 블록(43, 53, 63)과 공구(47, 56, 67)의 운동 에너지가 댐퍼(69)에 흡수되며 공구(47, 56, 67)가 작업 위치에서 멈추게 된다. 이로써 공구(47, 56, 67), 구체적으로 래핑 블레이드(48), 연마 숫돌(57), 및 커팅 블레이드(67)와 제품(1)(도 1 내지 도 3 참조)의 충돌로 인한 충격이 완화되어, 공구(47, 56, 67)나 제품(1)의 손상이 방지된다.

도 4 내지 도 8을 다시 참조하면, 자동 사상 로봇 시스템(10)은 제1 내지 제4 집진 파이프(32, 33, 34, 35)와, 집진 박스(17)를 더 구비한다. 제1 내지 제4 집진 파이프(32, 33, 34, 35)는 랩핑 유닛(40), 그라인딩 유닛(50), 및 커팅 유닛(60) 중 하나에 의해 버르(2)(도 1 내지 도 3 참조)가 제거되면서 형성되는 파티클(particle)을 빨아들여 상향 이동하도록 유도한다. 도면에 명확히 도시되진 않았으나, 제1 내지 제4 집진 파이프(32, 33, 34, 35)는 호스(hose)에 의해 로봇 암(11)에 고정 지지된 집진 박스(17)에 연결된다. 집진 박스(17)는 공기를 흡입하는 콤프레서(compressor)(미도시)와 호스로 연결된다. 집진 박스(17) 내부에는 상기 파티클을 통과시키지 않고 걸러내는 필터(filter)가 내재된다. 따라서, 랩핑 유닛(40), 그라인딩 유닛(50), 및 커팅 유닛(60) 중 하나로 버르(2) 제거 작업을 하면서 상기 콤프레서를 작동시키면 집진 파이프(32, 33, 34, 35)를 통해 파티클이 흡입되어 집진 박스(17)에 포집된다.

랩핑 유닛(40)을 이용한 사상 작업에서 생성되는 파티클을 흡입할 수 있도록 제1 집진 파이프(32)의 하단은 랩핑 블레이드(48)를 향해 굴곡지게 연장되고, 그라인딩 유닛(50)을 이용한 사상 작업에서 생성되는 파티클을 흡입할 수 있도록 제3 집진 파이프(34)의 하단은 연마 숫돌(57)를 향해 굴곡지게 연장되며, 커팅 유닛(60)을 이용한 사상 작업에서 생성되는 파티클을 흡입할 수 있도록 제2 집진 파이프(33)와 제4 집진 파이프(35)의 하단은 각각 인접한 커팅 블레이드(67)를 향해 굴곡지게 연장된다.

제1 내지 제4 집진 파이프(32, 33, 34, 35)는 직교하며 인접하는 한 쌍의 장착면(26, 27, 28, 29)이 서로 인접하는 부분에 하나씩 배치된다. 부연하면, 제4 장착면(29)과 제1 장착면(26)이 인접하는 모서리 부분에 제1 집진 파이프(32)가 배치되고, 제1 장착면(26)과 제2 장착면(27)이 인접하는 모서리 부분에 제2 집진 파이프(33)가 배치되고, 제2 장착면(27)과 제3 장착면(28)이 인접하는 모서리 부분에 제3 집진 파이프(34)가 배치되며, 제3 장착면(28)과 제4 장착면(29)이 인접하는 모서리 부분에 제4 집진 파이프(35)가 배치된다. 프레임(24)은 제1 내지 제4 장착면(26, 27, 28, 29) 위에 브라켓(bracket)(25)을 더 구비하고, 상기 브라켓(25)에 제1 내지 제4 집진 파이프(32, 33, 34, 35)가 체결 지지된다.

제1 장착면(26)에 장착된 랩핑 유닛(40), 제2 장착면(27)에 장착된 커팅 유닛(60), 제3 장착면(28)에 장착된 그라인딩 유닛(50), 및 제4 장착면(29)에 장착된 커팅 유닛(60)의 공구(47, 56, 67)와 승강 액추에이터(41, 51, 61)는 그 작동이 연계되어 있지 않고 각각 개별적으로 구동되며, 콘트롤러(19)는 이들의 작동을 제어한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 제품 11: 로봇 암
20: 멀티 헤드 24: 프레임
25: 브라켓 26,27,28,29: 장착면
32,33,34,35: 집진 파이프 40: 랩핑 유닛
50: 그라인딩 유닛 60: 커팅 유닛

Claims (1)

1. 복수의 관절을 구비하여 말단부가 이동 및 회전 가능한 로봇 암(robot arm); 및, 상기 로봇 암의 말단부에 연결되는 멀티 헤드(multi-head);를 구비하고,
   상기 멀티 헤드는, 상기 로봇 암의 말단부에 연결되는, 복수의 장착면을 가진 프레임; 및, 상기 복수의 장착면에 하나씩 장착되는 것으로, 제품에 형성된 버르(burr)를 제거하는 작업을 수행하는 복수의 유닛;을 구비하고,
   상기 복수의 유닛은 각각, 공구, 및 상기 공구를 지지하고, 상기 공구를 상기 버르에서 이격된 작업 준비 위치와 상기 버르에 접촉되는 작업 위치 사이에서 승강시키는 승강 액추에이터를 구비하며,
   상기 복수의 유닛의 공구 및 승강 액추에이터는 개별적으로 구동되는 것을 특징으로 하는, 멀티 헤드를 이용한 자동 사상 로봇 시스템.
   

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