KR20180074048A - 볼트 체결장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 볼트를 체결하고자 하는 위치에 적정한 조임토크로 경사짐 없이 적정 깊이까지 제품에 체결시킴으로써 품질을 향상시킬 수 있고, 볼트가 비정상적으로 체결된 제품이 양품으로 판정되는 것을 방지할 수 있는 볼트 체결장치에 관한 것이다.
본 개시에 따른 볼트 체결장치는 상부에 설치된 상부프레임과, 하부에 설치되고 상부면에 안착지그가 구비된 하부프레임과, 상부프레임과 하부프레임 사이에 형성된 공간부를 구비하는 메인프레임과, 일단이 상부프레임의 일측 하부에 이격되게 설치된 한 쌍이 수직프레임의 단부에 각각 결합되고, 타단이 메인프레임의 높이방향 소정 위치에 결합되는 한 쌍의 가이드프레임과, 한 쌍의 가이드프레임의 길이방향을 따라 슬라이드 이동되게 양측 상부면이 한 쌍의 가이드프레임의 각각의 하부에 결합된 이동프레임과, 이동프레임의 길이방향으로 슬라이드 이동되게 결합되는 볼트체결기와, 이동프레임의 일측면 소정 위치와 한 쌍의 가이드프레임 중 어느 하나의 일측면 소정 위치에 길이방향을 따라 각각 설치되고, 상면에 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금이 형성된 제1 및 제2 자기테이프와, 볼트체결기의 일측 소정 위치와 이동프레임의 상부면 소정 위치에 제1 및 제2 자기테이프와 대면하도록 각각 설치되어 제1 및 제2 자기테이프의 길이방향으로 이동하면서 볼트체결기와 이동프레임의 변위를 측정하는 제1 및 제2 자기센서와, 메인프레임의 상부 일측 소정 위치에 설치된 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

볼트 체결장치{Apparatus for Fastening Bolt}

본 개시는 볼트를 체결하고자 하는 위치에 적정한 조임토크로 경사짐 없이 적정 깊이까지 제품에 체결시키고, 볼트가 비정상적으로 체결되는 상황을 검출할 수 있는 볼트 체결장치에 관한 것이다.

일반적으로 볼트(Bolt)는 그 견고성이나 작업의 편리성 등으로 인해 각종 기계 기구 조립에 많이 사용되는 기계요소 중의 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, 피체결부재에 무리한 힘을 가해 손상시키게 되므로 볼트는 적정한 조임토크(torque)로 적정 깊이까지 체결되어야 한다.

종래의 볼트 체결작업은 스패너, 렌치와 같은 수공구를 이용하여 수동으로 이루어졌으나, 작업자가 적정 조임토크를 확인하면서 반복적으로 조여주는 작업을 하게 됨에 따라 인력 및 시간의 낭비가 심해 생산성을 저하시키게 된다.

또한, 수작업을 함에 따라 안전사고의 위험성이 존재하며, 체결 정밀도도 떨어져 품질을 저하시키게 되므로, 최근에는 볼트를 적정 조임토크로 균일하면서 신속하게 제품에 체결시킬 수 있는 자동 볼트 체결장치가 개발되어 여러 생산라인 등에서 널리 사용되고 있다.

이와 관련된 종래의 볼트 체결장치의 일례로서 대한민국 공개특허 제10-1998-077632호에 체결장치가 개시되어 있다.

상기 종래의 체결장치는 상부측에 하향되도록 구비되는 모터와, 모터의 회전축 하단부에 구비되어 체결될 볼트를 클램핑하여 고정하거나 언클램핑하는 렌치부와, 모터의 작동제어를 위해 구비되는 제어부를 포함하여 구성된다.

그러나, 종래의 체결장치는 볼트 자체의 결함으로 인해 볼트가 정확하게 제품에 체결되지 않았거나, 볼트가 제품에 일측으로 기울어지게 체결되는 등 비정상적으로 체결된 경우에도 측정된 조임토크가 정상적으로 체결작업된 것으로 작업을 완료시키게 되므로, 볼트의 체결이 불량인 제품이 양품으로 생산되는 문제점이 있다.

본 개시는 볼트를 체결하고자 하는 위치에 적정한 조임토크로 경사짐 없이 적정 깊이까지 제품에 체결시킴으로써 품질을 향상시킬 수 있고, 볼트가 비정상적으로 체결된 제품이 양품으로 판정되는 것을 방지할 수 있는 볼트 체결장치를 제공하는 것이다.

실시예에 의한 볼트 체결장치는 상부에 설치된 상부프레임과, 하부에 설치되고 상부면에 안착지그가 구비된 하부프레임과, 상부프레임과 하부프레임 사이에 형성된 공간부를 구비하는 메인프레임과, 일단이 상부프레임의 일측 하부에 이격되게 설치된 한 쌍이 수직프레임의 단부에 각각 결합되고, 타단이 메인프레임의 높이방향 소정 위치에 결합되는 한 쌍의 가이드프레임과, 한 쌍의 가이드프레임의 길이방향을 따라 슬라이드 이동되게 양측 상부면이 한 쌍의 가이드프레임의 각각의 하부에 결합된 이동프레임과, 이동프레임의 길이방향으로 슬라이드 이동되게 결합되는 볼트체결기와, 이동프레임의 일측면 소정 위치와 한 쌍의 가이드프레임 중 어느 하나의 일측면 소정 위치에 길이방향을 따라 각각 설치되고, 상면에 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금이 형성된 제1 및 제2 자기테이프와, 볼트체결기의 일측 소정 위치와 이동프레임의 상부면 소정 위치에 제1 및 제2 자기테이프와 대면하도록 각각 설치되어 제1 및 제2 자기테이프의 길이방향으로 이동하면서 볼트체결기와 이동프레임의 변위를 측정하는 제1 및 제2 자기센서와, 메인프레임의 상부 일측 소정 위치에 설치되고, 제1 및 제2 자기센서의 출력 신호를 받아 볼트체결기와 이동프레임의 이동방향 및 이동거리를 연산하는 제어부를 포함하여 구성된다.

전술한 구성을 갖는 실시예에 따르면, 볼트를 체결하고자 하는 위치에 적정한 조임토크로 경사짐 없이 적정 깊이까지 제품에 체결시킴으로써 품질을 향상시킬 수 있고, 볼트가 비정상적으로 체결된 제품이 양품으로 판정되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 볼트 체결장치의 측면도.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 볼트 체결장치의 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 "A"의 부분 확대도.
도 4는 도 2에 도시된 "B"의 부분 확대도.
도 5는 도 2에 도시된 "C"의 부분 확대도.
도 6은 도 1에 도시된 레이저센서의 사용 상태도.

본 개시의 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 개시에서의 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.

도 1은 본 개시의 실시예에 따른 볼트 체결장치의 측면도, 도 2는 본 개시의 실시예에 따른 볼트 체결장치의 정면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 볼트 체결장치(100)는 메인프레임(110), 한 쌍의 가이드프레임(120), 이동프레임(130), 볼트체결기(140), 제1 및 제2 자기테이프(150, 160), 제1 및 제2 자기센서(170, 180), 제어부(190)로 구성된다.

메인프레임(110)은 기본 골격이 되는 것으로서, 상부에 설치된 상부프레임(112)과, 하부에 설치되고, 상부면에 볼트를 체결하고자 하는 제품이 안착되는 안착지그(116)가 구비된 하부프레임(114)과, 상부프레임(112)과 하부프레임(114) 사이에 형성된 공간부(118)를 구비한다.

한 쌍의 가이드프레임(120)은 일단이 상부프레임(112)의 일측 하부에 이격되게 설치된 한 쌍이 수직프레임(112a)의 단부에 각각 결합되고, 타단이 메인프레임(110)의 높이방향 소정 위치에 결합된다.

이러한, 한 쌍의 가이드프레임(120)은 후술되는 이동프레임(130)이 메인프레임(110)의 폭 방향으로 슬라이드 이동될 수 있게 가이드한다.

이동프레임(130)은 한 쌍의 가이드프레임(120)의 길이방향을 따라 슬라이드 이동되게 양측 상부면이 한 쌍의 가이드프레임(120)의 각각의 하부에 결합된다.

볼트체결기(140)는 제품에 볼트를 체결하는 것으로서, 이동프레임(130)의 길이방향으로 슬라이드 이동되게 이동프레임(130)에 결합된다.

이러한, 볼트체결기(140)는 이동프레임(130)에 슬라이드 이동되게 결합되고, 하부에 가이드바(142a)가 구비된 이동체(142)와, 가이드바(142a)의 상측에 결합되는 반력암(144)과, 가이드바(142a)의 높이 방향 소정 위치에 상하이동 가능하게 결합되고, 상부 소정 위치가 반력암(144)에 구비된 와이어(144a)의 단부에 결합되는 지지블록(146)과, 지지블록(146)의 일측에 힌지결합되는 커플러(147)와, 커플러(147)에 결합되는 전동토크렌치(148)로 구성된다.

반력암(144)은 무게가 무거운 전동토크렌치(148)를 작업자 손쉽게 파지하여 사용할 수 있도록 도움을 주는 것이다.

전동토크렌치(148)는 제품에 볼트를 체결시킴과 동시에 제품에 체결되는 볼트의 토크값을 측정한다.

또한, 전동토크렌치(148)의 선단부 소정 위치에는 레이저센서(149)가 설치된다.

도 6의 (a)는 볼트가 제품에 정상적으로 체결된 상태를 레이저센서가 검출한 것을 도시하는 것이고, 도 6의 (b)는 볼트가 제품에 비정상적으로 체결된 상태를 레이저센서 검출한 것을 도시하는 것이다.

레이저센서(149)는 볼트가 제품에 정확하게 체결되지 못하고 제품에 비스듬하게 체결된 경우(도 6의 (b)참조)를 검출하는 것으로서 제품의 표면에서 볼트의 헤드부 높이 즉, 헤드부의 직경방향 높이를 측정하여 볼트가 경사짐 없이 정확하게 적정 깊이까지 제품에 정확하게 체결되었는지를 검출한다.

제1 자기테이프(150)와 제1 자기센서(170)는 볼트체결기(140)가 이동프레임(130)의 길이방향으로 이동한 변위를 측정한다.

제1 자기테이프(150)는 이동프레임(130)의 일측면 소정 위치에 이동프레임(130)의 길이방향을 따라 설치된다. 제1 자기테이프(150)의 상면에는 도 3과 도 5에 도시된 바와 같이 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금(152)이 형성된다.

제1 자기센서(170)는 볼트체결기(140)의 일측 소정 위치에 설치된 제1 브라켓(B)의 단부에 제1 자기테이프(150)와 대면하도록 설치된다.

제2 자기테이프(160)와 제2 자기센서(180)는 이동프레임(130)이 한 쌍의 가이드프레임(120)의 길이방향으로 이동한 변위를 측정한다.

제2 자기테이프(160)는 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 가이드프레임(120) 중 어느 하나의 일측면 소정 위치에 길이방향을 따라 각각 설치된다. 제2 자기테이프(160)의 상면에는 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금(162)(제1 자기테이프(150)에 형성된 자기눈금(152)과 동일함)이 형성된다.

제2 자기센서(180)는 이동프레임(130)의 상부면 소정 위치에 설치된 제2 브라켓(B)의 단부에 제2 자기테이프(160)와 대면하도록 설치된다.

제1 및 제2 자기테이프(150, 160)의 각각의 상면에 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금의 피치는 0.1mm가 된다.

즉, 1mm의 피기 간격은 각 극당 N극 0.05mm, S극 0.05mm인 것을 의미한다.

또한, 제1 및 제2 자기테이프(150, 160)의 각각의 일측 끝단에는, 도 5에 도시된 바와 같이 원점를 측정하는 원점눈금(154, 164)이 형성된다. 원점눈금(154, 164)은 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금(152, 162) 보다 더 길게 형성된 N, S극이 착자된 것이다.

이러한 원점눈금(154, 164)은 본 개시에 따른 볼트 체결장치의 유지 및 보수 등으로 인해 전원을 off시킴으로 인해 볼트 체결장치의 위치 좌표값이 초기화가 되더라도 전원을 on시킨 후 제1 및 제2 자기센서(170, 180)의 원점을 신속하게 재세팅할 수 있게 한다.

제어부(190)는 메인프레임(110)의 상부 일측 소정 위치에 설치된다. 이러 제어부(190)는 볼트체결기(140)의 전동토크렌치(148)를 통해 제품에 체결되는 볼트의 체결 토크값과, 전동토크렌치(148)의 선단부 소정 위치에 설치된 레이저센서(149)에 의해 측정되는 제품의 표면에서 볼트의 헤드부 높이와, 제1 및 제2 자기센서(170, 180)에서 측정된 볼트체결기(140)와 이동프레임(130)의 이동방향 및 이동거리를 수신하여 초기에 입력된 기준값과 동일하게 볼트가 제품에 체결되었는지 여부를 확인한다.

만약, 볼트가 제품에 비정상적으로 체결된 경우에는 제어부(190)는 볼트 체결장치(100)의 작동을 정지시키거나 별도로 구비된 경보유닛(미도시)을 통해 경보음이 발생되게 한다.

이상 본 개시의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였지만, 당해 기술분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 개시를 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110; 메인프레임
112; 상부프레임
114; 하부프레임
116; 안착지그
120; 가이드프레임
130; 이동프레임
140; 볼트체결기
142; 이동체
144; 반력암
146; 지지블록
148; 전동토크렌치
150; 제1 자기테이프
160; 제2 자기테이프
170; 제1 자기센서
180; 제2 자기센서
190; 제어부

Claims (5)

1. 상부에 설치된 상부프레임과, 하부에 설치되고 상부면에 안착지그가 구비된 하부프레임과, 상기 상부프레임과 하부프레임 사이에 형성된 공간부를 구비하는 메인프레임;
   일단이 상기 상부프레임의 일측 하부에 이격되게 설치된 한 쌍이 수직프레임의 단부에 각각 결합되고, 타단이 상기 메인프레임의 높이방향 소정 위치에 결합되는 한 쌍의 가이드프레임;
   상기 한 쌍의 가이드프레임의 길이방향을 따라 슬라이드 이동되게 양측 상부면이 상기 한 쌍의 가이드프레임의 각각의 하부에 결합된 이동프레임;
   상기 이동프레임의 길이방향으로 슬라이드 이동되게 결합되는 볼트체결기;
   상기 이동프레임의 일측면 소정 위치와 상기 한 쌍의 가이드프레임 중 어느 하나의 일측면 소정 위치에 길이방향을 따라 각각 설치되고, 상면에 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금이 형성된 제1 및 제2 자기테이프;
   상기 볼트체결기의 일측 소정 위치와 상기 이동프레임의 상부면 소정 위치에 상기 제1 및 제2 자기테이프와 대면하도록 각각 설치되어 상기 제1 및 제2 자기테이프의 길이방향으로 이동하면서 상기 볼트체결기와 상기 이동프레임의 변위를 측정하는 제1 및 제2 자기센서; 및,
   상기 메인프레임의 상부 일측 소정 위치에 설치된 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 볼트 체결장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 자기눈금의 피치는 0.1mm인 것을 특징으로 하는 볼트 체결장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 자기테이프의 일측 끝단에는 원점를 측정하는 원점눈금이 형성되고, 상기 원점눈금은 상기 일정 피치로 N, S극이 교대로 착자된 자기눈금 보다 더 길게 형성된 N, S극이 착자된 것을 특징으로 하는 볼트 체결장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 볼트체결기는,
   상기 이동프레임에 슬라이드 이동되게 결합되고, 하부에 가이드바가 구비된 이동체;
   상기 가이드바의 상측에 결합되는 반력암;
   상기 가이드바의 높이 방향 소정 위치에 상하이동 가능하게 결합되고, 상부 소정 위치가 상기 반력암에 구비된 와이어의 단부에 결합되는 지지블록;
   상기 지지블록의 일측에 힌지결합되는 커플러; 및,
   상기 커플러에 결합되는 전동토크렌치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼트 체결장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 전동토크렌치의 선단부 소정 위치에는 레이저센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 볼트 체결장치.

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