KR20180075024A - 유니버셜 조인트 제작의 도장작업에서 스프레이장치를 이용한 자동페인트 분사기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 도장작업의 자동화와 균일성 증가 및 생산성을 향상시키기 위해 설계 및 개발 되었고 수동적인 작업을 하는 공장에 설치하여 공장자동화에 기여를 할 수 있습니다.

Description

유니버셜 조인트 제작의 도장작업에서 스프레이장치를 이용한 자동페인트 분사기{AUTOMATIC PAINT SPRAYER USING SPRAY DEVICE FOR PAINTING OF UNIVERSAL JOINTS}

(1)PLC를 사용하여 프로그래밍 (2)에어실린더를 사용하여 스프레이건 상하 운동 제어 (3)양 솔레노이드를 사용하여 에어실린더 제어 (4)압송탱크를 사용하여 페인트 보관, 공압을 통해 이동 (5)에어노즐을 사용하여 배관 (6)자동 스프레이건을 사용하여 분사 (7) 알루미늄 프로파일을 사용하여 본체 조립

기존의 도장작업 환경에서는 사람의 손으로 직접 도색하였습니다. 주로 페인트통을 설치하고, 통안에 스프레이건을 직접 연결하여 사용하고 있었습니다. 직접 몇 시간가량 작업해본 결과 많은 문제점들이 있었습니다. 도색 작업 시 날리는 분진으로 인하여 작업시설 열악, 사람의 손으로 직접 도색하기 때문에 제품의 품질이 균등하지 못한 점, 불필요한 인력 손실 등을

찾아볼 수 있었습니다. 이러한 문제점들을 직접 현장 파악을 통해 발견하게 되었고, 작업자에게 있어서 좀 더 쾌적한 작업환경을 제공하고자 본 고안에 대해서 생각 하게 되었습니다. 고안을 직접 만들기 앞서서 키프리스를 통해 조사를 해보았습니다. 실용신안 2019940028666을 기반으로 하여 본 고안을 좀 더 구체적으로 생각하게 되었습니다. 이 실용신안의 내용은 상하작동이 가능한 제품도장 스프레이건의 수직왕복장치로써 현재 고안으로서 참조 되었습니다.

실용신안 2019940028666

기존의 도색작업환경은 페인트 도색 부스에 들어가서 사람의 손으로 직접 도색을 해야만 했습니다. 이러한 도색작업 과정에서 많은 문제점들이 있었습니다. 사람의 손으로 도색을하여 페인트가 불균일하게 도색되어 제품의 완성도 저하, 도색시 많은 페인트 분진으로 인한 작업자의 건강 우려 및 작업환경 열악, 그리고 노동력 손실 등이 있었습니다.

초기 제작시 지속적인 동력원과 자동화에 대한 문제 해결 수단으로서, PLC를 접목하여 프로그래밍을 통해 단순 작업을 간단히 만들었고 공압 으로부터 동력을 얻어 지속적인 작업을 가능하게 하였고 공압은 얻기 쉽기 때문에 기본적인 공압 장치만 있어도 사용 가능하게 만들었습니다.

본 고안에 의한 제품의 균일성과 생산성증가, 인력소모 방지, 등 여러 가지 효과를 갖추고 있다.

특히 기존의 수작업 도색 작업은 작업자의 건강, 공장내 시설 환경 열악화 등을 초래하며, 이러한 단순 도색 작업으로 2명의 귀중한 인력손실들이 있었다.

그러나 본 고안을 통해 이러한 문제점들을 해결할 수 있다. 먼저 기존의 수작업 단순 도색작업을 PLC를 이용하여 자동화하기 때문에 상기 인력손실 문제를 해결하고, 여기서 절약된 인력들을 많은 인력들을 필요로 하는 포장작업, 조립작업등에 투입하여 좀 더 효율적으로 .

또한 자동화 기계로 도색을 자동으로 하기 때문에 유니버셜 조인트의 품질이 균일화 되는 효과를 볼 수 있다. 자동화된 기계가 도색작업을 대신 하기 때문에 작업중 사람의 건강을 해칠 염려도 없다.

도 1,2는 유니버셜 조인트 제작의 도장작업에서 스프레이장치를 이용한 자동페인트 분사기를 보인도이다.

처음 압송탱크가 왔을 때 공압을 제어하기 위하여 에어니플을 스프레이건에 장착 시킨 후 공압제어 실험을 실행하였다. 처음 압력계를 샀을 때 압력계의 제어가 불가능 하였고 압송탱크의 압력을 이기지 못한 압력계는 고장이 발생하였다. 압력계들이 단계를 거치지 않고 바로 공압이 전달되어 발생하였고 이러한 문제를 해결하기위해서 처음에는 좋은 압력계를 사용하여 고장을 방지하였고 소형공기탱크를 장착시킨 후 공기를 일시적으로 모아두어 공압의 과부하를 방지하였다. 그리고 에어필터를 사용하여 공기탱크의 과부하 방지를 보조하였다. 공압 배관을 할 때 스프레이건 2개에 나누어져 공급이 이루어져야 되기 때문에 T자 배관을 사용하였고 T자 배관을 사용하고 배관길이가 증가하자 배관 중 오류가 발생하면 처음부터 다 분해한 뒤 다시 배관해야하는 불상사가 발생하자 유니온 밸브를 사용하여 배관 중 오류발생시 고치기 더 쉽게 하기위하여 사용하였다.

스프레이건의 적정 압력은 2.5Kgf ~ 3Kgf로써 사용에 주의하였다. 압력계를 적정압력에 맞추고 스프레이의 패턴을 적절히 맞춘 후 시범 작동을 하였고 스프레이분사가 성공했다. 그러나 실린더를 사용하였을 땐 공압이 부족하여 실린더와 스프레이의 동시 작업이 쉽게 이루어 지지 않았고 학교에서 낼 수 있는 공압의 양보다 많은 공압이 필요하였다. 이는 전에 달았었던 공기탱크와 에어필터 그리고 각종 솔레노이드 벨브를 응용 하였다. 공기탱크에 공압을 계속해서 모아 필요한 양의 공압을 압축한 뒤 지속적으로 솔레노이드를 사용하여 적정 공압을 주기적으로 공급하여 작업이 이루어지도록 하였다. PLC 컨트롤 패널의 제품은 LS산전의 PLC 부품들을 사용하였다 계전반과 릴레이, 12V짜리 파워를 사용하여 PLC의 컨트롤 패널의 기반을 이루었다. 24개의 릴레이를 사용하여 본 고안의 알루미늄 프로파일은 상당한 무게를 가지고 있었고 본체를 옮기기가 상당히 힘들었다. 그러나 알루미늄 프로파일은 후에 화재가 일어났을 때 직접적인 피해가 없었고 본체를 단단히 지탱해주었다. 화재가 발생하였을 때 제품의 밸브, PLC, 각종 센서 및 공압기구들이 불에 타 부품교체 까지 하게 되었으나 프로파일들은 그을린 자국만 남고 단단하게 본 고안을 지탱하여 주었다. 화재 발생 후 본 고안을 다시 제작하였고 제작과정 중 평소 고장이 잘 발생하는 부품의 교체를 하였고, 이와 같은 과정을 통해 본 고안의 문제점의 공압문제를 수정하는 계기가 되었다. PLC의 프로그래밍은 마스터키라는 프로그램을 사용하였고 프로그래밍은 길이가 긴 물체와 짧은 물체 2가지로 구분하였고 최소 4회부터 시작하여 최대 8회 까지 작동가능 하게 만들어졌다. PLC프로그래밍 실험당시에는 계속해서 시작버튼이 눌러지는 오류가 발생하여 리미터를 연결하였고, 본 고안의 옆면에 장착시켜 작업자가 작업하기 쉬운 눈높이에 맞춘 뒤 작업가능하게 하였고 위와 같은 작업자의 시점에 맞추어 제작하였다. 에어 호스들은 2파이구경의 호스를 사용하였고 스프레이나 페인트가 나오는 호스는 3파이로 맞춤 제작하였다. 스프레이건은 1m 길이의 실린더에 장착되어 직선 왕복운동을 하는데 이 때 실린더의 고정대 부분에는 센서가 장착되어있어 길이에 따른 신호를 받고 움직이거나 멈출 수 있다. 본 고안은 유니버셜 조인트와 같은 긴 막대형 공작물을 도장하기위해 설계, 제작 되었으며 공작물의 길이에 따른 도장이 가능하다. 최대 1m터부터 최소 40cm가지 도장이 가능합니다. 하지만 실린더에 공압이 많이 들어가지 않으면 실린더의 왕복 속도가 현저히 느려져 제품의 균일성을 잃어버릴 수 있고 페인트량이 더 많이 소모될 수 도 있다. 그래서 지속적으로 충분한 공압이 지속적으로 주입이 되야 하는 제한이 있습니다. 충분한 공압이 주어졌을 경우 4초에 한번 왕복을 하는데 공압이 적으면 8초가 넘게 걸렸었다. 학교의 공압이 부족하여 발생하였으나 공압이 충분한 산업현장에선 정상적인 작동이 가능합니다. 압송탱크에는 최대 24L의 액체가 들어갈 수 있고 압송탱크에 공압을 걸어주면 압송탱크에 내부에 있는 프로펠러가 작동하여 페인트와 같은 액체가 응고하지 않도록 섞어줍니다. 많은 양의 페인트가 공급 되거나 다른 종류의 페인트가 필요할 경우 압송탱크의 개수를 늘려서 페인트 양을 늘릴 수 있습니다. 각 2개 스프레이건의 에어호스에 각각 다른 페인트를 주입하면

스프레이 분사 시 2가지 색이 분사된다. 컨트롤 패널에는 여러 가지 버튼이 있는데 먼저 스타트 버튼(Start Button)과 비상정지(Emergency button) 버튼이 있다. 스타트 버튼은 파워 램프에 불이 들어왔을 경우 작동이 가능한데 버튼을 누른 후 에 다시 버튼을 눌러도 재 작동이 되지 않는다. 비상정지 버튼은 작업 중 공작물이나 부스에 고장이 생겼을 시 비상정지 버튼을 누르면 정지가 되는 데 이때 스프레이 고정대는 원래 위치로 돌아가지 않고 그 자리에서 멈추니 스프레이건이 달린 고정대를 본 위치로 이동시킬시 버튼을 지속적으로 누르면 올라간다. 비상정지 버튼을 고정대가 최대로 올라갈 때까지 누른 후 작업이 끝나고 다시 작동을 시킬 때 고정대가 최대위치로 올라갔는지 확인하고 확인 후 버튼을 돌려 모든 시스템을 초기화 시킨다. 위와 같은 스위치 외에 버저와 파워가 들어왔는지 확인하게 해주는 램프가 있고 공작물 길이 조정 스위치와 횟수 조정 스위치가 있다. 길이 조정은 2가지 옵션이 있는데 첫 번째 옵션은 긴 공작물의 긴 부분을 도장한 뒤 공작물의 손잡이 또는 길이가 짧은 부위를 도장하게 한다. 이 때 길이가 긴 공작물은 1m가 최대이다. 두 번째 옵션은 짧은 공작물의 긴 부분을 도장한 뒤 손잡이 부분을 도장하는 옵션이다. 이 때 짧은 공작물의 길이는 최소 30cm에서 최대 60cm 이다. 이러한 옵션들은 PLC의 프로그래밍을 수정하여 조절 할 수 있고, 센서의 위치를 바꾸어서 수정 가능하다. 횟수 조절 스위치는 최소 4번에서 최대 8번 왕복이 가능한데, 앞에서 말했듯이 긴 공작물의 긴 부분을 먼저 칠한 뒤 공작물의 짧은 부분을 도장한다. 예를 들어 본 고안을 횟수 4회 긴 공작물 도장으로 설정하였을 때 공작물의 긴 부분을 4회 먼저 칠한 뒤 짧은 부분을 도장하고 원래 위치로 돌아왔을 때 버져가 울린다. 본 고안의 압력계를 다시 달거나 부품을 교체할 때 공압이 들어오는 IN과 나가는 OUT를 주의하면서 교체해야 한다.

본 고안의 초기 모델은 두 개의 스프레이건이 45도 각도로 나뉘어 스프레이를 분사 하는 방식을 고려하였으나 위와 같은 방식으로 하면 스프레이건의 교체나 분리가 어렵고 공압을 배선 할 시 배선 공간의 문제가 발생하여 현 고안을 선택하였다.

그 밖에도 벽에 스프레이건을 다수 설치하여 공작물을 도장하는 방식을 생각 하였으나. 위와 같은 방식은 많은 양의 스프레이건을 다량 분사하는 방식이여서 스프레이의 낭비뿐만 아니라 많은 예산이 들어 중소기업의 소형 또는 중소형 공장에는 적합하지 않아 채택을 하지 않았다. 대형공장에서는 위와 같은 방법을 사용하지만 많은 소비가 들어 상용화가 어렵다. 그렇지만 본 고안은 그런 단점을 보안하여 설계, 제작되었다. 필요량이상의 스프레이 사용을 하지 않고 제품의 도장이 균일하게 될 수 있도록 그리고 부품의 교체 또는 개량이 쉽게 되어 각 공장의 환경에 맞게 설정 할 수 있다. 그리고 스프레이의 조건도 적어 범용성이 높게 사용 될 수 있다. 충분한 공압만 있으면 아무리 작은 공장이여도 개량 후 사용 가능하다.

1,2,3,6,9 : 알루미늄 프로파일 본체 7 : 본체 중간판
8 : 에어 실린더 4 : 스프레이건 고정판
10 : 자동 스프레이건

Claims (3)

1. 알루미늄 프로파일로 만들어진 본체(1,2,3,6,7,9)가 있으며, 스프레이를 상하로 움직일 수 있는 에어 실린더(8)가 본체의 중간판(7)을 통과, 윗면 연결역할. 상기 에어실린더(8) 상면에는 최종적으로 페인트가 분사되는 자동 스프레이건(10)이 연결됨. 본체 뒷면에는 공압으로 들어온 공기를 저장하고 압력하는 압력탱크와 좌측 상단에는 상하운동하는 실린더(8)에 기름을 급유하는 루브리케이터와 전기신호로 공압을 조절하여 실린더를 운동시키는 양 솔레노이드와 본체의 좌측 하단에는 스프레이 자동분사를 위해 제작된 PLC및 릴레이, 스위치 등이 설치된 콘트롤 패널과 본체 하단에 본체로부터 분리하여 연결된 압송탱크(페인트를 저장 및 장기간 사용시 부패를 방지 또한 섞어주는 역할을함)들로 조립 되어있는 유니버셜 조인트 제작의 도장작업에서 스프레이장치를 이용한 자동페인트 분사기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 알루미늄 프로파일로 만들어진 본체(1,2,3,6,7,9)는 네발구조로 형성됨을 특징, 또한 공압을 연결하여 공작물을 도색할 수 있는 자동 스프레이건(10) 2개가 에어 실린더 상면에 부착됨을 특징, 본체 뒷면에는 저장탱크를 설치하여 공압으로 들어온 공기들을 규격에 맞게 압력계와 상기의 스프레이건(10)에 직접 연결하는 구조로 형성됨을 특징을 가지고 있는 유니버셜 조인트 제작의 도장작업에서 스프레이장치를 이용한 자동페인트 분사기.
3. 제 1항에 있어서,
   콘트롤 패널은 LS산전에서 만든 G7M-DR40A/DC PLC를 설치하고, 24개의 릴레이를 설치, 푸쉬 버튼을 사용하여 각종 스위치 설치.
   본체 하단에 본체로부터 분리하여 연결된 압송탱크를 사용하여 페인트를 저장 및 장기간 사용시 부패를 방지 또한 섞어주는 역할을 특징으로 하는 유니버셜 조인트 제작의 도장작업에서 스프레이장치를 이용한 자동페인트 분사기.
   

Images