KR20180083154A - 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템 - Google Patents

선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템 Download PDF

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Abstract

선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템은, 일단부를 통해 투입된 용기를 타단부로 제공하는 용기제공유닛; 제공된 용기의 주입구가 기설정된 다수 개의 충전위치에 각각 놓이도록, 제공된 용기를 파지하여 X방향과 이에 직각인 Y방향으로 각각 이동시키는 이송유닛; 상기 용기제공유닛의 타단부 상방에 설치되어 상기 이송유닛이 제공된 용기를 파지할 때, 용기 주입구가 기설정된 정상그립위치에 있는지 감지 및 판별하는 비전검측유닛; 상기 충전위치에 따라 선택적으로 서로 다른 용액이 용기에 충전되도록, 상기 충전위치의 상방에 배치되어 작동하는 다수 개의 노즐이 구비된 멀티충전유닛; 및 상기 유닛들과 각각 연결되어 작동제어하고, 상기 충전위치로 용기를 이동시키는 상기 이송유닛의 이동변위를 상기 비전검측유닛을 통해 감지된 정보에 기초하여 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 제어부를 통해 기설정(旣設定)된 충전위치로 용기를 이동시키는 이송유닛의 이동변위가 비전검측유닛을 통해 감지된 정보에 기초하여 보정되고, 보정된 이동변위만큼 이송유닛이 충전위치로 이동됨에 따라 노즐과 용기 주입구 간의 센터링(정합(整合))이, 용기 자체의 변형 등에도 불구하고 정확하고 정밀하게 자동화된 형태로 이루어질 수 있는 효과가 있다.

Description

선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템{CONTAINER CHARGING SYSTEM FOR SELECTIVE CHARGING THROUGH MULTI-NOZZLE}
본 발명은 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 투입된 다수 개의 용기를 여러 지점의 충전위치로 정확히 이동시킨 다음, 선택적으로 서로 다른 용액이 동시에 충전될 수 있도록 자동화한 용기충전시스템에 관한 것이다.
근래의 로봇기술과 통신기술의 지속적이고 비약적인 발전에 힘입어 제조산업의 대다수 분야는 증가하는 인건비 절감과 생산성 및 품질의 향상, 대량생산을 도모하기 위해 해당 제조업의 특성에 맞게 다양한 형태 및 방식으로 공장 자동화를 꾸준하게 도입 및 추구하고 있는 실정이다.
특히, 정밀가공이나 반도체 분야, 위험물 등을 취급하는 분야 등과 같이 물체의 가공위치나 처리위치를 정확하게 센터링(정합(整合))하는 것이 중요하게 요구되는 제조분야의 경우, 다양한 센싱장치 등과 연계된 자동화 장치를 통해 정확성과 정밀성을 확보하여 부품의 파손, 원재료의 손상이나 유출, 가공품의 불량 등을 방지하고 있다.
이러한 추세에 부합하게 본 발명과 같이 다양한 형상의 용기에 소정의 용액을 자동으로 충전시키는 자동화 장치도 그 목적, 용기의 크기나 취급하는 용액의 종류, 안전의 중요도 등에 따라 다양한 센싱장치를 부가하고 있다.
그러나 소정의 산업용 화학물질과 같은 위험물질을 이송된 용기에 충전하는 공정은, 재활용 또는 불량 용기의 일부 변형 등에 따른 센터링의 부정확성으로 인해 신뢰할만한 수준의 자동화를 현재까지 구현하지 못하고 있고, 그 위험성 등을 이유로 아직까지는 작업자가 수작업을 통해 위험물질 등을 분사하는 노즐을 용기의 주입구에 직접 삽입시켜 용기가 충전되도록 하고 있는 실정이다.
한편, 자동화 장치와 관련된 선행기술 중 대한민국공개특허 제10-2014-0108009호(공개일자 2014년09월05일)는 혈당검사시험지 자동커팅 및 분병기에 대한 기술을 개시하고 있다. 본 선행기술은, 특히 혈당검사시험지를 최종적으로 용기에 저장하기 전에 스트립을 물리적으로 구속하여 자동 커팅 및 사용자가 원하는 수량으로 분병할 수 있는 구조로 이루어지게 되며, 이로 인해 혈당검사용 시험지(strip)를 세트 단위로 클램핑하여 자동으로 커팅함은 물론, 스트립의 양불 및 스트립의 정확한 수량을 판정할 수 있고, 사용자가 원하는 수량만큼 분병하여 저장용기에 보관할 수 있으며, 일련의 공정 시간을 획기적으로 감축할 수 있는 이점을 제공할 수 있게 된다.
그러나 상술한 종래의 충전공정과 본 선행기술은 다음과 같은 점에서 여전히 개선이 요구되며, 꾸준한 개량이 이루어질 필요가 있다.
예컨대, 종래의 충전공정의 경우 완전한 자동화를 위해 신뢰할만한 수준으로 노즐이 용기 주입구에 자동으로 삽입되도록 하는 수단에 대한 연구와 서로 다른 용액을 동시에 충전하도록 하는 수단에 대한 연구 또한 공정의 효율적 측면에서 필요하다.
그리고 상술한 선행기술의 경우, 스트립의 투입과 이송, 검사용 비전카메라를 통해 스트립의 수량을 카운트하도록 하는 기술의 제시가 있으나, 충전공정의 노즐과 용기 주입구 간의 센터링과는 그 목적과 대상이 상이하여 그대로 적용하기 어려운 관계상 전혀 새로운 변형 내지 구조적 개선이 요구된다.
대한민국공개특허 제10-2014-0108009호(공개일자 2014년09월05일)
본 발명의 목적은, 투입되는 용기 자체의 변형 등과 같이 노즐과 용기 주입구 간의 센터링(정합(整合))을 부정확하게 하는 다양한 요인 등에 의한 영향을 받지 않고, 용기 내로 용액을 신뢰할만한 수준의 자동화로 충전할 수 있고, 여러 지점의 충전위치로 이동된 다수 개의 용기에 서로 다른 용액을 동시에 그리고 선택적으로 충전할 수 있는 멀티노즐형 용기충전시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 일단부를 통해 투입된 용기를 타단부로 제공하는 용기제공유닛; 제공된 용기의 주입구가 기설정된 다수 개의 충전위치에 각각 놓이도록, 제공된 용기를 파지하여 X방향과 이에 직각인 Y방향으로 각각 이동시키는 이송유닛; 상기 용기제공유닛의 타단부 상방에 설치되어 상기 이송유닛이 제공된 용기를 파지할 때, 용기 주입구가 기설정된 정상그립위치에 있는지 감지 및 판별하는 비전검측유닛; 상기 충전위치에 따라 선택적으로 서로 다른 용액이 용기에 충전되도록, 상기 충전위치의 상방에 배치되어 작동하는 다수 개의 노즐이 구비된 멀티충전유닛; 및 상기 유닛들과 각각 연결되어 작동제어하고, 상기 충전위치로 용기를 이동시키는 상기 이송유닛의 이동변위를 상기 비전검측유닛을 통해 감지된 정보에 기초하여 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템에 의해 달성된다.
상기 이송유닛은, 제공된 용기의 양측을 가압 또는 가압해제하여 잡거나 놓는 그립퍼와, 상기 그립퍼와 결합되어 상기 그립퍼를 X 방향을 따라 이동시키는 제1 이송부와, 상기 그립퍼와 결합되어 상기 그립퍼를 Y 방향을 따라 이동시키는 제2 이송부를 포함할 수 있다.
상기 제1 이송부는, X 방향을 따라 길게 형성되고, 상기 그립퍼가 X 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부; 및 상기 그립퍼의 일측과 연결된 연결부재를 매개로 상기 그립퍼에 X 방향 직선구동력을 제공하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 이송유닛은, 상기 그립퍼와 결합되어 상기 그립퍼를 X 및 Y 방향에 직각인 Z 방향을 축으로 회전시키고, 상기 제1 이송부와 연결되어 X 방향을 따라 이동하는 회전작동부를 더 포함할 수 있다.
상기 멀티충전유닛은, 노즐프레임에 일렬로 배치된 상태에서 각각에 대응하는 상기 충전위치를 향해 수평방향으로 슬라이딩 이동하는 다수 개의 상기 노즐; 다수 개의 상기 노즐의 일측과 각각 연결된 제1 연결부재를 매개로 상기 노즐이 수평방향으로 슬라이딩 이동하도록, 직선구동력을 제공하는 다수 개의 제1 노즐구동부; 및 상기 노즐프레임의 일측과 연결된 제2 연결부재를 매개로 상기 노즐프레임이 상하방향으로 이동하도록, 직선구동력을 제공하는 제2 노즐구동부를 포함할 수 있다.
상기 충전위치의 하방에는, 상기 충전위치에 놓인 용기를 지지하고, 상기 멀티충전유닛에 의해 충전된 용기를 외부로 반출하도록 이루어지는 용기배출유닛이 더 포함될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 충전위치와 상기 정상그립위치로부터 이동변위를 산출하고, 상기 비전검측유닛으로 감지된 실제그립위치와 상기 정상그립위치로부터 보정변위를 산출하며, 상기 이동변위에 대하여 상기 보정변위만큼을 가감하여 보정된 이동변위를 산출한 후, 상기 보정된 이동변위만큼 상기 이송유닛을 작동제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제어부를 통해 기설정(旣設定)된 충전위치로 용기를 이동시키는 이송유닛의 이동변위가 비전검측유닛을 통해 감지된 정보에 기초하여 보정되고, 보정된 이동변위만큼 이송유닛이 충전위치로 이동됨에 따라 노즐과 용기 주입구 간의 센터링(정합(整合))이, 용기 자체의 변형 등에도 불구하고 정확하고 정밀하게 자동화된 형태로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 기설정된 충전위치에 따라 선택적으로 용기에 서로 다른 용액이 충전되도록 작동하는 다수 개의 노즐을 갖는 멀티충전유닛이 마련됨에 따라 충전공정의 효율성과 생산성이 제고될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b의 비전검측유닛에 기초한 제어부의 이동변위에 대한 보정과정과 전체적인 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1a 및 도 1b의 이송유닛의 구체적 구조와 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1a 및 도 1b의 멀티충전유닛의 구체적 구조와 작동을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템의 개략적인 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 개략적인 측면도이고, 도 2는 도 1a 및 도 1b의 비전검측유닛에 기초한 제어부의 이동변위에 대한 보정과정과 전체적인 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 1a 및 도 1b의 이송유닛의 구체적 구조와 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1a 및 도 1b의 멀티충전유닛의 구체적 구조와 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도면에 나타난 X, Y, Z 축은 권리 한정의 용도가 아닌 설명의 편의를 위해서 임의로 정한 것으로, X방향은 전(화살표 쪽), 후(화살표 반대쪽)방향을 지시하고, Y축은 좌, 우방향을 지시하며, Z축은 상, 하방향을 각각 지시하는 것으로 정의한다. 이하에서 설명되는 각 방향은 이와 다르게 특별히 한정하는 경우를 제외하고, 이에 기초한 것이다.
본 발명에 따른 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템(100)은, 용기(10) 내로 삽입되어 용액을 분사하는 노즐(142)과 용기 주입구(12) 간의 센터링(정합(整合))이 정확하고 정밀하게 자동화된 형태로 이루어짐은 물론, 여러 지점의 충전위치(F)로 이동된 다수 개의 용기(10)에 선택적으로 서로 다른 용액이 동시에 충전될 수 있도록 하기 위해 안출된 발명이다.
여기서 노즐(142)과 용기 주입구(12) 간의 센터링 즉, 정합(整合)이란, 상하로 이동하는 노즐(142)과 용기의 주입구(12)가 서로 위아래로 나란하게 놓여 노즐(142)의 하방이동시 노즐(142)이 용기(10)와 충돌하지 않고 용기의 주입구(12) 내로 원활하게 삽입 또는 삽탈되는 위치관계를 이루는 상태를 말한다.
그리고 충전위치(F)란, 멀티충전유닛(140)의 노즐(142)이 위치를 잡고 용액을 분사하게 되는 영역 내지 지점을 말하는 것으로, 당연히 충전위치(F)는 노즐(142)의 개수 및 배치에 각각 대응하도록 형성되며, 이러한 충전위치(F)에는 후술할 용기제공유닛(110)에 투입된 용기(10)가 후술할 이송유닛(120)에 의해 이송되어 놓이게 된다. 도 1a에 표시된 각각의 충전위치(F)는 일례로서, 이송유닛(120)을 중심으로 좌측열 충전위치(FL)와 우측열 충전위치(FR)가 각각 배치될 수 있으며, 일련번호는 노즐(142)에 대응하는 충전위치(FL,FR)를 각각 구별하기 위해서 임의로 정한 것이다.
상술한 바와 같은 작용 내지 기능을 구현하기 위해, 본 발명에 따른 선택적 충전이 가능한 멀티노즐(142)형 용기충전시스템(100)은, 용기제공유닛(110), 이송유닛(120), 비전검측유닛(130), 멀티충전유닛(140) 및 제어부(150) 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 추가로 용기배출유닛(160)과 뚜껑체결유닛(170) 등이 더 구비될 수 있다.
이하에서는 상술한 각 구성을 보다 상세하게 설명한다.
용기제공유닛(110)은, 작업자에 의해 일단부를 통해 투입된 용기(10)를 타단부 즉, 후술할 이송유닛(120)의 그립퍼(122) 쪽으로 하나씩 제공하기 위해 마련된 구성요소로서, 투입된 용기(10)가 열을 이루며 순차적으로 이송유닛(120)에 제공되도록 하는 구성 내지 구조의 장치라면 어떠한 것이라도 무방하다.
이렇게 용기제공유닛(110)에 의해 용기(10)가 이송유닛(120)에 순차적으로 제공되면, 이송유닛(120)은 순서대로 용기(10)를 각각의 충전위치(F)로 개별 이송하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 용기제공유닛(110)은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 작업자가 위치한 일단부와 이송유닛(120)의 그립퍼(122)가 위치한 타단부에 걸쳐 구비되는 컨베이어장치로 구현될 수 있다.
물론, 용기제공유닛(110)은, 실시예와 달리 타단부를 향해 하향경사면을 갖는 슬라이드판으로 구현되어 투입된 용기(10)가 자중에 의해 타단부 쪽으로 미끄러지며 제공되도록 할 수 있다.
이송유닛(120)은, 용기제공유닛(110)의 타단부 쪽에 마련되어 순차 제공되는 용기(10)를 파지한 후, 기설정된 다수 개의 충전위치(F)로 각각 이동시키기 위해 마련된 구성요소이다.
이러한 이송유닛(120)은, 제공된 용기(10)를 X 방향과 이에 직각인 Y 방향으로 각각 이동시킬 수 있는 구조로 이루어져 충전위치(F)별로 용기의 주입구(12)가 각각 놓이도록 작동제어될 수 있는 것이면 충분하므로, 그 형태나 구동방식 등은 특별하게 제한되지 않는다.
여기서 기설정된 다수 개의 충전위치(F)는, 후술할 멀티충전유닛(140)의 노즐(142)이 위치를 잡고 용액을 분사하게 되는 다수의 영역 내지 지점을 의미하는 것으로, 작업자가 멀티충전유닛(140)을 설치하는 과정에서 소정의 기준점(정상그립위치(NG))에 대한 특정한 3축 좌표들로 구분하여 미리 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이송유닛(120)은, 도 1a 및 도 3에 도시된 바와 같이, 용기제공유닛(110)의 타단부와 연계되도록 위치하되, X 방향을 따라 길게 형성되어 좌우 양측 중 적어도 어느 한쪽에 배치되는 다수의 충전위치(F)에 각각 접근할 수 있도록 구성된다. 이러한 이송유닛(120)의 전체적인 배치는 충전위치(F)에 대한 이송유닛(120)의 접근성이 확보되는 한도 내에서 다양하게 변경될 수 있다.
구체적으로 이송유닛(120)은, 도 3에 도시된 바와 같이 제공된 용기(10)의 양측을 가압 또는 가압해제하여 잡거나 놓는 그립퍼(122)와, 그립퍼(122)와 결합되어 그립퍼(122)를 X 방향을 따라 이동시키는 제1 이송부(124)와, 그립퍼(122)와 결합되어 그립퍼(122)를 Y 방향을 따라 이동시키는 제2 이송부(126)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 그립퍼(122)는, 서로 마주보는 한 쌍의 집게와, 집게의 일단부에 각각 형성된 랙기어와, 랙기어와 치합되어 정역회전하며 집게를 작동시키는 구동모터로 구현될 수 있다.
그리고 제1 이송부(124)는, X 방향을 따라 길게 형성되고 그립퍼(122)가 X 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부(124a)와, 그립퍼(122)의 일측과 연결된 연결부재(CM)를 매개로 그립퍼(122)에 X 방향 직선구동력을 제공하는 구동부(124b)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 연결부재(CM)는 도 3에서처럼 탑플레이트체인으로 구현될 수 있으며, 이와 달리 컨베이어벨트로 구현되어 직선구동력을 그립퍼(122)에 전달할 수도 있다. 구동부(124b)는 회전력을 직선구동력으로 전환할 수 있는 서보모터와 랙기어의 조합으로 구현될 수 있다.
그리고 제2 이송부(126)는, 제1 이송부(124)와 그립퍼(122) 사이에 구비되어 제1 이송부(124)의 작동방향과 직각을 이루며 작동하도록 구조화된 점에서 제1 이송부(124)와 명확하게 구별되며, 제1 이송부(124)의 구성과 형태적 차이가 있으나 동일한 구성으로 이루어질 수 있다. 즉, 구체적으로 제2 이송부(126)는, 그립퍼(122)가 Y 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부(126a)와, 그립퍼(122)의 일측과 연결된 연결부재(CM)를 매개로 그립퍼(122)에 Y 방향 직선구동력을 제공하는 구동부(126b)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 이송유닛(120)은, 도 1a 및 도 3에 도시된 바와 같이 X 방향으로 길게 형성된 이송유닛(120)을 중심으로 좌우 양측 모두에 다수의 충전위치(F)(즉, 멀티충전유닛(140))가 배치되는 경우 이들 양측으로 각각 용기(10)를 이동시킬 수 있도록, 회전작동부(128)를 더 포함할 수 있다.
이러한 회전작동부(128)는 그립퍼(122)와 결합되어 그립퍼(122)를 X 및 Y 방향에 직각인 Z 방향을 축으로 회전시키는 한편, 제1 이송부(124)와 연결되어 X 방향을 따라 슬라이딩 이동할 수 있는 구조로 이루어지는데, 구체적으로 서보모터와 베벨기어의 조합 등을 통해 구현될 수 있다.
위와 같은 구조의 이송유닛(120)은, 도 3에서 구체적으로 도시하고 있는 실시예에 따르면 손쉽게 구현될 수 있으므로, 이에 대한 더욱 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같은 제1 이송부(124) 및 제2 이송부(126)를 통해, 투입된 용기(10)는, 제1 이송부(124)의 길이방향과 나란하게 일렬배치된 다수의 충전위치(F)에 각각 이송되어 안착될 수 있게 된다. 그리고 회전작동부(128)가 더 구비되는 경우, 그립퍼(122)는 도 1a 및 도 3처럼 제1 이송부(124)의 양측으로 그 길이방향과 나란하게 이열배치된 다수의 충전위치(FL,FR)에 180° 회전하며 각각 접근할 수 있게 됨에 따라 더 많은 용기(10)를 동시에 충진할 수 있게 된다.
비전검측유닛(130)은, 통상 광학수단은 물론, 이외의 각종 센서들이 통합적으로 연계된 검측장치와, 이들을 입력된 일련의 명령어에 따라 각각 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)로 이루어져, 제조된 물품의 검사와 품질관리 또는 로봇의 각종 제어작동 등을 위해 여러 산업분야에 사용되는 시스템을 말한다.
다만, 본 발명의 실시예에 적용되는 비전검측유닛(130)은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 용기제공유닛(110)의 타단부 상방에 설치되어 이송유닛(120)(구체적으로 그립퍼(122))이 제공된 용기(10)를 파지할 때, 용기 주입구(12)가 기설정된 정상그립위치(NG)에 있는지 광학적으로 감지하는 한편, 용기 주입구(12)가 정상그립위치(NG)에 있지 않다면 얼마나 떨어져 있는지를 판별하도록 구성하게 된다.(도 2의 A영역 참조)
이러한 기능의 구현을 위해 실시예에 따른 비전검측유닛(130)은, 이송유닛(120)(즉, 그립퍼(122))이 제공된 용기(10)를 실제로 파지할 때, 용기 주입구(12)의 위치를 연직 상방에서 정확히 촬영하는 카메라와, 촬영된 영상정보로부터 용기의 주입구(12)를 판별함과 동시에 용기 주입구(12)의 실제중심위치(RG)가 기설정된 정상그립위치(NG)로부터 벗어난 정도를 산출하는 PLC 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 기설정된 정상그립위치(NG)란, 변형 등이 없는 정상적인 용기(10)를 그립퍼(122)가 정확한 작동으로 파지할 때의 용기 주입구(12)의 중심위치를 말하는 것으로, 이를 3축 좌표의 기준점으로 미리 설정하여 확정하게 되면, 각각의 고정된 충전위치(F)에 대한 3축 좌표는 이를 기초로 각축에 대한 거리를 실측함으로써 용이하게 도출 내지 설정될 수 있다.
위와 같이 각각의 충전위치(F)에 대한 3축 좌표가 정상그립위치(NG)를 기준으로 설정되면, 이들 간의 이동변위(△M) 또한 각각 도출될 수 있다.
즉, 일례로 정상그립위치(NG)의 3축 좌표가 (0,0,0)이라고 할 때, 각각의 충전위치(F)(노즐(142)의 분사 지점)는, 정상그립위치(NG)로부터의 이격된 거리에 따라 각각 3축 좌표 (XF,YF,ZF)로 표현될 수 있다. 이때, 이송유닛(120)이 정상그립위치(NG)에서 각각의 충전위치(F)(노즐(142)의 분사 지점)로 이동하기 위한 이동변위(△M)는, 정상그립위치(NG)의 3축 좌표와 충전위치(F)의 3축 좌표로부터 (△XF,△YF,△ZF)의 형태로 각각 도출될 수 있다. 이렇게 도출된 이동변위(△M)는 후술할 제어부(150)에 저장되어 충전위치(F)에 대한 이송유닛(120)의 이동에 활용되는 한편, 후술할 보정변위(△α)에 의해 적절한 보정이 이루어지게 된다.
실측된 용기 주입구(12)의 실제중심위치(RG)와 기설정된 정상그립위치(NG) 간의 이격거리 즉, 보정변위(△α)는, 일부 변형 등이 있는 용기(10)가 사용되더라도 용기 주입구(12)와 후술할 노즐(142) 간에 정확한 센터링이 이루어지도록 하여 노즐(142)의 파손이나, 용액의 유출 등을 방지하기 위해 고려되는 변위정보로서, PLC에 의해 (△x,△y,0)의 형태로 산출되어 이동변위(△M)의 각축 좌표에 대하여 적절하게 가감됨으로써 보정된 이동변위(△M±△α)를 산출하게 된다. 이송유닛(120)의 이동변위(△M) 보정과 관련한 구체적인 설명은 후술할 제어부(150)에서 하기로 한다.
멀티충전유닛(140)은, 충전위치(F)에 따라 선택적으로 서로 다른 용액이 용기(10)에 충전되도록 하기 위해 마련된 구성요소로서, 충전위치(F)의 상방에 배치되어 작동하는 다수 개의 노즐(142,142a 내지 142d)을 통해 상술한 기능이 수행될 수 있다.
이러한 멀티충전유닛(140)은, 도 1a 등에 도시된 바와 같이 이송유닛(120)의 길이방향을 따라 양측에 다수 개가 열을 이루며 배치됨에 따라 많은 수의 용기(10)가 동시에 충전될 수 있게 된다.
그리고 각 멀티충전유닛(140)은 도 1a 등에서처럼 다시 세분화된 충전위치(FL1-1 내지 FL1- 4)를 이루며 서로 다른 용액을 분사하는 다수의 노즐(142a 내지 142d)로 구성됨에 따라 용기(10)에는 다양한 종류의 용액이 선택적으로 충진될 수 있게 된다. 물론, 도 1a 등에 배치된 멀티충전유닛(140)은 일례이므로, 설치공간의 구조에 따라 다양한 배열과 구조로 변경될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티충전유닛(140)은, 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 노즐(142a 내지 142d), 제1 노즐구동부(144a 내지 144d) 및 제2 노즐구동부(146) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
노즐(142a 내지 142d)은, 다수 개로 구비되어 상술한 바와 같이 서로 다른 용액을 분사하는 구성요소로서, 일렬로 배치된 상태에서 각각에 대응하는 충전위치(FL1-1 내지 FL1-4 등)를 향해 수평방향으로 슬라이딩 이동하도록 노즐프레임(141)에 각각 설치될 수 있다.
이러한 노즐(142a 내지 142d)을 일렬로 촘촘히 노즐프레임(141)에 배치하면서 각각이 슬라이딩되는 구조로 구현한 이유는, 멀티충전유닛(140)의 컴팩트화를 통해 협소한 공간에 많은 수의 멀티충전유닛(140)이 설치되게 하는 한편, 용액의 주입시 해당 노즐(142a 내지 142d)만이 슬라이딩되게 하여 다른 노즐(142)과 용기(10) 간에 간섭이 없도록 하기 위함이다.
제1 노즐구동부(144a 내지 144d)는, 다수 개의 노즐(142a 내지 142d)의 일측과 각각 연결된 제1 연결부재(CM1)를 매개로 노즐(142a 내지 142d)이 수평방향으로 슬라이딩 이동하도록 직선구동력을 제공하는 구성요소로서, 회전력을 직선구동력으로 전환할 수 있는 서보모터와 랙기어의 조합으로 구현될 수 있으며, 제1 연결부재(CM1)는 도 4에서처럼 탑플레이트체인 또는 이와 달리 컨베이어벨트로 구현될 수도 있다.
제2 노즐구동부(146)는, 노즐프레임(141)의 일측과 연결된 제2 연결부재(CM2)를 매개로 노즐프레임(141)이 상하방향으로 이동하도록, 직선구동력을 제공하는 구성요소로서, 마찬가지로 회전력을 직선구동력으로 전환할 수 있는 서보모터와 랙기어의 조합으로 구현될 수 있으며, 제2 연결부재(CM2)는 도 4에서처럼 탑플레이트체인 또는 이와 달리 컨베이어벨트로 구현될 수도 있다.
위와 같은 구성으로 이루어진 멀티충전유닛(140)을 통해 각 노즐(142a 내지 142d)은, 대응하는 특정 충전위치(FL1-1 내지 FL1-4 등)에 안착된 용기(10)에 대하여 수평방향으로 슬라이딩 이동될 수 있으며, 이후 용기 주입구(12)에 대하여 승강하며 삽입 또는 탈거될 수 있다.
한편, 충전위치(F)의 하방에는, 충전위치(F)에 놓인 용기(10)를 지지하고, 멀티충전유닛(140)에 의해 충전된 용기(10)를 외부로 반출하도록 이루어지는 용기배출유닛(160)이 더 포함될 수 있다.
이러한 용기배출유닛(160)은, 상술한 용기제공유닛(110)처럼 용액으로 충전된 용기(10)를 일방향으로 이송시킬 수 있는 수단이라면 어떠한 것이라도 무방하나 본 발명의 실시예에 따른 용기배출유닛(160)은, 도 1b에 도시된 바와 같이 컨베이어장치로 구현됨이 바람직하다.
그리고 용기배출유닛(160)의 길이방향 일측에는 용액으로 충진되어 외측으로 이송되는 용기의 주입구(12)를 소정의 뚜껑으로 폐쇄시키는 뚜껑체결유닛(170)이 더 구비될 수 있다.
제어부(150)는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 상술한 유닛들 즉, 용기제공유닛(110), 이송유닛(120), 비전검측유닛(130), 멀티충전유닛(140) 및 용기배출유닛(160) 등과 각각 연결되어 이들을 작동을 제어하는 한편, 각각의 충전위치(F)로 용기(10)를 이동시키는 이송유닛(120)의 이동변위(△M)를 비전검측유닛(130)을 통해 감지된 정보(보정변위(△α))에 기초하여 보정을 수행하는 구성요소이다.
이러한 제어부(150)는 MCU(micro controller unit), 마이컴(microcomputer), 아두이노(Arduino) 퍼스널 컴퓨터 등과 같은 모듈화된 유닛으로 구현될 수 있고, 연결된 각 장치를 제어하고 전송받은 정보를 처리 내지 저장하는 일련의 과정은 기계어(machine language, 機械語) 등과 같은 프로그래밍 언어로 코딩됨으로써 이루어지게 된다. 이러한 제어기의 구현과 제어방법은, 당업자 수준에서 다양한 방식 및 형태로 손쉽게 이루어질 수 있는바, 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(150)가 어떠한 작동 방식 내지는 알고리즘으로 투입된 용기(10)에 대하여 노즐(142)을 자동으로 센터링(정합(整合))한 후 용액을 충전하는 지와 관련하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 제어부(150)를 통한 각 유닛의 작동제어에 앞서, 작업자는 3축 좌표의 기준점인 정상그립위치(NG)를 (0,0,0)으로 미리 설정 및 확정한 다음, 이를 기초로 도 2에 도시된 각각의 충전위치(F)에 대한 3축 좌표를 각축에 대한 거리를 실측하여 (XF,YF,ZF)의 형태로 도출한다. 이와 아울러 정상그립위치(NG)의 3축 좌표와 충전위치(F)의 3축 좌표로부터 이동변위(△M)를 (△XF,△YF,△ZF)의 형태로 각각 도출한다.
다음으로, 제어부(150)는, 용기제공유닛(110)을 제어하여 작업자에 의해 투입된 용기(10)가 이송유닛(120)의 그립퍼(122) 쪽으로 하나씩 제공되도록 한다.
다음으로, 제어부(150)는, 도 2의 A영역에 도시된 바와 같이, 그립퍼(122)를 제어하여 제공된 용기(10)를 파지하는 한편, 상방에 설치된 비전검측유닛(130)의 제어를 통해 용기 주입구(12)의 실제중심위치(RG)를 판별하여 후 미리 설정된 정상그립위치(NG)와 비교하여 보정변위(△α)를 (△x,△y,0)의 형태로 산출하게 된다.
다음으로, 제어부(150)는 작업자에 의해 입력된 순서에 따라 파지된 용기(10)가 이송될 특정 충전위치(FL1-2)에 대한 이동변위(△M) 즉, 3축 좌표(△XF,△YF,△ZF)를 보정변위(△α)만큼을 가감하여 보정된 이동변위(△M±△α)를 (△XF +△x,△YF-△y,△ZF)형태로 산출한다.
다음으로, 제어부(150)를 통해 보정된 이동변위(△M±△α)만큼 이송유닛(120)을 작동제어하여 파지된 용기(10)를 도 2의 B영역에 도시된 바와 같이 특정 충전위치(FL1-2)로 이송시키게 되면, 일부 변형 등을 이유로 용기 주입구(12)의 실제중심위치(RG)가 정상그립위치(NG)와 차이(도 2의 A영역 참조)가 나더라도 이송된 용기의 주입구(12)는 정확한 충전위치(FL1-2)(도 2의 B영역 참조)에 놓이게 된다.
다음으로, 도 2의 B영역에 도시된 바와 같이, 제어부(150)에 의해 특정 충전위치(FL1-2)에서 노즐(142b)과 용기 주입구(12) 간의 센터링이 정확하게 자동화되어 이루어진 후, 제어부(150)는 특정 충전위치(FL1-2)에 대응하는 노즐(142b)이 용기 주입구(12)의 연직 상방에 위치하도록 멀티충전유닛(140)의 제1 노즐구동부(144b)를 작동제어하여 노즐(142b)을 수평 이동시키게 된다.(도 4 참조)
그리고 제어부(150)는 노즐(142b)이 용기 주입구(12)에 삽입되도록 제2 노즐구동부(146)를 작동제어하여 노즐(142b)을 하방으로 이동시키게 된다.(도 4 참조)
다음으로, 용기제공유닛(110)을 통해 연속적으로 제공되는 용기(10)에 대한 충전공정이, 작업자에 의해 설정입력된 사항(특정 충전위치(FL,FR) 및 충전되는 용액의 종류)에 따라 이루어지도록, 제어부(150)는 상술한 과정 즉, 그립퍼(122)에 의한 용기(10)의 파지, 비전검측유닛(130)에 의한 보정변위(△α) 산출, 보정된 이동변위(△M±△α)에 따른 용기(10)의 이동 및 노즐(142)의 이동 등을 반복적으로 수행하게 된다.
마지막으로 다수의 충전위치(FL,FR) 각각에서 해당 노즐(142)에 대하여 센터링된 상태로 용기(10)가 모두 안착된 후 용기 주입구(12)에 노즐(142)이 삽입되면, 제어부(150)는 다수 개의 멀티충전유닛(140)의 노즐(142)을 개방하여 용기(10)가 각각 작업자의 설정에 따라 서로 다른 용액으로 충진되도록 제어하게 된다.
그리고 제어부(150)는, 용기(10)의 충전이 모두 완료되면, 충전위치(FL,FR)에 놓인 용기(10)를 지지하는 용기배출유닛(160)을 작동시켜 충전된 용기(10)가 외부로 반출하되도록 제어하는 한편, 뚜껑체결유닛(170)을 작동시켜 용기의 주입구(12)가 폐쇄되도록 제어하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용기충전시스템(100)에 의하면, 용기(10)의 일부변형 등이 있더라도 노즐(142)과 이송된 용기(10) 간에 센터링이 보정과정을 통해 정확하고 정밀하게 자동화될 수 있으며, 또한, 다수 개의 용기(10)에 대하여 선택적으로 서로 다른 용액이 동시에 충전될 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
△M: 이동변위 △α: 보정변위
F: 충전위치 FL: 좌측열 충전위치
FR: 우측열 충전위치 NG: 정상그립위치
RG: 용기 주입구의 실제중심위치 △M±△α: 보정된 이동변위
10: 용기 12: 용기(의) 주입구
100: 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템
110: 용기제공유닛 120: 이송유닛
122: 그립퍼 124: 제1 이송부
124a: 슬라이딩부 CM: 연결부재
124b: 구동부 126: 제2 이송부
128: 회전작동부 130: 비전검측유닛
140: 멀티충전유닛 141: 노즐프레임
142a 내지 142d: 노즐 144a 내지 144d: 제1 노즐구동부
CM1: 제1 연결부재 146: 제2 노즐구동부
CM2: 제2 연결부재 150: 제어부
160: 용기배출유닛 170: 뚜껑체결유닛

Claims (7)

  1. 일단부를 통해 투입된 용기를 타단부로 제공하는 용기제공유닛;
    제공된 용기의 주입구가 기설정된 다수 개의 충전위치에 각각 놓이도록, 제공된 용기를 파지하여 X 방향과 이에 직각인 Y 방향으로 각각 이동시키는 이송유닛;
    상기 용기제공유닛의 타단부 상방에 설치되어 상기 이송유닛이 제공된 용기를 파지할 때, 용기 주입구가 기설정된 정상그립위치에 있는지 감지 및 판별하는 비전검측유닛;
    상기 충전위치에 따라 선택적으로 서로 다른 용액이 용기에 충전되도록, 상기 충전위치의 상방에 배치되어 작동하는 다수 개의 노즐이 구비된 멀티충전유닛; 및
    상기 유닛들과 각각 연결되어 작동제어하고, 상기 충전위치로 용기를 이동시키는 상기 이송유닛의 이동변위를 상기 비전검측유닛을 통해 감지된 정보에 기초하여 보정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송유닛은,
    제공된 용기의 양측을 가압 또는 가압해제하여 잡거나 놓는 그립퍼와, 상기 그립퍼와 결합되어 상기 그립퍼를 X 방향을 따라 이동시키는 제1 이송부와, 상기 그립퍼와 결합되어 상기 그립퍼를 Y 방향을 따라 이동시키는 제2 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 이송부는,
    X 방향을 따라 길게 형성되고, 상기 그립퍼가 X 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되는 슬라이딩부; 및
    상기 그립퍼의 일측과 연결된 연결부재를 매개로 상기 그립퍼에 X 방향 직선구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이송유닛은,
    상기 그립퍼와 결합되어 상기 그립퍼를 X 및 Y 방향에 직각인 Z 방향을 축으로 회전시키고, 상기 제1 이송부와 연결되어 X 방향을 따라 이동하는 회전작동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 멀티충전유닛은,
    노즐프레임에 일렬로 배치된 상태에서 각각에 대응하는 상기 충전위치를 향해 수평방향으로 슬라이딩 이동하는 다수 개의 상기 노즐;
    다수 개의 상기 노즐의 일측과 각각 연결된 제1 연결부재를 매개로 상기 노즐이 수평방향으로 슬라이딩 이동하도록, 직선구동력을 제공하는 다수 개의 제1 노즐구동부; 및
    상기 노즐프레임의 일측과 연결된 제2 연결부재를 매개로 상기 노즐프레임이 상하방향으로 이동하도록, 직선구동력을 제공하는 제2 노즐구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충전위치의 하방에는,
    상기 충전위치에 놓인 용기를 지지하고, 상기 멀티충전유닛에 의해 충전된 용기를 외부로 반출하도록 이루어지는 용기배출유닛이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
  7. 제2항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 충전위치와 상기 정상그립위치로부터 이동변위를 산출하고, 상기 비전검측유닛으로 감지된 실제그립위치와 상기 정상그립위치로부터 보정변위를 산출하며, 상기 이동변위에 대하여 상기 보정변위만큼을 가감하여 보정된 이동변위를 산출한 후, 상기 보정된 이동변위만큼 상기 이송유닛을 작동제어하는 것을 특징으로 하는 선택적 충전이 가능한 멀티노즐형 용기충전시스템.
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