KR20200102596A - 너트러너 및 너트러너 고장 판단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크센서를 포함하는 너트러너에 있어, 토크센서나 컨트롤러가 고장이 나 체결 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 너트러너 및 너트러너의 고장 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며,
너트러너는, 모터에 의해 회전하는 회전부; 상기 회전부의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 측정하는 토크센서; 상기 토크센서에서 측정되는 토크 값을 이용하여 상기 너트러너의 고장여부를 판단하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하고,
너트러너의 고장 판단 방법은, 너트러너를 구동하여 회전부를 회전시키는 너트러너 구동 단계; 토크센서로 상기 회전부의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 측정하는 토크 값 센싱 단계; 상기 회전부를 구동하기 위해 입력되는 입력 값 및 상기 토크센서로 센싱된 토크 값을 저장하는 입력 값 및 토크 값 저장 단계; 상기 입력 값 및 토크 값을 이용하여 기준값을 도출하는 기준값 산출 단계; 및 상기 기준값과 현재 토크 값을 비교하여 너트러너의 고장 여부를 판단하는 고장 판단 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

너트러너 및 너트러너 고장 판단 방법 {Nut Runner and Detection Method of Nut Runner Failure}

본 발명은 너트를 조이거나 푸는 전동공구인 너트러너에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 토크센서가 내장된 너트러너 및 너트러너의 고장 여부를 판단하는 방법에 관한 것이다.

너트러너는 전동 또는 압축 공기를 이용하여 볼트나 너트를 신속하게 조이거나 푸는 공구로서, 자동차의 조립 공정 등 산업 전 분야에서 널리 이용되고 있다.

너트러너의 볼트 체결 과정은 다음과 같다. 먼저, 볼트의 헤드부를 너트러너에 끼운 후 너트러너를 구동하면, 너트러너의 회전부가 회전하면서 볼트는 나사산을 따라 회전하면서 피작업물에 삽입된다. 이후 볼트의 헤드부가 피작업물의 표면과 접하게 되면, 즉 착좌되는 시점에서 너트러너의 회전 속도는 현저히 떨어지면서, 이후 볼트를 조이기 위해 펄스 토크가 가해진다.

한편, 체결 타겟별로 요구되는 체결력이 정하여져 있다. 특히 자동차의 에어백이나 안전벨트 등 안전과 직결되는 부분이 더욱 그러하며, 체결 이후 별도로 토크를 측정하는 작업을 통해 적당한 체결력으로 체결되었는지 확인하는 과정이 필요하였다.

따라서 최근에는 너트러너에 토크센서를 포함하여, 요구되는 체결력만큼 토크를 가하도록 하고 있다. 그러나 이러한 경우에도 노이즈 때문에 요구되는 체결력보다 작은 힘으로 조여지는 문제점이 발생하는 경우가 있다. 하지만 현 기술상황에서는 이러한 오류를 검출해내는 수단이 없는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구체적으로는 토크센서를 포함하는 너트러너에 있어, 토크센서나 컨트롤러가 고장이 나 체결 불량이 발생하는 것을 방지하기 위한 너트러너 및 너트러너의 고장 판단 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 아래와 같은 너트러너 및 너트러너의 고장 판단 방법을 제공한다.

너트러너는, 모터에 의해 회전하는 회전부; 상기 회전부의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 측정하는 토크센서; 상기 토크센서에서 측정되는 토크 값을 이용하여 상기 너트러너의 고장여부를 판단하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 회전부의 구동을 제어하는 구동제어부; 상기 토크센서로부터 토크 값을 수신하는 수신부; 및 상기 수신부로부터 수신된 토크 값과 설정된 기준값을 비교하여 상기 토크센서 또는 구동제어부의 고장 여부를 판단하는 고장판단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 제어부는, 상기 모터의 제어변수 및 상기 수신부로부터 수신된 토크 값을 데이터로 저장하는 저장부; 를 포함하고, 상기 고장판단부는, 상기 저장부에 저장된 부터 정상상태의 값과 고장상태의 값을 분류하여, 분류된 상기 정상상태의 값 및 고장상태의 값을 기반으로 상기 기준값을 설정하는 것을 특징으로 한다.

기준값을 정하고 고장 여부를 판단하는 제1실시예는, 상기 회전부에 지속적으로 토크가 가해지는 경우, 상기 기준값은, 상기 토크 값의 최대값을 기반으로 산출되며, 상기 고장판단부는, 상기 토크 값의 최대값이 상기 기준값의 오차범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

제2실시예는, 상기 회전부에 펄스 토크가 가해지는 경우, 상기 기준값은, 각 펄스마다 상기 토크 값을 회전각(θ)으로 적분하여 산출되며, 상기 고장판단부는, 어느 한 펄스 토크의 상기 토크 값을 회전각(θ)으로 적분한 값이 상기 기준값의 오차범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

제3실시예는, 상기 회전부를 무부하로 구동하는 경우, 상기 기준값은, 상기 토크 값의 평균 값보다 큰 임의의 토크 값으로 산출되며, 상기 고장판단부는, 상기 토크 값이 상기 기준값보다 큰 경우 고장으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 너트러너는 램프 또는 스피커를 포함하는 표시부; 를 포함하고, 상기 고장판단부는, 상기 토크센서 또는 구동제어부가 고장난 것으로 판단되는 경우, 상기 표시부의 램프 또는 스피커에 고장 신호를 출력할 수 있다.

또한 너트러너는 상기 회전부에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함하고, 상기 고장판단부는, 상기 토크센서 또는 구동제어부가 고장난 것으로 판단되는 경우, 상기 전원부를 차단하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명 너트러너의 고장 판단 방법은, 너트러너를 구동하여 회전부를 회전시키는 너트러너 구동 단계; 토크센서로 상기 회전부의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 측정하는 토크 값 센싱 단계; 상기 회전부를 구동하기 위해 입력되는 입력 값 및 상기 토크센서로 센싱된 토크 값을 저장하는 입력 값 및 토크 값 저장 단계; 상기 입력 값 및 토크 값을 이용하여 기준값을 도출하는 기준값 산출 단계; 및 상기 기준값과 현재 토크 값을 비교하여 너트러너의 고장 여부를 판단하는 고장 판단 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 이상 토크 값이 발생하는 경우를 검출하여 고장 유무를 판단할 수 있으므로, 토크센서 및 제어부 고장으로 인한 체결 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 다양한 상황에서 복수 회의 실시에 의한 데이터를 저장하고, 이를 기초로 기준값을 산출하므로, 노이즈에 의해 정상 상태인 경우에서 고장으로 판단되는 오류를 줄일 수 있다.

또한 본 발명은 제어부가 다양한 데이터에 의해 불량 여부를 학습하므로, 세팅 상태가 바뀌는 경우에도 고장 여부의 판단을 정확하게 할 수 있다.

또한 본 발명은 체결중인 경우, 체결 후 추가로 조일 때 펄스 토크를 가하는 경우, 무부하로 운전하는 경우에 대하여 각각 고장 여부를 판단할 수 있는 바, 한번의 체결과정에서도 고장 여부 판단이 복수회 이루어져, 더욱 신뢰도 높은 결과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 고장으로 판단되는 경우, 고장 메시지를 표시하는 표시부를 포함하고, 너트러너의 구동을 차단할 수 있도록 마련함으로써 너트러너의 고장을 작업자가 신속하게 인지할 수 있다.

도 1은 본 발명 너트러너의 구성도,
도 2는 본 발명 너트러너의 고장 판단 방법의 순서도,
도 3은 도 1 및 도 2의 제1실시예를 설명하기 위한 그래프 도면,
도 4는 도 1 및 도 2의 제2실시예를 설명하기 위한 그래프 도면,
도 5는 도 1 및 도 2의 제3실시예를 설명하기 위한 그래프 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 너트러너의 구성도이다. 이를 참조하면, 본 발명 너트러너는 체결부재와 결합되어 회전함으로써 체결부재를 조이거나 푸는 회전부(10), 회전부(10)에 가해지는 토크를 측정하는 토크센서(20), 회전부(10)의 구동을 제어하는 제어부(30), 고장 여부 등을 표시하는 표시부(40), 너트러너의 상기 다른 구성에 전원을 공급하는 전원부(50)를 포함한다.

너트러너는 체결부재를 체결하거나 해제하기 위한 전동 공구이며, 체결부재는 그 종류가 다양하지만 본 명세서에서는 볼트를 기준으로 설명한다. 또한 회전부(10)는 전동 모터를 포함한다.

토크센서(20)는 회전부(10)에 결합되어 회전부(10)에 가해지는 토크 값을 센싱한다. 토크센서(20)는 종류에 따라 전동 모터의 회전 속도를 검출하는 속도 센서, 체결부재의 회전 각도를 검출하는 엔코더 등을 더 포함할 수 있다. 토크의 크기는 전동 모터의 회전각에 따라 센싱되며, 일정 시간 간격으로 측정된다.

제어부(30)는, 토크센서(20)로부터 측정된 전동 모터의 회전각에 따른 토크 값을 수신하는 수신부(31), 수신부(31)에서 수신한 값을 저장하는 저장부(33), 저장부(33)에 저장된 데이터와 측정된 토크 값을 이용하여 너트러너의 고장 여부를 판단하는 고장판단부(34)를 포함한다. 제어부(30)는 회전부(10)의 작동 전류를 제어하는 구동제어부(32)를 더 포함할 수 있다.

여기서 저장부(33)는, 수신부(31)에 연결되어 전동 모터의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 수신하여 저장한다. 나아가, 토크 값과 함께 그 때 모터에 인가된 전류, 온도 등 구동제어부(32)에서 고려하고 출력하는 제어변수를 함께 저장할 수 있다.

고장판단부(34)는 저장부(33)에 저장된 데이터를 이용하여 기준값을 도출하며, 기준값과 현재 측정되는 토크 값을 비교하여 고장 여부를 판단한다. 이후 표시부(40)와 전원부(50) 중 적어도 하나 이상에 고장 신호를 전달한다.

표시부(40)는 제어부(30)에 연결되며, 램프나 디스플레이 장치, 또는 스피커 등을 포함할 수 있다. 따라서 고장판단부(34)에서 너트러너가 고장난 것으로 판단되는 경우, 램프나 디스플레이 장치로 고장 여부를 시각적으로 표시하거나, 경보음을 출력하여 고장 여부를 청각적으로 알릴 수 있다.

전원부(50)는 제어부(30)에 연결되며, 전원을 공급하도록 마련된다. 나아가 고장판단부(34)에서 너트러너가 고장난 것으로 판단되는 경우, 공급 전원을 차단하도록 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명 너트러너의 고장 판단 방법의 순서도이다. 이를 참조하여 본 발명 너트러너의 고장 판단 방법을 설명하면, 본 발명은 너트러너 구동 단계(S1), 토크 값 센싱 단계(S2), 입력 값 및 토크 값 저장 단계(S3), 기준값 산출 단계(S4), 고장 판단 단계(S5)를 포함한다.

너트러너 구동 단계(S1)는, 전원을 공급하여 회전부의 전동 모터를 회전시키는 단계로서, 데이터를 수집하거나 체결부재 체결을 위한 단계이다.

토크 값 센싱 단계(S2)는, 토크센서에 의해 모터의 회전각에 따른 토크 값을 측정하는 단계이다. 측정되는 토크 값을 이용하여 모터를 제어하며, 고장 여부를 판단할 수 있다.

입력 값 및 토크 값 저장 단계(S3)는, 모터에 인가되는 전류 입력 값 및 토크센서에서 측정되는 회전각에 따른 토크 값을 저장부에 저장하는 단계이다. 이 때 너트러너의 온도 등 세팅 값을 함께 저장할 수 있다.

기준값 산출 단계(S4)는, 상기 저장된 데이터에 의해 정상 상태와 고장난 상태를 구별하기 위한 기준값을 도출하는 단계이다. 기준값을 산출하는 방법에 대하여는 이하에서 상세히 설명한다.

고장 판단 단계(S5)는, 기준값과 현재 측정되는 토크 값을 이용하여 너트러너의 고장 여부를 판단하는 단계이다. 더욱 구체적으로는 토크센서 또는 구동제어부의 고장 여부를 판단하는 단계이다.

너트러너가 고장난 것으로 판단되는 경우, 고장 메시지를 출력하는 표시부를 통해 경고등, 경고 화면, 경고음 등을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있고, 구동부에 공급되는 전원을 차단하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

이하에서는 고장판단부(34)에서 기준값을 산출하는 방법 및 고장 여부를 판단하는 방법을 실시예에 따라 상세히 설명한다. 이는 기준값 산출 단계(S4) 및 고장 판단 단계(S5)에 관련된다. 도 3은 도 1 및 도 2의 제1실시예를 설명하기 위한 그래프 도면, 도 4는 도 1 및 도 2의 제2실시예를 설명하기 위한 그래프 도면, 도 5는 도 1 및 도 2의 제3실시예를 설명하기 위한 그래프 도면이다.

도 3을 참조하면, 제1실시예는 연속적으로 토크가 가해지는 경우로서, 일반적으로 가동 후 점차 토크의 크기가 커지다가 일정한 양태로 진행되며, 착자 시점에서는 큰 토크가 걸리게 되는 것을 나타낸 것이다. 점선으로 표시한 것은 정상 상태에서의 토크 값을 나타낸다. 정상 상태에서의 토크 값을 평균한 값을 도면 상 가는 실선으로 표시한 것이며, 여기서 기준값은 평균 토크 값의 최고값으로 산출 될 수 있다. 나아가 복수 회의 테스트에 의해 기준 값의 오차 범위를 설정하여 B1, B2 값을 산출할 수 있다. 따라서 굵은 실선으로 표시한 경우와 같이, 토크 값이 B1 내지 B2 범위가 아닌 다른 지점에서 최고점을 가지는 경우, 토크센서(20) 또는 구동제어부(32)가 고장난 것이라고 판단할 수 있다.

도 4를 참조하면, 제2실시예는 펄스 토크가 가해지는 경우로서, 일반적으로 착자 이후에 볼트를 더욱 조일 때 이러한 형태의 토크가 가해진다. 너트러너의 질량관성은 각 공구 스펙에 따라 고정된 값이며, 속도는 제어가 가능하므로, 각 펄스 토크가 가해질 때의 에너지 총량은 같다고 볼 수 있다. 따라서 도 4에서 각 펄스의 하부 면적은 동일하다고 볼 수 있다. 즉 토크 값을 회전각으로 적분한 값은 각 펄스마다 동일하다. 이 점을 이용하여, 각 펄스의 하부 면적을 연산하고, 그 평균값을 기준값으로 정할 수 있다. 또한 실험에 의하여 일정 이상의 신뢰도를 얻을 수 있는 오차범위를 도출해 낼 수 있다. 따라서 도면 상 5번째 펄스와 같이 펄스의 하부 면적이 넓은 경우, 즉 펄스의 토크 값을 회전각으로 적분한 값이 상기 기준값의 오차범위를 벗어나는 경우 토크센서(20) 또는 구동제어부(32)가 고장난 것이라고 판단할 수 있다.

도 5를 참조하면, 제3실시예는 무부하 상태에서 운전하는 경우로서, 체결부재와 결합하지 않고 전동모터에 전원이 공급된 상태이다. 이 경우 낮은 토크 값이 연속된 형태로 측정되며, 노이즈에 따라 토크 값이 약간 튀는 경우가 발생할 수 있다. 제3실시예에서 기준값은 0(zero)으로부터 오프셋된 값(O)으로 정하여지며, 마찬가지로 다수의 실험에 의해 설정될 수 있다. 오프셋된 값(O) 이상의 토크 값이 측정되는 경우, 토크센서(20) 또는 구동제어부(32)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.

한편, 고장판단부(34)가 종래의 저장된 데이터를 이용하여 상황에 따라 능동적으로 기준값을 정하고 고장 여부를 판단할 수 있다. 여기서 상황이란, 착자 전 상태인지, 착자 후 상태인지, 무부하 상태인지, 또는 피대상물의 종류, 작업장의 온도 등을 의미한다.

이와 관련된 값은 저장부(33)에 입력 값, 그 때의 온도 등의 제어 변수로 그 때 측정되는 토크 값과 함께 저장되므로, 고장판단부(34)는 이를 이용할 수 있다. 동일한 제어 변수 조건에서, 고장상태 및 정상상태로 추정되는 데이터를 분류하고, 정상상태로 판단된 데이터에 의하여 기준값을 설정하며, 이후 센싱되는 토크 값을 기준값과 비교하여 고장 여부를 판단할 수 있다. 기준 값은 너트러너의 반복 테스트 및 사용에 의해 갱신될 수 있다.

본 명세서에서는 각 실시예를 나누어 설명하였으나, 각 실시예를 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 회전부 20 : 토크센서
30 : 제어부 31 : 수신부
32 : 구동제어부 33 : 저장부
34 : 고장판단부 40 : 표시부
50 : 전원부

Claims (9)

1. 너트러너에 있어서,
   모터에 의해 회전하는 회전부;
   상기 회전부의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 측정하는 토크센서;
   상기 토크센서에서 측정되는 토크 값을 이용하여 상기 너트러너의 고장여부를 판단하는 제어부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 회전부의 구동을 제어하는 구동제어부;
   상기 토크센서로부터 토크 값을 수신하는 수신부; 및
   상기 수신부로부터 수신된 토크 값과 설정된 기준값을 비교하여 상기 토크센서 또는 구동제어부의 고장 여부를 판단하는 고장판단부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 모터의 제어변수 및 상기 수신부로부터 수신된 토크 값을 데이터로 저장하는 저장부;
   를 포함하고,
   상기 고장판단부는, 상기 저장부에 저장된 부터 정상상태의 값과 고장상태의 값을 분류하여, 분류된 상기 정상상태의 값 및 고장상태의 값을 기반으로 상기 기준값을 설정하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 회전부에 지속적으로 토크가 가해지는 경우,
   상기 기준값은, 상기 토크 값의 최대값을 기반으로 산출되며,
   상기 고장판단부는, 상기 토크 값의 최대값이 상기 기준값의 오차범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 회전부에 펄스 토크가 가해지는 경우,
   상기 기준값은, 각 펄스마다 상기 토크 값을 회전각(θ)으로 적분하여 산출되며,
   상기 고장판단부는, 어느 한 펄스 토크의 상기 토크 값을 회전각(θ)으로 적분한 값이 상기 기준값의 오차범위를 벗어나는 경우 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 회전부를 무부하로 구동하는 경우,
   상기 기준값은, 상기 토크 값의 평균 값보다 큰 임의의 토크 값으로 산출되며,
   상기 고장판단부는, 상기 토크 값이 상기 기준값보다 큰 경우 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   램프 또는 스피커를 포함하는 표시부;
   를 포함하고,
   상기 고장판단부는, 상기 토크센서 또는 구동제어부가 고장난 것으로 판단되는 경우, 상기 표시부의 램프 또는 스피커에 고장 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
8. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 회전부에 전원을 공급하는 전원부;
   를 포함하고,
   상기 고장판단부는, 상기 토크센서 또는 구동제어부가 고장난 것으로 판단되는 경우, 상기 전원부를 차단하는 것을 특징으로 하는 너트러너.
   
9. 너트러너를 구동하여 회전부를 회전시키는 너트러너 구동 단계;
   토크센서로 상기 회전부의 회전각(θ)에 따른 토크 값을 측정하는 토크 값 센싱 단계;
   상기 회전부를 구동하기 위해 입력되는 입력 값 및 상기 토크센서로 센싱된 토크 값을 저장하는 입력 값 및 토크 값 저장 단계;
   상기 입력 값 및 토크 값을 이용하여 기준값을 도출하는 기준값 산출 단계; 및
   상기 기준값과 현재 토크 값을 비교하여 너트러너의 고장 여부를 판단하는 고장 판단 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 너트러너의 고장 판단 방법.

Images