KR20200104797A

KR20200104797A - 자동확관장치, 자동확관방법 및 익스팬더 교환방법

Info

Publication number: KR20200104797A
Application number: KR1020200013644A
Authority: KR
Inventors: 겐지 사와사키; 다다시 스기모리
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2020-09-04
Also published as: JP2020138213A; JP2023001238A; CN111618190A; KR102291268B1; CN111618190B; JP7174649B2

Abstract

(과제) 확관작업의 효율을 향상시킬 수 있는 자동확관장치, 자동확관방법 및 익스팬더 교환방법을 제공한다.
(해결수단) 자동확관장치는, 확관장치(3)와, 확관장치(3)를 지지하여 이동시키는 로봇을 구비하고 있다. 그리고 확관장치(3)는, 익스팬더(4)와, 익스팬더(4)의 맨드릴(41)을 회전구동하는 회전구동기(6)와, 익스팬더(4)의 프레임부재(42)를 클램프하는 클램프장치(7)와, 클램프장치(7)를 익스팬더(4)의 축방향으로 이동시키는 이동장치(8)를 갖고 있다.

Description

자동확관장치, 자동확관방법 및 익스팬더 교환방법{AUTOMATIC TUBE EXPANDING DEVICE, AUTOMATIC TUBE EXPANDING METHOD AND EXPANDER EXCHANGING METHOD}

본 발명은, 자동확관장치(自動擴管裝置), 자동확관방법(自動擴管方法) 및 익스팬더 교환방법(expander 交換方法)에 관한 것이다.

튜브(tube)의 확관가공(擴管加工)을 하는 확관장치(擴管裝置)와, 당해 확관장치를 지지하여 이동시키는 로봇(robot)을 구비하는 자동확관장치가 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌1). 확관장치는, 예를 들면 열교환기를 구성하는 튜브와 당해 튜브를 부착하는 관판(管板)의 접합을, 익스팬더(expander)에 의하여 튜브의 외경을 넓혀서 관판에 형성된 부착구멍의 내면에 튜브를 압접고정함으로써 실행한다.

특허문헌1에 기재되어 있는 자동확관장치에서 확관장치는, 확관의 대상인 튜브의 위치까지 로봇에 의하여 이동하게 된다.

: 일본국 공개실용신안 실공평7-31853호 공보

그러나 튜브의 내경과 익스팬더의 외경 사이의 간극이 작기 때문에, 로봇에 의하여 익스팬더를 이동시켜서 튜브의 위치에 정확하게 정면으로 마주 보게 하여 당해 튜브 내로 삽입하는 것이 곤란한 경우가 있다.

예를 들면 특허문헌1에 기재되어 있는 자동확관장치에서는, 확관공구(익스팬더)가 튜브에 삽입된 경우에만 확관공구 삽입확인기구가 동작하여 확관가공을 할 수 있는 상태가 검출되도록 되어 있다. 그리고 확관공구가 튜브에 삽입되어 있지 않은 경우에 확관가공을 하지 말라고 지시되고, 위치 어긋남을 해소하기 위하여 로봇의 동작을 보정하는 공정이 발생한다. 이 때문에 확관작업의 효율이 저하되어 버린다.

본 발명은, 확관작업의 효율을 향상시킬 수 있는 자동확관장치, 자동확관방법 및 익스팬더 교환방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 자동확관장치는, 튜브의 확관가공을 하는 확관장치와, 상기 확관장치를 지지하여 이동시키는 로봇을 구비하는 자동확관장치이다. 상기 확관장치는, 익스팬더와, 회전구동기와, 클램프장치와, 이동장치를 갖는다. 상기 익스팬더는, 맨드릴, 통모양의 프레임부재 및 복수의 롤러를 갖고 있다. 맨드릴에는, 선단측이 소경이 되는 테이퍼부가 외주면에 형성되어 있다. 통모양의 상기 프레임부재는, 상기 맨드릴에 슬라이드 가능하고 또한 회전 가능하도록 외부결합되어 있다. 복수의 상기 롤러는, 상기 프레임부재에 회전 가능하도록 홀딩되고 상기 프레임부재의 축방향에 대하여 경사지게 배치되어 있다. 상기 회전구동기는 상기 익스팬더의 상기 맨드릴을 회전구동한다. 상기 클램프장치는 상기 익스팬더의 상기 프레임부재를 클램프한다. 상기 이동장치는 상기 클램프장치를 상기 익스팬더의 축방향으로 이동시킨다.

본 발명에 관한 자동확관방법은, 상기 자동확관장치를 사용하여 확관작업을 하는 자동확관방법이다. 상기 자동확관방법은, 상기 이동장치가 상기 프레임부재를 상기 맨드릴의 선단측으로 이동시키는 공정과, 상기 클램프장치가 상기 프레임부재를 클램프하는 공정을 포함한다. 또한 상기 자동확관방법은, 상기 로봇이 상기 익스팬더를 상기 튜브 내에 삽입하는 공정과, 상기 로봇이 상기 회전구동기에 의하여 정회전하게 되는 상기 맨드릴을 상기 익스팬더의 선단측으로 보내는 공정을 포함한다. 또한 상기 자동확관방법은, 상기 회전구동기는 미리 설정된 부하토크가 검출되면 회전을 정지하고 역회전하는 공정과, 상기 로봇이 상기 회전구동기에 의하여 역회전하게 되는 상기 맨드릴을 상기 익스팬더의 기단측으로 보내는 공정을 포함한다. 또한 상기 자동확관방법은, 상기 회전구동기의 역회전에 의한 부하토크가 없어지면 상기 로봇이 상기 익스팬더를 상기 튜브로부터 제거하는 공정을 포함한다.

본 발명에 관한 익스팬더 교환방법은, 상기 자동확관장치에 있어서의 익스팬더 교환방법이다. 상기 익스팬더 교환방법은, 상기 클램프장치를 언클램핑 상태로 하는 공정과, 상기 이동장치가 상기 클램프장치를 상기 회전구동기측으로 이동시킴으로써 상기 커플링의 상기 피가압부를 상기 회전구동기측으로 가압하는 공정을 포함한다. 또한 상기 익스팬더 교환방법은, 상기 익스팬더의 상기 맨드릴을 상기 커플링에 삽입하는 공정과, 상기 이동장치가 상기 클램프장치를 상기 회전구동기와 반대측으로 이동시켜서 상기 피가압부로의 가압을 해제함으로써 상기 커플링에 상기 맨드릴을 부착하는 공정을 포함한다.

본 발명에 의하면, 확관작업의 효율을 향상시킬 수 있는 자동확관장치, 자동확관방법 및 익스팬더 교환방법을 제공할 수 있다.

도1은, 본 발명의 1실시형태에 관한 자동확관장치의 개략적인 측면도이다.
도2는, 도1의 A방향에서 본 확관장치의 평면도이다.
도3은, 도1의 B방향에서 본 확관장치의 사시도이다.
도4는, 도2의 Ｃ-C선을 따르는 단면도이다.
도5는, 도4의 클램프장치가 선단측으로 이동된 상태를 나타내는 단면도이다.
도6은, 롤러의 경사를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도7은, 자동확관방법의 내용을 나타내는 플로우차트이다.
도8은, 자동확관장치의 확관작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도9는, 확관하는 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도10은, 익스팬더 교환방법에 있어서의 익스팬더 부착작업의 내용을 나타내는 플로우차트이다.
도11은, 자동확관장치의 익스팬더 부착작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도12는, 도11로부터 계속되는 자동확관장치의 익스팬더 부착작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.
도13은, 익스팬더 교환방법에 있어서의 익스팬더 제거작업의 내용을 나타내는 플로우차트이다.
도14는, 자동확관장치의 익스팬더 제거작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.

본 발명의 실시형태에 대하여, 적절하게 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

또한 각 도면에 있어서 공통되는 구성요소에 대하여는, 동일한 부호를 붙이고 그들에 대한 중복되는 설명을 적절하게 생략한다.

본 발명의 1실시형태에 관한 자동확관장치(自動擴管裝置)(1)에 대하여, 도1∼도6를 적절하게 참조하면서 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 1실시형태에 관한 자동확관장치(1)의 개략적인 측면도이다.

도1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 자동확관장치(1)는, 확관장치(擴管裝置)(3)와, 로봇(robot)(2)과, 제어장치(制御裝置)(10)와, 툴 스토커(tool stocker)(11)를 구비하고 있다. 또한 도1에 있어서는, 로봇(2)에 의하여 확관장치(3)가 이동하게 되어서 확관장치(3)의 위치 및 자세가 3가지로 변화하게 되는 상태를 동시에 나타내고 있다.

확관장치(3)는 튜브(tube)(T)의 확관가공(擴管加工)을 한다. 확관장치(3)는, 열교환기를 구성하는 튜브(T)와 당해 튜브(T)를 부착하는 관판(管板)(TB)의 접합을, 익스팬더(expander)(4)에 의하여 튜브(T)의 외경을 넓혀서 관판(TB)에 형성된 부착구멍(TBa)의 내면에 압접고정함으로써 실행한다. 로봇(2)은 확관장치(3)를 지지하여 이동시킨다. 확관장치(3)는 로봇(2)의 아암(arm)(21)의 선단부에 고정되어 있다. 로봇(2)으로서, 여기에서는 다관절 로봇(多關節 robot)이 사용되고 있다. 제어장치(10)는, 기억수단에 미리 기억된 프로그램을 CPU가 실행함으로써 자동확관장치(1)의 각 부의 동작을 제어하는 컴퓨터이다. 툴 스토커(11)는 적어도 1개의 익스팬더(4)를 보관한다.

도2는 도1의 A방향에서 본 확관장치(3)의 평면도이다. 도3은 도1의 B방향에서 본 확관장치(3)의 사시도이다. 도4는 도2의 Ｃ-C선을 따르는 단면도이다. 도5는 도4의 클램프장치(clamp裝置)가 선단측(先端側)으로 이동된 상태를 나타내는 단면도이다. 도6은 롤러(roller)(43)의 경사를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도2, 도3에 나타내는 바와 같이 확관장치(3)는, 익스팬더(4)와, 회전구동기(回轉驅動機)(6)와, 클램프장치(7)와, 이동장치(移動裝置)(8)와, 커플링(coupling)(9)을 갖고 있다.

도4, 도5에 나타내는 바와 같이 익스팬더(4)는, 맨드릴(mandrel)(41), 통모양(筒狀)의 프레임부재(frame部材)(42) 및 복수의 롤러(43)를 갖고 있다. 맨드릴(41)에는, 선단측이 소경(小徑)이 되는 테이퍼부(taper部)(411)가 외주면에 형성되어 있다. 프레임부재(42)는, 맨드릴(41)에 대하여 슬라이드 가능하고 또한 회전 가능하도록 외부결합되어 있다. 복수의 롤러(43)는, 프레임부재(42)에 회전 가능하도록 홀딩(holding)되어 있다.

맨드릴(41)은, 당해 맨드릴(41)의 선단측(이하, 「앞쪽」이라고도 한다)에 위치하는 테이퍼부(411)와, 테이퍼부(411)의 기단측(基端側)(이하, 「뒤쪽」이라고도 한다)에 위치하는 원기둥형상의 원기둥부(412)를 갖고 있다. 맨드릴(41)의 선단부에는, 캡너트(413)가 나사체결에 의하여 고정되어 있다. 또한 맨드릴(41)의 후단부에는, 사각형의 생크(shank)(414)가 설치되어 있다. 맨드릴(41)의 사각형의 생크(414)는 커플링(9)을 통하여 회전구동기(6)의 회전축(61)에 접속된다.

프레임부재(42)는, 롤러(43)를 홀딩하는 원통모양의 프레임(frame)(44)과, 프레임(44)의 외주면에 부착된 고리모양의 칼라(collar)(45)를 갖고 있다. 칼라(45)는, 프레임(44)의 외주면에 고정된 칼라후륜(collar後輪)(451)과, 칼라후륜(451)에 대하여 앞쪽(익스팬더(4)의 선단측)에 볼 리테이너(ball retainer)(452)를 사이에 두고 회전 가능하도록 배치되는 칼라전륜(collar前輪)(453)을 갖는다.

프레임(44)의 중공부의 내경은 맨드릴(41)의 원기둥부(412)의 외경보다 약간 크게 되어 있다. 맨드릴(41)은 원통모양의 프레임(44)의 중공부를 관통하여 삽입되어 있다. 프레임(44)의 선단측에는, 예를 들면 120도의 간격으로 균등하게 장홈인 롤러홈이 복수로 둘레방향에 형성되어 있다. 각 롤러홈은 프레임(44)의 길이방향에 대하여 동일한 위치에 배치되어 있다. 롤러홈에는, 원뿔대형상의 롤러(43)가 결합되어 홀딩되어 있다. 롤러(43)는, 롤러홈으로부터 프레임(44)의 지름방향의 외측 및 내측으로 일부가 노출되어 있다.

프레임(44)의 후단측은, 외경을 더욱 작게 하여 그 외주면에 수나사가 형성되어 있고, 내주면에 암나사가 형성된 칼라후륜(451)이 이 수나사에 나사체결되어 있다. 칼라후륜(451)은 로크너트(lock nut)(454)에 의하여 프레임(44)에 고정된다. 또한 칼라후륜(451)에 있어서 프레임(44)에 대한 고정방법은, 로크너트(454)를 사용한 방법 이외에도, 예를 들면 6각구멍 결합나사를 사용한 방법이어도 좋다. 칼라후륜(451)의 앞면에 볼 리테이너(452)가 배치되고 볼 리테이너(452)의 앞면에 칼라전륜(453)이 배치된 상태에서, 이들은 스냅링(455)에 의하여 축방향에 있어서 일체화되어 칼라(45)를 구성하고 있다.

롤러(43)는, 프레임(44)의 지름방향의 내측에 있어서 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 외주면에, 그 길이방향 중심축을 중심으로 회전하면서 그 측면이 접촉된다. 한편 롤러(43)는, 확관가공 시에 프레임(44)의 지름방향의 외측에 있어서 확관되는 튜브(T)의 내주면에, 그 길이방향 중심축을 중심으로 회전하면서 맨드릴(41)과의 접촉부와 거의 반대측 측면이 접촉한다.

도6에 나타내는 바와 같이 롤러(43)는, 그 중심축이 프레임부재(42)의 축방향(맨드릴(41)의 축방향과 동일)에 대하여 소정의 각도(θ)만큼 경사져서 배치되어 있다. 롤러(43)는, 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 테이퍼와 방향이 반대이고 경사가 절반인 테이퍼를 갖는 원뿔대형상이다.

도4, 도5에 나타내는 바와 같이 캡너트(413)의 후단측에는, 뒤쪽이 소경이 되는 테이퍼면(416)이 형성되어 있다. 이 구성에서는, 프레임부재(42)가 앞쪽으로 이동하게 되면서 툴지름(tool俓)이 최소로 되었을 때에 프레임(44)의 전단부가 테이퍼면(416)에 접촉한다. 이에 따라, 프레임부재(42)의 중심축과 맨드릴(41)의 중심축이 합치되도록 중심이 모아진다. 따라서 맨드릴(41)의 선단부의 자중(自重)에 의한 아래로의 늘어짐을 억제할 수 있어, 익스팬더(4)에 있어서 튜브(Ｔ) 내에 대한 삽입성이 향상된다. 여기에서 툴지름이란, 익스팬더(4)에 의한 확관가공의 가공지름을 말하고, 복수의 롤러(43)에 외접하는 포락선(包絡線)으로 형성되는 외접원의 지름을 의미한다.

도2, 도3에 나타내는 바와 같이 회전구동기(6)는, 익스팬더(4)의 맨드릴(41)을, 커플링(9)을 통하여 회전구동한다. 회전구동기(6)로서, 여기에서는 서보모터가 사용되고 있다.

클램프장치(7)는, 익스팬더(4)의 프레임부재(42), 구체적으로는 프레임부재(42)의 칼라전륜(453)(도4를 참조)을 클램프한다. 클램프장치(7)는, 한 쌍의 클램퍼(clamper)(71)와, 한 쌍의 에어척(air chuck)(72)과, 한 쌍의 에어척(72)을 지지하는 지지부재(73)를 갖고 있다. 한 쌍의 클램퍼(71)는, 익스팬더(4)의 프레임부재(42)를 지름방향의 양측으로부터 협지하여 클램프한다. 한 쌍의 에어척(72)은, 공기압(空氣壓)에 의하여 한쌍의 클램퍼(71)를 익스팬더(4)의 프레임부재(42)에 대하여 각각 진퇴이동시킨다. 한 쌍의 에어척(72)은 지지부재(73)의 앞면에 고정되어 있다. 지지부재(73)는 사각형판모양을 나타내고 있다. 지지부재(73)의 중앙부에는 관통구멍(731)(도4를 참조)이 형성되어 있다. 관통구멍(731)은, 칼라후륜(451)이 축방향으로 삽입 가능한 크기로 형성되어 있다.

도3, 도4에 나타내는 바와 같이 클램퍼(71)는, 클램퍼 본체부(711)와, 클램퍼 본체부(711)를 지지하는 클램퍼 지지부(712)를 갖는다. 클램퍼 본체부(711)에는, 프레임부재(42)의 칼라전륜(453)의 외주면에 접촉하는 원호면(713)이 형성되어 있다. 클램퍼 지지부(712)는 도1의 A방향에서 보면 L자모양을 나타내고 있다. 클램퍼 지지부(712)가 익스팬더(4)에 면하는 측에는, 칼라전륜(453)의 외경보다 작은 내경을 갖는 원호면(714)(도4를 참조)이 형성되어 있다. 그리고 클램퍼 지지부(712)의 앞쪽의 면에는, 익스팬더(4)의 축방향에 있어서 프레임부재(42)의 칼라전륜(453)에 접촉하는 접촉부(接觸部)(715)가 형성되어 있다.

도2, 도3에 나타내는 바와 같이 이동장치(8)는, 클램프장치(7)를 익스팬더(4)의 축방향으로 이동시킨다. 이동장치(8)는 회전구동기(6)의 케이싱(62)에 부착판(63)을 통하여 고정되어 있다. 이동장치(8)로서, 여기에서는 전동 실린더장치(電動 cylinder裝置)가 사용되고 있지만, 유체압을 사용하는 유체압 실린더장치(流體壓 cylinder裝置)가 사용되어도 좋다. 이동장치(8)는, 구동력을 발생시키는 본체부(81)와, 본체부(81)에 의하여 진퇴이동하게 되는 로드(rod)(82)를 갖고 있다. 로드(82)의 선단은 클램프장치(7)의 지지부재(73)의 일단부에 고정되어 있다. 지지부재(73)의 타단부에는 가이드 막대(83)가 고정되어 있다. 가이드 막대(83)는, 회전구동기(6)의 케이싱(62)에 고정된 가이드 부시(84) 내에 슬라이드 가능하도록 삽입되어 있다. 이에 따라 이동장치(8)는, 클램프장치(7)를 원활하게 이동시킬 수 있다.

도4에 나타내는 바와 같이 커플링(9)은, 회전구동기(6)의 회전축(61)과 맨드릴(41)을 접속한다. 커플링(9)은, 접속부재(91)와, 피가압부(被加壓部)(92)를 갖고 있다. 접속부재(91)는, 회전축(61)에 접속하고 중공부가 형성된 제1접속부(911)와, 맨드릴(41)의 후단부인 사각형의 생크(414)에 접속하고 사각형의 중공부가 형성된 제2접속부(912)를 갖는다. 피가압부(92)는, 접속부재(91)의 제2접속부(912)가 삽입되는 관통구멍(921)이 형성되어 있다.

제2접속부(912)에는, 볼(93)이 수용되는 관통구멍(913)이 형성되어 있다. 맨드릴(41)의 사각형의 생크(414)의 외면에는, 볼(93)의 일부가 삽입 가능한 오목부(415)가 형성되어 있다. 피가압부(92)의 관통구멍(921)의 내주면에는, 볼(93)의 일부가 삽입 가능한 오목부(922)가 형성되어 있다.

피가압부(92)는 탄성부재(彈性部材)(94)에 의하여 회전구동기(6)와 반대측으로 가압되고 있다. 탄성부재(94)에 있어서 피가압부(92)와 반대측 단부는, 리테이너(95)에 지지되어 있다. 즉 탄성부재(94)는 피가압부(92)와 리테이너(95) 사이에 수축되어 배치되어 있다. 리테이너(95)는, 제1접속부(911)의 후단에 형성된 볼록부(914)에 의하여 후방으로의 이동이 제한된다. 피가압부(92)는, 제2접속부(912)에 장착된 스냅링(snap ring)(915)에 의하여 전방으로의 이동이 제한된다.

피가압부(92)를 회전구동기(6)측으로 가압함으로써, 맨드릴(41)이 커플링(9)에 삽입 가능한 상태가 된다. 이는, 오목부(922)가 볼(93)에 면하는 위치로 이동하여 볼(93)이 지름방향의 외측으로 이동 가능하게 되기 때문이다. 한편, 맨드릴(41)이 커플링(9)에 삽입되어 볼(93)의 일부가 오목부(415)에 삽입된 상태에서 피가압부(92)로의 가압력을 해제함으로써 맨드릴(41)이 커플링(9)에 부착된다. 이는, 오목부(922)와 볼(93)의 축방향 위치가 어긋나서 볼(93)이 지름방향의 외측으로 이동할 수 없기 때문이다.

다음에, 본 실시형태의 자동확관장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 자동확관장치(1)의 동작은 제어장치(10)에 의하여 제어된다.

도7∼도9를 참조하여, 자동확관장치(1)를 사용하여 확관작업을 하는 자동확관방법(自動擴管方法)에 대하여 설명한다. 도7은 자동확관방법의 내용을 나타내는 플로우차트이다. 도8은 자동확관장치(1)의 확관작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다. 도9는 확관하는 상태를 나타내는 확대 단면도이다.

도7에 나타내는 바와 같이, 우선 로봇(2)이 확관장치(3)의 익스팬더(4)를 확관의 대상이 되는 튜브(T)의 끝면과 대향하는 위치로 이동시킨다(S1). 확관의 대상이 되는 튜브(T)의 위치는, 관판(TB)의 부착구멍(TBa)의 위치 데이터(설계 데이터)를 받아 들이거나, 관판(TB)의 부착구멍(TBa)의 화상을 받아 들여서 화상처리함으로써 특별히 지정할 수 있다.

계속하여 회전구동기(6)가 회전동작을 시작하고(S2), 클램프장치(7)가 언클램핑 상태(unclamping 狀態)가 된다(Ｓ3, 도8(a)를 참조). 또한 회전구동기(6)의 회전동작의 시작시기는, 후술하는 스텝(S8) 전이라면 적절하게 변경될 수 있다.

계속하여 이동장치(8)가 클램프장치(7)를 축방향 선단측으로 이동시킨다. 이 때에 이동장치(8)는, 클램프장치(7)의 접촉부(715)가 프레임부재(42)의 칼라전륜(453)에 접촉한 상태로 프레임부재(42)를 맨드릴(41)의 선단측으로 이동시킨다(S4, 도8(b)를 참조). 따라서 롤러(43)는, 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 소경측에 위치되고, 롤러(43)의 지름방향의 외측으로의 돌출량이 가장 작아진다. 즉 툴지름이 최소가 된다.

계속하여 클램프장치(7)가 프레임부재(42)의 칼라전륜(453)을 클램프한다(S5). 그리고 이동장치(8)에 의한 클램프장치(7)의 축방향 위치의 홀딩력(holding力)이 해제된다(S6). 구체적으로는, 이동장치(8)는 브레이크 해제상태, 즉 외력을 따라 움직이는 플로팅 상태(floating 狀態)가 된다.

계속하여 로봇(2)이 확관장치(3)의 익스팬더(4)를 튜브(Ｔ) 내에 삽입한다(S7, 도8(c)를 참조). 여기에서 프레임부재(42)의 칼라(45)의 칼라전륜(453)의 앞쪽 끝면이 튜브(T)의 끝면에 접촉한다.

그리고 로봇(2)이 회전구동기(6)에 의하여 정회전하게 되는 맨드릴(41)을 익스팬더(4)의 선단측으로 보낸다(S8, 도8(d)를 참조). 이에 따라 확관가공이 이루어진다.

도9에 나타내는 바와 같이 확관가공 중에, 칼라(45)의 칼라전륜(453)은 튜브(T)의 끝면에 접촉하여, 회전도 하지 않고 축방향의 위치이동도 하지 않는다. 그러나 맨드릴(41)이 회전구동되므로, 맨드릴(41)의 회전에 의하여 롤러(43)는 튜브(T)의 내주면 상을 자전하면서 프레임(44)과 함께 공전하지만, 축방향으로는 이동하지 않는다. 프레임(44)은, 롤러(43)의 자전에 의하여 자기의 중심축선 주위를 공전할 뿐이며, 축방향으로는 이동하지 않는다. 한편 맨드릴(41)의 중심축과 롤러(43)의 중심축이 소정각도(θ)만큼 경사져 있는 피드앵글(feed angle)이 형성되어 있기 때문에, 맨드릴(41)은 회전하게 되면 자연스럽게 축방향으로 보내지는 작용을 한다. 이 때문에 맨드릴(41)은, 회전하면서 롤러(43)의 피드앵글의 작용에 의하여 선단측으로 이동, 즉 자력추진된다. 이 맨드릴(41)의 전방이동에 의하여 롤러(43)와 맨드릴(41)의 접촉위치가 테이퍼부(411)의 큰 지름측으로 이동하기 때문에, 툴지름이 증대되어 튜브(T)는 확관가공을 받게 된다.

스텝(S8)에 있어서 익스팬더(4)가 자력추진하게 되는 축방향 외력(軸方向外力)을 받고 있는 사이에, 익스팬더(4)를 축방향 외력의 방향으로 이동시키도록 로봇(2)이 동작하게 된다. 이에 따라 로봇(2)에 의한 확관장치(3)의 지지위치가 익스팬더(4)의 맨드릴(41)의 축방향 움직임에 추종하게 된다.

이와 같이 익스팬더(4)는, 확관가공 시에 스스로 전진(자력추진)하는 방향으로 축방향 외력이 걸리고, 확관 후에 발출(拔出)할 때에도 스스로 발출(자력후퇴)하는 방향으로 축방향 외력이 걸린다. 이 축방향 외력과 로봇(2)의 동력이 서로 가압하지 않도록, 로봇(2)은 축방향 외력인 부하에 맞추어 로봇(2)에 구비되는 구동용 모터의 토크제어를 한다. 구체적으로는, 로봇(2)의 동작이 익스팬더(4)의 자력추진 및 자력후퇴에 추종하게 되도록, 모터 전류의 제어에 의하여 제한을 걸고, 로봇(2)에 외력이 인가되면 로봇(2)은 이 외력을 따라서 동작한다.

회전구동기(6)는, 미리 설정된 부하토크가 검출된 경우에 회전을 정지하고 역회전한다(S9). 부하토크는 회전구동기(6)에 흐르는 전류값에 의거하여 얻어진다.

그리고 로봇(2)은, 회전구동기(6)에 의하여 역회전하게 되는 맨드릴(41)을 익스팬더(4)의 기단측으로 보낸다(S10). 맨드릴(41)은, 역회전하면서 롤러(43)의 피드앵글의 작용에 의하여 기단측으로 이동, 즉 자력후퇴된다. 이 맨드릴(41)의 후방이동에 의하여 롤러(43)와 맨드릴(41)의 접촉위치가 테이퍼부(411)의 소경측으로 이동하기 때문에 툴지름이 감소한다.

스텝(S10)에 있어서 익스팬더(4)가 자력후퇴하게 되는 축방향 외력을 받고 있는 사이에, 익스팬더(4)를 축방향 외력의 방향으로 이동시키도록 로봇(2)이 동작된다. 이에 따라 로봇(2)에 의한 확관장치(3)의 지지위치가 익스팬더(4)의 맨드릴(41)의 축방향의 움직임에 추종하게 된다.

계속하여 로봇(2)이 확관장치(3)의 익스팬더(4)를 튜브(T)로부터 제거하고(S11, 도8(e)를 참조), 회전구동기(6)가 회전을 정지한다(S12).

다음에 도10∼도12를 참조하여, 자동확관장치(1)에 있어서의 익스팬더 교환방법(expander 交換方法)에 대하여 설명한다.

도10은 익스팬더 교환방법에 있어서의 익스팬더(4) 부착작업의 내용을 나타내는 플로우차트이다. 도11은 자동확관장치(1)의 익스팬더 부착작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다. 도12는 도11로부터 계속되는 자동확관장치(1)의 익스팬더 부착작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.

도10에 나타내는 바와 같이, 우선 클램프장치(7)가 언클램핑 상태가 된다(S11, 도11(a)를 참조).

계속하여 이동장치(8)가 클램프장치(7)를 회전구동기(6)측으로 이동시킴으로써, 커플링(9)의 피가압부(92)가 회전구동기(6)측으로 가압된다(S12, 도11(b)를 참조). 이에 따라 맨드릴(41)은, 커플링(9)에 삽입 가능한 상태가 된다(도4를 참조).

그리고 로봇(2)이, 확관장치(3)의 선단을 하방으로 향하게 하고, 커플링(9)이 툴 스토커(11)에 보관된 익스팬더(4)의 바로 위의 위치에 오도록 확관장치(3)를 이동시킨다(S13, 도11(c)를 참조).

계속하여 로봇(2)이 확관장치(3)를 하방으로 이동시킨다. 이에 따라 익스팬더(4)의 맨드릴(41)의 사각형의 생크(414)가, 커플링(9)의 제2접속부(912)에 형성된 사각형의 중공부에 삽입된다(S14, 도12(a)를 참조).

계속하여 이동장치(8)가 클램프장치(7)를 회전구동기(6)와 반대측으로 이동시킴으로써, 커플링(9)의 피가압부(92)로부터 클램프장치(7)가 분리되어 피가압부(92)로의 가압이 해제된다(S15, 도12(b)를 참조). 이에 따라 커플링(9)에 맨드릴(41)이 부착된다.

그리고 로봇(2)이 확관장치(3)를 상방으로 이동시킨다. 이에 따라 확관장치(3)에 부착된 익스팬더(4)가 툴 스토커(11)로부터 꺼내어진다(S16, 도12(c)를 참조).

도13은 익스팬더 교환방법에 있어서의 익스팬더(4) 제거작업의 내용을 나타내는 플로우차트이다. 도14는 자동확관장치(1)의 익스팬더 제거작업 시의 동작을 설명하기 위한 평면도이다.

도13에 나타내는 바와 같이 우선, 클램프장치(7)가 언클램핑 상태로 된다(S21, 도14(a)를 참조).

계속하여 이동장치(8)가 클램프장치(7)를 회전구동기(6)측으로 이동시킴으로써, 익스팬더(4)의 맨드릴(41)이 부착된 커플링(9)의 피가압부(92)가 회전구동기(6)측으로 가압된다(S22, 도14(b)를 참조). 이에 따라 맨드릴(41)은, 커플링(9)으로부터 발출 가능한 상태가 된다(도4를 참조).

계속하여 로봇(2)이, 확관장치(3)를 툴 스토커(11)에 설치된 익스팬더 보관용 구멍의 위치까지 이동시킨다(S23).

그리고 로봇(2)이 익스팬더(4)의 선단을 하방을 향함으로써, 익스팬더(4)가 자중에 의하여 낙하되어 커플링(9)으로부터 맨드릴(41)이 제거된다(S24, 도14(c)를 참조). 이에 따라 익스팬더(4)는, 툴 스토커(11)의 익스팬더 보관용 구멍에 삽입되어 결합된다.

또한 클램프장치(7)가 언클램핑 상태가 되고, 로봇(2)이 익스팬더(4)의 선단을 하방을 향한 후에, 피가압부(92)가 회전구동기(6)측으로 가압되어도 좋다. 이렇게 하면, 툴 스토커(11)의 익스팬더 보관용 구멍을 겨냥하여 익스팬더(4)를 용이하게 삽입시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 본 실시형태에 관한 자동확관장치(1)는, 확관장치(3)와, 확관장치(3)를 지지하여 이동시키는 로봇(2)을 구비하고 있다. 그리고 확관장치(3)는, 익스팬더(4)와, 익스팬더(4)의 맨드릴(41)을 회전구동하는 회전구동기(6)와, 익스팬더(4)의 프레임부재(42)를 클램프하는 클램프장치(7)와, 클램프장치(7)를 익스팬더(4)의 축방향으로 이동시키는 이동장치(8)를 갖고 있다.

이 구성에서는, 이동장치(8)에 의하여 프레임부재(42)를, 클램프장치(7)를 통하여 맨드릴(41)의 선단측으로 이동시킴으로써, 프레임부재(42)에 홀딩된 롤러(43)를 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 소경측으로 이동할 수 있다. 따라서 익스팬더(4)의 툴지름을 작게 할 수 있기 때문에, 익스팬더(4)를 튜브(Ｔ) 내에 삽입하는 것이 쉽게 된다. 이에 따라, 예를 들면 복수의 튜브(T)를 연속하여 자동으로 확관시키는 것도 가능하게 되어, 확관작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시형태에서 클램프장치(7)는, 익스팬더(4)의 축방향에 있어서 프레임부재(42)에 접촉하는 접촉부(715)를 갖는다. 이 구성에서는, 클램프장치(7)가 익스팬더(4)의 선단측으로 이동하면, 클램프장치(7)의 접촉부(715)가 프레임부재(42)에 접촉하여 프레임부재(42)를 맨드릴(41)의 선단측으로 이동할 수 있다. 또한 클램프장치(7)의 접촉부(715)가 프레임부재(42)에 접촉한 상태에서 클램프장치(7)와 프레임부재(42)를 익스팬더(4)의 축방향에 있어서 위치결정을 할 수 있다. 이에 따라 클램프장치(7)는 프레임부재(42)를 확실하게 클램프할 수 있다.

또한 본 실시형태에서 프레임부재(42)는, 롤러(43)를 홀딩하는 원통모양의 프레임(44)과, 프레임(44)의 외주면에 부착된 칼라(45)를 갖는다. 또한 칼라(45)는, 프레임(44)의 외주면에 고정된 칼라후륜(451)과, 칼라후륜(451)에 대하여 익스팬더(4)의 선단측에 볼 리테이너(452)를 사이에 두고 회전 가능하도록 배치되는 칼라전륜(453)을 갖는다. 그리고 클램프장치(7)는 프레임부재(42)의 칼라전륜(453)을 클램프한다. 이 구성에서는, 확관가공 중에 롤러(43)의 피드앵글의 작용에 의하여 익스팬더(4)가 자력추진될 때에, 클램프장치(7)에 의하여 클램프된 칼라전륜(453)이 확관의 대상인 튜브(T)의 끝면에 가압된다. 따라서 확관가공 중에 확관의 대상인 튜브(T)가 롤러(43)의 회전에 영향을 받아서 함께 회전하는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 실시형태는, 익스팬더(4)가 축방향 외력을 받고 있는 사이에, 로봇(2)에 의한 확관장치(3)의 지지위치를 익스팬더(4)의 축방향의 움직임에 추종시키는 제어를 하는 제어장치(10)를 구비하고 있다. 제어장치(10)는, 익스팬더(4)를 축방향 외력의 방향으로 이동시키도록 로봇(2)을 동작시킴으로써 추종시키는 제어를 한다. 이 구성에서는, 롤러(43)의 피드앵글의 작용에 의하여 익스팬더(4)가 자력추진, 자력후퇴하는 속도에 따라, 로봇(2)이 확관장치(3)의 지지위치에 자동으로 추종한다. 이에 따라 확관의 대상인 튜브(T)에 불필요한 힘을 주는 것을 회피할 수 있다. 이에 따라 확관작업의 품질의 향상이 도모된다.

또한 본 실시형태에서 제어장치(10)는, 이동장치(8)에 의한 클램프장치(7)의 축방향 위치의 홀딩력을 해제하는 제어를 한다. 홀딩력을 해제하는 제어는, 이동장치(8)에 의하여 클램프장치(7)가 맨드릴(41)의 선단측으로 이동하게 되거나 또한 클램프장치(7)에 의하여 프레임부재(42)가 클램프된 상태에 있어서 이루어진다. 이 구성에서 이동장치(8)는 외력를 따라 움직이는 플로팅 상태가 된다. 이에 따라 확관가공 중에, 롤러(43)의 피드앵글의 작용에 의하여 맨드릴(41)이 회전하면서 튜브(Ｔ) 내를 진행하여 갈 때에, 익스팬더(4)가 튜브(T)의 끝면에 가압된 상태를 유지할 수 있다.

또한 본 실시형태에서 클램프장치(7)는, 한 쌍의 클램퍼(71)와, 한 쌍의 에어척(72)을 갖고 있다. 한 쌍의 클램퍼(71)는, 익스팬더(4)의 프레임부재(42)를 지름방향의 양측으로부터 협지하여 클램프한다. 한 쌍의 에어척(72)은, 한 쌍의 클램퍼(71)를 익스팬더(4)의 프레임부재(42)에 대하여 각각 진퇴이동시킨다. 이 구성에서는, 공기압을 사용하여 프레임부재(42)를 확실하게 클램프할 수 있다.

또한 본 실시형태는, 회전구동기(6)의 회전축(61)과 맨드릴(41)을 접속시키는 커플링(9)을 구비하고 있다. 커플링(9)은, 탄성부재(94)에 의하여 회전구동기(6)와 반대측으로 가압되는 피가압부(92)를 갖고 있다. 커플링(9)은, 피가압부(92)를 회전구동기(6)측으로 가압함으로써 맨드릴(41)이 삽입될 수 있는 상태로 한다. 또한 커플링(9)은, 맨드릴(41)이 삽입된 상태에서 피가압부(92)로의 가압력을 해제함으로써 맨드릴(41)이 부착된다. 이 구성에서는, 예를 들면 이동장치(8)를 사용하여 피가압부(92)를 회전구동기(6)측으로 가압하거나 피가압부(92)로의 가압력을 해제할 수 있다. 따라서 익스팬더(4)를 자동적으로 교환하도록 구성할 수 있다. 익스팬더(4)는 소모 공구이며 정기적으로 교환이 필요하기 때문에, 익스팬더(4)를 자동적으로 교환할 수 있게 함으로써 장시간의 작업도 가능하게 되어, 확관작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명에 대하여 실시형태에 의거하여 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 기재한 구성에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 상기 실시형태에 기재한 구성을 적절하게 조합 내지 선택하는 것을 포함하며, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 적절하게 그 구성을 변경할 수 있다. 또한 상기 실시형태의 구성의 일부에 대하여 추가, 삭제, 치환을 할 수 있다.

예를 들면 상기한 실시형태에서는, 로봇(2)으로서 다관절 로봇이 사용되고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 직교좌표형 로봇 등의 각종 로봇이 사용되어도 좋다.

1 자동확관장치
2 로봇
3 확관장치
4 익스팬더
41 맨드릴
411 테이퍼부
42 프레임부재
43 롤러
44 프레임
45 칼라
451 칼라후륜
452 볼 리테이너
453 칼라전륜
6 회전구동기
61 회전축
7 클램프장치
71 클램퍼
72 에어척
715 접촉부
8 이동장치
9 커플링
92 피가압부
94 탄성부재
10 제어장치
T 튜브

Claims

튜브(tube)의 확관가공(擴管加工)을 하는 확관장치(擴管裝置)와,
상기 확관장치를 지지하여 이동시키는 로봇(robot)을
구비하는 자동확관장치(自動擴管裝置)로서,
상기 확관장치는,
선단측(先端側)이 소경(小徑)이 되는 테이퍼부(taper部)가 외주면에 형성된 맨드릴(mandrel), 상기 맨드릴에 슬라이드 가능하고 또한 회전 가능하도록 외부결합된 통모양(筒狀)의 프레임부재(frame部材) 및 상기 프레임부재에 회전 가능하도록 홀딩(holding)되고 상기 프레임부재의 축방향에 대하여 경사지게 배치된 복수의 롤러(roller)를 갖는 익스팬더(expander)와,
상기 익스팬더의 상기 맨드릴을 회전구동시키는 회전구동기(回轉驅動機)와,
상기 익스팬더의 상기 프레임부재를 클램프하는 클램프장치(clamp裝置)와,
상기 클램프장치를 상기 익스팬더의 축방향으로 이동시키는 이동장치(移動裝置)를
갖는 자동확관장치.
제1항에 있어서,
상기 클램프장치는, 상기 익스팬더의 축방향에 있어서 상기 프레임부재에 접촉하는 접촉부(接觸部)를 갖는 자동확관장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 프레임부재는, 상기 롤러를 홀딩하는 원통모양의 프레임(frame)과, 상기 프레임의 외주면에 부착된 칼라(collar)를 갖고,
상기 칼라는, 상기 프레임의 외주면에 고정된 칼라후륜(collar後輪)과, 상기 칼라후륜에 대하여 상기 익스팬더의 선단측에 볼 리테이너(ball retainer)를 사이에 두고 회전 가능하도록 배치되는 칼라전륜(collar前輪)을 갖고,
상기 클램프장치는, 상기 프레임부재의 상기 칼라전륜을 클램프하는
자동확관장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 익스팬더가 축방향 외력(軸方向外力)을 받고 있는 사이에, 상기 익스팬더를 상기 축방향 외력의 방향으로 이동시키도록 상기 로봇을 동작시킴으로써 상기 로봇에 의한 상기 확관장치의 지지위치를 상기 익스팬더의 축방향의 움직임에 추종시키는 제어를 하는 제어장치(制御裝置)를 구비하는 자동확관장치.
제4항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 이동장치에 의하여 상기 클램프장치가 상기 맨드릴의 선단측으로 이동하고, 또한 상기 클램프장치에 의하여 상기 프레임부재가 클램프된 상태에 있어서 상기 이동장치에 의한 상기 클램프장치의 축방향 위치의 홀딩력(holding力)을 해제하는 제어를 하는 자동확관장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 클램프장치는, 상기 익스팬더의 상기 프레임부재를 지름방향의 양측으로부터 협지하여 클램프하는 한 쌍의 클램퍼(clamper)와, 한 쌍의 상기 클램퍼를 상기 익스팬더의 상기 프레임부재에 대하여 각각 진퇴이동시키는 한 쌍의 에어척(air chuck)을 갖는 자동확관장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전구동기의 회전축과 상기 맨드릴를 접속시키는 커플링(coupling)을 구비하고,
상기 커플링은, 탄성부재(彈性部材)에 의하여 상기 회전구동기와 반대측으로 가압되는 피가압부(被加壓部)를 갖고, 상기 피가압부를 상기 회전구동기측으로 가압함으로써 상기 맨드릴이 삽입 가능한 상태가 되고, 상기 맨드릴이 삽입된 상태에서 상기 피가압부로의 가압력을 해제함으로써 상기 맨드릴이 부착되는
자동확관장치.
제1항의 자동확관장치를 사용하여 확관작업을 하는 자동확관방법(自動擴管方法)으로서,
상기 이동장치가 상기 프레임부재를 상기 맨드릴의 선단측으로 이동시키는 공정과,
상기 클램프장치가 상기 프레임부재를 클램프하는 공정과,
상기 로봇이 상기 익스팬더를 상기 튜브 내에 삽입하는 공정과,
상기 로봇이 상기 회전구동기에 의하여 정회전하게 되는 상기 맨드릴을 상기 익스팬더의 선단측으로 보내는 공정과,
상기 회전구동기는 미리 설정된 부하토크가 검출되면 회전을 정지하고 역회전하는 공정과,
상기 로봇이 상기 회전구동기에 의하여 역회전하게 되는 상기 맨드릴을 상기 익스팬더의 기단측(基端側)으로 보내는 공정과,
상기 회전구동기의 역회전에 의한 부하토크가 없어지면 상기 로봇이 상기 익스팬더를 상기 튜브로부터 제거하는 공정을
포함하는 자동확관방법.
제8항에 있어서,
상기 맨드릴을 상기 익스팬더의 선단측으로 보내는 공정 및 상기 맨드릴을 상기 익스팬더의 선단측으로 보내는 공정에 있어서 상기 익스팬더가 축방향 외력을 받고 있는 사이에, 상기 익스팬더를 상기 축방향 외력의 방향으로 이동시키도록 상기 로봇을 동작시킴으로써 상기 로봇에 의한 상기 확관장치의 지지위치가 상기 익스팬더의 축방향의 움직임에 추종하게 되는 자동확관방법.
제8항에 있어서,
상기 이동장치에 의하여 상기 클램프장치가 상기 맨드릴의 선단측으로 이동되고 또한 상기 클램프장치에 의하여 상기 프레임부재가 클램프된 상태에 있어서, 상기 이동장치에 의한 상기 프레임부재의 축방향 위치의 홀딩력을 해제하는 제어가 이루어지는 자동확관방법.
제7항의 자동확관장치에 있어서의 익스팬더 교환방법(expander 交換方法)으로서,
상기 클램프장치를 언클램핑 상태(unclamping 狀態)로 하는 공정과,
상기 이동장치가 상기 클램프장치를 상기 회전구동기측으로 이동시킴으로써 상기 커플링의 상기 피가압부를 상기 회전구동기측으로 가압하는 공정과,
상기 익스팬더의 상기 맨드릴을 상기 커플링에 삽입하는 공정과,
상기 이동장치가 상기 클램프장치를 상기 회전구동기와 반대측으로 이동시켜서 상기 피가압부로의 가압을 해제함으로써 상기 커플링에 상기 맨드릴을 부착하는 공정을
포함하는 익스팬더 교환방법.
제11항에 있어서,
상기 이동장치가 상기 클램프장치를 상기 회전구동기측으로 이동시킴으로써 상기 익스팬더의 상기 맨드릴이 부착된 상기 커플링의 상기 피가압부를 상기 회전구동기측으로 가압하는 공정과,
상기 로봇이 상기 익스팬더의 선단을 하방으로 향하게 하는 공정을
포함한 익스팬더 교환방법.