KR20220011566A - 자동 확관 장치 - Google Patents

Abstract

확관 작업의 효율을 향상시킬 수 있는 자동 확관 장치로서, 튜브의 확관 가공을 행하는 확관 장치를 지지해 이동시키는 로봇(2)을 구비하는 자동 확관 장치를 제공한다. 확관 장치는, 선단측이 소직경이 되는 테이퍼부(411)가 외주면에 형성된 맨드릴(41), 맨드릴(41)에 슬라이딩 가능하면서 회전 가능하도록 외측에 끼워진 통 형상의 프레임 부재에 회전 가능하게 지지되어 축 방향에 대해 경사지게 배치된 복수의 롤러를 갖는 익스팬더(4), 맨드릴(41)을 회전 구동하는 회전 구동기(6), 익스팬더(4)의 프레임 부재를 클램핑하는 클램프 장치(7), 클램프 장치(7)를 익스팬더(4)의 축 방향으로 이동시키는 이동 장치(8), 및 이동 장치(8)의 선단에 마련된 지지 부재(73)의 위치를 검출하는 위치 센서(200)를 구비한다.

Description

자동 확관 장치{AUTOMATIC TUBE EXPANDING DEVICE}

본 발명은 자동 확관 장치에 관한 것이다.

종래, 튜브의 확관(擴管) 가공을 행하는 확관 장치와, 확관 장치를 지지해 이동시키는 로봇을 구비하는 자동 확관 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).

확관 장치는, 예를 들면 열교환기를 구성하는 튜브와 이 튜브를 장착하는 관판(管板)의 접합을, 익스팬더(expander)에 의해 튜브의 외경을 넓혀 관판에 형성된 장착공의 내면에 압접 고정함으로써 실시한다.

특허 문헌 1에 기재된 자동 확관 장치에서, 확관 장치는 확관 대상인 튜브의 위치까지 로봇에 의해 이동하게 된다.

특허 문헌 1: 일본 실용신안공개 평7-31853호 공보

그러나, 튜브의 내경과 익스팬더의 외경 사이의 간극이 작다. 예를 들어, 작은 것에서는 0.2㎜ 정도 밖에 되지 않는다. 또한, 튜브 자체의 처짐, 툴의 휨, 튜브 단면의 상태에 의한 화상 처리 결과의 변동 등 정상적인 삽입을 방해하는 요인이 많아 삽입이 불가능하다는 문제가 발생한다. 또한, 삽입 실패에 의해 툴의 손상이 발생하는 것 외에도, 마모된 툴로 확관을 계속하면 품질 불량이 발생할 우려가 있다.

따라서, 익스팬더 삽입시 관판과의 충돌 및 튜브와 롤러의 걸림을 검지해 삽입 실패를 방지하기 위해, 개선이 더욱 요구되고 있다.

본 발명은 이들 문제를 감안해, 확관 작업의 효율을 향상시킬 수 있는 자동 확관 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 자동 확관 장치는, 튜브의 확관 가공을 행하는 확관 장치와, 확관 장치를 지지해 이동시키는 로봇과, 상기 확관 장치 및 상기 로봇을 제어하는 제어 장치를 구비하는 자동 확관 장치로서, 확관 장치는, 선단측이 소직경이 되는 테이퍼부가 외주면에 형성된 맨드릴(mandrel), 맨드릴의 외측에 슬라이딩 가능하면서 회전 가능하도록 삽입된 통 형상의 프레임 부재 및 프레임 부재에 회전 가능하게 지지되고 프레임 부재의 축 방향에 대해 경사지게 배치된 복수의 롤러를 갖는 익스팬더와, 익스팬더의 맨드릴을 회전 구동하는 회전 구동기와, 익스팬더의 프레임 부재를 클램핑하는 클램프 장치와, 클램프 장치를 익스팬더의 축 방향으로 이동시키는 이동 장치와, 이동 장치에서의 이동부의 위치를 검출하는 검출 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 확관 작업의 효율을 향상시킨 자동 확관 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 확관 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 자동 확관 장치의 주요부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 실시 형태에 따른 자동 확관 장치의 조작부를 나타내는 정면도이다.
도 4는 실시 형태에 따른 자동 확관 장치에서, 관판 혹은 튜브 단면과 익스팬더 선단이 충돌하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 5는 실시 형태에 따른 자동 확관 장치에서, 익스팬더와 튜브가 기울어짐으로써 발생하는 간섭의 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시 형태에 따른 자동 확관 장치에서, 튜브 단면과 롤러 단면이 간섭하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 7은 실시 형태에 따른 자동 확관 장치에 이용하는 자동 확관 방법에서, 사전 검사 공정의 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 8은 실시 형태에 따른 자동 확관 장치에 이용하는 자동 확관 방법에서, 도 7의 사전 검사 공정에 이어지는 확관 공정의 순서를 나타내는 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 확관 장치(1)에 대해, 도 1∼도 8을 적절히 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 자동 확관 장치(1)의 개략적인 측면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 자동 확관 장치(1)는 로봇(2), 확관 장치(3), 제어 장치(10) 및 적어도 하나의 익스팬더(4)를 보관하는 툴 스토커(tool stocker)(11)를 구비하고 있다. 본 실시 형태의 로봇(2)으로는 다관절 로봇이 사용되고 있다. 로봇(2)은 확관 장치(3)를 지지해 이동시킨다.

한편, 도 1에서는, 로봇(2)에 의해 확관 장치(3)가 이동해 확관 장치(3)의 위치 및 자세가 세가지로 변화된 상태를 동시에 나타내고 있다.

확관 장치(3)는 튜브(T)의 확관 가공을 실시한다. 확관 장치(3)는, 열교환기를 구성하는 튜브(T)와 이 튜브(T)를 장착하는 관판(TB)의 접합을, 익스팬더(4)에 의해 튜브(T)의 외경을 넓혀 관판(TB)에 형성된 장착공(TBa)의 내면에 압접 고정함으로써 행한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 확관 장치(3)는 로봇(2) 아암(21)의 선단부(21a)에 고정되어 있다. 확관 장치(3)에는 비전 센서(5)가 고정되어 있다.

확관 장치(3)는 익스팬더(4), 회전 구동기(6), 이동 장치(8) 및 커플링(9)을 구비한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 익스팬더(4)는 맨드릴(41), 통 형상의 프레임 부재(42) 및 복수의 롤러(43)를 갖고 있다. 맨드릴(41)에는, 선단측이 소직경이 되는 테이퍼부(411)가 외주면에 형성되어 있다. 프레임 부재(42)는 맨드릴(41)의 외측에 슬라이딩 가능하면서 회전 가능하도록 끼워져 있다. 복수의 롤러(43)는 프레임 부재(42)에 회전 가능하게 지지되고 있다.

맨드릴(41)은, 이 맨드릴(41)의 선단측(이하, '전방'이라고도 한다)에 위치하는 테이퍼부(411), 및 테이퍼부(411)의 기단측(이하, '후방'이라고도 한다)에 위치하는 원주 형상의 원주부(412)를 갖고 있다. 맨드릴(41)의 선단부에는 캡너트(413)가 나사 체결에 의해 고정되어 있다. 또한, 맨드릴(41)의 후단부에는 각형 섕크(shank, 미도시)가 마련되고, 커플링(9)을 개재해 회전 구동기(6)의 회전축과 접속되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 프레임 부재(42)는 롤러(43)를 지지하는 원통형 프레임(44), 및 프레임(44)의 외주면에 장착된 환상의 칼라(45)를 갖고 있다. 칼라(45)는, 프레임(44)의 외주면에 고정된 칼라 후륜(451), 및 칼라 후륜(451)에 대해서 앞쪽(익스팬더(4)의 선단측)에 볼 리테이너(450)를 개재해 회전 가능하게 배치되는 칼라 전륜(453)을 갖는다.

프레임(44) 중공부의 내경은 맨드릴(41) 원주부(412)의 외경보다 약간 크게 되어 있다. 맨드릴(41)은 원통형 프레임(44)의 중공부를 관통해 삽입되어 있다. 프레임(44)의 선단측에는, 예를 들면 120도 간격으로 균등하게 장홈인 롤러홈(421)이 둘레 방향으로 복수 개 형성되어 있다. 각 롤러홈(421)은 프레임(44)의 길이 방향에 대해 동일한 위치에 배치되어 있다. 롤러홈(421)에는 원뿔대 형상의 복수의 롤러(43)가 결합되어 지지되어 있다. 롤러(43)는 롤러홈(421)으로부터 프레임(44)의 직경 방향의 외측 및 내측으로 일부가 노출되어 있다.

롤러(43)는, 프레임(44)의 직경 방향 내측에서 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 외주면에, 그 길이 방향 중심축 주위로 회전하면서 그 측면이 접촉된다. 한편, 롤러(43)는 확관 가공시에 그 길이 방향 중심축 주위로 회전하면서, 프레임(44)의 직경 방향 외측에서 확관되는 튜브(T)의 내주면에, 맨드릴(41)과의 접촉부와는 대략 반대측 측면이 접촉한다.

롤러(43)는, 그 중심축이 프레임 부재(42)의 축 방향(맨드릴(41)의 축 방향과 동일)에 대해 소정 각도(θ)만큼 경사진 피드 앵글(feed angle)을 갖고 배치되어 있다. 롤러(43)는, 칼라(45)쪽 본체부에, 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 테이퍼와는 역방향이고 기울기가 절반인 테이퍼를 갖는 원뿔대 형상이다.

프레임(44)의 칼라(45)는, 외경을 더욱 작게 해 내주면에 암나사가 형성된 칼라 후륜(451), 볼 리테이너(450) 및 칼라 전륜(453)을 갖고 있다.

이 중, 칼라 후륜(451)의 암나사는 프레임 부재(42) 후부의 외주면에 형성된 수나사(452)에 결합되어 있다. 칼라 후륜(451)은 고정 너트(lock nut) 부재에 의해 프레임(44)에 고정되어 있다. 한편, 칼라 후륜(451)을 프레임(44)에 고정하는 방법은, 고정 너트 부재를 이용하는 방법 외에, 예를 들면 육각렌치 고정 나사(451a) 등을 이용한 방법이라도 된다.

또한, 칼라(45)는 칼라 후륜(451)의 전면에 볼 리테이너(450)를 배치한다. 볼 리테이너(450)의 전면에는 칼라 전륜(453)이 더 배치되어 있다. 그리고, 칼라(45)는, 칼라 후륜(451)과 칼라 전륜(453) 사이에 볼 리테이너(450)를 개재한 상태로, 링 부재 등을 이용해 일체가 되도록 고정되어 있다.

본 실시 형태의 회전 구동기(6)는, 익스팬더(4)의 맨드릴(41)을 커플링(9)(도 2 참조)을 개재해 회전 구동한다. 회전 구동기(6)로서, 여기에서는 서보모터(servomotor)가 사용되고 있다. 서보모터는 제어 장치(10)(도 1 참조)에 접속되어 회전수를 제어할 수 있다. 또한, 제어 장치(10)는, 회전 구동시에 생기는 구동 전류를 측정함으로써 회전 토크를 산출하고 디스프레이부(101, 도 3 참조)에 표시하여 모니터링할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제어 장치(10)는 로봇(2) 아암(21)의 구동 전류를 측정함으로써 부하 토크를 산출하고 모니터링할 수 있도록 구성되어 있다.

클램프 장치(7)(도 2 참조)는, 한 쌍의 클램퍼(clamper) 및 에어척(air chuck)을 갖고, 지지 부재(73)에 의해 지지되어 있다. 클램퍼는, 익스팬더(4)의 칼라(45) 중 칼라 전륜(453)(도 6 참조)을 클램핑 또는 개방한다. 클램퍼는, 익스팬더(4)를 클램핑해 지지 부재(73)에 장착한 상태로, 익스팬더(4)의 선단(4a)으로부터 지지 부재(73)까지의 치수를 소정 치수로 규제한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 이동 장치(8)는, 지지 부재(73)에 마련된 클램프 장치(7)를 익스팬더(4)의 축 방향을 따라 이동시킨다. 이동 장치(8)는, 회전 구동기(6)의 케이싱에 도시하지 않은 장착 부재를 개재해 고정되어 있다.

본 실시 형태의 이동 장치(8)로는 전동 실린더 장치가 사용되고 있다. 전동 실린더 장치는 제어 장치(10)에 접속되어, 익스팬더(4)를 축 방향을 따라 이동시키는 제어가 행해진다. 한편, 이동 장치(8)로서 전동 실린더 장치를 사용한 경우, 유체압 실린더와 비교해, 고정밀도로 자유로운 위치에 멈출 수 있다는 장점이 있다.

이동 장치(8)로는, 전동 실린더 장치에 한정되지 않고, 유체압을 이용하는 유체압 실린더 장치가 사용되어도 된다. 특히 정밀도를 요구하지 않는 경우는, 이동 장치(8)로서 유체압 실린더 장치를 사용할 수도 있다. 이에 따라 코스트를 억제할 수 있다. 이동 장치(8)는, 구동력을 발생시키는 본체부(81), 본체부(81)에 의해 진퇴 이동하는 상하 한 쌍의 로드(82)를 갖고 있다. 로드(82)의 선단은 이동부로서의 지지 부재(73)에 고정되어 있다.

또한, 지지 부재(73) 중 로드(82)의 선단이 고정되는 동일한 장착면에는, 위치 센서(200)로부터 연장된 검지 로드(200b)의 선단(200a)이 고정되어 있다.

여기에서, 구동원으로 전동 실린더의 서보모터를 사용하는 경우는, 위치 센서(200)로서 서보모터의 엔코더를 사용함으로써 위치 검출이 가능해진다. 또한, 구동원으로 범용 모터를 사용하는 경우는, 범용 위치 센서(200)를 사용할 수 있다. 또한, 구동원으로 유체압 실린더를 사용하는 경우는, 상기 범용 위치 센서와 같은 것이 사용된다. 범용 위치 센서(200)로는 레이저 센서, 자기 센서 등을 이용해도 된다.

검지 로드(200b)의 선단(200a)이 로드(82)의 선단을 고정하는 동일한 장착면에 고정됨으로써, 검지 로드(200b)의 선단(200a)으로부터 지지 부재(73)에 장착되어 있는 익스팬더(4)의 선단(4a)까지의 치수가 실질적으로 일정해진다. 이에 따라, 이동 장치(8)에 의한 지지 부재(73)의 스트로크량(L)은 선단(4a)의 스트로크량과 실질적으로 동일해진다.

따라서, 위치 센서(200)는, 검지 로드(200b)의 연장량에 의해, 선단(200a)으로부터 소정의 거리에 존재하는 익스팬더(4)의 선단(4a)의 위치 정보를 검지할 수 있다.

한편, 도 1에 나타내는 제어 장치(10)는, 기억 수단에 미리 기억된 프로그램을 CPU가 실행함으로써 자동 확관 장치(1)의 각부의 동작을 제어하는 컴퓨터이다.

제어 장치(10)에는 디스플레이부(101)가 마련되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 디스플레이부(101)는 유저와의 인터페이스가 되는 터치 패널(102)을 갖고 있다.

터치 패널(102)은 설정 토크 설정부(103), 스트로크 표시부(104), X, Y 좌표 표시부(105), NO.가 개별적으로 할당된 튜브별로 정보를 표시하는 X, Y 좌표부(106), 검출 토크 표시부(107), 검출 스트로크 표시부(108), 동작 상태를 나타내는 인디케이터(indicator) 표시 램프부(109) 및 조작 버튼부(110) 등을 갖고 있다.

한편, 본 실시 형태에서는, 디스플레이부(101)에 마련된 터치 패널(102)을 사용하는 것을 예로 들어 설명하고 있다. 그러나, 이것으로 특별히 한정하지 않고, 예를 들어 조작용 팬던트 등 다른 인터페이스 기기를 사용해도 된다.

이 중, 검출 토크 표시부(107)는 회전 구동시에 발생하는 회전 토크를 표시한다. 그리고, 개별적으로 할당된 튜브별로 X, Y 좌표부(106)에 의해, 검출된 회전 토크가 모니터링된다.

제어 장치(10)에는 위치 센서(200)가 접속되어 있다. 그리고, 이동 장치(8)에 의해 이동한 지지 부재(73)의 위치를 위치 센서(200)가 검출해, 제어 장치(10)에 위치 신호로서 송신한다.

검출 스트로크 표시부(108)는 위치 센서(200)에 의해 검출된 스트로크(L)를 표시한다. 그리고, 개별적으로 할당된 튜브별로 X, Y 좌표부(106)에 의해, 검출된 스트로크(L)가 모니터링된다.

제어 장치(10)에는 토크 변동 검출부(10a), 스트로크 위치 검출부(10b), 스트로크 변화 판정부(10c)가 마련되어 있다. 제어 장치(10)는, 로봇(2)에 의해 익스팬더(4)가 튜브(T) 내로 삽입되었을 때, 이동 장치(8)의 지지 부재(73)의 스트로크 위치를 위치 센서(200)에 의해 검출하는 것에 기초하여 이상 여부를 판정한다.

이와 같이 지지 부재(73)의 위치를 이용해, 익스팬더(4)가 튜브(T) 내에 삽입되었을 때 삽입 스트로크를 감시한다. 이에 따라, 확관 토크를 검출하는 타이밍을 정확하게 하여 이상 여부를 판정할 수 있다.

또한, 확경 공정으로 이행하기 전의 사전 검사 공정에서 이상 여부를 발견할 수 있다. 따라서, 확관 실패를 방지해 제품 수율을 향상시킬 수 있다.

토크 변동 검출부(10a)는, 확관 장치(3)에 구비한 익스팬더(4)의 선단(4a)이 관판(TB) 또는 튜브(T)의 단면(te)에 충돌하면(도 4 참조), 확관 장치(3)를 지지하는 로봇(2)의 토크 변동에 의해 충돌이 검출된다.

이와 같이, 토크 변동 검출부(10a)는, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 관판(TB) 또는 튜브(T)의 단면(te)에 충돌하면, 확관 장치(3)를 지지하는 로봇(2)의 토크 변동을 검출해 충돌 여부를 판정한다. 이에 따라, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 관판(TB) 또는 튜브(T)의 단면(te)에 충돌하는 스트로크에서 토크 변동을 판정함으로써 삽입 이상을 정확하게 판정할 수 있다.

스트로크 위치 검출부(10b)는, 익스팬더(4)를 삽입할 때, 롤러(43) 또는 프레임(44)이 튜브(T)에 걸린 것(도 5 참조)을, 이동 장치(8)의 지지 부재(73)의 스트로크 위치에 기초하여 검출해 이상 여부를 판정한다.

이에 따라, 스트로크 위치 검출부(10b)는, 도 1에 나타내는 스트로크(L) 도중이라도, 익스팬더(4)를 삽입할 때 걸린 위치가 롤러(43) 또는 프레임(44)이 튜브(T)에 걸렸을 경우에 미리 상정된 위치라면, 롤러(43) 또는 프레임(44)이 튜브에 걸린 삽입 이상이라고 정확하게 판정할 수 있다.

스트로크 변화 판정부(10c)는, 이동 장치(8)에 의한 익스팬더(4)의 확관에 필요로 하는 스트로크량의 변화를 위치 센서(200)에서 검출한 위치 변화에 기초해 판정한다.

익스팬더(4)는 사용에 의해 마모되면, 튜브(T)의 관직경에 비해 외형 치수가 감소한다. 이에 따라, 스트로크 변화 판정부(10c)는, 스트로크량의 변화가 커지면 익스팬더(4)의 수명이 다해가고 있다고 판정할 수 있다. 따라서, 규정 횟수로 익스팬더(4)를 교환하는 관리 방법에 비해, 정확하게 익스팬더(4)의 열화 관리를 행할 수 있어 내구성과 수명을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 자동 확관 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 자동 확관 장치(1)의 동작은 제어 장치(10)에 의해 제어된다.

우선, 도 7 및 도 8에 나타내는 플로우차트에 따라, 본 실시 형태에 따른 자동 확관 장치(1)를 이용하는 자동 확관 작업에 대해 설명한다. 자동 확관 작업에서는, 사전 검사 공정과 확관 공정이 연속으로 행해진다. 도 7은 자동 확관 작업 중, 확관 공정에 앞서 사전에 행해지는 사전 검사 공정의 순서를 나타내는 플로우차트이다. 또한, 도 8은 사전 검사 공정에 이어 행해지는 확관 공정의 순서를 나타내는 플로우차트이다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 우선, 자동 확관 작업을 시작하면, 스텝 S1에서는, 클램프 장치(7)가 에어척을 언클램핑(unclamping) 상태로 한다.

다음으로, 스텝 S2에서는 툴 직경을 최소(Min)로 한다. 이 때, 이동 장치(8)는, 클램프 장치(7)를 프레임 부재(42)의 칼라 전륜(453)에 맞댄 상태로, 프레임 부재(42)를 맨드릴(41)의 선단측으로 이동시킨다. 이에 따라, 롤러(43)는 맨드릴(41)의 테이퍼부(411)의 소직경측에 위치해, 각 롤러(43)의 직경 방향 바깥쪽으로의 돌출량이 가장 작아진다. 즉, 툴 직경이 최소가 된다.

스텝 S3에서, 클램프 장치(7)는 칼라 전륜(453)을 클램핑한다. 여기에서부터 이동 장치(8)의 전동 실린더 장치는 프리 상태가 된다.

즉, 클램프 장치(7)가 프레임 부재(42)의 칼라 전륜(453)을 클램핑하면, 이동 장치(8)에 의한 클램프 장치(7)의 축 방향 위치의 지지력이 해제된다. 이에 따라, 이동 장치(8)는 브레이크 해제 상태, 즉 외력에 따라 움직이는 플로팅 상태가 된다.

그리고, 이 때, 위치 센서(200)에 의해, 검출된 전동 실린더의 위치가 기억되고, 기억된 위치가 실린더의 원점이 된다. 또한, 클램프에 의해 익스팬더(4)의 스트로크와 지지 부재(73)의 스트로크(L)는 실질적으로 같아지게 된다. 이에 따라, 위치 센서(200)에 의해 검출된 전동 실린더의 위치를 이용해, 익스팬더(4) 선단의 위치가 정밀도 높게 측정 가능해진다.

또한, 플로팅 상태에서는, 칼라(45)가 튜브(T)나 관판(TB)에 의해 밀리면 실린더 위치와의 간격을 축소시킬 수 있다.

스텝 S4에서 로봇(2)을 기동한다.

스텝 S5에서 확관 장치(3)의 익스팬더(4)를 내보내, 확관 대상이 되는 튜브(T)의 단면(te)에 대향하는 위치로 이동시킨다. 확관 대상이 되는 튜브(T)의 위치는, 관판(TB)의 장착공(TBa)의 위치 데이터(설계 데이터)를 읽어들이거나, 관판(TB)의 장착공(TBa)의 화상을 비전 센서(5)로부터 읽어들여 화상 처리함으로써 특정할 수 있다.

스텝 S6에서는, 익스팬더(4)의 선단이 튜브(T)의 단면에 대향하는 위치까지 소정의 속도로 이송된다(빠른 이송 제어). 로봇(2)은 익스팬더(4)가 튜브(T) 단면 전방의 수 ㎜에 도달하면 감속을 개시한다. 비전 센서(5)로부터 읽어들인 화상은 제어 장치(10)에서 화상 처리된다. 이에 따라 확관 대상이 되는 튜브(T)의 위치, 관판(TB) 장착공(TBa)의 위치 데이터(설계 데이터) 등이 읽어들여진다.

스텝 S7에서는, 익스팬더(4)가 감속 상태를 유지하면서 튜브(T)의 내부에 삽입된다.

스텝 S8에서는, 로봇(2)을 구동하고 있는 구동 전류의 전류 변화로부터, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 튜브(T)의 내부에 삽입될 때 저항이 발생했는지 여부를 판정한다.

스텝 S8에서 로봇(2)이 저항을 검출하면(스텝 S8에서 "예"), 스텝 S10으로 처리가 진행되어 로봇(2)을 정지시킨다.

예를 들어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 튜브(T)의 단면(te)에 충돌하면, 삽입시에 로봇(2)이 저항을 검출한다. 이에 따라, 튜브(T)의 단면(te) 위치에서 구동 전류의 전류 변화를 검출하면, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 튜브(T)의 단면(te)에 충돌했다고 간주하고, 제어 장치(10)는 로봇(2)을 즉시 정지시킨다(스텝 S10 참조).

스텝 S8에서 저항이 검출되지 않으면(스텝 S8에서 "아니오"), 제어 장치(10)는 스텝 S9로 처리를 진행시킨다. 스텝 S9에서는, 롤러(43)의 단면을 튜브(T)의 단면(te)으로부터 1㎜, 튜브(T) 내부에 삽입하도록 로봇(2)을 동작시킨다.

본 실시 형태의 스텝 S9에서는, 예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같이, 롤러(43)의 단면과 튜브(T)의 단면이 걸리면 원점으로부터 실린더 위치까지의 거리가 1㎜ 줄어든다. 이에 따라, 이동 장치(8)는, 이 거리의 단축이 이동에 의해 위치 센서(200)에서 검출되면(스텝 S9에서 "예"), 스텝 S10으로 처리를 진행시켜 로봇(2)을 정지시킬 수 있다.

또한, 스텝 S9에서 거리의 단축이 검출되지 않으면(스텝 S10에서 "아니오"), 정상적으로 롤러(43)의 선단이 튜브 내에 삽입되어 있기 때문에, 스텝 S11로 처리를 진행시킨다.

스텝 S11에서는, 로봇(2)의 동작에 의해 프레임(44) 전체를 튜브(T) 내에 삽입되는 위치까지 이동시킨다.

스텝 S12에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이 튜브(T)와 프레임(44)이 간섭하고 있는지 여부가 판정된다.

이에 따라, 스텝 S13에서 이동 장치(8)에 의해 검출된 실린더 위치가 원점에 위치하고 있는지 여부가 판정된다. 실린더 위치가 원점에 위치하고 있지 않은 경우(스텝 S13에서 "아니오"), 삽입 이상이라고 판정하고, 스텝 S10으로 진행해 로봇(2)을 정지시킨다.

스텝 S13에서 실린더 위치가 원점에 위치하고 있는 경우(스텝 S13에서 "예"), 삽입 정상으로서 스텝 S14로 진행해 사전 검사 공정을 종료하고, 이후의 확관 공정(스텝 S20∼S32)으로 진행한다(스텝 S15).

도 8은, 도 7의 사전 검사 공정에 이어 행해지는 확관 공정의 순서를 나타내는 플로우차트이다.

스텝 S20에서 확관 공정을 개시하면, 스텝 S21에서 회전 구동기(6)가 회전 동작을 개시한다. 서보 드라이브를 정회전시켜, 로봇(2)이 맨드릴(41)을 이송한다.

스텝 S22에서 이송 방향에 부하가 가해지면 스텝 S23에서 확관을 개시한다.

스텝 S23에서는, 확관 가공중, 칼라(45)의 칼라 전륜(453)이 튜브(T)의 단면(te)에 접촉해, 회전도 축 방향의 위치 이동도 하지 않는다.

그러나, 맨드릴(41)은 회전 구동기(6)에 의해 회전 구동된다. 이에 따라, 맨드릴(41)의 회전에 의해, 롤러(43)는 튜브(T)의 내주면상을 자전하면서 프레임(44)과 함께 공전하지만 축 방향으로는 이동하지 않는다. 프레임(44)은 롤러(43)의 자전에 의해 자신의 중심축선 주위를 공전할 뿐으로, 축 방향으로는 이동하지 않는다.

한편, 맨드릴(41)의 중심축과 롤러(43)의 중심축에는 피드 앵글이 마련되어 있다.

이에 따라, 맨드릴(41)은 회전하게 되면 자연스럽게 축 방향으로 이송되도록 작용한다. 따라서, 맨드릴(41)은 회전하면서, 롤러(43)의 피드 앵글의 작용에 의해 선단측으로 이동, 즉 자기 추진한다. 맨드릴(41)의 전방 이동에 의해 롤러(43)의 맨드릴(41)과의 접촉 위치가 테이퍼부의 대직경측으로 이동한다. 따라서, 툴 직경이 증대해, 튜브(T)는 확관 가공을 받는다.

스텝 S24에서 익스팬더(4)는 자기 추진하고, 로봇(2)은 익스팬더(4)의 자기 추진 속도에 자동 추종한다. 익스팬더(4)가 자기 추진되는 축 방향 외력을 받고 있는 동안, 익스팬더(4)를 축 방향 외력의 방향으로 이동시키도록 로봇(2)이 동작하게 된다. 이에 따라, 로봇(2)에 의한 확관 장치(3)의 지지 위치가 익스팬더(4)의 맨드릴(41)의 축 방향의 움직임에 추종하게 된다.

스텝 S25에서 서보 드라이브가 설정한 토크를 검출하면 회전을 정지하고, 역회전을 개시한다.

스텝 S26에서는, 정상적인 위치까지 익스팬더(4)가 삽입되어 있는지 스트로크 판정을 행하기 위해, 위치 센서(200)에 의해 스트로크가 검출된다. 여기에서는, 실린더 위치가 원점으로부터 줄어들어 위치가 어긋나 있는지 여부를 감시한다. 예를 들어, 확관 튜브가 가늘 때 등 설정 토크가 미세해 검출이 불안정한 경우는, 토크가 아니라, 위치 센서(200)에서 검출되는 스트로크를 임계값으로서 이용한다. 이에 따라, 정확하게 익스팬더(4)의 튜브(T) 내로의 삽입 상태를 판정할 수 있다.

스텝 S27에서 토크 도달시의 스트로크가 소정 범위 내인지 여부가 확인된다. 이 때, 토크 도달시의 스트로크가 소정 범위에 포함되어 있는지 여부를 확인함으로써, 토크와 스트로크에 의한 더블체크를 실시할 수 있다.

스텝 S27에서 토크 도달을 나타내는 미리 설정된 설정 토크에서 스트로크가 소정 범위에서 벗어나 있으면(스텝 S27에서 "아니오"), 스텝 S25로 돌아가고, 설정 토크에서 스트로크가 소정 범위내이면(스텝 S27에서 "예"), 스텝 S28로 처리를 진행시킨다.

스텝 S28에서는, 스트로크가 소정량에 도달하면 회전을 정지하고, 역회전을 개시한다.

스텝 S29에서 익스팬더(4)는 역회전에 의해 자기 후퇴한다. 이 때문에, 로봇(2)은 익스팬더(4)의 역회전에 의한 자기 후퇴의 속도에 자동 추종해 후퇴한다.

스텝 S30에서 역회전에 의한 부하가 없어지면, 로봇(2)은 익스팬더(4)를 튜브(T)로부터 빼낸다.

스텝 S31에서 확관 공정 종료후의 후속 공정이 행해진다.

후속 공정에서는, 확관에 필요로 한 스트로크(L)의 추이가 체크된다.

예를 들어, 롤러(43) 혹은 맨드릴(41)이 마모되면, 동일한 확관 토크(확관경)를 얻는 데에 필요하게 되는 스트로크는 증가한다. 따라서, 위치 센서(200)에서 얻어지는 스트로크를 관리해, 임계값을 넘으면 수명이 다했다고 판단하고 새로운 익스팬더(4)로 교환한다. 이에 따라, 횟수에 의한 관리보다 확실하게 마모 상태의 판단을 행할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 익스팬더(4)는, 확관 가공시에 스스로 전진(자기 추진)하는 방향으로 축 방향 외력이 가해지고, 확관 후에 빼낼 때에도 스스로 빠져나오는(자기 후퇴) 방향으로 축 방향 외력이 가해진다. 이 축 방향 외력과 로봇(2)의 동력이 서로 밀지 않도록, 로봇(2)은 축 방향 외력인 부하에 맞추어, 로봇(2)에 구비되는 구동용 모터의 토크 제어를 행한다. 구체적으로는, 로봇(2)의 동작이 익스팬더(4)의 자기 추진 및 자기 후퇴에 추종하도록, 모터 전류의 제어에 의해 제한을 걸고, 로봇(2)에 외력이 인가되면 로봇(2)은 이 외력에 따라 동작한다.

한편, 스텝 S10에서 로봇(2)을 정지시킬 때, 혹은 회전 구동기(6)는, 미리 설정된 부하 토크가 검출된 경우 등에, 회전을 정지하고 역회전한다. 부하 토크는 회전 구동기(6)에 흐르는 전류치에 기초해 얻어진다.

그리고, 로봇(2)은 회전 구동기(6)에 의해 역회전하는 맨드릴(41)을 익스팬더(4)의 기단측으로 이송한다. 맨드릴(41)은 역회전하면서, 롤러(43)의 피드 앵글의 작용에 의해 기단측으로 이동, 즉 자기 후퇴한다. 이 맨드릴(41)의 후방 이동에 의해 롤러(43)의 맨드릴(41)과의 접촉 위치가 테이퍼부(411)의 소직경측으로 이동하므로, 툴 직경이 감소한다.

익스팬더(4)가 자기 후퇴하는 축 방향 외력을 받고 있는 동안, 익스팬더(4)를 축 방향 외력의 방향으로 이동시키도록 로봇(2)이 동작한다. 이에 따라, 로봇(2)에 의한 확관 장치(3)의 지지 위치가 익스팬더(4)의 맨드릴(41)의 축 방향 움직임에 추종하게 된다. 계속해서, 로봇(2)은 확관 장치(3)의 익스팬더(4)를 튜브(T)로부터 빼내고, 회전 구동기(6)에 의한 회전 구동을 정지시킨다.

전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 자동 확관 장치(1)에서는, 확관 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 자동 확관 장치(1)가 익스팬더(4)를 축 방향으로 이동시키는 이동 장치(8)에서의 지지 부재(73)의 위치를 검출하는 위치 센서(200)를 구비한다.

이에 따라, 익스팬더(4)의 프레임 부재(42) 혹은 롤러(43)가 튜브(T)에 걸려 정상적으로 삽입되지 않은 것을 익스팬더(4)의 축 방향 이동 또는 위치 변화에 의해 검출해, 이상을 판단할 수 있다. 따라서, 확관 실패를 방지해 확관 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 회전 구동기(6)에 의해 검지되는 확관 토크와는 별도로, 위치 센서(200)에 의해 삽입 스트로크를 감시함으로써, 확관 실패를 방지해 확관 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 위치 센서(200)에 의해 검출된 맨드릴(41)의 위치에 의해 확관 완료로 판단하는 스트로크 제어가 가능해졌다. 이 때문에, 치수 공차를 감소시킬 수 있다.

또한, 위치 센서(200)에 의해 검출된 지지 부재(73)의 위치 정보로부터 얻어지는 스트로크에 기초해, 로봇(2)에 의해 익스팬더(4)가 튜브(T)내에 삽입되었을 때, 이상을 판정할 수 있다.

이와 같이, 지지 부재(73)의 위치를 이용해, 익스팬더(4)가 튜브(T)내에 삽입되었을 때 삽입 스트로크를 감시한다. 이에 따라, 확관 토크를 검출하는 타이밍을 정확하게 하여 이상 여부를 판정할 수 있다.

또한, 확경 공정으로 이행하기 전의 사전 검사 공정에서 이상을 발견할 수 있다. 이 때문에, 확관 실패를 방지해 제품 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 제어 장치(10)는 토크 변동 검출부(10a)를 갖고 있다. 토크 변동 검출부(10a)는, 확관 장치(3)에 구비한 익스팬더(4)의 선단(4a)이 관판(TB) 또는 튜브(T)의 단면(te)에 충돌한 것을, 확관 장치(3)를 지지하는 로봇(2)의 토크 변동에 의해 검출해 이상을 판정한다.

즉, 위치 센서(200)는, 제어 장치(10)에 지지 부재(73)의 위치 정보를, 지지 부재(73)의 위치 정보로부터 얻어지는, 지지 부재(73)으로부터 설정된 거리에 존재하는 익스팬더(4)의 선단(4a)의 위치 정보로서 전송한다.

제어 장치(10)에 마련된 토크 변동 검출부(10a)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 선단(4a)이 관판(TB) 또는 튜브(T)의 단면(te)에 충돌한 것을, 확관 장치(3)를 지지하는 로봇(2)의 토크 변동에 의해 검출할 수 있다.

이와 같이, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 관판(TB) 또는 튜브(T)의 단면(te)에 충돌하면, 토크 변동 검출부(10a)는 확관 장치(3)를 지지하는 로봇(2)의 토크 변동에 의해 이상을 검출할 수 있다.

이 때문에, 토크 변동 검출부(10a)는, 익스팬더(4)의 선단(4a)이 튜브(T)내에 삽입되기 전에, 이대로 삽입 동작 및 확경 공정을 강행하면 삽입 이상을 일으킬 가능성이 높은 상태인 것을 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 제어 장치(10)는 스트로크 위치 검출부(10b)를 갖고 있다. 스트로크 위치 검출부(10b)는, 익스팬더(4)를 삽입할 때 롤러(43) 또는 프레임(44)이 튜브(T)에 걸린 것을, 위치 센서(200)가 지지 부재(73)의 위치를 검출한 것에 기초해 판정한다.

본 실시 형태에서는, 위치 센서(200)에 의한 지지 부재(73)의 위치의 검출에 의해, 지지 부재(73)로부터 설정된 거리에 존재하는 익스팬더(4) 선단(4a)의 위치 정보를 얻을 수 있다.

그리고, 익스팬더(4)를 삽입할 때 걸린 위치가 롤러(43) 또는 프레임 부재(42)가 튜브(T)에 걸렸을 경우에 미리 상정된 위치이면, 롤러(43) 또는 프레임 부재(42)가 튜브(T)에 걸린 삽입 이상이라고 정확하게 판정할 수 있다.

또한, 제어 장치(10)는 스트로크 변화 판정부(10c)를 갖는다. 스트로크 변화 판정부(10c)는, 이동 장치(8)에 의한 익스팬더(4)의 확관에 필요로 하는 스트로크량의 변화를 위치 센서(200)로 검출한다.

이 때문에, 스트로크 변화 판정부(10c)는, 스트로크량의 변화가 커지면 익스팬더(4)가 마모 등에 의해 수명이 다해가고 있다고 판정할 수 있다. 따라서, 정확하게 익스팬더의 열화 관리를 행할 수 있어, 내구성과 수명을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명에 대해 실시 형태에 기초해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 기재한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 상기 실시 형태에 기재한 구성을 적절히 조합 내지 선택하는 것을 포함해, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 그 구성을 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태의 구성의 일부에 대해 추가, 삭제, 치환을 실시할 수 있다.

예를 들면, 전술한 실시 형태에서는, 로봇(2)으로서 다관절 로봇이 사용되고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 직교좌표형 로봇 등의 각종 로봇이 사용되어도 된다.

또한, 실시 형태에서는, 이동 장치(8)로서 전동 실린더 장치를 사용하는 경우를 설명했지만, 이것으로 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 구동원에 서보모터로 이루어지는 전동 실린더 장치를 이용해 엔코더로 위치를 검출하도록 구성해도 된다.

또한, 이동 장치(8)의 구동원으로서 범용 모터를 사용하거나, 혹은 구동원으로서 유체압 실린더를 사용해도 된다. 이들 경우는, 레이저 센서 또는 자기 센서 등의 범용 위치 센서를 사용할 수 있기 때문에, 코스트의 상승을 더 억제할 수 있다.

1: 자동 확관 장치
2: 로봇
3: 확관 장치
4: 익스팬더
6: 회전 구동기
7: 클램프 장치
8: 이동 장치
41: 맨드릴
42: 프레임 부재
43: 롤러
73: 지지 부재(이동부)
200: 위치 센서(검출 장치)

Claims (5)

1. 튜브의 확관 가공을 행하는 확관 장치와,
   상기 확관 장치를 지지해 이동시키는 로봇과,
   상기 확관 장치 및 상기 로봇을 제어하는 제어 장치를 구비하는 자동 확관 장치로서,
   상기 확관 장치는,
   선단측이 소직경이 되는 테이퍼부가 외주면에 형성된 맨드릴, 상기 맨드릴의 외측에 슬라이딩 가능하면서 회전 가능하도록 끼워진 통 형상의 프레임 부재, 및 상기 프레임 부재에 회전 가능하게 지지되고 상기 프레임 부재의 축 방향에 대해 경사지게 배치된 복수의 롤러를 갖는 익스팬더와,
   상기 익스팬더의 상기 맨드릴을 회전 구동하는 회전 구동기와,
   상기 익스팬더의 상기 프레임 부재를 클램핑하는 클램프 장치와,
   상기 클램프 장치를 상기 익스팬더의 축 방향으로 이동시키는 이동 장치와,
   상기 이동 장치에서의 이동부의 위치를 검출하는 검출 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 자동 확관 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 로봇에 의해 상기 익스팬더가 상기 튜브내에 삽입될 때, 상기 이동부의 위치를 상기 검출 장치로 검출한 결과에 기초해 이상을 판정하는 것을 특징으로 하는, 자동 확관 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 확관 장치에 구비한 상기 익스팬더의 선단이 관판 또는 튜브 단면에 충돌한 것을, 상기 확관 장치를 지지하는 로봇의 토크 변동에 의해 검출해 이상을 판정하는 토크 변동 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동 확관 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 익스팬더를 삽입할 때 상기 롤러 또는 상기 프레임 부재가 상기 튜브에 걸린 것을, 상기 이동부의 위치의 검출에 기초해 검출하는 스트로크 위치 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동 확관 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 제어 장치는, 상기 이동 장치에 의한 상기 익스팬더의 확관에 필요로 하는 스트로크량의 변화를 상기 검출 장치로 검출하는 스트로크 변화 판정부를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동 확관 장치.

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