KR20220024288A - 연료전지 스택용 분리판 용접장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리판의 다공체 및 캐소드를 용접하는 분리판 용접부에서 용접된 분리판을 촬영장치를 통해 스캔하여 얻은 스캔데이터로부터, 상기 분리판의 용접 상태 및 상기 분리판을 형성하는 상기 다공체와 상기 캐소드 간의 정렬 상태를 검사하는 외관검사부를 포함하는, 연료전지 스택용 분리판 용접장치로서, 상기 외관검사부는, 상기 분리판 용접부에서 용접된 분리판이 이송되어 안착되는 분리판 안착부; 상기 분리판 안착부에 안착된 상기 분리판을 이송하기 위한 가이드 레일이 설치된 이송제어부; 및 상기 가이드레일을 따라 이송되는 이송지그로서, 상기 이송지그는 각각 투명부를 구비한 상부지그와 하부지그를 포함하고, 상기 투명부들 사이에 상기 분리판이 안착된 상태에서 상기 촬영장치에 의해 스캔되는 스캔구간을 따라 이송되는 이송지그를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 스택용 분리판 용접장치{WELDING APPARATUS OF SEPARATOR FOR FUEL CELL STACK}
본 발명은 연료전지 스택용 분리판 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공체와 캐소드를 용접을 통해 접합하여 분리판 제작의 자동화 및 대량 생산을 구현할 수 있는 연료전지 스택용 분리판 용접장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지용 분리판은 애노드 가스(Anode Gas), 캐소드 가스(Cathode Gas)와 냉각수를 분리하기 위해서 사용되며, 조합은 캐소드 바이폴러 플레이트(Cathode Bipolar plate, 이하, '캐소드'라 함)와 애노드 바이폴러 플레이트(Anode Bipolar plate, 이하, '애노드'라 함)와 다공체로 구성된다.
상기한 구성들의 조합시에 밀봉(Sealing)이 필요한 부위는 가스켓(Gasket)이나 용접기술이 적용이 되며, 여기에 사용되는 것이 주로 레이저 용접이다.
레이저 용접은 박판형 연료전지 분리판에 적용 시 타 용접보다 입열량이 적어 변형량을 최소화시킬 수 있다. 여기서 레이저 용접은 유체의 실링 목적으로 사용되며, 반응면적 부위의 레이저 용접은 밀착성을 향상시키고 내부 접촉저항을 저감시키는 효과를 지닌다.
그런데, 종래의 연료전지 스택용 분리판 용접장치는 다공체와 캐소드가 각각 독립된 부품으로 제공되므로 용접을 위한 정렬 지그에 정확하게 배열하는 것이 어려워 정밀한 정렬이 쉽지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2009-0016336호(2009.02.13)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 다공체와 캐소드로 이루어진 이종소재의 분리판 부품을 정 위치에 정렬한 상태에서 일련의 용접 공정을 보다 연속적으로 신속하고 용이하게 수행할 수 있는 연료전지 스택용 분리판 용접장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 분리판의 다공체 및 캐소드를 용접하는 분리판 용접부에서 용접된 분리판을 촬영장치를 통해 스캔하여 얻은 스캔데이터로부터, 상기 분리판의 용접 상태 및 상기 분리판을 형성하는 상기 다공체와 상기 캐소드 간의 정렬 상태를 검사하는 외관검사부를 포함하는, 연료전지 스택용 분리판 용접장치로서, 상기 외관검사부는, 상기 분리판 용접부에서 용접된 분리판이 이송되어 안착되는 분리판 안착부; 상기 분리판 안착부에 안착된 상기 분리판을 이송하기 위한 가이드 레일이 설치된 이송제어부; 및 상기 가이드레일을 따라 이송되는 이송지그로서, 상기 이송지그는 각각 투명부를 구비한 상부지그와 하부지그를 포함하고, 상기 투명부들 사이에 상기 분리판이 안착된 상태에서 상기 촬영장치에 의해 스캔되는 스캔구간을 따라 이송되는 이송지그를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 연료전지 스택용 분리판 용접장치는, 상기 다공체 및 상기 캐소드가 각각 적층된 로딩 카트리지로부터 상기 다공체 및 상기 캐소드가 취출되는 분리판 로딩부; 상기 분리판 로딩부로부터 상기 다공체 및 상기 캐소드를 흡착하여 이송하는 분리판 이송장치; 상기 분리판 이송장치에 의해 이송된 상기 분리판의 상기 다공체와 상기 캐소드를 정렬하는 분리판 정렬지그부; 상기 분리판 정렬지그부에서 정렬된 상기 다공체 및 상기 캐소드를 용접하는 분리판 용접부; 및 상기 외관검사부에서 검사 완료된 분리판 중, 정상 분리판과 불량 분리판을 구분하여 분리시키는 분리판 언로딩부를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치에 의하면, 이종소재의 분리판 부품을 정 위치에 정렬한 상태에서 일련의 용접 공정을 보다 연속적으로 신속하고 용이하게 수행함으로써, 스폿 용접을 위한 정렬도를 향상시킬 수 있다.
또한, 용접 공정 시, 용접팁의 용접 부위에 대한 접촉 불량을 방지하여 용접 불량을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 로딩부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 로딩부를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 이송장치를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 정렬지그부를 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 정렬지그부 및 분리판 용접부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 용접부를 나타내는 정면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 용접부를 나타내는 측면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 용접부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 스폿용접건의 팁 정렬상태 검사부의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 외관검사부를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사장치의 외관검사부의 촬영장치 및 조명장치의 제어신호 구조를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 촬영장치에 의해 촬영된 영상의 분리 및 결합상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 언로딩부를 나타내는 사시도이다.
도 15은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 언로딩부를 나타내는 측면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 스택용 용접장치는, 분리판 로딩부(100), 분리판 이송장치(200), 분리판 정렬지그부(300), 분리판 용접부(400), 외관검사부(500), 분리판 언로딩부(600)를 포함하며, 자동화된 일련의 공정을 따라 분리판이 분리판 로딩부(100)에서 분리판 언로딩부(600)까지 연속적으로 이송되면서 분리판의 다공체 및 캐소드의 스폿용접 상태 및 분리판의 정렬 상태를 검사하여 분리판의 불량을 검사하게 되는 것이다.
일반적으로, 분리판은 우수한 전기전도성 및 열전도성 등의 특성을 갖는 금속 분리판이 사용될 수 있다. 상기 분리판의 모재로는 스테인리스 스틸, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 니켈 합금 등에서 선택된 하나를 채택할 수 있다.
특히 금속 분리판은, 모재의 표면에 전이금속 또는 탄소재질의 코팅층이 형성되어 모재의 부족한 내식성 및 전기전도성이 보완될 수 있다. 특히 모재의 표면에 금, 백금, 루테늄 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함하는 나노파티클(nanoparticle)로 형성된 불연속 코팅층이 형성되고, 불연속 코팅층이 형성되지 않은 부분에 산화막이 형성되는 것이 내식성 및 전기전도성 측면에서 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 에 도시한 바와 같이, 상기 분리판 로딩부(100)는, 검사하고자 하는 분리판이 정해진 개수로 적재된 카트리지(이하, '로딩 카트리지'라 함)로부터 분리판을 용접 영역으로 이송시키기 위해 분리판(다공체와 캐소드)과 간지를 분리하기 위한 장치로서, 상기 다공체와 캐소드들이 각각 적층된 2개의 로딩 카트리지(11,12)가 컨베이어(710)를 따라 분리판 로딩부(100)의 프레임 내로 공급된다.
상기 로딩 카트리지(11,12)에는 각각 여러 장의 다공체와 캐소드를 적층 하여 보관하게 되는데, 다른 다공체와 캐소드가 서로 협착되지 않도록 하기 위하여 각각의 다공체와 캐소드 사이에 간지를 교대로 배치한 상태로 보관하게 된다.
한편, 분리판 로딩부(100)는 상층부(101)와 하층부(102)로 분리된 복수의 층구조를 갖는 프레임 구조체로서, 상기 하층부(102)에는 한 쌍의 로딩 카트리지(11,12)를 이송시키기 위한 한 쌍의 컨베이어(710)가 설치되며 상기 컨베이어(710)를 따라 이송된 로딩 카트리지(11,12)로부터 분리판의 다공체와 캐소드를 각각 1매씩 상층부로 이송시키기 위해 독립적으로 승강 동작을 수행하는 볼 스크류 등의 승강장치(110)가 설치된다. 상기 로딩 카트리지(11,12)는 승강장치(100)에 의해 분리판의 다공체와 캐소드가 직접적으로 상승 가능하도록 바닥면이 관통 형성되는 것은 당연하다.
또한, 상기 상층부(101)에는 상층부(101)를 따라 왕복 이동하면서, 승강장치(110)를 통해 상층부(101)의 로딩 영역으로 이송된 로딩 카트리지(11,12) 내의 분리판 위에 적층된 간지를 흡착하여 간지회수 카트리지(13,14)로 회수 가능한 간지 이송부(120)가 설치된다.
상기 간지 이송부(120)는 간지를 흡착하기 위한 흡착부(121)와, 상기 흡착부(121)를 지지하는 지지대(122)와, 상기 지지대(122)가 지지된 상태로 로딩 카트리지(11,12)와 간지회수 카트리지(13,14) 사이를 Y축방향으로 왕복 이송하는 이송체(123)를 포함한다.
상기 분리판 로딩부(100)의 하층부(102)에 설치된 컨베이어(710)는, 외부로부터 이송된 로딩 카트리지(11,12)를 프레임 내의 Y축 방향으로 직선 이동시켜 승강장치(110)의 베이스면에 로딩 카트리지(11,12)가 배치되도록 하고, 상기 분리판 이송장치(200)는 X축 방향을 따라 직선 왕복 이동하면서 로딩 카트리지(11,12) 내에서 다공체와 캐소드를 각각 흡착하여 분리판 정렬지그부(300)로 이송시킨다.
상기 승강장치(110)의 베이스면 외측에는 로딩 카트리지(11,12)가 승강장치(110)의 베이스면에 도달하여 정지할 경우 로딩 카트리지(11,12)를 감지하는 감지장치(미도시)와, 상기 로딩 카트리지(11,12)를 정위치에 정렬하는 정렬장치(미도시)가 설치된다.
상기 컨베이어(700)를 따라 로딩 카트리지(11,12)가 상기 승강장치(110)의 베이스면에 도달하게 되면 로딩 카트리지(11,12)를 감지하는 상기 감지장치에서 감지된 신호를 전송받은 제어수단(미도시)이 상기 승강장치(110)를 제어하게 되며, 상기 승강장치(110)는 모터 구동을 통해 로딩 카트리지(11,12) 내에 적층된 분리판의 다공체와 캐소드를 1매씩 상층부(101)로 승강 이동시키게 된다.
본 발명에서, 상기 승강장치(110)는 모터 구동을 통해 로딩 카트리지(11,12) 내의 다공체와 캐소드를 독립적으로 승강 이동시키는 것으로 기재되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 여기서 언급한 볼 스크류 이외의 액추에이터 등의 다양한 구동수단을 채택할 수 있다.
상기 승강장치(110)를 통해 하층부(102)에서 상층부(101)로 로딩 카트리지(11,12) 내에 적층된 분리판의 다공체와 캐소드를 각각 1매씩 상승 이동시키게 되면, 상기 승강장치(110) 상에 위치한 촬영장치로 이루어진 영상판별부(130)가 로딩 카트리지(11,12) 내부를 영상으로 스캔하여 스캔 데이터를 제어수단에 전송하면 제어수단은 분리판(다공체, 캐소드)과 간지를 판별하게 된다.
도 2 및 도 3의 영상판별부(130)에 의해 판별한 판별물이 분리판이 아닌 간지로 감지될 경우 제어수단은 간지 이송부(120)의 흡착부(121)에 간지를 흡착시켜 분리하도록 제어하게 된다. 반대로, 판별한 판별물이 간지가 아닌 분리판의 다공체와 캐소드로 각각 감지될 경우에는 제어수단은 분리판 이송장치(200)에 제어신호를 전송하게 된다.
상기 제어수단으로부터 제어신호를 전송받은 분리판 이송장치(200)는 로딩 카트리지(11,12) 내에 적층되어 있는 각각의 다공체와 캐소드를 분리판 정렬지그부(300)로 이송시키게 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 분리판 이송장치(200)는 상기 분리판 로딩부(100)의 승강장치(110)의 베이스면에 배치된 로딩 카트리지(11,12) 내에 보관된 각각의 다공체와 캐소드를 동시에 흡착하여 Z축 방향 및 X축 방향으로 이동시키게 된다. 이때, 상기 분리판 이송장치(200)에는 다공체와 캐소드를 흡착하기 위한 복수의 흡착부(210)가 구비된다.
상기 분리판 이송장치(200)는 각각 분리판 로딩부(100)의 로딩 카트리지(11,12)와 분리판 정렬지그부(300) 사이를 교대로 왕복 이동하면서 흡착부(210)에 의해 로딩 카트리지(11,12)에 위치하는 각각의 다공체와 캐소드를 하나의 분리판 정렬지그부(300)에 이송하게 된다.
여기서, 상기 로딩 카트리지(11,12)는 분리판 로딩부(100)로 진입한 상태에서 분리판 이송장치(200)에 의해 다공체와 캐소드가 선택적으로 취출되는 카트리지로서, 상기 로딩 카트리지(11,12)에 각각 적층되어 있는 다공체와 캐소드는 용접 공정으로 공급되기에 앞서 다공체와 캐소드가 정렬되어 결합 상태를 유지하도록 하는 분리판 정렬지그부(300)로 투입된다.
한편, 상기 간지회수 카트리지(13,14)는 상기 로딩 카트리지(11,12)에 적층된 간지를 상기 간지 이송부(120)를 통해 회수하여 보관하기 위한 카트리지이다.
상기 분리판 이송장치(200)의 가이드 레일(220)이 Z축방향으로 승강 이동 가능하도록 승강 이송부(230)가 구비된다. 예컨대, 상기 흡착부(210)가 가이드 레일(220)을 따라 분리판 로딩부(100)로 이동하여, 가이드 레일(220)의 높이보다 낮은 위치에 자리한 분리판의 다공체와 캐소드를 각각 흡착할 수 있도록 승강 이송부(230)는 가이드 레일(220)을 Z축방향으로 승강 이동시킨다. 즉, 가이드 레일(220)에는 흡착부(210)가 동시에 X축방향으로 직선 이동이 가능한 동시에 승강 이송부(230)의 수직가이드(231)를 따라 Z축방향으로 승강 가능하게 되는 것이다. 여기서, 가이드 레일(220)은 LM 가이드일 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 분리판 정렬지그부(300)는 상기 분리판 로딩부(100)와 분리판 용접부(400) 사이에 설치되어 분리판 이송장치(200)에 의해 이송된 상기 다공체와 캐소드가 차례대로 적층된다. 상기 다공체와 캐소드가 가이드 레일(220)의 X축방향의 이송 동작이 정지된 상태에서 승강 이송부(230)에 의해 Z축방향으로 승강 이동한 상태에서 상기 분리판 정렬지그부(300)는 각각 다공체와 캐소드를 흡착한 분리판 이송장치(200)의 흡착부(210) 사이를 왕복 이동하면서 각각의 다공체와 캐소드가 차례로 적층되도록 한다.
상기 분리판 정렬지그부(300)는 지그 하판(310), 지그 상판(320), 및 정렬부(330)를 포함한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 지그 하판(310)에는 다공체를 안착하기 위한 다공체 안착홈(311)이 구비된다. 상기 다공체 안착홈(311)은 지그 하판(310)의 중앙에 다공체를 안착하기 위한 오목한 홈의 형상으로 마련된다.
상기 다공체 안착홈(311)은 다공체와 실질적으로 동일한 면적을 가질 수 있으며, 그 두께는 다공체와 동일하거나, 또는 다공체의 두께보다 낮은 높이로 설계될 수 있다. 이에 따라, 다공체는 다공체 안착홈 내에 안정적으로 적층될 수 있다. 특히 다공체는 분리판의 채널 영역과 대응되는 면적을 갖는 것이 바람직하다.
이러한 분리판 정렬지그부(300)는 금속 재질이 이용될 수 있으며, 금속 재질 중에서도 SUS 재질을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지그 하판(310)은 상기 다공체 안착홈(311)과 단차지게 형성된 캐소드 안착부(312)가 형성된다. 상기 캐소드 안착부(312)는 상기 다공체 안착홈(311)보다 넓은 면적으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 지그 하판(310)의 외측에는 후술하는 제1정렬부재(331)가 진입 또는 진출하면서 다공체를 정렬할 수 있도록 복수의 다공체 정렬홈(313)이 형성된다.
또한, 상기 지그 하판(310)의 전후방향에는 후술하는 제3정렬부재(333)가 관통 삽입되어 전후방향으로 캐소드를 정렬시킬 수 있도록 하는 캐소드 정렬홀(314)이 형성되어 있다.
상기 정렬부(330)는 상기 다공체를 정렬하기 위한 제1정렬부재(331)와, 캐소드를 정렬하기 위한 제2정렬부재(332) 및 제3정렬부재(미도시)로 이루어진다.
상기 제1정렬부재(331)는 지그 하판(310)의 길이방향에 대해 경사진 방향으로 형성된 다공체 정렬홈(313)을 진입 또는 진출하면서 다공체의 측면을 가압하여 다공체를 다공체 안착홈(311)에 정렬된 상태로 삽입시키게 된다. 상기 제1정렬부재(331)의 단부는 지그 하판(310)의 측면에 대해 평행하게 형성된다.
또한, 상기 제2정렬부재(332)는 지그 하판(310)에 대해 교차하는 방향으로 진입 또는 진출하면서 캐소드의 측면을 가압하여 지그 하판(310) 위에 캐소드의 측면이 정렬될 수 있도록 한다.
상기 제3정렬부재는 상기 분리판 이송장치(200)의 전후방향에 설치되어 지그 하판(310)의 캐소드 정렬홀(314)에 수직으로 삽입되어 캐소드의 선단부와 후단부를 가압하여 지그 하판(310) 위에 적층되는 캐소드의 전후면이 정렬될 수 있도록 한다.
상기 지그 상판(320)은 지그 하판(310)에 대해 힌지(321)를 통해 회전 가능하게 형성되어 지그 하판(310) 위에 밀착하여 양호한 접촉을 보장할 수 있도록 형성된다.
상기 지그 상판(320)은 정렬부(330)나 분리판 용접부(400)에 의해 간섭되지 않도록 전후면과 측면에 복수의 절개부(322~324)가 형성된다. 상기 절개부(322~324)는 상기 다공체 정렬홈(313)과 캐소드 정렬홀(314)에 대응하는 부분과, 분리판 용접부(400)의 스폿 용접 부위에 해당한다.
상기 분리판 정렬지그부(300)는 지그 하판(310) 및 지그 상판(320)이 다공체 및 캐소드의 정렬시에는 상호 이격되어 분리된 상태를 유지하게 되고, 다공체 및 캐소드의 정렬이 완료된 후에는 지그 상판(320)이 지그 하판(310) 방향으로 힌지(321)에 의해 회전하는 것에 의해 상호 밀착 가능하게 된다.
상기 지그 하판(310) 및 지그 상판(320) 간의 밀착이 이루어진 후에는, 지그 하판(310) 및 지그 상판(320) 간의 밀착에 의해 일정한 압력으로 압착되는 다공체 및 캐소드에 대하여 스폿 용접을 실시하게 된다.
구체적으로, 지그 하판(310)의 다공체 안착홈(311) 내에 다공체를 삽입시켜 정렬한 후, 다공체 상에 캐소드를 적층하고 나서 스폿 용접을 실시하게 되는 것이다. 본 발명의 실시예에서는, 다공체와 캐소드를 정렬한 후 스폿 용접하는 공정으로서, 캐소드 상에 애노드를 적층한 후 스폿 용접하는 공정은 본 공정에서는 실시되지 않으며, 후 공정에서 실시할 수 있다.
전술한 발명에서, 상기 분리판 정렬지그부(300)는 다공체 안착홈(311) 내에 다공체를 삽입하고 캐소드를 적층시킨 후, 복수의 정렬부(330)를 이용하여 다공체와 캐소드를 지그 하판(310)의 정위치에 정렬시킨 상태에서, 지그 하판(310)에 대한 지그 상판(320)을 밀착시키는 것에 의해 스폿 용접을 위한 정렬도를 만족시킬 수 있게 된다.
이와 같이 지그 하판(310)과 지그 상판(320) 사이에 다공체와 캐소드가 정렬된 상태인 분리판 정렬지그부(300)에 대해 스폿 용접을 실시하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 정렬지그부 및 분리판 용접부(400)를 나타내는 사시도로서, 상기 분리판 정렬지그부(300)는 분리판 용접부(400)로 이송된다. 상기 분리판 정렬지그부(300)를 분리판 용접부(400)까지 이송하는 분리판 이송부(350)는 가이드 레일(351)을 따라 분리판 정렬지그부(300)를 Y축방향으로 이송하게 되는데, 상기 가이드 레일(351)은 분리판 정렬지그부(300)를 정밀하게 이동시킬 수 있는 LM 가이드일 수 있다.
상기 분리판 용접부(400)의 용접팁(411,421)에 분리판의 용접 부위가 일치하게 되면 분리판 이송부(350)의 이송이 정지되어 상기 용접팁(411,421)과 용접 부위가 정렬 상태가 된다.
상기 분리판 용접부(400)는 상부 및 하부에 서로 마주보도록 형성된 상부 용접프레임(410)과 하부 용접프레임(420)을 포함한다.
상기 상,하부 용접프레임(410,420)에는 복수의 용접팁(411,421)이 구비되는바, 상,하부의 용접팁(411,421)은 중심축선이 각각 일치되어 정확한 정렬 상태가 되어, 서로 접촉 가능한 방향으로 이동하게 된다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 상,하부 용접프레임(410,420)에는 고정프레임(412,422)과, 용접팁(411,421)을 지지하는 상,하부 홀더(413,423)와, 상기 상,하부 홀더(413,423)를 지지하는 지지대(414,424)와, 상기 고정프레임(412,422)과 상,하부 홀더(413,423) 사이에 설치되어 용접팁(411,421)이 분리판의 용접 부위에 탄성적으로 밀착되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재(415,425)를 포함한다.
상기 상,하부 용접프레임(410,420)은 서로 대향하는 방향으로 왕복 이동하게 되는데, 서로 근접하여 분리판의 용접 부위에 밀착하게 되면 이를 감지하는 센서 신호에 의해 스폿 용접을 실시하도록 제어수단(미도시)이 제어하게 된다.
상기 제어수단의 제어 신호에 의해 상,하부 용접프레임(410,420) 중, 상기 상부 용접프레임(410)은 하강하고, 상기 하부 용접프레임(420)은 상승하여 분리판의 용접 부위에 밀착하게 될 경우, 스폿 용접을 실시하게 된다. 이때, 상기 상,하부 용접프레임(410,420)에 설치된 복수의 용접팁(411,421)에 의해 한 번에 용접 부위를 모두 용접하게 되므로 용접 공정이 단순화된다.
상기 복수의 용접팁(411,421)을 이용하여 용접 부위를 한 번에 모두 용접하기 위해서는 상기 용접팁(411,421) 전체가 용접 부위에 동시에 밀착하여야 하는데 용접팁(411,421) 중 하나라도 용접 부위와 간극이 발생하게 되면 용접을 실시할 수 없게 된다.
이와 같이 용접 부위와 용접팁(411,421) 간의 간극 발생을 방지하기 위해, 상기 고정프레임(412,422)과 상기 상,하부 홀더(413,423) 사이에는 가이드봉(425a)이 관통하여 고정 설치되며 상기 가이드봉(425a)에는 압축스프링(425b)이 삽입된다.
따라서, 상기 상,하부 용접프레임(410,420)이 서로 대향하는 방향으로 이동하여 용접팁(411,421)이 분리판의 용접 부위에 맞닿아 접촉하게 되면, 지지대(414,424)와 함께 상,하부 홀더(413,423)가 탄성부재(415,425)의 탄성 압축력에 의해 용접팁(411,421)의 이동방향이 반대방향으로 탄성적으로 이동하게 되는데, 제어수단은 용접팁(411,421)이 분리판의 용접 부위에 접촉한 것으로 판단하여 스폿 용접을 실시하도록 제어하게 된다.
결국, 상,하부 용접프레임(410,420)의 용접팁(411,421)이 서로 대향하는 방향으로 연속적으로 이동하여 분리판의 용접 부위에 접촉하게 될 경우, 고정프레임(412,422)과 상,하부 홀더(413,423) 사이에 설치된 탄성부재(415,425)에 의해 전체 용접팁(411,421)이 분리판의 용접 부위에 탄성적으로 접촉하게 되므로 모든 용접 부위를 한 번에 모두 용접 가능하게 된다.
이와 같이 분리판 용접부(400)의 상,하부 용접프레임(410,420)에 구비된 용접팁(411,421)을 이용하여 분리판 이송부(350)에 의해 이송된 분리판의 복수의 용접 부위를 한 번에 모두 용접할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 외관검사부를 나타내는 단면도로서, 용접이 완료된 분리판은 이송부에 의해 분리판 정렬지그부(300)로 복귀하고, 분리판 이송장치(200)에 의해 외관검사부(500)로 이송된다.
상기 외관검사부(500)는 상부에 촬영장치(511,512)와 조명장치(520)가 구비되어, 분리판(s)의 영상을 촬영하고, 그 촬영 영상을 스캔하여 그 스캔 이미지데이터를 제어수단에 전송하게 되면, 상기 제어수단은 스캔 이미지데이터로부터 분리판(s)의 외관상태를 검사하게 된다.
상기 외관검사부(500)는 미리 데이터 저장부(미도시)로 전달하여 저장되는 상기 촬영 영상에 의한 스캔 이미지데이터와 이미 설정된 이미지데이터를 비교하되, 스캔 이미지데이터의 음영을 판단하여 가스켓을 포함한 분리판(s)의 외관 상태를 검출하여 불량 여부를 판단한다.
도 12는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 검사장치의 외관검사부의 촬영장치 및 조명장치의 제어신호 구조를 나타내는 도면이며, 도 13은 도 12의 촬영장치에 의해 촬영된 영상의 분리 및 결합상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 외관검사부(500)의 촬영장치(511,512)에 대한 이미지획득 구간과 조명장치의 작동 구간을 나타내는 것으로서, 촬영장치(511,512)는 분리판(s)의 외관을 검사하는 시간 동안 연속적으로 촬영을 실시하고, 촬영장치(511,512)의 트리거 신호를 조명장치(520)로 출력하되, 조명장치(520)는 온/오프 동작을 반복적으로 수행하면서 촬영장치(511,512)의 촬영 영상에 의한 스캔 이미지데이터를 영역별로 분리하게 된다. 조명장치(520)의 온/오프 신호는 교번적으로 반복 진행되는데, 트리거 동작이 이루어지는 일정 시간 동안 딜레이(trigger delay)가 발생하게 된다.
도 13은 촬영장치(511,512)에서 촬영된 스캔 이미지데이터를 영역별로 분리하며, 검사하고자 하는 가스켓과 분리판의 스캔 이미지데이터를 하나로 결합한 상태에서 불량 여부를 판단하게 된다.
이때, 분리판(s) 위에서 수직으로 영상을 촬영하는 촬영장치(511)는 평면 상에서 노출되는 영상의 음영을 통해 기 설정된 이미지데이터와 비교함으로써, 구체적으로 불량 여부를 판정할 수 있으며, 경사진 방향에서 영상을 촬영하는 촬영장치(512)는 수직면 상태에서 노출되는 영상의 음영을 통해 기 설정된 이미지데이터와 비교함으로써, 구체적으로 불량 여부를 판정할 수 있게 된다.
상기 외관검사부(500)는 분리판 이송장치(200)에 의해 분리판(s)이 이송되어 안착되는 제1분리판 안착부(530)와, 상기 제1분리판 안착부(530)에 안착된 분리판이 이송제어부(미도시)의 가이드 레일을 따라 이송되는 이송지그(540)를 포함한다.
상기 이송지그(540)는 중앙에 투명한 글라스가 설치되는 투명부(미도시)를 구비한 상부지그(541)와 하부지그(542)로 이루어져 상기 상,하부지그(541,542)의 투명부 사이에 분리판이 안착된 상태에서 상기 촬영장치(511,512)에 의해 스캔되는 스캔 구간을 정밀 이송하게 된다.
상기 이송지그(540)의 상부지그(541)는 상기 하부지그(542) 상에서 모터 구동에 의해 Z축방향으로 승강 이동하면서 대응하는 하부지그(542)에 프레스 압력을 부여하여 분리판을 고정하게 된다.
상기 분리판이 안착된 상태의 이송지그(540)가 스캔 구간을 따라 이송하게 되면서 촬영장치(510)에 의한 촬영이 완료되면, 이송지그(540)는 분리판을 처음 위치인 제1분리판 안착부(530)로 이송시킨다.
상기 제1분리판 안착부(530)로 이송된 분리판은 분리판 이송장치(200)에 의해 분리판 언로딩부(600)로 이송된다.
도 14는 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 언로딩부(600)를 나타내는 사시도이고, 도 15은 본 발명에 따른 연료전지 스택용 분리판 용접장치의 분리판 언로딩부를 나타내는 측면도로서, 분리판이 분리판 이송장치(200)에 의해 분리판 언로딩부(600)의 제2분리판 안착부(610)에 안착된다.
상기 분리판 언로딩부(600)는 분리판의 용접 상태 및 정렬 상태에 대한 검사 공정이 완료된 분리판 중 정상 분리판과 불량 분리판을 선택하여 배출시키되, 상기 정상 분리판은 언로딩 카트리지(15)에 적층시키고, 상기 불량 분리판은 별도의 취출 카트리지(16)로 수집하여 처리하게 된다.
상기 제2분리판 안착부(610)의 측부에는 상기 외관검사부(500)에서 문제가 발생한 불량 분리판을 별도로 처리하게 되는 취출 카트리지(16)가 구비된다.
상기 제2분리판 안착부(610)에 안착되는 정상 분리판 또는 불량 분리판을 언로딩 카트리지(15)와 취출 카트리지(16)로 이송시키기 위해 분리판 언로딩부(600)의 상면 위에서 분리판을 X,Y축방향으로 이송 가능한 이송장치(620)가 구비된다.
상기 이송장치(520)는 분리판 또는 간지를 흡착하기 위한 흡착부(621)와, 상기 흡착부(621)를 지지하는 지지대(622)와, 상기 지지대(622)가 지지된 상태로 언로딩 카트리지(15), 취출 카트리지(16) 및 간지공급 카트리지(17) 사이를 X축방향으로 왕복 이송하도록 하는 가이드이송부(623)를 포함한다.
이와 같은 이송장치(620)는 전체적으로 Y축방향으로 가이드 레일(미도시)을 따라 왕복 이송이 가능하도록 설치된다.
따라서, 상기 이송장치(620)는 흡착부(621)를 이용하여 정상 분리판을 흡착한 상태에서 언로딩 카트리지(15)에 분리판을 적층하게 된다.
상기 언로딩 카트리지(15)의 측부에는 상기 언로딩 카트리지(15)에 적층된 분리판들 사이에 간지를 공급하기 위한 간지공급 카트리지(17)가 구비된다. 따라서, 상기 이송장치(620)는 정상 분리판을 제2분리판 안착부(610)에서 언로딩 카트리지(15)에 적층한 상태에서, 일측의 간지공급 카트리지로(17)부터 간지를 흡착하여 언로딩 카트리지(15)에 적층되는 분리판들 사이에 간지를 교대로 적층하게 된다.
상기 이송장치(620)는 상기 제2분리판 안착부(610)의 안착 영역으로 이송된 분리판을 흡착하여 상기 언로딩 카트리지(15)로 적층시키거나, 상기 간지공급 카트리지(17)로부터 간지를 흡착하여 상기 언로딩 카트리지(15)에 적층시키거나, 상기 제2분리판 안착부(610)의 안착 영역으로 이송된 분리판을 흡착하여 취출 카트리지(16)로 적층시킬 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명은 이종소재, 즉 다공체와 캐소드로 이루어진 금속 분리판을 분리판 정렬지그부(300)의 정 위치에 정렬한 상태에서 일련의 용접 공정을 연속적으로 수행할 수 있으며, 용접 공정 시, 용접팁(411,421)의 용접 부위에 대한 접촉 불량을 방지하여 용접 불량을 예방할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 분리판 로딩부 200 : 분리판 이송장치
300 : 분리판 정렬지그부 400 : 분리판 용접부
500 : 외관검사부 600 : 분리판 언로딩부

Claims (2)

  1. 분리판의 다공체 및 캐소드를 용접하는 분리판 용접부에서 용접된 분리판을 촬영장치를 통해 스캔하여 얻은 스캔데이터로부터, 상기 분리판의 용접 상태 및 상기 분리판을 형성하는 상기 다공체와 상기 캐소드 간의 정렬 상태를 검사하는 외관검사부를 포함하는, 연료전지 스택용 분리판 용접장치로서,
    상기 외관검사부는,
    상기 분리판 용접부에서 용접된 분리판이 이송되어 안착되는 분리판 안착부;
    상기 분리판 안착부에 안착된 상기 분리판을 이송하기 위한 가이드 레일이 설치된 이송제어부; 및
    상기 가이드레일을 따라 이송되는 이송지그로서, 상기 이송지그는 각각 투명부를 구비한 상부지그와 하부지그를 포함하고, 상기 투명부들 사이에 상기 분리판이 안착된 상태에서 상기 촬영장치에 의해 스캔되는 스캔구간을 따라 이송되는 이송지그를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택용 분리판 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 스택용 분리판 용접장치는,
    상기 다공체 및 상기 캐소드가 각각 적층된 로딩 카트리지로부터 상기 다공체 및 상기 캐소드가 취출되는 분리판 로딩부;
    상기 분리판 로딩부로부터 상기 다공체 및 상기 캐소드를 흡착하여 이송하는 분리판 이송장치;
    상기 분리판 이송장치에 의해 이송된 상기 분리판의 상기 다공체와 상기 캐소드를 정렬하는 분리판 정렬지그부;
    상기 분리판 정렬지그부에서 정렬된 상기 다공체 및 상기 캐소드를 용접하는 분리판 용접부; 및
    상기 외관검사부에서 검사 완료된 분리판 중, 정상 분리판과 불량 분리판을 구분하여 분리시키는 분리판 언로딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 스택용 분리판 용접장치.
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