KR20220064745A

KR20220064745A - 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20220064745A
Application number: KR1020200151187A
Authority: KR
Inventors: 한재형
Original assignee: 한재형
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-05-19
Also published as: KR102409342B1

Abstract

본 발명은 프레스(press machine)와 프레스 사이에 복수의 다축로봇을 설치하여 프레스 금형으로 프레스 소재가 신속히 반입/반출되게 구성함으로써 프레스 공정의 자동화와 더불어 생산성이 크게 향상되도록 한 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 복수의 소재(19)가 적재되는 소재적재장치(MS)와, 소재적재장치(MS)에 적재된 소재 중 최상부 소재(19)를 흡착한 다음 소재확인장치(MC)로 이송시켜 이송 매수가 1매로 확인되면 최선단 프레스(P1)의 금형(M1)으로 반입하는 소재공급로봇(R1)과, 프레스와 프레스 사이에 설치되고 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출한 다음 후공정 프레스 금형으로 반입하는 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)과, 최후단 프레스(P4) 금형(M4)에 의해 성형된 소재를 소재배출장치(MD)로 이송하는 소재배출로봇(R5)을 포함한다.
상기 프레스 중 특정 프레스의 후방 공간에 설치되고 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)에 의해 이송되는 소재(19)를 반전 또는 회전시켜 특정 프레스의 금형으로 반입시키는 소재회전로봇(R6)을 더 포함한다.

Description

다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템 및 그 방법{Multi-process press automation system and method using multi-axis robot}

본 발명은 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는 프레스(press machine)와 프레스 사이에 복수의 다축로봇을 설치하여 프레스 금형으로 프레스 소재(이하 '소재'라 한다)가 신속히 반입/반출되게 구성함으로써 프레스 공정의 자동화와 더불어 프레스 생산성이 크게 향상되도록 한 것이다.

일반적으로 프레스(press machine)는 금형을 사용해서 주로 재료를 굽힘, 교축, 전단 등의 소성가공을 실시하는 기계이며, 고정한 베드, 직선왕복운동을 하는 슬라이드, 프레임, 원동기, 동력전도기구 등으로 구성되며, 타발(성형)을 전후하여 프레스기의 금형으로 소재를 투입하는 반입공정과, 금형으로 반입된 소재를 타발 성형하는 타발공정과, 타발 성형된 소재를 금형으로부터 배출시키는 반출(배출)공정과, 반출된 소재를 다음 타발공정의 금형으로 이송하는 이송공정이 수반되므로 프레스기 주변, 또는 프레스 공정(라인)에는 소재를 흡착한 다음 프레스기의 금형으로 이송, 반입, 반출 및 이송 및/또는 배출시키는 프레스 소재 이송시스템이 설치 및 사용된다.

한편, 소재를 작업자의 수(手)작업에 의존하여 소재의 반입과 반출 및 이송과 배출을 달성하는 경우 많은 작업자가 필요하며, 작업자에게는 근골격계 질환을 일으킬 뿐 아니라 생산성이 크게 떨어지고 안전사고의 위험성이 상존하고 있어서 일부에서는 고(高)비용의 다관절 로봇(갠트리 로봇 등)으로 프레스 소재의 반입과 반출 및 이송과 배출을 달성하고 있다.

상기 다관절 로봇은 아암의 길이가 길고 작업 반경이 커서 프레스와 프레스 간의 설치 간격이 매우 커질 뿐 아니라, 프레스 공정간 소재의 이동 동선이 길어지는 구조여서, 속도와 생산성이 떨어지고, 설비비 및 유지보수 비용이 많이 소요되어 채산성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 작업환경이나 소재변경에 따라 이송 소재의 반전 또는 회전이 필요하지만 이에 신속히 대응할 수 없는 문제점이 있으며, 설치조건에 따라 그에 맞는 길이의 아암으로 일일이 교체 사용해야 하는 등의 여러 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0988364호(발명의 명칭: 레일바이크용 턴테이블 장치, 2010. 10. 18. 특허공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0098172호(발명의 명칭: 다축 산업용 로봇, 2017. 08. 29. 특허공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0392796호(발명의 명칭: 웨이퍼 가열용 턴테이블 장치, 2003. 07. 28. 특허공고)

본 발명은 프레스(press machine)와 프레스 사이에 동선이 최소화된 복수의 다축로봇을 설치하여 프레스 금형으로 소재가 신속히 반입/반출되게 구성함으로써 프레스 공정의 자동화와 더불어 생산성이 크게 향상되는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템 및 그 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 최선단 프레스와 소재공급장치 사이에 최선단 프레스로 이송되는 소재의 매수를 감지하되 불량 소재이거나 2매 이상 이송되는 경우 에러신호와 함께 프레스가 정지하고 경보가 발령되어 신속한 조치가 이루어질 수 있는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 소재의 반전이 필요한 특정 프레스의 후방에 소재반전장치를 설치하여 공정 중에 필요한 소재 반전이 이루어지는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 프레스와 프레스 사이에 동선이 최소화된 회전로봇을 설치하여 앞공정의 프레스에 의해 성형된 소재를 후공정 프레스로 신속히 이송함으로써 생산성이 더욱 향상되는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템을 제공함에 목적이 있다.

본 발명의 다축로봇은 기대 상부에 설치되는 턴테이블을 이용하여 최단거리의 이동동선으로 소재의 반입/반출이 이루어지도록 함으로써 소재 이송효율이 극대화되고 진동과 소음이 크게 감소되도록 함에 특징이 있다.

본 발명의 다축로봇은 소재흡탈착수단의 아암을 정역회전시킬 수 있도록 구성하여 소재의 형상이나 작업환경에 따라 이송 소재가 원하는 방향과 각도로 회전되거나 회전된 다음 프레스 금형으로 반입되도록 함에 또 다른 특징이 있다.

본 발명의 다축로봇은 이송테이블이 전방(전면 방향)으로 위치하는 경우 물리적인 안전수단에 의해 전기적인 오동작이나 오조작 등에 의해 소재흡탈착수단이 전방의 작업자 위치로 이동 및 전진하여 못하도록 구성하여 충돌 등의 안전사고가 방지되도록 함에 또 다른 특징이 있다.

다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템은, 복수의 소재가 적재되는 소재공급장치와, 소재공급장치에 적재된 소재 중 최상부 소재를 흡착한 다음 소재확인장치로 이송 탈착시켜 이송 매수가 1매로 확인되면 흡착한 다음 최선단 프레스의 금형으로 반입하고 복귀하는 소재공급로봇과, 프레스와 프레스 사이에 설치되고 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출한 다음 후공정 프레스 금형으로 반입한 다음 복귀하는 소재이송로봇과, 최후단 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 소재배출장치로 이송하고 복귀하는 소재배출로봇을 포함한다.

상기 프레스 중 특정 프레스의 후방 공간에 설치되고 소재이송로봇에 의해 이송되는 소재를 반전시켜 특정 프레스의 금형으로 반입하고 복귀하는 소재회전로봇을 더 포함한다.

상기 소재회전로봇은, 기대(76) 상부에 수평으로 설치되는 플레이트(77)와, 플레이트(77) 상부면 양측에 평행 설치되는 한 쌍의 LM가이드(78) 및 랙기어(79)와, LM가이드(78)의 상부에 설치되는 이동체(80)과, 이동체(80)에 고정되는 모터(81)와, 모터(81)의 회전축에 고정되고 랙기어(79)에 치합되는 헬리컬기어(82)와, 이동체(80)의 상부면 전후측에 평행 설치되는 한 쌍의 LM가이드(83) 및 랙기어(84)와, LM가이드(84)의 상부에 설치되는 이송테이블(85)과, 이송테이블(85)에 고정되는 모터(86)와, 모터(86)의 회전축에 고정되고 랙기어(84)에 치합되는 헬리컬기어(87)와, 이송테이블(85) 일측에 설치되는 수직안내유닛(88)과, 수직안내유닛(88)에 설치되는 아암(89)을 승강시키는 모터(90) 및 동력전달수단과, 아암(89) 단부에 체결부재로 탈부착되는 보조아암(91)과, 보조아암(91) 단부에 설치되고 소재(19)를 흡탈착하는 복수의 소재흡탈착수단(20)과, 소재흡탈착수단(20)에 설치되고 소재(19)의 흡/탈착 상태를 감지하는 소재감지기(21)와, 아암(89)을 정역회전시키는 틸팅수단(250)을 포함한다.

상기 다축로봇(1)은, 복수의 높낮이 조절수단(2)을 갖는 기대(3)와, 기대(3) 상부에 수평으로 설치되는 플레이트(4)와, 플레이트(4) 상부 중앙에 축부재(5)로 축설치되는 턴테이블(6)과, 턴테이블(6)을 소정구간 정역회전시키는 모터(7) 및 동력전달수단과, 턴테이블(6) 상부에 설치되는 수평안내유닛(9)과, 수평안내유닛(9)에 설치되는 이송테이블(10)을 직선 왕복운동시키는 모터(11) 및 동력전달수단과, 이송테이블(10) 일단에 설치되는 수직안내유닛(13)과, 수직안내유닛(13)에 설치되는 아암(14)을 승강시키는 모터(15) 및 동력전달수단과, 아암(14) 단부에 체결부재(17)로 탈부착되는 보조아암(18)과, 보조아암(18) 단부에 설치되고 소재(19)를 흡탈착하는 복수의 소재흡탈착수단(20)과, 플레이트(4) 상부면에 소정 간격으로 설치되는 복수의 볼플런저(27)와, 턴테이블(6)의 저부면에 고정되고 볼플런저(27)의 상부면이 점접촉하는 링부재(28)를 포함한다.

상기 턴테이블(6)이 소정 구간 정회전 및 역회전할 수 있도록 정지시키는 정지수단을 더 포함하되, 상기 정지수단은, 플레이트(4)에 설치되는 축부재(5a)를 중심으로 플레이트(4)의 상부면 양측에 고정되는 스토퍼(221)(222)와, 턴테이블(6)의 저부면 일측에 고정되어 턴테이블(6)을 따라 회전하는 어태치먼트(223)와, 스토퍼(221)(222)의 일측면에 설치되는 완충부재(224)(225)를 포함한다.

상기 아암(14)의 내부 중공부에 축설치되는 회전봉(23)을 정역회전시키는 모터(24) 및 동력전달수단을 더 포함한다.

상기 이송테이블(10)이 전면방향으로 이송되지 않도록 방지하는 안전수단(260)을 더 포함하되, 상기 안전수단(260)은, 이송테이블(10)에 고정되는 소정길이의 클릭(262)과, 이송레일 고정부재(711)의 측면에 설치되고 상기 클릭(262)에 걸림 또는 걸림 해제되는 걸림수단(263)의 래칫(264)과, 래칫(264)이 상단부에 형성되는 승강봉(274)과, 래칫(264)을 상승시키는 스프링(280)과, 승강봉(274)의 하단부에 고정되는 영구자석(287)과, 플레이트(4)의 상부면에 고정되고 영구자석(287)의 자력으로 래칫(264)이 하강하도록 도우는 인력부재를 포함한다.

상기 턴테이블(6)은, 중심축(5a)을 기준으로 소정 반경을 가진 판상의 원형부(62)가 형성되고, 원형부(62)의 양측에는 소정폭의 직선부(63)(64)가 형성되고, 원형부(62)와 직선부(63)(64)의 상부면에는 수평안내유닛(9)이 설치되고, 원형부(62)의 저부면에는 링부재(65)가 고정되고, 링부재(65)의 외주연에는 헬리컬기어(66)가 고정되고, 플레이트(2)의 일단에 모터(7)가 고정되고, 모터(7)의 회전축(7a)에 헬리컬기어(66)에 치합되는 헬리컬기어(7b)가 고정됨을 특징으로 할 수 있다.

상기 수평안내유닛(9)은, 턴테이블(6)의 원형부(62)와 직선부(63)(64)의 상부면에 평행 설치되는 LM레일(71)(72) 및 랙기어(93)와, LM레일(71)(72) 상부에 미끄럼 결합되어 직선 왕복운동하는 이송테이블(10)의 LM블럭(103)(104)과, 이송테이블(10) 내부에 설치되고 이송테이블(10) 후방으로 회전축이 돌출되는 모터(96)와, 랙기어(93)에 치합되고 모터(96)의 회전축에 고정되는 헬리컬기어(97)와, 직선부(63)(64)의 상부에 각각 설치되어 이송테이블(10)의 이동을 감지하는 근접센서(98)(99)와, 이송테이블(10)의 저부면에 고정되는 피감지 어태치먼트(48)와, 일측 LM레일(71)의 양단부에 각각 설치되는 스토퍼(9a)(9b)를 포함한다.

상기 수직안내유닛(13)은, 이송테이블(10)의 후단에 수직으로 설치되는 수직판(131)과, 수직판(131)의 전면에 수직으로 평행 고정되는 복수의 LM레일(132)과, LM레일(132)과 평행하도록 수직판(131)의 전면에 축설치되는 볼스크류(133)와, LM레일(132)에 결합되고 수평 상태의 아암(14)에 고정되는 LM블럭(134)과, 볼스크류(133)에 나사결합되고 아암(14)에 고정되는 볼너트(135)와, 아암(14)의 일측단부에 탈부착되는 보조아암(18)과, 보조아암(18)의 단부에 설치되는 소재흡탈착수단(20)과, 볼스크류(133)의 하단부에 고정되는 타이밍풀리(136)와, 본체(101)에 고정되는 모터(15)의 회전축에 고정되는 타이밍풀리(137)와, 타이밍풀리(136)와 타이밍풀리(137)를 연결하는 타이밍벨트(138)를 포함한다.

본 발명 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화방법은, a) 소재적재장치에 적재된 프레스 소재 중 최상부에 적재된 소재를 소재공급로봇의 소재흡탈착수단으로 흡착하는 단계와, b) 흡착한 소재를 소재확인장치로 이송 및 탈착시켜 소재확인장치의 로드셀로 무게를 계량하여 이송 소재의 매수가 1매 인지 확인하는 단계와, c) 소재 매수가 1매로 확인되면 소재공급로봇의 소재흡탈착수단으로 흡착한 다음 최선단 프레스의 금형으로 반입하고 복귀하는 단계와, d) 다공정 프레스의 금형으로 반입된 소재가 상부 금형의 하강 타발에 의해 성형되는 단계와, e) 복수로 나열된 다공정 프레스 사이에 설치되는 소재이송로봇이 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출시킨 다음 후공정 프레스 금형으로 각각 반입시킨 후 복귀하는 단계와, f) 최후단 프레스의 후단에 설치되는 소재배출로봇이 최후단 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출한 다음 소재배출장치로 이송 전달하고 복귀하는 단계를 포함한다.

상기 프레스 중 선택된 프레스의 후방 공간에 소재회전로봇을 설치하여 소재이송로봇에 의해 반출되는 소재를 전달받아 반전 또는 소정의 각도로 회전시킨 다음 선택된 프레스의 금형으로 반입시킨 후 복귀하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 소재공급로봇(R1)과 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)과 소재배출로봇(R5)은 소재 이송효율이 우수한 고효율의 다축로봇(1)으로 구성되며, 상기 다축로봇(1)에 의해 다공정의 프레스 금형으로 소재(19)가 신속히 반입/반출되므로 프레스 작업의 자동화와 더불어 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.

본 발명은 소재적재장치(MS)와 소재공급로봇(R1) 사이에 설치되는 소재확인장치(MC)에 의해 확인되는 1매의 소재(19)가 다공정 프레스로 순차 반입되어 성형되고 반출되므로 소재공급로봇(R1)의 오조작이나 오동작 등에 의해 2장 이상의 소재(19)가 서로 달라붙은 상태에서 금형(M1)으로 반입되지 않아 고가의 금형(M1) 및 프레스(P1)의 파손이 방지되고, 안전사고가 예방되며, 타발 과부하 등에 의한 프레스(P1)의 변형이나 손상 등이 방지되는 효과가 있다.

본 발명의 다축로봇(1)은 기대 상부에 설치되는 턴테이블(turntable)을 이용하여 이동 동선이 최소화(최단거리)되어 다(多)공정 프레스 금형으로 반입 및 반출되는 소재(19)가 신속히 반입/반출되므로 소재 이송효율과 생산성이 극대화되고 진동과 소음은 크게 감소되며, 생산원가가 크게 절감되는 효과가 있다.

본 발명의 다축로봇(1)은 소재 이송간에 턴테이블(turntable)에 의한 회전운동과 수평안내유닛(9)에 의한 직선운동이 구현되면서 최단거리의 이동동선으로 소재(M)의 반입/반출이 달성되므로 소재 이송효율이 극대화되고 진동과 소음 및 관성이 크게 감소되는 효과가 있다.

본 발명의 다축로봇(1)은 플레이트(4)의 상부면에 설치되는 복수의 볼플런저(27)에 의해 턴테이블(6)이 수평으로 지지되면서 턴테이블(6)의 처짐과 진동이 방지될 뿐 아니라 턴테이블의 원활한 회전운동이 제공되는 효과가 있다.

본 발명의 다축로봇(1)은 안전수단(260)에 의해 소재흡탈착수단(20)이 작업자(H)가 위치하는 전면방향(F)으로 과도하게 이동하거나 돌출하지 않아 다축로봇(1)의 전면에서 작업하거나 위치하는 작업자(H)가 보호되면서 안전사고가 방지되는 효과가 있다.

본 발명은 프레스 중 선택된 프레스의 후방 공간에 설치되는 소재회전로봇(R6)에 의해 소재(19)가 반전 또는 소정의 각도로 회전된 다음 선택된 프레스의 금형으로 반입되어 소정 형상으로 성형되는 효과가 있다.

본 발명의 다축로봇(1)은 아암(14)을 구성하는 프로파일(14b)의 내부 중공부에 모터(24)에 의해 회전하는 회전봉(23)이 축설치되어 있어 소재(19)가 흡탈착되는 소재흡탈착수단(20)을 소정 구간 정회전 또는 역회전시킬 수 있어서 이송 소재(19)를 소정 각도로 기울어진 상태로 이송하거나, 소재(19)를 회전시키면서(기울이면서) 이송시키거나, 또는 소재(19)를 반전(180°회전)시키거나 반전시키면서 이송할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 제어기(C)는, 프레스 제어기(PC)와 신호를 주고 받으면서 소재적재장치(MS)와 소재확인장치(MC)와 소재배출장치(MD)와 다축로봇(1)으로 구성되는 소재공급로봇(R1) 및 소재이송로봇(R2)(R3)(R4) 및 소재배출로봇(R5)과 프레스(P1)(P2)(P3)(P4)간의 유기적인 제어가 이루어지면서 다공정 프레스의 자동 제어 및 프레스 자동화가 달성되는 효과가 있다.

본 발명의 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)은 프레스와 프레스 사이 공간에 설치되고, 소재확인장치(MC)는 소재적재장치(MS)와 소재공급로봇(R1) 사이 공간에 설치되므로 공간활용도가 우수하고, 소재의 자동 이송에 의해 작업자가 관여하지 않아도 되므로 사용상 안전하여 안전 사고 등이 방지되는 효과가 있다.

본 발명의 다축로봇(1)은 아암(14) 선단에 체결되는 보조 아암(18) 및 소재흡탈착수단(20)은 체결부재(17)를 이용하여 쉽게 교체할 수 있어서 소재(19)의 형상이나 크기 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 등의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

도 1 : 본 발명 일 예로 도시한 다공정 프레스 자동화시스템의 평면도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 다공정 프레스 자동화시스템의 정면도.
도 3 : 본 발명 일 예로 도시한 소재 공급 상태 평면도.
도 4 : 본 발명 다른 예로 도시한 소재 공급 상태 평면도.
도 5 : 본 발명 일 예로 도시한 소재확인장치의 사시도.
도 6: 본 발명 일 예로 도시한 자동화 시스템 공정도.
도 7 : 본 발명 다른 예로 도시한 자동화 시스템 공정도.
도 8 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 사시도.
도 9 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 측면도.
도 10 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 평면도.
도 11 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 정면도.
도 12 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 평면도로, 소재흡탈착수단이 좌측으로 이동하여 소재를 흡착한 상태.
도 13 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 평면도로, 소재를 흡착한 소재흡탈착수단이 중앙으로 후진한 상태.
도 14 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 평면도로, 소재를 흡착한 소재흡탈착수단이 우측으로 이동한 상태.
도 15 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 턴테이블 부분 분해 사시도.
도 16 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 턴테이블 부분 평면도.
도 17 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 상부 측면도.
도 18 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 상부 사시도.
도 19 : 본 발명 다른 예로 도시한 다축로봇의 수직승강유닛 세로 단면도.
도 20 : 본 발명 다른 예로 도시한 다축로봇의 수직승강유닛 가로 단면도.
도 21 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 구동 상태 평면도.
도 22 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 사시도.
도 23 : 본 발명 다른 예로 도시한 다축로봇의 아암 부분 분해 사시도.
도 24 : 본 발명 다른 예로 도시한 다축로봇의 평면도.
도 25 : 본 발명 다른 예로 도시한 다축로봇의 측면도.
도 26 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 다축로봇의 사시도.
도 27 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 다축로봇의 측면도.
도 28 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 다축로봇의 일부분 정면도.
도 29 : 본 발명 또 다른 예로 도시한 다축로봇의 구동 상태 평면도.
도 30 : 본 발명 일 예로 도시한 소재회전로봇의 사시도.
도 31 : 본 발명 일 예로 도시한 소재회전로봇의 정면도.
도 32 : 본 발명 일 예로 도시한 소재회전로봇의 측면도.
도 33 : 본 발명 일 예로 도시한 소재회전로봇의 사용 상태 사시도.
도 34 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 걸림수단 사시도.
도 35 : 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇의 인력(引力)부재 사시도.
도 36 : 본 발명 다른 예로 도시한 다축로봇의 인력(引力)부재 사시도.
도 37 : 본 발명에서 다축로봇의 안전수단에 의해 걸림된 상태의 단면도.
도 38 : 본 발명에서 다축로봇의 안전수단에 의해 걸림이 해제된 상태의 단면도.
도 39 : 본 발명 안전수단 단면도로, 영구자석의 인력에 의해 안전수단이 신속히 걸림 해제된 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

도 1은 본 발명 일 예로 도시한 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템의 평면도이고, 도 2는 그 정면 예시도로, 소재를 이송하고 금형으로 반입 및 반출하는 복수의 다축로봇과 복수의 프레스가 유기적 결합되어 다공정 프레스 자동화시스템이 구성되며, 설명의 편의상 복수의 프레스(프레스기)는 4대로 예시 설명되나, 프레스가 4대 이하이거나 4대를 초과할 수 있음은 물론이며, 프레스와 프레스 사이에 설치되는 다축로봇(소재이송로봇) 또한 프레스 개수에 따라 가감된다.

본 발명 다축로봇(1)을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템은, 프레스 성형 대상 소재(19)가 적재되는 소재적재장치(MS)와, 소재적재장치(MS)에 복층으로 적재된 소재(19) 중 최상부에 적재된 소재(19)를 소재흡탈착수단(20)으로 흡착한 다음 소재 매수를 감지하는 소재확인장치(MC)로 이송 소재(19)를 탈착시켜 무게를 계량하여 제어기(C)로 입력하되 계량(측정)된 무게가 1매(1장)의 소재(19)로 확인되면 최선단 프레스(P1)의 금형(M1)으로 반입시키고 복귀하여 다음번 소재 공급을 준비하는 소재공급로봇(R1)과, 다(多)공정 복수의 프레스(P1)(P2)(P3)(P4) 사이(사이 공간)에 설치되고 선공정(앞공정) 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출시킨 다음 후공정(뒷공정) 프레스 금형으로 각각 반입시킨 후 복귀하여 다음번 소재의 반입/반출을 준비하는 복수의 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)과, 최후단 프레스(P4)의 후단에 설치되고 최후단 프레스 금형(M4)에 의해 성형된 소재를 반출한 다음 소재배출장치(MD)로 이송 전달하고 복귀하여 다음번 소재 배출을 준비하는 소재배출로봇(R5)과 제어기(C)를 포함한다.

본 발명은 특정(소정) 프레스, 또는 선택된 프레스의 후방 공간에 설치되고 소재이송로봇에 의해 이송되는 소재(선공정에서 성형된 소재)를 전달받아 반전 또는 소정의 각도로 회전시킨 다음 특정 프레스의 금형으로 반입시킨후 복귀하여 다음번 소재(19)의 반전이나 회전을 준비하는 소재회전로봇(R6)을 더 포함한다.

본 발명에서 특정 프레스 공정에서 소재(19)의 반전(회전)이 필요한 경우, 예컨대, 도 1, 2와 같이 특정의 프레스(P3)와 금형(M3)에 의해 성형될 소재(19)의 반전이나 소정 각도의 회전이 필요한 경우, 소재회전로봇(R6)에 의해 소재(19)의 반전이나 소정 각도의 회전이 이루어진 상태에서 소재(19)의 성형이 이루어진다.

이를테면, 앞공정 프레스(P2)의 금형(M2)에 의해 성형된 소재(19)가 프레스(P2)와 프레스(P3) 사이에 위치하는 소재이송로봇(R3)의 소재흡탈착수단(20)에 의해 흡착 및 반출된 다음 소재이송로봇(R3)의 후방에 위치하는 소재회전로봇(R6)의 소재흡탈착수단(20)으로 전달하고 복귀하여 앞공정의 금형(M2)에 의해 성형된 다음번 소재(19)의 흡착과 반출을 준비하게 되며, 소재(19)를 전달받은 소재회전로봇(R6)은 반전 또는 회전된 소재(19)를 프레스(P3) 금형(M3)으로 반입시킨 다음 복귀하여 앞공정의 금형(M2)에 의해 성형된 다음번 소재(19)를 전달 받을 수 있도록 준비하게 되며, 상기 금형(M3)으로 반입된 반전 또는 회전된 소재(19)는 상부 금형의 하강과 타발에 의해 프레스 성형이 이루어지게된다.

상기 제어기(C)는, 프레스 제어기(PC)와 신호를 주고 받으면서 소재적재장치(MS)와 소재확인장치(MC)와 소재배출장치(MD)와 다축로봇으로 구성되는 소재공급로봇(R1) 및 소재이송로봇(R2)(R3)(R4) 및 소재배출로봇(R5)과 프레스(P1)(P2)(P3)(P4)간의 유기적인 제어가 이루어지면서 다공정 프레스의 자동 제어 및 프레스 자동화가 달성된다.

본 발명의 다공정 프레스 자동화시스템은, 소정의 형상과 소정의 무게를 갖는 복수의 소재(19)가 소재적재장치(MS)에 복수 층으로 적재되며, 소재(19) 1매의 무게값은 제어기(C)에 기준값으로 미리 입력 및 저장되어 소재확인장치(MC)로부터 입력되는 소재(19) 무게신호(무게신호값)과 비교된다.

예컨대, 제어기(C)는 소재확인장치(MC)로 부터 입력되는 소재(19) 무게값이 1매 오차범위(소재 1매 무게의 ±5%)인 경우 정상 동작하고, 1매 오차범위를 벗어나는 경우, 이를테면, 소재(19)가 2장이거나 2장 이상인 경우 소재 이송 에러로 판단하여 프레스 제어기(PC)로 정지신호를 전송하여 프레스 작업이 중단되고 다축로봇(1) 또한 정지되며, 소재확인장치(MC)로 부터 입력되는 소재(19) 무게값이 오차범위 이내이면 프레스작업이 정상적으로 이루어진다.

도 3은 소재공급로봇(R1)에 의해 최상부 소재(19)가 소재확인장치(MC) 위로 이송 및 탈착되어 계량되는 상태의 평면도이고, 도 4는 최선단 프레스(P1) 금형(M1)으로 소재(19)가 반입된 상태의 평면도이다.

한편, 2매 또는 2매 이상의 소재가 서로 달라 붙은 상태에서 한꺼번에 금형으로 반입되는 경우 고가의 금형(M1) 및/또는 프레스(P1)의 파손(손상)으로 이어지는 문제점이 있으므로 금형(M1)으로 반입(공급)되는 소재(19)가 1매로 공급되도록 제어하거나 단속할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 소재적재장치(MS)와 소재공급로봇(R1) 사이에 소재확인장치(MC)를 설치하여 1매의 소재(19)만 금형으로 반입되어 타발 셩형되도록 함으로써 고가의 금형(M1) 및/또는 프레스(P1)의 파손이 방지되고 안전사고가 예방되며, 타발 과부하 등에 의한 프레스(P1)의 변형이나 손상 등이 방지되는 반면,

소재적재장치(MS)와 최선단 프레스(P1) 사이에 설치되는 소재확인장치(MC)의 소재흡탈착수단(20)으로 소재(19)를 이송 탈착시킨 다음 계량하되 1매로 확인되면 다시 소재흡탈착수단(20)으로 다시 흡착하여 최선단 프레스(P1) 금형(M1)으로 반입하는 절차와 그에 따른 시간 손실이 발생되면서 프레스 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 소재(19) 매수를 계량 및 확인하고 흡탈착하는 시간이 필요하여 상당한 시간이 소요된다.

따라서 본 발명에서는 도 1, 도 2와 같이 소재적재장치(MS)와 최선단 프레스(P1) 사이에 소재확인장치(MC)를 설치하여 소재(19)의 매수를 확인하도록 하되, 소재적재장치(MS)를 다공정 프레스 라인보다 전방으로 돌출시켜 금형(M1)에 최대한 가까워지도록 경사지게 설치함으로써 소재흡탈착수단(20)의 이동 동선이 줄어 들면서 시간손실이 보상된다. 도 1에서 소재적재장치(MS)와 소재확인장치(MC) 사이의 회전(선회) 각도(θ3)와, 소재확인장치(MC)와 최선단 금형(M1) 사이의 회전 각도(θ4)가 소재흡탈착수단(20)의 전체 회전각도(θ3+θ4)가 되며, 전체 회전각도가 180°미만이므로 소재흡탈착수단(20)의 이동 동선이 짧아지면서 시간손실이 보상된다.

상기 회전 각도(θ3)는 50~70°범위이고, 상기 회전 각도(θ4)는 60~80°범위이며, 전체 회전 각도는 110~150°로 180°미만이다. 상기 회전 각도(θ3)(θ4)는 소재공급로봇(R1)에 의한 소재(19) 이동 동선을 최소화하되, 소재공급로봇(R1)의 소재흡탈착수단(20)이 턴테이블을 중심으로 정역 회전운동 및 전후진 운동할 때 운동을 방해하지 않는 범위에서 회전 각도(θ3)와 회전 각도(θ4)는 줄어들 수 있다.

도 5는 상기 소재확인장치(MC)를 예시한 사시도로, 기대(32) 상부에 로드셀(33)이 설치되고, 상기 로드셀(33) 상부에는 소재(19)가 안착할 수 있도록 수평 플레이트(34)가 설치되어 안착된 소재(19)의 무게를 계량하게 되며, 로드셀(33)에 의해 계량된 소재(19) 무게값은 제어기(C)로 입력되어 미리 설정된 소재(19) 무게 기준값과 비교된다.

상기 제어기(C)로 입력된 소재(19) 무게값이 1매로 판단되면 정상 상태이므로 소재공급로봇(R1)은 계량된 소재를 흡착한 다음 도 4와 같이 최선단 프레스(P1) 금형(M1)으로 반입시킨 후 복귀하여 다음번 소재 이송을 준비하게된다.

도 6 본 발명 다축로봇을 이용한 프레스 자동화 시스템 공정 예시도로, 소재적재장치(MS)에 적재된 프레스 소재 중 최상부에 적재된 소재를 소재공급로봇(R1)의 소재흡탈착수단(20)으로 흡착한 다음(a 단계), 소재확인장치(MC)로 이송 및 탈착시켜 소재확인장치(MC)의 로드셀로 소재(19) 무게를 계량한 다음 제어기(C)로 입력시켜 소재(19) 매수가 1매 인지 확인하되(b 단계), 소재 매수가 1매로 확인되면 소재공급로봇(R1)의 소재흡탈착수단(20)으로 소재(19)를 흡착한 다음 최선단 프레스(P1)의 금형(M1)으로 반입하고 복귀하여 다음번 소재 이송을 준비하고(c 단계), 다공정 프레스의 금형으로 반입된 소재가 상부 금형의 하강 타발에 의해 성형되며(d 단계), 복수로 나열된 다공정 프레스 사이에 설치되는 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)이 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재(19)를 반출시킨 다음 후공정 프레스 금형으로 각각 반입시킨 후 복귀하여 다음번 소재 반입/반출을 준비하게 되며(e 단계), 최후단 프레스(P4)의 후단에 설치되는 소재배출로봇(R5)이 최후단 프레스 금형(M4)에 의해 성형된 소재(19)를 반출한 다음 소재배출로봇(R5)로 이송 전달하고 복귀하여 다음번 소재(19) 배출을 준비하게된다(f 단계).

도 7은 본 발명 다축로봇을 이용한 프레스 자동화 시스템 공정 예시도로, 소재적재장치(MS)에 적재된 프레스 소재 중 최상부에 적재된 소재를 소재공급로봇(R1)의 소재흡탈착수단(20)으로 흡착한 다음(a` 단계), 소재확인장치(MC)로 이송 및 탈착시켜 소재확인장치(MC)의 로드셀(33)로 소재(19) 무게를 계량한 다음 제어기(C)로 입력시켜 소재(19) 매수가 1매 인지 확인하되(b` 단계), 소재 매수가 1매로 확인되면 소재공급로봇(R1)의 소재흡탈착수단(20)으로 소재(19)를 흡착한 다음 최선단 프레스(P1)의 금형(M1)으로 반입하고 복귀하여 다음번 소재 이송을 준비하고(c` 단계), 다공정 프레스의 금형으로 반입된 소재가 상부 금형의 하강 타발에 의해 성형되며(d` 단계), 복수로 나열된 다공정 프레스 사이에 설치되는 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)이 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재(19)를 반출시킨 다음 후공정 프레스 금형으로 각각 반입시킨 후 복귀하여 다음번 소재 반입/반출을 준비하게 되며(e` 단계), 상기 프레스 중 선택된 프레스의 후방 공간에 소재회전로봇(R6)을 설치하여 소재이송로봇에 의해 반출되는 성형 소재(19)를 전달받아 반전 또는 소정의 각도로 회전시킨 다음 선택된 프레스의 금형으로 반입시킨 후 복귀하고(f` 단계), 최후단 프레스(P4)의 후단에 설치되는 소재배출로봇(R5)이 최후단 프레스 금형(M4)에 의해 성형된 소재(19)를 반출한 다음 소재배출로봇(R5)로 이송 전달하고 복귀하여 다음번 소재(19) 배출을 준비하게된다(g` 단계).

본 발명 다축로봇(1)을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템의 동작과정은, 1) 소재적재장치(MS)에 적재되는 복수의 소재(19) 중에서 최상부에 적재된 소재(19)가 소재공급로봇(R1)의 소재흡탈착수단(20)에 의해 흡착된 다음 소재적재장치(MS)와 금형(M1) 사이에 위치하는 소재확인장치(MC) 위로 이동 정지한 다음 흡착 소재(19)를 소재확인장치(MC)의 수평플레이트(34) 위로 안착시키고, 수평플레이트(34)에 안착된 소재(19)는 로드셀(33)에 의해 무게가 계량(계측)되며, 계량된 소재(19)의 무게신호값은 제어기(C)로 입력된 다음 기준값과 비교되어 1매로 판단되면, 소재공급로봇(R1)의 아암에 설치된 소재흡탈착수단(20)이 하강하여 계량된 소재(19)를 흡착한 다음 프레스(P1)의 금형(M1)으로 반입시킨 후 복귀하여 다음번 소재 이송을 준비하게 되며, 금형(M1)으로 반입된 소재(19)는 상부 금형의 하강 및 타발에 의해 1차 성형이 이루어지게된다.

2) 상기 금형(M1)에 의해 1차 성형된 소재(19)는 프레스(P1)와 프레스(P2) 사이에 위치하는 소재이송로봇(R2)의 소재흡탈착수단(20)에 의해 흡착 및 반출된 다음 후공정의 프레스(P2) 금형(M2)으로 반입되며, 상기 금형(M2)으로 소재(19)를 반입시킨 소재이송로봇(R2)은 복귀하여 금형(M1)에 의해 성형된 다음번 소재(19)의 흡착과 반출을 준비하게 되며, 금형(M2)으로 반입된 소재(19)는 상부 금형의 하강 및 타발에 의해 2차 성형이 이루어진다.

3) 상기 금형(M2)에 의해 2차 성형된 소재(19)는 프레스(P2)와 프레스(P3) 사이에 위치하는 소재이송로봇(R3)의 소재흡탈착수단(20)에 의해 흡착 및 반출된 다음 후공정의 프레스(P3) 금형(M3)으로 반입되며, 상기 금형(M3)으로 소재(19)를 반입시킨 소재이송로봇(R3)은 복귀하여 금형(M2)에 의해 성형된 다음번 소재(19)의 흡착과 반출을 준비하게 되며, 상기 금형(M3)으로 반입된 소재(19)는 상부 금형의 하강과 타발에 의해 3차 성형이 이루어지게된다.

4) 상기 금형(M3)에 의해 3차 성형된 소재(19)는 프레스(P3)와 프레스(P4) 사이에 위치하는 소재이송로봇(R4)의 소재흡탈착수단(20)에 의해 흡착 및 반출된 다음 후공정의 프레스(P4) 금형(M4)으로 반입되며, 상기 금형(M4)으로 소재(19)를 반입시킨 소재이송로봇(R4)은 복귀하여 금형(M3)에 의해 성형된 다음번 소재(19)의 흡착과 반출을 준비하게 되며, 상기 금형(M4)으로 반입된 소재(19)는 상부 금형의 하강과 타발에 의해 4차 성형이 이루어지게된다.

5) 상기 금형(M4)에 의해 4차 성형된 소재(19)는 프레스(P4) 후단에 위치하는 소재배출로봇(R5)의 소재흡탈착수단(20)에 의해 흡착 및 반출된 다음 소재배출장치(MD)의 컨베어 위로 이송 전달되며, 상기 소재배출장치(MD)로 소재(19)를 이송 전달한 소재배출로봇(R5)은 복귀하여 금형(M4)에 의해 성형된 다음번 소재(19)의 흡착과 반출을 준비하게 되며, 소재배출장치(MD)로 전달된 소재(19)는 컨베어를 따라 배출된다.

본 발명은 초기에는 다축로봇(1)에 의해 상기 1) 내지 5)의 순서로 다공정 프레스 성형(1~4차 소재 성형)이 이루어지지만, 이후로는 상기 1) 내지 5)의 과정이 동시에 이루어지면서 다공정 프레스 시스템의 자동화가 달성되며, 프레스 생산성이 크게 향상된다.

상기 소재배출장치(MD)에 의해 배출되는 소재(19)는 성형된 부품이거나, 다음번 성형을 위하여 별도로 적재되거나 이동하게된다.

본 발명에서 상기 소재공급로봇(R1)과 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)과 소재배출로봇(R5)은 소재(19) 이송 동선이 최소화되거나, 소재(19)를 보다 효율적으로 이송하는 다축로봇(1)으로 구성되며, 소재(19) 이송의 자동화에 의해 생산성이 크게 향상된 다공정 프레스 자동화시스템이 구성된다.

도 8은 상기 다축로봇(1)의 사시도이고, 도 9는 측면도이고, 도 10은 평면도이고, 도 11은 정면도로, 복수의 높낮이 조절수단(2)을 갖는 기대(3)와, 기대(3) 상부에 수평으로 설치되는 플레이트(4)와, 플레이트(4) 상부 중앙에 고정되는 축부재(5)에 축설치되는 턴테이블(6)과, 턴테이블(6)을 소정구간 정역회전시키는 모터(7) 및 동력전달수단과, 턴테이블(6) 상부에 설치되는 수평안내유닛(9)과, 수평안내유닛(9)에 설치되는 이송테이블(10)을 직선 왕복운동시키는 모터(11) 및 동력전달수단과, 이송테이블(10) 일단에 설치되는 수직안내유닛(13)과, 수직안내유닛(13)에 설치되는 아암(14)을 승강시키는 모터(15) 및 동력전달수단과, 아암(14) 단부에 체결부재(17)로 탈부착되는 보조아암(18)과, 보조아암(18)의 단부에 설치되고 소재(19)를 흡탈착하는 복수의 소재흡탈착수단(20)과, 소재흡탈착수단(20)에 설치되고 소재(19)의 흡착 및 탈착 상태를 감지하는 소재감지기(21)를 포함한다.

상기 아암(14)은 수직안내유닛(13)에 설치되어 승강하는 "

" 형상의 지지 프레임(14a)과, 상기 지지 프레임(14a)에 삽입 설치되고 설치 위치를 이동시킬 수 있는 소정 길이의 프로파일(14b)을 포함한다.

상기 턴테이블(6)이 소정구간 내에서 정역 회전이 이루어질 수 있도록 정지시키는 물리적인(기구적인, 기계적인) 정지수단을 더 포함한다.

상기 정지수단은 도 9, 11, 15, 16, 17과 같이 플레이트(4)에 설치되는 축부재(5a)를 중심으로 플레이트(4)의 상부면 양측에 고정되는 스토퍼(221)(222)와, 턴테이블(6)의 저부면 일측에 고정되어 턴테이블(6)을 따라 회전하는 어태치먼트(223)로 구성되며, 상기 어태치먼트(223)가 접근 및/또는 접촉하는 스토퍼(221)(222)의 일측면에는 완충부재(224)(225)가 각각 설치되어 있어 어태치먼트(223)가 접촉시 충격을 흡수하고, 충격에 의한 소음발생이 방지된다.

상기 완충부재(224)(225)는 스프링 또는 영구자석의 척력(반발력)을 이용할 수 있으며, 스프링을 이용하는 경우 스토퍼(221)(222)의 전면에 적어도 1개 이상의 완충 스프링을 설치할 수 있으며, 영구자석을 이용하는 경우 스토퍼(221)(222)의 전면과 어태치먼트(223)의 일측면에 영구자석을 각각 설치하되 같은 극성이 마주보도록 구성함으로써 완충된다.

상기 턴테이블(6)은 서보모터 등으로 구성되는 모터(7)에 의해 정역회전 구간이 제어되지만, 동작불량이나 에러 등에 의해 턴테이블(6)이 과도하게 회전하는 경우 물리적인(기구적인) 정지수단에 의해 턴테이블(6)의 과도한 회전이 방지되며, 따라서 턴테이블(6)의 과도한 회전이나 그에 따른 충격이나 파손 및 동작불량 등이 방지된다.

즉, 도 16과 같이 턴테이블(6)을 따라 B방향 또는 B방향의 반대방향으로 회전하는 어태치먼트(223)가 일측 완충부재(224) 또는 타측 완충부재(225)에 의해 정지되면서 과도한 회전이 방지되며, 상기 어태치먼트(223)와 스토퍼(221)(222) 및 완충부재(224)(225)는 같은 원호선상에 위치하도록 설치된다.

본 발명은 상기 아암(14)의 내부 중공부에 축설치되는 회전봉(23)을 소정구간 정역회전시켜 보조아암(18)과 소재흡탈착수단(20)을 정역회전시키는 모터(24) 및 동력전달수단을 더 포함한다.

본 발명은 상기 아암(14)과 보조아암(18)과 소재흡탈착수단(20)이 작업자가 위치하는 정면(전면 방향)으로 돌출되는 것을 억제시켜 안전사고를 방지하는 안전수단(260)을 더 포함한다.

본 발명은 상기 플레이트(4)의 상부면에 소정 간격으로 설치되며 턴테이블(6)을 수평으로 유지시킴으로써 턴테이블(6)의 처짐과 진동을 방지하면서 턴테이블(6)의 원활한 회전운동을 유도하는 지지수단을 더 포함한다.

상기 지지수단은 플레이트(4)의 상부면에 소정 간격으로 설치되는 복수의 볼플런저(Ball Plunger)(27)와 턴테이블(6)의 저부면에 고정되고 볼플런저(27)의 볼(Ball) 상부면(상단)이 점(點) 접촉하는 링부재(28)일 수 있다.

상기 기대(3) 하단에 설치되는 복수의 높낮이 조절수단(2)은 받침판(201) 상부면에 고정되는 수직부재(202)와, 수직부재(202)에 형성되는 수직장공(203)과, 수직장공(203)에 끼워지는 복수의 볼트(204)가 기대(3)에 형성되는 복수의 나사구멍에 각각 체결되어 플레이트(4)의 높낮이와 수평이 조절되고, 기대(3)의 저부면에 나사결합되는 볼트(205)의 머리부(206)는 받침판(201)의 상부면에 접촉하면서 기대(3)를 통하여 하부로 전달되는 수직하중을 지지하게 된다.

상기 플레이트(4)의 대략 중앙부에 형성되는 통공(41)에는 축부재(5)가 결합 및 설치되고, 축부재(5)의 중앙 축부(5a)에는 턴테이블(6)의 중앙에 형성되는 통공(61)에 결합된 다음 복수의 볼트로 고정되어 턴테이블(6)의 자유로운 정역회전이 허용된다.

상기 턴테이블(6)은 안정적인 회전이 가능하도록 중심축(5a)을 기준으로 소정 반경을 가진 판상의 원형부(62)가 형성되고, 원형부(62)의 양측에는 소정폭의 직선부(63)(64)가 형성되며, 원형부(62)와 직선부(63)(64)의 상부면에는 수평안내유닛(9)이 설치된다.

상기 원형부(62)와 직선부(63)(64)에는 소정크기의 통공(62a)(63a)(64a)이 복수로 형성되어 턴테이블(6)의 경량화와 더불어 제조원가가 절감되고 원자재 낭비가 방지된다.

상기 원형부(62)의 저부면에는 도 15 내지 도 17과 같이 링부재(65)가 고정되고, 링부재(65)의 외주연에는 헬리컬기어(66)가 고정되고, 플레이트(2)의 일단에는 모터(7)가 고정되고, 플레이트(4) 상부로 상향 돌출되는 모터(7)의 회전축(7a)에는 상기 헬리컬기어(66)에 치합되는 헬리컬기어(7b)가 고정된다. 따라서 모터(7)가 정방향 또는 역방향으로 회전하면 헬리컬기어(7b)가 정회전 또는 역회전하고, 이에 치합된 헬리컬기어(66)가 정회전 또는 역회전하게 되므로 턴테이블(6) 또한 정회전하거나 역회전하게 된다.

상기 헬리컬기어(66)는 링부재(65)의 외주연 전체에 구성될 수 있으나, 턴테이블(6)이 회전하는 구간의 링부재(65)의 외주연에만 구성하여 제조원가를 줄일 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 원형부(62)의 저부면에는 도 17과 같이 원형홈(67)이 형성되고, 상기 원형홈(67)에는 내마모성 링부재(28)가 삽입 고정되고, 플레이트(4)의 상부면에는 복수의 볼플런저(27)를 소정 간격으로 설치하되 볼플런저(27) 상단에 설치되어 구름운동하는 구형(求刑)의 볼베어링(27a)이 상기 링부재(28)의 저부면에 점접촉하도록 구성함으로써 턴테이블(6)이 정역회전하면 볼베어링(27a)이 구름운동하면서 점접촉 상태의 링부재(28) 및 원형부(62)를 소정 간격으로 지지하게 된다. 따라서 턴테이블(6) 상부에 설치되는 이송테이블(10)이 소재(19)를 흡착한 상태로 이동하거나 또는 소재(19)를 이송한 후 복귀함에 따라 무게중심이 일측이나 타측으로 이동하거나 치중되더라도 턴테이블(6)의 원활한 동작과 안정적인 정역회전이 달성된다.

상기 링부재(28)와 볼베어링(27a)은 수직응력이 집중되므로 내마모도가 우수한 스텐레스, 합금강 등의 강재로 구성함으로써 산화 및 수명단축 등이 방지되며, 사용에 의해 링부재(28)가 마모 및/또는 파손되는 경우 새로운 링부재(28)를 원형홈(67)에 삽입 설치하는 방법으로 교체할 수 있다.

상기 턴테이블(6)의 상부면에 설치되는 수평안내유닛(9)은, 원형부(62)와 직선부(63)(64)의 상부면에 걸쳐 평행 설치되는 한 쌍의 LM레일(71)(72) 및 랙기어(93)와, LM레일(71)(72) 상부에 미끄럼 결합되어 직선 왕복운동하는 이송테이블(10)의 LM블럭(103)(104)과, 이송테이블(10) 내부에 설치되고 이송테이블(10) 후방으로 회전축이 돌출되는 모터(96)와, 상기 랙기어(93)에 치합되고 모터(96)의 회전축에 고정되는 헬리컬기어(97)와, 직선부(63)(64)의 상부에 각각 설치되어 이송테이블(10)의 이동을 감지하는 근접센서(98)(99)와, 상기 근접센서(98)(99)가 센싱하도록 이송테이블(10)의 저부면에 고정되는 피감지 어태치먼트(48)와, 일측 LM레일(71)의 양단부에 각각 설치되고 이송테이블(10)의 저부면에 고정되는 LM블럭(103)에 의해 이송테이블(10)의 과도한 이동이나 이탈을 물리적(기구적)으로 저지하는 한 쌍의 스토퍼(9a)(9b)를 포함한다.

상기 근접센서(98)(99)가 설치되는 프레임(981)(991)은 직선부(63)(64)의 상부면 또는 LM레일(72)의 측면에 볼트나 피스 등의 체결부재로 고정되며, 프레임(981)(991)에는 LM레일(72)과 평행하는 수평 장공(982)(992)이 각각 형성되어 근접센서(98)(99)의 고정위치를 적절히 조정할 수 있도록 함으로써 이송테이블(10)의 스트로크 또는 왕복운동거리를 설정할 수 있다.

상기 근접센서(98)(99)의 고정위치를 조정함으로써 이송테이블(10)의 이동 스트로크가 결정되며, 이송테이블(10)의 저부면에 고정되는 피감지 어태치먼트(48)가 이송테이블(10)을 따라 이동하면서 일측 근접센서(98) 또는 타측 근접센서(99)에 근접 센싱되면서 이송테이블(10)이 정지한 후 제어기의 제어에 의해 반대방향으로 이동하게된다.

상기 모터(96)의 정회전 또는 역회전운동으로 헬리컬기어(97)가 정회전 또는 역회전하면 이송테이블(10)이 LM레일(71)(72)의 길이방향으로 직선 이동하게되며, 근접센서(98)(99)에 의해 직선부(63)(64)에서 정지한 다음 반대방향으로 직선운동하는 방법으로 이송테이블(10)의 왕복운동이 달성되며, 고장이나 동작불량 등에 의해 이송테이블(10)이 근접센서(98)(99)를 지나치면서 과도하게 이동하는 경우 이송테이블(10)의 저부면 양측에 고정된 LM블럭(103)이 스토퍼(9a)(9b)에 의해 정지되면서 이송테이블(10)의 과도한 이동이나 이탈이 방지된다.

상기 일측 근접센서(98)와 타측 근접센서(99)에 의해 이송테이블(10)의 이동 또는 왕복 스트로크가 결정되며, 장공에 결합 설치되는 근접센서(98)(99)의 위치를 조절함으로써 상기 왕복 스크로크를 임의로 설정할 수 있다.

상기 LM레일(71)(72)과 랙기어(93)는 소정 크기의 블럭(100)에 의해 적절한 높이가 설정되어 이송테이블(10)의 원활한 이동이 달성된다.

상기 수평안내유닛(9)에 설치되는 이송테이블(10)은 LM가이드에 의해 왕복운동하면서 소재(19)를 이송하게된다. 상기 이송테이블(10)은, 함체 또는 본체(101)와, 본체(101) 바닥판(102)의 저부면에 설치되고 LM레일(71)(72)에 결합되어 미끄럼운동하는 복수의 LM블럭(103)(104)과, 본체(101) 일측에 설치되는 모터(46)와, 랙기어(93)에 치합되고 모터(46)의 회전축에 고정되는 헬리컬기어(47)와, 근접센서(98)(98)가 감지하도록 바닥판(102)의 저부면 일측에 고정되는 피감지 어태치먼트(48)를 포함한다.

상기 이송테이블(10)에 설치되는 수직안내유닛(13)은, 이송테이블(10)의 후단에 수직으로 설치되는 수직판(131)과, 수직판(131)의 전면에 수직으로 평행 고정되는 복수의 LM레일(132)과, LM레일(132)과 평행하도록 수직판(131)의 전면에 축설치되는 볼스크류(133)와, LM레일(132)에 결합되고 수평 아암(14)에 고정되는 LM블럭(134)과, 볼스크류(133)에 나사결합되고 아암(14)에 고정되는 볼너트(135)와, 아암(14)의 일측단부에 탈부착되는 보조아암(18)과, 보조아암(18)의 단부에 설치되는 소재흡탈착수단(20)과, 볼스크류(133)의 하단부에 고정되는 타이밍풀리(136)와, 본체(101)에 고정되는 모터(15)와, 모터(15)의 회전축에 고정되는 타이밍풀리(137)와, 타이밍풀리(136)와 타이밍풀리(137)를 연결하는 타이밍벨트(138)를 포함한다.

상기 LM레일(132)은 수직판(131)에 고정되는 소정 크기의 블럭(139)에 의해 돌출 정도가 설정된다.

상기 수직안내유닛(13)은, 모터(15)가 정역회전하면 동력전달수단인 타이밍풀리(136)(137)와 타이밍벨트(138)에 의해 볼스크류(133)가 정역회전하고, 볼스크류(133)에 나사결합된 볼너트(135)가 승강하게된다. 따라서 볼너트(135)에 고정된 아암(14)이 승강하게되고, 소재(19)가 흡착 또는 탈착된 소재흡탈착수단(20) 또한 승강운동하게된다.

상기 아암(14)의 승강은 랙과 피니언의 조합으로 달성될 수도 있다.

즉, 도 19, 도 20과 같이 볼스크류(133) 대신 랙기어(133a)를 수직판(131)에 고정하고, 아암(14)과 모터(15a)를 브라켓(15b)으로 고정하고, 랙기어(133a)에 치합되는 피니언(133b)을 모터(15a)의 회전축에 고정시켜 모터(15a)가 정회전하면 아암(14)이 상승하고, 모터(15a)가 역회전하면 아암(14)이 하강하게 된다.

소재흡탈착수단(20)은, 도 18과 같이 보조아암(18)에 소정 간격으로 설치되는 복수의 관절구(22)와, 관절구(22)를 고정시키는 피스(22a)와, 관절구(22)에 각각 결합되는 지지봉(29)과, 지지봉(29)의 단부에 설치되고 소재(19)를 흡착 및 탈착하는 흡착구(25)와, 흡착구(25) 일측에 설치되고 소재(19)의 흡탈착 여부를 감지하는 소재감지기(21)를 포함한다.

상기 흡착구(25)는 전자석 및/또는 진공흡착패드일 수 있다.

상기 흡착구(25)는 이송 소재(19)의 형상 모양을 감안하여 소재(19)의 안정적인 흡탈착이 이루어질 수 있도록 자유 틸팅이 가능하게 구성함이 바람직하다. 이를테면 지지봉(29)의 단부에 설치되는 하우징(26)과, 하우징(26)에 결합되는 관절구(30)와, 관절구(30)에 결합되는 흡착구(25)와, 흡착구(25)의 기울기(각도)를 설정한 다음 관절구(30)를 고정시키는 피스(31)를 포함한다.

도 22 내지 도 25는 이송 소재(19)를 소망의 기울기로 틸팅시키거나 틸팅시키면서 이송할 수 있도록 구성되는 틸팅수단(250)을 예시한 것으로, 아암(14)을 구성하는 프로파일(14a) 내부에 형성되는 중공부에 회전봉(23)이 축설치되고, 회전봉(23)의 일측단부에 보조축봉(233)이 고정되고, 회전봉(23)의 타측단부에 헬리컬기어(251)가 고정되고, 아암(14) 일측에 모터(24)가 고정되고, 모터(24)의 회전축(241)에는 동력전달수단인 헬리컬기어(251)에 치합되는 헬리컬기어(242)가 고정되고, 상기 보조축봉(233)은 보조아암(18)의 후단에 고정된다. 따라서 모터(24)가 소정구간 정회전 또는 역회전하면 회전봉(23)이 정역 회전하고, 소재흡탈착수단(20)이 소정 구간 정회전 또는 역회전하게 되므로 이송 소재(19)가 소정 각도로 기울어진 상태로 이송되거나 또는 기울어지면서 이송되며, 소재(19)의 반전(180°회전) 이송도 물론 가능하다.

상기 회전봉(23)은 축베어링(231)(232)(254)과 축지지구(234)(252)에 의해 축지지되고, 보조축봉(233)은 다른 축베어링(235)(236)과 축지지구(234)(237)에 의해 축지지된다. 상기 모터(24)는 축지지구(252)에 고정될 수 있으며, 헬리컬기어(242)가 고정되는 회전축(241)은 축지지구(252)의 구멍(255)을 관통한다. 상기 헬리컬기어(242)(251)는 케이스(253)로 보호된다.

본 발명은 상기와 같이 소재(19)가 소재흡탈착수단(20)에 흡착되면 이송테이블(10)이 목적지(예컨대, 후속공정의 프레스 금형)로 이동하면서 모터(24)에 의해 상기 소재(19)가 반입 각도를 고려하여 회전된 다음(기울진 다음) 후속공정의 프레스 금형으로 반입되거나 전달되므로 전체 소재(19) 이송시간이 단축되고 생산성이 보다 향상된다.

도 21은 본 발명에서 좌측방향(E)의 금형(M1)에 위치하는 소재(19)를 우측방향(G)의 금형(M2)으로 전달하는 과정을 도시한 동작 상태 평면도로, 턴테이블(6)의 축부재(5)를 중심으로 소재흡탈착수단(20)의 회전반경이 필요로하나, 턴테이블(6)의 상부면에 수평안내유닛(9)이 설치되어 턴테이블(6)에 의한 회전운동과 수평안내유닛(9)에 의한 직선운동이 같이 이루어지도록 하되, 도 12, 도 21과 같이 턴테이블(6)과 수평안내유닛(9)의 도움으로 소재흡탈착수단(20)이 좌측방향(E)의 금형(M1) 위로 이동하면 수직안내유닛(13)에 의해 소재흡탈착수단(20)이 하강하여 금형(M1) 위의 성형 소재(19)를 흡착 및 반출하고 소재감지기(21)가 소재(19)의 흡착을 감지하면 제어기의 제어에 의해 소재흡탈착수단(20)이 소정 높이로 상승하고 턴테이블(6)은 반시계방향(A 방향)으로 회전하게되며, 수평안내유닛(9)에 설치된 이송테이블(10)은 D방향(후진방향)으로 이동하게된다.

이에 따라, 도 13과 같이 다축로봇(1)의 전면 부분에서 소재흡탈착수단(20)과 소재(19a)가 최대로 후진한 다음, 턴테이블(6)이 반시계방향(도 21의 A 방향)으로 계속 회전하는 상태에서 최대로 후진 이동하였던 이송테이블(10)은 C방향으로 이동하게되며, 따라서 도 14, 도 21과 같이 소재흡탈착수단(20)이 C방향(전진방향)으로 최대로 전진 돌출되면서 우측방향(G)에 위치하는 금형(M2) 위에서 정지하게되고, 수직안내유닛(13)에 의해 소재흡탈착수단(20)이 하강하여 금형(M2) 위로 성형 소재(19a)를 반입 탈착시키면 제어기(C)의 제어에 의해 소재흡탈착수단(20)이 소정 높이로 상승하고 상기의 역순으로 복귀하면서 1회의 소재(19) 이송이 완료되며, 이러한 과정의 반복으로 소재(19)의 자동 이송이 달성된다.

즉, 소재(19)를 전달한 소재흡탈착수단(20)이 수직안내유닛(13)에 의해 소정 높이로 상승하면 제어기의 제어에 의해 턴테이블(6)은 시계방향(B 방향)으로 회전하고, 수평안내유닛(9)에 설치된 이송테이블(10)은 D방향으로 후진 이동하게된다.

이에 따라, 도 13과 같이 다축로봇(1)의 전면 부분에서 소재흡탈착수단(20)이 최대로 후진한 다음, 턴테이블(6)이 시계방향(B 방향)으로 계속 회전하는 상태에서 최대로 후진 이동하였던 이송테이블(10)은 C방향으로 전진 이동하게되며, 따라서 도 12, 도 21과 같이 소재흡탈착수단(20)이 최대로 전진 돌출되면서 좌측방향(E)에 위치하는 금형(M1) 위의 다음번 이송 소재를 흡착하기 위하여 대기하게된다.

상기 소재흡탈착수단(20)의 대기 시간(기간)은 상부금형이 금형(M1) 위의 소재(19) 성형(타발)을 완료한 후 소정 높이로 상승한 기간 일 수 있다.

상기 도 21에서 소재흡탈착수단(20)이 다축로봇(1)의 전면 부분에서 최대한 후진 이동(L1)하면서 몰입되므로 다축로봇(1)의 전면 부분에는 여유 거리(L2) 공간(작업자 공간)이 생기므로 작업공간이 줄어들 뿐 아니라, 소재 이송간에 턴테이블(6)에 의한 회전운동과 수평안내유닛(9)에 의한 직선운동이 동시에 구현되면서 최단거리의 이동동선으로 소재(19)의 반입/반출이 달성되므로 소재 이송효율이 극대화되고 관성이 크게 감소된다.

또한, 플레이트(4)의 상부면에 복수로 설치되는 볼플런저(27)에는 볼베어링(27a)이 구름운동하도록 설치되고, 상기 볼베어링(27a)은 턴테이블(6)에 고정된 링부재(28)의 저부면에 점접촉하면서 턴테이블(6)을 안정적으로 지지하게 되므로 이송테이블(10)이 소재(19)를 흡착한 상태로 이동하거나 또는 소재(19)를 이송 전달한 후 복귀하면서 무게중심이 일측이나 타측으로 치중되더라도 턴테이블(6)의 원활한 동작과 안정적인 정역회전이 달성되며 진동과 소음은 격감된다.

도 30 내지 도 33은 본 발명 일 예로 도시한 소재회전로봇(R6)을 예시한 도면으로, 복수의 높낮이 조절수단(75)을 갖는 기대(76)와, 기대(76) 상부에 수평으로 설치되는 플레이트(77)와, 플레이트(77) 상부면 양측에 평행 설치되는 한 쌍의 LM가이드(78) 및 랙기어(79)와, LM가이드(78)의 상부에 설치되는 이동체(80)과, 이동체(80)에 고정되는 모터(81)와, 모터(81)의 회전축에 고정되고 상기 랙기어(79)에 치합되어 이동체(80)이 LM가이드(79)를 따라 왕복 운동할 수 있도록 동작하는 헬리컬기어(82)와, 이동체(80)의 상부면 전후측에 평행 설치되는 한 쌍의 LM가이드(83) 및 랙기어(84)와, LM가이드(83)의 상부에 설치되는 이송테이블(85)과, 이송테이블(85)에 고정되는 모터(86)와, 모터(86)의 회전축에 고정되고 상기 랙기어(84)에 치합되는 헬리컬기어(87)와, 이송테이블(85) 일측에 설치되는 수직안내유닛(88)과, 수직안내유닛(88)에 설치되는 아암(89)을 승강시키는 모터(90) 및 동력전달수단과, 아암(89) 단부에 체결부재로 탈부착되는 보조아암(91)과, 보조아암(91)의 단부에 설치되고 소재(19)를 흡탈착하는 복수의 소재흡탈착수단(20)과, 소재흡탈착수단(20)에 설치되고 소재(19)의 흡착 및 탈착 상태를 감지하는 소재감지기(21)와 틸팅수단(250)을 포함한다.

상기 틸팅수단(250)은 아암(89)은 도 22 내지 도 25와 같은 구성으로 소재이송로봇(R3)에 의해 이송된 소재(19)를 소재흡탈착수단(20)으로 흡착하는 방법으로 전달받은 다음 해당 성형에 필요한 회전, 예컨대 반전(180°) 회전 및 소정 각도로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전(틸팅)시키거나 회전시키면서 금형(M3) 위로 이동하여 소재(19)를 반입하게된다.

상기 수직안내유닛(88)은, 다축로봇(1)의 수직안내유닛(13)과 같거나 유사하게 구성된다, 이를테면, 이송테이블(85)의 후단에 수직으로 설치되는 수직판과, 수직판의 전면에 수직으로 평행 고정되는 복수의 LM레일과, LM레일과 평행하도록 수직판의 전면에 축설치되는 볼스크류와, LM레일에 결합되고 수평 상태의 아암(89)에 고정되는 LM블럭과, 볼스크류에 나사결합되고 아암(89)에 고정되는 볼너트와, 아암(89)의 일측단부에 탈부착되는 보조아암(91)과, 보조아암(91)의 단부에 설치되는 소재흡탈착수단(20)과, 볼스크류의 하단부에 고정되는 타이밍풀리와, 이송테이블(85)에 설치되는 모터(90)의 회전축에 고정되는 타이밍풀리와, 타이밍풀리와 타이밍풀리를 연결하는 타이밍벨트를 포함하며, 모터(90)가 정역회전하면 동력전달수단인 타이밍풀리와 타이밍벨트에 의해 볼스크류가 정역회전하고, 볼스크류에 나사결합된 볼너트가 승강하게되고, 이에 따라 아암(89)과 보조아암(91) 및 소재흡탈착수단(20)이 소재(19)를 흡탈착하기 위하여 승강운동하게된다.

상기 소재회전로봇(R6)은 모터(81)의 정역회전에 의해 이동체(80)가 LM가이드(78)를 따라 금형(M3) 방향(X축 방향)으로 왕복운동하게 되고, 다른 모터(86)의 정역회전에 의해 이송테이블(85)이 금형(M3)과 직교하는 방향(Y축 방향)으로 왕복운동하게 되고, 또 다른 모터(90)와 동력전달수단에 의해 아암(89)이 상하(Z축 방향)로 승강 운동하게되고, 보조아암(91)은 모터(24)와 틸팅수단(250)에 의해 반전(180°) 회전 및 소정 각도로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하면서 프레스(P3)의 금형(M3)으로 소재(19)를 반입시킨 후 상승 및 후진 복귀하여 다음 번 소재(19) 반입을 준비하게 된다.

상기 소재회전로봇(R6)의 소재흡탈착수단(20)은 X, Y, Z축 방향의 위치운동과 반전(180°) 회전 및 소정 각도로 시계방향 또는 반시계방향의 회전운동이 달성되며, 소재이송로봇(R3)으로부터 전달받은 소재(19)를 금형(M3)으로 반입할 수 있게 된다.

상기 소재회전로봇(R6)은 설명의 편의상 프레스(P3) 후방에 설치한 것으로 설명히였으나, 다른 프레스 또는 복수의 프레스에 설치 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 모터(7)(11)(15)(24)(81)(86)(90)(96)들은 엔코더가 내장되어 정밀 제어되는 서보모터들이며, 동작신호 또는 이동거리나 회전각 등이 제어기로 입력되어 정밀 제어된다.

본 발명의 소재이송로봇(R2)(R3)(R4)은 프레스와 프레스 사이에 설치되어 평판 소재 또는 금형에 의해 성형된 소재(19)를 반출 이송한 다음 후속공정의 금형으로 반입시켜 성형이 이루어질 수 있도록 함으로써, 소재(19) 반입/반출의 자동화와 고속화가 달성되며, 대량생산을 위한 신설설비는 물론이고 다품종 소량 생산의 대 다수 기존 프레스 설비에도 쉽게 설치 및 사용할 수 있게된다.

본 발명의 도 34 내지 도 39는 소재흡탈착수단(20)이 다축로봇(1)의 전면(정면)으로 돌출되는 것을 물리적 또는 기구적으로 방지하는 안전수단(260)을 구성하여 다축로봇(1)의 전면 방향(F)에 위치하는 작업자(H)를 보호함으로써 각종 안전사고가 방지되도록 한 것이다.

상기 안전수단(260)은 이송테이블(10)의 일측 또는 저부면에 고정되거나 이송테이블(10)에 고정되는 연장블럭(261)에 고정되고 LM레일(71)과 평행하는 소정길이의 클릭(262)과, LM레일(71)이 고정되는 고정부재(711)의 측면에 설치되고 수직으로 상승하여 상기 클릭(262)에 걸림되면서 이송테이블(10)을 정지시키거나 또는 수직으로 하강하여 상기 클릭(262)으로부터 멀어지면서(이격되면서) 걸림 해제되어 이송테이블(10)의 왕복운동을 허용하는 걸림수단(263)의 래칫(264)과, 영구자석의 자력(磁力)에 의해 래칫(264)이 하강하도록 도우는 인력(引力)부재(265)를 포함한다.

상기 클릭(262)은 복수의 경사부(266)와 복수의 수직부(267) 및 경사부(266)와 수직부(267) 사이에 형성되는 수직삼각형의 걸림홈(268)을 갖는 톱니 형상이며, 걸림수단(263)의 최상부에 위치하는 래칫(264)이 상승하여 걸림홈(268)에 걸림되거나, 또는 상기 래칫(264)이 소정 높이(h2)로 하강하여 걸림홈(268)을 벗어나면 걸림이 해제되도록 구성된다.

따라서 래칫(264)이 하강하여 걸림홈(268)을 벗어나면 이송테이블(10)과 수직안내유닛(13) 및 소재흡탈착수단(20)의 구간 왕복운동이 이루어지면서 소재(19)의 이송이 달성되며, 래칫(264)이 상승하여 걸림홈(268)에 걸림되는 경우 클릭(262)의 전진 이동이 억제되고, 이송테이블(10)과 수직안내유닛(13) 및 소재흡탈착수단(20)의 전진 또한 억제된다. 즉, 소재흡탈착수단(20)이 작업자가 위치하는 전면(정면)을 향할 때 도 21과 같이 소재흡탈착수단(20)이 작업자(H) 방향(F 방향)으로 이동하거나 돌출되는 현상이 방지되므로 작업자(H)가 보호되며, 이에 따라 작업자(H)는 안심하고 작업에 임할 수 있게된다.

상기 걸림수단(263)은 LM레일(71) 위를 왕복운동하는 이송테이블(10)을 정지시킬 수 있도록 LM레일(71)이 고정되는 고정부재(711)의 측면에 고정된다.

도 35는 걸림수단(263)의 사시도로, 고정부재(711)의 측면에 체결부재로 체결 고정되는 브라켓(270)과, 브라켓(270)의 전면으로 연장 돌출되는 돌출부(271)와, 돌출부(271)에 수직으로 형성되는 통공(272)에 끼워져 고정되는 안내관(273)과, 안내관(273)에 미끄럼 결합되는 승강봉(274)과, 돌출부(271)의 상부면에 설치되고 승강봉(274)을 지지하는 지지부재(275)와, 승강봉(274)의 상단부에 형성되고 승강봉(274)보다 조금 큰 지름, 예컨대 2~10㎜ 큰 지름의 래칫부(276) 및 단턱부(277)와, 승강봉(274) 외주연에 결합된 다음 단턱부(277)에 걸림되고 하향 개방되는 스프링 하우징(278)과, 스프링 하우징(278) 내부의 스프링실(279)에 탄력 설치되고 래칫부(276)를 상승시키는 스프링(280)과, 래칫부(276)의 상단부에 형성되고 걸림홈(268)에 결합 및 이격되는 래칫(264)과, 래칫부(276)의 일측에 형성되는 경사면(283)과, 래칫부(276)의 타측 길이방향으로 형성되는 평면부(284)와, 브라켓(270)의 상부면에 고정되는 수직부재(269)와, 수직부재(269)에 수평으로 설치되고 평면부(284)에 점 접촉하면서 래칫부(276)의 승강은 허용하면서 회전을 억제하는 수평봉(285)과, 승강봉(274)의 하단부에 체결 고정되고 하향 개방되는 자석하우징(286)과, 자석하우징(286) 내부에 설치되는 영구자석(287)과, 플레이트(4)의 상부면에 전후로 설치되고 영구자석(287)을 끌어당겨 래칫(264)을 하강하시키는 호형의 인력부재(265)를 포함한다. 상기 경사부(266)와 경사면(283)은 하향할 수록 스토퍼(9a) 방향으로 경사진다.

상기 안내관(273)은 미끄럼 베어링일 수 있다.

상기 인력부재(265)(265a)는 좌우 한 쌍의 철금속으로 구성되어 자력이 작용되며, 도 29와 같이 영구자석(287)이 끌어당겨질 수 있도록 영구자석(287)의 원(원호)운동 구간의 플레이트(4) 상부면에 소정 폭(W)과 소정 높이(h1) 및 소정 각도(θ2)로 설치되는 원호형이다.

상기 인력부재(265)(265a)는 도 35와 같이 복수의 체결공(291)이 소정 간격으로 형성되며, 상기 체결공(291)에 체결부재를 끼운 다음 플레이트(4)에 상부면에 체결시켜 고정하게 된다.

본 발명의 안전수단(260)은 이송테이블(10)을 따라 정회전 또는 역회전하는 영구자석(287)이 인력부재(265)(265a)가 위치하지 않는 걸림 각도(θ1) 구간에서는 도 38과 같이 플레이트(4)와 영구자석(287) 간에는 상당한 높이(h3)가 발생되므로 영구자석(287)이 하강할려는 인력이 작용하지 않게 되므로 스프링(280)의 탄발력에 의해 상승된 래칫(264)이 걸림홈(268)으로 진입하여 걸림되면서 이송테이블(10)의 전진(C 방향 이동)이 방지되고 소재흡탈착수단(20)의 전진도 방지되므로 전면방향(F 방향)에서 작업하는 작업자(H)가 보호된다.

또한 이송테이블(10)을 따라 정회전 또는 역회전하는 영구자석(287)이 인력부재(265)(265a)가 위치하는 걸림 해제 각도(θ2) 구간에서는 영구자석(287)의 자력에 의해 인력부재(265)(265a) 방향으로 영구자석(287)이 하강하게 되므로 도 37과 같이 스프링(280)에 의해 상승된 래칫(264)이 소정 높이(h2)로 하강하면서 걸림홈(268)을 벗어나 걸림이 해제되므로 이송테이블(10)이 전후진(C방향 및 D방향)할 수 있게 되며, 소재(19)를 흡착한 소재흡탈착수단(20)이 수직안내유닛(13) 및 수평안내유닛(9) 및/또는 틸팅수단(250)의 도움을 받아 소재(19)를 반입 및 반출하게 된다.

본 발명에서 안전수단(260)에 의해 이송테이블(10)의 전진이 방지되더라도 모터(46) 동작에 의해 이송테이블(10)로 구동력이 전달되나, 제어기(C)는 모터(46)의 과부하로 인식하여 모터(46)를 정지시킴으로서 이송테이블(10)이 정지되고 모터(46)의 고장이나 손상이 방지된다.

본 발명에서 래칫부(276)의 평면부(284)에 접하는 수평봉(285)은 점접촉으로 마찰이 최소화되며, 래칫부(276)의 승강은 허용하면서 회전을 억제하게 된다.

도 36은 상기 인력부재(265)(265a)의 다른 실시예 사시도로, 인력부재(265)(265a)의 일측 상부면에 복수의 요입홈을 소정간격으로 형성하고, 상기 요입홈에 하나 또는 복수의 하부 영구자석(288)(289)(290)을 매입 설치하여 인력부재(265)(265a)의 상부로 자력이 투출되도록 구성한 것이다.

상기 요입홈은 하부 영구자석(288)(289)(290)이 인력부재(265)(265a)의 상부면으로 노출될 수 있도록 상향 개방형이다.

상기에서 도 35와 같이 영구자석(287)의 저부면이 S극인 경우 하부 영구자석(288)(289)(290)의 상부면은 N극으로 구성하여 인력이 발생되도록 함으로써 하부 영구자석(288)(289)(290)과 인력부재(265)(265a)의 상부면에서는 영구자석(287) 및 래칫(264)이 하강하여 래칫(264)의 걸림이 보다 신속히 해제되면서 효과적인 걸림 해제가 달성된다.

즉, 수평안내유닛(9)의 상부가 반시계방향으로(A 방향) 완전히 회전된 상태에서는 영구자석(287)이 걸림 해제 각도(θ2) 내에 위치하게 되므로 근접해 있는 인력부재(265a)로 자력이 작용되면서 영구자석(287)이 하강하고 래칫(264)도 소정 높이(h2)로 하강하면서 걸림이 해제되며, 이송테이블(10) 및 소재흡탈착수단(20)은 전진방향(C 방향)으로 전진하여 좌측방향(E 방향)의 소재(19)를 흡착한 다음 이송테이블(10) 및 소재흡탈착수단(20)이 후방(D 방향)으로 후진할 수 있게된다.

본 발명의 다축로봇(1)은 소재(19)를 후단으로 이송하는 이송테이블(10) 및 소재흡탈착수단(20)이 좌측방향(E)에서 우측방향(G)으로 이동하되, 전면방향(F)에서는 도 21, 도 29와 같이 이송테이블(10)와 소재흡탈착수단(20)과 소재(19)가 후방으로 후진(d 방향)한 다음 턴테이블(6)에 의해 우측방향(G)으로 이동하면서 걸림 해제 각도(θ2) 구간으로 진입하면, 래칫(264)의 걸림이 해제된 상태이므로 이송테이블(10)와 소재흡탈착수단(20)과 소재(19)가 전진(C 방향)하여 소재(19)를 후단 프레스의 금형(M2)으로 이송 반입한 다음 복귀하게 된다.

한편, 근접센서(98)(99) 등에 의한 다단 안전장치가 구비되더라도 동료 작업자의 실수나 오동작에 의해 작업자(H) 방향으로 동작하는 경우 안전사고가 발생되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 동료 작업자의 실수나 오동작 등에 의해 이송테이블(10)이 전면방향(F 방향)으로 전진하더라도 물리적인(기구적인) 안전장치인 안전수단(260)에 의해 기구적(물리적)으로 정지된다.

즉, 턴테이블(6)에 의해 회전하는 이송테이블(10)이 걸림 해제 각도(θ2) 구간에 위치하는 경우 스프링(280)에 의해 상승하는 래칫(264)이 걸림홈(268)으로 진입하여 걸림되면서 물리적으로 정지되고 작업자(H)가 위치하는 전면방향(F 방향)으로 이송테이블(10) 및 소재흡탈착수단(20)의 이동이 억제되므로 주로 전면에 위치하는 작업자(H)가 보호된다.

한편, 종래 프레스 작업장에서 간간이 사용되는 기존 셔틀로봇 또는 단동로봇의 구조적인 가장 큰 단점은 궤도와 모션(Motion)이 고정되어 있어서 로봇 설치와 생산 공정상 프레스 안에 위치하는 금형의 높이 정렬과, 워크 센터라인 정렬이 반드시 필요하고 공정변화에 따른 구조 변경이 허용되지 않았으나, 본 발명에서는 각각의 장치와 기구의 높낮이 조절 및 전ㆍ후ㆍ좌ㆍ우 위치조절이 가능하여 프레스기의 금형 높이 정렬과 워크 센터라인 정열이 불필요하며, 단일 제품 대량 생산, 소량 다품종 생산, 다양한 설치조건과 사용환경에 구분없이 쉽게 적용할 수 있으며, 설치가 쉽고, 증설 및 변경 등이 편리하며, 다기능에 비해 제조원가가 저렴한 장점이 있다.

또한 본 발명은 생산현장의 작업상황에 따라 소재의 공급 및 반출 방향을 좌측에서 우측으로, 또는 우측에서 좌측으로 쉽게 변경할 수 있을 뿐 아니라, 이송 중인 소재(19)가 회전 및 직선 이송되며, 아암(14)의 내부의 회전봉(23)을 정역회전시키는 모터(24) 및 동력전달수단을 이용하여 이송중인 소재(19)를 소정의 각도로 회전 및 반전시켜 이송할 수 있으므로 추가 설비 없이도 작업환경에 신속히 대응할 수 있게된다.

또한 본 발명은 프레스 생산현장에서 생산설비의 변경이나 이설시 설치환경에 따라 간단하고 쉽게 변형이 가능하고 재사용 가능한 모듈화된 구조로 설계되어 있어서 생산성 향상, 인건비 절감, 설비투자, 비용절감 등 많은 장점이 있으며, 자동화 및 사용의 편리함으로 인하여 프레스 산업 관련 가공 생산공정에서 저비용으로 널리 사용할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 다축로봇(1)은 턴테이블(turntable)에 의한 회전운동과 수평안내유닛(9)에 의한 직선운동과 수직안내유닛(13)에 의한 승강운동이 구현되면서 최단거리의 이동동선으로 소재(19)의 이송과 반입/반출이 달성되므로 소재(19) 이송효율이 극대화되고 진동과 소음 및 관성이 크게 감소되는 효과가 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

(MS)--소재적재장치 (MC)--소재확인장치
(P1)(P2)(P3)(P4)--프레스 (M1)(M2)(M3)(M4)--금형
(R1)--소재공급로봇 (R2)(R3)(R4)--소재이송로봇
(R5)--소재배출로봇 (R6)--소재회전로봇
(MD)--소재배출장치 (C)--제어기
(PC)--프레스 제어기 (θ1)(θ2)(θ3)(θ4)--각도
(1)--다축로봇 (2)--높낮이 조절수단
(3)--기대 (4)--플레이트
(5)--축부재 (5a)--축부
(6)--턴테이블 (7)(11)(15)(24)(81)(86)(90)(96)--모터
(7a)--모터의 회전축 (7b)(66)(82)(87)(97)--헬리컬기어
(9)--수평안내유닛 (9a)(9b)(221)(222)--스토퍼
(10)--이송테이블 (13)--수직안내유닛
(14)--아암 (14a)--지지 프레임
(14b)--프로파일 (17)--체결부재
(18)--보조아암 (19)(19a)--소재
(20)--소재흡탈착수단 (21)--소재감지기
(22)--관절구 (23)--회전봉
(27)--볼플런저 (27a)--볼베어링
(28)--링부재 (41)(61)(272)--통공
(62)--원형부 (63)(64)--직선부
(65)--링부재 (67)--원형홈
(71)(72)--LM레일 (93)--랙기어
(98)(99)--근접센서 (103)(104)--LM블럭
(223)--어태치먼트 (224)(225)--완충부재
(201)--받침판 (202)--수직부재
(203)--수직장공 (204)(205)--볼트
(206)--머리부 (260)--안전수단
(261)--연장블럭 (262)--클릭
(263)--걸림수단 (264)--래칫
(265)(265a)--인력(引力)부재 (266)--경사부
(267)--수직부(수직 평면부) (268)--걸림홈
(269)--수직부재 (270)--브라켓
(271)--돌출부 (272)--통공
(273)--안내관 (274)--승강봉
(275)--지지부재 (276)--래칫부
(277)--단턱부 (278)--스프링 하우징
(279)--스프링실 (280)--스프링
(283)--경사면 (284)--평면부
(285)--수평봉 (286)--자석하우징
(287)--영구자석 (288)(289)(290)--하부 영구자석
(711)--고정부재 (981)(991)--프레임
(982)(992)--수평 장공 (h1)(h2)(h3)--높이
(H)--작업자

Claims

복수의 프레스로 구성되는 다공정 프레스 자동화시스템에 있어서;
복수의 소재가 적재되는 소재공급장치;
소재공급장치에 적재된 소재 중 최상부 소재를 흡착한 다음 소재확인장치로 이송 탈착시켜 이송 매수가 1매로 확인되면 흡착한 다음 최선단 프레스의 금형으로 반입하고 복귀하는 소재공급로봇;
프레스와 프레스 사이에 설치되고 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출한 다음 후공정 프레스 금형으로 반입한 다음 복귀하는 소재이송로봇;
최후단 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 소재배출장치로 이송하고 복귀하는 소재배출로봇;
을 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 1에 있어서;
상기 프레스 중 특정 프레스의 후방 공간에 설치되고 소재이송로봇에 의해 이송되는 소재를 반전시켜 특정 프레스의 금형으로 반입하고 복귀하는 소재회전로봇을 더 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 2에 있어서;
소재회전로봇은,
기대(76) 상부에 수평으로 설치되는 플레이트(77);
플레이트(77) 상부면 양측에 평행 설치되는 한 쌍의 LM가이드(78) 및 랙기어(79);
LM가이드(78)의 상부에 설치되는 이동체(80);
이동체(80)에 고정되는 모터(81);
모터(81)의 회전축에 고정되고 랙기어(79)에 치합되는 헬리컬기어(82);
이동체(80)의 상부면 전후측에 평행 설치되는 한 쌍의 LM가이드(83) 및 랙기어(84);
LM가이드(84)의 상부에 설치되는 이송테이블(85);
이송테이블(85)에 고정되는 모터(86);
모터(86)의 회전축에 고정되고 랙기어(84)에 치합되는 헬리컬기어(87);
이송테이블(85) 일측에 설치되는 수직안내유닛(88);
수직안내유닛(88)에 설치되는 아암(89)을 승강시키는 모터(90) 및 동력전달수단;
아암(89) 단부에 체결부재로 탈부착되는 보조아암(91);
보조아암(91) 단부에 설치되고 소재(19)를 흡탈착하는 복수의 소재흡탈착수단(20);
소재흡탈착수단(20)에 설치되고 소재(19)의 흡/탈착 상태를 감지하는 소재감지기(21);
아암(89)을 정역회전시키는 틸팅수단(250);
을 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서;
다축로봇은,
복수의 높낮이 조절수단(2)을 갖는 기대(3);
기대(3) 상부에 수평으로 설치되는 플레이트(4);
플레이트(4) 상부 중앙에 축부재(5)로 축설치되는 턴테이블(6);
턴테이블(6)을 소정구간 정역회전시키는 모터(7) 및 동력전달수단;
턴테이블(6) 상부에 설치되는 수평안내유닛(9);
수평안내유닛(9)에 설치되는 이송테이블(10)을 직선 왕복운동시키는 모터(11) 및 동력전달수단;
이송테이블(10) 일단에 설치되는 수직안내유닛(13);
수직안내유닛(13)에 설치되는 아암(14)을 승강시키는 모터(15) 및 동력전달수단;
아암(14) 단부에 체결부재(17)로 탈부착되는 보조아암(18);
보조아암(18) 단부에 설치되고 소재(19)를 흡탈착하는 복수의 소재흡탈착수단(20);
플레이트(4) 상부면에 소정 간격으로 설치되는 복수의 볼플런저(27);
턴테이블(6)의 저부면에 고정되고 볼플런저(27)의 상부면이 점접촉하는 링부재(28);
턴테이블(6)이 소정 구간 정회전 및 역회전할 수 있도록 정지시키는 정지수단;
을 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 4에 있어서;
아암(14)의 내부 중공부에 축설치되는 회전봉(23)을 정역회전시키는 모터(24) 및 동력전달수단;
을 더 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 4에 있어서;
이송테이블(10)이 전면방향으로 이송되지 않도록 방지하는 안전수단(260)을 더 포함하되,
상기 안전수단(260)은,
이송테이블(10)에 고정되는 소정길이의 클릭(262);
이송레일 고정부재(711)의 측면에 설치되고 상기 클릭(262)에 걸림 또는 걸림 해제되는 걸림수단(263)의 래칫(264);
래칫(264)이 상단부에 형성되는 승강봉(274);
래칫(264)을 상승시키는 스프링(280);
승강봉(274)의 하단부에 고정되는 영구자석(287);
플레이트(4)의 상부면에 고정되고 영구자석(287)의 자력으로 래칫(264)이 하강하도록 도우는 인력부재;
를 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 4에 있어서;
턴테이블(6)은, 중심축(5a)을 기준으로 소정 반경을 가진 판상의 원형부(62)가 형성되고, 원형부(62)의 양측에는 소정폭의 직선부(63)(64)가 형성되고, 원형부(62)와 직선부(63)(64)의 상부면에는 수평안내유닛(9)이 설치되고, 원형부(62)의 저부면에는 링부재(65)가 고정되고, 링부재(65)의 외주연에는 헬리컬기어(66)가 고정되고, 플레이트(2)의 일단에 모터(7)가 고정되고, 모터(7)의 회전축(7a)에 헬리컬기어(66)에 치합되는 헬리컬기어(7b)가 고정됨을 특징으로 하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 4에 있어서;
수평안내유닛(9)은,
턴테이블(6)의 원형부(62)와 직선부(63)(64)의 상부면에 평행 설치되는 LM레일(71)(72) 및 랙기어(93);
LM레일(71)(72) 상부에 미끄럼 결합되어 직선 왕복운동하는 이송테이블(10)의 LM블럭(103)(104);
이송테이블(10) 내부에 설치되고 이송테이블(10) 후방으로 회전축이 돌출되는 모터(96);
랙기어(93)에 치합되고 모터(96)의 회전축에 고정되는 헬리컬기어(97);
직선부(63)(64)의 상부에 각각 설치되어 이송테이블(10)의 이동을 감지하는 근접센서(98)(99);
이송테이블(10)의 저부면에 고정되는 피감지 어태치먼트(48);
일측 LM레일(71)의 양단부에 각각 설치되는 스토퍼(9a)(9b);
를 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
청구항 4에 있어서;
수직안내유닛(13)은,
이송테이블(10)의 후단에 수직으로 설치되는 수직판(131);
수직판(131)의 전면에 수직으로 평행 고정되는 복수의 LM레일(132);
LM레일(132)과 평행하도록 수직판(131)의 전면에 축설치되는 볼스크류(133);
LM레일(132)에 결합되고 수평 상태의 아암(14)에 고정되는 LM블럭(134);
볼스크류(133)에 나사결합되고 아암(14)에 고정되는 볼너트(135);
아암(14)의 일측단부에 탈부착되는 보조아암(18);
보조아암(18)의 단부에 설치되는 소재흡탈착수단(20);
볼스크류(133)의 하단부에 고정되는 타이밍풀리(136);
본체(101)에 고정되는 모터(15)의 회전축에 고정되는 타이밍풀리(137);
타이밍풀리(136)와 타이밍풀리(137)를 연결하는 타이밍벨트(138);
를 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화시스템.
a) 소재적재장치에 적재된 프레스 소재 중 최상부에 적재된 소재를 소재공급로봇의 소재흡탈착수단으로 흡착하는 단계;
b) 흡착한 소재를 소재확인장치로 이송 및 탈착시켜 소재확인장치의 로드셀로 무게를 계량하여 이송 소재의 매수가 1매 인지 확인하는 단계;
c) 소재 매수가 1매로 확인되면 소재공급로봇의 소재흡탈착수단으로 흡착한 다음 최선단 프레스의 금형으로 반입하고 복귀하는 단계;
d) 다공정 프레스의 금형으로 반입된 소재가 상부 금형의 하강 타발에 의해 성형되는 단계;
e) 복수로 나열된 다공정 프레스 사이에 설치되는 소재이송로봇이 선공정 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출시킨 다음 후공정 프레스 금형으로 각각 반입시킨 후 복귀하는 단계;
f) 최후단 프레스의 후단에 설치되는 소재배출로봇이 최후단 프레스 금형에 의해 성형된 소재를 반출한 다음 소재배출장치로 이송 전달하고 복귀하는 단계;
를 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화방법.
청구항 10에 있어서;
상기 프레스 중 선택된 프레스의 후방 공간에 소재회전로봇을 설치하여 소재이송로봇에 의해 반출되는 소재를 전달받아 반전 또는 소정의 각도로 회전시킨 다음 선택된 프레스의 금형으로 반입시킨 후 복귀하는 단계;
를 더 포함하는 다축로봇을 이용한 다공정 프레스 자동화방법.