KR20230055496A

KR20230055496A - 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치

Info

Publication number: KR20230055496A
Application number: KR1020210138944A
Authority: KR
Inventors: 조대식
Original assignee: 주식회사 일렘
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-04-26

Abstract

본 발명은 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종의 전장부품이나 기구물을 볼트를 통해 체결하여 고정함에 있어, 상기 볼트를 요하는 토크로 정밀하게 체결하는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치에 관한 것이다.

Description

정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치{Electric tightening device with precision torque control function.}

최근 전기차 보급 확대로 인한 전장제어부품 조립의 공정의 자동화 요구 증대되고 있고, 이러한 흐름에 따라 PCB 및 소형전기전자제품의 조립 공정에 대한 자동화 요구 증대되고 있다.

현재 조립 공정은 매뉴얼 타입의 클러치 제어에 의하여 수작업 방식으로 수행하고 있으며, 저용량 토크에 대한 국내업체의 정밀제어 툴이 존재하지 않아 대부분의 업체에서 전적으로 숙련공의 직감적 판단에 의하여 체결을 진행하고 있는 실정이다.

상기 수작업 방식은 토크 값 제어 없이 체결을 우선 진행하고, 체결 완료된 작업에 대하여 별도의 토크렌치를 이용한 토크값 확인 및 조정의 과정으로 진행하는 형태이다.

JP

2000141241

A

KR

100855397

B1

JP

2011097707

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KR

200415750

Y1

상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 각종의 전장부품 등을 볼트를 통해 체결하여 고정함에 있어 적은 힘으로도 볼트의 안정적인 체결이 가능하고, 특히 볼트가 설정된 토크값으로 체결되도록 구성하여서 숙련도와 상관없이 각 볼트들을 요하는 토크값으로 신속히 체결 가능하도록 한 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치를 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치는,

인가되는 기동전류를 통해 회전력을 생성하여 구동축을 통해 출력하는 서버모터 유닛과;

상기 서버모터 유닛의 구동축을 통해 출력되는 회전력을 감속 기어부를 통해 감속하여 감속 출력단을 통해 출력하는 감속유닛과; 상기 감속유닛의 감속 출력단에 직결되어, 감속 출력단을 통해 제공되는 회전력에 의해 일방향으로 회전하여 단부에 설치된 렌치소켓을 일방향으로 회전하여서 렌치소켓 내에 규합된 볼트를 체결하는 스핀들 유닛; 및

상기 서버모터 유닛에 인가되는 전류량을 제어하여 스핀들 유닛이 설정된 토크값으로 볼트를 체결하도록 하는 드라이버 콘트롤 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 드라이버 콘트롤 유닛은, 입력되는 설정 토크값을 입력하는 토크값 설정부와; 상기 기동전류를 서버모터 유닛에 인가하는 기동전류 공급부와; 상기 기동전류 공급부를 통해 서버모터 유닛에 인가되는 전류량을 실시간으로 계측하고 상기 서보모터 유닛의 부하량의 변화에 따른 전류량의 변화를 계측하고, 상기 전류량을 토크값으로 변환하여 실토크값을 산출하는 실토크값 측정부와; 상기 토크값 입력부를 통해 입력된 설정 토크값과 실토크값 측정부에 의해 측정되는 실토크값을 대비하여, 실토크값이 설정 토크값에 도달하면 기동전류 공급부를 통해 인가되는 기동전류의 공급을 중지하는 콘트롤부를 포함하여 구성된다.

보다 바람직하게는, 상기 감속유닛은 기어박스 내에 상부에는 감속 입력단이 형성되고 하부에는 감속 출력단이 형성된 유성기어형 기어 감속부가 배치된 형태로 구성되어, 상기 서버모터 유닛의 구동축을 통해 출력되는 고속 회전력을 감속 입력단을 통해 제공받아 유성기어형 기어 감속부를 통해 감속하여 감속 출력단을 통해서 최종 출력하도록 구성된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 전동형 체결장치는 서버모터 유닛에 의해 생성된 회전력을 감속하여 볼트를 체결함에 있어, 상기 서버모터 유닛의 부하량에 따른 전류량의 변화를 토크값을 인식하여, 볼트를 설정된 토크로 체결하도록 하고 있다.

따라서, 본 발명은 고도의 숙련없이도 드라이버 콘트롤 유닛의 제어에 의한 서버모터 유닛의 정밀한 토크 제어를 통해서, 설정된 토크값으로 볼트를 정밀하게 체결 가능한 특이성을 갖는다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치의 전체 구성을 보여주는 것이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치를 구성하는 서버모터 유닛과 감속유닛과 스핀들 유닛의 세부 구성을 보여주는 것이고,
도 5는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치를 볼트의 체결과정을 순차적으로 보여주는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치(1)는, 도 1에서 보는 바와 같이 각종의 전장부품 등을 볼트(B)를 통해 체결하여 고정함에 있어 적은 힘으로도 볼트(B)의 안정적인 체결이 가능하고, 특히 볼트(B)가 설정된 토크값으로 체결되도록 구성하여 숙련도와 상관없이 각 볼트(B)들을 요하는 토크값으로 신속히 체결 가능하도록 하는 장치이다.

상기 전동형 체결장치(1)는, 도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이 인가되는 기동전류를 통해 회전력을 생성하여 구동축(12)을 통해 출력하는 서버모터 유닛(10)과; 상기 서버모터 유닛(10)의 구동축(12)을 통해 출력되는 회전력을 감속 기어부(22)를 통해 감속하여 감속 출력단(24)을 통해 출력하는 감속유닛(20)과; 상기 감속유닛의 감속 출력단(24)에 직결되어, 감속 출력단(24)을 통해 제공되는 회전력에 의해 일방향으로 회전하여 단부에 설치된 렌치소켓(100)을 일방향으로 회전하여서 렌치소켓(100) 내에 규합된 볼트(B)를 체결하는 스핀들 유닛(30)을 포함한다.

상기 서버모터 유닛(10)과 감속유닛(20)과 스핀들 유닛(30)은 상하 적층된 상태로 조립되어 단일몸체를 형성하며, 본 실시예에서는 단일몸체를 형성한 전동형 체결장치(1)를 선회 및 승강되도록 지지하는 지그암 유닛(40)을 부가하여 작업자는 지그암 유닛(40)을 통해 전동형 체결장치(1)를 선회 및 승강하여서 체결을 요하는 볼트(B)를 체결하도록 한다.

그리고, 상기 서버모터 유닛(10)은 모터 하우징(11) 내에 회동자(12a)가 마련된 구동축(12)이 회동구조로 배치된 모터부와; 상기 모터부의 구동축(12)의 회전속도와 회전각도를 검출하는 엔코더 센서(13)가 배치된 형태로 구성되어, 인가되는 전류량에 의해 구동축(12)의 회전속도와 회전각의 정밀 제어가 가능하다.

또한, 상기 감속유닛(20)은 기어박스(21) 내에 상부에는 감속 입력단(23)이 형성되고 하부에는 감속 출력단(24)이 형성된 유성기어형 기어 감속부(22)가 배치된 형태로 구성되어, 상기 서버모터 유닛(10)의 구동축(12)을 통해 출력되는 고속 회전력을 감속 입력단(23)을 통해 제공받아 유성기어형 기어 감속부(22)를 통해 감속하여 감속 출력단(24)을 통해서 최종 출력한다.

따라서, 상기 서버모터 유닛(10)에서 출력되는 회전력은 감속유닛(20)에 의한 감속에 의해 토크값을 증대하여서, 볼트(B)의 체결에 요구되는 충분한 토크를 갖는다.

그리고, 상기 감속유닛(20)의 감속 출력단(24)에는 스핀들 유닛(30)이 직결되어, 감속 출력단(24)을 통해 제공되는 회전력에 의해 스핀들(32)의 일방향 회전이 도모된다.

여기서, 상기 스핀들 유닛(30)은 감속유닛(20)의 감속 출력단(24)과 직결되는 스핀들(32)과, 상기 관통하는 스핀들(32)을 회동구조로 고정하는 스핀들 바디(31)를 포함하고, 상기 스핀들(32)은 복수의 베어링(33)을 통해 스핀들 바디(31)에 회동 지지된 상태로 배치된다.

이때, 상기 스핀들(32)은 상단에는 각축으로 이루어진 감속유닛(20)의 감속 출력단(24)의 단부와 직결되는 각축소켓(32a)이 일체로 형성되고, 하단에는 각축홈(101)이 형성된 렌치소켓(100)이 삽입되는 각축단(32b)이 일체로 형성된다.

따라서, 상기 각축소켓(32a)을 통해 감속유닛(20)의 감속 출력단(24)과 직결된 스핀들(32)은 서버모터 유닛(10)에서 제공되는 회전력에 의해 일방향으로 회전하면서, 렌치소켓(100)에 삽입된 볼트(B)를 요하는 토크로 회전하여 체결하게 된다.

바람직하게는, 본 실시예에서는 상기 렌치소켓(100)의 각축홈(101)의 내벽에는 스토핑홈(102)이 형성되고, 상기 각축홈(101) 내에 삽입하여 직결되는 스핀들(32)의 각축단(32b)에는 스프링(32b-a)에 의해 탄지된 스토퍼(32b-b)가 형성되어서, 상기 렌치소켓(100)은 스토퍼(32b-b)에 의해 각축단(32b)에 탄력적으로 견착하여 고정된다.

따라서, 본 실시예에 따른 전동형 체결장치(1)는 인가되는 기동전류에 의해 서버모터 유닛(110)에서 생성된 회전력을 통해 렌치소켓(100)이 장착된 스핀들 유닛(30)을 회전하여서, 렌치소켓(100)에 규합된 볼트(B)를 일방향으로 회전하여 체결하게 된다.

한편, 본 발명에서는 이와 같이 구성된 전동형 체결장치(1)에 정밀 토크 제어기능을 갖는 드라이버 콘트롤 유닛(50)을 부가하여, 상기 서버모터 유닛(10)에 인가되는 전류를 제어하여 스핀들 유닛(30)이 설정된 토크값으로 볼트(B)를 체결하도록 한다.

본 실시예에 따른 드라이버 콘트롤 유닛(50)은, 입력되는 설정 토크값을 입력하는 토크값 설정부(51)와; 상기 기동전류를 서버모터 유닛(10)에 인가하는 기동전류 공급부(52)와; 상기 기동전류 공급부(52)를 통해 서버모터 유닛(10)에 인가되는 전류량을 실시간으로 계측하고 상기 서보모터 유닛(10)의 부하량의 변화에 따른 전류량의 변화를 계측하고, 상기 전류량을 토크값으로 변환하여 실토크값을 산출하는 실토크값 측정부(53)와; 상기 토크값 입력부(51)를 통해 입력된 설정 토크값과 실토크값 측정부(53)에 의해 측정되는 실토크값을 대비하여, 실토크값이 설정 토크값에 도달하면 기동전류 공급부(52)를 통해 인가되는 기동전류의 공급을 중지하는 콘트롤부(54)를 포함하며, 상기 기동 전류 공급부는 PWM 방식을 통해 서버모터 유닛에 기동전류를 인가하도록 구성된다.

바람직하게는, 도 5와 같이 상기 드라이버 콘트롤 유닛(50)는 볼트(B)의 초기 체결시에는 서버모터 유닛(10)에 최대 전류량을 공급하여 최대 속도로 볼트(B)가 고속 체결되도록 하는 1차 제어단계와; 실토크값 측정부(53)에 의해 계측되는 실토크값이 토크값 설정부(51)에 의해 설정된 설정 토크값에 설정된 근접범위에 도달하면 서버모터 유닛(10)에 인가되는 전류량을 감소하여 저속으로 볼트(B)가 체결되도록 하는 2차 제어단계와; 상기 실토크값 측정부(53)에 의해 계측되는 실토크값이 토크값 설정부(51)에 의해 설정된 설정 토크값에 도달하면 서버모터 유닛(10)에 인가되는 기동전류를 차단하는 3차 제어단계를 순차적으로 실시한다.

따라서, 본 실시예에 따른 전동형 체결장치(1)는 실토크값 측정부(53)를 통해 측정되는 실토크값에 따라 전류량의 공급을 제어하는 드라이버 콘트롤 유닛(50)에 의해, 체결을 요하는 볼트(B)를 설정된 토크값으로 신속히 체결하는 것이 가능하다.

1. 전동형 체결장치
10. 서버모터 유닛 11. 모터 하우징
12. 구동축 12a. 회동자
13. 엔코더 센서
20. 감속유닛 21. 기어박스
22. 유성기어형 감속 기어부 23. 감속 입력단
24. 감속 출력단
30. 스핀들 유닛 31. 스핀들 바디
32. 스핀들 32a. 각축소켓
32b. 각축단 32b-a. 스프링
32b-b. 스토퍼 33. 베어링
40. 지그암 유닛
50. 드라이버 콘트롤 유닛 51. 토크값 설정부
52. 기동전류 공급부 53. 실토크값 측정부
54. 콘트롤러
100. 렌치소켓 101. 각축홈
102. 스토핑홈

Claims

인가되는 기동전류를 통해 회전력을 생성하여 구동축을 통해 출력하는 서버모터 유닛과;
상기 서버모터 유닛의 구동축을 통해 출력되는 회전력을 감속 기어부를 통해 감속하여 감속 출력단을 통해 출력하는 감속유닛과; 상기 감속유닛의 감속 출력단에 직결되어, 감속 출력단을 통해 제공되는 회전력에 의해 일방향으로 회전하여 단부에 설치된 렌치소켓을 일방향으로 회전하여서 렌치소켓 내에 규합된 볼트를 체결하는 스핀들 유닛; 및
상기 서버모터 유닛에 인가되는 전류량을 제어하여 스핀들 유닛이 설정된 토크값으로 볼트를 체결하도록 하는 드라이버 콘트롤 유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치.
상기 드라이버 콘트롤 유닛은, 입력되는 설정 토크값을 입력하는 토크값 설정부와; 상기 기동전류를 서버모터 유닛에 인가하는 기동전류 공급부와;
상기 기동전류 공급부를 통해 서버모터 유닛에 인가되는 전류량을 실시간으로 계측하고 상기 서보모터 유닛의 부하량의 변화에 따른 전류량의 변화를 계측하고, 상기 전류량을 토크값으로 변환하여 실토크값을 산출하는 실토크값 측정부와;
상기 토크값 입력부를 통해 입력된 설정 토크값과 실토크값 측정부에 의해 측정되는 실토크값을 대비하여, 실토크값이 설정 토크값에 도달하면 기동전류 공급부를 통해 인가되는 기동전류의 공급을 중지하는 콘트롤부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치.
제 1항에 있어서, 상기 감속유닛은 기어박스 내에 상부에는 감속 입력단이 형성되고 하부에는 감속 출력단이 형성된 유성기어형 기어 감속부가 배치된 형태로 구성되어,
상기 서버모터 유닛의 구동축을 통해 출력되는 고속 회전력을 감속 입력단을 통해 제공받아 유성기어형 기어 감속부를 통해 감속하여 감속 출력단을 통해서 최종 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 정밀 토크 제어기능을 갖는 전동형 체결장치.