KR20240030594A - 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템 - Google Patents

복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템 Download PDF

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KR20240030594A
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김종찬
김승우
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신환규
장민정
정성헌
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한국로봇융합연구원
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Abstract

본 발명은 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지그 모듈은 공압으로 복합재 부품 흡착 고정한다. 본 발명은 복합재 부품과 흡착을 위한 흡입홀 사이에는 다공성 판이 위치하여 복합재 부품의 표면 손상 없이 흡착 고정할 수 있다. 또한 지그 모듈은 복합재 부품의 절단 위치에 인서트 부재를 위치시켜 복합재 부품의 절단면이 깔끔하고 보풀이 남지 않도록 한다.

Description

복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템 {Jig module for cutting composite material part and cutting system including the same}
본 발명은 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 프레임에 복합재 부품을 표면 손상 없이 공압으로 흡착 고정하여 절단 가공을 하기 위한 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템에 관한 것이다.
복합재 부품은 두 가지 이상의 재료를 섞어서 전체적인 재료의 특성을 향상시킨 혼합 재료로 만들어진 판재 등을 의미한다. 복합재 부품은 일반적으로 중량을 가볍게 하면서 강도를 증대시킬 목적으로 항공기·우주선·기갑 차량 등에 사용된다.
이러한 복합재 부품은 용도에 맞게 절단 등과 같은 가공 공정을 거친 후 사용된다. 따라서 이런 가공 공정을 정확하고 효율적으로 하는 것이 필요하다. 그러나 기존에는 작업자가 수작업으로 가공 공정을 진행하고 있어, 작업 품질에 편차가 발생하며 비효율적이다. 특히 부품의 형상이 심한 굴곡을 갖는 경우 단면 형상과 치수가 불균일하여 재작업을 위한 추가 시간이 소요되고 있다.
예를 들어 비행기에 사용되는 프리프레그(prepreg)는 낱개의 CFRP를 다층 적층하여 형상을 구축하고 사이드 커팅과 엔드 커팅으로 필요한 형상으로 가공한다. 이러한 가공 공정도 작업자가 수작업으로 절단 공정을 수행하고 있어 프리프레그의 절단 단면이 고르지 않으며, 작업자에 따라 공정 시간이 다르고 결과물이 균일하지 않다는 문제점 있다. 또한 커팅 작업을 위한 가이드 툴을 로딩하는 절차가 여러 단계로 나누어져 있어서 불필요한 추가 작업으로 많은 시간이 소요된다. 예를 들어, 항공기 후방 동체 스트링거(Stringer)의 경우, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 길이 조절을 위해 복합재 부품 위에 길이 가이드 툴을 로딩한 후 마킹을 한다. 마킹이 되면, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 작업자는 마킹된 길이 선에 따라 복합재 부품을 하부 지그에 맞추어 로딩한 후, 복합재 부품 위에 형상 가이드 툴을 올려놓고 클램프로 고정한다. 작업자는, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 고정된 복합재 부품을 커터칼을 사용해서 절단한다. 이와 같은 단계의 절단 공정은 생산 효율 저하 뿐만 아니라 작업자의 안전과 건강에도 부정적인 영향을 미친다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0088927호
본 발명의 목적은 가공하자고 하는 복합재 부품의 표면에 손상이 없도록 하면서 공압으로 흡착 고정할 수 있는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복합재 부품의 절단면이 깔끔하고 보풀이 남지 않도록 할 수 있는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가공하고자 하는 복합재 부품이 지그 모듈의 정확한 위치에 고정될 수 있도록 하는 지그 모듈 및 이를 포함하는 절단 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈은 프레임, 고정부, 다공성 판을 포함한다. 프레임에는 복수의 흡입홀이 형성된다. 고정부는 복수의 흡입홀을 통해 공압으로 프레임에 안착되는 복합재 부품을 흡착 고정한다. 다공성 판은 프레임의 흡입홀과 안착되는 복합재 부품 사이에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈은 인서트 부재를 더 포함할 수 있다. 인서트 부재는 복합재 부품의 절단 위치에서 프레임과 복합재 부품 사이에 위치하도록 삽입된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈의 프레임에는 다공성 판을 수용할 수 있는 수용홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈은 인덱스 핀을 더 포함할 수 있다. 인덱스 핀은 프레임에 안착되는 복합재 부품의 안착 위치를 가이드하고 복합재 부품을 고정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈은 받침부를 더 포함할 수 있다. 받침부는 프레임을 지면으로부터 일정 높이로 이격시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈은 밀봉부재를 더 포함할 수 있다. 비닐 부재는 고정부를 통해 복합재 부품을 흡입 고정할 때 복합재 부품과 프레임을 밀봉한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절단 시스템은 지그 모듈과 초음파 절단 모듈을 포함한다. 초음파 절단 모듈은 지그 모듈에 안착된 복합재 부품을 절단한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절단 시스템의 초음파 절단 모듈은 진동부, 커터부, 하우징을 구비한다. 커터부는 진동부의 일단에 부착되어 복합재 부품을 절단할 수 있다. 하우징은 진동부를 고정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절단 시스템의 초음파 절단 모듈은 냉각부를 더 구비할 수 있다. 냉각부는 공기를 이용하여 커터부를 냉각한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절단 시스템의 초음파 절단 모듈은 인덱스 블록을 더 구비할 수 있다. 인덱스 블록은 커터부의 방향과 거리를 셋팅한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절단 시스템에서 초음파 절단 모듈의 하우징은 서로 분리가능한 제1 하우징과 제2 하우징을 구비할 수 있다. 초음파 절단 모듈은 제1 하우징과 제2 하우징을 결합할 때 조립 볼트에 일정한 토크를 가하기 위한 유지 부재를 더 구비한다.
본 발명에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 및 이를 포함하는 절단 시스템은 다공성 판을 사용하여 공압으로 흡착하므로 복합재 부품의 표면 손상을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 절단 위치에 인서트 부재를 사용하여 복합재 부품의 절단면이 깔끔하고 보풀이 남지 않도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 인덱스 핀과 밀봉 부재를 통하여 가공하고자 하는 복합재 부품이 지그 모듈의 정확한 위치에 고정되도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 항공기 후방 동체 스트링거의 가공 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 절단 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈을 나타내는 분해도와 결합도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈의 프레임에 호스가 연결된 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그 모듈에서 다공성 판의 위치를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 절단홈이 형성된 지그 모듈의 프레임과 절단홈에 삽입되는 인서트 부재를 나타내는 도면이다.
도 7은 인서트 부재를 사용하지 않고 절단한 복합재 부품과 인서트 부재를 인서트 부재를 사용하여 절단한 복합재 부품을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그 모듈에서 밀봉부재가 사용되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈을 나타내는 분해도와 결합도를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈에 냉각부가 장착된 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈에 인덱스 블록이 장착된 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈이 유지 부재를 사용하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 유지 부재가 인덱스 블록에 결합되어 보관되는 것을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴본다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 절단 시스템을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시에에 따른 복합재 부품 절단을 위한 절단 시스템(1000)은 지그 모듈(2000)과 초음파 절단 모듈(3000)을 포함한다.
지그 모듈(2000)에는 복합재 부품이 안착된다. 복합재 부품은 탄소섬유 프리프레그와 같은 부품이 될 수 있다. 지그 모듈(2000)은 복합재 부품이 절단되는 동안 안정적으로 고정 안착될 수 있도록 한다. 복합재 부품의 고정 안착을 위해 지그 모듈(2000)은 다양한 방법을 사용할 수 있다. 본 실시예에서 지그 모듈(2000)은 공압으로 흡입하여 복합재 부품의 고정 안착시킨다.
초음파 절단 모듈(3000)은 지그 모듈(2000)에 안착된 복합재 부품을 절단한다. 초음파 절단 모듈(3000)은 지그 모듈(200)과 이격되어 위치한다. 이를 위해 본 실시예에서 초음파 절단 모듈(3000)은 로봇암(1100)에 장착되어 지그 모듈(2000) 상부에 위치한다. 로봇암(1100)은 바람직하게는 6축(6-axis) 로봇으로, 초음파 절단 모듈(3000)을 다양한 움직임을 구현할 수 있다.
절단 시스템(1000)은 펜스(1200)를 구비할 수 있다. 펜스(1200)를 통해 외부인의 출입을 제한할 수 있으며, 작업 중 파편 등이 외부로 튀어 나가는 것을 방지할 수 있다. 펜스(1200)는 다양한 재질로 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈을 나타내는 분해도와 결합도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈의 프레임에 호스가 연결된 것을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그 모듈에서 다공성 판의 위치를 개념적으로 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 절단홈이 형성된 지그 모듈의 프레임과 절단홈에 삽입되는 인서트 부재를 나타내는 도면이며, 도 7은 인서트 부재를 사용하지 않고 절단한 복합재 부품과 인서트 부재를 인서트 부재를 사용하여 절단한 복합재 부품을 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그 모듈에서 밀봉부재가 사용되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지그 모듈(2000)은 프레임(2100), 고정부(2200), 다공성 판(2300), 받침부(2400), 인서트 부재(2500), 인덱스 핀(2600), 밀봉부재(2700)를 포함한다.
프레임(2100)에는 복합재 부품(100)이 안착된다. 따라서 프레임(2100)의 형상은 복합재 부품(100)과 대응되는 형상이 될 수 있다. 예를 들어 절곡 부위가 있는 복합재 부품(100)을 절단하는 경우 프레임(2100)에도 복합재 부품(100)과 동일한 형상의 절곡 부위가 형성된다. 이를 통해 복합재 부품(100)은 프레임(2100)에 밀착할 수 있게 된다.
프레임(2100)에는 복수의 흡입홀(2110)이 형성된다. 흡입홀(2110)은 프레임(2100)에 복합재 부품이 안착될 때 복합재 부품(100)이 접하는 면에 형성된다. 흡입홀(2110)은 프레임(2100)의 복수의 면에 형성될 수 있다. 흡입홀(2110)은 프레임(2100)의 측면에 형성된 착탈부(2120)와 연결된다. 착탈부(2120)는 복수개일 수 있다.
고정부(2200)는 프레임(2100)에 안착된 복합재 부품(100)을 흡착 고정시킨다. 본 실시예에서 고정부(2200)는 공압을 이용할 수 있다. 이를 위해 고정부(2200)는 진공 펌프(미도시)와 호스(2210)를 구비한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 호스(2210)는 착탈부(2120)에 착탈 가능하게 결합된다. 진공 펌프에서 공기를 흡입하면 프레임(2100)의 흡입홀(2110)을 통해 공기가 흡입되고, 프레임(2100)에 안착된 복합재 부품(100)은 프레임(2100)에 흡착 고정된다.
다공성 판(2300)은 플라스틱 재질의 판으로 다수의 작은 구멍이 형성되어 있다. 다공성 판(2300)에 형성된 구멍의 형상은 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상이 될 수 있다. 구멍의 크기 또한 다양한 크기가 될 수 있다.
다공성 판(2300)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 프레임(2100)의 흡입홀(2110)과 프레임(2100)에 안착되는 복합재 부품(100) 사이에 위치한다. 본 실시예에서 프레임(2100)에는 다공성 판(2300)을 수용하기 위한 수용홈(2130)에 형성된다. 흡입홀(2110)은 수용홈(2130) 내에 형성된다. 수용홈(2130)에는 흡입홀(2110)과 다공성 판(2300)을 이격시키기 위한 이격돌기(2140)가 형성된다. 이격돌기(2140)를 통해 다공성 판(2300)을 수용홈(2130)으로부터 용이하게 인출할 수 있으며, 적은 수의 흡입홀(2110)로도 복합재 부품(100)을 흡착 고정할 수 있다.
다공성 판(2300)의 크기는 수용홈(2130)에 끼워질 수 있는 크기이다. 다공성 판(2300)이 수용홈(2130)에 끼워지면, 프레임(2100)의 면과 다공성 판(2300)의 상면은 동일한 평면을 이루거나, 다공성 판(2300)의 상면이 프레임(2100)의 면보다 낮게 위치하게 된다. 따라서 복합재 부품(100)이 프레임(2100)에 안착될 때 다공성 판(2300)에 의해 프레임(2100)으로부터 이격되지 않도록 한다.
흡입홀(2110)이 프레임(2100)의 복수의 면에 형성되는 경우, 프레임(2100)의 복수의 면에 복수의 수용홈(2130)이 형성되고, 다공성 판(2300)도 그에 대응하여 복수개가 된다.
탄소섬유 프리프레그와 같은 복합재 부품(100)은 탄소섬유에 함침된 레진이 경화되지 않은 상태이므로 부드럽고 물렁물렁한 물성치를 갖는다. 이러한 재질의 복합재 부품(100)의 표면을 흡입홀(2100)이 직접 접하게 되면 복합재 부품(100)의 표면에 자국이 남게되어 결함 판정을 받게 된다. 다공성 판(2300)은 흡입홀(2110)과 복합재 부품(100) 사이에 위치하여, 공압으로 복합재 부품(100)을 흡착 고정하는 경우에도 복합재 부품(100)의 표면이 깨끗하게 유지될 수 있도록 한다.
프레임(2100)은 받침부(2400)의 상부에 위치한다. 받침부(2400)를 통해 프레임(2100)은 지면으로부터 일정 높이 이격된다. 받침부(2400)의 높이는 작업 환경에 따라 조정될 수 있다. 일 실시예에서는 받침부(2400)는 높이가 가변 가능하도록 구성될 수 있다. 프레임(2100)은 받침부(2400)에 고정되는 체결부(2150)를 구비할 수 있다.
프레임(2100)에 복합재 부품(100)이 안착되어 절단될 때, 초음파 절단 모듈의 커터부가 복합재 부품(100)을 정확하게 자르면서도 프레임(2100)과 커터부의 손상을 방지하기 위해, 프레임(2100)에는 절단홈(2160)이 형성된다. 절단홈(2160)은 복합재 부품(100)이 프레임(2100)에 안착될 때 절단 위치와 대응되도록 형성된다. 절단홈(2160)을 통해 복합재 부품(100)의 절단 부위는 프레임(2100)과 접하지 않게 된다.
본 실시예에서는 절단홈(2160)에 인서트 부재(2500)를 삽입할 수 있다. 인서트 부재(2500)는 절단홈(2160)에 대응되는 형상으로 절단홈(2160)에 맞게 삽입된다. 절단홈(2160)의 형상이 복잡할 때에는 인서트 부재(2500)를 3D 프린팅 방식으로 형성할 수 있다.
인서트 부재(2500)는 초음파 절단 모듈의 커터부와 접할 때 커터부가 손상되지 않도록 하기 위해 부드러운 재질로 형성한다. 본 실시예에서 인서트 부재(2500)는 플라스틱 재질로 형성할 수 있다. 인서트 부재(2500)를 금속 등과 같은 단단한 재질로 형성하는 경우, 복합재 부품(100)을 절단할 때 커터부가 파손될 수 있다.
절단홈(2160)에 인서트 부재(2160)가 삽입됨에 따라 복합재 부품(100)의 절단 부위는 인서트 부재(2160)에 의해 지지된다. 만약 인서트 부재(2160) 없이 복합재 부품(100)을 절단한다면, 복합재 부품(100)의 절단면은 깔끔하게 절단되지 않는다. 특히, 탄소섬유 프리프레그와 같이 경화 전 부드럽고 연한 특성을 갖는 복합재 부품(100)의 경우에는, 절단력을 받음과 동시에 복합재 부품(100)이 절단홈(2160) 밑으로 처지면서, 도 7의 (a)와 같이, 절단면에 깔끔하지 않고 보풀이 남게 된다. 그러나 인서트 부재(2160)를 사용하여 절단하는 경우 복합재 부품(100)의 처짐이 방지되어 안정적으로 지지되므로, 도 7의 (b)와 같이, 절단면이 깔끔하고 보풀이 남지 않는다.
인덱스 핀(2600)은 프레임(2100)에 형성된 홀에 일부분에 외부로 노출되도록 삽입 고정된다. 인덱스 핀(2600)의 형상은 일자형, 'L'자형 등 다양한 형상이 될 수 있다. 인덱스 핀(2600)을 통해 프레임(2100)에 안착되는 복합재 부품(100)의 안착 위치가 안내된다. 인덱스 핀(2600)을 통해 작업자는 복합재 부품(100)의 안착 위치를 일정하게 할 수 있다.
또한, 인덱스 핀(2600)은 프레임(2100)에 안착된 복합재 부품(100)을 고정하는 역할도 한다. 본 실시예에서는 인덱스 핀(2600)은 복합재 부품(100)이 프레임(2100)의 길이 방향으로 움직이지 않도록 고정한다.
지그 모듈(2000)에 절단할 복합재 부품(100)을 고정 안착시키기 위해서, 작업자는 프레임(2100)의 절단홈(2160)에 인서트 부재(2500)를 삽입한다. 작업자는 프레임(2100)의 수용홈(2130)에는 다공성 판(2300)을 삽입한다. 이 후 복합재 부품(100)을 프레임(2100)의 상측에 안착시킨다. 작업자는 인덱스 핀(2600)을 통해 복합재 부품(100)의 안착 위치를 쉽게 파악할 수 있다. 복합재 부품(100)을 안착시킨 후에는 프레임(2100)의 착탈부(2120)에 고정부(2200)의 호스(2210)를 연결한다. 착탈부(2120)에 호스(2210)를 연결하는 것은 프레임(2100)에 인서부 부재(2500) 및 다공성 판(2300)을 삽입하기 전에 할 수도 있다. 이 후 고정부(2200)의 진공 펌프를 가동해서 공기를 흡입하며, 프레임(2100)에 안착된 복합재 부품(100)이 흡착 고정된다.
이 때 복합재 부품(100)의 탄성으로 인해 복합재 부품(100)이 프레임(2100)의 정확한 위치에 고정되지 못하는 경우가 있다. 복합재 부품(100)이 정확한 위치에 고정되지 않은 상태에서 절단을 하는 경우 치수가 정확하지 않은 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해서 본 발명에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 밀봉 부재(2700)를 사용할 수 있다. 진공 펌프를 가동하기 전에 프레임(2100)에 안착된 복합재 부품(100)을 밀봉 부재(2700)로 덮는다. 밀봉 부재(2700)는 비닐 등과 같이 공기가 통하지 않는 재질로 형성한다. 밀봉 부재(2700)를 덮은 후 진공 펌프를 가동해 공기를 흡입하여 복합재 부품(100)을 흡착 고정시킨다. 밀봉 부재(2700)를 사용하는 경우 복합재 부품(100)의 탄성에도 불구하고 복합재 부품(100)이 정확한 위치에 고정된다. 이 후 밀봉 부재(2700)를 제거하고 복합재 부품(100)을 절단한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈을 나타내는 분해도와 결합도를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈에 냉각부가 장착된 것을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈(3000)은 진동부(3100), 하우징(3200), 커터부(3300), 부착부(3400), 냉각부(3500)를 포함한다.
진동부(3100)는 진동을 발생시킨다. 진동부(3100)는 진동 발생을 위해 초음파 진동자를 사용할 수 있다. 초음파 진동자는 초음파를 발생시키는 음원에 따라서 자유도형 진동자, 자왜진동자, 압전진동자 등이 있다. 진동부(3100)는 필요한 경우 교체가 가능하다.
진동부(3100)는 하우징(3200)에 의해 고정된다. 하우징(3200)은 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)을 구비할 수 있다. 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)은 서로 분리 가능하다. 진동부(3100)는 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220) 사이에서 고정될 수 있다.
커터부(3300)는 진동부(3100)의 일단에 착탈 가능하게 부착된다. 커터부(3300)는 진동부(3100)의 진동에 따라 진동하면서 절단을 할 수 있다. 커터부(3300)는 커터부 몸체(3310)와 커터날(3320)을 구비한다. 커터날(3320)은 커터부 몸체(3310)의 끝단에 장착된다. 커터날(3320)의 장착을 위해 볼트 등이 사용될 수 있다. 커터날(3320)은 마모, 열 등에 의해 손상될 수 있으며, 손상시 교체될 수 있다.
부착부(3400)는 하우징(3200)과 연결되며, 일단이 로봇암(1100)에 고정된다. 부착부(3400)와 로봇암(1100)의 결합은 볼팅 등의 방법으로 견고하게 하는 것이 바람직하다.
커터부(3300)가 복합재 부품(100)을 절단하기 시작하면 순간적으로 커터날(3320)에 열이 발생하면서 고온으로 온도가 상승한다. 이러한 고온으로 인해 커터날(3320)에 변형이 발생하게 되고, 이는 초음파 절단 모듈(3000)의 오작동 원인이 될 수 있다. 냉각부(3500)는 커터날(3320) 또는 커터날(3320) 장착을 위한 볼트 등을 냉각하여, 절단 과정에서 순간적으로 발생되는 열을 효과적으로 식혀준다. 냉각부(3500)는 공기를 커터날(3320)에 불어주는 방식의 공냉 방식으로 냉각할 수 있다. 바람직하게는 냉각부(3500)는 볼텍스 튜브(3510, vortex tube)를 이용하여 냉각 효율을 높일 수 있다. 볼텍스 튜브(3510)의 공기는 연장 호스(3520)를 통해 커터날(3320) 방향으로 불어준다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈에 인덱스 블록이 장착된 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈(3000)은 절단을 위해서는 커터부(3300)를 정확하게 설정하는 것이 필요하다. 설정은 커터날(3320)과 진동부(3200)의 거리를 설정하는 것과 커터날(3320)의 방향을 설정하는 것이 될 수 있다. 또한 진동부(3200) 또는 커터부(3300)를 교체하는 경우가 있는데, 이 경우에도 커터부(3300)를 설정해야 한다.
커터부(3300)의 설정을 위해 인덱스 블록(3600)이 사용될 수 있다. 인덱스 블록(3600)은 체결부재를 통해 하우징(3200)에 착탈 가능하게 체결된다. 인덱스 블록(3600)은 체결 파트(3610), 간격 유지 파트(3620), 커터날 셋팅 파트(3630)를 구비한다.
체결 파트(3610)는 하우징(3200)에 체결되는 부분이다. 체결 파트(3610)에는 체결홀이 형성되어 체결부재(3611)가 삽입될 수 있다. 하우징(3200)에도 체결부재(3611)가 삽입될 수 있는 홀이 형성된다. 체결부재(3611)가 체결 파트(3610)의 체결홀을 관통하여 하우징(3200)의 홀에 삽입됨으로써 체결 파트(3610)가 하우징(3200)에 고정된다.
간격 유지 파트(3620)는 체결 파트(3610)로부터 셋팅 길이를 유지하면서 인장되어 있다. 즉, 간격 유지 파트(3620)의 일단과 타단의 거리는 셋팅 길이이다. 셋팅 길이는 진동부(3100)로부터 커터날(3320)이 이격되어 있어야하는 거리이다. 커터날 셋팅 파트(3630)는 간격 유지 파트(3620)의 타단에서 돌출되어 형성된다. 커터날 셋팅 파트(3630)는 커터날(3320)의 각도를 설정하기 위한 평평한 면을 구비한다.
체결 파트(3610)가 하우징(3200)에 체결되면, 간격 유지 파트(3620)의 일단은 진동부(3100)와 접하게 된다. 작업자는 커터부(3300)가 셋팅 길이만큼 돌출되도록 길이를 설정하며, 커터날(3320)이 커터날 셋팅 파트(3620)의 평평한 면에 접하도록 하여 커터날(3320)의 방향을 설정한다.
커터부(3300)의 설정이 끝나면, 체결 파트(3610)가 하우징(3200)으로부터 분리된다. 이와 같이 인덱스 블록(3600)을 사용하여 커터부(3300)를 설정하면 간단하면서도 정확하게 설정할 수 있다는 장점이 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈이 유지 부재를 사용하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 절단 모듈(3000)은 진동부(3100)의 유지 보수를 위해서 진동부(3100)를 하우징(3200)으로부터 탈부착하는 경우가 있다. 진동부(3100)를 하우징(3200)에 부착하는 경우, 분리된 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220) 사이에 진동부(3100)를 위치시킨 후, 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)을 볼트로 체결한다. 이 때 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)이 일정한 간격 유지하지 못하고 고정하는 볼트가 일정한 토크로 조립되지 않을 경우, 초음파 절단시 발생된 진동의 영향으로 볼트가 안착되는 카운터 보어의 마모 우려가 있다. 따라서 하우징(3200) 체결시 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)이 일정한 간격을 유지하고 볼트의 토크값을 일정하게 유지시키는 것이 중요하다.
하우징(3200) 체결시 볼트의 토크값을 일정하게 유지하기 위해서 유지 부재(3700)가 사용될 수 있다. 유지 부재(3700)는 제1 유지 부재(3710)와 제2 유지 부재(3720)를 구비할 수 있다. 제1 유지 부재(3710)와 제2 유지 부재(3720)는 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)이 접하는 면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 유지 부재(3700)에는 하우징(3200) 체결을 위한 볼트가 지나갈 수 있는 홀 또는 홈(3730)이 형성된다.
유지 부재(3700)는 하우징(3200) 체결시 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)의 접하는 면 사이에 위치한다. 작업자는 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)을 체결하는 볼트를 유지 부재(3700)까지만 조인다. 따라서 체결하는 볼트는 모두 동일한 토크값을 갖게 된다. 이 후 유지 부재(3700)를 제거하면, 제1 하우징(3210)과 제2 하우징(3220)은 유재 부재(3700)의 두께만큼 간격을 유지하게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 유지 부재가 인덱스 블록에 결합되어 보관되는 것을 나타내는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 유지 부재(3700)는 인덱스 블록(3600)에 결합되어 보관될 수 있다. 이를 위해 유지 부재(3700)에는 보관홀(3740)이 형성된다.
유지 부재(3700)의 보관을 위해 유지 부재(3700)를 인덱스 블록(3600)의 체결 파트(3610)에 밀접한 후, 인덱스 블록(3600)의 체결부재(3611)가 유지 부재의 보관홀(3740)과 체결 파트(3610)의 체결홀을 관통하여 고정시킨다.
이와 같은 방식으로 유지 부재(3700)와 인덱스 블록(3600)을 결합하여 보관하면, 유지 부재(3700)의 분실을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
1000 : 절단 시스템 1100 : 로봇암
1200 : 펜스 2000 : 지그 모듈
2100 : 프레임 2200 : 고정부
2300 : 다공성 판 2400 : 받침부
2500 : 인서트 부재 2600 : 인덱스 핀
2700 : 밀봉부재 3000 : 초음파 절단 모듈
3100 : 진동부 3200 : 하우징
3300 : 커터부 3400 : 부착부
3500 : 냉각부 3600 : 인덱스 블록
3700 : 유지 부재

Claims (11)

  1. 복수의 흡입홀이 형성된 프레임;
    상기 복수의 흡입홀을 통해 공압으로 상기 프레임에 안착되는 복합재 부품을 흡착 고정하기 위한 고정부; 및
    상기 프레임의 흡입홀과 안착되는 복합재 부품 사이에 위치하는 다공성 판;을 포함하는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    복합재 부품의 절단 위치에서 상기 프레임과 복합재 부품 사이에 위치하도록 삽입되는 인서트 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프레임에는 상기 다공성 판을 수용할 수 있는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프레임에 안착되는 복합재 부품의 안착 위치를 가이드하고 복합재 부품을 고정하기 위한 인덱스 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프레임을 지면으로부터 일정 높이로 이격시키지 위한 받침부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정부를 통해 복합재 부품을 흡입 고정할 때 상기 복합재 부품과 상기 프레임을 밀봉하기 위한 밀봉부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 부품 절단을 위한 지그 모듈.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 지그 모듈; 및
    상기 지그 모듈에 안착된 복합재 부품을 절단하기 위한 초음파 절단 모듈;을 포함하는 절단 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 초음파 절단 모듈은
    진동부와,
    상기 진동부의 일단에 부착되어 복합재 부품은 절단할 수 있는 커터부와,
    상기 진동부를 고정하기 위한 하우징을 구비하는 것을 특징으로 하는 절단 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 초음파 절단 모듈은
    공기를 이용하여 상기 커터부를 냉각하기 위한 냉각부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절단 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 초음파 절단 모듈은
    상기 커터부의 방향과 거리를 셋팅하기 위한 인덱스 블록을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절단 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 서로 분리 가능한 제1 하우징과 제2 하우징을 구비하며,
    상기 초음파 절단 모듈은 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징을 결합할 때 조립 볼트에 일정한 토크를 가하기 위한 유지 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 절단 시스템.
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