KR100389584B1 - 서보건의 전극이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇핸드에 장착된 스폿용접장치의 원활한 전극이송기능을 하도록 하는 서보건 전극 이송장치에 관한 것으로, 서보모터(110)의 회동력을 전달하도록 벨트(112)에 의해 연결된 풀리(111)가 결합되고, 상기 풀리(111)에 동일축으로 연결되어 정밀한 회동이 가능하도록 테이퍼 롤러베어링(120)에 의해 고정되어 반전 회동하도록 하는 볼스크류(130)와, 상기 볼스크류(130)에 맞물리어 회전운동을 왕복직선운동으로 변환시켜주도록 하는 볼스크류너트(140)와, 상기 볼스크류너트(140)에 결합되고 선단부에는 전극부(160)가 고정되어 왕복 직선운동을 하는 이송축(150)과, 상기 볼스크류(130) 및 이송축(150)과 동심을 이루어 보호박스(310)의 선단부에 고정 설치되며, 상기 이송축(150)의 선단측 둘레를 지지하여 상기 이송축(150)의 원활한 직선운동을 하도록 하는 파이프형 리니어 모션 가이드(200)로 구성된 것으로 파이프 형태로 된 상기 이송축(150)의 내경으로 이루어진 안쪽 공간부에는 볼스크류(130)가 들어갈 수 있도록 하고, 이송축(150)의 외경으로 이루어진 바깥쪽에는 직선홈이나 직선돌기가 형성되고, 파이프형태의 리니어 모션 가이드(200)의 내경에는 회전방지용 돌기나 홈이 형성되어 회전운동은 방지하면서 직선운동이 이루어지도록 하는 것으로 전극팁을 이송시킬 때 편심하중이 존재하지 않도록 함으로써 흔들림 없는 직선운동이 가능하게 한 것이다.

Description

서보건의 전극이송장치{Apparatus for feeding electrode in Servogun}

본 발명은 자동차의 보디조립공정과 같은 자동화 용접공정에 사용되는 로봇핸드에 장착된 스폿용접장치의 원활한 이송기능을 하도록 하는 서보건 전극 이송장치에 관한 것이다.

현재 우리나라는 자동차의 총 생산대수 규모로는 세계 6위에 해당하나 차체제작의 핵심기반 기술인 저항점 용접 제어장치에 관한 기술수준은 외국의 선진기술에 의존하고 있는 상태로서 이에 대한 기술개발이 시급한 실정이다.

자동차의 보디 사이드는 보디사이드 아우터와 각종 내측 부품에 의해 조립되는 구조로서 상기 보디사이드 아우터는 차체의 전면에 배치되는 부분을 구성하는 프론트 파트와 차체의 후면에 배치되는 부분을 구성하는 리어 펜더 파트로 이루어져 있는데 이와 같은 자동차의 차체를 이루는 프론터 파트와 리어펜더 파트와 같은 부위는 용접에 의해 접합되는 것이다.

이와 같은 용접작업은 차량의 안전성에 매우 중요한 요소이므로 로봇에 의한 스폿용접을 이용하여 자동화된 작업에 의해 이루어진다.

이와 같은 스폿용접 즉, 저항점용접 공정은 접촉저항의 변화로 초래되는 열적, 물리적 그리고 금속야금학적 과정의 복합공정이므로 가열량 조절만으로는 한계가 있으므로 위의 세가지현상을 동시에 제어하는 수단은 전극 가압력 제어에 의해서만 가능하다.

그런데 종래의 로봇에 의한 스폿용접장치는 가압방식을 주로 공기압작동방식이 사용되고 있으나 이와 같은 공기압작동방식은 작동이 원활치 못하고 용접프로세스를 모니터링하는 수단이 고작 용접전류의 가감을 통한 용접열입력 조절에 의해서만 가능한 상태이므로 저항점 용접품질을 보장할 수 없었다.

즉 용접시 타점조건에 따른 전극 가압력의 설정이 불가능하고, 가압력이 불안정하여 스패터(spatter)의 발생이 심하며, 용접 모재의 압흔이 심하게 나타난다.

또한 전극 이송궤도를 자유롭게 설정할 수 없으므로 타점간 이동거리가 길고 특히 작업시간(cycle time)이 비교적 길어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 가압방식을 공기압작동방식이 아닌 서보모터를 이용한 방식이 제안되었다.

종래의 서보모터를 이용한 서보건에서 전극팁을 장착한 전극이송축의 이송방식은 도 5 에 도시된 바와 같이 모터에 의해 구동되는 볼스크류(10)를 이용한 것으로 상기 볼스크류(10)에 의해 직선 이동되는 볼스크류너트(20)에 피스톤로드(30)가 장착되어 함께 직선운동을 하도록 하는 것이다.

상기 볼스크류너트(20)는 하측의 리니어모션 가이드블록(40)에 고정된 것으로 상기 리니어모션 가이드블록(40)이 원활히 직선운동을 하도록 하기 위한 가이드레일(50)이 하측에 설치되어 있다.

따라서 모터의 구동에 의해 구동되는 볼스크류(10)가 회전됨에 따라 볼스크류너트(20)가 직선이동을 하면서 피스톤로드(30)를 가동시키게 되며, 아울러 피스톤로드(30)의 선단부에 설치된 서보건의 전극팁(60)에 의해 저항점용접이 이루어지도록 하는 것이다.

그런데 상기 선행 기술의 경우 이송축의 안내를 위한 리니어가이드의 레일이 볼스크류와 축대칭을 이루지 못한 상태로 설치되어 있고, 이 리니어가이드 블록이 상당한 중량을 가지기 때문에 과중한 관성질량이 모터에 부가되어 전극팁 가압시 속응성이 떨어지는 단점이 있었다.

이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 본 발명에서는 저항용접용 서보건에서 서보모터에 의해 회전하는 볼스크류의 회전운동을 리니어가이드너트의 직선이송운동으로 변환하여 전극팁을 이송시킴에 있어서 편심하중이 존재하지 않도록 하므로서 흔들림없는 직선운동이 가능하도록 하고, 장치의 내구수명을 보다 길도록 하며, 전체 장치의 규격 및 중량을 현저히 감소되도록 하며, 아울러 가압기구의 속응성을 향상하도록 한 서보건의 전극이송장치를 제공하는데 그 목적이 있다.상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 저항용접용 서보건에서 서보모터에 의해 회전하는 볼스크류와; 상기 볼스크류의 회전운동을 직선이송운동으로 변환하여 주는 리니어가이드 너트와; 상기 리니어가이드 너트에 연결된 피스톤로드에 의해 전극팁을 왕복 직선 운동하도록 하는 서보건의 전극이송장치에 있어서, 상기 서보모터의 회동력을 전달하도록 풀리가 결합되고, 정밀한 회동이 가능하도록 테이퍼 롤러베어링에 의해 고정되어 반전 회동하도록 하는 볼스크류와; 상기 볼스크류에 맞물리어 회전운동을 왕복직선운동으로 변환시켜주도록 하는 볼스크류너트와; 상기 볼스크류너트에 결합되고 선단부에는 전극팁이 고정되어 왕복 직선운동을 하는 이송축과; 상기 볼스크류 및 이송축과 동심을 이루어 보호박스의 선단부에 고정 설치되며, 상기 이송축의 선단측 둘레를 지지하여 상기 이송축의 원활한 직선운동을 하도록 하는 파이프형 리니어 모션 가이드로 구성됨을 특징으로 한다.상기 리니어 모션 가이드는 이송축의 원활한 이송을 위하여 저항감소 및 이송축의 흔들림을 방지하도록 다수의 볼베어링이 배열된 무부하 볼열 리테이너가 파이프형 외측관의 내부에 삽입 설치되어 있고, 상기 외측관의 양단에는 윤활유의 누출방지를 위한 고무씰이 삽입 설치됨을 특징으로 한다.본 발명의 또 한가지 중요한 특징은 내경가공된 중공축 형상인 리니어가이드 레일 즉 이송축의 내부에서 볼스크류가 회전하는 것으로서 균일한 지지력으로 이송축의 흔들림을 극소화해 준다.

도 1은 본 발명이 적용된 핸들링 로봇에 의한 용접 작업상태도,

도 2는 본 발명 서보건의 구성을 보인 측면도,

도 3은 본 발명의 요부인 서보건의 전극이송부 확대 단면도,

도 4는 본 발명 전극이송부의 리니어 모션 가이드 단면도로서,

(a)는 정단면도,(b)는 측단면도,

도 5는 종래의 서보건의 전극이송부 확대 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 서보건 110: 서보모터

111: 풀리 112: 벨트

120: 테이퍼 롤러 베어링 130: 볼스크류

140: 볼스크류너트 150: 이송축

160: 전극부 200: 리니어 모션 가이드

210: 볼베어링 220: 외측관

230: 리테이너 240: 고무씰

300: 로봇 310: 보호박스

320: 지지브라켓

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용된 핸들링 로봇에 의한 용접 작업상태도로서 자동화 공정 라인에서 차체의 용접작업을 수행하고 있는 상태를 도시한 것으로 로봇(300)의 선단부에는 본 발명이 적용된 서보건(100)이 장착되어 작업을 수행하도록 하는것이다.

도 2는 본 발명에 의한 서보건(100)의 구성을 보인 측면도이고, 도 3은 본 발명의 요부인 서보건(100)의 전극이송부 확대 단면도를 도시한 것이다.

본 발명 저항용접용 서보건은 전극부(160)에 정밀한 가압력과 작업속도를 향상시켜 작업능률을 향상하도록 하기 위한 것으로 서보모터(110)에 의해 회전하는 볼스크류(130)와; 상기 볼스크류(130)의 회전운동을 직선이송운동으로 변환하여 주는 리니어가이드 너트 즉, 볼스크류너트(140)와; 상기 볼스크류너트(140)에 연결된 이송축(150)에 의해 전극부(160)를 왕복 직선 운동하도록 하는 서보건의 전극이송장치부의 성능을 개량한 것이다.

본 발명 전극이송장치부의 구성은 상기 서보모터(110)의 회동력을 전달하도록 사이에 벨트(112)에 의해 연결된 풀리(111)가 결합되고, 상기 플리(111)에 동일축으로 연결되어 정밀한 회동이 가능하도록 테이퍼 롤러베어링(120)에 의해 고정되어 반전 회동하도록 하는 볼스크류(130)와; 상기 볼스크류(130)에 맞물리어 회전운동을 왕복직선운동으로 변환시켜주도록 하는 볼스크류너트(140)와; 상기 볼스크류너트(140)에 결합되고 선단부에는 전극부(160)가 고정되어 왕복 직선운동을 하는 이송축(150)과; 상기 볼스크류(130) 및 이송축(150)과 동심을 이루어 보호박스(310)의 선단부에 고정 설치되며, 상기 이송축(150)의 선단측 둘레를 지지하여 상기 이송축(150)의 원활한 직선운동을 하도록 하는 파이프형 리니어 모션 가이드(200)로 구성된다.

파이프 형태로 된 상기 이송축(150)의 내경으로 이루어진 안쪽 공간부에는볼스크류(130)가 들어갈 수 있도록 하고, 이송축(150)의 외경으로 이루어진 바깥쪽에는 직선홈이나 직선돌기가 형성되고, 파이프형태의 리니어 모션 가이드(200)의 내경에는 회전방지용 돌기나 홈이 형성되어 회전운동은 방지하면서 직선운동이 이루어지도록 하는 것이다.

미설명부호 320은 양측의 전극부(160)를 지지하도록 하는 지지브라켓이다.

도 4는 본 발명 전극이송부의 리니어 모션 가이드(200)의 구성을 보인 단면도로서, (a)는 정단면도이고, (b)는 측단면도를 도시한 것이다.

상기 리니어 모션 가이드(200)는 이송축(150)의 원활한 이송을 위하여 저항감소 및 이송축(150)의 흔들림을 방지하도록 다수의 볼베어링(210)이 배열된 무부하 볼열 리테이너(230)가 파이프형 외측관(220)의 내부에 삽입 설치되어 있고, 상기 외측관(220)의 양단에는 윤활유의 누출방지를 위한 고무씰(240)이 삽입 설치되어 있다.

본 발명은 이송축의 리니어 모션 가이드(200)가 파이프형 리니어가이드로 이루어져 있고, 리니어가이드레일 이송축이 볼스크류의 축과 동심(축대칭)을 이루어져 있으므로 즉, 리니어가이드레일이 볼스크류너트와 연결되어 있으므로 볼스크류가 회전하면 리니어가이드레일이 리니어가이드의 내부에서 축방향으로 직선운동을 하며 전극팁을 이송시키는 구조로서 보다 안정적인 작동이 가능하도록 하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 풀리(111)가 서보모터(110)의 회전력을 전달받아 회전하면 볼스크류(130)가 회전하게 된다. 이때 볼스크류(130)의 축방향 운동은 테이퍼 롤러베어링(120)의 양단 테이퍼 조합에 의하여 방지되는 반면, 볼스크류너트(140)는 볼스크류(130)의 회전에 따라 축방향으로 축을 따라 직선 이동하게 된다.

상기 볼스크류(130)의 선단부 전극부(160)와 가까운쪽의 이송기구 보호박스(310) 측면에는 파이프형 리니어 모션 가이드(200)의 암나사부를 설치하여 전극팁의 이송 스트로크(STROKE)가 커질 때 이송축(150)의 흔들림을 방지하도록 한다.

상기 볼스크류너트(140)와 연결된 이송축(150)은 축방향으로 이동되며, 선단부에 설치된 전극부(160)를 이송시키며, 이송이 계속되어 두 전극팁의 사이에 피용접물이 물려있어도 서보모터(110)의 회전력에 의하여 저항점용접 수행에 필요한 전극가압력이 가해진다.

이와 같이 축방향 직선운동만 요구되는 이송축(150)의 원통 둘레에는 축방향으로 한 개 또는 다수의 직선홈이나 직선돌기가 형성되어 리니어 모션 가이드(200)에 조립시 회전을 방지하면서 직선운동이 가능하도록 하는 것이다.

끝단에 있는 전극부와 지지브라켓(320)에 의해 연결된 반대측 전극부가 일직선상에서 만나도록 하며, 그 사이에 피용접물은 서보모터의 회전력으로 발생되는 전극가압력을 가하면서 통전하는 용접전류에 의해 저항점 용접이 이루어지도록 하는 것이다.

이상과 같이 축심이 동일한 리니어가이드와 볼스크류로 이루어진 본 발명 전극이송장치는 기존의 서보건의 전극이송장치에 비교하여 다음과 같은 장점이 있다.

첫째; 전극팁 가압시 리니어가이드 레일축과 볼스크류 축이 동일축선상에 존재하지 않는 경우는 편심하중에 의한 굽힘이 발생하여 리니어가이드 블록의 흔들림을 피할 수 없어 리니어가이드부와 볼스크류에 손상이 발생할 수 있으나 본 발명 장치에서는 편심하중이 없으므로 안내장치의 손상이 없어 상당기간의 수명이 보장된다.

둘째; 리니어가이드와 볼스크류가 축대칭을 이루므로 편심하중이 없어 전극이송중 흔들림이 거의 없고 가압력의 오차와 편차가 적다.

셋째; 리니어가이드와 볼스크류를 동축선상에 설치한 것이므로 리니어가이드 블록을 위한 별도의 설치공간이 필요치 않은 간단한 구조이며, 전체장치를 작게 할 수 있어 전체 중량을 가볍게 할 수 있다.

넷째; 큰 중량을 가진 리니어가이드 블록과 레일을 사용하지 않고 상대적으로 가벼운 파이프형 리니어가이드를 사용하므로 모터에 부가되는 관성질량이 감소하여 가압기구의 속응성이 향상된다.

이상 살펴본 바와 같이 본 발명은 자동화 용접공정에 사용되는 서보건의 성능을 향상시킨 것으로서 용접부 타점간 사이클 타임을 대폭적으로 줄이고 정밀한 작업이 가능하여 용접품질의 개선 및 에너지 절약효과를 얻을 수 있는 것으로 산업상 매우 유용한 기술인 것이다.

Claims (4)

1. 저항용접용 서보건에서 서보모터에 의해 회전하는 볼스크류와; 상기 볼스크류의 회전운동을 직선이송운동으로 변환하여 주는 리니어가이드 너트와; 상기 리니어가이드 너트에 연결된 피스톤로드에 의해 전극팁을 왕복 직선운동하도록 하는 서보건의 전극이송장치에 있어서,

   상기 서보모터(110)의 회동력을 전달하도록 풀리(111)가 결합되고, 정밀한 회동이 가능하도록 테이퍼 롤러베어링(120)에 의해 고정되어 반전회동하도록 하는 볼스크류(130)와;

   상기 볼스크류(130)에 맞물리어 회전운동을 왕복직선운동으로 변환시켜주도록 하는 볼스크류너트(140)와;

   상기 볼스크류너트(140)에 결합되고 선단부에는 전극팁(160)이 고정되어 왕복 직선운동을 하는 파이프 형태의 이송축(150)과;

   상기 볼스크류(130) 및 파이프형태의 이송축(150)과 동심을 이루어 보호박스(310)의 선단부에 고정 설치되며, 상기 이송축(150)의 선단측 둘레를 지지하여 상기 이송축(150)의 회전을 방지하고 원활한 직선운동을 하도록 하는 파이프형 리니어 모션 가이드(200)로 구성됨을 특징으로 하는 서보건의 전극이송장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 리니어 모션 가이드(200)는

   이송축(150)의 원활한 이송을 위하여 저항감소 및 이송축(150)의 흔들림을 방지하도록 다수의 볼베어링(210)이 배열된 무부하 볼열 리테이너(230)가 파이프형 외측관(220)의 내부에 삽입 설치되어 있고, 상기 외측관(220)의 양단에는 윤활유의 누출방지를 위한 고무씰(240)이 삽입 설치됨을 특징으로 하는 서보건의 전극이송장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 파이프형태로 된 이송축(150)의 내경으로 이루어진 안쪽 공간부에는 볼스크류(140)가 설치되어 회동하며, 이송축(150)의 외경으로 이루어진 바깥쪽에는 직선홈이나 직선돌기가 형성되고, 파이프형태의 리니어 모션 가이드(200)의 내경에는 회전방지용 돌기나 홈이 형성되어 회전운동은 방지하면서 직선운동이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 서보건의 전극이송장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 볼스크류(130)의 선단부 전극부(160)와 가까운쪽의 이송기구 보호박스(310) 측면에는 파이프형 리니어 모션 가이드(200)의 암나사부를 설치하여 전극팁의 이송 스트로크가 커질 때 이송축(150)의 흔들림을 방지하도록 함을 특징으로 하는 서보건의 전극이송장치.