KR100830134B1

KR100830134B1 - 나사 자동 조립기

Info

Publication number: KR100830134B1
Application number: KR1020070016402A
Authority: KR
Inventors: 김창석
Original assignee: 주식회사 케이디엔
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-05-22

Abstract

본 발명은 적어도 턴테이블 회전 방식으로 공급된 제품에게 나사를 신속하고 정밀하게 공급하고 효율적으로 체결할 수 있는 나사 자동 조립기를 제공한다.

본 발명의 나사 자동 조립기는 전반적인 작동 제어에 관여하는 주제어기(110)가 탑재된 프레임부(100)와, 프레임부(100)에 설치되고 나사를 복수 열로 정렬 공급하는 나사 정렬 및 공급부(300)와, 나사 정렬 및 공급부(300)에 의해 공급된 나사를 자석방식으로 흡착시킨 후 나사 정렬 지그(401)에게 로딩하여 공급하는 나사 이송로봇부(200)와, 나사를 작업위치로 옮겨주는 나사 정렬 지그이송부(400)와, 나사 정렬 지그이송부(400) 주위에 설치된 모터부 지그동작부(750)와, 모터부 지그동작부(750)와 연동하여 나사 정렬 지그(401)에 로딩된 나사를 제품 쪽으로 밀면서 구동하는 나사 조임모터부(700)와, 나사 조임모터부(700)의 아래에서 턴테이블(551)을 회전형 공압 실린더(552)로 회전시키는 턴테이블 회동부(550) 및 제품 공급지그부(500)를 갖는다.

나사 이송로봇부, 제품 지그 테이블, 나사 조임모터부, 주제어기

Description

나사 자동 조립기{AUTOMATION APPARATUS FOR ASSEMBLING SCREW}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 나사 자동 조립기의 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 나사 자동 조립기의 평면도이다.

도 3은 도 2에 도시된 나사 자동 조립기의 정면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 나사 자동 조립기의 측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 프레임부 110 : 주제어기

200 : 나사 이송로봇부 300 : 나사 정렬 및 공급부

400 : 나사 정렬 지그이송부 401 : 나사 정렬 지그

500 : 제품 공급지그부 550 : 턴테이블 회동부

551 : 턴테이블 552 : 회전형 공압 실린더

600 : 나사 체결 힘 제어부 700 : 나사 조임모터부

750 : 모터부 지그동작부

본 발명은 나사 자동 조립기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 로봇 시스템 공학을 이용하여 미리 정해진 계통적 시퀀스에 따라 가동됨에 따라, 복수개의 나사 체결을 요구하는 휴대폰, 노트북, 각종 전자 제품의 부분 조립 및 완제품 조립공정에 활용 할 수 있는 시스템으로서 공정상에 투여 되는 인원 절감을 통한 생산성 향상에 기여하는 나사 자동 조립기에 관한 것이다.

일반적으로 각종 전자 제품은 그의 케이싱의 조립을 위해 복수개소에 걸쳐 나사 등의 고정수단이 체결되어야 하며, 이러한 작업은 대부분 수작업에 의존하여 왔다.

근래 들어, 이러한 수작업을 자동화 하려는 연구가 진행되고 있으며, 이에 따른 자동화 장비 및 시스템이 실제 제품 라인에 투입되어 사용되고 있다.

종래 기술에 따른 피가공용 이송용 행거의 지그구조는 대한민국 특허출원 제 10-1991-0015949호에 개시된 바와 같이, 동체내부에 원통형의 영구자석을 회전가능하게 설치하여 이 영구자석을 90°각도로 정, 역회전하는 에어실린더의 회전체와 접속시켜 영구자석이 에어실린더의 작동에 의해 정, 역회전하도록 되고, 상기한 영구자석의 좌우양측 근접부에 영구자석의 위치(극)변화에 의하여 자속(자력선)을 유도/차단하여 피가공물을 흡착/분리시키는 작동봉을 근접 설치하되 상기한 다수개의 작동봉은 동체에 뚫린 구멍내에 끼워져 피가공물의 형상에 대응하여 각각 돌출상태가 다르게 변화하여 피가공물을 흡착고정시킬 수 있도록 되어 있다.

그러나, 종래의 피가공용 이송용 행거의 지그구조는 나사 등과 같은 작은 부 품을 제품의 나사 체결을 위한 작업위치에 신속하고 정밀하게 로딩하는 것이 어렵고, 제품의 공급 및 회수를 신속하게 수행하는 수단의 부재로 인하여 전자 제품의 부분 조립 및 완제품 조립공정에 활용하기 어렵고, 조립 상태의 기술 신뢰성 확보가 불가능한 문제점을 갖는다.

한편, 나사를 제품에 체결하는 자동화 장비의 설계에서 동선 간섭 등의 문제점이 있고, 또한 하나의 체결 작업이 수행하는 도중 다른 하나의 체결 작업을 연속적이면서도 신속하게 대기 시간 없이 수행할 수 있는 장비의 개발이 요구되고 있으나, 이러한 요구를 만족할만한 장비의 부재로 인하여 나사 체결 작업이 매우 더디고, 대량 생산 체제하에 따른 효율적인 자동화 라인 설치가 어려운 상황이다.

또한, 나사를 제품에 체결하는 동안 하나의 나사를 하나의 제품에 차례로 체결함에 따라 체결 효율이 상대적으로 떨어지는 단점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은, 제품의 공급 및 회수를 턴테이블 회전 방식으로 동시에 수행함과 함께, 제품이 공급된 작업위치로 나사를 신속하게 공급한 후 나사를 개별 또는 동시에 체결하는 계통적 시퀀스를 수행함에 따라 신속하고 정밀한 나사 체결 작업을 수행할 수 있는 나사 자동 조립기를 제공한다.

앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은, 제품에 나사를 체결하기 위한 작동 제어에 관여하는 주제어기를 프레임부에 탑재한 나사 자동 조립기에 있어서, 상기 프레임부에 설치되고 나사를 복수 열로 정렬 공급하는 나사 정렬 및 공급부; 상기 나사 정렬 및 공급부에 의해 공급된 나사를 자석방식으로 흡착시킨 후 나사 정렬 지그에게 로딩하여 공급하도록 상기 나사 정렬 및 공급부 주위에 설치된 나사 이송로봇부; 상기 나사 정렬 지그에 로딩된 나사를 작업위치로 옮겨주도록 상기 프레임부에 설치된 나사 정렬 지그이송부; 상기 나사 정렬 지그이송부 주위에 설치된 모터부 지그동작부; 상기 모터부 지그동작부와 연동하여 상기 나사 정렬 지그에 로딩된 나사를 제품 쪽으로 밀면서 구동하도록 상기 모터부 지그동작부에 설치된 나사 조임모터부; 상기 나사 조임모터부의 아래에서 턴테이블을 회전형 공압 실린더로 회전시키도록 상기 프레임부에 설치된 턴테이블 회동부; 상기 턴테이블의 복수 개소에 장착되어 나사가 체결될 제품이 로딩되는 제품 공급지그부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기에 의해 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 나사 자동 조립기의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 나사 자동 조립기의 평면도이다. 도 3은 도 2에 도시된 나사 자동 조립기의 정면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 나사 자동 조립기의 측면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나사 자동 조립기는 아래에서 설명할 각각의 구성 및 각부의 역할에 의해 정의될 수 있다.

본 발명의 나사 자동 조립기는 그의 구성 요소를 프레임부(100)에 장착 또는 탑재시켜 이동형으로 구성 가능하다.

프레임부(100)의 하부에는 복수개의 스토퍼 겸용 이동형 바퀴(101)가 장착되어 있다. 프레임부(100)는 박스 형상의 하부 프레임(102)과, 하부 프레임(102)의 상부에 배치된 평판(103)과, 평판(103)의 상부에서 골격 형상을 이루는 상부 프레임(104)을 포함한다.

또한, 프레임부(100)에서 하부 프레임(102)의 안쪽에는 주제어기(110)가 실장되어 있다.

주제어기(110)는 나사 자동 조립기의 제반적인 장비 컨트롤을 주관하는 통상의 PLC 프로그램에 의해 작동하도록 구성되어 있고, 도시되어 있지 않은 통상의 공상 회로와 결합되어, 공압원은 공급 및 분배하도록, 공압 회로 제어를 위한 컨트롤러를 더 구비하고 있다.

주제어기(110)는 나사 자동 조립기의 운전을 담당하는 부분으로서 전원의 공급, 제품별 프로그램 저장, 조립기의 상태 표시 등을 나타내는 역할을 수행하도록 각종 작동 표시 장치, 주지의 제어 설비를 구비하고 있다.

예컨대, 주제어기(110)는 PLC 프로그램으로 작동되는 마이컴과, 이런 마이컴에 연결된 전기장치에 해당하는 전장부(111)와, 주제어기(110)의 작동을 비롯하여 나사 자동 조립기 관련 제반 작동에 필요한 공압원 또는 전원을 공급 및 제어하도록 전장부(111)를 통해 마이컴에 결합된 작동력 공급부(112)와, 본 발명에 사용할 센서들과 상기 마이컴 사이에 결합되어 센서 신호 입력을 중재하는 센서부(113)를 구비하는 것이 바람직하다.

이런 주제어기(110)는 하기에 설명할 각부 역할을 수행할 수 있도록, 나사 이송로봇부(200), 나사 정렬 및 공급부(300), 나사 정렬 지그이송부(400), 제품 공급지그부(500), 턴테이블 회동부(550), 나사 체결 힘 제어부(600), 나사 조임모터부(700), 모터부 지그동작부(750)와 결합되어 있다.

턴테이블 회동부(550)는 장비의 생산성을 높이기 위해, 턴테이블(551)을 각도 180도 간격으로 정 또는 역 회전시킴에 따라, 제품 공급과 회수를 동시에 수행할 수 있는 방식을 사용하고 있다.

여기서, 턴테이블(551)은 평판(103)의 아래에 설치된 회전형 공압 실린더(552)에 의해 회동 되도록 결합되어 있고, 턴테이블(551)의 회동 후 정지 위치를 확인할 수 있는 센서를 회전형 공압 실린더(552)의 양단에 설치하고 있는 것이 바람직하다.

회전형 공압 실린더(552)의 상부에는 정위치 조절을 위한 나사 블록(553)을 장착하고 있다.

제품 공급지그부(500)는 조립할 제품을 공급하는 부분으로서 복수 개소, 예컨대 도면과 같이 2개소로 분리되어서 턴테이블(503)에 배열되어 있다. 여기서, 1개소는 제품을 안착하는 부분이고 1개소는 제품에 체결하는 부분이다.

도 2 또는 도 4에 보이듯이, 제품 공급지그부(500)는 제품별 표준 지그(501), 그 아래 위치한 표준 지그 장착용 블록(502), 제품별 표준 지그(501)의 안쪽에 배치된 제품 흡착용 진공장치(503), 상/하 이송용 공압 실린더(504) 등과 같이 크게 4개 부분으로 구성 되어 있다.

제품별 표준 지그(501)는 조립할 제품을 틀어지지 않도록 안착 시키는 부분으로서, 안착시 밑부분에는 제품을 고정할 수 있는 흡착용 실리콘 진공 패드와 제품 흡착용 진공장치(503)의 진공 관로가 구성 되어 있다.

표준 지그 장착용 블록(502)은 조립 제품 변경시 기구적인 탈착 없이 쉽게 교체할 수 있도록 하기위한 장치로서 표준 지그와 블록의 조합은 맞춤용 핀에 의해 고정 된다. 또한, 표준 지그 장착용 블록(502)에는 표준 지그(501)의 진공 패드에 진공을 전달할 수 있는 관통 구멍이 뚫려 있다.

나사를 체결한 제품은 최소 2개를 조합하므로, 제품 흡착용 진공장치(503)는 상기 최소 2개를 조합하는 제품을 고정하여 흔들림이 없도록 하는 역할을 한다. 기존에는 사람이 이를 누르고 있어야 하는 어려움이 있었으나, 본 발명에서는 제품 흡착용 진공장치(503)에 의해 불편함을 해소하고 조립 품질에 신뢰성을 가져온다.

도 4에 보이듯이, 나사 정렬 지그(401)가 나사 체결을 위한 작업위치로 이송되어 올 경우, 상/하 이송용 공압 실린더(504)는 회전하여 작업부위에 위치된 제품별 표준 지그(501) 및 표준 지그 장착용 블록(502)을 상부로 상승시켜 나사 정렬 지그(401)에 밀착시켜주도록 턴테이블(551)에 결합되어 있다.

도 2에 보이듯이, 나사 정렬 및 공급부(300)는 원형 피더부(310)와 직진 피더부(320)로 구성되어 있다.

원형 피더부(310)는 조립할 나사를 적재함과 동시에 직진 피더부(320) 쪽으로 정렬하여 공급하는 역할을 수행하도록, 평판(103)의 상면에 설치되어 있다.

직진 피더부(320)의 입구는 원형 피더부(310)의 출구와 연결되어 있다.

이런 직진 피더부(320)는 원형 피더부(310)에서 정렬되어 공급된 나사를 복수 열(예 : 4열)로 구분하여 직진 시켜주도록, 복수열의 직진형 이동 슬릿을 형성하고 있다.

직진 피더부(320)도 근접 센서 등을 이용하여 제품 유, 무에 따라 피더 전원 공급을 제어하도록 되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 직진 피더부(320)의 끝부분은 나사가 안착 할 수 있는 나사 집을 형성하고 있고, 나사 이송로봇부(200)에 결합되어 있는 자석방식의 피커(201)가 나사를 잡을 수 있도록, 상기 나사 집에는 여닫이 덮개를 설치하고 있는 것이 바람직하다.

여기서, 나사 집의 여닫이 덮개의 구동은 별도로 구비된 통상의 공압 실린더를 사용할 수 있다.

도 2에 보이듯이, 나사 이송로봇부(200)는 직진 피더부(320)의 끝단에 정지한 나사를 피커(201)에 의한 자석방식으로 흡착시킨 다음 나사 정렬 지그(401)에게 1개씩 분리하거나 또는 동시에 로딩하여 공급하는 역할을 한다.

흡착용 툴에 해당하는 피커(201)는 자석을 이용한 통상적인 흡착용 툴 공압 실린더(202)의 동작 방식을 준용하되, 나사 4개를 한번에 흡착할 수 있고, 별도의 피커(201)마다 개별 툴 동작용 실린더(203)를 개별로 결합시켜 각각 홀더에 배열시키고 있기 때문에, 나사를 옮겨 놓을 때 1개씩 개별로 위치를 지정 할 수 있다.

나사 이송로봇부(200)는 도 2와 같은 평면도를 기준으로 가로 방향에 해당하는 X축 방향 스트로크(X)와, 세로 방향에 해당하는 Y축 방향 스트로크(Y)를 수행할 수 있는 직교 좌표형 로봇(210, 220)을 구비한다.

직교 좌표형 로봇(210, 220)은 각각 직진 가이드와 볼스크류, 정밀 서보 모터를 통상의 직교 좌표형 로봇과 같이 조합 및 장착하여, 결국 피커(201)를 정밀하면서도 빠르게 이송할 수 있고, 직교 좌표형 로봇(210, 220)의 제어기를 통해 이송을 위한 개별 위치값을 지정 할 수 있도록 구성되어 있다.

흡착용 툴 공압 실린더(202)와 개별 툴 동작용 실린더(203)에는 각각 제어 밸브를 사용하여 개별 동작을 가능하게 하였고 제품에 조립할 나사의 숫자에 따라 필요한 툴만을 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

도 3과 도 4에 보이듯이, 나사 정렬 지그이송부(400)는 나사 이송 로봇(200)에 의해 이송된 나사를 나사 정렬 지그(401)에 태워 나사 조임모터부(700) 하향의 작업위치로 옮겨주는 역할을 한다.

이를 위해서, 나사 정렬 지그이송부(400)는 평판(103)의 중앙에 배치될 수 있다. 나사 정렬 지그이송부(400)는 통상의 가이드 레일, 지그 정렬 블록, 블록 이송 실린더(402), 나사 정렬 지그(401) 등으로 구성 된다. 여기서, 나사 정렬 지그(401)는 제품 지그의 교체시 작업이 용이하도록 나사가 임시 안착되고 가이드될 수 있도록 조합되어 있다. 가이드 레일에는 지그 정렬 블록이 슬라이딩 작동 가능하게 결합되어 있다. 지그 정렬 블록은 블록 이송 실린더(402)에 의해 왕복 이송 가능하게 결합된다. 이런 지그 정렬 블록에는 나사 정렬 지그(401)가 부착되어 있다. 따라서, 나사 정렬 지그(401)는 상기 블록 이송 실린더(402)의 작동 력에 의해 상기 지그 정렬 블록과 함께 상기 가이드 레일을 따라 왕복 이동 가능하게 된다.

나사 조임모터부(700)와 모터부 지그동작부(750)는 나사 정렬 지그(401)에 로딩된 나사를 제품 쪽으로 밀면서 구동하여 조립하는 역할을 수행 한다.

이를 위해, 나사 조임모터부(700)는 개별적으로 구비된 모터의 회전력을 이용하여 나사를 회전시켜 제품에 조립시키는 역할을 담당하도록, 상하 작동이 가능한 모터부 지그동작부(750)에 설치되어 있다.

모터부 지그동작부(750)는 평판(103)을 기준으로 상/하 이송이 가능하도록, 상/하 이송 레일과 상/하 이송 실린더를 구비한다.

또한, 나사 조임모터부(700)는 상기 상/하 이송 레일을 따라서, 상기 상/하 이송 실린더에 의해 슬라이딩 작동 가능하게 결합된 지그블록과, 상기 지그블록에 복수개로 설치된 구동 툴 지그 및 구동 드라이버 툴 등을 포함한다.

여기서, 구동 툴 지그와 구동 드라이버 툴은 제품 변경시 교체가 용이한 구조로 조립되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 구동 드라이버 툴은 개별적으로 스프링에 의한 완충 기능을 하도록 설치되어 있다.

나사 조임모터부(700)에 복수개로 구비된 구동 드라이버 툴과 구동 툴 지그는 각각 구동 모터에 의해 개별적으로 회전할 수 있도록 되어 있다. 이때, 구동 모터는 별도의 나사 체결 힘 제어부(600)의 컨트롤러와 개별 배선되어서, 개별적으로 제어 가능하도록 되어 있다.

나사 체결 힘 제어부(600)는 조립하려는 제품의 나사 체결 기준에 따라 체결 힘을 조절 할 경우에 사용하는 것으로서, 개별적으로 품질 기준에 맞게 셋팅을 해야 한다. 나사 체결 힘 제어부(600)는 로드셀, 또는 토크 센서 등을 이용한 통상적인 힘 컨트롤러를 통해서 상기 나사 조임모터부(700)에 설치된 구동 모터에 각각 개별 연결되어 상기 구동 모터의 작동력을 개별적으로 조절 가능하도록, 상기 구동 모터별로 구비된 힘 설정 스위치 및 설정값 표시장치를 갖는 것이 바람직하다.

이상, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명의 나사 자동 조립기는 공정상에 투여 되는 인원 절감을 통한 생산성 향상에 기여할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 나사 자동 조립기는 수작업에만 의존해 왔던 생산공정을 자동화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 나사 자동 조립기는 자동화 장치라 하더라도 개별 공급 및 개별 체결과 같은 공정상의 불합리성을 극복하여 신속하고 효율적인 체결 작업을 수행할 수 있고, 본 장비가 설치된 생산 라인의 전반적인 공정 흐름을 보다 효율적으로 재구성케 함에 따라 효율적인 작업 공간의 구성을 갖출 수 있는 장점이 있다.

Claims

제품에 나사를 체결하기 위한 작동 제어에 관여하는 주제어기(110)를 프레임부(100)에 탑재한 나사 자동 조립기에 있어서,

상기 프레임부(100)에 설치되고 나사를 복수 열로 정렬 공급하는 나사 정렬 및 공급부(300);

상기 나사 정렬 및 공급부(300)에 의해 공급된 나사를 자석방식으로 흡착시킨 후 나사 정렬 지그(401)에게 로딩하여 공급하도록 상기 나사 정렬 및 공급부(300) 주위에 설치된 나사 이송로봇부(200);

상기 나사 정렬 지그(401)에 로딩된 나사를 작업위치로 옮겨주도록 상기 프레임부(100)에 설치된 나사 정렬 지그이송부(400);

상기 나사 정렬 지그이송부(400) 주위에 설치된 모터부 지그동작부(750);

상기 모터부 지그동작부(750)와 연동하여 상기 나사 정렬 지그(401)에 로딩된 나사를 제품 쪽으로 밀면서 구동하도록 상기 모터부 지그동작부(750)에 설치된 나사 조임모터부(700);

상기 나사 조임모터부(700)의 아래에서 턴테이블(551)을 회전형 공압 실린더(552)로 회전시키도록 상기 프레임부(100)에 설치된 턴테이블 회동부(550);

상기 턴테이블(551)의 복수 개소에 장착되어 나사가 체결될 제품이 로딩되는 제품 공급지그부(500);를

포함하는 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기.
제1항에 있어서,

상기 프레임부(100)는,

상기 프레임부(100)의 하부에 장착된 복수개의 스토퍼 겸용 이동형 바퀴(101);

상기 주제어기(110)가 실장된 박스 형상의 하부 프레임(102);

상기 하부 프레임(102)의 상부에 배치된 평판(103);

상기 평판(103)의 상부에서 골격 형상을 이루는 상부 프레임(104);을

포함하는 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기.
제1항에 있어서,

상기 주제어기(110)는,

PLC 프로그램으로 작동되는 마이컴;

상기 마이컴에 연결된 전장부(111);

상기 주제어기(110)와 함께 제반 작동에 필요한 공압원 또는 전원을 공급 및 제어하도록, 상기 전장부(111)를 통해 상기 마이컴에 결합된 작동력 공급부(112);

상기 마이컴과 센서들과 사이에 결합되어 센서 신호 입력을 중재하는 센서부(113);를

포함하는 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기.
제1항에 있어서,

상기 나사 정렬 및 공급부(300)는,

조립할 나사를 적재하고, 정렬 및 공급하도록 평판(103)의 상면에 설치된 원형 피더부(310);

상기 원형 피더부(310)의 출구와 연결되고, 상기 원형 피더부(310)에서 정렬되어 공급된 나사를 복수 열로 구분하여 직진 시켜주도록 복수열의 직진형 이동 슬릿을 형성하고, 끝부분에 나사 안착용 나사 집을 형성한 직진 피더부(320);로

이루어진 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기.
제1항에 있어서,

상기 제품 공급지그부(500)는,

제품별 표준 지그(501);

상기 제품별 표준 지그(501) 아래 위치한 표준 지그 장착용 블록(502);

상기 제품별 표준 지그(501)의 안쪽에 배치된 제품 흡착용 진공장치(503);

상기 표준 지그 장착용 블록(502)을 승강 또는 하강시키도록, 상기 턴테이블(551)을 기반으로 설치된 상/하 이송용 공압 실린더(504);를

포함하는 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기.
제1항에 있어서,

상기 나사 조임모터부(700)에 설치된 구동 모터에 각각 개별 연결되어 상기 구동 모터의 작동력을 개별적으로 조절하는 힘 설정 스위치 및 설정값 표시장치를 갖는 나사 체결 힘 제어부(600)를

더 포함하는 것을 특징으로 하는 나사 자동 조립기.