KR100965757B1 - 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 암을 이용하여 차체 패널에 대한 헤밍작업을 효율적으로 수행할 수 있는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치에 관한 것이다.

본 발명은 하나의 롤 헤드상에 다수의 롤을 배치하여 각 롤을 순차적으로 회전시키면서 단계별 헤밍작업을 연속적으로 수행하는 새로운 형태의 롤 헤밍 수단과 방식을 구현함으로써, 차체 패널에 대한 4스텝의 헤밍작업을 일괄적으로 수행할 수 있어 우수한 헤밍품질을 확보할 수 있고, 특히 로봇 암이 고정된 상태에서 롤의 회전을 통해 각 롤에 대응하는 헤밍작업을 수행할 수 있어 1스텝 티칭 프로그램만으로 4스텝의 헤밍작업을 효과적으로 수행할 수 있는 등 전체적인 헤밍작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 롤를 이용한 플랜지 헤밍 장치를 제공한다.

로봇 암, 차체 패널, 헤밍, 롤, 롤 헤드, 인덱스, 회전

Description

롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치{flange hemming apparatus using roll}

본 발명은 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇 암을 이용하여 차체 패널에 대한 헤밍작업을 효율적으로 수행할 수 있는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 메이커에서 자동차를 생산하기까지는 2∼3만 개의 부품을 수차례에 걸쳐 조립하는 공정을 필요로 한다.

예를 들면, 차체의 경우 자동차 제조공정의 첫 단계로서, 여러 종류의 프레스 장비를 통해 제품 패널을 생산한 후, 차체 공장으로 옮겨와서 제품 패널의 각 부분을 조립하는 과정을 거쳐 화이트 보디(B.I.W) 형태의 차체를 이루게 된다.

이와 같이, 차체 패널을 성형하기 위해서는 여러 종류의 프레스 장비를 통하여 일정한 형태로 가압 성형하는 공정을 마친 후, 트리밍(Trimming), 피어싱(Piercing), 플랜징(Flanging), 헤밍(Hemming) 등의 프레스 공정에서 절단, 홀 가공, 절곡, 휨 등의 후속 가공작업을 거치게 된다.

그리고, 차량의 선루프, 도어, 후드, 트렁크 리드, 휠 아치, 휀더 등의 단부는 헤밍 공정에 의해 처리되며, 헤밍에 의한 접합강도 부족을 보완하기 위하여 국부적인 부분에 용접면을 확보하고 페이스 용접작업으로 접합강도를 확보한다.

또한, 헤밍작업시 인너 패널의 가장자리를 내측으로 플랜징 및 클린칭 성형한 후, 클린칭 성형된 틈으로 헤밍 실러를 도포하여, 인너 패널을 끼운 상태로 헤밍작업을 수행하며, 이때의 헤밍 실러는 도장 공정을 거치면서 가열 경화되어 접착 성능을 발휘하게 된다.

현재까지의 헤밍 방식은 프레스 타입의 전용기에 해당 패널의 금형을 장치하고, 금형 내부로 아웃터 패널과 인너 패널을 투입한 후, 프레스 금형을 하강시켜 패널 단부를 접어서 결합하는 방식이 대부분이다.

이러한 헤밍 방식의 경우 패널을 성형하는 것과 유사한 형태의 고가의 금형을 제작해야 하므로 초기 설비투자가 큰 단점이 있고, 프레스 바디의 크기가 상당하기 때문에 공장 내부에서의 레이아웃 구성에 불리한 점이 있다.

또한, 다차종 양산라인의 경우에는 금형을 변경하면서 대응해야 하는데, 금형의 교체에 따른 많은 시간과 노력이 필요하므로 생산성이 떨어진다.

이와 같은 문제들을 해소하기 위하여 최근에는 로봇 암을 이용한 롤 헤밍 시스템을 대부분 적용하고 있다.

상기 롤 헤밍 시스템은 롤 헤드를 로봇 암에 장착하여 로봇 암의 거동에 따라 롤을 굴려가면서 헤밍작업을 수행하는 방식으로서, 플랜지가 접힌 아웃터 패널의 안쪽에 인너 패널을 위치시키고, 플랜지를 소적의 각도로 굽힌 후, 헤밍 펀치로 눌러 인너 패널과 아웃터 패널을 소성 변형시키는 과정으로 헤밍작업을 수행한다.

종래의 롤 헤밍 시스템은 헤드 본체의 각 위치에 4개의 롤 헤드, 즉 1차 롤 헤드, 2차 롤 헤드, 3차 롤 헤드 및 4차 롤 헤드가 별개로 구비되는 형태로 이루어져 있으며, 티칭 프로그램에 의한 로봇 암의 움직임을 이용하여 헤밍작업을 수행하는 방식으로 되어 있다.

그러나, 종래의 롤 헤밍 시스템은 각각의 롤 헤드가 별개로 구비되는 관계로 로봇 암의 이동 궤적과 연계한 헤밍작업의 효율성이 저하되는 단점이 있다.

예를 들면, 각 헤밍작업을 수행하는 롤 헤드(역압박 롤 포함)가 고정된 위치에서 해당하는 헤밍작업을 수행하기 때문에 각 롤 헤드에 대응하는 헤밍작업을 하기 위해 로봇 암이 매번 회전을 해야 하고, 결국 각 스텝마다 별도의 티칭 프로그램을 설정해야 하는 등 헤밍작업의 효율성이 크게 떨어지는 단점이 있다.

또한, 각 성형 단계별 헤밍작업 간의 연계성이 떨어지기 때문에 원하는 만큼의 헤밍 품질을 확보하기 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하나의 롤 헤드상에 다수의 롤을 배치하여 각 롤을 순차적으로 회전시키면서 단계별 헤밍작업을 연속적으로 수행하는 새로운 형태의 롤 헤밍 수단과 방식을 구현함으로써, 차체 패널에 대한 4스텝의 헤밍작업을 일괄적으로 수행할 수 있어 우수한 헤밍품질을 확보할 수 있고, 특히 로봇 암이 고정된 상태에서 롤의 회전을 통해 각 롤에 대응하는 헤밍작업을 수행할 수 있어 1스텝 티칭 프로그램만으로 4스텝의 헤밍작업을 효과적으로 수행할 수 있는 등 전체적인 헤밍작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치는 헤드 본체, 상기 헤드 본체의 베이스상에 고정 설치되는 구동부, 상기 구동부의 출력축에 결합되어 회전가능한 회전판, 상기 회전판의 전면에서 각각이 90°간격으로 배치되어 회전판의 회전작동에 의해 순차적으로 단계별 헤밍을 수행하는 1차 헤밍 롤, 2차 헤밍 롤, 3차 헤밍 롤 및 4차 헤밍 롤, 상기 헤드 본체의 앞쪽으로 연장 설치되어 있는 2개의 지지대상에 각각 설치되고 서로는 90°간격을 유지하면서 각 헤밍 롤과 선택적으로 짝을 이루어 헤밍을 수행하는 제1보조 롤 및 제2보조 롤 등을 포함하는 형태로 이루어져 있으며, 하나의 롤 헤드로 단계별 헤밍 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 헤드 본체 등을 포함하는 롤 헤드 전체를 로봇 암에 부착하여 헤밍을 수행할 수 있도록 하거나, 또는 구조물에 부착하고 로봇 암이 패널을 들고 헤밍을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 롤 헤드의 경우, 로봇 암의 1스텝 티칭 프로그램으로 4스텝의 헤밍작업을 수행할 수 있는 특징을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치는 다음과 같은 장점을 제공한다.

첫째, 하나의 롤 헤드로 구성되어 있어 로봇 암의 1스텝 티칭 프로그램만으로 4스텝의 헤밍작업을 효율적으로 수행할 수 있다.

둘째, 하나의 롤 헤드로 4스텝의 헤밍작업을 일괄적으로 수행할 수 있어 우수한 헤밍품질의 확보는 물론, 헤밍 소요 시간을 단축할 수 있어 대량생산 라인의 구축이 유리하다.

셋째, 로봇 암의 이동 궤적을 최소화할 수 있어 헤밍시 로봇으로 인한 부하를 줄일 수 있다.

넷째, 롤 헤드를 로봇 암에 부착하여 헤밍할 수 있고, 또 롤 헤드를 구조물에 부착하고 로봇 암이 패널을 들고 헤밍할 수 있는 등 다양한 작업 조건에 적절히 대응하여 헤밍을 수행할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드를 나타내는 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드를 로봇 암에 부착한 상태를 나타내는 사시도 및 확대도이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 롤 헤밍 시스템은 하나의 롤 헤드상에 모터에 의해 작동되는 회전판을 마련하고, 이 회전판에 90°간격으로 4개의 헤밍 롤을 설치하여, 각 단계별 헤밍작업을 일괄적으로 수행할 수 있는 방식으로 이루어져 있다.

이를 위하여, 원판 형태의 헤드 본체(10)가 마련되고, 이 헤드 본체(10)의 전면에는 대략 중심쪽에서 앞쪽으로 길게 연장되는 베이스(11)가 설치되는 동시에 대략 외곽쪽에서 앞쪽으로 길게 연장되는 2개의 지지대(19a,19b)가 설치된다.

이때, 상기 2개의 지지대(19a,19b)는 후술하는 제1보조 롤(20)과 제2보조 롤(21)을 각각 지지하는 부분으로서, 서로는 90°간격을 두고 위치되며, 특히 하나의 지지대, 즉 제1보조 롤(20)을 지지하는 지지대(19a)는 실린더(22)의 로드에 연결되는 구조로 지지되어, 앞쪽에 장착되는 제1보조 롤(20)과 함께 전후 방향으로 위치를 옮길 수 있게 된다.

여기서, 상기 실린더(22)는 후단 핀 구조에 의해 헤드 본체(10)의 전면에 수평자세로 지지된다.

그리고, 상기 베이스(11)에는 구동부(12)가 설치되는데, 이때의 구동부(12) 는 모터와 감속기를 조합한 구동수단으로서, 그 출력축(13)에 장착되는 회전판(14)을 회전시켜주는 역할을 하게 된다.

상기 구동부(12)의 모터는 1스텝 헤밍 진행시마다 90°씩 분할하여 회전 제어가 가능한 스텝 모터를 적용하는 것이 바람직하다.

여기서, 1스텝이란 하나의 헤밍 롤이 한차례 헤밍을 수행하는 작동을 의미한다.

4개의 헤밍 롤을 지지하면서 인덱스(90°분할) 역할을 하는 회전판(14)이 마련되고, 이 회전판(14)은 구동부(12)의 출력축(13)에 장착된다.

이에 따라, 구동부(13)의 작동에 의해 회전판(14)은 90°씩, 또는 어떠한 경우에는 180°회전이 가능하게 된다.

실질적으로 각 단계별 헤밍작업을 수행하는 4개의 헤밍 롤, 즉 1차 헤밍 롤(15), 2차 헤밍 롤(16), 3차 헤밍 롤(17) 및 4차 헤밍 롤(18)이 마련되고, 각 헤밍 롤은 회전판(14)상에서 소정의 배치 형태로 설치된다.

예를 들면, 원판 형태로 이루어진 회전판(14)의 0°위치에 1차 헤밍 롤(15)이 배치되고, 이것을 기준으로 하여 시계방향을 따라가면서 90°위치에는 2차 헤밍 롤(16), 180°위치에는 4차 헤밍 롤(18), 270°위치에는 3차 헤밍 롤(17)이 각각 배치되는 형태로 설치된다.

여기서, 1차 헤밍 롤(15)은 초기 절곡(30∼45°정도)을 수행하는 역할을 하고, 2차 헤밍 롤(16)은 플랜지 중간 절곡(80∼90°정도)을 수행하는 역할을 하고, 3차 헤밍 롤(17)은 플랜지 3단계 절곡(130~140°정도)을 수행하는 역할을 하고, 4 차 헤밍 롤(18)은 플랜지 완전 절곡(180°)을 수행하는 역할을 한다.

이에 따라, 상기 회전판(14)의 회전에 의해 각 헤밍 롤은 1스텝 진행시마다 90°회전하여 다음 스텝으로 이동하면서 순차적으로 헤밍을 수행할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 헤밍 롤과 함께 선택적으로 짝을 이루면서 함께 헤밍을 수행하는 2개의 보조 롤, 즉 서로 90°간격을 유지하면서 위치되는 제1보조 롤(20)과 제2보조 롤(21)이 마련된다.

상기 제1보조 롤(20)과 제2보조 롤(21)은 헤드 본체(10)에 있는 각각의 지지대(19a,19b)상에 설치되며, 회전판(14)의 회전에 의해 어느 하나의 헤밍 롤이 자신이 있는 곳으로 위치되면, 이 헤밍 롤과 함께 패널에 대한 헤밍을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 구성되는 롤 헤드, 즉 각 헤밍 롤, 보조 롤, 구동부 등을 포함하는 헤드 본체(10) 전체는 두가지 운영방식으로 헤밍작업을 수행할 수 있게 된다.

예를 들면, 롤 헤드(100)를 로봇 암(110)에 부착하고 차체 패널은 베드상에 고정시킨 상태에서 헤밍작업을 수행하는 방식으로 운영할 수 있거나, 또는 롤 헤드(100)를 구조물에 고정시키고 로봇 암(110)으로 차체 패널을 잡은 상태에서 헤밍작업을 수행하는 방식으로 운영할 수 있다.

여기서, 롤 헤드(100)를 로봇 암(110)에 부착하여 헤밍을 수행하는 경우, 로봇 암(110)의 1스텝 티칭 프로그램으로 4스텝의 헤밍작업을 순차적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

즉, 종전의 경우 4스텝 헤밍작업, 다시 말해 1차 헤밍부터 4차 헤밍까지의 각 단계별 헤밍작업을 수행하기 위해서는 로봇 암(110)의 1 내지 4스텝 티칭 프로그램을 모두 필요로 하였으나, 본 발명에서는 회전판(14)에 의해 인덱스되는 각 헤밍 롤의 회전방식을 이용함으로써, 로봇 암(110)의 1스텝 티칭 프로그램만으로 4스텝의 헤밍작업을 수행하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 롤 헤밍 시스템의 롤 헤드를 이용하여 헤밍작업을 수행하는 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드의 1차 내지 4차 헤밍 과정을 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도이다.

먼저, 차체 패널(120)에 대한 헤밍은 헤밍 블럭이 위치되어 있는 영역을 기준으로 이루어지게 되며, 이때의 헤밍 블럭은 서로 90°간격으로 배치되는 제1헤밍 블럭(130)과 제2헤밍 블럭(140)으로 구성되어 있고, 제1헤밍 블럭(130)이 있는 영역에서는 1차 헤밍이 이루어지는 한편, 제2헤밍 블럭(140)이 있는 영역에서는 2차 헤밍, 3차 헤밍 및 4차 헤밍이 이루어진다.

도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 1차 헤밍 롤(15)과 제1보조 롤(20)에 의해 1차 헤밍이 이루어지는 상태를 보여준다.

1차 헤밍 롤(15)과 제1보조 롤(20)이 제1헤밍 블럭(130)에 지지되어 있는 차체 패널(120)측으로 위치되고, 로봇 암(110)의 이동에 의해 차체 패널(120)에 대한 1차 헤밍이 진행된다.

1차 헤밍은 패널의 코너 부위 및 예리한 부위, 샤프(Sharp)한 부위에 대한 초기 절곡(30∼44°)을 수행하는 작업이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 2차 헤밍 롤(16)과 제2보조 롤(21)에 의해 2차 헤밍이 이루어지는 상태를 보여준다.

2차 헤밍 롤(16)과 제2보조 롤(21)이 제2헤밍 블럭(140)에 지지되어 있는 차체 패널(120)측으로 위치되고, 로봇 암(110)의 이동에 의해 차체 패널(120)에 대한 2차 헤밍이 진행된다.

이때, 1차 헤밍 후 2차 헤밍은 회전판(14)의 회전없이 로봇 암(110)의 자세만 90°회전함으로써 헤밍이 이루어질 수 있게 된다.

2차 헤밍은 패널의 플랜지를 80∼90°정도로 2단계 중간 절곡 및 플랜지의 마무리 정리를 수행하는 작업이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 여기서는 3차 헤밍 롤(17)과 제2보조 롤(21)에 의해 3차 헤밍이 이루어지는 상태를 보여준다.

회전판(14)의 시계방향 180°회전에 의해 3차 헤밍 롤(17)이 제2보조 롤(21)과 짝을 이루면서 제2헤밍 블럭(140)에 지지되어 있는 차체 패널(120)측으로 위치되고, 로봇 암(110)의 이동에 의해 차체 패널(120)에 대한 3차 헤밍이 진행된다.

3차 헤밍은 패널의 플랜지를 130~140°정도로 3단계 절곡을 수행하는 작업이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 여기서는 4차 헤밍 롤(18)과 제2보조 롤(21)에 의해 4차 헤밍이 이루어지는 상태를 보여준다.

3차 헤밍 후에 회전판(14)이 다시 시계방향으로 90°회전하면 4차 헤밍 롤(18)이 제2보조 롤(21)과 짝을 이루면서 제2헤밍 블럭(140)에 지지되어 있는 차체 패널(120)측으로 위치되고, 로봇 암(110)의 이동에 의해 차체 패널(120)에 대한 4차 헤밍이 진행된다.

4차 헤밍은 패널의 플랜지를 180°정도로 완전 절곡을 수행하는 작업이다.

여기서, 상기 제1보조 롤(20)의 경우 회전판(14)의 회전에 따른 헤밍 롤들과의 간섭을 피해 실린더(22) 작동을 통해 적절히 전후 위치를 옮길 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 롤 헤밍 시스템에서는 하나의 롤 헤드에 방사상으로 롤 세트를 구성하여 4스텝으로 패널을 절곡할 수 있으며, 패널 상태 180°를 기준으로 0°로 절곡하는 헤밍작업이 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드를 나타내는 사시도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드를 로봇 암에 부착한 상태를 나타내는 사시도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드를 로봇 암에 부착한 상태를 나타내는 확대도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드의 1차 헤밍 과정을 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드의 2차 헤밍 과정을 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드의 3차 헤밍 과정을 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 헤드의 4차 헤밍 과정을 나타내는 정면도, 평면도 및 측면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 헤드 본체 11 : 베이스

12 : 구동부 13 : 출력축

14 : 회전판 15 : 1차 헤밍 롤

16 : 2차 헤밍 롤 17 : 3차 헤밍 롤

18 : 4차 헤밍 롤 19a,19b : 지지대

20 : 제1보조 롤 21 : 제2보조 롤

22 : 실린더

Claims (5)

1. 롤 헤드의 본체를 이루는 헤드 본체(10);

   상기 헤드 본체(10)의 베이스(11)상에 고정 설치되는 구동부(12);

   상기 구동부(12)의 출력축(13)에 결합되어 회전가능한 회전판(14);

   상기 회전판(14)의 전면에서 각각이 90°간격으로 배치되어 회전판(14)의 회전작동에 의해 순차적으로 단계별 헤밍을 수행하는 1차 헤밍 롤(15), 2차 헤밍 롤(16), 3차 헤밍 롤(17) 및 4차 헤밍 롤(18);

   상기 헤드 본체(10)의 앞쪽으로 연장 설치되어 있는 2개의 지지대(19a,19b)상에 각각 설치되고 서로는 90°간격을 유지하면서 각 헤밍 롤과 선택적으로 짝을 이루어 헤밍을 수행하는 제1보조 롤(20) 및 제2보조 롤(21);

   을 포함하며, 하나의 롤 헤드로 단계별 헤밍작업을 연속적으로 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1보조 롤(20)을 포함하는 지지대(19a) 전체는 실린더(22)의 로드에 연결 지지되어 전후 방향으로 위치를 옮길 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 회전판(14)에 배치되는 각 헤밍 롤은 0°위치에 배치되는 1차 헤밍 롤(15)을 기준하여 시계방향을 따라가면서 90°위치에 2차 헤밍 롤(16), 180°위치에 4차 헤밍 롤(18), 270°위치에 3차 헤밍 롤(17)의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 각 헤밍 롤과 보조 롤을 포함하는 헤드 본체(10) 전체는 로봇 암에 부착되어 헤밍을 수행하거나, 또는 구조물에 부착되어 헤밍을 수행할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치.
5. 청구항 1에 있어서, 로봇 암의 1스텝 티칭 프로그램으로 4스텝의 헤밍작업을 수행할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 롤을 이용한 플랜지 헤밍 장치.

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