KR101719252B1 - 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형 작업에 있어서 에어홀 드릴링 작업을 수행하는 로봇 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템은 로봇 매니퓰레이터와, 곡면 좌표계를 따라 상기 로봇 매니퓰레이터가 이동되는 레일 및 레일 상에 배치되고, 컨트롤러의 제어 신호에 따라 로봇 매니퓰레이터를 이동시키는 슬라이딩 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템{ROBOT SYSTEM FOR MOLD AIRHOLE DRILLING}

본 발명은 금형 작업에 있어서 에어홀 드릴링 작업을 수행하는 로봇 시스템에 관한 것이다.

금형에 대한 일반적인 정의는 재료의 소성(Plasticity), 전연성(Mallebility)을 이용하여 재료를 가공 성형하는 것을 뜻한다.

금형산업은 이미 오랜 전부터 자동차, 휴대폰, 반도체, 디스플레이 등 다양한 분야에 적용되어, 대량 생산을 위한 필수 도구이자 완제품의 품질 및 디자인을 좌우하는 핵심 기반 산업으로 자리잡고 있다.

이러한 금형산업의 대부분의 공정에서는 자동화가 이루어져, 작업 시간 단축에 많은 기여를 하고 있다.

그러나, 조립 및 사상 공정과 일부 기계가공 공정에 대한 수작업 공정으로 인하여, 여전히 상대적으로 많은 작업 시간이 소요되고 있다.

수작업의 경우, 가공 시간 및 홀 위치 셋업에 소요되는 시간이 긴 관계로, 병목현상이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 더 많은 인원을 작업에 투입하고 있는 현실에서는 단순노무 인력의 부족으로 고학력의 신규인력을 이러한 작업에 투입하여야 하는 등의 문제점이 존재한다.

종래 기술에 따른 레디알 드릴(radial drill) 머신의 경우에는 수직방향으로의 가공만이 가능하여, 각도가 필요한 경우 형상부의 에어홀 가공은 불가능한 문제점이 있다.

즉, 레디알 드릴 머신의 경우 홀 가공 영역이 부족함으로 인하여, 생산 시 제품이 금형에서 잘 분리되지 않는 등 불량 발생이 원인이 된다.

금형산업 중 특히 자동차를 생산하기 위한 금형은 큰 직경을 가지는 깊은 홀의 가공을 요구하는데, 이는 작업의 특성상 작업자에 의하여 수작업으로 이루어지며, 금형 제작의 전체 작업 공정 중 수작업 홀 가공의 비중은 2 내지 3%에 불과함에 비하여 작업 시간은 약 20%이상을 차지하는 문제점이 있다.

수작업으로 자동차 금형을 실시함에 있어서는 작업 시간이 큰 비중을 차지하는 문제점과 함께, 3차원 비정형 곡면에 대한 작업인 관계로 수작업에 의한 작업 효율이 매우 낮은 문제점도 있다.

종래 기술에 따른 5축 CNC(Computerized Numerical Control) 기계를 활용하는 경우, 가공임율이 매우 높기 때문에 금형의 에어홀, 부수적인 드릴 및 탭 가공에 특화된 장비의 개발이 필수적이다.

그러나, 자동차 생산과 관련된 금형 제작은 대부분 영세한 중소기업들이 담당하고 있는 관계로, 생산임율이 여전히 저조한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 구면 형태의 메커니즘을 기저로 갖는 로봇 매니퓰레이터를 이용한 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템은 로봇 매니퓰레이터와, 곡면 좌표계를 따라 로봇 매니퓰레이터가 이동되는 레일 및 레일 상에 배치되고, 컨트롤러의 제어 신호에 따라 로봇 매니퓰레이터를 이동시키는 슬라이딩 조인트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템은 곡면 좌표계를 따라 로봇 매니퓰레이터를 이동시켜, 정확한 드릴링 포인트에 배치시킴으로써, 금형 에어홀 가공의 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

또한, 도면 해석 결과를 이용한 시뮬레이션 경로에 따라 작업 경로의 이상 여부를 사전에 확인함으로써, 금형 에어홀 가공의 생산임율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 4자유도의 회전 관절을 이용하고, 2자유도의 곡면좌표계 운동을 통하여, 6자유도의 에어홀 드릴링 작업을 수행하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 슬라이딩 조인트 등의 관절은 각각 전자식 브레이크에 연결되어, 드릴링 작업 중 각자의 자세를 고정하여 강건한 구조를 가지는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 툴을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 툴의 모션을 나타내는 예시도이다.

본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템을 도시하는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 툴을 확대하여 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 드릴링 툴의 모션을 나타내는 예시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템은 구면좌표 메커니즘 형태의 기저를 갖게 되는데, 이하 도 1 내지 도 3에 대한 상세한 설명으로서 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템은 4자유도의 로봇 매니퓰레이터(700)와, 곡면 좌표계를 따라 로봇 매니퓰레이터(700)가 이동되는 레일(200) 및 레일(200) 상에 배치되어 컨트롤러(400)의 제어 신호에 따라 로봇 매니퓰레이터(700)를 이동시키는 슬라이딩 조인트(sliding joint, 300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레일(200)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 곡면 레일로써, 본 발명의 실시예에서는 당업자의 이해를 돕기 위하여 2개의 곡면 레일로 구성된 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 레일(200)은 곡면 좌표계를 따라 로봇 매니퓰레이터(700)가 이동되도록, 복수의 곡면 레일(200)로 형성되는데, 제1 곡면 레일 및 제2곡면 레일은 금형 에어홀 드릴링 작업이 수행되는 3차원 대상체가 놓여지는 플레이트(100)를 기준으로 상호 교차하는 형태로 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 제1 곡면 레일 및 제2 곡면 레일은 플레이트(100)의 중심점(물체의 공간적 중심이 되는 점)을 기준으로, 각각 동일한 거리를 두고 배치되는 곡면 레일이다.

즉, 제1곡면 레일 및 제2 곡면 레일은 플레이트(100)의 중심점으로부터 각 곡면 레일에 이르는 거리가 동일하여, 제1 곡면 레일, 제2 곡면 레일의 각 면을 연장하면 플레이트(100)를 중심 단면으로 하는 반구형의 형상이 된다.

본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 조인트(300)는 액추에이터를 포함하는 조인트로써, 제1 곡면 레일 상에 배치되는 제1 슬라이딩 조인트(300a) 및 제2 곡면 레일 상에 배치되는 제2 슬라이딩 조인트(300b)로 구성되며, 각 곡면 레일을 따라 로봇 매니퓰레이터(700)를 이동시키게 된다.

슬라이딩 조인트(300)는 2D 또는 3D 도면 해석 결과에 따른 드릴링 포인트 정보를 포함하는 제어 신호에 따라 로봇 매니퓰레이터(700)를 곡면 좌표계에 따라 이동시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(400)는 2D 또는 3D 도면을 해석한 결과를 이용한 시뮬레이션에 따라, 작업 경로의 이상이 없는 것으로 확인한 경우 제어 신호를 전송하고, 이를 수신한 슬라이딩 조인트(300)는 제어 신호에 따라 로봇 매니퓰레이터(700)를 이동시킨다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 매니퓰레이터(700)는 대상체에 대한 금형 에어홀 드릴링 작업을 수행하는 드릴링 툴(drilling tool, 730)과, 슬라이딩 조인트(300) 및 드릴링 툴(730) 사이에 배치되는 회전관절(revolute joint, 710)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 회전관절(710)은 제1회전 관절(710a) 및 제2회전 관절(미도시)로 구성되어, 컨트롤러(400)가 전송하는 제어 신호에 따라 4자유도로 드릴링 툴(730)을 시뮬레이션 결과 작업 경로에 이상이 없는 것으로 확인된 드릴링 포인트에 배치되도록 회전시킨다.

본 발명의 실시예에 따른 드릴링 툴(730)에 포함되는 드릴은 1자유도의 직선관절(prismatic joint, 720) 및 청크(chunk, 740)에 장착되어, 시뮬레이션 결과 확인된 드릴링 포인트에 대하여 도3에 도시된 바와 같이 모션을 통하여 에어홀 드릴링 작업을 수행하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 직선관절(720)은 리니어 액추에이터(linear actuator)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 조인트(300), 회전관절(710) 및 직선관절(720)은 각각 전자식 브레이크와 연결되어, 대상체에 대한 드릴링 작업 중 자세가 고정되어 강건한 구조를 가지게 된다.

이 때, 전자식 브레이크는 전술한 관절 외에 액추에이터를 포함하지 않는 아이디얼 조인트(ideal joint, 600) 및 픽스드 조인트(fixed joint, 500)에도 배치되어, 에어홀 드릴링 작업에 대한 강건성을 제공하는 것이 바람직하다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 플레이트 200: 레일
300: 슬라이딩 조인트 400: 컨트롤러
500: 고정 조인트 600: 아이디얼 조인트
700: 로봇 매니퓰레이터 710: 회전관절
720: 직선관절 730: 드릴링 툴
740: 청크

Claims (9)

1. 대상체에 대한 금형 에어홀 드릴링 작업을 수행하는 드릴링 툴과, 슬라이딩 조인트 및 상기 드릴링 툴 사이에 배치되어 제어 신호에 따라 4자유도로 상기 드릴링 툴을 드릴링 포인트에 배치하도록 회전시키는 회전관절을 포함하는 로봇 매니퓰레이터;
   곡면 좌표계를 따라 상기 로봇 매니퓰레이터가 이동되는 레일; 및
   상기 레일 상에 배치되고, 컨트롤러의 도면 해석 결과에 따른 드릴링 포인트 정보를 포함하는 상기 제어 신호 및 상기 도면 해석 결과를 이용한 시뮬레이션에 따라 작업 경로의 이상이 없는지 확인한 제어에 의하여 상기 로봇 매니퓰레이터를 곡면 좌표계에 따라 2자유도 이동시키는 상기 슬라이딩 조인트
   를 포함하는 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 레일은 복수의 곡면 레일로써, 상기 복수의 곡면 레일은 금형 에어홀 드릴링 작업의 대상체가 놓여지는 플레이트를 기준으로, 교차하는 형태인 것
   인 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 곡면 레일은 상기 플레이트의 상부에서, 상기 플레이트의 중심점을 기준으로 각각 동일한 거리를 두고 배치되는 곡면 레일인 것
   인 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 드릴링 툴에 포함되는 드릴은 1자유도의 직선관절에 장착되는 것
   인 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 슬라이딩 조인트, 회전관절 및 직선관절은 각각 전자식 브레이크와 연결되어, 상기 대상체에 대한 드릴링 작업 중 자세가 고정되는 것
   인 금형 에어홀 드릴링 로봇 시스템.

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