KR102161128B1 - 차체 조립 지그 - Google Patents

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Abstract

차체 조립 지그가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 차체 조립 지그는, 스틸소재의 판재들과, 비철소재의 판재들을 포함하는 차체의 프론트 바디를 조립하기 위한 것으로서, ⅰ)베이스 프레임과, ⅱ)베이스 프레임에 설치되며, 서로 접합될 스틸소재의 판재들을 겹쳐지게 정렬하는 복수의 제1 위치 정렬부들과, ⅲ)제1 위치 정렬부에 설치되며, 스틸소재의 판재들을 클램핑 하는 클램퍼와, ⅳ)베이스 프레임에 설치되며, 서로 접합될 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 겹쳐지게 정렬하는 복수의 제2 위치 정렬부들과, ⅴ)베이스 프레임에 설치되며, 제2 위치 정렬부에 정렬된 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 고정하며 접합하는 적어도 하나의 이종소재 접합부를 포함할 수 있다.

Description

차체 조립 지그 {VEHICLE BODY ASSEMBLY JIG}
본 발명의 실시 예는 차체 조립 지그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차체의 전방 구조물을 구성하는 차체 부품들을 용접 등으로 조립하기 위한 차체 조립 지그에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 메이커에서 자동차를 생산하기까지는 2 내지 3만 여개의 부품을 여러 차례의 조립공정을 통하여 이루어진다.
특히, 차체는 자동차 제조과정의 첫 단계로서, 여러 종류의 프레스 장치를 통하여 제품패널을 생산한 후, 차체공장으로 옮겨와서 제품패널의 각 부분이 조립되어 화이트 보디(B.I.W) 상태의 차체를 이루게 된다.
차체를 이루는 부품들은 충돌 시의 안전성을 강화할 목적으로, 패널의 두께를 늘리거나 또는 패널에 보강용 패널(소위, 보강재)을 설치하여 전체적인 강도 및 강성을 높이는 한편 충격 에너지 흡수성 향상시키고 있다.
한편, 자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 플라스틱 복합소재 등의 사용을 통하여 차체의 전체적인 경량화를 도모하고 있다.
예를 들어, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 또는 플라스틱 복합소재 등과 같은 경량소재 만을 차체에 적용할 경우는 차체의 조립 안정성 및 자동차 안전도 평가를 만족하기 위해 많은 설계 및 제조비용이 든다.
그러나, 고 장력 강판 등과 같은 스틸 소재의 부품에 상기한 경량소재를 적용하는 경우는 차체의 경량화 및 자동차 안정도 평가 만족과 함께 제조비용을 줄일 수 있다.
이와 같이 고 장력 강판에 경량 소재를 접합하는 이종소재의 접합은 통상적인 스폿 용접으로 불가능하기 때문에, 예를 들면 이종소재의 기계적인 접합 방식으로서, 셀프 피어싱 리벳 시스템(self-piercing rivet)을 이용한 접합 방식을 채택하고 있다.
셀프 피어싱 리벳을 이용하여 이종소재의 접합 대상물을 기계적으로 접합하는 방식은 유압 또는 공압으로 셀프 피어싱 리벳을 접합 대상물에 압입하여 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합할 수 있다.
다른 한편, 차체에서 프런트 바디는 중량물을 탑재하고, 프런트 서스펜션의 앞 바퀴를 지지하는 역할과 동시에 사고로 충격을 받는 동안 그 충격을 승객이 있는 차실에 전달하지 않고 흡수해야 한다.
이와 같이 차체의 프론트 바디는 강도 및 충격 흡수 성능이 동시에 요구되기 때문에, 최근에는 스틸 판재, 알루미늄 판재 및 플라스틱 복합소재의 다중소재를 적용하여 경량화, 충돌 흡수 성능 및 구조적 강성을 동시에 도모하고 있다.
그런데, 종래 기술에서는 하나의 조립 지그에서 스틸 판재들을 스폿 용접으로 접합하고, 다른 조립 지그에서 스틸 판재에 알루미늄 판재 또는 플라스틱 복합소재 판재를 정렬 및 클램핑 한 상태로, 로봇의 아암 선단에 C-프레임을 통해 설치된 셀프 피어싱 리벳 장치를 이용하여 접합하고 있다. 이에 종래 기술에서는 전체적인 조립 공정이 복잡하고, 조립 시간이 많이 소요되며, 설비 투자비가 증가할 수 있다.
이와 같은 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 단일 지그에서 스틸 판재들의 스폿 용접 및 이종소재 판재(스틸 판재 및 비철소재 판재)들의 기계적인 접합을 동시에 수행할 수 있도록 한 차체 조립 지그를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그는, 스틸소재의 판재들과, 비철소재의 판재들을 포함하는 차체의 프론트 바디를 조립하기 위한 것으로서, ⅰ)베이스 프레임과, ⅱ)상기 베이스 프레임에 설치되며, 서로 접합될 스틸소재의 판재들을 겹쳐지게 정렬하는 복수의 제1 위치 정렬부들과, ⅲ)상기 제1 위치 정렬부에 설치되며, 상기 스틸소재의 판재들을 클램핑 하는 클램퍼와, ⅳ)상기 베이스 프레임에 설치되며, 서로 접합될 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 겹쳐지게 정렬하는 복수의 제2 위치 정렬부들과, ⅴ)상기 베이스 프레임에 설치되며, 상기 제2 위치 정렬부에 정렬된 상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 고정하며 접합하는 적어도 하나의 이종소재 접합부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 이종소재 접합부는 상기 베이스 프레임에 상하 방향으로 설치되는 로케이팅 플레이트와, 상기 로케이팅 플레이트에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 스틸소재의 판재를 지지하는 엔빌유닛과, 상기 엔빌유닛의 상측에서 상기 로케이팅 플레이트에 설치되며, 상기 스틸소재 판재와 겹쳐진 비철소재 판재를 가압하고, 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 타격하며, 상기 셀프 피어싱 리벳을 통해 상기 스틸소재 판재와 비철소재 판재를 접합하는 펀치유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 엔빌유닛은 상기 로케이팅 플레이트에 작동 실린더를 통하여 상하 방향을 따라 전후진 이동 가능하게 설치되는 이동부재와, 상면에 성형 골을 형성하며, 상기 이동부재에 설치되는 엔빌 다이를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 펀치유닛은 상기 비철소재의 판재를 가압하는 클램핑부재와, 상기 셀프 피어싱 리벳을 공급받는 리셉터클과, 상기 리셉터클로 공급된 상기 셀프 피어싱 리벳을 타격하는 앤빌 푸셔를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제1 위치 정렬부는 상기 베이스 프레임에 상하 방향으로 설치되는 로케이팅 플레이트와, 상기 로케이팅 플레이트에 설치되며, 상기 스틸소재의 판재에 구비된 기준 홀에 끼워지는 제1 정렬 핀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제2 위치 정렬부는 상기 베이스 프레임에 상하 방향으로 설치되는 로케이팅 플레이트와, 상기 로케이팅 플레이트에 설치되며, 상기 스틸소재의 판재 및 비철소재의 판재에 구비된 기준 홀에 끼워지는 제2 정렬 핀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제1 위치 정렬부는 상기 스틸소재의 판재를 감지하고 그 감지신호를 제어기로 출력하는 제1 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제어기는 상기 제1 센서의 감지신호에 따라 스폿 용접기에 작동 제어신호를 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제2 위치 정렬부는 상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 감지하고 그 감지신호를 제어기로 출력하는 제2 센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제어기는 상기 제2 센서의 감지신호에 따라 상기 엔빌유닛 및 펀치유닛에 작동 제어신호를 인가할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제2 위치 정렬부는 상기 스틸소재 판재로서의 서스펜션 마운팅 브라켓을 정렬하며, 상기 비철소재 판재로서의 휠 하우스 패널을 정렬할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그에 있어서, 상기 제2 위치 정렬부는 상기 비철소재 판재로서, 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 소재 중 어느 하나인 플라스틱 복합소재의 판재를 정렬할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 단일의 지그에서 스틸소재 판재들의 스폿 용접 및 이종소재 판재들의 기계적인 접합 공정이 동시에 이루어지므로, 전체적인 조립 공정을 단순화시킬 수 있고, 조립 작업 시간을 단축할 수 있으며, 설비 투자비를 절감할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 제1 위치 정렬부 및 클램퍼를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 제2 위치 정렬부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 이종소재 접합부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 이종소재 접합부를 도시한 단면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 이종소재 접합부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", ""...수단" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그(100)는 차체에서, 전방 중량물을 탑재하고, 프런트 서스펜션의 앞 바퀴를 지지하는 역할과 동시에 사고로 충격을 받는 동안 그 충격을 승객이 있는 차실에 전달하지 않고 흡수할 수 있는 전방 구조물의 프론트 바디를 조립하는데 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 프론트 바디는 프론트 범퍼 모듈, 카울/대쉬 패널, 휠 하우스/사이드 모듈 및 프론트 멤버/프레임 등과 같은 차체 부품들이 용접 등으로 상호 접합된 전방 구조물로 구성될 수 있다.
상기 프론트 바디에서 차체 부품들은 스틸소재로 이루어진 판재들 및 비철소재로 이루어진 판재들을 포함할 수 있다. 이 중에서 상기 비철소재의 판재는 프론트 바디에서 스틸소재로 이루어진 서스펜션 마운팅 브라켓과 상호 접합되는 휠 하우스 패널을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그(100)는 서로 분리된 프론트 바디의 차체 부품들을 상호 조립하기 위한 것이다. 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그(100)는 스틸소재의 판재(1: 이하 도 2 및 도 3 참조)들과, 비철소재의 판재(2: 이하 도 2 및 도 3 참조)들을 포함하는 차체 부품(패널 등)들을 용접 및 기계적인 접합 방식으로 조립하기 위한 것이다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그(100)는 스틸소재의 판재(1)들을 스폿 용접 식으로 접합하고, 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)(예를 들면, 서스펜션 마운팅 브라켓과 휠 하우스 패널)를 기계적인 접합 방식으로 접합하기 위한 것이다.
하지만, 본 발명의 보호범위가 차체의 프론트 바디를 조립하는 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물에 채용되는 스틸소재 판재(1)들 및 스틸소재 판재(1)와 비철소재 판재(2)를 조립하는 것이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
여기서, 상기 스틸소재의 판재(1)는 스틸 강판, 스테인레스 스틸 강판, 고장력 강판 및 초고장력 강판을 포함할 수 있다. 그리고 상기 비철소재의 판재(2)는 알루미늄 합금소재, 마그네슘 합금소재, 및 플라스틱 복합소재 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 상기 플라스틱 복합소재는 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
상기에서의 플라스틱 복합소재는 섬유소재를 강화재로 하고, 고강도 고탄성의 경량 구조재서 주목 받고 있는 첨단 복합 재료이며, 경량 구조용 재료로서 뛰어난 특성을 갖고 있다.
그리고, 상기 플라스틱 복합소재는 스틸소재 대비 강도 및 탄성률이 우수하고 반복 피로에 뛰어나며, 열팽창 계수가 작기 때문에 치수 안정성이 뛰어나고, 전기 전도성, 내식성, 진동 감쇠 성능이 우수한 특성도 있다.
이하에서는 도면을 기준으로, 상기에서와 같은 판재들을 상하 방향으로 겹쳐 놓고 이들 판재를 서로 접합하는 예를 설명하기로 한다. 그러나, 상기와 같은 방향의 정의는 상대적인 의미로서, 판재들의 기준 위치 및 접합 장치의 접합 방향 등에 따라서 그 방향이 달라질 수 있으므로, 상기한 방향이 본 실시 예의 기준 방향으로 반드시 한정되는 것은 아니다.
통상적으로 당 업계에서는 차체 길이방향(조립 이송방향)을 T 방향, 차폭 방향을 L 방향, 차체의 높이방향을 H 방향이라고 한다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 상기와 같은 LTH 방향을 기준방향으로 설정하지 않고, 도면을 기준으로 하여 전후, 좌우 및 상하 방향을 기준방향으로 설정하기로 한다.
더 나아가, 하기에서의 "단(한쪽/일측 단 또는 다른 한쪽/일측 단)"은 어느 한쪽의 끝으로 정의될 수 있고, 그 끝을 포함하는 일정 부분(한쪽/일측 단부 또는 다른 한쪽/일측 단부)으로 정의될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그(100)는 각각 별도의 지그에서 스틸소재의 판재(1)들을 스폿 용접하고, 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 기계적인 접합 방식으로 접합하는 종래 기술과 달리, 단일의 지그에서 스폿 용접 및 기계적인 접합을 수행할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 실시 예에 따른 상기 차체 조립 지그(100)는 기본적으로, 베이스 프레임(10), 복수의 제1 위치 정렬부(30)들, 클램퍼(40), 복수의 제2 위치 정렬부(50)들, 그리고 적어도 하나의 이종소재 접합부(70)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 베이스 프레임(10)은 이하에서 설명될 각각의 구성요소들을 지지하는 것으로서, 작업장의 바닥에 평면 방향으로 배치되며, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있고, 바닥에서 소정의 레일을 따라 설정된 방향으로 왕복 슬라이드 이동 가능하게 구성될 수도 있다.
그리고, 상기 베이스 프레임(10)에는 이하에서 설명될 각종 구성요소들을 지지하기 위한 플레이트, 하우징, 케이스, 칼라, 로드 및 블록 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.
하지만, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 구성 요소들을 베이스 프레임(10)에 설치하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속 요소들을 베이스 프레임(10)으로 통칭한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 제1 위치 정렬부 및 클램퍼를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 제1 위치 정렬부(30)들은 서로 접합될 스틸소재의 판재(1)들을 겹쳐지게 정렬하는 것으로서, 베이스 프레임(10) 상에 설치된다. 이러한 제1 위치 정렬부(30)는 제1 로케이팅 플레이트(31)와 제1 정렬 핀(33)을 포함한다.
상기 제1 로케이팅 플레이트(31)는 베이스 프레임(10)의 상면에 상하 방향으로 설치되며, 스틸소재 판재(1)의 하면을 지지하도록 상면에 로케이팅 면을 형성하고 있다.
상기 제1 정렬 핀(33)은 제1 위치 정렬부(30)에서 스틸소재 판재(1)의 기준 위치를 잡아주는 것으로, 그 스틸소재의 판재(1)에 구비된 기준 홀(1a)에 끼워지는 것이다. 이러한 제1 정렬 핀(33)은 장착 로드 등을 통해 제1 로케이팅 플레이트(31)에 장착된다.
나아가, 상기 제1 위치 정렬부(30)는 스틸소재의 판재(1)를 지지하는 정렬 로드(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 스틸소재 판재(1)의 위치를 규제하기 위한 스토퍼(35)를 포함할 수도 있다.
더 나아가, 상기 제1 위치 정렬부(30)는 스틸소재의 판재(1)를 감지하고 그 감지신호를 제어기(90)로 출력하는 제1 센서(91)를 더 포함하고 있다. 상기 제1 센서(91)는 제1 위치 정렬부(30)의 설정된 위치에 정렬된 스틸소재 판재(1)의 로딩을 감지할 수 있다.
이러한 제1 센서(91)는 스틸소재 판재(1)의 설정된 부위에 초음파, 레이저, 적외선 등과 같은 광학을 조사하여 그 스틸소재 판재(1)의 로딩을 감지하는 공지 기술의 위치센서를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어기(90)는 제1 센서(91)로부터 감지신호를 제공받아 스틸소재의 판재(1)들이 제1 위치 정렬부(30)에 로딩된 것으로 판단하면, 별개로 구비된 스폿 용접기(95)에 제어신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 클램퍼(40)는 제1 위치 정렬부(30)에 정렬된 스틸소재의 판재(1)들을 클램핑 하는 것으로서, 제1 위치 정렬부(30)의 제1 로케이팅 플레이트(31)에 설치된다.
상기 클램퍼(40)는 제1 로케이팅 플레이트(31)에 힌지 결합되며, 스틸소재의 판재(1)들을 실질적으로 클램핑 하는데, 제1 로케이팅 플레이트(31)에 힌지 결합된 클램핑 실린더(41)의 전후진 작동으로서 회전하며, 스틸소재의 판재(1)들을 클램핑 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 제2 위치 정렬부를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 제2 위치 정렬부(50)들은 이종소재로서 서로 접합될 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 서로 겹쳐지게 정렬하기 위한 것이다.
예를 들면, 상기 제2 위치 정렬부(50)는 스틸소재 판재(1)로서의 서스펜션 마운팅 브라켓을 정렬하며, 비철소재 판재(2)로서의 휠 하우스 패널을 정렬할 수 있다.
상기 제2 위치 정렬부(50)는 베이스 프레임(10)에 설치된다. 이러한 제2 위치 정렬부(50)는 제2 로케이팅 플레이트(51)와 제2 정렬 핀(53)을 포함한다.
상기 제2 로케이팅 플레이트(51)는 베이스 프레임(10)의 상면에 상하 방향으로 설치되며, 스틸소재 판재(1) 및 비철소재 판재(2)의 하면을 지지하도록 상면에 로케이팅 면을 형성하고 있다.
상기 제2 정렬 핀(53)은 제2 위치 정렬부(50)에서 스틸소재 판재(1) 및 비철소재 판재(2)의 기준 위치를 잡아주는 것으로, 그 스틸소재 판재(1) 및 비철소재 판재(2)에 구비된 기준 홀(1a, 2a)에 끼워지는 것이다. 이러한 제2 정렬 핀(53)은 장착 로드 등을 통해 제2 로케이팅 플레이트(51)에 설치된다.
더 나아가, 상기 제2 위치 정렬부(50)는 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 감지하고 그 감지신호를 제어기(90)로 출력하는 제2 센서(92)를 더 포함하고 있다. 상기 제2 센서(92)는 제2 위치 정렬부(50)의 설정된 위치에 정렬된 스틸소재 판재(1) 및 비철소재 판재(2)의 로딩을 감지할 수 있다.
이러한 제2 센서(92)는 스틸소재 판재(1) 및 비철소재 판재(2)의 설정된 부위에 초음파, 레이저, 적외선 등과 같은 광학을 조사하여 그 스틸소재 판재(1) 및 비철소재 판재(2)의 로딩을 감지하는 공지 기술의 위치센서를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어기(90)는 제2 센서(92)로부터 감지신호를 제공받아 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)가 제2 위치 정렬부(50)에 로딩된 것으로 판단하면, 뒤에서 더욱 설명될 이종소재 접합부(70)에 제어신호를 인가할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 이종소재 접합부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 상기 이종소재 접합부(70)는 제2 위치 정렬부(50)에 정렬된 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 고정(클램핑)하며, 이들 이종소재의 판재를 기계적인 접합 방식으로 상호 접합하기 위한 것이다. 예를 들면, 상기 이종소재 접합부(70)는 셀프 피어싱 리벳(R)을 이용하여 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 접합하는 툴링 장치로 구비된다.
상기 이종소재 접합부(70)는 제2 위치 정렬부(50)를 통해 서로 겹쳐지게 정렬된 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 상하에서 가압하며 고정(클램핑)할 수 있다.
그리고, 상기 이종소재 접합부(70)는 일정 압력으로 셀프 피어싱 리벳(R)을 가압하며 비철소재의 판재(2)에 관통시키고, 스틸소재의 판재(1)에 압입시킴으로써, 스틸소재의 판재(1)와 셀프 피어싱 리벳(R)의 소성 변형으로서 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 일체로 접합할 수 있다.
이러한 이종소재 접합부(70)는 베이스 프레임(10)에 설치되는 바, 제3 로케이팅 플레이트(71), 엔빌유닛(73) 및 펀치유닛(81)을 포함한다. 상기 제3 로케이팅 플레이트(71)는 엔빌유닛(73) 및 펀치유닛(81)이 위치하는 것으로서, 베이스 프레임(10)에 상하 방향으로 설치된다.
상기 엔빌유닛(73)은 스틸소재 판재(1)의 하면을 지지함과 아울러 펀치유닛(81)에 의해 셀프 피어싱 리벳(R)에 작용하는 가압력을 지지하기 위한 것이다. 상기 엔빌유닛(73)은 제3 로케이팅 플레이트(71)의 하부 측에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 이종소재 접합부를 도시한 단면 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 엔빌유닛(73)은 이동부재(75)와 엔빌 다이(77)를 포함하고 있다. 상기 이동부재(75)는 제3 로케이팅 플레이트(71)에 작동 실린더(74)를 통하여 상하 방향으로 전후진 이동 가능하게 설치된다.
여기서, 상기 작동 실린더(74)는 공압 또는 유압에 의해 상하 방향으로 전후진 작동하는 작동 로드(76)를 가진 실린더 장치로서, 제3 로케이팅 플레이트(71)에 상하 방향으로 배치되며, 그 제3 로케이팅 플레이트(71)에 고정되게 설치된다. 이 경우 상기 이동부재(75)는 작동 실린더(74)의 작동 로드(76)와 연결된다.
상기 엔빌 다이(77)는 이동부재(75)에 고정되게 설치된다. 상기 엔빌 다이(77)는 스틸소재 판재(1)의 하면을 지지하고, 펀치유닛(81)에 의해 셀프 피어싱 리벳(R)에 작용하는 가압력을 지지함과 아울러, 비철소재의 판재(2)를 관통하여 스틸소재의 판재(1)에 압입되는 셀프 피어싱 리벳(R)의 단부(섕크부의 단부)를 소성 변형시키는 기능을 하게 된다. 이러한 엔빌 다이(77)는 이의 상면에 셀프 피어싱 리벳(R)의 단부를 소성 변형시키기 위한 성형 골(79)을 형성하고 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 펀치유닛(81)은 제2 위치 정렬부(50)에 의해 스틸소재 판재(1)와 비철소재의 판재(2)가 서로 겹쳐지며, 엔빌유닛(73)의 엔빌 다이(77)를 통해 스틸소재의 판재(1)를 지지한 상태에서, 비철소재의 판재(2)를 가압하고, 별도로 공급되는 셀프 피어싱 리벳(R)을 타격하며, 그 셀프 피어싱 리벳(R)을 통해 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 접합하기 위한 것이다. 상기 펀치유닛(81)은 엔빌유닛(73)의 상측에서 제3 로케이팅 플레이트(71)에 설치된다.
이러한 펀치유닛(81)은 내부에 유압실(121)을 형성하여 피스톤(122)과 일체로 구성된 피스톤 로드(123)가 하향 설치되는 실린더 하우징(125)이 구비되고, 실린더 하우징(125)의 하단에는 피스톤 로드(123)를 안내하기 위한 로드 하우징(127)이 설치된다. 상기 로드 하우징(127)은 제3 로케이팅 플레이트(71)에 고정되게 설치된다.
상기 로드 하우징(127)의 내부에는 로드 가이더(129)가 슬라이드 가능하게 설치되는데, 로드 가이더(129)의 중심에는 피스톤 로드(123)의 선단부가 끼워져 피스톤 로드(123)의 스트로크 작동을 안내하게 된다.
그리고, 상기 로드 하우징(127)의 내부에는 피스톤 로드(123) 상의 리테이너(131)와 로드 가이더(129)의 상단 사이에 리턴 스프링(133)이 개재된다. 즉, 리턴 스프링(133)은 피스톤 로드(123)의 선단부 상에 끼워진 상태로, 그 상단이 피스톤 로드(123) 상에 설치된 리테이너(131)에 지지되고, 그 하단은 로드 가이더(129)의 상단 면에 지지되어 피스톤 로드(123)에 대하여 로드 가이더(129)에 복원력을 제공하게 된다.
상기 피스톤 로드(123)의 하단에는 셀프 피어싱 리벳(R)을 타격하는 앤빌 푸셔(135)가 장착되고, 로드 가이더(129)의 하단에는 셀프 피어싱 리벳(R)을 제공받는 리셉터클(139)이 장착되며, 그 리셉터클(139)의 하측에는 앤빌 푸셔(135)를 지지함과 아울러 스틸소재 판재(1) 상의 비철소재 판재(2)를 가압하며 이들 판재를 엔빌 다이(77)와 함께 클램핑 하는 클램핑부재(141)가 설치된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그(100)의 작용 및 작동을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그에 적용되는 이종소재 접합부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 본 발명의 실시 예에서는 앞서 개시한 도면들에서와 같이, 이종소재 접합부(70)에서 펀치유닛(81)의 로드 가이더(129)와 앤빌 푸셔(135)는 유압에 의해 상측 방향으로 이동된 상태에 있다. 그리고, 상기 이종 접합부(70)에서 엔빌유닛(73)의 엔빌 다이(77)는 작동 실린더(74)의 후진 작동에 의해 하측 방향으로 이동된 상태에 있다.
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 서로 접합될 스틸소재의 판재(1)들을 제1 위치 정렬부(30)의 제1 정렬 핀(33) 등을 통하여 설정된 위치에 정렬한 상태에서, 클램퍼(40)를 통해 스틸소재의 판재(1)들을 클램핑 한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는 서로 접합될 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 제2 위치 정렬부(50)의 제2 정렬 핀(53) 등을 통하여 설정된 위치에 정렬한다.
이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제1 위치 정렬부(30)에 정렬 된 스틸소재의 판재(1)들을 제1 센서(91)를 통해 감지하고 그 감지신호를 제어기(90)로 출력한다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 상기 제2 위치 정렬부(50)에 정렬된 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 감지하고 그 감지신호를 제어기(90)로 출력한다.
이에, 상기 제어기(90)는 스폿 용접기(95)에 제어신호를 인가한다. 그러면, 상기 스폿 용접기(95)는 서로 겹쳐진 스틸소재의 판재(1)들을 스폿 용접하며, 이들 판재를 상호 접합한다.
상기한 과정을 거치는 동안, 본 발명의 실시 예에서 상기 제어기(90)는 이종소재 접합부(70)의 엔빌유닛(73) 및 펀치유닛(81)에 제어신호를 인가한다. 그러면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 엔빌유닛(73)의 엔빌 다이(77)는 작동 실린더(74)의 전진 작동에 의해 이동부재(75)와 함께 상측 방향으로 이동되면서, 제2 위치 정렬부(50)에 정렬된 스틸소재 판재(1)의 하면을 지지한다.
이와 동시에, 본 발명의 실시 예에서는 펀치유닛(81)의 리셉터클(139) 내부로 셀프 피어싱 리벳(R)이 공급되고, 상부 유압 공급구(P1)를 통하여 유압이 공급되어 피스톤 로드(123)를 전진 구동시키게 된다.
그러면, 상기 피스톤 로드(123)는 리턴 스프링(133)에 의해 지지되는 로드 가이더(129)와 함께 하강하게 되며, 이에 따라 클램핑부재(141)가 제2 위치 정렬부(50)에 정렬된 비철소재의 판재(2)를 가압하며, 엔빌 다이(77)와 함께 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 클램핑 한다.
이러한 상태로, 상기 피스톤 로드(123)가 유압에 의해 계속해서 전진 구동하면, 앤빌 푸셔(135)가 셀프 피어싱 리벳(R)을 비철소재의 판재(2)에 대하여 가압하게 된다.
이에, 상기 셀프 피어싱 리벳(R)은 상부 모재인 비철소재의 판재(2)를 관통하여 하부 모재인 스틸소재의 판재(1)에 압입되면서 엔빌 다이(77)의 성형 골(79)을 따라 반지름 방향으로 확장 변형(소성 변형)되며, 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 일체로 접합하게 된다.
이후, 상기 펀치유닛(81)은 하부 유압 공급구(P2)를 통하여 유압이 공급되어 피스톤 로드(123)를 로드 가이더(129)와 함께 다시 후진 구동하여 원위치로 복원시키게 된다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 차체 조립 지그(100)에 의하면, 각각 별도의 지그에서 스틸소재의 판재(1)들을 스폿 용접하고, 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 기계적인 접합 방식으로 접합하는 종래 기술과 달리, 단일의 지그에서 스틸소재의 판재(1)들을 스폿 용접기(95)를 통해 스폿 용접할 수 있고, 이종소재 접합부(70)를 통해 스틸소재의 판재(1)와 비철소재의 판재(2)를 셀프 피어싱 리벳(R)을 통해 기계적인 접합 방식으로 접합할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 단일의 지그에서 스틸소재 판재(1)들의 스폿 용접 및 이종소재 판재들의 기계적인 접합 공정이 동시에 이루어지므로, 전체적인 조립 공정을 단순화시킬 수 있고, 조립 작업 시간을 단축할 수 있으며, 설비 투자비를 절감할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 스틸소재 판재 2: 비철소재 판재
1a, 2a: 기준 홀 10: 베이스 프레임
30: 제1 위치 정렬부 31: 제1 로케이팅 플레이트
33: 제1 정렬 핀 35: 스토퍼
40: 클램퍼 41: 클램핑 실린더
50: 제2 위치 정렬부 51: 제2 로케이팅 플레이트
53: 제2 정렬 핀 70: 이종소재 접합부
71: 제3 로케이팅 플레이트 73: 엔빌유닛
74: 작동 실린더 75: 이동부재
76: 작동 로드 77: 엔빌 다이
79: 성형 골 81: 펀치유닛
90: 제어기 91: 제1 센서
92: 제2 센서 95: 스폿 용접기
100: 차체 조립 지그 121: 유압실
122: 피스톤 123: 피스톤 로드
125: 실린더 하우징 127: 로드 하우징
129: 로드 가이더 131: 리테이너
133: 리턴 스프링 135: 앤빌 푸셔
139: 리셉터클 141: 클램핑부재
R: 셀프 피어싱 리벳

Claims (10)

  1. 스틸소재의 판재들과, 비철소재의 판재들을 포함하는 차체의 프론트 바디를 조립하기 위한 차체 조립 지그로서,
    베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임의 일측에 설치되며, 서로 접합될 스틸소재의 판재들을 겹쳐지게 정렬하는 복수의 제1 위치 정렬부들;
    상기 제1 위치 정렬부에 설치되며, 상기 스틸소재의 판재들을 클램핑 하는 클램퍼;
    상기 베이스 프레임의 다른 일측에 설치되며, 서로 접합될 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 겹쳐지게 정렬하는 복수의 제2 위치 정렬부들; 및
    상기 베이스 프레임에 설치되며, 상기 제2 위치 정렬부에 정렬된 상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 고정하며 접합하는 적어도 하나의 이종소재 접합부;를 포함하고,
    상기 이종소재 접합부는, 상기 베이스 프레임에 상하 방향으로 설치되는 로케이팅 플레이트와, 상기 로케이팅 플레이트에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되며 상기 스틸소재의 판재를 지지하는 엔빌유닛과, 상기 엔빌유닛의 상측에서 상기 로케이팅 플레이트에 설치되며, 상기 스틸소재 판재와 겹쳐진 비철소재 판재를 가압하고, 공급되는 셀프 피어싱 리벳을 타격하며, 상기 셀프 피어싱 리벳을 통해 상기 스틸소재 판재와 비철소재 판재를 접합하는 펀치유닛을 포함하고,
    상기 제1 위치 정렬부는 서로 접합될 상기 스틸소재의 판재를 감지하고 그 감지신호를 제어기로 출력하는 제1 센서를 포함하며, 상기 제2 위치 정렬부는 서로 접합될 상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 감지하고 그 감지신호를 제어기로 출력하는 제2 센서를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제1 센서의 감지신호에 따라 스폿 용접기에 작동 제어신호를 인가하여 상기 베이스 프레임 상의 제1 위치 정렬부에 서로 겹쳐지게 정렬된 상기 스틸소재의 판재들을 상기 스폿 용접기를 통해 스폿 용접하게 하고, 상기 제2 센서의 감지신호에 따라 상기 엔빌유닛 및 펀치유닛에 작동 제어신호를 인가하여 상기 베이스 프레임 상의 제2 위치 정렬부에 서로 겹쳐지게 정렬된 상기 스틸소재의 판재와 비철소재의 판재를 상기 엔빌유닛 및 펀치유닛을 통해 리벳 접합하게 하는 차체 조립 지그.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 엔빌유닛은,
    상기 로케이팅 플레이트에 작동 실린더를 통하여 상하 방향을 따라 전후진 이동 가능하게 설치되는 이동부재와,
    상면에 성형 골을 형성하며, 상기 이동부재에 설치되는 엔빌 다이
    를 포함하는 차체 조립 지그.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 펀치유닛은,
    상기 비철소재의 판재를 가압하는 클램핑부재와, 상기 셀프 피어싱 리벳을 공급받는 리셉터클과, 상기 리셉터클로 공급된 상기 셀프 피어싱 리벳을 타격하는 앤빌 푸셔를 포함하는 차체 조립 지그
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 위치 정렬부는,
    상기 베이스 프레임에 상하 방향으로 설치되는 로케이팅 플레이트와,
    상기 로케이팅 플레이트에 설치되며, 상기 스틸소재의 판재에 구비된 기준 홀에 끼워지는 제1 정렬 핀
    을 포함하는 차체 조립 지그.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 위치 정렬부는,
    상기 베이스 프레임에 상하 방향으로 설치되는 로케이팅 플레이트와,
    상기 로케이팅 플레이트에 설치되며, 상기 스틸소재의 판재 및 비철소재의 판재에 구비된 기준 홀에 끼워지는 제2 정렬 핀
    을 포함하는 차체 조립 지그.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 위치 정렬부는,
    상기 스틸소재 판재로서의 서스펜션 마운팅 브라켓을 정렬하며, 상기 비철소재 판재로서의 휠 하우스 패널을 정렬하는 차체 조립 지그.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 위치 정렬부는,
    상기 비철소재 판재로서, 섬유 강화 플라스틱(FRP: Fiber Reinforced Plastic) 소재, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic) 소재, 및 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastic) 소재 중 어느 하나인 플라스틱 복합소재의 판재를 정렬하는 차체 조립 지그.
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