KR200437616Y1

KR200437616Y1 - 용접로봇용 노즐클리닝 장치

Info

Publication number: KR200437616Y1
Application number: KR2020060031918U
Authority: KR
Inventors: 전도형; 김대경; 이재창; 이현철
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2007-12-13

Abstract

본 고안은 삽입동작 가이딩 방식을 제공하여 로봇오차 및 이물질로 인한 로봇의 오작동을 최소화할 수 있고, 장치 구성 및 작동 방식을 간소화하면서도 별도의 지그 또는 클램핑장치 없이 중심을 용이하게 맞출 수 있는 용접로봇용 노즐클리닝 장치를 제공하고자 한다.

본 고안의 용접로봇용 노즐클리닝 장치는 모터로 리이머를 회전시켜 용접로봇의 토치의 노즐에 부착된 스패터를 청소하되, 상기 모터를 장착하기 위한 안착홈이 상부에 형성된 상부블록; 상기 노즐 청소를 위해 관통공이 형성된 중심부에 상기 리이머가 위치하도록 상기 상부블록의 하부에 결합된 지지대; 상기 노즐의 출입을 위한 노즐 진입구가 상기 지지대의 관통공과 연결되도록 상기 지지대의 하부에 장착된 가이드블록; 상기 구성들이 내장된 케이싱을 포함하고, 상기 노즐 진입구는 안쪽으로 가면서 협소해 지는 축소관 형상인 것을 특징으로 한다.

로봇, 노즐, 팁, 지지대, 리이머, 가이드블록

Description

용접로봇용 노즐클리닝 장치{Nozzle cleaning apparatus for welding robot}

도 1은 종래 기술에 따른 용접토치 가스노즐 청소장치를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 고안의 한 실시예에 따른 용접로봇용 노즐클리닝 장치의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 용접로봇용 노즐클리닝 장치의 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 가이드블록과 노즐 및 리이머(reamer)를 보인 확대단면도이다.

도 5는 도 3에 도시된 지지대의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 팁 20 : 노즐

110 : 가이드블록 111 : 노즐 진입구

119 : 가이드통로 120 : 지지대

121 : 하부플랜지 124 : 모터안착홈

130 : 리이머 140 : 모터

150 : 케이싱 160 : 거치대

본 고안은 용접로봇용 노즐클리닝 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 불활성가스 텅스텐 용접(TIG), 불활성가스 금속아아크 용접(MIG), 불활성가스 아아크 스폿 용접 등은 아르곤, 헬륨 등의 불활성가스 또는 용접보호가스를 사용할 수 있는 토치의 끝단에 용접노즐(이하, '노즐'이라 칭함)을 장착하고 있다.

토치는 용접보호가스가 나오는 노즐과; 노즐의 안쪽에서 전극 또는 와이어가 나오는 팁과; 팁에 연결되어 용접보호가스가 상기 노즐의 안쪽으로 나오도록 복수개의 가스확산구멍을 갖는 가스확산기로 형성되어 있다.

특히 용접로봇의 토치는 위빙(weaving), 또는 지그재그(zigzag) 등과 같은 동작을 수행하도록, 노즐의 중심으로부터 팁이 편심되게 배치된 후, 위빙모터의 작동력을 팁에게 전달시켜 각종 자동 용접을 수행할 수 있도록 되어 있다.

용접로봇에 의해 계속적인 용접작업이 수행되게 되면, 노즐에 다량의 스패터(spatter) 및 이물질이 부착된다.

이로 인해 용접가스가 원활하게 공급되지 못하며, 팁과 노즐간에 단락이 되어 로봇의 터칭센싱 작업에 오작동을 일으킨다.

따라서 로봇이 용접을 어느 정도 한 후에는 사람이 직접 노즐을 청소하거나 혹은 자동으로 노즐을 클리닝 하는 장치를 이용한다.

자동으로 노즐을 클리닝 하는 장치, 즉 노즐클리너는 크기가 너무 크며 무게 또한 10Kg을 넘어가기 때문에 로봇에 장착하기에는 상당히 불편하며, 또한 작동방식도 까다롭기 때문에 설치에 주의를 요한다.

종래 기술에 따른 용접토치 가스노즐 청소장치는 도 1에 도시된 노즐클리너(1)로서 이해된다.

종래의 노즐클리너(1)는 중량의 본체와, 리이머(3, reamer)와 노즐(2)의 중심을 맞추기 위해, V블록이 장착된 지지블록(6)과, 지지블록(6)의 상부에 배치된 클램핑장치(5)와, 리이머(3)를 회전시키기 위한 공압모터조립체(7)와, 이런 리이머(3) 및 공압모터조립체(7)를 승강(전진) 또는 하강(후진)시키기 위한 공압엘리베이터(4)를 갖는다.

노즐(2)은 지지블록(6)에 안착된 후 클램핑장치(5)에 의해 임시 고정되고, 이후 공압엘리베이터(4)의 상승에 따라 리이머(3)를 갖는 공압모터조립체(7)가 노즐(2) 쪽으로 상승한다.

리이머(3)는 고속도강제 또는 스틸재질로 이루어진 것으로서, 리이머 연삭 작업을 할 때 드릴에 비하여 저속으로 연삭 작업을 수행하면서 구멍의 내면을 매끈하게 다듬질 가공하는 공구이다.

이런 리이머(3)는 클램핑장치(5)에 의해 고착된 노즐(2)의 내부로 삽입된 후, 공압모터조립체(7)의 모터 회전 동작에 의해 노즐(2)에 고착된 스패터를 제거한다.

종래의 노즐클리너(1)는 노즐 청소를 위해 크게 3가지 동작, 즉 노즐을 지지 블록(6)에 고정시키는 동작과, 공압모터조립체(7)의 승하강 동작과, 공압모터조립체(7)의 모터 회전 동작을 모두 요구하므로, 용접로봇이 노즐클리너에 접근하는 시간이 오래 걸리기 때문에, 상대적으로 용접 작업 효율을 저감시키는 문제점을 갖고 있다.

또한 종래의 노즐클리너는 장치가 너무 커서 현장에 적용시 취부 위치 등의 선정 등에 많은 어려움이 있다.

또한 종래의 노즐클리너는 노즐(2) 내부에서 위빙을 위한 팁(8)이 편심되어 있기 때문에, 고속도강제 또는 스틸로 되어 있는 리이머(3)를 공압엘리베이터(4)에 의해 강압적으로 노즐(2) 내부에 삽입시킬 경우, 팁(8)이 손상될 염려가 있다.

또한 종래의 노즐클리너는 삽입동작 가이딩 방식이 없기 때문에, 만일 공압모터조립체(7)를 사용하지 않을 경우, 리이머(3)가 노즐(2) 내부로 삽입되는 도중 노즐(2)의 외부에 부착된 스패터 및 이물질에 의해 고착되고, 결국 로봇의 오작동을 유발시키는 단점이 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출한 본 고안은 삽입동작 가이딩 방식을 제공하여 로봇오차 및 이물질로 인한 로봇의 오작동을 최소화할 수 있고, 장치 구성 및 작동 방식을 간소화하면서도 별도의 지그 또는 클램핑장치 없이 중심을 용이하게 맞출 수 있는 용접로봇용 노즐클리닝 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.

앞서 설명한 바와 같은 본 고안의 목적은, 모터로 리이머를 회전시켜 용접로봇의 토치의 노즐에 부착된 스패터를 청소하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치에 있어서, 상기 모터를 장착하기 위한 안착홈이 상부에 형성된 상부블록; 상기 노즐 청소를 위해 관통공이 형성된 중심부에 상기 리이머가 위치하도록 상기 상부블록의 하부에 결합된 지지대; 상기 노즐의 출입을 위한 노즐 진입구가 상기 지지대의 관통공과 연결되도록 상기 지지대의 하부에 장착된 가이드블록; 상기 구성들이 내장된 케이싱; 을 포함하되, 상기 노즐 진입구는 안쪽으로 가면서 협소해 지는 축소관 형상인 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치에 의해 달성된다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 고안의 한 실시예에 따른 용접로봇용 노즐클리닝 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 용접로봇용 노즐클리닝 장치의 단면도이다. 또한 도 4는 도 3에 도시된 가이드블록과 노즐 및 리이머(reamer)를 보인 확대단면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 지지대의 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안은 클램프장치 또는 별도의 승하강 장치 구성을 필요로 하지 않으면서도, 리이머(130)의 연삭부위를 노즐(20)과 팁(21)의 사이에 삽입 시킬 수 있는 삽입동작 가이딩 방식을 제공한다.

삽입동작 가이딩 방식은 용접로봇의 아암(arm)으로 하여금, 아암의 끝단에 장착된 토치의 노즐(20)을 본 고안의 실시예(100)의 노즐 진입구(111)로 직접 진입 시킬 때, 노즐(20)의 스패터 또는 이물질이 노즐 진입구(111)에 고착되는 오작동 없이 노즐(20)의 진입 또는 삽입을 가이딩 해주는 구조를 의미한다.

토치가 달린 용접로봇의 아암의 끝단은 쇼크센서에 연결되어 있어, 좌우로 미리 사전에 정한 유격만큼 움직여서 보정할 수 있도록 되어 있기 때문에, 가이드하면서 중심을 맞추는 동안 용접로봇에 무리가 가지 않는다.

쇼크센서는 외부의 충격에 로봇(용접로봇)의 아암(arm)을 보호하기 위한 장치이다. 즉, 로봇의 끝단에 쇼크센서를 장착하여 외부충격이 전해질 때 쇼크센서가 미리 작동하여 로봇동작을 중지시켜 로봇을 보호한다. 예를 들어, 회전 토치를 쇼크센서에 장착해서 사용하고 있는데 회전 토치가 용접부재의 한쪽 면을 용접하다가 예상치 못한 장애물을 만나 충돌했을 경우, 그 충격이 쇼크센서에 작동해서 로봇의 동작을 중지시킨다. 만일 쇼크센서가 없을 경우 로봇 아암에 무리가 가거나 파손이 발생된다. 마찬가지로 로봇의 반복정밀도가 낮아져 가이드 입구에서 꽤 멀리 떨어져서 접근할 경우, 노즐(20)이 노즐클리닝 장치의 외부면에 충돌하게 되고 이 충격이 쇼크센서를 작동시켜 로봇동작을 중지시켜 로봇을 보호한다.

용접작업 중 노즐(20)에는 그의 내부뿐만 아니라 외부에도 스패터가 달라붙을 수 있다.

이런 상황을 고려하여, 삽입동작 가이딩 방식은 기본적으로 축소관 형상의 가이드통로와 같은 형상적 특징과 함께, 볼플런저(112, ball plunger)와 같은 기능적 특징을 갖는다.

삽입동작 가이딩 방식의 특징에 따라, 실시예(100)는 노즐(20)을 클램핑 할 필요가 없고, 노즐(20) 쪽으로 리이머(130)를 직선 운동시키는 복잡한 구성 또는 수단을 필요로 하지 않게 된다.

그리고 실시예(100)는 토치의 노즐(20)이 가이드블록(110)의 노즐 진입구(111)로 접근하여 삽입하는 동작과, 모터(140)의 회전 동작만을 요구함에 따라, 상대적으로 간소하고 신속한 노즐 청소를 수행할 수 있다.

또한 실시예(100)는 구성 요소가 단순화 되어 기존의 노즐클리닝 장치보다 가벼우면서도 작게 제작할 수 있어 설치 공간을 많이 차지하지 않으면서도, 운반, 설치, 유지, 보수 등의 용이성을 본 고안에게 제공한다.

실시예(100)는 가이드블록(110)을 갖는다.

가이드블록(110)은 노즐 진입구(111)의 상부에 해당하는 상부몸체(113)와, 상부몸체(113)의 아래쪽에 위치하고 상대적으로 넓은 면적의 차양과 같은 바닥판(114)을 갖는다.

노즐 진입구(111)는 바닥판(114)에 형성되어 있다. 이런 노즐 진입구(111)로부터 점차적으로 직경이 줄어드는 축소관 형상의 가이드통로는 가이드블록(110)의 상부몸체(113)의 내부에 형성되며, 후술되는 지지대(120)와 관통하게 연결된다.

상기 가이드블록(110)의 상기 노즐 진입구(111)의 상부에는 측벽 상에 원주 방향으로 대향 되게 구멍을 형성한 다음, 상기 구멍에 볼플런저(112)가 삽입 장착된다.

부연 설명하면, 복수개의 볼플런저(112)는 상부몸체(113) 각각의 외측면에서 나사 결합 방식으로 체결된 후, 볼플런저(112)의 탄성지지형 볼을 가이드통로 안쪽 으로 돌출되게 배치시키고 있다. 이런 볼플런저(112)는 가이드블록(110)의 축소관 형상의 내경을 가변시켜 고착 등의 오작동을 방지하는 역할과 함께, 용접작업 중에 노즐(20)의 외표면에 부착된 스패터 등을 제거하는 역할을 같이 수행한다.

가이드블록(110)의 위에는 모터(140)를 노즐클리닝 장치의 중심에 위치시키도록 지지하는 지지대(120)가 적층된다.

지지대(120)와 가이드블록(110)은 복수개의 볼트 및 플랜지 조립 방식으로 상호 체결된다.

지지대(120)는 가이드블록(110)의 상부몸체(113)의 평면적과 동일한 면적의 하부플랜지(121)와, 하부플랜지(121)의 상향으로 세워진 영문자 'C'형상과 같은 중공체(122)이다.

지지대(120)의 상부, 즉 중공체(122)의 상부에는 상기 가이드블록의 평면적과 동일하되 노즐클리닝 장치의 중심에 모터(140)를 장착시키기 위해 모터안착홈을 형성한 상부블록(123)이 배치된다.

지지대(120)는 모터(140)를 지지해주며, 중공체(122)의 내부에 삽입된 리이머(130)의 작업 공간을 확보해준다.

리이머(130)는 노즐(20) 및 팁(21)을 보호하기 위해, 노즐 또는 팁의 재질보다 강성이 상대적으로 약한 재질인 황동, 크롬 등의 저경도금속재질 또는 엔지니어링 플라스틱 재질로 형성되어 있다. 본 고안의 리이머(130)용 엔지니어링 플라스틱 재질로는 페놀수지계열의 MC(Monomer Casting)나일론, 불소수지계열의 백그라이트(Bakelite), 피크(PEEK, Poly Ether Ether Ketone) 등의 연, 절삭용 방열소재가 사용 가능하다.

리이머(130)는 중공형으로서, 더욱 바람직하게 영문자 'C'형상과 같이 일측변이 절개된 연삭부위(135)와, 연삭부위(135)의 상부에 일체형으로 형성된 커플링부위(136)를 갖되, 커플링부위(136)는 모터(140)의 회전축부재에 직결되어 있는 것이 바람직하다(도 3 참조).

모터(140)는 용접로봇과 연동하는 것일 경우, 어떠한 형식이라도 본 실시예(100)에 사용될 수 있고, 바람직하게, 저속도 환경에 사용되는 기어모터라도 무방하다.

모터(140)는 상부블록(123)의 모터안착홈에 압착된 후, 그의 회전축부재를 지지대(120)의 중공체(122) 쪽으로 향하게 배치된다.

이런 모터(140)의 회전축부재에는 리이머(130)의 커플링부위가 삽입된다.

리이머(130)의 커플링부위는 그의 고정볼트를 이용하여 모터(140)의 회전축부재에 고정된다.

한편 케이싱(150)은 가이드블록(110)의 정면을 제외한 측면에 각각 밀착된 상태에서 바닥판(114)에서 볼트로 고정되어 세워지는 복수개의 측벽; 상기 측벽의 상부에 적층되어 마감되는 상판(151)을 포함한다.

케이싱(150)의 배면에는 용접로봇 등의 다른 시스템의 구조물에 설치될 수 있는 판상의 거치대(160)가 더 부설되어 있는 것이 바람직하다.

도 3에 더욱 명확하게 보이듯이, 모터(140)는 모터안착홈(124)에 세워져 있으며, 고정볼트(125)에 의해 상부블록(123)에 탈부착 가능하게 결합된다.

리이머(130)는 모터(140)에 의해 회전되는 것으로서, 커플링부위(131)의 고정볼트(132)에 의해 모터(140)의 회전축부재에 직결된다.

리이머(130)는 지지대(120)의 내경과 비접촉된 상태에서 회전하면서 가이드블록(110)의 노즐 진입구(111)를 통해 진입된 노즐(20)로부터 스패터 및 이물질을 제거하는 역할을 담당한다.

특히 축소관 형상의 가이드통로(119)는 그의 형상적 특징에 의해 노즐(20)을 가이드함과 함께, 앞서 언급한 복수개의 볼플런저(112)를 배열하고 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 복수개의 볼플런저(112)는 가이드통로(119)의 원주를 따라 간격을 두고 유지하면서 가이드통로(119)의 중심을 향하도록 가이드블록(110)에 삽입 장착되어 있다.

각각의 볼플런저(112)는 가이드통로(119)의 내경을 가변 시키는 역할, 노즐(20) 외부에 스패터(28)가 부착되어 있더라도 노즐(20)의 중심을 노즐클리닝 장치의 중심에 맞추는 역할을 담당한다.

볼플런저(112)는 그의 내부에 설치된 스프링(도시 안됨)의 탄성반발력을 이용하여, 유한한 스트로크 범위 내에서 볼(118)을 탄성반발력 작용방향으로 이동시킨다.

부연 설명하면, 용접장(welding length)이 일정량에 도달되면, 용접로봇은 노즐클리닝을 위한 동작에 들어간다. 즉, 용접로봇의 해당 프로그램에 의해 자동으로 노즐클리닝을 위한 동작에 들어간다.

또한 볼플런저(112)는 노즐(20) 외부에 스패터가 있을 경우, 그 스패터(28) 가 볼플런저(112)의 볼(118)을 밀어 넣기 때문에 일시적으로 가이드통로(119)의 구멍 크기가 일시적으로 커져서 노즐(20)이 자연스럽게 진입할 수 있다.

노즐(20)의 내부인 내주면과 팁(21)의 외주면에 부착된 스패터는 리이머(130)의 연삭부위(135)에 의해 제거된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 지지대(120)의 중공체(122)는 영문자 'C'형상과 같이 절개된 곳 이외의 다른 상부에 복수개의 슬릿(129)을 더 형성하여, 제거된 스패터 또는 이물질을 효과적으로 배출시킬 수 있도록 되어 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 고안의 용접로봇용 노즐클리닝 장치는 삽입동작 가이딩 방식으로 구성되어 있고, 실제로 가이딩이 이루어지는 가이드블록의 가이드통로에 복수개의 볼플런저를 구비시킴에 따라 노즐 중심을 노즐클리닝 장치의 중심에 자연스럽게 맞추고 모터에 의해 리이머를 회전하는 간소한 동작만으로 노즐에서 스패터 및 이물질을 신속하게 제거할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 고안의 용접로봇용 노즐클리닝 장치는 복수개의 볼플런저를 사용함에 따라, 볼플런저의 볼의 복원력을 이용하여 노즐의 외부에 부착된 스패터도 제거할 수 있는 장점이 있다.

Claims

모터로 리이머(reamer)를 회전시켜 용접로봇의 토치의 노즐에 부착된 스패터(spatter)를 청소하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치에 있어서,

상기 모터를 장착하기 위한 안착홈이 상부에 형성된 상부블록;

상기 노즐 청소를 위해 관통공이 형성된 중심부에 상기 리이머가 위치하도록 상기 상부블록의 하부에 결합된 지지대;

상기 노즐의 출입을 위한 노즐 진입구가 상기 지지대의 관통공과 연결되도록 상기 지지대의 하부에 장착된 가이드블록;

상기 구성들이 내장된 케이싱;

을 포함하되, 상기 노즐 진입구는 안쪽으로 가면서 협소해 지는 축소관 형상인 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치.
제1항에 있어서,

상기 가이드블록의 상기 노즐 진입구의 상부에는

측벽 상에 원주 방향으로 대향 되게 구멍을 형성한 다음, 상기 구멍에 삽입 장착한 볼플런저가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝장치.
제1항에 있어서,

상기 케이싱의 배면에는 다른 구조물에 설치될 수 있는 판상의 거치대가 더 부설되어 있는 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치.
제1항에 있어서,

상기 지지대는

영문자 'C' 형상을 하면서 복수개의 슬릿을 갖는 중공체인 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 리이머는 페놀수지계열의 MC(Monomer Casting)나일론 또는 불소수지계열의 백그라이트와 같은 엔지니어링 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용접로봇용 노즐클리닝 장치는 상기 용접로봇의 노즐이 프로그램된 명령에 의해 상기 노즐 진입구로 자동으로 삽입되도록, 상기 용접로봇용 노즐클리닝 장치가 상기 용접로봇의 몸체에 장착된 것을 특징으로 하는 용접로봇용 노즐클리닝 장치.