KR20230157746A - 용접 시스템 및 이의 용접 방법 - Google Patents

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배준혁
신원우
황용우
박종민
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현대자동차주식회사
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Abstract

용접 시스템 및 이의 용접 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 용접 시스템은 배터리 모듈 조립체가 장착되는 배터리 팔레트가 이송되는 메인 컨베이어; 상기 메인 컨베이어와 병렬로 배치되는 적어도 두 개의 보조 컨베이어; 상기 메인 컨베이어를 따라 이송되는 상기 배터리 팔레트를 상기 보조 컨베이어로 이송하고, 상기 보조 컨베이어에서 설정된 용접 공정이 완료된 상기 배터리 팔레트를 상기 메인 컨베이어로 이송하는 로딩-언로딩 모듈; 상기 보조 컨베이어 상에서 설정된 용접 공정을 수행하도록 상기 로딩-언로딩 모듈에 의해 상기 배터리 팔레트가 안착되는 클램핑 지그; 및 기 적어도 두 개의 보조 컨베이어에 안착되는 상기 배터리 모듈 조립체를 각각 용접하는 적어도 두 개의 용접 로봇을 포함할 수 있다.

Description

용접 시스템 및 이의 용접 방법 {WELDING SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 용접 시스템 및 이의 용접 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량용 배터리 모듈 조립체의 용접 시스템 및 이의 용접 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 전기 자동차의 수요가 증가함에 따라 전기 자동차에 장착되는 배터리의 설비에 대한 수요 또한 증가하고 있다.
전기 자동차는 충전 및 방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩으로 구성된 배터리를 주 동력원으로 이용하기 때문에 배기 가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
이러한 전기 자동차에 적용되는 배터리는 복수의 배터리 셀을 적층하여 배터리 모듈 조립체를 구성하고, 복수의 배터리 모듈 조립체를 전기적으로 연결한 배터리 팩 조립체의 형태로 차량에 탑재된다.
이러한 배터리 팩 조립체에는 다양한 전장 부품(예를 들어, PCB, BMS, 버스바, 클램프 등)이 장착되는데, 이러한 전장 부품들은 용접 공정을 통해 배터리 모듈에 결합된다.
종래의 용접 공정에서는, 배터리 팩 조립체가 한 방향으로 이송되는(또는, 직렬 배치되는) 컨베이어를 따라 배터리 팩 조립체에 전장 부품이 용접되는 부위마다 용접 설비가 설치된다. 따라서, 고가의 발진기가 각각의 용접 설비마다 구비되어야 하기 때문에, 용접 설비를 구축하는데, 많은 비용이 소요되는 문제가 존재하였다.
또한, 배터리 팩 조립체가 컨베이어를 따라 직렬로 이송되는 특성으로 인해, 컨베이어를 따라 배치되는 복수의 용접 설비 중 어느 하나의 용접 설비에 고장이 발생하거나, 또는 용접 설비를 청소하는 경우에는, 컨베이어를 따라 배치되는 모든 용접 설비의 동작을 정지시켜야 하는 문제가 발생하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접 공정의 사이클 타임을 단축시키고, 가동률을 높일 수 있는 용접 시스템 및 이의 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 용접 시스템은 배터리 모듈 조립체가 장착되는 배터리 팔레트가 이송되는 메인 컨베이어; 상기 메인 컨베이어와 병렬로 배치되는 적어도 두 개의 보조 컨베이어; 상기 메인 컨베이어를 따라 이송되는 상기 배터리 팔레트를 상기 보조 컨베이어로 이송하고, 상기 보조 컨베이어에서 설정된 용접 공정이 완료된 상기 배터리 팔레트를 상기 메인 컨베이어로 이송하는 로딩-언로딩 모듈; 상기 보조 컨베이어 상에서 설정된 용접 공정을 수행하도록 상기 로딩-언로딩 모듈에 의해 상기 배터리 팔레트가 안착되는 클램핑 지그; 및 기 적어도 두 개의 보조 컨베이어에 안착되는 상기 배터리 모듈 조립체를 각각 용접하는 적어도 두 개의 용접 로봇을 포함할 수 있다.
상기 보조 컨베이어는 동력을 발생시키는 구동부; 상기 구동부의 회전축과 연결되고 상기 배터리 팔레트와 기어 결합되는 리드 스크류; 및 상기 클램핑 지그를 가이드하는 LM 가이드를 포함할 수 있다.
상기 클램핑 지그는 상기 배터리 모듈이 안착되는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트에 안착된 상기 배터리 모듈 조립체에 용접 대상물을 제1 방향으로 가압하는 제1 가압 지그; 상기 지지 플레이트에 안착된 상기 배터리 모듈 조립체에 또 다른 용접 대상물을 제2 방향으로 가압하는 제2 가압 지그; 및 기 지지 플레이트에 안착된 상기 배터리 팔레트를 제3 방향으로 고정하는 백업 지그를 포함할 수 있다.
상기 지지 플레이트에는 상기 배터리 팔레트의 방향 위치를 결정하는 지지 패드와 지지 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 상기 클램핑 지그에 구비되어 상기 용접 공정에 의해 발생하는 흄 또는 스패터를 제거하는 흡입 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 상기 배터리 모듈 조립체의 온도가 설정 온도 이상을 초과하거나, 또는 상기 배터리 모듈 조립체에 화재가 발생하는 경우, 상기 로딩-언로딩 모듈에 의해 상기 배터리 모듈 조립체를 진화하는 염수통을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어 중 어느 하나의 보조 컨베이어에 이상이 발생하는 경우, 다른 하나의 보조 컨베이어를 통해 상기 배터리 모듈 조립체의 용접 공정이 수행될 수 있다.
상기 다른 하나의 보조 컨베이어에 로딩된 상기 배터리 모듈 조립체는 상기 두 개의 용접 로봇에 의해 용접 공정이 수행될 수 있다.
상기 적어도 두 개의 용접 로봇 중 어느 하나의 용접 로봇에 이상이 발생하는 경우, 상기 다른 하나의 용접 로봇에 의해 상기 배터리 모듈 조립체의 용접 공정이 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 용접 방법은 제1항에 따른 용접 시스템의 용접 방법으로서, 상기 용접 로봇의 정상 여부를 판단하는 단계; 상기 보조 컨베이어의 정상 여부를 판단하는 단계; 상기 용접 로봇 및 상기 보조 컨베이어의 상태를 기초로 상기 용접 로봇과 상기 보조 컨베이어를 통해 상기 배터리 모듈 조립체를 용접하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 용접 로봇과 상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어가 정상이면, 상기 적어도 두개의 보조 컨베이어의 배터리 모듈 조립체를 용접할 수 있다.
상기 적어도 두 개의 용접 로봇이 정상이고, 상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어 중 어느 하나의 보조 컨베이어가 비정상이면, 상기 정상 상태의 두 개의 용접 로봇을 통해 상기 정상 상태의 보조 컨베이어의 배터리 모듈 조립체를 용접할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 용접 방법은 상기 적어도 두 개의 용접 로봇 중 어느 하나의 용접 로봇이 비정상이면, 정상 상태의 용접 로봇에 인접한 상기 보조 컨베이어의 정상 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 정상 상태의 용접 로봇에 인접한 상기 보조 컨베이어가 정상이면, 상기 정상 상태의 용접 로봇을 통해 상기 정상 상태의 보조 컨베이어의 배터리 모듈 조립체를 용접할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템에 의하면, 적어도 두 개의 보조 컨베이어가 메인 컨베이어에 병렬로 배치됨으로써, 어느 하나의 보조 컨베이어에 이상이 발생하더라도, 나머지 보조 컨베이어를 통해 용접 공정을 수행할 수 있다. 이를 통해, 용접 공정의 전체 시스템의 가동률을 높일 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 컨베이어의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑 지그의 구성을 도시한 사시도이다.
도 6A 내지 도 6D는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑 지그의 동작을 설명하기 위한 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 조립체의 용접 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
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.
또한, 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.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템의 구성을 도시한 사시도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템의 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 배터리 모듈 조립체(BMA: battery module assembly)가 이송되는 메인 컨베이어(10), 메인 컨베이어(10)와 병렬로 배치되는 적어도 두 개의 보조 컨베이어(20), 배터리 모듈 조립체를 메인 컨베이어(10)와 보조 컨베이어(20) 사이로 이송하는 로딩-언로딩 모듈(30), 배터리 모듈 조립체를 클램핑 및/또는 언클램핑하는 클램핑 지그(40), 및 배터리 모듈 조립체를 용접하는 적어도 두 개의 용접 로봇(80)을 포함할 수 있다.
메인 컨베이어(10)는 설정된 작업 공정(예를 들어, 배터리 셀의 적층 공정, 배터리 셀의 조립 공정, 용접 공정 등)을 수행하기 위해 배터리 모듈 조립체를 설정된 방향으로 이송한다. 이때, 배터리 모듈 조립체는 배터리 팔레트(90)에 탑재된 상태로 메인 컨베이어(10)에 의해 이송된다. 이하, 설명의 편의를 위해, 배터리 팔레트(90)는 배터리 모듈 조립체가 탑재된 상태를 포함할 수 있다.
배터리 팔레트(90)는 배터리 팩 조립체(1)가 안착되는 판상으로 형성된다. 배터리 팔레트(90)는 후술할 클램핑 지그(40)의 지지 플레이트(42)의 지지 패드(43)에 안착된다. 배터리 팔레트(90)의 대각선 방향의 모서리 부위에는 두 개의 지지 홀(91)이 형성되고, 지지 홀(91)에는 후술할 클램핑 지그(40)의 지지 플레이트(42)의 지지 돌기(44)가 삽입된다. 배터리 팔레트(90)의 측면에는 백업 홀(93)이 형성되고, 후술할 백업 지그(47)가 삽입된다.
메인 컨베이어(10)는 메인 구동부(21)(예를 들어, 전기 모터)(도시는 생략함)에 의해 동작하는 벨트를 포함할 수 있다.
보조 컨베이어(20)는 메인 컨베이어(10)에 탑재된 배터리 모듈 조립체의 이송 방향에 대해 병렬로 적어도 두개가 구비된다. 두 개의 보조 컨베이어(20)는 제1 보조 컨베이어(20) 및 제2 보조 컨베이어(20)를 포함하고, 메인 컨베이어(10)와 상대적으로 가까운 보조 컨베이어(20)가 제1 보조 컨베이어(20)이고, 메인 컨베이어(10)와 상대적으로 먼 보조 컨베이어(20)가 제2 보조 컨베이어(20)라 한다. 본 발명의 실시 예에서, 보조 컨베이어(20)는 메인 컨베이어(10)와 병렬로 두개가 구비되는 것을 예로 들어 설명하도록 한다. 그러나 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 보조 컨베이어(20)의 자세한 구성에 대해서는 후술하도록 한다.
로딩-언로딩 모듈(30)은 메인 컨베이어(10)를 따라 이송되는 배터리 팔레트(90)를 보조 컨베이어(20)로 이송하거나, 및/또는 보조 컨베이어(20)로부터 메인 컨베이어(10)로 이송한다. 예를 들어, 로딩-언로딩 모듈(30)은 용접 공정을 수행하기 전의 배터리 모듈 조립체가 탑재된 배터리 팔레트(90)를 메인 컨베이어(10)로부터 보조 컨베이어(20)로 이송하거나, 또는 용접 공정이 완료된 배터리 모듈 조립체가 탑재된 배터리 팔레트(90)를 보조 컨베이어(20)로부터 메인 컨베이어(10)로 이송한다. 이를 위해, 로딩-언로딩 모듈(30)은 2축 직교 로봇을 통해 구현될 수 있다. 즉, 로딩-언로딩 모듈(30)은 메인 컨베이어(10)의 이송 방향 및 메인 컨베이어(10)의 이송 방향에 수직한 방향으로 동작할 수 있다.
클램핑 지그(40)는 보조 컨베이어(20)에 장착된 배터리 팔레트(90)를 클램핑(또는, 고정)한다. 즉, 로딩-언로딩 모듈(30)에 의해 메인 컨베이어(10)로부터 보조 컨베이어(20)로 이송된 배터리 팔레트(90)가 설정된 용접 공정을 수행하도록 안착된다. 클램핑 지그(40)의 자세한 구성에 대해서는 후술하도록 한다. 클램핑 지그(40)는 필요에 따라 보조 컨베이어(20)를 따라 이송될 수 있다.
용접 로봇(80)은 두 개의 보조 컨베이어(20)에 인접하여 적어도 두 개가 구비된다. 두 개의 용접 로봇(80)은 제1 보조 컨베이어(20)에 인접한 제1 용접 로봇(80), 및 제2 보조 컨베이어(20)에 인접한 제2 용접 로봇(80)을 포함한다. 본 발명의 실시 예에서, 두 개의 보조 컨베이어(20)가 인접하여 병렬로 배치되고, 제1 보조 컨베이어(20)에 인접하여 제1 용접 로봇(80)이 배치되며, 제2 보조 컨베어어에 인접하여 제2 용접 로봇(80)이 배치된다.
용접 로봇(80)은 그 단부에 장착된 용접기(81)를 통해 클램핑 지그(40)에 안착된 배터리 팔레트(90)에 장착된 배터리 모듈 조립체를 용접한다. 이를 위해, 용접 로봇(80)은 6축 다관절 로봇을 통해 구현될 수 있다. 용접 로봇(80)은 6축 다관절 로봇으로 구현되어, 배터리 모듈 조립체의 전면, 후면, 좌측면, 우측면을 용접할 수 있다. 그리고 용접기(81)는 레이저 빔을 조사하는 발진기(83), 및 발진기(83)를 냉각시키는 칠러(85)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 메인 컨베이어(10), 보조 컨베이어(20), 로딩-언로딩 모듈(30), 클램핑 지그(40), 및 용접 로봇(80)의 동작을 제어하는 제어기(100)를 포함할 수 있다.
제어기(100)는 제조 실행 시스템(MES: manufacturing execution system)을 통해 구현될 수 있다. 제어기(100)는 각 배터리 모듈 조립체의 상태 정보(예를 들어, 용접 부위, 배터리 모듈 조립체의 위치 등), 각 용접기(81)의 상태 정보(예를 들어, 정상 또는 고장 상태), 각 용접 로봇(80)의 상태 정보(예를 들어, 용접 로봇(80)의 정상 또는 고장 상태), 각 보조 컨베이어(20)의 상태 정보(예를 들어, 보조 컨베이어(20)의 정상, 설비 점검과 같은 대기, 또는 고장 상태)를 수집하고, 수집된 상태 정보를 기초로 배터리 모듈 조립체의 용접 공정을 지시한다. 제어기(100)는 PLC(programmable logic controller)를 통해 메인 컨베이어(10), 보조 컨베이어(20), 로딩-언로딩 모듈(30), 클램핑 지그(40), 및 용접 로봇(80)을 제어할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 배터리 모듈 조립체의 상태 정보, 용접기(81)의 상태 정보, 용접 로봇(80)의 상태 정보, 및 보조 컨베이어(20)의 상태 정보를 감지하는 감지부(110)를 포함할 수 있다. 감지부(110)를 통해 감지된 상태 정보는 제어기(100)로 전송된다.
배터리 모듈 조립체의 상태 정보는 배터리 모듈 조립체의 용접 부위 정보를 포함하고, 용접기(81)의 상태 정보는 복수의 용접기(81)의 정상 작동 상태 및 비정상 작동 상태를 포함하며, 용접 로봇(80)의 상태 정보는 복수의 용접 로봇(80)의 정상 작동 상태 및 비정상 작동 상태를 포함하고, 보조 컨베이어(20)의 상태 정보는 복수의 보조 컨베이어(20)의 정상 작동 상태 및 비정상 상태를 포함한다.
제어기(100)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 모터가 구비한 차량의 제어방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 비정상적인 상황(예를 들어, 배터리 모듈 조립체의 발열, 및/또는 배터리 모듈 조립체의 화재 등)에서 로딩-언로딩 모듈(30)을 통해 배터리 모듈 조립체를 진화하는 염수통(70)이 구비될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 보조 컨베이어(20)의 구성에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 보조 컨베이어의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 보조 컨베이어(20)는 동력을 발생시키는 구동부(21), 구동부(21)의 회전축에 연결되는 리드 스크류(23), 및 클램핑 지그(40)를 가이드 하는 한 쌍의 LM 가이드(25)를 포함한다.
구동부(21)는 동력을 발생키는 서보 모터일 수 있고, 한 쌍의 LM 가이드(25) 사이에 배치될 수 있다.
리드 스크류(23)(또는 볼 스크류)는 구동부(21)의 회전축에 일체로 연결되고 클램핑 지그(40)의 이동 플레이트(41)(후술하도록 함)에 나사 결합될 수 있다.
구동부(21)의 동력에 의해 리드 스크류(23)가 회전하면, 리드 스크류(23)와 나사 결합되는 클램핑 지그(40)가 리드 스크류(23)의 축방향을 따라 전후 방향으로 이동한다.
LM 가이드(25)는 클램핑 지그(40)의 이동 플레이트(41)의 이동을 가이드하는 한 쌍이 구비될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑 지그(40)의 구성에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하기 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑 지그의 구성을 도시한 사시도이다. 이해의 편의를 위해, 도 5에서는 일부 구성 요소를 삭제한 클램핑 지그(40)를 도시한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 클램핑 지그(40)는 이동 플레이트(41), 이동 플레이트(41)의 상부에 배치되는 지지 플레이트(42), 지지 플레이트(42)의 전후 방향에 이동 가능하게 배치되는 한 쌍의 제1 가압 지그(45), 지지 플레이트(42)의 측면에 상하 방향으로 이동 가능하게 배치되는 백업 지그(47), 및 지지 플레이트(42)의 좌우 방향으로 이동 가능하게 배치되는 한 쌍의 제2 가압 지그(46)를 포함한다.
이동 플레이트(41)의 중앙 하부는 보조 컨베이어(20)의 리드 스크류(23)와 나사 결합되고, 구동부(21)에서 동력이 발생하면, 리드 스크류(23)의 회전에 의해 보조 컨베이어(20)의 이동 방향(예를 들어, 전후 방향)으로 이동된다. 이때, 플레이트의 양측 하부는 LM 가이드(25)에 의해 가이드되기 때문에, 이동 플레이트(41)가 전후 방향의 안정적인 이동이 보장된다.
이동 플레이트(41)의 상부에 배치되는 지지 플레이트(42)에는 배터리 모듈 조립체가 장착되는 배터리 팔레트(90)가 안착되는 부분이고, 배터리 팔레트(90)의 정확한 위치 결정을 위해 지지 플레이트(42)의 상면에는 복수의 지지 패드(43)와 복수의 지지 돌기(44)가 형성된다.
지지 플레이트(42)의 상면에 형성되는 복수의 지지 패드(43) 상에 배터리 팔레트(90)의 바닥면이 안착되어, 배터리 팔레트(90)의 높이 방향 위치가 정확하게 결정될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 4개의 지지 패드(43)가 지지 플레이트(42)의 모서리에 각각 형성될 수 있다.
지지 돌기(44)는 지지 플레이트(42)에 형성되는 지지 패드(43)에서 위쪽으로 돌출 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 지지 돌기(44)는 지지 플레이트(42)의 대각선 방향으로 한 쌍이 형성될 수 있다. 배터리 팔레트(90)에는 지지 돌기(44)에 대응하는 지지 홀(91)(또는, 지지 홈)(도시는 생략함)이 형성될 수 있다.
한 쌍의 제1 가압 지그(45)는 지지 플레이트(42)에 안착된 배터리 팔레트(90)의 배터리 모듈 조립체에 용접 대상물(예를 들어, 배터리 모듈 조립체의 전후에 버스바 등을 용접하기 위한 전후 클램핑 장치 등)를 제1 방향(예를 들어, 전후 방향)으로 가압한다. 이를 위해, 한 쌍의 제1 가압 지그(45)는 이동 플레이트(41)의 상부(또는, 지지 플레이트(42)의 전후)에 이동 가능하게 구비된다. 한 쌍의 제1 가압 지그(45)는 제1 실린더에서 발생하는 동력에 의해 전후 방향으로 이동할 수 있다. 제1 실린더는 유압 실린더 또는 공압 실린더에 의해 구현될 수 있다.
한 쌍의 제2 가압 지그(46)는 지지 플레이트(42)에 안착된 배터리 팔레트(90)의 배터리 모듈 조립체에 용접 대상물(예를 들어, 배터리 모듈 조립체의 좌우에 버스바 등을 용접하기 위한 좌우 클램핑 장치 등)을 제2 방향(예를 들어, 좌우 방향)으로 가압한다. 이를 위해, 한 쌍의 제2 가압 지그(46)는 이동 플레이트(41)의 상부(또는, 지지 플레이트(42)의 전후)에 이동 가능하게 구비된다. 한 쌍의 제2 가압 지그(46)는 제2 실린더에서 발생하는 동력에 의해 좌우 방향으로 이동할 수 있다. 제2 실린더는 유압 실린더 또는 공압 실린더에 의해 구현될 수 있다.
백업 지그(47)는 지지 플레이트(42)에 안착된 배터리 팔레트(90)의 안정적인 구속을 위해 배터리 팔레트(90)를 고정한다. 이를 위해, 백업 지그(47)는 이동 플레이트(41)에 상하 방향으로 이동 가능하게 구비된다. 백업 지그(47)는 백업 실린더에서 발생하는 동력에 의해 상하 방향으로 이동할 수 있다. 백업 실린더는 유압 실린더 또는 공압 실린더에 의해 구현될 수 있다. 배터리 팔레트(90)에는 백업 지그(47)에 대응하는 백업 홀(93)이 형성되고, 백업 지그(47)는 백업 홀(93)에 삽입되어 배터리 팔레트(90)가 고정될 수 있다.
한편, 클램핑 지그(40)에는 용접 과정에서 발생하는 이물질(예를 들어, 흄 및/또는 스패터 등)을 흡입하는 흡입 모듈(60)이 구비될 수 있다. 흡입 모듈(60)을 통해 용접 과정에서 발생하는 이물질을 흡입함으로써, 보조 컨베이어(20) 및 클램핑 지그(40)의 청소 및/또는 수리에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
도 6A 내지 도 6D는 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑 지그의 동작을 설명하기 위한 작동 상태도이다. 이해를 편의를 위해, 도 6B에서는 제2 가압 지그(46)와 백업 지그(47)가 제거된 상태를 도시한 것이고, 도 6C에서는 제1 가압 지그(45)와 제2 가압 지그(46)가 제거된 상태를 도시한 것이다.
도 6A 내지 도 6D를 참조하면, 클램핑 지그(40)의 지지 플레이트(42)에 로딩-언로딩 모듈(30)에 의해 배터리 팔레트(90)가 안착된다. 이때, 지지 플레이트(42)의 지지 패드(43) 상에 배터리 팔레트(90)의 하면이 안착되고, 이로 인해, 배터리 팔레트(90)의 상하 방향 위치가 정확하게 결정된다. 그리고 지지 플레이트(42)에 배터리 팔레트(90)가 안착될 때, 배터리 팔레트(90)의 지지 홀(91)에 지지 플레이트(42)의 지지 돌기(44)에 삽입된다. 이로 인해, 배터리 팔레트(90)의 전후 좌우 방향 위치가 정확하게 결정된다(도 6A 참조).
지지 플레이트(42)에 배터리 팔레트(90)가 정확하게 안착되면, 제1 가압 지그(45)에 의해 용접 대상물이 배터리 모듈 조립체의 전후면에 각각 지지된다(도 6B 참조). 그리고 백업 지그(47)에 의해 배터리 팔레트(90)가 지지 플레이트(42) 상에 고정적으로 지지된다(도 6C 참조). 이후, 제2 가압 지그(46)에 의해 용접 대상물이 배터리 모듈 조립체의 좌우면에 각각 지지된다(도 6D 참조).
이와 같이, 클램핑 지그(40)에 의해 배터리 모듈 조립체의 용접 부위에 용접 대상물이 일괄적으로 클램핑됨으로써, 용접 공정의 사이클 타임이 단축되고, 균일한 용접 품질을 확보할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 조립체의 용접 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 조립체의 용접 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 제어기(100)는 감지부(110)를 통해 배터리 모듈 조립체의 상태 정보, 용접기(81)의 상태 정보, 용접 로봇(80)의 상태 정보, 및 보조 컨베이어(20)의 상태 정보를 수집한다(S10).
제어기(100)는 각각의 보조 컨베이어(20)에 구비된 용접기(81) 및 용접 로봇(80)의 정상 여부를 판단한다(S20).
S20 단계에서, 각각의 용접기(81) 및 용접 로봇(80)의 상태가 정상인 경우, 제어기(100)는 두 대의 용접 로봇(80)을 통해 배터리 모듈 조립체의 용접을 지시한다(S21).
제어기(100)는 두 개의 보조 컨베이어(20)의 정상 여부를 판단한다(S30).
S30 단계에서, 두 개의 보조 컨베이어(20)가 모두 정상이면, 제어기(100)는 정상 상태의 용접기(81)와 용접 로봇(80)을 통해 모든 보조 컨베이어(20)의 배터리 모듈 조립체를 용접한다(S31).
즉, 제어기(100)는 로딩-언로딩 모듈(30)을 통해 메인 컨베이어(10)를 따라 이송되는 배터리 모듈 조립체가 안착된 배터리 팔레트(90)를 각각의 보조 컨베이어(20)의 클램핑 지그(40)에 안착한다. 제어기(100)는 클램핑 지그(40)를 통해 배터리 모듈 조립체의 용접 부위에 용접 대상물을 가압하여 일시적으로 지지한다. 그리고 제어기(100)는 두 대의 용접 로봇(80)을 통해 보조 컨베이어(20)의 클램핑 지그(40)에 안착된 배터리 모듈 조립체를 용접한다. 이때, 두 대의 용접 로봇(80)을 통해 배터리 모듈 조립체를 용접함으로써, 용접 공정의 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.
S30 단계에서, 두 개의 보조 컨베이어(20) 중 어느 하나의 보조 컨베이어(20)(예를 들어, 제1 보조 컨베이어(20))가 비정상 상태이면, 제어기(100)는 정상 상태의 보조 컨베이어(20)의 배터리 모듈 조립체를 용접한다(S33).
즉, 제어기(100)는 로딩-언로딩 모듈(30)을 통해 메인 컨베이어(10)를 따라 이송되는 배터리 모듈 조립체가 안착된 배터리 팔레트(90)를 다른 하나의 보조 컨베이어(20)(예를 들어, 제2 보조 컨베이어(20))의 클램핑 지그(40)에 안착한다. 제어기(100)는 클램핑 지그(40)를 통해 배터리 모듈 조립체의 용접 부위에 용접 대상물을 가압하여 일시적으로 지지한다. 제어기(100)는 용접 로봇(80)을 통해 보조 컨베이어(20)의 클램핑 지그(40)에 안착된 용접 대상물을 배터리 모듈 조립체에 용접한다.
이와 같이, 두 개의 보조 컨베이어(20) 중 어느 하나의 보조 컨베이어(20)가 고장 또는 수리로 인해 비정상인 경우, 다른 하나의 보조 컨베이어(20)를 통해 배터리 모듈 조립체의 용접 공정을 수행함으로써, 용접 라인의 가동률을 높일 수 있다.
한편, S20 단계에서, 두 대의 용접 로봇(80) 및 두 대의 용접기(81) 중 어느 하나의 용접 로봇(80) 또는 어느 하나의 용접기(81)가 비정상이면, 제어기(100)는 다른 하나의 용접 로봇(80)에 인접한 보조 컨베이어(20)의 정상 여부를 판단한다(S40).
만약, 다른 하나의 용접 로봇(80)에 인접한 보조 컨베이어(20)가 비정상이면, 제어기(100)는 배터리 모듈 조립체의 용접 공정을 수행하지 않고 종료한다.
S40 단계에서, 다른 하나의 용접 로봇(80)에 인접한 보조 컨베이어(20)가 정상이면, 제어기(100)는 정상 상태의 용접기(81) 및 용접 로봇(80)과 인접한 보조 컨베이어(20)의 배터리 모듈 조립체를 용접한다(S41).
즉, 제어기(100)는 로딩-언로딩 모듈(30)을 통해 메인 컨베이어(10)를 따라 이송되는 배터리 모듈 조립체가 안착된 배터리 팔레트(90)를 정상 용접 로봇(80)에 인접한 보조 컨베이어(20)의 클램핑 지그(40)에 안착한다. 제어기(100)는 클램핑 지그(40)를 통해 배터리 모듈 조립체의 용접 부위에 용접 대상물을 가압하여 일시적으로 지지한다. 그리고 제어기(100)는 한 대의 용접 로봇(80)을 통해 보조 컨베이어(20)의 클램핑 지그(40)에 안착된 배터리 모듈 조립체를 용접한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템 및 이의 용접 방법에 의하면, 병렬 배치되는 두 대의 보조 컨베이어(20), 및 두 대의 보조 컨베이어(20)에 인접하게 배치되는 두 대의 용접 로봇(80)을 통해 배터리 모듈 조립체에 용접 대상물을 용접함으로써, 배터리 모듈 조립체의 용접 공정에 소요되는 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.
또한, 두 대의 보조 컨베이어(20) 중 어느 하나의 보조 컨베이어(20)가 비정상인 경우(예를 들어, 보조 컨베어이어의 고장, 수리, 및/또는 청소 등), 다른 하나의 보조 컨베이어(20)를 통해 배터리 모듈 조립체의 용접 공정을 수행함으로써, 전체 용접 시스템의 가동률을 높일 수 있다.
이와 마찬가지로, 두 대의 용접 로봇(80)(또는 용접기(81)) 중 어느 하나의 용접 로봇(80)이 비정상인 경우(예를 들어, 용접 로봇(80)의 고장 등), 다른 하나의 용접 로봇(80)을 통해 배터리 모듈 조립체의 용접 공정을 수행함으로써, 전체 용접 시스템의 가동률을 높일 수 있다.
또한, 클램핑 지그(40)를 통해 배터리 모듈 조립체에 용접 대상물을 일괄적으로 지지함으로써, 용접 공정의 사이클 타임을 단축할 수 있고, 균일한 용접 품질을 확보할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템이 배터리 모듈 조립체의 용접 공정에 적용되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서는, 본 발명의 실시 예에 따른 용접 시스템은 헤어핀 모터의 스테이터의 용접 공정 등에도 적용될 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: 배터리 팩 조립체
10: 메인 컨베이어
20: 보조 컨베이어
21: 구동부
23: 리드 스크류
25: LM 가이드
30: 로딩-언로딩 모듈
40: 클램핑 지그
41: 이동 플레이트
42: 지지 플레이트
43: 지지 패드
44: 지지 돌기
45: 제1 가압 지그
46: 제2 가압 지그
47: 백업 지그
60: 흡입 모듈
70: 염수통
80: 용접 로봇
81: 용접기
83: 발진기
85: 칠러
90: 배터리 팔레트
91: 지지 홀
93: 백업 홀
100: 제어기
110: 감지부

Claims (14)

  1. 배터리 모듈 조립체가 장착되는 배터리 팔레트가 이송되는 메인 컨베이어;
    상기 메인 컨베이어와 병렬로 배치되는 적어도 두 개의 보조 컨베이어;
    상기 메인 컨베이어를 따라 이송되는 상기 배터리 팔레트를 상기 보조 컨베이어로 이송하고, 상기 보조 컨베이어에서 설정된 용접 공정이 완료된 상기 배터리 팔레트를 상기 메인 컨베이어로 이송하는 로딩-언로딩 모듈;
    상기 보조 컨베이어 상에서 설정된 용접 공정을 수행하도록 상기 로딩-언로딩 모듈에 의해 상기 배터리 팔레트가 안착되는 클램핑 지그; 및
    상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어에 안착되는 상기 배터리 모듈 조립체를 각각 용접하는 적어도 두 개의 용접 로봇;
    을 포함하는 용접 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 컨베이어는
    동력을 발생시키는 구동부;
    상기 구동부의 회전축과 연결되고 상기 배터리 팔레트와 기어 결합되는 리드 스크류; 및
    상기 클램핑 지그를 가이드하는 LM 가이드;
    를 포함하는 용접 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 클램핑 지그는
    상기 배터리 모듈이 안착되는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트에 안착된 상기 배터리 모듈 조립체에 용접 대상물을 제1 방향으로 가압하는 제1 가압 지그;
    상기 지지 플레이트에 안착된 상기 배터리 모듈 조립체에 또 다른 용접 대상물을 제2 방향으로 가압하는 제2 가압 지그; 및
    상기 지지 플레이트에 안착된 상기 배터리 팔레트를 제3 방향으로 고정하는 백업 지그;
    를 포함하는 용접 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지 플레이트에는
    상기 배터리 팔레트의 방향 위치를 결정하는 지지 패드와 지지 돌기가 형성되는 용접 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 클램핑 지그에 구비되어 상기 용접 공정에 의해 발생하는 흄 또는 스패터를 제거하는 흡입 모듈;
    을 더 포함하는 용접 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 조립체의 온도가 설정 온도 이상을 초과하거나, 또는 상기 배터리 모듈 조립체에 화재가 발생하는 경우, 상기 로딩-언로딩 모듈에 의해 상기 배터리 모듈 조립체를 진화하는 염수통;
    을 더 포함하는 용접 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어 중 어느 하나의 보조 컨베이어에 이상이 발생하는 경우,
    다른 하나의 보조 컨베이어를 통해 상기 배터리 모듈 조립체의 용접 공정이 수행되는 용접 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다른 하나의 보조 컨베이어에 로딩된 상기 배터리 모듈 조립체는 상기 두 개의 용접 로봇에 의해 용접 공정이 수행되는 용접 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 용접 로봇 중 어느 하나의 용접 로봇에 이상이 발생하는 경우,
    상기 다른 하나의 용접 로봇에 의해 상기 배터리 모듈 조립체의 용접 공정이 수행되는 용접 시스템.
  10. 제1항에 따른 용접 시스템의 용접 방법으로서,
    상기 용접 로봇의 정상 여부를 판단하는 단계;
    상기 보조 컨베이어의 정상 여부를 판단하는 단계;
    상기 용접 로봇 및 상기 보조 컨베이어의 상태를 기초로 상기 용접 로봇과 상기 보조 컨베이어를 통해 상기 배터리 모듈 조립체를 용접하는 단계;
    를 포함하는 용접 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 용접 로봇과 상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어가 정상이면,
    상기 적어도 두개의 보조 컨베이어의 배터리 모듈 조립체를 용접하는 용접 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 용접 로봇이 정상이고, 상기 적어도 두 개의 보조 컨베이어 중 어느 하나의 보조 컨베이어가 비정상이면,
    상기 정상 상태의 두 개의 용접 로봇을 통해 상기 정상 상태의 보조 컨베이어의 배터리 모듈 조립체를 용접하는 용접 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 용접 로봇 중 어느 하나의 용접 로봇이 비정상이면,
    정상 상태의 용접 로봇에 인접한 상기 보조 컨베이어의 정상 여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 용접 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정상 상태의 용접 로봇에 인접한 상기 보조 컨베이어가 정상이면,
    상기 정상 상태의 용접 로봇을 통해 상기 정상 상태의 보조 컨베이어의 배터리 모듈 조립체를 용접하는 용접 방법.
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