KR20220060591A - 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차에 적용되는 이종재료 부품을 생산하는 공정에 있어서, 탄소섬유복합재와 금속을 가공공정, 접착공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하여 생산성 및 작업의 유연성을 향상시킴은 물론 생산관리에 유리하고 품질의 저하를 방지하는 이종재료 가공 및 접합 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.
Description
본 발명은 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소섬유복합재와 금속의 가공공정, 접착공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
자동차를 구성하는 각종 부품 중에는 단종재료 부품뿐만 아니라 서로 다른 재료를 접합한 이종재료 부품도 많이 있다.
특히, 이종재료 부품을 구성하는 이종재료를 접합하는데 있어서, 현업에서는 전용 CNC 가공기에서 드릴링 가공 후 작업자가 별도의 공간에서 접착 및 접합을 수행한다.
일례로서, 도 1의 (a), (b), (c), (d), (e)에 도시된 바와 같이 독일의 자동차 제조업체의 경우, 탄소섬유복합재(CFRP) 가공공정과 이종재료의 접합공정이 분리되어 있으며, CNC 가공기를 이용하여 탄소섬유복합재(CFRP)의 제품 가공을 수행하고 있다.
구체적으로 종래기술에 따른 이종재료 생산공정은 도 1의 (a)에 도시된 탄소섬유복합재(CFRP)를 가공기에 부착하는 공정, 도 1의 (b)에 도시된 탄소섬유복합재(CFRP)의 CNC 가공공정, 도 1의 (c)에 도시된 탄소섬유복합재(CFRP) 가공완료 후 탈착공정, 도 1의 (d)에 도시된 탄소섬유복합재(CFRP)에 접착제를 도포하는 공정 및 도 1의 (e)에 도시된 탄소섬유복합재(CFRP)와 금속을 SPR 접합하는 공정으로 이루어진다.
이때, 탄소섬유복합재(CFRP)를 가공기에 부착하는 공정과 CNC 가공공정 사이, 가공완료 후 탈착공정과 접착제를 도포하는 공정 사이에서는 인력 투입으로 인한 생산성 저하가 발생하고, CNC 가공공정과 가공완료 후 탈착공정에서는 CNC 가공기 사용으로 인한 유연성 저하가 발생하며, SPR 접합하는 공정에서는 모니터링 및 검사 부재에 따른 생산관리 및 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
특히, 자동차의 차체 이종소재 경량부품의 경우, 도 2의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이 완성차 제조라인에서 탄소섬유복합재(CFRP)를 가공, 접착 및 접합하는 공정을 수행함에 따라 제조라인의 유연성 및 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1666197호(2016.10.07.)
(특허문헌 2) 공개특허공보 제10-2015-0077090호(2015.07.07.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 가공로봇, 이송로봇 및 접합로봇을 이용하여 탄소섬유복합재와 금속을 가공, 접착, 접합 및 검사하는 공정을 자동화하여 생산성 및 작업의 유연성을 향상시킴은 물론 생산관리에 유리하고 품질의 저하를 방지하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 탄소섬유복합재 및 금속을 가공하는 가공로봇, 상기 가공된 탄소섬유복합재 및 금속을 이송시키는 이송로봇 및 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속을 접합시키는 접합로봇을 포함하는 로봇부; 상기 가공로봇, 상기 이송로봇 및 상기 접합로봇과 인접하도록 배치되고 상기 탄소섬유복합재, 상기 금속 및 상기 탄소섬유복합재와 상기 금속이 접합된 이종재료가 거치되는 거치부; 상기 거치부의 상부에 고정되어 상기 탄소섬유복합재, 상기 금속 및 상기 이종재료를 고정시키는 지그부; 상기 이송로봇과 인접하도록 배치되어 상기 탄소섬유복합재에 대한 가공결함 및 상기 이종재료의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 검사장치; 상기 이송로봇 및 상기 검사장치와 인접하도록 배치되어 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 접착제를 도포하는 접착모듈; 다수의 공구를 구비하고 상기 가공로봇에 인접하도록 배치되어 상기 가공로봇에 장착된 공구와 상기 다수의 공구 중 어느 하나를 교체하는 자동공구교환장치; 상기 로봇부, 상기 검사장치, 상기 접착모듈 및 상기 자동공구교환장치의 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 로봇부, 상기 검사장치, 상기 접착모듈 및 상기 자동공구교환장치를 운용하는 통합운영부;를 포함하고, 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 대한 가공공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 거치부는 상기 가공로봇에 인접하도록 배치되고 상기 탄소섬유복합재가 거치되는 탄소섬유복합재 거치부를 포함하고, 상기 지그부는 상기 탄소섬유복합재 거치부와 함께 상기 가공로봇을 둘러싸도록 상기 가공로봇에 인접하여 배치되고 상기 탄소섬유복합재가 고정되는 가공지그를 포함하며, 상기 가공로봇은 상기 탄소섬유복합재를 상기 탄소섬유복합재 거치부에서 상기 가공지그로 이송시킨 후 가공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 거치부는 상기 가공로봇과 인접하도록 배치되고 상기 금속이 거치되는 금속 거치부를 더 포함하고, 상기 지그부는 상기 이송로봇에 인접하도록 배치되고 상기 접합모듈에서 상기 접착제가 도포된 상기 탄소섬유복합재와 상기 금속을 고정시키는 접합지그를 더 포함하며, 상기 이송로봇은 상기 가공된 탄소섬유복합재를 상기 검사장치로 이송하고, 상기 접착제가 도포된 상기 검사된 탄소섬유복합재와 상기 금속을 상기 접합지그로 이송하며, 상기 검사장치는 상기 가공된 탄소섬유복합재의 가공결함을 검사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접합로봇은 상기 접착제가 도포된 탄소섬유복합재와 상기 금속을 접합시켜 상기 이종재료를 생산하고, 상기 검사장치는 상기 이송로봇에 의해 이송되는 상기 이종재료의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 거치부는 상기 가공지그, 상기 접합지그, 상기 검사장치 및 상기 접착모듈과 함께 상기 이송로봇을 둘러싸도록 배치되고 상기 이종재료가 거치되는 이종재료 거치부를 더 포함하며, 상기 이송로봇은 상기 검사가 완료된 이종재료를 상기 이종재료 거치부로 이송시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가공로봇과 상기 자동공구교환장치의 동작을 제어하고 상기 탄소섬유복합재 거치부에 상기 탄소섬유복합재가 존재하는지 여부를 판단하는 제1 제어부; 상기 이송로봇의 동작을 제어하고 상기 금속 거치부에 상기 금속이 존재하는지 여부와 상기 이종재료 거치부에 상기 이종재료가 존재하는지 여부를 판단하는 제2 제어부; 및 상기 접합로봇의 동작을 제어하는 제3 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 통합운용부는 상기 제1 제어부로부터 전송되는 제1 제어신호, 상기 제2 제어부로부터 전송되는 제2 제어신호 및 상기 제3 제어부로부터 전송되는 제3 제어신호를 기반으로 상기 로봇부, 상기 검사장치, 상기 접착모듈, 상기 자동공구교환장치, 상기 탄소섬유복합재 및 금속을 운용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) 가공로봇이 탄소섬유복합재를 가공하는 단계; (b) 검사장치가 상기 가공된 탄소섬유복합재의 가공결합을 검사하는 단계; (c) 접착모듈이 상기 검사된 탄소섬유복합재에 접착제를 도포하는 단계; (d) 접합로봇이 상기 접착제가 도포된 탄소섬유복합재와 금속을 접합시키는 단계; 및 (e) 검사장치가 상기 접합된 탄소섬유복합재와 금속의 접합결함을 검사하는 단계;를 포함하고, 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 대한 가공공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에, 가공로봇이 탄소섬유복합재 거치부에 거치된 상기 탄소섬유복합재를 가공지그로 이송시키는 단계; 및 자동공구교환장치가 상기 가공로봇의 툴을 교체하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에, 이송로봇이 상기 가공된 탄소섬유복합재를 상기 검사장치로 이송시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 검사장치가 상기 가공된 탄소섬유복합재의 가공결합을 검사하는 단계; (b2) 상기 검사장치가 상기 검사된 탄소섬유복합재의 가공결함 여부를 판단하는 단계; 및 (b3) 상기 검사된 탄소섬유복합재에 가공결함이 미발생한 경우, 이송로봇이 상기 검사된 탄소섬유복합재를 상기 접착모듈로 이송시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b4) 상기 검사된 탄소섬유복합재에 가공결함이 발생한 경우, 상기 검사장치가 가공결함신호를 생성하여 제어부로 전송하는 단계; 및 (b5) 상기 이송로봇이 상기 제어부의 제어에 의해 상기 가공결함이 발생한 탄소섬유복합재를 가공결함 거치부로 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 이송로봇이 금속 거치부에 거치된 상기 금속을 상기 접착모듈로 이송시키는 단계; (c2) 상기 접착모듈이 상기 가공결함이 미발생한 탄소섬유복합재와 상기 금속에 상기 접착제를 도포하는 단계; 및 (c3) 상기 이송로봇이 상기 접착제가 도포된 탄소섬유복합재와 금속을 접합지그로 이송시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는, (e1) 이송로봇이 상기 접합된 탄소섬유복합재와 금속을 상기 검사장치로 이송시키는 단계; (e2) 상기 검사장치가 상기 접합된 탄소섬유복합재와 금속인 이종재료의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 단계; 및 (e3) 상기 이종재료의 접합부에 접합결함이 미발생한 경우, 상기 이송로봇이 상기 검사된 이종재료를 이종재료 거치부로 이송시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는, (e4) 상기 이종재료의 접합부에 접합결함이 발생한 경우, 상기 검사장치가 접합결함신호를 생성하여 제어부로 전송하는 단계; 및 (b5) 상기 이송로봇이 상기 제어부의 제어에 의해 상기 접합결함이 발생한 이종재료를 접합결함 거치부로 이송시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 가공로봇, 이송로봇 및 접합로봇을 이용하여 탄소섬유복합재와 금속을 가공, 접착, 접합 및 검사하는 공정을 자동화하여 생산성 및 작업의 유연성을 향상시킴은 물론 생산관리에 유리하고 품질의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 이종재료의 경량부품을 생산하는 공정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 종래기술에 따른 완성차 제조라인에서 탄소섬유복합재의 가공, 접착 및 접합 공정을 작업자가 수행하는 것을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 종래기술에 따른 완성차 제조라인에서 탄소섬유복합재의 가공, 접착 및 접합 공정을 작업자가 수행하는 것을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템을 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템은 로봇부(100), 거치부(200), 지그부(300), 검사장치(400), 접착모듈(500), 자동공구교환장치(600), 제어부(700) 및 통합운영부(800)를 포함하고, 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 대한 가공공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 자동공구교환장치(600)는 ATC(Automatic Tool Changer)로서, 공구를 필요에 따라 자동적으로 교환하는 장치이다.
로봇부(100)는 가공로봇(110), 이송로봇(120) 및 접합로봇(130)을 포함한다.
가공로봇(110)은 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)을 가공하는 가공 로봇암을 포함할 수 있다. 여기서, 탄소섬유복합재(10)는 소재 혹은 탄소섬유복합재(CFRP)의 소재로 구성되어 일정한 형상을 가지는 부품일 수 있다.
또한, 가공로봇(110)은 드릴링 가공, 라우팅 가공 및 트리밍 가공 중 적어도 어느 하나의 가공을 통하여 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)을 가공한다.
아울러, 가공로봇(110)은 탄소섬유복합재(10)를 탄소섬유복합재 거치부(210)에서 가공지그(310)로 이송시킨 후 가공한다. 이때, 자동공구교환장치(600)는 탄소섬유복합재(10)를 이송시키기 위해 가공로봇(110)에 장착되었던 이송툴을 가공하기 위한 가공툴로 교체시킨다.
이송로봇(120)은 가공된 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)을 이송시킨다. 구체적으로 이송로봇(120)은 가공된 탄소섬유복합재(10)를 검사장치(400)로 이송하고, 접착제가 도포된 검사된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 접합지그(320)로 이송한다.
또한, 이송로봇(120)은 검사가 완료된 이종재료를 이종재료 거치부(230)로 이송시킨다.
접합로봇(130)은 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)을 접합시킨다. 이때, 접합로봇(130)은 셀프 피어싱 리벳(SPR, Self-Piercing Rivet)을 통하여 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 기계적으로 접합한다.
상기한 접합로봇(130)은 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 접합시켜 이종재료를 생산한다.
거치부(200)는 가공로봇(110), 이송로봇(120) 및 접합로봇(130)과 인접하도록 배치되고 탄소섬유복합재(10), 금속(20) 및 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)이 접합된 이종재료(30)가 거치된다. 이러한 거치부(200)는 탄소섬유복합재 거치부(210), 금속 거치부(220) 및 이종재료 거치부(230)를 포함한다.
탄소섬유복합재 거치부(210)는 가공로봇(110)에 인접하도록 배치되고 탄소섬유복합재(10)가 거치되는 테이블이다. 상기한 탄소섬유복합재 거치부(210)는 가공로봇(110)이 탄소섬유복합재(10)를 파지할 수 있도록 가공로봇(110)의 파지범위 내에 위치하는 것이 바람직하다.
금속 거치부(220)는 가공로봇(110)과 인접하도록 배치되고 금속(20)이 거치된다.
금속 거치부(220)에 거치된 금속(20)은 가공로봇(110)에 의해 파지되어 가공지그(310)로 이송된다. 이를 위해 금속 거치부(220)는 가공로봇(110)이 금속(20)을 파지할 수 있도록 가공로봇(110)의 파지범위 내에 위치하는 것이 바람직하다.
이종재료 거치부(230)는 가공지그(310), 접합지그(320), 검사장치(400) 및 접착모듈(500)과 함께 이송로봇(120)을 둘러싸도록 배치되고 가공, 접합 및 검사를 통해 최종적인 이종재료(30)가 거치된다.
지그부(300)는 거치부(200)의 상부에 고정되어 탄소섬유복합재(10), 금속(20) 및 이종재료(30)를 고정시킨다. 이를 위한 지그부(300)는 가공지그(310) 및 접합지그(320)를 포함한다.
가공지그(310)는 탄소섬유복합재 거치부(210)와 함께 가공로봇(110)을 둘러싸도록 가공로봇(110)에 인접하여 배치되고 탄소섬유복합재(10)가 고정된다.
이를 위한 가공지그(310)는 테이블 형상에 가공될 탄소섬유복합재(10)를 고정시키기 위한 지그로서, 가공로봇(110) 및 이송로봇(120)이 탄소섬유복합재(10)를 파지할 수 있도록 가공로봇(110) 및 이송로봇(120)의 파지범위 내에 위치하는 것이 바람직하다.
접합지그(320)는 이송로봇(120)에 인접하도록 배치되고 접합모듈(500)에서 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 고정시킨다.
또한, 접합지그(320)는 이송로봇(120)을 기준으로 가공지그(310)와 대향하면서 이송로봇(120)의 파지범위에 위치하는 것이 바람직하다.
검사장치(400)는 이송로봇(120)과 인접하도록 배치되어 탄소섬유복합재(10)에 대한 가공결함 및 이종재료(30)의 접합부에 대한 접합결함을 검사한다.
1차적으로 검사장치(400)는 가공된 탄소섬유복합재(10)의 가공결함을 검사할 수 있다.
또한, 검사장치(400)는 이송로봇(120)에 의해 이송되는 이종재료(30)의 접합부에 대한 접합결함을 검사한다.
보다 상세하게 검사장치(400)는 2차적으로 이종재료(30)의 접합부, 즉 가공된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)이 접합로봇(130)에 의해 접합된 이종재료(30)의 접합부에 대한 접합결함을 검사한다.
접착모듈(500)은 이송로봇(120) 및 검사장치(400)와 인접하도록 배치되어 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)에 접착제를 도포한다.
또한, 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)은 접합로봇(130)에 의해 SPR을 통한 기계적 접합이 이루어진다.
자동공구교환장치(600)는 다수의 공구를 구비하고 가공로봇(110)에 인접하도록 배치되어 가공로봇(110)에 장착된 공구와 다수의 공구 중 어느 하나를 교체한다.
즉, 자동공구교환장치(600)는 파지를 위한 툴, 가공을 위한 툴을 필요에 따라 가공로봇(110)에게 제공한다.
구체적으로 가공을 위한 툴에는 드릴링, 라우팅, 트리밍 등에 필요한 툴일 수 있다.
제어부(700)는 로봇부(100), 검사장치(400), 접착모듈(500) 및 자동공구교환장치(600)의 동작을 제어한다. 이를 위한 제어부(700)는 제1 제어부(710), 제2 제어부(720) 및 제3 제어부(730)를 포함한다.
제1 제어부(710)는 가공로봇(110)과 자동공구교환장치(600)의 동작을 제어하고 탄소섬유복합재 거치부(210)에 탄소섬유복합재(10)가 존재하는지 여부를 판단한다.
이를 위한 제1 제어부(710)는 탄소섬유복합재(10)를 감지하는 비접촉식센서를 포함할 수 있다.
상기한 제1 제어부(710)는 가공로봇(110)과 자동공구교환장치(600)의 동작을 제어하기 위한 신호 및 탄소섬유복합재(10)가 존재하는지 여부에 대한 신호를 통합한 제1 제어신호를 생성하여 통합운영부(800)로 전송한다.
제2 제어부(720)는 이송로봇(120)의 동작을 제어하고 금속 거치부(220)에 금속(20)이 존재하는지 여부와 이종재료 거치부(230)에 이종재료(30)가 존재하는지 여부를 판단한다.
제2 제어부(720)도 제1 제어부(710)와 같이 금속(20) 및 이종재료(30)를 감지하는 비점촉식센서를 포함할 수 있다.
그에 따라 제2 제어부(720)는 제2 제어신호를 수신한 통합운영부(800)에서 전송되는 이송로봇(120)의 동작을 제어하기 위한 이송신호에 따라 이송로봇(120)의 동작을 제어한다.
제3 제어부(730)는 접합로봇(300)의 동작을 제어한다. 이를 위한 제3 제어부(730)는 접합로봇(300)의 동작을 제어하기 위한 제3 제어신호를 생성하여 통합운영부(800)로 전송함과 동시에 접합로봇(300)의 동작을 제어한다.
통합운영부(800)는 제어부(700)로부터 전송되는 제어신호에 따라 로봇부(110), 검사장치(400), 접착모듈(500) 및 자동공구교환장치(600)를 운용한다.
구체적으로 통합운용부(800)는 제1 제어부(710)로부터 전송되는 제1 제어신호, 제2 제어부(720)로부터 전송되는 제2 제어신호 및 제3 제어부(730)로부터 전송되는 제3 제어신호를 기반으로 로봇부(110), 검사장치(400), 접착모듈(500), 자동공구교환장치(600), 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)을 운용하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
2. 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법은 (a) 가공로봇(110)이 탄소섬유복합재(10)를 가공하는 단계(S100), (b) 검사장치(400)가 가공된 탄소섬유복합재(10)의 가공결합을 검사하는 단계(S200), (c) 접착모듈(500)이 검사된 탄소섬유복합재(10)에 접착제를 도포하는 단계(S300), (d) 접합로봇(130)이 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 접합시키는 단계(S400) 및 (e) 검사장치(400)가 접합된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)의 접합결함을 검사하는 단계(S500)를 포함하고, 탄소섬유복합재(10) 및 금속(20)에 대한 가공공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 (a) 단계 이전에, 가공로봇(110)이 탄소섬유복합재 거치부(210)에 거치된 탄소섬유복합재(10)를 가공지그(310)로 이송시키는 단계 및 자동공구교환장치(600)가 가공로봇(110)의 툴을 교체하는 단계를 더 포함한다.
다음, 상기 (a) 단계에 의해 가공로봇(110)이 가공지그(310)에 고정된 탄소섬유복합재(10)를 가공한다.
다음, 본 발명은 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에, 이송로봇(120)이 가공된 탄소섬유복합재(10)를 검사장치(400)로 이송시키는 단계를 더 포함한다.
다음, 상기 (b) 단계는, (b1) 검사장치(400)가 가공된 탄소섬유복합재(10)의 가공결합을 검사하는 단계, (b2) 검사장치(400)가 검사된 탄소섬유복합재(10)의 가공결함 여부를 판단하는 단계 및 (b3) 검사된 탄소섬유복합재(10)에 가공결함이 미발생한 경우, 이송로봇(120)이 검사된 탄소섬유복합재(10)를 접착모듈(500)로 이송시키는 단계를 포함한다.
한편, 상기 (b) 단계는, (b4) 검사된 탄소섬유복합재(10)에 가공결함이 발생한 경우, 검사장치(400)가 가공결함신호를 생성하여 제어부(700)로 전송하는 단계 및 (b5) 이송로봇(120)이 제어부(700)의 제어에 의해 가공결함이 발생한 탄소섬유복합재를 가공결함 거치부(미도시)로 이송시키는 단계를 더 포함한다.
이때, 가공결함신호는 제어부(700)에 구비된 제2 제어부(720)로 전송된다.
다음, 상기 (c) 단계는, (c1) 이송로봇(120)이 금속 거치부(220)에 거치된 금속(20)을 접착모듈(500)로 이송시키는 단계, (c2) 접착모듈(500)이 가공결함이 미발생한 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)에 접착제를 도포하는 단계 및 (c3) 이송로봇(120)이 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 접합지그(320)로 이송시키는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (d) 단계에 의해 접합로봇(130)이 접착제가 도포된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 접합시켜서 이종재료(30)를 생산한다.
상기 (e) 단계는, (e1) 이송로봇(120)이 접합된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)을 검사장치(400)로 이송시키는 단계, (e2) 검사장치(400)가 접합된 탄소섬유복합재(10)와 금속(20)인 이종재료(30)의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 단계 및 (e3) 이종재료(30)의 접합부에 접합결함이 미발생한 경우, 이송로봇(120)이 검사된 이종재료(30)를 이종재료 거치부(230)로 이송시키는 단계를 포함한다.
다음, 상기 (e) 단계는, (e4) 이종재료(30)의 접합부에 접합결함이 발생한 경우, 검사장치(400)가 접합결함신호를 생성하여 제어부(700)로 전송하는 단계 및 (b5) 이송로봇(120)이 제어부(700)의 제어에 의해 접합결함이 발생한 이종재료(30)를 접합결함 거치부(미도시)로 이송시키는 단계를 더 포함한다.
이때, 접합결함신호는 제어부(700)에 구비된 제3 제어부(300)로 전송된다.
또한, 본 발명은 최종적으로 생산된 부품인 이종재료(30)를 비파괴검사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 바에 따른 본 발명은 산업용 로봇을 기반으로 자동차용 탄소섬유복합재와 금속으로 구성되는 이종재료 부품을 생산하기 위한 가공공정, 접착공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화함으로써, 생산성 및 작업의 유연성을 향상시킴은 물론 생산관리에 유리하고 품질의 저하를 방지한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 탄소섬유복합재
20: 금속
30: 이종재료
100: 로봇부
110: 가공로봇
120: 이송로봇
130: 접합로봇
200: 거치부
210: 탄소섬유복합재 거치부
220: 금속 거치부
230: 이종재료 거치부
300: 지그부
310: 가공지그
320: 접합지그
400: 검사장치
500: 접착모듈
600: 자동공구교환장치
700: 제어부
710: 제1 제어부
720: 제2 제어부
730: 제3 제어부
800: 통합운영부
20: 금속
30: 이종재료
100: 로봇부
110: 가공로봇
120: 이송로봇
130: 접합로봇
200: 거치부
210: 탄소섬유복합재 거치부
220: 금속 거치부
230: 이종재료 거치부
300: 지그부
310: 가공지그
320: 접합지그
400: 검사장치
500: 접착모듈
600: 자동공구교환장치
700: 제어부
710: 제1 제어부
720: 제2 제어부
730: 제3 제어부
800: 통합운영부
Claims (15)
- 탄소섬유복합재 및 금속을 가공하는 가공로봇, 상기 가공된 탄소섬유복합재 및 금속을 이송시키는 이송로봇 및 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속을 접합시키는 접합로봇을 포함하는 로봇부;
상기 가공로봇, 상기 이송로봇 및 상기 접합로봇과 인접하도록 배치되고 상기 탄소섬유복합재, 상기 금속 및 상기 탄소섬유복합재와 상기 금속이 접합된 이종재료가 거치되는 거치부;
상기 거치부의 상부에 고정되어 상기 탄소섬유복합재, 상기 금속 및 상기 이종재료를 고정시키는 지그부;
상기 이송로봇과 인접하도록 배치되어 상기 탄소섬유복합재에 대한 가공결함 및 상기 이종재료의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 검사장치;
상기 이송로봇 및 상기 검사장치와 인접하도록 배치되어 상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 접착제를 도포하는 접착모듈;
다수의 공구를 구비하고 상기 가공로봇에 인접하도록 배치되어 상기 가공로봇에 장착된 공구와 상기 다수의 공구 중 어느 하나를 교체하는 자동공구교환장치;
상기 로봇부, 상기 검사장치, 상기 접착모듈 및 상기 자동공구교환장치의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 제어부로부터 전송되는 제어신호에 따라 상기 로봇부, 상기 검사장치, 상기 접착모듈 및 상기 자동공구교환장치를 운용하는 통합운영부;를 포함하고,
상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 대한 가공공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 거치부는 상기 가공로봇에 인접하도록 배치되고 상기 탄소섬유복합재가 거치되는 탄소섬유복합재 거치부를 포함하고,
상기 지그부는 상기 탄소섬유복합재 거치부와 함께 상기 가공로봇을 둘러싸도록 상기 가공로봇에 인접하여 배치되고 상기 탄소섬유복합재가 고정되는 가공지그를 포함하며,
상기 가공로봇은 상기 탄소섬유복합재를 상기 탄소섬유복합재 거치부에서 상기 가공지그로 이송시킨 후 가공하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- 제2 항에 있어서,
상기 거치부는 상기 가공로봇과 인접하도록 배치되고 상기 금속이 거치되는 금속 거치부를 더 포함하고,
상기 지그부는 상기 이송로봇에 인접하도록 배치되고 상기 접합모듈에서 상기 접착제가 도포된 상기 탄소섬유복합재와 상기 금속을 고정시키는 접합지그를 더 포함하며,
상기 이송로봇은 상기 가공된 탄소섬유복합재를 상기 검사장치로 이송하고, 상기 접착제가 도포된 상기 검사된 탄소섬유복합재와 상기 금속을 상기 접합지그로 이송하며,
상기 검사장치는 상기 가공된 탄소섬유복합재의 가공결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- 제3 항에 있어서,
상기 접합로봇은 상기 접착제가 도포된 탄소섬유복합재와 상기 금속을 접합시켜 상기 이종재료를 생산하고,
상기 검사장치는 상기 이송로봇에 의해 이송되는 상기 이종재료의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- 제4 항에 있어서,
상기 거치부는 상기 가공지그, 상기 접합지그, 상기 검사장치 및 상기 접착모듈과 함께 상기 이송로봇을 둘러싸도록 배치되고 상기 이종재료가 거치되는 이종재료 거치부를 더 포함하며,
상기 이송로봇은 상기 검사가 완료된 이종재료를 상기 이종재료 거치부로 이송시키는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- 제5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 가공로봇과 상기 자동공구교환장치의 동작을 제어하고 상기 탄소섬유복합재 거치부에 상기 탄소섬유복합재가 존재하는지 여부를 판단하는 제1 제어부;
상기 이송로봇의 동작을 제어하고 상기 금속 거치부에 상기 금속이 존재하는지 여부와 상기 이종재료 거치부에 상기 이종재료가 존재하는지 여부를 판단하는 제2 제어부; 및
상기 접합로봇의 동작을 제어하는 제3 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- 제6 항에 있어서,
상기 통합운용부는 상기 제1 제어부로부터 전송되는 제1 제어신호, 상기 제2 제어부로부터 전송되는 제2 제어신호 및 상기 제3 제어부로부터 전송되는 제3 제어신호를 기반으로 상기 로봇부, 상기 검사장치, 상기 접착모듈, 상기 자동공구교환장치, 상기 탄소섬유복합재 및 금속을 운용하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템.
- (a) 가공로봇이 탄소섬유복합재를 가공하는 단계;
(b) 검사장치가 상기 가공된 탄소섬유복합재의 가공결합을 검사하는 단계;
(c) 접착모듈이 상기 검사된 탄소섬유복합재에 접착제를 도포하는 단계;
(d) 접합로봇이 상기 접착제가 도포된 탄소섬유복합재와 금속을 접합시키는 단계; 및
(e) 검사장치가 상기 접합된 탄소섬유복합재와 금속의 접합결함을 검사하는 단계;를 포함하고,
상기 탄소섬유복합재 및 상기 금속에 대한 가공공정, 접합공정 및 검사공정을 자동화하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
가공로봇이 탄소섬유복합재 거치부에 거치된 상기 탄소섬유복합재를 가공지그로 이송시키는 단계; 및
자동공구교환장치가 상기 가공로봇의 툴을 교체하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에,
이송로봇이 상기 가공된 탄소섬유복합재를 상기 검사장치로 이송시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b1) 상기 검사장치가 상기 가공된 탄소섬유복합재의 가공결합을 검사하는 단계;
(b2) 상기 검사장치가 상기 검사된 탄소섬유복합재의 가공결함 여부를 판단하는 단계; 및
(b3) 상기 검사된 탄소섬유복합재에 가공결함이 미발생한 경우, 이송로봇이 상기 검사된 탄소섬유복합재를 상기 접착모듈로 이송시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
(b4) 상기 검사된 탄소섬유복합재에 가공결함이 발생한 경우, 상기 검사장치가 가공결함신호를 생성하여 제어부로 전송하는 단계; 및
(b5) 상기 이송로봇이 상기 제어부의 제어에 의해 상기 가공결함이 발생한 탄소섬유복합재를 가공결함 거치부로 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기 이송로봇이 금속 거치부에 거치된 상기 금속을 상기 접착모듈로 이송시키는 단계;
(c2) 상기 접착모듈이 상기 가공결함이 미발생한 탄소섬유복합재와 상기 금속에 상기 접착제를 도포하는 단계; 및
(c3) 상기 이송로봇이 상기 접착제가 도포된 탄소섬유복합재와 금속을 접합지그로 이송시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제8 항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
(e1) 이송로봇이 상기 접합된 탄소섬유복합재와 금속을 상기 검사장치로 이송시키는 단계;
(e2) 상기 검사장치가 상기 접합된 탄소섬유복합재와 금속인 이종재료의 접합부에 대한 접합결함을 검사하는 단계; 및
(e3) 상기 이종재료의 접합부에 접합결함이 미발생한 경우, 상기 이송로봇이 상기 검사된 이종재료를 이종재료 거치부로 이송시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
- 제14 항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
(e4) 상기 이종재료의 접합부에 접합결함이 발생한 경우, 상기 검사장치가 접합결함신호를 생성하여 제어부로 전송하는 단계; 및
(b5) 상기 이송로봇이 상기 제어부의 제어에 의해 상기 접합결함이 발생한 이종재료를 접합결함 거치부로 이송시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇워크셀형 이종재료 가공 및 접합 시스템의 제어방법.
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- 2020-11-04 KR KR1020200145993A patent/KR102429254B1/ko active IP Right Grant
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