KR0143956B1 - 센서 광축 보정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계측센서에 광축조정기구를 설치하지 않고, 계측센서의 광축의 어긋남에 대해 계측센서의 계측결과를 자동적으로 보정할 수 있는 센서광축 보정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명에 따른 센서광축 보정장치에 있어서는 광축보정 데이터 기입시에는 계측센서(20)를 조정용치구(22)의 치구본체(42)에 결합하고, 조정용치구(22)의 가동테이블(43-45)과 수광센서(21)를 작동시켜 치구위치정보와 수광위치정보를 좌표변환 매트릭스작성부(27)에 취입하고, 여기서 이들 위치정보에 따라 계측센서(20)의 수광 위치 및 방향을 산출하며, 또한 광축의 어긋남을 보정하기 위한 좌표변환 매트릭스 (A)를 작성한 후, 이 매트릭스 데이터(A)를 계측센서(20)내의 불휘발성 메모리(23)에 격납한다. 한편, 실제의 계측시에는 계측센서(20)를 계측장치(30,로봇의 아암부)에 결합하여 상기 불휘발성 메모리(23)에 격납되어 있는 데이터(A)를 이용한 좌표변환에 의해 계측센서(20)의 계측결과(X)를 보정한다.

Description

센서 광축 보정장치

제1도는 본 발명의 일상시예를 나타낸 블록도이다.

제2도는 상기 실시예의 구체적인 장치예를 나타낸 도면이다.

제3도는 상기 실시예에 따른 광축 보정데이타 기입시의 동작흐름도이다.

제4도는 상기 실시예에 따른 실제 계측시의 동작 흐름도이다.

제5도는 비접촉식 패널계측장치의 개략구성도이다.

제6도는 계측센서의 부분을 나타낸 개략도이다.

제7도는 종래의 공축조정의 한 방법을 나타낸 도면이다.

제8도는 종래의 광축조정기구의 일례를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20:계측센서 21:수광센서(수광수단)

22:조정용 치구(이동수단) 23:불휘발성 메모리(기억수단)

27:좌표변환 매트릭스 작성부(연산수단) 32:계측 컨트롤러(보정수단)

본 발명은 센서광축 보정장치에 관한 것으로, 특히 계측센서에 광축조정기구를 설치하지 않고 자동적으로 광축의 어긋남에 관계되는 보정을 행할 수 있도록 한 것이다. 최근, 레이저광을 이용한 비접촉식 계측장치가 보급되어 여러분야에서 사용되고 있다. 제5도는 예를들어 자동차의 패널부품의 형상을 측정하는 패널계측장치의 일레를 나타낸 것이다. 이 패널계측장치(1)는 계측센서(2)가 결합된 계측장치 본체(3)와, 계측센서(2)를 포함하여 계측장치 본체(3)를 제어하는 계측 컨트롤러(4)와, 계측센서(2)의 계측결과를 통계처리하는 계측데이타 통계처리장치(5)로 구성되어 있다. 계측센서(2)는 예를들어 제6도에 도시한 바와 같이 레이저광원(6)과 검출기(7, 수광소자등)를 가지며, 로봇의 아암부(8)에 결합되어 있다. 이 경우, 계측센서(2)의 레이저광원(6)으러부터 조사된 레이저광은 패널부품(9)의 표면에서 반사되어 계측센서(2)의 검출기(7)에 수광되게 되어 있다.

그런데, 이러한 계측장치에 있어서는 계측결과의 정도(精度)를 확보하기 위해 계측센서(2)의 레이저광의 광축을 미리 결정된 위치와 방향이 되도록 조정하는 것(즉,광축조정)이 극히 중요하다. 종래, 이러한 광축조정은 광축조정용 치구와 센서상의 광축조정기구를 이용하여 행해지고 있었다.

예를들어 제7도에 도시한 바와 같이, 치구(10)상에 계측센서(2)를 위치결정핀 등으로 정확하게 위치결정 고정한 후, 계측센서(2)의 광축이 지나야 할 위치에 핀홀을 가지는 핀홀 플레이트(11)를 가이드바 (12)를 따라 전후로 이동시키고, 계측센서(2)에 설치된 광축조정기구에 의해 레이저광이 항상 핀홀을 통과하도록 조정한다. 그리고, 모든 계측센서(2)의 광축을 일정하게 조정한 상태에서 이들을 계측장치본체(3)에 결합하고 있었다.

제8도에는 계측센서(2)에 설치된 광축조정기구의 일례를 도시하고 있다. 이 광축조정기구는 수직방향의 어긋남을 수정하기 위한 한쌍의 조정나사(13,13)와, 수평방향의 어긋남을 수정하기 위한 다른 한쌍의 조정나사(14,14)와, 계측센서(2)의 본체를 결합하는 블라켓(15)으로 되어 있다.

이 광축조정기구에 의한 광축조정순서의 일례는 다음과 같다. 광축의 어긋남은 일반적으로 수직방향의 어긋남과 수평방향의 어긋남을 조합하여 발생하므로 한쪽 방향씩 수정한다. 수직방향의 어긋남은 조정나사(13),(13)에 의해, 수평방향의 어긋남은 정정나사(14),(14)에 의해 각각 행한다. T자 블록을 각각 가까운 거리와 먼 거리에 두고 블록상의 방안(方眼) 눈금의 어느 위치에 레이저광이 닿는가를 본다. 이들 2점의 스포트가 닿는 쪽을 보고 광축이 어떻게 어긋나고 있는가를 판단한다. 그리고 나서 수직방향의 어긋남과 수평방향의 어긋남의 조정을 각각 행하는데, 어느 쪽이라도 우선 광축을 평행으로 한다. 즉, 수직방향의 어긋남의 수정을 예로들면, T자 블록을 가까운 거리에 두고 프론트(F)측의 조정나사(13)를 조정하여 T자 블록을 원거리에 두었을때와 거의 동일 높이로 스포트가 닿도록 조정한 후, T자 블럭을 재차원거리로 이동하여 스포트의 높이가 일정함을 확인한다. 이때, 조정나사 (13)의 체결량이 너무 크면 플랜저(16)가 허용하는 한도껏 내려가 움직이지 않게 되어 버리므로(제8B도 참조), 프론트(F)측과 리어(R)측의 양방향의 조정나사(13),(13)를 돌려 적당한 위치까지 브라켓(15) 전체를 올린다. 이로써 평행해졌으므로 다음에 스포트가 목표높이로부터 몇㎜ 어긋나 있는지를 눈금으로부터 독취하며, 조정나사의 피치를 고려하여 양방향의 조정나사(13),(13) 모두 그 어긋난 분량만큼 상하로 움직인다. 이로써 거의 평행해져 있으므로 이상 설명한 작업을 더 반복하여 미세 조정을 행한다. 이렇게 하여 수직방향 및 수평방향의 어긋남의 조정을 종료하면 볼트를 체결하여 블라켓(15)을 고정한다.

그러나, 이러한 종의 장치에 있어서는 광축의 어긋남 보정에 관해 미리 광축조정용 치구와 센서상의 광축조정기구에 의해 계측센서(2)의 광축을 일정 위치와 방향으로 조정한 후 이 광축조정된 계측센서(2)를 계측장치 본체(3)에 결합하는 방법이므로, 계측센서(2)에 광축조정기구를 설치할 필요가 있르며, 그 때문에 계측센서(2)의 구조가 복잡해질 뿐만아니라, 광축조정용 치구와 센서상의 광축조정기구에 의한 광축조정작업에는 상기와 같이 상당한 품이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 계측센서에 광축조정기구를 설치하지 않고, 계측센서의 광축의 어긋남에 대해 계측센서의 계측결과를 자동적으로 보정할 수 있는 센서광축 보정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피측정물에 광을 조사하는 계측센서; 독립된 좌표계를 가지며, 상기 계측센서로부터의 광을 수광하여 상기 좌표계에 대한 광의 수광위치정보를 검출하는 수광수단; 위치검출기를 가지며, 상기 수광수단을 상기 계측센서에 대해 이동시켜 상기 위치검출기에 의해 그 수광수단의 이동위치정보를 검출하는 이동수단; 상기 수광수단이 상기 이동수단에 의해 복수개소의 위치로 이동되어 그 각 위치에서 상기 수광수단에 의해 검출되는 상기 수광위치정보 및 상기 위치검출기에 의해 검출되는 이동위치정보에 따라 상기 계측센서에 광축의 어긋남을 보정하는 데이타를 연산하는 연산수단; 상기 계측센서에 내장되어 상기 연산수단의 연산결과를 기억하는 기억수단; 상기 기억수단에 기억되어 있는 광축보정 데이타에 따라 상기 계측센서의 게측결과를 보정하는 보정수단;을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명에 있어서, 이동수단은 수광수단을 적당산 위치에 이동시키고 내장된 위치검출기르 통해 그 이동위치정보를 검출한다. 수광수단은 독립된 좌표계를 가지며 상기 위치에서 계측센서로부터의 광을 수광하여 그 좌표계에 대한 수광위치정보를 검출한다. 연산수단은 이동수단이 검출한 위치정보와 수광수단이 검출한위치정보를 예를들어 복수조 취입한 후, 이들 위치정보에 따라 계측센서의 광축 어긋남을 보정하는 데이터를 연산한다. 이 연산결과는 계측센서에 내장되어 있는 기억수단에 격납된다. 그후, 이 계측센서를 계측장치에 결합하여 실제로 계측을 행하는 경우에 있어서, 보정수단은 계측센서의 기억수단에 기억되어 있는 광축보정 데이터에 따라 계측센서의 계측결과를 보정한다. 이에 따라 계측센서의 광축에 어긋남이 있더라도 종래와 같이 계측센서에 대한 광축조정작업을 행하지 않고, 광축의 어긋난 분량만큼 계측센서의 계측결과를 자동적으로 보정할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 종래와 같이 계측센서의 광축을 일정위치와 방향으로 조정하지 않고, 소정의 검출결과에 따라 계측센서의 광축보정 데이터를 연산하여 그 연산결과를 계측센서에 보유시키는 한편, 그 보유 데이터에 따라 실제의 계측결과를 보정하도록 했으므로, 계측센서상의 광축조정기구가 불필요해지며, 계측센서의 간소화를 꾀할수 있음과 동시에, 작업자에 의한 광축조정작업의 품을 줄일 수 있고,

자동화와 함께 광축의 어긋남에 관계되는 보정을 극히 단시간에 정도높게 행할 수 있게 된다. 이하, 본 발명의 이실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 블록도, 제2도는 그 구체적인 장치예를 나타낸 도면, 제3도는 광축보정 데이터 기입시의 동작 흐름도, 제4도는 실제 계측시의 동작 흐름도이다.

제1도에 도시한 광축보정장치는 계측시에 레이저광 등의 광을 피측정물에 조사하는 계측센서(20)와, 독립된 좌표계를 가지며 계측센서(20)로부터의 광을 수광하여 상기 좌표계 상에서의 그 광의 수광위치정보를 검출하는 수광수단으로서의 수광센서(21)와, 계측센서(20)을 결합 고정하는 한편 수광센서(21)를 XY방향으로 이동시켜 이 위치정보를 검출하는 이동수단으로서의 조정용치구(22)를 가지며, 계측센서(20)에는 후술하는 광축보정체이타로서의 매트릭스 데이터가 격납되는 기억수단으로서의 불휘발성 메모리(23)가 내장되어 있다. 계측센서(20)에는 이를 제어하는 계측센서 건트롤러(24)가 접속되고, 수광센서(21)에는 이를 제어하는 수광센서 컨트롤러(24)가 접속되며, 또한 조정용치구(22)에는 이를 제어하는 치구 컨트롤러(26)가 접속되어 있다. 수광센서 컨트롤러(25)와 치구 컨트롤러(26)에는 이들로부터 각각 수광위치정보와 치구위치정보를 취입하여 광축보정 데이터로서의 센서좌표계의 센서 결합면의 좌표계에 대한 좌표변환 매트릭스를 작성하는 연산수단으로서의 좌표변환 매트릭스 작성부(27)가 접속되어 있다. 이 좌표변환 매트릭스 작성부(27)에서 작성된 좌표변환 매트릭스의 데이터는 기입 처리부(28)를 개재시켜 계측센서(20)내의 불휘발성 메모리(23)에 격납되도록 되어 있다.

이 구체적인 장치예를 제2도에 도시하고 있다. 제2도에 도시한 바와 같이, 계측센서(20)는 레이저광원(40)과 수광소자 등의 검출기(41)를 가지며, 또한 여기서는 도시하지 않았지만 상기 불휘발성 메모리(23)를 내장하고 있다. 그러나, 종래의 계측센서와 같이 광축조정기구는 일체 구비되어 있지 않다.

또한, 조정용치구(22)는 L자형 치구본체(42)와, 이 치구본체(42)상에 X방향으로 이동 가능하게 설치된 제1테이블(43)과, 이 제1테이블(43) 상에 Y방향으로 이동 가능하게 설치된 제2테이블(44)과, 이 제2테이블(44)상에 회전 가능하게 설치된 원판형의 제3테이블(45)로 되어 있다. 제1내지 제3테이블(43)(44)(45)는 가동테이블이며, 각각 서보모터(46)(47)(48)와 감속기 (49)(50)(51)에 의해 구동되도록 되어있다. 이들 3개의 서보모터(46~48)에는 각각 서보 드라이버 (52)(53)(54)가 접속되어 있다. 또한, 각 서보모터(46-48)에는 인코더등의 위치검출기(미도시)가 결합되어 있다. 수광센서(21)는 제3테이블(45)상에 결합되어 있다. 또한, 계측센서(20)의 광축을 측정하여 그 광축보정 데이터를 불휘발성 메모리(23)에 기입할 때, 계측센서(20)는 치구본체(42)상의 적당한 위치에 결합된다.

또한, 상기 계측센서 컨트롤러(24), 수광센서 컨트롤러(25), 치구 컨트롤러(26),좌표변환 매트릭스 작성부(27) 및 데이터 기입처리부(28)는 일체화되어 하나의 통합 컨트롤러를 구성하고 있다. 또한, 이 통합 컨트롤러(55)에는 이 시스템을 조작하기 위한 조작패널(56)이 접속되어 있다.

한편, 제1도에 도시한 바와 같이 실제로 계측을 행할 때 계측센서(20)내의 불휘발성 메모리(23)에 격납되어 있는 데이터를 독취하기 위한 인터페이스부(31)가 설치되며, 이 인터페이스부(31)에는 계측장치(30)를 제어하는 보정수단으로서의 계측 컨트롤러(32)가 접속되어 있다.

다음, 이상과 같이 구성된 본 장치의 동작에 대해서 제3도와 제4도의 흐름도에 따라 설명한다.

우선, 제3도를 참조하여 광축보정 데이터 기입시의 동작을 설명한다. 이 경우에는 계측센서(20)를 조정용치구(22)의 치구본체(42)상에 설치한다. 이 상태에 있어서, 조작패널(56)의 기동 스위치가 온(on)되면, 치구 컨트롤러(26)는 서보 드라이버(52-54)를 개재시켜 각 서보모터(46-48)에 제어신호를 보내 각 테이블(43-45)를 구동하고,이들을 소정위치로 이동시켜(S1) 그때의 각 테이블(43-45)의 위치정보를 인코더로부터의 신호형태로 입력한 후, 소정의 신호처리를 행하여 테이블 위치정보로서 좌표변환 매트릭스 작성부(27)로 송출한다(S2). 그후, 계측센서 커트롤러(24)는 계측센서(20)에 제어신호를 보내 계측센서(20)를 작동시켜 레이저광원(40)으로부터 레이저광을 발사시킨다(S3). 이 레이저광은 수광센서(21)에 의해 수광되며, 수광센서 컨트롤러(25)는 그 수광위치정보를 수광센서(21)로부터의 신호형태로 입력한 후, 소정의 신호처리를 행하여 수광위치정보로서 좌표변환 매트릭스 작성부(27)에 송출한다(S4). 그리고, 이상의 동작을 소정횟수만큼 반복한다(S5). 이횟수는 한곳에서의 테이블위치정보와 수광위치정보를 1세트로 하고, 계측센서(20)의 광축의 위치저보를 취득할 수 있조록 적당한 복수의 값으로 설정되어 있다.

또한, 복수조의 위치정보를 취득하는 방법은 본 실시예의 것에 한정되는 것은 아니고, 예를들어 계측센서(20)을 작동시킨채 각 테이블(43-45)를 이산적 또는 연속적으로 이동시켜, 테이블 위치정보의 검출과 수광위치정보의 검출 상이의 타이밍을 위하는 등의 방법이라도 좋다.

소정 세트수의 위치정보(테이블 위치정보와 수광위치정보)가 입력되면, 좌표변환 매트릭스 작성부(27)는 복수조의 테이블 위치정보와 수광위치정보에 따라 계측센서(20)의 광축위치와 방향을 산출하고(S6), 이 산출결과에 따라 센서좌표계의 센서결합면의 좌표계(계측장치(30)에 결합된 경우에는 로봇 아암의 좌표계가 된다)에 대한 좌표변환 매트릭스(A)를 작성한다(S7). 센서좌표계는 광축을 기준으로 하고 있으므로 광축에 어긋남이 있으면 계측결과의 정도가 저하되지만, 상기와 같이 광축의 어긋난 분량을 보정하는 좌표변환 매트릭스(A)를 작성함으로써 후술하는 바와 같이 좌표변환 처리를 행함으로써 간단히 계측센서(20)의 계측결과를 광축의 어긋난 분량만큼 보정할 수 있게 된다. 스텝7에서 좌표변환 매트릭스(A)가 작성되면 이 매트릭스 데이터는 데이터 기입처리부(28)를 개재시켜 계측센서(20)내의 불휘발성 메모리(23)에 기입된다(S8). 이상의 동작은 필요한 모든 계측센서(20)에 대해서 실행된다. 그 결과로서 각각의 계측센서(20)는 자신의 광축 어긋남을 보정하는 고유의 매트릭스 데이터(A)를 보유하게 된다.

다음, 제4도를 참조하여 실제 계측시의 동작을 설명한다. 이경우에는 매트릭스 데이터(A)가 격납된 계측센서(20)를 계측장치(30), 구체적으로는 예를들어 로봇의 아암부(8)에 결합한다(제6도 참조). 이 상태에 있어서 실제의 계측이 개시되면, 계측장치(30)의 계측컨트롤러(32)는 계측센서(20)를 작동시켜 레이저광을 피측정물에 조사하여 그 반사광을 수광하여 얻은 게측결과(좌표값) X를 입력함과 동시에 (S9), 계측센서(20)내의 불휘발성 메모리(23)에 격납되어 있는 좌표변환 매트릭스(A)를 개재시켜 취입한다(S10). 이때의 계측결과(X)는 센서좌표계에서의 것이다. 그리고, 상기 계측결과(X)를 좌표변환 매트릭스(A)에 입각하여 다음식 (1)에 따라 센서좌표계로부터 로봇 아암 좌표계의 좌표값(XA)으로 변환한다(S11). 이에 따라 계측센서(20)의 광축의 어긋남이 보정된다.

XA=AX:(1)

그리고나서, 로봇 아암 좌표계로부터 로봇 좌표계로의 좌표변환 매트릭스(R)에 입각하여 다음식 (2)에 따라 로봇 아암좌표계의 좌표값(XA)를 로봇 좌표값(XR)로 변환한다(S12). 여기서, 좌표변환 매트릭스(R)는 로봇의 각축의 변위(J1,J2,...Jｎ)(ｎ축 로봇의 경우)에 따라 그때마다 자동적으로 작성되로록 되어 있다.

XR=RXA:(2)

그리고나서, 로봇 좌표계로부터 작업물 좌표계로의 좌표변환 매트릭스(w)에 입각하여 다음식 (3)에 따라 로봇 좌표계의 좌표값(XR)을 작업물 좌표계의 좌표값(XW)으로 변환한다(S13). 여기서, 좌표변환 매트릭스(W)는 피측정물인 작업물 고정시에 눈금측정에 의해 작성된다.

XW=WXR:(3)

그리고나서, 스텝13의 변환결과를 데이터 해석 처리부에 전송하여(S14), 계측장치(30)에 있어서의 소정의 연산처리에 제공한다.

따라서, 본 실시예에 따르면 계측센서(20)를 조정용치구(22)에 결합하여 자동적으로 광축의 위치 및 방향을 측정하여 광축의 어긋남을 보정하기 위한 좌표변환 매트릭스(A)를 작성하고, 또한 그 매트릭스(A)의 데이터를 계측센서(20)내의 불휘발성 메모리(23)에 격납하고, 한편 실제로 계측할 때에는 격납되어 있는 데이터(A)를 이용한 좌표변환에 의해 계측센서(20)의 계측결과(X)를 보정하도록 하였으므로, 종래와 같이 계측센서에 복잡한 광축조정기구를 설치할 필요가 없어져 계측센서의 구조를 간단히 할 수 있다. 또한, 종래와 같이 작업자가 광축조정작업을 행할 필요가 없어져 조정작업의 품을 줄일 수 있을 뿐 아니라. 자동화에 의해 극히 단시간에 정도높은 보정을 행할 수 있게 된다.

그리고, 개개의 계측센서(20)마다 자신의 광축의 어긋남을 보정하기 위한 고유의 매트릭스 데이터(A)를 보유시켜 그 데이터를 계측센서(20)자신으로부터 취입하도록 했으므로, 계측센서(20)를 어느 계측장치(30)에 결합하더라도 특별한 조작을 필요로 하지 않게 되어 사용상의 편리함이 상당히 향상된다.

Claims (3)

1. 피측정물에 광을 조사하는 계측센서와; 독립된 좌표계를 가지며, 상기 계측센서로부터의 광을 수광하여 상기 좌표계에 대한 광의 수광위치정보를 검출하는 수광수단; 위치검출기를 가지며, 상기 수광수단을 상기 계측센서에 대해 이동시켜 상기 위치검출기를 가지며, 상기 위치검출기에 의해 그 수광수단의 이동위치정보를 검출하는 이동수단; 상기 수광수단이 상기 이동수단에 의해 복수개소의 위치로 이동되어 그 각 위치에서 상기 수광수단에 의해 검출되는 상기 수광위치정보 및 상기 위치검출기에 의해 검출되는 이동위치정보에 따라 상기 계측센서의 광축의 어긋남을 보정하는 데이터를 연산하는 연산수단; 상기 계측센서에 내장되어 상기 연산수단의 연산결과를 기억하는 기억수단; 상기 기억수단에 기억되어 있는 광축보정 데이터에 따라 상기 계측센서의 계측결과르 보정하는 보정수단;을 가지는 것을 특징으로 하는 센서광축 보정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동수단은, 상기 수광수단을 소정의 평면내에서 이동/회전시킴으로써 상기 계측센서에 대한 상기 수광수단의 위치와 방향을 변경시켜 내장된 위치검출기에 의해 상기 수광수단의 위치정보를 검출하는 것을 특징으로하는 센서광축 보정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 이동수단은, 상기 계측센서를 지지하는 치구본체와, 상기 치구본체 상에 XY방향 중 한쪽 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1테이블과, 상기 제1테이블 상에 XY방향 중 다른 한쪽 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2테이블과 상기 수광수단을 지지하며 상기 제2테이블 상에 회전 가능하게 설치된 원판상의 제3테이블과, 상기 제1테이블, 제2테이블 및 제3테이블을 각각 구동하며 내장된 위치검출기에 의해 대응하는 테이블의 위치정보를 검출하는 구동수단을 가지는 것을 특징으로 하는 센서광축보정장치.