KR0155744B1

KR0155744B1 - 위치보정기능을 갖는 조립용 로보트 및 이를 이용한 조립생산시스템

Info

Publication number: KR0155744B1
Application number: KR1019930022234A
Authority: KR
Inventors: 송경섭
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 1998-12-15
Also published as: KR950011065A

Abstract

본 발명은 기구적인 부품을 집어 올려(pick-up)하여 서브어셈블리(VTR데크, 캠코더 데크등)를 조립하는 위치보정기능을 가지는 조립용 로보트 및 이를 이용한 조립 생산시스템에 관한 것으로, 카메라를 통해 부품화상신호를 입력하여 부품픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치와 위치보정데이타를 입력하여 부품을 정확히 픽업하도록 제어신호를 출력하는 로보트제어기와 로보트제어기의 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체를 구비한다.

Description

위치보정기능을 갖는 조립용 로보트 및 이를 이용한 조립생산시스템

제1도는 본 발명에 의한 조립생산시스템을 개략적으로 도시한 측면도이고,

제2도는 제1도의 시스템과 로보트의 작업영역을 개략적으로 도시한 평면도이고,

제3도는 본 발명에 의한 화상인식장치를 가지는 조립용 로보트의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고,

제4도는 제3도의 장치가 수행하는 부품픽업 및 조립 동작의 흐름을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 로보트몸체 2 : 로보트제어기

3 : 비젼시스템 4 : 모니터

5 : PLC 6 : 조립체 컨베어

7 : 카메라 8 : 터릿헤드

9 : 터릿헤드구동모터 10 : 작업핸드

11 : 부픔 트레이 12 : 상태표시램프

13 : 통신케이블 14 : 카메라 케이블

16 : 작업영역 17 : 트레이 이송컨베어

18 : 부품트레이 위치 19 : 작업대상물 위치결정유니트

20 : 트레이 위치결정유니트 20 : 트레이 위치결정유니트

21 : 트레이감지센서 24 : 로보트 제1축

25 : 로보트제2축 26 : 로보트 제3 및 4축

27 : 로보트 고정축 28 : 조명장치

30 : 화상인식장치

본 발명은 기구적(mechanical)인 부품(나사, 플레이트등 이하 부품이라 한다)을 집어 올려(pick-up)하여 서브어셈블리(테이프레코더, VTR데크, 캠코더 데크등)를 조립하는 조립용 로보트 및 이를 이용한 조립생산시스템에 관한 것으로, 특히 화상인식장치를 이용하여 부품의 상태를 검사하고, 부품의 위치를 계산하여 위치를 보정하는 기능을 갖는 조립용로보트 및 이를 이용한 조립 생산시스템에 관한 것이다.

종래의 조립 생산시스템은 정밀한 메카부품을 조립하는 조립용로보트, 제1카메라, 제2카메라 및 제3카메라를 구비하여 제1카메라로 부품용 트레이(Tray)를 촬용하여 부품의 유무 및 상태를 판단하여 로보트에 전송하고, 제2카메라와 제3카메라는 로보트의 핸드(HAND)에 변형이 발생하면 이를 원래 상태로 복구하도록 하였다. 따라서 정렬된 부품이 담긴 트레이(Tray)가 부품 이송컨베어에 의해 이송되어 오면, 부품 이송컨베어를 감시하는 프로그래머블 로직콘트롤러(PLC)가 이를 감지하여 조립용 로보트에 부품트레이에 대한 정보를 제공한다. 조립용로보트는 부품정보를 인지하면, 트레이를 잡아와 작업영역의 정해진 위치로 옮겨놓고, 제1카메라를 이용하여 트레이에 담긴 부품의 상태를 파악하여 트레이에 정확히 놓인 부품만을 픽업한다. 조립대상물이 조립체 이송컨베어에 의해 이송되어 오면, 조립용 로보트는 픽업한 부품을 조립대상물에 조립한다. 조립이 완료되면, 조립용 로보트는 조립대상물을 배출시키고, 트레이상에 정확히 위치한 다음 부품을 픽업하여 다음 조립대상물이 이송되어 올 때까지 대기한다.

이러한 종래의 조립 생산시스템 및 조립용 로보트는 부품위치보정 기능이 없었기 때문에 카메라에 의해 트레이상의 부품의 상태를 판단하여 부품이 트레이상에 정확하게 놓여있을 경우에만 작업이 가능하였다. 만일 부품이 트레이상에 정확히 놓여있지 않으면, 이를 건너띄어(스킵하여) 부품손실을 유발하였고, 이에 따라 트레이 교체가 빈번하여 시간손실을 가져왔었다. 또한, 학습(teaching)에 의해 부품을 픽업해야 하므로 트레이를 부품의 형상과 동일하게 가공하여 부품의 유동을 최대한 억제해야만 부품을 픽업할 수 있었기 때문에 트레이를 가공하기가 어려운 문제점이 있었다. 특히, 복잡한 형상의 부품일 경우에는 트레이 가공이 더욱 곤란하고, 부품 자동정렬장치에 의한 부품 공급이 어려운 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 화상인식장치를 통해 부품의 상태를 검사하고, 부품의 위치를 자동으로 보정하는 기능을 가지는 조립용 로보트를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 화상인식장치를 통해 부품의 상태를 검사하고, 부품의 위치를 자동으로 보정할 할 수있는 조립용 로보트를 이용한 조립 생산시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 화상인식장치를 통해 부품의 상태를 검사하고, 부품의 위치를 자동으로 보정하는 기능을 가지는 조립용 로보트의 부품픽업 및 조립방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 카메라를 통해 부품화상신호를 입력하여 부품픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치 : 상기 위치보정데이타를 입력하여 부품을 정확히 픽업하도록 제어신호를 출력하는 로보트제어기 : 및 상기 로보트제어기의 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 시스템은 컨베어제어신호를 출력하는 컨베어제어장치: 상기 컨베어제어신호에 따라 부품 트레이를 이송하는 부품 이송컨베어시스템: 상기 컨베어제어신호에 따라 조립대상물을 이송하는 조립체 이송컨베어시스템: 카메라를 통해 부품화상신호를 입력하여 부품픽업 위치를 계산하여 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치: 상기 위치보정데이타를 입력하고 상기 컨베어제어장치와 통신하여 부품을 정확히 픽업하도록 제어신호를 출력하는 로보트제어기 : 및 상기 로보트제어기의 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은 위치보정데이타를 입력하여 제어신호를 출력하는 로보트제어기와 상기 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체와 상기 로보트몸체에 위치한 카메라를 통해 부품화상신호를 입력하여 픽업위치를 계산하여 상기 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치를 구비한 조립용 로보트의 부품픽업 및 조립방법에 있어서,

상기 로보트제어기가 작업할 부품의 위치를 계산하여 상기 부품의 상공으로 상기 카메라를 이송하는 카메라 이송단계 : 상기 로보트제어기의 촬상명령에 따라 화상인식장치가 부품을 촬상하는 부품촬상단계 : 상기 로보트제어기의 부품처리명령에 따라 상기 촬상된 화면의 픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 산출하는 보정데이타 산출단계 : 상기 보정데이타를 입력하고 부품의 상태를 검사하여 양호하면 상기 보정위치로 작업핸드를 이송하여 부품을 픽업하는 부품픽업단계 : 및 상기 픽업된 부품을 작업대상물에 조립하는 조립단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

이어서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 의한 조립 생산시스템을 개략적으로 도시한 측면도로서, 로보트몸체(body)(1), 로보트제어기(controller)(2), 비젼시스템(3), 모니터(4), PLC(5), 조립체 이송콘베어(6), CCD카메라(7), 터릿헤드(Turret Head)(8), 터릿헤드구동모터(9), 작업핸드(HAND)(10), 부품적재 트레이(11), 상태표시램프(12), RS-232C통신 케이블(13) 및 카메라신호선(14)을 구비한다. 제1도에 있어서, 매우 정밀한 메카부품을 조립하는 조립용 로보트몸체(1)의 2축 선단에 카메라(7)를 부착하여 카메라(7)로부터 입력된 화상신호를 비젼시스템(3)으로 보낸다. 비젼시스템(3)은 내부의 알고리즘에 따라 카메라(7)로부터 입력된 화상신호를 분석하여 로보트 제어기(2)로 통신케이블(13)을 이용하여 보정위치정보를 전송하여 조립용 로보트의 몸체(1)를 구동한다. 조립체이송컨베어(6)는 PLC(이하 컨베어제어장치라고도 한다)(5)의 제어에 따라 조립대상물을 로보트의 작업공간으로 이송한다. PLC(5)는 부품 및 조립체 컨베어시스템의 이송을 제어하여 필요에 따라 로보트제어기(2)와 통신한다. 모니터(4)는 비젼시스템(3)이 포착한 영상과 동작상태를 표시하고, 상태표시램프(12)는 로보트시스템의 동작상태를 표시하여 비상시 이를 운용자에게 알린다.

제2도는 본 발명에 의한 조립 생산시스템과 로보트의 작업영역을 개략적으로 도시한 평면도이다. 제2도에 있어서, 화살표방향은 부품 이송컨베어시스템(17)과 조립체 이송컨베어시스템(6)의 이동방향을 나타낸다. 로보트 작업영역(16)은 로보트의 핸드(제1도의 10)가 작업가능한 공간영역으로서, 로보트의 중심축(22)으로부터 조립체 이송콘베어(6)측의 전면으로 하여 뒷부분이 잘린 도넛츠형을 하고 있다. 작업영역(16)은 부품 트레이의 이송을 위하여 부품 이송컨베어(19)의 트레이 위치결정유니트(20)를 포함하고 있다. 부품 이송컨베어(17)는 부품 트레이를 이송하고, 트레이 위치결정유니트(20)와 트레이 감지센서(21)로부터 PLC(제1도의 5)가 트레이의 위치정보를 인지하여 로보트 제어기(제1도의 2)로 전달한다. 조립체 이송컨베어(6)는 조립대상물을 이송하고, 작업대상물 위치결정유니트(19)에 의해 작업위치를 알 수 있다. 트레이는 로보트의 작업핸드(제1도의 10)에 의해 부품 이송컨베어(17)로부터 트레이를 놓은 특정 위치(18)로 이동되고, 부품을 다 사용한 트레이는 다시 부품 이송컨베어(17)로 이동된다.

제3도는 본 발명에 의한 조립용 로보트의 구성을 도시한 구성도로서, 로보트몸체(1), 로보트 제어기(2), 화상인식장치(30)을 구비한다. 로보트 몸체(1)는 고정축(27), 제1축(24), 제2축(25), 제3 및 4축(Z축 및 회전축)(26), 터릿헤드(8), 작업핸드(10)를 구비하여 로보트 제어기(2)의 구동명령에 따라 작업공간내에서 부품트레이를 픽업하여 이동시키고, 트레이내의 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립한다. 한편 본 발명의 주안점인 위치보정을 위한 화상인식장치(30)은 카메라(7)와 비젼시스템(3)과 모니터(4)를 구비한다. 카메라(7)는 로보트몸체(1)의 2축(25)의 선단에 부착되어 부품을 촬상하여 화상신호를 케이블(14)을 통해 비젼시스템(3)으로 출력하고, 비젼시스템(3)은 로보트제어기(2)의 촬상명령에 따라 촬상된 부품 화상신호를 이치화한 후 계산 알고리즘에 따라 계산하여 부품의 상태와 위치정보를 로보트 제어기(2)로 RS-232C통신 케이블(13)을 통해 출력한다. 또한 비젼시스템(3)은 모니터(4)로 부품화면을 보여주거나 시스템의 동작상태를 표시한다. 로보트 제어기(2)는 조립체 및 부품 이송컨베어시스템(제2도의 6, 17)을 제어하는 PLC(제1도의 5) 및 비젼시스템(3)과 통신하면서 로보트몸체(1)와 조명장치(28)를 제어한다. 로보트제어기(2)의 'a'포트는 티칭펜던트(teaching pendant)용 포트이고, 'b'포트는 프로그램 콘솔용 포트이고, 'c'포트는 비젼시스템(3)과 연결되는 포트이다.

제4도는 제3도의 장치에 의한 부품픽업 및 조립 동작 흐름을 도시한 흐름도로서, 로보트제어기(2)가 작업할 부품의 위치를 계산하여 부품의 상공으로 카메라(7)를 이송하는 카메라 이송단계(S20)와 로보트제어기(2)의 촬상명령에 따라 부품을 촬상하여 저장하는 부품촬상단계(S21)와 로보트제어기(2)의 부품처리명령에 따라 촬상된 화면의 픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 산출하는 보정데이타 산출단계(S22)와 촬상화면으로부터 부품의 상태를 검사하여 양호하면 보정위치로 작업핸드(10)를 이송하여 부품을 픽업(pick-up)하는 부품픽업단계(S23)와 픽업된 부품을 작업대상물에 조립하는 조립단체(S24)를 구비한다.

제4도에 있어서, 카메라 이송단계(S20)는 제1단계(S1)부터 제5단계(S5)로 구성된다. 제1단계(S1)는 로보트와 비젼시스템을 가동시키면 로보트 및 비젼시스템이 초기화 상태로 되고, 프로그램 데이타부에 기억되어 있는 부품의 정보(예를 들면, 원형물체, 회전보정체, 위치보정체등)를 읽어들이는 시스템초기화단계이다. 제2단계(S2)는 로보트제어기(2)에서 트레이내의 픽업할 부품의 위치를 계산한다. 제3단계(S3)에서는 트레이내의 부품을 전부 사용하였는가를 판단하는 단계이고, 전부 사용하였으면 제4단계(S4)로 진행하여 부품 트레이를 교환한 후 제2단계(S2)로 돌아간다. 제5단계에서는 계산된 부품의 상공으로 로보트몸체(1)의 2축 선단에 부착된 카메라(7)의 중심위치를 이동한다.

부품 촬상단계(S21)는 제6단계(S6)와 제7단계(S7)를 포함하여 구성된다. 제6단계(S6)에서는 로보트제어기(2)에서 부품을 촬상하도록 비젼시스템(3)에 명령하는 단계이고, 제7단계(S7)는 비젼시스템(3)이 부품 촬상명령을 입력하면, 이에 따라 카메라(7)를 동작시켜 부품을 촬상하고, 이 화면을 이치화하여 정지화면상태로 비젼시스템의 메모리부에 저장한다.

위치보정데이타 산출단계(S22)는 제8단계(S8)에서 제13단계(S13)까지로 구성된다. 제8단계(S8)에서는 로보트제어기(2)로부터 촬상된 화면에 대해 부품처리명령을 비젼시스템(3)으로 전송하면, 제9단계(S9)에서 비젼시스템(3)은 부품처리명령을 입력하여 순차적으로 기억된 부품의 픽업위치를 찾고, 제10단계(S10)에서는 제9단계(S9)에서 찾은 픽업위치를 카메라상의 좌표값으로 변환하고, 제11단계(S11)에서는 카메라 좌표계를 로보트의 좌표계로 변환한다. 제12단계(S12)에서는 제11단계(S11)에서 변환된 로보트 좌표계의 좌표값과 회전각(위취정보)을 저장한 후, 제13단계(S13)에서 로보트에서 위치보정데이타 요구시 비젼시스템(3)에서는 메모리에 기억되어 있는 정보를 로보트 콘트롤러(2)에 전송한다.

부품픽업단계(S23)는 제14단계(S14)에서부터 제16단계(S16)까지로 구성된다. 제14단계(S14)에서는 전송된 정보를 이용하여 부품의 유무 및 상태를 검사하여 이상이 없으면 제15단계(S15)로 진행하여 부품 보정위치로 작업 핸드(10)를 이송하여 제16단계(S16)에서 부품을 픽업한다.

조립단계(S24)는 제17단계(S17)로 구성되며, 제17단계(S17)에서는 작업대상물 이송컨베어(6)를 통해 조립대상물이 위치결정 유니트(19)에 위치결정되면, 조립작업을 실행한 후 작업대상물을 배출한 후 제2단계(S2)로 돌아간다. 한편, 제4단계(S4)에서 트레이를 바꿀 경우 트레이 변경루틴을 통해 트레이를 로보트의 트레이 픽업용 핸드로 잡아서 이송하여 배출하고, 새로운 트레이를 받아들여 작업을 반복한다.

이와 같이 본 발명은 화상인식장치를 이용하여 소형이고, 정밀한 메카부품을 조립하는 조립용 로보트로서 부품을 트레이로부터 공급받아 트레이내의 부품의 위치를 비젼시스템을 통해 정확한 좌표값을 계산하여 부품을 정확하고 안전하게 픽업할 수 있는 기능을 보여한다. 또한, 부품적재 트레이내에 부품이 정확하게 놓여 있지않을 경우에도 로보트가 화상인식장치의 도움으로 자세보정을 하여 부품픽업이 가능하다. 또한 정밀하고 소형인 부품을 정확한 위치보정을 통해 픽업작업을 하므로서 가동을 향상 및 부품조립의 품질향샹으로 도모하고, 트레이 가공이 쉬워져 인건비 및 재료비의 절감이 가능하다.

Claims

카메라를 통해 부품화상신호를 입력하면 부품픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치; 상기 위치보정데이타를 입력하여 부품을 정확히 픽업하도록 제어신호를 출력하는 로보트제어기 ; 및 상기 로보트제어기의 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체를 구비한 것을 특징으로 하는 조립용 로보트.
컴베어제어신호를 출력하는 컨베어제어장치; 상기 컨베어제어신호에 따라 부품 트레이를 이송하는 부품 이송컨베어시스템; 상기 컨베어제어신호에 따라 조립대상물을 이송하는 조립체 이송컨베어시스템; 카메라를 통해 부품화상신호를 입력하여 부품픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치; 상기 위치보정데이타를 입력하고 상기 컨베어제어장치와 통신하여 부품을 정확히 픽업하도록 제어신호를 출력하는 로보트제어기; 및 상기 로보트제어기의 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체를 구비한 것을 특징으로 하는 조립 생산시스템.
위치보정데이타를 입력하여 제어신호를 출력하는 로보트제어기와 상기 제어신호에 따라 작업핸드를 움직여 부품트레이를 이송하고, 부품을 픽업하여 조립대상물에 조립하는 로보트몸체와 상기 로보트몸체에 위치한 카메라를 통해 부품화상신호를 입력하여 픽업위치를 계산하여 상기 위치보정데이타를 출력하는 화상인식장치를 구비한 조립용 로보트의 부품픽업 및 조립방법에 있어서, 상기 로보트제어기가 작업할 부품의 위치를 계산하여 상기 부품의 상공으로 상기 카메라를 이송하는 카메라 이송단계; 상기 로보트제어기의 촬상명령에 따라 화상인식장치가 부품을 촬상하는 부품촬상단계; 상기 로보트제어기의 부품처리명령에 따라 상기 촬상된 화면의 픽업위치를 계산하여 위치보정데이타를 산출하는 보정데이타 산출단계; 상기 보정데이타를 입력하고 부품의 상태를 검사하여 양호하면 상기 보정위치로 작업핸드를 이송하여 부품을 픽업하는 부품픽업단계; 및 상기 픽업된 부품을 작업대상물에 조립하는 조립단계를 구비한 것을 특징으로 하는 조립용 로보트에 의한 부품픽업 및 조립방법.
제3항에 있어서, 상기 카메라 이송단계는 시스템을 초기화하는 초기화단계와 로보트가 트레이 내의 작업할 부품의 위치를 계산하는 부품위치 계산단계와 부품을 전부 사용하였는지 판단하는 부품사용판단단계와 부품을 전부 사용하면 트레이를 교환하는 부품트레이 교환단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조립용 로보트에 의한 부품픽업 및 조립방법.
제3항에 있어서, 상기 부품촬상단계는 로보트제어기에서 부품촬상을 명령하는 촬상명령단계와 상기 촬상명령에 따라 화상인식장치의 카메라로 부품을 촬상하여 이치화하여 저장하는 촬상 및 저장단계를 구비한 것을 특징으로 하는 조립용 로보트에 의한 부품픽업 및 조립방법.
제3항에 있어서, 상기 보정데이타 산출단계는 상기 로보트제어기에서 촬상된 화면에 대한 부품 처리를 명령하는 부품처리명령단계와 상기 부품처리 명령에 따라 촬상된 화면에서 부품의 픽업위치를 찾는 위치서치단계와 상기 픽업위치를 카메라 좌표상의 좌표값으로 변환하는 카메라좌표 변환단계와 상기 카메라좌표값을 로보트좌표계의 좌표값으로 변환하는 로보트좌표 변환단계와 상기 변환된 좌표값을 전송하는 보정데이타 전송단계를 구비한 것을 특징으로 하는 조립용 로보트에 의한 부품픽업 및 조립방법.