KR100227029B1 - 용접용 갠트리로봇시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

개시된 발명은 부재를 자동으로 용접하기 위한 갠트리로봇시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 사용자의 작업명령을 인가받는 통제부가 부재의 상방에 설치되는 갠트리로봇들에 대해 해당 용접작업을 제어함과 아울러 각 갠트리로봇에 설치된 CCD카메라의 촬영신호로부터 획득된 현재 부재의 위치정보를 인가받아 작업명령에 대응하는 용접선을 추종할 수 있도록 겐트리로봇의 동작을 제어한다. 따라서, 자동용접작업의 효율을 배가할 수 있을 뿐만 아니라 모니터를 통해 실시간적으로 용접작업을 통제할 수 있는 등의 효과가 있다.

Description

용접용 갠트리로봇시스템 및 그 제어방법

본 발명은 부재를 자동으로 용접하기 위한 갠트리로봇시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 용접로봇에 설치된 CCD카메라를 이용하여 부재의 위치정보를 검출하므로써 작업명령에 따라 용접선을 추종하면서 용접부재를 자동으로 용접할 수 있는 용접용 갠트리로봇시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용접용 갠트리로봇은 용접부재의 상방에 거치된 용접로봇들을 이용하여 자동으로 용접작업을 능률적으로 수행하는 산업용 로봇을 말한다. 이러한 갠트리로봇은 여러대가 한 세트를 구성하게 되며, 하나의 갠트리로봇에 다관절 로봇인 용접로봇이 2개가 설치되어 있다. 용접로봇은 하방에 놓여진 용접부재에 대해 용접선(鎔接線)을 따라 용접하기 위해 상하이동하거나 갠트리로봇과 함께 종횡이동하여 작업명령에 대응하는 용접작업을 수행하게 된다.

이를 위해, 용접용 갠트리로봇시스템은 시스템 전반을 제어하는 시스템제어부가 사용자의 작업명령에 따라 용접기와 용접로봇들을 구동제어하며, 사용자의 작업명령에 따라 작성된 작업프로그램에 따라 단계적으로 용접작업을 처리한다. 이 작업프로그램은 용접위치정보, 용접기상태정보, 로봇제어기상태정보에 따라 사전에 작성된다.

그러나, 종래의 갠트리로봇시스템은 정해진 작업프로그램에 따라 용접작업을 수행하므로 작업정반등에 놓여지는 용접부재가 부정확한 위치에 놓여진 상태하에서 작업이 시작되거나 용접작업중 외부요인등으로 인하여 용접부재가 올바른 위치에 있지 않은 상태에서 기작성된 작업프로그램에 따라 용접작업이 진행됨에 따라 용접선을 올바르게 추종하지 못하여 결국, 작업불량을 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 용접로봇에 취부된 CCD카메라를 이용하여 작업프로그램에 따른 용접선을 정확하게 추종함에 의해 작업불량을 억제하고, 자동용접에 따른 작업효율을 배가할 수 있는 용접용 갠트리로봇시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 주어진 작업프로그램에 따라 갠트리로봇과 용접로봇들을 구동제어함과 아울러 용접부재의 용접선을 정확하게 추종하므로써 원활한 용접작업을 수행하여 자동용접작업의 효율을 배가할 수 있는 용접용 갠트리로봇시스템의 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에서 용접작업을 수행하는 갠트리로봇을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 갠트리로봇시스템의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 갠트리로봇시스템의 제어동작을 나타내는 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 지지대2 : 안내레일

3 : 거더(girder)4 : 수직이송장치

5 : LM가이드6 : 지지판

7 : 새들(saddle)8 : 캐리지(carriage)

9 : 수평이송장치10 : 로봇제어기

11 : 용접기 12 : 용접로봇

13 : 갠트리로봇 20 : 부재정보입력부

30 : 촬영부40 : 통제부

41 : 작업프로그램생성부42 : 부재위치검출부

43 : 시스템제어부50 : 로봇제어부

상기와 같은 본 발명의 목적은 용접토치와 아암을 포함한 용접로봇과 그 용접로봇을 권치한 상태로 이동하는 갠트리로봇을 구비하여 용접부재를 용접하는 갠트리로봇시스템에 있어서, 사용자의 입력동작에 따라 용접부재와 관련된 부재정보를 처리하는 부재정보입력부; 갠트리로봇들에 취부된 CCD카메라를 이용하여 현재의 용접부재를 촬영하는 촬영부; 상기 부재정보입력부와 촬영부로부터 부재정보와 촬영신호를 입력받아 소정의 작업프로그램을 작성하고, 작성된 작업프로그램에 따라 용접부재를 용접하기 위해 해당 갠트리로봇의 로봇제어기와 연계하에 용접동작을 제어함과 아울러, 작업과정을 모니터링하기 위한 처리동작을 제어하는 통제부; 및 상기 통제부의 제어하에 해당 갠트리로봇과 용접로봇을 구동시키는 로봇제어부에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 갠트리로봇과 갠트리로봇에 설치된 용접로봇을 구비하여 용접부재를 자동용접하기 위한 제어방법에 있어서, 상기 용접부재에 대한 부재정보와 작업명령에 대한 작업지시정보를 설정하는 단계; 설정된 부재정보와 작업지시정보에 근거하여 상기 갠트리로봇과 용접로봇을 수순에 따라 작동시키기 위한 작업프로그램을 작성하는 단계; 상기 갠트리로봇과 용접로봇의 초기동작상태를 점검하는 단계; 작성된 작업프로그램에 따라 갠트리로봇과 용접로봇을 위치이동하고, 용접로봇에 대한 용접부재의 상대위치를 검출하는 단계; 검출된 용접부재의 상대위치에 대한 부재위치정보에 따라 상기 갠트리로봇과 용접로봇을 이동시켜 상기 작업프로그램에 대응하는 용접선을 따라 용접작업을 수행하는 단계; 및 용접작업을 수행중 에러발생을 인식하여 대응조치를 취하고, 에러요인이 해소되면 상기 작업프로그램에 따라 정해진 수순에 따라 중단시점 이후부터 본래의 용접작업을 수행하는 단계에 의하여 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명의 갠트리로봇시스템은 일차적으로 사용자에 의해 작성된 작업프로그램에 근거하여 통제실의 시스템제어부가 용접부재에 대한 용접작업을 시작하도록 제어하며, 에러발생에 의해 용접작업이 중단되는 경우에는 저장된 작업프로그램을 이용하여 본래의 용접작업을 계속해서 수행할 수 있도록 한다.

이러한 작업프로그램은 사용자가 CAD설계용 컴퓨터를 이용하여 기초데이터를 만들고, 이 데이터를 가공하여 실제적으로 용접작업을 수행할 수 있는 작업프로그램으로 작성하게 된다. 시스템제어부는 작업프로그램에 따라 전반적인 용접작업을 수행하기 위해, 통신케이블에 연결된 로봇제어기를 제어하게 된다.

본 발명의 갠트리로봇시스템에 적용 가능한 하나의 갠트리로봇이 도 1에 도시되어 있다. 갠트리로봇(10)은 용접부재의 양측에 설치된 지지대(1)와 지지대(1)에 고착된 안내레일(2)과 그 안내레일(2)을 따라 움직이는 거더(3)와 용접로봇을 상하이동시키는 수직이송수단(4)을 주요 구성요소로 한다. 상기 수직이송수단(4)은 캐리지(8)에 부착되어 내장된 구동모터로부터의 구동력을 공급받아 상하이동하며, 캐리지(8)는 내장된 구동모터의 구동력을 공급받아 LM가이드(5)를 따라 좌우이동한다. 또, 수평이동수단(9)은 내장된 모터로부터의 구동력을 공급받아 래크와 피니언에 의해 갠트리로봇을 용접부재의 길이방향을 따라 이동시키게 된다.

로봇제어기(10)는 통신케이블을 통해 인가되는 시스템제어부(43)의 제어명령에 응답하여 용접로봇(12)과 갠트리로봇(13)을 구동시킨다.

상기 용접로봇(12)은 다관절 로봇의 일종으로 상기 갠트리로봇(13)의 지지판(6)의 저부에 설치되고, 상기 수직이송수단(4)과 수평이동수단(9) 및 캐리지(8)의 구동에 따라 위치이동하며, 용접기(11)로부터의 전원을 공급받아 하방에 놓여지는 용접부재를 용접한다. 상기 용접로봇(12)은 고온의 화염을 발하는 용접토치(12a)와 작업위치를 변경하기 위한 아암(12b)을 구비하고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 갠트리로봇시스템의 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 갠트리로봇시스템은 용접부재와 관련된 부재정보와 용접부위에 대응하는 용접선정보를 처리하는 부재정보입력부(20)와, 갠트리로봇들에 취부된 CCD카메라를 이용하여 현재의 용접부재를 촬영하는 촬영부(30)와, 상기 부재정보입력부(20)와 촬영부(30)로부터 부재정보와 촬영신호를 입력받아 소정의 작업프로그램을 작성하고, 작성된 작업프로그램에 따라 용접부재를 용접하기 위해 해당 갠트리로봇의 로봇제어기와 연계하에 용접동작을 제어함과 아울러, 미도시된 모니터를 통해 작업과정을 모니터링하기 위한 처리동작을 제어하는 통제부(40) 및 상기 통제부(40)의 제어하에 해당 갠트리로봇과 용접로봇을 구동시키는 로봇제어부(50)를 구비한다.

상기 통제부(40)는 부재정보입력부(20)로부터 입력되는 부재정보를 기초로 하여 해당 갠트리로봇을 구동시키기 위한 작업프로그램을 생성하는 작업프로그램생성부(41)와 촬영부(30)의 촬영신호를 인가받아 용접로봇에 대한 용접부재의 상대위치를 검출하여 부재위치정보를 출력하는 부재위치검출부(42)와, 작성된 작업프로그램과 상기 부재위치검출부(42)에 의해 검출된 부재위치정보에 따라 해당 갠트리로봇을 구동시키기 위해 로봇제어부(50)로 소정 제어신호를 출력하는 시스템제어부(43)로 이루어진다.

상기 시스템제어부(43)는 작업프로그램생성부(41)로부터의 작업프로그램에 따라 작업내용을 분석하고, 그 작업내용에 대응하여 해당 갠트리로봇 및 용접로봇의 동작상태를 점검하기 위해 용접기상태정보, 로봇제어기상태정보,갠트리로봇상태정보를 판별한다. 이어, 시스템제어부(43)는 작업프로그램의 수순에 따라 주어진 용접작업에 대한 용접작업개시정보 또는 용접작업종료정보를 판별한다. 이때, 시스템제어부(43)는 용접을 개시하라는 용접작업개시정보을 판별한 경우에는 작업내용에 따라 해당 갠트리로봇과 용접로봇을 구동하기 위한 제어명령을 로봇제어부(50)로 출력하게 된다. 상기 로봇제어부(50)는 시스템제어부(43)로부터의 제어명령에 응답하여 주어진 작업명령에 따라 해당 위치로 이동하기 위해 구동모터를 구동시켜, 갠트리로봇(13)의 수평이송장치(9) 및 수직이송장치(4)를 구동시켜 용접로봇(12)이 용접작업을 수행할 수 있는 위치에 도달시 까지 위치이동시킨다.

상기 시스템제어부(43)는 용접로봇(12)이 용접작업할 위치에 이동이 완료되면 주어진 작업프로그램에 따라 용접부재를 용접하기 위해 즉, 용접부위에 대응하는 용접선의 대응부위를 용접할 수 있도록 로봇제어부(50)로 제어명령을 출력한다. 이를 위해 상기 시스템제어부(43)는 부재위치검출부(42)가 해당 갠트리로봇에 권취된 CCD카메라로부터 촬영된 촬영신호로부터 검출한 부재위치정보를 입력받아 용접선을 따라 용접작업이 이루어지도록 제어명령을 출력한다. 이에 따라, 로봇제어부(50)는 해당 용접로봇으로 구동제어신호를 인가하여 용접작업을 개시한다. 용접작업을 수행중 외부요인등에 의해 에러가 발생하면, 시스템제어부(43)가 인식하여 대응조치를 취한후 본래의 작업프로그램에 따라 용접작업을 재개한다. 이를 위해, 시스템제어부(43)는 작업프로그램을 입력시 내부의 저장수단에 입력된 작업프로그램을 저장해 두고 있으므로 에러요인을 해소하기 위한 소정의 복구동작을 수행한 다음 저장된 작업프로그램을 독출하여 용접작업을 재개한다.

또한, 시스템제어부(43)는 작업프로그램에 따라 용접작업을 수행한후 용접작업종료정보를 판별되면 용접작업을 중단하기 위한 제어명령을 로봇제어부(50)로 인가한다. 로봇제어부(50)는 제어명령이 인가되면 용접작업을 수행중인 용접로봇으로 구동제어신호를 출력하여 용접작업을 중단시킨다.

이하에서는 통제부(40)의 제어하에 수행되는 용접작업을 도 3의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 부재정보입력부(20)는 사용자의 입력동작에 따라 작업지시정보를 설정하고, 부재위치검출부(42)는 촬영부(30)의 촬영신호를 인가받아 용접부재를 인식하기 위해 용접로봇에 대한 용접부재의 상대위치를 검출하여 부재정보를 설정한다(제 100단계). 작업프로그램생성부(41)는 설정된 부재정보와 작업지시정보에 근거하여 상기 갠트리로봇과 용접로봇을 수순에 따라 작동시키기 위한 작업프로그램을 작성한다(제 110단계). 통제부(40)는 갠트리로봇과 용접로봇의 초기동작상태를 점검하기 위해 용접기상태정보, 로봇제어기상태정보,갠트리로봇상태정보를 판별하고, 용접작업의 시작을 알리는 용접작업개시정보와 용접작업의 종료를 알리는 용접작업종료정보를 판별한다(제 120단계). 이어, 통제부(40)는 작성된 작업프로그램에 따라 용접작업을 수행하기 위해 제어명령을 로봇구동부(50)로 출력하여 해당 갠트리로봇과 용접로봇을 위치이동하고, 용접로봇에 대한 용접부재의 상대위치를 검출한다(제 130단계). 이어, 통제부(40)는 부재위치정보에 따라 상기 갠트리로봇과 용접로봇을 위치이동시키되 용접선의 대응부위에 정확하게 위치이동 시킨 다음 용접작업을 개시한다(제 140단계). 이어, 용접작업을 수행중 에러가 발생하면 통제부(40)는 에러를 인식하고 그에 따른 대응조치를 취하여 에러요인을 해소한 다음 입력단계에서 저장해둔 작업프로그램을 독출하여 중단시점 이후부터 본래의 용접작업을 수행한다(제 150단계).

상술한 바와 같은 본 발명은 용접대상이 되는 용접부재에 따라 갠트리로봇의 대수는 적정한 대수로 설정할 수 있고, 작업환경에 따라서는 일렬 또는 병렬로 작업라인을 설치구성하여 갠트리로봇시스템을 운영하더라도 통제부를 통해 제어할 수 있으며, 통제부는 갠트리로봇들과 통신케이블를 통해 연결하여 용접작업 전반을 원격지에서 통제할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 통제부가 작업명령에 대응하는 작업프로그램의 처리수순에 따라 용접작업을 자동적으로 수행하게 되고, 사용자는 모니터등을 통해 작업공정을 모니터링할 수 있어서 자동용접작업을 능률적으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라 에러등으로 인하여 작업중단된 경우에는 이를 통제부가 인식하여 대응조치를 취한후 본래의 작업프로그램에 따라 용접작업을 신속히 재개할 수 있는등 자동용접작업의 공정흐름을 안정적이고 원활하게 수행할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 용접토치와 아암을 포함한 용접로봇과 그 용접로봇을 권치한 상태로 이동하는 갠트리로봇을 구비하여 용접부재를 용접하는 갠트리로봇시스템에 있어서,

   사용자의 입력동작에 따라 용접부재와 관련된 부재정보를 처리하는 부재정보입력부;

   갠트리로봇에 취부된 CCD카메라를 이용하여 현재의 용접부재를 촬영하는 촬영부;

   상기 부재정보입력부와 촬영부로부터 부재정보와 촬영신호를 입력받아 소정의 작업프로그램을 작성하고, 작성된 작업프로그램에 따라 용접부재를 용접하기 위해 해당 갠트리로봇의 로봇제어기와 연계하에 용접동작을 제어함과 아울러, 작업과정을 모니터링하기 위한 처리동작을 제어하는 통제부; 및

   상기 통제부의 제어하에 해당 갠트리로봇과 용접로봇을 구동시키는 로봇제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 갠트리로봇시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 통제부는 부재정보입력부로부터 입력되는 부재정보를 기초로 하여 해당 갠트리로봇을 구동시키기 위한 작업프로그램을 생성하는 작업프로그램생성부와, 상기 촬영부의 촬영신호를 인가받아 부재위치를 검출하는 부재위치검출부와, 상기 작업프로그렘생성부에 의해 생성된 작업프로그램과 상기 부재위치검출부에 의해 검출된 부재위치정보에 따라 해당 갠트리로봇을 구동시키기 위해 상기 로봇제어부로 소정 제어신호를 출력하는 시스템제어부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접용 갠트리로봇시스템.
3. 갠트리로봇과 갠트리로봇에 설치된 용접로봇을 구비하여 용접부재를 자동용접하기 위한 제어방법에 있어서,

   상기 용접부재에 대한 부재정보와 작업명령에 대한 작업지시정보를 설정하는 단계;

   설정된 부재정보와 작업지시정보에 근거하여 상기 갠트리로봇과 용접로봇을 수순에 따라 작동시키기 위한 작업프로그램을 작성하는 단계;

   상기 갠트리로봇과 용접로봇의 초기동작상태를 점검하는 단계;

   작성된 작업프로그램에 따라 갠트리로봇과 용접로봇을 위치이동하고, 용접로봇에 대한 용접부재의 상대위치를 검출하는 단계;

   검출된 용접부재의 상대위치에 대한 부재위치정보에 따라 상기 갠트리로봇과 용접로봇을 이동시켜 상기 작업프로그램에 대응하는 용접선을 따라 용접작업을 수행하는 단계; 및

   용접작업을 수행중 에러발생을 인식하여 대응조치를 취하고, 에러요인이 해소되면 상기 작업프로그램에 따라 정해진 수순에 따라 중단시점 이후부터 본래의 용접작업을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 갠트리로봇시스템의 제어방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 초기동작상태를 점검하는 단계는 구성기기 및 로봇들의 상태정보를 판별하는 단계와, 작업개시 및 작업종료에 대한 정보를 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접용 갠트리로봇시스템의 제어방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상태정보를 판별하는 단계는 용접기상태정보, 로봇제어기상태정보,갠트리로봇상태정보를 판별하는 것을 특징으로 하는 용접용 갠트리로봇시스템의 제어방법.

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