KR100241847B1

KR100241847B1 - 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법 및 장치

Info

Publication number: KR100241847B1
Application number: KR1019970042128A
Authority: KR
Inventors: 우갑주
Original assignee: 이해규; 삼성중공업주식회사
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 2000-03-02
Also published as: KR19990018849A

Abstract

본 발명은 레이저비전센서를 이용하여 용접선을 추적하는 용접로봇의 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이타로부터 용접선에 대한 3차원좌표와 위빙좌표를 구하고, 이 위빙좌표에 근거하여 용접로봇을 구동시키므로서 용접토치가 용접선을 따라 위빙하면서 용적작업을 수행할 수 있어서 작업시간을 단축하고 용접풀질을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법 및 장치

본 발명은 용접로봇의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저비전센서가 촬영한 영상으로부터 용접선의 중심점에 대한 3차원좌표와 용접토치의 위빙좌표를 연산하여 용접로봇을 구동제어함으로써 작업시간 단축과 용접품질을 높일 수 있는 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 용접로봇은 자동차, 선박등과 같이 금속판재의 접합공정에 사용되며, 작업프로그램에 의해 자동적으로 용접작업을 진행하게 된다. 용접로봇은 작업명령에 따라 로봇팔에 부착된 용접토치를 이동시켜 피용접부재의 용접선을 추종하면서 용접하게 된다.

종래기술에서는 용접로봇에 설치된 레이저비전센서를 이용하여 용접선을 추종하며, 레이저비전센서에 의해 획득된 영상으로부터 용접부위를 인식하여 용접작업을 수행할 수 있다. 이와 같이, 레이저비전센서를 이용하여 용접작업을 수행하는 경우 안정적인 용접부위에 대한 영상을 획득하고자 용접속도를 느리게 설정하고 용접토치가 위빙(weaving)하지 않고 용접선을 추종하게 된다. 작업정반에 서로 맞닿게 놓여진 피용접부재의 용접부위가 협소한 경우에는 비교적 양호한 용접품질을 얻을 수 있으나, 피용접부재의 용접부위가 넓은 경우에는 제1도와 같이 용접토치를 위치이동시켜 국부적으로 용접하여 겹겹이 층을 이루는 다층용접을 수행하게 되어 용접품질의 저하를 초래하였으며, 많은 작업시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 레이저비전센서에 의해 획득된 영상데이타로부터 추출한 위빙좌표 따라 용접토치를 위빙시키면서 용접선을 추종할 수 있도록 한 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이터로부터 용접 토치가 위빙하기 위한 위방좌표를 연산하여 용접로봇을 구동시키므로써 용접토치가 위방하면서 용접선을 추종할 수 있도록 한 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법을 제공함에 있다.

제1도는 종래기술에 의해 다층용접된 용접부위를 나타내는 단면도.

제2도는 본 발명에 의해 용접된 용접부위를 나타내는 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 용접로봇의 제어장치의 구성도.

제4도는 본 발명에 따라 레이저비전센서가 용접선의 중심을 검출하는 동작을 나타내는 도면.

제5도는 본 발명에 따라 용접토치가 위방하는 동작을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 로봇제어부 11 : 마이크로프로세서

12 : 타이머 13 : 메모리

20 : 영상처리부 21 : 센서구동부

22 : 영상복원부 23 : 좌표변환부

30 : 용접로봇 31 : 용접토치

40 : 레이저비전센서 50 : 피용접물

상기와 같은 본 발명의 목적은 용접로봇을 이용하여 피용접부재를 자동으로 용접하는 장치에 있어서, 상기 용접로봇의 용접토치에 설치되고, 상기 용접토치에 대향하는 용접부위에 레이저를 주사하여 용접선을 촬영하는 레이저비전센서; 상기 레이저비전센서가 촬영한 영상신호를 입력받고, 상기 용접토치의 구동변위를 조정하기 위해 변환메트릭스를 이용하여 상기 용접선에 대한 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환하는 영상처리부; 및 상기 영상처리부로부터의 3차원 좌표에 따라 상기 용접토치를 위빙시키기 위한 위빙좌표를 생성하고, 상기 위빙좌표에 근거하여 상기 용접로봇을 구동시키기 위한 로봇제어신호를 출력하는 로봇제어부에 의하여 달성된다.

상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 용접로봇을 이용하여 피용접부재를 자동으로 용접하는 방법에 있어서, 상기 용접로봇의 용접토치에 설치된 레이저비전센서를 작동시켜 사용자가 설정한 시간간격마다 상기 피용접부재의 용접부위를 촬영하는 단계; 상기 촬영단계에 의해 얻어진 영상데이타에 기초하는 용접선의 2차원좌표에 대해 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환하는 단계; 상기 용접로봇의 이동속도와 용접토치의 위빙속도 및 피용접부재의 용접부위에 따라 상기 3차원좌표에로부터 용접토치에 대한 위빙좌표를 연산하는 단계; 및 상기 위방좌표에 따라 용접 토치가 용접선을 추종할 수 있도록 용접로봇을 구동제어하는 단계에 의하여 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명은 용접토치를 위빙동작에 따라 용접선을 추종하게 되며 제2도와 같이 용접토치(1)는 피용접부재(2)(3)의 용접부위를 위빙하면서 용접선을 따라 이동하므로 용접부위의 단면이 균일한 층을 이루게 된다.

제3도는 본 발명에 따른 용접로봇의 제어장치의 구성도로서, 용접로봇(30)과 레이저비전센서(40)를 구동제어하며, 용접토치(31)에 대한 위빙좌표를 연산하는 로봇제어부(10)와, 상기 로봇제어부(10)의 제어신호에 따라 상기 레이저비전센서(40)가 촬영한 영상데이타를 입력받아 용접선에 대한 3차원좌표를 연산하는 영상처리부(20)와, 상기 영상처리부(20)의 구동신호에 따라 피용접부재의 용접부위를 촬영하는 레이저비전센서(40)를 구비하고 있다.

상기 로봇제어부(10)는 설정된 시간이 도래할때 마다 계수완료신호를 출력하는 타이머(12)와 피용접부재의 용접선에 대한 중심점에 대한 좌표를 저장하는 메모리(12) 및 상기 완료신호에 응답하여 용접부위를 촬영하기 위한 구동제어신호를 출력하고 용접선의 3차원좌표를 위빙좌표로 변환하는 마이크로프로세서(11)로 이루어 진다.

상기 영상처리부(20)는 마이크로프로세서(11)의 구동제어신호에 응답하여 구동신호를 레이저비전센서(40)로 출력하는 센서구동부(21)와 레이저비전센서(40)가 촬영한 영상데이타를 입력받아 용접선에 대한 2차원좌표를 출력하는 영상복원부(22)와 상기 영상복원부(22)의 2차원좌표에 대해 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환하는 좌표변환부(23)로 이루어진다.

먼저, 마이크로프로세서(11)는 타이머(12)의 완료신호가 인가되면 구동제어신호를 센서구동부(21)로 출력한다. 센서구동부(21)는 구동신호를 레이저비전센서(40)로 출력하여 촬영을 개시한다. 상기 타이머(12)는 용접선의 중심을 찾기 위한 샘플링시간이 도래하면 완료신호를 출력한다.

영상복원부(22)는 레이저비전센서(40)가 촬영한 영상데이타를 입력받고, 용접선에 대한 2차원좌표를 출력한다. 좌표변환부(23)는 2차원좌표를 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표를 변환한후 마이크로프로세서(11)로 출력한다.

상기 마이크로프로세서(11)는 용접선에 대한 3차원좌표를 이용하여 용접토치(31)가 위빙하기 위한 위빙좌표를 연산하며, 용접로봇의 이동속도, 위빙속도 및 용접부위의 크기를 고려하여 위빙좌표를 연산한다. 상기 마이크로프로세서(11)는 위빙좌표에 따라 용접로봇(30)과 용접토치(31)를 구동시키게 된다.

상기 레이저비전센서(40)는 제4도와 같이 용접토치(31)로부터 소정거리(d)만큼 떨어져 설치하는데, 용접토치(31)의 화염에 의해 촬영영상이 불량해지는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 레이저비전센서(40)는 센서구동부(21)의 구동신호에 따라 하방에 위치하는 피용접부재의 용접부위를 촬영하여 영상복원부(22)로 출력한다. 레이저비전센서(40)는 피용접부재(50)의 용접선방향(A)을 따라 이동하면서 용접선의 중심점(P1,P2,··,Pn)을 촬영한다. 마이크로프로세서(11)는 영상처리부(20)를 통해 중심점(P1,P2,··,Pn)에 대한 3차원좌표를 입력받아 메모리(13)에 저장한다.

상기 마이크로프로세서(11)는 타이머(12)의 설정시간이 경과시 마다 용접로봇(30)의 위치와 메모리(13)에 저장된 중심점에 대한 3차원좌표를 비교하고; 피용접부재(50)와 용접토치(31)의 이격거리가 가장 짧은 중심점(Pn)을 구한다. 이어, 마이크로프로세서(11)는 제5도와 같이 중심점(Pn)에서 전후에 위치하는 좌표(N-3, N-2, N-1, N, N+1, N+2, N+3)와의 직선거리중 가장 짧은 직선과 교차하는 중심점(Pa)을 구한다. 이어 마이크로프로세서(11)는 중심점(Pa)을 기준으로 용접로봇(30)의 용접토치(31)가 위빙하기 위한 위방좌표(Pb)(Pc)를 구한다. 이때, 마이크로프로세서(11)는 용접로봇(30)의 진행속도, 위빙속도, 용접부위에 대응하는 각장(S)의 크기에 따라 위빙좌표를 결정한다. 이후, 마이크로프로세서(11)는 로봇제어신호를 용접로봇(30)으로 출력하게 되면 용접토치(31)가 위빙좌표에 따라 위빙하게 되어 안정적으로 용접선을 추종할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이타로부터 용접선에 대한 3차원좌표와 위빙좌표를 구하고, 이 위빙좌표에 근거하여 용접로봇을 구동시키므로서 용접토치가 용접선을 따라 위빙하면서 용적작업을 수행할 수 있어서 작업시간을 단축하고 용접풀질을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

용접로봇을 이용하여 피용접부재를 자동으로 용접하는 장치에 있어서, 상기 용접로봇의 용접토치에 설치되고, 상기 용접토치에 대향하는 용접부위에 레이저를 주사하여 용접선을 촬영하는 레이저비전센서; 상기 레이저비전센서가 촬영한 영상신호를 입력받고, 상기 용접토치의 구동변위를 조정하기 위해 변환메트릭스를 이용하여 상기 용접선에 대한 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환하는 영상처리부; 및 상기 영상처리부로부터의 3차원 좌표에 따라 상기 용접토치를 위빙시키기 위한 위방좌표를 생성하고, 상기 위빙좌표에 근거하여 상기 용접로봇을 구동시키기 위한 로봇제어신호를 출력하는 로봇제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저비전센서를 이용하여 용접선을 추적하는 용접로봇의 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 로봇제어부는 설정된 시간이 도래할때 마다 완료신호를 출력하는 타이머와, 피용접부재의 용접선에 대한 중심점에 대한 좌표를 저장하는 메모리 및 상기 완료신호에 응답하여 용접부위를 촬영하기 위한 구동제어신호를 출력하고 용접선의 3차원좌표를 위빙좌표로 변환하는 마이크로프로세서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 영상처리부는 마이크로프로세서의 구동제어신호에 응답하여 구동신호를 레이저비전센서로 출력하는 센서구동부와, 레이저비전센서가 촬영한 영상데이터를 입력받아 용접선에 대한 2차원좌표를 출력하는 영상복원부와 상기 영상복원부의 2차원좌표에 대한 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환하는 좌표변환부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저비전센서는 용접토치로부터 소정거리 이격설치하는 것을 특징으로 하는 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어장치.
용접로봇을 이용하여 피용접부재를 자동으로 용접하는 방법에 있어서, 상기 용접로봇의 용접토치에 설치된 레이저비전센서를 작동시켜 사용자가 설정한 시간간격마다 상기 피용접부재의 용접부위를 촬영하는 단계; 상기 촬영단계에 의해 얻어진 영상데이타에 기초하는 용접선의 2차원좌표에 대해 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환하는 단계; 상기 용접로봇의 이동속도와 용접토치의 위빙속도 및 피용접부재의 용접부위에 따라 상기 3차원좌표에로부터 용접토치에 대한 위빙좌표를 연산하는 단계; 및 상기 위빙좌표에 따라 용접토치가 용접선을 추종할 수 있도록 용접로봇을 구동제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법.