KR100247131B1 - 패턴 인식을 이용한 자동 용접 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용접하고자 하는 용접모재의 용접선(패턴)을 인식하여 설정하고, 설정된 용접선을 최적으로 조건으로 하여 용접을 실시하는 자동용접 방법 및 장치에 관한 것으로 본 발명의 장치는 광을 주사하는 광원부재와; 이 광원부재와 소정의 각도를 두고 설치되어 용접선을 인식하는 시시디(CCD) 카메라와; 이 시시디 카메라에 의해 라인(Line)형태로 인식한 용접선의 정보를 화상 처리 보드에 의해 받아 들이는 퍼스널 컴퓨터(PC)와; 상기 시시디 카메라가 용접선 인식후 원위치로 복귀한 다음 퍼스널 컴퓨터의 콘트롤에 의해 용접선을 따라 용접을 실시하는 용접토치;로 구성되고, 본 발명의 방법은 자동 용접의 시작을 시점으로 하여 시시디 카메라와 광원부재를 X축으로 이동시키기 위한 X축 모터구동 단계와; 광원부재에 의해 주사된 광과 시시디 카메라에 의해 용접선을 인식하는 화상인식 단계와; X축 진행에 따른 Y축의 변화를 X축에 대한 배열로 저장 기억하는 Y방향 편차기억 단계와; 광원부재와 시시디 카메라에 의해 용접모재의 용접선의 끝나는 점을 인식하는 패턴 끝부분 인식 단계와; 처음 시작점의 절대좌표를 기억하여 원상복귀되는 시작점으로의 복귀단계와; 용접토치에 의해 인식된 용접선을 따라 용접하기 위한 X축 모터구동, 아아크 온 단계와; X축으로 이동하면서 패턴인식시 저장된 Y좌표 만큼 이동하면서 용접을 실시하는 용접단계;로 이루어진다.

Description

패턴 인식을 이용한 자동용접 방법 및 그 장치
본 발명은 패턴 인식을 이용한 자동용접 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접하고자 하는 용접모재의 용접선(패턴)을 인식하여 설정하고, 설정된 용접선을 최적의 조건으로 하여 일정하게 용접을 행하는 자동용접 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재, 대부분의 용접은 수작업에 의해 이루어지고 있으므로 그 품질은 작업자의 숙련도에 따라 달라진다.
이에 따라, 같은 제품일지라도 생산시기 또는 품목에 따라 그 정밀도가 틀려지므로 제품의 균일성이 떨어진다.
그러므로, 제품에 대한 신뢰성이 떨어지고, 수작업에 의한 원가상승과 생산성을 저하시키는 결점이 있었다.
또한, 용접모재 상의 여러 지점(Point)를 설정하여 그 설정된 지점들을 따라 용접하는 방법이 있으나, 이 방법은 용접선의 위치를 정확하게 설정하기 곤란하여 용접의 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 용접하고자 하는 용접모재의 용접선을 인식하여 설정하고, 설정된 용접선을 최적의 조건으로 하여 일정하게 자동용접을 행하는 패턴 인식을 이용한 자동용접 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 제 1실시예로써, 광을 주사하는 광원부재와, 이 광원부재와 소정의 각도를 두고 설치되어 용접하고자 하는 용접모재의 용접선을 인식하는 시시디(CCD) 카메라와, 이 시시디 카메라에 의해 라인(Line)형태로 인식한 용접선의 정보를 화상 처리 보드(A/D변환기)를 통하여 받아 들이는 퍼스널 컴퓨터(PC)와, 상기 시시디 카메라가 용접선을 인식한후 원위치로 복귀한 다음 퍼스널 컴퓨터의 콘트롤에 의해 용접선을 따라 용접을 실시하는 용접토치로 구성하므로써 본 발명의 목적을 달성할수 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 제 2실시예로써, 자동용접의 시작을 시점으로 하여 패턴인식 과정과 용접과정으로 이루어진다.
상기 패턴인식 과정은 용접하고자 하는 용접모재를 따라 시시디 카메라와 광원부재를 X축으로 이동시키기 위한 X축 모터구동 단계와, 광원부재에 의해 주사된 광과 시시디 카메라에 의하여 용접하고자 하는 용접선을 인식하는 화상인식 단계와, X축 진행에 따른 Y축의 변화를 X축에 대한 배열로 저장 기억하는 Y방향 편차 기억 단계와, 광원부재와 시시디 카메라에 의해 용접모재의 용접하고자 하는 용접선의 끝나는 점을 인식하는 패턴 끝 부분 인식 단계,로 구성되어 각각의 단계를 순차적으로 수행하여 패턴인식 과정이 이루어진다.
패턴인식 과정이 이루어지면 상기 과정에서 이루어진 모든 작동이 처음 시작점의 절대좌표를 기억하여 원상복귀되는 시작점 복귀로 이루어진다.
이후 용접과정으로서 용접토치에 의해 인식된 용접선을 따라 용접하기 위한 X축 모터구동 및 아아크 온 단계와, X축으로 이동하면서 패턴인식시 저장된 Y좌표 만큼 이동하면서 용접을 실시하기 위한 기억한 Y축 편차 만큼 Y축 모터를 구동시키는 Y축 모터구동 단계,로 하여 용접과정이 이루어지므로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
제1도는 본 발명에 따른 패턴 인식을 이용한 자동용접 장치의 개략적인 구성도.
제2도는 본 발명에 따른 패턴 인식을 이용한 자동용접 방법의 플로우 챠트.
제3a도는 용접하고자 하는 용접선을 나타낸 용접모재의 평면도.
제3b도는 용접선을 따라 퍼스널 컴퓨터에 인식되어 지는 용접모재의 라인을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광원부재 2 : 시시디(CCD) 카메라
3 : 퍼스널 컴퓨터 4 : 용접토치
b : 화상 처리 보드 M : 용접 모재
P : 패턴인식 과정 W : 용접과정
A : X축 구동모터 B : 화상인식
C : Y방향 편차 기억 D : 패턴 끝 부분 인식
E : 시작점 복귀 F : X축 구동모터, 아아크 온
G : 기억한 Y축 편차만큼 Y모터구동
이하, 바람직한 실시예로서 도시하여 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 도 1에서와 같이 용접토치(4)의 전방에 설치되어 용접모재(M)의 용접선에 광을 주사하는 광원부재(1)와; 상기 광원부재(1)와 소정의 각도를 두고 설치되어 용접선에 맞고 반사되는 광원을 수광하므로써 용접모재(M)의 용접선을 인식하는 시시디(CCD) 카메라(2)와; 상기 시시디 카메라(2)에 의해 라인(Line)형태로 인식된 용접선에 대한 정보를 화상 처리 보드(A/D변환기)(b)를 통하여 받아 들이는 퍼스널 컴퓨터(3)와; 상기 시시디 카메라(2)가 용접선을 인식한후 원위치로 복귀한 다음 퍼스널 컴퓨터(3)의 콘트롤에 의해 용접선을 따라 용접을 실시하는 용접토치(4); 로 구성된다.
도면중, 미설명 부호 5는 X축 테이블이고, 6은 Y축 테이블이다.
이와 같이 된 본 발명의 장치는 광을 주사하는 광원부재(1)와 시시디 카메라(2)가 소정의 각도를 두고 설치되어 있으므로 상기 광원부재로 부터 주사된 뒤 용접선에 맞고 반사되는 광원을 시시디 카메라가 수광하여 용접모재(M)의 용접선에 대한 정보를 인식한다.
시시디 카메라(2)에 의해 라인형태로 받아 들여진 용접선의 정보는 화상 처리 보드(A/D변환기)(b)에 의해 퍼스널 컴퓨터(3)로 전송된다.
퍼스널 컴퓨터에서는 용접선에 대한 화상정보를 화상처리하여 인식하고, X축 이동에 따른 Y축 방향으로의 편차를 연속적으로 기억하게 된다.
용접선 인식후 원위치로 복귀한 다음 시시디 카메라(2)의 시작점과 용접토치(4)의 위치차이를 보상한후 용접을 시작한다.
테이블이 일정한 속도로 X축으로 용접을 진행하면서 Y방향의 편차는 용접선 인식시 기억한 좌표정보 만큼 보상하면서 용접을 실시한다.
위와 같이 자동으로 용접을 진행함에 따라 균일한 용접품질 및 정밀한 용접선을 얻을수 있다.
즉, 버트 용접(Butt Welding)에 응용하면 균일한 용접품질을 얻을 수 있고, 또한 시시디 카메라의 분해능력이 보통 500×500 이상이므로 카메라가 받아들이는 화면의 크기가 20㎝×20㎝일 경우 해상도는 0.4㎜ 이하가 되어 정확한 용접품질을 얻을 수 있다.
본 발명의 패턴 인식을 이용한 자동용접 방법은 도 2와 같이 자동용접의 시작을 시점으로 하여 패턴인식 과정(P)과 용접과정(W)으로 이루어진다.
상기 패턴인식 과정(P)은 시시디 카메라(2)와 광원부재(1)가 용접선(패턴)에 따라 X축으로 이동하기 위한 X축 모터구동 단계(A)와; 상기 광원부재(1)에 의해 주사된 광과 시시디 카메라(2)에 의해 용접하고자 하는 용접선을 인식하는 화상인식 단계(B)와; X축 진행에 따른 Y축의 변화를 X축에 대한 배열로 저장 기억하는 Y방향 편차기억 단계(C)와; 상기 광원부재(1)와 시시디 카메라(2)에 의해 용접모재의 용접하고자 하는 용접선의 끝나는 점을 인식하는 패턴 끝부분 인식단계(D); 를 순차적으로 수행하여 패턴인식 과정이 이루어지면 상기 과정에서 이루어진 모든 작동이 처음 시작점의 절대좌표를 기억하여 원상복귀되는 시작점 복귀단계(E); 로 이루어진다.
이후, 용접과정(W)으로서 용접토치(4)에 의해 인식된 용접선을 따라 용접하기 위한 X축 모터구동, 아아크 온 단계(F)와; X축으로 이동하면서 패턴인식시 저장된 Y좌표 만큼 이동하면서 용접을 실시하기 위한 기억한 Y축 편차 만큼 Y축 모터를 구동시키는 Y축 모터구동 단계(G); 로 하여 이루어진다.
이상과 같은 본 발명의 패턴인식을 이용한 용접방법에 의하면, 도 2에서와 같이 자동용접의 시작을 시점으로 하여 X축 모터구동 단계(A)에 의하여 X축 테이블(5)을 이동시킨다.
이에 따라 시시디 카메라(2)의 광원부재(1)가 용접선(패턴)을 따라 X축으로 이동한다.
화상인식 단계(B)는 광원부재(1)에 의해 주사된 광과 시시디 카메라(2)에 의하여 용접하고자 하는 용접선을 라인형태로 하여 받아 들여진 정보는 화상처리보드(A/D변환기)(b)에 의해 퍼스널 컴퓨터(3)로 전송한다.
이때, 화상정보를 퍼스널 컴퓨터(3)에서 화상처리하여 용접선의 정보를 인식하고, X축 이동에 따른 Y축 방향으로의 편차를 연속적으로 기억한다.
즉, 도시된 도 3a에서와 같이 일예로서 버트 용접(Butt Welding)일 경우 광원에 대한 정보(용접선)를 퍼스널 컴퓨터(3)에서 라인(Line)으로 인식한다.
이 경우, 광원에 대한 정보의 크기를 쉽게 처리하기 위하여 Y방향 두께를 1로 하는 정보로 변환한다.
Figure kpo00002
저장된 점들의 정보를 X축에 대하여 미분하여 용접선에 대한 정보로 인식한다.
Y'(xi) = Y(xi) - Y(xi-1)
미분값이 급변하는 점을 인식하여 용접선으로 간주한다.
상기 Y방향 편차 기억단계(C)는 시시디 카메라(2)와 광원부재(1)에 의해 용접모재의 용접하고자 하는 용접선의 끝나는 점을 인식하여 그 정보를 퍼스널 컴퓨터(3)로 전송시켜 기억하게 한다.
위와 같이 하여 패턴인식 과정(P)이 완료되고, 상기 시시디 카메라(2)와 광원부재(1)등 상기 과정에서 이루어진 모든 작동이 처음 시작점의 절대좌표를 기억하여 시작점으로 복귀한다.
상기 X축 모터구동, 아아크 온 단계(F)는 X축 모터를 구동시켜 X축으로 이동하면서 패턴(용접선) 인식시 저장한 Y좌표 만큼 이동시키면서 용접을 실시한다.
이상과 같이 용접을 실시하여 인식된 용접선의 끝부분 까지 용접하여 완료한다.
이상과 같은 본 발명은 용접하고자 하는 용접모재의 용접선(패턴)을 인식하여 설정하고, 설정된 용접선을 따라 최적의 조건으로 일정하게 자동용접을 실시하므로써 균일한 용접품질과 정밀한 용접을 자동으로 실시할수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 용접토치(4)의 전방에 설치되어 용접모재(M)의 용접선에 광을 주사하는 광원부재(1)와; 상기 광원부재(1)와 소정의 각도를 두고 설치되어 용접선에 맞고 반사되는 광원을 수광하므로써 용접모재(M)의 용접선을 인식하는 시시디(CCD) 카메라(2)와; 상기 시시디 카메라(2)에 의해 라인(Line)형태로 인식된 용접선에 대한 정보를 화상 처리 보드(A/D변환기)(b)를 통하여 받아 들이는 퍼스널 컴퓨터(3)와; 상기 시시디 카메라(2)가 용접선을 인식한후 원위치로 복귀한 다음 퍼스널 컴퓨터(3)의 콘트롤에 의해 용접선을 따라 이동하면서 용접을 실시하는 용접토치(4); 로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 패턴인식을 이용한 자동용접 장치.
  2. 자동용접의 시작을 시점으로 하여 시시디 카메라와 광원부재를 X축으로 이동시키기 위한 X축 모터구동 단계와; 상기 광원부재에 의해 주사된 광과 시시디 카메라에 의해 용접하고자 하는 용접선(패턴)을 인식하는 화상인식 단계와; X축 진행에 따른 Y축의 변화를 X축에 대한 배열로 저장 기억하는 Y방향 편차기억 단계와; 광원부재와 시시디 카메라에 의해 용접모재의 용접하고자 하는 용접선의 끝나는 점을 인식케 하는 패턴 끝부분 인식 단계와; 처음 시작점의 절대좌표를 기억하여 원상복귀되는 시작점으로의 복귀단계와; 용접토치에 의해 인식된 용접선을 따라 용접하기 위한 X축 모터구동, 아아크 온 단계와; X축으로 이동하면서 패턴인식시 저장된 Y좌표 만큼 이동하면서 용접을 실시하는 용접단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴 인식을 이용한 자동용접방법.
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