KR100253132B1 - 레이져비젼센서 및 센서카메라를 이용한 용접선 위치감지방법 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 용접용 로봇에 부착된 레이져 비젼센서 및 센서카메라를 이용하여 용접선의 시작점과 끝점을 감지하기 위한 용접선 위치 감지방법에 관한 것이다. 종래의 용접선 위치 감지방법은 용접로봇이 용접시작점 위치를 감지하고 용접 끝점 위치까지도 감지한 후에야 용접을 시작하게 되므로, 용접을 수행하기에 너무 많은 시간이 소요됨으로써 작업효율이 떨어지게 된다. 뿐만아니라, 용접선의 끝부분이 막혀 있을 경우에는 그에 따른 센서카메라로부터의 영상형태가 정확히 파악되지 않게 되므로 용접시작점 및 끝점을 정확히 감지할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이에, 본 발명에 따른 용접선 위치감지방법은 레이져비젼센서와 카메라를 통해 검출된 레이져띠영상을 미리 정형화된 영상형태와 비교하여 용접시작점을 검출하게 하고, 이어 이러한 용접시작점으로부터 용접토치를 진행시켜 용접부재를 용접하면서 이와 동시에 검출한 용접선정보를 정형화된 영상형태와 재차 비교하게 함으로써, 용접부재를 단시간에 정확하게 용접할 수 있게 한다.

Description

레이져비젼센서 및 센서카메라를 이용한 용접선 위치 감지방법

본 발명은 용접용 로봇에 부착된 레이져 비젼센서 및 센서카메라를 이용하여 용접선의 시작점과 끝점을 감지하기 위한 용접선 위치 감지방법에 관한 것으로서, 특히 용접선의 시작점만을 먼저 감지하여 용접을 수행하고 용접이 진행되면서 끝점을 감지하도록 한 용접선 위치 감지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 용접용 로봇은 레이져 비젼센서로부터 레이져를 주사하여 센서카메라에 의해 검출된 용접선 상태에 따라 용접부재를 용접하게 되므로, 용접부재를 공고히 용접하기 위해서는 용접선의 상태를 정확히 감지하여야 한다.

종래에는 용접용 로봇을 이용하여 대형구조물을 용접할 경우, 용접선의 시작점과 끝점을 정확히 감지하여 용접하는 데에는 많은 시간과 인력이 요구되었다. 이에 이러한 단점을 줄이기 위해 시도된 것이 오프라인프로그램을 사용한 용접선 위치감지방법이었다. 여기서, 오프라인프로그램은 구조물의 설계를 위해 작성된 도면을 토대로 용접선의 시작점과 끝점의 위치를 용접용 로봇에 전달하고 용접용 로봇은 이러한 위치정보를 이용하여 용접선을 정확히 용접하게 한 것이다. 하지만, 이러한 오프라인프로그램을 이용한 용접선 위치인식방법 또한 구조물이 대형일 경우에는 용접시작점으로부터 멀어질수록 실제 구조물의 위치와 차이가 생기게 되어 정확한 구조물의 위치를 계산하기 어렵게 되었다. 이에따라, 용접장치에 레이져 비젼센서를 부착하여 용접시 실제 용접선을 추적하도록 하였다.

도1에 도시된 바와같이, 용접부재(10) 상측에는 레이져 비젼센서(12)를 갖는 용접토치(14)가 배치되어 있다. 용접로봇은 먼저 오프라인프로그램의 계산결과에 따라 용접토치(14)를 용접시작점 근처로 이동시킨다. 이어, 용접토치의 레이져 비젼센서(12)를 통해 레이져가 세로방향(1) 그리고 가로방향(2)으로 주삭되게 하고, 주사되어 용접부재로부터 반사된 레이져신호를 센서카메라를 이용하여 촬영하게 한다. 센서카메라가 레이져신호를 세로방향(1)으로 촬영할 경우에는 도2a와 같은 영상형태를 나타내며, 가로방향(2)으로 촬영할 경우에는 도2b와 같은 영상형태를 나타낸다. 따라서, 도2a와 도2b와 같은 영상정보를 분석하여 도 2a로부터는 용접시작점의 (X,Z)값을 구하고 도2b로부터는 (Y)값을 구함으로써, 도1에서의 용접시작점의 위치를 (X,Y,Z)값으로 검출할 수 있게 된다. 그런 다음, 오프라인프로그램의 계산 결과에 따라 용접토치를 용접끝점 근처로 이동시킨 후에 레이져가 용접토치의 레이져 비젼센서(12)를 통해 또 한번 세로방향(1) 그리고 가로방향(2)으로 주사되게 하여 센서카메라에 의해 촤열되게 함으로써, 용접끝점 또한 (X,Y,Z)값으로 검출될 수 있게 된다. 이러한 방식으로, 용접시작점과 끝점이 정확히 검출됨으로써 용접토치가 정확한 용접선 위치를 따라 용접될 수 있는 것이다.

하지만, 레이져 비젼센서를 이용한 종래의 용접선 위치 감지방법은 용접로봇이 용접시작점 위치를 감지하고 용접끝점 위치까지도 감지한 후에야 용접을 시작하게 되므로, 용접을 수행하기에 너무 많은 시간이 소요됨으로써 작업효율이 떨어지게 된다. 뿐만아니라, 용접선의 끝부분이 막혀 있을 경우에는 그에 따른 센서카메라로부터의 영상형태가 정확히 파악되지 않게 되므로 용접시작점 및 끝점을 정확히 감지할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 이에, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 불필요한 작업공정을 단축시켜 작업시간을 줄일 수 있는 용접선 위치 감지방법을 제공함에 있다.

제1도는 종래의 용접선의 위치 감지방법을 설명하기 위한 용접장치 배치도.

제2도는 제1도의 레이져 비젼센서에 의한 레이져띠 영상을 도시한 구성도.

제3도는 본 발명에 다른 용접선의 위치 감지방법을 설명하기 위한 용접장치 배치도.

제4도는 제3도의 레이져 비젼센서에 의한 레이져띠 영상을 도시한 구성도.

제5도는 본 발명에 따른 용접선의 위치 감지방법을 설명하기 위한 용접작업 제어흐름도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10,20 : 용접부재 12,22 : 레이져 비젼센서

14,24 : 용접토치

위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 용접용 로봇에 부착된 레이져 비젼센서 및 센서카메라를 이용하여 용접선의 시작점과 끝점을 감지하기 위한 용접선 위치 감지방법에 있어서, (1)용접용 로봇을 용접선 부위로 이동시켜, 센서카메라로부터 감지된 레이져띠 영상이 도4b와 동일한 형태인지를 확인하여, 동일하지 않을 경우에는 로봇을 용접선 부위로 재차 이동시키고 동일할 경우에는 로봇을 용접선의 시작점쪽으로 이동시키는 단계; (2)센서카메라로부터 감지된 레이져띠 영상을 도4b와 동일한 형태인지를 재차 확인하여, 동일하지 않을 경우에는 다시 레이져띠 영상이 도4e와 동일한 형태인지를 확인하고, 동일할 경우에 용접선의 끝점이 열린부재의 시작점/끝점인 것으로 판단하여 용접용 로봇을 정지하게 하는 단계; 및 (3) (2)단계에서 검출된 레이져띠 영상이 도4e와 동일하지 않을 경우에 다시 레이져띠 영상이 도4f와 동일한 형태인지를 확인하여, 동일하지 않을 경우에는 노이즈로 판단하여 다음번 샘플링에서 확인하게 하고 동일할 경우에는 용접선의 끝점이 막힌부재의 시작점/끝점인 것으로 판단하여 용접용 로봇을 정지하게 하는 단계를 포함하는 용접선 위치 감지방법에 있다.

이하에서 본 발명의 구성 및 작용을 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도3에 도시된 바와같이, 레이져 비젼센서(22)를 부착한 용접토치(24)가 용접선 부위로 향하도록 자세가 조정된다. 이러한 작업중, 비젼센서가 정확한 용접선의 중앙부를 향하지 않을 경우에는 도4a와 같은 레이져띠형태를 나타내게 될 것이며, 이어 비젼센서는 제1시작점검색방향으로 서서히 이동되게 된다. 이에 따라, 센서카메라를 통해 도4c 및 도4d과 같은 레이져띠형태가 검출될 것이며, 이중에 도4c는 용접부재가 필렛부재일 경우를 나타내는 것이고, 도4d는 용접부재가 V형 조인터부재일 경우를 나타내는 것이다. 특히, 도4c는 용접부재를 정확히 위치시키기 위해 용접선의 중간부분에 가용접을 실시한 곳이 있거나, 앞서 용접을 실시하다가 중간에 그만둔 곳이 있을 경우에 이와 동일한 영상형태를 나타낸다. 그러므로, 이러한 경우에는 영상이 취득되는 순간의 로봇위치를 메모리에 저장시켜 도4c와 같은 영상이 계석되는 거리를 매 샘플링시간마다 측정하여, 그 거리가 50mm를 넘으면 먼저 용접을 실시하다가 중간에 그만둔 곳(용접분할점)이라 판단하여 용접을 중단하게 한다. 하지만, 거리가 50mm이하일 경우에는 용접부재를 정확히 위치시키기 위한 가용접부분으로 판단하여 계속 용접을 수행하게 한다. 물론, 이러한 용접거리는 일반적으로 50mm가 기준이 되지만 경우에 따라서는 그 이상 또는 이하로 설정될 수도 있다. 아무튼, 이러한 점들을 감안하여 비젼센서를 용접선 중앙부로 정확히 이동시켜 도4b와 같은 레이져띠형태를 나타내도록 한 후에, 용접토치를 제2시작점 탐색방향으로 서서히 진행시켜 용접선에 대한 정보를 설정된 샘플링시간(대략 250~300msec)마다 검출하게 한다. 이에 따라, 매 샘플링시간마다 구해진 용접시작점에 대한 3차원좌표값에 순서N을 부여하여 메모리에 저장한다. 이때, 검출되는 영상형태가 도4e 및 도4f와 같은 형태를 나타내는지 확인하고, 만일 도4e와 도4f와 같은 형태를 나타낼 경우에는 센서가 용접시작점을 통과하고 있음을 의미하므로, 로봇의 진행을 멈추게 한다. 그런 후에, N-1번째 구한 3차원좌표값을 용접시작점으로 하여 검출하게 된다. 덧붙여, 도4e는 용접시작점의 끝이 열린 경우이고, 도4f는 용접시작점의 끝이 막힌 경우를 나타낸다. 결국, 이러한 과정을 통해 용접시작점을 찾을 수 있게 되며, 용접로봇은 위치를 바꾸어 이렇게 측정된 용접시작점으로부터 용접선을 따라 용접을 진행하게 한다. 이때, 센서는 용접토치로부터 일정거리 이격되어 부착되어 있으므로 용접시작점로부터 센서가 영상을 촬영하는 지점까지의 거리내에 용접선에 대한 정보는 없게 되는데, 본 발명에서는 이러한 거리구간에서의 정보를 파악하기 위해 앞서 설명한 과정에서 시작점을 찾도록 메모리에 저장한 N-1개의 3차원정보를 이용하게 된다. 이리하면, 용접토치 및 센서간의 정보를 다시 검출하지 않고서도 용접을 정확히 속행할 수 있게 된다.

따라서, 도5에서 보는 바와같이, 용접로봇을 용접선부위로 서서히 이동시켜(단계100), 레이져띠의 형상이 도4b와 동일한 영상형태를 갖는지를 확인한다(단계 102). 만일, 동일하지 않을 경우에는 다시 단계100을 수행하게 하며, 동일할 경우에는 용접로봇을 정지하고 용접선의 위치값을 3차원좌표값으로 변화하여 메모리에 저장한다(단계104). 그 다음, 용접로봇을 다시 시작점방향으로 이동시킨다(단계 106). 그런후에, 레이져띠의 영상이 도4b와 동일한 영상형태를 갖는지를 확인한다(단계108). 만약, 동일할 경우에는 다시 단계106을 수행하게 하며, 동일하지 않을 경우에는 레이져띠의 영상이 도4c와 동일한 영상형태를 갖는지를 확인한다(단계110). 이때, 레이져띠의 영상이 도4c와 동일할 경우에는 그 용접선부분을 가용접부분으로 판단하여 그냥 통과하게 한 후에 단계106으로부터 다시 수행하게 하고(단계112), 동일하지 않을 경우에는 레이져띠의 영상이 다시 도4e와 동일한지를 확인한다(단계114). 이리하여, 도4e와 동일할 경우에는 용접선의 끝점이 열린부재의 시작점/끝점인 것으로 판단하여 로봇을 정지하게 하며(단계116), 도4e와 동일하지 않을 경우에는 다시 레이져띠의 영상이 도4f와 동일한지를 확인한다(단계118). 그리하여, 레이져띠의 영상이 도4f와 동일하지 않을 경우에는 스패터나 아크광에 의한 노이즈로 판단하여 다음번 샘플링에서 확인하게 하고(단계120), 도4f와 동일할 경우에는 용접부재의 끝점이 막힌부재의 시작점/끝점인 것으로 판단하여 로봇을 정지하게 한다(단계122).

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 용접선 위치감지방법은 레이져비젼센서와 카메라를 통해 검출된 레이져띠영상을 미리 정형화된 영상형태와 비교하여 용접시작점을 검출하게 하고, 이어 이러한 용접시작점으로부터 용접토치를 진행시켜 용접부재를 용접하면서 이와 동시에 검출한 용접선정보를 정형화된 영상형태와 재차 비교하게 함으로써, 용접부재를 단시간에 정확하게 용접할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 용접용 로봇에 부착된 레이져 비젼센서 및 센서카메라를 이용하여 용접선의 시작점과 끝점을 감지하기 위한 용접선 위치 감지방법에 있어서,

   (1)상기 용접용 로봇을 용접선 부위로 이동시켜, 상기 센서카메라로부터 감지된 레이져띠 영상이 도4b와 동일한 형태인지를 확인하여, 동일하지 않을 경우에는 로봇을 용접선 부위로 재차 이동시키고 동일할 경우에는 로봇을 용접선의 시작점쪽으로 이동시키는 단계;

   (2)상기 센서카메라로부터 감지된 레이져띠 영상을 도4b와 동일한 형태인지를 재차 확인하여, 동일하지 않을 경우에는 다시 레이져띠 영상이 도4e와 동일한 형태인지를 확인하고, 동일할 경우에 용접선의 끝점이 열린부재의 시작점/끝점인 것으로 판단하여 상기 용접용 로봇을 정지하게 하는 단계; 및

   (3)상기 (2)단계에서 검출된 레이져띠 영상이 도4e와 동일하지 않을 경우에 다시 레이져띠 영상이 도4f와 동일한 형태인지를 확인하여, 동일하지 않을 경우에는 노이즈로 판단하여 다음번 샘플링에서 확인하게하고 동일할 경우에는 용접선의 끝점이 막힌부재의 시작점/끝점인 것으로 판단하여 상기 용접용 로봇을 정지하게 하는 단계를 포함하는 용접선 위치 감지방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (1)단계에서 레이져띠 영상이 도4b와 동일한 형태일 경우에 로봇을 정지하고 용접선의 위치좌표를 3차원좌표값으로 변환하여 메모리에 저장하도록 하는 단계를 더 포함하는 용접선 위치 감지방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 (2)단계에서 레이져띠 영상이 도4b와 동일하지 않을 경우에 다시 레이져띠 영상이 도4c와 동일한 형태인지를 확인하여, 동일할 경우에는 해당 용접선부분이 가용접부분인 것으로 판단하여 통과하게 하여 용접로봇을 시작점방향으로 다시 이동시키고 도일하지 않을 경우에는 레이져띠 영상이 도4e와 동일한 형태인지를 확인하도록 한 용접선 위치 감지방법.
4. 제3항에 있어서, 길이 50mm를 기준으로 하여 상기 용접선의 가용접부분 여부를 판단하도록 한 용접선 위치 감지방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 레이져띠 영상을 대략 250~300mm의 샘플링주기로 검출하도록 한 용접선 위치 감지방법.

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