KR100312641B1 - 자동화 용접장치의 센싱 시스템 - Google Patents

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Abstract

목적: 선박과 같은 대조립 구조물의 자동화 용접을 위한 용접로봇의 이송시에 주변 구조물을 센싱하는데 적당한 자동화 용접장치의 센싱 시스템을 제공한다.
구성: 구조물의 바닥면에 기립 설치되는 다수의 론지, 및 상기 론지의 측단에 설치되는 횡부재를 갖춘 개방형 조립 구조물의 용접작업의 자동화를 위해 용접로봇을 이송하는 크롤러에 설치되는 것으로서, 상기 크롤러, 상기 용접로봇의 승하강을 위해 크롤러에 설치되는 리프트, 및 상기 리프트에 의해 이재된 용접장치를 론지들 사이의 셀 공간으로 이송하는 캐리지의 상호 동작 제어에 연계되는 감지를 수행하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템에 있어서, 상기 론지에 대한 크롤러의 상대 위치 및 진행방향을 감지하는 크롤러 위치방향 감지수단과, 상기 셀로부터 접근하는 용접로봇의 도킹 에리어 진입 여부를 감지하는 도킹 감지수단과, 상기 각각의 감지수단들의 신호를 처리하여 상기 론지, 횡부재와의 상대적 위치 및 방향을 인식하는 신호처리수단을 구비한다.
효과 : 주변 구조물의 센싱에 적합한 센서류 및 센싱 신호의 처리를 행하는 중앙처리수단을 채용하여 구조물의 형상에 대응하는 센싱 정밀도 및 센싱 성공률을 향상시킴으로써, 크롤러 및 이에 대응하는 캐리지의 자세 제어에 대한 정밀도를 높일 수 있고 크롤러 및 캐리지의 진행속도를 향상시켜 작업성을 향상시킬 수 있다.

Description

자동화 용접장치의 센싱 시스템{Sensing system for automatic welder}
본 발명은 용접장치의 센싱 시스템에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 선박과 같은 대조립 구조물의 자동화 용접을 위한 용접로봇의 이송시에 주변 구조물을 정밀하게 센싱하는데 적당한 자동화 용접장치의 센싱 시스템에 관한 것이다.
통상적으로, 산업기술의 고도한 발전과 함께 근로환경이 개선됨으로써 용접작업과 같은 힘들고 어려운 환경의 작업을 기피하는 경향이 만연해 짐에 따라, 근래에는 이를 해결하는 방편으로 용접의 자동화가 부각되고 있다. 특히, 선박 건조와 같이 대형 구조물의 용접은 그 용접하고자 하는 위치의 열악성이나 규모로 보아 자동화가 실현되어야 할 필요성은 더욱 높다.
더욱이, 세계적으로 환경 규제가 엄격하게 적용되고 있는 추세에 따라 선박에 있어서도 좌초 시에 유류 등이 누출되어 바다를 오염시키지 않도록 2중저 선체 구조를 보편적으로 채용하고 있다.
2중저 선체 구조를 갖는 선박은 선저가 파손되어도 내저판(內底板)으로 침수되는 현상을 막을 수 있고, 선저의 강도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 공간의 활용도도 좋고, 배의 중심도 낮아져 안정적으로 된다.
그러나, 전술한 2중 선저의 선체 구조는 내저판을 지지하는 복잡한 골조구조를 가지고 있고, 이들 복잡한 조립 구조물은 용접 로봇에 의한 용접 작업시, 용접 작업을 방해하는 장애물로 작용하고 있다.
도 1은 선체 구조의 복잡한 골조의 일예를 보여주는 사시도로서, 바닥면(2)에 일정간격으로 기립 설치되어 설치 상호간의 공간인 셀(3)을 형성하는 다수의 론지(4)와, 이 론지(4)의 측단에 기립 설치되는 횡부재(肋板,floor; 5)로 된 개방형 조립 구조물의 기본적 골조를 갖추고 있고, 이러한 개방형 조립 구조물의 골조에 론지(4)의 상부면을 횡단 이동하는 크롤러가 통과될 크기의 거더홀(6a)이 형성된 거더(6)가 바닥면에 기립 설치된 등의 밀폐형 조립 구조물의 골조를 갖추고 있다.
이러한 조립 구조물의 용접작업을 자동화하기 위해 사용되는 자동화 용접장치는 용접건을 갖춘 용접로봇을 크롤러에 적재한 상태로 론지(2)의 상부를 이동하여 리프팅될 위치로 이송하고, 이렇게 이송된 용접로봇을 리프팅하여 캐리지에 이재시킨 상태로 두 론지(4) 사이의 내부 공간인 셀(3)을 이동하여 용접부위에 정위치시키므로써 용접로봇에 의한 자동화 용접작업을 행하게 된다.
이를 위하여, 종래의 자동화 용접장치는 크롤러 및 캐리지에 적외선 센서 및 초음파 센서 및 이들 센서의 신호를 처리하는 중앙처리수단을 갖춘 센싱 시스템이 마련되어 용접로봇의 이송에 장애가 되는 구조물을 피해 목표의 용접부위로 진행하도록 구성되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 센싱 시스템은 특히 크롤러의 경우에 론지, 횡부재 및 거더 등의 각 구조물의 형상 및 자세에 대응하는 센싱 능력 및 정밀도가 낮고, 센서들의 개별 제어 및 통합 제어를 행하는 제어 프로그램 수행 과정에서 에라 요인이 많이 나타나게 된다.
따라서, 크롤러의 현 위치에서 동일 구조물을 수회 반복되어 센싱하는 경우가 발생되고, 이로 인해 크롤러의 위치선정이 신속 및 정확하게 이루어지지 못하여 용접로봇의 빠른 진행이 어렵게 되는 바, 자동 용접에 관한 능률의 제고가 요구되고 있는 실정이다.
이러한 요구에 부응하기 위해 안출된 본 발명은 보다 정밀하고 신속한 크롤러의 진행을 위해 각 구조물에 대응하는 센싱의 효율성이 양호한 센서들을 적절히 채용함과 아울러, 이들 센서들의 신호를 처리할 경우에 단번에 양호한 센싱 결과를 얻을 수 있도록 함으로써, 크롤러와 각 구조물과의 거리 및 상대적 자세를 신속 및 정확히 인식하여 크롤러의 진행을 제어할 수 있도록 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템을 제공하는데 목적을 두고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 특징에 따르면, 구조물의 바닥면에 기립 설치되는 다수의 론지, 및 상기 론지의 측단에 설치되는 횡부재를 갖춘 개방형 조립 구조물의 용접작업의 자동화를 위해 용접로봇을 이송하는 크롤러에 설치되는 것으로서, 상기 크롤러, 상기 용접로봇의 승하강을 위해 크롤러에 설치되는 리프트, 및 상기 리프트에 의해 이재된 용접장치를 론지들 사이의 셀 공간으로 이송하는 캐리지의 상호 동작 제어에 연계되는 감지를 수행하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템에 있어서, 상기 론지에 대한 크롤러의 상대 위치 및 진행방향을 감지하는 크롤러 위치방향 감지수단과, 상기 셀로부터 접근하는 용접로봇의 도킹 에리어 진입 여부를 감지하는 도킹 감지수단과, 상기 각각의 감지수단들의 신호를 처리하여 상기 론지, 횡부재와의 상대적 위치 및 방향을 인식하는 신호처리수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템이 제공된다.
이러한 본 발명의 구성에 있어서, 상기 크롤러 위치방향 감지수단은 상기 론지들을 감지하는 론지 감지센서가 채용되고, 상기 중앙처리수단은 상기 론지 감지센서를 통해 획득된 론지들의 포즈에 의해서 상기 론지에 대한 크롤러의 상대적 위치 및 진행방향을 감지하도록 구성하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 론지 감지센서는 상기 크롤러 또는 리프트의 상부 소정위치에 하방을 촬상하도록 설치된 CCD 카메라를 사용하고, 상기 중앙처리수단은 상기 CCD 카메라의 촬상 화상에서 에지부를 추출함으로써 론지를 인식하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 론지 감지센서는 상기 크롤러에 설치되어 크롤러의 주변으로 레이저빔을 스캔하고, 이 스캔되는 레이저빔을 원뿔형 미러를 통해 이 원뿔형 미러와 대면 설치된 CCD 카메라로 촬상하여, 주변 구조물과의 거리 및 방위를 측정하는 레이저스캔 센서이고, 상기 중앙처리수단은 상기 레이저스캔 센서의 측정 정보를 미리 입력된 CAD 데이터와 연계 분석하여 상기 론지의 위치 및 자세를 유추하도록 구성할 수도 있다.
상기 레이저스캔 센서는 삼각측량법에 의해 상기 주변 구조물과의 거리를 획득하고, 상기 레이저빔의 촬상 화점에 의해 상기 주변 구조물의 방위를 획득하는것이다.
이와 같은 구성에 의해 론지를 감지하는 본 발명에 있어서, 상기 중앙처리수단은 상기 론지 감지센서의 신호에 의해 상기 리프트의 승하강을 위한 크롤러의 정지위치를 판단하게 된다.
한편, 상기 도킹 감지수단은 상기 용접로봇에 설치되는 발광다이오드와, 상기 리프트의 상부측에 설치되어 하방을 촬상함으로써 상기 발광다이오드에서 조사되는 빔을 촬상하여 촬상정보를 상기 중앙처리수단으로 송출하는 CCD 카메라로 이루어져, 상기 중앙처리수단에서 용접로봇의 도킹 에리어 접근이 판단되도록 한 구성으로 된다. 이때, 상기 CCD 카메라는 론지의 감지를 위한 촬상을 겸하는 것이 바람직하다.
이와 같은 두 가지 기능을 위한 동작을 위해서, 상기 CCD 카메라는 론지 감지시와 도킹 감지시에 촬상각도가 서로 상이하도록 구성한다.
본 발명에 의하면, 상기 도킹 감지수단은 상기 리프트에 설치되어 캐리지를 감지하는 초음파 스위치와, 상기 리프트 및 캐리지에 설치되어 상호간의 근접을 감지하는 자기형 근접감지 커플링이 채용되고, 상기 중앙처리수단은 상기 초음파 스위치와 상기 근접감지 커플링의 신호를 융합 처리하여 도킹 에리어를 판단하도록 구성할 수도 있다.
상기 중앙처리수단은 상기 각각의 감지수단에 의해 획득된 상기 용접로봇에 대한 상기 리프트의 상대 위치를 상기 캐리지의 동작 제어에 활용하게 된다.
한편, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 구조물의 바닥면에 기립 설치되는 다수의 론지, 상기 론지의 측단에 설치되는 횡부재, 및 상기 횡부재를 횡단하여 기립설치되는 거더를 갖춘 밀폐형 조립 구조물의 용접작업의 자동화를 위해 용접로봇을 이송하는 크롤러에 설치되는 것으로서, 상기 크롤러, 상기 용접로봇의 승하강을 위해 크롤러에 설치되는 리프트, 및 상기 리프트에 의해 이재된 용접장치를 론지들 사이의 셀 공간으로 이송하는 캐리지의 상호 동작 제어에 연계되는 감지를 수행하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템에 있어서, 상기 론지에 대한 크롤러의 상대 위치 및 진행방향을 감지하는 크롤러 위치방향 감지수단과, 상기 셀로부터 접근하는 용접로봇의 도킹 에리어 진입 여부를 감지하는 도킹 감지수단과, 상기 거더에 거더홀을 감지하기 위한 거더홀 감지수단과, 상기 상기 각각의 감지수단들의 신호를 처리하여 상기 론지, 횡부재 및 거더 등의 구조물의 위치 및 방향을 인식하는 신호처리수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템이 제공된다.
이러한 본 발명의 구성에 있어서, 상기 거더홀 감지수단은 상기 크롤러에 설치되어 크롤러의 주변으로 레이저빔을 스캔하고, 이 스캔되는 레이저빔을 원뿔형 미러를 통해 미러와 대면 설치된 CCD 카메라로 촬상하여, 주변 구조물과의 거리 및 방위를 측정하는 레이저스캔 센서를 채용한 것이 바람직하다.
상기 레이저스캔 센서는 삼각측량법에 의해 상기 거더홀과의 거리를 획득하고, 상기 레이저빔의 촬상 화점에 의해 상기 거더홀의 크기 및 방위를 획득하는 것이다.
여기에서, 상기 레이저스캔 센서는 상기 론지의 감지를 겸하도록 함이 바람직하다.
도 1은 일반적인 선체의 복잡한 골조 구조의 일예를 보여주는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예가 적용된 용접장치의 크롤러 및 캐리어를 보인 측면도.
도 3은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 크롤러의 구조를 보인 평면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 실시예에 따른 CCD 카메라의 론지 감지 영역을 보인 크롤러의 측면도 및 정면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저스캔 센서의 도킹 감지 상태도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저스캔 센서의 주변 구조물 감지 상태도.
도 7은 도 6의 레이저스캔 센서의 상세 구조도.
도 8은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 크롤러와 캐리지의 진행상태 일예를 보인 개략적 평면도.
도 9는 본 발명의 센싱 시스템의 중앙처리수단에서 센서들의 신호에 의해 크롤러의 자기 위치 추정 방법의 순서를 보여주는 흐름도.
도 10은 본 발명의 센싱 시스템을 구성하는 레이저스캔 센서의 감지 정보에 의해 론지의 자세가 도출되는 과정을 보여주는 순서도.
도 11은 본 발명의 센싱 시스템을 구성하는 CCD 카메라의 촬상정보에 의하여 용접로봇의 도킹에 관련된 캐리지와 크롤러의 상대적 자세를 추정하는 과정을 보인 순서도.
도 12a 및 도 12b는 각각 용접로봇의 도킹을 위해 리프트와 캐리지의 접근을 초음파 센서와 자기형 근접센서를 이용하여 감지하는 상태를 개략적으로 보인 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 ; 바닥면 3 ; 셀
4 ; 론지 5 ; 횡부재
6 ; 거더 20 ; 크롤러
30 ; 리프트 40 ; 캐리지
RB ; 용접로봇 50 ; CCD 카메라
60 ; 레이저스캔 센서 62 ; 다이오드 레이저
64 ; 모터 66 ; 원뿔형 미러
68 ; CCD 카메라 MR1,MR2,MR3 ; 플랫미러
70 ; 중앙처리수단
이하, 본 발명에 따른 자동화 용접장치의 센싱 시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 용접장치를 이루는 이송수단인 크롤러(20)는 전후 양측에 용접로봇(RB)을 적재한 채로 소망의 위치로 이송할 수 있도록 스프라켓(21)의 동력을 전달받는 무한궤도(22)를 갖추고 있어, 선저의 바닥판(2)에 기립 설치된 론지(4)들의 상부면을 이동하기에 적합한 구조로 되어 있다.
또, 상기 크롤러(20)는 전후 양측에 용접로봇(RB)을 착탈하는 클램프(32)를 갖춘 리프트(30)가 설치되어, 용접로봇(RB)을 론지(4)들의 사이의 내부 공간인 셀(3)에 내려놓거나 셀(3)에 위치한 용접로봇(RB)을 캐치하여 들어올릴 수 있다.
상기 리프트(30)는 미 도시된 서보모터에 의해 회전되어 용접로봇(RB)을 크롤러(20)의 상판에 올려놓거나 전후 자유자재로 위치시킬 수 있도록 된 구조이다.
상기 리프트(30)에 의해 셀(3) 내부로 하강하는 용접로봇(RB)은 저부로 구동륜을 갖춘 캐리지(40)가 고정되어 셀(3) 내부를 이동하면서 용접위치로 정위치될 수 있도록 되어 있다.
본 발명에 따른 자동화 용접장치의 센싱 시스템은 크게 나누어서 크롤러 위치방향 감지수단과, 도킹 감지수단으로 구분할 수 있으며, 상기 크롤러 위치방향 감지수단은 주변 구조물, 특히 론지(4)에 대한 크롤러(20)의 자기 위치 및 방향 등의 상대적 자세를 감지하는 것이고, 상기 도킹 감지수단은 캐리지(40)와의 거리 및 방향 등의 상대적 자세를 감지하는 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 자동화 용접장치의 센싱 시스템은 도 4a 내지 도 5에 도시된 바와 같이 리프트(30)의 상부에 설치되는 CCD 카메라(50)와, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 크롤러(20)의 몸체 상부에 설치되는 레이저스캔 센서(60), 그리고 도 3에 도시된 바와 같이 CCD 카메라(50) 및 레이저스캔 센서(60)의 신호를 처리하여 크롤러(20)와 구조물의 상대적 방위를 판단하는 중앙처리수단(70)의 구성에 의해서 크롤러(20)의 자기 위치 및 방향 등의 상대적 자세, 더불어 캐리지(40)와의 거리 및 방향 등의 상대적 자세 등을 감지할 수 있다.
상기 CCD 카메라(50)는 크롤러(20)의 자기 위치 추정을 위하여 채용된 론지 감지센서, 또는 용접로봇(RB)과의 도킹을 감지하는 도킹 감지수단으로 사용될 수 있는 것으로, 사용 용도에 따라 각각 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 촬상 영역과, 도 5에 도시된 바와 같은 촬상 영역을 갖는다. 여기서, 촬상 영역은 도면 상 음영이 있는 부분이다.
좀더 상세하게 설명하면, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 리프트(30)가 크롤러(20)의 측방으로 회동하여 CCD 카메라(50)를 크롤러(20)의 측방으로 지향할 경우 상기 CCD 카메라(50)는 론지(4)의 감지를 위한 촬상을 행하는 상태이다.그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 리프트(30)가 크롤러(20)의 전방으로 회동하여 CCD 카메라(50)가 크롤러(20)의 전방을 지향하는 경우 상기 CCD 카메라(50)는 용접로봇(RB)의 도킹 에리어 접근을 감지하기 위한 촬상을 행하는 상태이다.
이와 같이 동작되는 CCD 카메라(50)의 촬상 정보는 중앙처리수단(70)으로 전송됨으로써 촬상 라인의 에지부가 추출되어 론지(4)를 판단할 수 있는 정보로 변환되고, 용접로봇(RB)에 설치된 발광다이오드(도시생략)에서 조사되는 빔의 화점이 인식된다.
따라서, 크롤러(20)에 대한 론지(4)의 위치(거리) 및 론지(4)의 자세를 판단하거나 용접로봇(RB)의 도킹 에리어 접근을 판단할 수도 있게 된다.
상기 레이저스캔 센서(60)는 도 6에 도시된 바와같이 횡부재(5) 및 거더(6)와 같은 주변 구조물을 감지할 수 있는 감지 영역을 가지며, 이 감지 영역은 도면 상 음영이 있는 부분으로 도시되어 있다.
이러한 레이저스캔 센서(60)의 구조는 도 7에 도시된 바와같이 크롤러(20)의 주변으로 레이저빔(BM)을 스캔하고, 이 스캔되는 레이저빔(BM)이 주변 구조물에 형성하는 띠를 원뿔형 미러(66)를 통해 미러(66)와 대면 설치된 CCD 카메라(68)로 촬상하여 주변 구조물과의 거리와 방위를 측정하도록 구성된다. 상기 레이저빔(BM)은 다이오드 레이저(62)에서 방출되어 고정된 두 개의 플랫미러(MR1,MR2)에 순차 반사된 후, 모터(64)에 추종 회전되는 플랫미러(MR3)에 반사되어 외부로 발사됨으로써, 크롤러(20)의 주변에 위치한 구조물의 소정 높이에 레이저 띠를 형성하게 된다.
상기 레이저스캔 센서(60)의 CCD 카메라(68)는 원뿔형 미러(66)의 반사 영역에 의해서 도면의 음영이 삽입된 부분과 같은 촬상 영역을 갖게 되며, 이러한 CCD 카메라(68)의 촬상 정보를 전송받는 중앙처리수단(70)은 CCD 카메라(68)의 촬상 영역 내에 들어온 레이저 띠의 영상을 추출하여 크롤러(20) 주변의 횡부재(5) 및 거더(6), 그리고 거더(6)에 형성된 거더홀(6a)과 같은 구조물과의 거리 및 방위를 판단하게 된다. 상기 주변 구조물(5,6,6a)과의 거리는 삼각측량법에 의해 획득하고 상기 구조물의 크기 및 방위는 레이저 띠의 촬상 화점에 의해 획득할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자동화 용접장치의 센싱 시스템은 도면에 도시하지는 않았으나 크롤러(20) 내에 설치되어 주행거리를 적산 측정하는 주행거리 센서가 더 포함되며, 종래부터 크롤러(20)에 장착되던 초음파 센서나 적외선 센서를 더 포함하여 구성할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 도 8에 도시된 바와 같이 크롤러(20)가 론지(4) 상면을 횡단 이동하면서 크롤러(20)에 설치된 센서(CCC 카메라(50), 레이저스캔 센서(60)), 주행거리 센서 및 초음파 센서들의 감지가 행해지고, 중앙처리수단(70)은 상기 각각의 센서들에서 감지된 신호들을 인가받아 융합 처리함으로써 보다 정밀한 구조물(4,5,6,6a)과 크롤러(20)의 상대적 거리 및 방위를 판단하게 된다.
좀더 상세하게 설명하면, 상술한 CCD 카메라(50)와 레이저스캔 센서(60)는 크롤러(20) 주변의 구조물(4,5,6,6a)을 감지한 신호를 발생하게 되며, 이러한 센싱 신호를 인가받는 중앙처리수단(70)은 센싱 신호를 처리함으로써 크롤러(20)의 자기 위치를 정확히 인식하게 되며, 이에 따라 크롤러(20)에 내설된 서보모터 등 각종 구동장치의 구동량을 정밀하게 제어하여 크롤러(20)를 목표하는 지점으로 정확히 이동시킬 수 있는 것이다.
아울러, 상기 크롤러(20)에서의 센싱 정보에 연계되어 상기 론지(4) 사이의 셀(3) 내에서 용접작업을 마친 용접로봇(RB)을 실은 캐리지(40)의 이동도 제어됨은 물론이다.
더욱 구체적으로, 이렇게 이동하는 캐리지(40) 상의 용접로봇(RB)은 정지된 크롤러(20)의 전방 또는 후방에 설치된 리프트(30)로 접근하여 도킹 에리어(DA)에 이르게 되며, 리프트(30)의 클램프(32)에 의해 고정된 상태로 승강하므로써 도킹을 완료하게 된다. 이어서, 용접로봇(RB)의 도킹을 완료한 크롤러(20)는 용접작업을 행할 다음 셀(4)의 위치로 용접로봇(RB)을 옮기게 된다.
상기 크롤러(20)에 설치된 센서(CCC 카메라(50), 레이저스캔 센서(60))들의 감지 정보에 연계되어 제어되는 캐리지(40)의 이동에 따라 리프트(30)로 접근하여 도킹 에리어(DA)에 이르게 되는 한편, 론지(4)를 감지하여 도킹 위치에서 정지된 크롤러(20)는 리프트(30)를 하강시켜 용접로봇(RB)이 리프트(30)로 도킹될 수 있도록 한다.
전술한 바와같이 용접로봇을 실은 캐리지(40)가 리프트(30)로 접근하면, 도킹 감지수단으로 사용된 CCD 카메라(50)의 촬상 정보에 의해, 중앙처리수단(70)은 리프트(30)와 용접로봇(RB) 상호간의 상대적 거리 및 방위 등의 자세를 판단하게 되며, 이 중앙처리수단(70)의 판단 결과에 따라 캐리지(40)의 이동은 정밀하게 제어되어 용접로봇(RB)이 리프트(30)의 정확한 위치로 도킹될 수 있게 되는 것이다.
도 9 에서는 센싱 시스템의 중앙처리수단(70)에서 행하는 크롤러(20)의 자기 위치 추정을 위한 센싱 신호의 처리 과정을 보여주고 있다.
먼저, 제 1 단계(S101)에서 레이저스캔 센서(60)에 의해 획득된 크롤러(20) 주변의 구조물에 대한 정보는 중앙처리수단(70)으로 입력된 후, 구조물의 정보로서 메모리에 미리 입력된 CAD 데이터와 대비되어 분석됨으로써, 크롤러(20)와 구조물상호간의 상대적 거리가 추출된다. 여기에서, 레이저스캔 센서(60)에서 감지하는 주변 구조물의 정보는 도 1에 도시된 거더(6) 및 횡부재(5)에 해당하며, 상기 CAD 데이터에 저장된 구조물의 정보는 론지(4), 횡부재(5), 거더(6), 거더홀(6a)의 위치 및 자세 등, 구조물에 대한 모든 정보이다.
이어지는 제 2 단계(S102)에서는 분석된 정보를 등록하기 위하여 중앙처리수단(70)의 분석 정보 상태를 체크한 후, 상태가 양호하면 제 3 단계(S103)에서 분석된 정보, 즉 크롤러(20)와 각 구조물(4,5,6,6a) 간의 거리가 등록된다.
제 3 단계(S103)에서의 등록이 성공하면, 이 정보는 크롤러(20)의 자기 자세에 대한 제 1 평가 포즈(크롤러의 x,y,θ축 자세)로 출력되며, 제 3 단계(S103)의 등록이 실패하거나 상기 제 2 단계(S102)를 통해 행해진 분석정보의 상태가 불량하면 제 4 단계(S104)로서 CCD 카메라(50)에 의한 론지(4) 탐색이 행해지고, 이어서 제 5 단계(S105)에서 탐색된 론지(4) 정보의 상태를 체크하여 상태가 양호하면, 제 6 단계(S106)에서 론지(4)로 추정되는 라인의 가장자리를 검색하여 가장자리 추출이 성공하면 제 2 평가 포즈(크롤러의 x,y,θ축 자세)로 출력된다. 만일, 상기 제 5 단계(S105)에서 탐색된 론지(4)의 정보 상태가 불량하거나, 상기 제 6 단계(S106)의 라인 가장자리의 추출이 실패하면, 제 7 단계(S107)에서 주행거리 센서를 통해 획득되는 크롤러(20)의 적산 주행거리 정보에 의하여 제 3 평가 포즈(크롤러의 x,y,θ축 자세)가 출력된다.
상기 제 1 평가 포즈, 제 2 평가 포즈 및 제 3 평가 포즈는 제 8 단계(S108)에서 첨삭되어 평가자세 파라미터의 교정이 이루어져 최종적인 평가 포즈로 출력되며, 이는 크롤러(20)의 자세 제어에 활용되는 것이다.
도 10 은 상기 레이저스캔 센서(60)의 감지 정보에 의해 론지(4)의 자세가 도출되는 과정을 보여주고 있다.
즉, 제 1 단계(S21)에서 레이저스캔 센서(60)에 의해 횡부재(5) 및 거더(6)의 자세가 탐색되고, 이 탐색된 데이터는 제 2 단계(S22)에서 CAD 데이터와 대비 분석되어 좌표 변환이 행해짐으로써 론지(4) 자세의 추정치를 최종 도출할 수 있게 된다.
여기에서, 상기 CAD 데이터는 횡부재(5) 또는 거더(6)와 론지(4) 상호간의 상대적 위치와 같은 구조물들 간의 상대적 자세에 대한 정보로서 메모리에 미리 입력된다.
도 11은 상기 CCD 카메라(50)의 촬상정보에 의해 캐리지(40)와 크롤러(20)의 상대적 포즈를 감지하여 용접로봇(RB)의 도킹이 정확히 이루어질 수 있도록 처리하는 과정을 보여주고 있다.
제 1 단계(S31a)(S31b)에서 CCD 카메라(50)에 의해 크롤러(20)에 대한 횡부재(5) 및 거더(6)의 상대적 자세를 획득하고, 크롤러(20)에 설치된 초음파 센서에 의해 론지(4) 및 캐리지(40)와의 상대적 자세를 획득한 후, 제 2 단계(S32)에서 상기 획득된 두 정보를 비교하여 좌표를 변환함으로써 캐리지(40)와 크롤러(20) 상호간의 상대적 자세를 추정한 결과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 전술한 바와 같이 CCD 카메라(50)에 의하여 도킹을 감지하는 것에 국한하지 않고, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 초음파 신호에 의해 거리를 감지하는 초음파 센서(SR)와, 상대적 근접을 감지하는 커플링형 자기스위치(MCa,MCb)로 구성된 자기형 근접센서(MC)에 의해서, 리프트(30)와 캐리지(40)의 접근을 감지할 수도 있다.
도 12a는 리프트(30)가 도 4a와 같이 크롤러(20)의 측면으로 향한 상태에서 크롤러(20)의 측면으로 캐리지(40)가 이동하여 용접로봇(RB)이 리프트(30)로 도킹하는 경우이고, 도 12b는 리프트(30)가 도 4b와 같이 크롤러(20)의 전면, 또는 후면을 향한 상태에서 캐리지(40)가 이동하여 용접로봇(RB)이 리프트(30)로 도킹하는 경우이다.
상기 자기형 근접센서(MC) 대신에 광전 센서를 사용하여 캐리지(40) 상의 용접로봇(RB)이 도킹 에리어로 접근됨을 감지하게 할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동화 용접장치의 센싱 시스템은 크롤러의 자세 제어에 적합한 센싱을 행하는 각종 센서 및 센싱 신호의 처리를 행하는 중앙처리수단의 채용에 의하여 조립 구조물의 형상에 대응하는 센싱 정밀도 및 센싱 성공률이 향상되도록 함으로써, 크롤러의 진행시에 크롤러 및 이에 대응하는 캐리지의 자세 및 위치 제어에 대한 정밀도를 높일 수 있고 크롤러 및 캐리지의 진행속도를 향상시켜 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 국한하지 않고 청구범위에 기재된 기술적 권리 내에서는 당업계의 통상적인 지식에 의하여 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 구조물의 바닥면(2)에 기립 설치되는 다수의 론지(4), 및 상기 론지의 측단에 설치되는 횡부재(5)를 갖춘 개방형 조립 구조물의 용접작업의 자동화를 위해 용접로봇(RB)을 이송하는 크롤러(20)에 설치되는 것으로서,
    상기 크롤러(20), 상기 용접로봇(RB)의 승하강을 위해 크롤러에 설치되는 리프트(30), 및 상기 리프트(30)에 의해 이재된 용접로봇(RB)을 론지(4)들 사이의 셀(3) 공간으로 이송하는 캐리지(40) 간의 상호 동작 제어에 연계되는 감지를 수행하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템에 있어서,
    상기 론지(4)에 대한 크롤러(20)의 상대적 위치 및 진행방향을 감지하는 크롤러 위치방향 감지수단과,
    상기 셀(3)로부터 접근하는 용접로봇(RB)의 도킹 에리어 진입 여부를 감지하는 도킹 감지수단과,
    상기 각각의 감지수단들의 신호를 처리하여 상기 론지(4), 횡부재(5)와의 상대적 위치 및 방향을 인식하는 중앙처리수단(70)을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 크롤러 위치방향 감지수단은 상기 론지(4)들을 감지하는 론지 감지센서가 채용되고,
    상기 중앙처리수단은 상기 론지 감지센서를 통해 획득된 론지(4)들의 포즈에 의해서 상기 론지(4)에 대한 크롤러(20)의 상대적 위치 및 진행방향을 감지하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 론지 감지센서는 상기 크롤러(20) 또는 리프트(30)의 상부 소정위치에 하방을 촬상하도록 설치된 CCD 카메라(50)이고,
    상기 중앙처리수단(70)은 촬상 화상의 에지부를 추출하여 론지(4)를 인식하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 론지 감지센서는 상기 크롤러(20)에 설치되어 크롤러(20)의 주변으로 레이저빔을 스캔하고, 이 스캔되는 레이저빔을 원뿔형 미러(66)를 통해 이 원뿔형 미러(66)와 대면 설치된 CCD 카메라(68)로 촬상하여, 주변 구조물과의 거리 및 방위를 측정하는 레이저스캔 센서(60)이고,
    상기 중앙처리수단(70)은 상기 레이저스캔 센서(60)의 측정 정보를 미리 입력된 CAD 데이터와 연계 분석하여 상기 론지(4)의 위치 및 자세를 유추하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 레이저스캔 센서(60)는 삼각측량법에 의해 상기 주변 구조물과의 거리를 획득하고, 상기 레이저빔의 촬상 화점에 의해 주변 구조물의 방위를 획득하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙처리수단(70)은 상기 론지 감지센서의 신호에 의해 상기 리프트(30)의 승하강을 위한 크롤러(20)의 정지위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 도킹 감지수단은 상기 용접로봇(RB)에 설치되는 발광다이오드(LED)와, 상기 리프트(30)의 상부측에 설치되어 하방을 촬상함으로써 상기 발광다이오드(LED)에서 조사되는 빔을 촬상하여 촬상정보를 상기 중앙처리수단(70)으로 송출하는 CCD 카메라(68)로 이루어져, 상기 중앙처리수단(70)에서 용접로봇(RB)의 도킹 에리어(DA) 접근을 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 CCD 카메라(68)는 론지(4)의 감지를 위한 촬상을 겸하는 것임을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 CCD 카메라(68)는 론지(4) 감지시와 도킹 감지시의 촬상각도가 다른 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 도킹 감지수단은 상기 리프트(30)에 설치되어 캐리지(40)와의 거리를 감지하는 초음파 스위치(SR)와, 상기 리프트(30) 및 캐리지(30)에 설치되어 상호간의 근접을 감지하는 자기형 근접센서(MC)가 채용되고,
    상기 중앙처리수단(70)은 상기 초음파 스위치(SR)와 상기 자기형 근접센서(MC)의 신호를 융합 처리하여 도킹 에리어(DA) 접근을 판단함으로써 용접로봇(RB)의 정밀한 도킹이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 중앙처리수단(70)은 상기 각각의 감지수단에 의해 획득된 상기 용접로봇(RB)에 대한 상기 리프트(30)의 상대적 위치 정보를 상기 캐리지(40)의 동작 제어에 활용하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  12. 구조물의 바닥면(2)에 기립 설치되는 다수의 론지(4), 상기 론지(4)의 측단에 설치되는 횡부재(5), 및 상기 횡부재(5)를 횡단하여 기립 설치되는 거더(6)를 갖춘 밀폐형 조립 구조물의 용접작업의 자동화를 위해 용접로봇(RB)을 이송하는 크롤러(20)에 설치되는 것으로서,
    상기 크롤러(20), 상기 용접로봇(RB)의 승하강을 위해 크롤러에 설치되는 리프트(30), 및 상기 리프트(30)에 의해 이재된 용접로봇(RB)을 론지(4)들 사이의 셀(3) 공간으로 이송하는 캐리지(40) 간의 상호 동작 제어에 연계되는 감지를 수행하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템에 있어서,
    상기 론지(4)에 대한 크롤러(20)의 상대적 위치 및 진행방향을 감지하는 크롤러 위치방향 감지수단과,
    상기 셀(3)로부터 접근하는 용접로봇(RB)의 도킹 에리어 진입 여부를 감지하는 도킹 감지수단과,
    상기 거더(6)에 형성된 거더홀(6a)을 감지하기 위한 거더홀 감지수단과,
    상기 각각의 감지수단들의 신호를 처리하여 상기 론지(4), 횡부재(5) 및 거더(6)와의 위치 및 방향을 인식하는 중앙처리수단(70)을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 거더홀 감지수단은 상기 크롤러(20)에 설치되어크롤러의 주변으로 레이저빔을 스캔하고, 이 스캔되는 레이저빔을 원뿔형 미러(66)를 통해 이 원뿔형 미러(66)와 대면 설치된 CCD 카메라(68)로 촬상하여, 주변 구조물과의 거리 및 방위를 측정하는 레이저스캔 센서(60)를 채용한 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저스캔 센서(60)는 삼각측량법에 의해 상기 거더홀(6a)과의 거리를 획득하고, 상기 레이저빔의 촬상 화점에 의해 상기 거더홀(6a)의 크기 및 방위를 획득하는 것을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 레이저스캔 센서(60)는 상기 론지(4)의 감지를 겸하는 것임을 특징으로 하는 자동화 용접장치의 센싱 시스템.
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