KR100447924B1 - Apparatus for controlling position of welding head in welding robot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치에 관한 것으로, 로봇제어기에 의해 관절 운동이 제어되는 다관절 로봇암과, 용접 대상물에 용접 빔을 조사하는 용접헤드와, 용접헤드에 설치되어 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 검출하는 거리 검출 소자와, 거리 검출 소자로부터 인가되는 용접헤드와 용접 대상물간 거리 정보를 검출하는 신호 검출부와, 신호 검출부에 의한 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생하는 위치 제어부와, 로봇암에 설치되며 용접헤드를 이송하여 위치 조절이 가능한 이송기와, 위치 조절 신호에 따라 이송기를 구동시켜 용접헤드를 이송하는 구동부를 포함하며, 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절함으로써 로봇 운동 반경의 외부에 고정된 대상물의 용접 작업을 수행할 수 있고, 용접 작업시 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 일정하게 유지시켜 레이저 용접 품질이 향상되는 이점이 있다.The present invention relates to a welding head position control device for a welding robot, a multi-joint robot arm in which joint motion is controlled by a robot controller, a welding head for irradiating a welding beam to a welding object, a welding head mounted on the welding head, A distance detecting element for detecting a separation distance from the welding object, a signal detecting part for detecting distance information between the welding head and the welding object applied from the distance detecting element, a detection distance value of the signal detecting part and a preset reference distance value According to the comparison result, the position control unit for generating the position control signal to maintain the separation distance, the feeder is installed on the robot arm and the position can be adjusted by moving the welding head, and the feeder is driven by driving the feeder according to the position adjustment signal It includes a driving unit, and the robot motion by adjusting the position of the welding head separately from the joint motion of the welding robot The welding operation of the object fixed to the outside of the radius can be performed, the laser welding quality is improved by maintaining a constant distance between the welding head and the welding object during the welding operation.
Description
본 발명은 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절하여 용접 로봇의 반복 작업에서 발생될 수 있는 위치 오차를 최소화하도록 한 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a welding head position control device of a welding robot, and more particularly, to minimize the position error that may occur in the repetitive operation of the welding robot by adjusting the position of the welding head separately from the joint motion of the welding robot. A welding head position control device for a welding robot.
일반적으로 자동차 조립 공정과 같이 반복적인 용접 작업이 수행되는 환경에서는 다관절 용접 로봇이 채용되는데, 이러한 용접 로봇은 관절부에 고정된 용접헤드를 통하여 레이저를 대상물에 조사하여 용접 작업을 수행한다.In general, a multi-joint welding robot is employed in an environment in which repetitive welding operations are performed, such as an automobile assembly process. The welding robot performs a welding operation by irradiating a laser to an object through a welding head fixed to a joint part.
도 1은 종래 기술에 따른 용접 로봇의 구성도이다.1 is a block diagram of a welding robot according to the prior art.
종래의 용접 로봇은, 로봇제어기(14)에 의해 관절 운동을 수행하며, 지지부(11)에 의하여 고정되어진 관절부(12)의 끝단에 부착된 용접헤드(13)를 통하여 레이저발생기(15)에서 발생된 레이저 빔이 조사된다.Conventional welding robot, the robot controller 14 performs the joint movement, generated in the laser generator 15 through the welding head 13 attached to the end of the joint portion 12 is fixed by the support 11 Laser beam is irradiated.
그러나, 이러한 용접 로봇은 로봇이 설치된 작업 공간 내에 용접 대상물을 고정시켜 용접 작업을 수행하는데, 로봇의 관절 길이가 고정되어 있어 용접 대상물이 로봇의 운동 반경에서 다소 벗어나면 용접 작업을 수행할 수 없는 문제점이 있다.However, such a welding robot performs a welding operation by fixing a welding object in a work space in which the robot is installed. However, since the joint length of the robot is fixed, the welding robot cannot perform the welding work if the welding object is slightly out of the moving radius of the robot. There is this.
또한, 다관절 로봇을 채용함에 따라 로봇의 반복 위치 오차가 필연적으로 동반되는데, 이러한 로봇의 반복 위치 오차는 레이저 빔의 초점 위치를 변화시켜 레이저 용접의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.In addition, the repetitive position error of the robot inevitably accompanies the adoption of the articulated robot, the repetitive position error of the robot has a problem of lowering the quality of laser welding by changing the focal position of the laser beam.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절함으로써 로봇 운동 반경의 외부에 고정된 대상물의 용접 작업을 수행할 수 있으며 용접 작업시 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 일정하게 유지시켜 레이저 용접 품질이 향상되도록 하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve such a conventional problem, by adjusting the position of the welding head separately from the joint motion of the welding robot can perform the welding operation of the object fixed to the outside of the robot motion radius and welding operation The purpose of the laser welding quality is improved by maintaining a constant distance between the welding head and the object to be welded.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 로봇제어기에 의해 관절 운동이 제어되는 다관절 로봇암과, 상기 관절 운동에 동반하며 용접 대상물에 용접 빔을 조사하는 용접헤드를 구비한 용접 로봇에 있어서, 상기 용접헤드에 설치되어 상기 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 검출하는 거리 검출 소자와, 상기 거리 검출 소자로부터 인가되는 상기 용접헤드와 용접 대상물간 거리 정보를 검출하는 신호 검출부와, 상기 신호 검출부에 의한 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 상기 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생하는 위치 제어부와, 상기 로봇암에 설치되며 상기 용접헤드를 이송하여 위치 조절이 가능한 이송기와, 상기 위치 조절 신호에 따라 상기 이송기를 구동시켜 상기 용접헤드를 이송하는 구동부를 포함한다.The present invention for realizing the above object is a welding robot having a multi-joint robot arm in which the joint motion is controlled by a robot controller, and a welding head accompanying the joint motion and irradiating a welding beam to a welding target, A distance detecting element installed in the welding head to detect a separation distance between the welding head and a welding object, a signal detecting unit detecting distance information between the welding head and the welding object applied from the distance detecting element, and the signal detecting unit A position control unit for generating a position adjustment signal for maintaining the separation distance according to a comparison result between the detected distance value and the preset reference distance value, and installed on the robot arm to transfer the welding head to adjust the position. A drive for driving the feeder and the welding head according to the position control signal; It includes.
도 1은 종래 기술에 따른 용접 로봇의 구성도,1 is a block diagram of a welding robot according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 용접 로봇의 구성도,2 is a block diagram of a welding robot according to the present invention;
도 3은 도 2에 도시된 이송기의 상세 구성도,3 is a detailed configuration diagram of the conveyor shown in FIG.
도 4는 도 2에 도시된 이송기와 용접헤드의 결합 상태를 나타낸 구성도,4 is a configuration diagram showing a coupling state of the feeder and the welding head shown in FIG.
도 5는 본 발명에 따른 용접헤드 위치 제어 장치에 의한 용접 로봇 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도.5 is a flowchart illustrating a welding robot control process by the welding head position control apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
12 : 관절부 13 : 용접헤드12: joint portion 13: welding head
21 : 이송기 22 : 운송구21: conveyer 22: transportation port
23 : 거리 검출 소자 25 : 위치 제어부23: distance detection element 25: position control
26 : 신호 검출부 27 : 떨림 검출 소자26 signal detection unit 27 shake detection element
31 : 동력발생부 33 : 동력전달부31: power generation unit 33: power transmission unit
34 : 이송로34: transfer path
본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.There may be a plurality of embodiments of the present invention. Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment allows for a better understanding of the objects, features and advantages of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 용접 로봇의 구성도이다.2 is a block diagram of a welding robot according to the present invention.
본 발명의 용접 로봇은, 로봇제어기(14)에 의해 관절 운동을 수행하는데, 지지부(11)에 의하여 고정되어진 관절부(12)의 끝단에 이송기(21)가 설치되고, 이송기(21)에 용접헤드(13)가 결합되며, 용접헤드(13)를 통하여 레이저발생기(15)에서 발생된 레이저 빔이 조사된다.In the welding robot of the present invention, the robot controller 14 performs the joint motion, and the feeder 21 is installed at the end of the joint portion 12 fixed by the supporter 11, and the feeder 21 is provided. The welding head 13 is coupled, and the laser beam generated by the laser generator 15 is irradiated through the welding head 13.
용접헤드(13)의 끝단에 거리 검출 소자(23) 및 떨림 검출 소자(27)가 설치되어 신호 검출부(26)를 통하여 용접헤드와 용접 대상물과의 거리를 검출하며, 위치 제어부(25)는 검출된 거리 신호와 설정된 거리 신호가 차이가 발생하면 내부에 설정된 알고리즘에 의해 구동부(24)를 동작시켜 이송기(21)를 제어함으로써 로봇의 관절 운동과는 무관하게 용접헤드(13)의 위치를 조절하여 용접 대상물과의 거리 오차를 줄이게 된다.The distance detecting element 23 and the vibration detecting element 27 are provided at the end of the welding head 13 to detect the distance between the welding head and the welding object through the signal detecting unit 26, and the position control unit 25 detects When the difference between the set distance signal and the set distance signal occurs, the driving unit 24 is operated by an algorithm set therein to control the feeder 21 to adjust the position of the welding head 13 regardless of the joint motion of the robot. By reducing the distance error with the welding object.
이와 같은 본 발명에 따른 용접 로봇의 각 구성 요소별로 기능을 설명하면 다음과 같다.Referring to the function for each component of the welding robot according to the present invention as follows.
거리 검출 소자(23)는 용접헤드(13)의 끝단에 설치되어 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리를 측정하며, 떨림 검출 소자(27)는 용접헤드(13)의 끝단에 설치되어 용접헤드(13)의 떨림 정도를 측정하고, 신호 검출부(26)는 거리 검출 소자(23)와 떨림 검출 소자(27)로부터 용접헤드(13)의 떨림 정보 및 용접헤드(13)와 용접 대상물간 거리 정보를 검출한다.The distance detecting element 23 is installed at the end of the welding head 13 to measure the separation distance between the welding head 13 and the object to be welded, and the vibration detecting element 27 is installed at the end of the welding head 13. The shaking degree of the welding head 13 is measured, and the signal detector 26 measures the shaking information of the welding head 13 from the distance detecting element 23 and the shaking detecting element 27 and between the welding head 13 and the object to be welded. Detect distance information.
위치 제어부(25)는 신호 검출부(26)에 의해 검출된 떨림 정보에 의거하여 산출한 용접헤드(13)의 떨림양(떨림 정도)과 기 설정된 기준 떨림양을 비교하여 그 비교 결과에 따라 선택적으로 위험 경보 신호를 발생하며, 신호 검출부(26)에 의해검출된 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값과의 비교 결과에 따라 용접헤드(26)와 용접 대상물과의 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생한다.The position control unit 25 compares the amount of vibration of the welding head 13 calculated on the basis of the vibration information detected by the signal detection unit 26 with a predetermined reference vibration amount, and selectively selects it according to the comparison result. A danger control signal is generated and a position adjustment signal for maintaining a separation distance between the welding head 26 and the welding object according to a comparison result between the detection distance value detected by the signal detection unit 26 and the preset reference distance value. Occurs.
이송기(21)는 용접 로봇의 관절부(12), 즉 로봇암에 설치되어 용접헤드(13)를 이송하여 위치를 조절함으로써 용접 대상물과의 이격거리를 조정하며, 구동부(24)는 위치 제어부(25)의 위치 조절 신호에 따라 이송기(21)를 구동시킨다.The conveyer 21 is installed on the joint 12 of the welding robot, that is, the robot arm, and adjusts the position by transferring the welding head 13 to adjust the position, and the driving unit 24 controls the position control unit ( The feeder 21 is driven in accordance with the position adjustment signal of 25).
도 3에 도시된 이송기(21)의 상세 구성도와 도 4에 도시된 이송기(21)와 용접헤드(13)의 결합 상태를 나타낸 구성도를 참조하면, 이송기(21)의 상세 구성을 알 수 있다.Referring to the detailed configuration of the conveyor 21 shown in Figure 3 and the configuration diagram showing the coupling state of the conveyor 21 and the welding head 13 shown in Figure 4, the detailed configuration of the conveyor 21 Able to know.
이송기(21)는 용접헤드(13)의 위치 조절을 위한 이송로(34)와, 일측에 용접헤드(13)가 결합된 상태로 이송로(34)상에서 유동이 가능하게 설치된 운반구(22)와, 구동부(24)에 의하여 구동되어 동력을 발생하는 동력발생부(31)와, 상기 동력을 운반구(22)에 전달하여 이송로(34)상에서 유동되게 하는 동력전달부(33)로 구성된다.The conveyer 21 is a conveying path 34 for adjusting the position of the welding head 13, and a conveying port 22 installed on the conveying path 34 in a state in which the welding head 13 is coupled to one side thereof. And a power generation unit 31 which is driven by the driving unit 24 to generate power, and a power transmission unit 33 which transfers the power to the transport port 22 and flows on the transport path 34. .
동력전달부(33)는 동력발생부(31)에 의하여 회전되는 피니언과 운반구(22)에 일체로 결합된 상태로 상기 피니언에 물림 결합된 랙으로 구현할 수 있고, 동력발생부(31)에 의하여 발생된 회전력의 속도를 저하시키는 감속기어를 더 포함시킬 수 있으며, 이러한 경우에는 상기 감속기어가 상기 피니언과 물림 결합된다. 동력발생부(31)는 정회전 및 역회전이 가능한 리니어 모터로 구현할 수 있다.The power transmission unit 33 may be implemented as a rack bittenly coupled to the pinion while being integrally coupled to the pinion rotated by the power generation unit 31 and the delivery port 22, and by the power generation unit 31. It may further include a reduction gear for reducing the speed of the generated rotational force, in this case, the reduction gear is engaged with the pinion bite. The power generator 31 may be implemented as a linear motor capable of forward rotation and reverse rotation.
도면에는 도시 생략하였으나 위치 제어부(25)에서 위험 경보 신호가 발생되면 경보음 또는 경보등을 통해 외부로 알리는 위험 경보부가 더 포함되며, 도 3 및도 4의 미설명 참조부호 32는 운반구(22)의 이동을 제한하여 운반구(22)가 이송로(34)의 외부로 이탈되는 것을 방지하는 고정판으로서, 이 두 개의 고정판간 이격거리가 이송기(21)의 스트로크를 결정한다.Although not shown in the drawing, the danger alarm signal is notified to the outside through an alarm sound or an alarm when a danger alarm signal is generated in the position control unit 25, and reference numeral 32 in FIGS. 3 and 4 denotes the transport port 22. As a fixed plate that restricts the movement and prevents the transport port 22 from being separated out of the transport path 34, the distance between the two fixed plates determines the stroke of the transporter 21.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 용접 로봇의 용접헤드 위치 제어 장치의 동작 과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.Operation of the welding head position control device of the welding robot according to the present invention configured as described above will be described in detail below with reference to FIGS.
먼저, 용접 로봇이 용접 작업을 수행하면 떨림 검출 소자(27)는 용접헤드(13)의 떨림 정도를 측정하며, 측정된 떨림 정보는 신호 검출부(26)를 통해 위치 제어부(25)로 전달된다.First, when the welding robot performs a welding operation, the shaking detection element 27 measures the shaking degree of the welding head 13, and the measured shaking information is transmitted to the position controller 25 through the signal detecting unit 26.
위치 제어부(25)는 신호 검출부(26)에 의해 검출된 떨림 정보에 의거하여 산출한 용접헤드(13)의 떨림양(떨림 정도)과 기 설정된 기준 떨림양을 비교하여 검출된 떨림양이 설정값보다 작으면 용접 작업을 위한 다음의 제어 과정을 수행하나, 기준 조건을 만족하지 않으면 위험 경보 신호를 발생한다. 그러면 위험 경보부가 동작하여 경보음을 발생시키거나 경보등을 등화시켜 외부에 위험 상황을 알린다(S51, S56).The position control unit 25 compares the amount of vibration of the welding head 13 calculated on the basis of the vibration information detected by the signal detection unit 26 with the preset reference vibration amount, and the detected amount of vibration is set. If it is smaller, the following control process for welding work is performed, but if the standard condition is not met, a danger alarm signal is generated. Then, the danger alarm unit operates to generate an alarm sound or to equalize the alarm lamp to notify the outside of a dangerous situation (S51, S56).
한편, 용접헤드(13)의 떨림양이 기준 조건을 만족하면 거리 검출 소자(23)는 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리를 측정하며, 측정된 이격거리 정보는 신호 검출부(26)를 통해 위치 제어부(25)로 전달된다(S52).On the other hand, if the amount of vibration of the welding head 13 satisfies the reference condition, the distance detecting element 23 measures the separation distance between the welding head 13 and the welding object, and the measured separation distance information is the signal detection unit 26. It is transmitted to the position control unit 25 through (S52).
위치 제어부(25)는 신호 검출부(26)에 의해 검출된 검출 거리값과 기설정된 기준 거리값을 비교하며, 그 비교 결과에 따라 용접헤드(26)와 용접 대상물과의 이격거리를 유지시키기 위한 위치 조절 신호를 발생한다(S53).The position control unit 25 compares the detection distance value detected by the signal detection unit 26 with a preset reference distance value, and maintains a distance between the welding head 26 and the welding object according to the comparison result. Generate an adjustment signal (S53).
이에 따라, 구동부(24)는 이송기(21)를 구동시키며 이송기(21)의 이송로(34)를 따라 운송구(22)가 이동되어 용접헤드(26)와 용접 대상물과의 이격거리가 조절된다.Accordingly, the driving unit 24 drives the feeder 21, and the transport port 22 is moved along the transport path 34 of the feeder 21, so that the separation distance between the welding head 26 and the welding object is increased. Adjusted.
일예로, 동력발생부(31)로서 리니어 모터가 적용된 경우에, 검출 거리값이 기설정된 기준 거리값보다 크면 위치 제어부(25)는 위치 조절 신호로서 모터 정회전 제어신호를 출력하며, 구동부(24)는 리니어 모터를 정회전시킨다(S54).For example, when a linear motor is applied as the power generator 31, if the detected distance value is larger than the preset reference distance value, the position controller 25 outputs a motor forward rotation control signal as a position control signal, and the driver 24. ) Rotates the linear motor forward (S54).
리니어 모터가 정회전되면 동력전달부(33)에 의해 전달된 동력에 의하여 운반구(22)는 이송로(34)상에서 전진하며, 이로서 운반구(22)에 결합된 용접헤드(13)가 용접 대상물쪽으로 근접되어 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리가 감소된다.When the linear motor is rotated forward, the conveying tool 22 is advanced on the conveying path 34 by the power transmitted by the power transmission part 33, whereby the welding head 13 coupled to the conveying tool 22 toward the welding target. In proximity, the separation distance between the welding head 13 and the welding object is reduced.
아울러, 검출 거리값이 기설정된 기준 거리값보다 작으면 위치 제어부(25)는 위치 조절 신호로서 모터 역회전 제어신호를 출력하며, 구동부(24)는 리니어 모터를 역회전시킨다(S57).In addition, when the detected distance value is smaller than the preset reference distance value, the position control unit 25 outputs a motor reverse rotation control signal as a position adjustment signal, and the driving unit 24 rotates the linear motor in reverse (S57).
그러면, 동력전달부(33)에 의해 전달된 동력에 의하여 운반구(22)는 이송로(34)상에서 후진하며, 이로서 운반구(22)에 결합된 용접헤드(13)가 용접 대상물 반대쪽으로 멀어져 용접헤드(13)와 용접 대상물과의 이격거리가 증가된다.Then, the conveying tool 22 moves backward on the conveying path 34 by the power transmitted by the power transmission unit 33, whereby the welding head 13 coupled to the conveying tool 22 is moved away from the object to be welded. The distance between 13 and the welding object is increased.
또한, 위치 제어부(25)는 검출 거리값과 기설정된 최소 거리값을 비교하는 연산을 수행하며, 검출 거리값과 최소 거리값이 일치하면 위험 경보 신호를 발생시키며, 이로서 위험 경보부가 동작하여 경보음을 발생시키거나 경보등을 등화시켜 외부에 위험 상황을 알린다(S55, S56).In addition, the position control unit 25 performs an operation of comparing the detected distance value and the predetermined minimum distance value, and generates a danger alarm signal when the detected distance value and the minimum distance value match, whereby the danger alarm unit operates to generate an alarm sound. Either to generate a warning or to light the alarm lights to inform the outside of the dangerous situation (S55, S56).
상기에서는 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.In the above description, but limited to one embodiment of the present invention, it is obvious that the technology of the present invention can be easily modified by those skilled in the art. Such modified embodiments should be included in the technical spirit described in the claims of the present invention.
전술한 바와 같이 본 발명은 용접 로봇의 관절 운동과는 별개로 용접헤드의 위치를 조절함으로써 로봇 운동 반경의 외부에 고정된 대상물의 용접 작업을 수행할 수 있으며, 용접 작업시 용접헤드와 용접 대상물과의 이격거리를 일정하게 유지시켜 레이저 용접 품질이 향상되는 효과가 있다.As described above, the present invention can perform the welding operation of the object fixed to the outside of the robot motion radius by adjusting the position of the welding head separately from the joint motion of the welding robot, the welding head and the welding object and Maintaining a constant separation distance of the laser welding quality is improved.
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