KR100500408B1 - 도장 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도장에 영향을 미치는 환경조건과 작업조건 변화에 따른 도장조건 변화에 능동적으로 대처하면서 목표로 하는 도장두께를 얻을 수 있는 도장 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 도장조건별로 서로 다른 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴을 맵핑시켜 놓은 기본 데이터베이스와; 상기 도장조건을 입력받기 위한 도장조건 입력부와; 입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건을 기본 데이터베이스에서 찾아 그에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 도장도료 형상패턴 추출부와; 상기 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 만들어지는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하는 위치별 토출량 계산부와; 계산된 위치별 토출량이 도장건으로부터 토출되도록 제어하기 위한 제어코드를 발생하는 제어코드 발생부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

도장 제어 시스템 및 그 방법{PAINTING CONTROL SYSTEM}

본 발명은 도장 시스템에 관한 것으로, 특히 인공지능을 이용한 도장 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

도장은 제품을 완성하는 최종 단계의 일부로서 제품을 생산하는데 반드시 필요한 공정이다. 일반적인 도장공정은 고도로 숙련된 작업자들에 의해 수작업으로 이루어지고 있으나, 작업자 각각의 숙련상태와 각 작업자의 신체상태에 따라서 도막의 두께가 가변적이라는 단점이 존재한다.

이러한 수동작업의 단점을 해결하기 위한 기술로서 현재까지 발표된 기존 특허출원 발명들의 대부분은, 펌프나 레귤레이터 장비에 유량센서를 부착하고 도장건에서 토출량을 일정하게 제어함으로서 도막두께를 일정하게 유지시키는 것을 주요 요지로 하고 있다. 그러나 이러한 선행기술들에서는 주변 환경, 예를 들면 온도 및 습도와 같은 환경 조건, 도장건과 대상물과의 상대거리 및 대상물의 형상과 같은 작업 조건 등을 고려하지 않기 때문에 균등한 도장품질을 얻을 수 없는 문제가 발생하고 작업자의 능력에 따라 도장품질이 가변되는 단점이 존재한다.

상술한 문제점을 해결하기 위해서는 도장공정에 영향을 미치는 도장조건(예를 들면 온도, 습도와 같은 환경조건, 대상물과 도장건 사이의 거리, 대상물과 토출량과의 관계 등)에 대한 데이터베이스를 확보하여 도장조건의 변화에 능동적으로 대처함으로서 균일한 도장품질을 얻을 수 있는 시스템의 개발이 요구된다. 더 나아가 도장공정에 영향을 미치는 도장조건들에 대하여 모든 경우의 수를 고려하여 데이터베이스를 구축한다는 것은 비효율적이기 때문에, 이러한 비효율성을 배제하면서 시스템을 개발할 필요가 있다.

이에 본 발명의 목적은 도장조건 변화에 능동적으로 대처하면서 목표로 하는 도료 두께로 도장할 수 있는 도장 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 최소의 기본 데이터베이스 구축만으로도 다양한 도장조건 변화에 능동적으로 대처하면서 목표로 하는 도료 두께로 도장할 수 있는 도장 제어 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 도장 제어 시스템은 도장건을 가지는 도장로봇을 제어하되,

입력되는 제어코드에 따라 상기 도장건의 위치제어와 도장건의 토출압과 토출량을 제어하기 위한 신호를 출력하는 로봇 제어기와;

도장조건별로 서로 다른 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴을 맵핑시켜 놓은 기본 데이터베이스와;

도장조건을 입력받기 위한 도장조건 입력부와;

입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건을 상기 기본 데이터베이스에서 찾고 그에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 도장도료 형상패턴 추출부와;

상기 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하는 위치별 토출량 계산부와;

계산된 위치별 토출량이 상기 도장건으로부터 토출되도록 제어함은 물론, 도장건의 위치를 제어하기 위한 제어코드를 발생하는 제어코드 발생부;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 방법은 도장조건별로 서로 다른 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴이 맵핑되어 있는 기본 데이터베이스를 구비하는 시스템에서 실행 가능한 방법으로서,

도장 대상물의 형상데이터를 입력받는 단계와;

상기 도장조건을 입력받는 단계와;

상기 기본 데이터베이스를 검색하여 입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 단계와;

상기 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하는 단계와;

계산된 위치별 토출량이 도장건으로부터 토출되도록 하기 위한 제어코드를 생성하여 출력하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 도장 제어 시스템에서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 시스템의 주변 블록 구성도를 도시한 것이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 시스템(100)의 주변에는 도장건을 가지는 도장로봇(300)과, 상기 도장 제어 시스템(100)에서 발생된 제어코드(일명 G코드라고도 함, G코드는 로봇의 위치좌표와 각 위치별 수행임무에 대한 명령을 포함함)에 따라 도장건의 위치제어와 도장건의 토출압 및 토출량을 제어하는 신호를 발생하는 로봇 제어기(200)가 위치한다.

이하 상술한 도장 제어 시스템(100)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 우선 도 2는 도 1중 도장 제어 시스템(100)의 상세 구성도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도장조건에 따라 서로 다른 값을 가지는 도장도료 형상패턴의 특성을 설명하기 위한 도면을 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 환경조건 입력부(105)는 도장이 이루어지는 주변 환경조건을 감지하기 위한 센서들로 구성되어 주변 온도와 습도를 검출하는데 이용된다. 이러한 환경조건 입력부(105)는 후술할 작업조건 입력부(115)와 함께 도장조건을 입력하기 위한 도장조건 입력부로 명명할 수 있다. 한편 도장조건 입력부의 하나인 작업조건 입력부(115)는 도장 대상물의 형상과 도장도료의 점도, 도료 토출 간격, 목표도장 두께, 도장건 초기 위치, 도장건과 대상물의 초기거리를 입력하는데 이용된다. 상기 도장 대상물의 형상은 캐드(CAD)파일로서 입력처리 가능하며, 도장도료 역시 관리자에 의해 입력처리 가능하다.

기본 데이터베이스(120)는 도장조건별로 서로 다른 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴을 맵핑시켜 놓은 것으로서, 사전에 실험에 의해 구축 가능하다.

상기 기본 데이터베이스 구축 과정을 부연 설명하면, 우선 도장조건을 구성하는 조건들로서 주변 온도와 습도, 도장 대상물의 형상, 도료의 점도, 도장건의 초기 위치, 도장건과 대상물 사이의 초기 거리, 도료 토출 간격, 목표 도장두께 등을 들 수 있다. 즉, 도장조건에 따른 도장폭과 도장 높이의 데이터베이스를 구축할 수 있는데, 도장폭과 도장 높이에 대한 데이터베이스는 도장을 실시한 후 표면조도 측정기를 사용하여 측정 가능하다. 이와 같이 측정된 도장폭과 도장 높이를 고찰해 보면 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 도장폭(도료의 분포영역)과 도장 높이(도료의 두께)가 가우시안 분포를 갖는 것으로 나타났다. 따라서 도장조건을 달리하게 되면 서로 다른 도장폭과 도장높이를 가지는 가우시안 분포를 얻을 수 있으므로 이들을 기본 데이터베이스로 구축할 수 있게 되는 것이다. 참고적으로 본 발명의 실시예에서 도장폭과 도장높이를 도장도료의 형상패턴으로 명명하기로 한다.

한편 도장도료 형상패턴 추출부(110)는 입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건을 상기 기본 데이터베이스(120)에서 찾아 그에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 역할을 수행한다. 이러한 도장도료 형상패턴 추출부(110)는 주변 온도와 습도를 환경조건 입력부(105)를 통해 입력받으며, 도료의 점도 및 도료 토출간격 등은 작업조건 입력부(115)를 통해 입력받는다. 도장건과 대상물 사이의 거리는 작업조건 입력부(115)를 통해 입력된 도장건의 초기위치, 도장건과 대상물과의 초기거리, 대상물의 형상데이터로부터 유추할 수 있다.

한편 위치별 토출량 계산부(125)는 상기 도장도료 형상패턴 추출부(110)에서 추출된 도장도료 형상패턴과 형상물 데이터에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하여 출력한다.

일반적으로 도장건은 이송방향을 따라 이동하면서 도료를 분사하는데 이동중 연속적으로 분사하는 것이 아니라 정해진 거리를 단계적으로 순차 이동하면서 분사를 수행한다. 이러한 경우 인접 지점에서 각기 수행되는 분사에 의해 얻어지는 가우시안 분포곡선들을 도시하면 도 3의 (b)에서 a와 같이 중복되는 부분을 갖는다. 이러한 가우시안 분포곡선의 중복에 의해 대상물에 도장되는 도료의 실제 높이는 높아지게 되므로, 인접하는 가우시안 분포곡선들의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 최종적으로 목표하는 도장두께 b에 다다르도록 다음 분사 지점에서의 토출량을 계산하면 된다. 참고적으로 도 3의 (b)에서 c는 4번의 분사에 의해 만들어지는 3개의 도장도료 형상패턴을 도시한 것이다.

제어코드 발생부(130)는 상기 위치별 토출량 계산부(125)에서 계산된 위치별 토출량이 도장건으로부터 토출되도록 제어하기 위한 제어코드(일명 G코드라고도 함)를 발생하여 출력한다. 이러한 제어코드 발생부(130)는 도장 로봇(300)에 구비된 도장건의 위치를 제어하기 위한 제어코드를 함께 발생하여 출력할 수도 있다.

상술한 도장도료 형상패턴 추출부(110)와 위치별 토출량 계산부(125) 및 제어코드 발생부(130)는 하나의 프로세서로 구현 가능하다.

한편 보다 정확하게 토출량의 제어가 이루어지도록 하기 위해 도장건으로부터 토출되는 실시간 토출량 정보를 검출하여 도 1에 도시한 로봇제어기(200)로 피드백하는 유량 센서(135)가 도장건에 장착되어 운영될 수도 있다.

이하 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 시스템(100)의 도장 제어과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 흐름도를 예시한 것이다.

도 4를 참조하면, 우선 도장 대상물(350)이 도장 시스템에 위치하여 고정이 되면 작업자는 작업 조건을 입력(400단계)한다. 400단계에서 작업자가 입력 가능한 도장조건은 목표 도장 두께, 작업 대상물의 형상데이터, 도료의 점도, 도료토출간격 등이다. 작업자에 의해 작업 조건이 입력(410단계) 완료되면 이후 작업자는 시스템을 가동시킨다. 이러한 시스템 가동명령에 의해서 도장 로봇(300)에 부착된 도장건은 도장 대상물(350)의 초기 위치로 이동한다. 상기 초기 위치라 함은 도장 대상물(350)에 대하여 도장이 시작되는 위치를 말한다.

도장건이 도장 대상물(350)의 초기 위치로 이동 완료되면 도장 제어 시스템(100)의 환경조건 입력부(105)를 통해 도장이 이루어지는 장소의 환경조건(온도, 습도)을 입력(410단계)받는다. 따라서 도장 제어 시스템(100)은 상술한 400단계와 410단계를 통해 도장에 필요한 도장조건들을 모두 입력받게 되는 것이다.

한편 400단계와 410단계를 통해 도장조건을 입력받은 도장도료 형상패턴 추출부(110)는 기본 데이터베이스(120)를 검색하여 입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건을 찾고 그에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출(420단계)하여 출력한다.

상술한 바와 같이 도장조건에 대응하는 도장도료 형상패턴이 추출 완료되면, 위치별 토출량 계산부(125)는 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산(430단계)한다. 위치별 토출량 계산시 고려되어야 할 사항은 앞서 설명한 바와 같이, 가우시안 분포곡선(즉, 도장도료 형상패턴)의 중복에 의해 대상물에 도장되는 도료의 실제 높이는 높아지게 되므로, 인접하는 가우시안 분포곡선들의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 최종적으로 목표하는 도장두께(b)에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하면 된다는 것이다. 이러한 토출량 계산은 일회 혹은 수회에 걸쳐 계산완료될 수 있다. 상술한 바와 같은 방식으로 대상물의 위치별 토출량 계산이 완료되면, 제어코드 발생부(130)는 계산된 위치별 토출량에 따라 도장이 이루어지도록 제어코드를 발생(440단계)함으로서 하나의 대상물에 대한 도장은 종료(450단계)된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 도장에 영향을 미치는 환경조건들과, 대상물과의 거리등을 고려하여 최적의 도장도료 형상패턴을 추출하고, 그 추출된 패턴에 기초하여 인접하는 분사지점에서의 토출량을 계산해 나감으로서 도장조건에 대하여 능동적으로 대처하면서도 목표로 하는 도료두께로 도장을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 도장에 영향을 미치는 환경조건의 변화와 대상물의 형상변화에 능동적으로 대처하면서도 목표로 하는 도료 두께로 균일하게 도장할 수 있는 장점이 있으며,

작업자의 숙련도에 의존하던 도장 시스템을 자동화하고 작업자 보다 우수한 품질의 도장작업을 수행함으로서, 열악한 작업환경으로부터 작업자를 보호함은 물론 생산성을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

또한 본 발명은 입력된 도장 대상물의 형상데이터에 대하여 대상물 위치별로 도장두께의 입력이 가능하기 때문에, 대상물의 위치별로 서로 다른 도장 두께를 얻어야 하는 대상물의 도장에 유용하게 사용할 수 있는 이점도 있다.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 시스템의 주변 블록 구성도.

도 2는 도 1중 도장 제어 시스템(100)의 상세 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도장조건에 따라 서로 다른 값을 가지는 도장도료의 형상패턴 특성 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도장 제어 흐름 예시도.

Claims (5)

1. 도장 제어 시스템에 있어서,

   도장조건별로 서로 다른 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴을 맵핑시켜 놓은 기본 데이터베이스와;

   상기 도장조건을 입력받기 위한 도장조건 입력부와;

   입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건을 기본 데이터베이스에서 찾아 그에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 도장도료 형상패턴 추출부와;

   상기 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 만들어지는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하는 위치별 토출량 계산부와;

   계산된 위치별 토출량이 도장건으로부터 토출되도록 제어하기 위한 제어코드를 발생하는 제어코드 발생부;를 포함함을 특징으로 하는 도장 제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 도장조건은 주변 온도와 습도, 도장건의 초기위치, 목표 도장두께, 대상물의 형상 데이터, 도료의 점도, 도료 토출간격을 포함함을 특징으로 하는 도장 제어 시스템.
3. 도장건을 가지는 도장로봇을 제어하기 위한 도장 제어 시스템에 있어서,

   입력되는 제어코드에 따라 상기 도장건의 위치제어와 도장 대상물의 위치제어 및 도장건의 토출압과 토출량을 제어하기 위한 신호를 출력하는 로봇 제어기와;

   도장조건별로 서로 다른 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴을 맵핑시켜 놓은 기본 데이터베이스와;

   도장조건을 입력받기 위한 도장조건 입력부와;

   입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건을 상기 기본 데이터베이스에서 찾고 그에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 도장도료 형상패턴 추출부와;

   상기 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하는 위치별 토출량 계산부와;

   계산된 위치별 토출량이 상기 도장건으로부터 토출되도록 제어함은 물론, 도장건의 위치를 제어하기 위한 제어코드를 발생하는 제어코드 발생부;를 포함함을 특징으로 하는 도장 제어 시스템.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 도장건으로부터 토출되는 실시간 토출량 정보를 검출하여 상기 로봇 제어기로 피드백하는 유량 센서;를 더 포함함을 특징으로 하는 도장 제어 시스템.
5. 환경인자들을 포함하는 도장조건별로 가우시안 분포를 가지는 도장도료의 형상패턴이 맵핑되어 있는 기본 데이터베이스를 구비하는 시스템의 도장 제어 방법에 있어서,

   도장 대상물의 형상데이터를 입력받는 단계와;

   상기 도장조건을 구성하는 인자들을 입력받는 단계와;

   상기 기본 데이터베이스를 검색하여 입력된 도장조건과 유사도가 높은 도장조건에 맵핑되어 있는 도장도료의 형상패턴을 추출하는 단계와;

   상기 추출된 도장도료 형상패턴에 기초하여 도장 대상물의 형상에 따른 위치별 토출량을 계산하되, 인접하는 도장도료 형상패턴의 중복에 의해 형성되는 도료의 높이가 목표하는 도장두께에 다다르도록 다음 분사지점에서의 토출량을 계산하는 단계와;

   계산된 위치별 토출량이 도장건으로부터 토출되도록 하기 위한 제어코드를 생성하여 출력하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 도장 제어방법.