KR100548224B1

KR100548224B1 - 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치

Info

Publication number: KR100548224B1
Application number: KR1020030102272A
Authority: KR
Inventors: 이상태; 이현철; 김정규; 안정기
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2006-02-02
Also published as: KR20050071246A

Abstract

본 발명은 갠트리형 용접로봇의 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치에 관한 것으로서, 소정의 용접부재의 양측에 설치된 지지대와 지지대에 고착된 안내레일과 그 안내레일을 따라 움직이는 거더와 용접로봇을 상하이동시키는 수직이송수단을 포함하는 갠트리로봇의 위치 검출 장치에 있어서, 부재에 직선을 이루지 않는 시작점을 표시하며 용접로봇의 중심에 부착되어 구성된 레이저포인터와, 레이저포인터로부터 시작점에 정보를 수신하여 x, y 좌표를 처리하는 부재정보입력부와, 부재정보입력부로부터 입력된 시작점 및 용접부재의 용접선 정보를 가지고 있는 캐드도면을 포함하고 캐드도면의 용접선 정보에 따라 x, y 좌표를 일치시킴으로써, 캐드도면의 용접선과 대응하는 부재의 용접선이 일치하도록 하고, 용접하고자하는 대한 용접선들에 대한 작업과정을 모니터링하기 위한 처리동작을 제어하는 통제부와, 통제부에 의해 용접선에 대응하는 x, y 좌표로 이동한 이후에 하강하여 용접부재의 z 좌표 점을 찾아내는 용접로봇의 아암의 단부에 설치된 터칭 센서와, 통제부의 제어하에 레이저포인터가 알아낸 용접선의 x, y 좌표와 용접점의 z 좌표에 따라 갠트리로봇과 용접로봇을 구동시키는 로봇제어부로 구성되고, 용접로봇에 설치된 레이저 포인터를 이용하여 용접될 부재의 x, y 좌표를 인지하여 용접선을 설정하고, 갠트리 로봇이 z축 방향 즉 수직방향으로는 터칭 센서를 통해 부재의 z축 방향의 위치를 검출하므로써 정확한 위치를 용접할 수 있는 효과가 있다.

갠트리, 로봇, 용접, 터칭센서, 레이저포인터, 위치, 캐드, 도면

Description

레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치{APPARATUS FOR TEACHING POSITION TO GANTRY ROBOT USING LASER POINTER}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 갠트리 용접로봇의 개략적인 구성을 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명의 도 1에 따른 갠트리로봇의 개략적인 구성의 일실시예를 나타낸 블록 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 지지대 2 : 안내레일

6 : 지지판 10 : 로봇제어기

12 : 용접로봇 13 : 갠트리로봇

20 : 부재정보입력부 30 : 레이저포인터

40 : 통제부 45 : 터칭센서

50 : 로봇제어부

본 발명은 부재를 자동으로 용접하기 위한 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치에 관한 것으로서, 특히 용접로봇에 설치된 레이저 포인터를 이용하여 용접될 부재의 위치정보와 갠트리 로봇의 3점의 위치를 일치시키고, 용접될 부재의 3점의 위치를 저장하고 있는 캐드 도면을 인식하여 캐드 도면에 도시된 용접선들을 정확하게 찾아 내어 용접할 수 있는 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 용접용 갠트리로봇은 용접부재의 상방에 거치된 용접로봇들을 이용하여 자동으로 용접작업을 능률적으로 수행하는 산업용 로봇을 말한다. 이러한 갠트리로봇은 여러대가 한 세트를 구성하게 되며, 하나의 갠트리로봇에 다관절 로봇인 용접로봇이 2개가 1조로 설치되어 있다. 용접로봇은 하방에 놓여진 용접부재에 대해 용접선(鎔接線)을 따라 용접하기 위해 상하이동하거나 갠트리로봇과 함께 종횡이동하여 작업명령에 대응하는 용접작업을 수행하게 된다.

갠트리형 용접로봇은 그 양측의 새들이 평행한 한쌍의 레일상에 안착되어 레일을 따라 주행하게 된다. 이와 같은 이동은 레일에 설치된 랙과 구동모터의 구동축에 축설된 피니언기어의 상호작용에 의해 구동하게 되는 방식과, 레일과 볼스크류를 이용한 방식이 있다. 이중 전자의 랙/피니언구동방식은 레일 측면에 랙을 취부하고, 그와 치합되도록 피니언을 구동모터의 축단에 축설한다. 그리고, 드라이버를 통해 제어기로 이 구동모터를 제어구동하여 작업하고자 하는 위치로 레일을 따라 갠트리로봇을 이동시키게 된다.

이때, 작업하고자 하는 정확한 위치로 갠트리형 용접로봇을 이동시키기 위해서는 그 위치를 검출하는 장치가 필요하게 되는 데, 이 용접로봇의 위치검출은 구동모터의 구동축에 검출기를 직렬 연결하여 구동모터의 회전량을 이동량으로 변환하여 위치검출을 행하게 된다. 하지만, 이러한 로봇의 이동거리가 수백M에 이를 경우 랙과 피니언의 백래쉬(Backlash)나 피치에러(Pitch Error)에 의한 누적오차로 인하여 정밀한 절대위치를 파악할 수 없어 정확한 작업위치로 용접로봇을 이동제어할 수 없는 폐단이 있었다. 이를 해소하기 위해서는 레일과 랙/피니언기어의 설치정밀도를 높여야 하는 데, 이로 인해 가공비 및 설치비가 높아져 경제적인 부담이 되는 문제점이 있었다.

또한, 이와 같은 결점을 해결하기 위하여 천장과 갠트리의 아래에 카메라를 설치하여 이 카메라를 통해 얻은 영상을 이미지 프로세싱하고 캐드 도면을 활용하여 시스템이 용접선의 위치를 자동으로 인식하는 방안이 제안되었다.

그러나, 이와 같은 방법에 의하여 구성하는 경우 주변 환경의 영향을 많이 받아 부재의 위치를 정확하게 알아내는 데에 어려움이 있기 때문에 현재는 적극적으로 활용되지 못하고 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 갠트리 용접로봇에 설치된 레이저 포인터를 이용하여 용접될 부재의 3개의 지점을 레이저포인터로 표시하고, 이 정보가 기입력된 용접될 부재의 3개의 지점 및 용접선들이 입력되어 있는 캐드 도면의 각각의 3개의 지점과 일치시킨 후에 캐드도면에 표시된 용접선들을 찾아내어 자동으로 용접할 수 있는 갠트리형 용접로봇의 교시 방법에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치는 소정의 용접부재의 양측에 설치된 지지대와 지지대에 고착된 안내레일과 그 안내레일을 따라 움직이는 거더와 용접로봇을 상하이동시키는 수직이송수단을 포함하는 갠트리로봇의 위치 검출 장치에 있어서, 부재에 직선을 이루지 않는 시작점을 표시하며 용접로봇의 중심에 부착되어 구성된 레이저포인터와, 레이저포인터로부터 시작점에 정보를 수신하여 x, y 좌표를 처리하는 부재정보입력부와, 부재정보입력부로부터 입력된 시작점 및 용접부재의 용접선 정보를 가지고 있는 캐드도면을 포함하고 캐드도면의 용접선 정보에 따라 x, y 좌표를 일치시킴으로써, 캐드도면의 용접선과 대응하는 부재의 용접선이 일치하도록 하고, 용접하고자하는 대한 용접선들에 대한 작업과정을 모니터링하기 위한 처리동작을 제어하는 통제부와, 통제부에 의해 용접선에 대응하는 x, y 좌표로 이동한 이후에 하강하여 용접부재의 z 좌표 점을 찾아내는 용접로봇의 아암의 단부에 설치된 터칭 센서와, 통제부의 제어하에 레이저포인터가 알아낸 용접선의 x, y 좌표와 용접점의 z 좌표에 따라 갠트리로봇과 용접로봇을 구동시키는 로봇제어부로 구성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설 명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 갠트리형 용접로봇의 개략적인 구성을 나타낸 사시도이다. 도 1을 참조하여 보면, 갠트리로봇(13)은 용접부재의 양측에 설치된 지지대(1)와 지지대(1)에 고착된 안내레일(2)과 그 안내레일(2)을 따라 움직이는 거더(3)와 용접로봇을 상하이동시키는 수직이송수단(4)을 주요 구성요소로 한다. 상기 수직이송수단(4)은 캐리지(8)에 부착되어 내장된 구동모터로부터의 구동력을 공급받아 상하이동하며, 캐리지(8)는 내장된 구동모터의 구동력을 공급받아 LM가이드(5)를 따라 좌우이동한다. 또, 수평이동수단(9)은 내장된 모터로부터의 구동력을 공급받아 래크와 피니언에 의해 갠트리로봇을 용접부재의 길이방향을 따라 이동시키게 된다.

로봇제어기(10)는 통신케이블을 통해 인가되는 시스템제어부(43)의 제어명령에 응답하여 용접로봇(12)과 갠트리로봇(13)을 구동시킨다.

상기 용접로봇(12)은 다관절 로봇의 일종으로 상기 갠트리로봇(13)의 지지판(6)의 하부면에 설치되고, 상기 수직이송수단(4)과 수평이동수단(9) 및 캐리지(8)의 구동에 따라 z, y, x 방향으로 위치이동하며, 용접기(11)로부터의 전원을 공급받아 용접부재를 용접한다. 상기 용접로봇(12)은 고온의 화염을 발하는 한쌍의 용접토치(12a)와 작업위치를 변경하기 6축의 아암(12b)을 구비하고 있다.

도 2는 본 발명의 도 1에 따른 갠트리로봇의 일실시예를 나타낸 블록 구성도이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 개시한다. 용접로봇(12)의 중심즉, 용접될 위치를 하향으로 포인팅할 수 있는 위치에 설치된 레이저포인터(30)는 부재에 시작점을 표시하고 이를 위치정보화한다.

부재정보입력부(20)는 상기 레이저포인터(30)로부터 3개의 지점에 대한 위치정보를 입력받아 3개의 지점에 대한 x, y 좌표를 처리한다.

통제부(40)는 부재정보입력부(20)로부터 입력된 시작점에부터 용접선 정보를 가지고 있는 캐드도면에 따라 제어한다.

로봇제어부(50)는 상기 통제부(40)에 의해 용접선에 대응하는 x, y 좌표로 이동한 이후에 하강하여 용접부재의 z 좌표 점을 찾아내는 용접로봇(12)의 아암(12b)의 단부에 설치된 터칭 센서(45)와, 상기 통제부(40)의 제어하에 레이저포인터가 알아낸 용접선의 x, y 좌표와 용접점의 z 좌표에 따라 갠트리로봇(13)과 용접로봇(12)을 구동시킨다.

통제부(40) 내의 캐드 도면 분석부(41)는 통제부(40) 내의 시스템 제어부(43)의 제어를 받아 용접부재의 용접선 정보에 대응하는 캐드도면의 3개의 지점과 일치시키고 그에 대응하여 캐드도면 내의 용접선들의 x, y좌표에 따라 대응하는 부재의 용접선에 대한 x, y좌표값을 시스템제어부(43)로 전송한다.

부재위치검출부(42)는 용접로봇(12)의 아암(12b)의 단부에 설치된 터칭센서로부터 입력되면, 용접로봇(12)을 약간 후진시켜 용접하기 좋은 위치로 자리를 잡을 이후에 통제부(40) 내의 시스템제어부(43)로부터 입력된 용접선의 x, y 좌표에 따라 로봇제어부(50)로 명령을 내려 용접을 수행한다.

시스템제어부(43)는 작업내용을 분석하고, 그 작업내용에 대응하여 해당 갠트리로봇(13) 및 용접로봇(12)의 동작상태를 점검하기 위해 용접기상태정보, 로봇제어기상태정보,갠트리로봇 상태정보를 판별한다. 시스템제어부(43)는 작업프로그 램의 수순에 따라 주어진 용접작업에 대한 용접작업개시정보 또는 용접작업종료정보를 판별하여 갠트리로봇(13)과 용접로봇(12)을 구동하기 위한 제어명령 또는 갠트리로봇(13)과 용접로봇(12)을 작동정지시켜 원위치로 복귀하도록 하는 제어명령을 로봇제어부(50)로 전송하게 된다.

상기 로봇제어부(50)는 시스템제어부(43)로부터의 제어명령에 응답하여 주어진 작업명령에 따라 해당 위치로 이동하기 위해 구동모터를 구동시켜, 갠트리로봇(13)의 수평이송장치(9) 및 수직이송장치(4)를 구동시켜 용접로봇(12)이 용접작업을 수행할 수 있는 위치에 도달시까지 위치이동시킨다.

상기 시스템제어부(43)는 용접로봇(12)이 용접작업할 위치에 이동이 완료되면 주어진 캐드도면 분석부(41)로부터 계속적으로 입력되는 x, y, 좌표 및 터칭센서에 따라 z축의 용접선을 인식하여 용접선의 대응부위를 용접할 수 있도록 로봇제어부(50)로 제어명령을 출력한다.

터칭센서(45)는 용접부재에 접촉함과 동시에 이를 인지하여 용접하기 적당한 위치로 후진한 이후에 용접을 개시한다.

용접작업을 수행중 외부요인등에 의해 에러가 발생하면, 시스템제어부(43)가 인식하여 대응조치를 취한후 본래의 작업프로그램에 따라 용접작업을 재개한다. 이를 위해, 시스템제어부(43)는 작업프로그램을 입력시 내부의 저장수단에 입력된 작업프로그램을 저장해 두고 있으므로 에러요인을 해소하기 위한 소정의 복구동작을 수행한 다음 저장된 작업프로그램을 독출하여 용접작업을 재개한다.

또한, 시스템제어부(43)는 작업프로그램에 따라 용접작업을 수행한후 용접작 업종료정보를 판별되면 용접작업을 중단하기 위한 제어명령을 로봇제어부(50)로 인가한다. 로봇제어부(50)는 제어명령이 인가되면 용접작업을 수행중인 용접로봇으로 구동제어신호를 출력하여 용접작업을 중단시킨다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명은 용접로봇에 설치된 레이저 포인터 및 통제부에 입력된 대응하는 부재의 용접선 정보에 따라 용접될 부재의 x, y 좌표를 인지하여 용접선들을 설정하고, 갠트리 로봇이 z축 방향 즉 수직방향으로는 터칭 센서를 통해 z축의 위치를 검출하므로써 부재의 정확한 위치에 용접할 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정의 용접부재의 양측에 설치된 지지대와 지지대에 고착된 안내레일과 그 안내레일을 따라 움직이는 거더와 용접로봇을 상하이동시키는 수직이송수단을 포함하는 갠트리로봇의 위치 검출 장치에 있어서,

부재에 직선을 이루지 않는 시작점을 표시하며 용접로봇의 중심에 부착되어 구성된 레이저포인터와;

상기 레이저포인터로부터 시작점에 정보를 수신하여 x, y 좌표를 처리하는 부재정보입력부와;

상기 부재정보입력부로부터 입력된 시작점 및 용접부재의 용접선 정보를 가지고 있는 캐드도면을 포함하고 상기 캐드도면의 용접선 정보에 따라 x, y 좌표를 일치시킴으로써, 캐드도면의 용접선과 대응하는 부재의 용접선이 일치하도록 하고, 용접하고자하는 대한 용접선들에 대한 작업과정을 모니터링하기 위한 처리동작을 제어하는 통제부와;

상기 통제부에 의해 용접선에 대응하는 x, y 좌표로 이동한 이후에 하강하여 용접부재의 z 좌표 점을 찾아내는 용접로봇의 아암의 단부에 설치된 터칭 센서와;

상기 통제부의 제어하에 레이저포인터가 알아낸 용접선의 x, y 좌표와 용접점의 z 좌표에 따라 갠트리로봇과 용접로봇을 구동시키는 로봇제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치.
제1항에 있어서,

상기 통제부는

용접부재의 3개의 지점에 대응하는 캐드도면의 3개의 지점과 일치시키고 그에 대응하여 캐드도면 내의 용접선들의 x, y좌표에 따라 대응하는 부재의 용접선에 대한 x, y좌표값을 생성하는 캐드 도면 분석부와;

상기 터칭센서로부터 용접부재 정보가 입력되면, 상기 용접로봇을 약간 후진시켜 용접하기 좋은 위치로 자리를 잡을 이후에 z축의 위치를 잡아 주는 부재위치검출부와;

작업내용을 분석하고, 그 작업내용에 대응하여 해당 갠트리로봇 및 용접로봇의 동작상태를 점검하기 위해 용접기상태정보, 로봇제어기상태정보,갠트리로봇상태정보를 판별하고, 부재의 용접선에 대한 x, y좌표값에 따라 용접작업에 대한 용접작업개시정보 또는 용접작업종료정보를 판별하고 이를 제어하는 생성된 제어명령을 로봇제어부로 전송하는 시스템제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 포인터를 이용한 용접로봇 교시 장치.