KR100569105B1

KR100569105B1 - 레이저 용접용 로봇 티칭장치

Info

Publication number: KR100569105B1
Application number: KR1020040034206A
Authority: KR
Inventors: 정희진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2006-04-07
Also published as: KR20050109159A

Abstract

레이저 용접을 위한 로봇의 티칭시, 옵틱헤드의 선단에 장착된 상태로 레이저 초점의 위치별로 작업자가 쉽게 인식할 수 있도록 기구적 동작을 전기적 신호로 변환하여 표시등의 발광신호를 출력할 수 있도록;

내부에 중공부를 형성하며, 이 중공부 내 하부 일측에는 하부 브라켓이 구비되고, 상기 중공부의 상부 일측에는 상부 브라켓이 구비되며, 상단에는 레이저 옵틱헤드의 단부에 연결하기 위한 연결부가 형성되는 티칭 하우징; 상기 티칭 하우징의 내측 하부 브라켓의 하부에 연결링을 통하여 설치되고, 내측에는 슬라이딩 홀이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀의 일측으로는 그 길이방향을 따라 검출홈이 형성되는 슬라이드 가이더; 상기 슬라이드 가이더의 슬라이딩 홀에 삽입된 상태로, 그 상단이 상기 하부 브라켓 및 상부 브라켓의 중심을 관통하여 설치되며, 일측에는 상기 하부 및 상부 브라켓 사이에 배치되도록 스프링 리테이너가 일체로 형성되며, 상단부에는 나사산이 형성되어 상부 브라켓에 지지되도록 너트로 장착되는 슬라이더; 상기 슬라이더에 끼워져 설치된 상태로, 상기 상부 브라켓과 상기 스프링 리테이너 사이에서 슬라이더에 복원력을 제공하는 복원부재; 상기 슬라이드 가이더에는 그 검출홈에 대응하여 그 길이방향을 따라 설치되는 다수개의 위치검출센서; 상기 슬라이더의 일측에 장착된 상태로 상기 다수개의 위치검출센서에 대응하여 슬라이드 가이더의 검출홈을 따라 이동하는 검출도그; 상기 다수개의 위치검출센서로부터 입력되는 신호에 따라 제어신호를 출력하는 제어기; 상기 제어기로부터 출력되는 제 어신호에 따라 상기 슬라이더의 이동을 위치별로 작업자가 인식할 수 있도록 표시하는 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치를 제공한다.

레이저빔, 옵틱헤드, 티칭장치, 티칭 게이지

Description

레이저 용접용 로봇 티칭장치{A TEACHING DEVICE OF ROBOT FOR LASER WELDING}

도 1은 종래 레이저 용접용 로봇의 티칭 게이지의 측면도,

도 2는 종래 기술에 따른 레이저 용접용 로봇의 티칭작업을 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치가 적용된 레이저 용접 시스템의 구성도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치의 단면도,

도 5는 도 3의 A부분의 확대도, 및

도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 용접용 로봇 티칭장치의 사용 상태도이다.

본 발명은 레이저 용접용 로봇 티칭장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 용접을 위한 로봇의 티칭시, 옵틱헤드의 선단에 장착된 상태로 레이저 초점의 위치별로 기구적 동작을 전기적 신호로 변환하여 표시등을 발광시킴으로써, 작 업자가 쉽게 인식할 수 있도록 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치에 관한 것이다.

최근, 산업분야에서 금속 소재의 절단, 용접 및 열처리 등은 원가절감, 공장 자동화 및 품질향상의 측면에서 우수한 효과를 갖는 레이저빔이 적용되고 있는 추세이며, 이러한 레이저빔의 적용에 있어 요구되는 몇 가지 목표는 레이저빔 에너지 분포의 균일화, 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있는 레이저 출력제어, 생산성과 품질을 충족시킬 수 있는 최적 레이저빔의 조사 속도, 에너지 흡수율의 극대화 등을 들 수 있다.

즉, 이러한 목표들이 충족되어 질 때, 제품 개발에 있어 원가절감 및 품질향상의 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

특히, 양산 차체라인의 레이저 용접 시, 차체의 레이저 용접부가 사양에 준하는 레이저 용접품질을 얻기 위해서는 로봇에 장착되어 있는 레이저 용접 옵틱헤드가 용접부로부터 규격에 따른 간격을 유지하여 정확한 초점을 유지하도록 해야 하는데, 이를 위해서는, 도 1에서 도시한 바와 같은 티칭 게이지(101)를 이용하여, 도 2에서와 같이, 상기 용접부(P1)를 용접로봇(103)에 프로그래밍하게 된다.

상기 티칭 게이지(101)는 일측에 눈금부(105)가 형성되어 레이저 초점의 기준점을 설정할 수 있도록 되어 있으며, 이러한 티칭 게이지(101)를 이용하여 상기 용접부(P1)를 용접로봇(103)에 프로그래밍하기 위해서는 먼저, 옵틱헤드(107)와 용접부(P1)를 근거리로 위치시켜 임시로 티칭한 후, 상기 티칭 게이지(101)를 이용하여 차체 용접부(P1)와 옵틱헤드(107)의 간격을 체크한 다음, 상기 티칭 게이지(101)의 기준점(SP)까지 용접로봇(103)을 미세 조정하여 프로그래밍하게 되 는 것이다.

그러나 상기한 바와 같이, 종래 티칭 게이지를 사용하여 로봇을 티칭하는 경우, 상기 로봇의 조정을 위한 컨트롤 패널과 티칭 게이지를 적용하기 위한 위치가 서로 떨어져 있어 적어도 2명의 작업자가 필요하며, 티칭 게이지를 조작하는 작업자의 경우, 티칭 게이지의 눈금을 확인하기 위해 로봇의 유동부 가까이 접근해야 하는 등에 의해 안전사고의 위험이 있다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 용접을 위한 로봇의 티칭시, 옵틱헤드의 선단에 장착된 상태로 레이저 초점의 위치별로 작업자가 쉽게 인식할 수 있도록 기구적 동작을 전기적 신호로 변환하여 표시등의 발광신호를 출력할 수 있도록 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치를 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 용접용 로봇 티칭장치는

내부에 중공부를 형성하며, 이 중공부 내 하부 일측에는 하부 브라켓이 구비되고, 상기 중공부의 상부 일측에는 상부 브라켓이 구비되며, 상단에는 레이저 옵틱헤드의 단부에 연결하기 위한 연결부가 형성되는 티칭 하우징; 상기 티칭 하우징의 내측 하부 브라켓의 하부에 연결링을 통하여 설치되고, 내측에는 슬라이딩 홀이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀의 일측으로는 그 길이방향을 따라 검출홈이 형성되는 슬라이드 가이더; 상기 슬라이드 가이더의 슬라이딩 홀에 삽입된 상태로, 그 상단 이 상기 하부 브라켓 및 상부 브라켓의 중심을 관통하여 설치되며, 일측에는 상기 하부 및 상부 브라켓 사이에 배치되도록 스프링 리테이너가 일체로 형성되며, 상단부에는 나사산이 형성되어 상부 브라켓에 지지되도록 너트로 장착되는 슬라이더; 상기 슬라이더에 끼워져 설치된 상태로, 상기 상부 브라켓과 상기 스프링 리테이너 사이에서 슬라이더에 복원력을 제공하는 복원부재; 상기 슬라이드 가이더에는 그 검출홈에 대응하여 그 길이방향을 따라 설치되는 다수개의 위치검출센서; 상기 슬라이더의 일측에 장착된 상태로 상기 다수개의 위치검출센서에 대응하여 슬라이드 가이더의 검출홈을 따라 이동하는 검출도그; 상기 다수개의 위치검출센서로부터 입력되는 신호에 따라 제어신호를 출력하는 제어기; 상기 제어기로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 슬라이더의 이동을 위치별로 작업자가 인식할 수 있도록 표시하는 표시수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 3과 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치가 적용된 레이저 용접 시스템의 구성도 및 부분 확대도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치의 확대 단면도로써, 먼저, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치(1)가 적용되는 레이저 용접 시스템의 구성을 설명한다.

상기 레이저 용접 시스템의 구성은 로봇 컨트롤 패널(3)을 포함하는 로봇제어기(5)에 의해 제어되는 용접로봇(7)의 아암(9) 선단에 레이저 옵틱헤드(11)가 장착된다.

상기 레이저 옵틱헤드(11)는 레이저 발진기와 광 하이버(23)를 통하여 연결되어 용접부(P1)에 대하여 레이저빔을 조사하게 되는 것이다.

이러한 레이저 용접 시스템을 이용하여 양산 차체라인에서의 레이저 용접 시, 차체(10)의 레이저 용접부(P1)가 사양에 준하는 레이저 용접품질을 얻도록 하기 위해서는 상기 용접로봇(7)에 장착되어 있는 레이저 옵틱헤드(11)가 용접부(P1)로부터 규격에 따른 간격을 통하여 정확한 초점을 유지하도록 해야 한다.

이를 위해서는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치(1)를 이용하여 레이저 용접부(P1)를 용접로봇(7)에 정확하게 프로그래밍하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭장치(1)의 구성은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 내부에 중공부(21)를 형성하는 원통형상의 티칭 하우징(23)이 구비된다.

상기 티칭 하우징(23)의 중공부(21) 내에는 그 하부 일측에 하부 브라켓(25)이 구비되고, 그 중공부(21)의 상부 일측에는 상부 브라켓(27)이 구비된다.

상기 하부 브라켓(25)과 상부 브라켓(27)은 각각 원형 플레이트로 형성되며, 그 중앙에 각각 관통홀(29,31)이 형성되어 구성된다.

그리고 상기 티칭 하우징(23)의 상단에는 레이저 옵틱헤드(11)의 단부에 연결하기 위한 연결부(33)가 형성되는데, 상기 연결부(33)는 레이저 옵틱헤드(11)의 선단에 회전 가능하게 장착너트(35)가 설치되고, 상기 장착너트(35)에 체결되도록 외주면에 나사산을 형성하는 볼트부(37)로 이루어진다.

상기 티칭 하우징(23)의 내측에서, 상기 하부 브라켓(25)의 하부에는 슬라이드 가이더(39)가 연결링(41)을 통하여 설치된다.

상기 슬라이드 가이더(39)는 그 내측에 슬라이딩 홀(43)이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀(43)의 일측으로는 그 길이방향을 따라 검출홈(45)이 형성된다.

이 때, 상기 슬라이드 가이더(39)의 재질은 절연소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 연결링(41)은 상기 티칭 하우징(23)과 슬라이드 가이더(39) 사이에서, 상기 슬라이드 가이더(39)의 상부와 하부에 각각 하나씩 끼워져 상기 슬라이드 가이더(39)를 티칭 하우징(23)에 고정적으로 설치하게 된다.

상기 슬라이드 가이더(39)의 슬라이딩 홀(43)에는 슬라이더(47)가 삽입되는데, 상기 슬라이더(47)는 그 상단이 상기 하부 브라켓(25) 및 상부 브라켓(27) 중심의 관통홀(29,31)을 관통하여 설치된다.

상기 슬라이더(47)는 원형단면을 갖는 봉 형상으로 이루어지며, 그 일측에는 상기 하부 브라켓(25)과 상부 브라켓(27) 사이에 배치되도록 스프링 리테이너(49)가 일체로 형성되다.

상기 슬라이더(47)의 상단부에는 일정구간 나사산(51)이 형성되어 상부 브라켓(27)에 지지되도록 너트(53)로 체결된다.

여기서, 상기 슬라이더(47)의 하부 선단에는 로봇 티칭의 기준면에 대하여 구름 접촉되는 구름접촉수단(55)이 구비되는데, 상기 구름접촉수단(55)의 구성은 상기 슬라이더(47)의 하부 선단에 나사홀을 형성하여 이에 볼트 체결되는 볼 하우징(57)과, 상기 볼 하우징(57) 내부에 설치되어 상기 로봇 티칭의 기준면에 구름 접촉하는 구름 볼(59)로 이루어진다.

그리고 상기 슬라이더(47)에는 복원부재인 코일 스프링(61)이 끼워져 설치된 상태로, 상기 상부 브라켓(27)과 스프링 리테이너(49) 사이에서 슬라이더(47)에 복원력을 제공하게 되는데, 상기 코일 스프링(61)은 그 일단이 스프링 리테이너(49)에 지지되고, 그 타단은 상부 브라켓(27)의 하단면에 지지된다.

상기 슬라이드 가이더(39)에는 그 검출홈(45)에 대응하여 그 길이방향을 따라 위치검출센서인 3개의 근접센서(S1,S2,S3)가 장착된다.

이 때, 상기 3개의 근접센서(S1,S2,S3)는 상호간에 일정간격을 유지하여 설치된다.

본 실시예에서는 상기 각 근접센서(S1,S2,S3) 상호간의 간격을 3.6mm로 하여 설치된다.

그리고 상기 슬라이더(47)의 일측에는 검출도그(63)가 장착된다.

상기 검출도그(63)는 3개의 근접센서(S1,S2,S3)에 대응하여 슬라이드 가이더(39)의 검출홈(45)을 따라 이동하도록 상기 슬라이더(47)의 외주면 일측에 장착되어 슬라이더(47)와 함께 작동하게 된다.

또한, 상기 3개의 근접센서(S1,S2,S3)는 각각 상기 검출도그(63)의 검출신호를 제어기(65)로 출력하도록 제어기(65)와 전기적으로 연결되며, 상기 제어기(65)는 입력되는 검출신호에 따라 제어신호를 출력하게 된다.

그리고 상기 제어기(65)는 표시수단(D)인 3개의 표시등(L1,L2,L3)과 전기적으로 연결되는데, 상기 3개의 표시등(L1,L2,L3)은 서로 다른 색깔의 빛을 발광하도록 색깔별 표시등으로 이루어지며, 상기 제어기(65)로부터 출력되는 제어신호에 따 라 상기 슬라이더(47)의 이동을 위치별로 작업자가 인식할 수 있도록 표시하여 주게 된다.

본 실시예에서는 상기 3개의 표시등(L1,L2L,3)을 빨간색 표시등(red), 노랑색 표시등(yellow) 및 녹색 표시등(green)으로 이루어진다.

따라서 상기한 바와 같은 구성을 갖는 레이저 용접용 로봇 티칭장치에 의한 레이저 용접용 로봇의 티칭작동은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 로봇 티칭장치(1)를 그 연결부(33)의 볼트부(37)를 통하여 레이저 옵틱헤드(11)의 선단부에 장착너트(35)를 통하여 체결한 상태로, 작업자가 로봇 컨트롤 패널(3)상에서 용접로봇(7)을 거동시킨다.

먼저, 상기 옵틱헤드(11)와 용접부(P1)를 근거리로 위치시켜 임시로 티칭한 후, 상기 로봇 티칭장치(1)의 슬라이더(47) 선단에 장착된 구름 볼(59)을 용접부(P1)에 접촉시킨다.

이 때, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 슬라이더(47)는 코일 스프링(61)의 탄성력을 극복하고 상승하게 되며, 이에 따라 검출도그(63)가 상기 3개의 근접센서(S1,S2,S3) 중, 최하단의 근접센서(31)에 의해 검출되면, 상기 최하단 근접센서(S1)는 그 검출신호를 제어기(65)로 출력하게 되고, 상기 제어기(65)는 노란색 표시등(L1, yellow)을 발광시켜 상기 옵틱헤드(11)와 용접부(P1)의 간격이 설정치 이상임을 작업자가 인식할 수 있도록 한다.

그리고, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상기 슬라이더(47)가 코일 스프링(61)의 탄성력을 극복하고 상승하되, 상기 검출도그(63)가 상기 3개의 근접센서(S1,S2,S3) 중, 최상단의 근접센서(S3)에 의해 검출되면, 상기 최상단 근접센서(S3)는 그 검출신호를 제어기(65)로 출력하게 되고, 상기 제어기(65)는 빨간색 표시등(L3; red)을 발광시켜 상기 옵틱헤드(11)와 용접부(P1)의 간격이 설정치 이하임을 작업자가 인식할 수 있도록 한다.

또한, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 슬라이더(47)가 코일 스프링(61)의 탄성력을 극복하고 상승하되, 상기 검출도그(63)가 상기 3개의 근접센서(S1S2S3) 중, 중간단의 근접센서(S2)에 의해 검출되면, 상기 중간단 근접센서(S2)는 그 검출신호를 제어기(65)로 출력하게 되고, 상기 제어기(65)는 녹색 표시등(L2; green)을 발광시켜 상기 옵틱헤드(11)와 용접부(P1)의 간격이 설정치와 일치함을 작업자가 인식할 수 있도록 한다.

따라서 작업자는 상기 용접로봇(7)의 거동 조작 중, 상기 녹색 표시등(L2)이 발광될 때까지 옵틱헤드(11)의 위치를 상하로 미세 조정하여 옵틱헤드(11)와 용접부(P1)의 간격을 맞추게 되며, 이를 프로그래밍하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 용접용 로봇 티칭장치에 의하면, 레이저 용접을 위한 로봇의 티칭시, 옵틱헤드의 선단에 장착된 상태로 레이저 초점의 위치별로 작업자가 쉽게 인식할 수 있도록 기구적 동작을 전기적 신호로 변환하여 3개의 표시등으로 발광신호를 출력할 수 있도록 함으로써, 종래 티칭 게이지의 사용에 따른 다수의 작업자가 불필요한 효과가 있다.

또한, 원거리에서 표시등의 신호만으로 티칭작업이 가능하여 종래 티칭 게이 지의 눈금을 확인하기 위해 로봇의 유동부 가까이 작업자가 접근해야 하는 등에 의해 안전사고의 위험을 배제할 수 있는 효과도 있다.

Claims

레이저 용접용 로봇 티칭장치에 있어서,

내부에 중공부를 형성하며, 이 중공부 내 하부 일측에는 하부 브라켓이 구비되고, 상기 중공부의 상부 일측에는 상부 브라켓이 구비되며, 상단에는 레이저 옵틱헤드의 단부에 연결하기 위한 연결부가 형성되는 티칭 하우징;

상기 티칭 하우징의 내측 하부 브라켓의 하부에 연결링을 통하여 설치되고, 내측에는 슬라이딩 홀이 형성되며, 상기 슬라이딩 홀의 일측으로는 그 길이방향을 따라 검출홈이 형성되는 슬라이드 가이더;

상기 슬라이드 가이더의 슬라이딩 홀에 삽입된 상태로, 그 상단이 상기 하부 브라켓 및 상부 브라켓의 중심을 관통하여 설치되며, 일측에는 상기 하부 및 상부 브라켓 사이에 배치되도록 스프링 리테이너가 일체로 형성되며, 상단부에는 나사산이 형성되어 상부 브라켓에 지지되도록 너트로 장착되는 슬라이더;

상기 슬라이더에 끼워져 설치된 상태로, 상기 상부 브라켓과 상기 스프링 리테이너 사이에서 슬라이더에 복원력을 제공하는 복원부재;

상기 슬라이드 가이더에는 그 검출홈에 대응하여 그 길이방향을 따라 설치되는 다수개의 위치검출센서;

상기 슬라이더의 일측에 장착된 상태로 상기 다수개의 위치검출센서에 대응하여 슬라이드 가이더의 검출홈을 따라 이동하는 검출도그;

상기 다수개의 위치검출센서로부터 입력되는 신호에 따라 제어신호를 출력하 는 제어기;

상기 제어기로부터 출력되는 제어신호에 따라 상기 슬라이더의 이동을 위치별로 작업자가 인식할 수 있도록 표시하는 표시수단;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 슬라이더의 하부 선단에는

로봇 티칭의 기준면에 대하여 구름 접촉되는 구름접촉수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 2에 있어서, 상기 구름접촉수단은

상기 슬라이더의 하부 선단에 나사홀을 형성하여 이에 볼트 체결되는 볼 하우징;

상기 볼 하우징 내부에 설치되어 상기 로봇 티칭의 기준면에 구름 접촉하는 구름 볼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 티칭 하우징은

원통형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 하부 브라켓은

원형 플레이트로 형성되며, 중앙에 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 상부 브라켓은

원형 플레이트로 형성되며, 중앙에 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 연결부는

상기 레이저 옵틱헤드의 선단에 회전 가능하게 장착되는 장착너트에 체결되도록 외주면에 나사산을 형성하는 볼트부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 슬라이드 가이더는 그 재질이

절연소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 연결링은

상기 티칭 하우징과 슬라이드 가이더 사이에서, 상기 슬라이드 가이더의 상부와 하부에 각각 하나씩 끼워져 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 슬라이더는

원형단면을 갖는 봉 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 복원부재는

상기 슬라이더에 끼워진 상태로 일단이 스프링 리테이너에 지지되고, 타단은 상부 브라켓의 하단면에 지지되는 코일 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 다수개의 위치검출센서는

상기 슬라이드 가이더의 검출홈에 대응하도록 그 길이방향으로 따라 설치되는 3개의 근접센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 12에 있어서, 상기 3개의 근접센서는

상호간에 일정간격을 유지하여 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 표시수단은

상기 제어기의 제어신호에 따라 발광하는 다수개의 표시등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.
청구항 1에 있어서, 상기 다수개의 표시등은

상기 제어기의 제어신호에 따라 서로 다른 색깔의 빛을 발광하는 3개의 표시등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 용접용 로봇 티칭장치.