KR100644174B1 - 로봇 용접의 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 형태의 복잡한 대상물에 대하여 용접을 수행할 때, OLP 구현과 경로 분석 및 미세 제어를 통해 자동으로 경로 보정을 수행하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 로봇의 파라미터를 측정하여 오프라인 프로그램(Off-Line Program)을 구현하는 과정과, 구현된 OLP에서 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램을 작성하여 거시 궤적을 생성하는 과정과, 작성된 프로그램을 수행하여 로봇을 이송하는 과정과, 이송된 로봇과 용접 대상물간의 경로를 분석하는 과정과, 이송된 로봇을 용접 대상물에 적용하기 위한 가상 현실 작업장을 구축하는 과정과, 구현된 OLP에 용접하고자 하는 위치와 경로를 적용하여 로봇의 언어에 맞게 로봇 작업 프로그램을 생성하는 과정과, 작성된 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램에서 발생된 위치 오차를 보정하는 과정과, 로봇의 상황을 측정하여 모니터링하는 과정과, 보정된 프로그램에 맞게 로봇을 이용하여 용접기의 미세 제어를 통해 용접 작업을 수행하는 과정을 포함한다. 따라서, 미세 제어 시스템에 의해 로봇의 동적인 경로 오차를 능동적으로 보상할 수 있어 동적인 경로 상에서도 항상 정밀도를 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇 용접의 보정방법{METHOD FOR COMPENSATING IN WELDING ROBOT}

도 1은 수동 교시 보정에 의한 기존 용접장치를 도시한 도면이고,

도 2는 오프 라인 교시 보정에 의한 기존 용접장치를 도시한 도면이며,

도 3은 비젼 측정 1차원 직선 보정에 의한 기존 용접장치를 도시한 도면이며,

도 4는 본 발명에 의한 로봇 용접의 보정방법을 수행하기 위한 도면이며,

도 5는 도 4에 도시된 로봇 용접의 보정 방법을 수행하기 위한 도면 중 미세 보정장치만을 도시한 도면이며,

도 6은 본 발명에 따른 미세 제어 시스템에서의 미세 제어 방법을 도시한 도면이며,

도 7은 본 발명에 따른 로봇 용접의 보정방법에 대하여 전체적으로 설명한 상세 흐름도이며,

도 8은 도 7에 도시된 로봇 파라미터를 측정하기 위한 상세 흐름도이며,

도 9는 도 7에 도시된 OLP와 실제 로봇의 경로를 분석하기 위한 상세 흐름도이며,

도 10은 도 7에 도시된 로봇 작업 프로그램의 정적인 교시 위치를 보정하기 위한 상세 흐름도이며,

도 11은 도 7에 도시된 로봇의 상황을 모니터링하기 위한 상세 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : OLP 구현 시스템 101 : CAD 데이터

102 : OLP 104 : 로봇 제어부

106 : 용접 제어부 108 : 로봇

110 : 용접기 112 : 용접 대상물

114 : 용접선 116 : 카메라

118 : 센서 120 : 2축 구동부

122 : 카메라 측정부 124 : 미세 제어 시스템

126 : 미세 제어부 128 : z축 방향 구동용 모터

129 : x축 방향 구동용 모터 132 : 띠 레이저 광선

140 : 로봇 용접 자동 보정부

본 발명은 로봇 용접의 보정방법에 관한 것으로, 특히 3차원 형태의 복잡한 대상물을 용접할 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인간의 작업을 대신하기 위하여 산업 현장에서는 산업용 로봇을 이용하여 자동화 작업을 수행한다. 산업용 로봇은 기억장소에 한번 교시시켜 놓은 위치와 자세를 로봇이 허용하는 정밀도 내에서 반복 작업을 수행한다. 이는 단순 반복작업을 요하는 생산라인에서는 그 필요성이 날로 증가하고 있는 실정이다. 다시 말해서, 산업용 로봇은 대부분 자동화 작업을 수행하기 위하여 미리 작업 경로에 대한 위치 및 자세의 정보를 교시시켜둔 후, 교시 정보에 맞게 로봇을 제어하면서 단순 반복 작업을 수행한다.

이러한, 산업용 로봇은 인간에 의해 수행될 경우, 발생되는 작업의 위험 요소, 작업 시간의 증가, 생산성 저하,... 등을 개선시킬 수 있는 혁신적인 시스템으로서, 특히, 레이저 용접을 수행하는 산업용 로봇의 필요성은 다른 작업에 사용되는 로봇에 비하여 절실하게 필요한 산업용 로봇인 것이다. 즉, 레이저 용접용 산업용 로봇은 크게 세 가지로 분류한다. 첫째, 수동 교시 보정에 의한 용접 로봇과, 둘째, 오프 라인 교시 보정에 의한 용접 로봇과, 셋째, 비젼 측정 1차원 직선 보정에 의한 용접 로봇으로 분류한다.

이중, 수동 교시 보정에 의한 용접 로봇은 도 1에 도시된 바와 같다. 도 1a를 참조하면, 사용자(1)가 직접 용접 제어부(9)에 의해 구동되는 용접기(3)를 이용하여 단순 형상의 용접 대상물(5)에 1차원 용접 구간(7)을 용접하는 도면이다.

도 1b를 참조하면, 로봇 제어부(13)에 의해 구동되는 다관절 로봇(19)의 끝단에 용접기(17)를 부착하고, 부착된 용접기(17)를 이용하여 용접 대상물(21)에 2차원 용접 구간(23)을 용접하는 도면이다. 이때, 다관절 로봇(19)은 로봇 제어부(13)에 의해 구동되며, 이 로봇 제어부(13)는 교시 조작반(10)에 세팅된 로 봇(19)이 움직여야 될 위치에 맞게 로봇(19)을 제어한다.

상술한 바와 같이, 도 1b는 도 1a의 작업자(1)에 의해 직접적으로 용접이 수행되어 발생되는 작업자(1)의 위험 요소와, 작업 시간의 증가 및 용접 불량률의 증가, 그리고 생산성 저하 및 용접 경로의 정밀도 저하 등의 단점을 다소 해소하였지만, 도 1b 역시, 작업자(1)가 용접 대상물이 변경될 때마다 교시 작업반(10)에 일일이 변경된 위치를 직접 교시하여야 하는 불편한 점이 있다.

다음으로, 오프 라인 프로그램(Off-Line Program, OLP) 교시 보정에 의한 용접 로봇은 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2를 참조하면, OLP를 이용하여 복잡한 형태의 용접 대상물(42)에 3차원 용접 구간을 용접하는 도면이다. 즉, 도 2는 도 1의 단순 형상인 용접 대상물에 비하여 교시 점의 개수가 많거나 경로를 설정하기 어려운 복잡한 형상의 용접 대상물(42)에 3차원 용접 구간(44)을 용접하는 것으로, 이 3차원 용접 구간(44)과 동일한 CAD 데이터(30)를 가상 환경 프로그램인 OLP(32)에 적용시켜 로봇(38)의 교시 궤적 프로그램을 생성하고, 생성된 교시 궤적 프로그램을 로봇 제어부(34)에 다운로드 시키면, 다운로드 된 프로그램이 활성화되어 프로그램에 대응하게 로봇(38)이 용접을 수행한다.

그러나, 도 2에 도시된 OLP(32)를 이용한 로봇 용접 기술은 복잡한 형태의 용접 대상물(42)에 3차원 용접 구간을 용접할 수는 있지만, CAD 데이터(30)의 오차나, 혹은 OLP 자체의 오차, 또는 로봇(38) 지그 자체의 오차 등으로 인하여 용접 대상물(42)에 3차원 용접 구간을 용접할 경우, 그 용접 상태가 상당히 부정확하게 된다.

마지막으로, 비젼 측정 1차원 직선 경로 보정에 의한 용접 로봇은 도 3에 도시된 바와 같다. 도 3을 참조하면, 비젼을 통해 1차원 직선 궤적의 높이와 심(Seam) 방향을 각각 측정한 값을 임의의 메모리에 세팅시켜둔 후, 2차 로봇 주행 시, 기 세팅된 측정값과 비젼을 통해 측정되는 값을 각각 비교하면서 용접 헤드를 움직여 오차를 보정할 수 있는 도면이다.

그러나, 도 3에 도시된 용접 로봇은 1차원 직선 궤적에 대하여 보정할 수는 있지만, 2차원 혹은 3차원 궤적에 대하여는 보정할 수 있는 기능이 전혀 없으며, 또한 1차원 직선 궤적을 보정할 경우, 비젼을 통해 측정한 측정 위치와, 오프셋(offset)에 의하여 용접 위치가 항상 일정한 거리를 유지하여야 하는데, 용접 속도가 떨어질 경우, 일정한 거리를 유지하지 못하여 보정 거리가 일정하지 않다는 문제점을 갖는다.

이에, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 3차원 형태의 복잡한 대상물에 대하여 용접을 수행할 때, OLP 구현과 경로 분석 및 미세 제어를 통해 자동으로 경로 보정을 수행할 수 있는 로봇 용접의 보정방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로봇 용접의 보정방법은 로봇의 파라미터를 측정하여 오프라인 프로그램(Off-Line Program, OLP)을 구현하는 과정과, 구현된 OLP에서 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램을 작성하여 거시 궤적을 생성하는 과정과, 작성된 프로그램을 수행하여 로봇을 이송하는 과정과, 이송된 로봇과 용접 대상물간의 경로를 분석하는 과정과, 이송된 로봇을 용접 대상물에 적용하기 위한 가상 현실 작업장을 구축하는 과정과, 구현된 OLP에 용접하고자 하는 위치와 경로를 적용하여 로봇의 언어에 맞게 로봇 작업 프로그램을 생성하는 과정과, 작성된 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램에서 발생된 위치 오차를 보정하는 과정과, 로봇의 상황을 측정하여 모니터링하는 과정과, 보정된 프로그램에 맞게 로봇을 이용하여 용접기의 미세 제어를 통해 용접 작업을 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시 예를 상세하게 설명 하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 로봇 용접의 보정방법을 수행하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 복잡한 형태의 용접 대상물(112)의 3D CAD 데이터(101)를 기준으로 가상 현실 공간을 구현한 후, 구현된 가상현실 공간과 실제 작업장 공간을 일치시키기 위하여 로봇의 파라미터 측정(Calibration) 및 용접 대상물(112)의 정밀 위치를 측정하여 OLP(102)를 구현하며, 구현된 OLP(102)에서 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램을 작성하여 로봇 제어부(104)에 다운로드 하는 OLP 구현 시스템(100)과, OLP 구현 시스템(100)으로부터 다운로드 되는 용접 작업 교시점 프로그램에 맞게 로봇(108)의 이송을 제어하는 로봇 제어부(104)와, 용접기(110)의 동작을 제어하는 용접 제어부(106)와, 카메라(116)에 의해 촬상된 용접기(110)와 용접 대상물(112)간의 거리 오차를 측정하는 카메라 측정부(122)와, 카메라 측정부(122)에 의해 측정된 거리 오차를 보정하는 미세 제어 시스템(124)과, 미세 제어 시스템(124)에 저장된 거리 오차를 읽어와서 2축 구동부(120)를 미세 제어하는 미세 제어부(126)와, OLP 구현 시스템(100), 로봇 제어부(104), 용접 제어부(106), 카메라 측정부(122), 미세 제어 시스템(124), 미세 제어부(126)를 통합 관리하는 로봇 용접 자동 보정부(14)를 포함한다.

이중, 도 4에 도시된 로봇 용접 자동 보정부(140)는 OLP 구현 시스템(100), 로봇 제어부(104), 용접 제어부(106), 카메라 측정부(122), 미세 제어 시스템(124), 미세 제어부(126)를 통합 관리하는 프로세서로서, 이 프로세서에 의해 전체 블록들이 유기적으로 동작하면서 용접 작업을 수행하며, 그 과정을 작업별 로 구분하여 도 7에 도시된 바와 같이, 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 7을 참조하면, 첫 번째로 교시 궤적을 생성하는 작업이다. 다시 말해서, 용접 대상물(112)의 형상이 간단하거나, 혹은 교시 작업의 시간적 여유가 있는지를 판단한다(단계 701). 판단 결과, 용접 대상물(112)의 형상이 간단하거나, 혹은 교시 작업의 시간적 여유가 있을 경우, 수동 교시 작업을 이용하여 로봇의 작업 프로그램을 생성한다(단계 702).

반면에, 판단 결과, 용접 대상물(112)의 형상이 복잡한 형상이거나, 혹은 교시 작업의 시간적 여유가 없을 경우, CAD 데이터(101)를 기준으로 가상 현실 공간을 구현하고(단계 703), 구현된 가상현실 공간과 실제 작업장 공간을 일치시키기 위하여 로봇(108)의 파라미터 측정과 용접 대상물(112)의 정밀 위치를 측정하므로, 가상 현실 공간의 로봇과 실제 로봇의 위치간의 오차를 최소화할 수 있도록 로봇(108)의 파라미터를 측정하여 OLP(102)를 구현한다(단계 704).

보다 상세하게 설명하면, OLP(102)를 구현함에 있어서, 가장 핵심 요소는 로봇(108)의 파라미터 측정으로써, 도 8은 도 7에 도시된 로봇 파라미터를 측정하기 위한 상세 흐름도이다. 로봇(108)의 파라미터 측정은 로봇 작업 프로그램상의 위치를 정밀 보정하기 위한 일련의 작업으로서, 그 과정은 측정을 위한 로봇 작업 프로그램을 생성한다(단계 704-1).

즉, 로봇 작업 프로그램 생성은, 로봇(108)을 여러 측정 위치로 이동시키기 위해 생성하는 것으로, 여러 위치에서의 로봇(108) 툴(Tool) 끝단의 위치를 측정하여 로봇 시스템 인증(Identification)을 수행할 수 있으며, 인증 완료된 로봇에 대 하여 로봇 작업 프로그램을 생성한다. 더불어, 로봇(108) 툴(Tool) 끝단의 위치 측정은 로봇의 레이아웃(Layout), 로봇 운동학 파라미터(Kinematics Parameter) 및 툴 들의 위치/방향 등이 정밀하게 계산되거나, 혹은 관측되어질 수 있는 위치이어야 한다. 또한, 관측되어질 수 있는 위치는 각종 파라미터들이 얼마나 잘 관측되는지를 나타내는 인덱스로서, 선정된 측정 위치들이 적절한지를 판단하고, 로봇 측정 위치/자세를 결정하는 방식으로 로봇 작업 프로그램을 생성한다.

다음으로, 로봇(108)의 파라미터 측정을 위해 현 공정/로봇에 대한 각종 정보를 자동 추출한다. 즉, 현재 워크셀(workcell) 상의 존재하는 로봇 툴들의 명칭과 제어 형태/타입, 그리고 노멀 레이아웃 위치 및 운동학 형태와, Weldgun의 종류에 대한 각종 정보들을 자동으로 추출한다(단계 704-2). 여기서, 추출되는 각종 정보는 작업 현장에서의 로봇 시스템 인증의 초기값으로 사용된다.

더불어, 로봇(108)의 파라미터 측정을 위해 현장 측정을 수행한다. 즉, 현장 측정은 생성된 로봇 작업 프로그램을 이용하지만, 현 로봇의 툴 종류와 형태에 따라 특수하게 설계 및 제작된 지그들을 사용하여 현장을 측정한다(단계 704-3). 이때, 측정 위치와 방법이 다르게 될 경우, 로봇 시스템 인증 방법도 달라지게 된다.

또한, 현장을 측정함에 있어서, 측정 데이터들의 측정 오류검사 및 데이터 필터링 등이 이루어지며(단계 704-4), 각 공정별 및 툴의 형태별, 정밀도 레벨 별로 로봇의 레이아웃, 운동학 파라미터 들, 툴의 마운팅 위치/방향 및 TCP(Tool Center Point) 위치/방향 등이 정밀하게 평가하여 측정한다. 그리고, 정밀도 레벨에 따라 평가되어지는 파라미터 종류가 달라지게 되며, 그 값들은 레벨 별로 파일 로 저장되어 IGRIP 상의 데이터를 보정하는데 이용된다.

그리고, 로봇(108)의 파라미터 측정을 위해 워크셀/로봇 형상 데이터 및 로봇 라이브러리 상의 운동학 파리미터를 자동 보정해야 한다(단계 704-5). 즉, 각 로봇 및 툴에 대하여 평가된 측정 데이터를 이용하여 IGRIP 상에서 정의된 워크셀 데이터를 업데이트하고, 로봇의 형상 데이터 및 라이브러리 상의 운동학 파라미터들을 업데이트한다. 이는 IGRIP 상으로 모델되어진 시스템을 리얼 시스템과 동일하게 맞추는 작업이다.

상술한 바와 같이, OLP(102) 구현이 완료된 후, 두 번째로 OLP 구현 시스템(100)에서 수행하는 작업으로, 구현된 OLP(102)와 실제 로봇의 경로 분석(path analysis) 작업이다(단계 705).

즉, 도 9는 도 7에 도시된 OLP와 실제 로봇의 경로를 분석하기 위한 상세 흐름도로써, OLP(102)와 실제 로봇의 경로 분석을 위해 우선적으로, 수동 교시 작업인지, 아니면, OLP(102) 작업인지를 체크한다(단계 705-1). 체크 결과, 수동 교시 작업일 경우, 실제 로봇의 위치 및 경로의 정밀도를 수동적으로 분석한다(단계 705-2).

반면에, 체크 결과, OLP(102) 작업일 경우, 구현된 OLP(102)와 실제 로봇간의 위치와 경로를 비교하므로(단계 705-3), 정적인 교시 위치와, 동적인 교시 경로를 각각 분석할 수 있으며, 분석된 결과를 이용하여 OLP(102)나 실제 로봇의 적용 가능여부를 파악할 있으며, 이 결과를 이용하여 미세 제어를 위한 기초 데이터로 사용한다(단계 705-4).

다시 말해서, OLP(102)와 실제 로봇의 경로를 분석함에 있어서, 레이저 용접의 특성상 정적인 교시 위치의 정밀도 보다 동적인 교시 경로의 정밀도가 레이저 용접의 품질을 우선적으로 결정한다. 특히, 레이저빔의 초점 직경이 0.6mm로서 아크 용접에 비해 경로의 정확성을 더욱 필요하다. 이에, OLP 구현 시스템(100)에 연동된 로봇 제어부(104)에 로봇이 이송할 수 있는 궤적을 크게 두 가지 형태로 내부적으로 구현되어 수식적인 연산에 의해 로봇을 이송할 수 있다. 여기서, 두 가지 형태는 교시된 두 점을 직선으로 이동하는 직선 보간법과, 교시된 세 점 이상을 기준으로 원을 따라 이동하는 원호 보간법으로 구분한다.

한편, OLP 구현 시스템(100)은 로봇을 이송하기 위하여 수식적인 연산을 수행하는데(단계 705-5), 그 수식적인 연산은, 내부적으로 교시점을 설정하고, 시뮬레이션을 통하여 OLP 경로 데이터와 실제 로봇에 입력될 로봇 커멘드(command)를 생성한다. 이중 시뮬레이션을 통하여 생성된 OLP 경로 데이터와 로봇 커멘드를 로봇 제어부(104)를 통해 로봇(108)에 입력하여 로봇을 이송시킨다. 이후, 구동되는 로봇의 이동 궤적 데이터를 레이저 측정 장비(118)를 통해 측정한다.

여기서, OLP 구현 시스템(100)과 로봇의 수식적인 연산 방법은 시작 교시점에 대하여 다음 위치의 좌표를 계산하고, 이 좌표를 역 운동학을 통하여 각 관절값을 도출한 후, 도출된 관절값으로 로봇을 이송시키고, 다시 다음 위치의 좌표를 계산하는 연산 방법을 통해 로봇을 이송시킨다.

참고적으로, OLP(102)와 실제 로봇(108)간의 경로 분석을 수행하는 과정은 다음과 같다.

먼저, Least Square 방법을 통해 연속 점들의 데이터가 포함되어 있는 3차원 공간상의 평면을 구한다. 구한 평면에서 Translation, Rotation에 의한 Equivalent Angle Axis 방법을 통해 기준 좌표축을 새로운 좌표축으로 변환한다.

이후, 새로운 좌표축을 기준으로 하여 연속 점들 데이터의 추정식을 구한다. 즉, Least Square 방법과, 조밀 격자 데이터 생성에 의한 수식의 오차가 최소가 되는 파라미터(직선 : 시작점과 끝점, 원 : 중심점 및 반지름)를 구한다.

이어서, 생성된 연속 점들 수식의 데이터(조밀 격자 데이터)를 생성하고, 연속 점들 수식의 데이터와 연속 점들 데이터의 오차를 비교하며, 연속 점들 수식의 데이터(파라미터 및 생성된 점)와 비교된 오차 데이터를 이용하여 기준 좌표축으로 변환한다.

상술한 바와 같이, OLP 구현 시스템(100)에 의해 OLP(102)와 실제 로봇간의 경로 분석이 완료된 후, 세 번째로 OLP 구현 시스템(100)에서 가상 현실 작업장을 구축하는 것으로, 용접 대상물(112)에 적용하기 위한 최종적인 가상 현실 작업장을 구축하는 작업이다. 즉, 용접 대상물(112)에 해당되는 3D CAD 데이터(101)를 기준으로 실제 작업장에서 용접 대상물(112)이 놓여진 위치를 측정하여 가상현실 작업장의 용접 대상물의 위치와 일치하도록 하는 것으로, 실제 용접하고자 하는 환경과 가상현실 작업장간에 최소한의 오차를 갖도록 구축한다(단계 706).

OLP 구현 시스템(100)에 의해 최종적인 가상 현실 작업장 구축이 완료된 후, 네 번째로 로봇(108)이 용접 작업을 수행하도록 하는 프로그램을 생성하는 작업이다. 즉, 구현된 OLP(102)에 용접하고자 하는 위치나 경로를 적용시켜 로봇의 언어 에 맞게 실제 로봇 작업 프로그램을 구현하여 로봇 제어부(104)에 다운로드 시킨다(단계 707). 이때, 초기의 로봇 작업 프로그램은 용접 구간에서 용접 신호를 주는 대신 측정 신호만을 제공하도록 구현한다.

로봇(108)의 언어에 맞게 실제 로봇 작업 프로그램이 구현된 후, 다섯 번째로 첫 번째 과정인 거시 궤적을 생성하는 과정에서 작성된 로봇 작업 프로그램의 정적인 교시 위치를 보정하는 작업이다. 즉, 거시 궤적에서의 로봇 작업 프로그램은 동일한 용접 대상물이라 할지라도 용접 대상물의 미소 형상 변화나, 혹은 용접 대상물을 고정하는 지그의 반복 작업 오차에 의하여 위치 오차가 발생한다. 이러한 위치 오차는 카메라(116) 촬상을 통해 카메라 측정부(122)에서 위치 오차를 측정하고, 측정된 위치 오차를 미세 제어 시스템(124)에 제공하여 보정하는데, 주로 미세 제어 시스템(124)에서는 동적인 경로 오차를 보정한다(단계 708).

더불어, 로봇 작업 프로그램의 정적인 교시 위치를 보정하는 작업에 대하여 도 10을 참조하면서 보다 상세하게 설명하면, 용접 대상물의 위치 오차를 측정하기 위해 미세 제어 시스템(124)을 초기화한다(단계 708-1). 그 초기화 작업은 로봇 용접 위치의 기준 거리에서 카메라(116)로 측정한 값을 기준값으로 설정한 후, 거시 궤적을 생성하는 과정에서 작성된 로봇 작업 프로그램을 로봇 제어부(104)에 적용시켜 실제 로봇(108)이 작업을 수행하도록 한다(단계 708-2).

그리고, 카메라 측정부(122)는 로봇(108)이 용접 대상물(112)을 따라 이동하고 있을 때 로봇 작업 프로그램상의 교시점 위치에서 카메라(116)를 통해 오차량을 측정하고(단계 708-3), 측정된 데이터를 미세 제어 시스템(124)에 제공하여 저장한 다(단계 708-4). 미세 제어 시스템(124)은 로봇(108)의 작업이 종료된 후, 카메라 측정부(122)에 의해 측정된 정적 교시점 위치 오차에 대하여 보정 작업을 수행하여 새로운 로봇 작업 프로그램을 생성한다(단계 708-5). 이러한 정적 교시점 위치 보정 방법은 용접 대상물(112)의 형상 오차들에 대하여 정적인 교시점에서의 위치 오차를 줄여주게 된다.

로봇 작업 프로그램의 정적인 교시 위치를 보정하는 작업을 완료한 후, 여섯 번째로 OLP 구현 시스템(100)에 연동된 로봇 제어부(104)에서 로봇(108)의 상황을 측정하여 모니터링하는 작업이다. 즉, 로봇(108)의 실제 이동 상황을 알려주는 작업으로, 로봇 제어부(104)는 로봇(108)의 각 관절 위치와 툴(Tool)의 위치, 툴의 세 방향(X,Y,Z) 속도 등을 측정하여 사용자에게 출력한다(단계 709). 다시 말해서, 로봇(108)과 로봇 제어부(104)간의 양방향 통신을 통해 포인트 위치 저장, 연속 데이터 저장, 연속적인 로봇의 상황 관측, 상대적으로 움직임 량을 관측할 수 있는 데이터 Reset, 로봇의 툴 속도 관측, 현재 경과 시간 등을 양방향 통신으로 측정하여 OLP 구현 시스템(100)을 통해 출력한다.

보충 설명하면, 도 11은 도 7에 도시된 로봇의 상황을 모니터링하기 위한 상세 흐름도이다. 즉, OLP 구현 시스템(100)과 로봇 제어부(104)간의 통신 포트를 활성화시켜 통신 포트를 확보한다(단계 709-1). 통신 포트가 확보될 때, OLP 구현 시스템(100)은 로봇 제어부(104)에 의해 측정된 좌표 및 관절 데이터를 읽어온 후(단계 709-2), 이중 좌표 데이터를 이용하여 로봇(108)의 툴 속도와 측정 시간을 계산(단계 709-3)하여 사용자가 볼 수 있도록 출력한다(단계 709-4). 이어서, 통신 포트가 비활성화 되었는지를 확인한다(단계 709-5). 확인 결과, 활성화일 경우, OLP 구현 시스템(100)은 로봇 제어부(104)에 의해 관측되는 특정 순간 데이터를 읽어와서 저장하거나, 혹은 연속적인 데이터들로 읽어와서 저장하거나, 또는 현재 관측되는 데이터를 읽어와서 사용자가 볼 수 있도록 출력한다. 반면에, 확인 결과, 비활성화일 경우, 모니터링을 종료한다(단계 709-6).

마지막 과정으로, 로봇(108)을 제어하여 실제 용접을 수행하는 작업이다. 즉, OLP 구현 시스템(100)에서 작성된 로봇 작업 프로그램을 일차적으로 수행시킬 경우, 로봇 제어부(104)는 다운로드받은 로봇 작업 프로그램에서 용접 작업의 시작신호를 검출하고, 검출된 시작신호에 맞게 로봇(108)을 제어하여 용접을 수행하도록 한다. 이때, 용접 수행은 용접 제어부(106)의 용접 제어 신호에 따라 1차 수캔(scan)으로 미세 제어를 수행한 다음(단계 710)에, 2차 제어로 미세 제어를 수행하여 실제 용접 작업을 수행한다(단계 711).

한편, 미세 제어 시스템(124)은 레이저 용접의 초점거리를 정밀하게 유지하는 초점거리 제어시스템이다. 즉, 미세 제어 시스템(124)은 도 5에 도시된 바와 같이, 로봇 헤드를 미세하게 2방향으로 구동시킬 수 있는 2축(예로, x축 방향 구동용 모터(129)와 z축 방향 구동용 모터(128)에 동작되는 축) 구동부(2-Axis Motorlized Stage)(120)와, 모터를 미세하게 제어하기 위한 미세 제어부(126)와, 2방향, 즉 x축과 z축의 거리를 계측할 수 있는 거리 센서(118)와, 로봇 헤드에 부착되어 용접 위치와 측정 위치가 동일하지를 촬상하는 카메라(116)를 구비한다.

먼저, 2방향의 거리 계측은 레이저 용접기(110)와 용접 대상물(112)간의 거 리를 측정하는 것과, 용접선(114)이 띠 레이저 광선(132)의 초점에서 벗어난 거리를 센서(118)를 통해 측정하는 것으로 구분한 다음에, 띠 레이저 광선(132)을 용접선(114)에 비추어 CCD 카메라(116)에 얻어지는 띠 레이저 영상의 변형 및 위치를 가지고 현재 용접선 높이 및 위치를 계산한다.

참고적으로, 미세 제어 시스템(124)에 연동되어 있는 미세 제어부(126) 및 카메라 측정부(122)와, 그리고, 미세 제어부(126)에 연동된 2축 구동부(120)와, 카메라 측정부(122)에 연동된 카메라(116)와, 용접기(110) 일 측에 장착된 센서(118)를 레이저 용접 시스템에서의 비젼 시스템이라 칭한다.

이러한 비젼 시스템 내 미세 제어 시스템(124)은 마이컴을 내장하고 있으며, 이 마이컴에서의 알고리즘 및 연산은 TI의 TMS320C32가 담당하고, 센서정보를 받아들이고 구동기를 구동하기 위해서는 ADC, PWM 등의 주변장치들이 필요하며, Infineon의 SAK-C167CR을 이용하여 일괄 처리하여 용접선의 위치와 정렬 상태를 정확하게 제공한다.

또한, 미세 제어 시스템(124)에서의 미세 제어 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 1차 주행의 스캔 모드 영역(S1)에서 미세 제어부(126)의 제어에 따라 모터 정지와 모터 구동(용접)을 선택적으로 반복 동작한다. 또한, 2차 주행의 용접 제어 모드 영역(S2)에서 미세 제어부(126)의 제어에 따라 모터 정지와 모터 구동(용접)을 선택적으로 반복 동작한다.

즉, 미세 제어 시스템(124)은 1차 주행에서는 센서(118)를 이용하여 실제 용접시제와 용접 헤드와의 거리를 계산하고, 계산된 값을 이용하여 기준 거리인 용접 포커스 거리와의 오차를 계산하여 저장한다. 이후, 로봇(108)의 2차 주행에서는 오프 라인(Off-Line)으로 저장된 거리를 로딩하여 거리 궤적을 기준으로 용접한다.

이때, 용접 작업은 6축 로봇과 미세 제어 시스템(124)간에 동기가 이루어져 있어야 한다. 예를 들면, 용접 시작점과 제어를 해야 할 위치, 데이터 저장 등의 작업으로서, 동기화와 제어를 위해서는 5가지 모드, 즉 초기화 모드, 스캔 모드, 제한 프로텍션 모드, 모터 정지 모드, 용접 모드로 구분되며, 크게는 3가지 모드, 즉 초기화 모드, 스캔 모드, 용접 제어 모드로 구분되면서 용접 작업을 수행한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명은 3차원 형태의 복잡한 대상물에 대하여 용접을 수행 시, OLP 구현과 경로 분석법의 개발 및 미세 제어기를 통하여 자동으로 경로 보정을 수행함으로서, 체계적으로 용접 작업을 수행할 수 있다. 특히, 미세 제어 시스템에 의해 로봇의 동적인 경로 오차를 능동적으로 보상할 수 있어 동적인 경로 상에서도 항상 정밀도를 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 작업자 대신에 로봇을 이용하여 용접을 수행함으로서, 안정성을 높였고, 3차원 형태의 복잡한 형상들에 대해서도 자동으로 용접할 수 있다. 그리고, 제어부 및 장비들에 의하여 발생될 수 있는 모든 오차요소를 최소화시킬 수 있으며, 특히 동적인 경로 상의 오차를 능동적으로 처리할 수 있다. 더불어, 사용자의 요구 조건, 즉 용접 속도와, 용접 정밀도와, 비용 등의 요소들에 의하여 적절히 선택 할 수 있는 방안을 내재하고 있기 때문에 로봇을 이용한 용접 작업에서는 유연성이 높다는 효과를 갖고 있다.

또한, 본 발명의 사상 및 특허청구범위 내에서 권리로서 개시하고 있으므로, 본원 발명은 일반적인 원리들을 이용한 임의의 변형, 이용 및/또는 개작을 포함할 수도 있으며, 본 명세서의 설명으로부터 벗어나는 사항으로서 본 발명이 속하는 업계에서 공지 또는 관습적 실시의 범위에 해당하고 또한 첨부된 특허청구범위의 제한 범위내에 포함되는 모든 사항을 포함한다.

Claims (1)

1. 로봇 용접의 보정방법으로서,

   상기 로봇의 파라미터를 측정하여 오프라인 프로그램(Off-Line Program, OLP)을 구현하는 과정과,

   상기 구현된 OLP에서 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램을 작성하여 거시 궤적을 생성하는 과정과,

   상기 작성된 프로그램을 수행하여 상기 로봇을 이송하는 과정과,

   상기 이송된 로봇과 용접 대상물간의 경로를 분석하는 과정과,

   상기 이송된 로봇을 상기 용접 대상물에 적용하기 위한 가상 현실 작업장을 구축하는 과정과,

   상기 구현된 OLP에 용접하고자 하는 위치와 경로를 적용하여 상기 로봇의 언어에 맞게 로봇 작업 프로그램을 생성하는 과정과,

   상기 작성된 로봇의 용접 작업 교시점 프로그램에서 발생된 위치 오차를 보정하는 과정과,

   상기 로봇의 상황을 측정하여 모니터링하는 과정과,

   상기 보정된 프로그램에 맞게 로봇을 이용하여 용접기의 미세 제어를 통해 용접 작업을 수행하는 과정

   을 포함하는 로봇 용접의 보정방법.

Images