KR100974543B1

KR100974543B1 - 도장 시뮬레이션 시스템 및 방법과 이를 위한 기록매체

Info

Publication number: KR100974543B1
Application number: KR1020080053531A
Authority: KR
Inventors: 김은중; 박영준; 김상휘; 조기용
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2010-08-11
Also published as: KR20090127510A

Abstract

본 발명에 따른 도장 시뮬레이션 시스템은, 동작에 따른 센싱값을 출력하는 센서가 장착된 로봇과, 로봇을 기 설정된 로봇 경로 프로파일에 의거하여 동작시키는 로봇 제어부와, 로봇 제어부의 제어에 따라 움직이는 로봇에 장착된 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하는 가상 로봇 경로 생성부와, 도장 면에 대한 데이터를 입력받아 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할한 후 가상 로봇 경로 생성부에서 생성된 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하는 제어 단말을 포함한다.

이와 같이, 본 발명은 실제 로봇의 움직임에 따른 로봇에 장착된 센서의 출력인 센싱값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하고, 이를 토대로 도장 시뮬레이션을 수행함으로서, 실제 환경에서의 로봇 움직임에 따른 도장 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다.

도장, 로봇, 프로파일, 시뮬레이션, 센서

Description

도장 시뮬레이션 시스템 및 방법과 이를 위한 기록매체{COATING SIMULATION SYSTEM AND METHOD AND MEDIUM THE SAME}

본 발명은 도장 시뮬레이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실제 로봇의 움직임을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하고, 이를 토대로 도장 시뮬레이션을 수행하는 도장 시뮬레이션 시스템 및 방법과 이를 위한 프로그램이 기록된 기록매체에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 기능적으로 해수가 침수되지 않게 하는 수밀 구조로 되어 있으며, 구조적으로 각종 외력에 대해 강성을 가질 수 있는 견고한 구조로 되어 있어야 한다. 또한, 해수에 의한 부식이나 오염이 생기는 것을 방지하기 위해서 방식(防蝕) 또는 방오(防汚) 기능을 가져야 한다.

이러한 이유로 선체 블록에는 론지(Longi)나 스티프너(Stiffner) 등과 같은 각종 구조 보강재가 다수 장착되어 있으며, 이러한 각종 구조 보강재 사이의 한정된 공간 상에도 방식 또는 방오 성능을 발휘할 수 있는 기능성 도료가 도장 공정을 통해 도장된다.

이때, 상기와 같은 선체 블록 내 복잡한 구조 보강재 사이의 한정된 공간에서의 도장 공정은 스프레이 건(Spray Gun)을 장착한 도장 로봇에 의해 수행되며, 일종의 시뮬레이션 과정을 통해 실시된다.

이러한 도장 공정과 관련되어 개발된 시뮬레이터는 도장 작업자의 기량 향상을 위하여 훈련 전용으로 만들어진다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 도장 관련 시뮬레이터는 작업자에게 테스트를 위한 6가지 블록을 제공하며, 작업자가 페인트를 선택한 후 HMD(Head Mount Display)를 이용하거나 대형 입체 디스플레이 상에 가상 도장 작업을 행하면, 이에 따른 결과, 즉 3D 가상 블록 상의 도막 프로파일을 모니터 상에 디스플레이해준다.

여기서, 시뮬레이터가 가상 도장 작업을 수행할 때 기 설정된 경로, 예컨대 사용자의 입력에 의해 설정된 경로에 따라 도장 작업을 수행한다.

종래의 도장 시뮬레이터는 도장 시뮬레이션 시 사용자의 입력에 의해 설정된 경로에 따라 도장 작업을 수행하기 때문에 도장 로봇의 실제 환경이 전혀 고려되지 않아 시뮬레이션 결과의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 실제 로봇의 움직임에 따른 로봇에 장착된 센서의 출력인 센싱값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하고, 이를 토대로 도장 시뮬레이션을 수행한다.

본 발명의 도장 시뮬레이션 시스템은, 동작에 따른 센싱값을 출력하는 센서가 장착된 로봇과, 상기 로봇을 기 설정된 로봇 경로 프로파일에 의거하여 동작시키는 로봇 제어부와, 상기 로봇 제어부의 제어에 따라 움직이는 상기 로봇에 장착된 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하는 가상 로봇 경로 생성부와, 도장 면에 대한 데이터를 입력받아 상기 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할한 후 상기 가상 로봇 경로 생성부에서 생성된 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하는 제어 단말을 포함한다.

본 발명의 도장 시뮬레이션 방법은, 도장 면에 대한 데이터를 토대로 상기 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할하는 단계와, 실제 로봇을 기 설정된 로봇 경로 프로파일에 의거하여 작동시키는 단계와, 상기 로봇의 움직임에 따라 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하는 단계와, 상기 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명은 로봇의 움직임에 따라 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하고, 도장 면에 대한 데이터를 토대로 상기 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할한 후 상기 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.

본 발명은 실제 로봇의 움직임에 따른 로봇에 장착된 센서의 출력인 센싱값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하고, 이를 토대로 도장 시뮬레이션을 수행함으로서, 실제 환경에서의 로봇 움직임에 따른 도장 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시 예에서는 실제 로봇의 움직임에 따른 센서의 출력인 센싱값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성한 후 이를 토대로 시뮬레이션 과정을 수행하는 시스템 및 방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 도장 시뮬레이션 시스템을 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 시뮬레이션 시스템은, 로봇 경로 데이터베이스(200), 스프레이 프로파일 데이터베이스(210), 로봇 제어부(220), 가상 로봇 경로 생성부(230), 제어 단말(240), 도막 데이터베이스(250) 및 실제 로봇(260)을 포함하며, 실제 로봇(260)에는 다수의 센서(260a), 예컨대 6자유도 센서가 장착되어 있다.

로봇 경로 데이터베이스(200)는 스프레이 건이 장착된 실제 로봇(260)의 움직임을 제어하기 위한 다수의 로봇 경로 프로파일이 저장되어 있다.

스프레이 프로파일 데이터베이스(210)는 각각의 스프레이 건 및 페인트에 따라 적용될 스프레이 프로파일이 저장되어 있다.

로봇 제어부(220)는 로봇 경로 데이터베이스(200)에 저장된 로봇 경로 프로 파일에 의거하여 실제 로봇(260)의 움직임을 제어하고, 실제 로봇(260)의 움직임에 따른 로봇 정보, 즉 센서(260a)로부터 출력되는 센싱값을 제공받는다.

가상 로봇 경로 생성부(230)는 로봇 제어부(220)로부터 제공받은 로봇 정보 를 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하며, 생성된 가상 로봇 경로 프로파일을 제어 단말(240)에 제공한다.

제어 단말(240)은 가상 로봇 경로 프로파일을 토대로 가상 환경에서 로봇을 움직여 도장하고자 하는 면(도장 면)에 대해 시뮬레이션을 수행한 후 이를 토대로 도장 데이터베이스(250)를 업데이트시킨다.

실제 로봇(260)에는 다수의 센서(260a), 예컨대 6자유도 센서가 장착되어 있다. 실제 로봇(260)은 로봇 제어부(220)의 제어 하에 움직이며, 움직임에 따라 센서(260a)의 센싱 값을 로봇 제어부(220)로 출력한다.

실제 로봇(260)은 작업자가 선택한 로봇 경로 프로파일에 의거하여 움직이며, 센서(260a)는 이러한 움직임에 따른 센싱값, 예컨대 실제 로봇(260)의 TCP 정보를 로봇 제어부(220)에 출력한다. 여기서, TCP 정보로는 실제 로봇(260)의 움직임에 따른 실제 로봇(260)의 끝단 위치 및 각도 정보 등을 들 수 있다.

로봇 제어부(220)는 TCP 정보를 가상 로봇 경로 생성부(230)에 제공하며, 가상 로봇 경로 생성부(230)는 TCP 정보를 토대로 가상 환경에서 적용될 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하여 제어 단말(240)에 제공한다.

제어 단말(240)은 가상 로봇 경로 프로파일에 의거하여 시뮬레이터 상에 경로를 보여줌과 더불어 이 경로와 연관된 도장 면을 매칭시키고, 매칭된 도장면에 도막 예측 알고리즘을 적용하여 도막 데이터베이스(250)를 업데이트시킴과 더불어 가상 환경에서 매칭된 도장 면 내 임의의 격자에 도장막을 입혀 디스플레이해준다.

상기와 같은 제어 단말(240)이 가상 환경에서 도장 시뮬레이션을 수행하는 과정에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 도장 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제어 단말(240)은 외부 CAD 프로그램, 예컨대 "Unigraphics", Patran", I-DEAS", 또는 "ProEngineer" 등으로부터 실제 3D 모델 데이터를 입력(300)받는다. 이러한 3D 모델 데이터는 다수의 도장 면(surfaces)을 가지고 있다.

제어 단말(240)은 작업자의 입력한 지정 값을 토대로 실제 3D 모델 데이터를 다수의 작은 격자 형태로 자동 분할한다(302).

제어 단말(240)은 작업자에게 도장에 이용될 페인트의 정보, 예컨대 페인트의 점도, 색상 등의 정보와 스프레이 건 타입을 설정(304)할 수 있는 인터페이스를 제공하며, 인터페이스를 통해 설정된 페인트와 건 타입을 토대로 스프레이 프로파일 데이터베이스(210)를 검색하여 스프레이 프로파일을 선택한다(306).

한편, 제어 단말(240)은 실제 로봇(260)의 움직임에 따라 로봇(260)에 장착된 센서(260a)로부터 얻어지는 데이터, 예컨대 실제 로봇(260)의 TCP(끝단 위치, 각도 정보)를 토대로 가상 로봇 경로 생성부(230)에서 생성된 가상 로봇 경로 프로파일을 입력(308, 310)받는다.

가상 로봇 경로 프로파일에 의거하여 가상 로봇의 경로를 보여주게 되며, 제어 단말(240)은 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 로봇의 경로와 연관된 도장면을 매칭시킨다(312).

그리고 나서, 제어 단말(240)은 내부 도막 예측 알고리즘에 의거하여 매칭된 도장 면에 대한 시뮬레이션을 수행한다(320).

320의 시뮬레이션 과정은 가상 환경에서 가상 로봇 경로 프로파일과 스프레이 프로파일을 적용시킨 도막 예측 알고리즘의 실행(322)을 통해 다수로 분할된 격자에 대한 정보, 예컨대 두께 정보를 생성하고, 생성된 다수의 분할된 격자에 대한 정보를 이용하여 도막 데이터베이스(250)를 업데이트(324)시킨다.

이후, 전체 도장 면에 도장 막을 입히고(326), 그 결과인 도막 프로파일을 화면 상에 디스플레이(328)해준다.

한편, 작업자가 다수의 격자들 중 적어도 하나 이상의 격자에 대한 정보 요청(330), 즉 적어도 하나 이상의 격자를 선택하는 경우에는 작업자가 요청한 격자에 대한 정보를 도막 데이터베이스(250)에서 추출한 후 이를 테이블 형식으로 디스플레이해주거나 상기 요청한 격자에 대한 도막 프로파일을 디스플레이해준다(332).

상기와 같이, 본 발명에 따르면 가상 환경에서의 로봇 경로 프로파일을 기 설정된 프로파일, 즉 로봇 경로 데이터베이스(200)에 저장된 데이터를 이용하지 않고, 실제 로봇(260)의 움직임에 따른 센서의 출력인 센싱값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성함으로서, 실제 환경에서의 로봇의 움직임에 따른 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

도 1은 종래의 도장 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이며,

도 2는 본 발명에 따른 도장 시뮬레이션 시스템을 도시한 블록도이며,

도 3은 본 발명에 따른 도장 시뮬레이션 과정을 설명하기 위한 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

200 : 로봇 경로 데이터베이스

210 : 스프레이 프로파일 데이터베이스

220 : 로봇 제어부

230 : 가상 로봇 경로 생성부

240 : 제어 단말

250 : 도막 데이터베이스

260 : 로봇

260a : 센서

Claims

동작에 따른 센싱값을 출력하는 센서가 장착된 로봇과,

상기 로봇을 기 설정된 로봇 경로 프로파일에 의거하여 동작시키는 로봇 제어부와,

상기 로봇 제어부의 제어에 따라 움직이는 상기 로봇에 장착된 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하는 가상 로봇 경로 생성부와,

도장 면에 대한 데이터를 입력받아 상기 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할한 후 상기 가상 로봇 경로 생성부에서 생성된 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하는 제어 단말

을 포함하는 도장 시뮬레이션 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 센서는, 상기 로봇에 장착된 6자유도 센서인 것을 특징으로 하는 도장 시뮬레이션 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 센싱값은, 상기 로봇의 움직임에 따른 상기 로봇의 끝단 위치 및 각도 정보인 것을 특징으로 하는 도장 시뮬레이션 시스템.
도장 면에 대한 데이터를 토대로 상기 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할하는 단계와,

실제 로봇을 기 설정된 로봇 경로 프로파일에 의거하여 작동시키는 단계와,

상기 로봇의 움직임에 따라 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하는 단계와,

상기 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하는 단계

를 포함하는 도장 시뮬레이션 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 시뮬레이션을 수행하는 단계는,

상기 가상 도장면에 사용될 스프레이 건 타입과 페인트를 설정할 수 있는 인터페이스를 제공하는 단계와,

상기 인터페이스에 설정된 스프레이 건 타입과 페인트를 토대로 스프레이 프로파일을 설정하는 단계와,

상기 설정된 스프레이 프로파일과 상기 가상 로봇 프로파일에 의거하여 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하는 단계

를 포함하는 도장 시뮬레이션 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 도장 시뮬레이션 방법은,

상기 매칭된 도장 면의 시뮬레이션 결과를 상기 다수의 격자에 대한 정보를 추출하는 단계와,

상기 추출된 정보를 이용하여 도막 데이터베이스를 업데이트시키는 단계

를 더 포함하는 도장 시뮬레이션 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 도장 시뮬레이션 방법은,

상기 도장 면에 도장 막을 입힌 후 그 결과인 도막 프로파일을 화면 상에 디스플레이해주는 단계

를 더 포함하는 도장 시뮬레이션 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 도장 시뮬레이션 방법은,

상기 도장 면에서 적어도 하나 이상의 격자를 선택하면, 상기 선택된 격자에 대한 정보를 상기 도막 데이터베이스에서 인출하여 테이블 형식으로 디스플레이해주거나, 상기 선택된 격자의 도막 프로파일을 상기 화면 상에 디스플레이해주는 것 을 특징으로 하는 도장 시뮬레이션 방법.
로봇의 움직임에 따라 센서로부터 출력되는 센싱 값을 토대로 가상 로봇 경로 프로파일을 생성하고, 도장 면에 대한 데이터를 토대로 상기 도장 면을 다수의 격자 형태로 분할한 후 상기 가상 로봇 경로 프로파일에 의거한 가상 환경에서의 로봇 경로와 연관된 도장 면을 매칭시켜 상기 매칭된 도장 면에 대한 도장 시뮬레이션을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.