KR101138757B1

KR101138757B1 - 도막 측정 장치

Info

Publication number: KR101138757B1
Application number: KR1020100076847A
Authority: KR
Inventors: 박선규; 강동수; 조기수; 박영준
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-04-24
Also published as: KR20120014711A

Abstract

도막 측정 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 로봇에 탈착 또는 부착되고, 제1 브래킷을 회동시키는 제1회전 실린더를 구비한 로봇 부착부와, 상기 제1 브래킷의 자유단에 설치된 제2 회전 실린더로 제2 브래킷을 회동시키는 회동부와, 상기 제2 브래킷의 자유단에 일측 단부가 결합된 패시브 조인트부와, 상기 패시브 조인트부의 타측 단부에 결합된 두께 측정부를 포함한다.

Description

도막 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING DRY FILM THICKNESS}

본 발명은 도막 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 로봇의 엔드이펙터(end effector)에 장착되어 사용되는 것으로서, 피도면에 도포된 도막을 측정하는 도막 측정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 로봇은 해당 산업 분야 또는 작업 공정에 최적화된 동작과 자유도를 갖도록 설계되어 있다.

일반적인 극좌표 로봇(Polar Coordinate Robot)은 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(10)를 기반으로 1개의 직선축(20)과 2개의 회전축(30, 31)에 대응한 조인트(41, 42, 43)와 프레임(51, 52, 53)을 조합하여 구성한 로봇이다.

여기서, 2개의 회전축(30, 31) 중 제1 조인트(41)는 베이스(10)를 기준으로 제1 프레임(51)의 회전을 담당하고, 제2 조인트(42)는 제1 프레임(51)을 기준으로 제2 프레임(52)의 수직 피벗을 담당하고, 1개의 직선축(20)인 제3 조인트(43)는 제2 프레임(52)을 기준으로 제3 프레임(53)의 연장과 복원을 담당한다.

이러한 제3 프레임(53)의 자유단에는 엔드이펙터(54)(end effector)가 설치되고, 엔드이펙터(54)에는 해당 작업 또는 공정(예: 용접 또는 도장 작업)을 수행하기 위한 툴(55)(tool)이 설치될 수 있다.

한편 선박의 경우, 적게는 2회에서 많게는 6회까지 도장 작업이 이루어지고 있고, 그 도장 작업 마다 도막(coating) 면의 두께에 대한 품질 평가가 뒤따른다.

그러나, 일반적인 극좌표 로봇은 용접 또는 도장 작업을 수행하도록 구성되어 있기 때문에, 도막의 두께, 예컨대 건조도막두께(Dry Film Thickness)를 측정할 수 없는 단점이 있다.

지금까지는 일반적인 도막 측정기를 가지고 검사관이 직접 품질을 수동으로 평가한 바 있다.

이때 넓은 영역으로 인해 작업이 힘들고, 접근하기 어려운 부분은 도막 측정이 불가능할 수 있어서, 도장 자동화를 위해서 도막 측정의 자동화도 요구되고 있다.

특히, 일반적인 로봇을 이용하여 도막 두께를 측정하려는 경우, 피도면 또는 측정면에 수직한 방향으로 도막 측정기가 유지되어야 하나, 특정 자유도를 갖도록 제작된 산업용 로봇의 특성상 측정면에 대해 수직이 되도록 도막 측정기를 배치시킬 수 없는 경우가 발생될 수 있는 단점이 있다.

본 발명의 실시예는 로봇을 이용한 도막 두께 측정 자동화를 실현할 수 있고, 엔드이펙터에 탈부착될 수 있고, 패시브(passive) 조인트부를 구비하여 로봇 본체의 도움을 받지 않고 자체적으로 두께 측정부의 자세를 보정할 수 있는 도막 측정 장치를 제공할 수 있다.

발명의 일 측면에 따르면, 로봇에 탈착 또는 부착되고, 제1 브래킷을 회동시키는 제1회전 실린더를 구비한 로봇 부착부와, 상기 제1 브래킷의 자유단에 설치된 제2 회전 실린더로 제2 브래킷을 회동시키는 회동부와, 상기 제2 브래킷의 자유단에 일측 단부가 결합된 패시브 조인트부와, 상기 패시브 조인트부의 타측 단부에 결합된 두께 측정부를 포함하는 도막 측정 장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 회전 실린더는 유압 또는 공압을 공급받아 상기 브래킷을 회동시킬 수 있다.

또한, 상기 패시브 조인트부는 링 외주면끼리 교차되게 배치되어 상호 일체형으로 연결된 제1 링부 및 제2 링부와, 상기 제2 브래킷의 자유단과 상기 제1 링부를 연결하는 제1 연결부와, 상기 두께 측정부의 어댑터판과 제2 링부를 연결하는 제2 연결부를 가질 수 있다.

또한, 상기 두께 측정부는 상기 패시브 조인트부가 일측 표면에 연결된 어댑터판과, 상기 어댑터판의 타측 표면에서 상기 패시브 조인트부의 설치 방향과 평행하도록 세워진 수직 이송 실린더와, 상기 수직 이송 실린더의 작동암 끝에 결합된 측정기 장착대와, 상기 측정기 장착대에서 수직 이송 실린더와 평행하도록 설치된 두께 측정기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도막 측정 장치는 로봇의 엔드이펙터에 탈부착되어 도막 두께 측정 자동화를 실현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도막 측정 장치는 패시브 조인트부를 구비하여 로봇 본체의 도움을 받지 않고 도막 측정 자세를 자체적으로 보정할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도막 측정 장치는 두께 측정부를 피도면 또는 측정면에 대하여 수직이동하는 수직 이송 실린더와, 두께 측정부를 회전시키는 복수개의 회전 실린더를 구비하여, 두께 측정부를 측정면에 수직이 되도록 정밀하게 접촉시킴에 따라, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 극좌표 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도막 측정 장치를 장착한 로봇의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 도막 측정 장치의 확대 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 도막 측정 장치의 결합관계 및 작동관계를 설명하기 위한 분리 사시도이다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 도막 측정 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이하의 구체적인 실시예는 본 발명에 따른 도막 측정 장치에 대하여 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도막 측정 장치(100)는 로봇 본체(200)의 엔드이펙터(210)에 부착되어 사용되거나, 필요에 따라 탈착될 수 있다.

로봇 본체(200)는 미리 설계된 자유도에 대응한 작동 범위 내에서 도막 측정 장치(100)를 피도면 또는 측정면(60)에 대해 최대한 수직이 되도록 이동시키려고 제어될 수 있으나, 경우에 따라 도막 측정 장치(100)의 자세는 측정면(60)에 수직이 될 수 없는 경우도 있을 수 있다.

이런 로봇 본체(200)는 제한되거나 미리 설계된 작동상의 자유도를 갖고 있으므로, 그 이후의 도막 측정을 위한 세밀한 위치 또는 자세 제어 동작은 도막 측정 장치(100)에 의해 실현될 수 있다.

로봇 본체(200)와 도막 측정 장치(100)는 로봇 제어 시스템(도시 안됨)에 의해 제어될 수 있다.

도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 도막 측정 장치(100)는 로봇 본체(200)의 엔드이펙터(210)에 탈착 또는 부착되고, 제1 브래킷(111)을 회동시키는 제1 회전 실린더(112)를 구비한 로봇 부착부(110)를 가질 수 있다.

제1 브래킷(111)은 제1 회전 실린더(112)의 출력측 로드에 일측 단부를 연결한 기준판과, 그 기준판의 타측 단부에서 로봇 부착부(110)의 바깥쪽으로 수직하게 꺾여 일체형으로 형성된 자유단을 구비하여, 수직하게 꺾인 형상 또는 'ㄴ'자 단면 형상을 가질 수 있다.

제1 회전 실린더(112)는 제1 브래킷(111)을 회동시키는 작동원, 예컨대 유압 또는 공압을 공급받을 수 있도록 연결 포트를 구비할 수 있다.

도막 측정 장치(100)는 제1 브래킷(111)의 자유단에 설치된 제2 회전 실린더(122)로 제2 브래킷(121)을 회동시키는 회동부(120)를 가질 수 있다.

제2 브래킷(121)은 제2 회전 실린더(122)의 출력측 로드에 일측 단부를 연결한 기준판과, 그 기준판의 타측 단부에서 회동부(120) 쪽으로 수직하게 꺾여 일체형으로 형성된 자유단을 구비하여, 수직하게 꺾인 형상 또는 'ㄱ'자 단면 형상을 가질 수 있다.

제2 회전 실린더(122)도 제2 브래킷(121)을 회동시키는 작동원, 예컨대 유압 또는 공압을 공급받을 수 있도록 연결 포트를 구비할 수 있다.

즉, 제2 회전 실린더(122)를 비롯하여 제1 회전 실린더(112), 수직 이송 실린더(142)는 유압 또는 공압을 공급받아 해당 제1, 제2 브래킷(111, 121)을 회동시키거나 두께 측정기(144)를 직선 이동시킬 수 있다.

도막 측정 장치(100)는 제2 브래킷(121)의 자유단 바깥쪽 표면에 일측 단부가 결합된 패시브 조인트부(130)를 가질 수 있다.

패시브 조인트부(130)는 링 외주면끼리 교차되게 배치되어 상호 일체형으로 연결된 제1 링부(131) 및 제2 링부(132)를 가질 수 있다.

또한, 패시브 조인트부(130)는 제2 브래킷(121)의 자유단과 제1 링부(131)를 연결하는 제1 연결부(133)와, 두께 측정부(140)의 어댑터판(141)과 제2 링부(132)를 연결하는 제2 연결부(134)를 가질 수 있다.

제1 링부(131) 및 제2 링부(132)는 폴리우레탄 재질 등과 같이 탄성을 갖는 합성수지재질로 형성될 수 있다.

제1 링부(131) 및 제2 링부(132)는 그의 재질 및 형상적 특징에 의해 미리 정해진 범위 내에서 6자유도와 유사하게 두께 측정부(140)의 자세를 수동적으로 보정할 수 있다.

즉, 두께 측정부(140)와 그의 두께 측정기(144)는 패시브 조인트부(130)의 제1 링부(131) 및 제2 링부(132)의 한정적 및 수동적 변형 범위 내에서 회동, 수평 회동, 좌우 비틀림, 전,후,좌,우,상,하 이동 중 하나의 움직임 또는 이들의 복합적인 움직임에 대응한 보정된 자세를 취할 수 있다.

예컨대, 자세를 수동적으로 보정한다는 의미는 두께 측정부(140)가 로봇 본체(200)(도 2 참조)에 의해 피도면 또는 측정면(60) 쪽으로 경사지게 접촉될 경우, 두께 측정부(140)의 두께 측정기(144)의 끝표면은 상기 측정면에 면접촉하고, 그 면접촉에 따른 힘에 의해 패시브 조인트부(130)의 제1 링부(131) 및 제2 링부(132)가 변형됨과 함께 두께 측정기(144)가 상기 측정면(60)에 대해 수동적으로 수직하게 세워지는 것을 의미할 수 있다.

이런 도막 측정 장치(100)의 두께 측정부(140)는 패시브 조인트부(130)의 타측 단부에 결합될 수 있다.

두께 측정부(140)는 패시브 조인트부(130)가 일측 표면에 연결된 어댑터판(141)과, 이런 어댑터판(141)의 타측 표면에서 패시브 조인트부(130)의 설치 방향과 평행하도록 세워진 수직 이송 실린더(142)와, 이런 수직 이송 실린더(142)의 작동암 끝에 일측 부위를 결합시킨 측정기 장착대(143)와, 이런 측정기 장착대(143)의 타측 부위에서 수직 이송 실린더(142)와 평행하도록 설치된 두께 측정기(144)를 포함할 수 있다.

두께 측정기(144)는 건조도막두께(Dry Film Thickness)를 검사 또는 측정할 수 있는 기기일 수 있다. 여기서, 두께 측정기(144)는 도막 두께의 검사 또는 측정을 위해 와전류 방법 또는 기타 비파괴 방법(예 : split beam microscope, X-레이 분석)을 이용할 수 있다.

이하, 본 실시예에 따른 도막 측정 장치의 작동 방법에 대해서 설명한다.

도 2 또는 도 3을 참조하면, 로봇 본체(200)는 로봇 제어 시스템(도시 안됨)의 제어를 받아서, 피도면 또는 측정면(60)에 대해 최대한 수직이 되도록 로봇 본체(200)의 엔드이펙터(210)에 부착된 도막 측정 장치(100)를 이동시킨다.

또한, 로봇 제어 시스템은 로봇 부착부(110)의 제1 회전 실린더(112)와, 회동부(120)의 제2 회전 실린더(122)의 작동을 제어하여 도막 측정 장치(100)의 두께 측정부(140)의 자세를 측정면(60)에 대해 최대한 수직이 되게 할 수 있다.

또한, 로봇 제어 시스템은 두께 측정부(140)의 수직 이송 실린더(142)의 작동을 제어하여 두께 측정부(140)의 두께 측정기(144)가 측정면(60)에 근접 및 접촉하게 할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 예상치 못한 현장 상황과 로봇 제어 정보와의 차이 등과 같은 이유로 인하여, 두께 측정기(144)가 측정면(60) 쪽으로 경사지게 접촉될 경우, 두께 측정기(144)의 끝표면은 상기 측정면(60)에 면접촉할 수 있다.

그 면접촉에 따른 힘에 의해 패시브 조인트부(130)의 제1 링부(131) 및 제2 링부(132)가 변형됨에 따라 두께 측정기(144)의 자세가 보정될 수 있다.

이런 패시브 조인트부(130)에 의해 두께 측정기(144)는 측정면(60)에 대해 수동적으로 수직하게 세워질 수 있게 되어 정밀하게 도막의 두께를 측정할 수 있다.

예컨대, 두께 측정기(144)는 와전류 방법에 대응하여 두께 측정기(144)의 탐침자를 통해 발생시킨 고주파 전자기장을 피도면 또는 측정면(60)을 갖는 대상물(예: 도체인 선체 블록 등)에 인가시켜 와전류를 생성시키고, 이 와전류는 진폭의 변화 및 탐침 코일 임피던스의 위상 변화를 야기하므로, 상기 생성된 와전류를 이용하여 측정면의 도막 두께를 검사 또는 측정할 수 있다.

이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

111 : 제1 브래킷 112 : 제1 회전 실린더
110 : 로봇 부착부 120 : 회동부
122 : 제2 회전 실린더 121 : 제2 브래킷
130 : 패시브 조인트부 131, 132 : 링부
133 : 제1 연결부 134 : 제2 연결부
140 : 두께 측정부 141 : 어댑터판
142 : 수직 이송 실린더 143 : 측정기 장착대
144 : 두께 측정기

Claims

로봇에 탈착 또는 부착되고, 제1 브래킷을 회동시키는 제1회전 실린더를 구비한 로봇 부착부와,
상기 제1 브래킷의 자유단에 설치된 제2 회전 실린더로 제2 브래킷을 회동시키는 회동부와,
상기 제2 브래킷의 자유단에 일측 단부가 결합된 패시브 조인트부와,
상기 패시브 조인트부의 타측 단부에 결합된 두께 측정부를 포함하는
도막 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전 실린더는 유압 또는 공압을 공급받아 상기 브래킷을 회동시키는
도막 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 패시브 조인트부는
링 외주면끼리 교차되게 배치되어 상호 일체형으로 연결된 제1 링부 및 제2 링부와,
상기 제2 브래킷의 자유단과 상기 제1 링부를 연결하는 제1 연결부와,
상기 두께 측정부의 어댑터판과 제2 링부를 연결하는 제2 연결부를 갖는
도막 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 두께 측정부는
상기 패시브 조인트부가 일측 표면에 연결된 어댑터판과,
상기 어댑터판의 타측 표면에서 상기 패시브 조인트부의 설치 방향과 평행하도록 세워진 수직 이송 실린더와,
상기 수직 이송 실린더의 작동암 끝에 결합된 측정기 장착대와,
상기 측정기 장착대에서 수직 이송 실린더와 평행하도록 설치된 두께 측정기를 포함하는
도막 측정 장치.