KR101177804B1 - 코밍 용접 로봇 - Google Patents

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KR101177804B1
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박영준
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강민구
최승준
김연규
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Abstract

본 발명은 코밍 용접 로봇에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 주행이 가능한 이동대차와, 상기 이동대차에 설치되며, 다축 회전 이동이 가능한 이송유닛과, 상기 이송유닛에 설치되며, 상기 이송유닛의 수직 상방에 대한 영상을 획득하는 포지셔닝 영상모듈과, 상기 이송유닛의 끝단에 용접을 위하여 설치되는 용접토치와, 상기 이송유닛의 끝단에 설치되며, 상기 용접토치에 의해 용접되는 부위에 대한 영상을 획득하는 아크 영상모듈을 포함하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.

Description

코밍 용접 로봇{COAMING WELDING ROBOT}
본 발명은 코밍 용접 로봇에 관한 것이다.
코밍(Coaming)은 선박 등에서 파이프 등의 의장품이 바닥을 관통하거나 엔진 등의 장비가 위치한 부분에 물이 흐르거나 넘치지 않도록 약 15cm 높이로 덧대어진 물막이 판으로서, 원형, 타원형, 직선형 등이 있다.
이와 같은 코밍은 주로 선체 블록의 하부에 위치하고 있기 때문에 작업자는 선체 블록의 아래에서 위를 쳐다보며 수동으로 용접 작업을 수행한다. 따라서, 작업자가 이러한 코밍 용접 작업을 장시간 수행할 경우 근골격계 질환이 유발될 가능성이 높다. 또한, 작업자가 아래에서 위를 쳐다보며 용접 상태를 파악해야하므로, 자세가 불안정하여 용접 상태를 모니터링하기 불편하다.
본 발명의 실시예들은 코밍 용접을 수행할 수 있는 코밍 용접 로봇을 제공하고자 한다.
또한, 정확한 위치에서 용접을 수행할 수 있는 코밍 용접 로봇을 제공하고자 한다.
또한, 작업자가 실시간으로 용접아크를 모니터링할 수 있는 코밍 자동 용접 로봇을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 주행이 가능한 이동대차와, 상기 이동대차에 설치되며, 다축 회전 이동이 가능한 이송유닛과, 상기 이송유닛에 설치되며, 상기 이송유닛의 수직 상방에 대한 영상을 획득하는 포지셔닝 영상모듈과, 상기 이송유닛의 끝단에 용접을 위하여 설치되는 용접토치와, 상기 이송유닛의 끝단에 설치되며, 상기 용접토치에 의해 용접되는 부위에 대한 영상을 획득하는 아크 영상모듈을 포함하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 이송유닛은, 상기 이동대차에 수직으로 설치되는 몸체와, 상기 몸체에 수평 방향으로 회전 가능하게 설치되는 아암을 포함하고, 상기 포지셔닝 영상모듈은 상기 아암의 회전 중심부에 제공되는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 아크 영상모듈은, 상기 이송유닛의 끝단에 상하 방향으로 회전 가능하게 설치되는 지지 브라켓과, 상기 지지 브라켓에 상기 용접토치의 끝단을 향하도록 설치되는 광투과성 재질의 보호렌즈와, 상기 보호렌즈를 통과한 광을 반사시키도록 상기 지지 브라켓에 설치되는 미러와, 상기 미러에 의해 반사되는 광을 통해 영상을 획득하도록 상기 지지 브라켓에 설치되는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 미러와 상기 보호렌즈 사이에는 광량을 축소시키는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 카메라는 상기 용접토치의 용접부와 멀어지는 방향으로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 이동대차와 상기 이송유닛 사이에 설치되며, 상기 이송유닛을 상기 이송대차의 전후 및 좌우 방향으로 이송시키는 이송스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 포지셔닝 영상모듈로부터 획득한 영상에 크로스라인을 중첩시키는 이미지 콘트롤러와,
상기 이미지 콘트롤러에서 제공하는 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
또한, 상기 이미지 콘트롤러는 상기 포지셔닝 영상모듈에서 획득한 영상의 왜곡을 보정하여 상기 디스플레이부로 제공하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 작업자가 로봇의 조작하여 코밍 용접을 수행할 수 있으므로 편리하게 용접을 수행할 수 있다.
또한, 정확한 위치에 코밍 용접 로봇을 위치시킨 후 용접을 수행함으로써 용접 품질을 높일 수 있다.
또한, 용접 상황을 모니터링할 수 있는 장비를 장착하여, 작업자가 용접부위를 직접 쳐다보지 않고도 용접 상태를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇의 이송유닛을 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇의 아크 영상모듈과 용접토치를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 평면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇의 디스플레이 화면을 나타낸 이미지이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇의 디스플레이 화면에 대한 보정 전후를 나타낸 이미지이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇(100)은 주행이 가능한 이동대차(110)와, 이동대차(110)에 설치되는 이송유닛(130)과, 이송유닛(130)에 설치되는 포지셔닝(positioning) 영상모듈(120)과,이송유닛(130)의 끝단에 설치되는 용접토치(140) 및 아크 영상모듈(150)과, 이동대차(110) 위에서 이송유닛(130)을 이동시키는 이송스테이지(160)를 포함할 수 있다.
이동대차(110)는 하부에 이동을 위한 휠(111)이 다수로 설치되고, 일측에 작업자가 잡고서 밀도록 손잡이(112)가 마련되며, 상면에 포지셔닝 영상모듈(120)과 이송유닛(130)이 설치되고, 용접토치(140)를 용접 위치로 이송시키게 된다.
포지셔닝 영상모듈(120)은 이동대차(110)에 수직 상방에 대한 영상을 획득하기 위하여 설치되고, 포지셔닝 영상모듈(120)에서 얻은 영상을 이용하여 작업자는 이송유닛(130)을 용접 대상물, 즉 코밍의 하측에 정렬시킬 수 있다. 또한, 포지셔닝 영상모듈(120)은 카메라와 렌즈, 그리고 2개의 라인 레이저를 포함할 수 있으며, 상부에 광투과가 가능한 보호렌즈를 더 포함할 수 있다. 또한, 포지셔닝 영상모듈(120)의 카메라로는 촬영 거리가 959 ~ 1,954mm이며, 수직 화각은 약 52ㅀ인 카메라를 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이송유닛(130)은 이동대차(110)에 설치되고, 다축 모션을 가능하도록 하는데, 이를 위해 다양한 구성의 아암들로 이루어질 수 있으며, 일례로 이동대차(110) 상에 수직되게 설치되는 몸체(131)와, 몸체(131)에 수직인 회전축을 중심으로 회전하도록 몸체(131)에 연결되고 수평 방향으로 연장되는 제 1 아암(132)과, 제 1 아암(132)에 수직인 회전축을 중심으로 회전하도록 제 1 아암(131)에 연결되고 수평 방향으로 연장되는 제 2 아암(133)과, 제 2 아암(133)에 수직인 회전축을 중심으로 회전하도록 제 2 아암(133)에 연결되고 수직 방향으로 연장되는 제 3 아암(134)과, 제 3 아암(134)에 승하강 가능하도록 설치되는 제 4 아암(135)과, 제 4 아암(135)의 상단부에 설치되는 회전 브라켓(136)과, 상기 회전 브라켓(136)에 상하 방향으로 회전 가능하도록 설치되는 제 5 아암(137)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 아암(132,133), 그리고 제 3 및 제 5 아암(134,137)은 각각 모터의 회전력을 전달받아 회전하게 되며, 제 4 아암(135)은 모터의 회전력을 직선 운동으로 전환하여 상하로 이동하게 된다. 예를 들어, 제 3 아암(134)에는 랙이 설치되고, 제 4 아암(135)에는 모터와 피니언이 설치될 수 있다.
포지셔닝 영상모듈(120)은 제 1 아암(132)의 회전 중심부에 상방을 향하도록 설치될 수 있으며, 이에 의해 제 1 아암(132)의 회전축을 기준으로 영상을 획득할 수 있다. 작업자는 제 1 아암(132)의 회전 중심과 용접 대상물인 코밍의 특정 지점을 정렬함으로써 정확한 위치에서 용접이 시작될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 이동대차(110)와 이송유닛(130) 사이에 이송스테이지(160)가 설치될 수 있다. 이송스테이지(160)는 이송유닛(130)을 이동대차(110)로부터 전후 및 좌우로 이송시키도록 하는데, 이를 위해 일례로 이동대차(110)의 상측에 좌우로 이동하도록 설치되는 제 1 스테이지(161)와, 제 1 스테이지(161) 상에서 전후로 이동하도록 설치됨과 아울러 상면에 이송유닛(130)이 고정되는 제 2 스테이지(162)를 포함할 수 있다. 제 1 스테이지(161)는 이동대차(110)의 상면에 형성된 레일(미도시)을 따라 이동할 수 있으며, 제 2 스테이지(162)는 제 1 스테이지(161)의 상면에 형성된 레일(미도시)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 이동대차(110)의 상면의 레일과 제 1 스테이지(161)의 상면의 레일은 서로 직교하도록 형성될 수 있다. 제 1 스테이지(161)와 제 2 스테이지(162)에는 각각 구동력을 제공하는 모터(161a, 162a)가 제공될 수 있으며, 예를들면 각 스테이지(161, 162)는 래크와 회전 모터에 연결된 피니언을 이용하여 직선 운동하거나, 리니어모터의 구동력을 이용하여 직선 운동할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 용접토치(140)는 이송유닛(130)의 끝단에 코밍 용접을 위하여 설치되고, 이송유닛(130)의 동작에 의해 코밍 용접을 위한 위치로 이송될 수 있다. 또한, 용접토치(140)는 아크 영상모듈(150)과 함께 제 5 아암(137)에 대하여 상하 방향으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
아크 영상모듈(150)은 이송유닛(130)의 끝단에 용접토치(140)에 의해 용접되는 부위에 대한 영상, 예컨대 용접아크에 대한 영상을 획득하기 위하여 설치된다. 아크 영상모듈(150)은 일례로 이송유닛(130)의 끝단, 예컨대 제 5 아암(137)에 회전 가능하게 설치되며 용접토치(140)가 고정될 수 있는 지지 브라켓(151)과, 지지 브라켓(151)에서 용접토치(140)의 끝단을 향하도록 설치되는 플라스틱 등과 같은 광투과성 재질의 보호렌즈(152)와, 보호렌즈(152)를 통과한 광을 반사시키도록 지지 브라켓(151)의 내측에 설치되는 미러(mirror; 153)와, 미러(153)에 의해 반사되는 광을 통해 영상을 획득하도록 지지 브라켓(151)의 내측에 설치되는 카메라(154)를 포함할 수 있다. 여기서, 카메라(154)는 일례로 CCD 카메라로 이루어질 수 있고, 셔터의 스피드가 소프트웨어로 조절될 수 있도록 하여 모니터링을 위한 최적 영상을 작업자가 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
이때, 카메라(154)는 용접 토치(140)의 용접부와 멀어지는 방향으로 경사질 수 있다. 이에 의해, 보호렌즈(152)와 용접부를 떨어뜨려 놓을 수 있으므로, 카메라(154)와 미러(153)와 보호렌즈(152)를 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 아크 영상모듈(150)은 미러(153)와 보호렌즈(152) 사이에 광량을 축소시키도록 필터(155)가 설치될 수 있다. 여기서, 필터(155)는 흑색을 띄는 흑유리로 이루어질 수 있다.
한편, 용접토치(140)는 직선으로 이루어질 수 있으며, 이와 달리, 절곡부를 가지는 형태로 형성될 수도 있다.
한편, 포지셔닝 영상모듈(120)과 아크 영상모듈(150)에 의해 획득한 영상은 이미지 콘트롤러(170; 도 2에 도시)에 전달되고, 이미지 콘트롤러(170)는 수신한 영상을 전처리하여 모니터 등과 같은 디스플레이부(180; 도 2에 도시)를 통해서 각각 디스플레이할 수 있다.
이미지 콘트롤러(170)는 포지셔닝 영상모듈(120)과 아크 영상모듈(150)에서 획득한 영상과 도 6에 도시된 것과 같은 크로스라인(181)을 중첩시킨다. 작업자는 아크 영상모듈(150)에서 획득한 용접 대상물의 특정 지점, 예를 들면 코밍의 특정 위치와 크로스라인(181)의 중심이 일치되도록 이동대차(110) 및 이송스테이지(160)를 조절할 수 있다. 이에 의해 이송유닛(130)은 용접을 위해 설정된 위치에 정확히 정렬될 수 있다.
또한, 이미지 콘트롤러(170)는 포지셔닝 영상모듈(120)에서 얻은 영상을 보정할 수 있다. 도 7의 (a)에 도시된것처럼 포지셔닝 영상모듈(120)의 카메라에서 얻는 영상은 피사체와 카메라 렌즈의 거리가 멀어질수록 주변이 왜곡되게 표현된다. 이미지 콘트롤러(170)는 이러한 영상정보를 일반적으로 사용되는 카메라 보정(camera calibration) 방법을 사용하여 도 7의 (b)와 같이 왜곡이 보정된 영상을 디스플레이부(180)에 표시할 수 있다.
작업자는 왜곡이 보정된 영상 정보를 바탕으로 용접 시작점 및 끝점의 위치, 용접패스 등을 입력할 수 있다. 코밍 용접 장치(100)의 제어부(미도시)는 작업자가 입력한 정보를 사용하여 이송유닛(130) 및 용접 토치(140)를 제어함으로써 정해진 용접패스를 따라 자동으로 용접을 수행할 수도 있다.
한편, 이미지 콘트롤러(170)와 디스플레이부(180)는 작업자가 이동대차(110)를 움직이며 디스플레이부(180)를 확인할 수 있도록 이동대차(110)에 함께 설치될 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 모니터링이 가능한 코밍 자동 용접 로봇의 작동을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
작업자는 포지셔닝 영상모듈(120)을 획득한 상부의 영상을 디스플레이부(180)에서 확인하면서 이동대차(110)를 움직여 코밍 용접 로봇(100)을 용접 대상물에 접근시키고, 이송스테이지(160)를 이용하여 이송유닛(130)을 전후, 좌우 방향으로 미세하게 이동시켜 용접 대상물의 특정 지점과 이송유닛(130)을 정렬시킨다.
이송유닛(130) 및 용접 토치(140)는 기설정된 용접 패스 또는 작업자가 획득한 영상정보를 이용해 입력한 용접 패스를 따라 구동될 수 있으며, 이에 의해 자동으로 코밍 용접이 수행될 수도 있다. 따라서, 작업자가 위를 쳐다보며 직접 용접하지 않아도 되므로 매우 편리하게 코밍 용접 공정이 수행될 수 있다.
이때, 용접 토치(140)의 용접 상황은 아크 영상모듈(150)에서 수집되고, 수집된 영상정보가 이미지 콘트롤러(170)를 통해 디스플레이부(180)에 표시됨으로써 작업자는 용접 부위를 직접 관찰하지 않고도 용접 상황을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
이때, 아크 영상모듈(150)의 카메라는 지지 브라켓(151)에 고정되어 항상 용접 토치(140)의 끝단을 촬영하고 있으므로 어떤 상황에서라도 정확하게 용접 정보를 수집할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
110 : 이동대차 111 : 휠
112 : 손잡이 120 : 포지셔닝 영상모듈
130 : 이송유닛 131 : 몸체
132 : 제 1 아암 133 : 제 2 아암
134 : 제 3 아암 135 : 제 4 아암
136 : 회전 브라켓 137 : 제 5 아암
140 : 용접토치 150 : 아크 영상모듈
151 : 지지 브라켓 152 : 보호렌즈
153 : 미러 154 : 카메라
155 : 필터 160 : 이송스테이지
161 : 제 1 스테이지 162 : 제 2 스테이지
170 : 이미지 콘트롤러 180 : 디스플레이부
181 : 크로스라인

Claims (8)

  1. 주행이 가능한 이동대차와,
    상기 이동대차에 설치되며, 다축 회전 이동이 가능한 이송유닛과,
    상기 이송유닛에 설치되며, 상기 이송유닛의 수직 상방에 대한 영상을 획득하는 포지셔닝 영상모듈과,
    상기 이송유닛의 끝단에 용접을 위하여 설치되는 용접토치와,
    상기 이송유닛의 끝단에 설치되며, 상기 용접토치에 의해 용접되는 부위에 대한 영상을 획득하는 아크 영상모듈을 포함하는 코밍 용접 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송유닛은,
    상기 이동대차에 수직으로 설치되는 몸체와,
    상기 몸체에 수평 방향으로 회전 가능하게 설치되는 아암을 포함하고,
    상기 포지셔닝 영상모듈은 상기 아암의 회전 중심부에 제공되는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크 영상모듈은,
    상기 이송유닛의 끝단에 상하 방향으로 회전 가능하게 설치되는 지지 브라켓과,
    상기 지지 브라켓에 상기 용접토치의 끝단을 향하도록 설치되는 광투과성 재질의 보호렌즈와,
    상기 보호렌즈를 통과한 광을 반사시키도록 상기 지지 브라켓에 설치되는 미러와,
    상기 미러에 의해 반사되는 광을 통해 영상을 획득하도록 상기 지지 브라켓에 설치되는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 미러와 상기 보호렌즈 사이에는 광량을 축소시키는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 용접토치의 용접부와 멀어지는 방향으로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동대차와 상기 이송유닛 사이에 설치되며, 상기 이송유닛을 상기 이송대차의 전후 및 좌우 방향으로 이송시키는 이송스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 포지셔닝 영상모듈로부터 획득한 영상에 크로스라인을 중첩시키는 이미지 콘트롤러와,
    상기 이미지 콘트롤러에서 제공하는 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이미지 콘트롤러는 상기 포지셔닝 영상모듈에서 획득한 영상의 왜곡을 보정하여 상기 디스플레이부로 제공하는 것을 특징으로 하는 코밍 용접 로봇.
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