KR101234634B1

KR101234634B1 - 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치

Info

Publication number: KR101234634B1
Application number: KR1020100124899A
Authority: KR
Inventors: 염중환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2013-02-19
Also published as: CN102554933B; DE102011078448A1; US8592714B2; CN102554933A; US20120145682A1; KR20120063773A; DE102011078448B4

Abstract

레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치가 개시된다. 개시된 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치는, ⅰ)로봇의 아암 선단에 장착 가능하게 구성되는 프레임유닛과, ⅱ)프레임유닛에 설치되며 파트를 클램핑 하는 복수의 클램핑유닛들과, ⅲ)피용접물의 용접을 위한 레이저를 조사하는 레이저 조사부와, 피검사물의 비젼 소스를 취득하는 비젼 카메라부를 일체로 구성하며 프레임유닛에 장착되는 레이저-비젼 교환 모듈과, ⅳ)레이저-비젼 교환 모듈에 대응하여 프레임유닛에 구성되며 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저의 방향을 결정하고, 피검사물의 비젼 소스를 비젼 카메라부로 전달하는 레이저-비젼 분배 모듈과, ⅴ)프레임유닛에 구성되며 레이저-비젼 분배 모듈에 의해 반사되는 레이저를 피용접물로 전달하고, 피검사물의 비젼 소스를 레이저-비젼 분배 모듈로 전달하는 복수의 레이저-비젼 타겟 모듈들을 포함한다.

Description

레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치 {GRIPPER DEVICE FOR LASER WELDING AND VISION INSPECTION}

본 발명의 예시적인 실시예는 그리퍼 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차체 부품의 클램핑 이송을 기본으로 하면서 차체 부품의 레이저 용접과 비젼 검사를 겸할 수 있는 그리퍼 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 그리퍼는 차체 조립 라인에서 차체 부품을 선 공정에서 후 공정으로 이송하는데 사용되며, 로봇의 아암 선단에 장착된 상태로 운용될 수 있다. 자동차 메이커에서는 이 그리퍼를 로봇 그리퍼라고도 한다.

그리고 차체 조립 라인에서는 패널과 같은 여러 개의 차체 부품들을 로봇 용접을 통해 용접하게 되는데, 최근에는 레이저 용접 기술의 발전이 급속히 이루어지고 있다.

이러한 레이저 용접 방식은 레이저 발진기로부터 발진된 레이저의 사이즈를 가변 형성하여 용접 대상물의 용접부에 레이저빔를 조사하며 용접 부위를 용접하게 된다.

한편, 상기 차체 조립 라인에서는 차체 부품들의 용접 상태, 홀, 위치 산포 등을 검사하는 작업이 이루어지는데, 차체 부품들의 검사는 비젼 카메라로서 차체 부품의 비젼 영상을 취득하여 이루어진다.

그런데, 종래 기술에서는 상기와 같은 차체 부품의 이송, 레이저 용접, 및 비젼 검사가 각각의 설비를 통해 이루어지게 되므로, 이와 같은 일련의 작업 공정 및 설비 등이 복잡해지고, 작업 공정 시간이 길어지게 되며, 초기 투자비가 상승하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 차체 부품의 클램핑 이송, 레이저 용접, 및 비젼 검사가 단일의 설비로서 이루어질 수 있도록 한 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치는, ⅰ)로봇의 아암 선단에 장착 가능하게 구성되는 프레임유닛과, ⅱ)상기 프레임유닛에 설치되며 파트를 클램핑 하는 복수의 클램핑유닛들과, ⅲ)피용접물의 용접을 위한 레이저를 조사하는 레이저 조사부와, 피검사물의 비젼 소스를 취득하는 비젼 카메라부를 일체로 구성하며 상기 프레임유닛에 장착되는 레이저-비젼 교환 모듈과, ⅳ)상기 레이저-비젼 교환 모듈에 대응하여 상기 프레임유닛에 구성되며 상기 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저의 방향을 결정하고, 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 전달하는 레이저-비젼 분배 모듈과, ⅴ)상기 프레임유닛에 구성되며 상기 레이저-비젼 분배 모듈에 의해 반사되는 레이저를 피용접물로 전달하고, 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 레이저-비젼 분배 모듈로 전달하는 복수의 레이저-비젼 타겟 모듈들을 포함한다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 레이저-비젼 교환 모듈은 상기 레이저 조사부에 의한 레이저 조사 및 상기 비젼 카메라부에 의한 비젼 소스 취득이 각각 선택적으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 프레임유닛은 중앙을 기준으로 각각 일정 각도로 분기되는 다수 개의 분기 프레임을 일체로 구성할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 프레임유닛은 상기 각 분기 프레임에 상기 클램핑유닛을 구성할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 프레임유닛은 3 개의 분기 프레임으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 프레임유닛은 레이저와 비젼 소스가 통과할 수 있는 레이저-비젼 통로를 중앙 부분에 형성할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 레이저-비젼 교환 모듈과 상기 레이저-비젼 분배 모듈은 상기 레이저-비젼 통로를 사이에 두고 고정 브라켓을 통하여 상기 프레임유닛에 고정되게 설치될 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 레이저-비젼 교환 모듈은 상기 레이저 조사부 및 비젼 카메라부를 일체로 구성하는 모듈 본체와, 상기 모듈 본체에 구성되며 상기 레이저-비젼 분배 모듈로부터 전달되는 상기 피검사물 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 반사하는 비젼 반사 미러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 모듈 본체는 상기 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저를 통과시키는 레이저 조사 경로와, 상기 레이저-비젼 분배 모듈을 통해 획득한 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 전달하는 비젼 전달 경로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 비젼 반사 미러는 상기 레이저 조사 경로에서 레이저와 간섭되지 않게 상기 모듈 본체에 전후진 이동 가능하게 구성될 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 모듈 본체에는 상기 비젼 반사 미러와 연결되며 상기 레이저 조사 경로에 대해 상기 비젼 반사 미러를 전후진시키는 제1 작동 실린더가 설치될 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 레이저-비젼 분배 모듈은 중앙을 기준으로 다수 개의 가이드 레일이 방사 상으로 분기되는 가이드부재와, 상기 가이드부재의 중앙에 장착되며 상기 각 가이드 레일을 따라 왕복 이동 가능하게 구비되는 이동 블록과, 상기 이동 블록에 고정되게 설치되며 레이저와 비젼 소스를 여러 방향으로 반사하는 분할 미러와, 상기 각 가이드 레일에 이동 가능하게 설치되며 전원을 인가받아 자력을 발생시키며 상기 이동 블록과 결합하는 전자석과, 상기 각 전자석과 연결되게 설치되며 전원이 인가된 해당 전자석을 상기 가이드 레일을 통해 전후진시키는 제2 작동 실린더를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 가이드 레일은 상기 가이드부재의 중앙을 기준으로 하여 세 갈래로 분기될 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 이동 블록은 삼각형의 블록 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 분할 미러는 상기 레이저-비젼 타겟 모듈을 향하는 세 개의 반사면을 지닌 피라미드 형태로서 이루어질 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 분할 미러는 상기 레이저 조사부를 통해 조사되는 레이저를 상기 레이저-비젼 타겟 모듈로 전달할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 분할 미러는 상기 레이저-비젼 타켓 모듈을 통해 반사되는 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 전달할 수 있다.

또한, 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 있어서, 상기 레이저-비젼 타겟 모듈은 상기 각 분기 프레임에 한 쌍의 지지부재를 통해 회전 가능하게 설치되는 타켓 반사 미러와, 상기 지지부재에 장착되며 상기 타겟 반사 미러를 임의의 각도로 회전시키는 구동 모터를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 차체 조립 라인에서 클램핑유닛을 통해 차체 부품을 클램핑하며 이송시킬 수 있고, 단일의 설비로서 차체 부품의 레이저 용접과 비젼 검사가 이루어질 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 단일 설비로서 차체 부품의 이송, 레이저 용접, 및 비젼 검사를 할 수 있으므로, 차체 조립 라인의 구성을 단순화시킬 수 있고, 초기 투자비를 절감할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 로봇의 이동 없이 단일의 공용 광학계를 이용하여 피용접물에 대한 레이저의 조사 경로를 설정할 수 있으므로, 레이저 용접 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 공용 광학계를 통해 피검사물의 비젼 소스를 조합하여 피검사물의 위치 산포 등을 검사할 수 있으므로, 차체 부품과 같은 피검사물에 대한 검사 정도를 향상시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 적용되는 레이저-비젼 교환 모듈을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 부분 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 적용되는 레이저-비젼 분배 모듈을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 적용되는 레이저-비젼 타겟 모듈을 도시한 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치의 레이저 용접 모드를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치의 비젼 검사 모드를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치를 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치(100)는 차체 부품을 이송 및 검사하거나 용접 작업할 수 있는 차체 조립 라인에 적용될 수 있다.

이러한 그리퍼 장치(100)는 차체 부품을 선 공정에서 후 공정으로 이송하는 것을 기본으로 하면서, 차체 조립 라인에서의 용접 대상물(이하에서는 편의 상 "피용접물" 이라고 한다)을 레이저 용접하거나 검사 대상물(이하에서는 편의 상 "피검사물" 이라고 한다)의 위치 산포 등을 비젼 검사하기 위한 것이다.

즉, 상기 그리퍼 장치(100)는 차체 부품을 클램핑하며 이송시킬 수 있으며, 레이저의 사이즈와 방향을 가변하며 피용접물을 용접할 수 있으며, 피검사물의 비젼 소스를 취득하여 피검사물을 비젼 검사할 수 있는 다기능의 복합 장치로 이루어진다.

본 실시예에 의한 상기 그리퍼 장치(100)는 레이저 용접과 비젼 검사가 별도의 설비를 통해 이루어지는 종래 기술과 달리, 단일의 광학계를 이용하여 단일의 설비로서 레이저 용접과 비젼 검사가 이루어질 수 있다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치(100)는 기본적으로, 프레임유닛(10), 클램핑유닛(20), 레이저-비젼 교환 모듈(30), 레이저-비젼 분배 모듈(50), 및 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 프레임유닛(10)은 각종 블록, 돌기, 플레이트, 브라켓 등이 구성되는데, 이러한 파트들은 하기의 구성 요소들을 지지하기 위한 부속 요소들이므로, 예외적인 경우를 제외하고 프레임유닛(10)으로 통칭하는 것을 원칙으로 한다.

상기 프레임유닛(10)은 로봇의 아암(도면에 도시되지 않음) 선단에 장착 가능하게 구성될 수 있다. 이러한 프레임유닛(10)에는 로봇의 툴 체인저(도면에 도시되지 않음)가 장착되는 툴 장착부(11)가 구성될 수 있다.

여기서, 상기 툴 장착부(11)는 별도의 고정 브라켓(13)을 통해 프레임유닛(10)에 고정될 수 있으며, 그 고정 브라켓(13)에는 뒤에서 설명될 각종 구성 요소들이 장착될 수 있다.

이러한 프레임유닛(10)은 중앙을 기준으로 각각 일정 각도로 분기되는 다수 개의 분기 프레임들(15)을 일체로 구성하고 있다.

예를 들면, 상기 분기 프레임들(15)은 3 개로서 구비되며, 360도를 기준으로 할 때 120도 간격으로 분기될 수 있다.

여기서, 프레임유닛(10)의 중앙 부분 즉, 분기 프레임들(15)이 연결되는 부분에는 위에서 언급한 바 있는 레이저와 비젼 소스가 통과할 수 있는 원형의 레이저-비젼 통로(17)를 형성하고 있다.

본 실시예에서, 상기 클램핑유닛(20)은 차체 부품과 같은 이송 대상물을 클램핑하기 위한 것으로서, 프레임유닛(10)의 각 분기 프레임(15)에 구성될 수 있다.

상기 클램핑유닛(20)은 각 분기 프레임(15)의 끝 단부에 구성되는 바, 차체 부품의 클램핑 포인트를 규제하기 위한 클램퍼, 로케이터 및 작동 실린더를 포함하고 있다.

이러한 클램핑유닛(20)은 차체 조립 라인에서 널리 사용되고 있는 공지 기술의 클램핑장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 상기 레이저-비젼 교환 모듈(30)은 레이저에 의한 피용접물의 레이저 용접, 및 피검사물의 비젼 소스 취득을 통한 피검사물의 비젼 검사를 선택적으로 수행할 수 있는 구성으로 이루어진다.

상기 레이저-비젼 교환 모듈(30)은 프레임유닛(10)의 레이저-비젼 통로(17)의 상측에 배치되며, 언급한 바 있는 고정 브라켓(13)에 고정되게 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 적용되는 레이저-비젼 교환 모듈을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 부분 단면 구성도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 레이저-비젼 교환 모듈(30)은 피용접물의 용접을 위한 레이저를 조사하는 레이저 조사부(31)와, 피검사물의 비젼 소스를 취득하는 비젼 카메라부(33)를 일체로 구성하고 있다.

즉, 상기 레이저-비젼 교환 모듈(30)은 레이저 조사부(31)에 의한 레이저 조사 및 비젼 카메라부(33)에 의한 비젼 소스 취득이 각각 선택적으로 이루어진다.

상기 레이저 조사부(31)는 도면에 미도시된 레이저 발진기로부터 발진되는 레이저의 사이즈를 미러 등을 통해 가변 형성하고, 그 레이저를 조사할 수 있는 구성으로 이루어진다.

그리고, 상기 비젼 카메라부(33)는 피검사물의 이미지인 비젼 소스를 촬영하고 그 촬영 정보를 취득하여 피검사물의 위치 산포 등을 검사하기 위한 것이다.

이러한 레이저 조사부(31)와 비젼 카메라부(33)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 레이저 조사 시스템 및 비젼 카메라 시스템으로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기에서와 같은 레이저-비젼 교환 모듈(30)은 레이저 조사부(31)와 비젼 카메라부(33)를 일체로 구성하는 모듈 본체(35)와, 그 모듈 본체(35)에 구성되는 비젼 반사 미러(37)를 포함하여 이루어진다.

상기 모듈 본체(35)는 고정 브라켓(13)에 고정되는 바, 상측에 레이저 조사부(31)를 구성하고 있으며, 일측면에 비젼 카메라부(33)를 구성하고 있다.

그리고, 상기 모듈 본체(35)는 레이저 조사부(31)로부터 조사되는 레이저(LB)를 통과시키는 레이저 조사 경로(41)와, 피검사물의 비젼 소스(VS)를 비젼 카메라부(33)로 전달하는 비젼 전달 경로(42)를 형성하고 있다.

이 경우, 상기 레이저 조사 경로(41)는 레이저 조사부(31)에 대응하여 상하 방향으로 형성되며, 비젼 전달 경로(42)는 레이저 조사 경로(41)와 상호 연결되며 모듈 본체(35)의 일측면 쪽으로 형성될 수 있다.

상기 비젼 반사 미러(37)는 뒤에서 더욱 설명될 레이저-비젼 분배 모듈(50)로부터 획득한 피검사물의 비젼 소스를 비젼 카메라부(33)로 전달하기 위한 것이다.

이러한 비젼 반사 미러(37)는 레이저 조사 경로(41)에서 레이저(LB)와 간섭되지 않게 모듈 본체(35)에 비젼 전달 경로(42)의 방향으로 전후진 이동 가능하게 구성될 수 있다.

즉, 상기 비젼 반사 미러(37)는 피용접물의 레이저 용접 시, 레이저(LB)의 진행 경로를 방해하지 않도록 레이저 조사 경로(41)에서 후진 이동할 수 있다.

그리고, 상기 비젼 반사 미러(37)는 피검사물의 비젼 검사 시, 레이저(LB)의 진행 경로로 전진 이동하며 비젼 소스를 비젼 전달 경로(42)를 통해 비젼 카메라부(33)로 전달할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 상기 모듈 본체(35)에는 비젼 반사 미러(37)를 비젼 전달 경로(42)의 방향으로 전후진 이동시킬 수 있는 제1 작동 실린더(44)가 설치된다.

상기 제1 작동 실린더(44)는 공압에 의해 작동하는 공압 실린더로서 모듈 본체(35)의 다른 일측면에 장착되며, 작동 로드(45)를 통해 비젼 반사 미러(37)와 연결될 수 있다.

도 3에서 미설명된 도면 참조부호 49는 비젼 전달 경로(42)에 설치되며 비젼 소스를 반사하는 보조 미러를 나타낸다.

한편, 도 1을 참조하면, 본 실시예에서 상기 레이저-비젼 분배 모듈(50)은 레이저-비젼 교환 모듈(30)의 레이저 조사부(31)로부터 조사되는 레이저의 방향을 결정하고, 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부(33)로 전달하기 위한 것이다.

상기 레이저-비젼 분배 모듈(50)은 레이저-비젼 교환 모듈(30)에 대응하여 프레임유닛(10)의 레이저-비젼 통로(17) 상측에 배치되며, 언급한 바 있는 고정 브라켓(13)에 고정되게 구성될 수 있다.

즉, 상기 레이저-비젼 교환 모듈(30)과 레이저-비젼 분배 모듈(50)은 프레임유닛(10)의 레이저-비젼 통로(17)를 사이에 두고 고정 브라켓(13)을 통하여 그 프레임유닛(10)에 고정되게 설치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 적용되는 레이저-비젼 분배 모듈을 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 레이저-비젼 분배 모듈(50)은 가이드부재(51)와, 이동 블록(54)과, 분할 미러(57)와, 전자석(61)과, 제2 작동 실린더(64)를 포함하여 이루어진다.

상기 가이드부재(51)는 프레임유닛(10)의 하측에서 고정 브라켓(13)에 고정되게 장착되는 바, 중앙을 기준으로 다수 개의 가이드 레일(52)을 형성하고 있다.

여기서, 상기 가이드 레일(52)은 방사 상으로서 세 갈래로 분기되는데, 프레임유닛(10)의 분기 프레임(15)에 의해 구획된 세 군데의 각 섹션에 위치한다. 즉, 가이드부재(51)의 가이드 레일(52)은 각 분기 프레임(15) 사이의 중앙 쪽에 위치한다.

상기 이동 블록(54)은 가이드부재(51)의 중앙에 장착되며, 각 가이드 레일(52)을 따라 왕복 이동 가능하게 구비된다. 이러한 이동 블록(54)은 금속 소재로서 이루어지며, 삼각형의 블록 형태를 취한다.

상기 분할 미러(57)는 레이저 조사부(31)로부터 조사되는 레이저를 뒤에서 더욱 설명될 레이저-비젼 타겟 모듈(80)로 전달하고, 그 레이저-비젼 타겟 모듈(80)로부터 획득한 비젼 소스를 비젼 카메라부(33)로 전달하기 위한 것이다.

이러한 분할 미러(57)는 레이저와 비젼 소소를 여러 방향으로 반사하는 것으로서, 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 향하는 세 개의 반사면(58)을 지닌 피라미드 형태로서 이루어지며, 이동 블록(54)에 고정되게 설치될 수 있다.

상기 전자석(61)은 이동 블록(54)에 대응하여 가이드부재(51)의 각 가이드 레일(52)에 이동 가능하게 설치되며, 전원을 인가받아 자력을 발생시키며 이동 블록(54)과 선택적으로 결합될 수 있다.

그리고, 상기 제2 작동 실린더(64)는 가이드부재(51)의 가이드 레일(52) 측에 각각 장착되며, 작동 로드(65)를 통해 전자석(61)과 연결되게 설치될 수 있다.

이러한 제2 작동 실린더(64)는 공압 실린더로서 이루어지며, 전원이 인가된 해당 전자석(61) 즉, 자력이 발생하며 이동 블록(54)과 결합된 전자석(61)을 가이드 레일(52)을 따라 전후진 왕복 이동시킬 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면 본 실시예에서 상기 레이저-비젼 타겟 모듈(80)은 레이저-비젼 분배 모듈(50)에 의해 반사되는 레이저를 피용접물로 전달하고, 피검사물의 비젼 소스를 레이저-비젼 분배 모듈(50)로 전달하기 위한 것이다.

상기 레이저-비젼 타겟 모듈(80)은 복수 개로서 프레임유닛(10)에 구성되는 바, 각 분기 프레임(15)의 끝 단부에 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치에 적용되는 레이저-비젼 타겟 모듈을 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 레이저-비젼 타겟 모듈(80)은 장착 브라켓(89)을 통해 각 분기 프레임(15)의 끝 단부에 구성되는 바, 타겟 반사 미러(81)와 구동 모터(83)를 포함하여 이루어진다.

상기 타겟 반사 미러(81)는 각 분기 프레임(15)에 구비된 한 쌍의 지지부재(85)를 통해 회전 가능하게 설치될 수 있다. 상기 타겟 반사 미러(81)는 지지부재(85)에 회전 가능하게 설치된 회전축(87)에 고정될 수 있다.

그리고, 상기 구동 모터(83)는 회전축(87)에 회전력을 제공하는 것으로서, 일반적인 스탭 모터로서 이루어지는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치(100)의 작동을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

우선, 본 실시예에서는 피용접물에 대한 레이저 용접 시, 하기에서와 같은 레이저-비젼 교환 모듈(30), 레이저-비젼 분배 모듈(50), 및 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 피용접물에 대한 레이저의 위치를 최종 결정하게 된다.

이를 위해 본 실시예에서는 도 6a에서와 같이, 제1 작동 실린더(44)를 통해 비젼 반사 미러(37: 도면에 실선으로 표시)를 후진 이동시킨다(도면에 실선 화살표로 표시).

그리고 나서, 본 실시예에서는 도 6b의 (S1)에서와 같이 레이저-비젼 분배 모듈(50)의 이동 블록(54)과 분할 미러(57)가 가이드부재(51)의 중앙에 위치한 상태에서, 도 6b의 (S2)에서와 같이 전자석(61)에 전원을 인가한다.

그러면, 상기 이동 블록(54)은 전원이 인가된 전자석(61)에 달라 붙게 되고, 이 상태에서 해당 전자석(61)이 연결된 제2 작동 실린더(64)를 작동시키게 되면, 이동 블록(54)은 가이드부재(51)이 가이드 레일(52)을 따라 후진 이동하게 된다.

이에, 상기 이동 블록(54)이 제2 작동 실린더(64)에 의해 후진 이동함에 따라 분할 미러(57) 또한 후진 이동하게 된다.

상기한 과정을 거치는 동안, 본 실시예에서는 도 6c에서와 같이 레이저-비젼 타겟 모듈(80)의 타겟 반사 미러(81)를 피용접물의 용접 부위에 대응할 수 있게 회전시킨다.

여기서, 상기 타겟 반사 미러(81)는 구동 모터(83)의 작동에 의해 회전축(87)을 중심으로 양 방향으로 회전할 수 있게 된다.

이와 같은 과정을 거치며 피용접물에 대한 레이저의 위치 결정이 완료되면, 본 실시예에서는 도 7에서와 같이 레이저-비젼 교환 모듈(30)의 레이저 조사부(31)를 통해 레이저(LB)를 조사한다.

그러면, 레이저는 모듈 본체(35)의 레이저 조사 경로(41)를 통해 레이저-비젼 분배 모듈(50)의 분할 미러(57)에 입사되고, 그 분할 미러(57)에 의해 반사되면서 레이저-비젼 타겟 모듈(80)의 타겟 반사 미러(81)로 전달된다.

이에, 레이저는 타겟 반사 미러(81)에 의해 반사되면서 피용접물(WP)의 용접 포인트(P1)에 조사되고, 그 용접 포인트(P1)를 용접하게 된다.

도면에서는 피용접물(WP)에 대한 레이저의 조사가 세 개 중 어느 하나의 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 이루어지는 것으로 도시되었으나, 다른 두 개의 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 레이저의 조사가 이루어질 수 있음은 당연하다 할 것이다.

한편, 본 실시예에서는 그리퍼 장치(100)를 이용하여 차체 부품 등의 비젼 소스를 취득하여 피검사물을 비젼 검사할 수 있는데, 상기에서와 같은 레이저-비젼 교환 모듈(30), 레이저-비젼 분배 모듈(50), 및 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 피검사물에 대한 비젼 소스를 최종적으로 취득할 수 있게 된다.

이를 위해서는 도 6a에서와 같이 제1 작동 실린더(44)를 통해 비젼 반사 미러(37: 도면에 이점 쇄선으로 표시)를 레이저(LB)의 진행 경로로 전진 이동시킨다(도면에 점선 화살표로 표시).

그리고 상기 레이저-비젼 분배 모듈(50) 및 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 피검사물에 대한 비젼 소스의 취득 위치를 결정하게 되는데, 이러한 작동은 도 6b 및 도 6c를 참조하여 설명한 바 있으므로 생략한다.

이와 같은 과정을 거치며 피검사물에 대한 비젼 소스의 취득 위치를 결정하게 되면, 본 실시예에서는 도 8에서와 같이 차체 부품과 같은 피검사물(PP)의 비젼 소스(VS)가 레이저-비젼 타겟 모듈(80)의 타겟 반사 미러(81)로 입사되고, 그 타겟 반사 미러(81)에 반사되면서 레이저-비젼 분배 모듈(50)의 분할 미러(57)로 전달된다.

이에, 상기 비젼 소스(VS)는 분할 미러(57)에 의해 반사되면서 레이저-비젼 교환 모듈(30)의 비젼 반사 미러(37)로 입사되고, 그 비젼 반사 미러(37)에 의해 반사되면서 비젼 전달 경로(42)를 통해 비젼 카메라부(33)로 전달된다.

따라서, 상기 비젼 카메라부(33)는 피검사물(PP)이 비젼 소스(VS)를 촬영하고 그 촬영 정보를 취득하여 제어기(도면에 도시되지 않음)로 전송한다. 그러면, 제어기는 촬영 정보를 판독하여 피검사물(PP)의 위치 산포 등을 검사할 수 있게 된다.

도면에서는 피검사물(PP)에 대한 비젼 소스(VS)의 취득이 세 개 중 어느 하나의 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 이루어지는 것으로 도시되었으나, 다른 두 개의 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 비젼 소스(VS)의 취득이 이루어질 수 있음은 당연하다 할 것이다.

즉, 본 실시예에서는 세 개의 레이저-비젼 타겟 모듈(80)을 통해 최종적으로 비젼 카메라부(33)에서 취득한 비젼 소스(VS)를 조합하여 스테레오 비젼 방식으로서 피검사물(PP)의 위치 산포 등을 검사할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치(100)에 의하면, 차체 조립 라인에서 클램핑유닛(20)을 통해 차체 부품을 클램핑하며 이송시킬 수 있고, 단일의 설비로서 차체 부품의 레이저 용접과 비젼 검사가 이루어질 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 프레임유닛 11... 툴 장착부
13... 고정 브라켓 15... 분기 프레임
17... 레이저-비젼 통로 20... 클램핑유닛
30... 레이저-비젼 교환 모듈 31... 레이저 조사부
33... 비젼 카메라부 35... 모듈 본체
37... 비젼 반사 미러 41... 레이저 조사 경로
42... 비젼 전달 경로 44... 제1 작동 실린더
45, 65... 작동 로드 50... 레이저-비젼 분배 모듈
51... 가이드부재 52... 가이드 레일
54... 이동 블록 57... 분할 미러
58... 반사면 61... 전자석
64... 제2 작동 실린더 80... 레이저-비젼 타겟 모듈
81... 타겟 반사 미러 83... 구동 모터
85... 지지부재 87... 회전축
89... 장착 브라켓 LB... 레이저
VS... 비젼 소스

Claims

로봇의 아암 선단에 장착 가능하게 구성되는 프레임유닛;
상기 프레임유닛에 설치되며 파트를 클램핑 하는 복수의 클램핑유닛들;
피용접물의 용접을 위한 레이저를 조사하는 레이저 조사부와, 피검사물의 비젼 소스를 취득하는 비젼 카메라부를 일체로 구성하며 상기 프레임유닛에 장착되는 레이저-비젼 교환 모듈;
상기 프레임유닛에 구성되며 상기 레이저-비젼 교환 모듈의 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저의 방향을 결정하고, 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 전달하는 레이저-비젼 분배 모듈; 및
상기 프레임유닛에 구성되며 상기 레이저-비젼 분배 모듈에 의해 반사되는 레이저를 피용접물로 전달하고, 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 레이저-비젼 분배 모듈로 전달하는 복수의 레이저-비젼 타겟 모듈들을 포함하며,
상기 프레임유닛은 중앙을 기준으로 각각 일정 각도로 분기되는 다수 개의 분기 프레임을 일체로 구성하며, 레이저와 비젼 소스가 통과할 수 있는 레이저-비젼 통로를 중앙 부분에 형성하고,
상기 레이저-비젼 교환 모듈과 레이저-비젼 분배 모듈은 상기 레이저-비젼 통로를 사이에 두고 고정 브라켓을 통하여 상기 프레임유닛에 고정되게 설치되며,
상기 레이저-비젼 타겟 모듈은 상기 각 분기 프레임에 한 쌍의 지지부재를 통해 회전 가능하게 설치되는 타겟 반사 미러와, 상기 지지부재에 장착되며 상기 타겟 반사 미러를 임의의 각도로 회전시키는 구동 모터를 포함하는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제1 항에 있어서,
상기 레이저-비젼 교환 모듈은,
상기 레이저 조사부에 의한 레이저 조사 및 상기 비젼 카메라부에 의한 비젼 소스 취득이 각각 선택적으로 이루어지는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제1 항에 있어서,
상기 프레임유닛은,
상기 각 분기 프레임에 상기 클램핑유닛을 구성하는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제3 항에 있어서,
상기 프레임유닛은 3 개의 분기 프레임으로 이루어지는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 레이저-비젼 교환 모듈은,
상기 레이저 조사부 및 비젼 카메라부를 일체로 구성하는 모듈 본체와,
상기 모듈 본체에 구성되며 상기 레이저-비젼 분배 모듈로부터 전달되는 상기 피검사물 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 반사하는 비젼 반사 미러
를 포함하는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제6 항에 있어서,
상기 모듈 본체는,
상기 레이저 조사부로부터 조사되는 레이저를 통과시키는 레이저 조사 경로와,
상기 레이저-비젼 분배 모듈을 통해 획득한 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 전달하는 비젼 전달 경로
를 형성하는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제7 항에 있어서,
상기 비젼 반사 미러는,
상기 레이저 조사 경로에서 레이저와 간섭되지 않게 상기 모듈 본체에 전후진 이동 가능하게 구성되는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제8 항에 있어서,
상기 모듈 본체에는,
상기 비젼 반사 미러와 연결되며 상기 레이저 조사 경로에 대해 상기 비젼 반사 미러를 전후진시키는 제1 작동 실린더가 설치되는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제1 항에 있어서,
상기 레이저-비젼 분배 모듈은,
중앙을 기준으로 다수 개의 가이드 레일이 방사 상으로 분기되는 가이드부재와,
상기 가이드부재의 중앙에 장착되며, 상기 각 가이드 레일을 따라 왕복 이동 가능하게 구비되는 이동 블록과,
상기 이동 블록에 고정되게 설치되며 레이저와 비젼 소스를 여러 방향으로 반사하는 분할 미러와,
상기 각 가이드 레일에 이동 가능하게 설치되며 전원을 인가받아 자력을 발생시키며 상기 이동 블록과 결합하는 전자석과,
상기 가이드 레일의 전자석과 연결되게 설치되며, 전원이 인가된 해당 전자석을 상기 가이드 레일을 통해 전후진시키는 제2 작동 실린더
를 포함하여 이루어지는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제10 항에 있어서,
상기 가이드 레일은 상기 가이드부재의 중앙을 기준으로 하여 세 갈래로 분기되고, 상기 이동 블록은 삼각형의 블록 형태로 이루어지며,
상기 분할 미러는 상기 레이저-비젼 타겟 모듈을 향하는 세 개의 반사면을 지닌 피라미드 형태로서 이루어지는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
제11 항에 있어서,
상기 분할 미러는,
상기 레이저 조사부를 통해 조사되는 레이저를 상기 레이저-비젼 타겟 모듈로 전달하고,
상기 레이저-비젼 타켓 모듈을 통해 반사되는 상기 피검사물의 비젼 소스를 상기 비젼 카메라부로 전달하는 레이저 용접 및 비젼 검사 겸용 그리퍼 장치.
삭제