KR101264649B1

KR101264649B1 - 고정된 ｌａｄ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조

Info

Publication number: KR101264649B1
Application number: KR1020110051154A
Authority: KR
Inventors: 조영식
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2013-05-15
Also published as: KR20120132806A

Abstract

본 발명은 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조에 관한 것으로, 파이프의 관경에 맞게 외주면을 따라 배열된 가이드레일; 가이드레일을 따라 움직이면서 파이프들 사이를 용접하는 용접토치를 구비한 용접로봇; 용접로봇의 선단에 설치되어 용접토치로 하여금 용접선을 추적하도록 레이저평면을 제공하는 LVS;를 포함하여 구성되고, 관경이 다른 다수의 파이프를 자동용접할 때 사용하는 전자세용접로봇의 구조에 있어서; 상기 LVS와 용접토치는 용접대상 파이프 또는 가이드레일의 반경방향에 접하는 접선과 수직하는 법선방향으로 배치 고정되어, LVS와 용접토치의 센터간 거리인 LAD가 파이프의 관경이 변경되는 것과 무관하게 항상 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조를 제공한다.
본 발명에 따르면, LVS로부터 조사된 레이저평면이 파이프의 반경방향에 접하는 접선에 수직한 법선 상에 위치되게 하여 LAD를 고정함으로써 파이프의 관경이나 레일의 관경이 변하더라도 LAD를 별도로 측정하여 재설정할 필요없이 세팅된 상태 그대로 사용할 수 있어 작업의 편의성이 향상되고, 진원도가 이상적이지 않을 경우에도 용접선 추적시 오차를 없애고 정확한 추적이 가능하도록 하여 용접품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조{THE STRUCTURE OF WELDING ROBOT PROVIDING FIXED LOOK AHEAD DISTANCE}

본 발명은 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파이프의 관경이나 레일의 관경이 변하더라도 동일한 LAD(Look Ahead Distance)를 제공하도록 하여 각 조건에 따라 LAD를 재측정해야 하는 번거로움을 줄이고, 파이프의 진원도가 이상적이지 않을 경우에도 LAD 오차로 인해 발생하는 추적오차를 줄일 수 있도록 한 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조에 관한 것이다.

산업 기술의 고도한 발전과 함께 근로환경 또한 많은 개선이 이루어짐으로 인해, 용접과 같은 열악한 환경하의 작업을 기피하는 현상이 만연하였다.

이러한 이유로 열악한 환경하에서는 사람을 대신하여 로봇이 작업을 할 수 있도록 하는 여러 가지 자동화 장비가 출현 되고 있다.

특히, 조선산업에 있어서 용접은 융착하고자 하는 위치가 위험하고, 환경 또한 열악하여, 자동화의 실현이 더욱 많이 요구되고 있다.

따라서, 선박의 선체 조립공정의 자동화를 위하여 용접선을 자동으로 추적하는 기능은 필수적으로 구비되어야 하며, 이러한 기능에 의하여 용접 토치는 용접선에 정확하게 위치하여 양호한 용접품질을 얻을 수 있게 되었다.

통상, 용접선 추적 센서는 용접 토치의 전단에 장착되며, 접촉식과 비접촉식으로 나누어진다.

이 중 비접촉식 용접선 추적 센서로 LVS(Laser Vision System or Laser Vision Sensor)이 보편적으로 이용된다.

상기 LVS는 레이저를 발사하는 레이저 다이오드와 발사된 레이저가 피용접물에 반사되고 돌아오는 것을 받아들여 용접선을 감지하는 카메라로 구성되어 있다.

그리하여, 용접로봇이 파이프의 관경을 따라 배열된 레일을 따라 이동하면서 용접토치를 통해 파이프들을 서로 용접하여 접속할 때 LVS에 의해 용접선이 제공되고, 용접토치가 이를 추적하면서 용접하게 된다.

이때, LAD(Look Ahead Distance)는 LVS의 측정위치와 TCP(Tool Center Point), 즉 용접토치 사이의 거리를 의미하며, TCP가 LVS의 측정점을 추적하는데 활용된다.

그런데, 상기 LVS는 용접선의 제공을 용이하게 하고 용접토치로 하여금 용접선 추적을 쉽고 정확하게 하기 위해 용접토치를 향해 일정 각도 기울어진 채 배치 고정되어 있다.

이로 인해, LVS를 전자세용접로봇에 이용할 때 주행거리 기준으로 표현되는 LAD가 용접대상 파이프의 관경이 커지거나 작아지는 등과 같이 관경에 따라 달라지게 되므로 각각의 조건에 맞취 LAD를 다시 측정해야 하는 불편함이 따랐다.

즉, 도 1의 예시와 같이, LVS(320)가 용접로봇(300)의 용접토치(310)를 향해 일정각도 경사 배치되어 있기 때문에 용접대상 파이프의 관경이 소형인 제2파이프(110)를 용접 작업할 때와, 대형인 제1파이프(100)를 용접 작업할 때 LVS(320)에 의해 제1,2파이프(100,110)에 조사되는 레이저면, 즉 레이저평면1(322)의 위치가 달라져 버리기 때문에 결국 LAD가 달라져 버려 용접토치(310)가 용접선을 추적하는데 문제가 발생되므로 관경이 달라지게 되면 매번 LAD를 재측정 후 조정해야 하는 불편이 따랐다.

뿐만 아니라, 관경에 따라 각 LAD를 측정하여 사용한다고 하더라도 파이프의 진원도가 이상적이지 못할 경우에는 역시 LAD에 오차가 발생되고 이로 인해 용접선 추적에도 오차가 발생되어 용접 품질을 떨어뜨리는 결과를 양산하였다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 파이프의 관경이나 레일의 관경이 변하더라도 동일한 LAD를 제공하도록 하여 각 조건에 따라 LAD를 재측정해야 하는 번거로움을 줄이고, 파이프의 진원도가 이상적이지 않을 경우에도 LAD 오차로 인해 발생하는 추적오차를 줄일 수 있도록 한 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 파이프의 관경에 맞게 외주면을 따라 배열된 가이드레일; 가이드레일을 따라 움직이면서 파이프들 사이를 용접하는 용접토치를 구비한 용접로봇; 용접로봇의 선단에 설치되어 용접토치로 하여금 용접선을 추적하도록 레이저평면을 제공하는 LVS;를 포함하여 구성되고, 관경이 다른 다수의 파이프를 자동용접할 때 사용하는 전자세용접로봇의 구조에 있어서; 상기 LVS와 용접토치는 용접대상 파이프 또는 가이드레일의 반경방향에 접하는 접선과 수직하는 법선방향으로 배치 고정되어, LVS와 용접토치의 센터간 거리인 LAD가 파이프의 관경이 변경되는 것과 무관하게 항상 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조를 제공한다.

또한, 본 발명은 파이프의 관경에 맞게 외주면을 따라 배열된 가이드레일; 가이드레일을 따라 움직이면서 파이프들 사이를 용접하는 용접토치를 구비한 용접로봇; 용접로봇의 선단에 설치되어 용접토치로 하여금 용접선을 추적하도록 레이저평면을 제공하는 LVS;를 포함하여 구성되고, 관경이 다른 다수의 파이프를 자동용접할 때 사용하는 전자세용접로봇의 구조에 있어서; 상기 LVS와 용접토치는 용접대상 파이프 또는 가이드레일의 원중심을 향하도록 배치 고정되어 LVS와 용접토치의 센터간 거리인 LAD가 파이프의 관경이 변경되는 것과 무관하게 항상 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조를 제공한다.

본 발명에 따르면, LVS로부터 조사된 레이저평면이 파이프의 반경방향에 접하는 접선에 수직한 법선 상에 위치되게 하여 LAD를 고정함으로써 파이프의 관경이나 레일의 관경이 변하더라도 LAD를 별도로 측정하여 재설정할 필요없이 세팅된 상태 그대로 사용할 수 있어 작업의 편의성이 향상되고, 진원도가 이상적이지 않을 경우에도 용접선 추적시 오차를 없애고 정확한 추적이 가능하도록 하여 용접품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조를보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조는 파이프의 관경이 변하더라도 LAD가 고정되어 있기 때문에 용접토치(310)가 LVS(320)에 의해 제공된 레이저평면2(324)를 추적할 때 오차가 거의 발생하지 않게 된다.

특히, 파이프의 관경이 변하더라도 LAD를 재측정하여 다시 설정할 필요가 없기 때문에 작업에 따른 편의성이 향상된다.

보다 구체적으로, 보통 용접로봇(300)은 용접하고자 할 파이프의 외경을 따라 설치된 가이드레일(200)을 타고 움직일 수 있도록 설치된다.

이때, 용접 대상 파이프는 예시된 바와 같이, 관경이 큰 제1파이프(100)는 물론 관경이 작은 제2파이프(110)가 될 수도 있다.

도시된 예에서는 파이프의 관경이 변경되는 것을 예시하기 위해 설명의 편의상 2개의 서로 다른 관경을 갖는 제1,2파이프(100,110)를 함께 도시하였다.

그리고, 상기 용접로봇(300)의 선단, 즉 선행부에는 LVS(320)가 장착된다.

상기 LVS(Laser Vision System)(320)는 앞서 설명한 바와 같이, 레이저 비젼 시스템 혹은 레이저 비젼 센서로서, 당해 분야에 공지된 기구물이며, 용접토치(310)로 하여금 용접선을 추적하도록 안내하는 수단이다.

이때, 상기 LVS(320)는 예를 들어, 제1파이프(100)의 외주면에 레이저평면2(324)를 제공하여 용접토치(310)로 하여금 용접선을 추적하게 한다.

즉, 레이저평면2(324)의 위치가 이후 용접로봇(300)의 이동시 용접토치(310)가 위치될 위치가 되는 것이다.

여기에서, 레이저평면1(322)은 앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 도출하기 위해 부여되고 설명된 예이다.

본 발명에서는 상기 LVS(320)가 기존처럼 용접토치(310)를 향해 일정각도로 경사 배치되지 않고, 제1파이프(100) 또는 제2파이프(110)의 외주면 혹은 가이드레일(200)의 외주면에 접하는 접선과 수직하게 만나는 선인 법선 방향으로 설치된다.

다시 말해, LVS(320)의 센터는 상기 제1,2파이프(100,110) 혹은 가이드레일(200)의 외주면의 법선 방향으로 배치된다.

뿐만 아니라, 용접선을 추적하면서 용접하는 용접토치(310)도 상기 LVS(320)와 동일한 방향으로 배치된다.

그러면, 상기 LVS(320)와 용접토치(310)의 각 센터간 거리인 LAD(Look Ahead Distance)는 항상 일정하게 유지된다.

이는 이들의 센터가 항상 제1,2파이프(100,110)의 원중심을 향하도록 배치되기 때문에 제1,2파이프(100,110)이 직경이 커지거나 작아지더라도 각 파이프의 외주면에 조사되는 레이저빔의 위치는 직경의 대,소와 상관없이 외주면을 따라 이동하는 거리가 같아지기 때문에 기존처럼 직경에 따라 LAD를 재조정할 필요가 전혀 없어지게 된다.

정리하자면, 제1,2파이프(100,110)의 관경이나 가이드레일(200)의 관경이 변하더라도 LVS(320)의 측정위치와 TCP(Tool Center Point)의 거리정보가 고정되도록 하기 위해 LVS(320)의 레이저면과 TCP의 세로축 이송방향을 가이드레일(200)에 대해 동일한 각도를 갖도록 설계함으로써 LAD를 고정시킬 수 있게 된다.

다시 말해, 도 1에서 레이저평면1(322)은 용접토치(310)와 LVS(320)가 가이드레일(200)에 대해 서로 다른 각도로 설치된 경우의 레이저평면이기 때문에 파이프의 관경이 바뀌게 되면 당연히 용접로봇(300)을 안내하는 가이드레일(200)의 관경도 그에 대응되게 바뀌게 되므로 바뀐 각 파이프에 대해 LVS(320)가 측정한 위치와 용접토치(310)의 위치가 서로 동일하지 않지만, 본 발명에 따른 레이저평면2(324)의 경우에는 용접토치(310)와 레이저평면이 가이드레일(200)에 대해 동일한 각도로 설치되기 때문에 LVS(320)가 측정한 위치와 용접토치(310)의 위치가 파이프의 관경에 무관하게 동일하게 되므로 고정된 LAD를 가질 수 있게 되어 파이프 용접작업의 편의성을 제공하게 된다.

뿐만 아니라, 용접 대상 파이프가 다소 진원도를 갖지 않는 경우라 할지라도 LAD가 고정되어 있기 때문에 용접토치(310)는 항상 일정하게 LVS(320)에서 조사한 레이저평면을 추적하게 되므로 진원도와 상관없이 항상 정확한 용접선 추적이 가능하게 되어 매우 우수한 파이프 용접 품질을 제공하게 된다.

따라서, 본 발명은 용접로봇(300)을 이용하여 관경이 따른 다수의 파이프를 용접할 때 매우 용이하고 정확하며 우수한 용접품질을 제공할 수 있어 그 활용폭이 커질 것으로 기대된다.

100 : 제1파이프 110 : 제2파이프
200 : 가이드레일 300 : 용접로봇
310 : 용접토치 320 : LVS
322 : 레이저평면1 324 : 레이저평면2

Claims

파이프의 관경에 맞게 외주면을 따라 배열된 가이드레일; 가이드레일을 따라 움직이면서 파이프들 사이를 용접하는 용접토치를 구비한 용접로봇; 용접로봇의 선단에 설치되어 용접토치로 하여금 용접선을 추적하도록 레이저평면을 제공하는 LVS(Laser Vision System or Laser Vision Sensor);를 포함하여 구성되고, 관경이 다른 다수의 파이프를 자동용접할 때 사용하는 전자세용접로봇의 구조에 있어서;
상기 LVS와 용접토치는 용접대상 파이프 또는 가이드레일의 반경방향에 접하는 접선과 수직하는 법선방향으로 배치 고정되어, LVS와 용접토치의 센터간 거리인 LAD(Look Ahead Distance)가 파이프의 관경이 변경되는 것과 무관하게 항상 일정하게 유지되도록 하여 상기 용접토치가 LVS에 의해 제공된 레이저평면을 추적할 때 오차가 발생하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조.
파이프의 관경에 맞게 외주면을 따라 배열된 가이드레일; 가이드레일을 따라 움직이면서 파이프들 사이를 용접하는 용접토치를 구비한 용접로봇; 용접로봇의 선단에 설치되어 용접토치로 하여금 용접선을 추적하도록 레이저평면을 제공하는 LVS(Laser Vision System or Laser Vision Sensor);를 포함하여 구성되고, 관경이 다른 다수의 파이프를 자동용접할 때 사용하는 전자세용접로봇의 구조에 있어서;
상기 LVS와 용접토치는 용접대상 파이프 또는 가이드레일의 원중심을 향하도록 배치 고정되어 LVS와 용접토치의 센터간 거리인 LAD(Look Ahead Distance)가 파이프의 관경이 변경되는 것과 무관하게 항상 일정하게 유지되도록 하여 상기 용접토치가 LVS에 의해 제공된 레이저평면을 추적할 때 오차가 발생하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 고정된 ＬＡＤ를 제공하는 전자세용접로봇의 구조.