KR101338484B1

KR101338484B1 - 부품 자동 조립설비

Info

Publication number: KR101338484B1
Application number: KR1020120001931A
Authority: KR
Inventors: 정성태
Original assignee: 제이엘씨(주)
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2014-01-03
Also published as: KR20130080999A

Abstract

본 발명은 부품 자동 조립설비에 관한 것으로 조립대상물들을 이송하며 상기 조립대상물들을 순차적으로 설정된 위치에 위치하도록 이송하는 이송유닛과, 상기 이송유닛을 따라 이송되는 상기 조립대상물의 조립지점에 부품을 조립하는 조립용 툴이 마련된 매니퓰레이터와, 상기 매니퓰레이터의 단부에 설치되어 상기 이송유닛을 따라 이동하는 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때 상기 조립지점에 대한 영상을 획득하는 것으로 상기 조립용 툴과 나란하게 연장되며 내부에 중공부가 형성된 가이드와 상기 가이드의 전단에 결합된 집광렌즈와 상기 가이드의 후단에 결합된 발산렌즈와 상기 중공부에 설치되어 상기 집광렌즈에서 집광된 빛을 상기 발산렌즈로 전달하는 광파이버 및 상기 발산렌즈를 통과하는 빛을 수광하는 이미지센서를 포함하는 비전카메라유닛과, 상기 조립용 툴이 상기 조립지점에 대응하는 정 위치에 위치할 때 상기 비전카메라유닛에서 획득된 기준영상을 저장하고 있고, 상기 이송유닛에 의해 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때마다 상기 비전카메라유닛에서 각각 획득된 현재의 영상과 상기 기준영상을 비교하여 상기 조립용 툴을 상기 조립지점에 정 위치시킬 수 있도록 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 중앙처리유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

부품 자동 조립설비{The equipments which automatically assemble the components}

본 발명은 부품 자동 조립설비에 관한 것으로서, 비전카메라를 이용하여 조립대상물에 부품을 조립하는 매니퓰레이터의 작동을 실시간으로 제어함으로써 부품 조립의 정확도를 높일 수 있는 부품 자동 조립설비에 관한 것이다.

지능로봇 및 각종 서비스 로봇이 이동하면서 작업을 행할 때 로봇을 조작해야 하는 인간은 여러 가지 복잡한 문제에 부딪히게 된다.

그 중에서도 이동 매니퓰레이터가 작업을 행하면서 작업대상을 보기 위해 작업용 로봇의 팔(Arm)이나 모바일로봇(MobileRobot) 본체에는 카메라가 부착되어 있는데, 매니퓰레이터가 작업을 시작하면서 카메라가 부착되어 있는 위치가 변하기 때문에 작업대상의 위치파악 및 작업대상의 캡쳐를 할 수 없게 되어 원거리 작업을 하기에 어려운 문제점이 있다.

즉 이동 매니퓰레이터가 최초에 작업대상을 확인하고 작업대상 가까이로 이동을 할 때 까지는 작업대상을 확인하고 가지만, 매니퓰레이터의 작동이 시작되면 매니퓰레이터의 작업방향과 카메라의 부착 위치에 따라 전체적인 화면을 볼 수 없으므로 작업대상을 확인하지 못하거나 작업대상을 찾을 수 없게 되는 문제점이 있었다.

KR

10-2003-0060833

A

KR

10-2010-0097312

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 조립대상물에 부품을 조립하는 부품 자동 조립설비에 있어서 매니퓰레이터와 함께 움직이며 매니퓰레이터의 엔드 이펙터의 위치에 따라서 조립대상물에 대한 영상을 실시간으로 획득하여 보다 정확하고 쉽게 매니퓰레이터의 작동을 제어할 수 있는 부품 자동 조립설비를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비는 조립대상물들을 이송하며 상기 조립대상물들을 순차적으로 설정된 위치에 위치하도록 이송하는 이송유닛과, 상기 이송유닛을 따라 이송되는 상기 조립대상물의 조립지점에 부품을 조립하는 조립용 툴이 마련된 매니퓰레이터와, 상기 매니퓰레이터의 단부에 설치되어 상기 이송유닛을 따라 이동하는 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때 상기 조립지점에 대한 영상을 획득하는 것으로 상기 조립용 툴과 나란하게 연장되며 내부에 중공부가 형성된 가이드와 상기 가이드의 전단에 결합된 집광렌즈와 상기 가이드의 후단에 결합된 발산렌즈와 상기 중공부에 설치되어 상기 집광렌즈에서 집광된 빛을 상기 발산렌즈로 전달하는 광파이버 및 상기 발산렌즈를 통과하는 빛을 수광하는 이미지센서를 포함하는 비전카메라유닛과, 상기 조립용 툴이 상기 조립지점에 대응하는 정 위치에 위치할 때 상기 비전카메라유닛에서 획득된 기준영상을 저장하고 있고 상기 이송유닛에 의해 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때마다 상기 비전카메라유닛에서 각각 획득된 현재의 영상과 상기 기준영상을 비교하여 상기 조립용 툴을 상기 조립지점에 정 위치시킬 수 있도록 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 중앙처리유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 조립대상물에 각각 부착된 코드를 스캔하여 상기 조립대상물들의 모델 및 사양정보를 각각 획득하는 코드리더기를 구비하고, 상기 중앙처리유닛은 상기 모델 및 사양정보에 따른 상기 각 조립대상물들에 대한 기준영상을 각각 저장하고 있고, 상기 각 조립대상물에 따라서 상기 매니퓰레이터의 모션을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 부품 자동 조립설비는 조립용 툴이 설치되어 있는 지그판에 실시간으로 조립대상물의 조립지점에 대한 영상을 획득하는 비전카메라유닛을 통해 조립용 툴의 위치를 정밀하게 실시간으로 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비는 코드리더기에서 획득된 정보에 따라 중앙처리유닛을 통해 조립용 툴의 조립지점에 대한 위치를 각각 다르게 조절할 수 있어 조립대상물의 모델 및 사양에 따른 적용범위를 넓힐 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비를 나타난 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 매니퓰레이터의 요부를 나타낸 발췌사시도.
도 3은 도 2에 도시된 매니퓰레이터 및 비전카메라유닛을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 중앙처리유닛과 각 구성요소들 간 연결관계를 나타낸 블럭도.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부품 자동 조립설비에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 부품 자동 조립설비(1)는 이송유닛(100)과, 매니퓰레이터(200)와, 비전카메라유닛(300)과, 중앙처리유닛(400)을 포함한다.

이송유닛(100)은 조립대상물(2)을 이송하며 조립대상물(2)들을 순차적으로 설정된 위치에 위치하도록 이송하는 것으로서, 공장 내부에 길게 연장된 이송프레임(110)과, 지면에 고정되어 이송프레임(110)을 지면으로부터 상방으로 이격되게 지지하는 지지프레임들 및 이송프레임(110)에 회전가능하게 설치되어 있는 지지롤러(120)들과, 지지롤러(120)들의 상부 및 하부에 배치되어 무한궤도로 회전하면서 조립대상물(2)을 일 측에서 타 측으로 이송하는 이송벨트(130)를 포함한다.

도면에 도시되어 있지 않지만 상기 이송프레임(110)의 양단 측에는 상기의 이송벨트(130)를 회전가능하게 지지하며 이송벨트(130)를 회전시키는 구동롤러와 아이들롤러 및 구동롤러를 회전시키는 이송서보모터(140)가 설치되어 있다.

상기의 이송유닛(100)은 이송벨트(130)를 통해 조립대상물(2)을 일 측에서 타 측으로 이송하되 상기 조립대상물(2)들이 설정된 위치에서 소정시간 동안 정지할 수 있도록 후술하는 중앙처리유닛(400)에 의해 이송 또는 정지상태가 결정된다.

매니퓰레이터(200)는 상기의 이송유닛(100)을 따라 이송되는 조립대상물(2)의 조립지점(2a)에 부품을 조립할 수 있게 단부측에 조립용 툴(270)이 마련된 것으로 하우징(210)과, 회전부(220), 제1암부(230), 제2암부(240), 제3암부(250), 지그판(260)을 포함한다. 상기의 조립지점(2a)은 조립용 툴(270)에 의해 볼트, 나사와 같은 부품이 체결되는 체결홈이다.

하우징(210)은 이송유닛(100)에 인접하도록 지면에 고정되어 있고, 내부에는 제1서보모터(211)(미도시)가 설치되어 있다.

회전부(220)는 회전가능하게 설치되어 있고, 하우징(210) 내부에 설치되어 있는 제1서보모터(211)에 의해 좌우로 회전된다.

제1암부(230)는 회전부(220)의 상부에 마련된 회전브라켓에 결합되어 있고, 회전브라켓에는 회전부(220)에 대하여 제1암부(230)를 회전시킬 수 있도록 제2서보모터(221)가 설치되어 있다. 상기 제1암부(230)는 제2서보모터(221)에 의해 회전부(220)를 기준으로 상하로 회전된다.

제2암부(240)는 제1암부(230)의 단부에 회전가능하게 결합되어 있고, 제1암부(230)의 단부에는 제1암부(230)에 대하여 제2암부(240)를 회전시키는 제3서보모터(231)가 설치되어 있다.

제3암부(250)는 제2암부(240)의 단부에 회전가능하게 결합되어 있고, 제2암부(240)의 단부에는 제2암부(240)에 대하여 제3암부(250)를 회전시키는 제4서보모터(241)가 설치되어 있다.

상기 제1 내지 제3암부(250)는 하중을 줄일 수 있게 내부가 비어 있는 금속프레임으로 구성되며, 각 암부의 내부는 서로 연통된다.

지그판(260)은 제3암부(250)의 단부에 고정되어 있고 전면에는 부품을 조립대상물(2)에 조립하는 조립용 툴(270)이 고정되어 있으며 후면에는 조립용 툴(270)을 구동하는 툴서보모터(261)가 설치되어 있다.

조립용 툴(270)은 지그판(261)에 고정된 보스와, 상기 보스로부터 지그판의 전면방향으로 돌출되게 설치되는 전동드라이버를 구비한다. 상기 조립용 툴(270)은 엔드 이펙터(End-effector)이다.

상기 제1 내지 제4서보모터(241)는 조립용 툴(270)이 조립지점(2a)에 정확히 도달하여 부품을 조립할 수 있도록 후술하는 중앙처리유닛(400)에 의해 각각 독립적으로 제어된다.

비전카메라는 이송유닛(100)을 따라 이동하는 조립대상물(2)이 설정된 위치에서 정지할 때 조립대상물(2)의 조립지점(2a)에 대한 영상을 획득하는 것으로 가이드(310)와, 집광렌즈(320), 발산렌즈(340), 광파이퍼(331,332,333), 이미지센서(350)를 포함한다.

가이드(310)는 내부에 중공부가 형성되어 있고, 일 단이 지그판(260)의 전면을 향하여 조립용 툴(270)과 나란하게 연장되어 있으며, 타 단은 제1 내지 제3암부(250)의 각 내부를 통해 연장되어 있다.

상기 가이드(310)의 전단과 후단 사이에는 상기 가이드(310)를 지그판(260)에 고정할 수 있게 지그판(260)에 나사결합되는 렌즈장착부가 마련되어 있다.

집광렌즈(320)는 조립대상체에서 반사된 빛을 집속하도록 가이드(310)의 전단에 마련된 제1렌즈장착부(311)에 고정되어 있고, 광파이퍼(331,332,333)는 가이드(310)의 길이방향을 따라 연장되어 중공부에 삽입되어 있으며, 발산렌즈(340)는 가이드(310)의 후단에 마련된 제2렌즈장착부(312)에 고정되어 광파이퍼(331,332,333)를 통해 전달된 빛을 후술하는 이미지센서(350)로 발산한다.

상기 집광렌즈(320)와 상기 발산렌즈(340)는 각각 제1렌즈장착부(311)와 제2렌즈장착부(312)에 삽입고정되어 있다.

상기 집광렌즈(320)는 광파이퍼(331,332,333)로 많은 양의 빛을 입사시킬 수 있게 고배율을 갖는 것을 적용하는 것이 바람직하고, 발산렌즈(340) 또한 집광렌즈(320)와 대응하는 배율을 갖는 것을 적용하는 것이 바람직하다.

이미지센서(350)는 집광렌즈(320)에서 집광되어 광파이퍼(331,332,333) 및 발산렌즈(340)를 통해 전달되는 조립대상체로부터 반사된 빛을 수광하는 부분으로 발산렌즈(340)와 인접하여 설치되어 있다.

상기 이미지센서(350)는 피사체 정보를 검지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품으로 금속화합물반도체(MOS) 또는 전하결합소자(CCD)를 적용할 수 있다.

중앙처리유닛(400)은 조립용 툴(270)이 조립지점(2a)에 대응하는 정 위치에 위치할 때 상기 비전카메라유닛(300)에서 획득된 기준영상을 저장하고 있고, 이송유닛(100)에 의해 조립대상물(2)이 설정된 위치에 정지할 때마다 비전카메라유닛(300)에서 각각 획득된 현재영상과 기준영상을 비교하여 조립용 툴(270)을 조립지점(2a)에 정 위치시킬 수 있도록 매니퓰레이터(200)의 모션을 제어한다.

상기 중앙처리유닛(400)은 기준영상과 현재영상을 저장하는 메모리부(410), 비전카메라유닛(300)에서 획득된 기준영상 및 현재영상에 대한 아날로그 신호를 디지털 신호로 처리하는 영상처리부(420), 기준영상과 현재영상에 각각 위치하는 조립지점(2a)에 대한 좌표를 추출하는 좌표추출부(430), 기준영상의 조립지점(2a)에 대한 좌표값(이하, '기준좌표값'이라 함)과 현재영상의 조립지점(2a)에 대한 좌표값(이하, '비교좌표값'이라 함)을 비교하여 기준좌표값에 대한 비교좌표값을 비교하여 조립용 툴(270)이 이동해야 할 변위를 산출하는 변위산출부(440), 변위산출부(440)에서 산출된 변위에 따라 매니퓰레이터(200)의 작동을 제어하는 구동제어부, 이송유닛(100)의 작동을 제어하는 이송제어부(450)를 포함한다.

상기 중앙처리유닛(400)은 이송제어부(450)를 통해 조립대상물(2)이 정지할 때 비전카메라유닛(300)을 구동하도록 제어한다.

상기 비전카메라유닛(300)은 중앙처리유닛(400)에 의해 실시간으로 매니퓰레이터(200)의 작동을 제어할 수 있게 조립대상물(2)이 정지되었을 때 되도록 많은 영상을 획득하는 것이 바람직하다.

그리고, 영상처리부(420)는 좌표추출부(430)에서 기준좌표값과 비교좌표값을 정확하게 추출해낼 수 있게 칼만 필터, 중간값 필터와 같은 노이즈필터를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 조립대상물(2)에 부착된 코드를 스캔하여 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보를 획득하는 코드리더기(500)를 더 구비한다.

상기 코드리더기(500)는 이송유닛(100)을 따라 이송되는 조립대상물(2)에 부착된 코드를 스캔할 수 있게 이송프레임(110)에 설치되어 있고, 코드리더기(500)에서 획득된 정보는 중앙처리유닛(400)으로 전송된다.

상기 조립대상물(2)에 부착된 코드는 바코드(Bar Code) 또는 QR코드(Quick response Code)를 적용할 수 있다.

상기 중앙처리유닛(400)의 메모리부(410)에는 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보에 따른 조립대상물(2)에 대한 기준영상이 저장되어 있다.

코드리더기(500)에서 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보가 획득되면 좌표추출부(430)에서는 메모리부(410)에 저장된 조립대상물(2)의 모델 및 사양정보에 따른 각각의 기준영상을 불러와 기준좌표값을 추출하고, 비전카메라유닛(300)에서 획득된 현재영상에 대한 비교좌표값을 추출하게 된다. 이후의 과정은 각각의 좌표값을 비교하여 변위를 산출하고, 매니퓰레이터(200)의 작동을 제어하도록 된 중앙처리유닛(400)의 처리 과정과 동일하다.

상기와 같은 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 조립용 툴(270)이 설치되어 있는 지그판(260)에 실시간으로 조립대상물(2)의 조립지점(2a)에 대한 영상을 획득하는 비전카메라유닛(300)을 통해 조립용 툴(270)의 위치를 정밀하게 실시간으로 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 코드리더기(500)에서 획득된 정보에 따라 중앙처리유닛(400)을 통해 조립용 툴(270)의 조립지점(2a)에 대한 위치를 각각 다르게 조절할 수 있어 조립대상물(2)의 모델 및 사양에 따른 적용범위를 넓힐 수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 부품 자동 조립설비(1)는 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100 : 이송유닛
200 : 비전카메라유닛
300 : 매니퓰레이터
400 : 중앙처리유닛
500 : 코드리더기

Claims

조립대상물들을 순차적으로 설정된 위치에 위치시키도록 상기 조립대상물을 이송하는 것으로서, 소정길이로 연장된 이송프레임과, 지면에 고정되어 상기 이송프레임을 지면으로부터 상방으로 이격되게 지지하는 지지프레임들 및 상기 이송프레임에 회전가능하게 설치되는 지지롤러들과, 상기 지지롤러들 상부 및 하부에 배치되어 무한궤도로 회전하면서 상기 조립대상물을 이송시키는 이송벨트를 포함하는 이송유닛과; 상기 조립대상물에 각각 부착된 코드를 스캔하여 상기 조립대상물들의 모델 및 사양정보를 각각 획득하는 코드리더기와; 상기 조립대상물의 조립지점에 부품을 조립하는 조립용 툴이 마련된 매니퓰레이터에 설치되어 상기 이송유닛을 따라 이송되는 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때 상기 조립지점에 대한 영상을 획득하는 것으로서, 상기 조립용 툴과 나란하게 연장되며 내부에 중공부가 형성된 가이드와, 상기 가이드의 전단에 결합된 집광렌즈와, 상기 가이드의 후단에 결합된 발산렌즈와, 상기 중공부에 설치되어 상기 집광렌즈에서 집광된 빛을 상기 발산렌즈로 전달하는 광파이버 및 상기 발산렌즈를 통과하는 빛을 수광하는 이미지센서를 포함하는 비전카메라유닛;을 구비하는 부품 자동 조립설비에 있어서,
상기 매니퓰레이터는 상기 이송유닛에 인접하도록 지면에 고정되고 내부에 제1서보모터가 설치된 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치되어 상기 제1서보모터에 의해 회전되는 회전부와, 상기 회전부의 상부에 마련된 회전브라켓에 결합되는 제1암부와, 상기 제1암부를 회전시키는 제2서보모터와, 상기 제1암부의 단부에 회전가능하게 결합된 제2암부와, 상기 제2암부를 회전시키는 제3서보모터와, 상기 제2암부의 단부에 회전가능하게 결합된 제3암부와, 상기 제3암부를 회전시키는 제4서보모터와, 상기 제3암부의 단부에 설치되며 상기 조립용 툴이 설치되는 지그판 및 상기 조립용 툴을 구동하는 툴서보모터를 포함하고,
상기 조립용 툴이 상기 조립대상물의 상기 조립지점에 대응하는 정 위치에 위치할 때의 상기 비전카메라유닛을 통해 미리 획득된 기준영상과 상기 이송유닛에 의해 상기 조립대상물이 설정된 위치에 위치할 때마다 상기 비전카메라유닛을 통해 획득된 현재영상을 각각 저장하는 메모리부와, 상기 기준영상과 상기 현재영상을 각각 처리하는 영상처리부와, 상기 기준영상에 위치하는 조립지점의 좌표와 상기 현재영상에 위치하는 조립지점의 좌표를 각각 추출하는 좌표추출부와, 상기 좌표추출부에서 각각 추출된 상기 기준영상의 조립지점 좌표값과 상기 현재영상의 조립지점 좌표값을 비교하여 상기 조립용 툴이 이동해야할 변위정보를 산출하는 변위산출부와, 상기 변위산출부에서 산출된 변위정보에 따라 상기 조립용 툴을 상기 기준영상의 조립지점에 정 위치시킬 수 있도록 상기 매니퓰레이터의 작동을 제어하는 구동제어부 및 상기 이송유닛의 작동을 제어하는 이송제어부를 포함하는 중앙처리유닛;을 구비하며,
상기 메모리부는 상기 조립대상물들의 모델별로 상기 조립대상물들의 기준영상들을 각각 저장되고,
상기 구동제어부는 상기 각 조립대상물의 모델에 따라 상기 매니퓰레이터의 동작을 각각 독립적으로 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 부품 자동 조립설비.
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