KR101503304B1 - 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 상부에 위치한 용접 대상물(러그)의 용접을 위해 별도의 부가 축이 장착된 대차와 4개의 레이저 포인터를 이용하여 용접 로봇의 위치 및 자세를 셋팅 하는 방법에 관한 것으로서, 용접 로봇 대차 상에 용접 로봇을 X,Y,Z축방향 이동과 X,Y방향 틸팅이 가능하게 하는 부가 5축을 설치하고, 라인 타입 레이저 포인터 두 쌍이 서로 마주보게 설치하되, 러그가 용접되는 블록 바닥면에 생성되는 레이저 포인터의 상(레이저 선분)이 오차가 보정되기 전에는 우물 정 자(井)형태를 띄고, 우물정자를 구성하는 4개의 라인의 간격 및 평행도가 로봇의 위치 및 자세의 오차를 나타내도록 설치하여, 레이저 선분에 의해 파악된 오차에 대해 작업자가 용접 로봇 대차와 부가 5축(3-병진 축, 2-회전 축)을 수동 조작하여 러그와 대차 간의 위치 및 자세를 세팅하도록 구성함에 특징이 있다.

러그, 용접로봇, 위치, 자세, 세팅, 레이저 포인터

Description

레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법{METHOD FOR SETTING POSITION OF LUG WELDING ROBOT USING LASER POINTER}

본 발명은 로봇 상부에 위치한 용접 대상물(러그)의 용접을 위해 별도의 부가 축이 장착된 대차와 4개의 레이저 포인터를 이용하여 러그 용접 로봇의 위치 및 자세를 셋팅하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박건조 과정에서 철 구조물 블록은 블록 지지대로 받쳐져 있으며, 블록의 하부에 러그나 기타 다양한 부착물을 붙이기 위해서는 오버헤드 용접이 빈번하게 수행된다. 이러한 오버헤드 용접을 사람이 수행할 경우, 여러가지 문제점이 있어서 최근들어 용접 전용 로봇이 적용되고 있으며 로봇 구동의 이동성을 향상시키기 위해 다양한 형태의 대차가 제안되고 있다.

이러한 용접 로봇을 이용하여 러그를 용접하는 경우에 로봇의 위치 및 자세를 보정해주어야 한다. 러그는 트레슬(블록 지지대)에 의해 지지된 블록 아래 쪽에 용접을 통해 부착되어야 하는데 러그가 부착되는 블록 바닥면의 평평도가 러그의 위치에 따라 조금씩 편차가 있고 현장 바닥면 역시 약간씩의 경사가 있으므로 오버 헤드 용접을 수행하는 로봇의 자세를 각각의 러그의 부착 위치(X,Y,Z) 및 자세(ROLL, PITCH, YAW)에 따라 보정해주어야 한다.

이와 같은 용접 로봇의 위치 및 자세 보정을 위한 방법으로는, 레이저 비젼 센서를 이용하는 방식과, 레이저 포인터를 이용하는 방식이 알려져 있다.

레이저 비젼 센서 이용방식은, 러그의 3차원 정보(거리, 각도)를 파악하고 그에 맞추어 로봇의 위치 및 자세를 보정 방식이다. 용접 로봇이 탑재된 대차를 러그 부근에 적당히 위치시킨 후, 레이저 비젼센서를 이용하여 러그 부착 위치에 대한 3차원(X, Y, Z, ROLL, PITCH, YAW) 정보를 획득하고 그 정보를 로봇 제어기에 전달함으로써 로봇이 러그의 위치와 각도를 파악하게 하는 방식이다.

레이저 포인터 이용방식은, 러그의 위치 정보를 파악하고 로봇의 위치를 결정하는 것으로서, 용접 로봇이 탑재된 대차를 러그 부근에 적당히 위치시킨 후, 레이저 포인터를 이용하여 러그 부착 위치에 대한 로봇의 상대 위치를 보정하는 방식이다.

그런데, 상기와 같은 레이저 비젼 센서 이용방식은, 정밀한 위치 및 자세 제어를 가능하게 하지만, 가격이 매우 비싸고, 개발 기간이 길며, 고기술의 영상처리 기술이 요구된다는 단점이 있으며, 상기 레이저 포인터 이용방식은, 정밀한 위치 제어를 가능하게 하지만 러그에 대한 로봇의 상대적인 자세를 세팅 하는 것이 불가능 하다는 단점이 있었다.

오버헤드(O/H) 러그 용접 시 양호한 용접 품질을 위해서는 로봇과 작업대상물간의 상대 위치 및 자세가 일반 아래 보기 용접의 경우 보다 훨씬 정밀한 수준으로 보장되어야 한다. 조선소 야드 바닥은 여러 치공구나 전선 등이 있기 때문에 울퉁불퉁하고 블록 또한 트레슬 위에 반목을 받친 후 놓여지기 때문에 기울기를 갖게 된다. 따라서 위보기 용접(오버 헤드 용접)에 필요한 로봇과 작업 대상물간의 상대 위치 및 자세를 세팅 하는 것은 매우 어려운 작업이다.

본 발명의 목적은, 이와 같은 문제점을 감안하여 2쌍(4set)의 라인타입 레이저 포인터를 이용해 오버헤드(O/H) 러그 용접 작업에 필요한 로봇의 위치 및 자세를 정밀한 수준에서 보정 할 수 있도록 한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법은, 용접 로봇 대차 상에 용접 로봇을 X,Y,Z축 방향 이동과 X, Y방향 틸팅이 가능하게 하는 부가5축을 설치하고, 라인 타입의 레이저 포인터를 두 쌍이 서로 마주보게 설치하여, 러그가 용접되는 블록 바닥면에 생성되는 레이저 포인터의 상(레이저 선분)에 의해 러그와의 거리, 4개의 레이저 선분의 간격 및 평행도를 판단하여 로봇의 위치 및 자세의 오차를 파악하고, 작업자가 용접 로봇 대차와 부가 5축(3-병진 축, 2-회전 축)을 수동 조작하여 러그와 대차 간의 위치 및 자세를 세팅하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 용접 로봇을 탑재하는 대차에 상기 용접 로봇을 5축 방향으로 이동시킬 수 있도록 하는 X, Y, Z 슬라이드 수단과 X, Y 틸팅 수단으로 부가 5축을 구비하고, 러그가 설치되는 블록 바닥면에 라인타입 레이저를 주사하도록 X축방향 제1,제3 레이저 포인터와, Y축 방향 제2,제4 레이저 포인터를 설치하여 블록 바닥면에 주사된 4개의 레이저 선분에 의거하여 대차의 부가 5축을 제어하여 위치 및 자세를 보정하되,

상기 4개의 레이저 포인터에 의해 블록 바닥면에 생성된 4개의 선분을 통해 러그와 대차의 상대 위치를 파악하여 대차를 X, Y축 방향으로 이동시켜 X, Y 거리를 보정하는 제1단계와;

상기 제1단계에 의해 X, Y거리 보정 후, 대차의 Z축 슬라이드 기능을 이용해 4개의 레이저 선분이 한 점에서 만나도록 용접 로봇을 상하 슬라이드 시키는 제2단계와;

상기 제2단계 완료 후, Y-틸팅 기능을 이용하여 4개의 레이저 선분중 종방향 선분 두개를 일치시키는 제3단계와;

상기 제3단계에서 종방향 두개의 선분이 일치된 상태에서 X-틸팅 기능을 이용하여 횡방향 선분 두개를 평행하도록 제어하는 제4단계와;

상기 제4단계에서 동일방향 선분들이 평행해진 상태에서 Z축 슬라이드를 이용하여 4개의 선분이 한 점에서 만나도록 제어하여 러그와 대차간의 위치 및 자세를 세팅하는 제5단계를 수행하도록 함으로써 달성되는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 제5단계를 유지하도록 대차의 부가 5축을 세팅한 후, 레이저 포인터에 의해 만들어진 교차점이 러그 용접 시작점과 일치하도록 X,Y슬라이드 기능을 이용해 용접 로봇을 움직여 자세 오차 보정중에 틀어진 위치 오차를 다시 보정해주는 제6단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 적어도 블록 바닥면과 용접 로봇 베이스면의 평행도가 ±0.5°이내를 유지하게 하고 위치오차는 ±1mm정도로 세팅한다.

본 발명은 레이저 포인터 4개만을 사용하여 용접 로봇과 작업 대상물 사이의 상대 위치 및 자세를 매우 정밀한 수준(거리 오차 ±1mm이내, 자세 오차 ±0.5°이내)에서 보정할 수 있게 한다.

또한 본 발명의 레이저 포인터를 이용한 방식은 고기술의 영상 처리 기술이 필요 없고 레이저 비젼센서와 같은 고가의 장비를 사용할 필요도 없기 때문에 기존의 방식에 비해 경제적이다.

또한 분진이나 스파크 등에 의한 오작동 우려가 거의 없다는 장점도 가지고 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅을 위한 로봇 대차의 측면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅을 위한 로봇 대차의 구성 및 자유도에 대한 설명도이다.

이에 도시된 바와 같이,

본 발명을 적용하기 위한 용접 로봇 시스템은, 용접로봇을 탑재하고 2축 주행 및 4축 조향기능을 구비하여 X, Y 방향 이동 및 YAW 각도 조정이 가능한 대차(10)와; 상기 대차(10)의 상부에 탑재되는 용접로봇(40)과; 상기 대차(10)의 상부에 설치되어 상기 용접로봇(40)의 베이스(30)를 5축 방향으로 이동시킬 수 있도록 하는 X, Y, Z 슬라이드 수단 및 X, Y 틸팅 수단으로 부가 5축 수단을 구비하고, 러그(1)가 설치되는 블록 바닥면(2)에 라인 타입 레이저를 주사하도록 X축 방향 제1,제3 레이저 포인터와 Y축 방향 제2, 제4레이저 포인터(100)가 설치되어 구성되며, 대차제어기(20) 및 로봇 제어기(50)가 대차(10)의 상부에 탑재되어 구성된다.

상기 4개의 레이저 포인터(100)는 모두 라인 타입으로서 두 쌍이 서로 마주보게 설치되고, 블록(2) 바닥면에 생성되는 레이저 포인터의 상(레이저 선분)은 오차가 보정되기 전에는 우물 정 자(井)형태를 띄도록 설치하는 것이다. 우물정자를 구성하는 4개의 라인의 간격 및 평행도가 로봇의 위치 및 자세의 오차를 나타낸다. 따라서 이를 보고 대차의 위치 및 자세를 보정하여 세팅하게 되는 것이다.

이와 같은 구성은 본 발명을 적용하기 위하여 2축 주행 및 4축 조향 기능을 구비한 대차(10)에 용접로봇(40)을 X, Y, Z 축 방향으로 슬라이드시키는 수단과 X, Y 방향으로 틸팅시키는 수단이 포함되고, 4개의 라인 타입 레이저 포인터(100)가 설치되어 구성되며, 대차 제어기(20)에서 작업자의 조작에 의거하여 상기 2축 주행 및 4축 조향각도 조절수단과, X, Y, Z 슬라이드 수단과 X, Y 틸팅 수단을 제어하여 러그와 대차간의 위치 및 자세 제어를 하도록 구성되는 것이다.

즉, 사용자는 4개의 레이저 포인터에 의해 투사된 레이저 선분을 보고 대차를 X, Y 방향으로 이동시킴과 아울러 X(Tx), Y(Ty), Z(Tz)방향 슬라이드 제어와, X(Rx), Y(Ry)방향 틸팅제어를 하여 러그(1)와 대차(10)간의 위치 및 자세 제어를 하는 것이다.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅 방법에 대한 설명도이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 레이저 포인터(100)에 의해 블록(2) 바닥면에 생성된 4개의 선분을 통해 러그(1)와 대차(10)의 상대 위치를 파악하여 대차를 X, Y축 방향으로 이동시켜 X, Y 거리를 보정하는 제 1 단계를 수행한다.

상기 4개의 레이저 포인터(100)는 각각 X축 방향 라인타입 2개(제1, 제3 레이저 포인터)와, Y축 방향 라인 타입 2개(제2, 제4레이저 포인터)로서 2쌍이 설치되고, 레이저 선분이 블록(2) 바닥면에 투사되게 하여 사용자가 이를 보고 러그(1)와 대차(10)의 거리 및 위치 조절을 한다. 즉, 제1레이저 포인터에 의한 레이저 선분과 러그(1) 사이의 간격을 보고 대차(10)를 X축 방향으로 이동시켜 X축에 대한 거리 보정을 하고, 이어서 제2레이저 포인터에 의한 레이저 선분과 러그(1) 사이의 거리를 보고 대차(10)를 Y축방향으로 이동시켜 Y축에 대한 거리 보정을 한다.

이어서 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 단계에 의해 X,Y거리 보정 후, 대차(10)의 부가 5축중 Z축 슬라이드 기능을 이용해 4개의 레이저 선분이 한 점에서 만나도록 용접 로봇(40)을 상하 슬라이드 시키는 제 2 단계를 수행한다.

상기 제 2 단계 완료 후, 도 5에 도시된 바와 같이, Y-틸팅 기능을 이용하여 4개의 레이저 선분중 종방향 선분 두개를 일치시키는 제 3 단계를 수행한다. 도 5에서 도시된 상태는 종방향 선분 2개가 일치된 형태는 아니지만 이를 일치되게 Y틸팅 기능을 조정한다.

상기 제 3 단계에서 종방향 두개의 선분이 일치된 상태에서 도 6에 도시된 바와 같이, X-틸팅 기능을 이용하여 횡방향 선분 두개를 평행하도록 제어하는 제4단계를 수행한다. 이때, 횡방향 선분 두개를 평행하게 만들면 일치되었던 종방향 선분 두개가 약간 벌어지게 되며, 평행도는 유지된다.

상기 제 4 단계에서 동일방향 선분들이 평행해진 상태에서 도 7에 도시된 바와 같이, Z축 슬라이드를 이용하여 4개의 선분이 한 점에서 만나도록 제어하여 러그와 대차간의 위치 및 자세를 세팅하는 제 5 단계를 수행한다.

이와 같은 방법으로 4개의 레이저 포인터에 의해 생성된 선분과 러그간의 거리 및 4개의 선분들에 의해 대차와 부가 5축을 조정하여 러그와 대차간 위치 및 자세를 세팅하게된다.

상기 제 5 단계에서 생성되는 교차점이 러그 용접 시작점과 일치하는 경우 현재 상태를 세팅하여 러그용접을 수행하면 된다.

만약, 상기 제 5 단계를 유지하도록 대차의 부가 5축을 세팅한 후, 레이저 포인터에 의해 만들어진 교차점이 러그 용접 시작점과 일치하도록 X,Y슬라이드기능을 이용해 용접 로봇을 움직여 자세 오차 보정중에 틀어진 위치 오차를 다시 보정해주는 제6단계를 더 수행한 후, 용접 준비를 완료하게 된다.

그리고 본 발명은 블록 바닥면과 용접 로봇 베이스면의 평행도가 ±0.5°이내를 유지하게 하고 위치오차는 ±1mm정도로 세팅한다.

본 발명은, 4개의 레이저 포인터 만을 이용하여 로봇과 러그의 상대 위치 및 자세가 작업에 필요한 자세로부터 틀어진 정도를 육안으로 손쉽게 파악할 수 있다.

4개의 레이저 포인터는 모두 라인 타입으로서 두 쌍이 서로 마주보게 설치되고, 블록 바닥면에 생성되는 레이저 포인터의 상은 오차가 보정되기 전에는 우물 정 자(井)형태를 띈다. 우물정자를 구성하는 4개의 라인의 간격 및 평행도가 로봇의 위치 및 자세의 오차를 나타낸다. 파악된 오차는 작업자가 용접 로봇 대차와 부가 5축(3-병진 축, 2-회전 축)을 수동 조작함으로써 극복할 수 있으며, 모든 오차가 극복되면 레이저 포인터의 상은 십자가 형태로 형성되게 되므로 작업자는 육안으로도 손쉽게 자세 및 위치 오차를 파악할 수 있게 된다.

로봇과 러그의 상대 거리와 각도가 용접 조건에서 설정한 값과 동일하지 않을 경우 용접 불량으로 이어지기 때문에 로봇 셋팅의 정밀성은 매우 중요하며, 생산성을 고려하면 세팅 속도의 중요성도 간과할 수 없다. 이러한 조선소 현장의 상황에 본 기법의 정밀성과 간단한 조작성의 장점이 부합된다.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅을 위한 로봇 대차의 측면도.

도 2는 본 발명에 의한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅을 위한 로봇 대차의 구성 및 자유도 설명도.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 의한 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세의 세팅 방법 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 러그 2 : 블록 바닥면

10 : 대차 20 : 대차 제어기

30 : 용접로봇 베이스 40 : 용접 로봇

50 : 로봇 제어기 100 : 레이저 포인터

Claims (4)

1. 삭제
2. 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법에 있어서,

   용접 로봇을 탑재하는 대차에 상기 용접 로봇을 5축 방향으로 이동시킬 수 있도록 하는 X, Y, Z 슬라이드 수단과 X, Y 틸팅 수단으로 부가 5축 구비하고, 러그가 설치되는 블록 바닥면에 라인타입 레이저를 주사하도록 X축방향 제1,제3 레이저 포인터와, Y축 방향 제2,제4 레이저 포인터를 설치하여 블록 바닥면에 주사된 4개의 레이저 선분에 의거하여 대차의 부가 5축을 제어하여 위치 및 자세를 보정하되,

   상기 4개의 레이저 포인터에 의해 블록 바닥면에 생성된 4개의 선분을 통해 러그와 대차의 상대 위치를 파악하여 X, Y축 방향으로 이동시켜 X,Y 거리를 보정하는 제1단계와;

   상기 제1단계에 의해 X,Y거리 보정 후, 대차의 Z축 슬라이드 기능을 이용해 4개의 레이저 선분이 한 점에서 만나도록 용접 로봇을 상하 슬라이드 시키는 제2단계와;

   상기 제2단계 완료 후, Y-틸팅 기능을 이용하여 4개의 레이저 선분중 종방향 선분 두개를 일치시키는 제3단계와;

   상기 제3단계에서 종방향 두개의 선분이 일치된 상태에서 X-틸팅 기능을 이용하여 횡방향 선분 두개를 평행하도록 제어하는 제4단계와;

   상기 제4단계에서 동일방향 선분들이 평행해진 상태에서 Z축 슬라이드를 이용하여 4개의 선분이 한 점에서 만나도록 제어하여 러그와 대차간의 위치 및 자세를 세팅하는 제5단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제5단계를 유지하도록 대차의 부가 5축을 세팅한 후, 레이저 포인터에 의해 만들어진 교차점이 러그 용접 시작점과 일치하도록 X,Y슬라이드기능을 이용해 용접 로봇을 움직여 자세 오차 보정중에 틀어진 위치 오차를 다시 보정해주는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법.
4. 제 2 항에 있어서, 블록 바닥면과 용접 로봇 베이스면의 평행도가 ±0.5°이내를 유지하게 하고 위치오차는 ±1mm 이내로 세팅하는 것을 특징으로 하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법.

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