KR101595253B1 - 용접로봇의 용접품질 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접로봇의 용접품질 향상방법에 관한 것으로, 컨테이너선에서 피팅콘을 용접하기 위해 용접로봇을 이송하는 과정에서 발생되는 충격과 변형에 의해 용접 정밀도가 떨어지는 것을 방지하기 위한 용접로봇의 용접품질 향상방법에 있어서; 용접로봇을 포함하는 로봇카트에 구비된 터치센서를 이용하여 실제 용접시와 동일한 방식으로 용접로봇을 움직여 용접 패스 포인트를 찾고, 이를 파일로 저장하는 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계; 상기 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계를 통해 찾은 실제 용접 패스 포인트에 맞춰 용접카트를 움직이면서 용접로봇을 통해 용접하는 용접작업 실행단계; 용접된 용접부위의 품질을 판단하여, 품질불량이면 원점 캘리브레이션 후 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계로 피드백되고, 정상범위이면 해당 용접을 종료하는 용접품질 이상유무 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 용접품질 향상방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 용접 패스 포인트를 조그 방식으로 찾아 저장하지 않고, 실제 용접 이전에 터치센서로 직접 찾기 때문에 용접로봇의 이송중 충격 변형에 의해 다소 정밀도가 떨어지더라도 비교적 정확한 실 용접이 가능하여 작업시간을 줄이고 용접품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

용접로봇의 용접품질 향상방법{A method of Improving weld quality of mobile robot}

본 발명은 용접로봇의 용접품질 향상방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접패스 포인트를 터치센서에 의해 얻어서 실제 용접하고자 하는 작업파일명으로 파일을 저장하므로 시간 소모를 줄이고 균일한 용접품질을 유지할 수 있도록 개선된 용접로봇의 용접품질 향상방법에 관한 것이다.

화물을 운송하는데 사용되는 선박으로 컨테이너선이 있으며, 컨테이너선에는 화물을 싣고 운반할 수 있도록 화물창을 구비하고 있다.

이때, 화물창은 통상적으로 컨테이너를 수용할 수 있는 공간을 말하며, 경우에 따라서는 천연가스 등을 운반하는 LNG선은 물론 해상에 설치되는 해양구조물의 화물창까지를 포함하는 개념으로 확장되기도 한다.

이러한 컨테이너선에는 의장품으로 피팅콘(Fitting Cone)이라고 불리는 부재가 다수개 용접 고정된다.

피팅콘은 용접로봇을 통해 자동 용접되는데, 종래에는 도 1의 예시와 같이 캐드 데이터(CAD data)를 기준으로 조그(JOG)를 동작시켜 용접 패스 포인트를 찾아 수정한 후, 용접 작업파일을 편집하고, 그 정보에 따라 용접작업을 실행하며, 용접품질에 이상이 있는지 여부를 확인한 다음 이상이 있다면 원점 캘리브레이션을 수행하고 이상이 없으면 해당 용접을 종료한 후 다음 피팅콘 용접을 위해 이동하게 된다.

이때, 조그 동작으로 수정해야 하는 이유는 통상 피팅콘의 사용자좌표계(User Coordinates)를 피팅콘의 정중앙을 기준으로 잡는데, 후술하는 바와 같은 변이에 의해 정확한 위치를 잡을 수 없으므로 수정작업이 필요하다.

여기에서, 용접로봇의 정밀도 변이가 발생하는 이유는 다음과 같다.

예컨대, 용접을 위해 용접로봇을 선체 블록에 투입할 때 운반용 박스에 용접로봇을 넣고 크레인으로 리프팅시켜 이송하게 되는데, 용접로봇의 특성상 무게를 가볍게 만들어야 하므로 상대적으로 내구성이 취약하여 크레인으로 이송되는 도중 충격에 의해 용접로봇의 기구부가 뒤틀리는 현상이 발생하여 용접 정밀도를 떨어뜨리는 현상을 초래한다.

뿐만 아니라, 선체 블록상에서 용접할 때에도 1베이 용접이 끝나면 다음 베이로 용접로봇을 이동시켜야 하는데, 이때에는 공간제약상 작업자가 수동으로 옮기게 된다.

하지만, 공간제약의 문제로 용접로봇을 몇개의 부품으로 분해하여 옮기도록 되어 있어 분해, 조립, 이송을 위해 파지하거나 들어 올리고 내릴 때의 힘과 충격에 의해 정밀도에 영향을 미치는 부품들이 변형 또는 변이됨으로써 용접불량을 야기하는 큰 요인이 되기도 한다.

다시 말해, 용접로봇은 로봇카트를 타고 이동하면서 용접하게 되는데, 로봇카트에는 용접로봇, 용접로봇을 제어하고 모션지령을 내리는 제어기, 용접부재의 위치를 감지하는 터치센서를 포함하며, 도 2의 예시와 같이 용접해야 하는 패스 포인트(P101,P102,.....)들은 캐드 데이터를 활용하여 피팅콘의 사용자좌표계를 기준으로 패스 포인트를 저장하게 된다. 이때, 저장되는 파일명은 job file이 된다.

그리하여, 실제 작업이 시작되면 터치센서를 통해 피팅콘의 정중앙 사용자좌표계를 찾은 뒤 캐드 데이터로 반영한 패스 포인트대로 용접하게 된다.

그러나, 상술한 여러 이유로 인해 정밀도에 문제가 생기거나 혹은 철구조물과 부딪히거나 등의 이유로 인해 정확한 패스 포인트로 이동하지 못할 경우 조그 동작을 통해 용접 패스 포인트를 다시 입력해 줘야 한다.

이러한 수정 보완 작업은 시간(2-3시간 정도 소요됨)을 많이 소요시키며, 용접 품질을 떨어뜨리는 원인이 된다. 즉, 정밀도가 떨어질 때 마다 조그라는 수동작업을 통해 용접 패스 포인트를 찾고 저장해야 하므로 작업시간이 많이 걸리게 된다.

1. 등록특허 제0762364호(2007.09.20)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 정밀도가 떨어질 때 마다 조그를 통해 새롭게 용접 패스 포인트를 찾아 저장하는 방식을 배제하고, 터치센서를 이용하여 실제 용접할 패스 포인트를 찾아 작업파일로 저장한 후 해당 패스 포인트 대로 용접하도록 함으로써 작업시간을 단축하고, 용접 정밀도를 높일 수 있도록 한 용접로봇의 용접품질 향상방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 컨테이너선에서 피팅콘을 용접하기 위해 용접로봇을 이송하는 과정에서 발생되는 충격과 변형에 의해 용접 정밀도가 떨어지는 것을 방지하기 위한 용접로봇의 용접품질 향상방법에 있어서; 용접로봇을 포함하는 로봇카트에 구비된 터치센서를 이용하여 실제 용접시와 동일한 방식으로 용접로봇을 움직여 용접 패스 포인트를 찾고, 이를 파일로 저장하는 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계; 상기 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계를 통해 찾은 실제 용접 패스 포인트에 맞춰 용접카트를 움직이면서 용접로봇을 통해 용접하는 용접작업 실행단계; 용접된 용접부위의 품질을 판단하여, 품질불량이면 원점 캘리브레이션 후 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계로 피드백되고, 정상범위이면 해당 용접을 종료하는 용접품질 이상유무 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 용접품질 향상방법을 제공한다.

이때, 상기 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계는 용접 패스 포인트 생성과정과, 용접 목표점 생성과정으로 이루어지되, 상기 용접 패스 포인트 생성과정은 터치센서를 통해 터치 포인트를 찾아 메모리에 저장하고, 저장된 결과값을 제어기가 사용자좌표계 기준으로 변환하며, 변환된 파일을 타겟 포인트 파일로 저장한 후 엑스포트하는 과정으로 이루어지고; 상기 용접 목표점 생성과정은 용접 패스 포인트값을 읽어 들인 후 조인트 앵글을 적용하여 용접 패스 포인트의 오프셋 값을 설정하고, 오프셋 값을 반영하여 용접 패스 포인트로부터 얼마나 틸트되었는지 등에 관한 쉬프트 밸류값을 계산한 후 이 쉬프트 밸류값을 반영하여 최종적으로 용접할 실제 용접 패스 포인트를 산정하는 과정;으로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 메모리에 저장하는 터치 포인트는 각 패스 포인트들에 대해 용접로봇이 실제 용접할 때와 동일한 자세로 터치하여 터치되는 순간의 용접로봇 조인트 앵글(angle)을 메모리에 저장하는 형태로 이루어지고; 상기 사용자좌표계 변환은 피팅콘의 중심점을 기준으로 설정된 사용자좌표계와 맞도록 좌표값을 변환하는 형태로 이루어지며; 상기 엑스포트는 용접 목표점 생성과정에서 용접 목표점을 정확하게 찾기 위해 계산하기 위한 연산기로 용접 패스 포인트값을 송신하는 형태로 이루어지는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 용접 패스 포인트를 조그 방식으로 찾아 저장하지 않고, 실제 용접 이전에 터치센서로 직접 찾기 때문에 용접로봇의 이송중 충격 변형에 의해 다소 정밀도가 떨어지더라도 비교적 정확한 실 용접이 가능하여 작업시간을 줄이고 용접품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 용접로봇의 피팅콘 용접예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 설정방법을 보인 예시적인 플로우챠트이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 설정방법의 구체적인 설정예를 보인 예시도이다.

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

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 기존처럼 캐드 데이터와 조그(JOG) 방식으로 용접 패스 포인트를 편집 저장하지 않고, 실제 현장에서 용접하기에 앞서 "Search Path Point"라는 용접 패스 포인트만 전문적으로 찾는 작업파일을 별도로 작성하고, 이 작업파일을 이용하여 실제 용접에서 사용할 용접 패스 포인트 데이터를 생성하도록 구성된다.

때문에, 용접로봇이 이송중 외부충격 등 여러가지 이유로 인해 다소 정밀도가 떨어지더라도 "Search Path Point" 작업파일을 실행시켜 우수한 용접 품질을 얻을 수 있고, 용접 패스 포인트 수정작업에 따른 작업시간을 단축시키는 장점이 있다.

즉, 본 발명에 따르면 기존에는 2-3시간 정도 걸리던 수정작업시간이 10분 이내로 단축되는 효과를 얻을 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 용접로봇의 용접품질 향상방법은 도 3의 예시와 같이, 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계(S100), 용접작업 실행단계(S200), 용접 후 품질 이상여부를 판단하여 이상이 있으면 원점 캘리브레이션 후 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계(S100)로 피드백되고 이상이 없을 경우 해당 용접을 종료하는 용접품질 이상유무 판단단계(S300)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계(S100)는 용접 패스 포인트 생성과정과, 용접 목표점 생성과정으로 이루어진다.

먼저, 상기 용접 패스 포인트 생성과정을 살펴보면, 도 4 및 도 5에 예시된 바와 같이, 터치센서를 통해 터치 포인트를 찾아 메모리에 저장하고, 저장된 결과값을 제어기가 사용자좌표계 기준으로 변환하며, 변환된 파일을 타겟 포인트 파일(*.dat)로 저장한 후 엑스포트(EXPORT)하는 과정으로 이루어진다.

여기에서, 메모리에 저장하는 터치 포인트는 도 5의 예시와 같이, 각 패스 포인트(P101,P102,....P401,P402...)들에 대해 용접로봇이 실제 용접할 때와 동일한 자세로 터치하여 터치되는 순간의 용접로봇 조인트 앵글(angle)을 메모리에 저장하는 형태로 이루어진다.

이는 용접로봇을 크레인으로 옮기거나 혹은 충격이 가해진 경우, 용접 패스 포인트를 다시 찾고자 할 때 사용자가 실행함으로써 이루어지는데, 이를 테면 "Search Path Point" 작업파일을 실행함으로써 진행될 수 있다.

또한, 사용자좌표계 변환은 피팅콘의 중심점을 기준으로 설정된 사용자좌표계와 맞도록 좌표값을 변환하는 과정이다.

뿐만 아니라, 엑스포트(EXPORT)는 용접 목표점 생성과정에서 용접 목표점을 정확하게 찾기 위해 계산하기 위한 연산기로 용접 패스 포인트값을 송신하는 과정이다.

그리고, 상기 용접 목표점 생성과정은 도 6의 도시와 같이, 용접 패스 포인트값을 읽어 들인 후 조인트 앵글을 적용하여 용접 패스 포인트의 오프셋 값을 설정하고, 오프셋 값을 반영하여 용접 패스 포인트로부터 얼마나 틸트되었는지 등에 관한 쉬프트 밸류값을 계산한 후 이 쉬프트 밸류값을 반영하여 최종적으로 용접할 실제 용접 패스 포인트를 산정하는 과정이다.

이렇게 하여, 실제 용접할 패스 포인트가 산정되면, 이후 용접작업 실행단계(S200), 용접 후 품질 이상여부를 판단하여 이상이 있으면 원점 캘리브레이션 후 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계(S100)로 피드백되고 이상이 없을 경우 해당 용접을 종료하는 용접품질 이상유무 판단단계(S300)를 수행하여 용접하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 용접경로 설정방법을 적용하게 되면 용접로봇의 운반과 관련하여 발생되는 용접 정밀도 불량을 해소하기 위한 수정작업이 10분 이내로 단축되어 종래 2-3시간씩 걸리던 것이 아주 짧아지기 때문에 비용과 시간을 절약하고, 생산성을 높이는데 일조하게 된다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 컨테이너선에서 피팅콘을 용접하기 위해 용접로봇을 이송하는 과정에서 발생되는 충격과 변형에 의해 용접 정밀도가 떨어지는 것을 방지하도록 용접로봇을 포함하는 로봇카트에 구비된 터치센서를 이용하여 실제 용접시와 동일한 방식으로 용접로봇을 움직여 용접 패스 포인트를 찾고, 이를 파일로 저장하는 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계; 상기 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계를 통해 찾은 실제 용접 패스 포인트에 맞춰 용접카트를 움직이면서 용접로봇을 통해 용접하는 용접작업 실행단계; 용접된 용접부위의 품질을 판단하여, 품질불량이면 원점 캘리브레이션 후 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계로 피드백되고, 정상범위이면 해당 용접을 종료하는 용접품질 이상유무 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 용접품질 향상방법에 있어서;
   상기 용접 패스 포인트 서치 작업파일 실행단계는 용접 패스 포인트 생성과정과, 용접 목표점 생성과정으로 이루어지되,
   상기 용접 패스 포인트 생성과정은 터치센서를 통해 터치 포인트를 찾아 메모리에 저장하고, 저장된 결과값을 제어기가 사용자좌표계 기준으로 변환하며, 변환된 파일을 타겟 포인트 파일로 저장한 후 엑스포트하는 과정으로 이루어지고;
   상기 용접 목표점 생성과정은 용접 패스 포인트값을 읽어 들인 후 조인트 앵글을 적용하여 용접 패스 포인트의 오프셋 값을 설정하고, 오프셋 값을 반영하여 용접 패스 포인트로부터 얼마나 틸트되었는지 등에 관한 쉬프트 밸류값을 계산한 후 이 쉬프트 밸류값을 반영하여 최종적으로 용접할 실제 용접 패스 포인트를 산정하는 과정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용접로봇의 용접품질 향상방법.
   
3. 청구항 2에 있어서;
   상기 메모리에 저장하는 터치 포인트는 각 패스 포인트들에 대해 용접로봇이 실제 용접할 때와 동일한 자세로 터치하여 터치되는 순간의 용접로봇 조인트 앵글(angle)을 메모리에 저장하는 형태로 이루어지고;
   상기 사용자좌표계 변환은 피팅콘의 중심점을 기준으로 설정된 사용자좌표계와 맞도록 좌표값을 변환하는 형태로 이루어지며;
   상기 엑스포트는 용접 목표점 생성과정에서 용접 목표점을 정확하게 찾기 위해 계산하기 위한 연산기로 용접 패스 포인트값을 송신하는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 용접품질 향상방법.

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