KR101609160B1 - 용접로봇을 이용한 자동용접 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일면에 의하면, 다관절 아암(22)을 지닌 용접로봇(20)을 이용하여 대상물(10)에 대한 용접을 수행하는 장치에 있어서: 상기 용접로봇(20)의 용접툴(25)에 전원을 공급하는 용접전원제어기(30); 상기 용접툴(25)의 작업 상태에 대한 신호를 생성하는 용접상태검출수단(40); 및 상기 용접상태검출수단(40)의 신호를 입력하여 불량을 판단하고 보완을 수행하는 자동용접제어기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 용접로봇 기반의 자동용접을 수행하는 과정에서 불량점을 인식하여 저장하고 해당 위치로 이동하여 보완을 수행하므로 생산성과 품질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

용접로봇을 이용한 자동용접 장치{Apparatus for automatic welding using robot}

본 발명은 용접로봇을 이용한 자동용접에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 용접을 수행하는 과정에서 불량점을 인식하여 저장하고 보완을 수행할 수 있는 용접로봇을 이용한 자동용접 장치에 관한 것이다.

용접로봇은 자동차 제조업을 비롯한 각종 산업분야에서 그 활용도가 점차 증대되고 있다. 예컨대 차체 생산라인의 패널소재를 용접하는 공정에서 스폿용접로봇을 이용한 전기 저항 용접이 보편적으로 수행된다. 용접로봇 공정의 경우에도 생력화에 의한 생산성 향상과 더불어 품질 유지가 중요한 관건이 된다.

이와 관련되는 선행특허로서 본 출원인에 의한 한국 등록특허공보 제1258170호 외에, 한국 등록특허공보 제0278454호 등이 알려져 있다.

전자의 선행특허에 의하면 스폿용접로봇의 전극캡을 실시간으로 관찰하고, 관찰되는 전극캡이 손상된 경우에는 이를 즉각적으로 경고하여 전극캡의 손상으로 인한 불량용접이 발생하는 경우에는 즉각적으로 이를 보수하여 생산성을 크게 향상시키고 전극캡이 손상된 상태에서 스폿용접이 수행되어 불량용접된 차체 패널에 이를 명확하게 표시하여 제품의 신뢰성을 크게 향상한다.

후자의 선행특허는 로봇으로 용접을 진행하는 중에 문제가 될 수 있는 용접조건을 로봇제어기로 모니터링하는 모니터링단계와, 상기 어떤 문제로 작업이 정지되었는지를 상위제어기로 알리는 알림단계와, 상기 상위제어기에서 돌발된 문제를 해결하여 상기 로봇제어기에 문제를 인식시키고 용접로봇이 용접을 재진행하도록 하는 재진행단계로 구성된다. 이에 따라, 작업 인력이 감소될 뿐만 아니라 용접 비드의 연속성을 유지하여 용접 품질을 향상시키는 효과를 기대한다.

그러나, 상기의 선행특허에 의하면 용접로봇에 의한 작업시 전극캡을 관찰하거나 문제점을 모니터링하면서 진행함을 요지로 하므로 결국 용접불량이 발생한 부분에 대한 보완작업을 반자동 내지 수작업으로 처리하는 한계성을 보인다.

1. 한국 등록특허공보 제1258170호 "스폿용접로봇의 용접상태 화상감지장치"(공개일자 : 2013. 5. 2.) 2. 한국 등록특허공보 제0278454호 "로봇을 이용한 용접방법"(공개일자 : 2000. 2. 7.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 용접을 수행하는 과정에서 불량점을 인식하여 저장하고 해당 위치로 이동하여 보완을 수행하므로 생산성과 품질 저하를 방지할 수 있는 용접로봇을 이용한 자동용접 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 다관절 아암을 지닌 용접로봇을 이용하여 대상물에 대한 용접을 수행하는 장치에 있어서: 상기 용접로봇의 용접툴에 전원을 공급하는 용접전원제어기; 상기 용접툴의 작업 상태에 대한 신호를 생성하는 용접상태검출수단; 및 상기 용접상태검출수단의 신호를 입력하여 불량을 판단하고 보완을 수행하는 자동용접제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접상태검출수단은 용접부분의 영상을 생성하는 카메라, 용접부분의 전원과 형상을 검출하는 센서, 용접 상태를 표시하는 디스플레이를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 자동용접제어기는 용접로봇과 용접전원제어기에 연결되는 입출력부와, 입출력부의 신호로 용접불량을 판단하는 불량판정부와, 용접툴의 이동 경로를 연산하는 경로연산부와, 불량 용접부분에 대한 재용접을 수행하는 보완처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 용접로봇과 자동용접제어기를 이용하여 대상물에 대한 용접을 수행하는 방법에 있어서: (a) 용접 상태를 검출하여 불량 여부를 판단하는 단계; 및 (b) 용접 상태에 불량이 발생하면 해당정보를 저장하고 불량보완을 위한 서브루틴을 수행하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (b)의 불량보완 서브루틴은 불량이 발생한 시점 또는 용접이 종료된 시점 중 하나를 선택하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 용접로봇 기반의 자동용접을 수행하는 과정에서 불량점을 인식하여 저장하고 해당 위치로 이동하여 보완을 수행하므로 생산성과 품질 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동용접 장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 자동용접 장치의 회로 구성을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 자동용접 방법을 나타내는 플로우차트

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일면은 다관절 아암(22)을 지닌 용접로봇(20)을 이용하여 대상물(10)에 대한 용접을 수행하는 장치에 관하여 제안한다. 자동차 차체 생산라인에서 패널소재 용접 공정의 경우 용접로봇(20)은 스폿용접을 위한 용접툴(25)을 구비한다. 용접툴(25)은 적용되는 용접법에 따라 전극, 토치 등을 탑재할 수 있다. 용접로봇(20)의 다관절 아암(22)은 대상물(10)에 대한 용접툴(25)의 자세를 다축으로 변동하는 구조이다. 물론 본 발명은 스폿용접을 대상으로 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 상기 용접로봇(20)의 용접툴(25)에 전원을 공급하는 용접전원제어기(30)를 구비한다. 스폿용접을 비롯한 전기저항 용접은 용접전원제어기(30)를 이용하여 초기 입력조건으로 전류, 저항, 통전시간 등을 입력한다. 용접전원제어기(30)는 대상물(10)과 용접로봇(20)의 종류에 따라 용접툴(25)에 인가되는 전원을 공급한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접툴(25)의 작업 상태에 대한 신호를 생성하는 용접상태검출수단(40)을 구비한다. 용접상태검출수단(40)은 적용되는 용접법에 따라서 다소 다르게 적용될 수 있으나, 대상물(10)의 용접부분에 대한 균열, 용입부족, 슬래그 혼입, 기공 등의 결함을 검출한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 용접상태검출수단(40)은 용접부분의 영상을 생성하는 카메라(42), 용접부분의 전원과 형상을 검출하는 센서(44), 용접 상태를 표시하는 디스플레이(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 카메라(42)는 CCD 카메라와 적외선 카메라를 사용하며, 설치 위치는 아암(22)의 단부가 적절하지만 용접로봇(20)과 이격될 수도 있다. 센서(44)는 용접부분의 전원 변동을 검출하는 홀센서, 융착부(비드)의 형상을 검출하는 레이저센서, 용접팁을 비롯한 용접부분의 온도를 검출하는 온도센서, 가압력을 검출하는 압력센서 등에서 선택하여 설치한다. 이에 더하여 후술하는 자동용접제어기(50) 또는 별도로 구비되는 디스플레이(46)를 통한 검출도 병행한다. 디스플레이(46)는 단지 용접부분의 영상 정보 외에 용접 상태에 대한 데이터도 표시한다.

한편, 용접상태검출수단(40)은 냉각수 온도, 용접팁 오염에 따른 저항변화 등을 검출하는 구성을 추가할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 상기 용접상태검출수단(40)의 신호를 입력하여 불량을 판단하고 보완을 수행하는 자동용접제어기(50)를 구비한다. 자동용접제어기(50)는 부분적으로 PLC, 릴레이 등을 포함하지만 마이크로프로세서와 메모리를 지니는 마이콤 회로를 기반으로 한다. 자동용접제어기(50)의 메모리는 용접 조건, 불량 판단 조건 등에 대한 제반 정보를 저장하는 데이터베이스 역할도 한다. 자동용접제어기(50)는 기본적으로 용접로봇(20)의 다관절 아암(22)에 대한 자세도 제어한다. 자동용접제어기(50) 외에 용접로봇(20)의 조건 입력과 감시를 위한 교시조작기(도시 생략)를 더 구비할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 자동용접제어기(50)는 용접로봇(20)과 용접전원제어기(30)에 연결되는 입출력부(52)와, 입출력부(52)의 신호로 용접불량을 판단하는 불량판정부(54)와, 용접툴(25)의 이동 경로를 연산하는 경로연산부(56)와, 불량 용접부분에 대한 재용접을 수행하는 보완처리부(58)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 입출력부(52)는 용접로봇(20)과 용접전원제어기(30)에 대한 입출력 신호를 변환 처리하는 인터페이스 회로로 구성한다. 불량판정부(54), 경로연산부(56), 보완처리부(58)는 메모리의 일부로 구성하거나 외부의 장치(도시 생략)에 탑재하여 통신으로 처리할 수 있다.

불량판정부(54)는 용접상태검출수단(40)에서 입력되는 각종 신호를 분석하여 용접 결함을 판단하는 알고리즘을 구현한다. 예컨대, 용접 전류가 설정 범위를 벗어나는지, 용접 비드의 치수가 설정 범위를 벗어나는지 판단한다. 이외에 그러한 용접 결함이 자동이나 수작업으로 수정 가능한 정도인지 수정이 불가능한 정도인지에 대한 판단도 수행한다.

경로연산부(56)는 대상물(10)에 대응하여 설정된 용접툴(25)의 이동 경로를 연산하는 알고리즘을 구현한다. 경로연산부(56)는 대상물(10)에 대하여 설정된 정상적인 용접 경로를 연산하는 동시에 용접 결함이 발생한 부분에 대한 새로운 이동 경로를 연산할 수도 있다. 예컨대, 대상물(10)의 일면과 반대측의 타면에서 용접 결함이 발생하면 용접툴(25)의 신속한 이동 경로를 생성한다.

보완처리부(58)는 용접 결함이 발생한 위치에 이동하여 설정된 재작업을 수행하는 알고리즘을 구현한다. 보완처리부(58)의 재작업에 대한 세부적인 사항은 용접 결함에 따라 기설정되어 저장된 정보를 활용한다. 용접툴(25)을 사용하여 수정할 수 없는 작업에 대한 정보도 저장하고 출력한다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 청구항 1의 용접로봇(20)과 자동용접제어기(50)를 이용하여 대상물(10)에 대한 용접을 수행하는 방법에 관하여 제안한다. 용접 방법은 자동용접제어기(50)의 메모리에 탑재되는 알고리즘에 따라 크게 단계 (a)와 단계 (b)로 구분되어 수행된다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 단계 (a)는 용접 상태를 검출하여 불량 여부를 판단하는 과정으로 진행된다. 자동용접제어기(50)는 용접상태검출수단(40)을 통하여 용접 상태를 실시간으로 검출하고(S10), 설정된 조건을 벗어나는 용접 불량이 발생하는지 판단한다(S20). 용접 불량이 발생하지 않으면 설정된 경로로 용접을 진행하고(S30), 모든 경로의 용접이 완료되었는지 판단하여(S40), 상기 과정을 반복하거나 용접을 종료한다.

본 발명에 따른 단계 (b)는 용접 상태에 불량이 발생하면 해당정보를 저장하고 불량보완을 위한 서브루틴을 수행하는 과정으로 진행된다. 만일 단계 S20에서 용접 불량이 발생된 것으로 판단되면, 불량 위치와 종류에 해당하는 정보를 저장하고(S50), 불량보완을 위하여 설정된 서브루틴을 수행한다(S70). 불량보완 서브루틴은 전술한 경로연산부(56)와 보완처리부(58)와 연계된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (b)의 불량보완 서브루틴은 불량이 발생한 시점 또는 용접이 종료된 시점 중 하나를 선택하여 수행하는 것을 특징으로 한다. 전술한 단계 S20에서 용접 불량이 발생되면 해당 정보를 저장한 후(S50) 우선처리 여부를 확인하는 과정을 거친다(S60). 우선처리가 필요한 경우 정상적인 용접을 중단하고 불량보완 서브루틴을 수행하지만(S70), 우선처리가 필요하지 않은 경우 전술한 단계 S30으로 진행하여 설정된 경로로 용접을 진행하여 종료된 시점에서 불량보완 서브루틴을 실행한다(S80).

물론 수정이 불가능한 용접 결함으로 판단되면 해당 정보를 저장한 후(S50) 우선처리를 하지 않고(S60) 설정된 경로로 용접을 진행한다(S30).

이때, 본 발명은 용접부분의 상태 외에 용접팁의 상태도 검출하고 드레싱을 자동을 수행하도록 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명은 용접의 정상/비정상 상태를 무선 통신으로 전송하며, 비정상 상태가 발생한 경우 시각적/청각적 경보를 발생하고 그 상태를 저장한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 대상물 20: 용접로봇
22: 아암 25: 용접툴
30: 용접전원제어기 40: 용접상태검출수단
42: 카메라 44: 센서
46: 디스플레이 50: 자동용접제어기
52: 입출력부 54: 불량판정부
56: 경로연산부 58: 보완처리부

Claims (5)

1. 다관절 아암(22)을 지닌 용접로봇(20)을 이용하여 대상물(10)에 대한 용접을 수행하는 장치에 있어서:
   상기 용접로봇(20)의 용접툴(25)에 전원을 공급하는 용접전원제어기(30);
   상기 용접툴(25)의 작업 상태에 대한 신호를 생성하는 용접상태검출수단(40); 및
   상기 용접상태검출수단(40)의 신호를 입력하여 불량을 판단하고 보완을 수행하는 자동용접제어기(50);를 포함하여 이루어지되,
   상기 용접상태검출수단(40)은 용접부분의 영상을 생성하는 카메라(42), 용접부분의 전원과 형상을 검출하는 센서(44), 용접 상태를 표시하는 디스플레이(46)를 구비하고,
   상기 자동용접제어기(50)는 용접로봇(20)과 용접전원제어기(30)에 연결되는 입출력부(52)와, 입출력부(52)의 신호로 용접불량을 판단하는 불량판정부(54)와, 용접툴(25)의 이동 경로를 연산하는 경로연산부(56)와, 불량 용접부분에 대한 재용접을 수행하는 보완처리부(58)를 구비하며,
   상기 경로연산부(56)는 용접 결함이 발생한 부분에 대한 새로운 이동 경로의 연산을 선택적으로 수행하고,
   상기 자동용접제어기(50)는 불량보완 서브루틴을 탑재하여 불량이 발생한 시점 또는 용접이 종료된 시점 중 하나를 선택하여 수행하는 것을 특징으로 하는 용접로봇을 이용한 자동용접 장치.
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