KR101714458B1 - 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법 - Google Patents

레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법 Download PDF

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Abstract

레이저 거리센서를 이용하여 용접비드를 인식하는 방식으로 비 용접부위나 용접보류 부위를 자동으로 검출할 수 있도록 한 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법에 관한 것으로서, (a) 용접 로봇을 용접부 근처로 이동하는 단계; (b) 제어기에서 용접 토치를 로봇 좌표 기준 아래 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치에 장착된 터치 센서를 이용하여 터치를 수행하여 바닥면을 감지하는 단계; (c) 바닥면이 감지되면 이동 방향의 반대 방향으로 제1거리만큼 후퇴하는 단계; (d) 상기 로봇 좌표 기준으로 용접 토치를 전진시키면서 터치를 수행하여 벽면을 감지하는 단계; (e) 벽면이 감지되면 상기 전진 방향의 반대방향으로 제2거리만큼 후퇴하는 단계; (f) 상기 (e)단계 후 툴(용접 토치) 좌표 기준으로 위 방향으로 제3거리만큼 이동하는 단계; (f) 상기 (e)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 좌우 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치의 끝단 와이어 돌출 방향과 동일한 방향으로 오프셋 거리만큼 이격 설치된 레이저 거리센서를 이용하여 거리를 측정하는 단계; 및 (g) 상기 (f)단계의 측정 거리를 기준으로 용접 비드 또는 가접부 또는 용접보류 부위를 자동으로 인식하는 단계로 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 구현한다.

Description

레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법{Welding hold the position detection method using the laser distance sensor}
본 발명은 레이저 거리 센서(LDS: laser distance sensor)를 이용한 용접보류 위치 검출에 관한 것으로, 특히 레이저 거리센서를 이용하여 용접비드를 인식하는 방식으로 비 용접부위나 용접보류 부위를 자동으로 검출할 수 있도록 한 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박블록 건조시 각각의 선박블록을 용접으로 결합한다. 이때, 용접 자동화를 구현하기 위해 수 미터(m)에서 수십 미터에 이르기까지의 긴 용접 선을 여러 대의 용접 로봇이 분할하여 용접한다. 용접자동화를 위해 용접할 위치를 찾아내는 것은 매우 중요하다.
용접 로봇을 통해 자동 용접을 수행한 상태에서, 블록 분할에 대비하여 용접 보류 부분을 찾게 되는데, 이때 작업자가 투입되어 육안으로 용접 상태를 확인하여, 용접보류 부분을 찾아낸다. 이후 용접보류 부분의 추가 작업은 전량 수동작업이나 캐리지를 이용하여 직접 작업자가 용접을 하거나, 용접 로봇을 직접 교시하여 용접 보류 부분을 용접한다.
하기의 <특허문헌 1> 에 용접 로봇을 이용하여 을 수행하는 종래 기술이 개시되었다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 갠트리 로봇의 위빙(weaving) 설정된 횟수가 될 때까지 지정된 샘플링 시간마다 아크 전류를 검출하여 비드 검출 기준 값을 산출하고, 매 위빙 시 발생되는 아크 전류 값과 비드검출 기준 값을 비교하고, 그 비교결과에 따라 용접 비드 유무를 검출한다.
이러한 구성을 통해 용접수행 시 발생하는 아크 전류를 이용하여 용접비드의 존재 여부를 확인하기 때문에, 시간이 절약되고, 별도의 시스템이 없이 소프트웨어의 실행만으로 간단하게 용접비드 부분을 검출한다.
대한민국 공개특허 특1998-069422호(1998.10.26. 공개)(발명의 명칭: 용접비드 감지방법)
그러나 상기와 같은 종래기술은 용접 비드를 검출하는 방법으로서, 이미 용접을 실행한 상태에서 다시 용접 보류 부분을 찾아내는 것은 불가능한 단점이 있다.
또한, 기존 용접 보류가 있는 작업 부위를 작업자가 육안으로 확인하여, 전량 수동작업이나 캐리지를 이용하여 작업하는 문제는 작업자의 근골격계 문제 및 열악한 작업환경으로 능률이 저하되는 단점이 있었다.
또한, 용접 보류나 중단부위를 로봇을 이용하여 다시 작업하기 위해서는 작업자가 직접 해당 부위를 용접 로봇에 교시해주어야 하는 불편함도 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 레이저 거리센서를 이용하여 용접비드를 인식하는 방식으로 비 용접부위나 용접보류 부위를 자동으로 검출할 수 있도록 한 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 비 용접 부위나 용접 보류 부분을 용접 로봇이 자동으로 인식함으로써, 용접의 전자동화를 구현할 수 있어 작업능률과 생산성 향상을 도모할 수 있는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법은 (a) 용접 로봇에 마련된 용접 토치를 소정 각도로 고정한 상태에서, 용접부 근처로 이동하는 단계; (b) 용접 토치를 로봇 좌표 기준 아래 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치에 장착된 터치 센서를 이용하여 터치를 수행하여 바닥면을 감지하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 터치 결과 바닥면이 감지되면 이동 방향의 반대 방향으로 제1거리만큼 후퇴하는 단계; (d) 상기 (c)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 용접 토치를 전진시키면서 상기 터치 센서를 이용하여 터치를 수행하여 벽면을 감지하는 단계; (e) 상기 (d)단계의 터치 결과 벽면이 감지되면 전진 방향의 반대방향으로 제2거리만큼 후퇴하는 단계; (f) 상기 (e)단계 후 툴(용접 토치) 좌표 기준으로 위 방향으로 제3거리만큼 이동하는 단계; (g) 상기 (f)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 좌우 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치의 끝단 와이어 돌출 방향과 동일한 방향으로 오프셋 거리만큼 이격 설치된 레이저 거리센서를 이용하여 거리를 측정하는 단계; (h) 상기 (g)단계의 측정 거리를 기준으로 용접 비드 또는 가접부 또는 용접보류 부위를 자동으로 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제1거리 및 제2거리는 49.5mm인 것을 특징으로 한다.
상기에서 제3거리는 30mm인 것을 특징으로 한다.
상기에서 오프셋 거리는 30mm인 것을 특징으로 한다.
상기에서 (g)단계는 하기의 수식을 이용하여 측정 거리(L)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
L(mm) = (100 + 70) - 측정치
여기서 100은 용접 토치에 설치되는 레이저 거리센서의 길이 방향 설치 거리(mm)이고, 70은 바닥면과 벽면 간에 형성된 모서리로부터 용접 토치의 끝단이 이격된 거리(mm)를 의미한다.
상기에서 (h)단계는 측정 거리가 4mm 초과하면 용접 비드로 인식하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (h)단계는 측정 거리가 2mm를 초과하고 4mm 이하이면 가접부로 인식하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (h)단계는 측정 거리가 2mm 이하이면 용접 보류 없음으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 레이저 거리센서를 이용하여 용접비드를 인식하는 방식으로 비 용접부위나 용접보류 부위를 용접 로봇이 자동으로 검출할 수 있어, 용접의 전자동화를 구현할 수 있으며, 이로 인해 작업능률과 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 용접 로봇의 사시도,
도 2는 본 발명에 적용되는 레이저 거리센서(LDS)를 용접 로봇의 용접 토치(툴)에 장착한 예시도,
도 3은 본 발명에 따른 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 보인 흐름도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 용접 로봇이 용접 비드를 검출하는 과정 예시도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에서 가접부와 용접부(용접비드)의 형태 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 보인 흐름도이다.
본 발명에 따른 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법은 (a) 용접 로봇(10)에 마련된 용접 토치(11)를 소정 각도로 고정한 상태에서, 용접부 근처로 이동하는 단계(S101); (b) 용접 토치(11)를 로봇 좌표 기준 아래 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치(11)에 장착된 터치 센서(14)를 이용하여 터치를 수행하여 바닥면(22)을 감지하는 단계(S102 ~ S103); (c) 상기 (b)단계의 터치 결과 바닥면(22)이 감지되면 이동 방향의 반대 방향으로 제1거리만큼 후퇴하는 단계(S104); (d) 상기 (c)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 용접 토치(11)를 전진시키면서 상기 터치 센서(14)를 이용하여 터치를 수행하여 벽면(21)을 감지하는 단계(S105 ~ S106); (e) 상기 (d)단계의 터치 결과 벽면(21)이 감지되면 전진 방향의 반대방향으로 제2거리만큼 후퇴하는 단계(S107); (f) 상기 (e)단계 후 툴(용접 토치) 좌표 기준으로 위 방향으로 제3거리만큼 이동하는 단계(S108); (g) 상기 (f)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 좌우 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치(11)의 끝단 와이어 돌출 방향과 동일한 방향으로 오프셋 거리만큼 이격 설치된 레이저 거리센서(13)를 이용하여 거리를 측정하는 단계(S109); (h) 상기 (g)단계의 측정 거리를 기준으로 용접 비드 또는 가접부 또는 용접보류 부위를 자동으로 인식하는 단계(S110 ~ S117)를 포함한다.
이러한 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법은 용접 로봇 내에 구비된 제어기에서 소프트웨어적으로 구현한다.
상기에서 제1거리 및 제2거리는 49.5mm이며, 상기 제3거리는 30mm이고, 오프셋 거리는 30mm이다. 이렇게 설정한 각각의 거리는 실시 예에 불과하며, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 로봇 운용자나 작업자에 의해 상기 각각의 거리는 가변하여 설정할 수 있다.
상기에서 (g)단계는 하기의 수식을 이용하여 측정 거리(L)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112015111836190-pat00001
여기서 100은 용접 토치(11)에 설치되는 레이저 거리센서(13)의 길이 방향 설치 거리(mm)이고, 70은 바닥면(22)과 벽면(21) 간에 형성된 모서리로부터 용접 토치(11)의 끝단이 이격된 거리(mm)를 의미한다.
상기에서 (h)단계는 측정 거리가 4mm를 초과하면 용접 비드로 인식하고, 상기 측정 거리가 2mm를 초과하고 4mm 이하이면 가접부로 인식하며, 상기 측정 거리가 2mm 이하이면 용접 보류 없음으로 인식하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 레이저 거리 센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법을 첨부한 도면 도 1 내지 도 5b를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명은 완전 용접 자동화를 구현하기 위해서, 용접 로봇(10)에서 가접부 및 용접 비드를 자동으로 인식한다.
이를 위해 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 터치 방식으로 위치를 감지하는 터치 센서(14)에 부가적으로 거리 측정을 위한 레이저 거리 센서(13)를 상기 용접 토치(11)의 끝단 와이어(12)의 돌출 방향과 동일한 방향(와이어를 기준으로 z 방향)으로 오프셋(offset) 거리만큼 이격되게 레이저 거리센서(13)를 장착하고, 거리 측정을 통해 가접부 및 용접 비드를 인식한다. 여기서 레이저 거리센서(13)의 설치 길이 방향은 와이어 z 방향으로 100mm 정도 떨어진 곳에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 오프셋(offset) 거리는 와이어(12) 기준으로 x 방향으로 30mm 정도 떨어진 거리를 의미한다.
도 1에서 상단의 x, y, z는 툴(용접 토치)(11)을 기준으로 하는 좌표이고, 하단의 x, y, z는 용접 로복을 기준으로 하는 로봇 좌표이다.
먼저, 단계 S101에서 용접 로봇(10)을 용접부 근처로 이동시킨다. 여기서 용접 로봇(10)에 마련된 용접 토치(11)는 45°로 설정된 것으로 가정한다. 용접부 근처로 용접 로봇(10)을 이동시키는 방식은 작업자가 교시조작기를 이용하여 용접 로봇(10)을 제어하여, 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 용접부 근처로 이동은 용접 토치(11)의 끝 단에 마련된 터치 센서(14)를 이용하여 전진하면서 터치가 이루어지면, 그 터치 점을 기준으로 뒤로 70mm 정도 이동하여 용접부 근처로 설정할 수 있다.
다음으로, 용접 로봇(10)이 용접부 근처로 이동한 상태에서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 단계 S102에서, 용접 토치(11)를 로봇 좌표 기준 아래 방향(-z 방향)으로 이동하면서 상기 용접 토치(11)에 장착된 터치 센서(14)를 이용하여 터치를 수행하여 바닥면(22)을 감지한다. 상기 터치를 수행하는 결과 단계 S103과 같이 바닥면(22)이 감지되면, 단계 S104에서 그 감지된 위치로부터 상기 이동 방향의 반대 방향(로봇 좌표 기준 +z 방향)으로 미리 설정된 제1거리(예를 들어, 49.5mm)만큼 후퇴한다.
이어, 단계 S105에서 상기 로봇 좌표 기준으로 용접 토치(11)를 전진시키면서(로봇 좌표 기준 +x 방향) 상기 터치 센서(14)를 이용하여 터치를 수행하여 벽면(21)을 감지한다. 이후, 단계 S106과 같이 벽면(21)이 감지되면, 단계 S107에서 상기 전진 방향의 반대방향(로봇 좌표 기준 -x)으로 제2거리(예를 들어, 49.5mm)만큼 후퇴한다.
이어, 도 4b에 도시한 바와 같이, 단계 S108에서 툴(용접 토치) 좌표 기준으로 위 방향(툴 좌표 기준 x 방향)으로 제3거리(예를 들어, 30mm)만큼 이동한다. 다음으로, 단계 S109에서 상기 로봇 좌표 기준으로 좌우 방향(로봇 좌표 기준으로 y 방향)으로 이동하면서 상기 용접 토치(11)의 끝단 와이어 돌출 방향과 동일한 방향으로 오프셋 거리만큼 이격 설치된 레이저 거리센서(13)를 이용하여 거리를 측정한다.
예컨대, 측정 거리(L)를 상기 [수학식 1]을 이용하여 산출한다.
다음으로, 단계 S110에서 상기 측정 거리(L)와 용접 비드를 감지하기 위해 미리 설정된 용접비드 감지거리(예를 들어, 4mm)를 비교하여, 상기 측정 거리(L)가 상기 용접 비드 감지거리(4mm)를 초과하면(L > 4mm) 단계 S111로 이동하여 용접 비드로 인식한다. 도 5b는 용접 비드의 상태를 도시한 것이다.
아울러, 상기 단계 S110의 확인 결과 상기 측정 거리(L)가 상기 용접 비드 감지거리(4mm) 이하이면, 단계 S112로 이동하여 상기 측정 거리(L)와 미리 설정된 가접부 감지거리(예를 들어, 2mm - 4mm)를 비교한다. 상기 비교 결과 상기 측정 거리(L)가 상기 가접부 감지거리(2m - 4mm)의 범위에 속하면, 단계 S113으로 이동하여 현재 위치는 가접부라고 인식한다. 도 5a는 가접부의 상태를 도시한 것이다.
또한, 상기 비교 결과 상기 측정 거리(L)가 상기 가접부 감지거리(2m - 4mm)의 범위에 속하지 않으면, 단계 S115로 이동하여 상기 측정 거리(L)와 용접 보류 없음을 판단하기 위해 미리 설정된 용접부위 판단거리(예를 들어, 2mm 이하)를 비교하여, 상기 측정 거리(L)가 상기 용접부위 판단거리 이하이면(L < 2mm), 단계 S116으로 이동하여 용접 보류 부위가 없는 것으로 인식한다.
이와는 달리 상기 측정 거리(L)가 상기 용접부위 판단거리 이하가 아니면, 단계 S117로 이동하여 추가로 확인할 용접 선이 존재하는지를 확인하여, 추가로 확인할 용접 선이 존재하면 상기 단계 S101로 이동하고, 추가로 확인할 용접 선이 존재하지 않으면 작업을 종료하게 된다.
이와 같이 본 발명은 용접 로봇에서 자동으로 용접 보류 부위, 미용접부위를 자동으로 인식할 수 있으므로, 전자동화 개념을 실행할 수 있어, 작업능률과 생산성을 매우 향상시킬 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 용접 로봇을 이용하여 용접 비드를 자동으로 인식하는 기술에 적용된다.
10: 용접 로봇
11: 용접 토치
12: 와이어
13: 레이저 거리 센서
14: 터치 센서

Claims (8)

  1. 레이저 거리센서를 이용하여 용접보류 위치를 자동으로 인식하기 위한 방법으로서,
    (a) 용접 로봇에 마련된 용접 토치를 소정 각도로 고정한 상태에서, 용접부 근처로 이동하는 단계;
    (b) 용접 로봇 전체 동작을 제어하는 제어기에서 상기 용접 토치를 로봇 좌표 기준 아래 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치에 장착된 터치 센서를 이용하여 터치를 수행하여 바닥면을 감지하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계의 터치 결과 바닥면이 감지되면 이동 방향의 반대 방향으로 제1거리만큼 후퇴하는 단계;
    (d) 상기 (c)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 용접 토치를 전진시키면서 상기 터치 센서를 이용하여 터치를 수행하여 벽면을 감지하는 단계;
    (e) 상기 (d)단계의 터치 결과 벽면이 감지되면 전진 방향의 반대방향으로 제2거리만큼 후퇴하는 단계;
    (f) 상기 (e)단계 후 툴(용접 토치) 좌표 기준으로 위 방향으로 제3거리만큼 이동하는 단계;
    (g) 상기 (f)단계 후 상기 로봇 좌표 기준으로 좌우 방향으로 이동하면서 상기 용접 토치의 끝단 와이어 돌출 방향과 동일한 방향으로 오프셋 거리만큼 이격 설치된 레이저 거리센서를 이용하여 거리를 측정하는 단계; 및
    (h) 상기 (g)단계의 측정 거리를 기준으로 용접 비드 또는 가접부 또는 용접보류 부위를 자동으로 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
  2. 청구항 1에서, 상기 제1거리 및 제2거리는 49.5mm인 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
  3. 청구항 1에서, 상기 제3거리는 30mm인 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
  4. 청구항 1에서, 상기 오프셋 거리는 30mm인 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
  5. 청구항 1에서, 상기 (g)단계는 하기의 수식을 이용하여 측정 거리(L)를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
    L(mm) = (100 + 70) - 측정치
    여기서 100은 용접 토치에 설치되는 레이저 거리센서의 길이 방향 설치 거리(mm)이고, 70은 바닥면과 벽면 간에 형성된 모서리로부터 용접 토치의 끝단이 이격된 거리(mm)를 의미한다.
  6. 청구항 1에서, 상기 (h)단계는 측정 거리가 4mm 초과하면 용접 비드로 인식하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
  7. 청구항 1에서, 상기 (h)단계는 측정 거리가 2mm를 초과하고 4mm 이하이면 가접부로 인식하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.
  8. 청구항 1에서, 상기 (h)단계는 측정 거리가 2mm 이하이면 용접 보류 없음으로 인식하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리센서를 이용한 용접보류 위치 검출방법.


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KR20200020496A (ko) 2018-08-17 2020-02-26 대우조선해양 주식회사 조선블록의 보류부 용접비드 인식방법
CN112355438A (zh) * 2020-10-13 2021-02-12 绍兴汉立工业自动化科技有限公司 一种用于集装箱波纹焊的机器人自动焊接工艺
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KR19980069422A (ko) 1997-02-28 1998-10-26 이대원 용접비드 감지방법

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