KR101754732B1

KR101754732B1 - 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치 및 이를 구비한 용접장치

Info

Publication number: KR101754732B1
Application number: KR1020150151216A
Authority: KR
Inventors: 김명진
Original assignee: 주식회사휴비스
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: KR20170050114A

Abstract

본 발명은 스팟용접용 용접건의 전극팁에 대해 선단면 직경 크기, 오염 또는 파손 여부, 연마상태, 정렬상태 및 가압력을 확인하여 전극팁의 적합여부를 검사하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치 및 이를 구비한 용접장치에 관한 것으로서, 전극팁을 안착한 이후 상하 전극팁 선단의 사이에 배치한 미러를 이용하여 가시광 및 레이저빔으로 전극팁 선단을 조명하고 미러를 이용하여 가시광 영상 및 레이저빔 영상을 획득하며, 기시광 영상으로 전극팁 선단의 오염 또는 파손부위를 검출하고, 레이저빔 영상으로 전극팁 선단면의 직경을 검출하고, 동시에 가압력을 측정하고, 전극팁을 안착시키기 이전에 전극팁의 정렬상태를 검사하는 것도 가능하며, 검사 결과를 실시간 모니터링할 수 있게 구성된다.

Description

실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치 및 이를 구비한 용접장치{INSPECTION APPARATUS CAPABLE OF REAL-TIME MONITORING FOR ELECTRODE TIP OF WELDER AND WELDING SYSTEM WITH INSPECTION APPARATUS}

본 발명은 스팟용접용 용접건의 전극팁에 대해 선단면 직경 크기, 오염 또는 파손 여부, 연마상태, 정렬상태 및 가압력을 확인하여 전극팁의 적합 여부를 검사하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치 및 이를 구비한 용접장치에 관한 것이다.

스팟 용접(spot welding)은 용접모재를 겹쳐 놓고, 용접하려는 부위를 한쌍의 전극으로 가압하면서 국부적인 고전류를 흘려주어, 용접모재의 겹쳐진 부위를 저항으로 인해 발생하는 열에너지로 용융시켜 접합하는 용접이다. 이러한 스팟 용접은 용접 작업이 간단하고 녹이나 열에 의한 용접모재의 변형도 잘 일어나지 않아 자동차 차체 라인 및 다양한 제품의 생산 현장에서 널리 사용되고 있다.

도 1은 일반적으로 사용되는 스팟 용접용 용접건(1)의 예시도면으로서, 중심축이 일치하도록 서로 마주하며 간격 조절이 가능한 한쌍의 생크(1a, shank)와, 각각의 생크(1a)의 단부에 탈착 가능하게 장착하는 전극 팁(2)을 구비하여서, 생크(1a)와 전극팁(2)으로 구성되는 전극으로 스팟 용접하게 되어 있다.

그리고, 전극팁(2)의 선단면(2a)은 평평한 원형이고, 선단면(2a)에서 시작하여 외주연을 향해 점차 직경이 커지는 호면(2b)이 형성된다. 이러한 전극팁(2)의 선단 형상 중에 특히 선단면(2a)의 직경은 용접 품질을 크게 좌우한다. 또한, 용접 공정을 반복 수행함에 따라 전극팁(2)의 선단이 산화피막 등의 이물질에 의해 오염 또는 파손되거나 원래의 선단면 직경의 크기가 확대되면 용접 품질을 크게 저하시킨다.

이에, 전극팁(2)의 선단을 정면에서 촬영한 영상을 이용하여 검사하고, 검사결과에 따라 불량일 시에 팁드레서로 연마하며, 연마 이후에도 전극팁 선단을 검사하여 적합하게 연마되었을 시에 용접공정에 투입되게 한다.

일반적으로, 선단면(2a)의 직경 크기뿐만 아니라 오염 및 파손 부위도 함께 검사하기 위해서 전극팁 선단 전체를 고르게 조명하며 촬영하고, 촬영하여 얻은 이미지에서 선단면(2a)의 윤곽을 검출하여 선단면(2a) 직경의 접합 여부를 판정하고, 색밝기 차이 또는 색농도 차이로 검출하는 오염 및 파손 부위의 크기에 따라 적합 여부를 판정한다.

하지만, 이러한 방법으로 전극팁 선단을 촬영하여 얻는 이미지에는 선단면(2a)의 윤곽이 선명하게 나타나지 아니하므로 선단면 직경을 정확한 값으로 얻기 어렵다.

한편, 전극팁 선단면의 직경 크기를 정확하게 얻기 위해서 두 방향의 측면에서 촬영하여 선단면 직경을 측정할 수 있으나, 제조공정에서는 가능하면 용접로봇의 활동에 간섭을 주지 않아야 한다.

용접장치는 용접건(1)을 암(arm)에 장착하여 용접 위치로 이동시킨 후 용접건(1)으로 용접하게 하는 용접로봇, 용접건(1)에 필요한 용접 전류를 공급하는 전류 공급장치, 용접건(1)의 전극 온도를 낮추기 위한 냉각수 공급장치, 전극팁의 연마를 위한 팁드레서, 용접로봇의 동작, 용접 전류의 공급, 냉각수의 순환, 전극팁 연마 등 용접공정 전반을 제어하는 용접 컨트롤러, 용접 컨트롤러에 의해 제어되는 용접 상황을 각종 센서의 이용으로 모니터링하며 용접 공정 및 용접 품질을 관리하는 모니터링 장치를 포함한다.

이에, 전극팁 검사장치는 용접장치에 간섭되지 않는 설치 위치에 설치하되 특히 용접로봇의 거동에 간섭되지 않는 설치 위치에 최소한의 크기로 구성하여 설치하여야 한다. 이에, 전극팁 선단을 정면에서 촬영하여 얻는 이미지로 전극팁 선단의 형상을 정확하게 얻는 것이 좋다.

KR 10-1393755 B1 2014.05.02.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 전극팁 선단의 오염 및 파손 부위를 검출하면서 선단면의 직경을 더욱 정확하게 검출함과 동시에 가압력을 측정하며, 최소한의 크기로 제작 가능하여 용접로봇에 의해 용접공정이 이루어지는 현장에서 용접로봇의 활동에 간섭을 주지 않게 설치 사용할 수 있는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치 및 이를 구비한 용접장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치에 있어서, 용접건에 상호 마주하게 장착된 한쌍의 전극팁을 선단의 테두리측을 상하 홀에 걸쳐지게 안착하여 적어도 전극팁의 선단면이 내부를 바라보게 한 본체; 수광 축이 상하 홀 사이를 잇는 연직선과 직교하게 본체의 내부에 수용한 카메라; 상하 홀 사이를 향해 가시광을 조사하는 가시광 광원; 상하 홀 사이를 향해 레이저빔을 조사하는 레이저 광원; 상하 홀 사이에 배치되어 가시광 및 레이저빔을 상하 홀에 안착된 전극팁 선단에 조사되도록 반사하고, 전극팁 선단의 영상을 반사하여 카메라에 촬상되게 하는 미러; 카메라로 촬상된 영상 중에 가시광 영상으로부터 전극팁 선단의 오염 또는 파손 부위를 검출하고, 레이저빔 영상으로부터 전극팁 선단면의 직경을 검출하여, 전극팁 선단의 불량여부를 판정하는 컨트롤러;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 미러는 회전 가능하게 설치된 하나의 미러로 구성되어 상하 홀 방향의 영상을 교대로 카메라에 촬상되게 함을 특징으로 한다.

상기 카메라의 수광 축 상에 하프 미러를 장착하고 상기 가시광 광원의 가시광을 하프 미러에 반사시켜 상기 미러를 향해 조사되게 하여서, 가시광의 광축과 상기 카메라의 수광 축을 일치시키는 동축 조명으로 됨을 특징으로 한다.

상기 레이저 광원은 라인빔을 조사하고, 상기 컨트롤러는 카메라로 촬영된 레이저빔 영상으로부터 광삼각법에 의해 전극팁 선단면의 직경을 검출함을 특징으로 한다.

상기 레이저 광원에서 조사하는 라인빔은 2개의 평행한 라인빔이며, 상기 컨트롤러는 카메라로 촬영된 레이저빔 영상에서 2개의 라인빔을 검출하여 전극팁 선단면의 테두리에서 꺾이는 4개의 포인트로부터 전극팁 선단면의 테두리 윤곽을 획득한 후 전극팁 선단면의 직경을 검출함을 특징으로 한다.

상기 2개의 평행한 라인빔은 하나의 레이저 광원으로부터 방사되는 하나의 라인빔을 반투명 미러에 비스듬히 조사하여 2개의 평행한 라인빔으로 반사된 후 상기 미러에 조사시킨 것임을 특징으로 한다.

상기 컨트롤러는 전극팁 선단이 홀에 안착하기 이전에 상기 미러를 회전시키며 상하 전극팁 선단의 가시광 영상을 획득하게 제어하고, 획득한 양측 전극팁 선단의 가시광 영상으로부터 전극팁의 정렬상태에 대해 불량여부를 판정함을 특징으로 한다.

전극팁 선단이 안착되는 상하 홀은 각각 눌림에 의해 스트레인게이지를 가압하는 판재에 형성하여, 전극팁의 가압력을 스트레인게이지로 측정함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 전극팁 선단을 가시광 및 레이저빔으로 조명하며 촬영하여 가시광 영상으로 오염 또는 파손 부위를 검출하고, 레이저빔 영상으로 전극팁 선단면의 직경을 검출하므로, 가시광 영상으로 선단면 직경을 검출할 때보다는 적은 오차로 고정밀의 선단면 직경을 검출할 수 있다.

또한, 본 발명은 상하 전극팁에 대한 가시광 영상 및 레이저빔 영상을 하나의 미러 및 하나의 카메라를 이용하여 촬영하므로, 컴팩트한 크기로 제작 가능하다.

또한, 본 발명은 정확한 선단면 직경을 얻기 위해서, 2개의 라인빔으로 조명하되, 하나의 레이저빔 광원을 이용하므로, 크기 증가 없이 정확한 선단면 직경을 얻을 수 있다.

또한, 상하 전극팁의 선단 사이의 거리를 일반적으로 대략 30mm로 정한 기준에서 전극팁의 선단을 검사하여야 하는 검사 조건 하에서는 선단면에 적절한 조명을 비추는 것이 어려우나, 본 발명은 동축 조명과 미러에 의해 조명이 선단면에 정반사되는 원리를 이용하므로, 선명한 영상을 얻어, 오염 또는 파손 부위를 정확하게 검출할 수 있다.

도 1은 스팟 용접건의 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치의 외형 사시도.
도 3은 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치의 사용 상태도로서, 전극팁(2)을 검사 블록(11)의 홀(12,13)에 안착하기 이전의 도면(a)과 전극팁(2)을 검사 블록(11)의 홀(12,13)에 안착한 상태의 도면(b).
도 4는 미러(50)를 회전시키기 위한 이동체(53)를 분리하여 도시한 전극팁 검사장치의 외형 사시도(a)와, 본체(10)를 제거한 상태의 전극팁 검사장치의 사시도(b).
도 5는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치의 내부 측면도.
도 6은 도 5에서 미러(50)를 시계방향으로 90°회전시킨 상태의 내부 측면도.
도 7은 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치의 내부 상면도.
도 8은 레이저빔이 반투명 미러(31)에 입사될 시의 반사광을 설명하기 위한 도면.
도 9는 카메라(40)로 촬영한 레이저빔 영상의 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 용접장치의 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시한 전극팁 검사장치의 사용 상태도로서 전극팁을 안착하기 이전의 도면(a)과 전극팁을 안착한 상태의 도면(b)이 도시되어 있다.

도 4는 본체(10)의 내부에 수용된 구성요소 및 미러(50)를 회전시키기 위한 구성요소를 보여주는 도면으로서, 미러(50)를 회전시키기 위한 이동체(53)를 분리하여 도시한 전극팁 검사장치의 외형 사시도(a)와, 본체(10)를 제거한 상태로 도시하여 검사 블록(11)을 포함한 본체(10)의 내부에 수용된 구성요소를 보여주는 사시도(b)가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 전극팁 검사장치는 용접건에 상호 마주하게 장착된 한쌍의 전극팁으로 용접모재을 상하에서 가압하며 용접하는 동작처럼 동작시키며 전극팁의 선단을 검사하는 장치로서, 전극팁의 선단면(2a) 직경, 선단 오염 또는 파손, 가압력 및 정렬상태를 검사할 수 있으며, 이를 위해서, 가시광 광원(20), 레이저 광원(30), 카메라(40) 및 구동실린더(60)를 내부공간에 수용하고 검사 블록(11)을 전방으로 돌출되게 일체화한 본체(10)와, 본체(10)에 수용하거나 또는 장착된 구성요소의 동작을 제어하는 컨트롤러(70)를 포함하여 구성된다.

상기 검사 블록(11)은 상하 홀(12, 13)이 서로 연직방향으로 마주하게 조성되고, 내부공간이 본체(10)의 내부공간에 수평방향으로 이어지며, 상하 홀(12, 13) 사이에는 미러(50)가 배치된 구성요소이다.

여기서, 상하 홀(12, 13)은 용접건(1)에 상호 마주하게 장착된 한쌍의 전극팁(2) 선단의 테두리측을 걸쳐지게 안착하는 홀이며, 전극팁(2)의 선단 중에 적어도 선단면(2a)이 내부공간을 향해 노출되게 한다. 즉, 상부측 전극팁의 선단이 상부 홀(12)에 안착되고 하부측 전극팁의 선단이 상부 홀(13)에 안착되면, 각각의 전극팁(2)에서 선단면(2a)의 테두리측 부위인 호면(2b)의 일부가 홀(12, 13)에 접촉하여 걸리므로, 선단면(2a)끼리는 검사 블록(11)의 내부공간을 통해 상호 마주하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 상하 홀(12, 13)을 가압하며 안착되는 전극팁(2)의 가압력을 측정하기 위해서, 상하 홀(12, 13)은 스트레인게이지(15)를 4개 모퉁이에 개재한 상태로 검사 블록(11)의 상하면에 설치하는 판재(14)에 관통홀 형상으로 형성하고, 전극팁 선단이 안착될 시의 가압력을 스트레인게이지(15)로 측정하게 하였다. 물론, 판재(14)에 형성한 홀(12, 13)의 위치에 맞게 검사 블록(11)에 홀이 조성된다. 여기서, 스트레인게이지(15)로 감지한 가압력은 컨트롤러(70)에 전달되며, 컨트롤러(70)는 판재(14)의 4개 모퉁이에 가해지는 가압력에 따라 판재(14)의 중앙에 조성한 홀(12, 13)에 가압하며 안착되는 전극팁(2)의 가압력을 얻을 수 있게 된다.

상기 미러(50)는 상하 홀(12, 13) 사이의 중간에 배치되되, 반사면을 본체(10)의 내부공간을 향하는 방향과 상향 45°및 하향 45°로 경사지게 조절하도록 회전축(51)에 의해 회전 가능하게 배치된다.

상기 미러(50)는 다음과 같이 구동실린더(60)에 의해서 회전한다.

검사 블록(11)의 측면에는 구동실린더(60)에 의해 전후진하는 이동체(53)가 장착되고, 이동체(53)의 전방 단부에는 검사 블록(11)의 측면에 조성한 리밋용 홀(52)을 관통한 후 미러(50)의 일측면(미러를 고정하고 회전축을 설치하여 회전 가능한 블록의 일측면)에 조성한 핀 홀(55)에 여유있게 끼워지는 연결핀(54)이 마련된다.

여기서, 리밋용 홀(52)은 상기 미러(50)의 회전범위를 상향 45°와 하향 45°사이의 범위로 제한하도록 전후방향으로 길게 조성한 홀이다. 그리고, 핀 홀(55)은 회전축(51)보다는 아래 또는 위에 조성하고 연결핀(54)의 직경보다 상하로 길게 형성하여 전후진 운동으로 미리(50)를 회전시킬 수 있게 한다.

구동실린더(60)는 예를 들면 공압실린더나 아니면 유압실린더로 구성할 수 있다.

이와 같이 구성함으로써, 구동실린더(60)를 가동시켜 연결핀(54)을 리밋용 홀(52)의 일측 단부에 걸리게 한 후 리밋용 홀(52)의 타측 단부에 걸리게 하면, 상기 미러(50)는 본체(10)의 내부공간을 바라보는 방향과 상향 45°의 각도로 기울어진 후 하향 45°의 각도로 기울어지게 된다.

이에, 상부 홀(12)에 안착되는 전극팁 선단의 영상과 하부 홀(13)에 안착되는 전극팁 선단의 영상은 번갈아가며 상기 미러(50)에 반사되어 상하 홀 사이를 잇는 연직선과 직교하는 본체(10) 내부공간을 향해 입사된다. 여기서, 상기 미러(50)에 의한 반사에 따르면, 입사각이 45°이고 반사각이 45°로 되어, 입사광의 축과 반사광의 축 사이의 사잇각은 90°로 된다.

본체(10)의 내부공간에 수용되는 가시광 광원(20), 레이저 광원(30) 및 카메라(40)에 대해서는, 도 4와 하기의 도 5,6,7를 참조하며 설명한다.

도 5 및 도 6은 전극팁 검사장치의 내부 측면도로서, 도 5는 미러(50)를 상향 45°로 회전시킨 상태의 도면이고, 도 6은 도 5에 도시한 상태에서 미러(50)를 시계방향으로 90°회전시켜 하향 45°방향을 향하게 한 도면이다. 도 7은 전극팁 검사장치의 내부 상면도이다.

상기 카메라(40)는 수광 축(카메라에 입사되는 광의 축)이 상하 홀(12, 13) 사이를 잇는 연직선과 직교하게 본체(10)에 수용되어서, 미러(50)에 의해 90°로 꺽여 입사되는 전극팁 선단의 영상을 촬영한다.

상기 가시광 광원(20)은 상하 홀(12, 13) 사이의 중간을 향해 가시광을 조사하므로, 가시광은 미러(50)에 반사된 후 전극팁 선단을 조명한다. 이와 같이 조명함으로써, 전극팁 선단의 영상이 미러(50)에 반사되어 카메라(40)에 의해 선명하게 촬상된다.

본 발명의 실시예에서는 카메라(40)에 촬영되는 영상의 광축(수광 축)과 45°기울어지게 한 하프 미러(21, half mirror)를 설치하여 하프 미러(21)의 반사면의 법선과 카메라(40)의 수광축이 45°사잇각을 갖게 하고, 가시광 광원(20)이 일측방향에서 하프 미러(21)를 향해 45°입사각으로 조사하게 함으로써, 미러(50)을 향해 조사하는 가시광의 광축과, 미러(50)에 반사되어 카메라(40)에 촬영되는 가시광 영상의 광축을 동축으로 하는 동축 조명을 적용한다. 즉, 상기 하프 미러(21)에 의해서 전극팁 선단을 조명하기 위한 광학계와 전극팁 선단을 촬영하기 위한 광학계의 광축이 동일하게 된다.

이와 같이 동축 조명을 적용함으로써, 전극팁 선단에서 평평한 표면에 반사되는 빛은 정반사되어 카메라(40)에 밝게 촬상되고, 흠집이 있거나 오염된 부위의 경계선 및 에지(Edge)는 난반사되어 카메라(40)에 어둡게 촬상되므로, 흠집, 오염부위 및 에지를 선명하게 인지할 수 있는 가시광 영상을 얻을 수 있다. 또한, 동축 조명을 적용함으로써 선명한 가시광 영상을 얻기 위한 가시광 광원(20)을 간소화하여 협소한 공간에 설치할 수 있고, 이에, 본체(10)를 작게 제작할 수 있는 이점을 갖는다.

상기 레이저 광원(30)은 상하 홀(12, 13) 사이의 중간을 향해 레이저빔을 방사하여, 방사한 레이저빔이 미러(50)에 반사된 후 전극팁 선단을 조사하게 한다. 이에, 전극팁 선단에 반사된 레이저빔이 미러(50)에 반사된 후 카메라(40)에 촬상된다.

즉, 본 발명에 따르면, 상기 미러(50)는 가시광 광원(20)의 가시광 및 레이저 광원(30)의 레이저빔을 반사시켜 전극팁 선단에 조사되게 하고, 전극팁 선단에 반사된 가시광 및 레이저빔을 반사시켜 카메라(40)에 촬상되게 함으로써, 전극팁 선단에 대한 가시광 영상과 레이저빔 영상을 얻을 수 있다.

상기 레이저 광원(30)은 레이저빔을 이용한 광삼각법(optical triangulation method)에 의해 전극팁 선단의 형상을 검출함으로써 전극팁 선단면(2a)의 직경을 얻기 위한 것으로서, 카메라(40)를 구성하는 광학계의 광축(카메라로 촬영하는 영상의 광축)에서 벗어난 위치에서 상기 미러(50)를 향해 조사하므로, 전극팁 선단 중에 선단면(2a)에 입사되는 레이저빔의 입사각과 전극팁 선단면(2a)에 반사되는 레이저빔의 반사각 사이에 '0'이 아닌 사잇각이 존재하게 된다.

광삼각법을 이용한 3차원 형상측정 방식의 기본적인 기술은 측정 대상물에 입사되는 광과 반사되는 광 사이에 사잇각이 있게 하여, 표면의 높낮이에 따라 수광계의 촬상면에 맺히는 상의 위치가 바뀌게 되는 것을 이용한다.

이에, 상기한 바와 같이 레이저빔을 조사함으로써, 전극팁의 선단에서 선단면과 선단면에 이어지는 호면 사이의 경계를 선명하게 구분할 수 있는 영상을 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 레이저빔을 라인빔(또는 슬릿빔)으로 하였다.

그런데, 하나의 라인빔을 사용하는 경우, 라인빔이 전극팁 선단면(2a)의 중심을 정확하게 지나가게 조사하여야 하므로, 라인빔의 조사방향에 대한 교정(calibration)을 정밀하게 수행하여야 하는 어려움이 있고, 교정을 정밀하게 수행한 이후 실제 사용하는 중에도 오차가 발생할 수도 있다. 또한, 전극팁 선단면의 직경을 얻기 위해 십자형 레이저빔을 조사하거나 또는 2개의 레이저 광원(30)을 사용하는 경우 본체(10)의 부피 증가가 수반된다.

이에, 본 발명에서는 상기 레이저 광원(30)에서 하나의 라인빔을 조사하되, 미러(50)에 반사되어 전극팁 선단에 조사되는 라인빔은 2개의 평행한 라인빔으로 되게 한다.

이를 위해서, 카메라(40)의 수광 축에 설치한 하프 미러(21)의 일측 근방에 반투명 미러(31, semitransparent mirror)를 배치하고, 하나의 레이저 광원(30)으로부터 방사되는 하나의 레이저빔을 반투명 미러(31)에 비스듬히 조사되게 한 후 반투명 미러(31)에 반사되어 상기 미러(50)를 향하게 하였다.

반투명 미러(31)는 빛이 입사되는 전면 및 배면측에서 각각 가시적으로 충분히 인지할 수 있는 반사광이 발생하는 특성을 갖고 있으며, 전면 및 배면측에서의 반사율이 거의 같게 제작하기도 한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 이러한 반투명 미러(31)에 레이저 입사광(L_i)을 θ의 각도로 비스듬히 입사시키면, 전면에서 반사되는 반사광(L_o1)이 존재하고, 입사광(L_i)이 투과한 후 배면측에서 반사되는 반사광(L_o2)도 존재하게 되어, 2개의 반사광(L_o1,L_o2)으로 반사된다. 그리고, 레이저 라인빔을 입사시키는 경우는 2개의 평행한 라인빔으로 반사된다.

이에, 2개의 평행한 라인빔이 상기 미러(50)에 반사되어 전극팁 선단에 조사되므로, 카메라(40)에 촬영된 레이저빔 영상에도 2개의 라인빔이 존재한다. 물론, 평행한 2개의 라인빔은 전극팁 선단면(2a)을 지나가도록 레이저 광원(30)의 라인빔 조사 방향 또는 반투명 미러(31)의 입사각 및 반사각을 조절해야 한다.

도 9는 카메라(40)로 촬영된 레이저빔 영상의 예시로서, 컨트롤러(70)는 레이저빔 영상에서 전극팁 선단면(2a)의 테두리(호면 2b와의 경계)에서 꺾이는 2개의 라인빔(L)을 검출하여 꺾인 4개의 포인트(P)를 획득함으로써, 4개의 포인트(P)에 의해 형성되는 원의 직경을 산정한다. 이때의 원은 전극팁 선단면(2a)의 테두리 윤곽에 해당되므로, 원의 직경이 전극팁 선단면(2a)의 직경이 된다.

도 9에 예시한 영상에서도 알 수 있듯이, 전극팁 선단면(2a)의 법선 방향과 소정의 각을 이루는 방향으로 라인빔을 조사하여야만, 카메라(40)에 촬영되는 전극팁 선단의 영상에서 선단면(2a)과 호면(2b) 사이의 경계에서 꺾이는 라이빔의 이미지를 얻을 수 있다.

이와 같이, 미러(50) 및 하프 미러(21)를 배치하여 동축 조명에 의해 가시광을 전극팁 선단면에 정반사시켜 촬영하므로, 선명하게 촬영되는 영상을 이용하여 전극팁 선단의 오염 또는 파손 부위를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 하나의 라인빔을 방사하는 레이저 광원(30) 및 하나의 라인빔 입사에 대해 2개의 라인빔으로 반사하는 반투명 미러(31)를 이용하여 광삼각법으로 전극팁 선단면을 검출하므로 전극팁 선단면의 직경을 정밀한 값으로 얻을 수 있다.

더불어, 상하 전극팁의 거리를 일반적으로 대략 30mm로 정한 기준을 맞추며 전극팁의 선단을 검사하여야 하는 검사 조건 하에서는 선단면에 적절한 조명을 비추는 것이 어려우나, 본 발명은 전극팁을 안착하는 검사 블록(11)의 내부에 상기 미러(50)를 배치하여 동축 조명으로 조명 및 촬영하므로, 검사 조건을 충분히 만족하도록 슬림화 구조로 구성 가능하다. 이에, 본 발명은 용접건을 이용하여 용접공정을 수행하는 용접로봇의 활동에 간섭을 주지 않게 용접 현장에 투입 사용할 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명은 컨트롤러(70)에 의해 제어되어 전극팁의 정렬상태, 전극팁의 가압력, 전극팁 선단의 오염/파손 및 전극팁 선단면의 직경을 검사한다.

먼저, 용접로봇에 의해 용접건(1)이 거동하여 한쌍의 전극팁(2) 선단을 검사 블록(11)의 상하 홀(12, 13)에 맞춘 후, 한쌍의 전극팁(2)을 상호 마주하는 방향으로 이동시켜 상하 홀(12, 13)에 안착시키며, 컨트롤러(70)는 용접건(1)의 동작에 연동하여 다음과 같은 순서로 동작한다.

컨트롤러(70)는 전극팁 선단이 홀(12, 13)에 안착하기 이전에 상기 미러를 회전지키며 양측 전극팁 선단의 가시광 영상을 획득하도록 구동실린더(60) 및 카메라(40)를 제어한다. 이때, 전극팁 선단은 홀(12, 13)을 통해 촬영되며, 가시광 광원(20)으로 가시광을 조사할 수도 있다.

그리고, 컨트롤러(70)는 안착하기 이전에 획득한 상하 전극팁에 대한 가시광 영상으로부터 전극팁 선단면을 정면으로 바라본 전체 윤곽 형상 및 중심점 위치를 검출함으로써, 정렬상태를 검사한다. 즉, 윤곽의 형상으로부터 전극팁의 기울어진 각도를 검출할 수 있고 정확한 원을 이루면 기울어지지 아니한 것으로 검출할 수 있으므로, 기울어진 각도가 기준 설정값을 초과할 시에 불량으로 판정한다. 또한, 전극팁(2)으로 용접할 시의 전극팁(2)의 원점에 대한 불량여부도 중심점 위치로부터 판정할 수 있고, 상하 전극팁(2)의 중심축 간에 어긋난 정도를 검출하여 이에 대한 불량여부도 판정할 수 있다.

다음으로, 컨트롤러(70)는 전극팁(2)의 선단이 상하 홀(12, 13)에 안착될 시에 스트레인게이지(15)로 검출되는 가압력이 기준 설정값을 만족하지 아니하면 불량으로 판정한다.

다음으로, 컨트롤러(70)는 상부 홀(12)에 안착한 전극팁 선단을 가시광 및 레이저빔으로 조사하며 촬상하는 동작과, 하부 홀(13)에 안착한 전극팁 선단에 가시광 및 레이저빔을 조사하며 촬상하는 동작을 순차적으로 수행하도록 가시광 광원(20), 레이저 광원(20), 카메라(40) 및 구동실린더(60)를 제어하여서, 한쌍의 전극팁에 대해 각각 가시광 영상 및 레이저빔 영상을 카메라(40)를 통해 전달받는다.

그리고, 컨트롤러(70)은 전극팁 선단의 오염 및 파손 부위를 가시광 영상으로부터 검출하여 오염 및 파손에 따른 불량여부를 판정하고, 전극팁 선단면(2a) 직경의 크기를 레이저빔 영상으로 검출하여 선단면(2a) 직경 크기의 적정여부를 판정한다.

여기서, 각각의 전극팁 선단에 대해 가시광 및 레이저빔을 시간 간격을 두고 조사하여 가시광 영상 및 레이저빔 영상을 순차적으로 얻는 방식이 가능하다.

또한, 각각의 전극팁 선단에 대해 가시광 및 레이저빔을 동시에 조사하며 촬영함으로써 하나의 가시광 영상 및 레이저빔 영상을 하나의 영상으로 얻은 후 불량여부를 판정하는 것도 가능하다. 이 경우, 컨트롤러(70)는 가시광 영상에 레이저빔 영상이 겹쳐진 영상을 얻게 되므로, 레이저빔 영상의 판독으로 얻게 되는 선단면(2a)과 호면(2b)의 구획 정보에 근거하여 오염 또는 파손 부위를 선단면(2a)과 호면(2b)의 위치별로 구분하여 검사할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전극팁 검사장치는 용접장치와의 연계동작을 위해 용접 컨트롤러와의 통신을 위한 통신포트를 구비하여서, 용접장치의 일 구성원으로 동작한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 용접장치의 구성도이다.

용접장치는 용접건(1)을 암(3')에 장착된 용접로봇(3)과, 용접 전류를 용접건의 전극에 공급하는 전류 공급장치(6)와, 전극 온도의 조절을 위한 냉각수 공급장치(7)와, 전극팁(2)의 연마를 위한 팁드레서(5)와, 용접로봇(1) 및 용접건(2)의 동작, 용접 전류의 공급, 냉각수의 순환, 전극팁 연마 등 용접공정 전반을 제어하는 용접 컨트롤러(4)와, 용접 전압, 용접 전류, 용접시 가압력, 전극 온도 또는 용접 상태를 포함하는 용접 모니터링 데이터를 용접 컨트롤러(4)를 통해 수집하여 실시간 모니터링하며 용접 공정 및 용접 품질을 관리하는 용접 모니터링 장치(8)를 주지의 기술 구성요소로서 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 용접장치는 용접 컨트롤러(4)와 통신하게 결합되는 전극팁 검사장치를 더욱 포함하며, 이하, 전극팁 검사장치의 포함에 따라 주지의 기술 구성요소와 차이나게 되는 점을 설명한다.

전극팁 검사장치에 의한 검사 타이밍을 용접 컨트롤러(4)에 셋팅할 수 있게 된다.

이에, 전극팁 검사장치는 용접 컨트롤러(4)의 제어에 따라 용접 컨트롤러(4)에 셋팅된 검사 타이밍에 맞춰 전극팁(2)이 검사 블록(11)으로 이동될 시에 검사 동작을 수행하고, 불량 여부 판정 결과, 오염 또는 파손 부위, 선단면 직경 및 가압력 크기를 포함한 검사 결과를 통신포트를 통해 용접 컨트롤러(4)에 전달하여 전극팁 관리를 위한 동작(연마 동작)에 반영되게 하고, 검사 결과를 용접 모니터링장치(8)에 전달되게 하여 기록관리되게 하며, 최적의 공정관리를 위한 자료로서 활용되게 한다.

상세하게 설명하면, 상기한 검사 타이밍은 전극팁을 팁드레서로 연마한 이후, 용접 대기 시간, 또는 미리 설정한 소정 횟수의 용접을 수행한 이후로 셋팅된다.

그리고, 검사 타이밍에 맞춰 동작함에 따라 얻는 검사 결과는 통신포트를 통해 용접 컨트롤러(4)에 전달되며, 이에 용접 컨트롤러(4)는 검사 결과에 따라 다음과 같이 이후의 제어동작을 결정하여 수행한다.

용접 컨트롤러(4)는 연마 이후의 검사 결과에서, 연마상태가 적정하다고 판정될 시에 전극팁을 이용한 용접공정을 수행하고, 오염 또는 파손 부위가 검출되거나 선단면의 직경이 기준 설정값에서 벗어난 것으로 판정될 시에 팁드레서(5)로 재연마하도록 제어한다.

용접 컨트롤러(4)는 용접공정을 수행하는 중 용접 대기 시간 또는 미리 설정한 소정 횟수 용접한 이후의 검사 결과에서, 전극팁 선단의 상태가 적합하지 아니하다고 판정될 시에 팁드레서(5)로 연마한 후 재검사하게 제어하며, 적합하다고 판정될 시에는 연마하지 아니하고 용접 공정을 수행한다.

또한, 용접 컨트롤러(4)는 검사 결과에서, 전극팁의 정렬상태가 불량한 것으로 판정되면 작업자가 정렬 불량상태를 인지하도록 예를 들어 알람을 발령한다.

그리고, 검사 결과를 용접 모니터링장치(8)에 실시간 전달함으로써, 용접모니터링장치(8)는 전달받은 검사 결과를 실시간 모니터링하면서 이력 관리하고, 용접 모니터링 데이터와 검사 결과 사이의 상관관계 분석을 수행하여 최적의 연마주기 설정, 용접품질 관리, 불량 추적, 전극소모 관리 등의 공정관리를 위한 자료를 생성하고, 생성한 자료를 공정관리에 활용되게 한다.

즉, 반복 용접에 따른 전극팁의 상태 변동을 파악하여 연마주기를 재설정하고, 전극팁의 상태를 용접 모니터링 데이터에 매칭시켜 용접품질을 보증하고, 용접불량이 발생한 원인의 추적을 위해 전극팁의 상태를 활용하며, 용접공정에 따른 전극팁의 소모 정도를 파악하여서, 공정관리에 활용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

1 : 용접건 1a : 생크
2 : 전극팁 2a : 선단면 2b : 호면
10 : 본체 11 : 검사 블록
12 : 상부 홀 13 : 하부 홀 14 : 판재
15 : 스트레인게이지
20 : 가시광 광원 21 : 하프 미러
30 : 레이저 광원 31 : 반투명 미러
40 : 카메라
50 : 미러 51 : 회전축 52 : 리밋용 홀
53 : 이동체 54 : 연결핀 55 : 핀 홀
60 : 구동실린더
70 : 컨트롤러

Claims

용접건에 상호 마주하게 장착된 한쌍의 전극팁을 선단의 테두리측을 상하 홀에 걸쳐지게 안착하여 적어도 전극팁의 선단면이 내부를 바라보게 한 본체;
수광 축이 상하 홀 사이를 잇는 연직선과 직교하게 본체의 내부에 수용한 카메라;
상하 홀 사이를 향해 가시광을 조사하는 가시광 광원;
상하 홀 사이를 향해 레이저빔을 조사하는 레이저 광원;
상하 홀 사이에 배치되어 가시광 및 레이저빔을 상하 홀에 안착된 전극팁 선단에 조사되도록 반사하고, 전극팁 선단의 영상을 반사하여 카메라에 촬상되게 하는 미러;
카메라로 촬상된 영상 중에 가시광 영상으로부터 전극팁 선단의 오염 또는 파손 부위를 검출하고, 레이저빔 영상으로부터 전극팁 선단면의 직경을 검출하여, 전극팁 선단의 불량여부를 판정하는 컨트롤러;
를 포함하여 구성되되,
상기 레이저 광원은 라인빔을 조사하고,
상기 컨트롤러는 카메라로 촬영된 레이저빔 영상으로부터 광삼각법에 의해 전극팁 선단면의 직경을 검출함을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
제 1항에 있어서,
상기 미러는 회전 가능하게 설치된 하나의 미러로 구성되어 상하 홀 방향의 영상을 교대로 카메라에 촬상되게 함을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
제 2항에 있어서,
상기 카메라의 수광 축 상에 하프 미러를 장착하고 상기 가시광 광원의 가시광을 하프 미러에 반사시켜 상기 미러를 향해 조사되게 하여서, 가시광의 광축과 상기 카메라의 수광 축을 일치시키는 동축 조명으로 됨을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 레이저 광원에 의해 조사하는 라인빔은 2개의 평행한 라인빔이며,
상기 컨트롤러는 카메라로 촬영된 레이저빔 영상에서 2개의 라인빔을 검출하여 전극팁 선단면의 테두리에서 꺾이는 4개의 포인트로부터 전극팁 선단면의 테두리 윤곽을 획득한 후 전극팁 선단면의 직경을 검출함을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
제 5항에 있어서,
상기 2개의 평행한 라인빔은 하나의 레이저 광원으로부터 방사되는 하나의 라인빔을 반투명 미러에 비스듬히 조사하여 2개의 평행한 라인빔으로 반사된 후 상기 미러에 조사시킨 것임을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 전극팁 선단이 홀에 안착하기 이전에 상기 미러를 회전시키며 상하 전극팁 선단의 가시광 영상을 획득하게 제어하고, 획득한 양측 전극팁 선단의 가시광 영상으로부터 전극팁의 정렬상태에 대해 불량여부를 판정함을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
제 1항에 있어서,
전극팁 선단이 안착되는 상하 홀은 각각 눌림에 의해 스트레인게이지를 가압하는 판재에 형성하여, 전극팁의 가압력을 스트레인게이지로 측정함을 특징으로 하는 실시간 모니터링이 가능한 전극팁 검사장치.
전극팁이 구비된 용접건을 장착한 용접로봇을 제어하여 용접공정을 수행하고 연마주기에 맞춰 전극팁을 팁드레서로 연마하게 하는 용접 컨트롤러와, 용접 전압, 용접 전류, 용접시 가압력, 전극 온도 또는 용접 상태를 포함하는 용접 모니터링 데이터를 용접 컨트롤러로부터 수집하는 용접 모니터링장치를 포함하는 용접장치에 있어서,
청구항 제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 5항, 제 6항, 제 7항 및 제 8항 중에 어느 하나의 항에 기재된 전극팁 검사장치를 용접 컨트롤러와 통신하게 구비하고,
용접 컨트롤러는 전극팁을 연마한 이후, 용접 대기 시간 또는 미리 설정한 소정 횟수의 용접을 수행한 이후에 전극팁을 상기 전극팁 검사장치로 검사하게 제어하고, 검사 결과를 전달받아 전극팁의 연마 여부를 결정하며,
용접 모니터링장치는 검사 결과를 용접 컨트롤러로부터 전달받아 모니터링하며 이력 관리하고, 용접 모니터링 데이터와 검사 결과 사이의 상관관계 분석을 수행하여 연마주기 설정, 용접품질 관리, 용접불량 추적 또는 전극소모 관리를 포함한 공정관리를 위한 정보를 생성함을 특징으로 하는 용접장치.