KR101777618B1 - 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법 - Google Patents

레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101777618B1
KR101777618B1 KR1020150162688A KR20150162688A KR101777618B1 KR 101777618 B1 KR101777618 B1 KR 101777618B1 KR 1020150162688 A KR1020150162688 A KR 1020150162688A KR 20150162688 A KR20150162688 A KR 20150162688A KR 101777618 B1 KR101777618 B1 KR 101777618B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
torch
welding robot
distance sensor
laser distance
center hole
Prior art date
Application number
KR1020150162688A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170058720A (ko
Inventor
이지형
정성균
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020150162688A priority Critical patent/KR101777618B1/ko
Publication of KR20170058720A publication Critical patent/KR20170058720A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101777618B1 publication Critical patent/KR101777618B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0241—Attachments between the welding or cutting element and the carriage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/126—Controlling the spatial relationship between the work and the gas torch
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/022—Optical sensing devices using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1653—Programme controls characterised by the control loop parameters identification, estimation, stiffness, accuracy, error analysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법에 관한 것으로, 대상물과의 거리를 감지하는 레이저 거리 센서, 용접을 실행하는 토치, 상기 토치에 상하, 좌우 및 전후 방향으로 회전 가능하게 설치되는 클램핑부 및 상기 클램핑부의 일측에 설치되고 상기 레이저 거리 센서가 설치되는 설치블록을 포함하고, 상기 레이저 거리 센서와 토치 끝단 사이의 오프셋 거리와 상기 토치 끝단의 좌표값에 기초해서 상기 클램핑부를 회전시켜 상기 레이저 거리 센서의 각도를 조절해서 상기 용접 로봇의 자세 및 위치를 교정하는 구성을 마련하여, 레이저 거리 센서를 토치를 중심으로 상하, 전후 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치하고, 표적을 이용해서 간단한 교정작업을 통해 용접 로봇의 자세 및 위치를 교정할 수 있는 효과가 얻어진다.

Description

레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법{WELDING ROBOT WITH LDS AND CALIBRATION METHOD THEREOF}
본 발명은 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접 로봇에 위치 조절 가능하게 레이저 거리 센서를 설치해서 용접 로봇의 위치 및 자세를 교정하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법에 관한 것이다.
일반적인 선박건조 과정에서, 철 구조물 블록은 블록 지지대로 받쳐지고, 블록의 하부에 러그나 기타 다양한 부착물을 붙이기 위해서는 오버헤드 용접이 빈번하게 수행된다.
이러한 오버헤드 용접을 작업자가 직접 수행할 경우, 작업자의 근골결계 질환을 유발하는 등 여러 가지 문제점이 발생함에 따라, 최근 들어 용접 전용 로봇이 적용되고 있으며, 로봇 구동의 이동성을 향상시키기 위해 다양한 형태의 대차가 제안되고 있다.
이와 같이, 대차가 적용된 용접 로봇을 이용하여 러그를 용접하는 경우에 로봇의 위치 및 자세를 보정해야 한다.
즉, 러그는 트레슬(블록 지지대)에 의해 지지된 블록 아래쪽에 용접을 통해 부착된다. 그러나 러그가 부착되는 블록 바닥면의 평평도가 러그의 위치에 따라 조금씩 편차가 있고, 현장 바닥면 역시 약간씩의 경사가 있으므로, 오버헤드 용접을 수행하는 로봇의 자세를 각각의 러그의 부착 위치(X,Y,Z) 및 자세(ROLL, PITCH, YAW)에 따라 보정해야 한다.
이와 같은 용접 로봇의 위치 및 자세 보정을 위한 방법으로는, 레이저 비전 센서를 이용하는 방식과 레이저 포인터를 이용하는 방식이 알려져 있다.
레이저 비전센서 이용방식은 러그의 3차원 정보(거리, 각도)를 파악하고 그에 맞추어 로봇의 위치 및 자세를 보정 방식이다. 즉, 용접 로봇이 탑재된 대차를 러그 부근에 적당히 위치시킨 후, 레이저 비전센서를 이용하여 러그 부착 위치에 대한 3차원(X, Y, Z, ROLL, PITCH, YAW) 정보를 획득하고, 그 정보를 로봇 제어기에 전달함으로써 로봇이 러그의 위치와 각도를 파악하게 한다.
레이저 포인터 이용방식은 러그의 위치 정보를 파악하고 로봇의 위치를 결정하는 방식이다. 즉, 용접 로봇이 탑재된 대차를 러그 부근에 적당히 위치시킨 후, 레이저 포인터를 이용하여 러그 부착 위치에 대한 로봇의 상대 위치를 보정한다.
그러나 상기와 같은 레이저 비전 센서 이용방식은 정밀한 위치 및 자세 제어를 가능하게 하지만, 가격이 매우 비싸고, 개발 기간이 길며, 고기술의 영상처리 기술이 요구된다는 단점이 있었다.
그리고 상기 레이저 포인터 이용방식은 정밀한 위치 제어를 가능하게 하지만 러그에 대한 로봇의 상대적인 자세를 세팅하는 것이 불가능하다는 단점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 등에 레이저 포인터를 이용한 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅 방법 기술을 개시하여 특허출원해서 등록받은 바 있다.
특허문헌 1에는 로봇 상부에 위치한 용접 대상물(러그)의 용접을 위해 별도의 부가 축이 장착된 대차와 4개의 레이저 포인터를 이용하여 용접 로봇의 위치 및 자세를 셋팅하는 방법이 기재되어 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1503304호(2015년 3월 17일 공고)
그러나 특허문헌 1을 포함하는 종래기술에 따른 용접 로봇에서 레이저 거리 센서는 단순 지지를 위한 클램프 타입의 부재를 이용해서 용접 로봇에 부착된다.
이에 따라, 종래기술에 따른 용접 로봇은 레이저 거리 센서의 정밀한 계측을 위한 교정 작업이 번거롭고 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접 로봇에 레이저 거리 센서가 각도 조절 가능하게 설치되는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 거리 센서의 각도를 조절해서 용접 로봇의 위치 및 자세를 용이하게 교정할 수 있는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇은 다수의 축을 구비하며, 대상물과의 거리를 감지하는 레이저 거리 센서, 용접을 실행하는 토치, 상기 토치에 상하, 좌우 및 전후 방향으로 회전 가능하게 설치되는 클램핑부 및 상기 클램핑부의 일측에 설치되고 상기 레이저 거리 센서가 설치되는 설치블록을 포함하고, 상기 레이저 거리 센서와 토치 끝단 사이의 오프셋 거리와 상기 토치 끝단의 좌표값에 기초해서 상기 클램핑부를 회전시켜 상기 레이저 거리 센서의 각도를 조절해서 상기 용접 로봇의 자세 및 위치를 교정하는 것을 특징으로 한다.
상기 클램핑부는 상기 토치를 중심으로 상부 및 하부에서 서로 결합되어 육면체 형상을 이루는 상부 몸체와 하부 몸체 및 상기 토치의 외주면에 설치되고 상기 상부 몸체와 하부 몸체 사이에 삽입 결합되는 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 몸체의 하면과 하부 몸체의 상면에는 각각 상기 회전부재가 삽입되는 삽입홈이 형성되고, 상기 회전부재는 구 형상으로 형성되며, 상기 회전부재의 중앙부에는 상기 토치가 결합되는 결합공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 용접 로봇은 다수의 축에 대응하는 다수의 AC 서보 모터를 구동하도록 제어기와의 통신에 의해 상기 다수의 서보 드라이버의 구동을 제어하는 제어부, 상기 다수의 서보 드라이버 각각의 상태를 표시하는 표시부, 비상 상태 발생시 상기 용접 로봇의 동작을 정지시키는 비상 정지용 스위치를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 토치를 표적의 평면 중앙부에 수직 방향으로 배치한 상태에서 표적을 향해 이동시켜 터치 완료되면, 미리 설정된 거리만큼 후진 이동시킨 상기 토치의 끝점 좌표값과 상기 레이저 거리 센서의 광선이 상기 표적의 중앙부에 배치되도록 상기 토치를 XY 평면상에서 이동시킨 끝점 좌표값을 계산하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 표적은 상면이 정사각 형상인 육면체 형상으로 형성되고, 상기 표적의 중앙부에는 중앙홀이 형성되며, 상기 표적의 상면에는 미리 설정된 간격마다 원과 사각형이 표시되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 교정방법은 (a) 용접 로봇에 설치된 토치의 끝단을 표적 평면에 수직 방향으로 배치하고, 상기 토치를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 표적 중앙부에 형성된 중앙홀을 터치 센싱하는 단계, (b) 상기 토치의 끝단에 설치된 터치 센서로부터 터치신호가 수신되면, 상기 토치를 -Z축 방향으로 미리 설정된 설정거리만큼 이동시키고, 이동된 토치의 끝점 좌표값을 계산하는 단계, (c) 상기 레이저 거리 센서에서 방사된 광선이 상기 중앙홀에 위치하도록 상기 토치를 XY 평면상에서 이동시키고 이동된 토치의 끝점 좌표값을 계산하는 단계, (d) 상기 토치를 Z축 방향으로 이동시키고 상기 광선이 상기 중앙홀에 위치하는지를 검사하는 단계 및 (e) 상기 (d)단계의 검사 결과, 상기 광선이 상기 중앙홀 이외에 다른 위치에 배치되면, 상기 레이저 거리 센서가 설치된 설치블록의 각도를 조절해서 상기 용접 로봇의 위치 및 자세를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)단계 및 상기 (c)단계에서 상기 용접 로봇의 제어부는 상기 토치의 끝단과 레이저 거리 센서의 광선 중심점의 Z축 방향 오프셋 거리 및 토치 중심과 레이저 거리 센서 사이의 X축 및 Y축 방향의 오프셋 거리를 이용해서 상기 토치의 끝점 좌표값을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e)단계는 상기 토치에 상하, 좌우 및 전후 방향으로 회전 가능하게 설치된 클램핑부를 회전시켜 상기 설치블록의 각도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (f) 상기 (e)단계를 수행한 후 상기 광선이 상기 중앙홀에 배치되는지를 검사하는 단계를 더 포함하고, 상기 (f)단계의 검사결과 상기 광선이 상기 중앙홀 이외의 다른 위치에 배치된 상태이면, 상기 중앙홀에 배치될 때까지 상기 (c)단계 내지 상기 (f)단계를 반복해서 교정하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법에 의하면, 레이저 거리 센서를 토치를 중심으로 상하, 전후 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치하고, 표적을 이용해서 간단한 교정작업을 통해 용접 로봇의 자세 및 위치를 교정할 수 있는 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명에 의하면, 토치의 끝단과 레이저 거리 센서에서 방사되는 레이저 광선의 오프셋 거리 및 좌표값을 이용해서 레이저 거리 센서의 각도를 조절함으로써, 용접 로봇의 자세 및 위치를 용이하게 교정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 용접 로봇의 교정작업에 소요되는 시간을 줄여 작업시간을 단축하고, 작업성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그을 제어하는 용접 로봇 제어 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 부분 확대 사시도,
도 3은 클램핑부의 분해 사시도,
도 4는 용접 로봇의 교정 작업에 사용되는 표적의 사시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 교정방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 6 내지 도 9는 도 5에 도시된 교정방법에 따라 교정작업을 수행하는 동작 상태도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접로봇 및 그의 교정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그을 제어하는 용접 로봇 제어 시스템의 구성도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그를 제어하는 용접 로봇 제어 시스템의 구성을 간략하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇을 제어하는 용접 로봇 제어 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 축을 구비한 용접 로봇(20), 용접 로봇을 조작하는 교시조작기(11), 용접 로봇(20)을 이용해서 용접 작업을 수행하도록 용접 로봇(20)과 연결되는 용접부(12) 및 용접 로봇(20)과 용접부(12)를 제어하는 제어기(13)를 포함한다.
용접부(12)는 선박의 제조 현장인 야드에 마련된 수동 용접기(14)와 용접 로봇(20)의 토치(21)에 용접 와이어를 공급하는 피더(15)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 부분 확대 사시도이다.
용접 로봇(20)은 다수의 축에 대응하는 다수의 AC 서보 모터를 구동하도록 제어기(13)와의 통신에 의해 다수의 서보 드라이버(도면 미도시)의 구동을 제어하는 제어부(도면 미도시), 상기 다수의 서보 드라이버 각각의 상태를 표시하는 표시부(도면 미도시), 용접 로봇(20)의 비상 상태 발생시 용접 로봇(20)의 동작을 정지시키는 비상 정지용 스위치(도면 미도시) 및 용접을 실행하기 위한 토치(21)를 구비한다.
이러한 용접 로봇(20)은 2축 주행 및 4축 조향 기능을 구비하여 X, Y 방향 이동 및 YAW 각도 조정 가능한 대차(도면 미도시)에 탑재되어 이동할 수 있다.
예를 들어, 용접 로봇(20)은 상기 대차의 상부에 설치되어 용접 로봇(20)의 베이스를 5축 방향으로 이동시키는 X, Y, Z 슬라이드 수단 및 X, Y 틸팅 수단으로 부가 5축 수단을 구비할 수 있다.
토치(21)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다축을 구비한 용접 로봇(20)의 선단부에 설치되고, 토치(21)에는 클램핑부(23)와 레이저 거리 센서(22)가 설치되는 설치블록(24)이 결합될 수 있다.
레이저 거리 센서(22)는 거리를 측정하고자 하는 대상물에 레이저 광선을 방사하고, 대상물에서 반사되는 빛을 수신해서 대상물과의 거리를 측정하는 기능을 한다.
이러한 레이저 거리 센서(22)는 토치(21)의 끝단과 나란한 방향을 향해 레이저 광선을 방사하도록, 클램핑부(23)의 일측, 예컨대 하면에 설치되는 설치블록(24)의 전면에 설치될 수 있다.
본 실시 예에서 클램핑부(23)는 도 2에 도시된 바와 같이, 토치(21)에 Tx, Ty, Tz 방향, 즉 전후, 상하 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 클램핑부의 분해 사시도이다.
클램핑부(23)는 도 3에 도시된 바와 같이, 토치(21)를 중심으로 상부 및 하부에서 서로 결합되어 육면체 형상을 이루는 상부 몸체(31)와 하부 몸체(32) 및 토치(21)의 중앙부 외주면에 설치되고 상부 몸체(31)와 하부 몸체(32) 사이에 삽입 결합되는 회전부재(33)를 포함할 수 있다.
상부 몸체(31)와 하부 몸체(32)는 각각 대략 직육면체 형상으로 형성되고, 상부 몸체(31)의 하면 중앙부와 하부 몸체(32)의 상면 중앙부에는 각각 회전부재(33)가 삽입되는 삽입홈(34)이 형성될 수 있다.
회전부재(33)는 대략 구 형상으로 형성되고, 상부 몸체(31)와 하부 몸체(32)에 각각 형성된 삽입홈(34)에 삽입되어 클램핑부(23)를 회전시키는 기능을 한다.
이를 위해, 회전부재(33)의 중앙부에는 토치(21)가 결합되는 결합공(35)이 형성될 수 있다.
그래서 작업자는 클램핑부(23)의 상부 몸체(31)와 하부 몸체(32)를 고정하는 고정볼트를 해제하거나 느슨하게 조절한 상태에서 회전부재(33)를 중심으로 클램핑부(23)를 회전시켜 설치블록(24)에 설치된 레이저 거리 센서(22)의 각도를 조절할 수 있다.
그리고 작업자는 효과적으로 교정작업을 수행할 수 있도록 마련된 표적(40)을 이용해서 용접 로봇(20)의 자세 및 위치를 교정할 수 있다.
도 4는 용접 로봇의 교정 작업에 사용되는 표적의 사시도이다.
표적(40)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상면이 정사각형상인 육면체 형상으로 형성되고, 표적(40)의 상면 중앙부에는 중앙홀(41)이 형성될 수 있다.
그리고 표적(40)의 상면에는 토치의 이동 위치를 용이하게 확인할 수 있도록, 중앙홀(41)을 중심으로 미리 설정된 간격, 예컨대 약 10mm마다 다수의 사각형과 원이 표시될 수 있다.
여기서, 중앙홀(41)은 미리 설정된 깊이, 예컨대 약 1mm로 형성될 수 있다.
이러한 표적(40)은 알루미늄과 같은 금속 재질의 재료로 제조되고, 표적(40)의 상면은 고무와 같은 절연재를 이용해서 코팅될 수 있다.
다시 도 2에서, l0는 레이저 거리 센서의 광선 중심점과 토치 끝단 사이의 Tz 방향 오프셋(offset) 거리이고, d는 토치 중심과 레이저 거리 센서 사이의 Tx, Ty 방향의 오프셋(offset) 거리이며, l은 레이저 거리 센서에서 측정된 거리이다.
따라서 토치 끝점의 좌표를 (X0,Y0)라 하고, 레이저 거리 센서의 좌표를 (X, Y)라 하면, d는 아래의 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.
Figure 112015113098541-pat00001
그리고 임의의 위치에서의 토치 끝점의 좌표를 (Tx, Ty, Tz)라 하면, 레이저 거리 센서에서 검출되는 최종 검출 포인트의 좌표 L은 다음과 같다.
L = (Lx, Ly, Lz) = [Tx-(X-X0), Ty-(Y-Y0), Tz+l-l0)]
다음, 도 5 내지 도 7를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 교정방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 교정방법을 단계별로 설명하는 흐름도이고, 도 6 내지 도 9는 도 5에 도시된 교정방법에 따라 교정작업을 수행하는 동작 상태도이다.
도 5의 S10단계에서 작업자는 교시조작기(11)를 조작해서 용접 로봇(20)에 마련된 다수의 서보 모터를 구동하여 토치(21)를 표적(40)의 평면에 수직 방향으로 배치하고, 토치(21)의 끝단을 표적(40)의 중앙부에 형성된 중앙홀(41) 상부에 배치한다.
S12단계에서 용접 로봇(20)에 마련되는 제어부(도면 미도시)는 작업자의 조작명령에 따라 토치(21)를 Tz 방향으로 이동시키도록 각 서보 모터의 구동을 제어한다.
여기서, 토치(21)의 끝단에는 터치 방식으로 위치를 감지하는 터치 센서(도면 미도시)가 설치된 상태이다.
S14단계에서 상기 제어부는 도 6에 도시된 바와 같이, 터치가 완료되어 상기 터치 센서로부터 터치신호가 수신되는지를 검사하고, 터치신호가 수신될 때까지 토치(21)의 끝단을 이동시킨다.
터치신호가 수신되면, S16단계에서 제어부는 토치(21)를 미리 설정된 설정 거리만큼 -Tz 방향으로 이동시킨다.
예를 들어, 상기 설정거리는 중앙홀(41)의 깊이가 1mm인 경우, 약 11mm로 설정될 수 있다.
그러면, S18단계에서 제어부는 모터 회전각을 저장하고, 정방향 기구학(forward kinematics)을 이용해서 토치(21)의 끝점 좌표값 (X0, Y0, Z0)을 계산한다.
S20단계에서 제어부는 도 7에 도시된 바와 같이, 토치(21)의 끝단을 Tx 및 Ty 방향으로 이동시켜 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)에 배치되도록 제어한다.
그리고 S22단계에서 제어부는 모터 회전각을 저장하고, 이동된 토치(21)의 끝점 좌표값 (X, Y, Z)을 계산한다.
이어서, S24단계에서 제어부는 도 8에 도시된 바와 같이, -Tz 방향으로 토치(21)를 이동시키도록 제어한다.
S26단계에서 작업자는 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)에 위치되었는지를 검사한다.
만약, S26단계의 검사결과 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)에 위치되면, 제어부는 용접 로봇(20)의 구동을 중지하고, 교정작업을 종료한다.
반면, S26단계의 검사결과 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)이 아닌 다른 위치에 배치된 상태이면, 작업자는 클램핑부(23)를 전후, 좌우 또는 상하 방향으로 회전시켜 레이저 거리 센서(22)의 각도를 조절해서 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 광선을 표적(40)의 중앙홀(41)에 배치한다(S28).
S30단계에서 제어부는 다시 Tz 방향으로 토치(21)를 이동시키도록 제어한다.
그리고 S32단계에서 작업자는 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)에 위치되었는지를 검사한다.
만약, S32단계의 검사결과 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)에 위치되면, 제어부는 용접 로봇(20)의 구동을 중지하고, 교정작업을 종료한다.
반면, S32단계의 검사결과 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)이 아닌 다른 위치에 배치된 상태이면, 제어부는 S20단계 내지 S32단계를 반복 수행해서 레이저 광선이 표적(40)의 중앙홀(41)에 배치되도록 교정작업을 반복한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 레이저 거리 센서를 토치를 중심으로 상하, 전후 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치하고, 표적을 이용해서 간단한 교정작업을 통해 용접 로봇의 자세 및 위치를 교정할 수 있다.
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 레이저 거리 센서를 토치를 중심으로 상하, 전후 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 설치하고, 표적을 이용해서 간단한 교정작업을 통해 용접 로봇의 자세 및 위치를 교정하는 기술에 적용된다.
10: 용접 로봇 제어 시스템 11: 교시조작기
12: 용접부 13: 제어기
14: 용접기 15: 피더
20: 용접 로봇 21: 토치
22: 레이저 거리 센서 23: 클램핑부
24: 설치블록 31: 상부 몸체
32: 하부 몸체 33: 회전부재
34: 삽입홈 35: 결합공
40: 표적 41: 중앙홀

Claims (9)

  1. 다수의 축을 구비하는 용접 로봇에 있어서,
    대상물과의 거리를 감지하는 레이저 거리 센서,
    용접을 실행하는 토치,
    상기 토치에 상하, 좌우 및 전후 방향으로 회전 가능하게 설치되는 클램핑부,
    상기 클램핑부의 일측에 설치되고 상기 레이저 거리 센서가 설치되는 설치블록 및
    다수의 축에 대응하는 다수의 AC 서보 모터를 구동하도록 제어기와의 통신에 의해 상기 다수의 서보 드라이버의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 토치를 표적의 평면 중앙부에 수직 방향으로 배치한 상태에서 표적을 향해 이동시켜 터치 완료되면, 미리 설정된 거리만큼 후진 이동시킨 상기 토치의 끝점 좌표값과 상기 레이저 거리 센서의 광선이 상기 표적의 중앙부에 형성된 중앙홀에 배치되도록 상기 토치를 XY 평면상에서 이동시킨 끝점 좌표값을 계산하고, 상기 토치를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 광선이 상기 중앙홀에 위치하는지를 검사하며,
    상기 제어부의 검사결과 상기 광선이 상기 중앙홀 이외에 다른 위치에 배치된 경우, 상기 클램핑부를 회전시켜 상기 설치블록에 설치된 상기 레이저 거리 센서의 각도를 조절해서 상기 용접 로봇의 위치 및 자세를 교정하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇.
  2. 제1항에 있어서, 상기 클램핑부는
    상기 토치를 중심으로 상부 및 하부에서 서로 결합되어 육면체 형상을 이루는 상부 몸체와 하부 몸체 및
    상기 토치의 외주면에 설치되고 상기 상부 몸체와 하부 몸체 사이에 삽입 결합되는 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 몸체의 하면과 하부 몸체의 상면에는 각각 상기 회전부재가 삽입되는 삽입홈이 형성되고,
    상기 회전부재는 구 형상으로 형성되며,
    상기 회전부재의 중앙부에는 상기 토치가 결합되는 결합공이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접 로봇은
    상기 다수의 서보 드라이버 각각의 상태를 표시하는 표시부 및
    비상 상태 발생시 상기 용접 로봇의 동작을 정지시키는 비상 정지용 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표적은 상면이 정사각 형상인 육면체 형상으로 형성되고,
    상기 표적의 중앙부에는 중앙홀이 형성되며,
    상기 표적의 상면에는 미리 설정된 간격마다 원과 사각형이 표시되는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇.
  6. (a) 용접 로봇에 설치된 토치의 끝단을 표적의 평면에 수직 방향으로 배치하고, 상기 토치를 Z축 방향으로 이동시켜 상기 표적의 중앙부에 형성된 중앙홀을 터치 센싱하는 단계,
    (b) 상기 토치의 끝단에 설치된 터치 센서로부터 터치신호가 수신되면, 상기 토치를 -Z축 방향으로 미리 설정된 설정거리만큼 이동시키고, 이동된 토치의 끝점 좌표값을 계산하는 단계,
    (c) 상기 토치에 상하, 좌우 및 전후 방향으로 회전 가능하게 설치되는 레이저 거리 센서에서 방사된 광선이 상기 중앙홀에 위치하도록 상기 토치를 XY 평면상에서 이동시키고 이동된 토치의 끝점 좌표값을 계산하는 단계,
    (d) 상기 토치를 Z축 방향으로 이동시키고 상기 광선이 상기 중앙홀에 위치하는지를 검사하는 단계,
    (e) 상기 (d)단계의 검사 결과, 상기 광선이 상기 중앙홀 이외에 다른 위치에 배치되면, 상기 레이저 거리 센서가 설치된 설치블록의 각도를 조절해서 상기 용접 로봇의 위치 및 자세를 교정하는 단계 및
    (f) 상기 (e)단계를 수행한 후 상기 광선이 상기 중앙홀에 배치되는지를 검사하는 단계를 포함하고,
    상기 (e)단계는 상기 토치에 상하, 좌우 및 전후 방향으로 회전 가능하게 설치된 클램핑부를 회전시켜 상기 설치블록의 각도를 조절하며,
    상기 (f)단계의 검사결과 상기 광선이 상기 중앙홀 이외의 다른 위치에 배치된 상태이면, 상기 중앙홀에 배치될 때까지 상기 (c)단계 내지 상기 (f)단계를 반복해서 교정하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 교정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b)단계 및 상기 (c)단계에서 상기 용접 로봇의 제어부는 상기 토치의 끝단과 레이저 거리 센서의 광선 중심점의 Z축 방향 오프셋 거리 및 토치 중심과 레이저 거리 센서 사이의 X축 및 Y축 방향의 오프셋 거리를 이용해서 상기 토치의 끝점 좌표값을 계산하는 것을 특징으로 하는 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇의 교정방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020150162688A 2015-11-19 2015-11-19 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법 KR101777618B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150162688A KR101777618B1 (ko) 2015-11-19 2015-11-19 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150162688A KR101777618B1 (ko) 2015-11-19 2015-11-19 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170058720A KR20170058720A (ko) 2017-05-29
KR101777618B1 true KR101777618B1 (ko) 2017-09-13

Family

ID=59053319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150162688A KR101777618B1 (ko) 2015-11-19 2015-11-19 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101777618B1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108188629A (zh) * 2017-12-08 2018-06-22 安徽通润汽车零部件有限公司 一种千斤顶金属构件加工设备及加工方法
CN108465905A (zh) * 2018-03-29 2018-08-31 江苏新时代造船有限公司 双机器人主动光源智能对中双面双弧焊接方法与装置
KR102083555B1 (ko) * 2018-06-07 2020-03-02 삼성중공업 주식회사 용접 로봇 및 이를 이용한 용접 방법
CN108817615B (zh) * 2018-06-25 2021-02-09 昆山华恒焊接股份有限公司 焊缝跟踪方法
CN108971840B (zh) * 2018-09-03 2024-04-19 广州创研自动化设备有限公司 一种用于机器人焊接寻位的激光寻位装置及机器人焊接寻位系统
JP6810116B2 (ja) * 2018-10-24 2021-01-06 ファナック株式会社 レーザ加工ロボットのキャリブレーション方法および制御装置
CN109514551A (zh) * 2018-10-30 2019-03-26 上海燊星机器人科技有限公司 一种实现夹具偏转机器人自补偿功能的方法
CN111438689B (zh) * 2020-03-19 2021-09-21 智美康民(珠海)健康科技有限公司 工具头位姿的调整方法、装置及可读存储介质
CN111318783B (zh) * 2020-03-27 2021-12-03 陕西丝路机器人智能制造研究院有限公司 一种标定船用管焊机器人焊枪与激光焊缝跟踪传感器的方法
CN112729110B (zh) * 2020-12-23 2023-01-06 联合汽车电子有限公司 机器人轻微碰撞补偿校正系统
CN116532893B (zh) * 2023-07-05 2023-09-15 山东三箭建设工程管理有限公司 一种便于准确换位的钢结构焊接装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015085380A (ja) * 2013-11-01 2015-05-07 株式会社安川電機 ロボット

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015085380A (ja) * 2013-11-01 2015-05-07 株式会社安川電機 ロボット

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170058720A (ko) 2017-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101777618B1 (ko) 레이저 거리 센서를 구비한 용접 로봇 및 그의 교정방법
JP7153085B2 (ja) ロボットキャリブレーションシステム及びロボットキャリブレーション方法
US20180093380A1 (en) Robot system including robot supported by movable carriage
US20110029131A1 (en) Apparatus and method for measuring tool center point position of robot
US20170016712A1 (en) Position measurement system
US20090179021A1 (en) Welding robot
US10744645B2 (en) Measurement system
RU2698238C2 (ru) Аппарат для нанесения заклепок на заготовку, содержащий устройство для контроля и корректирования положения клепального рабочего устройства относительно упомянутой заготовки
JP4682947B2 (ja) 三次元形状測定方法、三次元形状測定装置および校正用物体
US10935968B2 (en) Robot, robot system, and method for setting coordinate system of robot
CN109551518B (zh) 计测系统
JP2019063955A (ja) ロボットシステム、動作制御方法及び動作制御プログラム
JP2019063954A (ja) ロボットシステム、キャリブレーション方法及びキャリブレーションプログラム
CN110842351A (zh) 机器人系统和校准方法
JPWO2014129162A1 (ja) 産業用ロボットおよび産業用ロボットのツール取り付け位置の較正方法
KR102083555B1 (ko) 용접 로봇 및 이를 이용한 용접 방법
JP2016020012A (ja) ワーク加工処理装置
KR20170059179A (ko) 레이저 포인터를 이용한 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법
KR101452437B1 (ko) 모바일 매니퓰레이터의 작업대 세팅방법
JPH05376A (ja) スタツド溶接装置
JP4998409B2 (ja) レーザ照射装置および方法
KR20100045155A (ko) 레이저 포인터를 이용하는 러그 용접 로봇의 위치 및 자세 세팅방법
KR100214675B1 (ko) 산업용 로봇의 기준 자세 및 위치 교정 장치 및 그 방법
KR101469205B1 (ko) 모바일 매니퓰레이터의 작업대 세팅방법
KR102006829B1 (ko) 로봇의 교정 시스템 및 이를 이용한 교정 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant