KR101845828B1 - 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 및 방법 - Google Patents

선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 용접 로봇이 탑재된 대차 정면에 좌우 이동 및 원점 복귀 기능이 있는 리니어 가이드를 설치하고, 상기 리니어 가이드의 이동 플레이트에 레이저 변위센서를 설치하여 용접 로봇이 탑재된 대차를 컨테이너 콘 위치 감지 영역으로 이동시킨 후, 용접로봇의 제어기는, 용접 로봇의 용접 토치가 장착된 로봇팔을 구동시켜 용접 토치로 상기 리니어 가이드에 장착된 변위센서를 밀어서 이동시키면서 상기 레이저 변위센서를 구동시켜 컨테이너 콘까지의 거리값을 검출하고, 용접 토치 위치정보와 변위센서의 거리값에 의해 스캔정보를 생성하여 스캔 정보에 의해 컨테이너 콘의 위치정보를 측정한다.

Description

선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 및 방법{Apparatus and method for measuring position of marine container corn}
본 발명은 선박의 컨테이너 콘 자동용접을 위한 위치 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용접로봇 및 이를 탑재하고 있는 대차를 이용해 자동 용접할 시 용접 대상물인 컨테이너 콘의 위치를 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 컨테이너 박스가 선박의 화물창 바닥으로부터 유동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 컨테이너 콘은 ISO에서 규정하고 있는 컨테이너 코너 캐스트 홀(CONTAINER CORNER CAST HOLE)과 트위스트 락(TWIST LOCK) 규격을 고려해서 폭을 규정하여 적용해왔다. 컨테이너 콘의 상단은 코너 피팅의 캐스트 홀에 잘 삽입되도록 대략 뿔 형상으로 경사져 형성되고, 하단은 용접하기 위한 모따기 즉, 용접 개선면이 형성된다. 이에 따라, 캐스트 홀이 컨테이너 콘에 안착되어 컨테이너 박스가 Y 방향 및 X 방향 즉, 전후(Y)좌우(X)로 유동하는 것을 방지한다.
이러한 컨테이너 콘을 자동 용접로봇으로 용접하기 위해서는 위치 측정이 필요하게 되며, 종래에는 터치센서를 이용하여 위치를 측정하는 방법이 이용되고 있다.
즉, 용접 로봇에 터치센서를 장착하고, 용접 로봇이 주행하면서 컨테이너 콘이 존재하는 예상지점을 용접 토치로 터치하면, 용접 토치로 터치되는 시점을 터치센서가 인식하는 방법을 이용하고 있다.
그러나, 이러한 종래 터치 방식은 측정 시간이 많이 걸리고, 터치 방식은 접촉식 측정 방식이므로 충돌의 위험 있으며, 터치 방식은 1차원 방식이므로 정확한 측정을 위해 많은 량의 터치가 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정방법으로서, 상기와 같은 종래 터치 방식의 문제점을 감안하여 레이저 변위 센서를 이용하여 스캔 한번으로 위치를 측정하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 컨테이너 콘의 위치 측정시간을 줄이고, 용접 로봇과 부재간의 충돌 위험을 방지하도록 한 비접촉식 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치는,
용접 로봇이 탑재된 대차 정면에 설치되어 좌우 이동 및 원점 복귀가 가능하도록 이루어지는 리니어 가이드와;
상기 리니어 가이드의 이동 플레이트에 고정 설치되어 전방으로 레이저 빔을 조사하여 컨테이너 콘으로부터 반사된 레이저를 수신하여 컨테이너 콘까지의 거리를 검출하는 레이저 변위센서와;
컨테이너 콘의 위치 측정을 위하여 상기 용접 로봇의 용접 토치가 장착된 로봇팔을 제어하여 상기 용접 토치에 의해 상기 레이저 변위센서를 리니어 가이드 상에서 밀어서 이동시키면서 용접 토치의 위치값과 레이저 변위센서의 거리값을 저장하여 스캔 제어를 하고, 스캔 스트로크 끝까지 스캔제어가 완료되면 용접 로봇의 로봇팔을 대기 상태로 제어한 후 상기 용접 토치 위치값과 상기 레이저 변위센서의 거리값에 의거하여 스캐닝 정보를 생성하고, 스캐닝 정보에 의거하여 컨테이너 콘의 위치정보를 측정함과 아울러 해당 컨테이너 콘 위치정보에 의해 자동용접을 제어하는 용접 제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 리니어 가이드는,
대차의 정면에 수평으로 장착되는 레일부와; 상기 레일부의 일측 끝단부에 레일부에 대해 수직으로 설치되는 원점 지지판과; 상기 레일부에 장착되어 레일부를 타고 수평으로 이동가능하게 결합 설치되는 이동 플레이트와; 상기 이동플레이트와 상기 원점 지지판에 양단부가 고정 연결되어 이동 플레이트를 원점으로 복귀시키는 원점 복귀 스프링과; 상기 원점 지지판에 고정설치되어 상기 이동 플레이트가 상기 스프링에 의해 원점 위치로 복귀될때 충격을 완화시키는 충격 완화 댐퍼를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정방법은,
용접 로봇이 탑재된 대차 정면에 좌우 이동 및 원점 복귀 기능이 있는 리니어 가이드를 설치하고, 상기 리니어 가이드의 이동 플레이트에 레이저 변위센서를 설치하여 용접 로봇이 탑재된 대차를 컨테이너 콘 위치 감지 영역으로 이동한 후,
용접로봇의 제어기는, 용접 로봇의 용접 토치가 장착된 로봇팔을 구동시켜 용접 토치로 상기 리니어 가이드에 장착된 변위센서를 밀어서 이동시키면서 상기 레이저 변위센서를 구동시켜 컨테이너 콘까지의 거리값을 검출하는 컨테이너 콘 스캔제어단계와;
상기 컨테이너 콘 스캔제어단계에서의 용접 로봇 토치의 위치정보와 상기 변위센서로부터 수신된 컨테이너 콘까지의 거리정보를 저장하는 스캐닝 정보 저장단계와;
상기 컨테이너 콘 스캔제어단계에서의 용접 로봇 토치의 위치정보와 상기 변위센서로부터 수신된 컨테이너 콘까지의 거리정보를 저장하는 스캐닝 정보 저장단계와;
상기 컨테이너 콘 스캔제어단계에서 스캐닝 스트로크 끝까지 도달되면 용접 로봇을 대기 상태로 제어하여 상기 리니어 가이드가 스프링에 의해 원점으로 복귀되게 제어하는 변위센서 원점 복귀제어단계와;
상기 위치정보 저장단계에서 저장된 용접 토치 위치정보에 대해서 변위센서의 거리정보를 대응시켜 스캐닝 정보를 생성하는 스캐닝정보 생성단계와;
상기 스캐닝 정보생성단계에서 생성된 스캐닝 정보에 의거하여 컨테이너 콘까지의 거리가 가장 작은 값일 때의 토치 위치정보를 찾아서 컨테이너 콘의 X,Y 위치정보를 추정하는 컨테이너 콘 위치정보 검출단계를 수행하도록 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 레이저 변위 센서의 거리값 및 스캐닝 위치 정보를 조합하여 2차원 측정 정보를 한번 스캔으로 컨테이너 콘의 위치정보를 얻음으로써 기존의 터치 방식에 비해 측정 시간이 줄어들고, 비접촉식 측정 방식으로 로봇 충돌의 위험이 없으며, 리니어 가이드의 액추에이팅 및 위치 피드백을 로봇 자체가 수행하므로 설치 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 측면 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 평면 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 선박용 컨테니어 콘 자동용접을 위한 위치측정 방법을 보인 흐름도.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 스캐닝정보 예시도.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 측면 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치 평면 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이,
용접 로봇(22)이 탑재된 대차(21) 정면에 설치되어 좌우 이동 및 원점 복귀가 가능하도록 이루어지는 리니어 가이드(110)와;
상기 리니어 가이드(110)의 이동 플레이트(113)에 고정 설치되어 전방으로 레이저 빔을 조사하여 컨테이너 콘(10)로부터 반사된 레이저를 수신하여 컨테이너 콘(10)까지의 거리를 검출하는 레이저 변위센서(120)와;
컨테이너 콘(10)의 위치 측정을 위하여 상기 용접 로봇(22)의 용접 토치(23)가 장착된 로봇팔을 제어하여 상기 용접 토치(23)에 의해 상기 레이저 변위센서(120)를 리니어 가이드(110) 상에서 밀어서 이동시키면서 용접 토치(23)의 위치값과 레이저 변위센서(120)에서 검출되는 거리값을 저장하여 스캔 제어를 하고, 스캔 스트로크 끝까지 스캔 제어가 완료되면 용접 로봇(22)의 로봇팔을 대기 상태로 제어한 후 상기 용접 토치(23) 위치값과 상기 레이저 변위센서(120)에 의해 검출된 거리값에 의거하여 스캐닝 정보를 생성하고, 스캐닝 정보에 의거하여 컨테이너 콘(10)의 위치정보를 측정함과 아울러 해당 컨테이너 콘(10) 위치정보에 의해 자동용접을 제어하는 용접 제어기(100)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 리니어 가이드(110)는,
대차(21)의 정면에 수평으로 장착되는 레일부(111)와; 상기 레일부(111)의 일측 끝단부에 레일부(111)에 대해 수직으로 설치되는 원점 지지판(112)과; 상기 레일부(111)에 슬라이드 가능하게 장착되어 레일부(111)를 타고 수평으로 이동가능하게 결합 설치되는 이동 플레이트(113)와; 상기 이동플레이트(113)와 상기 원점 지지판(112)에 양단부가 고정 연결되어 이동 플레이트(113)를 원점으로 복귀시키는 원점 복귀 스프링(114)과; 상기 원점 지지판(112)에 고정설치되어 상기 이동 플레이트(113)가 상기 원점 복귀 스프링(114)에 의해 원점 위치로 복귀될 때 충격을 완화시키는 충격 완화 댐퍼(115)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 대차(21)이 용접 로봇(22)이 탑재되고, 대차(21)의 정면에 수평으로 리니어 가이드(110)가 설치된다. 리니어 가이드(110)에는 레이저 변위센서(120)가 설치되며, 대차(21)를 이동시켜 컨테이너 콘(10)을 감지하기 위한 영역에 대기시킨다. 이와 같은 상태에서 컨테이너 콘 자동용접을 시작시키게 되면, 로봇 제어기(110)는 용접 로봇(22)의 로봇팔을 구동시켜 용접토치(23)로 상기 리니어 가이드(110)의 이동플레이트(113)를 슬라이드 시키면서 레이저 변위센서(120)로 거리측정을 하게 된다. 여기서 용접 토치(23)가 이동 플레이트(113)를 밀어주는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이동 플레이트(113)에 장착된 변위센서(120)를 밀어서 이동시킬 수도 있다. 변위센서(120)에 의해 컨테이너 콘(10)이 검출되는 시점부터 스캔 종료시점까지 용접 토치(23)의 위치정보와 변위센서(120)의 거리값을 스캔정보로 생성하고, 스캔정보에 의해 컨테니어 콘의 위지 정보를 추정하여 위치 측정을 완료하고 컨테이너 콘의 위치정보에 의해 자동용접을 제어한다.
도 3은 본 발명에 의한 선박용 컨테니어 콘 자동용접을 위한 위치측정 방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이,
용접 로봇(22)이 탑재된 대차(21) 정면에 좌우 이동 및 원점 복귀 기능이 있는 리니어 가이드(110)를 설치하고, 상기 리니어 가이드(110)의 이동 플레이트(113)에 레이저 변위센서(120)를 설치하여 컨테이너 콘(10) 위치 감지 영역으로 이동한 후, 상기 용접 로봇(22)을 제어하는 용접로봇의 제어기(100)는, 용접 로봇(22)의 용접 토치(23)가 장착된 로봇팔을 구동시켜 용접 토치(23)로 상기 리니어 가이드(110)에 장착된 레이저 변위센서(120)를 밀어서 이동시키면서 상기 레이저 변위센서(120)를 구동시켜 컨테이너 콘(10)까지의 거리값을 검출하는 컨테이너 콘 스캔제어단계(S10)와;
상기 컨테이너 콘 스캔제어단계(S10)에서의 용접 토치(23)의 위치정보와 상기 레이저 변위센서(120)로부터 검출된 컨테이너 콘(10)까지의 거리정보를 저장하는 스캐닝 정보 저장단계(S20)와;
상기 컨테이너 콘 스캔제어단계(S10) 및 상기 스캐닝 정보저장단계(S20)를 수행하여 스캐닝 스트로크 끝까지 도달되면 용접 토치(23)을 대기 상태로 제어하여 상기 리니어 가이드(110)의 이동 플레이트(113)가 스프링에 의해 원점으로 복귀되게 제어하는 변위센서 원점 복귀제어단계(S30)와;
상기 스캐닝정보 저장단계(S20)에서 저장된 용접 토치(23) 위치정보에 대해서 레이저 변위센서(120)의 거리정보를 대응시켜 스캐닝 정보를 생성하는 스캐닝정보 생성단계(S40)와;
상기 스캐닝 정보생성단계(S40)에서 생성된 스캐닝 정보에 의거하여 컨테이너 콘의 X,Y 위치정보를 검출하는 컨테이너 콘 위치정보 검출단계(S50)를 수행하고 검출된 컨테이너 콘 위치정보에 의해 자동용접 제어를 하도록 이루어짐을 특징으로 한다.
이와 같이 본 발명에 의한 컨테이너 콘 위치정보 측정방법은, 로봇 제어기(100)에 의해 자동으로 제어되는데, 자동 용접을 실행시키기 위해서 콘테이너 콘 위치정보 측정위치로 이동시켜두고, 로봇 제어기(100)에 컨테이너 콘 자동용접 명령을 입력하게 되면, 로봇 제어기(100)는, 컨테이너 콘(10)에 대한 스캔을 하는 스캔제어단계(S10)를 수행한다.
스캔 제어단계(S10)는 로봇제어기(100)가 로봇팔을 구동하여 용접 토치(23)에 의해 레이저 변위센서(120)를 밀어서 수평 이동시키도록 한다. 즉, 용접 토치(23)에 의해 이동 플레이트(113)에 설치된 레이저 변위센서(120)를 밀어서 리니어 가이드(110)의 레일부(111)를 따라 이동시킨다. 이때 레이저 변위센서(120)를 작동시켜 콘테이너 콘(10)까지의 거리정보를 측정하게 된다.
스캐닝 정보 저장단계(S20)는 리니어 가이드(110)의 스트로크 끝지점까지 레이저 변위센서(120)를 밀어서 이동시키면서 컨테이너 콘(10)에 대한 거리 값을 검출하여 저장하고, 용접 토치(23)의 위치정보를 저장한다.
원점 복귀 제어단계(S30)는, 스트로크 끝 지점까지 스캔을 완료하게 되면, 용접 토치(23)를 대기 위치로 이동시킨다. 이에 따라 레이저 변위센서(120)는 원점 복귀 스프링(114)에 의해 원점으로 자동 복귀된다. 이때 완충 댐퍼(115)가 레이저 변위센서(120)가 장착된 이동 플레이트(113)의 충격을 완화시켜 원점 위치로 복귀될 때의 원점 복귀 스프링(112)에 의한 충격을 해소시킨다.
스캐닝 정보 생성단계(S40)는, 스캔이 완료되면 저장되어 있는 용접 토치 위치정보와 레이저 변위센서에 의해 검출된 컨테이너 콘까지의 거리값을 스캐닝정보로 생성한다.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 스캐닝정보 예시도이다. 도 4에 도시된 바와 같 Y축 변위를 레이저 변위센서(120)의 거리값으로, X축 변위를 스캔 방향에 따른 용접토치(23)의 위치정보를 대응시켜 스캐닝 정보를 생성한다.
컨테이너 콘 위치정보 검출단계(S50)는, 상기 스캐닝 정보 생성단계(S40)에서 생성된 스캔 정보에 의해 컨테이너 콘(10)의 위치정보 X,Y좌표를 추정할 수 있게 된다. 예를들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 변위센서의 거리값은 컨테이너 콘의 X좌표값으로, 용접토치의 위치값은 컨테이너 콘의 Y좌표값으로 설정하여 컨테이너 콘(10)의 위치정보를 측정할 수 있게 된다.
컨테이너 콘(10)의 위치정보가 검출되면 검출된 컨테이너 콘의 위치정보에 의거하여 자동용접을 제어하게 된다.
10 : 컨테이너 콘 21 : 대차
22 : 용접 로봇 23 : 용접 토치
100 : 로봇 제어기 110 : 리니어 가이드
111 : 레일부 112 : 원점 지지판
113 : 이동 플레이트 114 : 원점 복귀 스프링
115 : 완충 댐퍼 120 : 레이저 변위센서

Claims (3)

  1. 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치에 있어서,
    용접 로봇(22)이 탑재된 대차(21) 정면에 설치되어 좌우 이동 및 원점 복귀가 가능하도록 이루어지는 리니어 가이드(110)와;
    상기 리니어 가이드(110)의 이동 플레이트(113)에 고정 설치되어 전방으로 레이저 빔을 조사하여 컨테이너 콘(10)로부터 반사된 레이저를 수신하여 컨테이너 콘(10)까지의 거리를 검출하는 레이저 변위센서(120)와;
    컨테이너 콘(10)의 위치 측정을 위하여 상기 용접 로봇(22)의 용접 토치(23)가 장착된 로봇팔을 제어하여 상기 용접 토치(23)에 의해 상기 레이저 변위센서(120)를 리니어 가이드(110) 상에서 밀어서 이동시키면서 용접 토치(23)의 위치값과 레이저 변위센서(120)에서 검출되는 거리값을 저장하여 스캔 제어를 하고, 스캔 스트로크 끝까지 스캔 제어가 완료되면 용접 로봇(22)의 로봇팔을 대기 상태로 제어한 후 상기 용접 토치(23) 위치값과 상기 레이저 변위센서(120)에 의해 검출된 거리값에 의거하여 스캐닝 정보를 생성하고, 스캐닝 정보에 의거하여 컨테이너 콘(10)의 위치정보를 측정함과 아울러 해당 컨테이너 콘(10) 위치정보에 의해 자동용접을 제어하는 용접 제어기(100)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리니어 가이드(110)는,
    대차(21)의 정면에 수평으로 장착되는 레일부(111)와;
    상기 레일부(111)의 일측 끝단부에 레일부(111)에 대해 수직으로 설치되는 원점 지지판(112)과;
    상기 레일부(111)에 슬라이드 가능하게 장착되어 레일부(111)를 타고 수평으로 이동가능하게 결합 설치되는 이동 플레이트(113)와;
    상기 이동플레이트(113)와 상기 원점 지지판(112)에 양단부가 고정 연결되어 이동 플레이트(113)를 원점으로 복귀시키는 원점 복귀 스프링(114)과;
    상기 원점 지지판(112)에 고정설치되어 상기 이동 플레이트(113)가 상기 원점 복귀 스프링(114)에 의해 원점 위치로 복귀될 때 충격을 완화시키는 충격 완화 댐퍼(114)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정장치.
  3. 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정방법에 있어서,
    용접 로봇(22)이 탑재된 대차(21) 정면에 좌우 이동 및 원점 복귀 기능이 있는 리니어 가이드(110)를 설치하고, 상기 리니어 가이드(110)의 이동 플레이트(113)에 레이저 변위센서(120)를 설치하여 상기 용접 로봇(22)을 제어하는 용접로봇의 제어기(100)는,
    용접 로봇(22)의 용접 토치(23)가 장착된 로봇팔을 구동시켜 용접 토치(23)로 상기 리니어 가이드(110)에 장착된 레이저 변위센서(120)를 밀어서 이동시키면서 상기 레이저 변위센서(120)를 구동시켜 컨테이너 콘(10)까지의 거리값을 검출하는 컨테이너 콘 스캔제어단계(S10)와;
    상기 컨테이너 콘 스캔제어단계(S10)에서의 용접 토치(23)의 위치정보와 상기 레이저 변위센서(120)로부터 검출된 컨테이너 콘(10)까지의 거리정보를 저장하는 스캐닝 정보 저장단계(S20)와;
    상기 컨테이너 콘 스캔제어단계(S10) 및 상기 스캐닝 정보저장단계(S20)를 수행하여 스캐닝 스트로크 끝까지 도달되면 용접 토치(23)을 대기 상태로 제어하여 상기 리니어 가이드(110)의 이동 플레이트(113)가 스프링에 의해 원점으로 복귀되게 제어하는 변위센서 원점 복귀제어단계(S30)와;
    상기 스캐닝정보 저장단계(S20)에서 저장된 용접 토치(23) 위치정보에 대해서 레이저 변위센서(120)의 거리정보를 대응시켜 스캐닝 정보를 생성하는 스캐닝정보 생성단계(S40)와;
    상기 스캐닝 정보생성단계(S40)에서 생성된 스캐닝 정보에 의거하여 컨테이너 콘의 X,Y 위치정보를 검출하는 컨테이너 콘 위치정보 검출단계(S50)를 수행하는 것을 선박용 컨테이너 콘 자동 용접을 위한 위치 측정방법.
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