KR101925857B1 - 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법 - Google Patents

로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법 Download PDF

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Abstract

로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법이 소개된다.
본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법은 (a) 레이저 빔이 임의의 포인트를 지시할 때, 상기 레이저 빔과 연동하는 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표 및 각도를 측정하는 과정; (b) 상기 로봇 툴이 3차원 공간상에서 기준 각도에 위치할 때, 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트의 3차원 공간상의 좌표를 측정하는 과정; 및 (c) 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 좌표를 중심으로 하는 3차원 공간상에서, 상기 (b) 과정에서 레이저 빔이 지시하는 포인트를, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 좌표를 중심으로 3차원 공간을 형성하는 각각의 축을 중심으로, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원 공간상의 각도만큼 순차적으로 회전하는 과정을 포함한다.

Description

로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법{Method for measuring 3-dimensional point coordinates indicated by laser beam for robot welding machine}
본 발명은 로봇 용접기에 사용되는 레이저 빔이 포인팅 하는 지점의 3차원 공간상의 좌표를 측정하는 방법에 관한 것이다.
조선, 플랜트 등 다양한 시공 현장에서는 용접공이 직접 용접 작업을 진행하기도 하나, 용접 작업 시 발생하는 가스의 유해성, 용접 작업의 정밀성 등을 고려하여 로봇을 이용한 용접 작업이 이루어지기도 한다.
통상 로봇을 이용한 용접 작업은 용접 대상 위치를 특정하고, 특정된 용접 대상 위치로 용접 툴이 이동하면서 진행하는 것이 일반적이다.
로봇을 이용한 용접 작업은 다양한 방식으로 진행될 수 있다.
종래 로봇을 이용한 용접 작업은, 일반적으로 용접 모재의 위치를 정확히 고정해 두고, 로봇은 미리 정해진 자리로 이동하여 정해진 경로를 이동하면서 용접 작업을 진행하였다.
그러나 대형 모재의 경우, 가접(가용접의 약자로 모재를 수작업 용접 등으로 중간 중간 임시로 용접해두는 것을 말함)시 틀어짐이 발생하는 것은 물론, 모재를 용접하고자 하는 자리에 위치시킬 때, 그 위치가 조금씩 틀어지는 현상이 발생하여, 대형 모재가 아닌 상대적으로 소형 모재 위주의 자동차 산업에서 로봇을 이용한 용접이 주로 사용되었다.
그러나 최근 인건비 상승 및 고급 용접사 부족 현상으로, 플랜트 등 대형 모재를 용접하는 곳에서도 로봇을 사용한 용접이 활성화되고 있는 추세이다.
그런데 전술한 바와 같이 모재가 일정하지 않고, 모재를 용접하고자 하는 곳으로 옮기는 과정에서 오차가 발생하게 되는바, 이를 해소하기 위해 모재의 틀어짐 및 위치 틀어짐을 감지하여 용접 경로를 보정하는 기술이 등장하게 되었다.
이러한 기술로, 종래 용접 대상 위치를 터치 방식으로 감지하고, 그 위치로 용접 툴이 이동하면서 용접 대상 위치를 용접하는 방식(터치 방식 트래킹)이 사용되기도 하였는바, 이러한 용접 작업은 속도가 너무 느려 근래에는 사용이 지양되고 있는 방식으로, 실제 현장에서는 거의 사용되지 않는 방식이다.
또한, 종래 레이저 변위센서를 이용한 트래킹 방식, 2D 레이저를 이용하여 실시간 트래킹 하면서 용접을 진행하는 방식도 존재하지만, 전자는 고도의 수학적 계산이 필요하고, 후자는 최근 다양한 연구가 이루어지고는 있으나, 너무 고가의 방식이라 현장에서 범용적으로 사용하기 어렵다는 단점이 존재한다.
또한, 상술한 종래기술들은 3차원 공간에서 위치를 특정하는 레이저 빔과, 용접 툴 사이의 좌표 차이, 레이저 빔의 3차원 상의 각도 등을 실시간으로 산출하기 곤란하기 어려운 단점이 존재한다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2007-0070572 A(2007.07.04)
본 발명은 용접 툴이 장착되는 로봇 툴의 자세가 변화하더라도, 레이저 빔에서 조사되는 레이저 포인트의 3차원 좌표를 측정할 수 있는 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법은 레이저 변위센서가 구비된 레이저 빔, 용접 툴이 장착되는 로봇 툴, 사전에 입력된 상기 로봇 툴의 원점을 기준으로 상기 로봇 툴의 좌표와 각도를 측정하는 로봇 제어부 및 상기 로봇 제어부에서 측정된 데이터를 표시하는 디스플레이부를 포함하는 로봇 용접기에 있어서, (a) 레이저 빔이 임의의 포인트(MP3)를 지시할 때, 상기 레이저 빔과 연동하는 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표(MP1) 및 각도를 측정하는 과정; (b) 상기 로봇 툴이 3차원 공간상에서 기준 각도에 위치할 때, 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 3차원 공간상의 좌표를 측정하는 과정; 및 (c) 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 공간상의 좌표(MP1)를 중심으로 하는 3차원 공간상에서, 상기 (b) 과정에서 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)를, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 좌표(MP1)를 중심으로 3차원 공간을 형성하는 각각의 축을 중심으로, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원 공간상의 각도만큼 순차적으로 회전하는 과정을 포함한다.
본 발명의 상기 (c) 과정은, (c-1) 상기 (b) 과정에서 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 좌표 및 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표(MP1)를 서로 잇는 가상의 선을 대각선으로 하는 가상의 직육면체를 상정하는 과정; 및 (c-2) 공간상의 좌표(MP1)를 중심으로 가상의 3차원 공간을 형성하는 3개의 축(x축, y축, z축)상에, 상기 (b) 과정에서 측정된 상기 레이저 빔이 지시하는 임의의 포인트(MP3)와 대응됨과 동시에, 상기 (c-1) 과정에서 산정된 가상의 직육면체의 모서리에 해당되는 각각의 축 포인트를 지정하고, 상기 축 포인트의 좌표를 측정하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 (c) 과정은, (c-3) 상기 로봇 툴의 좌표와 상기 (c-2) 과정에서 측정된 가상의 X축 상의 축 포인트를 잇는 벡터를 산정하는 과정; (c-4) 상기 로봇 툴의 좌표와 상기 (c-2) 과정에서 측정된 가상의 Y축 상의 축 포인트를 잇는 벡터를 산정하는 과정; (c-5) 상기 로봇 툴의 좌표와 상기 (c-2) 과정에서 측정된 가상의 Z축 상의 축 포인트를 잇는 벡터를 산정하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 (c) 과정은, (c-6) 상기 (c-3) 내지 (c-5) 과정에서 산정된 벡터를 중심으로 상기 (c-1) 과정에서 산정된 가상의 직육면체를, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원상의 각도만큼 순차적으로 회전하여 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표를 계산하는 과정을 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 과정은, (b-1) 사전에 설정된 로봇의 원점에 해당하는 각도로 상기 로봇 툴의 각도를 조정하는 과정; (b-2) 상기 로봇 툴의 원점에서 상기 로봇 툴에 인접하게 설치된 상기 레이저 빔을 이용하여 상기 로봇 툴의 원점을 중심으로 하는 임의의 공간에 위치한 상기 포인트(P3)를 식별가능하게 표시하는 과정; (b-3) 상기 레이저 빔이 제1 위치(L1)에서 상기 (b-2) 과정에서 표시한 상기 포인트(P3)를 지시하도록, 상기 로봇 툴을 제1 좌표(P1)로 이동시키고 상기 로봇툴의 3차원 좌표 및 레이저 빔의 길이를 계산하는 과정; (b-4) 상기 레이저 빔이 상기 포인트(P3)에 조사되도록 상기 레이저 빔을 상기 제1 위치(L1)에서 상기 포인트(P3)를 잇는 선상에 위치하는 제2 위치(L2)로 이동시키고, 상기 제2 위치(L2)에 대응되는 상기 로봇 툴을 제2 좌표(P2) 및 상기 제2 위치(L2)에서 임의의 위치(P3)까지의 레이저 빔의 길이를 계산하는 과정; (b-5) 상기 로봇 툴을 상기 포인트(P3)로 이동시켜 상기 로봇 제어부에서 상기 포인트(P3)의 좌표를 취득하는 과정; (b-6) 상기 (b-3) 과정에서 취득한 상기 제1 좌표(P1) 및 상기 제2 좌표(P2)를 이용하여 제1 좌표(P1)와 제2 좌표(P2)를 잇는 선분과 상기 임의의 공간의 x, y, z축이 이루는 각도를 계산하여 이를 상기 로봇 툴 및 상기 레이저 빔의 각도로 하는 과정; 및 (b-7) 상기 포인트(P3)에 대한 좌표와, 상기 (b-6) 과정에서 취득한 레이저 빔의 각도 및 상기 (b-3) 과정에서 취득한 레이저 길이를 이용하여 상기 제1 위치(L1)을 계산하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 (b) 과정은, (b-8) 제1 위치(L1) 및 제1 좌표(P1)의 좌표 차이를 계산하고, 제1 위치(L1) 및 제1 좌표(P1)를 잇는 선을 대각선으로 하는 가상의 직육면체의 모서리 좌표를 계산하는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 로봇 툴의 좌표 및 각도가 변경되더라도, 상기 레이점 빔이 조사하는 임의의 위치 좌표를 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b) 과정에서 상기 로봇 툴의 기준 각도는 정자세로 정의될 수 있다.
본 발명에서 용접 중 발생하는 스패터 및 흄으로부터 상기 레이저 빔의 출력 부위를 보호할 수 있도록 상기 레이저 빔은 상기 로봇 툴에 대하여 90°로 꺽인 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법에 따르면, 로봇 툴 및 레이저 빔이 연동하는 로봇 용접기에 있어서, 용접 툴이 장착되는 로봇 툴의 자세가 변화하더라도, 레이저 빔에서 조사되는 레이저 포인트의 3차원 좌표를 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법에 사용되는 공간상의 좌표를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법에서, 로봇 툴이 정자세일 경우 사용되는 공간상의 좌표를 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법을 설명한다.
일반적으로 로봇 용접기는 다수 개의 축을 중심으로 회전하면서, 로봇 암의 자세와, 용접 툴의 자세를 다양하게 변화시켜 용접대상 위치에 용접 툴이 위치된 상태에서 용접을 진행하게 되는바, 본 발명에서는 레이저 변위센서가 장착된 레이저 빔을 이용하여 용접대상 위치를 감지하고, 용접 툴이 장착된 로봇 툴을 이동시키면서 용접을 진행한다.
본 발명은 용접 대상 위치를 감지하는 레이저 변위센서, 이러한 레이저 변위센서가 감지한 특정 위치를 포인트로 지시하는 레이저 빔 및 로봇 툴을 포함하고, 로봇 툴에는 용접 툴이 장착되며, 이하 상술하는 계산 과정 등은 로봇의 종류에 따라 로봇 제어부에서 진행하거나, 별도의 제어기를 장착하여 진행한다.
로봇 툴의 자세(좌표 및 각도)가 변화하는 경우, 레이저 빔의 위치 역시 로봇 툴의 자세와 연동하여 변화하게 되는바, 로봇 툴의 자세를 기준 자세(정자세)로 특정하고 레이저 빔의 위치를 계산하는 방식으로는, 로봇 툴 자세 변화 시 레이저 빔이 지시하는 포인트의 위치를 계산하는 것은 불가능하다.
본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법에 따르면, 로봇 툴의 자세가 변화하더라도, 레이저 빔에서 조사된 레이저가 가리키는 포인트의 3차원 좌표를 계산할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법은 크게 (a) 과정, (b) 과정 및 (c) 과정을 포함한다.
이하에서는 각각의 과정을 상세히 설명한다.
(a) 과정은 레이저 빔이 임의의 포인트(MP3)를 지시할 때, 상기 레이저 빔과 연동하는 로봇 툴의 위치(MP1)에 따른 3차원 공간상의 좌표 및 각도를 측정하는 과정으로, 레이저 빔이 지시하는 임의의 포인트(MP3)는, 로봇 툴 자세 변화 시 좌표 측정이 필요한 지점으로 정의한다.
레이저 빔이 임의의 포인트(MP3)를 지시할 때의 로봇 툴 위치(MP1)에 따른 3차원 공간상의 좌표 및 각도는 로봇 제어부에서 측정 가능하며, 별도로 마련된 디스플레이부에서 로봇 툴의 좌표 및 각도 확인 가능하다.
후술하는 (b) 과정은 로봇 툴의 위치가 기준 각도에 위치할 때, 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 좌표를 계산하는 과정으로, (b) 과정을 통하여 취득한 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 좌표를 (a) 과정 및 (c) 과정에 적용하면, 로봇 툴의 자세가 변화하더라도 레이저 빔이 가리키는 포인트(MP3)의 3차원 공간상의 좌표를 계산할 수 있게 된다.
로봇 툴의 기준 각도는 로봇 툴의 자세가 변하지 않는 정자세로 정의될 수도 있는바, 본 발명에서는 로봇 툴이 정자세인 경우를 로봇 툴의 3차원 공간상의 기준 각도가 (180°, 0°, 0°)인 경우로 지정하고, 이때의 로봇 툴의 자세를 정자세로 정의하였다.
상술한 바와 같이, (b) 과정은 로봇 툴이 3차원 공간상에서 기지정된 기준 각도에 위치할 때, 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 3차원 공간상의 좌표를 측정하는 과정이다.
기지정된 기준 각도는 다양하게 설정될 수 있는바, 본 발명에서는 로봇 툴의 3차원 공간상의 기준 각도를 (180°, 0°, 0°)로 지정하고, 이때의 로봇 툴의 자세를 정자세로 정의하였다.
또한, 레이저 빔의 조사 부위를 용접 시 발생하는 스패터 또는 흄으로부터 보호하기 위하여 로봇 툴과 90°정도 꺽인 상태로 장착할 경우, 전술한 정자세(180°, 0°, 0°)로 진행할 수 없으므로, 다른 자세를 기준 자세로 하여 진행할 수도 있다.
로봇 툴이 정자세일 때, 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 좌표를 계산하기 위해 먼저 로봇 툴의 자세를 상술한 기저장된 기준 각도에 맞춘다.
로봇 툴이 기저장된 기준 각도로 셋팅된 상태에서, 레이저 빔을 조사할 임의의 포인트(P3)를 설정하고, 육안으로 식별 가능하도록 그 위치를 표시한다.
레이저 빔의 임의의 위치(L1)에서 레이저를 조사하여 식별 표시한 포인트(P3)를 지시한다.
이때, 레이저 빔에서 발생한 레이저의 길이를 계산하고, 레이저 빔이 임의의 위치(L1)에 위치하고 있을 때, 로봇 툴의 3차원 공간상의 위치(P1)를 좌표로 읽는다. 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표는 로봇 제어부에서 측정되는바, 디스플레이부에서 확인 가능하다.
이러한 과정이 완료되면, 레이저 빔을 이전의 위치와는 다른 별도의 임의의 위치(L2)로 이동시킨다.
레이저 빔이 별도의 임의의 위치(L2)로 이동된 후, 레이저를 이용하여 레이저 빔을 조사할 임의의 포인트(P3)를 지시한다. 별도의 임의의 위치(L2)에서의 레이저 길이를 측정하고, 레이저 빔과 연동하여 이동한 로봇 툴의 3차원 공간상의 위치(P2)를 좌표로 읽는다. 이때, 별도의 임의의 위치(L2)에서 조사된 레이저의 길이는 임의의 위치(L1)에서 조사된 레이저의 길이와 상이하다.
이 과정이 완료되면, 로봇 툴을 식별 표시한 포인트(P3)로 이동시키고, 그 위치에서 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표를 로봇 제어부 및 디스플레이부를 통하여 취득한다.
로봇 툴과 레이저 빔은 서로 연동하도록 레이저 빔은 로봇 툴에 인접하게 고정되고, 레이저 빔으로부터 조사된 레이저의 각도는 로봇 툴의 각도와 동일하다는 전제하에, 상술한 로봇 툴의 임의의 위치 (P1) 및 별도의 임의의 위치(P2)에서의 3차원 공간상의 좌표를 이용하여 로봇 툴의 각도를 계산함으로써, 레이저 빔의 3차원 공간상의 각도도 계산할 수 있게 된다.
이와 같이, 로봇 툴의 각도를 이용하여 레이저 빔의 각도가 계산되면, 식별 표시된 포인트(P3)의 좌표, 레이저의 길이(L1~P3에 이르는 레이저 길이)를 이용하여, 레이저 빔의 출발점 좌표(L1)를 얻을 수 있게 된다.
또한, 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표(P1), 레이저 빔의 출발점 좌표(L1)를 연결하는 선을 가상의 대각선으로 하는 직육면체를 구성하고, 이러한 직육면체 각각의 모서리 좌표를 계산할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 로봇 툴이 정자세일 경우, 레이저 빔이 가리키는 포인트(P3)의 좌표가 계산되면, 후술하는 (c) 과정을 통하여 로봇 툴의 자세 변화가 있는 경우, 레이저 빔이 가리키는 포인트(MP3)의 실제 좌표를 계산한다.
(c) 과정은 (a) 과정에서 측정된 로봇 툴의 좌표(MP1)를 중심으로 하는 3차원 공간상에서, (b) 과정을 통하여 취득한 로봇 툴이 정자세일 경우, 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 좌표를, 상기 (a) 과정에서 취득한 상기 로봇 툴의 좌표(MP1)을 중심으로 형성되는 3개의 가상의 축을 기준으로, (a) 과정에서 취득한 로봇 툴의 3차원 공간상의 각도만큼 순차적으로 회전하는 과정이다. 즉, 이러한 과정은 아래의 개념으로 이해될 수 있다.
"(b) 과정을 통해 취득한 레이저 빔이 가리키는 포인트(P3)의 좌표(로봇 툴이 정자세일 경우의 좌표)---> 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)의 좌표는 로봇 툴의 자세 변화가 있는 경우임---> 로봇 툴이 정자세일 경우의 레이저 빔이 가리키는 포인트(P3)의 좌표와, 로봇 툴의 자세가 변화할 때의 레이저 빔이 가리키는 포인트(MP3)의 좌표는 서로 대응됨--> 로봇 툴이 정자세일 경우에 대응되는 로봇 툴의 각도가 변화한 정도를 측정하고, 로봇 툴이 정자세일 경우에 레이저 빔이 가리키는 포인트(P3) 좌표를, 로봇 툴 좌표(MP1)에서의 로봇 툴이 이루고 있는 각도만큼 회전시키면, 실제 레이저 빔이 지시하고 있는 포인트(MP3)의 좌측 측정이 가능함."
이러한 (c) 과정을 더 상세히 설명한다.
(c-1) 과정에서, 먼저 (b) 과정에서 취득한 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3 위치)의 좌표 및 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)를 지시하고 있을 때의 로봇 툴의 좌표(MP1)를 잇는 가상의 선을 대각선으로 하는 가상의 직육면체를 상정한다.
(c-1) 과정에서 가상의 직육면체가 상정되면, (c-2) 과정이 진행되는바, (c-2) 과정은, 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)을 지시하고 있을 때, 로봇 툴의 좌표(MP1)를 중심점으로 3차원 공간을 형성하는 3개의 축을 가정하고, 각각의 축 상에 위치하되, 상술한 가상의 직육면체의 모서리에 해당하는 지점(a 지점, b 지점, c 지점)들의 좌표를 계산하는 과정이다.
(c-3) 과정은 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)을 지시하고 있을 때의 로봇 툴의 좌표 및 a 지점의 좌표를 잇는 벡터에 대하여, 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)을 지시하고 있을 때, 로봇 툴의 해당 축 각도만큼, 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표, b 지점에서의 좌표, c 지점에서의 좌표를 회전시키게 되는바, (c-3) 과정에서 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표, b 지점에서의 좌표, c 지점에서의 좌표는 모두 변경되며, a 지점에서의 좌표는 변경되지 않는다.(가상의 직육면체 회전)
(c-4) 과정은 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)을 지시하고 있을 때, 로봇 툴의 좌표(MP1) 및 b 지점의 좌표를 잇는 벡터에 대하여, (c-3) 과정에서 변경된 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표, (c-3) 과정에서 변경된 b 지점에서의 좌표, (c-3) 과정에서 변경된 c 지점에서의 좌표를, 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)를 지시하고 있을 때의 로봇 툴의 해당 축 각도만큼 회전시키는 과정이다.
이 과정을 통하여 (c-3) 과정을 통하여 변경된 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표 및 (c-3) 과정에서 변경된 c 지점에서의 좌표는 다시 변경되고, (c-3) 과정에서 변경되지 않았던 a 지점의 좌표도 변경되며, (c-3) 과정에서 변경된 b 지점의 좌표는 다시 변경되지 않고 (c-3) 과정에서 변경된 상태를 유지한다.
(c-5) 과정에서는 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)를 지시하고 있을 때의 로봇 툴의 좌표(MP1) 및 c 지점의 좌표를 잇는 벡터에 대하여, (c-4) 과정에서 변경된 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표, (c-3) 및 (c-4) 과정을 거친 b 지점에서의 좌표, (c-3) 및 (c-4) 과정을 거친 c 지점에서의 좌표를, 레이저 빔이 실제 좌표 측정이 필요한 포인트(MP3)을 지시하고 있을 때의 로봇 툴의 해당 축 각도만큼 회전시키게 된다.
(c-5) 과정을 거치게 되면, (c-3) 및 (c-4) 과정을 거치면서 변경된 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트의 좌표는 다시 변경되고, (c-4) 과정에서 변경된 a 지점에서의 좌표도 다시 변경되며, (c-3) 과정에서 변경된 b 지점에서의 좌표 역시 변경되는바, (c-3) 및 (c-4) 과정에서 변경된 c 지점에서의 좌표는 다시 변경되지 않는다.
이와 같이, 로봇 툴이 정자세일 때 레이저 빔이 지시하는 포인트 좌표를 (c-3), (c-4), (c-5) 과정을 거치면서 각각의 축에 대하여 회전시키면, 로봇 툴의 자세 변화 시 레이저 빔의 레이저가 지시하는 포인트의 3차원 공간상의 실제 좌표를 취득할 수 있게 된다.
한편, 로봇 용접 중 발생하는 스패터 및 흄 등으로 인해 레이저 빔의 출력 부위가 훼손되는 문제점이 존재하는바, 본 발명에서는 이러한 스패터 및 흄 등으로부터 레이저 빔의 출력 부위를 보호할 수 있도록 레이저 빔을 로봇 툴에 대하여 90°꺽인 곳에 위치시킴(로봇 툴의 자세는 정자세가 아님)으로써 이러한 문제점을 해결하였다. 즉, 레이점 빔의 출력 부위는 항상 로봇 툴과 직각으로 위치하게 되므로, 레이저 빔의 출력 부위는 용접 작업 시 발생하는 스패터 및 흄 등의 이동 경로로부터 어긋나 있게 되므로, 상술한 문제점을 해결할 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (9)

  1. 레이저 변위센서가 구비된 레이저 빔, 용접 툴이 장착되는 로봇 툴, 사전에 입력된 상기 로봇 툴의 원점을 기준으로 상기 로봇 툴의 좌표와 각도를 측정하는 로봇 제어부 및 상기 로봇 제어부에서 측정된 데이터를 표시하는 디스플레이부를 포함하여 x, y, z축으로 이루어진 임의의 공간에 위치한 로봇 용접기에 있어서,
    (a) 상기 레이저 빔이 임의의 포인트(MP3)를 지시할 때, 상기 레이저 빔과 연동하는 상기 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표(MP1) 및 각도를 측정하는 과정;
    (b) 상기 로봇 툴이 3차원 공간상에서 기준 각도에 위치할 때, 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 3차원 공간상의 좌표를 측정하는 과정; 및
    (c) 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 공간상의 좌표(MP1)를 중심으로 하는 3차원 공간상에서, 상기 (b) 과정에서 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)를, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 좌표(MP1)를 중심으로 3차원 공간을 형성하는 각각의 축을 중심으로, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원 공간상의 각도만큼 순차적으로 회전하는 과정을 포함하고,
    상기 (b) 과정은, (b-1) 사전에 설정된 로봇의 원점에 해당하는 각도로 상기 로봇 툴의 각도를 조정하는 과정; (b-2) 상기 로봇 툴의 원점에서 상기 로봇 툴에 인접하게 설치된 상기 레이저 빔을 이용하여 상기 로봇 툴의 원점을 중심으로 하는 임의의 공간에 위치한 상기 포인트(P3)를 식별가능하게 표시하는 과정; (b-3) 상기 레이저 빔이 제1 위치(L1)에서 상기 (b-2) 과정에서 표시한 상기 포인트(P3)를 지시하도록, 상기 로봇 툴을 제1 좌표(P1)로 이동시키고 상기 로봇툴의 3차원 좌표 및 레이저 빔의 길이를 계산하는 과정; (b-4) 상기 레이저 빔이 상기 포인트(P3)에 조사되도록 상기 레이저 빔을 상기 제1 위치(L1)에서 상기 포인트(P3)를 잇는 선상에 위치하는 제2 위치(L2)로 이동시키고, 상기 제2 위치(L2)에 대응되는 상기 로봇 툴을 제2 좌표(P2) 및 상기 제2 위치(L2)에서 임의의 위치(P3)까지의 레이저 빔의 길이를 계산하는 과정; (b-5) 상기 로봇 툴을 상기 포인트(P3)로 이동시켜 상기 로봇 제어부에서 상기 포인트(P3)의 좌표를 취득하는 과정; (b-6) 상기 (b-3) 과정에서 취득한 상기 제1 좌표(P1) 및 상기 제2 좌표(P2)를 이용하여 제1 좌표(P1)와 제2 좌표(P2)를 잇는 선분과 상기 x, y, z축이 이루는 각도를 계산하여 이를 상기 로봇 툴 및 상기 레이저 빔의 각도로 하는 과정; 및 (b-7) 상기 포인트(P3)에 대한 좌표와, 상기 (b-6) 과정에서 취득한 레이저 빔의 각도 및 상기 (b-3) 과정에서 취득한 레이저 길이를 이용하여 상기 제1 위치(L1)을 계산하는 과정을 포함하는, 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (c) 과정은,
    (c-1) 상기 (b) 과정에서 상기 레이저 빔이 지시하는 포인트(P3)의 좌표 및 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원 공간상의 좌표(MP1)를 서로 잇는 가상의 선을 대각선으로 하는 가상의 직육면체를 상정하는 과정; 및
    (c-2) 공간상의 좌표(MP1)를 중심으로 가상의 3차원 공간을 형성하는 3개의 축(x축, y축, z축)상에, 상기 (b) 과정에서 측정된 상기 레이저 빔이 지시하는 임의의 포인트(MP3)와 대응됨과 동시에, 상기 (c-1) 과정에서 산정된 가상의 직육면체의 모서리에 해당되는 각각의 축 포인트를 지정하고, 상기 축 포인트의 좌표를 측정하는 과정을 포함하는, 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 (c) 과정은,
    (c-3) 상기 로봇 툴의 좌표와 상기 (c-2) 과정에서 측정된 가상의 X축 상의 축 포인트를 잇는 벡터를 산정하는 과정;
    (c-4) 상기 로봇 툴의 좌표와 상기 (c-2) 과정에서 측정된 가상의 Y축 상의 축 포인트를 잇는 벡터를 산정하는 과정;
    (c-5) 상기 로봇 툴의 좌표와 상기 (c-2) 과정에서 측정된 가상의 Z축 상의 축 포인트를 잇는 벡터를 산정하는 과정;을 더 포함하는, 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 (c) 과정은,
    (c-6) 상기 (c-3) 내지 (c-5) 과정에서 산정된 벡터를 중심으로 상기 (c-1) 과정에서 산정된 가상의 직육면체를, 상기 (a) 과정에서 측정된 상기 로봇 툴의 3차원상의 각도만큼 순차적으로 회전하여 상기 레이저 빔이 지시하는 임의의 포인트(MP3)의 좌표를 계산하는 과정을 더 포함하는, 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 (b) 과정은,
    (b-8) 제1 위치(L1) 및 제1 좌표(P1)의 좌표 차이를 계산하고, 제1 위치(L1) 및 제1 좌표(P1)를 잇는 선을 대각선으로 하는 가상의 직육면체의 모서리 좌표를 계산하는 과정을 더 포함하는, 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법.
  7. 청구항 1 내지 4 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇 툴의 좌표 및 각도가 변경되더라도, 상기 레이저 빔이 조사하는 임의의 위치 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는, 로봇 용접기용 레이저 빔의 3차원 포인트 좌표 측정방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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KR100986669B1 (ko) * 2009-06-08 2010-10-08 (주)이지로보틱스 로봇 캘리브레이션 장치 및 그 방법

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