KR102150245B1 - 스트립 센터링 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

스트립 센터링 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

스트립 이동경로 하부에 위치하는 LED 모듈 및 상기 LED 모듈이 방출하는 빛을 인식하여 상기 스트립의 위치를 감지하는 카메라 모듈을 구비하는 스트립 센터링 장치는, 상기 카메라 모듈의 일측에 구비되어 상기 카메라 모듈이 감지하는 영역의 양단부로 레이저 빔을 방출하는 발광부와, 상기 LED 모듈의 양측부에 위치하여 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔을 반사하는 반사판과, 상기 각각의 반사판에서 반사된 레이저 빔을 검출하는 수광부를 포함하는 레이저 센서 모듈을 포함하되, 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔과 상기 수광부로부터 검출된 레이저 빔으로부터 반사율을 산출하여 카메라 모듈의 위치가 조정되는 것을 특징으로 스트립 센터링 장치 및 그 제어방법을 제공한다.

Description

스트립 센터링 장치 및 그 제어방법{A strip centering device and control method of the same}
본 발명은 스트립 센터링 장치 및 그 제어방법에 대한 것으로, 스트립의 용접 포인트 및 센터링을 판단하는 카메라 모듈의 위치를 조정하는 장치로써, 방출된 레이저 빔과 반사판으로부터 반사되어 검출된 레이저 빔으로부터 반사율을 산출하는 레이저 모듈을 이용하여 카메라 모듈의 위치가 조정되는 스트립 센터링 장치 및 그 제어방법에 대한 것이다.
스트립 센터링 장치(SCD; Strip Centering Device)는 CPC(Center position control) 제어장치라고 하는데, 일반적으로 공정진행 중인 스트립(strip)을 감지하여 스트립 센터링 상태를 측정한 후 스트립이 중앙에 유지될 수 있도록 하는 장치이다.
스트립 센터링 장치에 구비되는 카메라는 스트립의 센터링을 측정하여 적정 용접 포인트에 스트립이 위치하였는지 판단하는 장치로, 카메라 센터링 또는 영점(zeroing)이 맞지 않을 경우 용접불량이 발생하여, 스트립 용접부 파단에 의한 생산 가동 중단이 유발될 수 있다.
종래의 일반적인 영점조절(Zeroing) 방법은 레이저 용접 설비를 정지시키고, 클램프(Clamp)를 적정 위치에 이동시킨 후 카메라에 들어오는 LED 광량을 측정하는 표시창을 보면서 카메라의 위치를 조절하여 중심을 맞추고, 영점조절용 시편을 클램핑 테이블에 위치시킨 뒤 렌즈 포커스를 조절하여 영점조절(Zeroing)을 실시하는 것이다.
상기의 기술은 레이저 용접 설비를 정지시킨 후에만 카메라 센터링을 맞출 수 있어 생산 가동에 영향을 줄 수 있고, LED 표시창을 보고 카메라의 중심을 확인하므로 실제 카메라 중심선이 기준과 동일한지 파악하기 어려워 정확한 카메라의 센터링 여부를 파악할 수 없기 때문에 신뢰성이 부족할 수 있으며, 카메라 센터링 과정동안 많은 시간이 소요될 수 있다. 또한, LED 표시창은 카메라에 입사되는 LED 광량을 알려주는 장치인데, 주변 환경에 따른 LED 광의 반사, 조명, 먼지 또는 이물질 등에 의해 카메라에 입사되는 광량에 영향을 받기 때문에 측정의 정확도가 감소할 수 있다.
1. 한국공개실용신안 제20-1998-018485호(1998.07.06. 공개) 2. 한국등록특허 제10-0369232호(2003.01.09. 등록)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 레이저 용접설비의 가동 중에도 카메라의 센터링을 자동으로 수행하고, 주변환경에 관계없이 카메라 센터링의 정확도를 높이며, 그로 인해 스트립의 센터링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 스트립 센터링 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 스트립 이동경로 하부에 위치하는 LED 모듈 및 상기 LED 모듈이 방출하는 빛을 인식하여 상기 스트립의 위치를 감지하는 카메라 모듈을 구비하는 스트립 센터링 장치에 있어서, 상기 카메라 모듈의 일측에 구비되어 상기 카메라 모듈이 감지하는 영역의 양단부로 레이저 빔을 방출하는 발광부와, 상기 LED 모듈의 양측부에 위치하여 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔을 반사하는 반사판과, 상기 각각의 반사판에서 반사된 레이저 빔을 검출하는 수광부를 포함하는 레이저 센서 모듈을 포함하되, 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔과 상기 수광부로부터 검출된 레이저 빔으로부터 반사율을 산출하여 카메라 모듈의 위치가 조정되는 것을 특징으로 하는 스트립 센터링 장치를 제공할 수 있다.
상기 레이저 센서 모듈은, 상기 스트립을 용접하는 레이저 빔 또는 상기 LED 모듈에서 방출하는 빛과 다른 색상의 레이저 빔을 방출할 수 있다.
상기 카메라 모듈은, 구동원과, 상기 구동원과 연결된 카메라 구동축을 구비하는 카메라 구동부 및 상기 카메라 구동부의 작동을 명령하는 제어부를 포함하고, 상기 레이저 센서 모듈로부터 산출된 반사율에 따라 카메라 모듈의 위치가 조정될 수 있다.
또한 상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기의 스트립 센터링 장치를 이용하며 레이저 용접 영역 중심에 상기 스트립이 위치할 때 상기 레이저 센서 모듈에서 방출한 레이저 빔의 반사량을 측정하여 기준 반사율을 설정하는 단계; 상기 스트립이 이동하며 상기 레이저 센서 모듈로부터 레이저 빔을 방출 및 검출하는 단계; 상기 레이저 센서 모듈로부터 방출된 레이저 빔과 검출된 레이저 빔을 비교하여 반사율을 산출하는 단계; 및 상기 레이저 빔의 기준 반사율과 상기 산출된 레이저 빔의 반사율을 비교하여 상기 카메라 모듈의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립 센터링 장치의 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치는 레이저 센서 모듈을 구비함으로써 레이저 용접설비의 가동 중에도 카메라 모듈의 센터링을 자동으로 수행하고, 주변환경에 관계없이 카메라 센터링의 정확도를 높이며, 그로 인해 스트립의 센터링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 레이저 용접설비의 가동 중에도 스트립 센터링 장치의 카메라를 실시간으로 센터링을 조정할 수 있으므로 생산성 향상에 효과가 있으며, 카메라 중심이 시각적으로 표시될 수 있으므로 신속하게 스트립의 센터링을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈이 자동으로 카메라의 센터링이 벗어난 상황을 감지하고 조정할 수 있으므로 생산 가동 중단을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치의 카메라 모듈과 레이저 센서 모듈을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치의 제어방법을 나타낸 단계별 흐름도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치의 카메라 모듈과 레이저 센서 모듈을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치의 제어방법을 나타낸 단계별 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치(16)는 LED 모듈(100), 카메라 모듈(200), 레이저 센서 모듈(300) 등을 포함할 수 있다.
LED 모듈(100)은 스트립 이동경로의 하부에 위치할 수 있으며, 예를 들어 스트립이 이동 또는 고정되는 클램핑 테이블(10)의 하부에 위치할 수 있다. 스트립의 용접부가 평행하도록 스트립을 절단하는 상부 전단기(12a)와 하부 전단기(12b)가 스트립 용접 영역의 상부와 하부에 구비될 수 있는데, 상기 LED 모듈(100)은 하부 전단기(12b)의 양측에 동일 간격으로 위치할 수 있다. 즉, 상기 LED 모듈(100)은 스트립의 용접 영역을 중심으로 양측에 구비될 수 있다.
카메라 모듈(200)은 상기 LED 모듈(100)이 방출하는 빛을 인식하여 상기 스트립의 위치를 감지할 수 있다. 즉, 스트립의 위치에 따라 LED 모듈(100)로부터 카메라 모듈(200)이 감지하는 광량의 차이를 이용하여 스트립의 센터링을 감지하고, 스트립이 용접 영역의 중심에 정확히 위치하였는지 감지할 수 있다.
레이저 센서 모듈(300)은 상기 카메라 모듈(200)의 일측에 구비되어 상기 카메라 모듈(200)이 감지하는 영역의 양단부로 레이저 빔을 방출하는 발광부와, 상기 LED 모듈(100)의 양측부에 위치하여 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔을 반사하는 반사판(330)과, 상기 각각의 반사판(330)에서 반사된 레이저 빔을 검출하는 수광부를 포함할 수 있다.
나아가서, 상기 스트립 센터링 장치는 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔과 상기 수광부로부터 검출된 레이저 빔으로부터 반사율을 산출하여 카메라 모듈(200)의 위치가 조정될 수 있다.
상세히 설명하면, 카메라 모듈(200)의 카메라가 정확하게 센터링이 되었을 때를 기준으로 하여 레이저 빔의 반사율을 측정함으로써 기준반사율을 설정할 수 있다. 이때 상기 레이저 빔은 카메라가 LED 모듈(100)에서 방출하는 LED 광선을 수합하는 방향의 기준선에 맞추어 주사되는 것이 바람직하다. 또한 반사판(330)은 도 1 과 같이 LED 모듈(100)의 양측부인 LED 램프의 동작 측부(Operation Side) 또는 구동 측부(Drive Side)에 위치하되, 스트립 용접 장치의 가동 전에 레이저 센서모듈(300)의 발광부로부터 방출된 레이저 빔이 수광부에 맞춰 반사되도록 반사판(330)의 각도 및 위치를 조정할 수 있다.
상기 카메라 모듈(200)은, 구동원(210)과, 상기 구동원과 연결된 카메라 구동축(220)을 포함하는 카메라 구동부 및 상기 카메라 구동부의 작동을 명령하는 제어부를 구비하고, 상기 레이저 센서 모듈(300)로부터 산출된 반사율에 따라 상기 제어부가 상기 카메라 구동부를 작동시켜 카메라 모듈(200)의 위치가 조정될 수 있다. 즉, 카메라 모듈(200)의 일측에 구비된 레이저 센서 모듈(300)은, 카메라 모듈(200)의 카메라가 LED 모듈(100)의 LED 광선을 수합하는 기준선에 맞추어 레이저 빔이 주사되므로, 레이저 센서 모듈(300)의 발광부로부터 방출되는 레이저 빔은 카메라가 향하는 방향과 동일하다. 따라서 레이저 센서 모듈(300)의 수광부로 검출되는 레이저 빔으로부터 산출되는 레이저 빔의 반사율이 낮으면 카메라의 센터링에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 산출된 반사율에 따라 제어부가 카메라 구동부에 명령하여 카메라 구동부가 작동되고 카메라 모듈(200)의 위치가 조정됨으로써 카메라 모듈의 센터링을 수행할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치(16)는 레이저 센서 모듈(300)을 구비함으로써 레이저 용접설비의 가동 중에도 카메라 모듈(200)의 센터링을 자동으로 수행할 수 있으며, 그로인해 스트립의 센터링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 레이저 용접설비의 가동 중에도 스트립 센터링 장치의 카메라의 중심위치를 지속적으로 모니터링할 수 있으므로 생산성 향상에 효과가 있으며, 레이저 센서 모듈(300)에서 방출된 레이저 빔으로 인해 카메라의 중심을 작업자가 시각적으로 감지할 수 있으므로 정확하고 신속하게 스트립 센터링을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(200)이 자동으로 카메라의 센터링이 벗어난 상황을 감지하고 조정할 수 있으므로 생산 가동 중단을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 레이저 센서 모듈(300)로부터 방출된 레이저 빔은 상기 스트립을 용접하는 레이저 빔 또는 상기 LED 모듈(100)에서 방출하는 빛과 다른 색상으로 방출될 수 있다. 따라서 레이저 센서 모듈(300)에서 방출 또는 검출되는 레이저 빔과 구분됨으로써 각각의 레이저 빔 또는 LED 모듈에서 방출되는 빛에 대해 주변환경에 관계없이 카메라 센터링의 정확도를 높이며, 카메라 모듈(200)의 인식성을 향상시킬 수 있고, 나아가서 작업자의 눈으로도 직접 인식이 가능할 수 있다.
도 1내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치의 제어방법을 설명하면, 먼저 도 1 내지 도 3의 스트립 센터링 장치를 이용하며, 상기 스트립이 중심에 위치할 때 상기 레이저 센서 모듈(300)에서 방출한 레이저 빔의 반사량을 측정하여 레이저 빔 기준 반사율을 설정한다(S110). 즉, 카메라 모듈(200)의 카메라가 정확하게 센터링이 되었을 때를 기준으로 하여 레이저 빔의 반사율을 측정함으로써 기준반사율을 설정할 수 있다. 이때 상기 레이저 빔은 카메라가 LED 모듈에서 방출하는 LED 광선을 수합하는 기준선에 맞추어 주사되는 것이 바람직하다. 또한 반사판(330)은 도 1 과 같이 LED 모듈(100)의 양측부인 LED 램프의 동작 측부(Operation Side) 또는 구동 측부(Drive Side)에 위치하되, 스트립 용접 장치의 가동 전에 레이저 센서 모듈(300)의 발광부로부터 방출된 레이저 빔이 수광부에 맞춰 반사되도록 반사판(330)의 각도 및 위치를 조정하는 과정을 거칠 수 있다.
다음으로, 상기 스트립이 일정방향(A)으로 이동하며 상기 레이저 센서 모듈(300)로부터 레이저 빔을 방출 및 검출한다(S120). 즉, 스트립이 이동하는 과정동안 실시간으로 레이저 센서 모듈(300)의 발광부에서 레이저 빔을 방출하고, LED 모듈(100)의 양측부에 위치한 반사판(330)으로부터 반사된 레이저 빔은 수광부로 검출된다.
다음으로, 상기 방출된 레이저 빔과 수광부로부터 검출된 레이저 빔을 비교하여 반사율을 산출한다(S130). 카메라 모듈(200)의 센터링을 실시간으로 감지하기 위해 상기 반사율을 산출하는 것 또한 스트립이 이동하는 과정동안 실시간으로 수행될 수 있다
이후 실시간으로 산출된 반사율과 상기 기준 반사율을 비교하여(S140), 기준 반사율과 산출된 반사율에 오차가 발생할 경우 카메라 모듈(200)의 위치를 조정한다(S150b). 카메라 모듈(200)의 위치를 조정하는 것은 상기 산출된 반사율에 따라 카메라 모듈(200)의 제어부가 카메라 구동부에 명령하여 카메라 구동부가 작동되고, 지속적으로 레이저 빔의 반사율을 측정하고 기준반사율과 비교하며, 카메라 모듈(200)의 센터링 상태를 점검함으로써 카메라 모듈(200)의 위치가 조정될 수 있다.
산출된 반사율이 기준 반사율에 부합하는 경우 카메라의 센터링은 유지가 되는 것으로 판단하고, 카메라 모듈(200)은 스트립의 센터링을 지속적으로 감지하며, 레이저 용접을 진행한다(S150a). 즉, 상기의 과정으로 센터링이 유지된 카메라 모듈(200)은 스트립의 센터링을 지속적으로 감지하며, 감지된 결과에 따라 스트립 센터링 장치(16)가 동작하여 스트립 이동 또는 용접 시 스트립의 센터링을 조정할 수 있다.
센터링이 유지된 선행 스트립의 후단부와 후행 스트립의 선단부가 클램핑 테이블(10)의 용접 영역에 위치하면, 후단 스트립의 선단부가 평행인지 확인하고, 상부 클램프(14a)와 하부 클램프(14b)로 스트립을 고정한 후, 상부 전단기(12a)와 하부 전단기(12b)를 이용하여 스트립의 선단부를 평행하도록 전단할 수 있다. 선행 스트립과 후행 스트립의 용접부가 평행함이 확인되면 레이저 용접을 수행할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 스트립 센터링 장치 및 그 제어방법은 레이저 센서 모듈(300)을 구비함으로써 레이저 용접설비의 가동 중에도 카메라 모듈(200)의 센터링을 자동으로 수행하고, 주변환경에 관계없이 카메라 센터링의 정확도를 높이며, 스트립의 센터링에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 레이저 용접설비의 가동 중에도 스트립 센터링 장치의 카메라 센터링을 점검하고 보정할 수 있으므로, 용접설비의 가동이 지속적으로 유지되어 생산성 향상에 효과가 있으며, 카메라가 스트립을 감지하는 영역이 시각적으로 표시될 수 있으므로 정확하고 신속하게 스트립 센터링을 수행할 수 있다. 또한, 카메라 모듈(200)이 자동으로 카메라의 중심이 벗어난 상황을 감지하고 조정할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : LED 모듈
200 : 카메라 모듈
210 : 구동원
220 : 카메라 구동축
300 : 레이저 센서 모듈
330 : 반사판

Claims (4)

  1. 스트립 이동경로 하부에 위치하는 LED 모듈 및 상기 LED 모듈이 방출하는 빛을 인식하여 상기 스트립의 위치를 감지하는 카메라 모듈을 구비하는 스트립 센터링 장치에 있어서,
    상기 LED 모듈은, 스트립 용접 영역의 하부에 구비되는 하부 전단기의 양측에 상기 스트립의 용접 영역을 중심으로 동일 간격으로 위치하고,
    상기 카메라 모듈의 일측에 구비되어 상기 카메라 모듈이 감지하는 영역의 양단부로 레이저 빔을 방출하는 발광부와, 상기 LED 모듈의 양측부에 위치하여 상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔을 반사하는 반사판과, 상기 각각의 반사판에서 반사된 레이저 빔을 검출하는 수광부를 포함하는 레이저 센서 모듈을 포함하되,
    상기 카메라 모듈은, 구동원과, 상기 구동원과 연결된 카메라 구동축을 구비하는 카메라 구동부 및 상기 카메라 구동부의 작동을 명령하는 제어부를 포함하고,
    상기 발광부로부터 방출된 레이저 빔과 상기 수광부로부터 검출된 레이저 빔으로부터 반사율을 산출하여 스트립 센터링 장치의 카메라 모듈의 중심위치를 지속적으로 모니터링 하고, 상기 카메라 구동부를 작동시켜 카메라 모듈의 위치가 조정되어 상기 카메라 모듈의 센터링을 자동으로 수행하며, 상기 방출된 레이저 빔으로 인해 상기 카메라 모듈의 중심을 작업자가 시각적으로 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 스트립 센터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 센서 모듈은, 상기 스트립을 용접하는 레이저 빔 또는 상기 LED 모듈에서 방출하는 빛과 다른 색상의 레이저 빔을 방출하는 것을 특징으로 하는 스트립 센터링 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 선택된 어느 한 항의 스트립 센터링 장치를 이용하며,
    레이저 용접 영역 중심에 상기 스트립이 위치할 때 상기 레이저 센서 모듈에서 방출한 레이저 빔의 반사량을 측정하여 기준 반사율을 설정하는 단계;
    상기 스트립이 이동하며 상기 레이저 센서 모듈로부터 레이저 빔을 방출 및 검출하는 단계;
    상기 레이저 센서 모듈로부터 방출된 레이저 빔과 검출된 레이저 빔을 비교하여 반사율을 산출하는 단계; 및
    상기 레이저 빔의 기준 반사율과 상기 산출된 레이저 빔의 반사율을 비교하여 상기 카메라 모듈의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트립 센터링 장치의 제어방법.
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