KR102345157B1 - 자동 용접 시스템 및 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈 - Google Patents

자동 용접 시스템 및 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈 Download PDF

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(주)케이아이오티
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Abstract

본 발명은 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈 및 자동 용접 시스템에 관한 것이다.
보다 자세하게는, 장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응되는 장적외선 카메라와 적외선 영역을 차단할 수 있는 차폐필터를 이용하여 구조적으로 단순하면서도 단가가 낮은 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈과 그를 포함하는 자동 용접 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템은 모재를 용접하여 이어 붙이는 용접부(Welding Part), 상기 모재의 용접 상태를 모니터링하는 모니터링부(Monitoring Part), 용접 과정에서 상기 용접부를 이동시키는 이송부(Transferring Part) 및 용접과 모니터링 과정을 제어하는 제어부(Controller)를 포함하고, 상기 모니터링부는 장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응되는 장적외선 카메라부(LWIR Camera Part) 및 상기 장적외선 카메라부의 전면에 배치되며 적외선 차폐 기능을 갖는 적어도 하나의 차폐필터부를 포함하는 필터링부(Filtering Part)를 포함할 수 있다.

Description

자동 용접 시스템 및 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈{AUTOMATIC WELDING SYSTEM AND CAMERA MODULE FOR AUTOMATIC WELDING MONITORING}
본 발명은 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈 및 자동 용접 시스템에 관한 것이다.
보다 자세하게는, 장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응되는 장적외선 카메라와 적외선 영역을 차단할 수 있는 차폐필터를 이용하여 구조적으로 단순하면서도 단가가 낮은 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈과 그를 포함하는 자동 용접 시스템에 관한 것이다.
산업적으로 금속판 등의 모재를 상호 접합하는 방법으로 용접이 널리 사용되고 있다.
이러한 용접에 있어서 용접로봇을 이용하여 자동으로 용접하기 위해서는 접합대상의 용접 상황을 모니터링할 필요가 있다.
용접 모니터링을 이용한 종래의 자동용접 장치로서 대한민국 등록특허공보 제10-1409214호[문헌 1][발명의 명칭 : 실시간 레이저 용접 모니터링 시스템 및 레이저 미세용접 가공장치]에서는 레이저 용접 시 반사되는 반사광을 적외선 및 자외선 신호로 분리 획득하여 각 신호로부터 레이저의 파워, 입열량, 키홀의 생성 및 용입정도 등에 관한 용접상태를 분석하고, 그에 대응하여 재료에 가공가스를 분사하는 기술적 구성을 게시하고 있다.
그러나 문헌 1에 따른 자동용접 장치는 그 구조가 과도하게 복잡하고, 이에 따라 제조단가가 과도하게 높다는 문제점이 있다.
[문헌 1] 대한민국 등록특허공보 제10-1409214호
본 발명은 장적외선 카메라와 적외선 차폐필터를 이용하여 구조적으로 단순하면서도 단가가 낮은 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈과 그를 포함하는 자동 용접 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템은 모재를 용접하여 이어 붙이는 용접부(Welding Part), 상기 모재의 용접 상태를 모니터링하는 모니터링부(Monitoring Part), 용접 과정에서 상기 용접부를 이동시키는 이송부(Transferring Part) 및 용접과 모니터링 과정을 제어하는 제어부(Controller)를 포함하고, 상기 모니터링부는 장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응되는 장적외선 카메라부(LWIR Camera Part) 및 상기 장적외선 카메라부의 전면에 배치되며 적외선 차폐 기능을 갖는 적어도 하나의 차폐필터부를 포함하는 필터링부(Filtering Part)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 장적외선 카메라부가 촬영한 영상(Image)을 근거로 하여 불량을 검출할 수 있다.
또한, 상기 필터링부는 편광필터부를 더 포함하고, 상기 편광필터부는 상기 차폐필터부의 전방에 위치할 수 있다.
또한, 상기 차폐필터부는 제 1 차폐필터부 및 상기 제 1 차폐필터부와 차폐율이 다른 제 2 차폐필터부를 포함하고, 상기 편광필터부는 상기 제 1 차폐필터부 및 상기 제 2 차폐필터부의 전방에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 장적외선 카메라부가 촬영한 영상에서 용접 영역의 용융된 부분의 폭이 미리 설정된 기준 폭 범위를 벗어나는 경우에 불량으로 판단할 수 있다.
또한, 차폐필터부는 수지 재질을 포함하는 베이스층(Base Layer), 상기 베이스층의 일면에 형성되는 기능성층(Functional Layer) 및 상기 베이스층의 타면에 위치하며 수지 재질 또는 유리 재질을 포함하는 투명기판(Transparent Substrate)을 포함하고, 상기 투명기판의 두께는 상기 베이스층의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
또한, 상기 모니터링부는 상기 필터링부의 전방에 배치되며 수지 재질 또는 유리 재질을 포함하는 보호 기판(Protection Substrate)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터링부의 적어도 일부 또는 상기 보호 기판을 교체하는 교체부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템 및 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈은 장적외선 카메라와 적외선 차폐필터로 구현할 수 있어서 그 구조를 단순화 할 수 있으며, 그에 따라 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 자동 용접 시스템의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 모니터링부의 구성 및 기능에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 13은 필터링부에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 14 내지 도 15는 용접부와 모니터링부 사이의 관계에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 16 내지 도 21은 본 발명에 따른 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 22 내지 도 24는 막이판과 송풍부에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 25 내지 도 29는 모니터링부의 설치 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 30 내지 도 36은 보호 기판의 교체에 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동 용접 시스템 및 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 본 문서에 개시된 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.
본 문서에서 설명되는 다양한 실시예들은 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 본 발명의 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
한편, 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 발명에서 절차나 기능과 같은 실시예들은 적어도 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는 별개의 소프트웨어 모듈과 함께 구현될 수 있다.
이해를 돕기 위해 방향에 대해 먼저 정리한다.
제 1 방향(First Direction, DR1)은 제 2 방향(Second Direction, DR2) 및 제 3 방향(Third Direction, DR3)과 교차(수직)하고, 제 2 방향(DR2)은 제 3 방향(DR3)과 교차(수직)할 수 있다.
여기서, 제 1 방향(DR1)과 제 2 방향(DR2)을 통칭하여 수평방향(Horizontal Direction)이라 할 수 있고, 제 3 방향(DR3)은 수직방향(Vertical Direction)이라고 할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 자동 용접 시스템의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 살펴보면, 본 발명에 다른 자동 용접 시스템(1A)은 용접부(Welding Part, 30), 모니터링부(Monitoring Part, 10), 이송부(Transferring Part, 40) 및 제어부(Controller, 20)를 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)은 알림부(50) 및 교체부(60)를 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 자동 용접 시스템(1A)을 구현하는 것도 가능하다.
용접부(30)는 금속판 등의 모재를 용접하여 이어 붙일 수 있다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)은 복수의 용접부(30)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 용접부(30)는 제 1 용접부(30a), 제 2 용접부(30b), 제 3 용접부(30c) 및 제 4 용접부(30d)를 포함할 수 있다.
용접부(30, 30a, 30b, 30c, 30d)는 용접봉 등의 용가재를 녹여서 모재를 용접하는 방식을 사용할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 다른 자동 용접 시스템(1A)에서는 복수의 용접부(30, 30a, 30b, 30c, 30d)를 이용하여 복수의 용접 과정을 함께 수행하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)이 포함하는 용접부(30, 30a, 30b, 30c, 30d)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
모니터링부(10)는 용접부(30, 30a, 30b, 30c, 30d)에 의해 용접되는 모재의 용접 상태를 모니터링할 수 있다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)은 복수의 모니터링부(10)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모니터링부(10)는 제 1 모니터링부(10a), 제 2 모니터링부(10b), 제 3 모니터링부(10c) 및 제 4 모니터링부(10d)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)이 포함하는 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)는 도시하지는 않았지만 장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응되는 장적외선 카메라부(LWIR Camera Part) 및 적외선 차폐 기능을 갖는 적어도 하나의 차폐필터부를 포함하는 필터링부(Filtering Part)를 포함할 수 있다.
이러한 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
이송부(40)는 용접 과정에서 용접부(30)를 이동시킬 수 있다.
예를 들면, 이송부(40)는 엔진, 모터 등을 이용하여 바퀴, 무한궤도 등을 구동시켜 용접부(30)를 이동시키는 것이 가능하다.
알림부(50)는 용접 부위의 이상 부분 감지를 알릴 수 있다.
또는, 알림부(50)는 적어도 하나의 부품의 교체를 알릴 수 있다.
이를 위해, 알림부(50)는 경광등, 스피커 등을 포함할 수 있다.
교체부(60)는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)에 포함된 적어도 하나의 부품을 교체할 수 있다.
이러한 교체부(60)에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
제어부(20)는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)에서 용접과 모니터링 과정을 제어할 수 있다.
자세하게는, 제어부(20)는 모니터링부(10)로부터 모니터링 정보를 전송받고, 전송받은 정보를 근거로 하여 용접 부위의 이상을 판별할 수 있다. 보다 자세하게는, 제어부(20)는 모니터링부(10)가 촬영한 영상(Image)을 근거로 하여 불량을 검출할 수 있다.
또는, 제어부(20)는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)의 적어도 하나의 부품의 교체 여부를 판별하고, 교체부(60)의 기능 및 동작을 제어할 수 있다.
또는, 제어부(20)는 이송부(40)의 동작을 제어할 수 있다.
또는, 제어부(20)는 알람부(50)의 알람 동작을 제어할 수 있다.
이러한 제어부(20)의 구성에 대해 첨부된 도 2를 참조하여 보다 상세히 살펴보면 아래와 같다.
도 2를 살펴보면, 제어부(20)는 영상 분석부(200), 판독부(210), 이상 판단부(220), 교체 판단부(230) 및 동작 제어부(240)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 제어부(200)를 구현하는 것도 가능하다.
영상 분석부(200)는 적어도 하나의 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)가 촬영한 영상을 입력받고, 입력받은 영상을 분석할 수 있다.
모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)는 열영상(열화상)을 촬영할 수 있는 적외선 카메라부, 예컨대 장적외선 카메라부(LWIR Camera Part)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 적어도 하나의 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)가 촬영한 영상은 열화상 영상일 수 있다.
판독부(210)는 영상 분석부(200)가 분석한 결과를 근거로 하여 소정의 판독결과를 출력할 수 있다.
자세하게는, 판독부(210)는 영상 분석부(200)가 분석한 결과를 근거로 하여 용접 부위의 폭을 판독할 수 있고, 또는 용접 부위의 두께를 판독할 수 있고, 또는 용접 부위의 표면 상태를 판독할 수 있다.
이를 위해, 판독부(210)는 폭 판독부(211), 두께 판독부(212) 및 표면 상태 판독부(212)를 포함할 수 있다.
폭 판독부(211)는 영상 분석부(200)가 분석한 결과를 근거로 하여 용접 부위의 폭을 판독할 수 있다.
두께 판독부(212)는 영상 분석부(200)가 분석한 결과를 근거로 하여 용접 부위의 두께를 판독할 수 있다.
표면 상태 판독부(212)는 영상 분석부(200)가 분석한 결과를 근거로 하여 용접 부위의 표면 상태를 판독할 수 있다.
이상 판단부(220)는 판독부(210)가 판독한 결과를 바탕으로 용접 부위의 이상을 판단할 수 있다. 이러한 용접 부위의 이상 판단에 대한 내용은 이하의 설명을 통해 보다 명확히 될 수 있다.
교체 판단부(230)는 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)의 적어도 하나의 부품으로부터 전송받은 정보를 근거로 하여 소정 부품의 교체 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 교체 판단부(230)는 적어도 하나의 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)로부터 광에 대한 정보를 전송받고, 전송받은 광에 대한 정보를 근거로 하여 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)의 적어도 하나의 부품의 교체 여부를 판단할 수 있다.
동작 제어부(240)는 적어도 하나의 용접부(30, 30a, 30b, 30c, 30d), 이송부(40) 및 교체부(60)의 동작을 제어할 수 있다.
자세하게는, 동작 제어부(240)는 적어도 하나의 용접부(30, 30a, 30b, 30c, 30d)를 제어하여 용접의 시작, 멈춤, 종료 등을 제어할 수 있다.
또는, 동작 제어부(240)는 이송부(40)를 제어하여 이송부(40)의 전진, 후진, 멈춤 등을 제어할 수 있다.
또는, 동작 제어부(240)는 교체부(60)를 제어하여 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)의 적어도 하나의 부품의 교체를 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)을 구현할 일례를 도 3에 나타내었다.
도 3을 살펴보면, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)은 전후 방향으로 이동하면서 제 1 모재(m1)와 제 2 모재(m2)를 용접하여 이어 붙이는 것이 가능하다.
이러한 자동 용접 시스템(1A)은 프레임(Frame, 70)을 더 포함할 수 있다.
용접부(30)는 프레임(70)에 배치될 수 있고, 프레임(70) 상의 제 1 위치(First Position, P1)에 위치할 수 있다.
모니터링부(10)는 프레임(70)에 배치될 수 있고, 프레임(70) 상의 제 1 위치(P1) 후방의 제 2 위치(Second Position, P2)에 위치할 수 있다.
이송부(40)는 프레임(70)의 이동시킴으로써 용접부(30)를 이동시키는 것이 가능하다. 이러한 경우, 이송부(40)가 용접부(30)를 이동시키더라도 용접부(30)와 모니터링부(10) 사이의 간격은 일정하게 유지될 수 있다.
이송부(40)는 프레임(70)을 전, 후, 좌, 우 방향으로 이동시키는 것이 가능하다.
용접 과정에서는 이송부(40)는 프레임(70)을 전방으로 이동시킬 수 있다.
여기서는, 용접부(30)가 제 1 모재(m1)와 제 2 모재(m2)를 알파벳 대문자 'T'형태로 이어 붙이는 경우를 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.
자동 용접 시스템(1A)의 용접부(30)는 제어부(20)의 제어에 따라 이송부(40)에 의해 전방을 향해 전진하면서도 용접을 함께 수행하는 것이 가능하다.
도 3에서 식별부호 전, 후, 좌, 우는 이해를 돕기 위해 표시한 것이다.
이하에서는 필요한 경우, 전, 후, 좌, 우를 사용하기로 한다.
도 3에서 설명하지 않은 식별부호 'WL'은 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)이 이동하면서 용접을 수행하는 경로, 즉 용접 경로를 나타낼 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)의 구성 및 기능에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 살펴보면 아래와 같다.
도 4 내지 도 8은 모니터링부의 구성 및 기능에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 4를 살펴보면, 모니터링부(10)는 장적외선 카메라부(LWIR Camera Part, 140) 및 필터링부(Filtering Part, 100)를 포함할 수 있다.
장적외선 카메라부(140)는 장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응될 수 있다. 다르게 표현하면, 장적외선 카메라부(140)는 장적외선 영역 광을 검출하여 장적외선 영역의 열영상(열화상)을 촬영할 수 있다.
적외선을 구분하면, 적외선은 근적외선 영역(NIR, 0.75~1.4㎛), 단적외선 영역(SWIR, 1.4~3.0㎛), 중적외선 영역(MWIR, 3.0~8.0㎛), 장적외선 영역(LWIR, 8.0~15.0㎛), 극적외선 영역(FIR, 15.0~1,000㎛) 등으로 구분할 수 있다.
이러한 적외선의 구분이 본 발명을 한정하는 것은 아닐 수 있다. 예를 들면, 장적외선 영역을 8.0~14.0㎛로 구분하는 것도 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)에서 장적외선 카메라부(140)는 대략 8.0~14.0㎛ 파장 영역을 검출할 수 있는 것이라면 어떠한 것이든지 적용이 가능할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)은 5.0~50.0㎛ 파장 영역을 검출할 수 있는 장적외선 카메라부(140)를 사용하는 것이 가능하고 또는 7.0~20.0㎛ 파장 영역을 검출할 수 있는 장적외선 카메라부(140)를 사용하는 것도 가능할 수 있다.
필터링부(100)는 카메라부(140)의 전면(전방)에 배치될 수 있며 적외선 차폐 기능을 갖는 적어도 하나의 차폐필터부를 포함할 수 있다. 이러한 필터링부(100)에 대한 내용은 이하의 설명을 통해 보다 명확히 될 수 있다.
이상에서 설명한 모니터링부(10)를 이용한 용접 모니터링 방법에 대해 이하에서 설명하기로 한다.
도 5에 나타나 있는 바와 같이, 용접 공정이 시작(S100)되면, 모니터링부(10)의 장적외선 카메라부(140)는 제어부(20)의 제어에 따라 용접 부분의 영상을 촬영(S110)할 수 있다.
여기서, 용접 공정이 시작된다는 것은 용접부(30)가 제 1 모재(m1)와 제 2 모재(m2)를 이어 붙이는 공정을 시작한다는 것을 의미할 수 있다.
아울러, 용접 공정이 시작되면 이송부(40)에 의한 용접부(30)의 이동이 시작될 수 있다.
이를 고려하면, 모니터링부(10)의 장적외선 카메라부(140)는 용접부(30)가 이동하면서 용접 공정을 수행하는 과정에서 제 1 모재(m1)와 제 2 모재(m2)의 용접 부위의 영상(열영상, 열화상)을 촬영하는 것으로 볼 수 있다.
이후, 모니터링부(10)는 촬영한 영상을 제어부(20)로 전송할 수 있다.
그러면, 제어부(20)의 영상 분석부(200)는 모니터링부(10)로부터 전송받은 영상을 분석(S120)할 수 있다.
이후, 제어부(20)의 판독부(210)는 영상 분석부(200)가 분석한 결과를 바탕으로 용접 부위의 폭을 판독하여 판독 결과를 출력할 수 있다.
판독부(210)가 판독 결과를 출력하면 이상 판단부(220)는 용접 부위의 이상을 판단할 수 있다.
자세하게는, 이상 판단부(220)는 용접 부위의 폭이 미리 설정된 기준 폭 범위에 포함되는지의 여부를 판단(S130a)하고, 판단 결과 용접 부위의 폭이 미리 설정된 기준 폭 범위를 벗어나는 경우 불량 판정(S170)을 내릴 수 있다.
예를 들면, 도 6의 (B)와 같이 용접 부분(MP)의 최대 폭(W2)과 최소 폭(W1)의 차이가 미리 설정된 기준 폭 범위를 벗어나는 경우에는 이상 판단부(220)는 불량으로 판정할 수 있다.
도 6의 (A)는 용접 부위(혹은 용접 부분)(MP)의 폭이 대략 일정한 경우라고 할 수 있다. 이러한 경우에는, 이상 판단부(220)는 용접 부위의 폭의 관점에서 정상으로 판정일 수 있다.
제 S170 단계 이후에 불량이 검출된 용접부(30)를 중지(S180)시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1, 2, 3, 4 용접부(30a, 30b, 30c, 30d) 중 제 2 용접부(30b)에 대응되는 제 2 모니터링부(10b)가 촬영한 영상에서 검출되는 경우에는, 제어부(20)는 제 2 용접부(30b)에 의한 용접 과정을 중지시키고, 나머지 제 1, 3, 4 용접부(30a, 30c, 30d)의 용접 과정은 계속 진행시킬 수 있다.
한편, 제 S180 단계 이후에는 용접 과정이 종료되었는지를 판단(S150)하고, 판단 결과 용접 과정이 종료되는 경우에는 모니터링 과정을 종료(S160)할 수 있다.
여기서, 용접 과정의 종료는 용접이 완료되어 종료되는 경우 및 용접 과정에서 강제 종료되는 경우를 포함할 수 있다.
한편, 제 S150 단계에서의 판단결과, 용접 과정이 종료되지 않는 경우에는 계속해서 영상을 분석(S120)할 수 있다.
한편, 제 130a 단계에서 판단결과 용접 부위(MP)의 폭이 미리 설정된 기준 폭 범위에 포함되는 경우 용접 부위의 폭은 정상일 수 있다.
용접 부위의 폭이 정상으로 판단된 경우에는, 제어부(20)는 용접 부위의 표면의 광 산란 수치가 미리 설정된 기준 산란 값 이내인지의 여부를 판단(130b)하고, 판단결과 용접 부위의 표면의 광 산란 수치가 미리 설정된 기준 산란 값을 초과하는 경우에는, 이상 판단부(220)는 불량 판정(S170)을 내릴 수 있다.
예를 들어, 도 7의 (B)에 나타나 있는 바와 같이, 용접 부위(MP)에 기포가 발생하는 등의 원인으로 표면이 균일하지 않은 경우에는 광의 산란 정도가 과도할 수 있다.
모니터링부(10)는 용접 부위(MP)에서 발생하는 광의 산란(빛의 산란) 정도를 측정할 수 있다.
그러면, 제어부(20)는 모니터링부(10)가 측정한 광의 산란 정도에 대한 정보(광 산란 수치)를 근거로 하여 용접 부위(MP)의 표면의 균일도를 판단할 수 있다.
만약, 용접 부위(MP)의 표면이 과도하게 균일하지 않은 경우에는 모니터링부(10)가 측정한 용접 부위(MP)의 표면의 광의 산란 수치는 과도하게 높은 값을 가질 수 있다. 이를 근거로 하여 제어부(20)를 용접 부위(MP)의 표면의 균일도를 판단할 수 있다.
한편, 제 130b 단계에서 판단결과 용접 부위(MP)의 표면의 광 산란 수치가 미리 설정된 기준 산란 값보다 작은 경우에는 용접 부위(MP)의 표면 상태는 정상일 수 있다.
용접 부위(MP)의 표면 상태가 정상으로 판단된 경우에는, 제어부(20)는 용접 부위(MP)의 두께가 미리 설정된 기준 두께 범위에 포함되는지의 여부를 판단(130c)하고, 판단결과 용접 부위의 두께가 기준 두께 범위를 벗어나는 경우에는 이상 판단부(220)는 불량 판정(S170)을 내릴 수 있다.
예를 들어, 도 8의 (A)에 나타나 있는 바와 같이, 용접 부위(MP)에 두께가 과도하게 두꺼운 부분(볼록한 부분)이 포함되는 경우에는 용접 부위(MP)의 광의 산란은 두꺼운 부분을 중심으로 외부로 퍼져나가는 타입으로 이루어질 수 있다.
자세하게는, 볼록한 부분을 제 1 방향(DR1)으로 좌측부분(Left Area, LAR)과 우측부분(Right Area, RAR)으로 구분하면, 좌측부분(LAR)에 조사된 광은 좌측 방향으로 산란될 수 있고, 반면에 우측부분(RAR)에 조사된 광은 우측 방향으로 산란될 수 있다.
또는, 도 8의 (B)에 나타나 있는 바와 같이, 용접 부위(MP)에 두께가 과도하게 얇은 부분(오목한 부분)이 포함되는 경우에는 용접 부위(MP)의 광의 산란은 얇은 부분을 중심으로 모이는 타입으로 이루어질 수 있다.
자세하게는, 오목한 부분을 제 1 방향(DR1)으로 좌측부분(LAR)과 우측부분(RAR)으로 구분하면, 좌측부분(LAR)에 조사된 광은 우측 방향으로 산란될 수 있고, 반면에 우측부분(RAR)에 조사된 광은 좌측 방향으로 산란될 수 있다.
이러한 특정한 광 산란 패턴을 이용하여 용접 부위(MP)의 두께 이상을 간접적으로 판단할 수 있다.
자세하게는, 모니터링부(10)가 용접 부위(MP)의 소정 영역에서 도 8의 (A)와 같은 광 산란 패턴을 감지하거나 혹은 도 8의 (B)와 같은 광 산란 패턴을 감지하는 경우에 제어부(20)는 용접 부위(MP)에 두께 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 8의 (A)와 같은 볼록한 부분과 도 8의 (B)와 같은 오목한 부분을 기포 등에 의한 홈과 구분하는 것이 가능하다.
이를 위해, 제어부(20)는 용접 부위(MP)를 적어도 하나의 기준 영역으로 구분하고, 기준 영역 내에서 도 8의 (A) 또는 (B)와 같은 광 산란 패턴이 발생하는지를 판단하는 것이 가능하다.
한편, 제 130c 단계에서 판단결과 용접 부위(MP)의 두게가 미리 설정된 기준 두께 범위에 포함되는 경우에는 용접 부위(MP)의 두께는 정상일 수 있다
용접 부위(MP)의 두께가 정상으로 판단된 경우에는, 제어부(20)의 이상 판단부(220)는 용접 부위(MP)의 상태 정상인 것으로 판정(S140)할 수 있다.
이후, 제 S150 단계로 진행할 수 있다.
이상에서는 용접 부위(MP)의 이상을 판단할 때, 용접 부위(MP)의 폭, 표면 상태, 두께를 함께 고려하는 경우를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다.
예를 들면, 본 발명에서는 용접 부위(MP)의 폭, 표면 상태 및 두께 중 적어도 하나를 이용하여 용접 부위(MP)의 이상을 판단하는 것도 가능할 수 있다. 자세하게는, 용접 부위(MP)의 폭이 미리 설정된 기준 폭 범위에 포함되는 경우에 표면 상태 및 두께를 고려하지 않고 정상으로 판단하는 것이 가능할 수 있다.
이하에서는 모니터링부(10)의 필터링부에 대해 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 13은 필터링부에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 9를 살펴보면, 필터링부(100)는 적어도 하나의 차폐필터부(110)와 적어도 하나의 편광필터부(120)를 포함할 수 있다.
차폐필터부(110)는 적외선 차폐기능을 갖는 것이 가능하다.
편광필터부(120)는 입사되는 광을 편광시킬 수 있다
편광필터부(120)는 특정 방향으로 진동하는 빛을 통과시키는 편광 특성을 이용한 필터로서, 반사광 등을 차단함으로써 장적외선 카메라부(140)가 보다 선명한 영상을 촬영할 수 있도록 도울 수 있다.
이러한 편광필터부(120)는 차폐필터부(110)의 전방에 위치하여 1차적으로 광을 편광시키는 것이 선명한 영상을 획득하는데 있어서 더욱 바람직할 수 있다.
이처럼, 필터링부(100)가 적외선 차폐기능을 갖는 차폐필터부(110)와 편광필터부(120)를 포함하는 경우에는 용접 부위(MP)에서 발생하는 과도하게 밝고 강한 광을 차단할 수 있어서, 용접 부위(MP)에 대한 선명한 영상을 획득하는 것이 가능할 수 있다.
여기서, 선명한 영상이라는 것은 제어부(20)가 용접 부위(MP)의 폭, 표면 상태, 두께 등을 판단하기에 충분할 정도로 선명한 영상인 것을 의미할 수 있다.
용접부(30)가 제 1 모재(m1)와 제 2 모재(m2)를 용접하게 되면, 용접 부위(MP)에는 강한 빛과 열이 발생할 수 있다.
여기서, 장적외선 카메라부(140)가 필터링부(100)가 장착되지 않은 상태에서 직접 용접 부위(MP)를 촬영한다면, 과도하게 강한 빛으로 인해 충분히 선명한 영상을 촬영하기 어려울 수 있다.
이러한 경우에는 강한 빛의 간섭으로 인해 용접 부위(MP)의 폭, 표면 상태, 두께 등을 판단하기 어려울 수 있다.
더욱이, 장적외선 파장 대역에 대응하는 장적외선 카메라부(140)는 강한 빛, 예컨대 대략 1000℃이상의 고온에 대응하는 광에 대한 감지 성능이 상대적으로 약할 수 있다. 이에 따라, 용접 부위(MP)에서 고온에 대응하는 강한 빛이 발생하는 경우에는 용접 부위(MP)의 폭, 표면 상태, 두께 등을 판단하기 더욱 어려울 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)에서는 장적외선 대역에 대응하는 장적외선 카메라부(140)의 전방에 적외선 차폐 기능을 갖는 적어도 하나의 차폐필터부(110)와 적어도 하나의 편광필터부(120)를 배치함으로써 강한 빛, 예컨대 대략 1000℃이상의 고온에 대응하는 광을 충분히 차단할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 자동 용접 시스템(1A)에서는 용접 부위(MP)에서 고온에 대응하는 강한 빛이 발생하더라도 용접 부위(MP)에 대한 충분히 선명한 영상을 촬영(획득)하는 것이 가능할 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 장적외선 카메라부(140)와 필터링부(100)를 이용하여 구조가 단순하면서도 용접 부위(MP)에 대한 충분한 모니터링이 가능한 모니터링부(10)를 구현할 수 있다.
아울러, 장적외선 영역에 대응하는 장적외선 카메라부(140)의 단가는 다른 영역의 적외선 카메라와 비교하여 충분히 낮을 수 있다.
예를 들면, 현재 중적외선(MWIR) 영역에 대응하는 중적외선 카메라의 경우에는 그 가격이 과도하게 높을 수 있다.
반면에, 본 발명에서는 중적외선 카메라에 비해 단가가 충분히 낮은 장적외선 카메라부(140)를 사용함으로써 충분히 낮은 단가로 구조가 단순하면서도 충분한 성능을 갖는 모니터링부(10)를 구현하는 것이 가능할 수 있다.
도 10을 살펴보면, 차폐필터부(110)는 제 1 베이스층(First Base Layer, 112), 제 1 기능성층(Frist Functional Layer, 111) 및 제 1 투명기판(First Transparent Substrate, 113)을 포함할 수 있다.
제 1 베이스층(112)은 수지 재질을 포함하고, 제 1 기능성층(111)을 위한 기반을 마련할 수 있다.
제 1 기능성층(111)은 제 1 베이스층(112)의 일면에 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 기능성층(111)은 라미네이팅 방법으로 제 1 베이스층(112)의 일면에 부착될 수 있다.
제 1 기능성층(111)은 적외선 차폐 기능을 가질 수 있다. 예를 들면, 적외선 차폐 기능을 갖는 재질과 수지 재질을 혼합하여 제 1 기능성층(111)을 형성할 수 있다.
제 1 투명기판(113)은 제 1 베이스층(112)의 타면에 위치하며 수지 재질 또는 유리 재질을 포함할 수 있다.
제 1 투명기판(113)은 차폐필터부(110)의 설치를 용이하게 할 수 있으며, 제 1 기능성층(111)을 보호할 수 있다.
여기서, 차폐필터부(110)는 제 1 기능성층(111)이 제 1 투명기판(113)과 장적외선 카메라부(140)의 사이에 위치하도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 용접 부위(MP)로부터 전달되는 열에 의해 기능성층(111)이 열적 손상을 입는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
제 1 기능성층(111)을 충분히 보호하기 위해, 제 1 투명기판(113)의 두께(T2)는 제 1 베이스층(112)의 두께(T1)보다 더 두꺼울 수 있다.
아울러, 제 1 베이스층(112)의 두께(T1)는 기능성층(111)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
도 11을 살펴보면, 편광필터부(120)는 제 2 베이스층(Second Base Layer, 122), 제 2 기능성층(Second Functional Layer, 121) 및 제 2 투명기판(Second Transparent Substrate, 123)을 포함할 수 있다.
제 2 베이스층(122)은 수지 재질을 포함하고, 제 2 기능성층(121)을 위한 기반을 마련할 수 있다.
제 2 기능성층(121)은 제 2 베이스층(112)의 일면에 형성될 수 있다.
제 2 기능성층(121)은 편광 기능을 가질 수 있다. 이에 따라, 제 2 기능성층(121)을 단독으로 편광필터라도 칭하는 것도 가능할 수 있다.
제 2 투명기판(123)은 제 2 베이스층(122)의 타면에 위치하며 수지 재질 또는 유리 재질을 포함할 수 있다.
제 2 투명기판(123)은 편광필터부(120)의 설치를 용이하게 할 수 있으며, 제 2 기능성층(121)을 보호할 수 있다.
여기서, 편광필터부(120)는 제 2 기능성층(121)이 제 2 투명기판(123)과 차폐필터부(110)의 사이에 위치하도록 배치될 수 있다. 이러한 경우, 용접 부위(MP)로부터 전달되는 열에 의해 제 2 기능성층(121)이 열적 손상을 입는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
제 2 기능성층(121)을 충분히 보호하기 위해, 제 2 투명기판(123)의 두께는 제 2 베이스층(122)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
아울러, 제 2 베이스층(122)의 두께는 제 2 기능성층(121)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
한편, 필터링부(100)는 복수의 차폐필터부를 포함하는 것이 가능하다.
예를 들면, 도 12에 나타나 있는 바와 같이, 차폐필터부(110)는 제 1 차폐필터부(110A) 및 제 2 차폐필터부(110B)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 2 차폐필터부(110B)는 제 1 차폐필터부(110A)와 편광필터부(120)의 사이에 배치될 수 있다. 다른 관점에서 보면, 편광필터부(120)는 제 1 차폐필터부(110A) 및 제 2 차폐필터부(110B)의 전방에 위치할 수 있다.
아울러, 제 2 차폐필터부(110B)의 적외선 차폐율은 제 1 차폐필터부(110A)의 적외선 차폐율과 다를 수 있다.
이처럼, 필터링부(100)가 적외선 차폐율이 서로 다른 복수의 차폐필터부(110A, 110B)를 포함하는 경우에는 모니터링부(10)를 다양한 종류의 용접 공정에 적용하는 것이 가능할 수 있다.
자세하게는, 차폐율이 서로 다른 차폐필터부(110A, 110B)를 사용하는 경우에는 다양한 조합의 적외선 차폐율을 구현하는 것이 가능하다. 이에 따라, 온도 조건이 서로 다른 용접 공정에 대응하여 적외선 차폐율이 적절히 조절된 차폐필터부(110A, 110B)를 구현하는 것이 가능할 수 있다.
다수의 조합 실험에 따른 경험에 따르면 제 1 차폐필터부(110A)는 대략 25-35% 적외선 차폐율을 갖고, 제 2 차폐필터부(110B)는 대략 50-70% 적외선 차폐율을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제 1 차폐필터부(110A)는 대략 30% 적외선 차폐율을 갖고, 제 2 차폐필터부(110B)는 대략 60% 적외선 차폐율을 갖는 것이 가능하다.
도 13을 살펴보면, 모니터링부(10)는 보호 기판(Protection Substrate, 130)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 보호 기판(130)은 필터링부(110)의 전방에 배치되며 수지 재질 또는 유리 재질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 보호 기판(130)은 편광필터부(120)의 전방에 배치될 수 있다.
이러한 보호 기판(130)은 차폐필터부(110) 뿐 아니라 편광필터부(120)를 보호하는 것이 가능하다.
아울러, 보호 기판(130)은 용접 공정 시 발생하는 용접 흄(Weld Fumes)이 차폐필터부(110) 및/또는 편광필터부(120)에 영향을 미치는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
자세하게는, 보호 기판(130)은 차폐필터부(110) 및 편광필터부(120)의 전방에 위치하기 때문에 용접 흄이 차폐필터부(110) 및 편광필터부(120)에 도달하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
아울러, 용접 흄에 의해 보호 기판(130)의 표면에 과도하게 많은 노폐물이 쌓이는 경우에는 보호 기판(130)을 교체할 수 있다.
여기서, 보호 기판(130)은 단순히 수지 재질 혹은 유리 재질, 바람직하게는 유리 재질로 구성되기 때문에 그 단가가 충분히 낮을 수 있다.
따라서 용접 흄에 의해 노폐물이 쌓이더라도 보호 기판(130)을 교체하면 되기 때문에 유지 보수에 소요되는 비용도 낮출 수 있다.
이러한 보호 기판(130)은 최외곽에서 용접 흄을 직접적으로 막는 기능을 하기 때문에 그 두께(T3)가 충분히 두꺼운 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게는, 보호 기판(130)의 두께(T3)는 제 1 투명기판(113)의 두께 및/또는 제 2 투명기판(123)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
도 14 내지 도 15는 용접부와 모니터링부 사이의 관계에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 14를 살펴보면, 용접부(30)는 전방을 향해 이동하면서 제 1 모재(m1)와 제 2 모재(m2)를 용접하고, 모니터링부(10)는 제 1 방향(DR1)으로 용접부(30)와 제 1 거리(L1)를 유지하면서 용접 부위(MP)를 모니터링할 수 있다.
여기서, 제 1 거리(L1)의 길이는 용접의 종류 등의 변수에 따라 달라질 수 있다.
자세하게는, 제 1 거리(L1) 길이는 용접 부분(MP)의 온도가 최고 온도에서 대략 50-80% 하락할 정도의 길이일 수 있다.
예를 들어, 용접부(30)가 용접을 수행하고 있는 핫스폿(Hot Spot)의 최대 온도가 대략 1500℃이고, 핫스폿에서 대략 2-3cm 지난 지점에서 온도가 대략 1000℃라고 가정하자.
이러한 경우에는, 제 1 거리(L1)는 대략 2-3cm이상일 수 있다.
본 발명에서 사용하는 장적외선 카메라부(140)의 경우에는 대략 최대 1000℃의 영상을 촬영하는 것이 가능하기 때문에 제 1 거리(L1)는 온도가 1000℃이하로 떨어질 정도의 걸리라고 할 수도 있다.
도 15의 (A)와 같이, 제 1 방향(DR1)으로 용접부(30)와 모니터링부(10) 사이의 거리(L2)가 과도하게 큰 경우를 가정하자.
이러한 경우에는, 모니터링부(10)가 모니터링하는 용접 부위(MP)의 온도는 충분히 낮아질 수 있어서, 모니터링부(10)가 촬영한 영상은 충분히 선명할 수 있으며, 이로 인해 용접 부위(MP)의 폭, 표면 상태, 두께 등을 충분히 정밀하게 판단할 수 있다.
그러나, 도 15의 (A)와 같은 경우에는 모니터링하는 지점에 불량이 발생한 경우, 불량이 발생한 시점부터 불량을 발견하는 시점까지의 시간이 과도하게 길어질 수 있다. 이에 따라, 불필요한 자원 낭비로 인한 단가 상승이 심화될 수 있다.
도 15의 (B)와 같이, 제 1 방향(DR1)으로 용접부(30)와 모니터링부(10) 사이의 거리(L3)가 과도하게 작은 경우를 가정하자.
이러한 경우에는, 모니터링부(10)가 모니터링하는 용접 부위(MP)의 온도는 과도하게 높아서 모니터링부(10)가 충분히 선명한 영상을 촬영하기 어려울 수 있다.
더욱이, 장적외선 영역에 대응하는 장적외선 카메라부(140)를 사용하는 경우에는 용접 부위(MP)의 온도가 과도하게 높은 경우에는 선명한 영상을 촬영하기 더욱 어려울 수 있다.
도 16 내지 도 21은 본 발명에 따른 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 16 및 도 17을 살펴보면, 본 발명에 따른 자동 용접 모니터링을 위한 카메라 모듈(80, 이하 '카메라 모듈'이라 칭함)은 하우징부(Housing Part, HSP)를 포함할 수 있다.
하우징부(HSP)는 적어도 일측이 개방(Open)되어 개구부(OP)가 형성될 수 있다. 아울러, 하우징부(HSP)의 타측에는 카메라 수용공간(CSP)이 마련될 수 있다.
하우징부(HSP)의 일측에 형성된 개구부(OP)를 통해 용접 부위(MP)의 광이 하우징부(HSP) 내의 카메라 수용공간(CSP)에 장착된 장적외선 카메라부(140)에 도달할 수 있다.
아울러, 하우징부(HSP)의 일측에는 적어도 하나의 슬롯부(Slot Part, SL)가 형성될 수 있다.
슬롯부(SL)에는 필터링부(100)가 삽입되어 장착될 수 있다. 자세하게는, 슬롯부(SL)에 하우징부(HSP)의 카메라 수용공간(CSP)을 막는 형태로 필터링부(100)가 삽입되어 장착될 수 있다.
다르게 표현하면, 하우징부(HSP)의 카메라 수용공간(CSP)에 장적외선 카메라부(140)가 가로 방향으로 삽입되고, 하우징부(HSP)의 슬롯부(SL)에 필터링부(100)가 세로 방향으로 삽입될 수 있다. 여기서, 가로 방향과 세로 방향은 설명의 편의를 위해 임의로 설정한 것으로, 가로 방향과 세로 방향은 앞서 설명한 제 1, 2, 3 방향(DR1, DR2, DR3)과는 관계가 없을 수 있다.
이처럼, 장적외선 카메라부(140)와 필터링부(100)를 하우징부(HSP)를 이용하여 카메라 모듈(80)을 구성하게 되면 설치와 교체가 용이할 수 있다.
예를 들면, 카메라 모듈(80)을 구성하고, 구성한 카메라 모듈(80)을 프레임(70)에 설치하는 간단한 방식으로 장적외선 카메라부(140)와 필터링부(100)를 설치하는 것이 가능할 수 있다.
도 18을 살펴보면, 카메라 모듈(80)의 하우징부(HSP)는 제 1 부분(First Part, 800) 및 제 2 부분(Second Part, 810)을 포함할 수 있다.
제 1 부분(800)에는 카메라 수용 공간(CSP)이 마련될 수 있다.
제 1 부분(800) 관점에서 보면, 제 1 부분(800)의 일측은 개방되고, 제 1 부분(800)의 타측에는 배선용 홀(802)이 형성될 수 있다.
배선용 홀(802)을 통해 소정의 케이블이 장적외선 카메라부(140)를 제어부(20)와 연결하고, 장적외선 카메라부(140)에 전력을 공급할 수 있다.
제 2 부분(810)은 제 1 부분(800)의 일측에 연결될 수 있다.
이러한 제 2 부분(810)에는 필터링부(100)가 설치되는 슬롯부(SL)가 형성될 수 있다.
제 2 부분(810)의 관점에서 보면, 제 2 부분(810)의 일측 및 타측은 모두 개방되고, 중앙 부분에 슬롯부(SL)가 형성될 수 있다.
필터링부(100)를 안정적으로 배치하기 위해, 하우징부(HSP)의 카메라 수용공간(CSP)에 대응되는 부분, 즉 제 1 부분(801)의 폭(D1)은 슬롯부(SL)에 대응되는 부분, 즉 제 2 부분(810)에서의 폭(D2)보다 더 작을 수 있다.
이러한 경우, 슬롯부(SL)에 필터링부(100)를 안정적으로 배치할 수 있을 뿐 아니라, 장적외선 카메라부(140)에 효과적으로 광을 전달할 수 있다.
도 19를 살펴보면, 슬롯부(SL)는 제 1 슬롯(First Slot, SL1) 및 제 4 슬롯(Fourth Slot, SL4)을 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 슬롯(SL1)은 필터링부(100)를 위한 자리이고, 제 4 슬롯(SL4)은 보호 기판(130)을 위한 자리이다. 다르게 표현하면, 필터링부(100)는 제 1 슬롯(SL1)에 삽입되어 배치되고, 보호 기판(130)은 제 4 슬롯(SL4)에 삽입되어 배치될 수 있다.
도 20을 살펴보면, 슬롯부(SL)는 제 1 슬롯(SL1), 제 2 슬롯(Second Slot, SL2) 및 제 3 슬롯(Third Slot, SL3)을 포함할 수 있다.
이러한 경우, 제 1 슬롯(SL1)에는 제 1 차폐필터부(110A)가 삽입되어 배치되고, 제 2 슬롯(SL2)에는 제 2 차폐필터부(110B)가 삽입되어 배치되고, 제 3 슬롯(SL3)에는 편광필터부(120)가 삽입되어 배치될 수 있다.
이처럼, 하우징부(HSP)에 제 1 차폐필터부(110A), 제 2 차폐필터부(110B), 편광필터부(120), 보호 기판(130)을 위한 제 1, 2, 3, 4 슬롯(SL1, SL2, SL3, SL4)이 형성되면, 제 1 차폐필터부(110A), 제 2 차폐필터부(110B), 편광필터부(120), 보호 기판(130)의 설치가 용이하고 단순할 수 있다.
도 21을 살펴보면, 제 1 슬롯(SL1)과 제 2 슬롯(SL2) 사이의 간격(S1) 및 제 2 슬롯(SL2)과 제 3 슬롯(SL3) 사이의 간격(S2)은 제 3 슬롯(SL3)과 제 4 슬롯(SL4) 사이의 간격(S3)보다 더 작을 수 있다.
이처럼, 제 3 슬롯(SL3)과 제 4 슬롯(SL4) 사이의 간격(S3)을 충분히 크게 하면 제 4 슬롯(SL4)에 삽입되어 설치되는 보호 기판(130)의 설치/제거/교체가 용이할 수 있다.
도 22 내지 도 24는 막이판과 송풍부에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 22를 살펴보면, 프레임(70)에 막이판(90)이 설치될 수 있다.
이러한 막이판(90)은, 도 23에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 방향(DR1)으로 용접부(30)와 모니터링부(10)의 사이에 위치할 수 있다.
막이판(90)은 용접부(30)와 모니터링부(10)의 사이에 배치됨으로써 핫스폿에서 발생하는 과도하게 높은 온도에 대응하는 강한 빛이 모니터링부(10)에 도달하는 것을 억제 또는 방지할 수 있다.
그러면 모니터링부(10)가 보다 선명한 용접 부위(MP)의 영상을 촬영하는 것이 가능하다.
바람직하게는 제 1 방향(DR1)으로 막이판(90)과 용접부(30) 사이의 간격(Z1)은 막이판(90)과 모니터링부(10) 사이의 간격(Z2)보다 더 클 수 있다. 아울러, 바람직하게는 제 3 방향(DR3)으로 모재(M)와 막이판(90) 사이의 간격(Z3)은 모재(M)와 모니터링부(10) 사이의 간격(Z4)보다 더 작을 수 있다.
이러한 경우, 모니터링부(10)가 더욱 더 선명한 용접 부위(MP)의 영상을 촬영하는 것이 가능하다.
여기서는, 막이판(90)이 판 형태를 갖는 경우를 설명하고 있으나, 막이판(90)은 병풍 구조 등 다른 구조를 갖는 것이 가능하고, 혹은 막이판(90)이 섬유 재질을 포함하는 것이 가능하다.
도 24를 살펴보면, 제 1 방향(DR1)으로 용접부(30)와 모니터링부(10)의 사이에 송풍부(91)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 송풍부(91)는 용접부(30)와 막이판(90) 사이에 위치할 수 있다.
송풍부(91)는 도 24에 화살표로 표시된 바와 같이 용접부(30)에서 발생한 용접 흄을 상부로 배출할 수 있다.
도 25 내지 도 29는 모니터링부의 설치 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 25를 살펴보면, 모니터링부(10)는 모재(M)의 상부에서 수직방향(제 3 방향(DR3))으로 용접 부위(MP)의 영상을 촬영할 수 있다. 도 25에서 설명하지 않은 식별부호 EL은 배선용 홀(802)을 통해 장적외선 카메라부(140)에 연결되는 케이블을 나타낼 수 있다.
여기서, 모니터링부(10)가 촬영하는 용접 부위(MP)는 핫스폿으로부터 제 1 거리(L1)만큼 떨어진 위치할 수 있다.
이러한 경우, 모니터링부(10)는 제 3 방향(DR3)으로 용접 경로(WL)와 중첩할 수 있다. 용접 경로(WL)는 앞선 도 3에서 설명한 바 있다.
이러한 경우에는, 도 26에 나타나 있는 바와 같이, 보호 기판(130)을 제 1 방향(DR1)으로 하우징부(HSP)의 제 4 슬롯(SL4)에 삽입할 수 있다.
아울러, 보호 기판(130)이 제 4 슬롯(SL4)에 삽입된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 27을 살펴보면, 모니터링부(10)는 제 3 방향(DR3)으로 용접 경로(WL) 상에 위치(용접 경로(WL)와 중첩)하고, 제 2 부분(810)의 하면과 제 1 각도(θ1)를 이루도록 배치될 수 있다.
이러한 경우, 모니터링부(10)를 핫스폿으로부터 좀 더 멀리 배치하는 것이 가능할 수 있다.
도 27의 경우에는, 보호 기판(130)을 제 2 방향(DR2)으로 하우징부(HSP)의 제 4 슬롯(SL4)에 삽입할 수 있다.
도 28을 살펴보면, 모니터링부(10)는 용접 경로(WL) 상에서 벗어나게 배치할 수 있다.
예를 들면, 모니터링부(10)는 용접 경로(WL)의 측면(좌측 혹은 우측)에 배치되고, 제 2 각도(θ2)로 비스듬하게 용접 부위(MP)를 향할 수 있다.
모니터링부(10)가 용접 경로(WL)의 측면에 위치하는 것은 앞서 도 3의 내용을 고려하면 충분히 이해될 수 있을 것이다.
이러한 경우에는, 도 29에 나타나 있는 바와 같이, 보호 기판(130)을 제 2 각도(θ2)로 비스듬하게 상부에서 하부를 향해 하우징부(HSP)의 제 4 슬롯(SL4)에 삽입할 수 있다.
이에 따라, 보호 기판(130)이 제 4 슬롯(SL4)에 삽입된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 30 내지 도 36은 보호 기판의 교체에 대해 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 이상에서 설명한 부분에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 30에 나타나 있는 바와 같이, 용접 과정이 시작(S100)되고, 용접 부위(MP)에 대한 영상이 촬영(S110)되면, 제어부(20)는 모니터링부(10)가 수집하는 광을 분석(S200)할 수 있다.
예를 들면, 모니터링부(10)가 용접 부위(MP)에 대한 광을 검출(수집)하면, 제어부(20)는 모니터링부(10)가 검출한 광의 휘도를 분석할 수 있다.
이후, 광 분석 결과 모니터링부(10)가 검출한 광의 최대 휘도가 미리 설정된 기준 값 보다 작은지의 여부를 판단(S210)할 수 있다.
판단결과, 모니터링부(10)가 검출한 광의 최대 휘도가 미리 설정된 기준 값 보다 큰 경우에는 영상 촬영(S110)을 계속할 수 있다.
반면에, 모니터링부(10)가 검출한 광의 최대 휘도가 미리 설정된 기준 값 보다 작은 경우에는 제어부(20)의 교체 판단부(230)는 보호 기판(130)의 교체가 필요하다고 판정(S220)할 수 있다.
이후, 알림부(50)는 제어부(20)의 제어에 따라 스피커 혹은 경광등 등을 이용하여 보호 기판(130)의 교체가 필요하다는 것을 알릴 수 있다(S230).
아울러, 교체부(60)는 제어부(20)의 제어에 따라 교체가 필요한 보호 기판(130)을 새것으로 교체할 수 있다(S240).
예를 들어, 모니터링부(10)가 제 1, 2, 3, 4 모니터링부(10a, 10b, 10c, 10d)를 포함하는 경우를 가정하여 보자.
여기서, 도 31에 나타나 있는 바와 같이, 제 1, 3, 4 모니터링부(10a, 10c, 10d)가 검출한 광의 최대 휘도(평균 최대 휘도)가 미리 설정된 기준 값보다 더 높고, 제 2 모니터링부(10b)가 검출한 광의 최대 휘도는 기준 값보다 더 낮을 수 있다.
도 31은 미리 설정된 기간 동안 최대 휘도를 측정하여 데이터의 평균값일 수 있다. 예를 들면, 제어부(20)는 대략 1시간 동안 모니터링부(10)가 검출하는 광의 최대 휘도 값을 평균하여 평균 최대 휘도 값을 획득하고, 획득한 평균 값(평균 최대 휘도)을 기준 값과 비교할 수 있다.
도 31의 경우와 같이, 복수의 모니터링부(10) 중 적어도 하나, 예컨대 제 1, 2, 3, 4 모니터링부(10a, 10b, 10c, 10d) 중 적어도 제 2 모니터링부(10b)가 검출한 광의 최대 휘도(평균 최대 휘도)가 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우에는 교체부(60)는 제 2 모니터링부(10b)의 보호 기판(130)을 교체할 수 있다.
또는, 도 32에 나타나 있는 바와 같이, 교체부(60)는 제 1, 2, 3, 4 모니터링부(10a, 10b, 10c, 10d)의 보호 기판(130)을 모두 함께 제거하고, 새로운 보호 기판(130)으로 교체하는 것이 가능하다.
도 33을 살펴보면, 교체부(60)는 링크부(Link Part, 600), 엔드이펙터(End-Effector, 610) 및 관절부(620)를 포함할 수 있다.
관절부(620)는 링크부(600)와 엔드이펙터(610)를 연결할 수 있다.
이러한 관절부(620)는 엔드이펙터(610) 및/또는 링크부(600)의 피봇(Pivot) 운동시키는 것이 가능하다.
링크부(600)는 도시하지는 않았지만 모터 등의 동력 공급 수단과 엔드이펙터(610)를 연결하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
아울러, 링크부(600)는 엔드이펙터(610)를 원하는 위치로 이동시킬 수 있다. 이러한 링크부(600)를 로봇암(Robot Arm)이라고 칭할 수 있다.
엔드이펙터(610)는 보호 기판(130)을 집어서 하우징부(HSP)로부터 이탈(탈착)시키거나, 새로운 보호 기판(130)을 하우징부(HSP)의 슬롯부에 장착시킬 수 있다.
이를 위해, 엔드이펙터(610)는 제 1 암(First Arm, 611)과 제 2 암(Second Arm, 612)을 포함할 수 있다.
엔드이펙터(610)는 모터 등을 이용하여 제 1 암(611)과 제 2 암(612) 사이의 간격을 조절할 수 있다.
도 34의 (A)에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 암(611)과 제 2 암(612) 사이의 간격이 충분히 큰 상태에서 엔드이펙터(610)가 보호 기판(130) 등의 객체에 충분히 접근할 수 있다.
이후, 도 34의 (B)에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 암(611)과 제 2 암(612) 사이의 간격을 좁히게 되면 엔드이펙터(610)는 보호 기판(130) 등의 객체를 집을 수 있다.
이러한 방식으로 교체부(60)는 적어도 하나의 모니터링부(10, 10a, 10b, 10c, 10d)에서 보호 기판(130)을 제거하거나, 새로운 보호 기판(130)을 설치하는 것이 가능하다.
혹은 교체부(60)는 보호 기판(130)의 제거만을 담당하는 경우도 가능할 수 있다. 이러한 경우에는, 사용작 제거된 보호 기판(130)을 확인하고, 상황에 따라 새로운 보호 기판(130)을 하우징부(HSP)에 설치하는 것이 가능할 수 있다.
도 35를 살펴보면, 보호 기판(130)은 머리부(Head Part, 132)와 바디부(Body Part, 131)를 포함할 수 있다.
여기서, 바디부(131)는 하우징부(HSP)의 슬롯부에 삽입되는 부분을 포함할 수 있다.
머리부(132)는 바디부(131)의 일측 끝단에 연결될 수 있다.
머리부(132)의 폭은 바디부(131)의 폭보다 더 큰 것이 가능하다.
이러한 경우, 도 36에 나타나 있는 바와 같이, 보호 기판(130)이 하우징부(HSP)의 슬롯부에 장착된 상태에서 바디부(131)의 적어도 일부는 슬롯부에 삽입되고, 머리부(132)는 하우징부(HSP)의 외부로 노출되는 부분을 포함할 수 있다.
이러한 경우에는, 교체부(60)는 충분히 용이하게 보호 기판(130)의 머리부(132)를 집어서 하우징부(HSP)로부터 제거(이탈)하는 것이 가능할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 모재를 용접하여 이어 붙이는 용접부(Welding Part);
    상기 모재의 용접 상태를 모니터링하는 모니터링부(Monitoring Part);
    용접 과정에서 상기 용접부를 이동시키는 이송부(Transferring Part); 및
    용접과 모니터링 과정을 제어하는 제어부(Controller);
    를 포함하고,
    상기 모니터링부는
    장적외선(Long Wave Infrared, LWIR) 영역에 대응되는 장적외선 카메라부(LWIR Camera Part); 및
    상기 장적외선 카메라부의 전면에 배치되며 적외선 차폐 기능을 갖는 적어도 하나의 차폐필터부를 포함하는 필터링부(Filtering Part);
    를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 장적외선 카메라부가 촬영한 영상(Image)을 근거로 하여 불량을 검출하고,
    상기 필터링부는
    편광필터부를 더 포함하고,
    상기 편광필터부는 상기 차폐필터부의 전방에 위치하며,
    상기 차폐필터부는
    제 1 차폐필터부; 및
    상기 제 1 차폐필터부와 차폐율이 다른 제 2 차폐필터부;
    를 포함하고,
    상기 편광필터부는 상기 제 1 차폐필터부 및 상기 제 2 차폐필터부의 전방에 위치하는 자동 용접 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 장적외선 카메라부가 촬영한 영상에서 용접 영역의 용융된 부분의 폭이 미리 설정된 기준 폭 범위를 벗어나는 경우에 불량으로 판단하는 자동 용접 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터링부는
    상기 필터링부의 전방에 배치되며 수지 재질 또는 유리 재질을 포함하는 보호 기판(Protection Substrate)을 더 포함하는 자동 용접 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 필터링부의 적어도 일부 또는 상기 보호 기판을 교체하는 교체부를 더 포함하는 자동 용접 시스템.
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KR101409214B1 (ko) 2013-02-27 2014-07-03 에스아이에스 주식회사 실시간 레이저 용접 모니터링 시스템 및 레이저 미세용접 가공장치

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