KR102600375B1 - 툴링 경로 생성이 개선된 산업용 로봇 장치, 및 개선된 툴링 경로에 따라 산업용 로봇 장치를 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

피가공물(2)에 대해 산업 가공 작업을 수행하기 위한 장치(1)는, 2D 레이저 스캐너(13) 및 가공 도구(12)를 포함하는 엔드 이펙터(10)를 포함하는 인간형 로봇(3); RTOS 컴퓨터(4); 및 로봇 제어기(5)를 포함한다. 컴퓨터(4)는 로봇 제어기(5)에 스캐닝 경로를 따른 연속적인 위치 데이터를 그리고 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 직접 동기화 신호(17)를 제공하여, 그에 의해 엔드 이펙터(10)의 연속적인 포즈와 동기화하여 피가공물(2)에 대한 연속적인 스캐닝 작업을 명령하여서, 피가공물(2)에 관한 3D 형상 정보를 획득한다. 가공 도구(12)는 엔드 이펙터(10)가 후속하여 툴링 경로를 따라 이동되고/되거나 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 따라 이동되는 동안 작동된다. 가공 영역에 배열된 물체의 형상을 획득하기 위한 장치 및 방법이 추가로 개시된다.

Description

툴링 경로 생성이 개선된 산업용 로봇 장치, 및 개선된 툴링 경로에 따라 산업용 로봇 장치를 작동시키기 위한 방법

본 발명은 피가공물의 로봇 가공, 특히 로봇 용접에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시예는, 구체적으로는, 산업용 로봇, 특히 로봇 용접 장치, 그리고 더 구체적으로는, 엔드 이펙터(end-effector)에 2D 레이저 스캐너가 제공된 인간형 로봇(anthropomorphous robot)에 관한 것이다. 또한, 그러한 산업용 로봇(로봇 용접 장치)을 작동시키기 위한 방법뿐만 아니라, 산업용 로봇에 의해 형상을 획득하기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에 개시된다.

이하, 간략함을 위해, 로봇 용접이 로봇 가공의 예시적이지만 제한적이지 않은 예로서 주로 언급될 것이다.

오늘날, 자동 또는 로봇식 가공 작업, 특히 용접 작업은 3D 궤적 또는 툴링 경로(tooling path), 구체적으로는 용접 경로의 매우 정확한 지식을 요구하고, 최대 정밀도로 3D 궤적 또는 툴링 경로를 따라 가공 도구, 구체적으로는 용접 토치(welding torch)를 취급하기 위해 매우 정확한 기계적 구조물 및 작동 시스템을 필요로 한다.

툴링 경로는 샘플 피스 상에 설계되었을 수 있지만, 실제 피가공물은 약간 상이한 형상을 가질 수 있다.

게다가, 용접 경로 또는 궤적을 정밀하게 따르는 능력은, 예컨대 항공 우주 기계적 구조물의 중요한 부품의 매우 얇은 강철 층 상에서, 열 효과를 고려하기 위해 필수적이며; 열 효과는, 실제로, 용접될 물체의 원래의 기하학적 구조의 변경으로 이어질 수 있다. 따라서, 항공 우주 기계적 구성요소가 동일한 부품 상에 수 개의 용접 경로를 포함할 수 있다는 것을 고려할 때, 필요할 때마다 용접 경로를 정확하게 조정하기 위해, 각각의 용접 작업 전 및/또는 후에 물체의 형상을 최대한 정확하게 3D 측정하는 것이 매우 중요하다.

각각의 층이 코팅된 후에 피가공물의 3D 형상이 약간 변화하는, 피가공물의 다층 코팅의 경우에, 그리고 다른 응용에서 유사한 문제가 발생한다.

게다가, 상기 항공 우주 기계적 구성요소 및 다른 피가공물은 복잡한 3D 구조물이고, 관련 용접(또는 일반적으로 툴링) 궤적은 유사하게 복잡한 3D 경로를 갖는다.

알려진 2D 레이저 스캐너를 적절히 사용함으로써 매우 정밀한 3D 형상이 대체적으로 획득될 수 있어서, 매우 정밀한 3D 경로가 그로부터 추출될 수 있게 한다.

알려진 2D 레이저 스캐너들의 대부분은 삼각측량 원리를 사용하여, 그의 하나의 주어진 상호 위치에서 (예컨대, 레이저 프로젝터에 의해 방출되는 레이저 빔을 적합하게 스위핑(sweeping)함으로써 제공되는) 레이저 스캐닝 평면과 피가공물 외부 표면의 교차부에 형성되는 레이저 라인의 정확한 2D 이미지를 (적합한 카메라를 통해) 획득한다.

피가공물 형상의 3D 이미지를 획득하기 위해, 2D 레이저 스캐너는 연속적인 2D 이미지가 촬영되는 동안 스캐닝될 부품에 대해 - 레이저 라인의 각각의 포인트의 제3 치수 또는 좌표를 제공하는 스캐닝 라인 궤적 또는 스캐닝 경로를 따라 - 상대 운동하여야 하고; 이어서, 3D 형상이 3D 포인트 클라우드(point cloud)으로부터 재구성될 수 있다.

알려진 배열에서, 컨베이어 벨트가 피가공물을 고정된 2D 레이저 스캐너를 향해 이동시키거나, 또는 역으로, 피가공물은 정지되어 있고, 2D 레이저 스캐너가 레일을 따라 이동가능한 캐리지에 의해 지지되며, 연속적인 2D 이미지가 규칙적인 시간 간격을 두고 촬영된다. 스캐닝 경로의 시작과 끝에서의 가속 단계 및 감속 단계와 같은, 선형 운동의 일정하지 않은 상호 속도 및 다른 불규칙성을 처리하기 위해서, 인코더가 연속적인 레이저 라인 획득과 피가공물 및 스캐너의 연속적인 상호 위치 사이의 시간 경과에 따른 정확한 동기화를 제공하기 위해, 즉 제3 치수에서 정확한 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

그러나, 상기 항공 우주 기계적 구성요소의 3D 복잡성, 매우 이례적인 소규모 제조, 및 가능하게는 큰 크기는 위의 배열을 허용하지 않는다.

용접 토치 또는 다른 도구 이외에 2D 레이저 스캐너를 포함하는 조립체를 엔드 이펙터로서 장착하는 인간형 로봇 아암을 사용함으로써 이들 문제를 해결하는 것이 당업계에 알려져 있으며: 피가공물의 3D 형상은 연속적인 2D 이미지를 획득하면서 정지 상태의 피가공물에 대해 2D 레이저 스캐너를 이동시킴으로써 획득될 수 있다.

따라서, 2D 레이저 스캐너는 용접 풀(welding pool) 또는 일반적으로 가공 영역을 관찰하기에 적합하며; 따라서, 상기 2D 레이저 스캐너는, 형상이 예컨대 열 효과에 대해 또는 새롭게 코팅된 층으로 인해 변화함에 따라, 피가공물 또는 그의 관련 부품의 형상에 관한 최신 정보를 갖도록 허용한다.

로봇의 인간형 아암의 6 자유도는 직선 스캐닝 경로, 또는 훨씬 더 복잡한 스캐닝 경로를 따른 2D 레이저 카메라와 피가공물 사이의 선형 상대 운동을 얻기 위해 이용될 수 있다.

그러나, 각각의 2D 이미지가 촬영되는 3D 형상 상의 실제 위치의 정확한 지식을 갖는 문제는 악화되고, 선형 운동 인코더를 사용할 가능성이 없는데, 그 이유는 그를 지지하기 위한 컨베이어 벨트 또는 레일 시스템이 존재하지 않기 때문이다.

스톱 앤드 고(stop-and-go) 접근법이 로봇 아암 운동의 일정하지 않은 속도 및 다른 불규칙성의 부정적인 영향을 극복하는 데 사용될 수 있지만, 그는 실제 산업 시나리오에서 실제로 구현되기에는 너무 느리다.

따라서, 가공 작업 동안의 피가공물 형상의 변화를 처리하는 문제를 해결하기 위한 정확한 3D 스캐닝 데이터의 효율적인 최신 획득을 갖는, 산업용 인간형 로봇, 구체적으로는 용접 로봇을 포함하는 개선된 장치, 및 로봇 가공, 구체적으로는 로봇 용접을 수행하기 위한 방법이 유익할 것이고, 본 기술에서 환영받을 것이다.

더 일반적으로, 크고/크거나 정교한 피가공물 또는 다른 물체의 정확한 형상을 더 효율적으로 획득하도록 적응되는 방법 및 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

일 태양에서, 본 명세서에 개시된 요지는 가공 영역에 배열된 피가공물에 대해 산업 가공 작업을 수행하도록 구성되는 장치에 관한 것이다. 본 장치는 가공 영역에 있는 공간 내에서 이동가능한 인간형 로봇, 컴퓨터, 및 로봇 제어기를 포함한다. 인간형 로봇은 엔드 이펙터를 포함하고, 엔드 이펙터는 2D 레이저 스캐너, 및 피가공물에 대해 상기 가공 작업을 수행할 수 있는 가공 도구를 포함한다. 2D 레이저 스캐너는 레이저 프로젝터, 카메라, 및 입력 포트를 포함한다. 로봇 제어기는 로봇이 엔드 이펙터를 경로를 따라 이동시키게 하도록 구성되고, 가공 도구는 이동 동안 선택적으로 작동가능하다. 컴퓨터에는 실시간 운영 체제가 제공되며, 컴퓨터는 로봇 제어기 및 2D 레이저 스캐너의 입력 포트에 작동식으로 연결된다. 컴퓨터는 로봇 제어기에 스캐닝 경로를 따른 연속적인 위치 데이터를 그리고 2D 레이저 스캐너의 입력 포트에 직접 동기화 신호를 제공하도록 구성되어, 그에 의해 스캐닝 경로를 따른 엔드 이펙터의 연속적인 포즈와 동기화하여 피가공물에 대한 연속적인 스캐닝 작업을 명령하여서, 피가공물에 관한 3D 형상 정보를 획득한다. 가공 도구는 엔드 이펙터가 후속하여 툴링 경로를 따라 이동되고/되거나 상기 스캐닝 경로를 따라 이동되는 동안 작동되도록 구성되어, 그에 따라 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 한정한다.

다른 태양에서, 본 명세서에 개시된 요지는 가공 영역에 배열된 피가공물에 대해 산업 가공 작업을 수행하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 로봇 제어기에 스캐닝 경로를 따른 연속적인 위치 데이터를 제공하고 2D 레이저 스캐너의 입력 포트에 직접 동기화 신호를 제공하도록 실시간 운영 체제로 컴퓨터를 작동시킴으로써; 그리고 엔드 이펙터를 스캐닝 경로를 따라 이동시키도록 로봇 제어기를 작동시켜, 그에 의해 엔드 이펙터의 연속적인 포즈와 동기화하여 연속적인 스캐닝 작업을 수행함으로써, 피가공물에 관한 3D 형상 정보를 획득하는 단계를 포함한다. 본 방법은, 후속하여, 엔드 이펙터를 스캐닝 경로와는 상이한 툴링 경로를 따라 이동시키도록 로봇 제어기를 작동시키고, 엔드 이펙터를 툴링 경로를 따라 이동시키는 동안 가공 도구를 작동시키거나; 또는 엔드 이펙터를 스캐닝 경로를 따라 이동시키는 동안 가공 도구를 작동시켜, 그에 따라 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 한정하는 단계를 추가로 포함한다.

위의 태양에서, 인간형 로봇의 엔드 이펙터에 카메라를 배열하는 것은, 유리하게는, 피가공물이 정지 상태로 유지되도록 허용하고 - 이것이 절대적으로 필요하지는 않지만 -, 유리하게는, 로봇 이동 능력 - 즉, 로봇 아암에 의해 제공되는 가장 미세한 변위 - 과 정확하게 매칭되는, 프로파일 또는 형상 데이터 획득에서의 최고 해상도 및 그에 따른 3D 툴링 경로의 최대 정확도가 달성되도록 허용한다.

유리하게는, 클라우드의 3D 포인트의 3개의 좌표의 획득에서의 동기화는, 외부 인코더의 필요 없이, 실시간 운영 체제 및 동기화 신호의 사용에 의해 얻어진다.

유리하게는, 동일한 피가공물에 대한 후속 가공 프로세스 동안의 3D 툴링 경로의 업데이트가 용이하게 달성된다.

게다가, 새로운 3D 형상 데이터가, 또한, 예컨대 품질 관리를 위해, 가공 프로세스 동안 동일한 구성요소에 의해 획득될 수 있다.

다른 태양에서, 본 명세서에 개시된 요지는 가공 영역에 배열된 물체의 형상을 획득하도록 구성되는 장치에 관한 것이다. 본 장치는 가공 영역에 있는 공간 내에서 이동가능한 인간형 로봇, 컴퓨터, 및 로봇 제어기를 포함한다. 인간형 로봇은 2D 레이저 스캐너를 포함하는 엔드 이펙터를 포함한다. 2D 레이저 스캐너는 레이저 프로젝터, 카메라, 및 입력 포트를 포함한다. 로봇 제어기는 로봇이 2D 레이저 스캐너를 스캐닝 경로를 따라 구동하게 하도록 구성된다. 컴퓨터에는 실시간 운영 체제가 제공되며, 컴퓨터는 로봇 제어기 및 2D 레이저 스캐너의 입력 포트에 작동식으로 연결된다. 컴퓨터는 로봇 제어기에 스캐닝 경로를 따른 연속적인 위치 데이터를 그리고 2D 레이저 스캐너의 입력 포트에 직접 동기화 신호를 제공하도록 구성되어, 그에 의해 스캐닝 경로를 따른 엔드 이펙터의 연속적인 포즈와 동기화하여 물체에 대한 연속적인 스캐닝 작업을 명령한다.

다른 태양에서, 본 명세서에 개시된 요지는 가공 영역에 배열된 물체의 3D 형상 정보를 획득하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은, 로봇 제어기에 스캐닝 경로를 따른 연속적인 위치 데이터를 제공하고 2D 레이저 스캐너의 입력 포트에 직접 동기화 신호를 제공하도록 실시간 운영 체제로 컴퓨터를 작동시키는 단계; 및 엔드 이펙터를 스캐닝 경로를 따라 이동시키도록 로봇 제어기를 작동시켜, 그에 의해 엔드 이펙터의 연속적인 포즈와 동기화하여 연속적인 스캐닝 작업을 수행하는 단계를 포함한다.

첨부 도면과 관련하여 고려될 때 하기의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해되므로, 본 발명의 개시된 실시예들 및 그의 수반되는 이점들 중 많은 것의 더 완전한 이해가 용이하게 얻어질 것이다.
도 1은 산업용 로봇 장치의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1의 로봇 장치로 가공 작업을 수행하기 위한 방법에 관한 흐름도이다.
도 3은 도 1의 로봇 장치로 피가공물의 형상을 획득하기 위한 방법에 관한 흐름도이다.
도 4는 개선된 툴링 경로에 따라 도 1의 로봇 장치를 작동시키기 위한 방법에 관한 흐름도이다.

일 태양에 따르면, 본 요지는 로봇 도구가 따라야 하는 툴링 경로의 생성을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에 개시된 실시예에서, 산업용 인간형 로봇은 기계적 부품과 같은 피가공물 상에 용접 또는 코팅 작업과 같은 산업 가공 작업을 수행하는 데 사용된다. 산업용 인간형 로봇의 아암은 가공 도구를 포함하는 그의 엔드 이펙터가 원하는 툴링 경로를 따라 공간 내에서 이동하도록 허용하는 조인트를 갖는다. 툴링 경로는 샘플 피스 상에 설계되었을 수 있지만, 실제 피가공물은 약간 상이한 형상을 가질 수 있으며, 따라서 원하는 툴링 경로도 약간 상이할 수 있다. 게다가, 각각의 작업은 동일한 피가공물 상에서의 여러 번의 패스(pass)를 포함할 수 있고, 피가공물의 형상은 패스마다 변화할 수 있으며, 따라서 툴링 경로도 패스마다 변화할 수 있다.

그에 걸쳐 툴링 경로가 계산되거나 조정되는 피가공물의 실제 형상을 획득하기 위해, 로봇 아암에는 엔드 이펙터에 2D 레이저 스캐너가 제공된다. 로봇 아암은 제3 치수를 제공하기 위해 그가 연속적인 포즈로 이동되는 동안 각각의 포즈에서 피가공물의 2D 이미지를 촬영하여서, 피가공물의 3D 형상이 그가 촬영된 위치와 쌍을 이루는 각각의 이미지로부터의 2D 데이터의 조합으로부터 재구성될 수 있게 한다. 피가공물은 이동될 필요가 없으며, 이는 몇몇 경우에 중요하다. 실시간 운영 체제가 제공되는 컴퓨터가 적어도 스캐닝 이동 동안 로봇 아암을 제어하는 데 그리고 이미지의 촬영을 명령하는 데 사용되어, 그에 따라, 동기화 신호를 통해, 각각의 이미지가 의도된 포즈에 실제로 도달한 후에만 촬영되는 것을 보장하여서, 그에 따라, 이동의 속도 및 그 이동의 임의의 불규칙성에 상관없이, 3D 포인트 클라우드의 각각의 포인트가 일관된 데이터를 갖는 것을 보장한다. 일단 피가공물의 형상이 획득되었으면, 다음 가공 작업의 툴링 경로는, 예컨대 이전 용접 작업으로 인한 열 효과에 의해 변화되었을 수 있는 실제 형상으로 계산 또는 조정된다. 2D 레이저 스캐너가 가공 도구를 보유하는 동일한 로봇 아암 엔드 이펙터에 의해 보유되기 때문에, 재구성된 3D 형상 및 그에 따른, 그 형상 상에 한정된 툴링 경로의 해상도는 그 툴링 경로를 따르는 로봇 아암의 실제 능력과 자동으로 매칭되며: 가공이 수행될 것보다 더 높은 해상도로 형상을 재구성하는 데 계산 노력이 낭비되지도 않고, 더 낮은 해상도로 계산된 툴링 경로를 따라 가공 도구에 대한 추가의 위치를 보간할 필요도 없으며; 따라서 정확도가 가능한 가장 높다.

툴링 작업 동안, 조합된 스캐닝 및 툴링 경로가 되는 것을 따라 로봇 아암의 연속적인 포즈와 이번에도 동기화하여, 추가의 이미지가 또한 촬영될 수 있다.

더 일반적인 태양에 따르면, 본 명세서에 개시된 요지는 로봇 장치에 의해 물체의 형상을 정확하게 획득하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 로봇 장치는 실시간 운영 체제를 실행하는 컴퓨터를 통해 위에 언급된 바와 같이 작동되는 2D 레이저 스캐너를 보유한다. 획득된 형상은 임의의 원하는 목적을 위해 사용된다.

이제, 본 발명의 실시예가 상세히 언급될 것이며, 그의 하나 이상의 예가 도면에 예시되어 있다. 각각의 예는 본 발명의 제한이 아닌 본 발명의 설명으로서 제공된다. 대신에, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.

도 1은 피가공물에 대해 산업 가공 작업, 특히 용접을 수행하기 위한 장치(1)의 제1 실시예를 개략적으로 도시하며, 하나의 예시적인 피가공물(2)이 도시되어 있고, 상기 장치(1)는 아래에서 상술되는 바와 같이 작동식으로 연결되는, 공간 내에서 이동가능한 인간형 로봇(3), 컴퓨터(4), 및 로봇 제어기(5)를 포함한다. 상기 피가공물(2)을 지지하고 가공 영역(7)을 한정하는 플랫폼(6)이 또한 도시되어 있지만, 그는 절대적으로 필요하지는 않다. 피가공물(2)은, 예를 들어, 터보 기계의 중요한 부품의 매우 얇은 강철 층을 포함할 수 있다. 제어기(5)가 로봇(3)과는 별개로 도시되었지만, 그는 또한 로봇 내에, 예컨대 기부(8) 내에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

아래에서 명확해질 이유로, 컴퓨터(4)에는 실시간 운영 체제(Real Time Operating System, RTOS)(41)가 제공된다.

로봇(3)은, 잘 알려진 방식으로, 기부(8), 및 기부(8)로부터 연장되고 그와 회전식으로 결합되는 아암(9)을 포함하며, 기부(8)로부터 멀리 떨어진 아암의 단부는 핸드 또는 엔드 이펙터(10)로 지칭된다. 수 개의 조인트(11)가 아암(9)을 따라 제공되며, 4개가 예로서 도시되어 있다.

엔드 이펙터(10)에는 가공 도구(12), 특히 용접 토치가 제공된다. 가공 도구(12)가 용접 토치일 때, 그는 피가공물(2), 예컨대 그의 2개의 금속 구성요소의 원하는 용접을 제공하기 위해 금속을 용융시키기 위한 열을 제공할 수 있고; 다른 경우에, 가공 도구는 피가공물(2)에 의도된 가공 작업, 예컨대 코팅용 페인트 방출, 접착용 접착제 방출 등을 수행할 수 있다.

엔드 이펙터(10)에는 또한 2D 레이저 스캐너(13)가 제공된다. 2D 레이저 스캐너(13)는, 잘 알려진 방식으로, 상호 각도를 이루는 레이저 프로젝터(14) 및 카메라(15)를 포함한다.

2D 레이저 스캐너(13)는 레이저 프로젝터(14)에 의한 레이저 라인의 생성 및 카메라(15)에 의한 연속적인 이미지의 획득을 제어하기 위한 동기화 신호를 수신하기 위한 입력 포트(16)를 포함한다. 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 제공되는 신호는 이미지 획득을 각각 트리거하는 펄스를 포함하는 비주기적 신호로 간주될 수 있다. 입력 포트(16)는 일반적으로 2D 레이저 스캐너 상에서 이용가능하지만, 그는, 위에서 논의된 바와 같이, 2D 레이저 스캐너가 정지되어 있을 때, 2D 레이저 스캐너에 대해 피가공물을 이동시키기 위해 일반적으로 제공되는 컨베이어 벨트 또는 유사한 부재에 작동식으로 연결되는, 또는 정지 상태의 피가공물에 대해 2D 레이저 스캐너를 이동시키기 위해 레일 상에서 이동하는 캐리지에 작동식으로 연결되는 인코더로부터 동기화 신호를 수신하도록 설계된다는 것에 유의하여야 한다.

이전에 알려진 로봇 장치에서, 2D 레이저 스캐너의 입력 포트는 인코더에 연결될 것이지만, 장치(1)에서, 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)는, 역으로, 동기화 신호 연결부(17)를 따라 컴퓨터(4)에 연결되고 그로부터 신호를 수신한다.

데이터 연결부(18)가 2D 레이저 스캐너와 제어기(5) 사이에 제공되어, 제어기(5)가 획득된 이미지를 수신하도록 허용한다. 2D 레이저 스캐너(13)는 이미지의 프리프로세서(preprocessor)를 포함할 수 있다. 제어기(5)는 이미지를 버퍼링(buffering)하거나 저장하기 위한 이미지 처리 수단 및/또는 메모리 수단(간단함을 위해 도 1에 도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로, 제어기(5)는 다른 곳에서 처리될 이미지를, 예를 들어 컴퓨터(4) 또는 추가의 원격 컴퓨터로 단순히 전달할 수 있다. 대안적으로, 가능하게는 전처리된 수신된 획득 이미지는 적합한 데이터 연결부(도시되지 않음)를 따라 2D 레이저 스캐너(13)로부터 컴퓨터(4) 또는 원격 컴퓨터로 직접 전송될 수 있다.

추가의 데이터 및 신호 연결부(19, 20)가 로봇 제어기(5)와 로봇(3) 사이에 제공된다. 일반적으로 로봇(3)으로/으로부터 지향되어 도시되어 있지만, 연결부(19) 상에서 전달되는 데이터 및 신호는, 주로, 그의 아암(9)의 포즈를 제어하기 위해 의도되고; 연결부(20)는, 주로, 포즈에 도달하였는지 여부에 대한 피드백 신호를 전달한다.

더 구체적으로, 로봇 제어기(5)가, 통상적으로 그렇듯이, 경로 생성기(21) 및 경로 실행기(22)를 구현하는 컴퓨터 프로그램 모듈(소프트웨어, 하드웨어 또는 펌웨어)을 포함할 때, 데이터 및 신호 연결부(19, 20)는 로봇 경로 실행기(22)와 로봇(3) 사이에 제공된다. 그러한 경우에 경로 생성기(21)로부터 경로 실행기(22)로의 추가의 신호 연결부(23)가 제공된다. 하기의 설명으로부터, 경로 생성기(21)가 본 명세서에서 선택적인 구성요소라는 것이 이해될 것이다.

추가의 데이터 및 신호 연결부(24, 25)가 로봇 제어기(5)와 컴퓨터(4) 사이에 제공된다. 더 구체적으로, 로봇 제어기(5)가 경로 생성기(21) 및 경로 실행기(22)를 포함할 때, 데이터 및 신호 연결부(24, 25)는 컴퓨터(4)와 경로 실행기(22) 사이에 제공된다. 연결부(24) 상에서 전달되는 데이터 및 신호는, 아래에서 논의되는 바와 같이, 주로, 로봇(3), 특히 그의 아암(9)의 포즈를 제어하기 위해 의도되고; 연결부(25)는, 주로, 포즈에 도달하였는지 여부에 대한 피드백 신호를 전달한다.

토치 제어 라인(26)이 도구(12)를 구동하는 신호, 예컨대 그의 켜짐 및 꺼짐, 용접 토치의 경우에 그의 전력 레벨, 및/또는 다른 변수를 위해 제어기(5)로부터(구체적으로는, 경로 실행기(22)로부터) 엔드 이펙터(10)로 제공된다. 대안적으로, 가공 도구(12)는 적합한 연결부(도시되지 않음)를 따라 컴퓨터(4)에 의해 직접 제어될 수 있다.

로봇 장치(1)는 다음과 같이 작동하고, 아래에서 논의되는 방법이 구현되도록 허용한다.

용접하거나 다른 가공 작업을 수행하기 위한 방법(100)에서, 도 2의 흐름도에 도시된 바와 같이 그리고 도 1을 계속 참조하여 논의되는 바와 같이, 컴퓨터(4)와 함께 로봇 제어기(5)는 로봇(3)이 한정된 툴링 궤적 또는 툴링 경로 또는 용접 경로를 따라 이동하게 하고(단계(101)), 그러한 이동 동안, 토치 또는 다른 가공 도구(12)는 적절히 구동된다(단계(102)). 툴링 경로는 로봇(3), 특히 엔드 이펙터(10)가 가공 도구(12)의 작동 동안 따라야 하는 경로이다.

더 상세하게는, 로봇 제어기(5) 및 구체적으로 그의 경로 실행기(22)는 적합한 액추에이터(도시되지 않음)를 통해 로봇 아암(9)의 조인트(11)의 위치를 제어하여서, 엔드 이펙터(10)에, 전체적으로, 가공 영역(7)을 포함하고 그를 둘러싸는 공간 내에서의 이동의 최대 6 자유도가 제공되게 한다. 경로 실행기(22)에 의해 출력되는 신호는 (반드시 시간 경과에 따라 연속적인 신호는 아니지만) 시간 경과에 따라 변하는 신호로 표현될 수 있으며, 여기에서 전체 신호의 각각의 값은, 6 자유도의 경우에 Q(t)=[q1(t),q2(t),…q6(t)]와 같은, 로봇 내부 좌표에서의 다수의 값을 포함한다. 각각의 양 qi(tn)은, 예컨대 아암(9)의 특정 조인트(11)가 특정 시간 tn에 취해야 하는 각도를 나타내며, 따라서 Q(tn)은 시간 tn에서의 엔드 이펙터(10)의 포즈를 나타내고, 시간 경과에 따른 포즈의 변화 Q(t)는 엔드 이펙터(10)가 따르는 경로를 표현한다. 여기에서 그리고 아래에서, 이탤릭체 표기법이 인덱스에 사용된다는 것에 유의한다.

엔드 이펙터(10)가 따라야 하는 경로는, P(t)=[x(t), y(t), z(t)]로서, 다른 공간 좌표계에서, 통상적으로 직교 좌표에서 로봇 제어기(5)의 경로 실행기(22)에 제공되며, 경로 실행기(22)의 태스크(task)는 공간 변환을 수행하는 태스크이다. 직교 좌표 대신에, 임의의 다른 적합한 공간 기준계(spatial reference system)가 사용될 수 있다.

이전에 언급된 바와 같이 통상적으로 로봇 제어기(5) 내에 존재하는 경로 생성기(21)는 원하는 가공 작업, 피가공물의 형상, 샘플 피스에 대한 그의 변화, 도구의 속도, 및 다른 변수에 따라 경로 P(t)를 생성하는 태스크를 가질 수 있다. 게다가, 하기의 설명으로부터 명확할 바와 같이, 경로 P(t)는, 또한, 예컨대 수행되고 있는 가공 프로세스의 열 효과 및/또는 다른 결과로 인한 피가공물의 형상의 변화에 따라 생성될 수 있다. 특히 2D 레이저 스캐너(13)로부터의 스캐닝 데이터가 로봇 제어기(5)에 의해 처리될 때 경로 P(t)를 생성하는 것은 경로 생성기(21)일 것이다.

대안적으로, 직교 공간에서 가공 또는 툴링 경로 P(t)를 생성하는 후자의 태스크는, 특히 2D 레이저 스캐너(13)로부터의 스캐닝 데이터가 제어기(4)에 의해 또는 외부 컴퓨터에 의해 처리될 때, 또는 경로 생성기(21)가 누락된 때, 컴퓨터(4)에 의해 수행될 수 있다.

완전한 툴링 경로 P(t)가 제공되고 동시에 툴링 경로 Q(t)로 변환될 수 있지만(P(t) 및 Q(t) 둘 모두는 그들이 동일한 엔티티(entity)의 상이한 표현이기 때문에 툴링 경로로 지칭된다는 것에 유의함), 바람직하게는, 단계(103)에서, 로봇 제어기(5), 특히 경로 생성기(21), 또는 컴퓨터(4)는 외부 기준계에서 툴링 궤적 또는 경로를 따라 다음 포즈 P(tn+1)을 출력하며, 단계(104)에서, 로봇 제어기(5), 특히 경로 실행기(22)는 포즈를 로봇 기준계 Q(tn+1)로 변환하고, 엔드 이펙터(10)를 그 포즈로 이동시킨다.

단계(105)에서 체크되는 바와 같이, 원하는 툴링 궤적이 완료되지 않았다면, 단계(106)에서 인덱스 n의 증분에 의해 나타낸 바와 같이, 위에서 논의된 단계들이 그 후에 다음 포즈에 대해 반복된다. 단계(105, 106)에 의해 예시된 방법과는 상이한, 단계의 반복을 제어하는 방법이 동일하게 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개략적으로 도시된 것과 같은 제어가 명백히 사용되는 경우, 가공이 전체 원하는 궤적을 따라 수행되는 것을 보장하기 위해 추가의 "가짜" 시작 포인트 또는 "가짜" 종료 포인트를 궤적에 추가하는 것이 필요할 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.

도 3의 흐름도뿐만 아니라 도 1을 참조하여 설명되는, 피가공물(2)의 형상을 획득하기 위한 방법(200)에서, RTOS(41)를 실행하는 컴퓨터(4)(간략히, 이하에서 RTOS 컴퓨터(4))는, 예컨대 스캐닝 경로 S(t)=[s1(t),s2(t),…s6(t)]로서, 경로 실행기(22)에 의해 로봇 좌표계로 유사하게 변환되는 직교 좌표 또는 다른 공간 기준계에서 스캐닝 경로 R(t)를 - 가능하게는 위에서 논의된 바와 같은 툴링 경로 P(t)에 더하여 - 생성하는 태스크를 갖는다. R(t) 및 S(t) 둘 모두는 그들이 동일한 엔티티, 즉 로봇(3), 특히 엔드 이펙터(10)가 2D 레이저 스캐너(13)의 작동 동안 따라야 하는 경로의 상이한 표현이기 때문에 스캐닝 경로로 지칭된다는 것에 유의한다.

구체적으로, 단계(201)에서, 엔드 이펙터(10)는 스캐닝 궤적 R(t)를 따라 현재 포즈 R(tn)에 있다. 이는 컴퓨터(4)에 의해, RTOS(41)로 인해 그리고/또는 가능하게는 연결부(20, 25)를 따른 피드백에 의해 보장될 수 있다. 그 후에, 단계(202)에서, RTOS 컴퓨터(4)는, 외부 좌표계에서, 스캐닝 궤적 R(t)를 따라 다음 포즈 R(tn+1)을 출력한다. 단계(203)에서, 포즈 R(tn+1)은, 예컨대 S(tn+1)=[s1(tn+1),s2(tn+1),…s6(tn+1)]로서, 로봇 제어기(5)의 경로 실행기(22)에 의해 로봇 좌표계로 변환되고, 엔드 이펙터(10)는 그러한 새로운 포즈로 이동된다.

엔드 이펙터(10)가 스캐닝 경로 R(t)를 따라 이동되는 동안, 연속적인 2D 이미지가 2D 레이저 스캐너(13)에 의해 촬영된다.

구체적으로, 단계(204)에서, 연결부(17)를 통한 동기화 신호는 RTOS 컴퓨터(4)에 의해 제어되며, 특히 그의 상태는 단계(202)에서의 다음 포즈 R(tn+1)의 출력보다 늦지 않게 출력되는 트리거 펄스를 생성하도록 곧 변경된다.

동기화 신호에 기초하여, 구체적으로는 2D 레이저 스캐너(13)에 의한 그의 입력 포트(16)에서의 동기화 신호의 그러한 펄스의 수신 시에, 단계(205)에서, 2D 이미지가 2D 레이저 스캐너(13)에 의해 촬영된다. 동기화 신호로 인해, S(tn)에 해당하는 현재 포즈 R(tn)에서 이미지가 촬영되는 것이 보장된다.

더 상세하게는, 레이저 프로젝터(14)는 레이저 평면 내에서 적합하게 스위핑되는(또는 적합한 광학계를 통해 형상화되는) 레이저 빔을 방출하여, 일단 그가 피가공물(2)의 외부 표면과 교차하면, 제1 방향으로 연장되는 스캔 라인을 형성한다. 카메라(15)는 피가공물(2)의 표면에 의해 반사되는 광을 포착하고, 잘 알려진 삼각측량 원리를 통해, 스캔 라인 상에 놓인 각각의 표면 포인트의 거리가 2D 레이저 스캐너(13) 자체에 의해 또는 하류 구성요소, 특히 로봇 제어기(5) 또는 컴퓨터(4)에 의해, 또는 심지어 외부 컴퓨터에 의해 계산된다. 계산된 거리, 스캔 라인을 따른 레이저 스폿의 위치, 및 스캔 평면의 위치 - 이는, 이어서, 스캐닝 경로 R(t)를 따른 엔드 이펙터(10)의 위치에 의해 좌우됨 - 는 단계(206)에서 수집되는 피가공물(2)의 형상의 3D 포인트를 제공한다.

단계(201, 202)는 별개의 후속 단계로서 도시되어 있으며, 단계(202)가 3D 형상 획득 방법(200)을 가속화하기 위해 단계(201) 직후에, 바람직하게는 단계(201) 후에 가능한 한 빨리 행해진다는 것이 이해될 것이다. 단계(202)는 심지어 단계(201)와 정확하게 동시에 행해질 수 있으며: 실제로, 단계(205)가 수행되는 데 그리고 그에 따라 현재 포즈 R(tn)에서 이미지가 촬영되는 데 걸리는 시간은, 대체적으로, 제어기(5)의 경로 실행기(22)에 의한 변환 및 현재 포즈로부터 다음 포즈로의 이동의 작동의 시작에 걸리는 시간보다 짧으며, 따라서, 컴퓨터(4)가 그의 2가지 명령을 (제어기 및 2D 레이저 스캐너에) 동시에 내렸더라도, S(tn)에 해당하는 현재 포즈 R(tn)에서 이미지가 촬영되는 것이 여전히 보장될 것이다.

단계(207)에서 체크되는 바와 같이, 원하는 스캐닝 궤적이 완료되지 않았다면, 단계(208)에서 카운터 n의 증분에 의해 나타낸 바와 같이, 위에서 논의된 단계들이 그 후에 다음 포즈에 대해 반복된다. 단계(207, 208)에 의해 예시된 방법과는 상이한, 단계의 반복을 제어하는 방법이 동일하게 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개략적으로 도시된 것과 같은 제어가 명백히 사용되는 경우, 가장 최근의 포즈에서 어떠한 이미지도 촬영되지 않을 것이며, 따라서 추가의 "가짜" 종료 포인트가 궤적에 추가되어야 한다는 것이 또한 이해되어야 한다.

컴퓨터(4) 상에서 실행되는 RTOS(41) 및 그에 의해 발생되는 동기화 신호는 의도된 포즈에 실제로 도달한 후에만 단계(205)에서 각각의 2D 이미지가 촬영되는 것을 보장하며, 따라서, 로봇(3)의 이동의 속도 및 그 이동의 임의의 불규칙성에 상관없이, 단계(205)에서 수집되는 3D 포인트 클라우드의 각각의 포인트가 일관된 데이터를 갖는 것을 보장한다. 단계(201, 205)의 완벽한 동기화는 이중 화살표(209)에 의해 개략적으로 예시되어 있다.

형상 획득 동안의 엔드 이펙터 이동이 레이저 프로젝터(14)에 의해 방출되는 레이저 평면에 직교하는 방향을 따른 병진일 필요가 없으며; 오히려, 예컨대 레이저 평면의 회전이 사용될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 로봇 이동은 원칙적으로, 또한, 레이저 스폿으로부터 스캔 라인의 길이를 형성하는 데 사용되어, 레이저 프로젝터의 스위핑 메커니즘 또는 임의의 광학계를 회피할 수 있지만; 이때, 스캐닝 궤적 R(t)는 다소 복잡한, 예컨대 사행형 패턴이 된다는 것에 유의한다.

RTOS(41)는, 또한, 툴링 궤적 P(t)가 컴퓨터(4)에 의해 제공되는 경우에, 이동 전체에 걸쳐 일정하게보다는 이동에 따라 가공 도구(12)를 구동하기 위해, 예컨대 감속 동안 용접 토치에 공급되는 전력을 감소시키고 가속 동안 전력을 증가시켜 전체적으로 일정한 열 출력을 얻기 위해, 가공 작업 동안 이용될 수 있다는 것이 강조된다(도 2 참조).

개선된 툴링 경로에 따라 도 1의 로봇 장치를 작동시키기 위한 방법(300)이 도 4의 흐름도뿐만 아니라 이전에 논의된 도 2 및 도 3을 참조하여 개시된다.

선택적인 단계(301)에서, 공칭 툴링 경로 P(t)가, 예컨대 메모리 수단으로부터 획득된다.

이어서, 장치는, 단계(302)에서, 가공 영역(7)에서 피가공물(2)의 실제 형상에 관한 정보를 획득하도록 작동된다. 이러한 단계는 도 3의 흐름도와 관련하여 위에서 논의된 방법(200)에 따라 수행되며, 이에 의해 동기화 신호를 통해, 로봇(3)의 포즈와 2D 레이저 스캐너(13)에 의해 획득된 프로파일 데이터 사이의 최고 시간 대응이 보장되며, 따라서 각각의 수집된 3D 포인트는 매우 일관된 데이터를 갖고, 궁극적으로, 완전한 스캐닝 작업을 통해, 피가공물(2)은 제어기(5)에서 또는 컴퓨터(4) 상에서(또는 외부 컴퓨터에서) 실행되는 프로그램에 의해 형상이 가상으로 재구성된다.

이어서, 제어기(5) 또는 컴퓨터(4)의 경로 생성기(21)는, 단계(303)에서, 단계(302)에서 얻어진 피가공물 형상에 따라, 툴링 경로 P(t), 특히 용접 경로를 계산하기 위해, 또는 공칭 또는 다른 현재 활성인 툴링 경로를 조정하기 위해 사용된다.

이어서, 가공 작업은 단계(303)에서 계산된 툴링 경로 P(t)를 따라 피가공물(2)에 대해 수행된다. 이러한 단계는 도 2의 흐름도와 관련하여 위에서 논의된 방법(100)에 따라 수행된다.

단계(305)에서 체크되는 바와 같이, 원하는 전체 가공 작업이 동일한 피가공물(2) 상에 완료되지 않았다면, 단계(304)에서의 후속 가공 작업 전에, 가공 영역(7)에서 피가공물(2)의 실제 형상에 관한 최신 정보를 얻기 위해, 이어서 단계(302)로 복귀된다. 단계(305)에 의해 예시된 방법과는 상이한, 단계의 반복을 제어하는 방법이 동일하게 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

로봇 장치를 작동시키는 이러한 방법(300)의 이점은, 선택적인 단계(301)에서 얻어진 공칭 툴링 경로가 샘플 피스 상에 설계되었을 수 있지만, 실제 피가공물(2)은 약간 상이한 형상을 가질 수 있다는 것을 고려할 때 인식된다.

게다가, 하나의 동일한 피가공물(2)은, 예컨대 피가공물(2)이 복수의 구성요소를 포함하는 복잡한 기계적 구조를 갖기 때문에, 흔히, 복수의 후속 작업, 예컨대 대응하는 복수의 용접 경로를 따른 용접 작업을 거친다. 예를 들어 이전 용접 경로로 인한 열 팽창을 고려하기 위해서, 후속 용접 경로를 정밀하게 조정하기 위해 각각의 용접 작업 후에 피가공물(2)의 기하학적 구조를 체크하는 것이 매우 바람직하다.

다른 예시적인 경우로서, 피가공물(2) 상에 코팅 작업을 수행하기 위해, 여러 번의 패스가 요구될 수 있다. 각각의 층은 피가공물(2)을 약간 증가시켜, 그에 따라 그의 형상 및 후속 층 코팅 동안 필요한 코팅 경로를 변화시킨다.

각각의 개별 작업에서, 매우 정밀한 툴링 경로가 가공 도구(12)에 제공된다. 2D 레이저 스캐너(13)가 가공 도구(12)를 보유하는 동일한 로봇 아암 엔드 이펙터(10)에 의해 보유되기 때문에, 단계(302)에서 얻어진 재구성된 3D 형상 및 그에 따른, 단계(303)에서 그 형상 상에 한정된 툴링 경로의 해상도는 단계(304)에서 그 툴링 경로를 따르는 로봇 아암(9)의 실제 능력과 자동으로 매칭되며: 가공이 수행될 것보다 더 높은 해상도로 형상을 재구성하는 데 계산 노력이 낭비되지도 않고, 더 낮은 해상도로 계산된 툴링 경로를 따라 가공 도구(12)에 대한 추가의 위치를 보간할 필요도 없으며; 따라서, 계산 효율과 마찬가지로, 정확도가 가능한 가장 높다.

컴퓨터(4)가 실제 인코더를 시뮬레이션하여 - 그에 따라, 본 명세서에서 "시뮬레이션된 인코더"로 불리우는 것을 구현하여 -, 일반적으로 인코더 포트로 의도되는 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 적합한 신호를 생성한다는 것이 인식될 것이다.

요약하면, 유리하게는, 후속 용접 또는 다른 가공 프로세스로 인한 3D 경로의 실시간 업데이트뿐만 아니라, 로봇 이동 능력 및 외부 제어 능력에 따른 3D 용접 또는 툴링 경로의 가능한 최고 해상도가 제공된다.

프로파일 데이터 획득의 최대 정확도는 동기화 신호에 의해 달성된다.

툴링 궤적은, 또한, 그 자체로 잘 알려진 방식으로 자동 전압 제어(Automatic Voltage Control, AVC)를 사용하여, 가공 도구(12)에 의해 제공되는 피드백에 따라 "온라인"으로 추가로 약간 조정될 수 있다.

추가적으로, 또는 원칙적으로 심지어 대안적으로 - 예컨대, 툴링 경로가 직선일 때, 가공 작업은 피가공물의 3D 형상이 획득되는 동안 스캐닝 경로와 동일한 툴링 경로를 따라 수행될 수 있다. 달리 말하면, 피가공물(2)의 전체 표면을 덮는 완전한 스캐닝 경로 상에서 엔드 이펙터(10)를 이동시키면서 단계(302)를 수행하고, 그 후에 가공 작업을 수행하는 완전한 툴링 경로 상에서 엔드 이펙터(10)를 이동시키는 대신에, 조합된 툴링 및 스캐닝 경로를 따른 엔드 이펙터(10)의 단일 이동이 실제로 가공 작업을 수행하기 위해 그리고 동시에 피가공물(2)을 스캐닝하여 그의 형상에 관한 적어도 부분적인 데이터를 획득하기 위해 이용될 수 있다. 획득된 형상은 다음 가공 작업을 위한 툴링 경로를 조정하기 위해 이용될 수 있고/있거나, 약간의 조정이 국소적으로 수행될 수 있다.

컴퓨터(4)는 개인용 컴퓨터, 또는 임의의 적합한 실시간 운영 체제로 작동될 수 있는 임의의 적합한 컴퓨팅 장치일 수 있다.

산업용 로봇 장치, 특히 로봇 용접 장치가 도시되었고 위에서 언급되었지만, 장치는, 또한, 어떠한 가공 도구도 없는 로봇 장치일 수 있으며, 단지 피가공물 또는 물체의 형상을 획득하도록 의도될 수 있다. 그러한 경우에, 로봇 헤드(10)는 2D 레이저 스캐너(13)를 지지할 것이지만, 용접 토치 또는 다른 도구(12)는 없을 것이다.

피가공물의 형상이 위에서 언급되었지만, 이러한 용어는, 로봇 장치(1)에 의해 실제로 획득되는 것이 플랫폼(6) 또는 다른 지지 수단(바닥을 포함함)을 향하기보다는 노출되는 피가공물(2)의 외부 표면의 일부분의 형상, 또는 심지어, 예컨대 현재의 가공 작업에 대해 관심있는 피가공물(2)의 외부 표면의 더 작은 영역의 형상이기 때문에, 제한적인 방식으로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.

상이한 교환가능한 가공 도구(12)가 제공될 수 있다.

구성요소들 사이의 데이터 및/또는 신호 연결부는 유선 연결부일 수 있거나, 또한 무선 연결부일 수 있다.

엔드 이펙터에 추가의 카메라가 있을 수 있다.

가능하게는, 동일한 가공 프로세스 동안 툴링 경로(또는 조합된 경로)의 일부의 국소적 업데이트가 수행될 수 있으며: 논의된 바와 같이, 가공 작업 동안 툴링 궤적 또는 경로(또는 조합된 경로)를 약간 조정하기 위해 알려진 자동 전압 제어(AVC)가 추가로 제공될 수 있다.

본 발명의 태양이 다양한 특정 실시예의 관점에서 설명되었지만, 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서 많은 수정, 변경 및 생략이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 게다가, 본 명세서에 달리 명시되지 않는 한, 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시예에 따라 변화되거나 재순서화될 수 있다. 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예" 또는 "일부 실시예"에 대한 언급은 일 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 개시된 요지의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 어구 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 또는 "일부 실시예에서"의 출현은 반드시 동일한 실시예(들)를 언급하는 것은 아니다. 게다가, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

다양한 실시예의 요소를 도입할 때, 관사("a", "an", "the") 및 "상기"는 요소들 중 하나 이상이 존재한다는 것을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", "구비하는" 및 "갖는"은 포괄적인 것으로 의도되며, 열거된 요소 이외의 추가의 요소가 있을 수 있다는 것을 의미한다.

용어 "작동시키는"은, 예를 들어 "컴퓨터를 작동시키는", "가공 도구를 작동시키는" 및 "제어기를 작동시키는"과 같은 표현에서 사용될 때, 반드시 사람 자체를 지칭하지는 않으며, 오히려, 본 명세서에서 설명되고 청구되는 방법(들) 및 그의 단계(들)를 수행하기 위해 내부에 저장되고/되거나 다른 구성요소에 의해 부여될 수 있는 일련의 명령을 따르는 관련 구성요소를 포함한다.

용어 "직접"은, 2개의 구성요소들 사이에서의 신호(들) 및 데이터의 교환과 관련하여 사용될 때, 그 사이에 추가의 신호 처리 또는 데이터 처리 구성요소가 없다는 것을 나타내도록 의도되지만, 그 사이에, 예를 들어 유선 케이블 및 커넥터와 같은, 신호 또는 데이터를 처리하지 않는 구성요소가 있다는 것을 포함한다.

Claims (12)

1. 가공 영역(7)에 배열된 피가공물(2)에 대해 산업 가공 작업을 수행하도록 구성되는 장치(1)로서, 상기 장치(1)는 가공 영역(7)에 있는 공간 내에서 이동가능한 인간형 로봇(anthropomorphous robot)(3), 컴퓨터(4), 및 로봇 제어기(5)를 포함하고,
   상기 인간형 로봇(3)은 엔드 이펙터(end effector)(10)를 포함하고, 상기 엔드 이펙터는 2D 레이저 스캐너(13), 및 상기 피가공물(2)에 대해 상기 가공 작업을 수행할 수 있는 가공 도구(12)를 포함하며,
   상기 2D 레이저 스캐너(13)는 레이저 프로젝터(14), 카메라(15), 및 입력 포트(16)를 포함하고,
   상기 로봇 제어기(5)는 상기 로봇(3)이 상기 엔드 이펙터(10)를 경로를 따라 이동시키게 하도록 구성되고, 상기 가공 도구(12)는 상기 이동 동안 선택적으로 작동가능한, 장치(1)에 있어서,
   상기 컴퓨터(4)에는 실시간 운영 체제(Real-Time Operating System, RTOS)(41)가 제공되며, 상기 컴퓨터는 상기 로봇 제어기(5) 및 상기 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 작동식으로 연결되고, 상기 로봇 제어기(5)에 스캐닝 경로를 따라 연속적인 위치 데이터를 제공하도록 구성되고 상기 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 직접 동기화 신호(17)를 제공하도록 구성되어, 그에 의해 상기 엔드 이펙터(10)가 상기 스캐닝 경로를 따라 각 연속적인 포즈에 도달한 후에만 상기 피가공물(2)에 대한 연속적인 스캐닝 작업을 명령함으로써, 상기 피가공물(2)에 관한 3D 형상 정보를 획득하며,
   상기 컴퓨터(4)는, 상기 엔드 이펙터(10)가 이동할 때 3D 정보를 이용하여 재구성된 3D 형상을 구성하고, 상기 재구성된 3D 형상에 따라 가공 도구(12)에 대한 툴링 경로를 생성하도록 구성되고,
   상기 제어기(5)는, 상기 엔드 이펙터(10)가 상기 스캐닝 경로를 따라 이동될 때 상기 가공 도구(12)를 상기 툴링 경로에 따라 동시에 작동시키도록 구성되어 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 장치(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 로봇 제어기(5)는 경로 실행기(21) 및 경로 생성기(22)를 포함하고, 상기 컴퓨터(4)는 상기 경로 생성기(22)를 우회하는 상기 경로 실행기(21)에 직접 상기 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 따라 위치 데이터를 제공하도록 구성되는, 장치(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 컴퓨터(4)는, 상기 동기화 신호에 의해 매칭되는 바와 같은 스캐닝 데이터 및 위치 데이터로부터, 일부의 또는 완전한 상기 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 따른 후에 상기 피가공물(2)의 형상의 3D 재구성을 수행하도록 구성되는, 장치(1).
4. 제3항에 있어서, 상기 컴퓨터(4)는, 상기 피가공물(2)의 형상의 상기 3D 재구성에 기초하여 상기 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 조정하도록 구성되는, 장치(1).
5. 가공 영역(7)에 있는 공간 내에서 이동가능한 인간형 로봇(3), 컴퓨터(4), 및 로봇 제어기(5)를 통해, 가공 영역(7)에 배열된 피가공물(2)에 대해 산업 가공 작업을 수행하기 위한 방법으로서, 상기 인간형 로봇(3)은 엔드 이펙터(10)를 포함하고, 상기 엔드 이펙터는 2D 레이저 스캐너(13), 및 상기 피가공물(2)에 대해 상기 가공 작업을 수행할 수 있는 가공 도구(12)를 포함하며, 상기 2D 레이저 스캐너(13)는 레이저 프로젝터(14), 카메라(15), 및 입력 포트(16)를 포함하고, 상기 컴퓨터(4)는 상기 로봇 제어기(5) 및 상기 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 작동식으로 연결되며, 상기 방법은:
   (a) 상기 피가공물(2)에 관한 3D 형상 정보를 획득하는 단계로서,
   (i) 상기 로봇 제어기(5)에 스캐닝 경로를 따라 연속적인 위치 데이터를 제공하고 상기 2D 레이저 스캐너(13)의 입력 포트(16)에 직접 동기화 신호(17)를 제공하도록 실시간 운영 체제(RTOS)(41)로 상기 컴퓨터(4)를 작동시킴으로써; 그리고
   (ii) 3D 형상 정보를 획득하기 위하여, 상기 동기화 신호(17)를 이용하고, 상기 엔드 이펙터(10)를 상기 스캐닝 경로를 따라 이동시키도록 상기 로봇 제어기(5)를 작동시켜, 그에 의해 상기 엔드 이펙터(10)가 각 연속적인 포즈에 도달한 후에만 상기 피가공물(2) 상에 연속적인 스캐닝 작업을 수행함으로써, 3D 형상 정보를 획득하는 단계;
   (b) 상기 3D 형상 정보를 이용하여 재구성된 3D 형상을 구성하는 단계;
   (c) 상기 재구성된 3D 형상에 따라 상기 가공 도구(12)에 대한 툴링 경로를 생성하는 단계; 및
   (d) 후속하여 상기 엔드 이펙터(10)가 스캐닝 경로를 따라 이동하는 동안 상기 엔드 이펙터(10)가 상기 툴링 경로를 따라 이동하고 상기 가공 도구(12)가 동시에 작동하도록 상기 로봇 제어기(5)를 작동시켜서, 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
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7. 제5항에 있어서, 상기 피가공물(2)의 3D 재구성된 형상에 기초하여 상기 조합된 스캐닝 및 툴링 경로를 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 동기화 신호는 각각의 연속적인 위치 데이터와 동시에 발생되는 펄스를 포함하는, 장치(1).
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산업 가공 작업은 용접이고, 상기 산업용 로봇은 용접 로봇이며, 상기 가공 도구는 용접 토치(welding torch)인, 장치(1).
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피가공물(2)은 터보 기계의 중요한 부품의 강철 층을 포함하는, 장치(1).
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