KR102659472B1 - 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법 - Google Patents

전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제어모듈에 의해 수행되는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법에 관한 것으로서, (a) 체결장치가 체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 상기 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 상기 체결수단을 체결할 때 발생하는 상기 체결장치의 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집하는 단계; (b) 상기 체결장치로부터 수집된 체결정보를 기초로 체결상태의 정상 또는 비정상을 판단하는 체결상태 인식모델을 기반으로, 상기 체결수단과 상기 작업대상물의 비정상체결을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 작업대상물의 비정상체결이 검출된 경우, 표시부, 체결장치 및 작업 가이드 장치 중 적어도 하나로 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 체결수단은 나사, 볼트, 너트 및 와셔 중 어느 하나인 것일 수 있다.

Description

전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법{METHOD FOR RECOGNIZING TIGHTENING STATE DURING ELECTRIC TIGHTENING PROCESS}
본 발명은 체결수단의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 체결장치를 통해 작업대상물에 체결 작업을 수행하고, 작업 수행 간 발생한 데이터를 수집하여 체결이 올바르게 이루어졌는지 인식하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근, 한 연구에 따르면 현재 국내 제조산업에는 약 2만 5870여개의 사업체가 참여하고, 약 131만 6000명의 작업자가 종사하고 있는 것으로 조사되었으며, 기계장비, 사무용기기, 전기기계, 영상통신 장비, 정밀기기, 광학기기, 자동차, 조립금속 및 운송장비 등의 조립가공형 제조산업이 전체의 54% 이상을 차지하고 있는 것으로 밝혀졌다.
특히, 조립가공형 제조산업에서 작업자가 가장 많이 실시하는 작업은 작업대상물에 나사나 볼트를 체결하는 작업이 대다수를 차지하는데, 이러한 체결 작업은 작업자가 하나의 나사만 체결하는 것이 아닌 복수의 나사를 체결하여야 하기 때문에, 체결 작업 시 필연적으로 불량이 발생할 수밖에 없는 구조이다.
이러한 체결 작업 중 발생하는 불량의 경우, 체결대상과 작업대상물 그리고, 체결장치에 따라서 다양한 종류의 불량으로 발생하여 작업 효율 저하의 주 원인이 되고 있다.
따라서, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 실시간으로 작업자가 수행한 체결 작업을 인식하고, 불량이 발생하였는지에 관한 여부와 불량의 종류를 알려줄 수 있는 방법과 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전동체결 과정 시 체결상태 인식 체결 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 체결 작업 중 작업자가 수행한 체결 작업에 대해, 실시간으로 검사를 하고, 해당 검사에 대한 정보로서 체결 간 발생한 작업오류의 여부 및 종류를 판단하여 제공함으로써, 작업자의 작업을 편리하게 하고, 생산 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 제어모듈에 의해 수행되는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법은, (a) 체결장치가 체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 상기 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 상기 체결수단을 체결할 때 발생하는 상기 체결장치의 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집하는 단계; (b) 상기 체결장치로부터 수집된 체결정보를 기초로 체결상태의 정상 또는 비정상을 판단하는 체결상태 인식모델을 기반으로, 상기 체결수단과 상기 작업대상물의 비정상체결을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 작업대상물의 비정상체결이 검출된 경우, 표시부, 체결장치 및 작업 가이드 장치 중 적어도 하나로 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 체결수단은 나사, 볼트, 너트 및 와셔 중 어느 하나인 것일 수 있다.
또한, 상기 제어모듈은, 상기 체결장치 내에 실장되어 상기 체결정보를 상기 체결장치 내의 센서로부터 직접 수집하거나, 상기 체결장치 외부의 서버 또는 엣지 서버에 설치되어 상기 체결정보를 통신을 통해 상기 체결장치로부터 수집하는 것일 수 있다.
또한, 상기 체결장치는, 상기 체결수단에 삽입되는 삽입부, 삽입부와 연결되어 상기 체결수단을 회전시키는 모터, 상기 모터와 연결된 회전수(rpm)감지센서 및 토크값 감지센서를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 체결상태 인식모델은, 체결이 시작되어 종료될 때까지의 RPM이나 토크값의 시계열적인 수치값을 나타내는 체결패턴그래프를 기초로, 비정상체결유무 및 비정상체결의 종류를 인식하는 것일 수 있다.
또한, 상기 체결패턴그래프는, 각 비정상체결의 종류마다 다른 패턴으로 규정되고, 상기 체결상태 인식모델은, 상기 패턴을 기 저장하고, 실시간으로 인식된 체결정보와 비교하여 상기 비정상체결유무 및 비정상체결의 종류를 인식하는 것일 수 있다.
또한, 상기 패턴과 상기 실시간으로 인식된 체결정보를 비교할 때, 상기 체결패턴그래프의 기울기, 특정 기울기를 갖는 구간의 시간폭, 기울기의 변동이 발생된 시점을 기준으로 비교를 수행하여, 비정상체결 여부나, 비정상체결의 종류를 판단하는 것일 수 있다.
또한, 상기 체결상태 인식모델은, 체결패턴그래프, 상기 체결패턴그래프에 라벨링된 정상/비정상인지 여부와 비정상체결의 유형에 대한 정보를 수집하고, 상기 체결패턴그래프를 입력값으로 설정하고, 상기 체결패턴그래프가 정상 또는 비정상인지 여부, 비정상체결의 유형에 대한 정보를 출력값으로 설정하고, 기 설정된 기계학습 알고리즘에 따라, 기계학습을 수행하여, 체결패턴그래프를 학습하는 것일 수 있다.
또한, 상기 비정상체결의 유형은, 조임력 부족, 부재 또는 볼트 손상, 볼트 헛돔 및 이도 체결을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 비정상체결의 유형 별 체결패턴그래프는, 복수의 체결 나사의 종류, 체결 부품 및 상기 작업대상물의 재질에 따라 그래프의 패턴이 상이한 것일 수 있다.
또한, 상기 표시부는, 상기 제어모듈 및 상기 체결장치와 워크스테이션에 함께 설치되어, 상기 제어모듈로부터 수신한 작업지시정보 및 작업물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 표시하는 것일 수 있다.
또한, 상기 작업 가이드 장치는, 내측에 상기 제어모듈로부터, 수신한 제어신호 또는 현재 작업중인 작업 현황에 따르는 작업 지시 정보에 대응하는 음성 및 제어수신호 음성을 출력하는 골전도 스피커 장치가 내장되는 것일 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는, 표시부의 화면을 통하여 작업물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 표시하고, 체결장치 및 작업 가이드 장치를 통하여 진동, 경고음, 발광 및 음성을 통한 안내 중 적어도 하나를 수행하여 해당 작업에 비정상체결이 발생하였음을 알리는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 시스템은, 체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 상기 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 상기 체결수단을 체결할 때 발생하는 체결장치의 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집하는 체결장치; 및 상기 체결장치로부터 수집된 체결정보를 기초로 체결상태의 정상 또는 비정상을 판단하는 체결상태 인식모델을 기반으로, 상기 체결수단과 상기 작업대상물의 비정상체결을 검출하여, 상기 비정상체결이 검출된 경우, 표시부, 체결장치 및 작업 가이드 장치 중 적어도 하나를 통하여 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 제공하는 제어모듈을 포함하며, 상기 체결수단은 나사, 볼트, 너트 및 와셔 중 어느 하나인 것일 수 있다.
본 발명은 전동체결 과정 시 체결상태 인식 체결 방법 및 시스템을 제공함으로써, 체결 작업 중 작업자가 수행한 체결 작업에 대해, 실시간으로 검사를 하고, 해당 검사에 대한 정보로서 체결 간 발생한 작업오류의 여부 및 종류를 판단하여 제공할 수 있다.
또한, 체결장치와 검사장치가 동일하게 구성됨으로써 별도의 추가 장비 없이도 체결 작업 및 검사작업을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 오류가 발생한 경우, 해당 오류에 대한 정보를 음성, 영상 또는 진동과 발광과 같은 직관적인 수단을 통하여 제공하여, 작업에 익숙하지 않은 작업자도 일정 수준 이상의 작업 및 검수 능력을 갖추도록 지원할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 시스템에 대한 구조도 이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 제어모듈 및 제어모듈의 역할을 수행하는 서버 또는 엣지 서버의 내부구성을 나타내는 블록도 이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법의 개념도 이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 조립 가공 시 가장 많이 발생하는 4가지 체결 불량의 예시도 이다.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 4가지 체결 불량 유형 중 조임력 부족 시 발생하는 그래프 이다.
도6는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 4가지 체결 불량 유형 중 부재 또는 볼트 손상 시 발생하는 그래프 이다.
도7는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 4가지 체결 불량 유형 중 볼트 헛돔 시 발생하는 그래프 이다.
도8는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 4가지 체결 불량 유형 중 이도 체결 시 발생하는 그래프 이다.
도9는 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 체결부품 별로 상이하게 측정되는 RPM에 대한 그래프 이다.
도10은 본 발명의 일 실시 예에 따르는. 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법의 수행 순서에 대한 순서도 이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
이하에서 언급되는 "단말"은 네트워크를 통해 서버나 타 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop), VR HMD(예를 들어, HTC VIVE, Oculus Rift, GearVR, DayDream, PSVR 등)등을 포함할 수 있다. 여기서, VR HMD 는 PC용 (예를 들어, HTC VIVE, Oculus Rift, FOVE, Deepon 등)과 모바일용(예를 들어, GearVR, DayDream, 폭풍마경, 구글 카드보드 등) 그리고 콘솔용(PSVR)과 독립적으로 구현되는 Stand Alone 모델(예를 들어, Deepon, PICO 등) 등을 모두 포함한다. 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC, 웨어러블 디바이스뿐만 아니라, 블루투스(BLE, Bluetooth Low Energy), NFC, RFID, 초음파(Ultrasonic), 적외선, 와이파이(WiFi), 라이파이(LiFi) 등의 통신 모듈을 탑재한 각종 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, "네트워크"는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
먼저, 도1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전동체결 과정 시 체결상태 인식 시스템에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 전동체결 과정 시 체결상태 인식 시스템은 제어모듈(100), 체결장치(200), 작업 가이드 장치(300) 및 표시부(400)를 포함한다.
여기서, 제어모듈(100)은 다양한 실시 예로 구현될 수 있으나, 바람직한 실시 예에서, 체결장치(200) 내에 실장되어 체결정보를 체결장치(200) 내의 센서로부터 직접 수집하거나, 체결장치(200) 외부의 서버 또는 엣지 서버에 설치되어 체결정보를 통신을 통해 상기 체결장치(200)로부터 수집하는 것일 수 있다.
도2를 참조하면, 제어모듈(100)이 외부의 서버 또는 엣지 서버에 설치되는 경우에는 도시된 바와 같이, 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법을 수행하는 프로그램(또는 애플리케이션)이 저장된 메모리와 위 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램의 실행에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다.
다음으로, 체결장치(200)는, 제어모듈(100) 및 표시부(400)와 체결작업이 수행되는 워크스테이션 또는 작업대에 함께 설치되어, 작업자의 제어에 따라 체결작업을 수행하는 일체의 전동 공구를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르는, 체결장치(200)는 체결수단에 삽입되는 삽입부, 삽입부와 연결되어 상기 체결수단을 회전시키는 모터, 상기 모터와 연결된 회전수(rpm)감지센서 및 토크값 감지센서를 포함할 수 있으며, 여기서 체결수단은 작업대상물에 체결되는 부품 또는 또다른 작업대상물의 일부 또는 전체를 의미하는 것으로서 나사, 볼트, 너트 및 와셔 또한 포함하는 것일 수 있다.
또한, 작업 가이드 장치(300)는 작업자가 장비하거나 소지하여 제어모듈(100)로부터, 수신한 제어신호 또는 현재 작업중인 작업 현황에 따르는 작업 지시 정보에 대응하는 음성 및 제어수신호 음성을 출력하는 것일 수 있다.
이를 위해, 작업 가이드 장치(300)는 내측에 골전도 스피커 장치와 통신부 및 제어부가 내장되는 것일 수 있다.
표시부(400)는 제어모듈(100) 및 체결장치(200)와 워크스테이션에 함께 설치되어, 제어모듈(100)로부터 수신한 작업지시정보 및 작업물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 표시하는 것으로서, 터치패널을 포함하는 모니터 장치로 구현될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 제어모듈(100)에 의해 수행되는 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법의 수행에 대하여 설명하도록 한다.
도3을 참조하면, 본 발명은 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법을 통하여, 현재 작업자가 수행하고 있는 체결작업의 오류발생 여부를 인식하고, 해당 오류의 종류를 구분하여 제공함으로써, 체결 작업 과 해당 작업에 대한 자주검사를 동시에 수행할 수 있다.
이를 위해, 제어모듈(100)은 체결장치(200)가 체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 상기 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 체결수단을 체결할 때 발생하는 체결장치(200)의 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집한다.
이때, 제어모듈(100)이 체결장치(200) 외부의 서버 또는 엣지 서버에 설치되는 경우, 체결장치(200)의 통신부를 통해 유무선으로 통신하여 체결정보를 수신힌다.
다음으로, 제어모듈(100)은 체결장치(200)로부터 수집된 체결정보를 기초로 체결상태의 정상 또는 비정상을 판단하는 체결상태 인식모델을 기반으로, 체결수단과 작업대상물의 비정상체결을 검출한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 체결상태 인식모델은 체결이 시작되어 종료될 때까지의 RPM이나 토크값의 시계열적인 수치값을 나타내는 체결패턴그래프를 기초로, 비정상체결유무 및 비정상체결의 종류를 인식하는 것으로서, 본 발명의 실시 이전에 미리 학습이 완료되어 제어모듈(100)에 저장되는 실시 예와 본 발명의 실시와 함께 동시에 학습을 수행하는 실시 예 등 다양한 실시예로 구현될 수 있다.
체결상태 인식모델은 앞서 설명한 패턴(또는, 체결패턴그래프)을 기 저장하여, 실시간으로 인식된 체결정보와 비교하여 상기 비정상체결유무 및 비정상체결의 종류를 인식할 수 있다.
여기서, 체결패턴그래프는, 각각의 비정상체결의 종류마다 다른 패턴으로 규정되는 것으로서, 도4에 도시된 바와 같은 비정상체결의 종류를 포함하며 도시되지 않은 비 정상체결의 종류 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 예로서, 비정상체결의 유형은, 조임력 부족, 부재 또는 볼트 손상, 볼트 헛돔 및 이도 체결을 포함하는 것이며, 복수의 체결 나사의 종류, 체결 부품 및 상기 작업대상물의 재질에 따라 복수의 경우의 수를 고려하여 체결패턴그래프의 형태로 구현될 수 있다.
이러한, 체결패턴그래프는 제어모듈(100)의 체결상태 인식모듈에 의해 실시간으로 인식된 체결정보와 비교되며, 체결패턴그래프의 기울기, 특정 기울기를 갖는 구간의 시간폭, 기울기의 변동이 발생된 시점을 기준으로 비교를 수행하여, 비정상체결 여부나, 비정상체결의 종류를 판단하는 데 활용될 수 있다.
본 발명의 수많은 실시 예 중, 본 발명의 실시와 함께 동시에 학습을 수행하는 실시 예에 따르면, 체결상태 인식모델은 체결패턴그래프에 라벨링된 정상/비정상인지 여부와 비정상체결의 유형에 대한 정보를 수집하고, 체결패턴그래프를 입력값으로 설정하고, 체결패턴그래프가 정상 또는 비정상인지 여부, 비정상체결의 유형에 대한 정보를 출력값으로 설정하고, 기 설정된 기계학습 알고리즘에 따라, 기계학습을 수행하여, 체결패턴그래프를 학습하는 것일 수 있다.
이때, 기 설정된 기계학습알고리즘은, 앞서 설명한 바와 같이 라벨링을 수행하는 지도학습의 형태로 구현될 수도 있으나, 다양한 실시 예에서 CNN(Convolutional Neural Network)을 기반으로 하는 비지도 학습, 반지도 학습 및 강화학습 등의 방법을 통하여 다양하게 구현될 수도 있다.
상술한 기계학습알고리즘은 종래기술에 해당하므로 본 명세서에서는 자세히 설명하지 않는다.
도5 내지 도8을 참조하여, 학습에 활용되는 유형 별 체결패턴그래프에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
예를 들어, 이하에서 체결장치(200)가 전동체결을 수행하는 도구이며, 작업자는 작업대상물에 철제 나사를 1000도(degree) 회전시켜 삽입한다고 가정하도록 한다.
먼저, 도5를 참조하면 작업자는 작업대상물에 체결장치(200)를 이용하여 철제 나사를 회전시켜 삽입하고 체결장치(200)의 RPM센서는 체결장치(200)의 모터의 RPM(revolutions per minute, 분당 회전수)을 측정하며, 체결장치(200)의 토크값 감지센서는 모터의 토크값(회전 각도)을 측정하여 수집한다.
수집된 RPM 및 토크값은 그래프의 형태로 나타낼 수 있으며, 본 실시 예에서는 회전 각도를 예시로 설명하도록 한다.
이때, 본 발명에서 파악할 수 있는 대표적 체결 불량의 유형으로서, 조임력 부족이 발생한 경우의 그래프는 도시된 바와 같다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 토크값은 그래프는 기 설정된 각도의 구간 별로 각각의 스텝(Step)으로 나뉘어 구간으로 구분될 수 있는데, 스텝1은 스크류 정렬 구간, 스텝2는 초기 부하 조건 구간, 스텝3는 조임력 상승 구간으로 나타낼 수 있다.
스텝1에서는 체결수단인 철제 나사의 스크류를 작업대상물에 접촉시키고 회전을 시작하는 단계로, 철제 나사가 작업대상물의 접촉한 순간부터 회전을 수행하여 늘어나는 각도 당 토크, 즉, 회전력이 일정하게 상승하는 것을 알 수 있다.
이러한 토크는 철제나사가 작업대상물의 결합부에 결합되기 시작하면 일정하게 유지되는데, 이는 작업대상물의 결합부가 철제나사의 암나사 형상으로 구현되어 있음을 가정한 것이다.
즉, 이상적인 실시 예에서, 암나사와 철제나사의 나사산인 숫나사 부분은 재질의 마찰력이 항상 일정할 것이므로, 스탭2 초기 부하 조건 구간에서 늘어나는 각도 당 토크는 도시된 바와 같이 일정하게 유지된다.
이후, 스탭3인 조임력 상승 구간에 접어들면, 암나사와 철제나사의 나사산인 숫나사 부분은 접촉면적이 넓어짐에 따라, 다시 늘어나는 각도 당 필요한 토크가 상승하게 되므로, 정상 체결인 경우에는 토크수가 무한으로 발산하는 것으로 관찰되어야 한다.
그러나, 조임력이 부족한 비정상체결의 경우, 도시된 것처럼 토크가 일정 구간 상승하다가 완만하게 꺾여 더 이상 상승하지 않는 것으로 관찰된다.
이는, 정상체결의 경우와 달리, 철제나사가 작업대상물에 견고하게 결합되지 않아 나사의 조임력이 부족한 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 도6을 참조하면, 부재 또는 볼트가 손상된 경우에는, 스텝3에서 도시된 것처럼, 스텝1과 스텝2가 관측되지 않고, 스텝3만 관측된다.
이는, 부재 및 볼트가 손상되어 스크류 정렬과 초기 부하 조건을 만족하지 않는 경우 관찰되는 현상으로서 본 발명에서는 이러한 현상을 부재 또는 볼트의 손상으로 판단한다.
이어서, 도7을 참조하면, 볼트가 헛도는 유형에서는 스텝1과 스텝2는 동일하게 관찰되나, 스텝3가 정상체결의 각도보다 더 이른 시점에 나타난다.
도7을 살펴보면, 이 경우, 스텝3으로 진입하면서 증가하는 토크가 약 800도에서 증가하여야 하나, 볼트의 길이가 짧아서 헛돌게 되면, 더 이른 각도, 즉, 700도에서 증가하는 것으로 관찰되며, 볼트의 길이가 너무 길거나 스크류가 풀어지거나 오버 토크가 발?鱇틘?, 더 늦은 각도인 1300도에서 토크의 상승이 관찰되게 된다.
이는, 작업대상물에 철제나사가 1000도를 회전하였을 때 견고하게 체결되어 더 이상의 회전이 불가하여야 하는 반면, 1000도를 넘어서서 회전이 가능하였다는 것을 의미하므로, 볼트가 헛도는 것이 자명한 사실이다.
마지막으로, 이도체결의 경우, 도8에 도시된 것 처럼 스텝2에서 토크 값이 기 설정된 수치 이상으로 상승하는 것으로 관찰된다.
이도 체결은 철제 나사가 수직으로 곧게 삽입되는 것이 아니라, 사선으로 비스듬하게 체결되는 경우를 뜻하는 것으로서, 철제 나사의 나사산과 작업대상물의 암나사 부분이 맞지 않은 채로 회전되기 때문에 체결 중 토크가 기 설정된 임계치 이상 상승하게 된다.
이때, 체결 수행 중 나사가 밀려들어 가며 볼트 헤드가 작업대상물의 표면에 닿기 전까지의 과정인 런다운 과정에서 체결속도 즉 RPM은 상승할 수 있으나 RPM에 상승한다고 해서 전체 회전각도가 상승하는 것은 아니다.
따라서, 도시된 바와 같은 경우 본 발명의 제어모듈(100)은 이도체결이 발생한 것으로 판단한다.
상술한 바와 같은 비정상체결에 대하여 체결상태 인식모델은 패턴 또는, 체결패턴그래프를 기 저장하여, 실시간으로 인식된 체결정보와 비교하여 비정상체결을 인식할 수 있으며 그래프의 패턴 별로 비정상체결의 종류를 인식할 수도 있다.
또한, 도9에 도시된 바와 같이, 상술한 유형 별 체결패턴그래프는 각각 체결부품과 작업대상물의 재질, 부품 종류에 따라서 상이한 패턴으로 저장될 수 있다.
예를 들어, 체결 부품A는 목제 재질이고 체결부품B는 플라스틱 재질이라고 가정하면, 우측에 도시된 것처럼 스텝3에서 관찰되는 토크의 증가량은 재질의 마찰력 계수 또는 끈끈함 등의 특성에 따라서 상이하게 표현될 수 있다.
상술한 과정을 통해 판단된 비정상체결은, 제어모듈(100)에 의해 표시부(400), 체결장치(200) 및 작업 가이드 장치(300) 중 적어도 하나로, 비정상체결이 발생하였음을 알리는 알람정보와 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보와 함께 제공될 수 있다.
이때, 표시부(400)로 제공되는 경우에는 표시부(400)의 화면을 통하여 작업물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 표시하고, 체결장치(200) 및 작업 가이드 장치(300)를 통하여 제공되는 경우에는 체결장치(200) 및 작업 가이드 장치(300)를 진동, 경고음, 발광 및 음성을 통한 안내 중 적어도 하나의 동작을 수행함으로써 해당 작업에 비정상체결이 발생하였음을 알릴 수 있다.
이하에서, 도10을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따르는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법의 수행 순서에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 체결장치(200)가 체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 체결수단을 체결할 때 발생하는 체결장치(200) 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집한다(S101).
다음으로, 체결장치(200)로부터 수집된 체결정보를 기초로 체결상태의 정상 또는 비정상을 판단하는 체결상태 인식모델을 기반으로, 체결수단과 작업대상물의 비정상체결을 검출한다(S102).
이후, 작업대상물의 비정상체결이 검출된 경우, 표시부(400), 체결장치(200) 및 작업 가이드 장치(300) 중 적어도 하나로 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 제공한다(S103).
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 제어모듈 200: 체결장치
300: 작업 가이드 장치 400: 표시부

Claims (13)

  1. 제어모듈에 의해 수행되는, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법에 있어서,
    (a) 체결장치가 체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 상기 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 상기 체결수단을 체결할 때 발생하는 상기 체결장치의 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집하는 단계;
    (b) 조임력 부족 유형, 부재 또는 볼트 손상 유형, 볼트 헛돔 유형 및 이도 체결 유형을 포함하는, 각 비정상체결의 종류마다, 복수의 체결 나사의 종류, 체결 부품 및 상기 작업대상물의 재질에 따라 그래프의 패턴이 다른 패턴으로 규정된 비정상체결의 유형 별 체결패턴그래프를 기 저장한 체결상태 인식모델이, 상기 체결장치로부터 체결이 시작되어 종료될 때까지 실시간으로 수집된 체결정보 내의 회전 각도에 따르는 토크수를 그리는 체결패턴그래프를 학습하여, 비정상체결 여부 및 비정상체결의 종류를 판단함으로써, 상기 체결수단과 상기 작업대상물의 비정상체결을 검출하는 단계; 및
    (c) 상기 작업대상물의 비정상체결이 검출된 경우, 워크스테이션에 설치되어 상기 제어모듈로부터 수신한 작업지시정보, 작업물정보 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 표시하는 표시부, 상기 체결장치 및 음성 또는 제어수신호 음성을 출력하는 골전도 스피커 장치를 포함하는, 작업 가이드 장치로 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 표시부의 화면에 조임력 부족 유형, 부재 또는 볼트 손상 유형, 볼트 헛돔 유형 및 이도 체결 유형 중, 어느 하나로 표시하고, 상기 골전도 스피커 장치로 진동, 경고음 및 음성 안내를 수행하고, 상기 체결장치를 발광 동작하여, 상기 비정상체결의 유형에 대한 정보를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 체결수단은 나사, 볼트, 너트 및 와셔 중 어느 하나인 것인, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 체결장치 내에 실장되어 상기 체결정보를 상기 체결장치 내의 센서로부터 직접 수집하거나, 상기 체결장치 외부의 서버 또는 엣지 서버에 설치되어 상기 체결정보를 통신을 통해 상기 체결장치로부터 수집하는 것인, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 체결장치는,
    상기 체결수단에 삽입되는 삽입부, 삽입부와 연결되어 상기 체결수단을 회전시키는 모터, 상기 모터와 연결된 회전수(rpm)감지센서 및 토크값 감지센서를 포함하는 것인, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 체결상태 인식모델은,
    체결패턴그래프, 상기 체결패턴그래프에 라벨링된 정상/비정상인지 여부와 비정상체결의 유형에 대한 정보를 수집하고, 수집된 정보 중 상기 체결패턴그래프를 입력값으로 설정하고, 상기 체결패턴그래프가 정상 또는 비정상인지 여부, 비정상체결의 유형에 대한 정보를 출력값으로 설정하고, 상기 수집된 정보들을 기 설정된 지도 기계학습 알고리즘에 따라, 학습을 수행하여, 정상체결여부 또는 비정상체결여부를 도출할 수 있도록 구축한 것인, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 시스템에 있어서,
    체결수단과 접촉한 채로, 입력된 제어신호에 따라 회전하여 상기 체결수단을 회전시켜 작업대상물에 상기 체결수단을 체결할 때 발생하는 체결장치의 모터의 단위 시간당 회전 수(RPM) 및 토크 값 중 적어도 하나 이상을 체결정보로 수집하되, 상기 작업대상물의 비정상체결이 검출된 경우, 발광동작하는 체결장치; 및
    조임력 부족 유형, 부재 또는 볼트 손상 유형, 볼트 헛돔 유형 및 이도 체결 유형을 포함하는, 각 비정상체결의 종류마다, 복수의 체결 나사의 종류, 체결 부품 및 상기 작업대상물의 재질에 따라 그래프의 패턴이 다른 패턴으로 규정된 비정상체결의 유형 별 체결패턴그래프를 기 저장하고, 상기 체결장치로부터 체결이 시작되어 종료될 때까지 실시간으로 수집된 체결정보 내의 회전 각도에 따르는 토크수를 그리는 체결패턴그래프를 학습하여, 비정상체결 여부 및 비정상체결의 종류를 판단함으로써, 상기 체결수단과 상기 작업대상물의 비정상체결을 검출하여, 상기 비정상체결이 검출된 경우, 워크스테이션에 설치되어 제어모듈로부터 수신한 작업지시정보, 작업물정보 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 화면에 조임력 부족 유형, 부재 또는 볼트 손상 유형, 볼트 헛돔 유형 및 이도 체결 유형 중, 어느 하나로 표시하는 표시부, 상기 체결장치 및 음성 또는 제어수신호 음성을 출력하되, 상기 작업대상물의 비정상체결이 검출된 경우, 진동, 경고음 및 음성 안내를 수행하는 골전도 스피커 장치를 포함하는 작업 가이드를 통하여 해당 작업대상물 및 비정상체결의 유형에 대한 정보를 제공하는 제어모듈을 포함하며,
    상기 체결수단은 나사, 볼트, 너트 및 와셔 중 어느 하나인 것인, 체결의 전동체결 과정 시 체결상태 인식 시스템.
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