KR19980027370A - 용접로봇 제어방법 및 용접제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 소정의 각도를 두고 상호 교차하는 한 쌍의 모재 사이의 용접라인을 따라 용접을 행하는 용접로봇의 제어방법 및 용접제어장치에 관한 것으로서, 상기 용접라인을 중심으로 한 상기 모재들간의 접촉형상타입과, 상기 용접라인상의 개략적 용접시작점 및 용접종료점을 설정하고, 상기 용접시작점에 인접한 공간상의 일 부위에 용접토치를 위치시키고, 상기 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 모재간의 접촉을 감지함으로써 상기 모재의 위치를 판별하며, 상기 모재들간의 접촉형상타입과 상기 판별된 모재의 위치를 기준으로 용접라인을 산출하여 용접을 행하는 것이다.

Description

용접로봇 제어방법 및 용접제어장치

본 발명은, 용접로봇 제어방법 및 용접제어장치에 관한 것이다.

산업 현장에서는 철판 등의 각종 재료를 용접하기 위해 용접용 로봇이 사용되고 있다. 로봇을 사용한 용접에서는 용접대상 모재를 운반하여 지그에 고정시키고, 모재에 용접할 용접라인상의 용접시작점과 용접종료점을 입력한 주제어기로 용접토치를 구동하여 용접을 행한다. 모재를 용접하는 데에는 아아크용접 등의 방법이 주로 사용한다. 아아크용접은 용접토치에 와이어를 공급하면서 강한 전류를 용접토치와 용접대상 모재 사이에 형성하여 와이어 및 모재를 순간적으로 녹이며 용착시키는 용접방법이다. 아아크용접을 행할 때에는, 모재의 종류나 용접하고자 하는 정도 등에 따라 공급전압, 용접토치와 모재간의 이격 거리, 와이어의 공급 속도, 용접토치에 의한 위빙 속도 등이 미리 설정되어 주제어기에 입력된다.

그런데, 종래의 용접방식에 의하면, 모재가 용접작동시 유동하지 않도록 고정시키는 지그가 모재를 고정시키는 위치가 정확하지 못하여 원하는 용접라인상에 정확한 용접을 행하기가 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 지그 위에 운반된 모재를 고정시키는 과정에서 수 밀리미터 이상의 오차가 발생하며, 이 오차에 의해 모재의 위치가 틀어지게 되면 모재의 길이에 따라 용접라인상의 용접시작점과 용접종료점은 상당히 많은 오차가 유발될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 모재의 위치를 정확히 검출하여 원하는 용접라인상에 정확히 용접을 행할 수 있도록 하는 용접로봇 제어방법 및 용접제어장치를 제공하는 것이다.

도 1은 용접로봇의 개략적 구성도,

도 2는 용접시작점을 검출하기 위한 용접토치의 이동 경로를 도시한 모재의 사시도,

도 3은 용접시작점의 용접라인방향의 위치를 검출하기 위한 용접토치의 이동 경로를 도시한 모재의 사시도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:주제어기15:지그

20:용접토치31:모재

S:용접시작점E:용접종료점

상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 각도를 두고 상호 교차하는 한 쌍의 모재 사이의 용접라인을 따라 용접을 행하는 용접로봇의 제어방법에 있어서, 상기 용접라인을 중심으로 한 상기 모재들간의 접촉형상타입과, 상기 용접라인상의 개략적 용접시작점 및 용접종료점을 설정하는 단계와; 상기 용접시작점에 인접한 공간상의 일 부위에 용접토치를 위치시키는 단계와; 용접대상이 되는 일 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 일 모재간의 접촉을 감지하여 상기 일 모재의 위치를 판별하는 단계와; 용접대상이 되는 타 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 타 모재간의 접촉을 감지하여 상기 타 모재의 위치를 판별하는 단계와; 상기 모재들간의 접촉형상타입과 상기 판별된 일 모재 및 타 모재의 위치를 기준으로 상기 용접시작점을 산출하는 단계와; 상기 산출된 용접시작점으로부터 상기 용접종료점간을 용접하는 용접작동을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접작동 제어방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 용접종료점에 인접한 공간상의 일 부위에 상기 용접토치를 위치시키는 단계와, 용접대상이 되는 일 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 일 모재간의 접촉을 감지하여 상기 일 모재의 위치를 판별하는 단계와, 용접대상이 되는 타 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 타 모재간의 접촉을 감지하여 상기 타 모재의 위치를 판별하는 단계와, 상기 모재들간의 접촉형상타입과 상기 판별된 일 모재 및 타 모재의 위치를 기준으로 상기 용접종료점을 산출하는 단계를 더 포함하며; 상기 용접작동은 상기 산출된 용접시작점으로부터 상기 산출된 용접종료점간을 수행하도록 함으로써, 용접시작점과 용접종료점을 모두 감지하도록 하여 보다 정확한 용접라인상의 용접이 가능하게 된다.

또한, 상기 용접라인의 연장선상의 일 부위에 상기 용접토치를 위치시키는 단계와, 상기 연장선을 따라 상기 용접토치를 이동시키켜 상기 용접토치와 상기 모재간의 접촉을 감지하여 상기 모재의 단부의 위치를 판별하는 단계를 더 포함하도록 함으로써, 용접시작점과 용접종료점의 3차원상의 위치를 정확히 검출할 수 있게 되며, 이때 상기 용접토치를 통한 상기 각 모재의 위치 판별은, 상기 각 모재와 상기 용접토치간의 전기적 단락의 감지에 의하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 소정의 각도를 두고 상호 교차하는 한 쌍의 모재 사이의 용접라인을 따라 용접을 행하는 용접제어장치에 있어서, 상기 용접라인상에 와이어를 용착시켜 용접시키는 용접토치와; 상기 용접라인을 중심으로한 상기 모재들간의 접촉형상타입과, 상기 용접라인상의 개략적 용접시작점 및 용접종료점을 입력하는 입력부와; 상기 용접시작점 및 상기 용접종료점에 인접한 공간상의 일 부위로부터 상기 각 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시키는 용접토치구동부와; 상기 용접토치와 상기 각 모재의 접촉점을 감지하는 감지부와; 상기 감지부에서 감지된 접촉점과 상기 모재들간의 접촉형상타입에 따라 상기 용접시작점 및 상기 용접종료점을 산출하는 연산부와; 상기 산출된 용접시작점과 상기 산출된 용접종료점간을 용접하도록 상기 용접토치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접제어장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 용접로봇의 개략적 구성도이다. 용접로봇은, 전체적인 용접작동을 제어하는 주제어기(10)와, 주제어기(10)에 의해 제어되어 용접대상 모재에 아아크용접을 행하는 용접토치(20)와, 용접토치(20)에 와이어를 공급하는 와이어공급장치(13)와, 용접토치(20)의 용접작동시 쉴딩가스를 공급하는 가스공급장치(11)와, 용접대상 모재를 고정시키는 지그(15) 등으로 구성되어 있다. 모재가 지그(15)에 놓여지면 주제어기(10)는 용접토치(20)와 가스공급장치(11) 및 와이어공급장치(13)등을 제어하여 모재에 용접작동을 수행하기 시작한다.

도 2는 용접시작점을 검출하기 위한 용접토치의 이동 경로를 도시한 모재의 사시도이다. 모재(31)는 외부에서 운송되어 지그(15) 상에 올려진다. 지그(15)는 놓여진 모재(31)를 고정시킨다. 주제어기(10)에는 용접대상 모재(31)들 사이의 접촉형상타입과 원하는 용접라인상의 용접시작점(S) 및 용접종료점(E)이 입력되어 있다. 이 입력된 값에 따라 주제어기(10)는 용접토치(20)를 구동하여 용접을 행하며, 용접을 행하기 전에 먼저 용접대상 모재(31)의 실질적인 위치에 근거하여 오차를 보상한 정확한 위치를 찾는 작업이 선행된다. 이 과정은 다음과 같다.

먼저, 주제어기(10)를 통해 용접토치(20)를 제어하여, 주제어기(10)에 기 입력된 용접라인상의 용접시작점(S)의 근방으로 용접토치(20)를 이동시킨다. 다음 용접토치(20)를 하향이동시켜 L1의 경로를 따라 이동시킨다. 용접토치(20)가 하향이동함에 따라 용접토치(20)의 단부는 하측에 있는 제1모재(31b)에 접하게 된다. 이때, 지그(15)와 용접토치(20)에는 주제어기(10)에 의해 외부전원의 플러스극과 마이너스극이 연결되어 있고, 이에 따라 용접토치(20)의 단부와 제1모재(31b)는 전기적으로 단락되게 된다. 주제어기(10)는 단락된 위치로 제1모재(31b)의 위치를 감지한다. 제1모재(31b)의 위치가 감지되면 용접토치(20)는 L2경로에 따라 상향이동하여 다시 원위치로 복귀한다. 이와 유사한 방법으로, 용접토치(20)는 L3경로를 따라 수평이동하고, 제2모재(31a)와의 단락에 의해 제1모재(31b)의 위치를 판별하며, 다시 L4경로를 따라 이동하여 용접토치(20)가 원위치로 복귀된다.

주제어기(10)는, 주제어기(10) 내의 입력부에 기 입력된 모재들(31a, 31b)간의 접촉형상타입에 따라, 상기와 같이 단락에 의해 판별된 각 모재(31)들의 위치를 기준으로 실제 용접시작점을 산출한다. 예컨데, 도 2에 도시된 바와 같이 상호 직각으로 배치된 모재들(31a, 31b)의 용접시작점은, 제1모재(31b)의 검출위치로부터 수평이동하고, 제2모재(31a)로부터 직하방으로 이동시켰을 경우 두 이동선이 만나는 점으로 구할 수 있다. 만약, 각 모재(31) 사이의 각이 60°를 이루도록 배치되어 있다면, 주제어기(10)는 이 각도를 고려하여 실제 용접시작점의 기하학적인 위치에 따라 산출한다. 주제어기(10)에는 미리 모재(31)들간의 접촉형상타입이 입력되므로 이러한 산출이 가능하게 된다. 이에 따라 주제어기(10)에 입력된 용접시작점으로부터 지그(15)에 고정시 발생하는 오차가 보상된 정확한 용접시작점의 위치 산출이 이루어진다.

이와 같은 방법으로 용접시작점이 산출되면, 동일한 방법에 의해 용접종료점을 산출한다. 즉, 용접토치(20)를 용접종료점 부근에 위치시키고, 용접종료점 부근에서 용접토치(20)의 하향이동, 원위치 복귀, 수평이동, 원위치복귀의 과정에 의해 용접종료점을 산출한다. 산출된 용접시작점과 용접종료점을 잇는 선은 오차가 보상된 실질적인 용접라인이 된다.

도 3은 용접시작점의 용접라인방향의 위치를 검출하기 위한 용접토치의 이동 경로를 도시한 모재의 사시도이다. 상술한 바와 같은 방법에 의해 용접시작점과 용접종료점이 산출되면 용접라인이 산출되고, 주제어기(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 용접라인의 연장선상의 일 부위에 용접토치(20)를 위치시킨다. 그리고 나서, 용접라인의 연장선을 따라 L5와 같은 경로로 용접토치(20)를 이동시킨다. 이에 따라 용접토치(20)의 단부와 모재(31)는 접촉하게 되어 단락되고, 주제어기(10)는 이 단락을 감지하여 모재(31)의 단부의 위치를 감지하게 된다. 원하는 용접라인이 모재(31)들간의 접촉선상의 일 부분에 해당하는 부분이라면 이와 같이 모재(31)의 단부의 위치를 파악할 필요가 없으나, 모재(31)의 단부가 용접시작점에 해당하는 경우에는 이와 같이 모재(31)의 단부의 위치를 검출함으로써 보다 정확한 용접시작점을 검출할 수 있다. 즉, 전술한 방법에 의하면 용접시작점과 용접종료점이 2차원적인 위치로 판별되나, 이와 같은 방법을 부가함으로써 3차원적으로 보다 정확한 위치의 판별이 가능하게 된다. 용접종료점이 모재(31)의 단부일 경우에도 마찬가지로 이와 같은 방법을 적용할 수 있다.

이러한 용접로봇 제어방법을 구현하는 용접제어장치 중 주제어기(10)는, 용접라인을 중심으로한 모재(31)들간의 접촉형상타입 및 용접라인상의 개략적 용접시작점 및 용접종료점을 입력하는 입력부와, 각 모재를 향해 용접토치(20)를 이동시키는 용접토치구동부, 용접토치(20)와 각 모재(10)의 단락에 의해 접촉점을 감지하는 감지부와, 감지된 접촉점과 모재들간의 접촉형상타입에 따라 용접시작점 및 용접종료점을 산출하는 연산부와, 산출된 용접시작점과 상기 산출된 용접종료점간을 용접하도록 용접토치를 제어하는 제어부의 역할을 함께 하고 있다.

용접에 필요한 주제어기(10)의 입력부의 파라메타들은 다음과 같이 구성할 수 있다.

TST {#Point}, {접촉형상타입}, {용접각도}, {용접량오프셋}

여기서, TST(Touch Seneor Tracking)는 본발명에 따른 방법으로서 모재(31)에 용접토치(20)를 접촉시켜 용접시작점을 찾는 것을 가리키고, #Point는 용접종료점의 위치를 가리킨다. 즉, 용접시작점으로부터 #Point에 표시된 위치까지를 다층용접한다는 것을 나타낸다. 접촉형상타입은 감지된 각 모재(31)의 위치로 실제 용접시작점을 찾기위한 가장 중요한 파라메타이다. 용접량오프셋과 용접각도는 용접의 질을 결정짓는 중요한 인자이며, 재료의 특성, 원하는 용접량 및 강도 등에 따라 사용자가 설정한다.

본 파라메타에서는 용접종료점만을 입력하고 용접시작점은 본 발명에 따른 터치센서트랙킹에 의해 산출하는 실시예를 나타내었으나, 용접시작점 및 용접종료점을 모두 입력시키도록 파라메타를 설정할 수도 있고, 용접시작점 및 용접종료점을 모두 입력시키지 않도록 파라메타를 구성할 수도 있다.

이와 같이, 용접위치, 모재의 접촉형상타입, 용접각도, 용접량오프셋 등을 입력하는 것 만으로도, TST에 의해 정확한 용접라인의 산출이 가능하여 지그에 고정된 모재의 오차를 보정한 정확한 위치에의 용접이 가능하게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 모재의 위치를 정확히 검출하여 원하는 용접라인상에 오차 없이 정확히 용접을 행할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 소정의 각도를 두고 상호 교차하는 한 쌍의 모재 사이의 용접라인을 따라 용접을 행하는 용접로봇의 제어방법에 있어서,

   상기 용접라인을 중심으로 한 상기 모재들간의 접촉형상타입과, 상기 용접라인상의 개략적 용접시작점 및 용접종료점을 설정하는 단계와;

   상기 용접시작점에 인접한 공간상의 일 부위에 용접토치를 위치시키는 단계와;

   용접대상이 되는 일 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 일 모재간의 접촉을 감지하여 상기 일 모재의 위치를 판별하는 단계와;

   용접대상이 되는 타 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 타 모재간의 접촉을 감지하여 상기 타 모재의 위치를 판별하는 단계와;

   상기 모재들간의 접촉형상타입과 상기 판별된 일 모재 및 타 모재의 위치를 기준으로 상기 용접시작점을 산출하는 단계와;

   상기 산출된 용접시작점으로부터 상기 용접종료점간을 용접하는 용접작동을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접작동 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용접종료점에 인접한 공간상의 일 부위에 상기 용접토치를 위치시키는 단계와,

   용접대상이 되는 일 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 일 모재간의 접촉을 감지하여 상기 일 모재의 위치를 판별하는 단계와,

   용접대상이 되는 타 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시켜 상기 용접토치와 상기 타 모재간의 접촉을 감지하여 상기 타 모재의 위치를 판별하는 단계와,

   상기 모재들간의 접촉형상타입과 상기 판별된 일 모재 및 타 모재의 위치를 기준으로 상기 용접종료점을 산출하는 단계를 더 포함하며;

   상기 용접작동은 상기 산출된 용접시작점으로부터 상기 산출된 용접종료점간을 수행하는 것을 특징으로 하는 용접작동 제어방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 용접라인의 연장선상의 일 부위에 상기 용접토치를 위치시키는 단계와,

   상기 연장선을 따라 상기 용접토치를 이동시키켜 상기 용접토치와 상기 모재간의 접촉을 감지하여 상기 모재의 단부의 위치를 판별하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접작동 제어방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 용접토치를 통한 상기 각 모재의 위치 판별은, 상기 각 모재와 상기 용접토치간의 전기적 단락의 감지에 의하는 것을 특징으로 하는 용접작동 제어방법.
5. 소정의 각도를 두고 상호 교차하는 한 쌍의 모재 사이의 용접라인을 따라 용접을 행하는 용접제어장치에 있어서,

   상기 용접라인상에 와이어를 용착시켜 용접시키는 용접토치와;

   상기 용접라인을 중심으로한 상기 모재들간의 접촉형상타입과, 상기 용접라인상의 개략적 용접시작점 및 용접종료점을 입력하는 입력부와;

   상기 용접시작점 및 상기 용접종료점에 인접한 공간상의 일 부위로부터 상기 각 모재를 향해 상기 용접토치를 이동시키는 용접토치구동부와;

   상기 용접토치와 상기 각 모재의 접촉점을 감지하는 감지부와;

   상기 감지부에서 감지된 접촉점과 상기 모재들간의 접촉형상타입에 따라 상기 용접시작점 및 상기 용접종료점을 산출하는 연산부와;

   상기 산출된 용접시작점과 상기 산출된 용접종료점간을 용접하도록 상기 용접토치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접제어장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 용접토치구동부는, 상기 용접라인의 연장선상의 일 부위로부터 상기 연장선을 따라 상기 모재의 일 단부를 향해 상기 용접토치를 이동시키도록 상기 용접토치를 구동하며;

   상기 감지부는, 상기 용접토치와 상기 모재의 접촉에 따라 상기 모재의 단부의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 용접제어장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 감지부는, 상기 각 모재와 상기 용접토치간의 전기적 단락에 의해 상기 모재들의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 용접제어장치.