KR19980085164A - 레이저 비젼 센서 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 레이저 비젼 센서(Laser Vision Senser)에 관한 것으로 측정영역의 각도조절이 가능한 레이저 비젼 센서를 제공함을 기술적 과제로 하여,

레이져 발생기와,발생 레이저를 소정의 위치로 조사시키기 위한 반사수단과,조사된 레이저를 렌즈를 거쳐 촬상하기 위한 카메라로 이루어지는 레이저 비젼 센서에 있어서,상기 레이저 발생기(1)로 부터 조사되는 레이저의 방향을 바꾸기 위한 상기 반사수단(2)이, 임의의 방향으로 방향조절이 가능한 회동 반사수단(24)을 포함하는 레이저 비젼 센서를 제공하므로서 대형 용접 시스템에서의 피용접물의 위치 및 방향의 설정이 정확하게 제어되게 된다.

Description

레이저 비젼 센서

본 발명은 레이저 비젼 센서(Laser Vision Senser)에 관한 것으로 상세하게는 넓은 영역을 측정해야할 경우와 좁지만 세밀한 영역을 번갈아 가며 동시에 측정하고자 할 때 조사각도(照射角度)변경이 가능한 레이저 비젼 센서에 관한 것이다.

일반적인 용접 자동화 시스템은 6축의 수직 다관절 로봇장치의 선단에 용접 토오치를 장착한 상태에서 상,하,좌,우의 여러위치에서 위치 제어를 받아가며 소정의 용접작업이 자동적으로 행하여 진다.

그러나 이와같은 자동화한 수직 다관절 로봇장치에서는 용접물의 설치에 따른 오차와, 고정기구류의 부정확성, 용접물의 형상오차등으로 인해 용접물의 초기 위치 오차가 많이 발생되므로 용접 위치를 정확하게 잡아가면서 용접을 수행하기 위해서는 용접 위치 및 형상의 세밀한 측정이 요구된다.

최근에는 이와같은 용접물의 위치 및 형상을 측정하기 위하여 레이저 비젼 센서가 응용되고 있다.

레이저 비젼 센서의 원리는 첨부 도면 도 2와 같이 광원으로부터 나온 빛이 3차원 공간상의 서로 다른 A,B,C점에 조사되어 반사된 빛이 카메라(106)상의 A',B',C'점에 출력되고 이 출력광을 기초로 2차원 영상에서의 위치 변화를 삼각법에 의해 계산하게 된다.

이와같은 레이저 비젼 센서는 카메라(106)와, 레이저 발생기(102) 및 복수의 반사수단(104)을 하나의 케이싱 내에 설치하여 레이저 발생기(102)에서 발생된 레이저가 복수의 반사수단을 지나 소정의 각도로 방향을 꺾은 뒤 용접물에 조사되도록 하고 이 용접물은 카메라에 촬상을 형성하게 된다.

이와같은 레이저 비젼 센서의 측정 영역은 도 2에서 도시하는 바와같은 반사수단의 각도에 의하여 결정된다고 할 수 있다. 즉 수직선을 기준으로 용접물에 반사되는 반사광의 각도(θ₁₎가 커지면 좁은 영역을 측정하게 되고, 각도(θ₁)가 작으면 넓은 영역을 측정 하게 된다.

이와같은 레이저 비젼 센서를 응용한 용접영역의 측정을 위한 구조는 한번 측정 영역이 정해진 상태에서 두 개 반사경의 각도를 고정하기 때문에 측정 영역은 항상 고정되어 있다.

따라서 종래 레이저 비젼 센서에 있어서는 한번 측정 영역이 정해지면 이를 수정하기가 어려울 뿐만아니라 두 개의 측정영역이 필요한 경우에는 상기 설명된 두 개의 레이저 비젼 센서를 적용해야 하는 단점이 있었다.

만약 한 개의 레이저 비젼 센서를 이용하여 측정 영역의 조절이 가능하다면 한 대의 레이저 비젼 센서만으로도 두 대의 센싱기능을 수행할 수 있으며, 이와같은 측정 영역의 조절은 궁극적으로 레이저 비젼 센서의 시스템 크기를 축소할 수 있으며, 레이저 비젼 센서의 설치에 따른 비용도 절감할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 측정영역의 조절이 가능한 레이저 비젼 센서를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 고안은 용접범위에 따라 조사각도를 조절 가능하도록 하는 레이저 비젼 센서를 제공하므로서 6축 수직의 다관절 로봇의 용접시 용접물의 용접 오차를 개선하여 보다 정확한 용접이 달성되는 레이저 비젼 센서를 제공하는 데에 궁극적인 목적이 있다.

도 1은 레이저 비젼 센서가 적용되는 다관절 로봇용접 장치의 일부 발췌도.

도 2는 도 1에서 적용한 종래 레이저 비젼 센서의 원리도.

도 3은 본 발명 레이저 비젼 센서의 내부 구성을 보인 개략도.

도 4는 본 발명 레이저 비젼 센서의 조사각 변경 원리도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 레이저 발생기, 2:반사수단,

3:카메라, 4:각도조절수단,

22: 고정 반사수단, 24:회동반사수단.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 하나의 몸체내에 조립된 레이져 발생기와, 반사수단과, 카메라로 이루어지는 레이저 비젼 센서에 있어서,상기 레이저 발생기로 부터 조사되는 레이저의 방향을 바꾸기 위한 반사수단이, 임의의 방향으로 바꾸어 조사 가능하게 하는 회동 반사수단인 것에 있으며, 구체적으로는 상기 회동 반사수단이 콘트롤 박스에서 각도가 조절되는 원격 조절수단에 의하여 가능하며, 혹은 회동 가능한 반사수단의 후방에서 이 회동 가능한 반사수단을 편심 흡인할 수 있는 각도 조절수단에 의하여 가능한 구조로서도 달성된다. 특히 이때의 각도 조절수단이 자력에 의하여 영향 받는 반사수단과 함께 전기적 제어가 가능한 전자석으로 실시함이 바람직하다.

즉, 상기 레이저 발생기에서 레이저를 발사하면 고정 반사수단을 지난 레이저가 회동 반사수단이 정한 범위의 반사경로를 따라 피용접물에 조사 되고, 카메라는 피용접물에 조사된 레이저를 촬상하게 된다. 이와같은 회동 반사수단의 각도 조절은 레이저 조사전에 조절할 수 도 있고 레이저의 조사와 함께 회동 반사수단에 부착된 전자석을 각도 조절할 수 있는 것으로 카메라에 전송된 피용접물의 촬상상태에 따라 레이저의 조사각도를 좁히거나 넓힐 수 있으므로서 피용접물의 용접상태의 판단이 정확하게 이루어지는 것이다.

이와같은 본 발명 레이저 비젼 센서를 구비한 6축 수직의 다관절 로봇은 레이저 비젼 센서의 측정 영역이 광협의 영역으로 구분 되면서 용접 목적에 따라 방향 조절이 가능하여 용접물의 넓은 범위를 오차없이 용접 가능하게 되고, 용접선의 측정을 위한 분해능이 높아져 용접부위의 좁은 영역만의 측정 및 용접은 물론 그의 조절이 가능해진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명한다.

첨부 도면중 도 3은 본 발명 레이저 비젼 센서의 내부 구성을 보인 개략도이고, 도 4는 본 발명 레이저 비젼 센서의 조사각 변경 원리도이다.

이 도면에 따르면 본 발명은 크게 레이져 발생기(1)와,반사수단(2)과,카메라(3)로 이루어진다.

상기 레이저 발생기(1)로 부터 조사되는 레이저의 방향은 상기 반사수단(2)에 의하여 변경이 이루어지며, 이 반사수단(2)은 대부분 하나의 고정 반사수단(22)과, 임의의 방향으로 바꾸어 조사 가능하게 하는 회동 반사수단(24)으로 이루어진다.

상기 회동 반사수단(24)은 이 반사수단(24)의 후방 일측에 설치되는 각도 조절수단(4)에 의하여 각도의 변경이 이루어진다.

물론 상기 회동 반사수단(24)은 자체적으로 각도 회동이 가능한 조절수단을 포함할 수 있다. 자체적으로 회동이 가능한 반사수단은 구조적으로 여러 가지 복잡한 회동구조가 가능하지만 본 발명에서는 일점을 축으로 좁은 범위로 각도가 전개되는 반사수단에 자력의 영향으로 움직이는 조절수단을 강구하여 그 부품수를 최소로 한다.

이와같은 상기 각도 조절수단(4)은 콘트롤 박스에서의 전기적 제어로서 조절이 가능한 전자석으로 실시함이 바람직하다.

이와같이 이루어진 본 발명은 첨부 도면 도 4에서 도시하는 바와같이 초기 상태에서 각도조절수단(4)이 제 1위치로 고정(OFF)되어 있다면 회동 반사수단(24)을 통과한 레이저가 A의 상태가 된다.

이때 각도조절수단(4)을 이동(ON)시키면 회동 반사수단(24)이 각도조절수단(4)에 흡착되어 θ₂의 각도로 기울어져 레이저는 A'의 조사선영역으로 전개된다.

카메라(3)에 비친 레이저를 관찰할 때, 레이저 A는 A'보다 길고, 더 먼곳을 측정한 것이 된다. 즉, 각도조절수단(4)을 개폐시킴으로써 회동 반사수단(24)에 의해 반사되는 레이저의 반사각도(θ₂₎를 변경하게 되므로, 피용접물의 측정 영역을 확장시키거나 좁힐 수 있는 것이다.

각도조절수단의 개폐에 따른 레이저의 변경된 조사각도는 레이저 비젼 센서 조립시 설정 가능하다.

이와같이 본 발명 레이저 비젼 센서는 레이저의 조사각도를 조절 할 수 있어 피용접물의 용접 영역의 측정 범위를 넓히거나 좁혀 그 용접 상태를 확인할 수 있는 것이고, 그동안 고정된 측정 범위로 인해 발생되던 용접 오차를 개선하게 되는 것이다. 이와같은 레이저 조사방식은 궁극적으로 대형 용접 시스템과 같이 넓은 곳과 좁은 곳을 동시에 측정해야 하는 경우 하나의 레이저 비젼 센서로도 그 용접 상태의 측정 및 판단이 가능하게 되어 다관절 로봇을 이용한 자동 용접시스템에서의 복수 설비를 지양하여 설비비를 줄이고 그 기능을 극대화하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 레이져 발생기와;

   발생 레이저를 소정의 위치로 조사시키기 위한 고정 반사수단과;

   상기 고정 반사수단을 지나 1차 방향이 전환된 레이저의 방향을 2차 변경하기 위하여 자체적으로 임의의 방향으로 각도의 변경이 가능한 회동 반사수단; 및

   피용접물에 조사된 레이저가 렌즈를 통하여 촬상되는 카메라;

   를 포함하여 이루어지는 레이저 비젼 센서.
2. 제 1항에 있어서, 상기 회동 반사수단은 일점을 축으로 회동이 가능한 회전축구조로 되고 이 회전축 구조의 반사수단 후방에는 각도 변경을 발생하는 각도조절수단이 구비된는 것을 특징으로 하는 레이저 비젼 센서.
3. 제 2항에 있어서, 상기 각도 조절수단이 전자석인 것을 특징으로 하는 레이저 비젼 센서.