KR19990018849A - Welding robot control method and device using laser vision sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저비전센서를 이용하여 용접선을 추적하는 용접로봇의 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이터로부터 용접선에 대한 3차원좌표와 위빙좌표를 구하고, 이 위빙좌표에 근거하여 용접로봇을 구동시키므로서 용접토치가 용접선을 따라 위빙하면서 용적작업을 수행할 수 있어서 작업시간을 단축하고 용접풀질을 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a control method and apparatus for a welding robot that tracks a welding line using a laser vision sensor. The present invention obtains a three-dimensional coordinate and a weaving coordinate of a welding line from image data obtained from a laser vision sensor. By driving the welding robot, the welding torch can perform the volumetric work while weaving along the welding line, thereby reducing the working time and increasing the welding quality.
Description
본 발명은 용접로봇의 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저비전센서가 촬영한 영상으로부터 용접선의 중심점에 대한 3차원좌표와 용접토치의 위빙좌표를 연산하여 용접로봇을 구동제어함으로써 작업시간 단축과 용접품질을 높일 수 있는 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a control apparatus and method of a welding robot, and in particular, the operation time is reduced by driving the welding robot by controlling the three-dimensional coordinates and the weaving coordinates of the welding torch from the image captured by the laser vision sensor The present invention relates to a control method and apparatus for a welding robot using a laser vision sensor that can improve welding quality.
일반적으로, 용접로봇은 자동차, 선박등과 같이 금속판재의 접합공정에 사용되며, 작업프로그램에 의해 자동적으로 용접작업을 진행하게 된다. 용접로봇은 작업명령에 따라 로봇팔에 부착된 용접토치를 이동시켜 피용접부재의 용접선을 추종하면서 용접하게 된다.In general, the welding robot is used in the joining process of the metal plate, such as automobiles, ships, etc., and the welding work is automatically performed by the work program. The welding robot moves by welding the welding torch attached to the robot arm in accordance with the operation command to follow the welding line of the member to be welded.
종래기술에서는 용접로봇에 설치된 레이저비전센서를 이용하여 용접선을 추종하며, 레이저비전센서에 의해 획득된 영상으로부터 용접부위를 인식하여 용접작업을 수행할 수 있다. 이와 같이, 레이저비전센서를 이용하여 용접작업을 수행하는 경우 안정적인 용접부위에 대한 영상을 획득하고자 용접속도를 느리게 설정하고 용접토치가 위빙(weaving)하지 않고 용접선을 추종하게 된다. 작업정반에 서로 맞닿게 놓여진 피용접부재의 용접부위가 협소한 경우에는 비교적 양호한 용접품질을 얻을 수 있으나, 피용접부재의 용접부위가 넓은 경우에는 도 1과 같이 용접토치를 위치이동시켜 국부적으로 용접하여 겹겹이 층을 이루는 다층용접을 수행하게 되여 용접품질의 저하를 초래하였으며, 많은 작업시간이 소요되는 문제점이 있었다.In the prior art, a welding line may be followed using a laser vision sensor installed in a welding robot, and a welding operation may be performed by recognizing a welding portion from an image acquired by the laser vision sensor. As such, when performing a welding operation using the laser vision sensor, the welding speed is set to be slow and the welding torch follows the welding line without weaving in order to acquire an image of a stable welding site. In the case where the welded portions of the welded members placed in contact with each other on the work table are narrow, relatively good welding quality can be obtained. However, when the welded portions of the welded members are wide, the weld torch is moved locally by the position shown in FIG. In order to perform the multi-layer welding to form a layer by layer to cause a decrease in welding quality, there was a problem that takes a lot of work time.
본 발명의 목적은 레이저비전센서에 의해 획득된 영상데이터로부터 추출한 위빙좌표에 따라 용접토치를 위빙시키면서 용접선을 추종할 수 있도록 한 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어장치를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a control apparatus for a welding robot using a laser vision sensor that can follow a welding line while weaving a welding torch according to the weaving coordinates extracted from the image data obtained by the laser vision sensor.
본 발명의 다른 목적은 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이터로부터 용접토치가 위빙하기 위한 위빙좌표를 연산하여 용접로봇을 구동시키므로써 용접토치가 위빙하면서 용접선을 추종할 수 있도록 한 레이저비전센서를 이용한 용접로봇의 제어방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to calculate the weaving coordinates for the welding torch from the image data obtained from the laser vision sensor to drive the welding robot by welding the laser torch to follow the welding line while the welding torch weaving It is to provide a control method of the robot.
도 1은 종래기술에 의해 다층용접된 용접부위를 나타내는 단면도,1 is a cross-sectional view showing a welding portion welded in a multi-layer by the prior art,
도 2는 본 발명에 의해 용접된 용접부위를 나타내는 단면도,2 is a sectional view showing a welded portion welded by the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 용접로봇의 제어장치의 구성도,3 is a configuration diagram of a control device for a welding robot according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따라 레이저비전센서가 용접선의 중심을 검출하는 동작을 나타내는 도면,4 is a view showing an operation of detecting the center of the weld line of the laser vision sensor according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따라 용접토치가 위빙하는 동작을 나타내는 도면.5 is a view showing the operation of the welding torch weaving in accordance with the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 로봇제어부 11 : 마이크로프로세서10: robot control unit 11: microprocessor
12 : 타이머 13 : 메모리12: timer 13: memory
20 : 영상처리부 21 : 센서구동부20: image processing unit 21: sensor driver
22 : 영상복원부 23 : 좌표변환부22: image restoration unit 23: coordinate transformation unit
30 : 용접로봇 31 : 용접토치30: welding robot 31: welding torch
40 : 레이저비전센서 50 : 피용접물40: laser vision sensor 50: welded object
상기와 같은 본 발명의 목적은 용접로봇을 이용하여 피용접부재를 자동으로 용접하는 장치에 있어서, 상기 용접로봇의 용접토치에 설치되고, 상기 용접토치에 대향하는 용접부위에 레이저를 주사하여 용접선을 촬영하는 레이저비전센서, 상기 레이저비전센서가 촬영한 영상신호를 입력받고, 상기 용접토치의 구동변위를 조정하기 위해 변환메트릭스를 이용하여 상기 용접선에 대한 2차원 좌표를 3차원 좌표로 변환하는 영상처리부, 및 상기 영상해석부가 변환한 3차원 좌표에 따라 상기 용접토치를 위빙시키기 위한 위빙좌표를 생성하고, 상기 위빙좌표에 근거하여 상기 용접로봇을 구동시키기 위한 로봇제어신호를 출력하는 로봇제어부에 의하여 달성된다.An object of the present invention as described above is an apparatus for automatically welding a welded member using a welding robot, which is installed in the welding torch of the welding robot, and photographing the weld line by scanning the laser to the welding site facing the welding torch A laser vision sensor, an image processor configured to receive an image signal photographed by the laser vision sensor, and convert two-dimensional coordinates of the welding line into three-dimensional coordinates by using a transformation matrix to adjust the driving displacement of the welding torch; And generating a weaving coordinate for weaving the welding torch according to the three-dimensional coordinates converted by the image analysis unit, and outputting a robot control signal for driving the welding robot based on the weaving coordinate. .
상기와 같은 본 발명의 다른 목적은 용접로봇을 이용하여 피용접부재를 자동으로 용접하는 방법에 있어서, 상기 용접로봇의 용접토치에 설치된 레이저비전센서를 작동시켜 사용자가 설정한 시간간격마다 상기 피용접부재의 용접부위를 촬영하는 단계, 상기 촬영단계에 의해 얻어진 영상데이터에 기초하는 용접선의 2차원좌표에 대해 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환하는 단계, 상기 용접로봇의 이동속도와 용접토치의 위빙속도 및 피용접부재의 용접부위에 따라 상기 3차원좌표에로부터 용접토치에 대한 위빙좌표를 연산하는 단계, 및 상기 위빙좌표에 따라 용접토치가 용접선을 추종할 수 있도록 용접로봇을 구동제어하는 단계에 의하여 달성된다.Another object of the present invention as described above is a method for automatically welding a welded member using a welding robot, by operating a laser vision sensor installed in the welding torch of the welding robot by the user at a time interval set by the user. Photographing the welded portion of the member, converting the two-dimensional coordinates of the weld line based on the image data obtained by the photographing step into three-dimensional coordinates using a transformation matrix, and moving the welding robot and the welding torch. Calculating a weaving coordinate for the welding torch from the three-dimensional coordinates according to the weaving speed and the welded portion of the member to be welded; and driving control of the welding robot so that the welding torch can follow the welding line according to the weaving coordinate. Is achieved.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail according to the accompanying drawings.
본 발명은 용접토치를 위빙동작에 따라 용접선을 추종하게 되며 도 2와 같이 용접토치(1)는 피용접부재(2)(3)의 용접부위를 위빙하면서 용접선을 따라 이동하므로 용접부위의 단면이 균일한 층을 이루게 된다.According to the present invention, the welding torch follows the welding line according to the weaving operation. As shown in FIG. 2, the welding torch 1 moves along the welding line while weaving the welding portion of the member 2 and 3 to be welded, so that the cross section of the welding portion is changed. A uniform layer is formed.
도 3은 본 발명에 따른 용접로봇의 제어장치의 구성도로서, 용접로봇(30)과 레이저비전센서(40)를 구동제어하며, 용접토치(31)에 대한 위빙좌표를 연산하는 로봇제어부(10)와, 상기 로봇제어부(10)의 제어신호에 따라 상기 레이저비전센서(40)가 촬영한 영상데이터를 입력받아 용접선에 대한 3처원좌표를 연산하는 영상처리부(20)와, 상기 영상처리부(20)의 구동신호에 따라 피용접부재의 용접부위를 촬영하는 레이저비전센서(40)를 구비하고 있다.3 is a configuration diagram of a control apparatus for a welding robot according to the present invention, the robot control unit 10 for driving control of the welding robot 30 and the laser vision sensor 40, and calculates the weaving coordinates for the welding torch 31. And an image processor 20 which receives image data photographed by the laser vision sensor 40 according to a control signal of the robot controller 10, and calculates three-membered coordinates for the weld line, and the image processor 20. Laser vision sensor 40 for photographing the welded portion of the member to be welded in accordance with the drive signal of the).
상기 로봇제어부(10)는 설정된 시간이 도래할때 마다 계수완료신호를 출력하는 타이머(12)와 피용접부재의 용접선에 대한 중심점에 대한 좌표를 저장하는 메모리(12) 및 상기 완료신호에 응답하여 용접부위를 촬영하기 위한 구동제어신호를 출력하고 용접선의 3차원좌표를 위빙좌표로 변환하는 마이크로프로세서(11)로 이루어진다.The robot controller 10 responds to the timer 12 for outputting a counting completion signal each time the set time arrives, a memory 12 for storing coordinates of the center point of the welding line of the member to be welded, and the completion signal. The microprocessor 11 outputs a drive control signal for photographing the welded portion and converts the three-dimensional coordinates of the weld line into the weaving coordinates.
상기 영상처리부(20)는 마이크로프로세서(11)의 구동제어신호에 응답하여 구동신호를 레이저비전센서(40)로 출력하는 센서구동부(21)와 레이저비전센서(40)가 촬영한 영상데이터를 입력받아 용접선에 대한 2차원좌표를 출력하는 영상복원부(22)와 상기 영상복원부(22)의 2차원좌표에 대해 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환하는 좌표변환부(23)로 이루어진다.The image processor 20 inputs image data captured by the sensor driver 21 and the laser vision sensor 40 to output the driving signal to the laser vision sensor 40 in response to the drive control signal of the microprocessor 11. The image restoring unit 22 receives the two-dimensional coordinates of the welding line and the coordinate conversion unit 23 converts the two-dimensional coordinates of the image restoring unit 22 into the three-dimensional coordinates using the transformation matrix.
먼저, 마이크프로세서(11)는 타이머(12)의 완료신호가 인가되면 구동제어신호를 센서구동부(21)로 출력한다. 센서구동부(21)는 구동신호를 레이저비전센서(40)로 출력하여 촬영을 개시한다. 상기 타이머(12)는 용접선의 중심을 찾기 위한 샘플링시간이 도래하면 완료신호를 출력한다.First, when the completion signal of the timer 12 is applied, the microphone processor 11 outputs a drive control signal to the sensor driver 21. The sensor driver 21 outputs a driving signal to the laser vision sensor 40 to start shooting. The timer 12 outputs a completion signal when the sampling time for finding the center of the weld line arrives.
영상복원부(22)는 레이저비전센서(40)가 촬영한 영상데이터를 입력받고, 용접선에 대한 2차원좌표를 출력한다. 좌표변환부(23)는 2차원좌표를 변환메트릭스를 이용하여 3차원좌표로 변환한후 마이크로프로세서(11)로 출력한다.The image restoring unit 22 receives image data photographed by the laser vision sensor 40 and outputs two-dimensional coordinates of the welding line. The coordinate conversion unit 23 converts the two-dimensional coordinates into three-dimensional coordinates by using the transformation matrix and outputs them to the microprocessor 11.
상기 마이크로프로세서(11)는 용접선에 대한 3차원좌표를 이용하여 용접토치(31)가 위빙하기 위한 위빙좌표를 연산하며, 용접로봇의 이동속도, 위빙속도 및 용접부위의 크기를 고려하여 위빙좌표를 연산한다. 상기 마이크로프로세서(11)는 위빙좌표에 따라 용접로봇(30)과 용접토치(31)를 구동시키게 된다.The microprocessor 11 calculates the weaving coordinates for the welding torch 31 to weaving using the three-dimensional coordinates of the welding line, and calculates the weaving coordinates in consideration of the moving speed of the welding robot, the weaving speed, and the size of the welding part. Calculate The microprocessor 11 drives the welding robot 30 and the welding torch 31 in accordance with the weaving coordinates.
상기 레이저비전센서(40)는 도 4와 같이 용접토치(31)로부터 소정거리(d)만큼 떨어져 설치하는데, 용접토치(31)의 화염에 의해 촬영영상이 불량해지는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 레이저비전센서(40)는 센서구동부(21)의 구동신호에 따라 하방에 위치하는 피용접부재의 용접부위를 촬영하여 영상복원부(22)로 출력한다. 레이저비전센서(40)는 피용접부재(50)의 용접선방향(A)을 따라 이동하면서 용접선의 중심점(P1,P2,··,Pn)을 촬영한다. 마이크로프로세서(11)는 영상처리부(20)를 통해 중심점(P1,P2,··,Pn)에 대한 3차원좌표를 입력받아 메모리(13)에 저장한다.The laser vision sensor 40 is installed away from the welding torch 31 by a predetermined distance d, as shown in FIG. 4, to prevent the imaging image from being deteriorated by the flame of the welding torch 31. The laser vision sensor 40 photographs the welded portion of the welded member located below the output signal to the image restoration unit 22 according to the driving signal of the sensor driver 21. The laser vision sensor 40 photographs the center points P1, P2, ..., Pn of the welding line while moving along the welding line direction A of the member 50 to be welded. The microprocessor 11 receives three-dimensional coordinates of the center points P1, P2,..., And Pn through the image processor 20 and stores them in the memory 13.
상기 마이크로프로세서(11)는 타이머(12)의 설정시간이 경과시 마다 용접로봇(30)의 위치와 메모리(13)에 저장된 중심점에 대한 3차원좌표를 비교하고, 피용접부재(50)와 용접토치(31)의 이격거리가 가장 짧은 중심점(Pn)을 구한다. 이어, 마이크로프로세서(11)는 도 5와 같이 중심점(Pn)에서 전후에 위치하는 좌표(N-3, N-2, N-1, N, N+1, N+2, N+3)와의 직선거리중 가장 짧은 직선과 교차하는 중심점(Pa)을 구한다. 이어, 마이크로프로세서(11)는 중심점(Pa)을 기준으로 용접로봇(30)의 용접토치(31)가 위빙하기 위한 위빙좌표(Pb)(Pc)를 구한다. 이때, 마이크로프로세서(11)는 용접로봇(30)의 진행속도, 위빙속도, 용접부위에 대응하는 각장(S)의 크기에 따라 위빙좌표를 결정한다. 이후, 마이크로프로세서(11)는 로봇제어신호를 용접로봇(30)으로 출력하게 되면 용접토치(31)가 위빙좌표에 따라 위빙하게 되어 안정적으로 용접선을 추종할 수 있다.The microprocessor 11 compares the position of the welding robot 30 with the three-dimensional coordinates of the center point stored in the memory 13 after each setting time of the timer 12 passes, and welds the member 50 to be welded. The center point Pn having the shortest separation distance of the torch 31 is obtained. Subsequently, the microprocessor 11 may interact with coordinates N-3, N-2, N-1, N, N + 1, N + 2, and N + 3 which are located before and after the center point Pn as shown in FIG. Find the center point (Pa) that intersects the shortest line among the straight lines. Subsequently, the microprocessor 11 obtains the weaving coordinates Pb and Pc for the welding torch 31 of the welding robot 30 to weave based on the center point Pa. At this time, the microprocessor 11 determines the weaving coordinates according to the traveling speed of the welding robot 30, the weaving speed, and the size of the length S corresponding to the welding portion. Thereafter, when the microprocessor 11 outputs the robot control signal to the welding robot 30, the welding torch 31 may weave according to the weaving coordinates to stably follow the welding line.
이상과 같이, 본 발명은 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이터로부터 용접선에 대한 3차원좌표와 위빙좌표를 구하고, 이 위빙좌표에 근거하여 용접로봇을 구동시키므로서 용접토치가 용접선을 따라 위빙하면서 용적작업을 수행할 수 있어서 작업시간을 단축하고 용접풀질을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention obtains the three-dimensional coordinates and the weaving coordinates of the welding seam from the image data obtained from the laser vision sensor, and the volumetric operation while the welding torch weaving along the welding seam while driving the welding robot based on the weaving coordinates. Since it can be carried out has the effect of reducing the working time and increase the welding quality.
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