KR20010095577A - 파형 부재 용접장치 및 그 용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파형 부재 용접장치 및 그 용접방법에 관한 것으로, 개시된 용접장치는 파형곡면(8)이 존재하는 피용접물(파형 부재)인 상판(1) 또는 하판(2)의 상측에 설치된 가이드 레일(3)을 따라 주행하면서 용접토치(4)의 위치 및 각도를 변화시키는 이송기 본체(5)와, 용접토치(4)의 위치 및 각도 변화에 연동하여 그 위치 및 각도가 동반 변화되도록 이송기 본체(5)에 설치되며 피용접물의 표면 영상을 취득하는 레이저 비전 센서(101)와, 이 레이저 비전 센서(101)에서 취득한 표면 영상을 처리하여 데이터화하는 비전 보드(102)와, 상기 표면 영상 데이터로부터 계산된 3차원 형상 좌표에 따라 이송기 본체(5)를 제어하여 용접토치(4)의 위치 및 각도가 용접선(6)을 따라 자동 변화되게 하는 모션 제어기(103)와, 이 모션 제어기(103)와 인터페이스로 접속되어 용접토치(4)의 위치 및 각도 변화에 대응하게 용접기 본체(104)를 제어하여 자동으로 용접을 수행하는 용접 제어기(105)로 구성되어, 정확한 용접선 추적 및 파형곡면 형상 인식이 가능하여 용접품질이 향상되는 이점이 있다.

Description

파형 부재 용접장치 및 그 용접방법{Apparatus for weld of corrugated member and method thereof}

본 발명은 파형 부재의 용접에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접토치의 위치 및 각도 변화에 연동하여 그 위치 및 각도가 동반 변화되는 레이저 비전 센서를 통해 파형곡면이 존재하는 피용접물의 표면 영상을 취득하여 이 표면 영상에 따라 용접토치의 위치 및 각도가 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 파형 부재 용접장치 및 그 용접방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 파형 부재 용접장치는 도 1의 구성도에 나타낸 바와 같이, 파형곡면(8)이 존재하는 피용접물(파형 부재)인 상판(1) 또는 하판(2)의 상측에 설치된 가이드 레일(3)을 따라 주행하면서 그 일측에 설치된 용접토치(4)의 위치 및 각도를 변화시키는 이송기 본체(5)와, 용접토치(4)보다 선행하여 피용접물에 수직하게 이송기 본체(5)에 고정 설치되어 상판(1)과 하판(2)과의 용접선(6) 추적을 수행하는 시각 센서(7)와, 용접토치(4)보다 선행하여 피용접물에 수직하게 이송기 본체(5)에 고정 설치되어 파형곡면(8)의 형상을 인식하기 위한 레이저 변위 센서(9)와, 이 레이저 변위 센서(9)의 측정 정보에 의거하여 이송기 본체(5)를 제어하여 용접토치(4)의 위치 및 각도가 용접선(6)을 따라 자동 변화되게 하는 제어기(10)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 파형 부재 용접장치는, 이송기 본체(5)가 시각 센서(7) 및 레이저 변위 센서(9)의 설치 방향으로 가이드 레일(3)을 따라 주행하면 용접토치(4)보다 선행하는 시각 센서(7)를 이용하여 용접선(6) 추적을 수행하며, 역시 용접토치(4)보다 선행하는 레이저 변위 센서(9)를 이용하여 파형곡면(8)의 형상을 인식한다.

여기서, 레이저 변위 센서(9)는 파형곡면(8)의 시점, 정점, 종점의 위치를 측정하며, 이 위치 측정 정보를 이용하여 제어기(10)는 파형곡면(8)의 형상에 대한 정보를 생성한다. 아울러 제어기(10)는 생성된 형상 정보와 파형곡면(8)의 설계 데이터를 비교하여 보정량을 계산하고 이 보정량을 이용하여 이송기 본체(5)를 제어하여 용접을 수행한다.

전술한 바와 같이 종래의 파형 부재 용접장치는 시각 센서와 레이저 변위 센서가 모두 피용접물에 수직하게 고정되어 있음을 알 수 있다.

따라서, 파형곡면의 경사각이 큰 부분에서는 경사각 때문에 부재의 형상 측정이 불가능하므로 경사각의 크기가 작은 파형곡면의 시점, 정점, 종점만을 측정하여 용접선 추적과 파형곡면 형상 인식을 수행한다. 이렇게 세 지점만의 정보를 이용할 경우에는 파형곡면에서 정확한 용접선 추적이 불가능하며 파형곡면 형상 인식의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안한 것으로서, 용접토치의 위치 및 각도 변화에 연동하여 그 위치 및 각도가 동반 변화되는 레이저 비전 센서를 통해 파형곡면이 존재하는 피용접물의 표면 영상을 취득하여 이 표면 영상에 따라 용접토치의 위치 및 각도가 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 파형 부재 용접장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 취득한 표면 영상을 데이터화하여 형상 좌표로 계산한 후 데이터 필터링을 거쳐 구동 데이터로 생성하여 이 구동 데이터에 의거하여 용접토치의 위치 및 각도를 조절하도록 한 파형 부재 용접방법을 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명에 의하면, 정확한 용접선 추적 및 파형곡면 형상 인식이 가능하여 용접품질이 향상된다.

도 1은 종래 기술에 따른 파형 부재 용접장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 파형 부재 용접장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 비전 센서의 파형곡면 형상 인식 상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 상판 2 : 하판

3 : 가이드 레일 4 : 용접토치

5 : 이송기 본체 6 : 용접선

101 : 레이저 비전 센서 102 : 비전 보드

103 : 모션 제어기 104 : 용접기 본체

105 : 용접 제어기

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파형 부재 용접장치는, 파형곡면이 존재하는 피용접물(파형 부재)의 상측에 설치된 안내수단을 따라 주행하면서 용접토치의 위치 및 각도를 변화시키는 이송수단과, 이 이송수단에 일체로 설치되어 피용접물의 형상을 측정하는 영상 취득수단과, 이 영상 취득수단의 측정 정보에 의거하여 상기 이송수단을 제어하여 상기 용접토치의 위치 및 각도가 피용접물의 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 제어수단을 구비한 파형 부재 용접장치에 있어서:

상기 영상 취득수단은 상기 용접토치의 위치 및 각도 변화에 연동하여 그 위치 및 각도가 동반 변화되도록 상기 이송수단에 설치되며 상기 파형곡면이 존재하는 피용접물의 표면 영상을 취득하는 레이저 비전 센서를 포함하며,

상기 제어수단은 상기 취득된 표면 영상을 처리하여 데이터화하는 비전 보드와, 상기 표면 영상 데이터로부터 계산된 3차원 형상 좌표에 따라 상기 이송수단을 제어하여 상기 용접토치의 위치 및 각도가 상기 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 모션 제어기를 포함한다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 파형 부재 용접장치는 도 2의 구성도에 나타낸 바와 같이, 파형곡면(8)이 존재하는 피용접물(파형 부재)인 상판(1) 또는 하판(2)의 상측에 설치된 가이드 레일(3)을 따라 주행하면서 용접토치(4)의 위치 및 각도를 변화시키는 이송기 본체(5)와, 용접토치(4)의 위치 및 각도 변화에 연동하여 그 위치 및 각도가 동반 변화되도록 이송기 본체(5)에 설치되며 피용접물의 표면 영상을 취득하는 레이저 비전 센서(101)와, 이 레이저 비전 센서(101)에서 취득한 표면 영상을 처리하여 데이터화하는 비전 보드(102)와, 상기 표면 영상 데이터로부터 계산된 3차원 형상 좌표에 따라 이송기 본체(5)를 제어하여 용접토치(4)의 위치 및 각도가 용접선(6)을 따라 자동 변화되게 하는 모션 제어기(103)와, 이 모션 제어기(103)와 인터페이스로 접속되어 용접토치(4)의 위치 및 각도 변화에 대응하게 용접기 본체(104)를 제어하여 자동으로 용접을 수행하는 용접 제어기(105)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 파형 부재 용접장치에 의하여 수행되는 피용접물의 용접과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 영상 취득수단인 레이저 비전 센서(101)의 파형곡면 형상 인식 상태도로서, A구간은 파형곡면(8)의 시점 이전까지의 용접선, B구간은 시점에서 정점까지의 용접선, C구간은 정점에서 종점까지의 용접선, D구간은 종점 이후의 용접선을 구획한 것이다.

여기서, ⅰ∼ⅳ는 레이저 비전 센서(101)의 작용 범위로서, ⅰ과 ⅱ는 이송기 본체(5)의 주행선상에 양방으로 대칭하게 배치된 두 개의 레이저 다이오드에 의한 레이저 주사 범위이며, ⅲ과 ⅳ는 레이저 다이오드의 레이저 주사 범위내의 주행선상에 양방으로 대칭하게 배치된 두 개의 CCD 카메라에 의한 영상 취득 범위이다.

먼저, A구간에서 D구간 방향으로 용접이 진행되는 경우에는 레이저 비전 센서(101) 중 그 레이저 주사 범위가 ⅰ인 레이저 다이오드와 그 영상 취득 범위가 ⅲ인 CCD 카메라가 선택되어 작동된다.

그러면, 용접토치(4)가 주행되기 이전에 레이저 비전 센서(101)는 파형곡면(8)이 존재하는 피용접물(파형 부재)에 레이저를 주사한 후 피용접물의 레이저 반사광으로부터 피용접물의 표면 영상을 취득한다.

모션 제어기(103)와 함께 제어수단을 이루는 비전 보드(102)는 레이저 비전 센서(101)에서 취득한 표면 영상을 처리하여 용접선(6)의 거리를 계산하며, 표면 영상 및 계산 거리를 데이터화하여 출력한다(S1∼S3).

비전 보드(102)와 함께 제어수단을 이루는 모션 제어기(103)는 비전 보드(102)에서 출력되는 표면 영상 데이터로부터 피용접물의 3차원 형상 좌표를 계산하며, 이 형상 좌표를 데이터 필터링을 거쳐 구동 데이터로 생성한다(S4∼S6).

아울러, 모션 제어기(103)는 생성된 구동 데이터에 따라 이송수단인 이송기 본체(5)를 제어하여 용접토치(4)와 레이저 비전 센서(101)의 위치 및 각도가 용접선(6)을 따라 자동으로 변화되게 하며, 용접토치(4)의 위치 및 각도에 근거하여 피용접물상에서 현재 용접을 수행할 용접선(6)의 구간을 판단하여 용접 제어기(105)로 신호 전송한다.

그러면, 용접 제어기(105)는 그 용접 구간에 따라 용접기 본체(104)를 적절히 제어하여 최적한 조건하에 용접을 수행한다.

용접을 수행할 용접선(6)이 A구간인 경우에는 용접토치(4)의 위치만이 변화되나, B구간에서는 도 3에서 101´에 나타낸 바와 같이 그 각도가 변화된다. 용접토치(4)가 파형곡면(8)의 시점에 도달할 때에 모션 제어기(103)에는 이미 이후의 표면 정보까지 취득된 상태이므로 이 취득 정보에 따른 모션 제어기(103)의 제어에 의해 이송기 본체(5)가 용접토치(4)의 각도를 파형곡면(8)상 용접선(6)의 법선 방향으로 조절하는 것이다.

이때, 전술한 바와 같이 레이저 비전 센서(101)의 위치 및 각도 또한 용접토치(4)의 위치 및 각도 변화에 연동하여 동반 변화되며, 이로서 레이저 비전 센서(101)의 CCD 카메라에는 B구간 전체의 표면 영상이 취득된다.

그리고, C구간에서도 용접토치(4)의 진행 및 회전에 따라 레이저 비전센서(101)가 도 3의 101˝와 같이 진행 및 회전되므로 CCD 카메라는 파형곡면(8) C구간 전체의 표면 영상을 취득한다.

따라서, 레이저 비전 센서(101)에 의하여 피용접물 및 파형곡면(8)의 전구간 표면 영상이 취득되며(D구간은 A구간과 동일한 원리에 의함), 이 전구간 표면 영상이 비전 보드(102) 및 모션 제어기(103)를 통해 처리되므로 용접선(6)의 전구간이 정확하게 추적된다.

한편, D구간에서 A구간 방향으로 용접이 진행되는 경우에는 레이저 비전 센서(101) 중 그 레이저 주사 범위가 ⅱ인 레이저 다이오드와 그 영상 취득 범위가 ⅳ인 CCD 카메라가 선택되어 작동되며, 전술한 바와 같은 동일한 과정에 의하여 피용접물의 형상 인식 및 그에 따른 용접이 수행된다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 레이저 비전 센서를 이용하여 피용접물의 전구간 용접선 정보를 획득하며 피용접물의 표면 영상 데이터를 3차원 형상 좌표로 계산하여 용접토치의 위치 및 각도 조절을 위한 구동 데이터를 생성하므로 정확한 용접선 추적 및 파형곡면 형상 인식이 가능하여 용접품질이 향상된다.

또한, 이송기 본체가 가이드 레일상에서 어느 방향으로 주행하더라도 레이저 비전 센서가 양방향 모두에 대하여 용접선 추적이 가능한 효과가 있다.

Claims (7)

1. 파형곡면이 존재하는 피용접물(파형 부재)의 상측에 설치된 안내수단을 따라 주행하면서 용접토치의 위치 및 각도를 변화시키는 이송수단과, 이 이송수단에 일체로 설치되어 파형곡면이 존재하는 피용접물의 형상을 측정하는 영상 취득수단과, 이 영상 취득수단의 측정 정보에 의거하여 상기 이송수단을 제어하여 상기 용접토치의 위치 및 각도가 피용접물의 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 제어수단을 구비한 파형 부재 용접장치에 있어서:

   상기 영상 취득수단은 상기 용접토치의 위치 및 각도 변화에 연동하여 그 위치 및 각도가 동반 변화되도록 상기 이송수단에 설치되며 상기 파형곡면이 존재하는 피용접물의 표면 영상을 취득하는 레이저 비전 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형 부재 용접장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어수단은 상기 취득된 표면 영상을 처리하여 데이터화하는 비전 보드와, 상기 표면 영상 데이터로부터 계산된 형상 좌표에 따라 상기 이송수단을 제어하여 상기 용접토치의 위치 및 각도가 상기 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 모션 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파형 부재 용접장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 레이저 비전 센서는 상기 이송수단이 상기 안내수단을 따라 어느 방향으로 주행하더라도 양방향 모두에 대하여 용접선 추적이 가능한 것을 특징으로 하는 파형 부재 용접장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 레이저 비전 센서는 피용접물에 레이저를 주사하는 복수의 레이저 다이오드가 상기 이송수단의 주행선상에 양방으로 대칭하게 배치되며, 상기 레이저의 반사광으로부터 피용접물의 표면 영상을 취득하는 복수의 CCD 카메라가 상기 레이저 주사 범위내의 상기 주행선상에 양방으로 대칭하게 배치된 것을 특징으로 하는 파형 부재 용접장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제이저 비전 센서는 상기 표면 영상 취득시 상기 복수의 레이저 다이오드 중 어느 하나 및 상기 복수의 CCD 카메라 중 어느 하나가 선택적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 파형 부재 용접장치.
6. 파형곡면이 존재하는 피용접물(파형 부재)의 상측에 설치된 안내수단을 따라 주행하면서 용접토치의 위치 및 각도를 변화시키는 이송수단과, 이 이송수단에 일체로 설치되어 파형곡면이 존재하는 피용접물의 형상을 측정하는 영상 취득수단과, 이 영상 취득수단의 측정 정보에 의거하여 상기 이송수단을 제어하여 상기 용접토치의 위치 및 각도가 피용접물의 용접선을 따라 자동 변화되게 하는 제어수단을 이용하여 파형 부재를 용접하는 방법에 있어서,

   상기 영상 취득수단에서 피용접물에 레이저를 주사한 후 피용접물의 레이저 반사광으로부터 피용접물의 표면 영상을 취득하여 데이터화하는 단계와,

   상기 표면 영상 데이터를 상기 제어수단에서 형상 좌표로 계산한 후 데이터 필터링을 거쳐 구동 데이터로 생성하는 단계와,

   상기 생성된 구동 데이터에 의거하여 상기 제어수단에서 상기 이송수단을 제어하여 상기 용접토치의 위치 및 각도가 상기 용접선을 따라 변화되게 하는 단계를 포함하여 된 파형 부재 용접방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 표면 영상 취득단계는 상기 용접토치의 위치 및 각도의 변화에 따라 상기 영상 취득수단의 위치 및 각도가 동반 변화되면서 수행되는 것을 특징으로 하는파형 부재 용접방법.