KR20030092940A - 형강 자동절단장치 및 그 절단방법 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 형강 자동절단장치 및 그 절단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 거리센서를 이용하여 형강의 위치와 자세를 정확히 파악한 후 그 위치와 자세를 반영하여 절단경로를 결정하고, 절단작업을 수행함으로 인해서 절단정도 및 절단효율을 향상시킨 형강 자동 절단장치 및 그 절단방법에 관한 것이다.

본 발명의 형강 자동절단장치는, 레이저 거리센서에서 측정된 데이터 값을 가지고 형강의 위치와 자세를 판단하여 로봇팔의 절단경로 프로그램을 생성하는 상위제어부, 상기 상위제어부에서 생성된 프로그램으로 로봇팔의 동작을 제어하는 로봇팔제어부, 상기 로봇팔제어부의 신호에 따라 움직이는 로봇팔, 상기 형강과 로봇팔의 거리를 측정하기 위하여 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 레이저 거리센서 및, 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 절단용 토치로써 달성된다.

이러한 본 발명은, 계측 값들을 가지고 형강의 정확한 위치와 자세를 계산하여 그 결과를 토대로 절단경로 프로그램을 생성하고 이에 따라 절단 작업이 이루어지므로 절단의 정도를 향상 시킬수 있으며, 계측지점의 수를 감소시킴으로 인해 계측 시간을 단축 함으로써 작업전체의 속도를 향상시키는 효과도 있다.

Description

형강 자동절단장치 및 그 절단방법 {Shaped steel cutting machine and cutting method thereof}

본 발명은 형강 자동절단장치 및 그 절단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 거리센서를 이용하여 형강의 위치와 자세를 정확히 파악한 후 그 위치와 자세를 반영하여 절단경로를 결정하고, 절단작업을 수행함으로 인해서 절단정도 및 절단효율을 향상시킨 형강 자동 절단장치 및 그 절단방법에 관한 것이다.

조선소에서 선박을 건조하는 것과 같이 강재로 구성된 대형 구조물을 가공, 제작하는 공정에서는, 각종 형강을 절단하고 용접하는 작업이 여러번에 걸쳐 수행된다. 이런 대형 건조물에는 다양한 규격을 가지는 형강이 다수 사용되는 바 이런 규격화된 형강의 절단작업은 작업 생산성을 향상하기 위해 주로 자동화 시스템이 사용된다.

도 1은 종래의 형강 자동절단장치의 구성을 보여주는 개략도이다. 이러한 형강 자동절단장치는, 적치장치(1)에 구비된 크레인 등에 의해 형강(2)과 같은 피절단부재가 컨베이어(3) 상에 적치되며, 이송장치(4)에 의해 컨베이어(3)상의 형강(2)이 소정의 작업공간으로 장입된다. 그러면 기 입력된 절단 프로그램에 따라 절단장치(5)는 형강(2)을 해당크기로 자동절단하게 된다.

도 2는 종래의 형강 자동절단장치의 구성도로써, 산업용 로봇이 적용된 경우이다. 도시된 바와 같이 종래의 절단장치는, 직각좌표계로 운동하는 매니풀레이터(6)에 연동되는 로봇팔(7)과, 상기 로봇팔의 일측에 장착되어 형강(2)과의 이격거리를 측정하는 레이저변위센서(8)와, 상기 레이져변위센서(8)의 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기(13)와 아날로그/디지털변환기(13)의 디지털 출력신호 및 기 입력된 절단 프로그램에 따라 매니풀레이터(6)를 통해 로봇팔을 제어하는 로봇 제어부(9)와, 상기 로봇제어부(9)와 인터페이스로 접속된 토치 제어 모듈(10a)에 의해 아세틸렌 등의 가연성기체와 순수산소가 혼합 조절되어 로봇팔(7)의 대략 선측에 설치된 토치(10b)에서 만들어진 화염을 이용 형강(2)을 절단하는 토치 절단부(10)로 구성된다.

이러한 종래의 형강 자동절단장치의 동작을 살펴보면, 먼저 직각좌표계로 운동하는 매니풀레이터(6)는 로봇 제어부(9)에 기 입력된 절단 프로그램에 의해 좌우, 전후로 움직이며, 이에 연동하는 로봇팔(7)은 형강(2) 상부의 소정위치에 정지된다.

이후, 로봇팔(7)에 부착된 레이저변위센서(8)를 이용 형강(2)과 로봇팔의 거리를 측정하고, 그 측정값을 기초로 매니풀레이터(6) 및 로봇팔(7)은 상하로 운동하여 일정한 거리가 되도록 한다. 그리고 다시 양측으로 이동하여 형강(2)의 가장자리를 찾아내고 이러한 측정값을 가지고 매니풀레이터(6)의 이동좌표를 계산하여 이동 궤도를 제어한다. 절단작업은 로봇팔에 부착된 토치(10b)에 의하여 수행되는데. 토치(lOb)가 절단작업을 위한 소정의 좌표에 정지되면 이러한 상태를 로봇 제어부(9)로부터 인터페이스를 통해 전달받은 토치 제어모듈(103)이 아세틸렌 등의 가연성기체와 순수산소를 적당한 비율로 혼합 조절하여 토치(lOb)에서 화염을 만들고, 매니플레이터(6) 및 로봇팔(7)은 상기 절단 프로그램에 의해 좌우, 전후로 움직이며, 이에 토치 절단부(10)에 의해 형강(2)은 해당 크기로 자동 절단된다.

전술한 종래 기술에 따른 자동 절단장치는, 레이저변위센서(8)의 측정에 의해 토치(lOb)가 형강(2)에서 소정의 이격거리로 위치하며, 이후에는 화염이 발생된 토치(lOb)가 계산된 이동 궤도로 이동되면서 형강(2)이 절단되는 것인데, 이러한 종래의 자동 절단 장치의 경우 기본적인 로봇팔의 제어 프로그램이 작성되어 있는 상태에서, 레이저 변위 센서로 측정된 값들 중 상기 절단 프로그램에 반영되는 것은 좌우 양측의 선단의 위치 뿐이어서 원하는 위치에서 많이 벗어나 있는 경우에는 정확한 절단을 기대하기 어렵고, 형광과 충돌의 위험이 있으며 또한 그 계측의 방법에 있어서 지속적으로 형광과의 이격거리를 측정하면서 이동하기 때문에 신속한 작업을 기대할 수 없는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로봇팔 제어부와는 별도로 전체적인 시스템을 제어하기 위한 상위 제어부를 구비함으로 인해서 상위 제어부가 로봇을 제어하기 위한 프로그램을 생성하여 로봇팔제어부로 전송하도록 함으로 인해서, 종래의 로봇팔의 제어에 있어서 낮은 수준의 언어를 사용해야 하는 불편함을 해소한 형강 자동절단장치 및 그 절단 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 형강 절단장치의 구성을 보여주는 개략도이다.

도 2는 종래의 형강 자동절단장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 형강 자동절단장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 형강 자동절단장치의 상위제어부에서 이루어지는 위치와 자세계산 과정의 개념도이다.

도 5는 본 발명에 따른 형강 자동절단장치의 형강 절단방법의 흐름도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호설명

10 : 형강

100 : 형강 자동절단장치

110 : 상위제어부

120 : 로봇팔 제어부

130 : 로봇팔

132 : 레이저 거리센서

134 : 절단용 토치

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 형강 자동절단장치는, 레이저 거리센서에서 측정된 데이터 값을 가지고 형강의 위치와 자세를 판단하여 로봇팔의 절단경로 프로그램을 생성하는 상위제어부, 상기 상위제어부에서 생성된 프로그램으로 로봇팔의 동작을 제어하는 로봇팔제어부, 상기 로봇팔제어부의 신호에 따라 움직이는 로봇팔, 상기 형강과 로봇팔의 거리를 측정하기 위하여 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 레이저 거리센서 및, 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 절단용 토치로써 달성된다.

본 발명에 따른 절단방법은 형강 자동절단장치에 있어서, 1) 상기 레이저 거리센서가 미리 설정된 소정 측정위치에서 형강의 높이를 측정하는 단계, 2) 단계 1)에서 측정한 높이 데이터를 이용하여 상기 상위제어부에서 상기 형강의 위치와 자세를 계산하고, 이에 따른 절단경로를 결정하여 절단경로 프로그램을 생성하여 이 절단경로 프로그램을 상기 로봇팔제어부로 전송하는 단계 및, 3) 단계 2)의 절단경로 프로그램에 따라 상기 로봇팔이 이동하면서 상기 절단용 토치로 형강을 절단하는 단계로 이루어지며, 상기 단계 1)의 측정은 적어도 3회 실시되어, 계측값들 중 주변의 영향으로 인한 오차로 인하여 편차가 큰 값들을 버리고, 나머지 값들의 평균값을 사용하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

첨부 도면 중 도 3은 본 발명에 따른 자동 절단장치의 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명 자동 절단장치는 형강(10)과의 이격 거리를 측정하기 위한 레이저 거리센서(132), 이 센서에서 측정한 정보를 가지고 형강의 위치를 계산하여 절단경로 프로그램을 생성하는 상위제어부(110), 상기 상위제어부 (110)에서 생성된 절단경로 프로그램으로 로봇팔(130)의 동작을 제어하는 로봇팔 제어부(120) 및 형강의 절단을 위한 절단용 토치(134)로써 달성된다.

상기 절단용 토치(134)와 레이저 거리센서(132)는 로봇팔에 부착되어 있음이 바람직하다.

이러한 본 발명 자동 절단장치의 동작에 대해서 상세히 설명하면, 형강(10)이 본 발명 형강 자동절단장치에 공급되면 우선 형강의 위치와 자세를 파악하기 위하여 소정위치로 로봇팔(130)이 이동한 후, 레이저 거리센서(132)로 그 위치에서의 형강(10)의 높이를 측정한다. 이렇게 각 측정위치에서의 측정값들이 상위제어부 (110)로 전송되면, 상위제어부(110)에서는 측정값들을 가지고 형강의 위치와 자세를 도출해 낸다. 이렇게 형강(10)의 위치와 자세가 파악되면 이를 토대로 절단경로 프로그램을 생성하게 된다. 이러한 절단경로 프로그램은 로봇팔제어부(120)로 전송되고, 로봇팔제어부(120)는 이 프로그램에 따라 로봇팔(130)의 동작을 제어함으로써 그에 부착된 절단용 토치(134)가 절단경로를 따라 움직이며 형강(10)의 절단 작업이 이루어진다.

첨부 도면중 본 발명에 따른 형강 자동절단장치의 상위제어부에서 이루어지는 위치와 자세계산 과정의 개념도이다.

도시된 바와 같이, 미리 설정된 측정점들에서 형강의 높이가 측정되면 이러한 측정값들(P1, P2 및 P3)과 형강의 형상에 관한 자료(12)를 가지고 형강(10)의 자세와 위치를 계산할 수 있다. 이러한 측정 결과의 신뢰도를 높이기 위해서, 각 측정점들에서의 측정은 적어도 3회 실시되어 측정값들 중 오차로 인하여 많은 편차를 가지는 값들을 버리고 나머지 값들의 평균을 계산하는 필터링의 과정을 거치는 것이 바람직하다.

첨부 도면 중 도 5는 본 발명에 따른 형강 자동절단장치의 형강 절단방법의 흐름도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 절단 방법은 크게 세 단계로 이루어 진다.

레이저 거리센서로 형강의 높이를 측정하는 단계 1)과 측정한 결과값으로 형강의 위치와 자세를 계산하고 이를 토대로 절단경로 프로그램을 생성하는 단계 2)와 상기 절단경로 프로그램에 따라 로봇팔을 제어하여 형강을 절단하는 단계 3)을 포함한다.

좀더 상세히 설명하면, 단계 1)에서는 로봇팔이 미리 지정된 측정 위치로 이동하고 그 위치에서 형강의 높이를 측정한다. 이러한 높이의 측정은 적어도 3회 실시되어 다른 값들과 차이가 많이 나는 측정값은 오차로 인한 것으로 간주하고 이러한 값들을 제외하고 나머지 값들로부터 평균 값을 구한다. 다음으로 다음 측정위치로 이동하여 측정을 실시한다. 이렇게 모든 측정위치들에서 측정값이 구해지면, 이를 토대로 단계 2)의 계산이 진행된다. 형강의 위치 및 자세의 계산은 앞서 도 4에서 설명한 바와 같이 이루어지며, 이렇게 계산된 측정위치와 자세에 따라서 절단경로를 결정하여 절단경로 프로그램을 생성한다. 단계 3)에서는 생성된 프로그램에 따라서 로봇팔이 이동하며 로봇팔의 일측에 부착되어 있는 절단용 토치로 형강의 절단이 수행된다. 로봇팔 제어부와 상위 제어부를 별도로 분리하는 이유는 로봇팔의 제어를 위해서는 비교적 낮은 레벨의 기계어가 사용되는데 이러한 기계어는 사용에 있어서 불편함이 많다. 본 발명과 같이 상위 제어부를 별도로 구비하게 되면, 로봇팔 제어부에서는 로봇팔의 제어를 위한 기계어를 사용하고 상위제어부는 비교적 사용이 용이한 고급 언어를 사용할 수 있게 된다.

이러한 본 발명은, 계측 값들을 가지고 형강의 정확한 위치와 자세를 계산하여 그 결과를 토대로 절단경로 프로그램을 생성하고 이에 따라 절단 작업이 이루어지므로 절단의 정도를 향상 시킬수 있다.

또한, 계측지점의 수를 감소시키는 대신 그 지점에서의 계측 값의 신뢰도를 높임으로 인해서 정확성을 향상시키고, 계측지점의 수의 감소로 인한 계측 시간을 단축 함으로 인해서 작업전체의 속도를 향상시키는 효과도 있다.

Claims (3)

1. 각종 형강을 소정의 규격으로 절단하기 위한 형강 자동절단장치에 있어서,

   레이저 거리센서에서 측정된 데이터 값을 가지고 형강의 위치와 자세를 판단하여 로봇팔의 절단경로 프로그램을 생성하는 상위제어부;

   상기 상위제어부에서 생성한 상기 절단경로 프로그램을 전송받아 로봇팔의 동작을 제어하는 로봇팔제어부;

   상기 로봇팔제어부의 제어 신호에 따라 움직이는 로봇팔;

   상기 형강과 로봇팔의 거리를 측정하기 위하여 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 레이저 거리센서; 및

   상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 절단용 토치를 포함하는 형강 자동절단장치.
2. 레이저 거리센서에서 측정된 데이터 값을 가지고 형강의 위치와 자세를 판단하여 로봇팔의 절단경로 프로그램을 생성하는 상위제어부, 상기 상위제어부에서 생성한 프로그램으로 로봇팔의 동작을 제어하는 로봇팔제어부, 상기 로봇팔제어부의 제어 신호에 따라 움직이는 로봇팔, 상기 형강과 로봇팔의 거리를 측정하기 위하여 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 레이저 거리센서 및 상기 로봇팔의 일측에 구비되어 있는 절단용 토치를 포함하는 형강 자동절단장치로 형강을 절단하는 방법에 있어서,

   1) 상기 레이저 거리센서가 미리 설정된 소정의 측정위치에서 형강의 높이를 측정하는 단계;

   2) 단계 1)에서 측정한 높이 데이터들을 이용하여 상기 상위제어부에서 상기 형강의 위치와 자세를 계산하고, 이에 따른 절단경로를 결정하여 절단경로 프로그램을 생성하여 이 절단경로 프로그램을 상기 로봇팔제어부로 전송하는 단계; 및

   3) 단계 2)의 절단경로 프로그램에 따라 상기 로봇팔이 이동하면서 상기 절단용 토치로 형강을 절단하는 단계를 포함하는 형강 자동절단장치의 형강 절단방법.
3. 제 2항에 있어서,

   단계 1)의 계측은 적어도 3회 실시되어, 계측값들 중 주변의 영향으로 인한 오차로 인하여 편차가 큰 값들을 버리고, 나머지 값들의 평균값을 사용하는 것을 특징으로 하는 형강 자동절단장치의 형강 절단 방법