KR20060010389A - 3차원 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물의인식방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물의 인식방법에 관한 것이다.

본 발명은 계측대(1)에 자동마커생성장치가 설치된 제1갠트리(4)와 3D 계측장치가 설치된 제2갠트리(5)를 동시에 이동 가능하게 설치하고 계측대(1)의 작업 정반(2)위에 실제 작업 대상물(3)을 안착하여 상기 안착된 작업 대상물(3)의 일측에 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)를 위치시키는 작업 대상물 고정단계; 상기 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)가 특정 위치에서 정지된 상태에서 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 작업 대상물(3)의 횡방향쪽으로 한 스탭씩 단계적으로 이동시킴과 동시에 제1갠트리(4)의 자동마커생성장치로 작업 대상물(3)들을 구성하고 있는 부재들 각각의 표면 임의의 위치들에 대한 포인트를 생성하고 상기 생성된 포인트들을 이와 연동되는 제2갠트리(5)의 3D 계측장치로 3차원 점 데이터들을 측정하여 이로부터 3차원 데이터를 얻어내는 3차원 데이터 생성단계; 상기 3차원 데이터의 생성과정을 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)가 정지된 상태에서 작업 대상물(3)의 횡방향끝까지 단계적으로 이동하면서 반복적으로 수행한 다음 제1갠트리(3)과 제2갠트리(5)를 다음 위치로 이동시킨후 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)에 설치된 자동마커생성장치와 3D 계측장치를 역횡방향으로 이동시키면서 상기 3차원 데이터 생성과정을 수행하고 이와 같은 과정을 반복하면서 작업 대상물(3) 전체에 대한 종합적인 3차원 데이터의 계측을 완료하는 3차원 데이터 계측 완료단계; 상기 계측 완료된 3차원 데이터를 이용하여 작업 정반(2)위의 작업 대상물(3)에 대한 3D 포인트 클라우드를 통해 가상적인 작업 부재들을 형성하고 상기 형성된 각각의 가상 작업 부재들로부터 가상의 작업 대상물(3)을 형성하는 가상 작업 대상물 형성단계; 상기 형성된 가상의 작업 대상물(3)들로부터 실제 작업 대상물(3)의 형상 및 배치된 위치 그리고 방향 등을 결정하는 한편, 이를 이용하여 용접 자동화를 위한 로봇 자동 프로그램을 생성하는 로봇 자동 프로그램 생성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 작업자에 의한 작업 대상물의 형상판단 및 원점위치 측정과정을 생략하고 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 이용하여 작업 대상물을 용이하게 계측하고 상기 계측결과로부터 가상의 작업 대상물을 형성하며 상기 형성된 작업 대상물을 인식하여 이를 로봇 자동화를 위한 작업 프로그램의 생성이 가능하다.

또한 본 발명은 작업자의 추가 입력이 없이 작업 대상물의 위치 및 방향에 3D 데이터를 직접 얻을 수 있고 부재별 캐드 데이터가 필요 없으며 부재 인식 과정에서 수행되는 캐드 데이터와의 매칭 작업이 불필요할 뿐만 아니라 캐드 데이터의 오류 및 손상 등에 영향을 받지 않는 등의 계측을 위한 별도의 추가 작업이 필요 없는 매우 유용한 발명이다.

Description

3차원 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물의 인식방법{Cognition method of operation object automatic welding using three dimensions measuring method}

도 1은 본 발명의 인식방법을 설명하기 위한 도면

도 2는 본 발명의 측정방법을 설명하기 위한 도면

도 3은 종래의 측정방법을 설명하기 위한 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 계측대 2 : 작업 정반

3 : 작업 대상물 4 : 제1갠트리

5 : 제2갠트리

본 발명은 3D 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물의 인식방법에 관한 것이다.

본 발명은 작업자에 의한 작업 대상물의 형상판단 및 원점위치 측정과정을 생략하고 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 이용하여 작업 대상물을 용이하게 계 측하고 상기 계측결과로부터 가상의 작업 대상물을 형성하며 상기 형성된 작업 대상물을 인식하여 이를 로봇 자동화를 위한 작업 프로그램의 생성이 가능하도록 한 것이다.

종래의 용접 자동화를 위한 작업 대상물의 위치 및 형상결정과정은 작업자가 각각의 작업 대상물에 대한 형상을 판단하여 기본 프로그램을 호출한 후 각각에 대한 원점 위치를 작업자가 수동으로 측정하여 입력하거나 별도의 마커와 비전 카메라를 이용하여 계측 사용하였다. 이렇게 얻어낸 기준 위치로부터 각각의 부재들에 대한 위치를 변환하여 변환된 위치에 대한 작업 대상물의 로봇 용접 프로그램을 생성하여 작업에 이용하였다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 기존의 작업 대상물 인식 방법은 도 3에서와 같이 2D 비전 카메라 장치를 이용하여 각각의 영역을 촬영하고 이렇게 얻어진 영역별 영상들을 합성하여 작업 정반 전체의 영상을 얻는다. 이렇게 얻어진 전체 영상의 데이터와 DB내의 작업 대상물의 캐드 데이터 간의 패턴 인식을 통하여 영상내의 작업 대상물을 결정하고 최종적으로는 그 위치를 결정하는 방식이다. 이때 작업 대상물 자체의 결정에는 큰 문제가 없으나 작업 대상물의 위치 정밀도 향상을 위해서는 카메라의 해상도를 높여야 한다. 또한 카메라와 작업 대상물 간의 거리에 따라서 각각에서 얻어지는 영상에 대한 왜곡이 존재하며 따라서 해상도와 무관하게 위치 정밀도에 영향을 미친다.

더불어, 2D 비전 카메라 장치의 특성상 작업 대상물의 기준 높이에 대한 데이터를 얻어낼 수 없다. 따라서 측정이 완료된 후 패턴 인식을 수행하기 전에 작업 자가 모든 부재들에 대한 기준 높이를 일일이 입력을 해 줘야 하지만 작업 부재들의 X, Y, Z 축에 대한 회전변화가 있는 경우 작업자가 이를 측정하기가 상당히 어렵다.

마지막으로 작업 부재들의 Z 방향 투영 영상만으로 비교를 하기 때문에 투영 영상이 유사한 부재들간에 인식 오류 발생 가능성이 크다.

본 발명은 작업자에 의한 작업 대상물의 형상판단 및 원점위치 측정과정을 생략하고 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 이용하여 작업 대상물을 용이하게 계측하고 상기 계측결과로부터 가상의 작업 대상물을 형성하며 상기 형성된 작업 대상물을 인식하여 이를 로봇 자동화를 위한 작업 프로그램의 생성이 가능하도록 함을 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명은 계측대에 자동마커생성장치가 설치된 제1갠트리와 3D 계측장치가 설치된 제2갠트리를 동시에 이동 가능하게 설치하고 계측대의 작업 정반위에 실제 작업 대상물을 안착하여 상기 안착된 작업 대상물의 일측에 제1갠트리와 제2갠트리를 위치시키는 작업 대상물 고정단계; 상기 제1갠트리와 제2갠트리가 특정 위치에서 정지된 상태에서 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 작업 대상물의 횡방향쪽으로 한 스탭씩 단계적으로 이동시킴과 동시에 제1갠트리의 자동마커생성장치로 작업 대상물들을 구성하고 있는 부재들 각각의 표면 임의의 위치들에 대한 포인트를 생성하고 상기 생성된 포인트들을 이와 연동되는 제2갠트리의 3D 계측장치로 3차원 점 데이터들을 측정하여 이로부터 3차원 데이터를 얻어내는 3차원 데이 터 생성단계; 상기 3차원 데이터의 생성과정을 제1갠트리와 제2갠트리가 정지된 상태에서 작업 대상물의 횡방향끝까지 단계적으로 이동하면서 반복적으로 수행한 다음 제1갠트리과 제2갠트리를 다음 위치로 이동시킨후 제1갠트리와 제2갠트리에 설치된 자동마커생성장치와 3D 계측장치를 역횡방향으로 이동시키면서 상기 3차원 데이터 생성과정을 수행하고 이와 같은 과정을 반복하면서 작업 대상물 전체에 대한 종합적인 3차원 데이터의 계측을 완료하는 3차원 데이터 계측 완료단계; 상기 계측 완료된 3차원 데이터를 이용하여 작업 정반위의 작업 대상물에 대한 3D 포인트 클라우드를 통해 가상적인 작업 부재들을 형성하고 상기 형성된 각각의 가상 작업 부재들로부터 가상의 작업 대상물을 형성하는 가상 작업 대상물 형성단계; 상기 형성된 가상의 작업 대상물들로부터 실제 작업 대상물의 형상 및 배치된 위치 그리고 방향 등을 결정하는 한편, 이를 이용하여 용접 자동화를 위한 로봇 자동 프로그램을 생성하는 로봇 자동 프로그램 생성단계;로 이루어지는 3차원 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물의 인식방법을 제공함으로서 상기 목적을 달성하고자 한다.

본 발명은 계측대(1)에 자동마커생성장치가 설치된 제1갠트리(4)와 3D 계측장치가 설치된 제2갠트리(5)를 동시에 이동 가능하게 설치하고 계측대(1)의 작업 정반(2)위에 실제 작업 대상물(3)을 안착하여 상기 안착된 작업 대상물(3)의 일측에 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)를 위치시키는 작업 대상물 고정단계; 상기 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)가 특정 위치에서 정지된 상태에서 3D 계측장치와 자동마커 생성장치를 작업 대상물(3)의 횡방향쪽으로 한 스탭씩 단계적으로 이동시킴과 동시에 제1갠트리(4)의 자동마커생성장치로 작업 대상물(3)들을 구성하고 있는 부재들 각각의 표면 임의의 위치들에 대한 포인트를 생성하고 상기 생성된 포인트들을 이와 연동되는 제2갠트리(5)의 3D 계측장치로 3차원 점 데이터들을 측정하여 이로부터 3차원 데이터를 얻어내는 3차원 데이터 생성단계; 상기 3차원 데이터의 생성과정을 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)가 정지된 상태에서 작업 대상물(3)의 횡방향끝까지 단계적으로 이동하면서 반복적으로 수행한 다음 제1갠트리(3)과 제2갠트리(5)를 다음 위치로 이동시킨후 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)에 설치된 자동마커생성장치와 3D 계측장치를 역횡방향으로 이동시키면서 상기 3차원 데이터 생성과정을 수행하고 이와 같은 과정을 반복하면서 작업 대상물(3) 전체에 대한 종합적인 3차원 데이터의 계측을 완료하는 3차원 데이터 계측 완료단계; 상기 계측 완료된 3차원 데이터를 이용하여 작업 정반(2)위의 작업 대상물(3)에 대한 3D 포인트 클라우드를 통해 가상적인 작업 부재들을 형성하고 상기 형성된 각각의 가상 작업 부재들로부터 가상의 작업 대상물(3)을 형성하는 가상 작업 대상물 형성단계; 상기 형성된 가상의 작업 대상물(3)들로부터 실제 작업 대상물(3)의 형상 및 배치된 위치 그리고 방향 등을 결정하는 한편, 이를 이용하여 용접 자동화를 위한 로봇 자동 프로그램을 생성하는 로봇 자동 프로그램 생성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 3차원 데이터 생성단계에서 제2갠트리(5)의 3D 계측장치는 계측시 일정 각도로 회전 계측될 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명은 크게 작업 대상물 고정단계, 3차원 데이터 생성단계, 3차원 데이 터 계측 완료단계, 가상 작업 대상물 형성단계, 로봇 자동 프로그램 생성단계로 이루어져 있다.

본 발명 3차원 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물(3)의 인식방법은 사진 측량 기법을 이용하여 작업 대상물(3)의 배치 위치 및 방향을 구해내는 방법으로 요약될 수 있을 것이다.

본 발명은 실제 작업 대상물(3)이 작업 정반(2) 위에 배치되면 자동마커생성장치들을 이용하여 작업 대상물(3)들을 구성하고 있는 부재들 각각의 표면의 임의의 위치들에 포인트를 생성하게 되며 이렇게 생성된 포인트들을 3D 계측장치를 이용하여 계측하고 그 결과 3차원 점 데이터들을 얻어내게 된다.

상기와 같이 구해진 3차원 데이터들을 이용하여 가상적인 작업 부재들을 형성하고 형성된 가상 작업 부재들로부터 가상 작업 대상물(3)을 형성하게 되며 이렇게 형성된 가상 작업 대상물(3)들과 실제 작업 대상물(3)들의 3D 캐드 데이터를 비교하여 실제 작업 대상물(3)의 형상 및 배치된 위치, 방향 등을 결정하고 이를 이용하여 로봇 작업 프로그램을 생성하게 되는 것이다.

이는 종래 2D 비전 카메라 장치를 이용할 경우 부재들 각각에 대한 높이 성분을 구할 수 없기 때문에 작업자가 별도의 입력 작업을 수행해야 하지만 본 발명 3D 계측의 경우 그러할 필요가 없고 또한 2D 비전 카메라 장치는 외부 빛에 관련된 노이즈 등에 대단히 취약하여 별도의 차폐시설이 반드시 필요하고 작업 효율을 높이기 위해서 별도의 조명시설이 필요하지만 본 발명 3D 계측 장치는 어떠한 주변 환경에서도 사용이 가능하므로 별도의 추가 시설이 불필요한 장점이 있다.

계측대(1)에 작업 대상물(3)들이 올려진 작업 정반(2)이 용접 단계로 이동하게 되면 다음과 같은 순서에 의하여 작업 대상물 및 용접선을 인식하게 된다.

먼저 자동마커생성장치가 부착된 제1갠트리(4)가 도 1에서와 같이 제1위치로 이동되면서 제1갠트리(5)에 부착된 자동마커생성장치가 도 2의 제1위치로 이동하게 된다.

물론 3D 계측장치가 장착된 제2갠트리(5)도 도 1에서와 같이 제1위치로 이동되며서 제2갠트리(5)에 장착된 3D 계측장치도 도 2의 제1위치로 이동하게 되며 이때 제2갠트리(5)의 3D 계측장치는 도 2의 제1위치에서 고정된 상태로 일정 각도로 회전을 하면서 계측을 시작하게 되며 제2갠트리(5)의 3D 계측장치의 계측과 동기하여 제1갠트리(4)에 장착된 자동마커생성장치 또한 마커를 생성하게 된다.

한편, 3D 계측장치가 도 2의 제1위치에서 계측을 완료하게 되면 제1갠트리(4)의 자동마커생성장치 및 제2갠트리(5)의 3D 계측장치는 각각 도 2의 제2위치로 이동을 하게 되며 상기 도 2의 제2위치로 이동을 완료하게 되면 상기 제2갠트리(5)의 3D 계측장치는 도 2의 제2위치에서 고정된 상태로 일정 각도로 회전을 하면서 계측을 시작하게 되며 제2갠트리(5)의 3D 계측장치의 계측과 동기하여 제1갠트리(4)에 장착된 자동마커생성장치가 마커를 생성하게 되는 과정과 동일한 방법으로 계측을 완료하게 된다.

상기 방법을 반복수행하여 도 1의 제1위치에서 도 2의 제1위치에서 도 2의 제(n)위치까지의 계측이 완료가 되면 자동마커생성장치와 3D 계측장치는 상기 도 2의 제(n)위치에서 정지된 상태로 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)는 도 1의 제2위치로 이동하게 되며 상기 제2위치로의 이동이 완료되면 제2갠트리(5)의 3D 계측장치는 도 2의 제(n)위치에서 고정된 상태로 일정 각도로 회전을 하면서 계측을 시작하게 되며 제2갠트리(5)의 3D 계측장치의 계측과 동기하여 제1갠트리(4)에 장착된 자동마커생성장치는 마커를 생성하게 되고 이어서 3D 계측장치가 도 2의 제(n)위치에서 계측을 완료하게 되면 제1갠트리(4)의 자동마커생성장치 및 제2갠트리(5)의 3D 계측장치는 각각 도 2의 제(n-1)위치로 이동을 하게 되는 상기와 동일한 방법을 통해 이번에는 (n)위치에서부터 제1위치로 계측을 수행하게 된다.

상기 도 2의 제1위치까지의 역방향 계측이 완료되면 다시 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)는 그 위치를 도 1의 제3위치로 이동하여 상기 과정과 동일한 순서로 계측을 수행하게 되며 상기와 같이 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)의 자동마커생성장치 및 3D 계측장치가 이동을 해가면서 작업 정반(2)의 대상물(3) 전체에 대한 계측을 수행하게 되는 것이다.

이와 같이 전체 영역에 대한 계측이 완료되면 계측된 데이터들을 이용하여 작업 정반(2) 위의 작업 대상물(3)들에 대한 3D 포인트 클라우드를 형성하고 이로부터 각각의 가상 작업 부재들을 형성하게 되며 상기 가상 작업 부재들의 X, Y, Z 위치를 이용하여 해당되는 부재들끼리의 조합을 결정하고 이렇게 결정된 조합들을 이용하여 가상 작업 대상물(3)을 결정하게 되는 것이다.

본 발명은 작업자에 의한 작업 대상물의 형상판단 및 원점위치 측정과정을 생략하고 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 이용하여 작업 대상물을 용이하게 계 측하고 상기 계측결과로부터 가상의 작업 대상물을 형성하며 상기 형성된 작업 대상물을 인식하여 이를 로봇 자동화를 위한 작업 프로그램의 생성이 가능하다.

또한 본 발명은 작업자의 추가 입력이 없이 작업 대상물의 위치 및 방향에 3D 데이터를 직접 얻을 수 있고 부재별 캐드 데이터가 필요 없으며 부재 인식 과정에서 수행되는 캐드 데이터와의 매칭 작업이 불필요할 뿐만 아니라 캐드 데이터의 오류 및 손상 등에 영향을 받지 않는 등의 계측을 위한 별도의 추가 작업이 필요 없으며, 필요에 따라서 DB에 저장된 작업 대상물의 실제 캐드데이터와이 비교를 통해서 보다 정밀한 작업프로그램의 생성이 가능한 매우 유용한 발명이다.

Claims (1)

1. 계측대(1)에 자동마커생성장치가 설치된 제1갠트리(4)와 3D 계측장치가 설치된 제2갠트리(5)를 동시에 이동 가능하게 설치하고 계측대(1)의 작업 정반(2)위에 실제 작업 대상물(3)을 안착하여 상기 안착된 작업 대상물(3)의 일측에 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)를 위치시키는 작업 대상물 고정단계; 상기 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)가 특정 위치에서 정지된 상태에서 3D 계측장치와 자동마커생성장치를 작업 대상물(3)의 횡방향쪽으로 한 스탭씩 단계적으로 이동시킴과 동시에 제1갠트리(4)의 자동마커생성장치로 작업 대상물(3)들을 구성하고 있는 부재들 각각의 표면 임의의 위치들에 대한 포인트를 생성하고 상기 생성된 포인트들을 이와 연동되는 제2갠트리(5)의 3D 계측장치로 3차원 점 데이터들을 측정하여 이로부터 3차원 데이터를 얻어내는 3차원 데이터 생성단계; 상기 3차원 데이터의 생성과정을 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)가 정지된 상태에서 작업 대상물(3)의 횡방향끝까지 단계적으로 이동하면서 반복적으로 수행한 다음 제1갠트리(3)과 제2갠트리(5)를 다음 위치로 이동시킨후 제1갠트리(4)와 제2갠트리(5)에 설치된 자동마커생성장치와 3D 계측장치를 역횡방향으로 이동시키면서 상기 3차원 데이터 생성과정을 수행하고 이와 같은 과정을 반복하면서 작업 대상물(3) 전체에 대한 종합적인 3차원 데이터의 계측을 완료하는 3차원 데이터 계측 완료단계; 상기 계측 완료된 3차원 데이터를 이용하여 작업 정반(2)위의 작업 대상물(3)에 대한 3D 포인트 클라우드를 통해 가상적인 작업 부재들을 형성하고 상기 형성된 각각의 가상 작업 부재들로부터 가상의 작업 대상물(3)을 형성하는 가상 작업 대상물 형성단계; 상기 형성된 가상의 작업 대상물(3)들로부터 실제 작업 대상물(3)의 형상 및 배치된 위치 그리고 방향 등을 결정하는 한편, 이를 이용하여 용접 자동화를 위한 로봇 자동 프로그램을 생성하는 로봇 자동 프로그램 생성단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 계측방법을 이용한 용접 자동화 작업 대상물의 인식방법.

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