KR20060036331A - 연속컨베이어 기반 차체 위치계측시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컨베이어가 정지없이 움직이고 있는 상태에서도 행거에 안착되어 이송되는 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 센싱시스템으로 계측하여, 로봇시스템이 보정된 궤적에 의하여 실링이나 도장 작업 등을 정교하게 수행할 수 있도록 고안된 위치 계측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 위치 계측 시스템은 차체의 특징점 위치 계측을 통하여, 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 계측하기 위한 시각장치부와, 시각장치부에 의하여 계측되어진 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 이용하여 차체 UBS(Underbody Sealing) 작업이나 RPP(Rocker Panel Primer) 및 데드너(Deadner) 도장작업 등을 수행하는 주행장치(Carriage)가 부착되어진 복수 개의 로봇시스템부와, 연속컨베이어상에서 행거에 안착되어 이송중인 차종신호를 입력받아 차체 진입 시점을 검출하고, 시각시스템과의 통신을 통하여, 이동중인 차체 위치 계측 및 로봇에 의한 보정작업이 순차적으로 진행되도록 상기 구성들을 제어하는 중앙제어장치부가 구비된다.
위치계측시스템, 연속컨베이어, 스테레오 카메라, 다관절 로봇

Description

연속컨베이어 기반 차체 위치계측시스템 및 그 방법{The automotive position measuring system on a continuously moving conveyor and method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 연속 컨베이어상에서의 차체 위치계측시스템의 실시예를 도시한 블록도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 - 연속컨베이어 12 - 행거
13 - 거리측정센서 14 - 반사경
20 - 로봇제어기 21 - 주행축
22 - 로봇 24 - 카메라
30 - 시각장치부 31 - 중앙제어장치부
32 - LS
본 발명은 컨베이어가 정지없이 움직이고 있는 상태에서도 행거에 안착되어 이송중인 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 센싱시스템으로 계측하여, 로봇이 보정된 궤적에 의하여 실링이나 도장 작업 등을 정교하게 수행할 수 있도록 고안된 위치 계측 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 카메라 장착 스탠드 및 주행장치가 부착되어진 복수 개의 다관절 로봇(Robot) 몸체에 스테레오 카메라를 장착한 후 컨베이어로 이송되어 로봇 작업공간으로 진입되어진 차체에 있는 복수 개의 특징점에 대한 3차원 위치를 특징점에 대한 패턴인식 및 스테레오 정합방식에 의하여 각기 계측하여, 복수개의 차체 특징점으로 구성되는 차체 기준축의 3차원 위치 및 자세 변화량을 계측함으로써, 로봇이 보정된 궤적에 의하여 실링이나 도장작업 등을 정교하게 수행하도록 고안된 위치 계측시스템 및 그 계측방법에 관한 것이다.
종래 수행되고 있는 차체 위치 계측시스템은, 차체가 오버헹잉 행거에 안착되어진 채로 컨베이어에 의하여 로봇 작업공간으로 진입되면, 센싱시스템에 의한 안정된 차체 위치 계측과 로봇에 의한 정교한 작업을 위하여, 차체 작업라인을 중앙관리하는 PLC제어에 의하여 컨베이어를 일시 정지시킨 후, 진입된 차체의 초기 위치 잡기 및 행거 움직임을 막기 위하여, 컨베이어 상단부에 부가적으로 장착한 클램핑 장치에 의하여, 행거를 클램핑하게 된다.
PLC는 차체가 안착된 채로 진입된 행거를 일시 정지할 때 및 행거의 클램핑 과정에서 발생하게 되는 행거의 흔들림 현상이 감소될 때까지 일정시간 대기한 후 로봇시스템 및 위치 계측 센싱시스템과의 통신을 통하여 차종별로 설정되어 있는 차체 특징점 계측 위치로 로봇을 이동케하는 것과, 센싱시스템이 진입한 차체 특징점의 3차원 위치 계측을 통하여 진입된 차체 기준축에 대한 3차원 위치 및 자세 변 화량을 산출하여 로봇으로 전송케하는 작업을 순차적으로 진행토록 하여 로봇시스템으로 하여금 보정된 궤적에 의하여 실링이나 도장 작업 등을 정교하게 수행할 수 있도록 운영하는 방법인 컨베이어 Go and Stop 방법이 대부분을 차지한다.
상술한 바와 같이 종래 일반적으로 활용되고 있는 컨베이어 Go and Stop 방법에 의한 실링이나 도장 작업의 경우, 센싱시스템에 의한 안정된 차체 위치 계측과 로봇에 의한 정교한 실링이나 도장작업을 위하여 컨베이어를 일시 정지시킨 상태에서 클램핑 장치로 행거를 클램핑 한 후, 클램핑 과정에서 발생되는 행거의 흔들림 현상이 감소될 때까지 일시 대기하였다가 센싱시스템에 의한 차체 위치 계측 작업을 수행하게 되므로, 차체 위치 계측 및 로봇에 의한 정교한 UBS(Under body Sealing) 등의 작업이 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 상술한 컨베이어 Go and Stop 방법에 의한 실링 로봇시스템이 구축되어 있지 않은 기존의 자동차 도장라인의 경우, 컨베이어가 연속으로 이동하고 있는 상태에서 다수의 작업자에 의하여 오버헹잉 행거에 안착되어 이송중인 차체의 UBS작업을 일정 UPH(Unit per Hour)에 맞추어 수작업으로 수행하고 있음에 따라, 상술한 컨베이어 Go and Stop 방법에 의한 UBS 작업을 위한 위치계측시스템을 자동차 도장라인에 적용하여 운용하여야 할 경우 기존에 설치되어 있던 연속컨베이어 시스템을 행거 포지셔닝 및 유동을 방지하기 위한 클램핑 장치와 행거의 수동 혹은 자동 주행제어가 가능한 서보장치부로 구성되는 Go and Stop 방식의 동작이 가능한 컨베이어로 개조하여 구축하여야 하는 등 추가적인 시스템 구축비용이 소요되어야 하며, 생산 효율 측면에서 볼 때도 UBS 작업은 타 작업에 비하여 로봇에 의한 작업 부위가 많기 때문에 컨베이어 일시 정지후 행거 흔들림이 감소할 때까지 로봇이 약 10초 정도 아무런 작업도 없이 대기해야 하는 것은 로봇의 작업 싸이클 타임 단축에 적지 않은 부담으로 작용하게 되는 단점이 있다.
따라서, 작업자의 수작업으로 차체의 UBS작업을 장기간 반복 수행할 경우, 작업자에게 근골격계 질환이 발생될 수도 있기에, 상술한 컨베이어 Go and Stop 방법에 기반한 차체 UBS 로봇시스템을 실링공정에 구축하여온 자동차 생산업체들에게 있어서, 컨베이어를 정지하지 않고도 행거에 안착되어 이송되는 차체에 대한 UBS 작업을 로봇시스템으로 적용이 가능한지에 대한 검토작업이 추진되고 있다.
이러한, 연속컨베이어상에서 차체의 UBS 작업을 로봇시스템으로 수행하기 위하여 반드시 해결하여야 할 기술적 과제로서는, 연속컨베이어 상에서 행거에 안착되어 이송되는 차체내 복수개의 특징점에 대한 3차원 위치를 센싱시스템으로 계측하여 산출한 복수 개의 차체 특징점간의 거리값과 컨베이어를 정지시킨 상태에서 센싱시스템으로 계측하여 산출한 차체 특징점간의 거리값의 차이가 허용오차범위내로 들어올 수 있도록 복수 개의 특징점에 대한 영상을 순간적으로 획득하여, 차체 기준축에 대한 3차원 위치정보를 정밀하게 산출할 수 있는 영상처리 기술과, 차체가 이동중인 상태에서 계측한 기준 차체에 대한 진입 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 이용하여 로봇이 작업공간내에서 컨베이어 서징현상에 대응하면서도 실링궤적을 보정하여 정교한 실링 작업을 수행할 수 있도록 하는 로봇 보정기술이 요구된다.
본 발명의 목적은 연속으로 움직이고 있는 컨베이어상에서 오버행잉 행거에 안착되어 이동하고 있는 차체내 복수개의 특징점의 3차원 위치 및 자세정보를 차체의 일시적인 정지 작업없이도 영상처리장치를 이용하여 순간적으로 계측함으로써, 연속 컨베이어상에서도 종래 방법에 의한 차체의 일시적인 정지 작업 없이도 로봇에 의한 차체의 UBS 및 도장작업을 원활하게 수행할 수 있는 차체 위치계측시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연속컨베이어 기반 차체 위치계측시스템은,
차체의 특징점 위치 계측을 통하여, 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 계측하기 위한 시각장치부와,
상기 시각장치부에 의하여 계측되어진 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 이용하여 차체 UBS(Underbody Sealing) 작업이나 RPP(Rocker Panel Primer) 및 데드너(Deadner) 도장 작업 등을 수행하는 주행장치(Carriage)가 부착되어진 복수 개의 로봇시스템부와,
연속 컨베이어상에서 행거에 안착되어 이송중인 차종신호를 입력받아 차체 진입 시점을 검출하고, 상기 시각장치부와의 통신을 통하여 이동중인 차체 위치계측 및 로봇에 의한 보정작업이 순차적으로 진행되도록 상기 구성들을 제어하는 중앙제어장치부가 구비된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 연속컨베이어상에서의 차체 위치계측시스템의 실시예를 도시한 블록도이다.
상기 도 1에 의하면, 연속컨베이어(10)에 차체를 이송시키는 다수의 오버행잉 행거(12)가 구비되어 있다.
상기 연속컨베이어(10)의 주변에는 이송중인 차종신호를 입력받아 차체 진입 시점을 검출하는 LS센서(32)가 설치되어 있고, 각 오버행잉 행거(12)에는 반사경(14)이 설치되어진다.
또한, 레이저 거리센서 즉, 거리측정센서(13)가 오버행잉 행거 이동시에도 간섭을 받지 않는 위치와 자세로 작업공간 상단부에 고정 설치되어 상기 반사경(14)으로 레이저를 발사하여 수신정보로부터 차체까지의 거리정보를 측정하여 후술될 시각장치부(30)로 보내지게 된다.
상기 시각장치부(30)는 3대 이상의 싱글 카메라 혹은 스테레오 카메라와 상술한 복수개의 카메라로부터 동시에 영상획득이 가능한 영상보드가 설치되어진 PC 시스템으로 구성되며, 상기 시각장치부(30)는 동시에 3대 이상의 카메라로부터 영상획득 및 영상처리 작업 기능을 가지면서 거리측정센서(13)로부터 전송되어진 행거의 현 위치정보를 각 로봇시스템부로 전송하는 역할 및 카메라를 이용하여 계측되어진 차체의 위치 및 자세정보를 로봇시스템부로 전송하게 된다.
상기 로봇시스템부는 컨베이어 동기에 맞추어 로봇이 주행작업을 수행할 수 있도록 주행축(Carriage)(21)이 부착되어진 2대 이상의 로봇본체(22)와 제어기(20) 로 구성되어 설치되어 있다.
상기 각 로봇(22)은 주행축(21)상에서 상기 컨베이어(10)의 동기 동작에 의하여 움직이며, 상부에는 카메라(24)가 설치되어 있다.
상기 카메라(24)는 싱글 혹은 스테레오 카메라로 구성되며, 차종별로 설정되어진 차체 특징점의 위치로 로봇을 이동하여 특징점 영상을 획득하게 된다.
즉, 행거(12)에 의해 이동하는 차체내에 설정되어진 차체 특징점 패턴을 카메라(24)로 찍어 그 위치를 파악하고, 차체 안착 오차 및 이동에 따른 흔들림으로 인하여 발생하게 되는 차체 위치를 보정하면서 로봇(22)이 함께 움직이면서 작업을 수행하게 된다.
따라서, 상기 카메라(24)와 PC를 차체의 특징점 위치 계측을 통하여 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 계측하기 위한 시각장치부(30)라고 하며, 상기 시각장치부(30)에 의하여 계측되어진 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 이용하여 차체의 UBS작업이나 RPP 및 데드너 도장 작업 등을 수행하게 된다.
또한, 상기 연속컨베이어(10)상에 설치된 거리측정센서(13)와 행거(12)에 설치된 반사경(14)을 통해 행거(12)에 안착되어 이송중인 차체 위치를 검출하고, 상기 로봇제어기(20)와 시각장치부(30)와의 통신을 통하여 이동중인 차체 위치계측 및 로봇(22)에 의한 보정작업이 순차적으로 진행되도록 상기 구성들을 제어하는 PLC중앙제어장치부(31)가 설치되어 있다.
상기 도면에 의하면, 상기 행거(12)에 설치된 반사경(14)과 이에 레이저를 쏘아 거리를 측정하는 거리측정센서(13)를 통해 연속컨베이어(10)상에서 행거(12) 에 안착되어 이송되는 차체내 복수개의 특징점에 대한 3차원 위치를 센싱시스템으로 계측하여 산출한 복수개의 차체 특징점간의 거리값과 컨베이어를 정지시킨 상태에서 센싱시스템으로 계측하여 산출한 차체 특징점간의 거리값의 차이가 허용오차범위내로 들어올 수 있도록 복수개의 특징점에 대한 영상을 순간적으로 획득한다.
상기 획득한 정보를 이용하여 차체 기준축에 대한 3차원 위치정보를 정밀하게 산출할 수 있는 영상처리 기술과, 차체가 이동중인 상태에서 계측한 기준차체에 대한 진입차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 이용하여 로봇(22)이 작업공간내에서 컨베이어 서징현상에 대응하면서도 실링 궤적을 보정하며 정교한 실링 작업을 수행할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 연속컨베이어(10) 기반 차체 위치 계측시스템을 이용하여 연속컨베이어(10)상에서 종래 방법과 같은 차체의 일시적인 정지 작업없이도 이동중인 차체에 대한 로봇(22)의 차체 UBS, RPP 및 데드너 도장 작업을 신속하면서도 안전하게 자동 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 연속컨베이어(10) 기반 차체 위치계측시스템에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은, 카메라 장착 스탠드 및 주행장치가 부착되어진 복수개의 다관절 로봇(Robot) 몸체에 싱글카메라 혹은 스테레오 카메라를 장착한 후 컨베이어로 이송되어 로봇 작업공간으로 진입되어진 차체에 있는 복수개의 특징점에 대한 3차원 위치를 특징점에 대한 패턴인식 및 스테레오 정합방식에 의하여 각기 계측하여 복수개의 차체 특징점으로 구성되는 차체 기준축의 3차원 위치 및 자세 변화량을 계측함으로써, 로봇이 보정된 궤적에 의하여 실링이나 도장작업 등을 정교하게 수행할 수 있는 장점이 있다. 즉, 이동중인 차체에 대한 로봇에 의한 차체 UBS 및 도장작업을 신속하면서도 안전하게 자동 수행할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 차체의 특징점 위치 계측을 통해 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량을 계측하는 시각장치부;
    상기 시각장치부에 의하여 계측되어진 차체의 3차원 위치 및 자세 변화량과 컨베이어 동기 위치 추적 정보를 이용하여 연속 컨베이어상에서 차체 이동중에도 차체 UBS작업이나 RPP 및 데드너 도장 작업을 수행하도록 주행장치가 부착되면서 컨베이어 엔코더 리더 및 주행축 제어가 가능한 복수 개의 로봇시스템부; 및,
    연속 컨베이어상에서 행거에 안착되어 이송중인 차종신호를 입력받아 차체 진입 시점을 검출한 후 상기 시각장치부와의 통신을 통하여 이동중인 차체 위치계측 및 로봇에 의한 보정작업이 순차적으로 진행되도록 상기 구성들을 제어하는 중앙제어장치부; 로 구성함을 특징으로 하는 연속컨베이어 기반 차체 위치 계측 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    오버행잉 행거 이동시 간섭이 없는 위치와 자세로 작업공간 상단부에 고정 설치되면서 후술하는 레이저 반사경으로 레이저를 발사한 후 반사되는 수신정보로부터 차체까지의 거리정보를 측정하여 시각장치부로 전송하는 거리측정센서,
    상기 거리측정센서로부터 발사되는 레이저를 반사시키도록 오버행잉 행거에 설치되는 반사경을 더 포함하여 구성함을 특징으로 하는 연속컨베이어 기반 차체 위치 계측 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시각장치부는,
    거리측정센서와 복수개의 싱글 혹은 스테레오카메라에 의하여 연속컨베이어상에서 행거에 안착되어 이송되는 차체내 복수개의 특징점에 대한 3차원 위치가 계측될 때, 복수개의 차체 특징점간의 거리값과 컨베이어를 정지시킨 상태에서 계측된 차체 특징점간의 거리값 차이가 허용오차범위내로 들어올 수 있도록 복수개의 특징점에 대한 영상을 순간적으로 획득하도록 구성함을 특징으로하는 연속컨베이어 기반 차체 위치 계측 시스템.
  4. 연속컨베이어 상에서 컨베이어 엔코더 펄스 정보를 읽는 단계;
    행거에 설치된 반사경으로 레이저를 발사하여 차체까지의 거리정보를 측정하는 과정을 주기적으로 수행하는 단계;
    상기 단계로부터 획득된 정보를 이용하여 컨베이어 서징을 통해 발생할 수 있는 행거의 현재 위치 변화량을 보상하면서 로봇 주행축의 컨베이어 동기 위치추적 범위를 허용오차범위내로 보정하는 단계; 및,
    상기 단계의 동기 위치 추적 보정을 통해 연속컨베이어상에서 행거를 일시 정지하는 작업없이도 차체가 행거에 안착되어 이동중인 상태에서 이동중인 차체의 위치계측작업과 차체 UBS작업이나 RPP 및 데드너 도장 작업을 수행하는 단계; 로 진행함을 특징으로 하는 연속컨베이어 기반 차체 위치 계측 및 보정 방법.
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