KR20060077598A - 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템의 교정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 비젼 시스템의 가시 영역 내에 교정을 위한 V형 블록을 설치하여 레이저를 블록의 홈에 조사 후 카메라를 이용하여 영상 좌표 값을 추출하고 이 좌표 값을 레이저로 포인팅한 블록 상의 이미 알려진 좌표로 변환하여 매트릭스 값을 구하도록 한 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템의 교정 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 교정 장치는 상기 레이저 비젼 시스템을 로봇의 해당 부분에 실장하고, 레이저 비젼의 가시 영역 내의 기 설정된 공간상의 6 개 이상의 포인트의 위치를 레이저로 포인팅한 후 카메라를 이용하여 촬영된 영상에서의 좌표 값을 선정하고, 좌표 값들은 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해주는 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구하는 컴퓨터를 설치하여 구성되며, 교정 방법은 레이저 비젼 시스템을 로봇의 해당부분에 실장한 후, 피사체 상의 레이저 비젼의 가시 영역 내에 기 설정된 공간상의 6 개 이상의 포인트의 위치를 레이저로 포인팅한 후 카메라를 이용하여 촬영된 영상에서의 좌표 값을 선정하고, 선정된 영상상의 좌표 값들은 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해주는 3×4 사이즈의 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구함으로써 완성된다.

레이저 비젼 시스템(LVS), 교정, 로봇

Description

로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템의 교정 장치 및 방법{A calibration equipment and method of laser vision system using 6-axis robot}

도 1은 본 발명에 따른 레이저 비젼 시스템 교정장치의 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 레이저 비젼 시스템 교정장치의 일 예를 도시한 측면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 레이저 비젼 시스템 교정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

10 : 용접로봇 20 : 레이저비젼시스템

30 : 피사체 50 : 제어기

100 : 컴퓨터

본 발명은 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템의 교정 장치 및 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 레이저 비젼의 가시 영역 내의 공간상에 알려진 3차원 포인트의 위치를 레이저로 포인트 한 후 카메라를 이용하여 영상 좌표 값을 추출하고 이 좌표 값을 레이저로 포인팅한 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해주는 매트릭스 값을 구하도록 한 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템의 자동 교정 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 용접용 다축 로봇은 용접선을 추적하기 위한 레이저 비젼 시스템(Laser Vision System : LVS 이하, 'LVS'라 칭함)을 구비하고 있다.

이 용접용 로봇의 끝단에 설치되어 용접선 추적용 LVS는 CCD 카메라와 레이저 다이오드 모듈로 구성되며, 조립후 기본적으로 교정(calibration) 과정을 거친 후 사용된다.

기존의 LVS 교정 방법은 수동으로 이루어지며, 교정 지그(jig)에 LVS를 고정시킨 후 V형 홈을 가진 블록의 위치를 LVS의 가시 영역 내의 미리 정해진 위치에 일일이 이동시키면서 포인트 단위로 측정한 후, 포인트의 좌표 값을 이용해 교정 메트릭스(matrix)를 계산하는 방식이 이용되고 있다.

그러나 이렇게 블록을 이동시키며 좌표 값을 구하는 방법은 좌표 값의 필요 개수에 따라 많은 시간을 요구하며, 이동 과정에서 경로를 벗어나거나 하는 등의 실수를 할 경우 LVS 교정이 정확하게 이루어지지 않아 이후 용접로봇의 구동시 정확한 위치에 용접을 수행하지 못하는 문제가 있었다.

또한 잦은 사용으로 인한 지그의 마모로 정밀도를 보장하기 힘든 문제가 있 었다.

또한, 상기한 바와 같이 V형 홈을 갖는 블록을 이동시키며 교정된 LVS를 로봇에 장착하여 사용할 때 로봇과 LVS 상호간에 존재하는 물리적 위치의 오차는 보상 할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로 LVS를 용접로봇에 직접 설치한 상태에서 피사체를 대상으로 레이저를 조사하여 얻어진 좌표 값을 이용하여 교정 메트릭스를 계산함으로서 정확한 좌표 값을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 LVS의 교정이 실제 상황과 동일한 환경에서 이루어지게 함으로서 실장되었을 때 오차를 줄일 수 있는 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템의 교정 방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 레이저 비젼 시스템을 로봇의 해당 부분에 실장하고,

피사체의 레이저 비젼의 가시 영역 내의 기 설정된 공간 상의 6 개 이상의 포인트의 위치를 레이저로 포인팅한 후 카메라를 이용하여 촬영된 영상에서의 좌표 값을 선정하고, 선정된 영상상의 좌표 값들을 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해주는 3ㅧ4 사이즈의 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구하는 컴퓨터를 설치하여 구성되는 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템 교정 장치에 의해 이루어진다.

또한 본 발명의 목적은 레이저 비젼 시스템의 교정 방법에 있어서, 레이저 비젼 시스템을 로봇의 해당부분에 실장한 후, 피조물의 레이저 비젼의 가시 영역 내의 기 설정된 공간상의 3개 이상의 포인트의 위치를 레이저로 포인팅한 후 카메라를 이용하여 촬영된 영상에서의 좌표값을 선정하고, 선정된 영상상의 좌표값들은 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해주는 3×4 사이즈의 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구함에 의해 이루어지는 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템 교정 방법에 의해 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템 교정 장치 및 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템 교정 장치는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 용접로봇(10)에 설치된 레이저 비젼 시스템(20)을 구비하고 있다.

상기 레이저 비젼 시스템(20, LVS)은 고도의 정밀도를 갖는 센서의 한 종류로서 고정밀도의 교정을 요구한다.

상기 레이저 비젼 시스템(20)은 종래와 동일 유사한 구조와 기능을 갖는 센서의 한 종류로서 CCD 카메라와 레이저 다이오드 모듈로 구성된다.

상기 레이저 비젼 시스템(20)의 레이저 다이오드 모듈은 가시 영역 내의 기 설정된 공간상의 3차원 포인트의 위치를 포인팅하고, 상기 CCD 카메라는 영상을 촬영하며, 컴퓨터(100)에서 상기 3차원 포인트의 영상에서의 좌표 값을 얻어낸다.

또한, 상기 컴퓨터(100)는 레이저 비젼 시스템의 교정을 위한 교정프로그램이 탑재된 통상의 컴퓨터이며, 용접 로봇을 제어하기 위한 제어용 컴퓨터는 도 1에서 제어기(50)로 표시되며, 이는 LVS용 컴퓨터(100)와 시리얼 통신에 의해 연결된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템 교정 장치를 이용하여 레이저 비젼 시스템을 교정하는 방법을 아래에서 상세하게 설명한다.

레이저 비젼 시스템(20)으로부터 읽혀진 영상 및 좌표값을 처리하는 전산 과정은 종래와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 로봇을 이용한 레이저 비젼 시스템 교정 방법은 레이저 비젼 시스템(20)을 로봇의 해당 부분에 실장한다.

상기 레이져 비젼 시스템(20)이 실장되는 위치는 용접토치의 윗 부분 일측으로 용접시 피 용접물의 용접부위를 잘 비출 수 있는 위치이다.

설치된 레이저 비젼 시스템의 레이저 다이오드 모듈을 이용하여 가시 영역 내의 기 설정된 공간상의 6 개 이상의 포인트의 위치를 포인팅하고, CCD카메라를 이용하여 촬영된 영상에서 상기 포인팅된 위치의 좌표값을 선정한다.

선정된 영상상의 6 개의 좌표 값들을 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해줄 수 있는 3×4 사이즈의 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구한다.

공간상의 3차원 포인트의 위치로 옮겨주는 방법은 로봇을 이용하여 일괄 처리(batch processing)함으로써 수동 작업시 낭비되는 시간을 줄일 수 있고, 또한 수동 지그의 정밀도 문제도 해결할 수 있다.

또한, 공간상의 포인트 개수 역시 필요 정밀도에 따라 시간의 구애를 받지 않고 증가시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라, 로봇에 직접 부착 설치된 레이저 비젼 시스템을 통해 교정을 하기 때문에 로봇에 레이저 비젼 시스템을 장착한 후에도 실제와 동일한 용접선 추적이 가능하며 물리적 위치의 차이에 따른 오차를 감소시킬 수 있다.

상기와 같이 구성되고 상기와 같은 방법에 의해 교정이 이루어진 레이저 비젼 시스템은 용접 로봇에 직접 장착된 상태에서 실제와 동일한 상황에서 교정이 이루어지므로 용접 로봇에 장착되었을 때 오차의 발생을 줄일 수 있다.

또한, 용접로봇을 이동시켜 포인트를 선정함으로 보다 정밀한 포인트 선정을 할 수 있으며, 이에 따라 보다 정밀한 교정을 이룰 수 있다.

Claims (3)

1. 레이저 비젼 시스템의 교정 방법에 있어서,

   레이저 비젼 시스템을 로봇의 해당 부분에 실장한 후, 레이져 비젼의 가시 영역 내에서 로봇을 이동시키면서 블록 상에 레이져를 조사해 6 개 이상의 포인트를 카메라를 이용하여 촬영된 영상에서의 좌표 값을 추출하고, 추출된 영상상의 좌표 값들을 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해줄 수 있는 3×4 사이즈의 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구함에 의해 이루어지는 로봇의 레이저 비젼 시스템 교정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 3개의 포인트 위치를 설정하는 방법은 로봇을 이동시켜 일괄 처리함을 특징으로 하는 로봇의 레이저 비젼 시스템 교정 방법.
3. 레이저 비젼 시스템의 장치에 있어서,

   상기 레이저 비젼 시스템을 로봇의 해당 부분에 실장하고, 피사체의 레이저 비젼의 가시 영역 내의 기 설정된 공간상의 6 개 이상의 포인트의 위치를 레이저로 포인팅한 후 카메라를 이용하여 촬영된 영상에서의 좌표값을 선정하고, 선정된 영 상 상의 좌표값들은 3차원 공간상의 원래 좌표로 변환해주는 3×4 사이즈의 매트릭스의 앨리먼트(elements)값을 구하는 컴퓨터를 설치하여 구성되는 로봇의 레이저 비젼 시스템 교정 장치.

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