KR20100011585A - 용접선 추적 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 용접선 추적 장치는, 용접선 띠의 형성을 위해 용접선 영역에 조명을 제공하는 조명부와, 레이저 띠의 형성을 위해 용접선 영역에 레이저 광을 조사하는 레이저 광원과, 레이저 광원이 조사하는 용접선 영역과 조명이 제공되는 영역을 촬영하는 영상 촬영 수단과, 영상 촬영 수단에서 촬영된 영상을 처리하여 레이저 띠와 용접선 띠에 대한 데이터를 추출하는 이미지 프로세싱부와, 데이터를 토대로 용접선 정보를 추출하는 용접선 추출부를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 조명부를 통해 용접선, 즉 파이프간의 홈을 명확하게 하고, 레이저 다이오드를 이용하여 레이저 광을 조사한 상태에서 카메라로 촬영한 영상을 획득한 후 이를 이미지 프로세싱하여 얻은 데이터를 토대로 I-그루부 형태의 용접선 정보를 추출함으로서, I-그루부 형태의 용접선을 정확하게 획득할 수 있다.
I-그루브, 용접선, CVS, LVS

Description

용접선 추적 장치{APPARATUS FOR TRACKING WELDING LINE}
본 발명은 용접선 추적 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 I-그루부(groove) 형태의 용접선을 추적하기 위한 용접선 추적 장치에 관한 것이다.
산업 기술의 고도한 발전과 함께 근로 환경 또한 많은 개선이 이루어짐으로 인해, 용접과 같은 열악한 환경 하의 작업을 기피하는 현상이 만연하였다. 이러한 이유로 열악한 환경 하에서는 사람을 대신하여 로봇이 작업할 수 있도록 하는 여러 가지 자동화 장비가 출현되고 있다. 특히, 조선 산업에 있어서 용접은 융착하고자 하는 위치가 위험하고, 환경 또한 열악하여 자동화의 실현이 더욱 많이 요구되고 있다. 따라서, 선박의 선체 조립 공정의 자동화를 위하여 용접선을 자동으로 추적하는 기능은 필수적으로 구비되어야 하며, 이러한 기능에 의하여 용접 토치는 용접선에 정확하게 위치하여 양호한 용접 품질을 얻을 수 있게 되었다.
일반적으로 용접선 추적 장치는 용접 토치의 전단에 장착되며, 접촉식과 비접촉식으로 나누어진다. 이 중 비 접촉식 용접선 추적 장치로 레이저 비전 센서가 보편적으로 이용된다. 상기 레이저 비전 센서는 통상 레이저를 발사하는 레이저 다이오드와 상기 발사된 레이저가 피용접물에 반사되어 돌아오는 것을 받아들여 용접선을 감지하는 카메라로 구성되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 액화 천연 가스 운반선의 파이프용 용접선 추적 장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 레이저 비전 센서는 용접 토치(20)의 전면에서 용접 와이어(50)가 주입되고, 상기 용접 토치(20)와 상기 용접 와이어(50)와의 일직선상에 전방으로 소정의 거리만큼 이격되어 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드(30)가 장착되어 있다. 레이저 다이오드(30)의 전방에는 일정한 경사를 가지는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(10)가 장착되어 있다. 레이저 다이오드(30)에서 용접선(60) 방향으로 레이저 광(40)을 주사하고, 상기 용접선(60)에 반사된 후 다시 카메라(10)로 촬영된다.
액화 천연 가스 파이프는 재질이 스테인리스 강이므로 대부분 티그(TIG) 용접을 이용한다. 티그 용접이란 텅스텐 불활성 가스 용접으로, 용융점이 가장 높은 텅스텐 전극과 모제 사이에 아크를 일으키고, 용접 중 산하, 질화를 막기 위해 아르곤 가스로 용접부를 보호하는 용접이다.
도 2는 종래 레이저 비전 시스템을 통해 파이프의 용접선을 촬영한 도면이다.
도 2를 참조하면, 가운데 볼록하게 튀어나온 부분이 용접이 이루어진 비드 영역이며, 비드 영역을 제외한 수평으로 평행한 부분은 용접이 이루어지지 않는 영역이다. 따라서, 상기 비드 영역과 비용접 영역의 경계가 명확하게 인식되어야만 용접 부분에 대한 정확한 데이터가 획득될 수 있다.
즉, 스테인리스 강으로 이루어진 파이프의 V-그루브(groove)에 레이저 광원을 조사하고, 반사된 광을 밴드 패스 필터를 거쳐 흑백 CCD 카메라로 획득한 영상에 대한 이미지 프로세싱을 통해 용접선에 대한 정보를 추출한다.
종래의 레이저 비전 시스템을 이용한 용접선 추출 방법은 V-그루브를 추출하는데 용이하나, 최근 적용되는 I-그루브 상태에서 1패스 용접 방식, 즉 한 번의 용접 과정을 통해 파이프 연결하는 방식에서의 경우에는 연결 라인의 폭이 작기 때문에 용접선 추출에 어려움이 있다.
본 발명은 카메라 비전 센서(CVS : Camera Vision Sensor)와 레이저 비전 센서(LVS : Laser Vision Sensor)를 결합한 형태로 I-그루브의 용접선 정보를 추출하고자 한다.
본 발명의 용접선 추적 장치는, 용접선 띠의 형성을 위해 용접선 영역에 조명을 제공하는 조명부와, 레이저 띠의 형성을 위해 상기 용접선 영역에 레이저 광을 조사하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원이 조사하는 용접선 영역과 상기 조명이 제공되는 영역을 촬영하는 영상 촬영 수단과, 상기 영상 촬영 수단에서 촬영된 영상을 처리하여 상기 레이저 띠와 용접선 띠에 대한 데이터를 추출하는 이미지 프로세싱부와, 상기 데이터를 토대로 용접선 정보를 추출하는 용접선 추출부를 포함한다.
본 발명은 조명부를 통해 용접선, 즉 파이프간의 홈을 명확하게 하고, 레이저 다이오드를 이용하여 레이저 광을 조사한 상태에서 카메라로 촬영한 영상을 획득한 후 이를 이미지 프로세싱하여 얻은 데이터를 토대로 I-그루부 형태의 용접선 정보를 추출함으로서, I-그루부 형태의 용접선을 정확하게 획득할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 바람직한 실시 예에서는 조명부를 통해 용접선, 즉 파이프간의 홈을 명확하게 하고, 레이저 다이오드를 이용하여 레이저 광을 조사한 상태에서 카메라로 촬영한 영상을 획득한 후 이를 이미지 프로세싱하여 얻은 데이터를 토대로 I-그루부 형태의 용접선 정보를 추출하는 용접선 추적 장치에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 용접선 추적 장치를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 용접선 추적 장치는 용접 토치(100)의 전면에서 용접 와이어(110)가 주입되고, 용접 토치(100)와 용접 와이어(110)와의 일직선상에 전방으로 소정의 거리만큼 이격되어 레이저 광을 방출하는 레이저 다이오드(120)가 장착되어 있다. 레이저 다이오드(120)의 전방에는 일정한 경사를 가지는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(130)가 장착되어 있으며, 카메라(130)와 레이저 다이오드(120)에 사이에는 용접선(150) 일부분을 비쳐주기 위한 조명부(140)가 설치되어 있다.
또한, 본 발명의 용접선 추적 장치는 카메라(130)에서 촬영된 영상을 이미지 프로세싱 과정을 통해 데이터를 생성하는 이미지 프로세싱부(160), 이미지 프로세싱부(160)에서 생성된 데이터를 이용하여 용접선 정보를 추출하는 용접선 추출부(170) 및 용접선 추출부(170)에서 추출된 용접선 정보를 이용하여 용접 토치(100)를 제어하는 용접 토치 제어부(180)를 포함한다.
레이저 다이오드(120)에서 용접선(150) 방향으로 레이저 광(120a)을 주사하고, 조명부(140)에서 용접선(150) 부분에 조명을 비쳐준 상태에서 카메라(130)는 레이저 광(120a)이 주사된 부분과 조명이 비쳐진 용접선(150) 부분을 촬영한 후 촬영한 화면을 이미지 프로세싱부(160)에 출력한다.
조명부(140)는 레이저 광(120a)과 조명간의 간섭을 피하기 위해 레이저 광(120a)이 조사되는 부분과 다른 영역, 즉 카메라(130)에 의해 촬영될 수 있는 영역에 조명을 제공하는 수단으로서, 그 예로 LED(Light Emit Device) 조명을 들 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 용접선 추적 장치는 카메라(130)와 조명부(140)를 이용한 카메라 비전 센서를 구현하고, 카메라(130)와 레이저 다이오드(120)를 이용한 레이저 비전 센서를 구현하여 I-그루부 형태의 용접선(150)을 추적할 수 있 다.
도 4는 본 발명에 따른 용접선 추적 장치를 이용하여 용접선을 촬영한 데이터의 모습을 도시한 도면으로서, 파이프의 I-그루브 소정 부분에 레이저 광(120a)을 조사하고, 조명부(140)를 이용하여 파이프의 I-그루브에 빛을 비친 상태에서 CCD 카메라(130)로 획득한 영상을 이미지 프로세싱부(160)를 통해 처리한 상태의 도면이다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 이미지 프로세싱부(160)를 통해 처리된 데이터는 레이저 광(120a)의 조사를 통해 형성된 레이저 띠(A)와 조명부(140)의 조명을 통해 형성된 용접선 띠(B)로 구성된다.
이미지 프로세싱부(160)를 거친 데이터는 용접선 추출부(170)에 입력되면, 용접선 추출부(170)는 레이저 띠(A)와 용접선 띠(B)가 만나는 점을 추출하여 용접선 정보를 추출한다.
용접선 추출부(170)에서 추출되는 용접선 정보로는 파이프간의 거리와 심 포인트를 들 수 있는데, 파이프간의 거리는 용접선 띠(B)에서 위 부분의 제 1 직선(L)과 아래 부분의 제 2 직선(L')간의 거리이며, 제 1 직선(L)과 레이저 띠(A)가 만나는 제 1 점(P)과 제 2 직선(L')과 레이저 띠(A)가 만나는 제 2 점(P')이라고 할 때 심 포인트는 아래의 수학식1에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112008053697912-PAT00001
심 포인트 =
이와 같이 용접선 추출부(170)에 의해 추출된 용접선 정보는 용접 토치 제 어부(180)에 제공된다.
용접 토치 제어부(180)는 파이프간의 거리를 이용하여 용접 토치(100)에 공급되는 전류량을 제어하고, 심 포인트를 이용하여 용접 토치(100)의 위치, 즉 용접 토치(100)를 좌우로 이동시키는 수단, 예컨대 모터를 제어하여 용접 토치(100)의 위치를 제어하게 된다.
본 발명에 따르면, 조명부(140)를 통해 용접선, 즉 파이프간의 홈을 명확하게 하고, 레이저 다이오드(120)를 이용하여 레이저 광(120a)을 조사한 상태에서 카메라(130)로 촬영한 영상을 획득한 후 이를 이미지 프로세싱하여 얻은 데이터를 토대로 I-그루부 형태의 용접선 정보를 추출함으로서, 정확한 I-그루브 형태의 용접선을 추출할 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
도 1은 종래의 액화 천연가스 운반선의 파이프용 용접선 추적 장치를 도시한 도면이며,
도 2는 종래의 레이저 비전 시스템을 통하여 파이프의 용접선을 촬영한 데이터의 모습을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접선 추적 장치를 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 용접선 추적 장치의 이미지 프로세싱 과정을 통해 획득된 용접선 추적 데이터를 도시한 도면이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 용접 토치 110 : 용접 와이어
120 : 레이저 다이오드 130 : 카메라
140 : 조명부 150 : 용접선
160 : 이미지 프로세싱부 170 : 용접선 추출부
180 : 용접 토치 제어부

Claims (4)

  1. 용접선 띠의 형성을 위해 용접선 영역에 조명을 제공하는 조명부와,
    레이저 띠의 형성을 위해 상기 용접선 영역에 레이저 광을 조사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원이 조사하는 용접선 영역과 상기 조명이 제공되는 영역을 촬영하는 영상 촬영 수단과,
    상기 영상 촬영 수단에서 촬영된 영상을 처리하여 상기 레이저 띠와 용접선 띠에 대한 데이터를 추출하는 이미지 프로세싱부와,
    상기 데이터를 토대로 용접선 정보를 추출하는 용접선 추출부
    를 포함하는 용접선 추적 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접선 추출부는,
    상기 용접선 띠의 폭을 계산하여 파이프간의 거리를 계산하는 수단과,
    상기 용접선 띠와 레이저 띠가 만나는 부분의 중심점을 추출하여 심 포인트를 계산하는 수단
    을 포함하는 용접선 추적 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 용접선 추적 장치는,
    상기 파이프간의 거리를 이용하여 용접 토치에 공급되는 전류량을 제어하고, 상기 계산된 심 포인트를 토대로 상기 용접 토치의 위치를 제어하는 용접 토치 제어부
    를 더 포함하는 용접선 추적 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부는, LED 조명를 포함하는 특징으로 하는 용접선 추적 장치.
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