KR20100046550A - 로봇 드릴링 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로봇에 의한 드릴링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 로봇을 이용한 항공기 등의 조립 공정에서 로봇의 위치 공차를 보정 하고 형체력(CLAMPING 압력)에 의한 제품 변형 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이에 대하여 직각도 보정을 실시한 후 드릴 작업을 수행함으로써, 드릴링 품질 및 작업효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
정보수집 및 정보추출부, 정보처리부, 시각 시스템(VISION SYSTEM)부, 직각도 보정부, 측정부, 연산부, 제어부, 정보수집 및 정보추출 단계, 정보처리 단계, 로봇 위치공차 보정 단계, 직각도 보정 단계, 측정 단계, 연산 단계, 제어 단계.

Description

로봇 드릴링 시스템 및 그 방법{ROBOTIC DRILLING SYSTEM AND THE METHOD}
본 발명은 로봇 드릴링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기등의 조립 공정에서의 드릴링 작업시, 공차 보정 기술과 직각도 보정기술을 이용한 로봇 드릴링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 드릴링이란 항공기등의 조립과정에서 제품의 조립등을 위하여 제품에 구멍(HOLE)을 만드는 것을 말한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 종래의 드릴링 시스템 및 그 방법은, 사람이 수공구를 이용하여 직접 수작업으로 드릴링 작업을 하거나, 혹은 드릴링 로봇을 이용하여 드릴링 작업을 하였다.
수작업에 의한 드릴링 작업은 무거운 수공구를 들고 단순 작업을 반복 함으로써 팔과 어깨등의 근골격계로 인한 산업재해의 발생 우려가 높고, 또한 좋은 드릴링 품질을 유지하기 힘들며, 작업 효율성이 떨어지는 문제가 있다.
종래의 로봇에 의한 드릴링 작업은, 로봇의 안정성과 제품을 밀착시키기 위해 제품에 형체력(CLAMPING 압력)을 가할 필요가 있으며, 이 경우 제품이 변형으로 인하여 제품에 구멍(HOLE)을 정밀하게 가공하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 시각 카메라(VISION CAMERA)와 마일러(MYLAR) 또는 다른 기준점을 이용하여 로봇의 위치 공차를 보정하고, 형체력(CLAMPING 압력)에 의한 제품 변형에 대하여 직각도 보정을 실시한 후 드릴작업을 수행함으로써, 정밀성 등의 드릴링 품질 및 작업효율의 향상과 유지를 위한 로봇 드릴링 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 로봇 드릴링 시스템은 청구항 제1항에 기재된 바와 같이, 작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출부(220); 상기 정보수집 및 정보추출부(220)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보 처리부(240); 상기 정보처리부(240)에 의해 프로그램된 작업위치와 상기 로봇의 실제 위치를 비교하여 상기 로봇의 위치 공차를 보정 하는 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다른 로봇 드릴링 시스템은 청구항 제2항에 기재된 바와 같이, 작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출부(220); 상기 정보수집 및 정보추출부(220)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보 처리부(240); 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정부(280)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)는 청구항 제3항에 기재된 바와 같이, 상기 작업위치로 이동한 상기 로봇의 실제 작업 위치와 미리 설정된 작업위치와의 차이를 측정하는 측정부(262); 상기 측정부(262)에서 측정된 오차를 메인 컨트롤 컴퓨터에서 연산하여 상기 실제 로봇 위치와 상기 미리 설정된 작업위치의 위치 공차를 연산하는 연산부(264); 상기 연산부(264)의 연산으로부터 상기 로봇의 위치를 보정하고, 상기 로봇의 프로그램을 자동으로 업데이트(UPDATE)하는 제어부(266)를 더 포함할 수 있다.
상기 시각 시스템부(VISION SYSTEM)(260)는 청구항 제4항에 기재된 바와 같이, 잉크마킹 및 위치검사부(268)를 더 포함할 수 있다.
상기 직각도 보정부(280)는 청구항 제5항에 기재된 바와 같이, 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정부(282); 상기 측정부(282)에서 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산부(284); 상기 연산부(284)에서 연산된 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어부(286)를 더 포함할 수 있다.
상기 로봇 드릴링 시스템은 청구항 제6항에 기재된 바와 같이, 상기 시각 시스템부(VISION SYSTEM)(260) 외에 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전 에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정부(280)를 더 포함하되, 상기 직각도 보정부(280)는, 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정부(282); 상기 측정부(282)의 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산부(284); 상기 연산부(284)의 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어부(286)를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 로봇 드릴링 방법은 청구항 제7항에 기재된 바와 같이, 작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출 단계(S320); 상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보처리 단계(S340); 상기 정보처리 단계(S340)에 의해 프로그램된 작업위치와 상기 로봇의 실제위치를 비교하여 상기 로봇의 위치 공차를 보정 하는 로봇 위치공차 보정 단계(S360)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 다른 로봇 드릴링 방법은 청구항 제8항에 기재된 바와 같이, 작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출 단계(S320); 상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보처리 단계(S340); 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변 위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정 단계(S380)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 로봇 위치공차 보정 단계는 청구항 제9항에 기재된 바와 같이, 상기 작업위치로 이동한 상기 로봇의 실제 작업 위치와 미리 설정된 작업 위치와의 차이를 측정하는 측정 단계(S362); 상기 측정 단계(S362)에서 측정된 오차를 메인 컨트롤 컴퓨터에서 연산하여 상기 실제 로봇 위치와 상기 미리 설정된 작업위치의 위치 공차를 연산하는 연산 단계(S364); 상기 연산 단계(S364)에서의 연산으로부터 상기 로봇의 위치를 보정하고, 상기 로봇의 프로그램을 자동으로 업데이트(UPDATE)하는 제어 단계(S366)를 더 포함할 수 있다.
상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는 청구항 제10항에 기재된 바와 같이, 잉크마킹 및 위치검사 단계(S368)를 더 포함할 수 있다.
상기 직각도 보정 단계(S380)는 청구항 제11항에 기재된 바와 같이, 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정 단계(S382); 상기 측정 단계(S382)에서 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산 단계(S384); 상기 연산 단계(S384)에서 연산된 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어 단계(S386)를 더 포함할 수 있다.
상기 로봇 드릴링 방법은 청구항 제12항에 기재된 바와 같이, 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360) 외에 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정 단계(S380)를 더 포함하되, 상기 직각도 보정 단계(S380)는, 상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정 단계(S382); 상기 측정 단계(S382)에서 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산 단계(S384); 상기 연산 단계(S384)에서 연산된 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어 단계(S386)를 더 포함할 수 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 로봇 드릴링 시스템 및 그 방법은, 제품에 드릴링 작업을 하는 경우, 정밀성 등의 드릴링의 품질을 향상하고, 작업 효율을 높이며 안정된 드릴링 작업을 할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 본 발명의 실시예를 설명할 때 동일한 기능 및 작용을 하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 드릴링 시스템의 전체 작업 공정도를 나타내며, 도 3c는 상기 전체 작업 공정도에 따른 로봇 드릴링 시스템의 장치도이다.
도 3c에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 로봇 드릴링 시스템은 정보수집 및 정보추출부(220), 정보 처리부(240), 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)와 직각도 보정부(280)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 로봇 드릴링 시스템은, 도 3a 또는 도 4b에서 도시하는 바와 같이 상기 직각도 보정부(280)가 생략되거나, 도 3b 또는 도 5a에서 도시하는 바와 같이 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)가 생략될 수 있다. 또한 도 4c, 도 5b 또는 도6에서 도시하는 바와 같이 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)와 상기 직각도 보정부(280)를 모두 포함할 수도 있다.
도 3a는 상기 정보수집 및 정보추출부(220), 상기 정보 처리부(240), 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)를 포함하는 상기 로봇 드릴링 시스템을 나타낸다.
상기 정보수집 및 정보추출부(220)는 제품상의 드릴링 작업을 할 위치에 대 한 3차원 정보를 수집하고, 상기 위치에 대한 위치정보와 벡터정보를 추출하는 장치의 역할을 한다. 상기 정보수집 및 정보추출부(220)는 시각 카메라(VISION CAMERA)등을 이용하여 상기 위치 정보를 수집할 수 있으며 기타 영상 정보 수집장치등이 사용될 수 있다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 정보수집 및 정보추출부(220)의 위치정보 또는 벡터정보를 통하여 상기 로봇 드릴링 시스템의 작업축 설정(VISION)이 이루어진다.
상기 정보 처리부(240)는 상기 정보수집 및 정보추출부(220)에서 수집 및 추출된 상기 위치 정보와 벡터 정보를 이용하여 상기 로봇을 프로그램하는 장치이다. 상기 프로그램에 의해 상기 로봇의 작업위치를 결정하며, 상기 로봇이 작업위치로 이동하게 된다.
상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)는 상기 작업축 설정(VISION)을 이용하여, 도 4a에서 도시하는 바와 같이, 상기 정보 처리부(240)에 의해 결정된 상기 작업 위치로 이동한 상기 로봇의 실제 위치와 이론상(미리 설정된) 위치의 차이(dX,dY)를 측정하고, 상기 작업위치로 이동한 상기 로봇의 실제 로봇의 위치 공차를 보정하는 장치이다. 이때 상기 위치 공차 측정에는 시각 카메라(VISION CAMERA)와 마일러(MYLAR)를 이용할 수 있으며, 그 밖의 영상 장비등이 사용될 수 있다.
상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)는, 도 4b에서 도시하는 바와 같이, 상기 시각 카메라(VISION CAMERA)와 마일러(MYLAR)를 이용하여, 상기 로봇의 실제 작업 위치와 이론상의(미리 설정된) 위치에 대한 영상 정보를 촬영하고 그 오차(dX, dY)를 측정하는 측정부(262), 상기 측정된 오차값(dX,dY)을 메인 컨트롤 컴퓨터(MAIN CONTROL PC)에서 연산하는 연산부(264), 상기 연산부(264)의 연산에 의하여 상기 로봇의 위치를 보정하고 상기 로봇의 프로그램을 자동으로 업 데이트하는 제어부(266)를 포함 할 수 있다.
또한, 상기 시각 시스템부(VISION SYSTEM부)(260)는, 잉크마킹 및 위치검사(INK MARKING 및 POSITION검사)부(268)를 더 포함할 수 있다. 따라서 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)는, 도 4b, 도 4c 또는 도 6에서 도시하는 바와 같이 상기 잉크마킹 및 위치검사(INK MARKING 및 POSITION검사)부(268)를 포함하여 구성하거나 또는 생략되어 구성될 수도 있다.
도 4d는 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)에서의 구체적인 상기 로봇의 위치 공차 보정 과정을 나타내며, 도 4e는 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)에 의해 상기 로봇의 위치 공차를 보정하는 적용시편을 나타내고, 도 4f는 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)을 나타낸다.
도 3b와 도 5a는, 상기 정보수집 및 정보추출부(220), 상기 정보 처리부(240), 상기 직각도 보정부(280)를 포함하는 상기 로봇 드릴링 시스템을 나타낸다.
상기 직각도 보정부(280)는, 상기 로봇에 의한 드릴링 작업시 상기 로봇의 안정성과 상기 로봇을 제품에 밀착시키기 위하여 형체력(CLAMPING 압력)을 가할 필요가 있으며, 이 경우 제품의 변형으로 인한 직각도 변화를 측정하고 상기 변형된 직각도를 보정하여 정밀한 가공이 이루어 질 수 있도록 하는 장치이다.
상기 직각도 보정부(280)는, 상기 로봇의 말단장치(END EFFECTOR)에 구비된 LVDT로, 상기 형체력(CLAMPING 압력)에 의해 변형된 제품의 변화된 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정부(282), 상기 측정부(282)에서 측정된 상기 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 컴퓨터(PC)에서 상기 변형된 제품의 변화된 각도와 법선벡터(NORMAL VECTOR)를 연산하는 연산부(284), 상기 연산부(284)의 연산으로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어부(286)를 포함할 수 있으며, 상기 직각도 보정부(280)의 구체적 공정은 하기와 같다.
상기 로봇의 말단장치(END EFFECTOR)(80)는 도 5c에서 도시하는 바와 같이, 구형의 베어링 타입인 노즈 패드(NOSE PAD)(87)와 상기 말단장치(END EFFECTOR)(80)에 구비된 LVDT(85), 제품 접촉면(83), 센터 포인트(CENTER POINT)를 포함한다. 이때 바람직하게는 상기 말단장치(END EFFECTOR)(80)의 4개소에 4개의 LVDT가 구비될 수 있다.
도 5d에서 도시하는 바와 같이, 상기 작업위치로 상기 로봇을 이동한 후에, 상기 로봇의 말단장치(END EFFECTOR)(80)를 제품의 작업 위치 쪽으로 전진하고, 상기 형체력(CLAMPING 압력)을 제품에 가하게 된다. 이때, 도 5c에서 도시하는 제품 접촉면(83)에 제품이 접촉하게 되며, 이때 10㎏ 내지 100㎏의 형체력(clamping 압력)이 작용하게 된다. 상기의 형체력(clamping 압력)에 의하여 제품에 변형이 생기게 되고, 그에 대응하도록 상기 노즈 패드 기울임(NOSE PAD TILTING)을 하게된다.
또한, 상기 노즈 패드 기울임(NOSE PAD TILTING) 후에, 상기 말단장치(END EFFECTOR)(80)에 구비된 LVDT로 상기 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위(dX1,dX2,dX3,dX4)를 측정한다.
상기 LVDT에 의하여 측정된 상기 측정된 변위(dX1,dX2,dX3,dX4)에 의하여, 컴퓨터(PC)에서 변화된 각도를 연산하고 법선벡터(NORMAIL VETOR)를 연산하고, 그에 따라 상기 로봇의 위치를 보정하여 상기 변형된 제품의 직각도를 보정하게 된다. 그 후 제품 드릴작업을 함으로써 1 사이클이 완료된다. 이로써 높은 드릴링 품질을 유지하며 작업효율성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 3c, 도 4c, 도 5b에서 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 상기 로봇 드릴링 시스템은, 정보수집 및 정보추출부(220), 정보 처리부(240), 시각 시스템부(VISION SYSTEM부)(260)와 직각도 보정부(280)를 모두 포함할 수 있으며, 각 장치부의 구성, 작용 및 효과는 상기에서 기술한 바와 같다.
도 6은 정보수집 및 정보추출부(220), 정보 처리부(240), 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)와 직각도 보정부(280)를 모두 포함한 상기 로봇 드릴링 시스템에 대한 구체적인 장치도이다.
도 7a는 상기 로봇 드릴링 시스템이 항공기등의 동체 제작에 적용되어 리벳팅(RIVETING)작업을 실시하는 도로서, KUKA 컨트롤러(KUKA CONTROLLER,KC), 집진기(SUCTION DEVICE,SD), 자동 공구 교환장치(AUTOMATIC TOOL CHANGER,ATC), FANUC 컨트롤 박스(FANUC CONTROL BOX,FCB), 메인 컨트롤 패널(MAIN CONTROL PANEL,MCP), 트레버스 장치(TRAVERSE DEVISE,TD)등을 포함하는 드릴링 시스팀의 전체 구성도 이 다.
도 7b는 KUH 헬리콥터 부분에 대한 드릴링 작업을 나타낸다.
상기 정보 수집부(220)와 상기 정보 처리부(240)는 독립적인 장치로 이루어 질 수도 있으나, 상호 네트워크로 연결되어 상기 정보 수집부(220)에서 수집 및 추출된 정보를 직접 정보 처리부(240)로 보내어 실시간으로 상기 로봇의 프로그램밍이 가능하도록 할 수 있다. 또한 상기 메인 컨트롤 컴퓨터(MAIN CONTROL PC) 내지 컴퓨터(PC)와도 네트워크로 연결되어 실시간으로 상기 위치 공차 보정 내지 상기 직각도 보정이 가능 되도록 할 수 있다.
도 8c는 본 발명에 따른 로봇 드릴링 방법의 전체 작업 순서도이다.
본 발명에 따른 상기 로봇 드릴링 방법은 도 8c에서 도시한 바와 같이, 정보수집 및 정보추출 단계(S320), 정보처리 단계(S340), 로봇 위치공차 보정 단계(S360), 직각도 보정 단계(S380)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 로봇 드릴링 방법은, 도 8a 또는 도 9a에서 도시하는 바와 같이 상기 직각도 보정 단계(S380)가 생략되거나, 도 8b 또는 도 10a에서 도시하는 바와 같이 로봇 위치공차 보정 단계(S360)가 생략될 수 있다. 또한 도 9b, 도 10b, 도 10c에서 도시하는 바와 같이 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)와 상기 직각도 보정 단계(S380)를 모두 포함할 수도 있다.
도 8a는 상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320), 상기 정보처리 단계(S340), 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)를 포함하는 상기 로봇 드릴링 방법을 나타낸다.
상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320)는 제품상의 드릴링 작업을 할 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고, 상기 위치에 대한 위치정보와 벡터정보를 추출하는 단계이다. 상기 정보 수집 및 정보추출 단계(S320)에서는 시각 카메라(VISION CAMERA)등을 이용하여 상기 위치 정보를 수집할 수 있으며 기타 영상 정보 수집장치등이 사용될 수 있다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 정보수집 및 정보처리 단계(S320)에서의 위치정보 또는 벡터정보를 통하여 상기 로봇 드릴링 시스템의 작업축 설정(VISION)이 이루어진다.
상기 정보 처리 단계(S340)는 상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320)에서 수집 및 추출된 상기 위치 정보와 벡터 정보를 이용하여 상기 로봇을 프로그램하는 단계이다. 상기 프로그램에 의해 상기 로봇의 작업위치를 결정하며, 상기 로봇이 작업위치로 이동하게 된다.
상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는 상기 작업축 설정(VISION)을 이용하여, 도 4a에서 도시하는 바와 같이, 상기 정보 처리부(240)에 의해 결정된 상기 작업 위치로 이동한 상기 로봇의 실제 위치와 이론상(미리 설정된) 위치의 차이(dX,dY)를 측정하고, 상기 작업위치로 이동한 상기 로봇의 실제 로봇의 위치 공차를 보정하는 단계이다. 이때 상기 위치 공차 측정 단계에서는 시각 카메라(VISION CAMERA)와 마일러(MYLAR)를 이용할 수 있으며, 그 밖의 영상 장비등이 사용될 수 있다.
상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는, 도 9a에서 도시하는 바와 같이, 상 기 시각 카메라(VISION CAMERA)와 마일러(MYLAR)를 이용하여, 상기 로봇의 실제 작업 위치와 이론상의(미리 설정된) 위치에 대한 영장 정보를 촬영하고 그 오차(dX, dY)를 측정하는 측정 단계(S362), 상기 측정된 오차값(dX,dY)을 메인 컨트롤 컴퓨터(MAIN CONTROL PC)에서 연산하는 연산 단계(S364), 상기 연산 단계(S364)의 연산에 의하여 상기 로봇의 위치를 보정하고 상기 로봇의 프로그램을 자동으로 업 데이트하는 제어 단계(S366)를 포함 할 수 있다.
또한, 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는, 잉크마킹 및 위치검사(INK MARKING 및 POSITION검사) 단계(S368)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는, 도 9a, 도 9b 또는 도 10c에서 도시하는 바와 같이 상기 잉크마킹 및 위치검사(INK MARKING 및 POSITION검사) 단계(S368)를 포함할 수도 있고 도 9c에서 도시하는 바와 같이 생략될 수도 있다.
도 4d는 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)에서의 구체적인 상기 로봇의 위치 공차 보정 과정을 나타내며, 도 4e는 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)에서 상기 로봇의 위치 공차를 보정하는 적용시편을 나타내고, 도 4f는 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)을 나타낸다.
도 8b, 도 10a는, 상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320), 상기 정보 처리 단계(S340), 상기 직각도 보정 단계(S380)를 포함하는 상기 로봇 드릴링 방법을 나타낸다.
상기 직각도 보정 단계(S380)는, 상기 로봇에 의한 드릴링 작업시 상기 로봇의 안정성과 상기 로봇을 제품에 밀착시키기 위하여 형체력(CLAMPING 압력)을 가할 필요가 있으며, 이 경우 제품의 변형으로 인한 직각도 변화 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하고 상기 변형된 직각도를 보정하여 정밀한 가공이 이루어 질 수 있도록 하는 단계이다.
상기 직각도 보정 단계(S380)는 도 10a 또는 도 10b에서 도시하는 바와 같이, 상기 로봇 말단장치(END EFFECTOR)(80)에 구비된 상기 LVDT로, 상기 형체력(CLAMPING 압력)에 의해 변형된 제품의 변화된 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정 단계(S382), 상기 측정 단계(S382)에서 측정된 상기 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 컴퓨터(PC)에서 상기 변형된 제품의 변화된 각도와 법선벡터(NORMAL VECTOR)를 연산하는 연산 단계(S384), 상기 연산 단계(S384)의 연산으로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어 단계(S386)를 포함한다.
상기 로봇의 말단장치(END EFFECTOR)(80)는 도 5c에서 도시하는 바와 같이, 구형의 베어링 타입인 노즈 패드(NOSE PAD)(87)와 상기 말단장치(END EFFECTOR)(80)에 구비된 LVDT(85), 제품 접촉면(83), 센터 포인트(CENTER POINT)를 포함하여 구성된다. 이때 바람직하게는 상기 말단장치(END EFFECTOR)(80)의 4개소에 4개의 LVDT가 구비될 수 있다.
상기 직각도 보정 단계의 구체적인 공정 단계는, 도 11에서 도시하는 바와 같이, 상기 작업위치로 상기 로봇을 이동한 후에, 상기 로봇의 말단장치(END EFFECTOR)(80)를 제품의 작업 위치 쪽으로 전진(S381a)하는 단계, 상기 형체력(CLAMPING 압력)을 제품에 가하는 단계(S381b)를 포함한다. 이때, 도 5c에서 도 시하는 제품 접촉면(83)에 제품이 접촉하게 되며, 이때 10㎏ 내지 100㎏의 형체력(clamping 압력)이 작용하게 된다. 상기의 형체력(clamping 압력)에 의하여 제품에 변형 단계(S381c)가 생기게 되고, 그에 대응하도록 상기 노즈 패드 기울임(NOSE PAD TILTING) 단계(S381d)를 포함한다.
또한, 상기 노즈 패드 기울임(NOSE PAD TILTING) 단계(S381d) 후에, 상기 말단장치(END EFFECTOR)(80)에 구비된 상기 LVDT로 상기 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위(dX1,dX2,dX3,dX4)를 측정하는 상기 측정단계(S382)를 포함한다.
또한, 상기 LVDT에 의하여 측정된 상기 측정된 변위(dX1,dX2,dX3,dX4)에 의하여, 컴퓨터(PC)에서 변화된 각도를 연산하는 단계(S384a)와 법선벡터(NORMAIL VETOR)를 연산하는 단계(S384b)를 포함하는 연산단계(S384)를 포함한다. 상기 연산단계(S384)의 연산 결과에 의하여 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어단계(S386)를 거쳐 제품에 드릴작업을 하는 드릴작업 단계(S390)를 끝으로 상기 로봇 드릴링의 1 사이클이 완료된다.
도 8c, 도 9b, 도 10b에서 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 상기 로봇 드릴링 방법은, 정보수집 및 정보추출 단계(S320), 정보 처리 단계(S340), 로봇 위치공차 보정 단계(S360)와 직각도 보정 단계(S380)를 모두 포함할 수 있으며, 각 단계의 구성, 작용 및 효과는 상기에서 기술한 바와 같다.
도 1은 종래기술에 의한 수공구와 전용 치공구를 이용하여 수작업으로 항공기에 드릴링을 하는 모습을 나타낸 사진,
도 2은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 로봇 드릴링 방법에 따른 작업 공정도,
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 의한 로봇 드릴링 시스템의 블록 구성도,
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 의한 로봇 드릴링 시스템의 블록 구성도,
도 3c는 본 발명의 제3실시예에 의한 로봇 드릴링 시스템의 블록 구성도,
도 4a는 본 발명에 의한 로봇의 실제 위치와 이론상의(미리 설정된) 위치의 오차를 나타내는 도면,
도 4b는 본 발명의 제4실시예에 의한 로봇 드릴링 시스템의 블록 구성도,
도 4c는 본 발명의 제5실시예에 의한 로봇 드릴링 시스템의 블록 구성도,
도 4d는 본 발명에 의한 시각 시스템(VISION SYSTEM)을 이용한 로봇 위치 공차 보정 공정도,
도 4e는 시각 시스템(VISION SYSTEM)을 이용한 로봇 위치 공차 보정의 적용 시편을 나타내는 사진,
도 4f는 시각 시스템(VISION SYSTEM)의 모니터 사진,
도 5a는 본 발명의 제6실시예에 의한 로봇 드릴링 시스템의 블록 구성도,
도 5c는 본 발명에 의한 로봇 드릴링 시스템의 로봇 말단장치(END EFFECTOR)의 구성도,
도 5d는 본 발명에 의한 로봇 드릴링 시스템의 직각도 보정 공정도,
도 6은 본 발명에 의한 로봇 드릴링 시스템의 전체 구성도,
도 7a는 드릴링 시스템의 전체 구성도,
도 7b는 본 발명에 의한 KUH 헬리콥터 부분에 대한 드릴링 모습을 나타낸 사진,
도 8a 내지 도 10c는 본 발명의 제1 내지 제8실시예에 의한 로봇 드릴링 방법에 대한 공정 순서도,
도 11은 본 발명에 의한 로봇 드릴링 방법의 직각도 보정에 대한 구체적인 순서도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
80 : 말단장치(END EFFECTOR) 81 : 중심 점(CENTER POINT)
83 : 제품 접촉면 85 : LVDT
87 : 노즈 패드 220: 정보수집 및 정보추출부
240: 정보처리부 260: 시각 시스템(VISION SYSTEM)부
262: 측정부 264: 연산부
266: 제어부 268: 잉크마킹 및 위치검사부
280: 직각도 보정부 282: 측정부
284: 연산부 286: 제어부
290: 드릴작업 S320: 정보수집 및 정보추출 단계
S340: 정보처리 단계 S360: 로봇 위치공차 보정 단계
S362: 측정 단계 S364: 연산 단계
S366: 제어 단계 S368: 잉크마킹 및 위치검사 단계
S380: 직각도 보정 단계 S381a:말단장치 전진 단계
S381b:형체력 적용 단계 S381c:제품 변형 단계
S381d:노즈 패드 기울림 단계 S382: 측정 단계
S384: 연산 단계 S384a:변화각도 연산 단계
S384b:법선벡터 연산 단계 S386: 제어 단계
S390: 드릴 작업 단계

Claims (12)

  1. 로봇을 이용한 드릴링 시스템에 있어서,
    작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출부(220);
    상기 정보수집 및 정보추출부(220)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보 처리부(240);
    상기 정보처리부(240)에 의해 프로그램된 작업위치와 상기 로봇의 실제 위치를 비교하여 상기 로봇의 위치 공차를 보정 하는 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 시스템.
  2. 상기 로봇을 이용한 드릴링 시스템에 있어서,
    작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출부(220);
    상기 정보수집 및 정보추출부(220)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보 처리부(240);
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정부(280)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시각 시스템(VISION SYSTEM)부(260)는,
    상기 작업위치로 이동한 상기 로봇의 실제 작업 위치와 미리 설정된 작업위치와의 차이를 측정하는 측정부(262);
    상기 측정부(262)에서 측정된 오차를 메인 컨트롤 컴퓨터에서 연산하여 상기 실제 로봇 위치와 상기 미리 설정된 작업위치의 위치 공차를 연산하는 연산부(264);
    상기 연산부(264)의 연산으로부터 상기 로봇의 위치를 보정하고, 상기 로봇의 프로그램을 자동으로 업데이트(UPDATE)하는 제어부(266)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시각 시스템부(VISION SYSTEM)(260)는,
    잉크마킹 및 위치검사부(268)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 직각도 보정부(280)는,
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정부(282);
    상기 측정부(282)에서 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산부(284);
    상기 연산부(284)에서 연산된 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어부(286)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 시스템.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 로봇 드릴링 시스템은,
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정부(280)를 더 포함하되,
    상기 직각도 보정부(280)는,
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정부(282);
    상기 측정부(282)의 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산부(284);
    상기 연산부(284)의 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어부(286)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 시스템.
  7. 작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출 단계(S320);
    상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보처리 단계(S340);
    상기 정보처리 단계(S340)에 의해 프로그램된 작업위치와 상기 로봇의 실제위치를 비교하여 상기 로봇의 위치 공차를 보정 하는 로봇 위치공차 보정 단계(S360)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 방법.
  8. 작업 위치에 대한 3차원 정보를 수집하고 위치정보와 벡터 정보를 추출하는 정보수집 및 정보추출 단계(S320);
    상기 정보수집 및 정보추출 단계(S320)로부터 받은 정보에 따라 상기 로봇의 동작을 프로그램하는 정보처리 단계(S340);
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정 단계(S380)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는,
    상기 작업위치로 이동한 상기 로봇의 실제 작업 위치와 미리 설정된 작업 위치와의 차이를 측정하는 측정 단계(S362);
    상기 측정 단계(S362)에서 측정된 오차를 메인 컨트롤 컴퓨터에서 연산하여 상기 실제 로봇 위치와 상기 미리 설정된 작업위치의 위치 공차를 연산하는 연산 단계(S364);
    상기 연산 단계(S364)에서의 연산으로부터 상기 로봇의 위치를 보정하고, 상 기 로봇의 프로그램을 자동으로 업데이트(UPDATE)하는 제어 단계(S366)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 로봇 위치공차 보정 단계(S360)는,
    잉크마킹 및 위치검사 단계(S368)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 직각도 보정 단계(S380)는,
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정 단계(S382);
    상기 측정 단계(S382)에서 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산 단계(S384);
    상기 연산 단계(S384)에서 연산된 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어 단계(S386)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 방법.
  12. 제7항 또는 제9항에 있어서, 상기 로봇 드릴링 방법은,
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품의 변위를 측정한 값과 설정된 기준 값을 비교하여 로봇의 직각도를 보정 하는 직각도 보정 단 계(S380)를 더 포함하되,
    상기 직각도 보정 단계(S380)는,
    상기 로봇이 작업위치로 이동한 후 드릴 작업 전에, 제품에 가한 형체력(CLAMPING 압력)에 의하여 변형된 제품의 변위 또는 제품의 누적공차에 의한 이론적인 치수와의 차이를 측정하는 측정 단계(S382);
    상기 측정 단계(S382)에서 측정된 변위 또는 이론적인 치수와의 차이로부터 상기 제품의 변형된 각도 및 법선 벡터를 연산하는 연산 단계(S384);
    상기 연산 단계(S384)에서 연산된 상기 변형된 각도 및 법선 벡터로부터 상기 로봇의 위치를 보정하는 제어 단계(S386)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 드릴링 방법.
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