KR20120055044A - 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법 - Google Patents

자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차체 라인에서 용접 품질 검사를 자동화하여 차체 용접 품질의 향상을 도모하고 용접 불량을 방지하도록 한 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 검사할 용접점의 위치 정보를 산출하여 로봇에게 제공하기 위한 비젼 시스템; 상기 로봇에 의해 용접점에 접근하여 과용접에 의해 발생한 칩을 제거하기 위한 표면 처리기; 상기 칩을 제거한 용접부에 접근하여 너겟의 형성 유무를 판독하여 품질을 판별하기 위한 자기장 센서부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 제공한다.

Description

자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법{Automatic appratus for detecting welding quality of automobiles and method for detecting welding quality using the same}
본 발명은 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차체 라인에서 용접 품질 검사를 자동화하여 차체 용접 품질의 향상을 도모하고 용접 불량을 방지하도록 한 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치 및 이를 이용한 용접 품질 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 차체의 생산 라인은 용접 공정을 포함하고 있으며, 주로 차체 패널과 같은 판재의 용접시에는 전극 사이에 용접물을 넣고 가압하면서 전류를 통하여 그 접촉 부분의 저항열로 가압 부분을 융합시킨다.
이러한 차체 조립 품질의 향상을 위해 용접 품질의 향상에 대한 요구가 증가하고 있으나, 용접기 모니터링에 의한 품질 관리는 용접 후의 품질에 대해 보증하기 어려운 한계가 있기에, 보통 차체 용접 후 품질 검사로는 초음파 검사가 대표적으로 이용되고 있다.
현재 저항점 용접 품질 검사용 초음파 검사법은 피검사체 표면에 도 1과 같이 액상의 전달 매질을 도포해야 하며, 초음파 검사의 결과는 도 2와 같이 시간축에 대한 초음파의 세기가 펄스 형태의 그래프로 나타나므로 그래프 판독을 위한 별도의 교육이 필요한 단점이 있다.
일정 수준의 판독 기술을 익힌 기술자는 액상매질이 도포된 용접부 표면에 수동으로 초음파 탐촉자를 접촉시켜 그래프를 판독한 후 용접부의 품질을 판별한다.
이와 같이 액상매질의 도포 및 그래프 판독 등의 수동 과정 때문에 기존 초음파 검사법을 이용한 차체 용접부의 품질 검사는 자동화가 불가능한 문제점을 가지며, 수동 검사로 인해 정확한 품질 검사의 한계를 가진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 검사할 차체 용접점의 위치를 정확하게 파악하고, 파악한 용접점 위치에 대해 면접촉하여 전달 매질 없이 직접 용접 품질을 검사할 수 있는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 검사할 용접점의 위치 정보를 산출하여 로봇에게 제공하기 위한 비젼 시스템; 상기 로봇에 의해 용접점에 접근하여 과용접에 의해 발생한 칩을 제거하기 위한 표면 처리기; 상기 칩을 제거한 용접부에 접근하여 너겟의 형성 유무를 판독하여 품질을 판별하기 위한 자기장 센서부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 로봇의 끝단에는 비젼 시스템과 표면 처리기 및 자기장 센서부를 회전 이동시킬 수 있는 지그가 장착되고, 이 지그는 회전 작동에 의해 상기 비젼 시스템과 표면 처리기 및 자기장 센서부 중 어느 하나를 선별하여 작동 위치에 위치시켜주는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 표면 처리기는 용접부에 면접촉하여 칩을 연삭하는 소형 연삭기, 이 소형 연삭기의 전진 및 후진을 위한 전동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 소형 연삭기는 스텝 모터, 이 스텝 모터의 구동기어에 치합되는 종동기어, 이 종동기어와 동축으로 결합되는 회전축을 가지는 연삭 숫돌부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 자기장 센서부는 용접부에 면접촉하여 너겟의 형성 유무를 센싱하는 자기장 센서, 이 자기장 센서의 전진 및 후진을 위한 전동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 상기의 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 이용하여 차체 용접부의 용접 품질을 검사하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 지그의 회전 작동에 의해 선별된 비젼 시스템을 통해 검사할 용접점의 위치 정보를 로봇 좌표계로 산출하여 로봇에게 제공하는 단계; 상기 지그의 회전 작동에 의해 선별된 표면 처리기를 로봇에 의해 용접점에 접근시켜서 과용접에 의해 발생한 칩을 연삭하여 제거하는 단계; 상기 지그의 회전 작동에 의해 선별된 자기장 센서부를 칩을 제거한 용접부에 접근시켜서 너겟의 형성 유무를 판독하여 품질을 판별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 방법도 제공한다.
바람직하게, 상기 비젼 시스템은 획득한 용접부 이미지에서 용접점을 원과 그 중심점으로 추출하고, 추출한 용접점의 중심점을 로봇 좌표계로 인식한 다음, 기준 중심점과 비교하여 위치 보정값을 계산하고, 이 위치 보정값을 더하여 용접점의 위치 정보를 산출한다.
본 발명에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치에 의하면 차체 라인에서 용접된 부분의 용접 품질을 자동으로 검사할 수 있으므로 품질 검사 속도와 정확도가 개선되고, 정확한 이상 검출을 통해 대량의 용접 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 자동차 용접 품질 검사법을 나타낸 도면
도 2는 도 1에 의한 초음파 검사 결과를 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 도시한 도면
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비젼 시스템의 사용예를 나타낸 도면으로, 차체 센터 필라의 상단부를 촬영하여 획득한 영상을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비젼 시스템의 영상 처리를 통해 용접점의 위치 산출 과정을 나타낸 순차적으로 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 표면 처리기를 도시한 모식도
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 표면 처리기의 연삭 숫돌부의 구동 구조를 도시한 모식도
도 8은 도 6의 표면 처리기의 작동 과정을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 자기장 센서부를 도시한 모식도
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 자기장 센서부의 작동 과정을 도시한 도면
도 11은 본 발명에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치의 사용예를 나타낸 도면
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 차체 라인에서 저항점 용접부(이하, 용접부라고 함)의 품질 검사를 자동화하기 위한 장치를 제공하여서 용접부에 대한 정확한 품질 검사 결과를 제공하여 대량의 용접 불량을 방지하고, 더불어 생산성 및 작업성을 증대하고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 비젼 시스템(120)과 표면 처리기(130) 및 자기장 센서부(140)로 구성되며, 각 구성부는 회전 선별 방식으로 작동하는 지그(110)에 고정되어 로봇(100)의 끝단에 장착된다.
상기 지그(110)는 로봇(100)의 끝단에 회전 가능하게 조립된 것으로, 본 실시예에서 육각 기둥의 구조로 마련되어 사각 형상의 측면부에 상기 구성부(비젼 시스템, 표면 처리기 및 자기장 센서부)가 순차적으로 배치되어 장착되고, 일정 각도로 회전되어서 작동시킬 차례의 구성부를 선별하게 된다.
다시 말하면, 상기 지그(110)는 비젼 시스템(120)과 표면 처리기(130) 및 자기장 센서부(140)를 회전 이동시킬 수 있도록 장착되고, 그 회전 작동에 의해 비젼 시스템(120)과 표면 처리기(130) 및 자기장 센서부(140) 중 어느 하나를 선별하여 작동 위치에 위치 및 고정시켜준다.
상기 비젼 시스템(120)은 품질 검사를 하고자 하는 용접점의 정확한 위치 정보를 파악하여 로봇(100)에 전달하기 위한 것으로, 로봇(100)에 의해 표면 처리기(130)와 자기장 센서부(140)가 용접점에 정확하게 접근할 수 있도록 하기 위해 품질 검사할 용접점의 정확한 위치 정보를 제공한다.
예컨대, 상기 비젼 시스템(120)은 도 4와 같이 차체의 센터 필라 상단부를 촬영하여 영상을 획득한 후, 획득한 영상의 이미지를 도 5와 같은 처리 과정을 통해 로봇 좌표계로 계산해 낼 수 있다.
도 5를 참조하여 설명하면, (a)에서 점선의 원과 그 중심점(P1)은 상기 로봇(100)이 로봇 좌표계로 인식하고 있는 기준 용접점의 위치이고, (b)는 실제 촬영된 용접부 이미지라고 하면, 영상 처리를 통해 검사할 용접점을 (c)와 같이 실선의 원과 그 중심점(P2)으로 추출한 후 로봇 좌표계로 데이터화하여 인식할 수 있으며, (d)와 같이 점선 원의 중심점(P1)과 비교하여 위치 보정값(혹은 거리 차) △x 와 △y 를 계산한다.
그리고, 상기 위치 보정값 △x 와 △y 를 검사할 용접점 위치(P2) 좌표에 더하여 실제 촬영된 용접부의 용접점 위치를 정확하게 산출할 수 있다.
이와 같이 용접점 위치 정보를 파악하기 위한 비젼 시스템(120)의 구성은 주지된 바에 의해 이루어질 수 있으며, 예컨대 선택된 용접부의 이미지 촬영을 위한 비젼 카메라와 획득한 이미지를 처리하여 로봇 좌표계의 위치 좌표로 나타내기 위한 이미지 프로세싱 유닛 등으로 구성될 수 있다.
이렇게 용접점의 위치를 파악한 비젼 시스템(120)은 파악한 용접점 위치 정보를 로봇(100)에 전달하여, 상기 로봇(100)이 위치값에 따라 작동하여 지그(110)(구체적으로 지그의 회전 동작에 의해 선별된 표면 처리기 또는 자기장 센서부)를 선택된 용접점에 접근시킬 수 있도록 한다.
상기 표면 처리기(130)는 과용접에 의해 용접부에 발생한 칩을 갈아내어 제거하기 위한 것으로, 소형 연삭기와 이 소형 연삭기가 부착되어 있는 전동 실린더(138)로 구성되어 있고, 이 전동 실린더(138)는 상기 지그(110)에 고정되어 있다.
상기 소형 연삭기는 크게 연삭 숫돌부(132)와 이 연삭 숫돌부(132)를 구동하기 위한 스텝 모터(134)와 구동기어(135) 및 종동기어(136)로 이루어져 있다.
도 7을 참조하여 설명하면, 상기 연삭 숫돌부(132)의 회전축(133)에는 종동기어(136)가 동축으로 관통되어 결합되어 있고, 이 종동기어(136)에는 스텝 모터(134)의 구동기어(135)가 치합되어 있다.
상기 스텝 모터(134)와 구동기어(135) 및 종동기어(136) 등의 구동부는 하우징(137)에 내설되어 구성된다.
상기 전동 실린더(138)는 소형 연삭기의 전진 및 후진 이동을 위한 것으로, 상기 소형 연삭기는 표면 처리기(130)가 지그(110)의 회전 작동에 의해 구동 대상으로 선별된 다음, 로봇(100)에 의해 용접점 전방에 위치된 후, 상기 전동 실린더(138)에 의해 전진하여 용접부에 면접촉하여 회전하면서 용접부 칩을 연삭하게 된다.
상기 전동 실린더(138)는 주지된 기술의 실린더 구조로 이루어진 것으로, 전동 실린더 내부에 공급되는 압력에 의해 실린더 로드(139)를 전후로 이동시키게 구성된다.
이러한 표면 처리기(130)는, 도 8에 모사된 바와 같이, 전동 실린더(138)에 의해 소형 연삭기(132,137)를 전진 이동시켜 용접부에 면접촉시킨 다음, 스텝 모터(134)의 동력에 의해 용접부의 칩을 연삭하여 제거하고, 다시 전동 실린더(138)에 의해 소형 연삭기를 후진 이동시켜 용접부의 연삭 공정을 완료함으로써, 차후 자기장 센서부(140)가 용접부에 면접촉 가능하도록 한다.
상기 자기장 센서부(140)는 용접부에 별도의 전달 매질 없이 면접촉하여 너겟의 형성 유무를 판독하여 용접부 품질을 판별하기 위한 것으로, 자기장 센서(142)와 이 자기장 센서(142)가 부착되어 있는 전동 실린더(144)로 이루어지며, 이 전동 실린더(144) 역시 상기 지그(110)에 고정되어 구성된다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 자기장 센서(142)는 용접시 발생하는 융합 부분인 너겟(Nugget)의 형성 유무를 센싱 또는 판독하는 과정으로 용접부의 품질을 검사하도록 구성된다.
상기 전동 실린더(144)는 자기장 센서(142)의 전진 및 후진 이동을 위한 것으로, 상기 자기장 센서(142)는 자기장 센서부(140)가 로봇(100) 작동 및 지그(110)의 회전 선별 작동에 의해 용접점 전방에 위치된 후, 상기 전동 실린더(144)에 의해 전진하여 용접부에 면접촉하게 된다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 자기장 센서부를 통해 용접부의 용접 품질을 검사하는 과정을 (a), (b), (c) 순으로 나타낸 것으로, 전동 실린더(144)에 의해 전진된 자기장 센서(142)는 용접부에 면접촉한 후 센싱하여 너겟의 형성 유무를 판독하고, 다시 전동 실린더(144)에 의해 후진된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 공정들을 수차례 반복 수행하여 용접 품질 검사를 완료할 수 있다.
이와 같이, 상기 자기장 센서부(140)의 자기장 센서(142)는 별도의 전달 매질을 용접부에 도포하거나 그래프를 판독하는 등의 공정이 필요 없으므로, 본 발명에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치는 상기와 같은 구조의 자동화 장치로 구성 가능하다.
아울러, 전술한 본 발명의 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치는 로봇 제어를 위한 컨트롤러에 의해 작동 제어될 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치의 작동상태를 설명한다.
먼저, 로봇(100) 작동을 통해 로봇(100) 끝단의 지그(110)를 검사하고자 하는 용접부에 접근시킨다.
상기 지그(110)의 회전 작동을 통해 선별된 비젼 시스템(120)을 용접부 정면에 위치시킨 후, 상기 비젼 시스템(120)을 통해 영상을 획득하고 도 5와 같은 영상처리 알고리즘을 통해 용접점의 정확한 위치 정보를 산출한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 비젼 시스템(120)은 획득한 용접부 이미지에서 검출할 용접점을 원과 그 중심점(P2)으로 추출하고, 추출한 용접점의 중심점(P2)을 로봇 좌표계로 인식한 다음, 설정되어 있는 기준 중심점(P1)과 비교하여 위치 보정값(△x, △y)을 계산하고, 이 위치 보정값을 검출할 용접점 좌표에 더하여 용접점의 위치 정보를 정확하게 산출한다.
상기 비젼 시스템(120)을 통해 획득한 용접점의 위치 정보를 로봇(100)에 전달하고 이 로봇(100)이 지그(110)를 회전 작동시켜 표면 처리기(130)를 작동시킬 준비를 한 다음, 상기 로봇(100)을 통해 표면 처리기(130)를 용접점에 접근시키고, 전동 실린더(138)를 통해 소형 연삭기(132,137)를 전진시켜 도 8과 같이 용접부에 면접촉시킨 후 연삭 공정을 수행하도록 한다.
연삭 공정 후 상기 소형 연삭기(132,137)를 후진시킨 다음, 지그(110)의 회전 작동을 통해 선별된 자기장 센서부(140)를 용접부 정면에 위치시킨 후, 로봇(100)을 통해 용접점에 접근시키고, 전동 실린더(144)를 통해 자기장 센서(142)를 전진시켜 도 10과 같이 검사할 용접부에 면접촉하여 너겟의 형성 유무를 판독하도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치의 사용예를 살펴보면, 차체 용접 작업시 용접기 혹은 팁드레서가 고장날 경우 용접 로봇이 생산하는 모든 용접점이 불량이 되는데, 차체의 보안 용접점이 400개일 경우 용접점을 도 11과 같이 좌우 ⓐ~ⓔ까지 10개의 섹션으로 나눈다.
그리고, 공정 당 40개의 용접점을 검사할 수 있는 용접 품질 검사 로봇(본 발명의 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 구비한 로봇)을 2대 투입하고, 차체 별로 다른 섹션을 검사하는 방식으로 5대의 차체가 지나가는 동안 400개의 보안 용접점을 모니터링한다.
이와 같은 방식으로 차체 라인에서 생산되는 보안 용접점 400개를 모니터링하여 용접기 혹은 팁드레서의 이상을 검출하면 대량의 용접 불량을 방지할 수 있게 된다.
100 : 로봇
110 : 지그
120 : 비젼 시스템
130 : 표면 처리기
132 : 연삭 숫돌부
133 : 연삭 숫돌부의 회전축
134 : 스텝 모터
135 : 구동기어
136 : 종동기어
137 : 하우징
138 : 실린더
139 : 실린더 로드
140 : 자기장 센서부
142 : 자기장 센서
144 : 실린더
145 : 실린더 로드

Claims (7)

  1. 검사할 용접점의 위치 정보를 산출하여 로봇에게 제공하기 위한 비젼 시스템;
    상기 로봇에 의해 용접점에 접근하여 과용접에 의해 발생한 칩을 제거하기 위한 표면 처리기;
    상기 칩을 제거한 용접부에 접근하여 너겟의 형성 유무를 판독하여 품질을 판별하기 위한 자기장 센서부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로봇의 끝단에는 비젼 시스템과 표면 처리기 및 자기장 센서부를 회전 이동시킬 수 있는 지그가 장착되고, 이 지그는 회전 작동에 의해 상기 비젼 시스템과 표면 처리기 및 자기장 센서부 중 어느 하나를 선별하여 작동 위치에 위치시켜주는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면 처리기는 용접부에 면접촉하여 칩을 연삭하는 소형 연삭기, 이 소형 연삭기의 전진 및 후진을 위한 전동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 소형 연삭기는 스텝 모터, 이 스텝 모터의 구동기어에 치합되는 종동기어, 이 종동기어와 동축으로 결합되는 회전축을 가지는 연삭 숫돌부로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 자기장 센서부는 용접부에 면접촉하여 너겟의 형성 유무를 센싱하는 자기장 센서, 이 자기장 센서의 전진 및 후진을 위한 전동 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 자동차 용접 품질 검사 자동화 장치를 이용하여 차체 용접부의 용접 품질을 검사하기 위한 방법에 관한 것으로,
    상기 지그의 회전 작동에 의해 선별된 비젼 시스템을 통해 검사할 용접점의 위치 정보를 로봇 좌표계로 산출하여 로봇에게 제공하는 단계;
    상기 지그의 회전 작동에 의해 선별된 표면 처리기를 로봇에 의해 용접점에 접근시켜서 과용접에 의해 발생한 칩을 연삭하여 제거하는 단계;
    상기 지그의 회전 작동에 의해 선별된 자기장 센서부를 칩을 제거한 용접부에 접근시켜서 너겟의 형성 유무를 판독하여 품질을 판별하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비젼 시스템은 획득한 용접부 이미지에서 용접점을 원과 그 중심점으로 추출하고, 추출한 용접점의 중심점을 로봇 좌표계로 인식한 다음, 기준 중심점과 비교하여 위치 보정값을 계산하고, 이 위치 보정값을 더하여 용접점의 위치 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 자동차 용접 품질 검사 방법.
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