KR20130141169A

KR20130141169A - 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법

Info

Publication number: KR20130141169A
Application number: KR1020120064365A
Authority: KR
Inventors: 김진욱; 박주이
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-26

Abstract

본 발명은 로봇(10)의 용접토치(15)를 기반으로 하고, 용접기(20)와 제어기(30)에 연계하여 용접을 수행하는 방법에 있어서: (a) 상기 제어기(30)의 지령과 케이블 규격을 입력하는 단계; (b) 상기 제어기(30)의 출력을 다단계로 변동하는 단계; (c) 상기 용접기(20)의 변동되는 출력을 검출하는 단계; (d) 상기 단계 (c)의 검출값에서 용접토치(15)의 출력을 보정하는 단계; 및 (e) 상기 입력된 값에 대응하는 보정된 값을 연산하여 DB로 저장하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 로봇을 기반으로 하는 용접장치에서 특정의 용접기에 대한 입출력 특성 데이터를 축적하여 캘리브레이션 작업에 소요되는 시간을 단축하는 효과가 있다.

Description

로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법{Calibration method for robot welding machine}

본 발명은 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 로봇을 기반으로 하는 용접장치에서 특정의 용접기에 대한 입출력 특성 데이터를 축적하여 캘리브레이션 작업에 소요되는 시간을 단축하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용접장치의 제어기에서 보내는 아날로그 용접 지령(전압/전류신호)에 대해 용접기마다 용접전압/전류가 각기 다른 특성을 보이므로 제어기를 새로운 용접기에 인터페이스하는 경우 별도의 용접기 캘리브레이션 작업을 거쳐야 한다. 이는 제어기에서 보내는 용접 지령 전압/전류에 대해 용접기에서 반응하는 용접 전압/전류 표를 작성하는 과정으로서, 지령 용접전압/전류와 실제 용접전압/전류 사이의 관계는 통상 2인 1조의 작업자에 의해 수작업으로 기록된다. 이에, 실제 용접중 인가되는 전압/전류를 측정하기 위해 멀티테스터 등의 측정장비가 있어야 하고, 테스터기에 표시되는 전압/전류치의 평균값을 눈으로 직접 기록하여 확인해야 하므로 불편이 초래되고 부정확하다.

이러한 단점을 개선하기 위한 선행특허로서 한국 등록특허공보 제0139240호, 한국 공개특허공보 제1999-0080823호가 알려져 있다.

전자의 선행특허는 분류기(AC용접기는 Current Transducer) 양단의 전류데이터와 용접토치 양단의 전압데이터를 증폭 또는 감쇠하여 피드백하여 전압조정기와 전류조정기에 설정된 값들과 비교, 보정하여 용접기 컨트롤 디바이스에 그 보정된 값을 출력하여 용접기 1차 전원의 변동, 케이블 단면적, 주변온도, 스위칭 소자의 특성, 용접라인의 굴곡 등에도 항상 설정된 전압, 전류를 출력한다. 이에 따라, 시작점에서 용접종료시까지 일정하게 전압과 전류를 출력하여 아-크의 퍼짐성과 용입정도를 일정하게 얻는 효과를 기대한다.

후자의 선행특허는 (a) 대상 용접기의 표본화된 요구 전압/전류값들을 입력받는 단계; (b) 입력값에 상응하는 지령 전압/전류 데이터를 상기 용접기에 출력시키고, 실제 전압/전류 데이터를 상기 용접기로부터 입력받는 단계; (c) 상기 지령값들에 대한 상기 실제 데이터 값들의 전달 함수 및 그 역함수를 구하는 단계; 및 (d) 보정된 값의 지령 전압/전류 데이터가 상기 용접기에 출력되도록, 정상 제어 알고리듬을 변경시키는 단계;를 포함한다. 이에 따라, 손쉽게 캘리브레이션을 수행하고, 그 정확도 및 정밀도를 높이는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 용접토치를 지닌 로봇을 이용한 용접장치에 있어서 다양한 용접 파라미터의 변화가 있는 경우 결국 다시 수작업에 의한 캘리브레이션을 반복적으로 병행하게 되므로 캘리브레이션 작업의 정확성은 물론 신속성을 보장하기 곤란하다.

1. 한국 등록특허공보 제0139240호 "전압유지용접기의 피드백 컨트롤장치"(공개일자 : 1996. 8. 17.) 2. 한국 공개특허공보 제1999-0080823호 "용접 시스템의 캘리브레이션 알고리듬"(공개일자 : 1999. 11. 15.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 로봇을 기반으로 하는 용접장치에서 특정의 용접기에 대한 입출력 특성 데이터를 축적하여 캘리브레이션 작업에 소요되는 시간을 단축하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 로봇의 용접토치를 기반으로 하고, 용접기와 제어기에 연계하여 용접을 수행하는 방법에 있어서: (a) 상기 제어기의 지령과 케이블 규격을 입력하는 단계; (b) 상기 제어기의 출력을 다단계로 변동하는 단계; (c) 상기 용접기의 변동되는 출력을 검출하는 단계; (d) 상기 단계 (c)의 검출값에서 용접토치의 출력을 보정하는 단계; 및 (e) 상기 입력된 값에 대응하는 보정된 값을 연산하여 DB로 저장하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (a)는 로봇의 용접토치와 용접기 사이의 용접케이블에 대한 규격을 입력하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (b)는 제어기에 8~12가지 용접 전압/전류 조건을 부여하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (b)는 용접토치를 개시점부터 수평과 수직으로 각각 동일한 거리를 번갈아 이동하면서 수행하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (c)는 제어기의 LPF를 거쳐 평균값을 검출값으로 입력하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (d)는 용접케이블의 단면적과 길이에 따른 공칭저항치로 전압강하를 연산하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단계 (e)는 해당 용접기의 출력특성에 대한 2차함수의 계수를 RMS방식으로 연산하여 DB에 저장하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 로봇을 기반으로 하는 용접장치에서 특정의 용접기에 대한 입출력 특성 데이터를 축적하여 캘리브레이션 작업에 소요되는 시간을 단축하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용접장치를 개략적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 용접장치의 주요 회로를 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 용접장치의 제어기 알고리즘을 나타내는 순서도
도 4는 본 발명에 따른 제어기의 프로그램을 나타내는 예시도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 로봇(10)의 용접토치(15)를 기반으로 하고, 용접기(20)와 제어기(30)에 연계하여 용접을 수행하는 방법에 관련된다. 로봇(10)을 기반으로 하는 자동용접은 작업자가 조건을 설정하는 수동용접에 비하여 안정적인 성능의 유지가 가능하다. 반면에 로봇(10), 용접기(20), 제어기(30)의 연계적 제어가 미흡하면 용접장치의 말단인 용접토치(15)에서 전혀 다른 결과를 초래한다. 이러한 폐단을 방지하기 위해 자동용접에 있어서 캘리브레이션의 중요성이 더욱 강조된다. 본 발명은 아크용접을 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니며 전기를 사용하는 모든 종류의 용접에 적용된다.

이때, 제어기(30)는 입력부(31), 구동부(32), 마이콤(35) 등을 주요 구성으로 구비하고, 로봇(10)과 용접기(20)를 동시에 제어하여 캘리브레이션과 그에 후속되는 용접작업을 수행한다.

본 발명의 단계 (a)는 상기 제어기(30)의 지령과 케이블 규격을 입력하는 과정이다. 제어기(30)의 입력수단(터치스크린 또는 키패드)을 통하여 용접조건에 대한 기본적 정보와 함께 캘리브레이션의 개시 지령을 입력한다. 용접조건의 기본적인 정보에는 제어기(30)의 입력부(31)와 구동부(32)에 연결되는 각종 케이블의 규격도 포함될 수 있다.

이때, 상기 단계 (a)는 로봇(10)의 용접토치(15)와 용접기(20) 사이의 용접케이블(46)에 대한 규격을 입력한다. 제어기(30)는 제어케이블(42)을 개재하여 용접기(20)에 연결되는 동시에 신호케이블(44)을 개재하여 로봇(10)에 연결된다. 용접기(20)는 용접케이블(46)을 개재하여 용접토치(15)에 연결되어 용접에 필요한 전원을 제공한다. 이와 같은 방식에 있어서 제어기(30)의 출력은 용접기(20)에서 1차적 오차를 발생하고 다시 용접토치(15)에 이르면서 2차적 오차를 발생한다. 후자의 오차는 케이블(46)에 대한 규격을 입력하여 해결하며, 그 규격은 용접장치의 특성과 무관하게 별도로 획득이 가능하다.

본 발명의 단계 (b)는 상기 제어기(30)의 출력을 다단계로 변동하는 과정이다. 다양한 용접조건으로 바꿔가며 진행시 종래의 방식으로는 시간이 많이 소모되나, 본 발명의 경우 예상되는 용접조건을 다단계로 설정하여 자동 시뮬레이션으로 변동을 유발한다. 이러한 과정에서 생성되는 데이터는 제어기(30)에 의해 마이콤(35)의 메모리에 저장되므로 캘리브레이션 시간을 단축한다.

이때, 상기 단계 (b)는 제어기(30)에 8~12가지 용접 전압/전류 조건을 부여한다. 도 4에 예시하는 것처럼, 8가지 용접조건(전류 및 전압)을 하나의 작업파일(Job File)에 모두 작성한 후 1회 실행만으로 원하는 결과치를 모두 얻게 된다. 상기 8가지 조건에 미달하면 데이터의 정확성이 저하되고, 12가지 조건을 초과하면 정확도 향상에 비하여 연산의 비효율성이 우려될 수 있다.

한편, 상기 단계 (b)는 용접토치(15)를 개시점부터 수평과 수직으로 각각 동일한 거리를 번갈아 이동하면서 수행한다. 도 4에서, 설정된 개시점(Start Point)에서 P100로 용접토치(15)를 수직이동하면서 제1조건으로 출력을 보내고, P100에서 P200으로 용접토치(15)를 수평이동하면서 제2조건으로 출력을 보내고, 같은 방식으로 동일한 거리를 수평과 수직으로 이동하면서 제8조건으로 출력을 보낸다. 이는 시편을 이용하여 실제와 동일한 조건으로 수행하는 시뮬레이션 과정이며, 설정된 각각의 지점 사이에서 용접토치(15)의 이동속도는 동일하게 유지한다.

본 발명의 단계 (c)는 상기 용접기(20)의 변동되는 출력을 검출하는 과정이다. 용접전압/전류 피드백신호가 없는 용접장치의 경우 용접기(20)에서 흐르는 전류측정을 위해 홀 센서를 사용하고 용접기(20)에 걸리는 전압측정을 위해 OPAMP(증폭기)를 사용한다. 전술한 8가지의 조건으로 시뮬레이션 용접을 수행하는 동안 용접기(20) 상에서 전압/전류의 변동 상태를 검출하여 제어기(30)의 지령값과 용접기(20)의 실제 구동값의 오차를 산출하는 과정을 거친다.

이때, 상기 단계 (c)는 제어기(30)의 LPF(33)를 거쳐 평균값을 검출값으로 입력한다. 실제 용접에 있어서 용접기(20)의 출력은 파형의 변동이 커서 안정적인 신호분석이 곤란하므로 로우패스필터(Low Pass Filter)로 노이즈에 해당하는 고주파를 차단하여 단기 변동을 제거하고 평균값을 제공한다.

본 발명의 단계 (d)는 상기 단계 (c)의 검출값에서 용접토치(15)의 출력을 보정하는 과정이다. 실제 제어기(30)가 용접기(20)로 출력에 대한 제어를 수행하는 동안 용접기(20)에서 측정되는 전압과 용접케이블 끝단인 용접토치(15)에서 측정되는 전압은 차이를 보인다. 특히 로봇(10)을 이용한 자동용접에서 이러한 오차를 줄이기 위해 보정을 수행하는 것이 좋다.

이때, 상기 단계 (d)는 용접케이블(46)의 단면적과 길이에 따른 공칭저항치로 전압강하를 연산한다. 전단계에서 입력된 용접케이블(46)의 단면적과 거리 데이터로 공칭저항치를 자동 계산하여 전압강하를 고려하는 보정 방식에 의하여 정확도를 높일 수 있다.

본 발명의 단계 (e)는 상기 입력된 값에 대응하는 보정된 값을 연산하여 DB로 저장하는 과정이다. 이 단계는 입력부(31), 구동부(32), DB부(36)를 제어하는 마이콤(35)에 의하여 수행되며, 설정된 주기의 실시간으로 용접토치(15)의 보정된 전압/전류값을 생성하여 데이터베이스로 구축한다.

이때, 상기 단계 (e)는 해당 용접기의 출력특성에 대한 2차함수의 계수를 RMS방식으로 연산하여 DB에 저장한다. 통상적으로 메이커마다 상기한 제어기(30)의 값들에 대하여 도표화된 오차 특성(상관관계)을 참조하여 각각의 값 사이를 보간(Interpolation)하는 과정을 거친다. 반면, 본 발명은 제어기(30)의 마이콤(35)에서 2차식(ax^2 + bx + c=y) 형태의 수식을 포함하는 기설정 프로그램을 실행하고, 단계 (a)~(d)를 거쳐 획득된 측정값 데이터를 바탕으로 RMS(root mean square) 방식에 의거하여 2차계수 값(a, b, c)을 신속하게 연산한다. 이와 같이 측정값 자체를 제어기(30)의 메모리에서 DB부(36) 사이에서 액세스하므로 단시간에 연산과 데이터베이스의 구축을 완료할 수 있다. 캘리브레이션에 요하는 시간이 종래에 비해 크게 단축되는 것은 물론 용접장치의 모델이 바뀌더라도 바로 적용할 수 있다. 또한, 용접장치를 사용하는 중에도 설정된 주기로 샘플링되는 오차 특성을 데이터베이스화 하여 특성변화를 감지하고 갱신할 수도 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 로봇 15: 용접토치
20: 용접기 25: 센서
30: 제어기 31: 입력부
32: 구동부 33: LPF
35: 마이콤 36: 메모리
42: 제어케이블 44: 신호케이블
46: 용접케이블

Claims

로봇(10)의 용접토치(15)를 기반으로 하고, 용접기(20)와 제어기(30)에 연계하여 용접을 수행하는 방법에 있어서:
(a) 상기 제어기(30)의 지령과 케이블 규격을 입력하는 단계;
(b) 상기 제어기(30)의 출력을 다단계로 변동하는 단계;
(c) 상기 용접기(20)의 변동되는 출력을 검출하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)의 검출값에서 용접토치(15)의 출력을 보정하는 단계; 및
(e) 상기 입력된 값에 대응하는 보정된 값을 연산하여 DB로 저장하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (a)는 로봇(10)의 용접토치(15)와 용접기(20) 사이의 용접케이블(46)에 대한 규격을 입력하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)는 제어기(30)에 8~12가지 용접 전압/전류 조건을 부여하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)는 용접토치(15)를 개시점부터 수평과 수직으로 각각 동일한 거리를 번갈아 이동하면서 수행하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (c)는 제어기(30)의 LPF(33)를 거쳐 평균값을 검출값으로 입력하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (d)는 용접케이블(46)의 단면적과 길이에 따른 공칭저항치로 전압강하를 연산하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (e)는 해당 용접기의 출력특성에 대한 2차함수의 계수를 RMS방식으로 연산하여 DB에 저장하는 것을 특징으로 하는 로봇 용접장치의 캘리브레이션 방법.