KR20140024986A - 다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일면은, 로봇을 이용한 대상물에 문자를 용접하는 장치에 있어서: 다관절 로봇(10); 상기 다관절 로봇(10)을 이동 가능하게 지지하는 캐리어(20); 및 상기 대상물에 대한 다관절 로봇(10)의 자세를 입력하기 위한 지그(30);를 포함하여 이루어진다. 본 발명의 다른 일면은 로봇을 이용하여 대상물에 문자를 용접하는 방법에 있어서: 가상의 원점을 기준으로 하는 문자궤적 데이터를 로딩하는 제1단계(S10); 교시용 지그(30)를 설정된 위치에 정치하는 제2단계(S20); 지그(30)의 일변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 제3단계(S30); 지그(30)의 타변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 제4단계(S40); 및 변환된 사용자 좌표계를 기준으로 문자궤적을 생성하는 제5단계(S50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 조선 분야의 특성에 부합되는 경량화 구조를 기반으로 용이한 이동성과 넓은 작업영역을 확보하여 다양한 문자 용접의 품질과 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치 및 방법{Apparatus and Method for welding characters using multi-link robot}
본 발명은 다관절 로봇을 이용한 문자 용접에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 조선 분야의 특성에 부합되는 경량화 구조를 기반으로 용이한 이동성과 넓은 작업영역을 확보하여 다양한 문자 용접의 품질과 생산성 향상을 도모할 수 있는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치 및 방법에 관한 것이다.
선박에 적용되는 비드를 통한 문자마킹은 통상적으로 수작업으로 진행되거나 직교좌표 방식의 로봇을 이용한 부분 자동화로 진행된다. 자동화의 경우에도 문자 용접만을 전용으로 제작되기 때문에 다른 작업과 병행할 수 없어 활용도가 저하되는 단점을 보인다. 문자 용접과 관련된 선행특허로서 한국 등록특허공보 제0730886호, 한국 등록특허공보 제0655722호 등이 알려져 있다.
전자의 선행특허는 X축 방향 레일과, X축 구동몸체와, X축 구동롤러를 포함하여 이루어지는 X축 구동부; 빔 형상의 Y축 가이드와, Y축 구동몸체를 포함하여 이루어지는 Y축 구동부; Z축 가이드와, 용접토치와, 자동 토치 높이 제어장치를 포함하여 이루어지는 Z축 구동부; 및 상기 X축 구동부, Y축 구동부 및 Z축 구동부의 동작을 전기적으로 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 작업 현장간의 신속한 이동이 가능해지며, 용접 작업의 고품질을 유도할 수 있을 뿐만 아니라 품질의 균질화를 유도하는 효과를 기대한다.
후자의 선행특허는 NC 데이터 관리부의 NC 데이터를 데이터 파일 생성부로 전송하는 단계; 상기 전송된 NC 데이터를 로봇 제어부가 인식할 수 있도록 가공하는 단계; 상기 데이터 파일 생성부를 통해 데이터 서버를 실행시켜 로봇 제어부가 접속해 올 때까지 대기하는 단계; 상기 로봇 제어부가 데이터 파일 생성부에 접속하여 가공된 문자의 형상 데이터 파일을 전달받아 문자의 형상을 용접하는 단계로 이루어진다. 이에 따라, 작업시간을 단축시킬 수 있고, 수동작업보다 정밀한 형상을 구현할 수 있는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 방식에 의하면 조선 용접작업의 특성상 로봇과 작업위치의 변동이 심하여 작업의 신속성과 정확성이 저하되고, 문자의 크기가 커질수록 장비의 스트로크와 크기와 외형이 증가되므로 핸들링에 불편을 초래한다.
이외에 한국 공개특허공보 제2005-80988호의 "마크 자동용접 장치", 한국 공개특허공보 제2006-37993호의 "마크자동용접장치의 제어방법"등의 선행특허가 발견되지만 용접 장치 이송용 프레임이 구비되어 있으므로 신속한 이동성이 보장되지 않는 단점을 보이고 있다.
1. 한국 등록특허공보 제0730886호 "선박외판 문자 자동 용접장치"(공개일자 : 2007. 6. 20.) 2. 한국 등록특허공보 제0655722호 "마크 자동로봇의 문자 생성방법"(공개일자 : 2006. 7. 5.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 조선 분야의 특성에 부합되는 경량화 구조를 기반으로 용이한 이동성과 넓은 작업영역을 확보하여 다양한 문자 용접의 품질과 생산성 향상을 도모할 수 있는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 의하면, 로봇을 이용한 대상물에 문자를 용접하는 장치에 있어서: 다관절 로봇; 상기 다관절 로봇을 이동 가능하게 지지하는 캐리어; 및 상기 대상물에 대한 다관절 로봇의 자세를 입력하기 위한 지그;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 다관절 로봇은 터치센서와 교시조작기를 지니는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 지그는 "ㄱ"자 형태로 이루어지고 위치 고정용 자석을 지니는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일면에 의하면, 로봇을 이용하여 대상물에 문자를 용접하는 방법에 있어서: 가상의 원점을 기준으로 하는 문자궤적 데이터를 로딩하는 제1단계; 교시용 지그를 설정된 위치에 정치하는 제2단계; 지그의 일변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 제3단계; 지그의 타변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 제4단계; 및 변환된 사용자 좌표계를 기준으로 문자궤적을 생성하는 제5단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 제3단계는 평면상의 2개소 터치점을 입력하여 피치(Pitch), 요(Yaw), 원점을 계산하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 제4단계는 평면상의 1개소 터치점을 입력하여 롤(Roll)을 계산하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 조선 분야의 특성에 부합되는 경량화 구조를 기반으로 용이한 이동성과 넓은 작업영역을 확보하여 다양한 문자 용접의 품질과 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 용접장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 용접방법을 순차적으로 나타내는 플로우차트
도 3은 본 발명에 따른 문자용접의 구체적인 예를 나타내는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 로봇을 이용한 대상물에 문자를 용접하는 장치에 관련된다. 문자는 선박의 해치커버 상단이나 흘수마크 등에 표시되는 글자, 숫자, 도형 등을 의미하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 대상물은 설정된 형태로 재단되어 상기한 문자를 구비하는 판재이다. 로봇은 문자마킹 작업 외에 다른 부분에 대한 용접 자동화도 병행하는 구성을 요한다.
본 발명은 다관절 로봇(10)을 기반으로 하고, 상기 다관절 로봇(10)을 이동 가능하게 지지하는 캐리어(20)를 구비한다. 다관절 로봇(10)은 이동용 캐리어(20) 상에 와이어 피더(12), 토치, 용접제어기 등의 용접관련 기구를 일체로 탑재한다. 캐리어(20)는 원활한 이송을 위한 바퀴를 구비하는 외에 자성체인 선체 또는 대상물에 부착 가능한 자석(도시 생략)을 구비할 수 있다.
이때, 상기 다관절 로봇(10)은 터치센서(15)와 교시조작기(24)를 지니는 것을 특징으로 한다. 다관절 로봇(10)은 터치센서(15)와 교시조작기(24)를 로봇제어기(22)와 연계하도록 구비하여 토치에 대한 위치정보를 입력한다. 터치센서(15)를 이용한 터치 동작은 작업자에 의하여 수행되는 것이나 모든 계산은 로봇제어기(12)에 의하여 수행된다.
또, 본 발명에 따르면 상기 대상물에 대한 다관절 로봇(10)의 자세를 입력하기 위한 지그(30)를 구비한다. 지그(30)는 문자작업 대상물과 다관절 로봇(10)의 토치 간의 상대적인 위치를 검출하기 위한 보조수단이다. 지그(30)는 일단 문자작업 대상물에 정치되면 요동이 없도록 구속하기 위한 기구를 구비한다.
이때, 상기 지그(30)는 "ㄱ"자 형태로 이루어지고 위치 고정용 자석을 지니는 것을 특징으로 한다. 지그(30)에서 "ㄱ"자의 일변은 X축을 타변은 Y축을 나타내고, 상면과 저면(바닥면)의 깊이(두께)는 Z축을 나타낸다. 지그(30)는 문자작업 대상물에 자기력으로 부착되도록 자석을 구비하는 바, 레버에 의하여 자기력을 용이하게 단속하는 매그스위치를 사용할 수도 있다. 지그(30)의 일변과 타변을 각각 Y축과 X축방향으로 일치시키고 일변과 타변이 교차하는 부분을 문자의 좌측하단 코너에 일치시킨다.
본 발명의 다른 일면은 로봇을 이용하여 대상물에 문자를 용접하는 방법에 관련된다. 문자는 전술한 것처럼 선박의 해치커버 상단이나 흘수마크 등에 표시되는 글자, 숫자, 도형 등을 의미한다. 로봇은 문자마킹 작업 외에 다른 부분에 대한 용접 자동화도 병행하는 구성을 기반으로 한다. 이하에서 로봇의 모든 제어 알고리즘은 로봇제어기(22)의 마이콤(도시 생략)에 탑재된다.
본 발명의 제1단계(S10)는 가상의 원점을 기준으로 하는 문자궤적 데이터를 로딩하는 과정을 거친다. 도 3에 도시하는 것처럼 숫자 "3"을 용접비드로 마킹하는 경우 "3"을 이루는 윤곽선에 대하여 기설정된 궤적 데이터를 로봇제어기(22)의 메모리(도시 생략)에 로딩한다.
본 발명의 제2단계(S20)는 교시용 지그(30)를 설정된 위치에 정치하는 과정을 거친다. 지그(30)는 문자작업 대상물과 다관절 로봇(10)의 토치 간의 상대적인 위치를 검출하기 위한 보조수단이다. 지그(30)는 일단 문자작업 대상물에 정치되면 요동이 없도록 구속하기 위한 기구를 구비한다.
본 발명의 제3단계(S30)는 지그(30)의 일변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 과정을 거치고, 제4단계(S40)는 지그(30)의 타변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 과정을 거친다. 이는 다관절 로봇(10)의 터치센서(15)를 이용하여 지그(30)의 일변과 타변에서 터치점에 대한 위치 정보를 입력하는 과정이다.
상기 제3단계(S30)의 구체적인 예로서 평면상의 2개소 터치점을 입력하여 피치(Pitch), 요(Yaw), 원점을 계산하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 지그(30)의 평면(상면)에서 Y축방향으로 터치점 a와 b를 교시하고, 각각의 터치점 a와 b에 대응하는 Z축방향의 바닥면 터치점도 교시한다. 이와 같은 4개소의 터치점을 입력한 로봇제어기(22)는 다관절 로봇(10)의 현재 설치상태에서 토치에 대한 피치(Pitch), 요(Yaw), 원점을 계산할 수 있다.
상기 제4단계(S40)의 구체적인 예로서 평면상의 1개소 터치점을 입력하여 롤(Roll)을 계산하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 지그(30)의 평면(상면)에서 X축방향으로 터치점 c를 교시하고, 터치점 c에 대응하는 Z축방향의 바닥면 터치점도 교시한다. 이와 같은 2개소의 터치점을 입력한 로봇제어기(22)는 다관절 로봇(10)의 현재 설치상태에서 토치에 대한 롤(Roll)을 계산할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 다관절 로봇(10)의 토치에 대한 원점, 롤, 피치, 요 정보를 바탕으로 사용자 좌표계를 확보할 수 있다.
본 발명의 제5단계(S50)는 변환된 사용자 좌표계를 기준으로 문자궤적을 생성하는 과정을 거친다. 캐리어(20)로 이동된 로봇제어기(22)의 현재 상태(자세)와 무관하게 지그(30)를 통하여 생성된 사용자 좌표계 상에서 제1단계(S10)에서 로딩된 문자궤적 데이터를 변환하여 새로운 궤적정보를 생성한다. 이후 문자의 윤곽을 따라 토치를 이송하면서 연속적 또는 단속적인 용접비드를 형성하여 원하는 패턴을 완성할 수 있다.
이에 따라, 용접 작업 전 수행하는 터치 센싱을 통한 교시과정에서 문자의 형상에 대한 절대 위치를 도출하지 않고 상대적인 위치를 연산 및 도출하여 신속하고 정확하게 문자마킹 작업을 수행할 수 있다.
그리고, 다관절 로봇(10)을 이용하여 작업함으로써 문자용접 이외의 용접자동화에 확대하여 적용하기에 용이하다.
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: 다관절 로봇 12: 와이어 피더
15: 터치센서 20: 캐리어
22: 로봇제어기 24: 교시조작기
30: 지그

Claims (6)

  1. 로봇을 이용한 대상물에 문자를 용접하는 장치에 있어서:
    다관절 로봇(10);
    상기 다관절 로봇(10)을 이동 가능하게 지지하는 캐리어(20); 및
    상기 대상물에 대한 다관절 로봇(10)의 자세를 입력하기 위한 지그(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다관절 로봇(10)은 터치센서(15)와 교시조작기(24)를 지니는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지그(30)는 "ㄱ"자 형태로 이루어지고 위치 고정용 자석을 지니는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접장치.
  4. 로봇을 이용하여 대상물에 문자를 용접하는 방법에 있어서:
    가상의 원점을 기준으로 하는 문자궤적 데이터를 로딩하는 제1단계(S10);
    교시용 지그(30)를 설정된 위치에 정치하는 제2단계(S20);
    지그(30)의 일변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 제3단계(S30);
    지그(30)의 타변과 동일 위치의 바닥점을 터치하는 제4단계(S40); 및
    변환된 사용자 좌표계를 기준으로 문자궤적을 생성하는 제5단계(S50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계(S30)는 평면상의 2개소 터치점을 입력하여 피치(Pitch), 요(Yaw), 원점을 계산하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4단계(S40)는 평면상의 1개소 터치점을 입력하여 롤(Roll)을 계산하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇을 이용한 문자 용접방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107322605A (zh) * 2017-07-04 2017-11-07 广西大学 一种轻量化五自由度高速焊接机器人

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