KR20140042485A - 자동용접장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동용접장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 용접 대상물에 접하여 이동하는 주행부와, 상기 주행부 일측에 설치되어 상기 용접 대상물 상의 용접괘선에 대한 용접작업을 수행하는 용접부와, 상기 용접부 또는 주행부에 설치되어 상기 용접괘선에 대한 정보를 감지하는 센싱부와, 상기 센싱부로부터 감지된 정보를 이용하여 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것으로서, 상기 센싱부는 제1 라인 레이저와 제2 라인 레이저를 포함하는 둘 이상의 라인 레이저를 상기 용접괘선 주위에 조사하는 레이저 조사 모듈과, 상기 라인 레이저가 용접 대상물에 조사되어 나타나는, 제1 라인 레이저 상과 제2 라인 레이저 상을 포함하는 둘 이상의 라인 레이저 상을 촬영하여 영상을 얻는 카메라 모듈을 구비하며, 상기 제어부는 상기 영상에서 촬영된 각 라인 레이저 상으로부터 그 라인 레이저 상이 있는 위치에서의 용접괘선의 위치에 대한 정보를 판독가능한 자동용접장치를 제공한다.

Description

자동용접장치{Automatic Welding Device}
본 발명은 자동용접장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 용접 대상물에 접하여 이동하면서 용접괘선을 정확하게 추적하여 용접이 이루어지도록 하며, 용접괘선의 시작점과 완료점의 검출이 가능한 자동용접장치에 관한 것이다.
일반적으로, 용접은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 방법으로 접합 될 구조물을 서로 맞대거나 겹친 상태에서 용접괘선을 따라 용접공이 직접 작업을 수행하게 된다.
그러나, 용접작업은 많은 위험요소를 내포하는 작업으로 최근에는 숙련된 용접공의 수가 줄어들고 있으며, 이와 같은 용접공의 부족을 보완하기 위해 다양한 자동용접장치가 개발되어 사용화되고 있다.
이와 같은, 종래의 자동용접장치는 카메라와 레이저 센서 등을 이용하여 용접궤선을 센싱하고, 센싱된 용접괘선을 따라 용접작업을 수행한다.
이러한, 종래의 자동용접장치는 용접궤선의 외곽면이 고르지 않거나 용접시 발생되는 스패터(Spatter)가 용접궤선의 외곽면에 부착될 경우에는 용접궤선의 추적시 에러가 발생하여 정확한 용접이 이루어질 수 없는 문제점이 있다.
또한, 용접궤선이 곡선이 경우에는 용접궤선의 추적시 곡선의 각도를 알 수없어 용접궤선의 추적이 어려워 곡선용접이 불가능하였으며, 용접궤선의 시작점과 완료점을 자동으로 알 수 없어 항상 작업자가 용접상태를 확인해야하는 번거로운 점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접궤선의 외곽면이 고르지 않거나 용접시 발생되는 스패터(Spatter)가 용접궤선의 외곽면에 부착된 경우에도 용접궤선을 추적을 용이하게 하여 정확한 용접을 할 수 있는 자동용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 곡선의 용접궤선을 추적하여 곡선용접이 가능한 자동용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 용접궤선의 시작점과 완료점을 자동으로 검출 가능한 자동용접장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 용접 대상물에 접하여 이동하는 주행부와, 상기 주행부 일측에 설치되어 상기 용접 대상물 상의 용접괘선에 대한 용접작업을 수행하는 용접부와, 상기 용접부 또는 주행부에 설치되어 상기 용접괘선에 대한 정보를 감지하는 센싱부와, 상기 센싱부로부터 감지된 정보를 이용하여 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것으로서, 상기 센싱부는 제1 라인 레이저와 제2 라인 레이저를 포함하는 둘 이상의 라인 레이저를 상기 용접괘선 주위에 조사하는 레이저 조사 모듈과, 상기 라인 레이저가 용접 대상물에 조사되어 나타나는, 제1 라인 레이저 상과 제2 라인 레이저 상을 포함하는 둘 이상의 라인 레이저 상을 촬영하여 영상을 얻는 카메라 모듈을 구비하며, 상기 제어부는 상기 영상에서 촬영된 각 라인 레이저 상으로부터 그 라인 레이저 상이 있는 위치에서의 용접괘선의 위치에 대한 정보를 판독가능한 자동용접장치를 제공한다.
상기 제어부는 상기 영상에 촬영된 둘 이상의 라인 레이저 상중에서 오류인 라인 레이저 상이 있는지를 판별하여 이를 제외한 정상적인 라인 레이저 상에서 얻어진 정보로 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 정상적인 라인 레이저 상이 하나만 있는 경우 그 라인 레이저 상에서 얻어진 정보로 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 정상적인 라인 레이저 상이 둘 이상이고 그 둘 이상의 라인 레이저 상을 상호 비교하여 이들이 동일한 경우, 이 중에서 선택된 하나의 라인 레이저 상에서 얻어진 용접괘선의 위치 정보로부터 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 정상적인 라인 레이저 상이 둘 이상이고 그 둘 이상의 라인 레이저 상을 비교하여 용접괘선의 위치에 대한 정보가 상이한 경우, 각각의 라인 레이저 상이 나타내는 용접괘선의 위치 차이에 대한 정보 및 라인 레이저의 상간의 이격거리에 대한 정보로부터 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 센싱부는 상기 주행부의 전후측에 각각 하나씩 총 두개가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 용접부는 용접토치와 상기 용접토치의 위치를 가변시키는 용접위치 가변부를 포함하며, 상기 센싱부는 상기 용접위치 가변부의 일측에 설치되고, 상기 제어부는 상기 영상에서 촬영된 각 라인 레이저 상으로부터 그 라인 레이저 상이 있는 위치에서의 용접괘선의 깊이에 대한 정보를 추가적으로 판독가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 용접궤선의 외곽면이 고르지 않거나 용접시 발생되는 스패터(Spatter)가 용접궤선의 외곽면에 부착된 경우에도 용접궤선을 추적을 용이하게 하여 정확한 용접을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 곡선의 용접궤선을 추적하여 곡선용접이 가능한 효과가 있다.
또한, 용접궤선의 시작점과 완료점을 자동으로 검출 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동용접장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 센싱부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3a는 용접대상물의 상면에 주행체를 위치시켜 용접토치의 중심선과 용접괘선의 중심선을 일치시켰을 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면.
도 3b은 용접대상물에 용접시 발생되는 스패터와 같은 이물질이 존재하는 경우의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면.
도 3c은 주행체의 위치변화에 따른 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면.
도 3d은 주행체가 곡선주행을 할 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면.
도 3e는 용접대상물에 용접이 완료되었을 때의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동용접장치는 용접대상물에 형성된 용접궤선을 따라 주행하는 것을 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 변형실시예에 따른 자동용접장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동용접장치를 개략적으로 도시하는 도면, 도 2는 도 1에 도시된 센싱부를 개략적으로 도시하는 도면, 도 3a는 용접대상물의 상면에 주행체를 위치시켜 용접토치의 중심선과 용접괘선의 중심선을 일치시켰을 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면, 도 3b은 용접대상물에 용접시 발생되는 스패터와 같은 이물질이 존재하는 경우의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면, 도 3c은 주행체의 위치변화에 따른 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면, 도 3d은 주행체가 곡선주행을 할 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면, 도 3e는 용접대상물에 용접이 완료되었을 때의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동용접장치는 용접대상물에 형성된 용접궤선을 따라 주행하는 것을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자동용접장치(100)는 주행부(110), 용접부(120), 센싱부(130), 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
주행부(110)는 용접대상물(10)에 접하여 이동하는 것으로서, 보다 구체적으로 설명하면, 용접 대상물 상에 형성된 용접궤선(12)을 따라 이동한다.
이러한, 주행부(110)는 기본골격이 되는 사각형상으로 이루어진 보디(112)와, 보디(112)의 내부에 구비되는 구동모터(114)와, 구동모터(114)로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구동바퀴(116)로 구성된다.
용접부(120)는 주행부(110)의 일측에 설치되어 용접 대상물(10) 상에 형성된 용접궤선(12)을 용접하는 용접토치(122)와, 용접토치(122)의 위치를 가변시키는 용접위치 가변부(124)로 구성된다.
센싱부(130)는 용접부(120) 또는 주행부(110)에 설치되어 용접 대상물(10) 상에 형성된 용접궤선(12)에 대한 정보를 감지한다.
이러한, 센싱부(130)는 제1 라인 레이저(132a)와 제2 라인 레이저(132b)를 포함하는 둘 이상의 라인 레이저를 용접궤선(12) 주위에 조사하는 레이저 조사 모듈(132)과, 라인 레이저가 용접 대상물(10)에 조사되어 나타나는, 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)을 포함하는 둘 이상의 라인 레이저 상을 촬영하여 영상을 얻는 카메라 모듈(134)을 구비한다.
여기서, 센싱부(130)는 주행부(110)의 전후측에 각각 하나씩 총 두개가 구비되는 것이 바람직하며, 아울러, 용접토치(122)의 위치를 가변시키는 용접위치 가변부(124)의 일측에 구비되는 것도 가능하다.
제어부(140)는 센싱부(130)로부터 감지된 정보를 이용하여 주행부(110) 및 용접부(120)를 제어할 수 있도록, 카메라 모듈(134)에서 촬영된 각 레이저 상(L1, L2)으로부터 그 라인 레이저 상에 있는 위치에서의 용접궤선(12)의 위치에 대한 정보를 판독한다.
이하에서는 전술한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 자동용접장치의 작동을 설명하기로 한다.
먼저, 주행부(110)를 용접대상물(10)의 상면에 위치시킨 후, 센싱부(130)의 레이저 조사 모듈(132)로부터 제1 라인 레이저(132a)와 제2 라인 레이저(132b)를 용접궤선(12)이 형성된 용접대상물(10)에 조사하여 나타나는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)을 카메라 모듈(134)을 이용해 촬영하여 영상을 획득한다.
이후, 도 3a에 도시된 바와 같이, 도 3a는 용접대상물의 상면에 주행체를 위치시켜 용접토치의 중심선과 용접괘선의 중심선이 일치되었을 때의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면이다.
카메라 모듈(134)에 구비된 디스플레이(136)에 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 형상이 동일해 지도록 주행부(110)의 위치를 조절한다. 이때, 용접부(120)의 용접토치(122)의 중심은 용접궤선(12)의 중심과 일치되도록 한다.
이와 같이, 용접토치(122)의 중심과 용접궤선(12)의 중심이 일치된 상태에서의 주행부(110)의 주행 기준선은 디스플레이(136))에 표시된 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 출발하여 첫번째로 꺾이는 점이 기준선이 되고, 주행부(110)는 기준선을 따라 주행한다.
이때, 제어부(140)는 디스플레이(136)에 표시된 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값을 기준픽셀값으로 인식한다.
계속해서, 제어부(140)는 주행부(110)가 기준선을 따라 주행하면서 카메라모듈(130)에 의해 촬영되어 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값과 기준픽셀값을 반복적으로 비교하여 주행부(110) 및 용접부(120)를 제어한다.
도 3b은 용접대상물에 용접시 발생되는 스패터와 같은 이물질이 존재하는 경우의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면이다.
도 3b를 참조하면, 용접대상물에 스패터와 같은 이물질이 존재하는 경우 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)에는 꺾이는 점이 복수개가 발생되고, 제2 라인 레이저 상(L2)은 최초 주행부(110)의 위치설정시와 동일할 경우에, 제어부(140)는 제1 라인 레이저 상(L1)을 오류로 판별하고, 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값과 기준픽셀값을 비교하여 주행부(110) 및 용접부(120)를 제어하게 된다.
도 3c은 주행체의 위치변화에 따른 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면이다.
도 3c를 참조하면, 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값의 변화가 있고 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 변화된 픽셀값이 동일한 경우, 제어부(140)는 주행체(110)의 위치변화가 있는 것으로 인식하고, 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2) 중 어느 하나를 선택한 후, 선택된 라인 레이저 상의 끝단으로부터 기준선까지의 변화된 픽셀값과 기준픽셀값을 비교하여 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값이 기준픽셀값이 되도록 주행부(110)를 제어함과 동시에 용접부(120)를 제어하여 용접토치(122)의 중심이 용접대상물(10)에 형성된 용접궤선(12)의 중심과 일치되도록 한다.
도 3d은 주행체가 곡선주행을 할 경우 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면이다.
도 3d를 참조하면, 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값의 변화가 있고 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 변화된 픽셀값이 상이한 경우, 제어부(140)는 주행체(140)가 곡선주행을 하는 것으로 인식하고, 제1 라인 레이저 상(L1)에 표시되는 기준선의 위치와, 제2 라인 레이저 상(L2)에 표시되는 기준선의 위치 및 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2) 간의 이격된 거리로부터 획득되는 기하학적 형상(S)으로부터 얻어지는 정보를 통해 주행부(110)를 제어함과 동시에 용접부(120)를 제어하여 용접토치(122)의 중심이 용접대상물(10)에 형성된 용접궤선(12)의 중심과 일치되도록 한다.
도 3e는 용접대상물에 용접이 완료되었을 때의 디스플레이에 표시되는 영상을 도시하는 도면이다.
도 3e을 참조하면, 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 끝단으로부터 기준선까지의 픽셀값의 변화가 있고 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)의 변화된 픽셀값이 동일한 영상이 수 초간 디스플레이(136)에 표시되는 경우, 제어부(140)는 용접이 완료된 것으로 인식하고 주행부(110)와 용접부(120)를 제어하여 용접작업을 완료한다.
도 5는 본 발명의 변형실시예에 따른 자동용접장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 변형실시예에 따른 자동용접장치(100)는 센싱부(130)가 용접위치 가변부(124)의 일측에 설치되는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예와 대동소이하다.
따라서, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 변형실시예에 따른 자동용접장치(100)는 센싱부(130)가 용접부(120)의 용접토치(122)에 인접되게 위치된 용접위치 가변부(124)에 설치되어 있어, 제어부(140)는 카메라모듈(130)에 의해 촬영되어 디스플레이(136)에 표시되는 제1 라인 레이저 상(L1)과 제2 라인 레이저 상(L2)이 있는 위치에서의 용접괘선(12)의 깊이를 추가적으로 판독이 가능하며, 이로 인해, 용접토치(122)와 용접괘선(12) 사이의 간격이 용접면의 굴곡 및 주행체(110)의 주행위치 또는 기구적인 인자에 의해 변화가 발생되어도 용접토치(122)와 용접궤선(12)의 간격을 항상 일정하게 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자동용접장치는 용접궤선의 외곽면이 고르지 않거나 용접시 발생되는 스패터(Spatter)가 용접궤선의 외곽면에 부착된 경우에도 용접궤선을 추적을 용이하게 하여 정확한 용접을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 곡선의 용접궤선을 추적하여 곡선용접이 가능하며, 용접궤선의 시작점과 완료점을 자동으로 검출 가능한 효과가 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하였지만, 당해 기술 분야에 숙련된 사람은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 용접대상물
12: 용접궤선
110: 주행부
112: 보디
114: 구동모터
116: 구동바퀴
120: 용접부
122: 용접토치
124: 용접위치 가변부
130: 센싱부
132: 레이저 조사 모듈
132a: 제1 라인 레이저
132b: 제2 라인 레이저
134: 카메라 모듈
136: 디스플레이
140: 제어부
L1: 제1 라인 레이저 상
L2: 제2 라인 레이저 상

Claims (7)

  1. 용접 대상물에 접하여 이동하는 주행부;
    상기 주행부 일측에 설치되어 상기 용접 대상물 상의 용접괘선에 대한 용접작업을 수행하는 용접부;
    상기 용접부 또는 주행부에 설치되어 상기 용접괘선에 대한 정보를 감지하는 센싱부;
    상기 센싱부로부터 감지된 정보를 이용하여 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것으로서,
    상기 센싱부는 제1 라인 레이저와 제2 라인 레이저를 포함하는 둘 이상의 라인 레이저를 상기 용접괘선 주위에 조사하는 레이저 조사 모듈과, 상기 라인 레이저가 용접 대상물에 조사되어 나타나는, 제1 라인 레이저 상과 제2 라인 레이저 상을 포함하는 둘 이상의 라인 레이저 상을 촬영하여 영상을 얻는 카메라 모듈을 구비하며,
    상기 제어부는 상기 영상에서 촬영된 각 라인 레이저 상으로부터 그 라인 레이저 상이 있는 위치에서의 용접괘선의 위치에 대한 정보를 판독가능한 자동용접장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 영상에 촬영된 둘 이상의 라인 레이저 상중에서 오류인 라인 레이저 상이 있는지를 판별하여 이를 제외한 정상적인 라인 레이저 상에서 얻어진 정보로 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 자동용접장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 정상적인 라인 레이저 상이 하나만 있는 경우 그 라인 레이저 상에서 얻어진 정보로 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 자동용접장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 정상적인 라인 레이저 상이 둘 이상이고 그 둘 이상의 라인 레이저 상을 상호 비교하여 이들이 동일한 경우, 이 중에서 선택된 하나의 라인 레이저 상에서 얻어진 용접괘선의 위치 정보로부터 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 자동용접장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 정상적인 라인 레이저 상이 둘 이상이고 그 둘 이상의 라인 레이저 상을 비교하여 용접괘선의 위치에 대한 정보가 상이한 경우, 각각의 라인 레이저 상이 나타내는 용접괘선의 위치 차이에 대한 정보 및 라인 레이저의 상간의 이격거리에 대한 정보로부터 상기 주행부 및 용접부를 제어하는 자동용접장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 주행부의 전후측에 각각 하나씩 총 두개가 구비되는 자동용접장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접부는 용접토치와 상기 용접토치의 위치를 가변시키는 용접위치 가변부를 포함하며,
    상기 센싱부는 상기 용접위치 가변부의 일측에 설치되고,
    상기 제어부는 상기 영상에서 촬영된 각 라인 레이저 상으로부터 그 라인 레이저 상이 있는 위치에서의 용접괘선의 깊이에 대한 정보를 추가적으로 판독가능한 자동용접장치.
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