KR20150030802A - Apparatus and method for setting line laser for work position alignment of welding robot - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇 바디의 오차나 용접 토치 변형 오차 모두가 고려되어 로봇의 작업 위치를 정렬할 수 있는 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
통상의 6축 수직다관절 로봇을 이용한 생산라인의 경우 로봇이 고정되어 있으며 대량의 동일한 형상의 대상물에 대한 작업 수행 시 로봇 좌표계와 작업 대상물 좌표계 간의 상대 위치(변위(displacement), 오리엔테이션(orientation)) 정의가 일정하므로 작업 수행 시 작업 능률이 높다. In the case of a production line using a conventional 6-axis vertical articulated robot, the relative position (displacement, orientation) between the robot coordinate system and the workpiece coordinate system is fixed when a robot is fixed and a large number of objects having the same shape are performed, Because the definition is constant, the work efficiency is high when the work is performed.
그러나, 조선 산업체의 경우 생산품 다시 말해 작업 대상물의 크기가 상대적으로 크고 무게가 상대적으로 무겁기 때문에 작업 대상물이 정지해 있으며 그 대신에 작업을 수행할 로봇이 이동하여 작업을 수행하는 경우가 많다. 이때 로봇 이동 시마다 로봇 좌표계와 작업 대상물 좌표계 간의 관계 또는 상대 위치를 매번 다시 정의해 주어야 한다. 이에 따라 상대적으로 작업 능률이 낮다. However, in the shipbuilding industry, the workpiece is stopped because the workpiece is relatively large in size and relatively heavy in weight, and instead, the robot performing the work moves to perform the work in many cases. At this time, each time the robot moves, the relationship between the robot coordinate system and the workpiece coordinate system or the relative position must be redefined each time. As a result, work efficiency is relatively low.
한편, 오픈 블록(open block)에 사용 중인 6축 수직다관절 로봇의 경우에는 로봇 좌표계와 작업 대상물 좌표계 간의 관계 정의를 위해 로봇 본체가 실린 카트와 이 카트에 장착된 실린더를 이용하고 있다. 이는 전체 시스템의 중량화 및 대형화를 불러오고, 또한 이 시스템을 적용하기 위해 크레인을 이용하고 있다. 그러나, 더블헐(double hull)의 경우에는 폐쇄 공간이므로 크레인을 이용할 수 없으며, 따라서 이렇게 중량이 큰 시스템을 사용할 수 없는 문제점이 있다. On the other hand, in the case of a six-axis vertical articulated robot used in an open block, a cart loaded with a robot main body and a cylinder mounted on the cart are used for defining the relationship between the robot coordinate system and the workpiece coordinate system. This leads to an increase in the weight and size of the entire system, and also uses a crane to apply the system. However, in the case of a double hull, a crane can not be used because it is a closed space, and thus there is a problem that such a heavy-weight system can not be used.
이를 해결하기 위해, 선 출원된 대한민국 등록특허공보 제1224875호에는 로봇 좌표계와 작업 대상물 좌표계 간의 상대 위치를 용이하게 정렬할 수 있는 라인 레이저를 이용한 위치 정렬 방법이 개시된바 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Registration No. 1224875 filed in the prior application discloses a position alignment method using a line laser, which can easily align relative positions between a robot coordinate system and a workpiece coordinate system.
도 1은 종래의 라인 레이저 모듈을 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 라인 레이저 모듈(210)(220)은 로봇의 일 측에 장착되는 것으로서, 각각 피치(Pitch) 운동 및 요(Yaw) 운동 가능하도록 한 쌍으로 구비된다. 아울러, 적정한 각도만큼 라인 레이저 모듈(210)(220)을 회전시켜 로봇 좌표계와 작업 대상물 좌표계 간의 상대 위치를 정렬한다. 1 is a perspective view showing a conventional line laser module. As shown in FIG. 1, the conventional
도 2는 종래의 라인 레이저 모듈을 이용한 작업 대상물과의 정렬 상태를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 피치 운동 가능한 라인 레이저 모듈(110)의 레이저 라인은 로봇의 정면에 위치한 수평(horizontal) 용접선과 일치시키고, 요 운동 가능한 라인 레이저 모듈(120)의 레이저 라인은 로봇의 정면에 위치한 수직(vertical) 용접선과 일치시켜 로봇 좌표계와 작업 대상물 좌표계 간의 상대 위치(변위, 오리엔테이션)를 정렬할 수 있다.2 shows an alignment state with a workpiece using a conventional line laser module. Referring to FIG. 2, the laser line of the pitch-capable
하지만, 종래의 라인 레이저 모듈은 라인 레이저 유닛의 조절 방향이 피치 및 요 방향이며, 로봇 베이스 좌표를 기준으로 필요한 오프셋만큼 떨어진 위치에 레이저를 설정하게 된다. 이 경우, 로봇 베이스 좌표를 기준으로 오프셋 설정한 라인 레이저가 실재 현장 작업 시 로봇 용접 작업 라인과 다른 경우가 많이 발생하였다. 이때, 위치를 정렬할 때 작업자의 감각적 오차가 더해지는 경우, 전체 로봇의 작업 오차가 작업이 불가능할 정도로 커져 재정렬해야 하는 경우가 빈번히 발생하는 문제점이 있다.However, in the conventional line laser module, the adjustment direction of the line laser unit is the pitch and yaw direction, and the laser is set at a position offset by a necessary offset with reference to the robot base coordinate. In this case, the line laser which is offset based on the robot base coordinate is often different from the robot welding operation line in the actual field work. In this case, when the sensory error of the operator is added at the time of aligning the positions, there is a problem that the operation error of the entire robot becomes large enough that the operation becomes impossible and the robot must be rearranged frequently.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 원점 마스터링을 하여도 발생할 수 있는 로봇 바디의 오차나 용접토치 변형 오차 등이 모두 고려되어 로봇의 작업위치를 정렬할 수 있는 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치 및 방법을 제공한다.In order to solve such a conventional problem, in the present invention, it is possible to adjust the working position of the robot, which can align the working position of the robot, taking into consideration both the error of the robot body and the welding torch deformation error, A line laser setting apparatus and method for alignment are provided.
본 발명에 따른 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치는 용접로봇에 장착되는 것으로서, 작업 대상물에 라인 레이저를 조사하는 레이저 스트립을 구비하며, 상기 레이저 스트립에서 조사되는 라인 레이저를 피치(Pitch) 방향 및 롤(Roll) 방향으로 회전 가능하게 구성된다.A line laser setting apparatus for aligning a working position of a welding robot according to the present invention is mounted on a welding robot and includes a laser strip for irradiating a line laser to a workpiece, ) Direction and a roll direction.
한편, 본 발명에 따른 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 방법은 용접로봇의 영점/툴 캘리브레이션을 수행하는 단계와, 설정하고자 하는 면의 수평 용접 시작점으로 로봇 토치를 이동하는 단계와, 바닥에 현재 지점을 마킹하는 단계와, 설정하고자 하는 면의 수평 용접 끝점으로 로봇 토치를 이동하는 단계와, 바닥에 현재 지점을 마킹하는 단계와, 마킹된 두 점을 이은 직선을 그리는 단계와, 직선에 라인 레이저를 피치(Pitch)와 롤(Roll)의 방향을 조정하여 일치하는 단계와, 라인 레이저를 고정하는 단계와, 라인 레이저로 작업 대상물에 정렬하는 단계와, 용접 드라이 작업을 수행하는 단계와, 로봇 용접 작업에 이상 여부를 판단하는 단계를 포함한다.Meanwhile, the line laser setting method for aligning the working position of the welding robot according to the present invention includes performing the zero point / tool calibration of the welding robot, moving the robot torch to the horizontal welding starting point of the surface to be set, Marking the current point on the floor, moving the robot torch to a horizontal welding end point of the surface to be set, marking the current point on the floor, drawing a straight line between the two marked points, A step of aligning the line laser by adjusting the direction of the pitch and the roll, fixing the line laser, aligning the line laser with the workpiece, performing a welding dry operation, And determining whether the robot welding operation is abnormal.
본 발명에 따른 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치 및 방법은 로봇 기구적 오차로 인하여 발생할 수 있는 오류까지 극복할 수 있어 세팅 정밀도가 향상되며, 재정렬 회수가 현저히 줄어들어 전체 작업 속도와 능률이 향상되는 효과가 있다.The line laser setting apparatus and method for aligning the working position of the welding robot according to the present invention can overcome errors due to robot mechanical errors, thereby improving the setting accuracy and reducing the number of rearrangements remarkably, Is improved.
도 1은 종래의 라인 레이저 모듈을 도시한 사시도이고,
도 2는 종래의 라인 레이저 모듈을 이용한 작업 대상물과의 정렬 상태를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치를 도시한 분리 사시도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치를 이용한 절대 위치 라인과 실제 로봇의 이동 궤적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a perspective view showing a conventional line laser module,
Fig. 2 shows an alignment state with a workpiece using a conventional line laser module,
3 is a perspective view showing a line laser setting apparatus according to an embodiment of the present invention,
4 is an exploded perspective view showing a line laser setting apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a diagram showing a movement locus of an actual robot and an absolute position line using a line laser setting apparatus according to an embodiment of the present invention,
6 is a flowchart illustrating a line laser setting method according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면에 따라서 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치 및 방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the technical configuration of a line laser setting apparatus and method for aligning working positions of a welding robot will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치를 도시한 분리 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치를 이용한 절대 위치 라인과 실제 로봇의 이동 궤적으로 도시한 것이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating a line laser setting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a line laser setting apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. The absolute position line using the line laser setting apparatus according to the embodiment and the movement locus of the actual robot.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 장치(1)는 용접로봇에 장착되는 것으로서, 라인 레이저를 피치(Pitch) 방향 및 롤(Roll) 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 상기 라인 레이저 설정 장치(1)는 하우징(40)(50)과, 레이저 스트립(10)과, 레이저 하우징(20)과, 레이저 홀더(30)를 포함하여 이루어진다.3 to 5, a line
하우징(40)(50)은 용접로봇에 장착되는 것으로서, 좌측 하우징(40) 및 우측 하우징(50)으로 구성된다. 좌측 하우징(40)과 우측 하우징(50)은 서로 마주하여 체결되며, 좌측 하우징(40)과 우측 하우징(50)의 사이에 레이저 하우징(20)이 결합된다. 좌측 하우징(40)에는 레이저 하우징(20)을 회전 가능하게 지지하기 위한 환형 홈(41)이 형성된다.The housing 40 (50) is mounted on the welding robot and is composed of a
레이저 스트립(10)은 작업 대상물에 라인 레이저를 조사하는 것으로서, 상기 레이저 스트립(10)에서 조사되는 라인 레이저는 피치(Pitch) 방향 및 롤(Roll) 방향으로 회전 가능하게 구성된다. 레이저 하우징(20)은 상기 하우징(40)(50)에 피치(Pitch) 방향으로 회전 가능하게 연결된다. The
레이저 하우징(20)의 후면에는 레이저 스트립(10)이 결합되어, 레이저 스트립(10)로부터의 라인 레이저가 전방으로 조사되게 구성된다. 상기 레이저 하우징(20)의 측면에는 회전축(21)이 하우징(40)(50)에 회전 가능하게 연결되며, 레이저 하우징(20)의 하우징(40)(50)에 대한 피치(Pitch) 방향 회전을 가이드하는 회전홈(22)이 형성된다.A
레이저 홀더(30)는 상기 레이저 하우징(20)에 롤(Roll) 방향으로 회전 가능하게 연결되는 것으로서, 레이저 스트립(10)으로부터 조사되는 라인 레이저가 롤(Roll) 방향으로 회전 가능하도록 작용한다.The
도 5를 참조하면, A지점은 로봇 툴의 끝점을 (X1, Y1)으로 하는 역기구학을 통한 모터의 회전각으로 움직인 실제 로봇의 위치이며, B지점은 로봇 중심에서 X1만큼 떨어진 절대위치(X1, Y1)이다. C지점은 로봇 툴의 끝점을 (X1, Y2)로 하는 역기구학을 통한 모터의 회전각으로 움직인 실제 로봇의 위치이며, D지점은 로봇 중심에서 X1만큼 떨어진 또 다른 절대 위치(X1, Y2)이다. 상기에서 용접 시작점은 (X1, Y1)이며, 용접 종료점은 (X1, Y2)이다. 여기서, 라인 레이저는 A와 C를 연결하는 직선에 일치하도록 설정한다.Referring to FIG. 5, point A is the position of the actual robot moving by the rotational angle of the motor through the inverse kinematics, with the end point of the robot tool being (X1, Y1), and point B is the absolute position X1, Y1). Point C is the position of the actual robot moving by the rotation angle of the motor through the inverse kinematics with the end point of the robot tool being (X1, Y2), and point D is another absolute position (X1, Y2) to be. The welding start point is (X1, Y1) and the welding end point is (X1, Y2). Here, the line laser is set to coincide with a straight line connecting A and C.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라인 레이저 설정 방법을 도시한 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a line laser setting method according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 라인 레이저 설정 방법은 용접로봇의 영점/툴 캘리브레이션을 수행하는 단계와, 설정하고자 하는 면의 수평 용접 시작점으로 로봇 토치를 이동하는 단계와, 바닥에 현재 지점을 마킹하는 단계와, 설정하고자 하는 면의 수평 용접 끝점으로 로봇 토치를 이동하는 단계와, 바닥에 현재 지점을 마킹하는 단계와, 마킹된 두 점을 이은 직선을 그리는 단계와, 직선에 라인 레이저를 피치(Pitch)와 롤(Roll)의 방향을 조정하여 일치하는 단계와, 라인 레이저를 고정하는 단계와, 라인 레이저로 작업 대상물에 정렬하는 단계와, 용접 드라이 작업을 수행하는 단계와, 로봇 용접 작업에 이상 여부를 판단하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 6, the line laser setting method includes performing zero point / tool calibration of the welding robot, moving the robot torch to the horizontal welding starting point of the surface to be set, marking the current point on the floor, Moving the robot torch to a horizontal welding end point of the surface to be set; marking the current spot on the floor; drawing a straight line connecting the marked two points; Adjusting a direction of the roll to fix the line laser, aligning the line laser with the workpiece, performing a welding dry operation, determining whether the robot welding operation is abnormal .
아울러, 상기 로봇 용접 작업에 이상 여부를 판단하는 단계에서, 이상이 없는 경우 작업을 종료하고, 이상이 있는 경우 로봇을 작업 대상물에서 이탈하고 라인 레이저 고정을 해제하며 레이저 설정 장소로 이동한 후, 상기 설정하고자 하는 면의 수평 용접 시작점으로 로봇 토치를 이동하는 단계를 수행한다.In addition, if it is determined that there is an abnormality in the robot welding operation, the work is terminated. If there is an abnormality, the robot is released from the workpiece, the line laser is released, A step of moving the robot torch to the horizontal welding start point of the surface to be set is performed.
즉, 먼저, 로봇 기구의 영점과 툴 캘리브레이션 작업을 수행한 후, 실제 용접을 시작할 자세로 수평 용접 시작할 위치까지 이동한다. 이후에, 바닥에 2의 지점을 마킹하고, 실제 용접이 끝날 때의 자세로 수평 용접 끝점까지 이동한다. 이후에, 바닥에 3의 지점을 마킹한 후, 2와 3의 두 지점을 이은 직선을 그린다. 이후에, 이 직선에 라인 레이저를 피치(Pitch)와 롤(Roll)의 방향을 조정하여 일치시킨다. 이후에, 라인 레이저를 고정한 후, 로봇의 옆쪽 라인 레이저도 상기와 같은 방법으로 설정을 수행한다.That is, first, the zero point of the robot apparatus and the tool calibration operation are performed, and then the robot moves to the position where the horizontal welding is started to start the actual welding. Then mark the point 2 on the floor and move to the horizontal welding end point in the posture at the end of actual welding. Then mark the point 3 on the floor and draw a straight line connecting the points 2 and 3. Thereafter, the line laser is aligned with the straight line by adjusting the pitch and the roll direction. Thereafter, after the line laser is fixed, the side line laser of the robot also performs the setting in the same manner as described above.
이러한 구성을 통해, 실제 원점 마스터링을 하여도 발생할 수 있는 로봇 바디의 오차나 용접 토치 변형 오차 등이 모두 고려되어 로봇의 작업 위치를 정렬할 수 있다. 따라서, 로봇 기구적 오차로 인하여 발생할 수 있는 오류까지 극복할 수 있어 세팅 정밀도가 향상되며, 재정렬 회수가 현저히 줄어들어 전체 작업 속도와 능률이 향상된다.With this configuration, it is possible to align the working position of the robot by taking into consideration both the robot body error and the welding torch deformation error that may occur even if actual origin mastering is performed. Therefore, it is possible to overcome the error that may be caused by the robot mechanical error, so that the setting accuracy is improved, and the number of rearrangement is significantly reduced, thereby improving the overall operation speed and efficiency.
지금까지 본 발명에 따른 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치 및 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the apparatus and method for setting a line laser for aligning working positions of a welding robot according to the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, the present invention is merely illustrative and any person skilled in the art can make various modifications and equivalent It will be appreciated that other embodiments are possible. Accordingly, the scope of the true technical protection should be determined by the technical idea of the appended claims.
1 : 라인 레이저 설정 장치
10 : 레이저 스트립 20 : 레이저 하우징
30 : 레이저 홀더 40 : 좌측 하우징
50 : 우측 하우징1: Line laser setting device
10: laser strip 20: laser housing
30: laser holder 40: left housing
50: Right housing
Claims (4)
용접로봇에 장착되는 하우징(40)(50)과, 상기 하우징(40)(50)에 피치(Pitch) 방향으로 회전 가능하게 연결되며 레이저 스트립(10)을 결합시키는 레이저 하우징(20)과, 상기 레이저 하우징(20)에 롤(Roll) 방향으로 회전 가능하게 연결되는 레이저 홀더(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 장치.The method according to claim 1,
A laser housing 20 connected to the housing 40 and 50 so as to be rotatable in a pitch direction and coupling the laser strip 10 to the housing 40 and 50, And a laser holder (30) rotatably connected to the laser housing (20) in a roll direction.
상기 로봇 용접 작업에 이상 여부를 판단하는 단계에서, 이상이 없는 경우 작업을 종료하고, 이상이 있는 경우 로봇을 작업 대상물에서 이탈하고 라인 레이저 고정을 해제하며 레이저 설정 장소로 이동한 후, 상기 설정하고자 하는 면의 수평 용접 시작점으로 로봇 토치를 이동하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 작업위치 정렬을 위한 라인 레이저 설정 방법.The method of claim 3,
If it is determined that there is no abnormality in the robot welding operation, the operation is terminated. If there is an abnormality, the robot is released from the workpiece, the line laser is released, And moving the robot torch to a horizontal welding starting point of a surface to be welded.
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| KR20190073983A (en) | 2017-12-19 | 2019-06-27 | 대우조선해양 주식회사 | Apparatus and Method for monitoring accuracy of large-scale plasma cutting machine |
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2013
- 2013-09-12 KR KR1020130109507A patent/KR102074733B1/en active IP Right Grant
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102074733B1 (en) | 2020-02-10 |
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