KR20180001821A

KR20180001821A - 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터

Info

Publication number: KR20180001821A
Application number: KR1020160080743A
Authority: KR
Inventors: 김성열
Original assignee: 한국항공우주산업 주식회사
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2018-01-05
Also published as: KR101857984B1

Abstract

본 발명은 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터에 관한 것으로, 보다 상세히는 종래 복합소재의 결함을 측정하기 위한 엔드 이펙터의 경우 평면만을 검사할 수 있었고 곡면을 검사하기 힘든 문제가 있었는데, 본 발명은 평면 뿐 아니라 곡면을 가지는 복합소재의 결함 검사를 수행할 수 있도록 개선한 것으로, 일측에 로봇의 팔이 결합되는 본체(100), 상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 평면부의 결함을 측정하는 평면 검사부(200) 및 상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 곡면부의 결함을 측정하는 곡면 검사부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터{End-effector for checking defect in composite material}

본 발명은 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터에 관한 것으로, 보다 상세히는 로봇의 손에 부착되어 평면 또는 곡면을 가지는 복합소재의 결함을 검사할 수 있는 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터에 관한 것이다.

산업용 로봇의 손은 기능에 따라 그리퍼(Gripper) 또는 엔드 이펙터(End-Effector)로 구분할 수 있다. 상기 그리퍼는, 산업용 로봇의 손끝에 형성된 손가락 또는 손 전체로 물건을 잡는 일을 할 수 있도록 집게 모양의 구성이나 손 형상의 구성이 형성되거나, 흡착 가능한 구성이 형성된 것을 뜻한다.

상기 엔드 이펙터는 그리퍼를 포함한 각종 공구를 로봇 손의 위치에 부착하여 손 대신 사용하는 경우를 말한다. 이러한 엔드 이펙터 중, 복합소재의 결함 검사용으로 사용되는 엔드 이펙터가 있다. 이러한 복합소재의 결함 검사용 엔드 이펙터는, 초음파를 복합소재의 표면에 투사하고, 반사되는 복합소재의 초음파 파장이 일정한지를 측정하여 복합소재의 결함 유무를 판단하는 방식으로, 한국공개특허 제2016-0060811호("평판형 물체의 비파괴 검사 설비에 이용되는 센서 장치", 2016.05.31., 선행기술 1)에 사용되는 방식과 동일한 방식이다. 종래의 엔드 이펙터는 복합소재의 평면 부분의 결함 유무를 선행기술 1과 같이 초음파를 이용할 수 있는 장치를 로봇의 팔 끝에 설치하여 측정했다. 이러한 종래의 방식으로 평면을 결함 여부를 측정할 때에는 복합소재의 평면에 수직하게 초음파를 입사시켜, 반사되는 초음파가 해당 센서로 되돌아와 이를 센서가 측정할 수 있었는데, 곡면의 경우 반사되는 초음파가 센서로 되돌아오지 않고 다른 곳으로 반사되어 측정하는데 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해 종래에는 평면 부분을 측정하는 엔드 이펙터를 사용자가 손에 들고 곡면 부분의 결함검사를 진행해야 했는데, 사용자의 손 떨림이나 행동에 따라 결과값이 정확하지 않아 곡면 부분의 결함을 측정하기 어려운 문제점이 있었다.

한국공개특허 제2016-0060811호("평판형 물체의 비파괴 검사 설비에 이용되는 센서 장치", 2016.05.31.)

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터의 목적은, 복합소재의 평면 부분뿐만 아니라 곡면 부분 또한 검사 가능한 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 복합소재의 결함 검사용 엔드 이펙터는, 일측으로 진행하며 하측에 위치한 복합소재의 결함을 검사하는 엔드 이펙터에 관한 것으로, 일측에 로봇의 팔이 결합되는 본체(100), 상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 평면부(10)의 결함을 측정하는 평면 검사부(200) 및 상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 곡면부(20)의 결함을 측정하는 곡면 검사부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체(100)는 상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300) 각각을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 이동부(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평면 검사부(200)는 소정의 길이를 가지고, 상기 평면부(10)와 평행하게 형성되는 제1거치대(210), 상기 제1거치대(210)의 상측에서 하측으로 관통 형성되고, 다수개가 상기 제1거치대(210)의 길이 방향으로 배열되며, 내측면의 하측 일부가 내측으로 돌출되는 결합홀(220) 및 상기 결합홀(220)에 끼워지는 초음파센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합홀(220)은 다수개가 배열되는 방향과, 상기 엔드 이펙터의 진행 방향은 서로 교차되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 곡면 검사부(300)는 단면이 호선형상을 가지고, 일측으로 연장 형성된 제2거치대(310), 다수개가 상기 제2거치대(310)에 관통 형성되고, 내측면의 하측 일부가 내측으로 돌출되는 및 결합홀(320) 및 상기 결합홀(320)에 끼워지는 초음파센서(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터에 의하면, 복합소재의 평면 부분뿐만 아니라 곡면 부분도 검사할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 사시도.
도 3은 본 발명의 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 평면도.
도 5는 본 발명의 상부 평면도.
도 6은 본 발명의 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 사시도.
도 8은 본 발명의 곡면 검사부를 이용한 복합소재의 곡면 부분의 측정 개략도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터의 바람직한 일실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 3은 본 발명에 의한 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터의 일실시예를 도시한 것으로, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터의 일실시예는 일측으로 진행하며 하측에 위치한 복합소재의 결함을 검사하는 엔드 이펙터에 관한 것으로, 본체(100), 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300)를 포함하여 이루어진다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 본체(100)는 일측에 로봇의 팔이 결합되는 구성으로, 후술할 상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300)가 연결되는 구성이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 본체(100)의 상부에 위치한 결합부(120)가 로봇의 팔이 결합되는 부분이다. 로봇의 팔은 본 발명과는 별개로 X축, Y축, Z축 방향으로 이동 가능하고, 끝단 부분이 회전 가능하도록 구성되어 있을 수 있다.

상기 본체(100)에는 본 발명의 엔드 이펙터의 일실시예를 구동하기 위한 전기설비가 설치되어 후술할 상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300)에 연결될 수 있다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 본체(100)는 상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300) 각각을 상하방향으로 움직이도록 할 수 있는 이동부(110)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이동부(110)는 상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300)각각을 따로 이동시키기 위해 두 개의 이동부(110a, 110b)가 형성되는데, 상기 평면 검사부(200)를 상하 이동하기 위한 이동부(110a)는 실린더 방식이고, 상기 곡면 검사부(300)를 상하 이동하기 위한 이동부(110b)는 LM가이드 방식이다. 이는 본 발명의 일실시예에서만 상기 이동부(110a, 110)가 유압 실린더와 LM가이드 방식으로 사용되는 것이고, 상기 평면 검사부(200) 또는 곡면 검사부(300) 각각을 상하로 이동시킬 수 있다면, 설계사항 변경이나 사용자의 선택에 따라 이동부(110)의 방법 및 구성은 변동될 수 있다.

상기 이동부(110)는 복합소재의 결함 검사를 위해, 상기 평면 검사부(200)와 곡면 검사부(300) 중 선택되는 한 개의 구성을 하강시켜 복합소재의 결함 검사를 수행하거나, 상황에 따라 두 개 모두 하강시켜 복합소재의 결함 검사를 수행하기 위한 것이다. 예를 들어 복합소재의 평면만을 검사할 때에는, 상기 평면 검사부(200)에 결합된 이동부(110a)가 상기 평면 검사부(200)만을 하강시키고, 상기 곡면 검사부(300)에 결합된 이동부(110b)는 움직이지 않는다. 복합소재의 곡면만을 검사할 때에는 상기 곡면 검사부(300)에 결합된 이동부(110b)가 상기 곡면 검사부(300)를 하강시키고, 상기 평면 검사부(200)는 원위치 시켜, 상기 평면 검사부(200)와 곡면 검사부(300)가 서로 높이 차이가 나도록 한다. 이는 상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300) 모두가 하강되어 있으면 상기 평면 검사부(200) 또는 곡면 검사부(300)가 복합소재의 검사하는 부분이 아닌 다른 부분에 걸리거나, 할 수 있기 때문이다. 이는 경우에 따라 변동될 수 있는데, 복합소재의 평면 또는 곡면을 함께 검사할 때에는, 두 구성 모두 하강된 상태로 동시에 검사할 수 있다.

도 4는 도 3의 상기 이동부(110a)가 하측으로 이동하여, 상기 평면 검사부(200)를 하측으로 이동시킨 것을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 평면 검사부(200)는 상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 평면부(10)의 결함을 측정한다. 상기 평면 검사부(200)는 상기 본체(100)의 타측에 형성되는데, 이 타측은 도 1 내지 3을 기준으로 했을 때, 도면의 하측이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 평면 검사부(200)는 제1거치대(210), 결합홀(220) 및 초음파센서를 포함하여 이루어진다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1거치대(210)는 상기 평면 검사부(200)의 몸체를 이루는 구성으로, 소정의 길이를 가지고 상기 본체(100)의 길이 방향과 수직하고, 지면과 평행하도록 연장 형성된다. 본 발명의 일실시예의 진행 방향은 도 5 및 6을 기준으로 좌측 및 우측인데, 상기 제1거치대(210)가 연장 형성된 방향은 본 발명의 일실시예의 진행 방향인 우측보다 약간 비스듬하게 상측으로 기울어 져 있다. 이는 상기 결합홀(220) 및 상기 결합홀(220)에 끼워지는 초음파센서의 위치를 본 발명의 일실시예의 진행방향에서 약간 소정의 각도를 가지고 비스듬하게 형성하도록 하여, 본 발명의 일실시예가 도 5의 우측으로 진행할 때, 상하 방향으로 측정할 수 있는 범위를 넓히기 위한 것이다.

상기 결합홀(220)은, 상기 제1거치대(210)의 상측에서 하측으로 관통 형성되고, 다수개가 상기 제1거치대(210)의 길이 방향으로 배열되며, 내측면의 하측 일부가 내측으로 돌출된다. 상기 결합홀(220)이 배치되는 방향은 상기 제1거치대(210)가 연장 형성된 방향과 동일하므로, 상기 결합홀(220)이 배치되는 방향 또한 상기 제1거치대(210)의 연장 형성된 방향과 마찬가지로 본 발명의 일실시예의 진행방향과 소정의 각도를 가지고 비스듬하게 교차된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 진행방향을 기준으로 봤을 때, 상기 결합홀(220)의 단면은 인접한 다른 결합홀의 단면과 일부 겹쳐지도록 상기 결합홀(220)의 단면의 크기가 결정되는데, 이는 본 발명의 일실시예가 도 5의 우측 또는 좌측으로 진행하면서 초음파 센서가 복합소재의 결함을 감지할 때, 동일한 위치를 복수개의 초음파 센서가 여러 번 해당 위치를 검사하여, 복합소재 결함 검사의 정확도를 높이기 위함이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 결합홀(220)의 내측면 하측은 내측으로 돌출되어 있다. 이는 후술할 상기 초음파센서를 상기 결합홀(220)에 끼우기 위함이다.

상기 초음파센서는 상기 결합홀(220)에 끼워지는 구성으로, 초음파를 복합소재에 발산하고, 반사되는 초음파를 감지하는 구성이다. 상기 초음파센서는 상기 결합홀(220)에 끼우고 뺄 수 있는 탈착식으로 형성되며, 상기 결합홀(220)에 끼워지는 초음파센서는 상기 결합홀(220)에 끼워지기 전에, 성능테스트를 받아 정상제품인지를 검사받고, 이 검사를 통과한 초음파 센서만이 상기 결합홀(220)에 끼워진다. 상기 초음파센서는 상기 결합홀(220)의 상측에서 끼워지며, 상기 결합홀(220)의 하측 끝단에 돌출 형성된 부분에 걸리게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 곡면 검사부(300)는 상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 곡면부(20)의 결함을 측정하는 구성이다. 배경기술에서 설명했듯, 종전에 복합소재 중 곡면 부분의 결함을 검사하려면 사용자가 직접 엔드 이펙터를 파지한 채로, 곡면 부분의 검사를 진행해야 했다. 이를 방지하기 위해, 초음파 센서의 배치를 곡면에 대응되도록 형성하며, 이를 위해 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 곡면 검사부(300)는 세부적인 구성인 제2거치대(310), 결합홀(320) 및 초음파센서를 포함한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2거치대(310)는 단면이 호선형상을 가지고, 일측으로 연장 형성된다. 즉, 상기 제2거치대(310)는 파이프의 일부를 절단해 놓은 형상이다. 상기 제2거치대(310)는 상기 제1거치대(210)와 마찬가지로, 후술할 상기 결합홀(320) 및 초음파 센서를 포함하는 구성이다. 상기 제2거치대(310)의 곡률은 측정하고자 하는 복합소재의 곡률에 대응되도록 하는데, 이 이유에 대해서는 상기 곡면 검사부(300)를 모두 설명한 후 설명하도록 한다.

상기 결합홀(320) 또한 상기 평면 검사부(200)의 상기 결합홀(220)과 마찬가지로 초음파 센서를 결합하기 위한 구성으로, 다수개가 상기 제2거치대(310)를 관통하여 형성된다. 상기 결합홀(320) 또한 상기 제1거치대(210)에 형성된 결합홀(220)과 마찬가지로 상기 제2거치대(310)의 곡면 내측의 끝단이 내측으로 돌출 형성되어, 초음파 센서가 끼워질 수 있도록 형성된다.

상기 초음파 센서는 상기 평면 검사부(200)에 끼워지는 구성과 동일하므로, 설명을 생략한다.

도 8은 본 발명의 상기 곡면 검사부(300)를 이용하여, 복합소재의 곡면(1)을 측정하는 것을 개략적으로 도시한 것이다. 도 8에는 초음파센서가 상기 제2거치대(310)를 따라서 세 개 배치되어 있다. 가장 상부에 위치한 제1초음파센서(10)에서 발사되는 초음파는 상기 곡면(1)으로 입사 및 반사된 후 도 8의 가장 하부에 위치한 제3초음파센서(30)로 입사된다. 이와 마찬가지로, 상기 제3초음파센서(30)에서 발사되는 초음파는, 상기 곡면(1)에 입사 및 반사된 후 상기 제1초음파센서(10)로 입사되게 된다. 상기 제1초음파센서(10) 및 제3초음파센서(30)의 사이에 위치한 제2초음파센서(20)에서 발사되는 초음파는, 상기 곡면(1)에 수직하게 입사되기 때문에 그대로 반사되어 다시 제2초음파센서(20)로 입사되게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 입사 및 반사 각도를 정확하게 하기 위해, 상기 제2거치대(310)의 곡률은 복합소재의 곡면 부분의 곡률에 대응되도록 조절한다.

도 8에 도시된 초음파센서들의 배치는 해당 부분만 세 개 인 것이고, 도 7에서도 확인할 수 있듯이 상기 제2거치대(310)의 길이에 따라 달라질 수 있다. 단, 제2거치대(310)의 단면은 반원을 반으로 가른 호의 형상을 하고 있는데, 초음파센서의 위치는 상기 제2거치대(310)의 단면을 기준으로 봤을 때, 중앙에 대칭되도록 배치되며, 이는 상기한 바와 같이, 초음파센서에서 발사된 초음파가 대칭된 위치에 위치한 초음파센서로 입사되도록 하기 위함이다.

이하 본 발명의 일실시예를 이용한 복합소재의 결함 검사 방법에 대하여 간략히 설명한다. 본 발명을 이용한 복합소재의결함 검사 방법은 종래의 방식과 크게 다르지 않다. 먼저, 복합소재로 만들어진 성형물을 물이 담겨져 있는 수조에 넣는다. 복합소재를 물이 담겨져 있는 수조에 넣는 이유는 공기보다 물이 초음파를 전달하는데 보다 공기보다 유리한 매질이기 때문이다. 이후 상기 이동부(110)를 조작하여 상기 평면 검사부(200) 또는 곡면 검사부(300)를 하강시켜, 검사 대상과 일정거리 이격되고, 검사 대상과 수평한 위치로 이동시킨다. 이후 본 발명의 일실시예를 일방향으로 이동시킴과 동시에, 상기 초음파 센서는 초음파를 발산하고, 반사되는 초음파를 측정한다. 이 초음파의 파장이 일정치 않은 부분은 복합소재 내부에 결함이 있는 부분이다.

복합소재의 곡면 부분은, 상기한 바와는 반대로 평면 검사부(200)를 상승시키고, 곡면 검사부(300)를 하강시킨다. 이후 상기 곡면 검사부(300)를 곡면의 상측에 일정거리 이격되고 곡면과 평행하게 위치시키고, 상기 평면 검사부(200)와 동일하게 본 발명을 일방향으로 이동시키며 상기 평면 검사부와 동일한 작업을 수행한다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1 : 곡면
10 : 제1초음파센서
20 : 제2초음파센서
30 : 제3초음파센서
100 : 본체
110 : 이동부
120 : 결합부
200 : 평면 검사부
210 : 제1거치대
220 : 결합홀
300 : 곡면 검사부
310 : 제2거치대
320 : 결합홀

Claims

일측으로 진행하며 하측에 위치한 복합소재의 결함을 검사하는 엔드 이펙터에` 관한 것으로,
일측에 로봇의 팔이 결합되는 본체(100);
상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 평면부의 결함을 측정하는 평면 검사부(200); 및
상기 본체(100)의 타측에 형성되어, 초음파를 방출하고 반사되는 초음파를 측정하여 복합소재의 곡면부의 결함을 측정하는 곡면 검사부(300);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터.
제 1항에 있어서, 상기 본체(100)는
상기 평면 검사부(200) 및 곡면 검사부(300) 각각을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 이동부(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터.
제 1항에 있어서, 상기 평면 검사부(200)는
소정의 길이를 가지고, 상기 평면부와 평행하게 형성되는 제1거치대(210),
상기 제1거치대(210)의 상측에서 하측으로 관통 형성되고, 다수개가 상기 제1거치대(210)의 길이 방향으로 배열되며, 내측면의 하측 일부가 내측으로 돌출되는 결합홀(220) 및
상기 결합홀(220)에 끼워지는 초음파센서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터.
제 3항에 있어서, 상기 결합홀(220)은
다수개가 배열되는 방향과, 상기 엔드 이펙터의 진행 방향은 서로 교차되는 것을 특징으로 하는 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터.
제 1항에 있어서, 상기 곡면 검사부(300)는
단면이 호선형상을 가지고, 일측으로 연장 형성된 제2거치대(310),
다수개가 상기 제2거치대(310)에 관통 형성되고, 내측면의 하측 일부가 내측으로 돌출되는 및 결합홀(320) 및
상기 결합홀(320)에 끼워지는 초음파센서(330)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합소재 결함 검사용 엔드 이펙터.