KR20190064204A - 용접부위 형상과 3d 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇에 설치하여 제어신호에 따라 장착부 상에 고정된 모재를 용접하는 용접토치; 상기 용접토치의 용접 포인트로부터 이격된 위치의 용접선 부위에 직선 라인 형태의 레이저 광을 조사하는 라인레이저; 이미 설정한 각도에서 용접 대상 부위에 조사되는 라인 형태의 레이저 광의 형상을 촬영 및 검출하는 디텍터; 및 상기 디텍터의 정보를 수신하여 용접 부위를 따라 상기 용접토치가 대응하도록 상기 로봇의 이송과 상기 용접토치의 구동을 제어하는 제어부;를 구비한 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템에 있어서, 상기 용접토치는 상기 로봇에 대하여 상하좌우 방향으로 구동하도록 설치한 슬라이더에 그 설치가 이루어지고, 상기 제어부는 모재의 용접 시작점/끝점 부위에 대한 이미 설정한 형상 정보를 저장한 데이터베이스와; 수신한 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보와 상기 데이터베이스의 설정한 형상 정보가 상호 매칭하는지 여부를 판단하면서 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보에 상기 용접토치가 설정한 간격으로 대응하도록 상기 용접토치의 이송 좌표, 용접깊이, 용접폭, 용접량, 용접시간을 포함한 용접조건을 구하는 연산부;를 구비하고, 상기 연산부에 의한 이송 좌표에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 상기 용접토치의 구동을 제어하는 것으로 이루어진다.

Description

용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법{Wdelding automation system using welding part geometry measurement and 3D coordinate and wdelding method using the same}

본 발명은 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 라인레이저를 이용한 용접 부위의 형상을 검출한 3D 좌표 측정데이터와 이미 제공한 이미지데이터를 비교하여 용접건의 용접 위치 조정은 물론 용접 시작위치의 결정과 변곡점 위치 및 측정 오류의 가능성을 줄임과 동시에 용접 불량에 대한 빠른 보정작업을 수행할 수 있도록 하는 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용접 작업은 열악한 작업환경으로 인해 노동력 부족과 노령화에 직면하고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 인력을 대체할 수 있는 생산기술의 자동화가 요구된다.

상술한 용접 공정의 자동화를 위해서는, 용접선 추적과 용접 부위의 체적을 정확히 계측하여 그에 대응하는 용접을 실시해야 한다.

이에 대하여 용접선 추적과 관련한 기술 중에는, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0055278호(이하, '선행기술'이라 함)에 개시된 바와 같이, 용접선을 따라 라인레이저를 비추고, 해당 용접 부위에 대한 라인레이저의 반사된 형상을 검출하여 용접 부위의 형상 및 용접 부위의 체적을 연산하고, 이를 용접작업에 적용할 수 있도록 하고 있다.

하지만, 위의 선행기술을 포함한 종래 기술은, 용접 부위의 검출데이터에 따른 용접 부위로 용접토치를 위치 이동시키며 용접 작업을 실시토록 하는 것이나, 대상물에 대한 용접의 시작점 위치를 작업자가 화상이미지를 통해 확인하고 있으며, 이는 다수 배치의 대상물에 대하여 시행할 경우 각 시작 위치의 확인 작업에 의해 작업시간의 지연이 있고, 정밀도가 떨어지는 문제가 있다.

또한, 종래 기술들 중에는 상호 용접 대상인 대상물들을 부분적으로 스폿 용접한 경우가 있으며, 이렇게 스폿 용접한 구간은 이중으로 용접이 시행됨에 의해 용접 부위의 성질 변화 등 용접불량을 야기하고, 스폿 용접 부위에서의 이차 용접이 진행될 때를 포함한 용접과정에서 발생한 섬광이 라인레이저의 반사광에 영향을 주어 그 형상 데이터의 오류를 야기하는 등의 문제가 있다.

그리고, 종래 기술들은, 넓은 구간의 용접 부위에 대하여 용접이 정상적으로 실시됐는지 확인하기 어렵고, 또 그 검수는 용접 작업을 마친 후 작업자의 확인 작업에 의존할 수밖에 없었다.

더불어 종래의 기술에 있어 용접 불량은, 모재에 도료가 있거나 녹이 있으면 용접봉과 모재와의 사이에 접촉저항이 높아서 기동(起動)전류가 발생하지 않아 기동에 실패하거나 전류의 불안정 등에 의해 발생하는 것이고, 이러한 문제를 해결하기 위한 보정 사항이 반영되지 않은 용접작업은 동일 내지 동일 범주의 용접 불량을 반복하는 문제가 있었다.

결국, 용접 불량의 확인으로부터 용접 작업을 다시 시행하는 것은, 일차적인 용접 작업을 마치고, 그 검수에 따른 시간과 검수를 마친 이후의 용접 불량을 해소하기 위한 용접 작업의 진행은 작업시간의 지연은 물론 비경제적인 문제를 야기한다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0055278호(2009.06.02.공개)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은, 이미 설정한 형상데이터를 검출한 용접 부위의 형상데이터와 매칭시키는 것으로 각 대상물의 용접 시작 위치와 용접의 변곡점과 용접 끝점 등 용접 작업에 반영토록 하여 정밀도 향상과 작업시간을 줄이도록 하고, 용접과정에서 발생하는 섬광에 대응하여 용접 부위의 형상 검출에 대한 오류를 방지하도록 하며, 용접 작업을 시행한 용접 부위의 정상 여부의 판단 및 용접 불량 확인에 따른 용접 보정작업까지 시행할 수 있도록 하여 용접 작업의 신뢰도를 높이도록 하는 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템의 특징적 구성은, 로봇에 설치하여 제어신호에 따라 장착부 상에 고정된 모재를 용접하는 용접토치; 상기 용접토치의 용접 포인트로부터 이격된 위치의 용접선 부위에 직선 라인 형태의 레이저 광을 조사하는 라인레이저; 이미 설정한 각도에서 용접 대상 부위에 조사되는 라인 형태의 레이저 광의 형상을 촬영 및 검출하는 디텍터; 및 상기 디텍터의 정보를 수신하여 용접 부위를 따라 상기 용접토치가 대응하도록 상기 로봇의 이송과 상기 용접토치의 구동을 제어하는 제어부;를 구비한 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템에 있어서, 상기 용접토치는 상기 로봇에 대하여 상하좌우 방향으로 구동하도록 설치한 슬라이더에 그 설치가 이루어지고, 상기 제어부는 모재의 용접 시작점/끝점 부위에 대한 이미 설정한 형상 정보를 저장한 데이터베이스와; 수신한 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보와 상기 데이터베이스의 설정한 형상 정보가 상호 매칭하는지 여부를 판단하면서 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보에 상기 용접토치가 설정한 간격으로 대응하도록 상기 용접토치의 이송 좌표, 용접깊이, 용접폭, 용접량, 용접시간을 포함한 용접조건을 구하는 연산부;를 구비하고, 상기 연산부에 의한 이송 좌표에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 상기 용접토치의 구동을 제어하는 것으로 이루어진다.

또한, 상기 라인레이저는 상기 용접토치의 용접 포인트에서 이격된 전방 위치의 용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제2레이저광과, 상기 제2레이저광과 용접 포인트 사이의 대상용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제1레이저광을 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 라인레이저는 평면상에 조사하는 제1, 2레이저광이 상호 평행하도록 하고, 제1, 2레이저광의 각 중심이 용접 포인트와 함께 상호 간격을 둔 일직선상에 있도록 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며, 상기 제어부는 상기 디텍터로부터 수신한 각각의 검출 데이터를 통해 각 위치의 대상용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접시행조건에 대응하도록 각 구성의 구동을 제어토록 함이 바람직하다.

더불어, 상기 라인레이저는 상기 용접토치 후방의 이격된 위치에 용접을 시행한 부위에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제3레이저광을 조사하는 것으로 이루어지고, 상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2, 3레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며, 상기 이미지 데이터베이스는 용접결과에 대응하여 이미 설정한 정상적인 용접형상 범위에 대한 이미지 정보를 저장하고, 상기 제어부는 상기 이미지 데이터베이스와 상기 디텍터로부터 수신한 검출 데이터를 통해 모재의 용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접조건에 대응하는 각 구성의 구동을 제어하고, 용접결과에 대한 정보를 상기 이미지 데이터베이스의 용접형상 범위의 이미지 정보와 대비하여 용접불량 여부를 판단하고, 용접불량에 대하여 보정작업의 정보를 연산 및 저장하고, 이들 정보를 기초하여 보정작업을 시행토록 하며, 동일 내지 동일 범주의 용접 부위에 대하여 용접 조건을 반영한 티칭용접을 시행하는 것으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 로봇 또는 상기 슬라이더는 전후좌우 방향의 설정 각도로 위빙 구동하는 것으로 이루어지고, 상기 로봇 또는 상기 슬라이더에는 경사계를 더 설치하고, 상기 제어부는 상기 경사계의 신호를 수신하여 상기 디텍터를 통해 검출한 용접조건에 대응하는 대상용접선 또는 용접결과에 따른 용접선에 대하여 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 위빙 각도를 제어하는 것으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접 방법은, 상기 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고, 상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를 추적하는 준비단계(A); 추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미 설정한 간격 높이에 있도록 조정하며, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 정렬 및 정보수집단계(B); 상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용접조건의 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C); 및 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(D);를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 용접단계(C)에서 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접이 시행된 용접결과물의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 용접결과의 형성정보를 수집하는 단계(a)와; 수득하는 용접결과의 형상정보를 통해 용접의 정상 여부를 판단하는 단계(b);를 병행 수행하고, 상기 (b)단계에서 용접 불량의 판단에서 상기 용접토치의 용접 시행을 중단하는 단계(b-1)와; 상기 라인레이저와 디텍터를 이동시켜 용접이 시행된 부위까지의 용접부위 정보를 추가 수집하는 단계(b-2)와; 용접부위 정보에 따른 용접 불량의 정도와 위빙 작업을 포함한 보정 조건을 구하는 측정하는 단계(b-3); 및 상기 라인레이저와 디텍터 및 용접토치를 후퇴 이동시켜 용접 불량 부위에 대응하여 측정한 보정 조건에 대응하여 용접을 보정하는 단계(b-4);를 더 포함함이 바람직하다.

그리고, 상기 (b)단계에서 용접 불량의 판단에서 상기 용접토치의 용접 시행을 중단하는 단계(b-1)와; 상기 라인레이저와 디텍터를 이동시켜 용접이 시행된 부위까지의 용접부위 정보를 추가 수집하는 간계(b-2)와; 용접부위 정보에 따른 용접 불량의 정도와 위빙 작업을 포함한 보정 조건을 구하는 측정단계(b-3); 및 상기 라인레이저와 디텍터 및 용접토치를 후퇴 이동시켜 용접 불량 부위에 대응하여 측정한 보정 조건에 대응하여 용접 보정을 시행하는 보정단계(b-4);를 더 포함함이 바람직하다.

이에 더하여 상기 로봇 또는 슬라이더에 경사계를 설치하고, 상기 제어부는 상기 경사계와 디텍터의 정보를 수신하여 상기 로봇 또는 슬라이더의 위빙 구동을 제어하도록 한 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고, 상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를 추적하는 준비단계(A'); 추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미 설정한 간격 높이에 있도록 조정하고, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며, 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 정렬 및 정보수집단계(B'); 상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용접조건에 따라 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 기울기를 조절하며 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C'); 및 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(D');를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기한 본 발명의 구성에 의하면, 라인레이저와 디텍터러 추출한 용접 부위 형상 정보를 이용하여 이미 설정한 용접 시작점 형상 부위를 찾고, 용접 시작점 위치와 이를 기준으로 한 대상 용접 부위를 추적하여 용접을 시행토록 하며, 용접의 시행을 이미 설정한 용접 끝점에 대한 형상 부위의 추적으로부터 매칭하는 부위까지 용접을 시행함으로써 다수 배치의 모재에 대한 신속한 용접 자동화와 그에 따른 용접 정밀도를 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 구성에 의하면, 하나의 라인레이저와 디텍터를 이용하여 용접 부위에 대하여 간격을 두고 이중의 검출을 수행함으로써 용접 수행에 따른 섬광의 영향을 최소화함과 동시에 그에 따른 용접 부위의 형상과 용접 포인트의 위치를 보완하여 정확하게 측정할 수 있어 용접 자동화의 정밀도를 높이는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 구성에 의하면, 용접을 시행한 부위에 대한 용접불량 여부를 확인하고, 용접불량의 보정까지 용접 과정에서 시행토록 함으로써 용접 품질의 신뢰도를 높이고, 그 보정 정보의 저장과 활용으로 동일범주의 문제 부위에 대한 용접 조건을 보정하여 시행할 수 있도록 함으로써 확인 작업과 용접의 재시행 등을 포함한 번거로움과 작업시간을 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 구성 및 이들 구성에 따른 작동관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2a와 도 2b는 대상용접선에 대한 라인레이저와 라인레이저로부터 조사된 레이저광을 통해 정보를 검출하는 관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 변형실시예에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 나타낸 측면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 이용하는 순서도이다.

본 발명의 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 발명의 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들은 본 발명의 청구범위에 귀속될 수 있음을 이해해야 한다.

그리고, 본 발명의 설명에 있어, 전방 또는 전방부의 표현은 용접토치가 용접을 시행하는 용접 포인트 위치에서 앞으로 용접을 시행하기 위한 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하고, 후방 또는 후방부의 표현은 용접 포인트를 기준으로 전방 또는 전방부와 반대인 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하여 설명하기로 한다.

더불어 본 발명의 설명에 있어, 상측의 표현은 장착부에 대향하여 로봇의 간격이 벌어지는 방향을 기준으로 하여 설명하겠고, 하측의 표현은 장착부에 대향하여 로봇의 간격이 좁혀지는 방향을 기준으로 하여 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템(10)은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 로봇(20)에 설치가 이루어져 용접 포인트(P1)에서 이격 위치한 전방의 대상용접선(OWL)을 가로지르는 라인 형태의 레이저광(L1, L2)을 조사하는 라인레이저(16)와, 로봇(20)에 이미 설정한 각도로 설치하여 조사된 레이저광(L1, L2) 형상을 촬영하는 것으로부터 용접 포인트(P1)의 좌표값을 연속하여 측정할 수 있도록 정보를 추출하는 디텍터(18)와, 라인레이저(16) 후방의 로봇(20)에 설치되어 제어신호의 수신으로부터 상하좌우 방향으로 이동하는 슬라이더(24)와, 슬라이더(24)에 설치되어 제어신호의 수신에 따라 장착부(12)에 놓여 대응하는 모재(BM1, BM2)를 용접하는 용접토치(14) 및 용접의 시작점 형상과 용접의 변곡점 또는 용접 끝점에 대한 형상정보 및 디텍터(18)의 측정 좌표값 정보를 저장하고, 시작점 형상과 용접의 변곡점 또는 용접 끝점의 형상 및 연속하는 측정 좌표값에 용접토치(14)가 대응하도록 장착부(12) 또는 로봇(20)의 이동 위치를 기준으로 슬라이더(24)의 이동을 제어하는 제어부(22)를 구비하여 이루어진다.

여기서, 로봇(20)은 제어부(22)의 제어신호를 수신하여 모재(BM1, BM2)의 대상용접선(OWL)을 따라 설치한 라인레이저(16) 및 디텍터(18)와 함께 상, 하, 전, 후, 좌, 우 이동 또는 용접 포인트(P1)를 기준으로 전, 후, 좌, 우 방향으로의 위빙 구동 및 방향전환을 위한 회전 구동까지 수행하는 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 슬라이더(24)는 수신한 제어신호에 따라 로봇(20)의 구동에 더하여 로봇(20) 중 이미 설정한 기준 위치로부터 상, 하, 좌, 우 이동 및 전, 후, 좌, 우 방향으로의 위빙 구동까지 수행하는 것으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상술한 로봇(20) 또는 슬라이더(24) 및 장착부(12) 중 적어도 로봇(20) 또는 슬라이더(24)에는, 이미 설정한 방향 기준을 기준으로 로봇(20) 또는 슬라이더(24)의 전, 후, 좌, 우 방향 기울기를 측정하는 경사계(26a, 26b, 26c)를 더 구비한 것으로 이루어질 수 있다.

이러한 경사계(26a, 26b, 26c)는 그 측정신호를 제어부(22)에 인가하기 용이하도록 디지털 경사계를 적용함이 바람직하다.

여기서, 상술한 경사계(26a, 26b, 26c) 중 장착부(12)에 설치토록 하는 것은, 장착부(12)에 설치한 모재(BM1, BM2)에 대향하여 로봇(20)이 일정한 간격을 유지토록 상대적 평형을 정확하게 감지하기 위한 것이다.

즉, 장착부(12)와 로봇(20)에 각각 경사계(26a, 26c)를 설치한 경우의 일 예는, 장착부(12)가 기울어진 상태로 놓일 때에, 로봇(20)으로 하여금 장착부(12)의 기울어진 각도에 대향하여 일정한 간격을 유지하며 전, 후, 좌, 우 이동할 수 있도록 하기 위한 것으로, 경사계(26c)를 통한 장착부(12)의 기울기를 기준하여 상대적으로 로봇(20)도 경사계(26a)를 통해 장착부(12)와 대향하는 기울기로 이동하게 함으로써 라인레이저(16)와 디텍터(18)에 의한 대상용접선(OWL) 또는 용접결과인 용접선(WL)에 대한 용접정보를 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위한 것이다.

만약, 장착부(12)가 수평으로 정렬 고정된 상태에 있을 때에는, 장착부(12)에 대한 경사계(26c)의 설치는 생략하여도 무방하고, 이에 대하여 경사계(26a, 26b)는 수평을 기준으로 하여 로봇(20) 또는 슬라이더(24)의 기울기를 측정하도록 할 수 있는 것이다.

따라서, 장착부(12), 로봇(20), 슬라이더(24) 중 어느 하나에 경사계를 설치할 경우에는, 슬라이더(24)에 설치함이 가장 바람직하다고 할 것이다.

이와 같이 경사계(26a, 26b, 26c)의 이용과 이를 통한 위빙 구동의 제어는 모재(BM1, BM2)에 대하여 수평 방향으로만 용접하는 것이 아니라 작업자가 용접하듯이 전 자세로 용점이 가능하도록 한다.

그리고, 로봇(20)에 대한 경사계(26a)의 설치는 로봇(20)에 설치가 이루어진 라인레이저(16)에 대하여 설치하고, 더욱 상세하게는 장착부(12)와 로봇(20) 사이에서 수직인 제1레이저광(L1)과 장착부(12)에 대하여 간격을 유지하며 전후진 하는 로봇(20)의 전후진 진행 방향을 기준으로 설치함이 바람직하다.

이로부터 용접토치(14)는 그 하측 선단이 슬라이더(24)의 안내에 따라 대상용접선(OWL)에 대하여 이미 설정한 간격을 두고 대응하며 인가되는 제어신호에 따라 대상 위치의 모재(BM1, BM2)에 대한 용접을 시행할 수 있는 상태를 이룬다.

즉, 상술한 로봇(20)은, 장착부(12)와 장착부(12) 상의 모재(BM1, BM2)가 고정 위치한 상태에서, 장착부(12)에 대하여 이미 설정한 간격을 유지하며, 라인레이저(16)가 대상용접선(OWL)을 따라 대응하도록 전, 후, 좌, 우 이동 및 전, 후, 좌, 우 방향으로 위빙 구동하는 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 슬라이더(24)는 로봇(20)의 전, 후 이동에 연동하지만, 좌, 우 방향 이동과 상, 하 방향 이동은 대상용접선(OWL)에 대한 라인레이저(16)의 레이저광(L1, L2)을 통한 디텍터(18)의 대상용접선(OWL) 좌표값에 대응하고, 이를 기초하여 전, 후, 좌, 우 방향으로 위빙 구동하는 것으로 이루어질 수 있다.

더불어 상술한 슬라이더(24)의 구동은 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 설치한 로봇(20)의 좌우 방향 이동의 변위를 줄일 뿐 아니라 급격한 이동을 방지함으로써 더욱 안정적인 이동에 따라 라인레이저(16)와 디텍터(18)에 의한 대상용접선(OWL)의 좌표값 측정의 정밀도를 높일 수 있다.

여기서, 로봇(20)의 수평 방향 이동은, 용접 작업을 시작하여 종료하기까지에 적용되는 것이고, 기본적으로 용접의 시작점 위치를 찾기 위한 과정, 단위 용접을 마친 후 다른 대상의 용접을 위해 이동하는 과정 및 모재(BM1, BM2)의 대상용접선(OWL)의 대상 부위 높이 또는 깊이가 상술한 슬라이더(24)의 상하 이동 변위 이상일 경우에 대하여 상하 이동하는 구성으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 로봇(20)의 이동과 슬라이더(24)의 이동은, 장착부(12)와 모재(BM1, BM2)의 크기 및 중량이 라인레이저(16)와 디텍터(18)와 용접토치(14)를 설치한 슬라이더(24)를 포함한 로봇(20)에 비교하여 상대적으로 큰 규모일 때에 적용하기 위한 것이다.

반면, 모재(BM1, BM2)를 포함한 장착부(12)의 크기 및 중량이 상술한 로봇(20)에 비교하여 경량이고, 그 작동이 더 용이한 경우는, 상술한 로봇(20)의 구동을 대신하여 장착부(12)가 후진 또는 전진 이동과 좌, 우 방향으로 슬라이딩 이동하게 하고, 이때에도 상술한 슬라이더(24)는 장착부(12)의 구동에 대응한 대상용접선(OWL)에 대한 라인레이저(16)의 레이저광(L1, L2)을 통한 디텍터(18)의 대상용접선(OWL) 좌표값에 용접토치(14)가 대응하도록 좌, 우 방향 이동과 상, 하 방향 이동하게 하는 것으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상술한 장착부(12)와 로봇(20)은 상호 간에 이미 설정한 기준 간격을 유지하는 상태에서 상대적인 전, 후, 좌, 우 방향으로 이동하는 것이고, 대상용접선(OWL)에 대한 모재(BM1, BM2) 간의 높이 변위와 좌우 변위에 대하여 슬라이더(24)가 디텍터(18)의 측정 좌표값을 따라 이동하는 것이다.

이것은 종래 기술에 있어, 로봇에 라인레이저와 디텍터 및 용접토치가 함께 장착된 상태로 모재에 대한 용접과 대상용접선의 좌표값 측정을 동시에 시행함에 따른 문제점을 해소하기 위한 것이다.

이에 대하여 예시하자면, 종래 기술의 로봇은 대상용접선을 따라 용접토치를 설정한 간격을 유지하며 이동과 용접을 시행하고, 이때 라인레이저와 디텍터는 로봇의 이동에 따라 용접토치의 궤적과 함께 이동하면서 대상용접선의 좌표값을 측정하게 된다.

즉, 종래 기술에 있어, 라인레이저와 디텍터는 그 측정이 전, 후, 상, 하, 좌, 우 이동을 하면서 이루어지고, 이렇게 측정된 대상용접선의 좌표값 데이터는 용접토치의 현재 위치를 기준으로 변환해야 하지만 그 연산이 어려움이 있다.

부연하자면, 종래의 대상용접선의 좌표값 측정은 오류 가능성과 측정된 좌표값을 용접토치에 대응하도록 변환하는 작업이 어려우며, 용접토치의 용접과정에서 발생한 섬광이 라인레이저의 레이저광을 왜곡시켜 측정 오류를 유발할 수 있으며, 해당 대상용럽선에 대한 용접량과 그에 따른 용접시간 등을 정확하게 측정하기 어려운 문제가 있어 현실적으로 용접 자동화에 적용할 수 없었다.

따라서, 본 발명은 라인레이저(16)와 디텍터(18)로 하여금 안정적인 위치 이동이 이루어지도록 하면서 대상용접선(OWL)에 대한 좌표값 데이터를 정확하게 측정할 수 있도록 하고, 이어서 슬라이더(24)를 통해 대상용접선(OWL)에 대한 좌표값 데이터에 대응하여 용접토치(14)의 정확한 용접을 시행할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이러한 이유로 상술한 로봇(20)과 슬라이더(24) 중 위빙 구동은 슬라이더(24)가 적합하고, 이에 따른 경사계(26a, 26b) 중 그 설치는 슬라이더(24)에 대한 경사계(26b)를 설치하여 제어부(22)로 하여금 슬라이디(24)의 기울기를 제어할 수 있도록 함이 바람직하다.

상술한 구성 중 용접토치(14)는 본 발명의 설명에 있어, 티그용접(Tungsten Inert Gas Welding)용 용접토치를 일 예로 하여 설명하겠으나, 본 발명에서 용접토치는 티그용접에 한정하는 것이 아니라 아크용접, 산소용접, CO2용접 및 미그용접(MIG:metallic inert gas arc welding)에 사용되는 용접토치 일 수 있다.

즉, 각 실시의 용접토치(14)는 제어부(22)의 제어신호에 의해 대응하는 모재(BM1, BM2)에 대한 용접의 실시 조건과 더불어 용접 수행이 제어될 수 있도록 하는 다양한 형태의 것이 적용될 수 있다.

한편, 상술한 구성 중 라인레이저(16)는, 도 1과 도 2a에 도시한 바와 같이, 용접토치(14)에 의해 용접이 이루어지는 용접 포인트(P1)로부터 전방으로 이미 설정한 간격 두고 위치한 대상용접선(OWL)에 가로질러 교차하는 라인 형상의 가로 방향 제1레이저광(L1)과, 제1레이저광(L1)으로부터 다시 전방으로 이미 설정한 간격을 두고 위치한 대상용접선(OWL)에 가로질러 교차하고, 제1레이저광(L1)과 나란한 라인 형상의 가로 방향 제2레이저광(L2)을 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 제1, 2레이저광(L1, L2)을 상호 나란하게 배치한 것은, 상술한 디텍터(18)가 각각 조사된 제1, 2레이저광(L1, L2)의 형상을 통해 각각 해당 대상용접선(OWL)의 좌표값 등의 정보를 이중으로 측정하게 한 것이다.

즉, 디텍터(18)는 용접 포인트(P1)를 기준으로 제일 앞에 조사된 제2레이저광(L2)을 통해 용접 포인트(P1)로부터 이미 정해진 간격에 있는 대상용접라인(OWL)의 라인 형상을 측정하여 제어부(22)와 더불어 해당 위치의 좌표값과 좌표값 위치의 용접량 및 그에 따른 용접에 소요되는 시간 등의 정보를 측정할 수 있도록 한다.

또한, 디텍터(18)는 제2레이저광(L2)과 용접 포인트(P1)로부터 그 사이의 이미 설정한 간격을 둔 제1레이저광(L1)을 통해 해당 대상용접라인(OWL)의 라인 형상을 측정하여 제어부(22)와 더불어 해당 위치의 좌표값과 좌표값 위치의 용접량 및 그에 따른 용접에 소요되는 시간을 측정하여 제어부(22)와 더불어 앞의 제2레이저광(L2)을 통해 측정한 정보와 비교하여 그 오류 내지 보정 여부를 확인할 수 있도록 한다.

무엇보다도 제1, 2레이저광(L1, L2)을 통해 각각의 용접 포인트(P1) 좌표값을 포함한 용접 정보를 간격을 두고 이중으로 구하는 것은, 디텍터(18)가 제1, 2레이저광(L1, L2)을 통한 해당 부위의 대상용접선(OWL) 좌표값을 측정함에 있어, 용접 포인트(P1)에서 발생한 섬광이 조사되는 제1레이저광(L1) 또는 제2레이저광(L2)을 왜곡시켜 해당 부위의 용접 정보의 검출을 누락 또는 검출 오류를 보완하기 위한 것이다.

여기서, 상술한 라인레이저(16)는, 비록 도면에 도시하지 않았으나, 로봇(20)에 대하여 제1레이저광(L1)과 제2레이저광(L2)을 각각 개별적으로 조사하는 두 개로 구성할 수 있음은 당연하다. 이때 각각의 제1, 2레이저광(L1, L2)은 로봇(20)과 장착부(12) 사이에서 수직으로 조사되게 함이 바람직하다.

한편, 상술한 라인레이저(16)는 하나의 광원에서 대상용접선(OWL)에 대하여 두 줄기의 제1, 2레이저광(L1, L2)을 동시에 조사하는 형태의 것일 수 있다. 이때, 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 어느 하나는 로봇(20)과 장착부(12) 사이에서 수직으로 조사되고, 다른 하나는 수직인 어느 하나에 대하여 이미 설정한 각도로 조사되게 할 수 있다.

여기서, 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 수직으로 조사되는 광은 상술한 용접토치(14)의 용접 포인트(P1)에 대하여 이미 설정한 간격으로 일정하도록 하고, 이에 대하여 용접토치(14)에 가장 근접한 제1레이저광(L1)을 로봇(20)과 장착부(12) 사이에서 수직하도록 함이 바람직하다.

또한, 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 어느 하나 이상이 로봇(20)과 장착부(12) 사이의 수직 방향에 대하여 경사를 이루는 것은, 로봇(20)과 장착부(12) 사이가 벌어지거나 좁혀질 경우에 대응하여 제1, 2레이저광(L1, L2) 상호 간의 간격이 넓어지거나 좁아지고, 이러한 상호 간의 간격 변화는 디텍터(18)를 통해 장착부(12)에 대하여 로봇(20) 사이의 간격을 확인하는 정보로 활용할 수 있다.

이에 더하여 상술한 라인레이저(16)는 제1, 2레이저광(L1, L2) 각각의 길이 방향 중심을 교차하여 지나는 세로 방향 수직레이저광(L/V)을 동시에 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.

이러한 수직 레이저광(L/V)은, 상술한 제1, 2레이저광(L1, L2)의 각 중심과 용접토치(14)에 대한 용접 포인트(P1)가 일직선상에 있도록 한 상태에서, 이에 대하여 평면상에서의 측정을 통해 제어값과 측정값을 통한 정렬의 오차를 확인할 수 있도록 하는 것이다.

이때, 수직 레이저광(L/V)은, 제1, 2레이저광(L1, L2)의 길이에 비교하여 상대적으로 짧게 형성함이 바람직하다.

즉, 수직 레이저광(L/V)은, 용접 포인트(P1)와 제1, 2레이저광(L1, L2)의 각 중심이 일직선상에 있도록 제어한 상태에서 그 측정값이 일직선상에 없는 경우, 라인레이저(16)와 용접토치(14)의 정렬이 틀어진 것을 확인할 수 있어, 측정 오차를 방지하기 위한 것이며, 더불어 제1, 2레이저광(L1, L2)의 중심에 대하여 대상용접선(OWL)이 가로 방향 이격 거리는 측정할 수 있어 측정값을 확인 내지 보정할 수 있는 근거를 제시한다.

부연하자면 가로 방향과 세로 방향인 제1, 2레이저광(L1, L2)과 수직 레이저광(L/V)이 만나는 레이저광 조사의 각 중심(P2, P2')은, 대상용접선(OWL)이 직선이고 이에 대하여 로봇(20)이 일직선을 따라 제2레이저광(L2)과 용접 포인트(P1)가 이루는 간격 이상의 거리로 전진하는 경우에 대응하여, 용접 포인트(P1)와 일직선상에 있다.

또한, 라인레이저(16)는 로봇(20)의 전진 방향에 대하여 측면에 위치하게 설치할 수 있으며, 이때 수직 레이저광(L/V)은 용접토치(14)의 용접 포인트(P1)와 동일 높이의 평면 위치에 조사될 때에 로봇(20)의 전진 방향과 용접 포인트(P1)에 대하여 일직선상에 놓이므로, 이를 일직선상에 있도록 조절하는 것으로 모재(BM1, BM2)에 대한 용접토치(14)의 높이를 설정하는 조건으로 형성할 수 있다.

상술한 라인레이저(16)는, 용접 대상인 대상용접선(OWL) 뿐 아니라 용접토치(14)에 의해 용접이 이루어진 용접선(WL)에 대하여도 용접선(WL)을 가로지르는 형상의 제3레이저광(L3)을 조사토록 할 수 있다.

이때 라인레이저(16)는 제1, 2레이저광(L1, L2)을 조사하는 것과는 별도의 것으로 로봇(20)에 설치하는 구성으로 이루어질 수 있고, 또는 로봇(20)의 전진 방향에 대하여 측면에 위치하게 설치하는 것으로 제1, 2레이저광(L1, L2) 뿐 아니라 제3레이저광(L3)까지 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.

한편, 상술한 디텍터(18)는 가로 방향과 세로 방향인 제1~3레이저광(L1, L2, L3)과 이들 각각의 수직 레이저광(L/V)에 대하여 이미 설정한 각도로 촬영하여 얻은 수득 이미지를 통해 대상용접선(OWL)의 좌표와 그 좌표에서의 용접 대상폭과 깊이 및 용접량 등의 용접조건을 산출하며, 이것을 제어부(22)에 인가하여 저장토록 하며, 추후 용접토치(14)를 통한 용접의 진행과정에서 용접토치(14)를 해당 좌표에 대응하여 이동시키도록 함과 동시에 용접 대상폭과 용접량에 대응하는 좌우 이동과 용접시간 및 용접조건에 대응하여 폭 방향의 다양한 각도로 위빙(weaving) 작업까지 수행할 수 있도록 한다.

여기서, 디텍터(18)에 의한 용접 대상 부위의 좌표값 산출은, 도 2a에서 참조되는 바와 같이, 조사 당시의 용접토치(14)의 용접 포인트(P1) 위치에서 직선 위치인 조사 중심(P2)까지의 사이 간격이 이미 설정한 간격으로 이루어지고, 이 간격은 로봇(20) 및/또는 장착부(12)의 이동에 따른 거리로 인식되며, 또 가로 방향 제1 or 2레이저광(L1 or L2)의 각 변곡점(a1, a2, a3)은 모재(BM1, BM2)의 평면 위치에서의 조사 중심(P2)을 기준으로 각각 가로 방향 이격 거리와 깊이로 환산되어 해당 위치와 로봇(20)의 이동량의 상관관계를 통해 용접량에 상응하는 체적으로 인식되는 것이다.

이에 따라 디텍터(18)는, 제어부(22)로 하여금 각 변곡점(a1, a2, a3)의 좌표값을 기초하여 해당 용접 대상 부위의 단면적으로 산출할 수 있도록 하는 것으로 향후 용접토치(14)에 의한 용접의 시행에 대한 용접조건을 제공하는 것이라 할 수 있다.

또한, 디텍터(18)는, 용접 대상 부위에 대한 촬영 이미지를 함께 제공하며, 제어부(22)로 하여금 모재(BM1, BM2)의 용접 대상 부위 중 도료가 묻은 형태 또는 녹이 있는 부위를 판별할 수 있도록 함이 효과적이다.

이에 더하여 디텍터(18)는, 비록 도면에 도시하지 않았으나, 용접 대상 부위에 대하여 전기적으로 접촉하여 도료 또는 녹의 유무를 판별하는 프로브(도시 안됨)를 더 구비한 것으로 이루어질 수도 있는 것이다.

그리고, 디텍터(18)는, 용접이 이루어진 부위에 대응하는 제3레이저광(L3)에 대하여 용접이 이루어진 형상을 검출하고, 이를 제어부(22)에 인가하는 것으로 이루어질 수 있다.

이를 통해 제어부(22)는 디텍터(18)에 의해 검출한 용접이 이루어진 부위의 비드(bead)의 형상 범위에 대한 이미 저장한 데이터와 비교하여 용접 불량 여부를 판단한다.

이에 더하여, 상술한 디텍터(18)는, 제1, 2레이저광(L1, L2)을 판별하기 위한 것과 제3레이저광(L3)을 판별하기 위한 것으로 구분하여 각각 설치하는 것으로 이루어질 수 있다.

이상의 구성에 대응하는 제어부(22)는, 디텍터(18)로부터 수신한 각 검출 데이터를 통해 모재(BM1, BM2)의 대상용접선(OWL)에 대한 용접토치(14) 선단의 높이, 전, 후, 좌, 우 방향 위치에 대하여 로봇(20) 및/또는 장착부(12)의 이동과 이동시간 제어 및 용접전류, 전압 이너트 가스 공급량, 용접봉(WR)의 각도, 용접봉(WR)의 공급속도를 포함한 각종 용접조건을 제어하도록 함이 바람직하다.

더불어, 제어부(22)는 대상용접선(OWL)을 포함한 용접 부위에 대한 정보와 그에 따른 용접토치(14)의 용접과정과 그 용접결과에 대한 정보 및 용접결과 중 용접불량에 대하여 위빙 처리를 포함한 보정작업의 정보를 저장하고, 이들 정보를 기초하여 동일 내지 동일 범주의 용접 부위에 대하여 용접 조건을 반영한 티칭용접을 시행토록 함이 바람직하다.

특히 본 발명에서의 제어부(22)는 모재(BM1, BM2)에 대한 용접을 시작하기 전에 이미 설정한 용접의 시작점과 용접 끝점을 지시하는 이미지를 데이터베이스(DB)에 저장하고, 상술한 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 통해 수득한 이미지와 비교하여 용접 시작점 위치를 추적토록 한 후 용접을 시행토록 하고, 또 용접 종료 위치를 결정하여 용접을 마무리 할 수 있도록 한다.

상술한 제어부(22)는 장착부(12) 상의 이미 설정하여 놓이는 모재(BM1, BM2)에 대하여, 또는 용접 끝점에서 연속하는 다른 용접 대상 모재(BM1, BM2)의 용접 시작점 위치에 대하여 로봇(20)의 이동을 빠르게 진행할 수 있도록 각 용접 시작점 위치의 좌표에 대한 데이터 또한 데이터베이스(DB)에 저장한다.

이를 통해 제어부(22)는 로봇(20)을 용접 시작점에 대응하는 위치로 이동시킨 후 상술한 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 통해 해당 용접 대상 부위의 형상을 추출하고, 데이터베이스(DB)에 저장된 용접 시작점 형상과 비교하여 정확한 용접 시작점 위치에서 용접이 시작되도록 용접토치(14)를 위치시키고 용접토치(14)의 높이와 용접량과 용접폭과 용접시간 및 용접각도 등의 용접조건을 고려하여 용접을 시행하고, 이와 동시에 용접 끝점을 추적하여 대응하는 위치에서 용접을 마무리 할 수 있도록 한다.

한편, 도 2c는 도 2a의 구성에 용접토치(14)에 의해 용접이 이루어진 부위에 대하여 별도의 라인레이저(16)와 라인레이저(16)에 의해 조사된 라인 형태의 광을 디텍팅하는 별도의 디텍터(18)을 부가 설치하여 용접이 이루어진 부위에 대하여 그 불량 여부를 판독하기 위한 것이고, 이에 대한 검출정보를 제어부(22)에 인가하여 제어부(22)로 하여금 용접작업 과정에서 보정 작업과 그에 따른 티칭용접이 가능하도록 하기 위한 것임을 알 수 있다.

이하에서는 이상에서 살펴본 본 발명에 따른 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 이용한 용접 과정을 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 용접 자동화시스템(10)의 제어부(22)는, 장착부(12) 상의 이미 설정한 모재(BM1, BM2) 위치에 대하여 로봇(20)의 용접토치(14)가 충분한 간격을 두고 위치하도록 로봇(20) 및/또는 장착부(12)를 임의로 설정한 위치로 이동시킨다(ST100).

이러한 과정에서 제어부(22)는 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 이용하여 용접대상 부위의 형상을 측정하면서, 그로부터 얻어진 형상 데이터와 데이터베이스(DB)에 저장된 용접 시작점 위치의 형상 데이터를 비교하여 용접 시작점의 좌표를 검출한다(ST110).

이어서 제어부(22)는 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 통해 모재(BM1, BM2)에 대한 용접토치(14)의 높이를 이미 설정한 높이에 있도록 조절함과 동시에 라인레이저(16)와 디텍터(18) 및 용접토치(14)의 정렬상태를 확인하고, 지정한 용접 시작점 위치에 대하여 라인레이저(16)의 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 계속적인 로봇(20) 또는 장착부(12)의 진행에 따라 제일 먼저 접하는 것부터 용접 시작점 위치의 확인과 재확인하고, 계속하여 대상용접선(OWL) 부위에 대한 용접정보를 수득하고, 이러한 과정은 용접 시작점 위치에 용접토치(14)의 용접봉(WR) 선단이 대응할 때까지 정렬과 정보 수득이 이루어지는 용접 준비단계(A)를 이룬다(ST120).

여기서, 제어부(22)는, 용접 시작점에 대한 용접 시행을 바로 시작하는 것이 아니라 향후 진행할 대상용접선(OWL)의 방향을 포함한 용접조건을 검출을 위해 라인레이저(16)를 이용한 조사 중심(P2)을 용접 시작점에 대응시킨 후 로봇(20) 및/또는 장착부(12)를 이동시켜 용접토치(14)의 선단 즉, 용접봉(WR)의 선단이 용접 시작점에 대응하는 위치에 이르기까지의 대상용접선(OWL) 라인에 대한 형상과 좌표값 및 용접량 등을 포함한 용접 조건을 검출한다(ST130).

이어서, 제어부(22)는 용접토치(14)의 선단이 용접 시작점에 위치할 때부터용접토치(14)를 통해 용접 조건에 대응하는 용접을 시행하고, 이미 설정한 용접 종료점 위치의 검출 및 용접 종료점까지 대상용접선(OWL)을 따라 용접하는 용접시행단계(B)를 거친다(ST140).

이때, 제어부(22)는 디텍터(18)를 통해 수득한 용접정보를 통해 용접토치(14)로 하여금 모재(BM1, BM2) 상호 간의 임시로 용접한 부위에 대응하는 용접을 실시토록 제어하는 과정을 수행한다.

위의 용접 시행과정에는, 용접 시작점 이후의 용접 대상 부위에 대하여 계속적인 위치 좌표를 측정하고(ST141), 이를 통한 용접 경로를 산출하며(ST142), 용접 경로의 각 부위에 대하여 용접 깊이, 용접의 체적, 용접봉의 각도 조건 등의 용접 조건의 산출을 연속하며(ST143), 산출한 용접조건을 포함한 용접 경로에 대하여 슬라이더(24)를 이동시키는 과정(ST144)을 포함한다.

또한, 제어부(22)는 디텍터(18)를 통해 용접이 이루어진 부위에 대하여 시행된 용접 형상을 파악하여(ST145) 용접의 정상 여부를 판단한다(ST146).

제어부(22)는 위의 과정을 계속적으로 시행하며, 시행과정 중에서 용접의 불량으로 판단한 경우, 용접 시행을 중지함과 동시에 용접 불량 위치를 산출한다(ST147).

그리고, 제어부(22)는 로봇(20) 및/또는 장착부(12)를 후퇴 이동시켜 제1, 2레이저광(L1, L2)을 통한 용접 조건을 설정하고, 해당 부위에 대한 도료의 여부 또는 녹이 있는지 여부 등을 디텍터(18)를 통해 재확인하면서, 재용접 조건을 다시 산출하고, 그에 대응하는 위빙 조건과 용접봉(WR)의 각도 조절 등을 포함한 재용접 조건 산출한다(ST148).

이어서, 제어부(22)는 재용접 작업을 시행함과 동시에 용접 과정을 확인하면서 디텍터(18)의 촬영 정보를 포함하여 재용접 조건에 대한 정보를 수득하고, 검수 과정을 동시에 시행하면서 위빙 조건을 포함한 데이터를 저장하고, 향후 동일 내지 동일 범주에 있는 용접 대상 부위에 대하여 보정 조건(티칭 조건)과 그에 따른 보정 데이터를 추후의 용접 조건에 반영토록 하는 보정단계(b)를 포함하여 반복적인 용접 불량의 발생을 방지하면서 재용접을 시행한다(ST149).

또한, 상기 용접단계(B) 중 용접이 이루어진 부위에 대한 검수를 동시에 시행하면서 용접 불량에 대한 위빙 작업과 해당 용접 조건에 대한 보정과 보정 데이터 저장 및 동일 내지 동일 범주에 대한 용접 조건에 반영토록 하는 보정단계(b)를 더 포함토록 함이 바람직하다.

위의 용접단계(B)의 과정에서, 제어부(22)는 디텍터(18)를 통해 이미 설정한 용접 끝점을 계속하여 검출하고(ST150), 용접 끝점에 대한 검출신호를 수신한 후 용접 끝점까지의 용접토치(14)의 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(C)를 시행하는 것으로 용접 작업의 종료가 이루어진다(ST160).

또한, 상기 용접단계(B) 중 용접이 이루어진 부위에 대한 검수를 동시에 시행하면서 용접 불량에 대한 위빙 작업과 해당 용접 조건에 대한 보정과 보정 데이터 저장 및 동일 내지 동일 범주에 대한 용접 조건에 반영토록 하는 보정단계(b)를 더 포함토록 함이 바람직하다.

BM1, BM2: 모재 P1: 용접 포인트
L1, L2, L3: 레이저 광 WL: 용접선
WR: 용접봉 DB: 데이터베이스
10: 용접 자동화시스템 12: 장착부
14: 용접토치 16: 라인레이저
18: 디텍터 20: 로봇
22: 제어부 24: 슬라이더
26a, 26b, 26c: 경사계

Claims (9)

1. 로봇에 설치하여 제어신호에 따라 장착부 상에 고정된 모재를 용접하는 용접토치; 상기 용접토치의 용접 포인트로부터 이격된 위치의 용접선 부위에 직선 라인 형태의 레이저 광을 조사하는 라인레이저; 이미 설정한 각도에서 용접 대상 부위에 조사되는 라인 형태의 레이저 광의 형상을 촬영 및 검출하는 디텍터; 및 상기 디텍터의 정보를 수신하여 용접 부위를 따라 상기 용접토치가 대응하도록 상기 로봇의 이송과 상기 용접토치의 구동을 제어하는 제어부;를 구비한 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템에 있어서,
   상기 용접토치는 상기 로봇에 대하여 상하좌우 방향으로 구동하도록 설치한 슬라이더에 그 설치가 이루어지고,
   상기 제어부는 모재의 용접 시작점/끝점 부위에 대한 이미 설정한 형상 정보를 저장한 데이터베이스와; 수신한 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보와 상기 데이터베이스의 설정한 형상 정보가 상호 매칭하는지 여부를 판단하면서 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보에 상기 용접토치가 설정한 간격으로 대응하도록 상기 용접토치의 이송 좌표, 용접깊이, 용접폭, 용접량, 용접시간을 포함한 용접조건을 구하는 연산부;를 구비하고, 상기 연산부에 의한 이송 좌표에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 상기 용접토치의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 라인레이저는 상기 용접토치의 용접 포인트에서 이격된 전방 위치의 용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제2레이저광과, 상기 제2레이저광과 용접 포인트 사이의 대상용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제1레이저광을 조사하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 라인레이저는 평면상에 조사하는 제1, 2레이저광이 상호 평행하도록 하고, 제1, 2레이저광의 각 중심이 용접 포인트와 함께 상호 간격을 둔 일직선상에 있도록 조사하는 것임을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며,
   상기 제어부는 상기 디텍터로부터 수신한 각각의 검출 데이터를 통해 각 위치의 대상용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접시행조건에 대응하도록 각 구성의 구동을 제어하는 것임을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 라인레이저는 상기 용접토치 후방의 이격된 위치에 용접을 시행한 부위에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제3레이저광을 조사하는 것으로 이루어지고,
   상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2, 3레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며,
   상기 이미지 데이터베이스는 용접결과에 대응하여 이미 설정한 정상적인 용접형상 범위에 대한 이미지 정보를 저장하고,
   상기 제어부는 상기 이미지 데이터베이스와 상기 디텍터로부터 수신한 검출 데이터를 통해 모재의 용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접조건에 대응하는 각 구성의 구동을 제어하고, 용접결과에 대한 정보를 상기 이미지 데이터베이스의 용접형상 범위의 이미지 정보와 대비하여 용접불량 여부를 판단하고, 용접불량에 대하여 보정작업의 정보를 연산 및 저장하고, 이들 정보를 기초하여 보정작업을 시행토록 하며, 동일 내지 동일 범주의 용접 부위에 대하여 용접 조건을 반영한 티칭용접을 시행하는 것을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
6. 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로봇 또는 상기 슬라이더는 전후좌우 방향의 설정 각도로 위빙 구동하는 것으로 이루어지고,
   상기 로봇 또는 상기 슬라이더에는 경사계를 더 설치하고,
   상기 제어부는 상기 경사계의 신호를 수신하여 상기 디텍터를 통해 검출한 용접조건에 대응하는 대상용접선 또는 용접결과에 따른 용접선에 대하여 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 위빙 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
7. 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고,
   상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를 추적하는 준비단계(A);
   추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미 설정한 간격 높이에 있도록 조정하며, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 정렬 및 정보수집단계(B);
   상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용접조건의 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C);
   상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(D);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용접 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 용접단계(C)에서 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접이 시행된 용접결과물의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 용접결과의 형성정보를 수집하는 단계(a)와; 수득하는 용접결과의 형상정보를 통해 용접의 정상 여부를 판단하는 단계(b);를 병행 수행하고,
   상기 (b)단계에서 용접 불량의 판단에서 상기 용접토치의 용접 시행을 중단하는 단계(b-1)와; 상기 라인레이저와 디텍터를 이동시켜 용접이 시행된 부위까지의 용접부위 정보를 추가 수집하는 단계(b-2)와; 용접부위 정보에 따른 용접 불량의 정도와 위빙 작업을 포함한 보정 조건을 구하는 측정하는 단계(b-3); 및 상기 라인레이저와 디텍터 및 용접토치를 후퇴 이동시켜 용접 불량 부위에 대응하여 측정한 보정 조건에 대응하여 용접을 보정하는 단계(b-4);를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용접 방법.
9. 상기 제 6 항의 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고,
   상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를 추적하는 준비단계(A');
   추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미 설정한 간격 높이에 있도록 조정하고, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며, 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 정렬 및 정보수집단계(B');
   상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용접조건에 따라 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 기울기를 조절하며 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C');
   상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(D');를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용접 방법.

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