KR20220115686A - 컴퓨터 비전 기반의 용접 로봇 비전 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계; 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및 비전 센서를 사용하여 상기 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되, 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 용접 대상에 에어(air)를 분사하는 단계를 포함하는, 용접 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 스파크로부터 비전 센서가 보호되고 용접 품질 검사가 원활히 진행될 수 있다.

Description

컴퓨터 비전 기반의 용접 로봇 비전 장치 및 그 방법 {COMPUTER VISION-BASED WELDING ROBOT VISION DEVICE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 컴퓨터 비전 기반의 용접 로봇 비전 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비전 센싱에 기반하여 용접을 수행하는 방법 및 이를 이용하는 용접 로봇에 관한 것이다.

기계나 플랜트 등의 공업 제품은 하나의 부재만으로 구성된 것은 거의 없고 적어도 2개 이상의 부재를 접합해 만들어진다. 2개의 금속 부재를 접합하는 주요 방법으로는 리벳이나 볼트 등에 의한 기계적 결합, 접착제 등에 의한 화학적 결합, 용접과 같은 치금적 접합이 있다. 이러한 접합 중에서 접합부의 강도, 효율, 재료와 공수 절감 등의 관점에서 용접은 널리 활용되며 거의 모든 공업 분야에서 필수적인 기반 가공 기술이다.

용접이란 모재, 즉 접합되는 피용접 부재의 접합부에 열, 압력 또는 열과 압력을 가해 접합하는 방법으로 융접, 압접, 및 납땜으로 나뉜다.

다양한 산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 용접법으로서 아크열을 이용해 모재를 용융하는 아크 용접이 있다. 아크 용접은 융접의 일종이지만 가장 일반적인 용접 방법으로 단순히 용접이라고 하면 아크 용접을 가리키는 경우가 많다. 아크 용접은 접합부를 연속적으로 일체화할 수 있기 때문에 이음 효율이 높고 뛰어난 기밀성을 갖는 것이 특징이다.

아크 용접에서 용접 토치에서 공급되는 용접 와이어와 모재 사이에 용접 전원으로 전압이 인가되어 용접 와이어와 모재 사이에서 아크가 발생한다. 이 아크열로 인해 모재와 용접 와이어를 용융시키면서 모재 간에 용접된다. 아크 용접에 따른 용접 와이어는 녹아서 떨어지기 때문에 용접 도중에는 송급 장치에 의해 용접 토치 안을 경유해 용접 와이어가 계속 공급된다.

모재와 용접 와이어가 녹은 용접 금속이 응고되어 용접 비드가 형성됨으로써 견고한 용접이 이루어진다. 중후판 용접에서는 용접부 강도를 유지하기 위해 용접 비드폭을 넓게 해 용착량이나 용입 깊이를 확보할 필요가 있다. 중후판 용접에서는 용접 토치를 좌우로 연동시키는 위빙이라는 동작으로 용접함으로써 비드폭을 넓혀 용접 강도를 확보하고 있다.

또한, 용접 토치에서는 실드가스라는 불활성 가스, 예를 들어 이산화탄소 또는 아르곤 가스가 포함되게 공급되어 아크 기둥을 대기로부터 보호한다. 또한 용융 후의 용융 금속도 용접 와이어에 포함되는 플럭스 분해로 발생하는 가스에 의해 대기로부터 보호되어 블로홀(blow hole) 등의 용접 결함을 억제한다.

아크 용접 이외의 용접법으로 스폿 용접과 레이저 용접이 있다.

스폿 용접은 압전의 일종인 중첩 저항 용접으로 분류되며, 겹쳐진 2장의 얇은 판을 양쪽에서 가압하면서 전기를 흘리고 그 저항열로 2장의 판을 녹여서 용접한다. 레이저 용접은 레이저를 사용한 용접 방법이다. 레이저는 에너지 밀도가 높기 때문에 에너지를 조여 핀 포인트로 용접 면을 용융시킬 수 있다. 따라서 입열이 적고 적은 에너지로 깊은 용입의 용접이 가능하다.

1975년에 일본에서 아크 용접 로봇이 6축 직교좌표형 로봇으로서 개발된 이후 아크 용접 로봇은, 1980년 이후 폭발적으로 보급됐다.

용접 로봇은 비교적 큰 크기의 로봇으로 현재 아크 용접 로봇은 6축 수직다관절형 로봇이 일반적이다. 로봇 팔목 구조는, 토치로부터 순차적으로 Roll, Bend, 및 Roll 방식으로 회전하는 축을 포함하므로, RBR 구조라고 하며 산업용 로봇 중에서 가장 일반적인 손목 구조로 있다.

관련 기술로서 국내 등록특허 제10-0241847호는 레이저비전센서를 이용한 용접 로봇의 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 레이저비전센서로부터 획득한 영상데이터로부터 용접선에 대한 3차원좌표와 위빙좌표를 구하고, 위빙좌표를 이용하여 용접 로봇을 구동하는 기술을 개시하는 점에서, 용접 시 발생하는 스파크와 스모그를 제거하는 것을 목적으로 하는 본 발명과 목적, 구성 및 효과 면에서 구별된다.

관련 기술로서 국내 등록특허 제10-1010788호는 용접 로봇 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 위빙 양단의 전류값을 이용하여 용접 토치의 보정값을 산출하고, 산출된 보정값을 이용하여 용접 토치의 위치를 보정하는 기술을 개시하는 점에서, 용접 시 발생하는 스파크와 스모그를 제거하는 것을 목적으로 하는 본 발명과 목적, 구성 및 효과 면에서 구별된다.

그런데 종래의 기술에 따르면, 용접 로봇은 자동으로 구동되기 때문에 각종 센서를 이용하여 용접 위치를 측정해야 한다. 이러한 센서 중에는 사람의 눈과 같이 비전 데이터를 수집하는 비전 센서가 있다. 그런데 비전 센서는 용접 대상을 촬영해야 하기 때문에 용접이 발생되는 토치 단과 가까운 거리에 배치되는 것이 일반적이다. 비전 센서는 토치 건에 장착되기 때문에, 용접 시에 발생하는 스파크에 의한 손상 우려가 많다.

또한, 용접 로봇은 다중의 용접 작업을 연속하여 수행하기 때문에, 중간에 용접 품질 검사를 수행해야 한다. 그런데 용접 시에 용접 스모그로 인해 비점 검사가 제대로 이루어지지 않거나, 비전 센서가 수집하는 센싱 데이터에 노이즈가 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법 및 이를 이용하는 용접 로봇 비전 장치는, 용접 로봇 구동 시에 발생할 수 있는 스파크 및 스모그로 인한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것이다.

한국 등록특허 제10-0241847호 (2000.03.02 공고) 한국 등록특허 제10-1010788호 (2011.01.23 공고)

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 스파크로 인한 센서 손상 및 스모그로 인한 인식 장애가 발생했던 종래 기술에 의한 용접 로봇의 문제점을 해결하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 비전 센서가 스파크로부터 보호될 수 있는 용접 로봇 비전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 용접 품질 검사 시에 용접 스모그를 제거할 수 있는 용접 로봇 비전 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법은, 용접 로봇(welding robot)에 의해서 수행되는 방법으로서, 비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계; 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및 비전 센서를 사용하여 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되, 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 용접 대상에 에어(air)를 분사하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법은, 용접 로봇(welding robot)에 의해서 수행되는 방법으로서, 비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계; 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및 비전 센서를 사용하여 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되, 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 용접 대상에 에어(air) 분사를 위해 컴프레서를 제어하는 단계; 및 스파크 및 스모그에 에어의 선택적 분사를 위해 상기 에어의 분사 방향을 제어하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법은, 용접 로봇(welding robot)에 의해서 수행되는 방법으로서, 비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계; 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및 비전 센서를 사용하여 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되, 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 상기 용접 대상에 에어(air) 분사를 위해 컴프레서를 제어하는 단계; 및 스파크에 대해서는 제1 노즐을 통해, 스모그에 대해서는 제2 노즐을 통해 에어를 분사하기 위해 노즐의 출력을 제어하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇 비전 장치는, 용접 대상에 에어 분사에 필요한 공기압을 생성하는 컴프레서; 용접 대상의 용접선에 관한 센싱 데이터를 생성하는 비전 센서; 센싱 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터 처리부; 및 3차원 데이터에 기반하여 토치 건의 이동을 제어하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 3차원 데이터에 기반하여 상기 에어 분사를 위해 상기 컴프레서를 제어하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇 비전 장치는, 용접 대상에 에어 분사에 필요한 공기압을 생성하는 컴프레서; 용접 대상의 용접선에 관한 센싱 데이터를 생성하는 비전 센서; 센싱 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터 처리부; 스파크로부터 비전 센서를 보호하고, 용접 품질 검사를 위해 스모그를 제거하는 에어를 분사하는 적어도 하나의 노즐; 및 3차원 데이터에 기반하여 토치 건의 이동을 제어하는 프로세서를 포함하되, 프로세서는, 3차원 데이터에 기반하여 상기 에어 분사를 위해 상기 노즐을 제어하도록 구성될 수 있다.

또한, 에어는, 용접에 의해 발생되는 스파크(spark) 및 스모그(smog)를 향해 분사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 에어는, 비전 센서 주위에 배치된 제1 노즐에서 스파크를 향해 분사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 에어는, 비전 센서 내부를 통해 스파크를 향해 분사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 에어는, 비전 센서 내부를 통해 분사됨으로써 상기 비전 센서를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 용접 로봇 비전 장치는, 센싱 데이터를 이용하여 용접 시에 발생하는 스파크를 감지하는 스파크 감지부를 더 포함하고, 프로세서는, 스파크의 비전 센서 내 유입을 방지하기 위해 상기 노즐의 방향 및 상기 용접 토치의 이동 중에서 적어도 하나를 제어하도록 구성될 수 있다.

또한, 용접 로봇 비전 장치는, 센싱 데이터를 이용하여 용접 시에 발생하는 스모그를 감지하는 스모그 감지부를 더 포함하고, 프로세서는, 용접 품질 검사 시에 스모그를 제거하기 위하여 상기 노즐의 방향 및 상기 용접 토치의 이동 중에서 적어도 하나를 제어하도록 구성될 수 있다.

기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

본 발명에 의하면, 용접 시에 발생하는 스파크로부터 비전 센서가 보호될 수 있다.

또한, 용접으로 발생된 스모그가 제거된 상태에서 비전 센서를 통해 노이즈 없는 센싱 데이터의 수집이 가능하다.

또한, 용접 스파크와 스모그 제거를 통해 로봇 용접 작업의 능률이 높아진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇의 개략적인 예시도이다.
도 2는 비전 센서를 포함하는 토치 건의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 토치 건의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇 비전 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법의 흐름도이다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇의 개략적인 예시도이다.

도 1을 참조하면, 용접 로봇(10)은, 토치 건(100), 와이어 피드(210), 암 구동부(220), 제어부(300), 파워 소스(400) 및 컴프레서(500)를 포함하도록 구성될 수 있다.

토치 건(100)은, 토치 및 비전 센서를 포함하도록 구성될 수 있다. 토치 건(100)의 일단에 부착된 토치는 열과 압력으로 와이어를 용융시켜 용접 대상, 즉 모재에 용접을 수행한다.

와이어 피드(210)는, 감겨 있는 상태의 용접 와이어를 풀어 주면서 토치에 용접 와이어를 원활하게 공급한다.

암 구동부(220)는, 유압 장비 또는 모터 제어를 통해 토치 및 토치 건(100)의 위치를 이동시킨다.

제어부(300)는, 용접 로봇(10)을 구성하는 전체 구성요소의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 스파크 및 스모그의 위치와 양을 감지하고, 감지 결과에 따라 컴프레서와 노즐을 제어하여 에어를 분사하게 할 수 있다.

파워 소스(400)는, 용접에 필요한 전압 및 전류를 공급하는 기능을 한다.

컴프레서(500)는, 스파크 및 스모그 제거를 위해 에어 분사에 필요한 공기압을 생성하는 역할을 한다.

도 2는 비전 센서를 포함하는 토치 건의 예시도이다.

도 2를 참조하면, 비전 인식을 이용하여 용접을 수행하는 용접 로봇은, 토치(120) 외에 토치 건(100)의 구성요소로서 비전 센서(110)를 포함하도록 구성될 수 있다. 비전 센서(110)는, 종류에 따라 RGB 센서 및 레이저 센서와 센서의 방향을 조절하는 장치를 포함하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 토치 건의 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇(10)의 토치 건(100)의 측면이 묘사되어 있다.

토치 건(100)은 비전 센서(110), 토치(120) 및 노즐(131, 132)을 포함하도록 구성될 수 있다.

비전 센서(110)는, 용접 로봇(10)이 비전 인식에 기반하여 용접을 할 수 있도록, 센싱 데이터를 수집하는 기능을 한다. 수집된 센싱 데이터는 데이터 처리를 통해 3차원 좌표 값으로 출력되고, 용접 로봇(10)은 3차원 좌표 값을 이용하여 토치를 용접선을 따라 이동시키면서 용접을 수행한다. 비전 센서(110)는, 레이저, 렌즈, 및 이미지 프로세서와 같은 반도체 칩 등을 포함하도록 구성될 수 있다.

토치(120)는 내부적으로 토치 단, 토치 브레이크, 및 절연 디스크를 포함하도록 구성될 수 있다. 토치 단은 인가된 전압 및 와이어를 이용하여 용접을 수행하는 기능을 한다. 토치 브레이크는 토치 단에서 충돌과 같은 문제가 발생할 경우, 토치 건에서 토치 단을 분리시키는 기능을 수행할 수 있다. 절연 디스크는, 토치 건에서 용접 로봇의 암 구동부 이하의 장치로 누전 등에 의해 전류가 흐르는 것을 방지하는 기능을 한다.

노즐(130)은 컴프레서(500)이 생성한 공기압을 이용하여 에어를 분사하는 기능을 한다. 노즐(130)은 적어도 하나 이상의 노즐, 예를 들어 하나의 제1 노즐(131) 또는 2 개의 제1 노즐(131) 및 제2 노즐(132)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 노즐(131)은, 비전 센서(110)와 근접하게 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 제1 노즐(131)은 비전 센서(100)의 주변 또는 비전 센서(100) 내부에 배치될 수 있다. 도 3을 참조하면, 비전 센서(100)의 측면이 묘사되어 있고, 에어는 비전 센서(100)의 위치에서 노즐(131)을 통해 분사될 수 있다. 에어 분사로 인해 고열이 발생할 수 있는 비전 센서(100)의 반도체 칩은 냉각될 수 있다.

용접 로봇(10)에 하나의 제1 노즐(131)이 설치된 경우, 제1 노즐(131)은 도 3과 같이 제1 에어 방향 및 제2 에어 방향을 형성할 수 있도록 노즐의 방향이 제어부(300)에 의해 제어될 수 있다. 여기서 제1 에어 방향에서, 용접 로봇(10)은 에어 분사를 통해 비전 센서(100)를 향하는 스파크를 제거할 수 있다. 제2 에어 방향에서, 용접 로봇(10)은 에어 분사를 통해 용접 품질 검사 시에 용접 스모그를 제거할 수 있다.

도 3을 다시 참조하며, 제1 노즐에 이어 추가로 배치 가능한, 제2 노즐(131)은, 토치 단에 배치될 수 있다. 제2 노즐은, 에어 분사를 통해 토치 단의 위치에서 용접 후에 용접 대상에서 발생하는 스모그를 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇 비전 장치의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 제어부(300)는 프로세서(310), 인터페이스(320), 데이터 처리부(330), 스파크 감지부(340) 및 스모그 감지부(350)를 포함하도록 구성될 수 있다.

프로세서(310)는, 용접 로봇의 제어 알고리즘에 따라 용접 로봇의 구동을 제어할 수 있다. 여기서, 용접 로봇의 구동 제어는, 비전 센서(110), 토치(120), 노즐(130), 와이어 피더(210), 암 구동부(220), 파워 소스(400) 및 컴프레서(500)의 제어를 포함한다.

인터페이스(320)는 사용자와 용접 로봇을 연결시키는 사용자 인터페이스를 말한다. 인터페이스(320)는 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 포함하며, 입력 인터페이스는, 키보드 및 터치스크린 등으로 구현될 수 있으며, 출력 인터페이스는 디스플레이, 진동 모듈 및 스피커 등으로 구현될 수 있다.

데이터 처리부(330)는, 비전 센서(110)으로부터 수신한 센싱 데이터를 처리하는 기능을 한다. 데이터 처리부(330)는 센싱 데이터의 각종 보정과 같은 전처리 및 3차원 좌표 값을 추출하는 후처리를 수행할 수 있다.

와이어 피더(210)는, 용접에 사용되는 와이어가 토치에 원활하게 공급되게 하는 기능을 수행한다.

암 구동부(220)는 용접 로봇(10)을 이루는 전체 암의 이동, 즉 관절부의 Roll 수치, 즉 회전을 제어하는 기능을 한다.

파워 소스(400)는 용접에 사용되는 전압 및 전류를 생성하는 기능을 한다.

컴프레서(500)는, 공기압을 통해 스파크 및 스모그 제거를 위해 이용되는 에어를 생성하는 기능을 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 로봇(10)은, 비전 센서(110)를 이용하여 용접 시에 발생하는 스파크 및 스모그를 감지하는 것을 특징으로 한다. 스파크는 비전 센서(110)를 보호하기 위해 제거될 수 있고, 스모그는 용접 품질 검사를 효율적으로 실시하기 위해 제거될 수 있다.

스파크 감지부(340)는 용접 시에 발생하는 스파크의 양과 스파크의 위치를 감지할 수 있다. 스파크 감지부(340)는 다양한 방법을 통해 스파크를 감지할 수 있는데, 예를 들어 수신한 센싱 데이터를 미리 저장된 스파크에 관한 영상 라이브러리와 비교를 통해 스파크의 위치 및 양을 감지할 수 있다.

또한, 스파크 감지부(340)는, 훈련을 통해 학습된 인공 신경망, 예를 들어 합성곱 인공 신경망(Convolutional Neural Network)을 이용하여 스파크의 위치 및 양을 감지할 수 있다.

스모그 감지부(350)는 용접 시에 발생하는 스모그의 양과 스파크의 위치를 감지할 수 있다. 스모그 감지부(340)는 다양한 방법을 통해 스모그를 감지할 수 있는데, 예를 들어 수신한 센싱 데이터를 미리 저장된 스모그에 관한 영상 라이브러리와 비교를 통해 스모그의 위치 및 양을 감지할 수 있다.

또한, 스모그 감지부(350)는, 훈련을 통해 학습된 인공 신경망, 예를 들어 합성곱 인공 신경망(Convolutional Neural Network)을 이용하여 스모그의 위치 및 양을 감지할 수 있다.

프로세서(310)는 감지된 스파크 및 스모그의 위치와 양에 따라 노즐 제어를 통해 에어의 분사 위치 및 양을 제어할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법(S100)은 비전 센서를 이용하여 용접 토치를 용접 대상으로 이동하는 단계(S100), 용접 토치를 이용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계(S120), 및 비전 센서를 이용하여 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계(S130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 1, 도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 용접 방법에 대해 설명하기로 한다.

S110 단계에서, 용접 로봇(10)은 비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시킬 수 있다. 용접 로봇(10)은 비전 센서(110)를 이용하여 센싱 데이터를 수집할 수 있다. 비전 센서(110)에 의해 수집된 센싱 데이터는 제어부(300)로 송신되고, 제어부(300)의 프로세서(310)는 데이터 처리부(320)를 이용하여 센싱 데이터로부터 3차원 좌표 값을 도출할 수 있다. 용접 로봇(10)은 도출된 3차원 좌표 값을 이용하여 암 구동부(220)의 제어를 통해 토치(120)를 용접 대상에 위치시킬 수 있다. 암 구동부(220)는 유압 또는 모터를 이용하여 해당 암이 교체되는 좌절 부위를 회전 구동하여 토치(120)의 위치를 제어할 수 있다.

S120 단계에서, 용접 로봇(10)은 토치(120)를 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행할 수 있다. 토치(120) 단에는 용접 방법에 따라, 예를 들어 아크 용접의 경우 와이어가 구비된다. 용접 대상인 모재와 와이어 사이에 인가된 전압에 의해 와이어가 용융되면서 모재 간에 아크 용접될 수 있다. 용접 작업 시에 아크, 즉 스파크가 발생하게 된다. 그리고 발생된 스파크는 전방향으로 향할 수 있는데, 특히 비전 센서(110)를 향해 튀는 스파크는 비전 센서(110)의 커버, 렌즈 및 부품, 예를 들어 PCB를 손상시킬 위험이 있다.

용접 로봇(10)은, 용접 시에 용접 대상에 에어(air)를 분사할 수 있다. 에어가 분사되는 대상은 용접 대상, 특히 용접 대상에서 발생하는 스파크를 대상으로 한다.

스파크를 향해 에어 분사를 위해서, 스파크 감지부(340)에 의해 스파크의 양과 위치가 감지되고, 감지 결과에 기초하여 용접 로봇(10)은 노즐(130) 및 컴프레서(500)의 제어를 통해 에어의 양과 위치를 조절할 수 있다.

용접 로봇(10)은, 비전 센서를 이용하여 용접 품질 검사를 수행할 수 있다. 미리 저장된 용접 결과물에 관한 영상 라이브러리와 용접 후의 비전 센서의 센싱 데이터를 서로 비교하여 용접 대상의 용접 품질을 검사할 수 있다. 용접 품질에 대한 비전 검사는 매우 정교한 작업이기 때문에, 노이즈 없는 센싱 데이터가 수집되어야 한다. 그런데 용접 후에 발생된 스모그에 의해 용접 검사의 진행이 어려운 경우가 발생될 수 있다.

S130 단계에서, 용접 로봇(10)은 비전 센서를 사용하여 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행할 수 있다. 용접 로봇(10)은 다중의 용접 작업을 순차적으로 반복하여 수행할 수 있다. 하나의 용접 대상에 용접 작업이 완료되면, 해당 용접 작업에 대한 품질 검사가 수행된다. 그리고 품질 검사를 통과하지 못한 용접 대상은 품질 문제에 대해 체크가 되고, 용접 대상은 컨베이어 벨트 시스템을 통해 순차적으로 이동하게 된다.

용접 대상의 품질 검사 시에, 용접 로봇(10)은 스모그 감지부(350)에 의해 감지된 스모그의 위치 및 양을 분석하고, 이 분석 데이터에 기반하여 노즐(130) 및 컴프레서(500)의 제어를 통해 에어를 분사하여 스모그를 제거할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 용접 시에 발생하는 스파크로부터 비전 센서가 보호될 수 있다.

또한, 용접으로 발생된 스모그가 제거된 상태에서 비전 센서를 통해 노이즈 없는 센싱 데이터의 수집이 가능하다.

또한, 용접 스파크와 스모그 제거를 통해 로봇 용접 작업의 능률이 높아진다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

10: 용접 로봇
100: 토치 건
110: 비전 센서
120: 토치
210: 와이어 피더
220: 암 구동부
300: 제어부
310: 프로세서
320: 인터페이스
330: 데이터 처리부
340: 스파크 감지부
350: 스모그 감지부
400: 파워 소스
500: 컴프레서

Claims (5)

1. 용접 로봇(welding robot)에 의해서 수행되는 방법으로서,
   비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계;
   상기 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및
   상기 비전 센서를 사용하여 상기 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되,
   상기 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 상기 용접 대상에 에어(air)를 분사하는 단계를 포함하도록 구성되는,
   용접 방법.
   
2. 용접 로봇(welding robot)에 의해서 수행되는 방법으로서,
   비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계;
   상기 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및
   상기 비전 센서를 사용하여 상기 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되,
   상기 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 상기 용접 대상에 에어(air) 분사를 위해 컴프레서를 제어하는 단계; 및
   스파크 및 스모그에 에어의 선택적 분사를 위해 상기 에어의 분사 방향을 제어하는 단계를 더 포함하도록 구성되는,
   용접 방법.
   
3. 용접 로봇(welding robot)에 의해서 수행되는 방법으로서,
   비전 센서를 이용하여 토치 건(torch gun)을 용접 대상으로 이동시키는 단계;
   상기 토치 건을 사용하여 용접 대상에 대해 용접을 수행하는 단계; 및
   상기 비전 센서를 사용하여 상기 용접 대상에 대해 용접 품질 검사를 수행하는 단계를 포함하되,
   상기 용접 및 상기 용접 품질 검사 중에서 적어도 하나를 수행하는 때에, 상기 용접 대상에 에어(air) 분사를 위해 컴프레서를 제어하는 단계; 및
   스파크에 대해서는 제1 노즐을 통해, 스모그에 대해서는 제2 노즐을 통해 에어를 분사하기 위해 노즐의 출력을 제어하는 단계를 더 포함하도록 구성되는,
   용접 방법.
   
4. 용접 대상에 에어 분사에 필요한 공기압을 생성하는 컴프레서;
   상기 용접 대상의 용접선에 관한 센싱 데이터를 생성하는 비전 센서;
   상기 센싱 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터 처리부; 및
   상기 3차원 데이터에 기반하여 토치 건의 이동을 제어하는 프로세서를 포함하되,
   상기 프로세서는,
   상기 3차원 데이터에 기반하여 상기 에어 분사를 위해 상기 컴프레서를 제어하도록 구성되는,
   용접 로봇 비전 장치.
   
5. 용접 대상에 에어 분사에 필요한 공기압을 생성하는 컴프레서;
   상기 용접 대상의 용접선에 관한 센싱 데이터를 생성하는 비전 센서;
   상기 센싱 데이터를 3차원 데이터로 변환하는 데이터 처리부;
   스파크로부터 비전 센서를 보호하고, 용접 품질 검사를 위해 스모그를 제거하는 에어를 분사하는 적어도 하나의 노즐; 및
   상기 3차원 데이터에 기반하여 토치 건의 이동을 제어하는 프로세서를 포함하되,
   상기 프로세서는,
   상기 3차원 데이터에 기반하여 상기 에어 분사를 위해 상기 노즐을 제어하도록 구성되는,
   용접 로봇 비전 장치.
   

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