KR20220147443A - Method for welding arbitrarily supported workpiece - Google Patents

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KR20220147443A
KR20220147443A KR1020210054620A KR20210054620A KR20220147443A KR 20220147443 A KR20220147443 A KR 20220147443A KR 1020210054620 A KR1020210054620 A KR 1020210054620A KR 20210054620 A KR20210054620 A KR 20210054620A KR 20220147443 A KR20220147443 A KR 20220147443A
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김진욱
강성원
아미트
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a method for automatically welding an arbitrarily supported workpiece. The method for automatically welding an arbitrarily supported workpiece includes: a step (A) of photographing a work surface plate (15) loading a workpiece (10); a step (B) of matching a CAD file of the workpiece (10) with a photographed image; a step (C) of generating off line programming (OLP) which can be executed by a welding robot (30); and a step (D) of converting the OLP into the OLP to which the position of a jig (20) is applied. Accordingly, the method for automatically welding an arbitrarily supported workpiece executes a welding process based on a robot in a vessel building site. Therefore, the method for automatically welding an arbitrarily supported workpiece can shorten substantive man hour and improve productivity by automatically generating a JOB file although the position of the jig is not grasped additionally when the welding process is executed based on the robot in the vessel building structure.

Description

임의 지지된 소부재 자동용접 방법 {Method for welding arbitrarily supported workpiece}{Method for welding arbitrarily supported workpiece}

본 발명은 소부재의 자동용접에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 건조현장에서 로봇을 기반으로 용접 공정을 수행하기 위한 임의 지지된 소부재 자동용접 방법에 관한 것이다.The present invention relates to automatic welding of small members, and more particularly, to a method for automatically welding small members supported by a robot based on a robot at a ship construction site.

보편적으로 작업부재를 용접하는 과정에서 고정용 지그를 제작하여 사용한다. 고정용 지그는 2개의 작업부재를 동시에 고정하도록 지그 양단에 클램프가 장착되어 있다. 로봇용접 시 활용하는 작업부재의 CAD 파일에는 임의로 설치하는 지그가 표시되어 있지 않아 로봇 오퍼레이터의 OLP(Off Line Programming)를 수동으로 조작해야 한다.In general, a fixing jig is manufactured and used in the process of welding the work member. The fixing jig is equipped with clamps at both ends of the jig to fix two working members at the same time. The CAD file of the work member used for robot welding does not have a jig to install arbitrarily, so the robot operator's OLP (Off Line Programming) must be manually operated.

특히 작업부재 고정을 위해 작업자가 임의로 설치 지그의 경우 로봇 자동용접 시에 주의가 필요하다. 로봇 자동용접의 경우 작업부재의 CAD 파일을 임포트(import)하여 사용하게 되는데 전술한 고정용 지그는 CAD 파일에 포함되지 않아 OLP 생성 이후 수작업으로 OLP를 변경해 주어야 한다.In particular, in the case of an installation jig arbitrarily by the operator for fixing the work member, attention is required for automatic robot welding. In the case of robot automatic welding, the CAD file of the work member is imported and used, but the above-mentioned fixing jig is not included in the CAD file, so it is necessary to manually change the OLP after OLP is created.

OLP를 수작업으로 변경하는 과정에서 작업부재당 3분가량 소요되는데 이런 작업부재가 10여개 이상씩 작업정반으로 입고될 경우, 작업자는 한 택트 타임(tact time)당 최대 30분까지 이 일에 매달려야 한다. 하루 6번의 택트 타임으로 계산 시 180분(3시간) 가량 소요되어 작업효율을 떨어뜨리게 된다.In the process of manually changing the OLP, it takes about 3 minutes per work piece. If more than 10 such work pieces are received on a work plate, the operator has to work on this work for up to 30 minutes per tact time. . It takes about 180 minutes (3 hours) to calculate the tact time of 6 times a day, reducing work efficiency.

또한 작업자가 실수로 지그위치를 고려하지 않고 로봇작업파일(OLP)을 생성한 경우 로봇은 지그와 충돌하게 되어 생산공정 문제 및 유지ㆍ보수 문제까지 야기하게 된다.In addition, if an operator mistakenly creates a robot work file (OLP) without considering the position of the jig, the robot collides with the jig, causing problems in the production process and maintenance and repair.

이와 관련하는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0823549호, 한국 공개특허공보 제2020-0078840호 등을 참조할 수 있다.As prior art documents related thereto, reference may be made to Korean Patent Registration No. 0823549 and Korean Unexamined Patent Publication No. 2020-0078840.

전자는 노이즈 성분들이 제거된 이진영상으로부터 소벨 오퍼레이터를 이용하여 에지들을 검출하는 단계; 에지에 대하여 허프 트랜스폼을 행하여 직선성분들을 검출하여 에지를 세선화하는 단계; 세선화된 에지를 통해 직선을 검출하는 단계; 부재 꼭지점의 위치를 측정하는 단계; 등을 포함한다.The former may include: detecting edges from a binary image from which noise components have been removed using a Sobel operator; thinning the edge by performing Hough transform on the edge to detect linear components; detecting a straight line through the thinned edge; measuring the position of the member vertex; etc.

후자는 3D 깊이 카메라/센서와 PC를 이용하여 다수의 부재의 이미지 정보를 획득하는 단계; PC 상으로 택일되는 작업대상물에 가상마커를 부여하는 단계; 작업대상물의 위치ㆍ자세 보정을 거쳐 후보군을 PC 상으로 출력하는 단계; 및 용접로봇을 가동하여 용접을 수행하는 단계;를 포함한다.The latter includes: acquiring image information of a plurality of members using a 3D depth camera/sensor and a PC; providing a virtual marker to a work object selected on a PC; outputting a candidate group on a PC through position and posture correction of the work object; and operating the welding robot to perform welding.

그러나, 전자는 자동용접으로 연계하는 측면에서 미흡하고 후자는 지그에 대한 고려가 미흡하여 개선의 여지를 보이고 있다.However, the former is insufficient in connection with automatic welding and the latter is insufficient in consideration of the jig, showing room for improvement.

한국 등록특허공보 제0823549호 "조선소 소조립 용접부재 위치 인식 방법" (공개일자 : 2008.04.16.)Korean Patent Publication No. 0823549 "Method for recognizing the location of small assembly welding members in shipyards" (Published on: 2008.04.16.) 한국 공개특허공보 제2020-0078840호 "3차원 깊이센서를 활용한 부재 용접방법" (공개일자 : 2020.07.02.)Korean Patent Publication No. 2020-0078840 "Method of welding a member using a three-dimensional depth sensor" (Publication date: 2020.07.02.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박 건조현장에서 로봇을 기반으로 용접 공정을 수행함에 별도로 지그 위치를 파악하지 않더라도 자동으로 JOB 파일을 생성하는 임의 지지된 소부재 자동용접 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to improve the conventional problems as described above, as a welding process is performed based on a robot at a ship construction site, an arbitrary supported small member automatic welding that automatically generates a JOB file without separately grasping the jig position to provide a way.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 임의 지지된 소부재를 자동으로 용접하는 방법에 있어서: (A) 작업부재를 로딩한 작업정반을 촬영하는 단계; (B) 작업부재의 CAD 파일을 촬영된 이미지와 매칭시키는 단계; (C) 용접로봇이 실행 가능한 OLP를 생성하는 단계; 및 (D) 지그의 위치가 반영된 OLP로 변환하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for automatically welding an arbitrary supported small member, comprising the steps of: (A) photographing a work surface loaded with a work member; (B) matching the CAD file of the work member with the photographed image; (C) generating an executable OLP by the welding robot; And (D) converting the position of the jig into the reflected OLP; characterized in that it comprises a.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (A)는 작업부재를 클램핑한 지그의 상단에 부착된 마커가 포함된 이미지를 획득하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (A) is characterized in that the image including the marker attached to the top of the jig clamping the work member is acquired.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (B)는 이미지 형상과 동일한 작업부재의 CAD 파일을 정렬하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (B) is characterized in that the CAD file of the work member is aligned with the image shape.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (D)는 이미지 상의 마커를 기준으로 OLP를 찾아 단계 (C)의 OLP를 변경하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (D) is characterized in that the OLP of the step (C) is changed by finding the OLP based on the marker on the image.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (D)는 마커가 부착된 지그를 가상의 작업물로 인식하고 용접구간을 분할하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (D) is characterized in that the jig to which the marker is attached is recognized as a virtual work and the welding section is divided.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 건조현장에서 로봇을 기반으로 용접 공정을 수행함에 별도로 지그 위치를 파악하지 않더라도 자동으로 JOB 파일을 생성하여 실질적인 공수 단축과 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since a welding process is performed based on a robot at a ship construction site, a JOB file is automatically generated without separately grasping the position of a jig, thereby reducing actual man-hours and improving productivity.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 구현을 위한 하드웨어 구성도
도 2는 본 발명에 따른 작업부재와 지그를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 방법의 지그 인식을 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 방법의 주요 단계를 나타내는 블록도
도 5는 본 발명에 따른 방법의 OLP 생성을 나타내는 도표
도 6은 본 발명에 따른 방법에 적용되는 알고리즘의 도표1 is a hardware configuration diagram for implementing a method according to the present invention;
2 is a configuration diagram showing a work member and a jig according to the present invention;
3 is a schematic diagram showing the jig recognition of the method according to the present invention
4 is a block diagram showing the main steps of the method according to the invention;
5 is a diagram showing the OLP generation of the method according to the invention;
6 is a diagram of the algorithm applied to the method according to the invention;

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

본 발명은 임의 지지된 소부재를 자동으로 용접하는 방법에 관하여 제안한다. 선박 건조현장에서 작업정반(15) 상에 지그(20)와 함께 로딩된 소부재의 용접을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 작업정반(15)의 주변으로 갠트리를 개재하여 용접로봇(30)이 설치된다. 소부재는 선박의 골격을 이루는 론지와 같은 작업부재(10)를 의미하지만 이에 한정되지 않는다.The present invention proposes a method for automatically welding arbitrary supported small members. Target welding of the small member loaded together with the jig 20 on the work surface 15 at the ship building site, but is not necessarily limited thereto. A welding robot 30 is installed around the work surface 15 with a gantry interposed therebetween. The small member refers to the work member 10 such as longi constituting the skeleton of the ship, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 단계 (A)는 작업부재(10)를 로딩한 작업정반(15)을 촬영하는 과정으로 진행한다.Step (A) according to the present invention proceeds to the process of photographing the work plate (15) loaded with the work member (10).

도 1을 참조하면, 작업부재(10), 작업정반(15), 용접로봇(30) 등이 나타난다. 용접로봇(30)은 비전카메라(32)와 제어기(35)를 탑재하고, 작업정반(15) 상에서 복수의 영역으로 구분하여 설치된다. 비전카메라(32)는 작업정반(15) 상의 할당된 영역에 대한 이미지를 획득한다. 비전카메라(32)는 3D 깊이 측정 기능을 탑재한 것을 사용할 수도 있다. 제어기(35)는 마이컴 회로로 구성되어 용접로봇(30)에 대한 기본적인 제어를 실행함은 물론 획득된 이미지의 프로세싱을 통하여 본 발명의 알고리즘을 실행한다. 제어기(35)는 갠트리 및 용접로봇(30) 중의 적어도 어느 하나에 탑재된다.Referring to FIG. 1 , a work member 10 , a work surface 15 , a welding robot 30 , and the like are shown. The welding robot 30 is installed with a vision camera 32 and a controller 35 mounted thereon, and is divided into a plurality of areas on the work surface 15 . The vision camera 32 acquires an image of the assigned area on the work plate 15 . The vision camera 32 may be equipped with a 3D depth measurement function. The controller 35 is composed of a microcomputer circuit and executes the basic control of the welding robot 30 as well as the algorithm of the present invention through processing of the acquired image. The controller 35 is mounted on at least one of the gantry and the welding robot 30 .

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (A)는 작업부재(10)를 클램핑한 지그(20)의 상단에 부착된 마커(25)가 포함된 이미지를 획득하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (A) is characterized in that the image including the marker 25 attached to the top of the jig 20 clamping the work member 10 is acquired.

도 2 및 도 3을 참조하면, 비전카메라(32)로 인식이 가능한 마커(25)가 부착된 지그(20)가 나타난다. 지그(20)는 양단의 클램프(22)를 이용하여 대향하는 작업부재(10)를 지지한다. 마커(25)는 다수의 지그(20)를 구분하기 위한 고유식별 정보를 QR 코드 등의 형태로 갖출 수 있다. 마커(25)는 비전카메라(32)의 인식이 용이하도록 클램프(22)의 상측에 서로 대향하도록 부착한다. 양측의 마커(25)가 마주보도록 하면 하나의 직선을 이루게 되어 다른 지그(20)와 혼란이 생기지 않는다. 작업부재(10)를 작업정반(15)에 배열하고 클램핑하는 과정에서 현장작업자들이 사용하는 지그(20)를 그대로 사용하므로 실제 용접로봇(30)을 운용하는 시간에는 영향을 주지 않는다.2 and 3 , a jig 20 to which a marker 25 recognizable by the vision camera 32 is attached is shown. The jig 20 supports the opposing work members 10 using clamps 22 at both ends. The marker 25 may have unique identification information for distinguishing the plurality of jigs 20 in the form of a QR code or the like. The markers 25 are attached to the upper side of the clamp 22 so as to be easily recognized by the vision camera 32 so as to face each other. When the markers 25 on both sides face each other, a straight line is formed, so that there is no confusion with the other jigs 20 . In the process of arranging and clamping the work member 10 on the work surface 15, the jig 20 used by field workers is used as it is, so the actual operation time of the welding robot 30 is not affected.

본 발명에 따른 단계 (B)는 작업부재(10)의 CAD 파일을 촬영된 이미지와 매칭시키는 과정을 거친다.Step (B) according to the present invention undergoes a process of matching the CAD file of the work member 10 with the photographed image.

도 4 및 도 5(a)를 참조하면, 제어기(35)가 서버(도시 생략)에서 CAD 파일을 임포트하여 단계 (A)에서 디지털 프로세싱된 이미지를 매칭한다. 이러한 작업은 제어기(35)의 메모리에 저장된 프로그램과 데이터를 처리하여 실행된다. 이미지는 노이즈 성분의 제거를 거친 후에 CAD 파일과 매칭된다.4 and 5 (a), the controller 35 imports a CAD file from a server (not shown) to match the digitally processed image in step (A). These tasks are executed by processing the programs and data stored in the memory of the controller 35 . The image is matched with the CAD file after the noise component has been removed.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (B)는 이미지 형상과 동일한 작업부재(10)의 CAD 파일을 정렬하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (B) is characterized in that the CAD file of the work member 10 is aligned with the same image shape.

작업자가 비전카메라(32)로 촬영된 영상(이미지)을 보면서 해당 작업부재(10)를 선택하지 않더라도 제어기(35)가 설정된 알고리즘으로 이미지 형상과 작업부재(10)의 매칭을 자동으로 처리한다.Even if the operator does not select the corresponding work member 10 while viewing the image (image) captured by the vision camera 32 , the controller 35 automatically processes the matching of the image shape and the work member 10 with the set algorithm.

본 발명에 따른 단계 (C)는 용접로봇(30)이 실행 가능한 OLP를 생성하는 과정을 거친다.In step (C) according to the present invention, the welding robot 30 goes through a process of generating an executable OLP.

도 4 및 도 5(b)에서, 제어기(35)가 정렬된 CAD 파일을 이용하여 로봇작업파일인 OLP를 생성하는 과정을 나타낸다. 이는 용접라인 당 시작점/끝점을 추출하는 연산을 요체로 한다. 이러한 연산은 도 6에 나타내는 것처럼 공지된 알고리즘을 기반으로 한다. 종래와 같이 작업자가 사진을 이용하여 지그 위치를 파악하고 지그 주변의 CAD 용접선을 변경하는 작업이 생략된다.4 and 5 (b), the controller 35 shows a process of generating an OLP that is a robot work file using the aligned CAD file. This is based on the calculation of extracting the starting point/end point per welding line. This operation is based on a known algorithm as shown in FIG. 6 . As in the prior art, the operator uses a photograph to determine the position of the jig and the operation of changing the CAD welding line around the jig is omitted.

본 발명에 따른 단계 (D)는 지그(20)의 위치가 반영된 OLP로 변환하는 과정으로 진행한다.Step (D) according to the present invention proceeds to a process of converting the position of the jig 20 into the reflected OLP.

도 4 및 도 5(c)에서, 제어기(35)가 OLP에 지그(20)의 위치를 반영하는 과정을 나타낸다. 기 생성된 OLP에서 지그(20)가 놓인 위치와 겹치는 작업파일을 자동으로 검색하여 OLP작업을 수정한다.4 and 5 (c), the controller 35 shows the process of reflecting the position of the jig 20 in the OLP. The OLP job is corrected by automatically searching for a job file overlapping the position where the jig 20 is placed in the pre-generated OLP.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (D)는 이미지 상의 마커(25)를 기준으로 OLP를 찾아 단계 (C)의 OLP를 변경하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (D) is characterized in that the OLP of the step (C) is changed by finding the OLP based on the marker 25 on the image.

비전카메라(32)의 촬영을 통하여 인식된 마커(25)를 기준으로 용접선이 겹치는 작업파일을 자동으로 찾아 단계 (C)에서 생성된 OLP를 변경하는 과정이다. 이로 인하여 충돌이 회피되는 로봇경로를 새로 생성하여 현장작업자(로봇오퍼레이터)의 OLP 수정작업을 없애 생산성을 높인다.It is a process of changing the OLP generated in step (C) by automatically finding a work file with overlapping welding lines based on the marker 25 recognized through the imaging of the vision camera 32 . As a result, a new robot path is created to avoid collisions, and the OLP correction work of field workers (robot operators) is eliminated to increase productivity.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단계 (D)는 마커(25)가 부착된 지그(20)를 가상의 작업물로 인식하고 용접구간을 분할하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the step (D) is characterized in that the jig 20 to which the marker 25 is attached is recognized as a virtual work and the welding section is divided.

도 3(a)와 같이 작업부재(10)에 지그(20)가 클램핑된 상태를 도 3(b)와 같이 인식한다. 제어기(35)는 지그(20)의 위치를 자동으로 검색하고 가상의 작업물이 있는 것으로 인식한다. 도 6의 연산을 이용하여 용접구간을 나누는 작업이 정확하게 처리된다. 이에, 로봇오퍼레이터의 실수에 의한 용접로봇(30) 및 지그(20) 간의 충돌을 방지하여 유지/보수 문제를 줄이고 생산공정 문제를 최소화한다.The state in which the jig 20 is clamped to the work member 10 as shown in FIG. 3(a) is recognized as shown in FIG. 3(b). The controller 35 automatically detects the position of the jig 20 and recognizes that there is a virtual work piece. The operation of dividing the welding section by using the operation of FIG. 6 is accurately processed. Accordingly, a collision between the welding robot 30 and the jig 20 due to the robot operator's mistake is prevented, thereby reducing maintenance/repair problems and minimizing production process problems.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the claims of the present invention.

10: 작업부재 15: 작업정반
20: 지그 22: 클램프
25: 마커 30: 용접로봇
32: 비전카메라 35: 제어기10: work member 15: work plate
20: jig 22: clamp
25: marker 30: welding robot
32: vision camera 35: controller

Claims (5)

임의 지지된 소부재를 자동으로 용접하는 방법에 있어서:
(A) 작업부재(10)를 로딩한 작업정반(15)을 촬영하는 단계;
(B) 작업부재(10)의 CAD 파일을 촬영된 이미지와 매칭시키는 단계;
(C) 용접로봇(30)이 실행 가능한 OLP를 생성하는 단계; 및
(D) 지그(20)의 위치가 반영된 OLP로 변환하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임의 지지된 소부재 자동용접 방법.A method for automatically welding arbitrary supported sub-members, comprising:
(A) photographing the work plate (15) loaded with the work member (10);
(B) matching the CAD file of the work member 10 with the photographed image;
(C) generating an executable OLP by the welding robot 30; and
(D) converting the position of the jig 20 into the reflected OLP; arbitrarily supported small member automatic welding method comprising the. 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (A)는 작업부재(10)를 클램핑한 지그(20)의 상단에 부착된 마커(25)가 포함된 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 임의 지지된 소부재 자동용접 방법.The method according to claim 1,
The step (A) is an arbitrary supported small member automatic welding method, characterized in that the image including the marker (25) attached to the top of the jig (20) clamping the work member (10) is acquired. 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (B)는 이미지 형상과 동일한 작업부재(10)의 CAD 파일을 정렬하는 것을 특징으로 하는 임의 지지된 소부재 자동용접 방법.The method according to claim 1,
The step (B) is an arbitrary supported small member automatic welding method, characterized in that aligning the CAD file of the work member (10) identical to the image shape. 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (D)는 이미지 상의 마커(25)를 기준으로 OLP를 찾아 단계 (C)의 OLP를 변경하는 것을 특징으로 하는 임의 지지된 소부재 자동용접 방법.The method according to claim 1,
The step (D) is an arbitrary supported small member automatic welding method, characterized in that the OLP of the step (C) is changed by finding the OLP based on the marker (25) on the image. 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (D)는 마커(25)가 부착된 지그(20)를 가상의 작업물로 인식하고 용접구간을 분할하는 것을 특징으로 하는 임의 지지된 소부재 자동용접 방법.The method according to claim 1,
The step (D) recognizes the jig 20 to which the marker 25 is attached as a virtual work and divides the welding section.
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