KR20230123781A - 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치에 관한 것으로, 이는 검사 부품이 놓여지는 작업 테이블; 상기 작업 테이블에 부착되어, 3차원 스캐닝 경로를 제공하기 위한 3차원 움직임을 발생하는 다관절 로봇 아암; 상기 로봇 아암의 선단에 장착되어, 상기 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 연속 획득하는 3차원 스캐너; 및 기 등록된 검사 프로토콜에 따라 상기 다관절 로봇 아암과 상기 3차원 스캐너를 동작 제어하면서 상기 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 수집 및 분석하여 상기 검사 부품의 3차원 형상 정보를 획득한 후, 기 등록된 3차 설계 도면과 비교 분석하여 검사 성적서를 작성 및 출력하는 제어 장치를 포함한다.

Description

다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치{Apparatus for automatically inspecting parts in three dimensions based on an articulated robot arm and a three-dimensional scanner}

본 발명은 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너를 이용하여 부품 형상을 3차원적으로 스캐닝하고, 이에 따른 검사 성적서를 자동 발급할 수 있도록 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치에 관한 것이다.

오늘날의 자동차 산업에서 적시 생산과 자동화된 제조 워크플로를 위해서는 매우 높은 수준의 정밀도, 반복성 및 추적성이 요구되고 있다.

다양한 공급업체의 부품 어셈블리를 사용하는 자동차 제조업체는 부품을 최적으로 결합시키고 성능을 보장할 수 있는 혁신적인 솔루션이 필요하다.

그러나 종래에는 접촉식 또는 2차원 방식의 수동 검사 방식으로 부품 품질을 검사하고 있어, 검사 시 물체 변형되거나 휴먼 에러 개입으로 측정 신뢰도가 하락되는 문제와 한정된 검사 영역에 따른 다양한 수요처의 검사 기준에 변화에 유연적인 대처가 어려운 문제가 지속적으로 발생하고 있는 상황이다.

또한 부품의 다양하고 복잡한 형상 설계의 변화에 의한 검사 기준의 지속적인 증가로 인한 검사에 장시간 소요 및 금형 수정 등에 따른 제조비용도 증가하고 있는 실정이다.

국내공개특허 제10-2021-0143081호(공개일자 2021.11.26)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너를 이용하여, 부품 형상을 새로운 방식으로 3차원 스캐닝할 수 있도록 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치를 제공하고자 한다.

또한 부품 형상 스캐닝 결과를 기반으로 검사 성적서를 자동 발급할 수 있도록 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 검사 부품이 놓여지는 작업 테이블; 상기 작업 테이블에 부착되어, 3차원 스캐닝 경로를 제공하기 위한 3차원 움직임을 발생하는 다관절 로봇 아암; 상기 로봇 아암의 선단에 장착되어, 상기 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 연속 획득하는 3차원 스캐너; 및 기 등록된 검사 프로토콜에 따라 상기 다관절 로봇 아암과 상기 3차원 스캐너를 동작 제어하면서 상기 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 수집 및 분석하여 상기 검사 부품의 3차원 형상 정보를 획득한 후, 기 등록된 3차 설계 도면과 비교 분석하여 검사 성적서를 작성 및 출력하는 제어 장치를 포함하는 3차원 부품 자동 검사 장치를 제공하고자 한다.

상기 3차원 부품 자동 검사 장치는 상기 작업 테이블에 부착되어, 상기 검사 부품을 고정 지지하는 부품 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 장치는 상기 부품 지지대의 회전각 및 경사도 중 적어도 하나를 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부품 지지대는 상기 검사 부품의 형상과 크기 중 적어도 하나를 기반으로 상기 검사 부품의 종류를 식별하는 부품 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 장치는 상기 검사 부품의 종류에 따라 검사 프로토콜을 자동 변경하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너를 이용하여, 부품 형상을 보다 신속 정확하게 3차원 스캐닝할 수 있도록 한다.

그리고 부품 형상 스캐닝 결과를 기반으로 검사 성적서를 자동 발급할 수 있도록 함으로써, 사용자의 편이성 또한 극대화할 수 있도록 한다.

도 1 및 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 부품 자동 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 부품 자동 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 부품 자동 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 정보 획득 방법을 도시한 도면이다.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 부품 자동 검사 장치를 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 외관도, 도 2는 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 3차원 부품 자동 검사 장치(100)는 작업 테이블(110), 다관절 로봇 아암(120), 3차원 스캐너(130), 제어 장치(140), 및 제어 패널(150) 등을 포함한다.

작업 테이블(110)은 검사 부품(200)이 놓여지는 검사 공간을 제공한다. 이때, 검사 부품은 소형의 자동차 부품일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

또한 작업 테이블(110)은 검사 부품(200)의 이송을 지원하는 컨베이어 장치와 결합 구현되어, 검사 부품을 컨베이어 장치를 통해 이송하다가 검사 부품이 기 설정 지점에 위치되면 부품 이송을 일시 중지시켜 3차원 부품 자동 검사 절차를 수행한 후, 검사 종료되면 다시 이송될 수 있도록 한다.

다관절 로봇 아암(120)는 작업 테이블(110)의 일측에 부착되어, 3차원 스캐닝 경로를 제공하기 위한 3차원 움직임을 발생한다.

본 발명의 다관절 로봇 아암(120)은 적어도 3개 이상의 축 구동 및 회전관절을 갖추고 있으며, 모터에 의해 상기 각 관절에 힘이 가해져 자유롭게 구동 및 회전할 수 있도록 구현 가능하며, 이의 구체적 구현 방법은 공지된 기술에 따라 차후 다양하게 변경될 수 있음은 물론 당연하다.

3차원 스캐너(130)은 로봇 아암의 선단에 장착 또는 연결된다. 이는 검사 부품의 물체 표면에 지속적으로 주파수가 다른 빛을 조사한 후, 물체 표면으로부터 반사되어 재입사되는 빛을 수신하여 주파수의 차이를 검출함으로써, 물체 표면과의 거리 값을 구해내는 방식으로, 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 연속 획득한다.

제어 장치(140)는 검사 부품의 3차원 스캐닝 경로, 스캐닝 주기, 스캐닝 시간 등이 사전 정의된 검사 프로토콜을 구비하고, 이에 따라 다관절 로봇 아암(120)과 3차원 스캐너(130)를 동작 제어하면서 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 연속 획득하도록 한다. 그리고 연속 획득되는 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 수집 분석하여 검사 부품의 3차원 형상 정보를 획득한 후, 이를 기 등록된 3차 설계 도면과 비교 분석하여 검사 성적서를 작성 및 출력하도록 한다.

제어 패널(150)는 터치 스크린, 키보드, 마우스, 조이스틱, 디스플레이 모니터 등을 구비하고, 이를 통해 각종 사용자 제어값을 입력받아 제어 장치(140)에 제공하거나, 제어 장치(140)의 실행 결과를 시청각적으로 실시간 재생할 수 있도록 한다.

이와 같이 본 발명의 3차원 부품 자동 검사 장치는 3차원 공간상에서 자유롭게 움직일 수 있는 다관절 로봇 아암과 이에 장착된 3차원 스캐너를 통해 검사 부품에 대한 3차원 스캐닝을 손쉽게 수행할 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 부품 자동 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 3차원 부품 자동 검사 장치(100)는 작업 테이블(110), 다관절 로봇 아암(120), 3차원 스캐너(130), 제어 장치(140), 및 제어 패널(150) 이외에 부품 지지대(160)를 더 포함할 수 있도록 한다.

참고로, 관절 로봇 아암의 3차원 움직임 범위, 검사 부품의 형상 특징에 따라 스캐닝 사각 지대가 발생할 수도 있다.

이에 본 발명에서는 작업 테이블(110)에 부착되어 검사 부품을 고정 지지하고, 이에 더 나아가 회전각(Ψ) 및 경사도(θ) 중 적어도 하나가 조정될 수 있는 부품 지지대(160)를 더 포함할 수 있도록 한다.

그리고 제어 장치(140)를 통해 부품 지지대(160)와 회전각 및 경사도 중 적어도 하나를 추가 제어함으로써, 사각 지대 없는 3차원 스캐닝 동작이 수행될 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 부품 자동 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 3차원 부품 자동 검사 장치(100)는 작업 테이블(110), 다관절 로봇 아암(120), 3차원 스캐너(130), 제어 장치(140), 제어 패널(150), 및 부품 지지대(160) 이외에 부품 종류를 감지 및 통보하는 부품 감지 센서(170)를 더 포함하며, 부품 종류에 따라 검사 프로토콜을 달리 적용할 수 있도록 한다.

즉, 부품 감지 센서(170)는 작업 테이블(110) 또는 부품 지지대(160)에 부착되어 부품 지지대(160)에 놓여진 검사 부품의 형상과 크기 중 적어도 하나를 센싱 및 분석하여, 부품 종류를 식별하도록 한다.

그러면, 제어 장치(140)는 부품 종류 각각에 대응되는 다수의 검사 프로토콜을 사전 정의하여 저장 관리하고, 부품 감지 센서(170)의 감지 결과에 대응되는 검사 프로토콜 하나를 선택한 후, 이에 기반하여 다관절 로봇 아암(120)와 3차원 스캐너(130)를 동작 제어하도록 한다.

다시 말해, 본 발명은 현재 검사 중인 부품 종류를 파악한 후, 이에 최적화된 3차원 스캐닝 경로, 스캐닝 주기, 스캐닝 시간에 따라 3차원 스캐닝 동작이 수행될 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 정보 획득 방법을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다관절 로봇 아암(120)은 3차원 스캐너(130)가 부착된 선단의 위치를 3차원 공간상에서 이동시킴으로써, 3차원 스캐너(130)가 검사 부품의 물체 표면 전 영역을 연속적으로 스캐닝할 수 있도록 한다.

그리고 3차원 스캐너(130)를 통해 연속 획득되는 3차원 스캐닝 정보를 수집 및 적층함으로써, 검사 부품의 3차원 형상 정보를 최종 획득하도록 한다.

마지막으로, 검사 부품의 3차원 형상 정보를 기 등록된 검사 부품의 3차 설계 도면과 비교 분석하여 오차 발생 부위, 오차 발생 정도 등을 파악하고, 이에 대한 정보를 포함하는 검사 성적서를 작성 및 출력하도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (5)

1. 검사 부품이 놓여지는 작업 테이블;
   상기 작업 테이블에 부착되어, 3차원 스캐닝 경로를 제공하기 위한 3차원 움직임을 발생하는 다관절 로봇 아암;
   상기 로봇 아암의 선단에 장착되어, 상기 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 연속 획득하는 3차원 스캐너; 및
   기 등록된 검사 프로토콜에 따라 상기 다관절 로봇 아암과 상기 3차원 스캐너를 동작 제어하면서 상기 검사 부품의 3차원 스캐닝 정보를 수집 및 분석하여 상기 검사 부품의 3차원 형상 정보를 획득한 후, 기 등록된 3차 설계 도면과 비교 분석하여 검사 성적서를 작성 및 출력하는 제어 장치를 포함하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 작업 테이블에 부착되어, 상기 검사 부품을 고정 지지하는 부품 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는
   상기 부품 지지대의 회전각 및 경사도 중 적어도 하나를 제어하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 부품 지지대는
   상기 검사 부품의 형상과 크기 중 적어도 하나를 기반으로 상기 검사 부품의 종류를 식별하는 부품 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어 장치는
   상기 검사 부품의 종류에 따라 검사 프로토콜을 자동 변경하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다관절 로봇 아암과 3차원 스캐너에 기반한 3차원 부품 자동 검사 장치.