KR20240035972A - 합성 영상 분석을 이용하는 레이저 용접 장치의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 용접 장치에 관한 것으로, 레이저 용접설비의 작업 조건과 작업 환경 및 용접부의 품질 검사를 위한 복수의 센서를 포함하는 센서부; 모재에 레이저를 조사하여 실제 용접을 수행하는 용접 레이저부; 및 상기 레이저 용접설비의 작업 조건과 작업 환경 및 용접부의 품질 검사를 통해 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하고 학습하여 용접조건을 최적화시키는 제어부;를 포함한다.

Description

합성 영상 분석을 이용하는 레이저 용접 장치의 제어 방법{CONTROL METHOD OF LASER WELDING APPARATUS USING SYNTHETIC IMAGE ANALYSIS}
본 발명은 합성 영상 분석을 이용하는 레이저 용접 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 용접 시 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하여 학습함으로써 용접 상황에 대응하여 레이저 용접조건을 최적화시킬 수 있도록 하는, 합성 영상 분석을 이용하는 레이저 용접 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이저 용접(laser welding)은 원자 또는 분자의 에너지준위 사이의 유도방사로 생긴 강력한 에너지를 지닌 광선을 이용하여 용접하는 방법이다.
상기 레이저 용접에 사용되는 레이저 광선은 높은 에너지 밀도의 집중열원 성격이 강하므로 재료에 미치는 열 영향이 적고 열변형도 적어서 정밀한 용접 및 절단 등에 이용되며, 대기 중에서 작업이 가능하고 레이저 발생장치에서 떨어진 곳까지 빔을 간단히 유도할 수 있기 때문에 그 조작이 매우 쉬운 장점이 있다
이러한 레이저 용접은 레이저 작업조건에 따라 용접품질이 결정된다.
예컨대 레이저 용접절비 조건의 산포와 모재 특성의 산포에 따라 용접품질의 산포 발생으로 균일한 접합 성능을 유지하는데 어려움이 있다(예 : 표면 기공발생 빈번 → 용접부 터짐 및 미용입 현상 발생).
이에 따라 레이저 용접설비의 작업 조건(예 : 용접 설비 및 모재의 상태)과 작업 환경(예 : 주변 온도 및 습도 등) 및 용접부(즉, 용접된 부위)의 검사를 통해 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하고 학습하여 용접조건(예 : 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도, 주변 습도 등)을 최적화시키는 방법이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허 10-0327704호(2002.02.25. 등록, 인공지능형 자동용접기)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 레이저 용접 시 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하여 학습함으로써 용접 상황에 대응하여 레이저 용접조건을 최적화시킬 수 있도록 하는, 합성 영상 분석을 이용하는 레이저 용접 장치의 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 레이저 용접 장치는, 레이저 용접설비의 작업 조건과 작업 환경 및 용접부의 품질 검사를 위한 복수의 센서를 포함하는 센서부; 모재에 레이저를 조사하여 실제 용접을 수행하는 용접 레이저부; 및 상기 레이저 용접설비의 작업 조건과 작업 환경 및 용접부의 품질 검사를 통해 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하고 학습하여 용접조건을 최적화시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 작업 조건은 용접 설비의 상태 및 모재의 상태 정보를 포함하고, 상기 작업 환경은 주변 온도 및 습도 정보를 포함하고, 상기 용접조건은 레이저의 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도 및 주변 습도 정보 중 복수의 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 센서부에서 검출된 데이터 및 상기 제어부의 학습 결과에 따라 최적화된 용접조건 데이터를 저장하는 데이터베이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 센서부를 통해 검출된 데이터에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터를 데이터베이스에서 인출하여 상기 용접 레이저부 및 작업장의 공기조화기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 용접 장치의 제어 방법은, 제어부가 센서부를 통해 레이저 용접설비의 작업 조건과 작업 환경을 검출하는 단계; 상기 제어부가 상기 센서부를 통해 검출된 데이터에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터를 데이터베이스에서 인출하여 용접 레이저부를 제어하기 위한 용접조건으로 설정하여 레이저 용접을 개시하는 단계; 상기 레이저 용접이 개시됨에 따라, 상기 제어부가 상기 센서부를 통해 실시간으로 용접부의 품질 검사를 수행하여 용접 품질이 기준을 만족하는지 체크하는 단계; 상기 용접 품질이 기준을 만족하지 않을 경우, 상기 제어부가 용접조건을 보정한 후, 상기 보정된 용접조건이 반영되어 용접된 용접부를 실시간 재검사하여 용접 품질이 기준을 만족하는지 반복해서 체크하는 단계; 및 상기 용접부의 용접 품질 기준이 만족하는 경우, 상기 제어부가 최종 보정된 용접조건을, 현재의 용접 상황에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터로서 학습하고 상기 데이터베이스에 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 작업 조건은 용접 설비의 상태 및 모재의 상태 정보를 포함하고, 상기 작업 환경은 주변 온도 및 습도 정보를 포함하고, 상기 용접조건은 레이저의 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도 및 주변 습도 정보 중 복수의 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 용접부의 품질 검사를 수행하여 용접 품질이 기준을 만족하는지 체크하는 단계에서, 상기 제어부가, 각기 다른 조건으로 설정된 복수의 비젼 센서를 시간 동기화하여 합성한 영상의 분석을 통해 용접부의 품질 검사를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 비젼 센서는, 각기 다른 방향에서 용접부를 촬영하고, 각기 다른 줌(Zoom)이 설정되며, 적어도 하나는 적외선 카메라 또는 자외선 카메라인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 레이저 용접 시 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하여 학습함으로써 용접 상황에 대응하여 레이저 용접조건을 최적화시킬 수 있도록 하며, 용접조건의 최적화를 통해 용접 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 용접 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 용접 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 용접부 검사를 위한 비젼 센서를 제어하기 위한 일 실시 예를 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 용접 장치 및 그 제어 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 용접 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 레이저 용접 장치는, 센서부(110), 용접 레이저부(120), 제어부(130), 및 데이터베이스(140)를 포함한다.
상기 센서부(110)는 레이저 용접설비의 작업 조건(예 : 용접 설비 및 모재의 상태)과 작업 환경(예 : 주변 온도 및 습도 등) 및 용접부(즉, 용접된 부위)의 품질 검사를 위한 복수의 센서를 포함한다.
예컨대 상기 센서부(110)는 비젼 센서, 습도 센서, 온도 센서, 적외선 센서, 및 열화상 센서 등을 포함한다.
상기 용접 레이저부(120)는 모재(용접 또는 가스 절단의 소재가 되는 금속)에 레이저를 조사하여 실제 용접을 수행한다.
상기 제어부(130)는 상기 레이저 용접설비의 작업 조건(예 : 용접 설비 및 모재의 상태)과 작업 환경(예 : 주변 온도 및 습도 등) 및 용접부(즉, 용접된 부위)의 검사를 통해 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하고 학습하여 용접조건(예 : 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도, 주변 습도 등)을 최적화시킨다.
상기 데이터베이스(140)는 상기 센서부(110)에서 검출된 데이터(예 : 작업 조건, 작업 환경, 용접부 검사 결과 등) 및 상기 제어부(130)의 학습 결과에 따라 최적화된 용접조건 데이터를 저장한다.
또한 상기 제어부(130)는 상기 센서부(110)를 통해 검출된 데이터(예 : 작업 조건, 작업 환경, 용접부 검사 결과 등)에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터(예 : 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도, 주변 습도 등)를 상기 데이터베이스(140)에서 인출하여 상기 용접 레이저부(120) 및 작업장의 공기조화기(미도시)를 제어한다.
여기서 상기 센서부(110)를 통해 검출되는 데이터 및 상기 용접조건 데이터는 이해를 돕기 위해서 기재된 것이며, 이를 한정하고자 하는 것은 아니므로, 이에 기재되지 않은 데이터를 더 포함할 수 있음에 유의한다.
이하 상기 제어부(130)의 동작에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 용접 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 제어부(130)는 센서부(110)를 통해 레이저 용접설비의 작업 조건(예 : 용접 설비 및 모재의 상태)과 작업 환경(예 : 주변 온도 및 습도 등)을 검출한다(S101).
또한 상기 제어부(130)는 상기 센서부(110)를 통해 검출된 데이터(예 : 작업 조건, 작업 환경 등)에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터(예 : 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도, 주변 습도 등)를 상기 데이터베이스(140)에서 인출하여 상기 용접 레이저부(120)를 제어하기 위한 용접조건으로 설정하여(S102), 레이저 용접을 개시한다(S103).
상기 레이저 용접이 개시됨에 따라, 상기 제어부(130)는 상기 센서부(110)를 통해 실시간으로 용접부를 검사(실시간 모니터링)한다(S104).
또한 상기 제어부(130)는 상기 용접부의 검사(실시간 모니터링)를 통해 용접 품질과 용접의 불량 발생 요인을 실시간 감시하여 용접 품질이 기준을 만족하는지 체크한다(S105).
상기 용접 품질을 체크한 결과(S105), 상기 용접 품질이 기준을 만족하지 않을 경우(S105의 아니오), 상기 제어부(130)는 용접 레이저부(120)의 용접조건(예 : 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도, 주변 습도 등)을 보정한다(S106).
상기 용접조건이 보정되면(S106), 상기 제어부(130)는 상기 보정된 용접조건이 반영되어 용접된 용접부를 실시간 검사하고(S104), 이에 대한 용접 품질을 검사하는 과정(S105)을 반복 수행한다(S104 ~ S106).
상기 용접부의 용접 품질 기준 만족 여부를 체크한 결과, 용접 품질 기준을 만족하는 경우(S106의 예), 상기 제어부(130)는 최종 보정된 용접조건(예 : 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도, 주변 습도 등)을, 현재의 용접 상황(예 : 작업 조건, 작업 환경 등)에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터로서 학습하고, 상기 데이터베이스(140)에 저장한다(S107).
도 3은 상기 도 2에 있어서, 용접부 검사를 위한 비젼 센서를 제어하기 위한 일 실시 예를 보인 예시도이다.
통상적으로 용접부 검사를 위한 비젼 센서는 한 개만 설치해도 되지만, 본 실시 예에서는 각기 다른 조건으로 설정된 복수의 비젼 센서(CAM1 ~ CAM4)를 시간 동기화하여 합성한 영상의 분석을 통해 용접부의 품질을 기존보다 정밀하고 정확하며 입체적으로 검사할 수 있도록 한다.
예컨대 상기 복수의 비젼 센서(CAM1 ~ CAM4)는 각기 다른 방향에서 용접부를 촬영하고, 또한 상기 복수의 비젼 센서(CAM1 ~ CAM4)는 각기 다른 줌(Zoom)이 설정될 수 있으며, 또한 상기 복수의 비젼 센서(CAM1 ~ CAM4) 중 일부는 적외선 카메라 또는 자외선 카메라로 설치된다.
또한 상기 복수의 비젼 센서(CAM1 ~ CAM4)는 카메라 구동부(150)에 의해 시간 동기화되어 합성된 영상을 제어부(130)에 전달한다.
상기 제어부(130)는 상기 복수의 비젼 센서(CAM1 ~ CAM4)에 의해 합성된 영상을 처리하여 용접부의 품질을 기존보다 정밀하고 정확하며 입체적으로 검사한다.
상기와 같이 본 실시 예는 레이저 용접 시 불량 발생 요인을 실시간으로 감시하여 학습함으로써 용접 상황에 대응하여 레이저 용접조건을 최적화시킬 수 있도록 하며, 용접조건의 최적화를 통해 용접 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
110 : 센서부
120 : 용접 레이저부
130 : 제어부
140 : 데이터베이스
150 : 카메라 구동부

Claims (1)

  1. 제어부가 센서부를 통해 레이저 용접설비의 작업 조건과 작업 환경을 검출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 센서부를 통해 검출된 데이터에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터를 데이터베이스에서 인출하여 용접 레이저부를 제어하기 위한 용접조건으로 설정하여 레이저 용접을 개시하는 단계;
    상기 레이저 용접이 개시됨에 따라, 상기 제어부가 상기 센서부를 통해 실시간으로 용접부의 품질 검사를 수행하여 용접 품질이 기준을 만족하는지 체크하는 단계;
    상기 용접 품질이 기준을 만족하지 않을 경우, 상기 제어부가 용접조건을 보정한 후, 상기 보정된 용접조건이 반영되어 용접된 용접부를 실시간 재검사하여 용접 품질이 기준을 만족하는지 반복해서 체크하는 단계; 및
    상기 용접부의 용접 품질 기준이 만족하는 경우, 상기 제어부가 최종 보정된 용접조건을, 현재의 용접 상황에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터로서 학습하고 상기 데이터베이스에 저장하는 단계;를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 센서부를 통해 검출된 데이터에 대응하는 최적화된 용접조건 데이터를 데이터베이스에서 인출하여 작업장의 공기조화기를 제어하며, 또한
    상기 제어부는,
    각기 다른 조건으로 설정된 복수의 비젼 센서를 시간 동기화하여 합성한 영상의 분석을 통해 용접부의 품질 검사를 수행하며,
    상기 복수의 비젼 센서는,
    각기 다른 방향에서 용접부를 촬영하고, 각기 다른 줌(Zoom)이 설정되며, 적외선 카메라 및 자외선 카메라를 포함하며,
    상기 센서부는 비젼 센서, 습도 센서, 온도 센서, 적외선 센서, 및 열화상 센서를 포함하며,
    상기 작업 조건은 용접 설비의 상태 및 모재의 상태 정보를 포함하고,
    상기 작업 환경은 주변 온도 및 습도 정보를 포함하고,
    상기 용접조건은 레이저의 에너지 출력, 조사 초점, 조사 각도, 조사 높이, 주변 온도 및 주변 습도 정보 중 복수의 정보를 포함하고, 또한
    상기 데이터베이스는,
    상기 센서부에서 검출된 데이터 및 상기 제어부의 학습 결과에 따라 최적화된 용접조건 데이터를 저장하는 것을 특징으로 하는 합성 영상 분석을 이용하는 레이저 용접 장치의 제어 방법.
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