WO2019088649A1 - 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템 및 이를 이용한 가공부하 조절 방법 - Google Patents

공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템 및 이를 이용한 가공부하 조절 방법 Download PDF

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WO2019088649A1
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김태곤
이석우
김효영
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한국생산기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a robot system for adjusting a machining load according to wear of a tool and a method for adjusting a machining load using the same. More particularly, So that the defective rate of the object to be machined can be reduced and the stability of the robot can be improved.
  • the robot is developing not only an assembly process of assembling a plurality of parts but also various processes such as a machining process, a grinding process, and a painting process for an object to be machined.
  • Korean Patent Registration No. 1996-0003211 discloses a method of manufacturing a CNC lathe and a CNC tool for use in a tool abrasion monitoring during cutting of a milling machine.
  • a camera is installed at the end of a robotic arm, which is responsible for installing the workpiece and jig or moving the completed workpiece to a conveyor belt or an unmanned automatic transport vehicle, in order to place the camera in a proper position
  • NC Characterized in that the universal robot arm is moved to an appropriate position by the coordinated control of the controller and the robot controller to automatically measure the tool wear with an image.
  • a method of monitoring a cutting system is disclosed.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a process for controlling a process load of a machining portion to be automatically reduced when a machining load of the machining portion increases in a process using a robot.
  • a robot including: a robot having a plurality of joints, the robot including a plurality of joints coupled to the machining unit, the machining unit moving the machining unit such that a position of the tool relative to the object is changed; A support for supporting the workpiece and moving the workpiece so that the position of the workpiece with respect to the tool is changed; A sensor unit provided in the machining unit and measuring an amount of current supplied to a machining motor for operating the tool or a working force of the tool; And a control unit that receives a measurement signal from the sensor unit and transmits a control signal to the robot and the support unit.
  • the control unit may control the machining unit And controls the robot or the support portion so that the relative moving speed of the object to be processed decreases.
  • the machining portion may perform drilling, milling, routing, or grinding on the workpiece.
  • control unit can derive the machining load value of the machining unit by using the amount of current supplied to the machining motor.
  • control unit may further include: a position calculation unit that stores the three-dimensional shape data of the object to be processed and calculates a relative position between the tool and the object; And an operation control unit for controlling the operation of the robot and the operation of the support unit according to a position value or a position value of the object to be processed.
  • the image processing apparatus may further include an imaging unit that is coupled to the processing unit and acquires an image of the object to be processed.
  • the apparatus may further include a dust removing unit coupled to the processing unit and removing dust on the surface of the object to be processed.
  • the support portion includes a jig for supporting the workpiece in contact with the workpiece and adjusting a positional angle of the workpiece with respect to the tool, and a jig for engaging with the jig, And a jig driving part for moving and tilting the jig part.
  • the processing section may have a temperature measuring section for measuring the temperature of the surface of the object to be processed which is in contact with the tool.
  • the apparatus may further include a wear amount measuring unit for measuring a wear amount of the tool.
  • a method of driving a motor comprising: i) measuring an amount of current supplied to the machining motor by the sensor unit; ii) receiving the measurement signal from the sensor unit by the controller; iii) the control unit derives a machining load value of the machining unit by using an amount of current supplied to the machining motor, and compares the machining load value of the machining unit with the reference machining load value; iv) when the machining load value of the machining portion exceeds the reference machining load value, the control portion transmits a control signal to the robot or the support portion; And v) decreasing the moving speed of the machining portion with respect to the workpiece by controlling the operation of the robot or the support portion.
  • the effect of the present invention with the above-described structure is that since the moving speed of the machining portion is controlled so that the machining load value of the machining portion is kept at or below the reference machining load value, the defective rate of the machining object is lowered and the stability of the robot is improved It is.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a robot system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view of a support according to an embodiment of the present invention.
  • a preferred embodiment of the present invention is a robot comprising: a robot having a plurality of joints, the robot having a plurality of joints, the robot including a plurality of joints, the plurality of joints moving in conjunction with the machining portion to change a position of the tool relative to the object; A support for supporting the workpiece and moving the workpiece so that the position of the workpiece with respect to the tool is changed; A sensor unit provided in the machining unit and measuring an amount of current supplied to a machining motor for operating the tool or a working force of the tool; And a control unit that receives a measurement signal from the sensor unit and transmits a control signal to the robot and the support unit.
  • the control unit may control the machining unit And controls the robot or the support portion so that the relative moving speed of the object to be processed decreases.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a robot system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a robot 200 according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a schematic view of a support 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the robot system of the present invention includes: A robot 200 having a plurality of joints that moves the machining unit 100 to change the position of the tool 110 with respect to the workpiece 10 and is coupled to the robot 100; A support portion 300 supporting the object 10 and moving the object 10 so that the position of the object 10 relative to the tool 110 is changed; A sensor unit 120 provided in the machining unit 100 for measuring the amount of current supplied to the machining motor for operating the tool 110 or the operating force of the tool 110; And a control unit 400 receiving the measurement signal from the sensor unit 120 and transmitting the control signal to the robot 200 or the support unit 300.
  • the controller 400 controls the robot 200 or the support (not shown) so that the relative moving speed between the machining unit 100 and the machining target 10 decreases. 300 can be controlled.
  • the machining unit 100 can be moved vertically, horizontally, and longitudinally by the robot 200, and can also be tilted in all directions.
  • the tilting motion may mean a tilting motion with respect to the entire direction on the three-dimensional coordinate.
  • the machining portion 100 can perform drilling, milling, routing, or grinding with respect to the object 10 to be machined.
  • the tool 110 may be in contact with a predetermined area of the surface of the workpiece 10, and the machining portion 100 may perform drilling, milling, routing, or grinding by rotating or linearly reciprocating the tool 110 The same processing can be performed.
  • the tool 110 is worn as the tool 110 is being processed.
  • the tool 110 which has not undergone wear is used It is possible to increase the contact force between the tool 110 and the workpiece 10 or to increase the number of movements per hour of the tool 110 in order to realize the same effect as the case of performing the machining process on the workpiece 10 .
  • the frictional force between the tool 110 and the workpiece 10 is increased to increase the machining load value of the tool 110, The amount of current can also be increased.
  • the number of motions per hour of the tool 110 is increased, the number of revolutions per minute (rpm) of the machining motor can be increased and the amount of current supplied to the machining motor can also be increased.
  • the amount of electric current supplied to the movable motor for operating the tool 110 increases when the working load is increased, the amount of electric current supplied to the movable motor can be measured and the working load value of the tool 110 can be derived.
  • the sensor unit 120 may include a current amount measuring sensor, which is a sensor for measuring the amount of current supplied to the machining motor, and a force measuring sensor, which is a sensor for measuring the operating force of the tool 110.
  • the force measuring sensor can measure the rotational force of the tool 110 or the force of the linear reciprocating motion and can measure the rotational force of the tool 110 or the force of the linear reciprocating motion. If the value of the operating force of the tool 110 increases, the machining load of the machining portion 100 may increase.
  • the machining load value can be derived using the value of the amount of current supplied to the machining motor or the value of the operating force of the tool 110, and the average value of the two machining load values can be obtained as the machining load value of the machining unit 100 Can be confirmed.
  • the accuracy of the machining load value of the machining unit 100 can be improved.
  • the present invention is not limited to this. It is also possible to derive the machining load value of the machining unit 100 using only the value of the current supplied to the machining motor, or to calculate the machining load value of the machining unit 100 using only the operating force of the tool 110 Value can be derived.
  • the correlation between the value of the amount of current supplied to the machining motor and the machining load value of the machining section 100 or the correlation between the operating force of the tool 110 and the machining load value of the machining section 100 can be obtained experimentally, The data on this may be stored in the control unit 400.
  • control unit 400 can derive the machining load value of the machining unit 100 using the amount of current supplied to the machining motor.
  • the reference machining load value may be stored in the control unit 400 in advance.
  • the fact that the machining load value of the machining section 100 exceeds the reference machining load value means that the number of movements per hour of the tool 110 in operation is larger than the number of movements per hour of the tool 110 matched with the existing machining load value In this case, if the machining process is performed while maintaining the moving speed of the tool 110 before the abrasion of the tool 110, the object 10 may be damaged.
  • the operating force of the tool 110 in operation is larger than the working force of the tool 110 matched with the existing machining load value, In the same case, if the machining process is performed while maintaining the moving speed of the tool 110 before the abrasion of the tool 110, the object 10 may be damaged.
  • the machining load value of the machining unit 100 exceeds the reference machining load value, the stability of the robot 200 is lowered and the machining target 10 may be defective. Therefore, The relative moving speed of the object 10 can be reduced.
  • the control unit 400 includes a position calculation unit for storing the three-dimensional shape data of the object 10 and calculating the relative positions of the tool 110 and the object 10, and a tool 110 derived by the position calculation unit, And an operation control unit 400 for controlling the operation of the robot 200 and the operation of the support unit 300 according to the position value of the workpiece 10 or the position value of the workpiece 10.
  • the machining unit 100 may be provided with a first position sensor to measure the position of the tool 110 and a support unit 300 with a second position sensor to measure the position of the machining object 10.
  • the position calculation unit receives the position information of the tool 110 and the position information of the object to be processed 10 from the first position sensor and the second position sensor, The relative position of the object 10 can be calculated.
  • the operation control unit 400 receives the operation value derived from the position operation unit and transmits control signals to the robot 200 and the support unit 300 to control the operation of the robot 200 and the support unit 300.
  • the robot system of the present invention may further include an imaging unit 500 that is coupled to the processing unit 100 and acquires an image of the object 10 to be processed.
  • the image sensing unit 500 may transmit an image of the object to be processed 10 to the control unit 400 and the control unit 400 may transmit the image of the object 10 to the processing object 10, And can be compared with the three-dimensional shape data.
  • the control unit 400 compares the image of the object to be processed 10 with the three-dimensional shape data of the object to be processed 10 to obtain the three-dimensional shape data of the object 10
  • the relative position of the tool 110 and the object 10 to be processed can be corrected by comparing the image of the surface of the workpiece with the image of the object 10 to be processed.
  • the relative positions of the tool 110 and the object 10 to be machined are determined not only by the relative three-dimensional position of the tool 110 and the object 10, but also by the positional relationship between the central axis of the tool 110 and the surface of the object 10 And the angle formed by the normal of the region.
  • the robot system of the present invention may further include a dust removing unit 600 which is combined with the machining unit 100 and removes dust on the surface of the object 10 have.
  • the dust removing unit 600 is coupled to the processing unit 100 in the form of a duct and the dust removing unit 600 can be connected to a suction hose installed inside the robot 200 and sucking air. And, the suction hose can be connected to a suction pump that provides a force to suck air.
  • the dust removing unit 600 connected to the suction hose by the operation of the suction pump is capable of sucking dust and the position of the dust removing unit 600 is changed according to the movement of the processing unit 100, The dust on the surface can be removed by suction.
  • the support portion 300 includes a jig portion 310 for supporting the object to be processed 10 in contact with the object 10 and adjusting the positional angle of the object 10 with respect to the tool 110, And a jig driving unit 320 for moving and tilting the jig 310.
  • the position angle may be an angle formed by the central axis of the tool 110 and the surface of the workpiece 10, which is normal to the work area.
  • a plurality of jigs 310 may be provided in the supporting part 300.
  • the jig driving unit 320 moves the jig unit 310 in the up-and-down and right-and-left and forward directions so that the jig unit 310 moves the workpiece 10 in the up- It is possible to tilting the part 310 in the entire direction, thereby forming a tilt in the object 10 to be machined.
  • the jig 310 includes a suction portion 311 for performing vacuum suction on one surface of the object to be processed 10 not on the surface of the object to be processed 10 that is in contact with the tool 110 at the end of the jig 310, .
  • the jig 310 may include a suction mount zone 312 that is coupled to the suction unit 311 and moves in the vertical and horizontal directions.
  • the suction part 311 fixes the object to be processed 10 by vacuum suction and the angle of the suction part 311 itself can be adjusted so that the suction of the suction part 311 on one surface of the object 10, It can be easy. Further, the adsorption unit 311 is formed of a flexible material, so that the vacuum adsorption force can be increased.
  • the machining unit 100 may include a temperature measuring unit for measuring a temperature of the surface of the object to be processed 10 that is in contact with the tool 110.
  • Deformation or deformation of the object 10 may occur due to temperature rise depending on the material of the object 10 to be processed.
  • the temperature measuring unit can measure the temperature of the surface of the object 10 in real time, and when the surface temperature of the object 10 measured by the temperature measuring unit exceeds the reference temperature stored in advance in the controller 400 , The machining load value of the machining unit 100 can be reduced.
  • the temperature measuring unit may include a noncontact type temperature measuring sensor for measuring the temperature by irradiating the surface of the object 10 with infrared rays.
  • the robot system of the present invention may further include a wear amount measuring unit 700 for measuring a wear amount of the tool 110.
  • the wear amount measuring unit 700 can be coupled to the support unit 300.
  • the tool 110 provided in the machining unit 100 may be detachable from the machining unit 100. Then, the separated tool 110 can be lifted on the wear amount measuring unit 700. Here, the wear amount measuring unit 700 can measure the weight of the separated tool 110.
  • the wear amount measuring unit 700 compares the weight of the tool 110 before the wear progresses with the weight of the tool 110 that has been separated from the tool 110.
  • the wear amount of the tool 110 before the wear progresses The wear amount of the tool 110 can be calculated using the weight of the reduced tool 110. [ That is, the weight reduction amount of the tool 110 and the wear amount of the tool 110 may be proportional.
  • a cutting process system including the robot system of the present invention can be constructed.
  • the production system of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) products including the robot system of the present invention can be constructed.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber-reinforced plastic
  • the sensor unit 120 can measure the amount of current supplied to the machining motor.
  • control unit 400 may receive the measurement signal from the sensor unit 120.
  • control unit 400 can derive the machining load value of the tool 110 using the amount of current supplied to the machining motor, and compare the machining load value of the tool 110 with the reference machining load value.
  • the control unit 400 may transmit the control signal to the robot 200 or the support unit 300.
  • the moving speed of the tool 110 with respect to the workpiece 10 can be reduced by the operation control of the robot 200 or the support portion 300.

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 가공부의 가공부하 값이 기준 가공부하 값의 이하로 유지되도록 가공부의 이동속도를 제어하므로, 가공대상의 불량률을 저하시키고, 로봇의 안정성을 향상시킬 수 있는 시스템을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템은, 가공부와 결합하고, 가공대상에 대한 공구의 위치가 변경되도록 가공부를 이동시키며, 복수 개의 관절을 구비하는 로봇; 가공대상을 지지하고, 공구에 대한 가공대상의 위치가 변경되도록 가공대상을 이동시키는 지지부; 가공부에 구비되고, 공구를 작동시키는 가공모터에 공급되는 전류량 또는 공구의 작동 힘을 측정하는 센서부; 및 센서부로부터 측정신호를 전달 받고, 로봇과 지지부에 제어신호를 전달하는 제어부;를 포함한다.

Description

공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템 및 이를 이용한 가공부하 조절 방법
본 발명은 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템 및 이를 이용한 가공부하 조절 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가공부의 가공부하 값이 기준 가공부하 값의 이하로 유지되도록 가공부의 이동속도를 제어하므로, 가공대상의 불량률을 저하시키고, 로봇의 안정성을 향상시킬 수 있는 시스템에 관한 것이다.
최근 산업 현장에서는 공장 자동화로 인하여 자동으로 가공을 수행하는 다관절 로봇이 다양하게 사용되며 그 사용량도 지속적으로 증가하고 있다.
그리고, 로봇은 복수 개의 부품을 조립하는 조립 공정 뿐만 아니라, 가공대상에 대한 가공 공정, 연마 공정, 도색 공정 등 다양한 공정을 수행할 수 있도록 발전하고 있다.
그 중 로봇의 절삭 공정에서는, 공구의 마모 정도를 자동으로 측정하고, 공구의 마모 정도에 따라 절삭 공정을 수행하는 로봇에 대한 제어를 수행하는 것이 중요할 수 있다.
그런데, 종래에는 촬상 장치나 육안에 의해 공구의 마모 정도를 확인하면서 절삭 공정을 수행하여 가공대상의 불량률이 증가하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제1996-0003211호에서는, NC 선반 및 밀링의 절삭가공시 공구마모 감시에 사용될 C.C.D. 카메라를 적절한 위치에 놓기 위하여, 공작물과 지그를 설치하거나 완성된 공작물을 컨베이어 벨트나 무인자동운송 차량에 옮기는 역할을 하는 로봇 팔의 끝에 카메라를 설치하여 가공중 한 공정이 끝나고 다음 공정으로 넘어갈 때 또는 공작물의 가공이 완전히 끝난 이후 N.C. 컨트롤러와 로봇 컨트롤러의 연계 제어에 의하여 범용 로봇 팔을 적당한 위치까지 움직여 공구마모를 화상으로 자동 측정하는 것을 특징으로 하는 공구마모 N.C. 절삭시스템의 모니터링 방법이 개시되어 있다.
(선행특허문헌) 대한민국 등록특허 제1996-0003211호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 로봇을 이용한 공정에서 가공부의 가공부하가 증가하는 경우 자동으로 가공부의 가공부하가 감소하도록 제어하면서 공정을 수행하도록 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상기 가공부와 결합하고, 상기 가공대상에 대한 상기 공구의 위치가 변경되도록 상기 가공부를 이동시키며, 복수 개의 관절을 구비하는 로봇; 상기 가공대상을 지지하고, 상기 공구에 대한 상기 가공대상의 위치가 변경되도록 상기 가공대상을 이동시키는 지지부; 상기 가공부에 구비되고, 상기 공구를 작동시키는 가공모터에 공급되는 전류량 또는 상기 공구의 작동 힘을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 측정신호를 전달 받고, 상기 로봇과 상기 지지부에 제어신호를 전달하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 가공부의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과하는 경우 상기 가공부와 상기 가공대상의 상대적 이동속도가 감소하도록 상기 로봇 또는 상기 지지부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가공부는 상기 가공대상에 대해 드릴링, 밀링, 라우팅 또는 그라인딩을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 가공모터에 공급되는 전류량을 이용하여 상기 가공부의 가공부하 값을 도출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가공대상의 3차원 형상 데이터를 저장하고, 상기 공구와 상기 가공대상의 상대적 위치를 연산하는 위치연산부, 및 상기 위치연산부에 의해 도출된 상기 공구의 위치 값 또는 상기 가공대상의 위치 값에 따라 상기 로봇의 작동과 상기 지지부의 작동을 제어하는 작동제어부,를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가공부와 결합하고, 상기 가공대상에 대한 이미지를 획득하는 촬상부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가공부에 결합하고, 상기 가공대상의 표면에 있는 분진을 제거하는 분진제거부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 지지부는, 상기 가공대상과 접촉하여 상기 가공대상을 지지하고, 상기 공구에 대한 상기 가공대상의 위치각을 조절하는 지그부, 및 상기 지그부와 결합하고, 상기 지그부를 이동 및 틸팅운동시키는 지그구동부,를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 가공부는 상기 공구과 접촉하는 상기 가공대상의 표면에 대한 온도를 측정하는 온도측정부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 공구의 마모량을 측정하는 마모량측정부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 센서부가 상기 가공모터에 공급되는 전류량을 측정하는 단계; ii) 상기 제어부가 상기 센서부로부터 측정신호를 전달 받는 단계; iii) 상기 제어부가, 상기 가공모터에 공급되는 전류량을 이용하여 상기 가공부의 가공부하 값을 도출하고, 상기 가공부의 가공부하 값과 상기 기준 가공부하 값과 비교하는 단계; iv) 상기 가공부의 가공부하 값이 상기 기준 가공부하 값을 초과하는 경우, 상기 제어부가 상기 로봇 또는 상기 지지부로 제어신호를 전달하는 단계; 및 v) 상기 로봇 또는 상기 지지부의 작동 제어에 의해 상기 가공대상에 대한 상기 가공부의 이동속도가 감소하는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 가공부의 가공부하 값이 기준 가공부하 값의 이하로 유지되도록 가공부의 이동속도를 제어하므로, 가공대상의 불량률을 저하시키고, 로봇의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템에 대한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지부에 대한 모식도이다.
본 발명의 바람직한 최선의 실시예는, 가공부와 결합하고, 상기 가공대상에 대한 상기 공구의 위치가 변경되도록 상기 가공부를 이동시키며, 복수 개의 관절을 구비하는 로봇; 상기 가공대상을 지지하고, 상기 공구에 대한 상기 가공대상의 위치가 변경되도록 상기 가공대상을 이동시키는 지지부; 상기 가공부에 구비되고, 상기 공구를 작동시키는 가공모터에 공급되는 전류량 또는 상기 공구의 작동 힘을 측정하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 측정신호를 전달 받고, 상기 로봇과 상기 지지부에 제어신호를 전달하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 가공부의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과하는 경우 상기 가공부와 상기 가공대상의 상대적 이동속도가 감소하도록 상기 로봇 또는 상기 지지부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 시스템에 대한 모식도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇(200)에 대한 모식도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지지부(300)에 대한 모식도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 가공부(100)에 구비된 공구(110)를 이용하여 가공대상(10)에 대한 가공을 수행하는 로봇 시스템에 있어서, 본 발명의 로봇 시스템은, 가공부(100)와 결합하고, 가공대상(10)에 대한 공구(110)의 위치가 변경되도록 가공부(100)를 이동시키며, 복수 개의 관절을 구비하는 로봇(200); 가공대상(10)을 지지하고, 공구(110)에 대한 가공대상(10)의 위치가 변경되도록 가공대상(10)을 이동시키는 지지부(300); 가공부(100)에 구비되고, 공구(110)를 작동시키는 가공모터에 공급되는 전류량 또는 공구(110)의 작동 힘을 측정하는 센서부(120); 및 센서부(120)로부터 측정신호를 전달 받고, 로봇(200) 또는 지지부(300)에 제어신호를 전달하는 제어부(400);를 포함할 수 있다.
그리고, 제어부(400)는 가공부(100)의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과하는 경우 가공부(100)와 가공대상(10)의 상대적 이동속도가 감소하도록 로봇(200) 또는 지지부(300)를 제어할 수 있다.
가공부(100)는 로봇(200)에 의해 상하 좌우 전후 방향으로 이동할 수 있고, 또한, 전체 방향으로 틸팅운동이 가능할 수 있다.
(본 발명의 실시 예에서 틸팅운동은 3차원 좌표 상 전체 방향에 대한 틸팅운동을 의미할 수 있다.)
가공부(100)는 가공대상(10)에 대해 드릴링, 밀링, 라우팅 또는 그라인딩을 수행할 수 있다.
여기서, 공구(110)는 가공대상(10) 표면의 소정의 면적과 접촉될 수 있고, 가공부(100)가 공구(110)를 회전운동 또는 직선 왕복운동시킴으로써, 드릴링, 밀링, 라우팅 또는 그라인딩과 같은 가공 공정이 수행될 수 있다.
그리고, 공구(110)에 의한 가공 공정이 진행될수록 공구(110)는 마모되며, 마모가 진행된 공구(110)를 이용하여 가공 공정을 수행하는 경우, 마모가 진행되지 않은 공구(110)를 이용하여 가공대상(10)에 대한 가공 공정을 수행하는 경우와 동일한 효과를 구현하기 위해, 공구(110)와 가공대상(10) 간 접촉 힘을 증가시키거나 공구(110)의 시간 당 운동 횟수를 증가킬 수 있다.
공구(110)와 가공대상(10) 간 접촉 힘이 증가되면 공구(110)와 가공대상(10) 간 마찰력이 증가하여 공구(110)의 가공부하 값이 증가할 수 있고, 가공모터에 공급되는 전류량 또한 증가할 수 있다.
그리고, 공구(110)의 시간 당 운동 횟수가 증가하면 가공모터의 시간 당 회전수(rpm)가 증가할 수 있고, 가공모터에 공급되는 전류량 또한 증가할 수 있다.
상기와 같이, 가공부하 증가 시 공구(110)를 가동시키는 가동모터에 공급되는 전류량이 증가하므로, 가동모터에 공급되는 전류량을 측정하여 공구(110)의 가공부하 값을 도출할 수 있다.
센서부(120)는, 가공모터에 공급되는 전류량을 측정하는 센서인 전류량측정센서, 및 공구(110)의 작동 힘을 측정하는 센서인 힘측정센서를 구비할 수 있다.
힘측정센서는 공구(110)의 회전운동의 힘 또는 직선 왕복운동의 힘을 측정할 수 있으며, 공구(110)의 회전운동의 힘 또는 직선 왕복운동의 힘을 측정할 수 있다. 그리고, 이와 같은 공구(110)의 작동 힘의 값이 증가하면 가공부(100)의 가공부하가 증가할 수 있다.
즉, 가공모터에 공급되는 전류량의 값 또는 공구(110)의 작동 힘의 값을 이용하여 가공부하 값을 도출할 수 있으며, 양 가공부하 값의 평균 값을 가공부(100)의 가공부하 값으로 확정할 수 있다.
이에 따라, 가공부(100)의 가공부하 값의 정확도를 향상시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가공모터에 공급되는 전류량의 값만을 이용하여 가공부(100)의 가공부하 값을 도출하거나, 공구(110)의 작동 힘만을 이용하여 가공부(100)의 가공부하 값을 도출할 수 있다.
가공모터에 공급되는 전류량의 값과 가공부(100)의 가공부하 값의 상관 관계 또는 공구(110)의 작동 힘과 가공부(100)의 가공부하 값의 상관 관계는 실험적으로 획득될 수 있으며, 이에 대한 데이터는 제어부(400)에 저장될 수 있다.
이에 따라, 제어부(400)는 가공모터에 공급되는 전류량을 이용하여 가공부(100)의 가공부하 값을 도출할 수 있다.
기준 가공부하 값은 사전에 제어부(400)에 저장될 수 있다.
가공부(100)의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과한다는 것은, 기존 가공부하 값과 매칭되는 공구(110)의 시간 당 운동 횟수 보다 작동 중인 공구(110)의 시간 당 운동 횟수가 크다는 것이고, 이와 같은 경우 공구(110)의 마모 전 공구(110)의 이동속도를 유지하면서 가공 공정을 수행하면 가공대상(10)이 손상될 수 있다.
마찬가지로, 가공부(100)의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과한다는 것은, 기존 가공부하 값과 매칭되는 공구(110)의 작동 힘 보다 작동 중인 공구(110)의 작동 힘이 크다는 것이고, 이와 같은 경우 공구(110)의 마모 전 공구(110)의 이동속도를 유지하면서 가공 공정을 수행하면 가공대상(10)이 손상될 수 있다.
따라서, 가공부(100)의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과하는 경우, 로봇(200)의 안정성이 저하되고 가공대상(10)이 불량해질 수 있으므로, 상기 가공부(100)와 상기 가공대상(10)의 상대적 이동속도를 감소시킬 수 있다.
제어부(400)는, 가공대상(10)의 3차원 형상 데이터를 저장하고, 공구(110)와 가공대상(10)의 상대적 위치를 연산하는 위치연산부, 및 위치연산부에 의해 도출된 공구(110)의 위치 값 또는 가공대상(10)의 위치 값에 따라 로봇(200)의 작동과 지지부(300)의 작동을 제어하는 작동제어부(400),를 구비할 수 있다.
가공부(100)에는 제1위치센서가 구비되어 공구(110)의 위치를 측정할 수 있고, 지지부(300)에는 제2위치센서가 구비되어 가공대상(10)의 위치를 측정할 수 있다. 그리고, 위치연산부는 제1위치센서와 제2위치센서로부터 공구(110)의 위치 정보와 가공대상(10)의 위치 정보를 전달 받으며, 이를 이용하여 진행 중인 공정에 적합하도록 공구(110)와 가공대상(10)의 상대적 위치를 연산할 수 있다.
작동제어부(400)는 위치연산부로부터 도출된 연산 값을 전달 받고 로봇(200)과 지지부(300)에 제어신호를 전달하여 로봇(200)과 지지부(300)의 작동을 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 로봇 시스템은, 가공부(100)와 결합하고, 가공대상(10)에 대한 이미지를 획득하는 촬상부(500)를 더 포함할 수 있다.
촬상부(500)는 가공대상(10)에 대한 이미지를 제어부(400)로 전달할 수 있고, 제어부(400)는 전달 받은 가공대상(10)에 대한 이미지를 위치연산부에 저장된 가공대상(10)의 3차원 형상 데이터와 비교할 수 있다.
그리고, 제어부(400)는 가공대상(10)에 대한 이미지와 가공대상(10)의 3차원 형상 데이터를 비교함으로써, 가공대상(10)의 3차원 형상 데이터에 의해 도출되는 가공대상(10)의 표면 중 작업 영역과, 가공대상(10)에 대한 이미지를 비교하여, 공구(110)와 가공대상(10)의 상대적 위치를 수정할 수 있다.
공구(110)와 가공대상(10)의 상대적인 위치는, 공구(110)와 가공대상(10)의 상대적인 3차원 위치 뿐만 아니라, 공구(110)의 중심축과 가공대상(10)의 표면 중 작업 영역의 법선이 형성하는 각도를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 로봇 시스템은, 가공부(100)와 결합하고, 가공대상(10)의 표면에 있는 분진을 제거하는 분진제거부(600)를 더 포함할 수 있다.
분진제거부(600)는 덕트의 형상으로 가공부(100)에 결합되며, 분진제거부(600)는 로봇(200)의 내부에 설치되어 공기를 흡입하는 흡입 호스와 연결될 수 있다. 그리고, 흡입 호스는 공기를 흡입하는 힘을 제공하는 흡입 펌프와 연결될 수 있다.
흡입 펌프의 가동에 의해 흡입 호스와 연결된 분진제거부(600)는 분진을 흡입할 수 있으며, 가공부(100)의 이동에 따라 분진제거부(600)의 위치가 변경되면서 가공대상(10)의 표면에 있는 분진을 흡입하여 제거할 수 있다.
지지부(300)는, 가공대상(10)과 접촉하여 가공대상(10)을 지지하고 공구(110)에 대한 가공대상(10)의 위치각을 조절하는 지그부(310), 및 지그부(310)와 결합하고 지그부(310)를 이동 및 틸팅운동시키는 지그구동부(320),를 구비할 수 있다.
여기서, 위치각은, 공구(110)의 중심축과 가공대상(10)의 표면 중 작업 영역의 법선이 형성하는 각도일 수 있다.
지그부(310)는 지지부(300)에 복수 개 구비될 수 있다. 그리고, 지그구동부(320)가 지그부(310)를 상하 좌우 전후 방향으로 이동시킴으로써 지그부(310)가 가공대상(10)을 상하 좌우 전후의 방향으로 이동시키거나, 지그구동부(320)가 지그부(310)를 전체 방향으로 틸팅(tilting)운동시키는 것이 가능하여 가공대상(10)에 기울기를 형성할 수 있다.
지그부(310)는, 지그부(310)의 말단에, 공구(110)와 접촉하는 가공대상(10)의 표면이 아닌 가공대상(10)의 일면에 진공 흡착을 수행하는 흡착부(311)를 구비할 수 있다. 그리고, 지그부(310)는, 흡착부(311)와 결합하고 상하 좌우 전후 방향으로 이동하는 흡착부지지대(312)를 구비할 수 있다.
흡착부(311)는 진공 흡착에 의해 가공대상(10)을 고정하며, 흡착부(311) 자체의 각도 조절이 가능하여 곡면인 가공대상(10)의 일면에 대한 흡착부(311)의 흡착이 용이할 수 있다. 그리고, 흡착부(311)는 유연한 소재로 형성되어 진공 흡착력을 증대시킬 수 있다.
가공부(100)는 공구(110)과 접촉하는 가공대상(10)의 표면에 대한 온도를 측정하는 온도측정부를 구비할 수 있다.
가공대상(10)의 재질에 따라 온도 상승에 의해 가공대상(10)의 변질 또는 변형이 발생할 수 있다.
그러므로, 온도측정부는 실시간으로 가공대상(10)의 표면에 대한 온도를 측정할 수 있고, 온도측정부가 측정한 가공대상(10)의 표면 온도가 제어부(400)에 미리 저장된 기준 온도를 초과하는 경우, 가공부(100)의 가공부하 값을 감소시킬 수 있다.
온도측정부는 가공대상(10)의 표면에 적외선을 조사하여 온도를 측정하는 비접촉식 온도 측정 센서를 구비할 수 있다.
본 발명의 로봇 시스템은, 공구(110)의 마모량을 측정하는 마모량측정부(700)를 더 포함할 수 있다. 도 3에서 보는 바와 같이, 마모량측정부(700)는 지지부(300)와 결합할 수 있다.
가공부(100)에 구비된 공구(110)는 가공부(100)로부터 분리 가능할 수 있다. 그리고, 분리된 공구(110)는 마모량측정부(700) 상에 올려질 수 있다. 여기서, 마모량측정부(700)는 분리된 공구(110)의 무게를 측정할 수 있다.
마모량측정부(700)는 마모가 진행되기 전의 공구(110)의 무게와 분리된 공구(110)의 무게를 비교하여, 마모가 진행되기 전의 공구(110)에 마모가 진행되어 감소한 공구(110)의 무게를 측정할 수 있으며, 감소한 공구(110)의 무게를 이용하여 공구(110)의 마모량을 연산할 수 있다. 즉, 공구(110)의 무게 감소량과 공구(110)의 마모량은 비례할 수 있다.
본 발명의 로봇 시스템을 포함하는 절삭 공정 시스템을 구축할 수 있다.
본 발명의 로봇 시스템을 포함하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 제품 생산 시스템을 구축할 수 있다.
탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 소재의 특성으로 인해 다양한 형태의 제품을 생산할 수 있기 때문에, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 소재로 이루어진 제품은 복잡한 형상을 포함하기도 한다. 그리고 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 소재가 대형 제품의 형태로 이루어지는 경우가 많아지고 있다.
따라서, 본 발명의 로봇 시스템을 이용하여 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)에 대한 가공을 수행하는 경우, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 로봇 시스템을 이용한 가공부하 조절 방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째 단계에서, 센서부(120)가 가공모터에 공급되는 전류량을 측정할 수 있다.
둘째 단계에서, 제어부(400)가 센서부(120)로부터 측정신호를 전달 받을 수 있다.
*셋째 단계에서, 제어부(400)가, 가공모터에 공급되는 전류량을 이용하여 공구(110)의 가공부하 값을 도출하고, 공구(110)의 가공부하 값과 기준 가공부하 값과 비교할 수 있다.
넷째 단계에서, 공구(110)의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과하는 경우, 제어부(400)가 로봇(200) 또는 지지부(300)로 제어신호를 전달할 수 있다.
다섯째 단계에서, 로봇(200) 또는 지지부(300)의 작동 제어에 의해 가공대상(10)에 대한 공구(110)의 이동속도가 감소할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
<부호의 설명>
10 : 가공대상
100 : 가공부
110 : 공구
120 : 센서부
200 : 로봇
300 : 지지부
310 : 지그부
311 : 흡착부
312 : 흡착부지지대
320 : 지그구동부
400 : 제어부
500 : 촬상부
600 : 분진제거부
700 : 마모량측정부

Claims (12)

  1. 가공부에 구비된 공구를 이용하여 가공대상에 대한 가공을 수행하는 로봇 시스템에 있어서,
    상기 가공부와 결합하고, 상기 가공대상에 대한 상기 공구의 위치가 변경되도록 상기 가공부를 이동시키며, 복수 개의 관절을 구비하는 로봇;
    상기 가공대상을 지지하고, 상기 공구에 대한 상기 가공대상의 위치가 변경되도록 상기 가공대상을 이동시키는 지지부;
    상기 가공부에 구비되고, 상기 공구를 작동시키는 가공모터에 공급되는 전류량 또는 상기 공구의 작동 힘을 측정하는 센서부; 및
    상기 센서부로부터 측정신호를 전달 받고, 상기 로봇과 상기 지지부에 제어신호를 전달하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 가공부의 가공부하 값이 기준 가공부하 값을 초과하는 경우 상기 가공부와 상기 가공대상의 상대적 이동속도가 감소하도록 상기 로봇 또는 상기 지지부를 제어하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공부는 상기 가공대상에 대해 드릴링, 밀링, 라우팅 또는 그라인딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가공모터에 공급되는 전류량을 이용하여 상기 가공부의 가공부하 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가공대상의 3차원 형상 데이터를 저장하고, 상기 공구와 상기 가공대상의 상대적 위치를 연산하는 위치연산부, 및
    상기 위치연산부에 의해 도출된 상기 공구의 위치 값 또는 상기 가공대상의 위치 값에 따라 상기 로봇의 작동과 상기 지지부의 작동을 제어하는 작동제어부,를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공부와 결합하고, 상기 가공대상에 대한 이미지를 획득하는 촬상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공부에 결합하고, 상기 가공대상의 표면에 있는 분진을 제거하는 분진제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 가공대상과 접촉하여 상기 가공대상을 지지하고, 상기 공구에 대한 상기 가공대상의 위치각을 조절하는 지그부, 및
    상기 지그부와 결합하고, 상기 지그부를 이동 및 틸팅운동시키는 지그구동부,를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공부는 상기 공구와 접촉하는 상기 가공대상의 표면에 대한 온도를 측정하는 온도측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 공구의 마모량을 측정하는 마모량측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 의한 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭 공정 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 의한 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 제품 생산 시스템.
  12. 청구항 1의 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템을 이용한 가공부하 조절 방법에 있어서,
    i) 상기 센서부가 상기 가공모터에 공급되는 전류량을 측정하는 단계;
    ii) 상기 제어부가 상기 센서부로부터 측정신호를 전달 받는 단계;
    iii) 상기 제어부가, 상기 가공모터에 공급되는 전류량을 이용하여 상기 가공부의 가공부하 값을 도출하고, 상기 가공부의 가공부하 값과 상기 기준 가공부하 값과 비교하는 단계;
    iv) 상기 가공부의 가공부하 값이 상기 기준 가공부하 값을 초과하는 경우, 상기 제어부가 상기 로봇 또는 상기 지지부로 제어신호를 전달하는 단계; 및
    v) 상기 로봇 또는 상기 지지부의 작동 제어에 의해 상기 가공대상에 대한 상기 가공부의 이동속도가 감소하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구의 마모에 따라 가공부하를 조절하는 로봇 시스템을 이용한 가공부하 조절 방법.
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