WO2019108040A1 - 용접부위 형상과 3d 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법 - Google Patents

용접부위 형상과 3d 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법 Download PDF

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WO2019108040A1
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torch
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오성규
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Definitions

  • the present invention relates to a welding automation system and a welding method using the same, and more particularly, to a welding automation system using 3D coordinate measurement, By comparing the data, it is possible to adjust the welding position of the welding gun as well as to determine the welding start position, reduce the possibility of inflection point position and measurement error, A welding automation system and a welding method using the welding automation system.
  • the objects to be welded to each other are partially spot-welded.
  • double welding is performed to cause welding defects such as changes in properties of the welded portions.
  • the flash generated in the welding process including the time when the secondary welding at the site proceeds affects the reflected light of the line laser and causes an error of the shape data.
  • welding defect is caused by failure of starting due to high starting contact current due to high contact resistance between the welding rod and the base material, if the base material has paint or rust, or due to unstable current
  • the welding operation in which the correction items for solving such a problem are not reflected has a problem of repeating welding defects of the same or the same category.
  • Patent Document 0001 Korean Published Patent Application No. 10-2009-0055278 (published on June, 2009)
  • the present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a welding method and a welding method, To improve the accuracy and reduce the working time, to prevent errors in the shape detection of the welding part corresponding to the flash generated in the welding process, And a weld correction method according to the confirmation of the welding defect, thereby improving the reliability of the welding operation, and a welding method using the welding automation system using the 3D coordinate measurement.
  • a welding automation system comprising: a welding torch installed on a robot and welding a base material fixed on a mounting unit according to a control signal; A line laser for irradiating laser beam in the form of a straight line to a weld line portion at a position spaced apart from the welding point of the welding torch; A detector for photographing and detecting the shape of a laser beam in the form of a line to be irradiated on a welding target portion at an angle already set; And a control unit for receiving the information of the detector and controlling the transfer of the robot and the driving of the welding torch so that the welding torch corresponds to the welding site, and a welding automation system using 3D coordinate measurement
  • the welding torch is installed on a slider provided so as to drive the robot in a left-right direction in a horizontal direction, and the control unit includes: a database storing previously set shape information about welding start point / end point portion of the base material; Determining whether or not the received welded shape information of the detector matches
  • the line laser may further include a second laser beam that crosses a welding line at a front position spaced apart from a welding point of the welding torch in a lateral direction, and a second laser beam that crosses a target welding line between the second laser beam and the welding point And irradiating a first laser beam of a shape intersecting in the lateral direction with respect to the first laser beam.
  • the first and second laser beams irradiated on a plane are mutually parallel, and the centers of the first and second laser beams are irradiated so as to be on a straight line spaced apart from each other with the welding point Lt; / RTI >
  • the detector may be configured to obtain the first and second types of laser beams of the line laser and to apply the same to the control unit, The movement of the robot and / or the mounting portion, the movement of the slider, and the movement time of the robot and / or the mounting portion, the welding current, the welding voltage, the inert gas supply amount, the welding rod It is desirable to control the driving of each component so as to correspond to the welding execution condition including the angle of the welding wire and the supply speed of the welding rod.
  • the line laser may be configured to irradiate a third laser beam of a shape intersecting in a lateral direction with respect to a site where welding is performed at a spaced position behind the welding torch
  • the image database stores image information of a normal welding shape range that has already been set in correspondence with a welding result
  • the control unit stores the image information of the first, second, and third laser beams
  • the movement of the robot and / or the mounting portion, the movement of the slider, and the movement time control of the robot and / or the mounting portion correspond to the height of the welding torch tip relative to the weld line of the base material through the image database and the detection data received from the detector , Welding current, welding voltage, inert gas supply, angle of welding electrode,
  • the driving of each configuration corresponding to the welding condition including the supply speed is controlled and information on the welding result is compared with the image information of the welding form range of the image database to determine whether or not the welding defect is caused.
  • Information can be computed and stored, correction work can be performed
  • the robot EH is configured such that the slider is driven to weave in the forward, backward, left and right directions, and the robot or the slider is further provided with an inclinometer.
  • the controller receives the signal of the inclinometer, And controlling a weaving angle of the robot or the slider with respect to a welding line corresponding to a welding condition detected through the welding line or a weld line corresponding to the welding result.
  • a welding method includes a welding automation system using the shape of the welding part and 3D coordinate measurement, moving the line laser and the detector according to welding start point position information
  • the line laser and the detector move the welding torch and the tip of the welding rod until the welding torch and the welding rod end reach the welding starting point position in accordance with the tracked starting position of the welding torch,
  • An energetic and information collecting step (B) for continuously collecting shape information of a welding target region through a line laser and a detector; Welding the welding torch from the welding and welding position to the welding position and welding the welding torch along the welding line along the welding line starting from the welding starting point position after welding and preheating the welding torch from the alignment and information collecting step (B)
  • A collecting shape information of a welding result continuously collecting shape information of a welding result in which welding through the line laser and the detector is performed in the welding step (C); (B) judging whether the welding is normal or not through the shape information of the obtained welding result; (b) stopping the welding of the welding torch in the determination of the welding defect in the step (b) 1); (B-2) a step of moving the line laser and the detector to further collect welding site information to the welding site; A step (b-3) of measuring a degree of welding defect according to the welding site information and a correction condition including a weaving operation; And (b-4) a step of moving the line laser, the detector and the welding torch backward to correct the welding in accordance with the correction conditions measured corresponding to the welding defective portion.
  • (B-1) stopping the welding of the welding torch in the determination of the welding defect in the step (b); (B-2) a step (b-2) of further collecting welding part information to a part where welding is performed by moving the line laser and the detector, a step of measuring a degree of welding defect and a correction condition including a weaving operation (b-4) for moving the line laser, the detector, and the welding torch backward to perform the welding correction in accordance with the correction condition measured corresponding to the welding defective portion, desirable.
  • the control unit may receive the information of the inclinometer and the detector to control the weaving operation of the robot or the slider and a welding automation system using 3D coordinate measurement, (A ') for moving the line laser and the detector according to the welding start point position information and tracking the extracted shape information and the welding start position corresponding to the starting site shape of the preformed base material;
  • the line laser and the detector move the welding torch until the leading end of the welding torch of the welding torch reaches the welding starting point position at the welding starting point,
  • An alignment and information collecting step (B ') for continuously collecting shape information of a welding target site through the line laser and a detector; Wherein the welding or welding is performed after the ignition and preheating of the welding torch from the aligning and information collecting step (B), and then the inclination of the robot or the slider is adjusted according to the welding condition obtained along the object welding line from the welding starting point,
  • a welding step (C ') for moving the robot and / or the mounting part and moving the slider so as to continuously measure the shape information of the welding line part
  • the welding start point shape region already set is detected using the line region shape information extracted by the line laser and the detector, and the welding start point position and the target welding region based thereon are tracked, And by performing the welding from the tracing of the shape portion to the matching portion to the welding end point where the execution of the welding is already set up, there is an effect of speeding automation of welding to the base material of a plurality of batches and accordingly improving the welding precision.
  • the structure of the present invention it is possible to minimize the influence of the scintillation according to the welding operation by performing double detection with a gap to the welding site using one line laser and a detector, The position of the welding point can be compensated for and the precision of the welding automation can be improved.
  • the constitution of the present invention it is possible to confirm whether or not a welding defect is caused in a welded portion, to increase the reliability of the welding quality by performing the welding process until the welding defect is corrected, It is possible to correct the welding conditions for the problem areas of the same category and to make it possible to reduce the troublesome work including the confirmation work and re-execution of welding and the working time.
  • FIG. 1 is a side view schematically illustrating a configuration of a welding automation system using a welding portion shape and a 3D coordinate measurement according to the present invention, and an operating relationship according to these structures.
  • FIG. 1 is a side view schematically illustrating a configuration of a welding automation system using a welding portion shape and a 3D coordinate measurement according to the present invention, and an operating relationship according to these structures.
  • Figs. 2A and 2B are plan views schematically showing a relationship between a line laser for a target weld line and a laser beam emitted from a line laser to detect information.
  • Fig. 2A and 2B are plan views schematically showing a relationship between a line laser for a target weld line and a laser beam emitted from a line laser to detect information.
  • FIG 3 is a side view of a welding automation system using a welded site shape and 3D coordinate measurement according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are flowcharts using a welding automation system using a welding part shape and 3D coordinate measurement according to the present invention.
  • the expression of the front or front portion refers to a portion in the direction or direction in which the welding torch performs the welding at the welding point position at which the welding is performed
  • the expression of the rear portion refers to a portion in a direction opposite to the front or the front portion or in a direction thereof with reference to the welding point.
  • the welding automation system 10 using the welding part shape and the 3D coordinate measurement according to the present invention is installed in the robot 20 as shown in FIGS. 1 to 3, and is separated from the welding point P1
  • a welding torch 14 provided on the slider 24 for welding the corresponding base materials BM1 and BM2 on the mounting portion 12 in response to reception of a control signal, The starting point of the weld and the inflection point or weld end point of the weld.
  • the welding torch 14 corresponds to the starting point shape and the inflection point or the shape of the welding end point and the continuous measuring coordinate values of the mounting portion 12 or the robot 20
  • a control unit 22 for controlling the movement of the slider 24 based on the movement position of the slider 24.
  • the robot 20 receives the control signal of the control unit 22 and sends the control signal to the robot 20 along with the line laser 16 and the detector 18 installed along the target weld line OWL of the base materials BM1 and BM2,
  • the slider 24 is moved in the upward, downward, leftward, rightward, leftward, rightward, leftward, rightward, leftward, rightward, leftward and rightward directions from the reference position already set in the robot 20 in addition to the driving of the robot 20 according to the received control signal. Up to the weaving driving in the right direction.
  • At least the robot 20 or the slider 24 among the robot 20 or the slider 24 and the mount 12 described above is provided with the robot 20 or the slider 24 26b, and 26c that measure the inclination of the front, rear, left,
  • the inclination meters 26a, 26b and 26c apply a digital inclinometer so as to easily apply the measurement signal to the control unit 22.
  • the provision of the inclination gauges 26a, 26b and 26c to the mounting portion 12 is to prevent the robot 20 from moving at a predetermined interval against the base materials BM1 and BM2 provided on the mounting portion 12 So as to accurately detect the relative equilibrium.
  • inclination gauges 26a and 26c are provided on the mounting portion 12 and the robot 20
  • the robot 20 can be moved relative to the robot 20 based on the inclination of the mounting portion 12 through the inclinometer 26c so that the robot 20 can move forward,
  • the welding line OWL by the line laser 16 and the detector 18 or the welding information on the weld line WL as a welding result can be accurately obtained by causing the line laser 16 and the detector 18 to move at a slope opposite to the mounting portion 12 through the inclination sensor 26a. To be measured.
  • inclination gauge 26c may be omitted, while inclination gauges 26a and 26b may be horizontally It is possible to measure the tilt of the robot 20 or the slider 24 as a reference.
  • Use of the inclinometers 26a, 26b, and 26c and control of the weaving operation through the use of the inclination gauges 26a, 26b, and 26c can be performed not only in the horizontal direction with respect to the base materials BM1 and BM2, .
  • the inclinometer 26a is mounted on the robot 20 and is mounted on the line laser 16 mounted on the robot 20. More specifically, It is preferable that the first laser light L1 is perpendicular to the mounting portion 12 and the forward and backward traveling directions of the robot 20 are spaced apart from each other.
  • the welding torch 14 is welded to the welding torch 14 at a predetermined interval with respect to the target welding line OWL in accordance with the guidance of the slider 24, , BM2) can be carried out.
  • the above-described robot 20 maintains a predetermined gap with respect to the mounting portion 12 in a state in which the base materials BM1 and BM2 on the mounting portion 12 and the mounting portion 12 are fixed, Rearward, leftward, rightward, and front, rear, left, and right directions so that the laser 16 corresponds to the object welding line OWL.
  • the movement of the slider 24 in conjunction with the movement of the robot 20 before and after the movement of the robot 20 moves left and right and the movement of the slider 24 in the upward and downward directions is the same as that of the laser light 16 of the line laser 16 with respect to the target weld line OWL Correspond to the target weld line (OWL) coordinate value of the detector 18 via the first and second guide plates L1 and L2 and can be driven in the forward, backward, leftward and rightward directions on the basis thereof.
  • the driving of the slider 24 described above not only reduces displacement of the robot 20 provided with the line laser 16 and the detector 18 in the left and right direction but also prevents abrupt movement, The accuracy of measurement of the coordinate value of the target weld line OWL by the line laser 16 and the detector 18 can be enhanced.
  • the horizontal movement of the robot 20 is applied from the start to the end of the welding operation.
  • the process for finding the starting point of the welding, the welding for the other object after the completion of the unit welding And moves up and down with respect to the case where the height or depth of the object portion of the tangential line OWL of the base material BM1 or BM2 is equal to or larger than the up-down displacement displacement of the slider 24 described above.
  • the movement of the robot 20 and the movement of the slider 24 are carried out in such a manner that the size and weight of the mounting portion 12 and the base materials BM1 and BM2 are adjusted by the line laser 16, the detector 18, 14, the slider 24 is provided in a relatively large scale as compared with the robot 20.
  • the slider 24 is moved in the direction indicated by the arrows OWL for the target welding line OWL corresponding to the driving of the mounting portion 12,
  • the welding torch 14 is caused to move in the left and right direction and move up and down so that the welding torch 14 corresponds to the OWL coordinate value of the detector 18 via the laser beams L1 and L2 of the laser 16 .
  • the mounting portion 12 and the robot 20 described above move relative to each other in the forward, backward, left, and right directions while maintaining a predetermined reference gap therebetween.
  • the slider 24 moves along the measurement coordinate value of the detector 18 with respect to the height displacement and the lateral displacement between the base materials BM1 and BM2.
  • This is for solving the problem of simultaneous welding of the base material and measurement of the coordinate value of the welding line with the line laser, the detector, and the welding torch attached to the robot in the prior art.
  • the robot according to the prior art moves and welds while keeping the interval at which the welding torch is set along the target welding line.
  • the line laser and the detector move along with the trajectory of the welding torch according to the movement of the robot
  • the coordinates of the target weld line are measured while moving.
  • the line laser and the detector are performed while the measurement is performed before, after, up, down, left, and right, and the coordinate value data of the target weld line thus measured is the current position But it is difficult to perform the operation.
  • the present invention enables the line laser 16 and the detector 18 to accurately measure the coordinate value data for the target weld line OWL while ensuring a stable positional movement and then the slider 24, To precisely weld the welding torch 14 in correspondence with the coordinate value data for the target weld line OWL.
  • the slider 24 is suitable for driving the weaving machine, and the inclination of the inclination gauges 26a and 26b is determined by the inclinometer 26b with respect to the slider 24. [ So that the control unit 22 can control the inclination of the slider 24.
  • the welding torch 14 will be described as an example of a welding torch for tungsten inert gas welding in the description of the present invention.
  • the welding torch is limited to the tig welding But may be a welding torch used for arc welding, oxygen welding, CO2 welding and metallic inert gas arc welding (MIG).
  • the welding torch 14 of each embodiment is configured to have various types of welding torches 14, 16, 17, 18, 19, 20, Can be applied.
  • the line laser 16 of the above-described configuration is arranged so as to be spaced from the welding point P1 at which welding is performed by the welding torch 14, A first laser beam L1 having a line shape crossing across a target weld line OWL located at a predetermined position and a target weld line OWL positioned at an interval previously set forward again from the first laser beam L1 And crossing across the first laser light L1 and irradiating the second lateral laser light L2 in the form of a line parallel to the first laser light L1.
  • first and second laser beams L1 and L2 are arranged side by side in this way.
  • the detector 18 described above is arranged in the shape of the first and second laser beams L1 and L2 And the coordinate values of the object weld line (OWL).
  • the detector 18 detects the line of the target welding line OWL at the predetermined interval from the welding point P1 via the second laser light L2 irradiated first in front of the welding point P1, So that information such as the welding amount of the coordinate value and the welding position and the welding time according to the coordinate value of the position and the coordinate value position can be measured together with the control unit 22.
  • the detector 18 detects the position of the line of the target welding line OWL through the first laser light L1 having the predetermined gap between the second laser light L2 and the welding point P1, And measures the welding amount of the coordinate value and the position of the coordinate value and the time required for welding according to the coordinate value and the position of the coordinate value position together with the control unit 22 and controls the controller 22 and the second laser light L2 Compared with the measured information, it is possible to check whether the error is corrected or not.
  • the welding information including the coordinate values of the respective welding points P1 through the first and second laser lights L1 and L2 is obtained at an interval with the detector 18 detecting that the first and second laser
  • the first laser light L1 or the second laser light L2 to which the flash generated at the welding point P1 is irradiated is measured at the time of measuring the OWL coordinate value of the target portion through the lights L1 and L2 To compensate for the missing or detection error of the welding information of the corresponding region.
  • the line laser 16 described above has two lines for individually irradiating the robot 20 with the first laser light L1 and the second laser light L2 although not shown in the drawing It is a matter of course. At this time, it is preferable that each of the first and second laser beams L1 and L2 is vertically irradiated between the robot 20 and the mounting portion 12.
  • the above-described line laser 16 may be of a type that simultaneously irradiates two lines of first and second laser beams L1 and L2 with respect to the target weld line OWL in one light source. At this time, any one of the first and second laser lights L1 and L2 is irradiated vertically between the robot 20 and the mounting portion 12, .
  • the light vertically irradiated among the first and second laser lights L1 and L2 is made constant at a predetermined interval with respect to the welding point P1 of the welding torch 14 described above, It is preferable that the first laser light L1 closest to the torch 14 is perpendicular to the robot 20 and the mounting portion 12.
  • any one or more of the first and second laser lights L1 and L2 are inclined with respect to the vertical direction between the robot 20 and the mounting portion 12 means that the robot 20 and the mounting portion 12,
  • the gap between the first and second laser beams L1 and L2 is widened or narrowed corresponding to the case where the laser beams L1 and L2 are widened or narrowed. 20 as the information for confirming the interval between them.
  • the above-described line laser 16 may be configured to simultaneously irradiate longitudinal vertical laser light (L / V) passing through the longitudinal center of each of the first and second laser lights L1 and L2 have.
  • the vertical laser beam L / V is a state in which the center of each of the first and second laser beams L1 and L2 and the welding point P1 to the welding torch 14 are in a straight line , It is possible to check the alignment error through the control value and the measurement value through the measurement on the plane.
  • the vertical laser beam L / V is preferably formed to be relatively short compared with the lengths of the first and second laser beams L1 and L2.
  • the vertical laser beam L / V is controlled so that the center of each of the first and second laser beams L1 and L2 is in a straight line, It is possible to confirm that the alignment between the line laser 16 and the welding torch 14 is wrong and to prevent a measurement error.
  • OWL can measure the horizontal separation distance, and it provides a basis for confirming or correcting the measured value.
  • OWL is a straight line and the robot 20 advances along a straight line to a distance equal to or greater than the distance between the second laser light L2 and the welding point P1, have.
  • the vertical laser light L / V is applied to the welding point P1 of the welding torch 14 and the vertical laser light L /
  • the welding torch 14 for the base materials BM1 and BM2 is formed by aligning the forward direction of the robot 20 and the welding point P1 when the welding torch 14 is irradiated at a flat position of the same height, ) Can be formed.
  • the line laser 16 described above can be applied to not only the target weld line OWL to be welded but also the weld line WL welded by the welding torch 14 to the third laser So that the light L3 can be irradiated.
  • the line laser 16 may be provided to the robot 20 separately from the first and second laser lights L1 and L2.
  • the line laser 16 may be provided in the advancing direction of the robot 20
  • the first and second laser beams L1 and L2 as well as the third laser beam L3 may be irradiated to the first and second laser beams L1 and L2.
  • the detector 18 described above is provided with the first to third laser beams L1, L2 and L3 in the transverse direction and the longitudinal direction, and the angle of the vertical laser beam L / V
  • the coordinates of the target weld line OWL and the welding conditions such as the welding width and depth and the welding amount in the welding target are calculated through the obtained image obtained by photographing, and the welding conditions are applied to the control unit 22 to be stored,
  • the welding torch 14 is moved in correspondence with the coordinates in the course of the welding through the welding wire 14, and at the same time, the right and left movement corresponding to the welding object width and the welding amount, Weaving can be performed at various angles.
  • the coordinate value calculation of the welding target portion by the detector 18 is carried out in such a manner that, as shown in FIG. 2A, at the welding point P1 of the welding torch 14 at the time of irradiation, P2 are recognized as distances according to the movement of the robot 20 and / or the mounting portion 12, and the distance between the first or second laser light L1 or A2 and a3 of the robot 20 are converted into the horizontal distance and depth with reference to the irradiation center P2 at the plane positions of the base materials BM1 and BM2 and the respective inflection points a1, It is recognized as a volume corresponding to the welding amount through the correlation of the movement amount.
  • the detector 18 can calculate the cross sectional area of the welding target portion based on the coordinate values of the inflection points a1, a2 and a3, To provide welding conditions for the execution of the welding by the welding machine.
  • the detector 18 also provides a photographed image of the welding target site and allows the control unit 22 to determine the shape of the welding target portions of the base materials BM1 and BM2 or the rusted portion It is effective to be able to do it.
  • the detector 18 may further comprise a probe (not shown) for determining the presence or absence of paint or rust by electrically contacting the portion to be welded, though not shown in the drawing.
  • the detector 18 may detect the shape of the third laser light L3 corresponding to the welded portion and apply the detected shape to the control unit 22.
  • the control unit 22 compares the data with the already stored data of the shape range of the bead of the welded portion detected by the detector 18 to determine whether or not the weld is defective.
  • the detector 18 described above may be separately provided for discriminating the first and second laser lights L1 and L2 and for discriminating the third laser light L3, respectively. have.
  • the control unit 22 determines the height of the tip of the welding torch 14 with respect to the target weld line OWL of the base materials BM1 and BM2 through the detection data received from the detector 18, The supply of the welding current WR, the angle of the welding rod WR, the welding current WR, the welding current WR, the welding current WR, It is preferable to control various welding conditions including the speed.
  • control unit 22 controls the welding process of the welding torch 14 and the welding result of the welding torch 14 according to the information about the welding site including the target welding line OWL, It is preferable to perform teaching welding that reflects the welding conditions for the welding portions of the same or the same category based on the information.
  • control unit 22 of the present invention stores an image indicating the welding start point and the welding end point which have been set before the start of welding for the base materials BM1 and BM2 in the database DB, The welding start point position is compared with the image obtained through the line laser 16 and the detector 18, and then the welding is performed, and the welding end position is determined to finish the welding.
  • the control unit 22 described above controls the position of the welding start point of the other base materials BM1 and BM2 to be welded with respect to the base materials BM1 and BM2 already set on the mounting unit 12, Data on the coordinates of each welding start point position is also stored in the database DB so that the movement of the welding start point 20 can be rapidly performed.
  • the control unit 22 moves the robot 20 to a position corresponding to the welding start point and extracts the shape of the welding target portion through the line laser 16 and the detector 18 described above,
  • the welding torch 14 is positioned so as to start welding at an accurate welding starting point position in comparison with the welding starting point shape stored in the welding start point DB, and the height of the welding torch 14, the welding amount, the welding width, the welding time, Welding is performed in consideration of welding conditions, and at the same time, the welding end points are traced so that the welding can be finished at the corresponding positions.
  • FIG. 2C is a sectional view showing a state in which the line-shaped light irradiated by the line laser 16 and the line laser 16 is detached from the portion welded by the welding torch 14 to the configuration of FIG. And the detection information is sent to the control unit 22 to cause the control unit 22 to perform a correction operation in the course of the welding operation And thus teaching welding can be performed.
  • control unit 22 of the welding automation system 10 controls the welding torch 14 of the robot 20 with respect to the position of the preformed base materials BM1 and BM2 on the mounting unit 12
  • the robot 20 and / or the mounting portion 12 are moved to the arbitrarily set position so as to be positioned at a sufficient distance (ST100)
  • control unit 22 measures the shape of the welding target area using the line laser 16 and the detector 18, and calculates the shape data obtained from the shape data and the shape data of the welding starting point position stored in the database (DB) To detect the coordinates of the welding start point (ST110)
  • the control unit 22 adjusts the height of the welding torch 14 with respect to the base materials BM1 and BM2 to a predetermined height through the line laser 16 and the detector 18, 16 and the detector 18 and the welding torch 14 and confirms the alignment of the robot 20 among the first and second laser lights L1 and L2 of the line laser 16 at the designated welding start point, Or welding of the welding torch 14 to the welding start point, and then welding and welding the welding torch 14 to the welding start point, (ST120) in which alignment and information are obtained until the tip of the welding rod WR of the welding head
  • control unit 22 does not start the welding immediately at the welding start point, but uses the irradiation center (for example, the center of gravity) to detect the welding condition including the direction of the future welding line OWL P2 to the welding starting point and then moving the robot 20 and / or the mounting portion 12 to move the tip of the welding torch 14, that is, the tip of the welding rod WR to a position corresponding to the welding start point
  • the welding condition including the shape, coordinate value, welding amount, and the like for the OWL line is detected (ST 130)
  • control unit 22 performs welding corresponding to the welding condition through the welding torch 14 from the time when the tip of the welding torch 14 is located at the welding starting point, and detects the welding end point position And a welding execution step B for welding along the object welding line OWL to the welding end point (ST140)
  • control unit 22 controls the welding torch 14 to perform welding corresponding to the temporarily welded portion between the parent materials BM1 and BM2 through the welding information obtained through the detector 18 .
  • the welding path is calculated (ST142), and the welding depth is calculated for each part of the welding path (ST143), and a step (ST144) of moving the slider (24) with respect to the welding path including the calculated welding conditions.
  • control unit 22 grasps the welding shape performed on the welded portion through the detector 18 (ST145) and determines whether or not the welding is normal (ST146)
  • the control unit 22 continuously executes the above process. If it is determined that the weld is defective in the execution procedure, the welding operation is stopped and the welding defect position is calculated (ST147)
  • the control unit 22 moves the robot 20 and / or the mounting unit 12 backward to set the welding conditions through the first and second laser lights L1 and L2, Whether or not rust is present or not is confirmed again through the detector 18 and the re-welding condition is calculated again, and the re-welding condition including the corresponding weaving condition and the angle adjustment of the welding rod WR is calculated (ST148)
  • control unit 22 obtains information on the re-welding condition including the photographing information of the detector 18 while confirming the welding process while performing the re-welding operation, and simultaneously performs the inspection process, And a correction step (b) for storing correction data (teaching condition) and corresponding correction data on future welding conditions for welding target parts in the same or the same category in the future, And re-welding is performed while preventing occurrence of defects (ST149)
  • the control unit 22 continuously detects the welding end point that has been already set through the detector 18 (ST150), receives the detection signal for the welding end point, The welding operation is terminated by stopping the welding of the welding torch 14 to the end point, finishing the welding rod by moving the tip of the welding rod up and down, and performing a crater process (C)
  • control unit 24 slider

Abstract

본 발명은 로봇에 설치하여 제어신호에 따라 장착부 상에 고정된 모재를 용접하는 용접토치; 상기 용접토치의 용접 포인트로부터 이격된 위치의 용접선 부위에 직선 라인 형태의 레이저 광을 조사하는 라인레이저; 이미 설정한 각도에서 용접 대상 부위에 조사되는 라인 형태의 레이저 광의 형상을 촬영 및 검출하는 디텍터; 및 상기 디텍터의 정보를 수신하여 용접 부위를 따라 상기 용접토치가 대응하도록 상기 로봇의 이송과 상기 용접토치의 구동을 제어하는 제어부;를 구비한 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템에 있어서, 상기 용접토치는상기 로봇에 대하여 상하좌우 방향으로 구동하도록 설치한 슬라이더에 그 설치가 이루어지고, 상기 제어부는 모재의 용접 시작점/끝점 부위에 대한 이미 설정한 형상 정보를 저장한 데이터베이스와; 수신한 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보와 상기 데이터베이스의 설정한 형상 정보가 상호 매칭하는지 여부를 판단하면서 상기디텍터의 용접 부위 형상 정보에 상기 용접토치가 설정한 간격으로 대응하도록 상기 용접토치의 이송 좌표, 용접깊이, 용접폭, 용접량, 용접시간을 포함한 용접조건을 구하는 연산부;를 구비하고, 상기 연산부에 의한 이송 좌표에 대응하도록 상기로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 상기 용접토치의 구동을 제어하는 것으로 이루어진다.

Description

용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법
(0001) 본 발명은 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 라인레이저를 이용한 용접 부위의 형상을 검출한 3D 좌표 측정데이터와 이미 제공한 이미지데이터를 비교하여 용접건의 용접 위치 조정은 물론 용접 시작위치의 결정과 변곡점 위치 및 측정 오류의 가능성을 줄임과 동시에 용접 불량에 대한 빠른 보정작업을 수행할 수 있도록 하는 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법에 관한 것이다.
(0002) 일반적으로 용접 작업은 열악한 작업환경으로 인해 노동력 부족과 노령화에 직면하고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 인력을 대체할 수 있는 생산기술의 자동화가 요구된다.
(0003) 상술한 용접 공정의 자동화를 위해서는, 용접선 추적과 용접 부위의 체적을 정확히 계측하여 그에 대응하는 용접을 실시해야 한다.
(0004) 이에 대하여 용접선 추적과 관련한 기술 중에는, 대한민국 공개특허 공보 제10-2009-0055278호(이하, '선행기술'이라 함)에 개시된 바와 같이, 용접선을 따라 라인레이저를 비추고, 해당 용접 부위에 대한 라인레이저의 반사된 형상을 검출하여 용접 부위의 형상 및 용접 부위의 체적을 연산하고, 이를 용접작업에 적용할 수 있도록 하고 있다.
(0005) 하지만, 위의 선행기술을 포함한 종래 기술은, 용접 부위의 검출데이터에 따른 용접 부위로 용접토치를 위치 이동시키며 용접 작업을 실시토록 하는 것이나, 대상물에 대한 용접의 시작점 위치를 작업자가 화상이미지를 통해 확인하고 있으며, 이는 다수 배치의 대상물에 대하여 시행할 경우 각 시작 위치의 확인 작업에 의해 작업시간의 지연이 있고, 정밀도가 떨어지는 문제가 있다.
(0006) 또한, 종래 기술들 중에는 상호 용접 대상인 대상물들을 부분적으로 스폿 용접한 경우가 있으며, 이렇게 스폿 용접한 구간은 이중으로 용접이 시행됨에 의해 용접 부위의 성질 변화 등 용접불량을 야기하고, 스폿 용접 부위에서의 이차용접이 진행될 때를 포함한 용접과정에서 발생한 섬광이 라인레이저의 반사광에 영향을 주어 그 형상 데이터의 오류를 야기하는 등의 문제가 있다.
(0007) 그리고, 종래 기술들은, 넓은 구간의 용접 부위에 대하여 용접이 정상적으로 실시됐는지 확인하기 어렵고, 또 그 검수는 용접 작업을 마친 후 작업자의 확인 작업에 의존할 수 밖에 없다.
(0008) 더불어 종래의 기술에 있어 용접 불량은, 모재에 도료가 있거나 녹이 있으면 용접봉과 모재와의 사이에 접촉저항이 높아서 기동(起動)전류가 발생하지 않아 기동에 실패하거나 전류의 불안정 등에 의해 발생하는 것이고, 이러한 문제를 해결하기 위한 보정 사항이 반영되지 않은 용접작업은 동일 내지 동일 범주의 용접 불량을 반복하는 문제가 있었다.
(0009) 결국, 용접 불량의 확인으로부터 용접 작업을 다시 시행하는 것은, 일차적인 용접 작업을 마치고, 그 검수에 따른 시간과 검수를 마친 이후의 용접 불량을 해소하기 위한 용접 작업의 진행은 작업시간의 지연을 물론 비경제적인 문제를 야기한다.
(0010) (특허문헌 0001) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0055278호 (2009.06.02 공개)
(0011) 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명의 목적은,이미 설정한 형상데이터를 검출한 용접 부위의 형상데이터와 매칭시키는 것으로 각 대상물의 용접 시작 위치가 용접의 변곡점과 용접 끝점 등 용접 작업에 반영토록 하여 정밀도 향상과 작업시간을 줄이도록 하고, 용접과정에서 발생하는 섬광에 대응하여 용접 부위의 형상 검출ㄹ에 대한 오류를 방지하도록 하며, 용접 작업을 시행한 용접 부위의 정상 여부의 판단 및 용접 불량을 확인에 따른 용접 보정작업까지 시행할 수 있도록 하여 용접 작업의 신뢰도를 높이도록 하는 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 및 이를 이용한 용접 방법을 제공함에 있다.
(0012) 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템의 특징적 구성은, 로봇에 설치하여 제어신호에 따라 장착부 상에 고정된 모재를 용접하는 용접토치; 상기 용접토치의 용접 포인트로부터 이격된 위치의 용접선 부위에 직선 라인 형태의 레이저 광을 조사하는 라인레이저; 이미 설정한 각도에서용접 대상 부위에 조사되는 라인 형태의 레이저광의 형상을 촬영 및 검출하는 디텍터; 및 상기 디텍터의 정보를 수신하여 용접 부위를 따라 상기 용접토치가 대응하도록 상기 로봇의 이송과 상기 용접토치의 구동을 제어하는 제어부;를 구비한 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템에 있어서, 상기 용접토치는 상기 로봇에 대하여 상화좌우 방향으로 구동하도록 설치한 슬라이더에 그 설치가 이루어지고, 상기 제어부는 모재의 용접 시작점/끝점 부위에 대한 이미 설정한 형상 정보를 저장한 데이터베이스와; 수신한 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보와 상기 데이터베이스의 설정한 형상 정보가 상호 매칭하는지 여부를 판단하면서 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보에 상기 용접토치가 설정한 간격으로 대응하도록 상기 용접토치의 이송 좌표, 용접깊이, 용접폭, 용접량, 용접시간을 포함한 용접조건을 구하는 연산부;를 구비하고, 상기 연산부에 의한 이송 좌표에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 상기 용접토치의 구동을 제어하는 것으로 이루어진다.
(0013) 또한, 상기 라인레이저는 상기 용접토치의 용접 포인트에서 이격된 전방 위치의 용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제2레이저광과, 상기 제2레이저광과 용접 포인트 사이의 대상용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제1레이저광을 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0014) 그리고, 상기 라인레이저는 평면상에 조사하는 제1, 2레이저광이 상호 평행하도록 하고, 제1, 2레이저광의 각 중심이 용접 포인트와 함께 상호 간격을 둔 일직선상에 있도록 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0015) 또한, 상기 디텍터는 상기, 라인레이저의 제1, 2레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며, 상기 제어부는 상기 디텍터로부터 수신한 각각의 검출 데이터를 통해 각 위치의 대상용접선에 대한 상기용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접시행조건에 대응하도록 각 구성의 구동을 제어토록 함이 바랍직하다.
(0016) 더불어, 상기 라인레이저는 상기 용접토치 후방의 이격된 위치에 용접을 시행한 부위에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제3레이저광을 조사하는 것으로 이루어지고, 상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2, 3레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며, 상기 이미지 데이터베이스는 용접결과에 대응하여 이미 설정한 정상적인 용접형상 범위에 대한 이미지 정보를 저장하고, 상기 제어부는 상기 이미지 데이터베이스와 상기 디텍터로부터 수신한 검출 데이터를 통해 모재의 용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 향향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접조건에 대응하는 각 구성의 구동을 제어하고, 용접결과에 대한 정보를 상기 이미지 데이터베이스의 용접형상 범위의 이미지 정보와 대비하여 용접불량 여부를 판단하고, 용접불량에 대하여 보정작업의 정보를 연산 및 저장하고, 이들 정보를 기초하여 보정작업을 시행토록 하며, 동일내지 동일 범주의 용접 부위에 대하여 용접 조건을 반영한 티칭용접을 시행하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0017) 그리고, 상기 로봇 EH는 상기 슬라이더는 전후좌우 방향의 설정 각도록 위빙 구동하는 것으로 이루어지고, 상기 로봇 또는 상기 슬라이더에는 경사계를 더 설치하고, 상기 제어부는 상기 경사계의 신호를 수신하여 상기 디텍터를 통해 검출한 용접조건에 대응하는 대상용접선 또는 용접결과에 따른 용접선에 대하여 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 위빙 각도를 제어하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0018) 한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용접 방법은, 상기 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고, 상기라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를 추적하는 준비단계(A); 추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미 설정한 간격 높이에 있도록 조정하며, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에서 용접토치와 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까기 이동시키며 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 정력 및 정보수집단계(B); 상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용접조건의 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C); 및 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(D);를 포함하여 이루어진다.
(0019) 또한, 상기 용접단계(C)에서 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접이 시행된 용접결과물의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 용접결과의 형상정보를 수집하는 단계(a)와; 수득하는 용접결과의 형상정보를 통해 용접의 정상 여부를 판단 하는 단계(b);를 병행 수행하고, 상기(b)단계에서 용접 불량의 판단에서 상기 용접토치의 용접 시행을 중단하는 단계(b-1)와; 상기 라인레이저와 디텍터를 이동시켜 용접이 시행된 부위까지의 용접부위 정보를 추가 수집하는 단계(b-2)와; 용접 부위 정보에 따른 용접 불량의 정도와 위빙 작업을 포함한 보정 조건을 구하는 측정하는 단계(b-3); 및 상기 라인레이저와 디텍터 및 용접토치를 후퇴 이동시켜 용접 불량 부위에 대응하여 측정한 보정 조건에 대응하여 용접을 보정하는 단계(b-4);를 더 포함함이 바람직하다.
(0020) 그리고, 상기 (b)단계에서 용접 불량의 판단에서 상기 용접토치의 용접 시행을 중단하는 단계(b-1)와; 상기 라인레이저와 디텍터를 이동시켜 용접이 시행된 부위까지의 용접부위 정보를 추가 수집하는 단계(b-2)와;용접부위 정보에 따른 용접 불량의 정도와 위빙 작업을 포함한 보정 조건을 구하는 측정단계(b-3);및 상기 라인레이저와 디텍터 및 용접토치를 후퇴 이동시켜 용접 불량 부위에 대응하여 측정한 보정 조건에 대응하여 용접 보정을 시행하는 보정단계(b-4);를 더 포함함이 바람직하다.
(0021) 이에 더하여 상기 로봇 또는 슬라이더에 경사계를 설치하고, 상기 제어부는 상기 경사계와 디텍터의 정보를 수신하여 상기 로봇 또는 슬라이더의 위빙 구동을 제어하도록 한 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고, 상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를 추적하는 준비단계(A'); 추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미 설정한 간격 높이에 있도록 조정하고, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며, 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 정렬 및 정보수집단계(B'); 상기 정렬 및 정보수집단계 (B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용접봉 공급과 더불이 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용접조건에 따라 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 기울기를 조절하며 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C'); 및 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(D');를 포함하여 이루어질 수 있다.
(0022) 상기한 본 발명의 구성에 의하면, 라인레이저와 디텍터러 추출한 용접 부위 형상 정보를 이용하여 이미 설정한 용접 시작점 형상 부위를 찾고, 용접 시작점 위치와 이를 기준으로 한 대상 용접 부위를 추적하여 용접을 시행토록 하며, 용접의 시행을 이미 설정한 용접 끝점에 대한 형상 부위의 추적으로부터 매칭하는 부위까지 용접을 시행함으로써 다수 배치의 모재에 대한 신속한 용접 자동화와 그에 따른 용접 정밀도를 높이는 효과가 있다.
(0023) 또한, 본 발명의 구성에 의하면, 하나의 라인레이저와 디텍터를 이용하여 용접 부위에 대하여 간격을 두고 이중의 검출을 수행함으로써 용접 수행에따른 섬광의 영향을 최소화함과 동시에 그에 따른 용접 부위의 형상과 용접 포인트의 위치를 보완하여 정확하게 측정할 수 있어 용접 자동화의 정밀도를 높이는 효과가 있다.
(0024) 그리고, 본 발명의 구성에 의하면, 용접을 시행한 부위에 대한 용접불량 여부를 확인하고, 용접불량의 보정까지 용접 과정에서 시행토록 함으로써 용접 품질의 신뢰도를 높이고, 그 보정 정보의 저장과 활용으로 동일범주의 문제 부위에 대한 용접 조건을 보정하여 시행할 수 있도록 함으로써 확인 작업과 용접의 재시행 등을 포함한 번거로움과 작업시간을 줄이는 효과가 있다.
(0025) 도 1은 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템 구성 및 이들 구성에 따른 작동관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2a와 도 2b는 대상용접선에 대한 라인레이저와 라인레이저로부터 조사된 레이저광을 통해 정보를 검출하는 관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 변형실시예에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 나타낸 측면도이다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접자동화시스템을 이용하는 순서도이다.
(0026) 본 발명의 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
(0027) 또한, 본 발명의 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은,본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들은 본 발명의 청구범위에 귀속될 수 있음을 이해해야 한다.
(0028) 그리고, 본 발명의 설명에 있어, 전방 또는 전방부의 표현은 용접토치가 용접을 시행하는 용접 포인트 위치에서 앞으로 용접을 시행하기 위한 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하고, 후방 또는 후방부의 표현은 용접포인트를 기준으로 전방 또는 전방부와 반대인 방향 또는 그 방향에 있는 부위를 지칭하는 것으로 하여 설명하기로 한다.
(0029) 더불어 본 발명의 설명에 있어, 상측의 표현은 장착부에 대향하여 로봇의 간격이 벌어지는 방향을 기준으로 하여 설명하겠고, 하측의 표현은 장착부에 대향하여 로봇의 간격이 좁혀지는 방향을 기준으로 하여 설명하기로 한다.
(0030) 이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
(0031) 본 발명에 따른 용접부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템(10)은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 로봇(20)에 설치가 이루어져용접 포인트(P1)에서 이격 위치한 전방의 대상용접선(OWL)을 가로지르는 라인 형태의 레이저광(L1, L2)을 조사하는 라인레이저(16)와, 로봇(20)에 이미 설정한 각도로 설치하여 조사된 레이저광(L1,L2) 형상을 촬영하는 것으로부터 용접 포인트 (P1)의 좌표값을 연속하여 측정할 수 있도록 정보를 추출하는 디텍터(18)와, 라인레이저(16) 후방의 로봇(20)에 설치되어 제어신호의 수신으로부터 상하좌우 방향으로 이동하는 슬라이더(24)와, 슬라이더(24)에 설치되어 제어신호의 수신에 따라 장착부(12)에 놓여 대응하는 모재(BM1, BM2)를 용접하는 용접토치(14) 및 용접의 시작점 형상과 용접의 변곡점 또는 용접 끝점에 대한 형상정보 및 디텍터(18)의 측정좌표값 정보를 저장하고, 시작점 형상과 용접의 변곡점 또는 용접 끝점의 형상 및연속하는 측정 좌표값에 용접토치(14)가 대응하도록 장착부(12) 또는 로봇(20)의 이동 위치를 기준으로 슬라이더(24)의 이동을 제어하는 제어부(22)를 구비하여 이루어진다.
(0032) 여기서, 로봇(20)은 제어부(22)의 제어신호를 수신하여 모재(BM1, BM2)의 대상용접선(OWL)을 따라 설치한 라인레이저(16) 및 디텍터(18)와 함께 상,하, 전, 후, 좌, 우 이동 또는 용접 포인트(P1)를 기준으로 전, 후, 좌, 우 방향으로의 위빙 구동 및 방향전환을 위한 회전 구동까지 수행하는 것으로 이루질 수 있다.
(0033) 또한, 슬라이더(24)는 수신한 제어신호에 따라 로봇(20)의 구동에 더하여 로봇(20) 중 이미 설정한 기준 위치로부터 상, 하, 좌, 우 이동 및 전, 후,좌, 우 방향으로의 위빙 구동까지 수행하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0034) 그리고, 상술한 로봇(20) 또는 슬라이더(24) 및 장착부(12) 중 적어도 로봇(20) 또는 슬라이더(24)에는, 이미 설정한 방향 기준을 기준으로 로봇(20)또는 슬라이더(24)의 전, 후, 좌, 우 방향 기울기를 측정하는 경사계(26a, 26b, 26c)를 더 구비한 것으로 이루어질 수 있다.
(0035) 이러한 경사계(26a, 26b, 26c)는 그 측정신호를 제어부(22)에 인가하기 용이하도록 디지털 경사계를 적용함이 바람직하다.
(0036) 여기서, 상술한 경사계(26a, 26b, 26c) 중 장착부(12)에 설치토록 하는 것은, 장착부(12)에 설치한 모재(BM1, BM2)에 대향하여 로봇(20)이 일정한 간격을 유지토록 상대적 평형을 정확하게 감지하기 위한 것이다.
(0037) 즉, 장착부(12)와 로봇(20)에 각각 경사계(26a, 26c)를 설치한 경우의 일 예는, 장착부(12)가 기울어진 상태로 놓일 때에, 로봇(20)으로 하여금 장착부(12)의 기울어진 각도에 대향하여 일정한 간격을 유지하며 전, 후, 좌, 우 이동할 수 있도록 하기 위한 것으로, 경사계(26c)를 통한 장착부(12)의 기울기를 기준하여 상대적으로 로봇(20)도 경사계(26a)를 통해 장착부(12)와 대향하는 기울기로이동하게 함으로써 라인레이저(16)와 디텍터(18)에 의한 대상용접선(OWL) 또는 용접결과인 용접선(WL)에 대한 용접정보를 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위한 것이다.
(0038) 만약, 장착부(12)가 수평으로 정렬 고정된 상태에 있을 때에는, 장착부(12)에 대한 경사계(26c)의 설치는 생략하여도 무방하고, 이에 대하여 경사계(26a, 26b)는 수평을 기준으로 하여 로봇(20) 또는 슬라이더(24)의 기울기를 측정하도록 할 수 있는 것이다.
(0039) 따라서, 장착부(12), 로봇(20), 슬라이더(24) 중 어느 하나에 경사계를 설치할 경우에는, 슬라이더(24)에 설치함이 가장 바람직하다고 할 것이다.
(0040) 이와 같이 경사계(26a, 26b, 26c)의 이용과 이를 통한 위빙 구동의제어는 모재(BM1, BM2)에 대하여 수평 방향으로만 용접하는 것이 아니라 작업자가용접하듯이 전 자세로 용점이 가능하도록 한다.
(0041) 그리고, 로봇(20)에 대한 경사계(26a)의 설치는 로봇(20)에 설치가이루어진 라인레이저(16)에 대하여 설치하고, 더욱 상세하게는 장착부(12)와 로봇 (20) 사이에서 수직인 제1레이저광(L1)과 장착부(12)에 대하여 간격을 유지하며 전후진 하는 로봇(20)의 전후진 진행 방향을 기준으로 설치함이 바람직하다.
(0042) 이로부터 용접토치(14)는 그 하측 선단이 슬라이더(24)의 안내에 따라 대상용접선(OWL)에 대하여 이미 설정한 간격을 두고 대응하며 인가되는 제어신호에 따라 대상 위치의 모재(BM1, BM2)에 대한 용접을 시행할 수 있는 상태를 이룬다.
(0043) 즉, 상술한 로봇(20)은, 장착부(12)와 장착부(12) 상의 모재(BM1, BM2)가 고정 위치한 상태에서, 장착부(12)에 대하여 이미 설정한 간격을 유지하며,라인레이저(16)가 대상용접선(OWL)을 따라 대응하도록 전, 후, 좌, 우 이동 및 전,후, 좌, 우 방향으로 위빙 구동하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0044) 또한, 슬라이더(24)는 로봇(20)의 전, 후 이동에 연동하지만, 좌, 우 방향 이동과 상, 하 방향 이동은 대상용접선(OWL)에 대한 라인레이저(16)의 레이저광(L1, L2)을 통한 디텍터(18)의 대상용접선(OWL) 좌표값에 대응하고, 이를 기초하여 전, 후, 좌, 우 방향으로 위빙 구동하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0045) 더불어 상술한 슬라이더(24)의 구동은 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 설치한 로봇(20)의 좌우 방향 이동의 변위를 줄일 뿐 아니라 급격한 이동을 방지함으로써 더욱 안정적인 이동에 따라 라인레이저(16)와 디텍터(18)에 의한 대상용접선(OWL)의 좌표값 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
(0046) 여기서, 로봇(20)의 수평 방향 이동은, 용접 작업을 시작하여 종료하기까지에 적용되는 것이고, 기본적으로 용접의 시작점 위치를 찾기 위한 과정, 단위 용접을 마친 후 다른 대상의 용접을 위해 이동하는 과정 및 모재(BM1, BM2)의대상용접선(OWL)의 대상 부위 높이 또는 깊이가 상술한 슬라이더(24)의 상하 이동변위 이상일 경우에 대하여 상하 이동하는 구성으로 이루어질 수 있다.
(0047) 이와 같이 로봇(20)의 이동과 슬라이더(24)의 이동은, 장착부(12)와모재(BM1, BM2)의 크기 및 중량이 라인레이저(16)와 디텍터(18)와 용접토치(14)를설치한 슬라이더(24)를 포함한 로봇(20)에 비교하여 상대적으로 큰 규모일 때에 적용하기 위한 것이다.
(0048) 반면, 모재(BM1, BM2)를 포함한 장착부(12)의 크기 및 중량이 상술한 로봇(20)에 비교하여 경량이고, 그 작동이 더 용이한 경우는, 상술한 로봇(20)의 구동을 대신하여 장착부(12)가 후진 또는 전진 이동과 좌, 우 방향으로 슬라이딩 이동하게 하고, 이때에도 상술한 슬라이더(24)는 장착부(12)의 구동에 대응한 대상용접선(OWL)에 대한 라인레이저(16)의 레이저광(L1, L2)을 통한 디텍터(18)의대상용접선(OWL) 좌표값에 용접토치(14)가 대응하도록 좌, 우 방향 이동과 상, 하방향 이동하게 하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0049) 여기서, 상술한 장착부(12)와 로봇(20)은 상호 간에 이미 설정한 기준 간격을 유지하는 상태에서 상대적인 전, 후, 좌, 우 방향으로 이동하는 것이고,대상용접선(OWL)에 대한 모재(BM1, BM2) 간의 높이 변위와 좌우 변위에 대하여 슬라이더(24)가 디텍터(18)의 측정 좌표값을 따라 이동하는 것이다.
(0050) 이것은 종래 기술에 있어, 로봇에 라인레이저와 디텍터 및 용접토치가 함께 장착된 상태로 모재에 대한 용접과 대상용접선의 좌표값 측정을 동시에 시행함에 따른 문제점을 해소하기 위한 것이다.
(0051) 이에 대하여 예시하자면, 종래 기술의 로봇은 대상용접선을 따라 용접토치를 설정한 간격을 유지하며 이동과 용접을 시행하고, 이때 라인레이저와 디텍터는 로봇의 이동에 따라 용접토치의 궤적과 함께 이동하면서 대상용접선의 좌표값을 측정하게 된다.
(0052) 즉, 종래 기술에 있어, 라인레이저와 디텍터는 그 측정이 전, 후,상, 하, 좌, 우 이동을 하면서 이루어지고, 이렇게 측정된 대상용접선의 좌표값 데이터는 용접토치의 현재 위치를 기준으로 변환해야 하지만 그 연산이 어려움이 있다.
(0053) 부연하자면, 종래의 대상용접선의 좌표값 측정은 오류 가능성과 측정된 좌표값을 용접토치에 대응하도록 변환하는 작업이 어려우며, 용접토치의 용접과정에서 발생한 섬광이 라인레이저의 레이저광을 왜곡시켜 측정 오류를 유발할 수있으며, 해당 대상용럽선에 대한 용접량과 그에 따른 용접시간 등을 정확하게 측정하기 어려운 문제가 있어 현실적으로 용접 자동화에 적용할 수 없었다.
(0054) 따라서, 본 발명은 라인레이저(16)와 디텍터(18)로 하여금 안정적인위치 이동이 이루어지도록 하면서 대상용접선(OWL)에 대한 좌표값 데이터를 정확하게 측정할 수 있도록 하고, 이어서 슬라이더(24)를 통해 대상용접선(OWL)에 대한 좌표값 데이터에 대응하여 용접토치(14)의 정확한 용접을 시행할 수 있도록 하기 위한 것이다.
(0055) 이러한 이유로 상술한 로봇(20)과 슬라이더(24) 중 위빙 구동은 슬라이더(24)가 적합하고, 이에 따른 경사계(26a, 26b) 중 그 설치는 슬라이더(24)에대한 경사계(26b)를 설치하여 제어부(22)로 하여금 슬라이디(24)의 기울기를 제어할 수 있도록 함이 바람직하다.
(0056) 상술한 구성 중 용접토치(14)는 본 발명의 설명에 있어, 티그용접 (Tungsten Inert Gas Welding)용 용접토치를 일 예로 하여 설명하겠으나, 본 발명에서 용접토치는 티그용접에 한정하는 것이 아니라 아크용접, 산소용접, CO2용접 및 미그용접(MIG:metallic inert gas arc welding)에 사용되는 용접토치 일 수 있다.
(0057) 즉, 각 실시의 용접토치(14)는 제어부(22)의 제어신호에 의해 대응하는 모재(BM1, BM2)에 대한 용접의 실시 조건과 더불어 용접 수행이 제어될 수 있도록 하는 다양한 형태의 것이 적용될 수 있다.
(0058) 한편, 상술한 구성 중 라인레이저(16)는, 도 1과 도 2a에 도시한 바와 같이, 용접토치(14)에 의해 용접이 이루어지는 용접 포인트(P1)로부터 전방으로이미 설정한 간격 두고 위치한 대상용접선(OWL)에 가로질러 교차하는 라인 형상의가로 방향 제1레이저광(L1)과, 제1레이저광(L1)으로부터 다시 전방으로 이미 설정한 간격을 두고 위치한 대상용접선(OWL)에 가로질러 교차하고, 제1레이저광(L1)과나란한 라인 형상의 가로 방향 제2레이저광(L2)을 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0059) 이와 같이 제1, 2레이저광(L1, L2)을 상호 나란하게 배치한 것은, 상술한 디텍터(18)가 각각 조사된 제1, 2레이저광(L1, L2)의 형상을 통해 각각 해당 대상용접선(OWL)의 좌표값 등의 정보를 이중으로 측정하게 한 것이다.
(0060) 즉, 디텍터(18)는 용접 포인트(P1)를 기준으로 제일 앞에 조사된 제2레이저광(L2)을 통해 용접 포인트(P1)로부터 이미 정해진 간격에 있는 대상용접라인(OWL)의 라인 형상을 측정하여 제어부(22)와 더불어 해당 위치의 좌표값과 좌표값 위치의 용접량 및 그에 따른 용접에 소요되는 시간 등의 정보를 측정할 수 있도록 한다.
(0061) 또한, 디텍터(18)는 제2레이저광(L2)과 용접 포인트(P1)로부터 그사이의 이미 설정한 간격을 둔 제1레이저광(L1)을 통해 해당 대상용접라인(OWL)의 라인 형상을 측정하여 제어부(22)와 더불어 해당 위치의 좌표값과 좌표값 위치의 용접량 및 그에 따른 용접에 소요되는 시간을 측정하여 제어부(22)와 더불어 앞의제2레이저광(L2)을 통해 측정한 정보와 비교하여 그 오류 내지 보정 여부를 확인할수 있도록 한다.
(0062) 무엇보다도 제1, 2레이저광(L1, L2)을 통해 각각의 용접 포인트(P1)좌표값을 포함한 용접 정보를 간격을 두고 이중으로 구하는 것은, 디텍터(18)가 제1, 2레이저광(L1, L2)을 통한 해당 부위의 대상용접선(OWL) 좌표값을 측정함에 있어, 용접 포인트(P1)에서 발생한 섬광이 조사되는 제1레이저광(L1) 또는 제2레이저광(L2)을 왜곡시켜 해당 부위의 용접 정보의 검출을 누락 또는 검출 오류를 보완하기 위한 것이다.
(0063) 여기서, 상술한 라인레이저(16)는, 비록 도면에 도시하지 않았으나,로봇(20)에 대하여 제1레이저광(L1)과 제2레이저광(L2)을 각각 개별적으로 조사하는 두 개로 구성할 수 있음은 당연하다. 이때 각각의 제1, 2레이저광(L1, L2)은 로봇(20)과 장착부(12) 사이에서 수직으로 조사되게 함이 바람직하다.
(0064) 한편, 상술한 라인레이저(16)는 하나의 광원에서 대상용접선(OWL)에대하여 두 줄기의 제1, 2레이저광(L1, L2)을 동시에 조사하는 형태의 것일 수 있다. 이때, 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 어느 하나는 로봇(20)과 장착부(12) 사이에서 수직으로 조사되고, 다른 하나는 수직인 어느 하나에 대하여 이미 설정한 각도로 조사되게 할 수 있다.
(0065) 여기서, 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 수직으로 조사되는 광은 상술한용접토치(14)의 용접 포인트(P1)에 대하여 이미 설정한 간격으로 일정하도록 하고,이에 대하여 용접토치(14)에 가장 근접한 제1레이저광(L1)을 로봇(20)과 장착부(12) 사이에서 수직하도록 함이 바람직하다.
(0066) 또한, 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 어느 하나 이상이 로봇(20)과 장착부(12) 사이의 수직 방향에 대하여 경사를 이루는 것은, 로봇(20)과 장착부(12)사이가 벌어지거나 좁혀질 경우에 대응하여 제1, 2레이저광(L1, L2) 상호 간의 간격이 넓어지거나 좁아지고, 이러한 상호 간의 간격 변화는 디텍터(18)를 통해 장착부(12)에 대하여 로봇(20) 사이의 간격을 확인하는 정보로 활용할 수 있다.
(0067) 이에 더하여 상술한 라인레이저(16)는 제1, 2레이저광(L1, L2) 각각의 길이 방향 중심을 교차하여 지나는 세로 방향 수직레이저광(L/V)을 동시에 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0068) 이러한 수직 레이저광(L/V)은, 상술한 제1, 2레이저광(L1, L2)의 각중심과 용접토치(14)에 대한 용접 포인트(P1)가 일직선상에 있도록 한 상태에서, 이에 대하여 평면상에서의 측정을 통해 제어값과 측정값을 통한 정렬의 오차를 확인할 수 있도록 하는 것이다.
(0069) 이때, 수직 레이저광(L/V)은, 제1, 2레이저광(L1, L2)의 길이에 비교하여 상대적으로 짧게 형성함이 바람직하다.
(0070) 즉, 수직 레이저광(L/V)은, 용접 포인트(P1)와 제1, 2레이저광(L1, L2)의 각 중심이 일직선상에 있도록 제어한 상태에서 그 측정값이 일직선상에 없는경우, 라인레이저(16)와 용접토치(14)의 정렬이 틀어진 것을 확인할 수 있어, 측정오차를 방지하기 위한 것이며, 더불어 제1, 2레이저광(L1, L2)의 중심에 대하여 대상용접선(OWL)이 가로 방향 이격 거리는 측정할 수 있어 측정값을 확인 내지 보정할 수 있는 근거를 제시한다.
(0071) 부연하자면 가로 방향과 세로 방향인 제1, 2레이저광(L1, L2)과 수직 레이저광(L/V)이 만나는 레이저광 조사의 각 중심(P2, P2')은, 대상용접선(OWL)이 직선이고 이에 대하여 로봇(20)이 일직선을 따라 제2레이저광(L2)과 용접 포인트(P1)가 이루는 간격 이상의 거리로 전진하는 경우에 대응하여, 용접 포인트(P1)와 일직선상에 있다.
(0072) 또한, 라인레이저(16)는 로봇(20)의 전진 방향에 대하여 측면에 위치하게 설치할 수 있으며, 이때 수직 레이저광(L/V)은 용접토치(14)의 용접 포인트(P1)와 동일 높이의 평면 위치에 조사될 때에 로봇(20)의 전진 방향과 용접 포인트(P1)에 대하여 일직선상에 놓이므로, 이를 일직선상에 있도록 조절하는 것으로 모재(BM1, BM2)에 대한 용접토치(14)의 높이를 설정하는 조건으로 형성할 수 있다.
(0073) 상술한 라인레이저(16)는, 용접 대상인 대상용접선(OWL) 뿐 아니라용접토치(14)에 의해 용접이 이루어진 용접선(WL)에 대하여도 용접선(WL)을 가로지르는 형상의 제3레이저광(L3)을 조사토록 할 수 있다.
(0074) 이때 라인레이저(16)는 제1, 2레이저광(L1, L2)을 조사하는 것과는별도의 것으로 로봇(20)에 설치하는 구성으로 이루어질 수 있고, 또는 로봇(20)의전진 방향에 대하여 측면에 위치하게 설치하는 것으로 제1, 2레이저광(L1, L2) 뿐아니라 제3레이저광(L3)까지 조사하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0075) 한편, 상술한 디텍터(18)는 가로 방향과 세로 방향인 제1~3레이저광 (L1, L2, L3)과 이들 각각의 수직 레이저광(L/V)에 대하여 이미 설정한 각도로 촬영하여 얻은 수득 이미지를 통해 대상용접선(OWL)의 좌표와 그 좌표에서의 용접 대상폭과 깊이 및 용접량 등의 용접조건을 산출하며, 이것을 제어부(22)에 인가하여저장토록 하며, 추후 용접토치(14)를 통한 용접의 진행과정에서 용접토치(14)를 해당 좌표에 대응하여 이동시키도록 함과 동시에 용접 대상폭과 용접량에 대응하는 좌우 이동과 용접시간 및 용접조건에 대응하여 폭 방향의 다양한 각도로 위빙 (weaving) 작업까지 수행할 수 있도록 한다.
(0076) 여기서, 디텍터(18)에 의한 용접 대상 부위의 좌표값 산출은, 도 2a에서 참조되는 바와 같이, 조사 당시의 용접토치(14)의 용접 포인트(P1) 위치에서직선 위치인 조사 중심(P2)까지의 사이 간격이 이미 설정한 간격으로 이루어지고,이 간격은 로봇(20) 및/또는 장착부(12)의 이동에 따른 거리로 인식되며, 또 가로방향 제1 or 2레이저광(L1 or L2)의 각 변곡점(a1, a2, a3)은 모재(BM1, BM2)의 평면 위치에서의 조사 중심(P2)을 기준으로 각각 가로 방향 이격 거리와 깊이로 환산되어 해당 위치와 로봇(20)의 이동량의 상관관계를 통해 용접량에 상응하는 체적으로 인식되는 것이다.
(0077) 이에 따라 디텍터(18)는, 제어부(22)로 하여금 각 변곡점(a1, a2, a3)의 좌표값을 기초하여 해당 용접 대상 부위의 단면적으로 산출할 수 있도록 하는 것으로 향후 용접토치(14)에 의한 용접의 시행에 대한 용접조건을 제공하는 것이라 할 수 있다.
(0078) 또한, 디텍터(18)는, 용접 대상 부위에 대한 촬영 이미지를 함께 제공하며, 제어부(22)로 하여금 모재(BM1, BM2)의 용접 대상 부위 중 도료가 묻은 형태 또는 녹이 있는 부위를 판별할 수 있도록 함이 효과적이다.
(0079) 이에 더하여 디텍터(18)는, 비록 도면에 도시하지 않았으나, 용접 대상 부위에 대하여 전기적으로 접촉하여 도료 또는 녹의 유무를 판별하는 프로브(도시 안됨)를 더 구비한 것으로 이루어질 수도 있는 것이다.
(0080) 그리고, 디텍터(18)는, 용접이 이루어진 부위에 대응하는 제3레이저광(L3)에 대하여 용접이 이루어진 형상을 검출하고, 이를 제어부(22)에 인가하는 것으로 이루어질 수 있다.
(0081) 이를 통해 제어부(22)는 디텍터(18)에 의해 검출한 용접이 이루어진부위의 비드(bead)의 형상 범위에 대한 이미 저장한 데이터와 비교하여 용접 불량여부를 판단한다.
(0082) 이에 더하여, 상술한 디텍터(18)는, 제1, 2레이저광(L1, L2)을 판별하기 위한 것과 제3레이저광(L3)을 판별하기 위한 것으로 구분하여 각각 설치하는것으로 이루어질 수 있다.
(0083) 이상의 구성에 대응하는 제어부(22)는, 디텍터(18)로부터 수신한 각검출 데이터를 통해 모재(BM1, BM2)의 대상용접선(OWL)에 대한 용접토치(14) 선단의 높이, 전, 후, 좌, 우 방향 위치에 대하여 로봇(20) 및/또는 장착부(12)의 이동과 이동시간 제어 및 용접전류, 전압 이너트 가스 공급량, 용접봉(WR)의 각도, 용접봉(WR)의 공급속도를 포함한 각종 용접조건을 제어하도록 함이 바람직하다.
(0084) 더불어, 제어부(22)는 대상용접선(OWL)을 포함한 용접 부위에 대한정보와 그에 따른 용접토치(14)의 용접과정과 그 용접결과에 대한 정보 및 용접결과 중 용접불량에 대하여 위빙 처리를 포함한 보정작업의 정보를 저장하고, 이들 정보를 기초하여 동일 내지 동일 범주의 용접 부위에 대하여 용접 조건을 반영한 티칭용접을 시행토록 함이 바람직하다.
(0085) 특히 본 발명에서의 제어부(22)는 모재(BM1, BM2)에 대한 용접을 시작하기 전에 이미 설정한 용접의 시작점과 용접 끝점을 지시하는 이미지를 데이터베이스(DB)에 저장하고, 상술한 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 통해 수득한 이미지와 비교하여 용접 시작점 위치를 추적토록 한 후 용접을 시행토록 하고, 또 용접종료 위치를 결정하여 용접을 마무리 할 수 있도록 한다.
(0086) 상술한 제어부(22)는 장착부(12) 상의 이미 설정하여 놓이는 모재 (BM1, BM2)에 대하여, 또는 용접 끝점에서 연속하는 다른 용접 대상 모재(BM1, BM2)의 용접 시작점 위치에 대하여 로봇(20)의 이동을 빠르게 진행할 수 있도록 각용접 시작점 위치의 좌표에 대한 데이터 또한 데이터베이스(DB)에 저장한다.
(0087) 이를 통해 제어부(22)는 로봇(20)을 용접 시작점에 대응하는 위치로이동시킨 후 상술한 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 통해 해당 용접 대상 부위의 형상을 추출하고, 데이터베이스(DB)에 저장된 용접 시작점 형상과 비교하여 정확한용접 시작점 위치에서 용접이 시작되도록 용접토치(14)를 위치시키고 용접토치(1 4)의 높이와 용접량과 용접폭과 용접시간 및 용접각도 등의 용접조건을 고려하여 용접을 시행하고, 이와 동시에 용접 끝점을 추적하여 대응하는 위치에서 용접을 마무리 할 수 있도록 한다.
(0088) 한편, 도 2c는 도 2a의 구성에 용접토치(14)에 의해 용접이 이루어진 부위에 대하여 별도의 라인레이저(16)와 라인레이저(16)에 의해 조사된 라인 형태의 광을 디텍팅하는 별도의 디텍터(18)을 부가 설치하여 용접이 이루어진 부위에대하여 그 불량 여부를 판독하기 위한 것이고, 이에 대한 검출정보를 제어부(22)에인가하여 제어부(22)로 하여금 용접작업 과정에서 보정 작업과 그에 따른 티칭용접이 가능하도록 하기 위한 것임을 알 수 있다.
(0089) 이하에서는 이상에서 살펴본 본 발명에 따른 용접 부위 형상과 3D좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템을 이용한 용접 과정을 살펴보기로 한다.
(0090) 먼저, 본 발명에 따른 용접 자동화시스템(10)의 제어부(22)는, 장착부(12) 상의 이미 설정한 모재(BM1, BM2) 위치에 대하여 로봇(20)의 용접토치(14)가 충분한 간격을 두고 위치하도록 로봇(20) 및/또는 장착부(12)를 임의로 설정한위치로 이동시킨다(ST100)
(0091) 이러한 과정에서 제어부(22)는 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 이용하여 용접대상 부위의 형상을 측정하면서, 그로부터 얻어진 형상 데이터와 데이터베이스(DB)에 저장된 용접 시작점 위치의 형상 데이터를 비교하여 용접 시작점의 좌표를 검출한다(ST110)
(0092) 이어서 제어부(22)는 라인레이저(16)와 디텍터(18)를 통해 모재(BM1, BM2)에 대한 용접토치(14)의 높이를 이미 설정한 높이에 있도록 조절함과동시에 라인레이저(16)와 디텍터(18) 및 용접토치(14)의 정렬상태를 확인하고, 지정한 용접 시작점 위치에 대하여 라인레이저(16)의 제1, 2레이저광(L1, L2) 중 계속적인 로봇(20) 또는 장착부(12)의 진행에 따라 제일 먼저 접하는 것부터 용접 시작점 위치의 확인과 재확인하고, 계속하여 대상용접선(OWL) 부위에 대한 용접정보를 수득하고, 이러한 과정은 용접 시작점 위치에 용접토치(14)의 용접봉(WR) 선단이 대응할 때까지 정렬과 정보 수득이 이루어지는 용접 준비단계(A)를 이룬다(ST120)
(0093) 여기서, 제어부(22)는, 용접 시작점에 대한 용접 시행을 바로 시작하는 것이 아니라 향후 진행할 대상용접선(OWL)의 방향을 포함한 용접조건을 검출을 위해 라인레이저(16)를 이용한 조사 중심(P2)을 용접 시작점에 대응시킨 후 로봇(20) 및/또는 장착부(12)를 이동시켜 용접토치(14)의 선단 즉, 용접봉(WR)의 선단이 용접 시작점에 대응하는 위치에 이르기까지의 대상용접선(OWL) 라인에 대한 형상과 좌표값 및 용접량 등을 포함한 용접 조건을 검출한다(ST130)
(0094) 이어서, 제어부(22)는 용접토치(14)의 선단이 용접 시작점에 위치할때부터용접토치(14)를 통해 용접 조건에 대응하는 용접을 시행하고, 이미 설정한 용접 종료점 위치의 검출 및 용접 종료점까지 대상용접선(OWL)을 따라 용접하는 용접시행단계(B)를 거친다(ST140)
(0095) 이때, 제어부(22)는 디텍터(18)를 통해 수득한 용접정보를 통해 용접토치(14)로 하여금 모재(BM1, BM2) 상호 간의 임시로 용접한 부위에 대응하는 용접을 실시토록 제어하는 과정을 수행한다.
(0096) 위의 용접 시행과정에는, 용접 시작점 이후의 용접 대상 부위에 대하여 계속적인 위치 좌표를 측정하고(ST141), 이를 통한 용접 경로를 산출하며(ST142), 용접 경로의 각 부위에 대하여 용접 깊이, 용접의 체적, 용접봉의 각도조건 등의 용접 조건의 산출을 연속하며(ST143), 산출한 용접조건을 포함한 용접 경로에 대하여 슬라이더(24)를 이동시키는 과정(ST144)을 포함한다.
(0097) 또한, 제어부(22)는 디텍터(18)를 통해 용접이 이루어진 부위에 대하여 시행된 용접 형상을 파악하여(ST145) 용접의 정상 여부를 판단한다(ST146)
(0098) 제어부(22)는 위의 과정을 계속적으로 시행하며, 시행과정 중에서 용접의 불량으로 판단한 경우, 용접 시행을 중지함과 동시에 용접 불량 위치를 산출한다(ST147)
(0099) 그리고, 제어부(22)는 로봇(20) 및/또는 장착부(12)를 후퇴 이동시켜 제1, 2레이저광(L1, L2)을 통한 용접 조건을 설정하고, 해당 부위에 대한 도료의 여부 또는 녹이 있는지 여부 등을 디텍터(18)를 통해 재확인하면서, 재용접 조건을 다시 산출하고, 그에 대응하는 위빙 조건과 용접봉(WR)의 각도 조절 등을 포함한 재용접 조건 산출한다(ST148)
(0100) 이어서, 제어부(22)는 재용접 작업을 시행함과 동시에 용접 과정을확인하면서 디텍터(18)의 촬영 정보를 포함하여 재용접 조건에 대한 정보를 수득하고, 검수 과정을 동시에 시행하면서 위빙 조건을 포함한 데이터를 저장하고, 향후동일 내지 동일 범주에 있는 용접 대상 부위에 대하여 보정 조건(티칭 조건)과 그에 따른 보정 데이터를 추후의 용접 조건에 반영토록 하는 보정단계(b)를 포함하여반복적인 용접 불량의 발생을 방지하면서 재용접을 시행한다(ST149)
(0101) 또한, 상기 용접단계(B) 중 용접이 이루어진 부위에 대한 검수를 동시에 시행하면서 용접 불량에 대한 위빙 작업과 해당 용접 조건에 대한 보정과 보정 데이터 저장 및 동일 내지 동일 범주에 대한 용접 조건에 반영토록 하는 보정단계(b)를 더 포함토록 함이 바람직하다.
(0102) 위의 용접단계(B)의 과정에서, 제어부(22)는 디텍터(18)를 통해 이미 설정한 용접 끝점을 계속하여 검출하고(ST150), 용접 끝점에 대한 검출신호를 수신한 후 용접 끝점까지의 용접토치(14)의 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater) 처리하는 마무리단계(C)를 시행하는 것으로 용접 작업의 종료가 이루어진다(ST160)
(0103) 또한, 상기 용접단계(B) 중 용접이 이루어진 부위에 대한 검수를 동시에 시행하면서 용접 불량에 대한 위빙 작업과 해당 용접 조건에 대한 보정과 보정 데이터 저장 및 동일 내지 동일 범주에 대한 용접 조건에 반영토록 하는 보정단계(b)를 더 포함토록 함이 바람직하다.
(부호의 설명)
(0104)BM1, BM2: 모재 P1: 용접 포인트
L1, L2, L3: 레이저 광 WL: 용접선
WR: 용접봉 DB: 데이터베이스
10: 용접 자동화시스템 12: 장착부
14: 용접토치 16: 라인레이저
18: 디텍터 20: 로봇
22: 제어부 24: 슬라이더
26a, 26b, 26c: 경사계

Claims (9)

  1. 로봇에 설치하여 제어신호에 따라 장착부 상에 고정된 모재를 용접하는 용접
    토치; 상기 용접토치의 용접 포인트로부터 이격된 위치의 용접선 부위에 직선 라인
    형태의 레이저 광을 조사하는 라인레이저; 이미 설정한 각도에서 용접 대상 부위에
    조사되는 라인 형태의 레이저 광의 형상을 촬영 및 검출하는 디텍터; 및 상기 디텍
    터의 정보를 수신하여 용접 부위를 따라 상기 용접토치가 대응하도록 상기 로봇의
    이송과 상기 용접토치의 구동을 제어하는 제어부;를 구비한 용접 부위 형상과 3D
    좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템에 있어서,
    상기 용접토치는 상기 로봇에 대하여 상하좌우 방향으로 구동하도록 설치한
    슬라이더에 그 설치가 이루어지고,
    상기 제어부는 모재의 용접 시작점/끝점 부위에 대한 이미 설정한 형상 정보
    를 저장한 데이터베이스와; 수신한 상기 디텍터의 용접 부위 형상 정보와 상기 데
    이터베이스의 설정한 형상 정보가 상호 매칭하는지 여부를 판단하면서 상기 디텍터
    의 용접 부위 형상 정보에 상기 용접토치가 설정한 간격으로 대응하도록 상기 용접
    토치의 이송 좌표, 용접깊이, 용접폭, 용접량, 용접시간을 포함한 용접조건을 구하
    는 연산부;를 구비하고, 상기 연산부에 의한 이송 좌표에 대응하도록 상기 로봇 및
    /또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 상기 용접토치의 구동을 제어
    하는 것을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시
    스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인레이저는 상기 용접토치의 용접 포인트에서 이격된 전방 위치의 용
    접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제2레이저광과, 상기 제2레이저광과
    용접 포인트 사이의 대상용접선에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제1레이
    저광을 조사하는 것으로 이루어짐을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정
    을 이용한 용접 자동화시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 라인레이저는 평면상에 조사하는 제1, 2레이저광이 상호 평행하도록 하고, 제1, 2레이저광의 각 중심이 용접 포인트와 함께 상호 간격을 둔 일직선상에 있도록 조사하는 것임을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한
    용접 자동화시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2레이저광의 형태를 각각 수득하여상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며,
    상기 제어부는 상기 디텍터로부터 수신한 각각의 검출 데이터를 통해 각 위치의 대상용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도, 용접봉의 공급속도를 포함한 용접시행조건에 대응하도록 각 구성의 구동을 제어하는 것임을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 라인레이저는 상기 용접토치 후방의 이격된 위치에 용접을 시행한 부위에 대하여 가로 방향에서 교차하는 형태의 제3레이저광을 조사하는 것으로 이루어지고,
    상기 디텍터는 상기 라인레이저의 제1, 2, 3레이저광의 형태를 각각 수득하여 상기 제어부에 인가하는 것으로 이루어지며,
    상기 이미지 데이터베이스는 용접결과에 대응하여 이미 설정한 정상적인 용접형상 범위에 대한 이미지 정보를 저장하고,
    상기 제어부는 상기 이미지 데이터베이스와 상기 디텍터로부터 수신한 검출데이터를 통해 모재의 용접선에 대한 상기 용접토치 선단의 높이, 전후좌우 방향 위치에 대응하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더의 이동 및 이들의 이동시간 제어, 용접전류, 용접전압, 이너트 가스 공급량, 용접봉의 각도,용접봉의 공급속도를 포함한 용접조건에 대응하는 각 구성의 구동을 제어하고, 용접결과에 대한 정보를 상기 이미지 데이터베이스의 용접형상 범위의 이미지 정보와 대비하여 용접불량 여부를 판단하고, 용접불량에 대하여 보정작업의 정보를 연산및 저장하고, 이들 정보를 기초하여 보정작업을 시행토록 하며, 동일 내지 동일 범주의 용접 부위에 대하여 용접 조건을 반영한 티칭용접을 시행하는 것을 특징으로 하는 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
  6. 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇 또는 상기 슬라이더는 전후좌우 방향의 설정 각도로 위빙 구동하
    는 것으로 이루어지고,
    상기 로봇 또는 상기 슬라이더에는 경사계를 더 설치하고,
    상기 제어부는 상기 경사계의 신호를 수신하여 상기 디텍터를 통해 검출한
    용접조건에 대응하는 대상용접선 또는 용접결과에 따른 용접선에 대하여 상기 로봇
    또는 상기 슬라이더의 위빙 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 부위 형상과
    3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템.
  7. 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정
    을 이용한 용접 자동화시스템을 구비하고,
    상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출
    한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를
    추적하는 준비단계(A);
    추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미
    설정한 간격 높이에 있도록 조정하며, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에
    서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며 상기
    라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는
    정렬 및 정보수집단계(B);
    상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용
    접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용
    접조건의 용접을 수행함과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를
    통한 측정 위치의 대상용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로
    봇 및/또는 장착부의 이동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C);
    상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이
    터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에
    서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater)
    처리하는 마무리단계(D);를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용접 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용접단계(C)에서 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 용접이 시행된 용접
    결과물의 형상 정보를 연속적으로 수집하는 용접결과의 형성정보를 수집하는 단계
    (a)와; 수득하는 용접결과의 형상정보를 통해 용접의 정상 여부를 판단하는 단계
    (b);를 병행 수행하고,
    상기 (b)단계에서 용접 불량의 판단에서 상기 용접토치의 용접 시행을 중단
    하는 단계(b-1)와; 상기 라인레이저와 디텍터를 이동시켜 용접이 시행된 부위까지
    의 용접부위 정보를 추가 수집하는 단계(b-2)와; 용접부위 정보에 따른 용접 불량
    의 정도와 위빙 작업을 포함한 보정 조건을 구하는 측정하는 단계(b-3); 및 상기
    라인레이저와 디텍터 및 용접토치를 후퇴 이동시켜 용접 불량 부위에 대응하여 측
    정한 보정 조건에 대응하여 용접을 보정하는 단계(b-4);를 더 포함하여 이루어짐을
    특징으로 하는 용접 방법.
  9. 상기 제 6 항의 용접 부위 형상과 3D 좌표 측정을 이용한 용접 자동화시스템
    을 구비하고,
    상기 라인레이저와 디텍터를 용접 시작점 위치 정보에 따라 이동시키며 추출
    한 형상정보와 이미 설정한 모재의 시작 부위 형상에 대응하는 용접 시작 위치를
    추적하는 준비단계(A');
    추적한 상기 용접 시작점 위치에 대응하여 용접토치의 용접봉 선단을 이미
    설정한 간격 높이에 있도록 조정하고, 상기 라인레이저와 디텍터가 용접 시작점에
    서 용접토치의 용접봉 선단이 용접 시작점 위치에 도달하기까지 이동시키며, 상기
    라인레이저와 디텍터를 통한 용접 대상 부위의 형상 정보를 연속적으로 수집하는
    정렬 및 정보수집단계(B');
    상기 정렬 및 정보수집단계(B)로부터 용접토치의 점화와 예열을 거친 후 용
    접봉 공급과 더불어 상기 용접 시작점 위치에서부터 대상용접선을 따라 수득한 용
    접조건에 따라 상기 로봇 또는 상기 슬라이더의 기울기를 조절하며 용접을 수행함
    과 동시에 대상용접선을 따라 상기 라인레이저와 디텍터를 통한 측정 위치의 대상
    용접선 부위의 형상 정보를 계속적으로 측정하도록 상기 로봇 및/또는 장착부의 이
    동과 상기 슬라이더를 이동시키며 용접하는 용접단계(C');
    상기 라인레이저와 디텍터를 통한 대상용접선 부위의 형상 측정 정보와 데이
    터베이스의 이미 설정한 용접 끝점 부위에 대한 형상정보가 상호 매칭하는 부위에
    서 용접봉 공급을 중단하고, 용접봉의 선단을 승하강 이동시키며 크레이터(crater)
    처리하는 마무리단계(D');를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 용접 방법.
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