KR100671022B1 - 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇의 영상 상태 점검방법 - Google Patents

레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇의 영상 상태 점검방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇 영상 상태 점검 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇 영상 상태 점검 방법은 레이저 비전 센서를 이용하여 촬영된 영상 데이터로부터 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값을 설정하는 단계, 정상 상태에서의 레이저 띠의 면적값을 설정했던 위치로 용접 로봇을 이동시키는 단계, 위치에서 측정된 현재의 영상 데이터로부터 현재 레이저 띠의 면적값을 계산하는 단계, 현재 레이저 띠 면적값과 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값의 크기를 비교하는 단계 및 레이저 띠 면적값의 비교에 근거하여 레이저 비전 센서를 구비한 용접 로봇의 용접 작업 진행 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
용접 로봇, 레이저 비전 센서, 영상 데이터, 레이저 띠

Description

레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇의 영상 상태 점검 방법{Method for inspecting the image condition of welding robot by using laser vision sensor}
도 1은 종래 기술에 따른 용접 로봇 위빙 시스템을 개략적으로 나타난 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 비전 센서를 이용한 로봇 용접이 영상 상태 점검을 수행하는 절차를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 비전 센서의 레이저 띠를 촬영한 영상 데이터를 나타낸 화면 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210…로봇 제어부 211…프로세서
212…타이머 213…메모리
214…면적 계산부 215…로봇 구동부
220…센서 제어부 222…센서 구동부
224…영상 처리부 230…용접 로봇
231…용접 토치 240…레이저 비전 센서
250…피용접물
본 발명은 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇 영상 상태 점검 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 용접 로봇은 자동차, 선박 등과 같이 금속 판재의 접합 공정에 사용되며, 작업 프로그램에 의해 자동적으로 용접 작업을 진행하게 된다. 용접 로봇은 작업 명령에 따라 로봇 팔에 부착된 용접 토치를 이용하여 피용접물의 용접선을 추종하면서 용접하게 된다.
이러한 기존 용접 로봇의 위빙 시스템에서 레이저 비전 센서로부터 획득한 영상 데이터로부터 용접선에 대한 3차원 좌표와 위빙(Weaving) 좌표를 구하고, 상기 위빙 좌표에 근거하여 용접 로봇이 구동되어지는 발명이 출원되어 있는 상태이다. 1997년 8월 28일자로 출원된 발명의 명칭이 "레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇의 제어 방법 및 장치"(이하 종래 발명으로 칭함)인 출원 번호 제10-1977-0042128호가 1999년 3월 15일자로 개시되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 용접 로봇 위빙 시스템을 개략적으로 나타난 구성 도이다.
도 1을 참조하면, 레이저 비전 센서(laser vision sensor)를 이용한 용접 로봇의 위빙 시스템은 크게 로봇 제어부(210) 및 센서 제어부(220)로 나눌 수 있다. 또한 상기 용접 로봇(30)의 위빙 시스템은 상기 로봇 제어부(210)로부터 제어를 받는 용접 로봇(30), 상기 센서 제어부(220)로부터 제어를 받는 레이저 비전 센서(40)로 구성된다.
로봇 제어부(210)는 용접 로봇(30)을 제어시키기 위한 프로세서(11)와 용접 로봇(30)의 주기적인 제어를 위한 타이머(12)를 갖추고 있다. 또한 로봇 제어부(210)는 용접 로봇(30)의 제어를 위한 실행 프로그램과 프로그램의 실행 중에 처리해야 할 정보들을 저장한다.
센서 제어부(220)는 레이저 비전 센서(40)를 구동하기 위한 센서 구동부(21), 레이저 비전 센서(40)로부터 얻어진 영상 데이터를 처리하기 위한 영상 처리부(22) 및 처리한 영상으로부터 용접선의 좌표를 얻어내기 위한 좌표 변환부(23)로 구성된다.
이러한 기존의 레이저 비전 센서를 지닌 용접 로봇의 가장 큰 문제점은 용접로봇이 용접시 레이저 비전 센서에 대한 의존도가 높다는 것이다. 그렇기 때문에 용접 로봇이 흄(Fume)이나 스패터(Spatter) 등으로 더럽혀진 영상 상태를 가지고 계속해서 작업을 진행하는 동안 정확한 이미지 프로세싱을 수행하지 못하게 된다. 이로 인해 실제 측정 정보와 프로세싱 된 정보가 일치하지 않을 뿐만 아니라 레이저 비전 센서로부터 제공된 데이터의 신뢰성도 떨어지게 된다. 결국 이러한 상태가 계속해서 누적되면 작업 효율 및 품질도 떨어질 뿐만 아니라 심지어는 작업 진행도 어려워 질 수 있는 문제점을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 레이저 비전 센서로부터 촬영된 현재의 레이저 띠 면적값을 계산하여 설정된 정상 상태의 레이저 띠 면적값과 비교하여 영상 상태의 이상 여부를 판단할 수 있는 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 현재의 레이저 띠 면적값이 정상 상태에서 설정된 레이저 띠 면적값보다 현저하게 일정 비율 이상 면적 손실이 발생할 경우 용접 로봇의 용접 작업을 중단시킬 수 있는 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 비전 센서를 이용하여 촬영된 영상 데이터로부터 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값을 설정하는 단계, 상기 정상 상태에서의 레이저 띠의 면적값을 설정했던 위치로 용접 로봇을 이동시키는 단계, 상기 위치에서 측정된 현재의 영상 데이터로부터 현재 레이저 띠의 면적값을 계산하는 단계, 상기 현재 레이저 띠 면적값과 상기 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값의 크기를 비교하는 단계 및 상기 레이저 띠 면적값의 비교에 근거하여 레이저 비전 센서를 구비한 용접 로봇의 용접 작업 진행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇 영상 상태 점검 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 현재 레이저 띠 면적값이 상기 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값보다 작은 경우, 상기 용접 로봇은 로봇 제어부의 제어에 따라 용접 작업을 중단시키거나 경보 알람을 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 용접 로봇 영상 상태 시스템은 로봇 제어부(210), 용접 로봇(230) 및 센서 제어부(220)와 레이저 비전 센서(240)를 포함하 는 레이저 비전 시스템으로 구성된다.
로봇 제어부(210)는 타이머(212), 메모리(213), 면적 계산부(214), 로봇 구동부(215) 및 프로세서(211)를 포함한다. 상기 타이머(212)는 설정된 시간이 도래할 때마다 계수 완료 신호를 전송하는 기능을 포함한다. 또한, 로봇 제어부(210)는 레이저 비전 센서(240)로부터 측정된 영상 데이터로부터 용접 토치(231)에 대한 용접의 위빙 좌표를 산출하고 용접 로봇(230)의 동작을 제어하는 기능을 더 포함할 수 있다.
메모리(213)는 용접 로봇(230)을 정상 상태에서 레이저 띠를 측정했던 위치로 이동시키기 위해 특정한 용접선의 중심점 좌표를 저장하는 기능을 포함한다. 또한 상기 메모리(213)는 면적 계산부(214)에서 계산된 정상 상태의 레이저 띠 면적값 및 현재 영상 상태의 레이저 띠 면적값을 저장하는 기능을 더 포함한다.
면적 계산부(214)는 센서 제어부(220)로부터 제공된 영상 상태의 레이저 띠 면적값을 측정하는 기능을 포함한다. 상기 면적 계산부(214)에서 측정된 레이저 띠 면적값은 프로세서(211)로 전송되어 본 발명에 따른 레이저 띠 면적값 비교에 이용될 수 있다.
로봇 구동부(215)는 프로세서(211)의 지시에 따라 용접 로봇(230)을 구동시키는 기능을 포함한다. 또한 로봇 구동부(215)는 영상 상태와 관련된 이상 발생 시 메모리에 저장된 특정한 용접선 좌표를 이용하여 정상 상태에서 레이저 띠를 측정했던 위치로 용접 로봇(230)을 이동시키는 기능을 더 포함할 수 있다. 또한 로봇 구동부(215)는 프로세서(211)의 지시에 따라 용접 작업을 중단시키는 기능을 더 포 함할 수 있다.
프로세서(211)는 타이머(212), 메모리(213), 면적 계산부(214) 및 로봇 구동부(215)와 연동하고 타이머(212)의 완료 신호에 응답하여 용접 부위를 촬영하기 위한 요청 신호를 센서 제어부(220)로 전송하는 기능을 포함한다. 또한 상기 용접 로봇(230)의 용접 작업 진행 시 레이저 비전 센서(240)에서 측정된 영상 데이터로부터 용접선 좌표를 계산하지 못하는 경우, 면적 계산부(214)를 통해 계산된 현재 영상 상태의 레이저 띠 면적값을 제공받아 정상 상태의 레이저 띠 면적값과 비교하는 기능을 더 포함한다. 또한 프로세서(211)는 상기 레이저 띠 면적값 비교 시, 상기 현재 영상 상태의 레이저 띠 면적값이 정상 상태에서 설정된 레이저 띠 면적값보다 작은 경우 로봇 구동부(215)로 작업 중단을 지시하는 기능을 더 포함한다.
센서 제어부(220)는 로봇 제어부(210) 및 레이저 비전 센서(240)와 연동하며, 센서 구동부(222)와 영상 처리부(224)와 좌표 변환부(223)를 포함하여 구성된다. 상기 센서 제어부(220)는 로봇 제어부(210)의 용접선 정보 요청 신호에 따라 상기 레이저 비전 센서(240)를 구동시키고 상기 레이저 비전 센서(240)가 촬영한 영상 데이터를 입력받아 프로세서(211)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서 레이저 비전 센서(240)는 센서 제어부(220)의 영상 데이터 요청 신호에 따라 피용접물의 용접 부위를 촬영하는 기능을 수행한다.
상기 도 2에 도시된 본 발명에 바람직한 일 실시예에 따른 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 프로세서(211)는 타이머(212)의 완료 신호가 인가되면 영상 데이터 요 청 신호를 센서 구동부(222)로 전송한다. 상기 센서 구동부(222)는 영상 데이터 요청 신호를 레이저 비전 센서(240)로 전송하여 촬영을 개시할 수 있다. 상기 타이머(212)는 레이저 비전 센서에서 촬영된 영상 데이터로부터 용접선의 중심을 찾기 위한 샘플링 시간이 도래하면 완료 신호를 출력할 수 있다.
영상 처리부(224)는 레이저 비전 센서(240)가 촬영한 영상 데이터를 입력받고, 상기 영상 데이터를 프로세서(211)를 통해 면적 계산부(214)로 전송한다. 상기 좌표 변환부(223)는 상기 영상 처리부(224)가 처리한 영상으로부터 용접선의 좌표를 산출한다.
이후 프로세서(211)는 용접 작업 진행 시 레이저 비전 센서(240)에서 측정된 영상 데이터로부터 용접선 좌표를 계산하지 못하는 경우, 영상 상태와 관련된 이상이 발생되면 면적 계산부(214)로부터 계산된 정상 상태의 레이저 띠 면적값과 현재 영상 상태의 레이저 띠 면적값의 크기를 비교할 수 있다. 또한, 상기 프로세서(211)는 상기 레이저 띠 면적값 비교 시 정상 상태에서 설정된 레이저 띠 면적값보다 작은 경우 용접 로봇(230)의 작업 중단 여부를 판단할 수 있다.
레이저 비전 센서(240)는 용접 토치(231)로부터 소정 거리만큼 떨어져 설치되는데, 이는 용접 토치(231)의 화염에 의해 촬영 영상이 불량해지는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 레이저 비전 센서(240)는 센서 구동부(222)의 구동 신호에 따라 피용접물(250)의 용접 부위를 촬영하여 영상 데이터를 영상 처리부(224)로 전송할 수 있다. 상기 레이저 비전 센서(240)는 피용접물(250)의 용접선 방향을 따라 이동하면서 용접선의 중심점을 촬영할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 비전 센서를 이용한 로봇 용접이 영상 상태 점검을 수행하는 절차를 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 본 발명에 따른 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템의 로봇 제어부는 레이저 비전 센서로부터 영상 데이터를 센서 제어부를 통해 제공받아 정상 상태의 레이저 띠 면적값을 설정한다(단계 301).
상기 로봇 제어부는 현재 영상 상태를 측정하기 위해 정상 상태에서 레이저 띠를 측정했던 위치로 용접 로봇을 이동시킨다(단계 303). 상기 용접 로봇이 현재 영상 데이터를 측정하기 위한 위치로 이동한 후, 로봇 제어부는 레이저 비전 센서를 통해 촬영한 현재의 영상 데이터를 이용하여 면적 계산부를 통해 현재 레이저 띠 면적값을 계산한다(단계 305).
이후 용접 제어부는 용접 작업을 진행시키기 전에 영상 상태를 점검하기 위해 상기 면적 계산부를 통해 계산된 현재 레이저 띠 면적값을 정상 상태에서 설정된 레이저 띠 면적값과 비교한다(단계 307). 상기 현재 레이저 띠 면적값이 정상 상태에서 설정한 레이저 띠 면적값보다 크거나 같은 경우, 센서 제어부를 통해 제공받는 영상 데이터를 바탕으로 용접 로봇을 제어하여 용접 작업을 진행시킬 수 있다(단계 309). 여기서 상기 현재 레이저 띠 면적값이 정상 상태에서 설정된 레이저 띠 면적값보다 작은 경우, 상기 로봇 제어부는 로봇 구동부를 통해 용접 로봇의 용접 작업을 중단시키거나 혹은 경보 알람을 발생시킬 수 있다(단계 311).
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상기 용접 로봇의 작업 진행 시, 다음의 레이저 띠 영상이 획득되면 '현재의 레이저 띠 면적값을 계산하는 단계(305)'로 되돌아가 용접 작업을 계속해서 진행시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 비전 센서의 레이저 띠를 촬영한 영상 데이터를 나타낸 화면 예시도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 화면은 레이저 비전 센서로부터 촬영된 정상 상태에서의 레이저 띠(401) 및 면적 손실이 발생한 현재 영상 상태에서의 레이저 띠(403)를 나타낸 화면이다. 상기 정상 상태의 레이저 띠(401) 및 면적 손실이 발생한 현재 영상 상태에서의 레이저 띠(403)는 레이저 띠의 면적값 비교를 위해 동일한 위치에서 촬영된 영상 데이터를 나타낸다.
정상 상태의 레이저 띠(401) 및 면적 손실이 발생한 현재 영상 상태의 레이저 띠(403)는 면적 계산부를 통해 면적값이 계산된다.
상기 정상 상태 레이저 띠(401)의 면적값은 용접 작업에 필요한 정확한 이미지 프로세싱의 기준이 될 수 있다. 또한 로봇 제어부는 정상 상태의 레이저 띠(401)의 면적값을 설정함으로써 레이저 비전 센서의 영상 상태 불량으로부터 용접 작업의 신뢰도를 높일 수 있다.
면적 손실이 발생한 현재 상태의 레이저 띠(403)는 레이저의 영상 데이터를 받아들이는 레이저 비전 센서가 용접에 의한 아크(Arc), 흄(Fume), 스패터(Spatter) 등의 영향으로 용접을 하는 하나의 단위 시간동안 레이저 비전 센서로부 터 정상적인 영상 데이터를 얻지 못하는 경우에 발생될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면 레이저 비전 센서로부터 촬영된 현재의 레이저 띠 면적값을 계산하여 설정된 정상 상태의 레이저 띠 면적값과 비교하여 영상 상태의 이상 여부를 판단할 수 있는 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면 현재의 레이저 띠 면적값이 정상 상태에서 설정된 레이저 띠 면적값보다 작은 경우 용접 로봇의 용접 작업을 중단시킬 수 있는 용접 로봇 영상 상태 점검 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 레이저 비전 센서를 이용하여 촬영된 영상 데이터로부터 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값을 설정하는 단계;
    상기 정상 상태에서의 레이저 띠의 면적값을 설정했던 위치로 용접 로봇을 이동시키는 단계;
    상기 위치에서 측정된 현재의 영상 데이터로부터 현재 레이저 띠의 면적값을 계산하는 단계;
    상기 현재 레이저 띠 면적값과 상기 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값의 크기를 비교하는 단계; 및
    상기 레이저 띠 면적값의 비교에 근거하여 레이저 비전 센서를 구비한 용접 로봇의 용접 작업 진행 여부를 판단하는 단계
    를 포함하는 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇 영상 상태 점검 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현재 레이저 띠 면적값이 상기 정상 상태에서의 레이저 띠 면적값보다 작은 경우, 상기 용접 로봇은 로봇 제어부의 제어에 따라 용접 작업을 중단하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 센서를 이용한 용접 로봇 영상 상태 점검 방법.
  3. 삭제
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