KR101163726B1 - 용접토치 자동보정 시스템 및 그 보정 방법 - Google Patents

Abstract

용접토치 자동보정 시스템은 아크 용접할 수 있도록 용접토치가 연결되는 용접케이블과, 모재에 연결되는 접지케이블을 구비한 용접기와, 상기 용접토치가 모재를 용접할 수 있도록 상기 모재의 용접위치로 이송시키는 로봇 및, 상기 용접토치의 초기위치를 설정하고, 상기 용접토치의 위치가 변형된 경우 상기 용접토치의 위치를 보정할 수 있도록 하는 보정 링을 포함한다.

본 발명의 용접토치 자동보정 방법은 용접토치를 보정 링 중심부근 위치로 로봇이 이동시킬 수 있도록 중심부근 위치를 설정하는 단계와, 상기 로봇이 상기 보정 링의 중심부근 위치로 이동시켜 상기 보정 링의 초기중심위치를 산출하는 단계와, 상기 초기중심위치를 기준으로 모재를 용접완료 후 상기 용접토치의 위치가 변형된 경우 상기 로봇이 상기 용접토치를 설정된 상기 중심부근위치로 이동시켜 상기 보정 링의 변형중심위치를 산출하는 단계와, 상기 변형중심위치에서 초기중심위치를 비교 연산하여 위치보정 값을 산출하는 단계 및, 상기 보정 값을 로봇에 입력시켜 변형된 용접토치의 위치를 보정하는 단계를 포함한다.

아크용접, 용접토치, 자동 보정, 로봇

Description

용접토치 자동보정 시스템 및 그 보정 방법{The automatic torch calibration system and the calibration method thereof}

도 1은 종래의 자동 용접토치 보정 방식의 예시도

도 2는 종래의 용접토치 보정방식의 다른 실시예를 보인 개략도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용접토치 자동보정 시스템을 보인 시스템 구성도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용접토치 자동보정 시스템의 로봇과, 보정 링의 좌표를 보인 사시도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 변형 전의 용접토치를 이용하여 원형 링의 초기중심위치를 찾는 방법을 보인 예시도.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 변형된 용접토치를 이용하여 원형 링의 변형중심위치를 찾는 방법을 보인 예시도.

도 7은 용접토치가 변형된 경우 검출되는 위치를 보인 예시도.

도 8은 용접토치의 용접 노즐을 검출하여 용접 와이어의 길이를 계산하는 방법을 나타내는 예시도.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 용접토치 자동보정 방법을 보인 순서도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 용접기 2: 로봇 제어부

3: 로봇 4: 용접토치

5: 용접 와이어 6: 노즐

7: 접지 케이블 8: 용접 케이블

9: 모재 10: 용접 시스템

20: 보정 링

본 발명은 용접토치 자동보정 시스템 및 그 보정 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 외력이나 간섭에 의해 용접토치가 변형되었을 때 용접토치의 위치를 보정할 수 있도록 하는 용접토치 자동보정 시스템 및 그 보정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 용접토치는 외부 충격에 따라 변형이 쉽게 되는 구조로 되어있다. 그리고 용접토치를 이동시키는 로봇의 플랜지와 용접토치를 체결하는 부위 또한 어느 정도 간극이 있어 과다한 힘이 가해질 경우 슬립이 발생할 수도 있게 되어 있다.

따라서 실제 작업 현장에서는 용접토치가 외부 작업물과 간섭이 발생하거나, 로봇을 많은 시간동안 동작시키고 난 후에는 용접토치가 변형되지 않았는지 확인하고, 용접토치가 변형된 경우 이를 보정하는 시스템이 요구되고 있다.

도 1은 종래의 자동 용접토치 보정 방식의 예시도이다. 그리고 도 2는 종래의 용접토치 보정방식의 다른 실시예를 보인 개략도이다.

상기의 필요성에 의해 종래에는 용접토치(4)가 변형된 것을 자동으로 보정하기 위해서 도 1에서 보는 바와 같이 외부에 레이저 센서(11)와 같은 고가의 장비를 설치하여 용접토치(4)가 변형되었을 때 그 양을 연산하여 보정하는 방식을 사용하였다.

다른 종래의 방법으로는 도2에 도시한 바와 같이 보는 바와 같이 변형되지 않은 길이와 각도가 주어진 용접토치(4)에 대해서 외부의 고정점(12)을 마련하여 그 위치를 저장한 후 용접토치(4)의 변형이 발생되었을 때, 사용자는 수동으로 용접토치(4) 끝을 외부의 고정점에 동일한 위치와 각도로 맞추고 이때의 로봇(3)의 기구학을 계산하여 로봇(3) 위치변화를 용접토치의 변형량으로 환산하여 보정하는 방식을 사용하였다.

그러나 전자의 방식은 외부 센서를 사용하기 때문에 비용이 많이 소요되고, 외부 센서와 로봇 제어부의 신호연결 등이 필요하여 시스템이 복잡해지는 문제가 있다.

또한, 후자의 방식은 시스템 구성에 별도의 비용이 들지는 않으나 사용자가 용접토치의 변형이 발생했다고 판단되는 시점에서 수동으로 로봇을 조작하여 기준점에 로봇 용접토치를 이동시켜야 함으로 매우 번거로운 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 용접토치 자동보정 시스템은 아크 용접 시스템에서, 전도성 보정 링을 사용하여, 자동으로 용접토치의 변형량을 계산하여 용접위치를 보정하는 용접토치 자동보정 시스템 및 그 보정 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용접토치 자동보정 시스템은 아크 용접할 수 있도록 용접토치가 연결되는 용접케이블과, 모재에 연결되는 접지케이블을 구비한 용접기와, 상기 용접토치가 모재를 용접할 수 있도록 상기 모재의 용접위치로 이송시키는 로봇 및, 상기 용접토치의 초기위치를 설정하고, 상기 용접토치의 위치가 변형된 경우 상기 용접토치의 위치를 보정할 수 있도록 하는 보정 링을 포함한다.

여기서, 상기 보정 링은 원형으로 마련되며, 상부 면이 상기 모재와 동일 평면상에 마련되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 보정 링은 전도체이며, 상기 모재와 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용접토치의 위치보정은 용접토치, 용접노즐, 용접토치 중에 선택된 하나의 말단이 상기 보정 링에 접촉됨으로서 감지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 용접토치 자동보정 방법은 용접토치를 보정 링 중심부근 위치로 로봇이 이동시킬 수 있도록 중심부근 위치를 설정하는 단계와, 상기 로봇이 상기 보정 링의 중심부근 위치로 이동시켜 상기 보정 링의 초기중심위치를 산출하는 단계와, 상기 초기중심위치를 기준으로 모재를 용접완료 후 상기 용접토치의 위치가 변형된 경우 상기 로봇이 상기 용접토치를 설정된 상기 중심부근위치로 이동시켜 상기 보정 링의 변형중심위치를 산출하는 단계와, 상기 변형중심위치에서 초기중심위치를 비교 연산하여 위치보정 값을 산출하는 단계 및, 상기 보정 값을 로봇에 입력시켜 변형된 용접토치의 위치를 보정하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 초기중심위치와 변형중심위치는 상기 보정 링 내에서 용접토치를 X방향으로 좌우 이동하여 상기 보정 링의 X방향 중심위치를 산출하는 단계와, 상기 X방향 중심위치로 이동한 후 용접토치를 Y방향으로 전후 이동하여 Y방향 중심위치를 산출하는 단계 및, 상기 용접토치의 단부를 보정 링에 접촉시켜 Z방향 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 변형중심위치 산출단계 이후에는 상기 용접토치를 상기 변형중심위치에서 -Z방향으로 이동시켜 그 평면상의 벡터중심위치를 산출하는 단계와, 상기 변형된 용접토치로 검출된 변형중심위치와 벡터중심위치를 연산하여 자세 보정 값을 산출하는 단계와, 상기 자세보정 값을 대입하여 용접토치의 자세를 보정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 용접토치 자세보정단계 이후에는 상기 용접와이어가 보정 링에서 이격된 상태로 용접토치를 아래 방향으로 이동시켜 용접노즐을 접촉시켜 용접노즐의 위치를 산출하는 단계 및, 상기 용접노즐의 위치와 초기중심위치의 Z방향을 연산하여 용접 와이어의 길이를 산출하는 단계를 더 포함되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 용접토치 자동보정 시스템을 보인 시스템 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 아크 용접 시스템(10)은 기본적으로 접지케이블(7)과 용접케이블(8)이 구비된 용접기(1)가 마련된다. 그리고 접지케이블(7), 전기적으로 모재(W)와 전기적으로 연결될 수 있도록 하며, 모재(W)를 하부에서 지지하는 베이스(2)와, 용접케이블(8)에 연결되어 용접할 수 있도록 하는 용접토치(4)와, 용접토치(4) 단부에 마련되며 용접와이어(5)를 계속해서 공급할 수 있도록 마련되는 용접노즐(6)로 구성된다.

또한, 용접토치(4)를 용접하고자 하는 용접위치로 이동시키는 로봇(3)이 마련되며, 로봇(3)에는 상기 로봇(3)의 관절의 작동상태를 인코더에서 출력되고, 인코더의 신호를 입력받아 현재의 용접토치(4)의 위치를 판단하고, 그에 따라 관절의 작동범위를 결정하는 로봇 제어부(3a)로 구성된다.

그리고 용접기(1)에는 용접케이블(8)에 연결된 용접토치(4), 용접와이어(5) 또는 용접노즐(6)이 용접상태를 감지할 수 있도록 마련된다. 즉, 용접토치(4), 용접와이어(5) 또는 용접노즐(6) 중에 어느 하나가 모재(W) 또는 베이스(2)에 접하는 상태일 경우 폐 루프가 구성되어 이를 감지할 수 있다. 그리고 이러한 접점상태가 로봇 제어부(3a)에 입력된다. 따라서 센서의 기능을 수행할 수 있다.

여기서, 로봇 제어부(3a)는 로봇(3)의 관절을 인코더로부터 입력받아 기구학 계산을 통해 로봇의 용접토치(4)의 말단 위치를 계산할 수 있다. 그리고 용접토치(4)의 말단 위치가 계산된 값에 따라 로봇(3)을 제어한다.

즉, 용접토치(4), 용접와이어(5), 용접노즐(6)중에 어느 하나가 모재(W)에 접촉하면 그 접촉되는 때에 용접기(1)에서 로봇 제어부(3a)로 신호를 출력하고 로봇 제어부(3a)는 용접기(1)에서 신호가 입력된 시점의 로봇(3)의 관절의 인코더에서 출력되는 신호에 의해 현재의 관절각도 및 관절의 위치 등을 계산하여 접촉되는 위치를 산출할 수 있다.

따라서 접촉되는 말단위치에 의해 로봇의 제어범위를 결정하며, 말단위치는 용접토치(4)의 말단일수 있고, 용접와이어(5)의 말단일 수 있으며, 용접노즐(6)의 말단일 수 있다.

여기서, 용접기(1)는 용접토치(4), 용접와이어(5), 용접노즐(6)중에 어느 하나가 모재(W)에 접촉되는 때에 신호를 출력하나 여기에 한정하지 않고 모재(W)에서 분리되는 때에 신호를 출력할 수 있다.

또한, 로봇 제어부(3a)는 모재(W)에서 분리되는 신호가 입력된 때의 로봇(3) 관절의 인코더에서 출력되는 신호에 의해 현재의 관절각도 및 관절의 위치 등을 계산하여 접촉되는 위치를 산출할 수 있다.

한편, 베이스(2)의 일측에는 보정링(20)이 설치된다, 여기서 보정 링(20)은 도넛 형태의 원형 링으로 마련되며, 상부에는 편평면이 형성된다. 그리고 보정 링은 상부의 편평면이 베이스(2)에 설치되는 모재(W)와 동일 평면상에 위치한다. 즉, 베이스(2)의 좌표계에서 모재(W)와 동일한 Z방향의 높이를 갖도록 마련된다.

또한, 보정링(20)은 베이스(2)에 설치될 수 있고, 모재(W)에 마련될 수 있다. 또한, 별도로 모재(W)의 높이에 맞게 높이조절이 가능하게 마련하여 베이스(2) 의 일측에 별도로 마련될 수 있다. 또한, 로봇(3)에 설치될 수 있다.

그리고 보정링(20)은 전도체이며, 접지케이블(7)과 전기적으로 연결되는 상태로 설치된다.

이하 본 발명의 용접토치 자동보정 방법을 도 4 내지 도 9를 참고로 설명한다. 여기서 도 9를 기초로 설명되며, 도 4 내지 도 8은 예시로 도시하고 있다. 그리고 각각의 구성요소는 도 3을 참고로 설명된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 용접토치 자동보정 시스템의 로봇과, 보정 링의 좌표를 보인 사시도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 변형 전의 용접토치를 이용하여 원형 링의 초기중심위치를 찾는 방법을 보인 예시도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 변형된 용접토치를 이용하여 원형 링의 변형중심위치를 찾는 방법을 보인 예시도이다.

도 7은 용접토치가 변형된 경우 검출되는 위치를 보인 예시도이며, 도 8은 용접토치의 용접 노즐을 검출하여 용접 와이어의 길이를 계산하는 방법을 나타내는 예시도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 용접토치 자동보정 방법을 보인 순서도이다.

도 4에서 도시된 바와 같이 로봇(3)의 플랜지를 기준으로 하는 플랜지 좌표계(F)와 베이스(2)를 기준으로 하는 베이스 좌표계(B)를 사용한다.

먼저 변형되기 전의 용접토치(4) 및 용접 와이어(5), 그리고 노즐(6)중에 어느 하나의 말단 위치와 자세를 로봇(3)의 용접토치중심(Tool Center Point; 이하 "TCP"라 함) 정보로 플랜지 좌표계(F)를 기준으로 설정하여 놓는다. 이렇게 TCP를 설정해 놓으면 로봇(3)의 각 관절의 위치를 로봇 순기구학(forward kinematics) 연산을 통해 베이스 좌표계(B)를 기준으로 하는 TCP위치 {X_tcp, Y_tcp, Z_tcp}_{B}를 구할 수 있다.

도 5는 변형되기 전의 용접 와이어(5)를 이용하여 보정 링(20)의 중심 위치를 찾는 방법을 나타낸다. 우선 도 5a에 도시된 바와 같이 보정 링(20)의 중심 부근에 용접토치(4)가 Z방향으로 평행하도록 로봇(3)의 위치를 설정하면(S10), 그 설정된 위치에 따라 보정 링(20)의 중심 부근에 위치한 후 보정 링(20)의 중심을 찾기 위해 로봇(3)이 이동하면서 검출 시점을 탐색한다.

여기서 용접토치(4), 용접노즐(6)중에 하나를 선택할 수 있으나, 여기서는 용접와이어(5)를 이용하여 말단의 접촉으로 검출되는 것으로 설명한다.

이후 도 5b에 도시한 바와 같이 용접와이어(5)를 보정 링(20)의 내측에 접촉이 될 수 있도록 일정 거리만큼 하강한 상태에서, 용접토치(4)의 자세는 검출구간에서 동일하게 유지하고, 로봇(3)을 베이스 좌표계(B) 기준 X방향 좌우를 각각 접촉하여 그 접촉시점에 해당하는 X방향좌표(X_left, X_right)를 검출한다.

마찬가지로 동일한 방법으로 Y방향 전후를 각각 접촉하여 그 접촉시점에 해당하는 Y방향좌표(Y_front, Y_back)를 검출한다. 그리고 X 와 Y방향으로 이동하여 접촉되는 지점에서 양의 Z방향으로 상승하면서 접촉이 되지 않는 시점 즉 분리되는 시점을 검출하여 Z방향좌표(Z_up)를 검출한다.

따라서 용접 와이어(5)는 원형이므로 X,Y방향의 중심좌표(X_left, X_right)는 각각 좌우와 전후에서 보정 링(20)과 접하는 시점에서 검출되며, Z방향은 접촉이 검출되다가 미 검출 되는 시점으로부터 알 수 있다.

여기서 보정 링(20)의 초기중심위치(P_ref)는 다음과 같은 계산식에 의해 간단하게 산출된다.(S20)

{X_ref, Y_ref, Z_ref}_{B} = {(X_left + X_right)/2, (Y_front + Y_back)/2_, Z_up}_{B}

상기와 같은 방식으로 구해진 보정 링(20)의 초기중심위치(P_ref)를 로봇 제어부(3a)에 저장한다.

이후 로봇(3)이 제어되어 모재(W)를 용접하게 되고(S20), 용접중이거나 용접이 완료된 후 용접토치(4), 용접와이어(5), 용접노즐(6)중에 어느 하나가 변형되어 말단의 위치가 변형되었다고 판단되면(S40), 이를 보정해야 한다.

도 6에서 보는 바와 같이 용접토치(4) 말단의 위치 또한 변한다. 이렇게 용접토치(4)의 위치를 보정하기 위해서 보정 링(20)의 초기중심위치(P_ref)를 찾는 과정과 동일한 과정으로 변형중심위치(P1)를 구해야 한다(S50).

도 6a와 같이 로봇(3)에 의해 설정된 보정 링(20)의 중심부근위치로 용접토치(4)를 이동시키고(S40), 도 6b와 같이 전후, 좌우로 이동시켜 보정 링(20)과 접촉시점에서 X방향과 Y방향의 중심위치를 산출하고, 도6c와 같이 상부로 상승시켜 Z 방향의 위치를 산출한다.

이때 검출되어 베이스 좌표계(B)를 기준으로 X, Y, Z 방향좌표 수학식 1에 대입하여 변형중심위치(P1)를 계산하여 이를 저장한다. (이때 용접토치(4)의 자세는 "R₁"로 표시한다.)

그런데 로봇 제어부(3a)에서는 용접토치(4)가 변형되었다는 정보를 알지 못하므로, 로봇 제어부(3a)에서 검출 시점의 위치 계산은 용접토치(4)가 변형되지 않은 용접토치(4)의 초기중심위치(P_ref)를 이용하게 된다.

즉, 초기중심위치(P_ref)에서 변형중심위치(P1)까지 변형된 위치를 구함으로서 용접토치(4)의 위치 및 변형각도를 구할 수 있다. 도 7과 같은 일예에서 보는 바와 같이 용접토치(4)가 변형 전과 대비하여 Y로 양의 방향으로 변형이 발생하였으나 로봇 제어부(3a) 내부에서 계산한 변형중심위치는 Y방향으로 음의 방향으로 이동되어 계산된다. 이러한 성질은 마찬가지로 X와 Z방향에 대해서도 적용할 수 있다.

그러나 변형중심위치(P1)는 도 6d에 도시한 바와 같이, 변형 후의 용접토치(4)의 말단을 보정 링(20)의 중심에 일치시키는 위치이다. 따라서 이 위치가 새로운 용접토치(4)의 말단이라는 원리를 이용하여 플랜지 좌표계(F)를 기준의 변형된 용접토치(4)의 말단의 위치 및 자세를 새롭게 구할 수 있다.

우선 변형되기 이전의 용접토치(4)의 초기중심위치(P_ref)를 포함하는 정보를 이용하여 변형중심위치(P1)에서 로봇(3)의 역기구학 연산하여 각 관절의 각도로 환산한다.

그리고 각 관절의 각도를 이용하여 다시 로봇 순기구학 연산하여 로봇(3)의 베이스 좌표계(B)에서부터 플랜지 좌표계(F)까지의 동차행렬 관계를 T_F 라고 하고(베이스 좌표계에 대한 플랜지 좌표계의 자세를 R_F로 표시), 변형된 용접토치의 위치와 각도를 플랜지 좌표계(F) 기준으로 나타낸 동차변환행렬을 T_T라고 정하면(플랜지 좌표계를 기준으로 하는 용접토치 좌표계(T)의 자세를 R_T로 표시) 다음 식과 같은 관계로 표시된다.

여기서, 동차변환 행렬은 3행3열의 자세변환 행렬(R)과 위치(P)를 4행 4열 행렬로 표시되며 위치와 자세를 행렬의 곱으로 간편하게 표현할 수 있는 식이다.

구하고자 하는 용접토치 정보는 T_T 이므로, T_F 에 대한 역행렬을 좌우 변에 연산하여 궁극적으로 다음 식으로 변형된 용접토치 위치보정 값{X_T,Y_T,Z_T}_{F}을 구할 수 있다(S60).

상기의 식으로 계산된 용접토치(4)의 정보를 로봇 제어부(3a)에 반영함 변형된 용접토치의 위치정보를 보정할 수 있다(S70).

상기의 과정에서 Z방향의 탐색을 생략하고 X, Y와 같이 두 방향 요소만을 보정할 수도 있으며, 좌표계 또한 시스템마다 다르게 설정할 수도 있으므로 상기의 좌표계 설정은 일예에 불과할 것이다. 그리고 두 방향 혹은 세 방향의 탐색과정을 통해 용접토치 위치 정보를 보정하는 방법 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

도 6에서 보는 바와 같이 용접토치의 변형은 위치뿐만 아니라 용접토치의 방향 변경이 중요할 때가 있다. 아크 용접에서는 용접토치의 방향 벡터를 중력 방향과 일치하도록 제어하는 것이 중요할 때가 있기 때문에 자세를 보정할 필요가 있다.

자세를 보정하기 위해서 상기의 위치 보정에서 사용했던 변형중심위치(P1)를 검출한 다음에, 도 6e에 도시된 바와 같이 로봇(3)을 자세가 유지되는 상태에서 음의 Z방향으로 일정거리 만큼 내리고, 변형중심위치(P1)를 검출했던 방식과 동일하게 도 6a, 도 6b의 과정을 반복하여 X방향 및 Y방향 중심 위치를 구하고 Z방향은 P1의 위치에 음의 Z방향으로 내린 일정거리만큼 뺀 위치로 벡터중심위치(P2)를 구한다.

그리고 위치정보 보정에서 구한 변형중심위치(P1)와, 벡터중심위치(P2)의 방향을 이용하여 용접 와이어의 방향 벡터를 구할 수 있다. 벡터를 Z방향으로 보정하기 위해, 음의 Z방향(중력방향)벡터와 P1P2의 방향벡터 사이의 각을 다음 식으로 구할 수 있다.

두 벡터의 공통 법선 Pn은 Z방향 벡터와 P1P2방향 벡터를 외적함으로써 구해진다.

두 벡터의 공통법선 이므로, Pn 벡터를 회전 방향으로 용접토치(4)의 자세를 △θ만큼을 회전시키면 변형된 용접토치(4)를 Z방향과 평행하도록 보정할 수 있다. Pn 벡터 방향으로 △θ회전을 환산한 각도 3행 3열 자세 변환행렬을 △R이라고 했을 때, 기존의 자세를 R₁에 △R을 연산하여 수학식 3은 다음과 같이 나타낼 수 있다(S80).

상기와 같이 벡터중심위치(P2)를 검출하여 방향벡터의 각도를 보정함으로써 플랜지 좌표계(F)를 기준으로 한 용접토치의 자세행렬 R_T와 위치 벡터 {X_T,Y_T,Z_T}_{F}를 모두 구하여 로봇 제어부(3a)에 용접토치 정보를 반영한다. 이렇게 되면 도 7의 예에서 용접토치 좌표계(T)의 원점은 보정 링(20)의 중심위치와 일치되고 Y방향 벡 터는 베이스 좌표계(B)의 Z방향 벡터와 동일하도록 보정된다.(S90)

상기와 같은 좌표계의 설정 방식은 시스템에 따라 다르게 설정할 수 있으므로 용접토치를 상하로 일정량 이동시킨 후, 원형 링의 중심점을 두 번 찾아 용접토치의 수직 방향을 찾아내는 방법은 본 발명의 범위에 포함된다고 할 수 있다.

도 6e에 도시된 바와 같이 로봇 제어부(3a)의 용접토치 정보가 보정되기 전에 변형중심위치(P0)의 위치가 점선의 위치였다면, 상기의 과정으로 로봇(3)의 용접토치(3)에 대한 위치와 자세를 보정한 후에, 변형중심위치(P1)에 대한 이동 명령을 내리면 로봇(3)은 도 6f와 같이 용접토치 변형 전의 초기중심위치(P0)의 위치와 자세로 보정된다.

한편, 용접토치(4)의 용접노즐(6)을 통해 공급되는 용접 와이어(5)의 길이가 일정 범위에 있는지를 확인할 필요가 있다. 여기서, 용접 와이어(5)의 길이는 용접 와이어(5)의 직경에 비해 용접노즐(6)의 직경이 크다는 점을 이용하여 구할 수 있다.

즉, 도 8a와 같이 용접 와이어(5)를 수직으로 보정한 상태에서 용접 와이어(5)의 접촉이 검출되지 않도록 보정 링(20)에 접근시킨 후, 도 8b와 같이 아래 방향으로 탐색을 하면서 용접노즐(6)이 검출될 때까지 하강시켜 이 때의 용접노즐(6)의 단부 Z방향좌표(Z_nozzle)를 구한다.

상기의 변형하기 전의 용접 와이어(5)의 말단점으로 구한 Z방형좌표(Z_up)로 구한 보정 링(20)의 중심위치와의 차를 이용하여, 용접노즐(6)부터 노출된 용접와 이어(5)의 길이를 구할 수 있다.

본 발명은 상기에 설명하고 있는 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 용접토치 자동 보정 시스템 및 그 보정 방법은 다음과 같은 효과를 창출한다.

첫째, 자동으로 용접토치 및 용접 와이어의 변형을 빠르게 보정함으로써 기존의 로봇 작업 프로그램을 수정하지 않아도 됨으로 작업 효율을 향상되는 효과가 있다.

둘째, 별도의 보정장치를 부가하지 않고, 쉽게 구할 수 있는 원형의 보정 링을 적용하여 보정함으로서 용접시스템의 단가를 현저하게 줄일 수 있다

Claims (8)

1. 아크 용접할 수 있도록 용접토치가 연결되는 용접케이블과, 모재에 연결되는 접지케이블을 구비한 용접기;

   상기 용접토치가 모재를 용접할 수 있도록 상기 모재의 용접위치로 이송시키는 로봇; 및,

   상기 용접토치의 초기위치를 설정하고, 상기 용접토치의 위치가 변형된 경우 상기 용접토치의 위치를 보정할 수 있도록 하는 보정 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보정 링은 원형으로 마련되며, 상부 면이 상기 모재와 동일 평면상에 마련되는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보정 링은 전도체이며, 상기 모재와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 용접토치의 위치보정은 용접토치, 용접노즐, 용접토치 중에 선택된 하 나의 말단이 상기 보정 링에 접촉됨으로서 감지되는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 시스템
5. 용접토치를 보정 링 중심부근 위치로 로봇이 이동시킬 수 있도록 중심부근 위치를 설정하는 단계;

   상기 로봇이 상기 보정 링의 중심부근 위치로 이동시켜 상기 보정 링의 초기중심위치(P0)를 산출하는 단계;

   상기 초기중심위치(P0)를 기준으로 모재를 용접완료 후 상기 용접토치의 위치가 변형된 경우 상기 로봇이 상기 용접토치를 설정된 상기 중심부근위치로 이동시켜 상기 보정 링의 변형중심위치(P1)를 산출하는 단계;

   상기 변형중심위치(P1)에서 초기중심위치(P0)를 비교 연산하여 위치보정 값을 산출하는 단계; 및,

   상기 보정 값을 로봇에 입력시켜 변형된 용접토치의 위치를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 초기중심위치와 변형중심위치는 상기 보정 링 내에서 용접토치를 X방향으로 좌우 이동하여 상기 보정 링의 X방향 중심위치를 산출하는 단계;

   상기 X방향 중심위치로 이동한 후 용접토치를 Y방향으로 전후 이동하여 Y방향 중심위치를 산출하는 단계; 및,

   상기 용접토치의 단부를 보정 링에 접촉시켜 Z방향 위치를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 변형중심위치 산출단계 이후에는

   상기 용접토치를 상기 변형중심위치에서 -Z방향으로 이동시켜 그 평면상의 벡터중심위치를 산출하는 단계;

   상기 변형된 용접토치로 검출된 변형중심위치와 벡터중심위치를 연산하여 자세 보정 값을 산출하는 단계;

   상기 자세보정 값을 대입하여 용접토치의 자세를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 용접토치 자세보정단계 이후에는

   용접와이어가 보정 링에서 이격된 상태로 용접토치를 아래 방향으로 이동시켜 용접노즐을 접촉시켜 용접노즐의 위치를 산출하는 단계; 및,

   상기 용접노즐의 위치와 초기중심위치의 Z방향을 연산하여 용접 와이어의 길이를 산출하는 단계를 더 포함되는 것을 특징으로 하는 용접토치 자동보정 방법.

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