KR101715175B1 - Ｌｖｓ의 좌표계를 보정하는 방법 - Google Patents

Ｌｖｓ의 좌표계를 보정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 레이저 비전센서(LVS, Laser Vision Sensor)의 좌표계를 보정하는 방법에 관한 것으로, 레이저 비전센서의 좌표계를 보정하는 방법은 LVS 및 로봇 툴과 연결된 로봇에서 수행된다. 상기 방법은 직선이 그려진 모재를 준비하는 단계, TCP(Tool Center Point)를 상기 직선의 끝점에 일치시켜서 TCP의 위치를 기록하는 단계, 상기 LVS의 회전각 좌표 및 상기 LVS의 센서 좌표를 설정하는 단계, 상기 LVS를 상기 로봇에 툴로서 등록하는 단계 및 상기 설정된 센서 좌표 및 상기 설정된 회전각 좌표를 원점으로 보정하는 단계를 포함한다.
따라서, LVS의 좌표계 보정 방법은 LVS 좌표계를 로봇의 툴 좌표계로 등록하여 LVS 좌표를 손쉽게 등록할 수 있고, LVS의 좌표계를 로봇의 툴로 등록되어 사용할 수 있으므로, LVS의 좌표계 원점이 임의의 위치에 도달하도록 로봇을 이동시킬 수 있고, LVS의 치구위치가 변형되면 로봇에 구비된 툴 보정기능을 통해 LVS의 좌표를 신속하게 보정할 수 있다.

Description

ＬＶＳ의 좌표계를 보정하는 방법{METHOD OF CALIBRATING COORDINATE SYSTEM IN LASER VISION SENSOR}
본 출원은 레이저 비전센서(LVS, Laser Vision Sensor)의 좌표계를 보정하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, LVS의 좌표계를 로봇의 툴 좌표로 등록하고, 로봇에 구비된 툴 보정기능을 이용하여 손쉽게 LVS 좌표계를 보정할 수 있으며, LVS로 조인트의 위치를 검출한 후, 검출된 조인트의 위치에 LVS의 카메라 원점이 일치되도록 간편하게 로봇을 이동시킬 수 있는 장점을 포함하는 LVS의 좌표계를 보정하는 방법에 관한 것이다.
레이저 비전센서(LVS, Laser Vision Sensor)(100)는 로봇 툴에 장착하여 용접선을 추종하거나 모재의 위치를 검출하는 장치로서, 로봇의 비정규화된 작업라인을 추적하기 위해 사용될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, LVS(100)는 레이저 띠를 발사하는 장치(110)와 띠의 형상을 읽어 들이는 카메라(120)로 구성된다.
LVS(100)는 모재에 단차가 있는 경우, 레이저 띠를 발사하여 모재에 닿을 때, 레이저 띠가 모재에 닿는 거리에 차이가 발생하게 되고, 이 거리차이를 읽을 수 있도록 레이저 띠를 발사하는 장치(110)와 레이저 띠를 읽을 수 있는 카메라(120)가 일정한 각도를 갖도록 장착되어 있다. 따라서 모재에 단차가 있는 경우, 단차의 위치를 카메라 좌표계 상의 위치 값으로 변환하여 로봇에게 전달한다. 즉, LVS(100)는 레이저 띠로 만들어지는 고정된 평면상의 X, Y 값만을 검출할 수 있고, 로봇은 센서의 X, Y 값으로부터 3차원 공간상의 위치를 계산해야 하기 때문에 로봇 툴에 부착된 LVS(100)의 좌표계가 어떻게 설정되었는지를 등록 및 보정하는 기능이 필수적으로 필요하다.
종래 기술은 도 2와 같이, LVS(100)의 원점, X 축 상에 있는 한 점 및 X-Y 평면상에 있는 한 점을 기록하고(S230, S240 및 S250) 로봇에 구비된 기능을 이용하여 LVS 좌표계를 설정한다(S260). 그러나 종래 기술은 세 개의 점들을 기록하는 절차, 세 개의 점들로부터 LVS 좌표계를 계산하기 위한 기능 및 LVS(100)의 치구위치가 변형되는 경우 변형 유무를 확인하기 위해서는 LVS 좌표계 원점의 위치를 확인할 수 있어야 하나, LVS 좌표계 원점의 위치가 데이터 값으로만 관리되므로 변형 유무확인 및 보정하기 위한 시간과 노력이 많이 소요되는 단점을 가진다.
본 출원과 관련된 기술로는 한국특허공개공보 10-2011-0019011호에 개시되어 있고, 해당 선행기술은 로봇의 툴 좌표계와 LVS 좌표계 사이의 위치에 대한 정보와 더불어 회전 각도에 관한 정보를 측정할 수 있는 지그를 제안하고 이를 이용하여 보정을 수행하는 방법을 제공하고 있다.
본 출원은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, LVS의 좌표계를 로봇의 툴 좌표계로 등록하여 LVS의 좌표를 손쉽게 등록할 수 있도록 한다. 즉, 본 출원은 LVS의 좌표계가 로봇의 툴로 등록되어 관리되기 때문에, LVS의 좌표원점이 사용자가 원하는 위치에 도달하도록 로봇을 이동시킬 수 있으므로 LVS의 치구위치가 변형되었는지를 쉽게 확인할 수 있고, 변형되었을 때에 보정하는 작업이 로봇에 구비된 툴 보정기능을 통해 LVS의 좌표를 보정할 수 있으므로 신속하게 보정할 수 있다. 또한, LVS로 조인트의 위치를 검출한 후, 검출된 조인트 위치에 LVS의 카메라 원점을 일치시키는 작업이 필요한 경우, LVS 좌표계로 등록된 툴 번호를 사용하여 간편하게 로봇을 이동시킬 수 있도록 한다.
실시예들 중에서, LVS(Laser Vision Sensor)의 좌표계 보정 방법은 LVS 및 로봇 툴과 연결된 로봇에서 수행된다. 상기 방법은 직선이 그려진 모재를 준비하는 단계, TCP(Tool Center Point)를 상기 직선의 끝점에 일치시켜서 TCP의 위치를 기록하는 단계, 상기 LVS의 회전각 좌표 및 상기 LVS의 센서 좌표를 설정하는 단계, 상기 LVS를 상기 로봇에 툴로서 등록하는 단계 및 상기 설정된 센서 좌표 및 상기 설정된 회전각 좌표를 원점으로 보정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 LVS의 회전 각 좌표 및 상기 LVS 좌표계를 설정하는 단계는 상기 LVS를 Z축을 중심으로 회전하여 상기 레이저 띠를 상기 직선에 일치시키는 단계, 상기 LVS를 Y축을 중심으로 회전하여 레이저 빔의 단면과 X-Y 평면을 수직이 되도록 조절하는 단계, 상기 LVS를 X축을 중심으로 회전하여 상기 레이저 빔의 측선과 상기 직선을 수직이 되도록 조절하는 단계 및 상기 LVS 센서 좌표의 Z 및 Y값이 0이 되는 위치로 상기 LVS를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보정은 상기 로봇에 구비된 툴 보정을 통해 상기 LVS의 센서 좌표 및 상기 LVS의 회전각 좌표를 보정할 수 있다.
본 출원의 개시된 기술은 손쉽게 LVS(Laser Vision Sensor)의 좌표를 등록할 수 있고, LVS의 치구위치에 변형이 있는 경우 로봇에 구비된 툴 보정기능을 이용하여 LVS의 좌표를 보정할 수 있으며, LVS로 조인트의 위치를 검출한 후, 검출된 조인트의 위치에 LVS의 카메라 원점이 일치되도록 간편하게 로봇을 이동시킬 수 있다.
도 1은 종래의 레이저 비전센서(LVS, Laser Vision Sensor)의 내부 구성도이다.
도 2는 도 1의 레이저 비전센서에 의한 LVS 좌표 설정 방식을 설명하는 도면이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 레이저 비전센서를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에 있는 레이저 비전센서에 따른 작업위치의 좌표 검출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3에 있는 레이저 비전센서에 의한 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 모재에 그려진 직선을 설명하는 도면이다.
도 7은 TCP(Tool Center Point)를 직선의 끝점에 일치시키는 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 8은 LVS의 LVS 회전각 좌표 및 LVS의 센서 좌표를 설정하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 LVS의 LVS 회전각 좌표 및 LVS의 센서좌표를 설정하는 동작을 설명하는 도면이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 레이저 비전센서를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 레이저 비전센서(LVS, Laser Vision Sensor)(300)는 레이저 띠를 발사하는 장치(310), 촬영수단(320) 및 제어부(330)를 포함하고, 작업위치의 좌표를 로봇(700)에 출력한다.
레이저 띠를 발사하는 장치(310)는 모재(340)에 레이저 띠(350)를 발사한다. 일 실시예에서, 레이저 띠를 발사하는 장치(310)는 하나 이상의 레이저 다이오드로 구현될 수 있다.
촬영수단(320)은 모재(340)에 발사된 레이저 띠(350)의 형상을 촬영한다. 일 실시예에서, 촬영수단(320)은 CIS (CMOS Image Sensor) 또는 CCD (Charge Coupled Device)로 구현될 수 있다.
제어부(330)는 촬영된 레이저 띠(350)의 형상을 수신하여 형상에 따른 작업위치의 좌표를 산출하여 로봇(700)에 출력한다.
도 4는 도 3에 있는 레이저 비전센서에 따른 작업위치의 좌표 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
제어부(330)는 촬영된 레이저 띠(350)의 형상을 수신하고 레이저 띠(350)의 단절된 위치 및 레이저 띠(350)의 상하 위치를 판독하여 작업할 위치의 좌표를 출력한다.
도 4a에서, 작업위치가 레이저 띠(350)의 원점(360a)에 있는 경우, 촬영된 레이저 띠의 형상(400a)은 레이저 띠의 일부(예를 들어, 정중앙)가 단절될 수 있다. 제어부(330)는 정중앙의 단절 부분을 판독하여 작업할 위치의 좌표를 출력할 수 있다.
도 4b에서, 작업위치가 레이저 띠(350)의 원점(360b)으로부터 좌측에 있는 경우, 촬영된 레이저 띠의 형상(400b)은 레이저 띠의 해당 일부분(예를 들어, 중앙으로부터 좌측)이 단절될 수 있다. 제어부(330)는 좌측의 단절 부분을 판독하여 작업할 위치의 좌표를 출력할 수 있다.
도 4c에서, 작업위치가 레이저 띠(350c)의 원점(360c)보다 아래에 있는 경우, 촬영된 레이저 띠의 형상(400c)은 해당 부분만큼 이동될 수 있다. 제어부(330)는 이동된 레이저 띠의 위치를 판독하여 작업할 위치의 좌표를 출력할 수 있다.
도 5는 도 3에 있는 레이저 비전센서에 의한 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5에서, 직선이 그려진 모재(340)가 준비된다(단계 S510). 일 실시예에서, 도 6에서, 직선(610)은 모재(340)의 특정 위치에 일직선으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 특정 위치는 모재(340)의 정중앙을 포함할 수 있다.
제어부(330)는 TCP(Tool Center Point)를 직선의 끝점에 일치시켜서 TCP의 위치를 로봇의 툴 좌표에 기록한다(S520). 도 7은 TCP(Tool Center Point)를 직선의 끝점에 일치시키는 동작을 설명하는 도면으로서 도 7에서, 제어부(330)는 TCP(710)를 직선의 끝점(720)에 위치시킨다.
제어부(330)는 LVS(300)의 회전각 좌표(즉, RX, RY 및 RZ 축으로 구성된 좌표) 및 LVS의 센서 좌표(즉, X, Y 및 Z 축으로 구성된 좌표)를 설정한다.
도 8은 LVS의 LVS 회전각 좌표 및 LVS의 센서 좌표를 설정하는 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 9는 LVS의 LVS 회전각 좌표 및 LVS의 센서 좌표를 설정하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 8 및 도 9에서, 제어부(330)는 LVS(300)를 Z축을 중심으로 회전하여 레이저 띠(350)를 직선((610)에 일치시키고(단계 S531), LVS(100)를 Y축을 중심으로 회전하여 레이저 빔의 단면(910)과 X-Y 평면(920)을 수직이 되도록 조절한다(단계 S532). 제어부(330)는 LVS(100)를 X축을 중심으로 회전하여 레이저 빔의 측선(930)과 직선(610)을 수직이 되도록 조절하고(단계 S533), LVS 센서 좌표의 Z 및 Y값이 0이 되는 위치로 LVS(300)를 이동시킨다(단계 S534).
다시 도 5에서, 제어부(330)는 LVS를 상기 로봇(700)에 툴로서 등록하고(S540), 로봇(700)에 구비된 툴 정수 자동 보정기능 및 툴 정수 각도 보정기능을 이용하여 LVS(300)의 센서 좌표 및 LVS(300)의 회전각 좌표를 툴 좌표의 원점으로 보정한다(S550).
따라서, 본 출원은 LVS의 좌표계를 로봇의 툴 좌표로 등록함으로써, 손쉽게 LVS 좌표를 등록할 수 있고, LVS 치구위치에 변형이 있는 경우 로봇에 구비된 툴 보정기능을 이용하여 LVS의 좌표를 보정할 수 있으며, 조인트의 위치를 검출한 후, 검출된 위치에 LVS의 카메라 원점이 일치되도록 간편하게 로봇을 이동시킬 수 있는 효과를 제공한다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
300 : 레이저 비전센서 310 : 레이저 띠를 발사하는 장치
320 : 촬영수단 330 : 제어부
340 ; 모재 350 : 레이저 띠
610 : 직선 700 : 로봇
710 : TCP(Tool Center Point) 910 : 레이저 빔의 단면
920 : X-Y 평면 930 : 레이저 빔의 측선

Claims (3)

  1. LVS(Laser Vision Sensor) 및 로봇 툴과 연결된 로봇에서 수행되는 LVS의 좌표계 보정 방법에 있어서,
    직선이 그려진 모재를 준비하는 단계;
    TCP(Tool Center Point)를 상기 직선의 끝점에 일치시켜서 TCP의 위치를 기록하는 단계;
    상기 LVS의 회전각 좌표 및 상기 LVS의 센서 좌표를 설정하는 단계;
    상기 LVS를 상기 로봇에 툴로서 등록하는 단계; 및
    상기 설정된 센서 좌표 및 상기 설정된 회전각 좌표를 원점으로 보정하는 단계를 포함하는 LVS의 좌표계를 보정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LVS의 회전 각 좌표 및 상기 LVS 좌표계를 설정하는 단계는
    상기 LVS를 Z축을 중심으로 회전하여 레이저 띠를 상기 직선에 일치시키는 단계;
    상기 LVS를 Y축을 중심으로 회전하여 레이저 빔의 단면과 X-Y 평면을 수직이 되도록 조절하는 단계;
    상기 LVS를 X축을 중심으로 회전하여 상기 레이저 빔의 측선과 상기 직선을 수직이 되도록 조절하는 단계; 및
    상기 LVS 센서 좌표의 Z 및 Y값이 0이 되는 위치로 상기 LVS를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LVS의 좌표계를 보정하는 방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어, 상기 보정은
    상기 로봇에 구비된 툴 보정을 통해 상기 LVS의 센서 좌표 및 상기 LVS의 회전각 좌표를 보정하는 것을 특징으로 하는 LVS의 좌표계를 보정하는 방법.

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