[논문]레이저 용접 로봇의 경로 생성에 관한 연구

강희신; 서정; 박경택

문제 정의

본 연구에서는 로봇과 용접 부품 사이의 위치 관계를 가능한 단순화하기 위해 로봇과 용접 부품 사이에서 회전과 평행 이동이 없는 것으로 하여 로봇의 경로, 즉 로봇 끝단(end-effector)의 동작 궤적을 계산하였다. 이러한 결과값을 그래프로 표현한 것이 Fig.
본 연구에서는 자동차 제조용 지능로봇 시스템에서 가장 필요로 하는 핵심기술인 자동차 차체 레이저 용접기술과 더불어 차체 레이저 용접 로봇 적용을 위해 중요한 기술인 로봇 경로(path) 생성 (generation) 기술, CAD/CAM 인터페이싱 기술에 관하여 연구를 수행하였다. 산업현장에서 로봇을 이용하여 자동 공정을 실현할 때 일반적으로 계획된 로봇 경로를 미리 작업자가 로봇에게 교시 (teaching)하여 일련의 작업이 진행 된다.
특히, 항상 수직으로 빔이 주사되어야 하는 레이저 용접의 특성 상 비선형 형태의 용접물의 경우에는 작업자가 용접면에 수직이 되도록 로봇을 교시하는 작업이 대단히 어려운 작업이 된다. 이러한 문제점을 설계 시 만들어지는 CAD 데이터를 활용하여 CAD/CAM 인터페이싱 기술과 레이저 용접 기술을 이용하여 해결하고자 하였다. 차체의 CAD 데이터로부터 CAD/CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 3차원 데이터를 주줄하고 로봇 경로(path)를 생성하는 일련의 공정과 방법에 대하여 연구를 하였다.
차체의 레이저 용접 시 로봇 경로 생성을 위하여 작업자가 티칭 펜던트를 이용하여 작업 경로를 생성하는 시행착오 방식의 문제점을 개선하고자 CAD 데이터를 이용한 레이저 용접 로봇의 경로생성에 관하여 연구를 하였다. CAD/CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 3차원 데이터를 추출하여 로봇 경로를 생성하였다.

제안 방법

로봇을 이용한 레이저 용접시스템의 용접속도를 향상시키기 위해 많은 연구가 수행되어져 왔다.6 본 연구에서는 로봇이 용접점 사이를 이동 시 기존 저항 용접 시스템 보다 용접속도를 향상시킬 수 있는 용접 공정으로 로봇 기반 원격 레이저 용접 시스템을 구축하고, CAD/ CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 기초적인 용접실험을 수행하였다.
CAD 좌표계와 공작물 좌표계를 동일하게 가정한 후 기하학적 관계식의 유도 과정을 간략하게 하였다. 이로 인해 실제 실험에서는 오차가 발생하였고 작업대 상의 용접물과 로봇 사이의 정렬 상태에 대한 정확한 기하학적 관계가 로봇의 작업경로 생성에 있어서 중요한 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다.
CAD 프로그램과 Hyper-Mesh 프로그램을 이용하여 파이프 시편 상의 용접선에 대해 3차원 형상의 좌표계 데이터를 추출하였다. 이러한 3차원 형상 정보를 갖는 좌표계 데이터는 로봇의 작업 경로의 궤적 생성에 기본 데이터로 활용된다.
관하여 연구를 하였다. CAD/CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 3차원 데이터를 추출하여 로봇 경로를 생성하였다. 레이저 시스템과 로봇 제어기의 인터페이싱을 토대로 3차원 레이저 용접시스템을 구축하여 레이저 용접 시스템에 대한 성능시험 및 평가를 실시하였다.
생성된 로봇 경로에 의해 로봇이 용접선을 잘 추종하여 본 알고리즘을 검증할 수 있었다. PC 제어 프로그램을 이용하여 생성된 로봇 경로 데이터를 로봇에 전송하였고 파이프 시편에 레이저 용접 실험을 수행하였다. 실험결과의 분석을 통해 초기 용접 시작점에서 용접 끝점으로 로봇이 이동하면서 위치 오차가 누적되어 용접 끝점에서는 위치 오차가 발생하였으나, 경로의 보정 작업을 통해 누적오차를 제거하였다.
6kW급 파이버 레이저 시스템이며 로봇은 130kg급 가반 중량의 6축 산업용 로봇을 활용하였다. 레이저 및 로봇과의 인터페이싱을토대로 3차원 레이저 용접 시스템을 구축하고, 시작품 제작용 용접지그를 설계 제작하여 레이저 용접시스템에 대한 기초 성능시험 및 평가를 실시하였다. Fig.
레이저 시스템과 로봇 제어기 간의 인터페이싱을 토대로 3차원 레이저 용접 시스템을 구축하고, 레이저 용접 시스템의 기초 성능시험 및 평가를 수행하였다. 일련의 과정을 통해 생성된 로봇 경로를 로봇제어기에 전송하여 로봇이 파이프 상의 3 차원 용접선 경로를 따라 용접을 수행하였다.
CAD/CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 3차원 데이터를 추출하여 로봇 경로를 생성하였다. 레이저 시스템과 로봇 제어기의 인터페이싱을 토대로 3차원 레이저 용접시스템을 구축하여 레이저 용접 시스템에 대한 성능시험 및 평가를 실시하였다. 용접 경로 생성에 대한 실험 및 결과 검증이 용이한 파이프 형상의 용접 부품 상에 용접경고를 형성하였다.
레이저 시스템과 로봇 제어기의 인터페이싱을 토대로 3차원 레이저 용접시스템을 구축하여 레이저 용접 시스템에 대한 성능시험 및 평가를 실시하였다. 용접 경로 생성에 대한 실험 및 결과 검증이 용이한 파이프 형상의 용접 부품 상에 용접경고를 형성하였다.
최근 NC 공작기계나 로봇 시스템 분야에서 OLP(off line program)# 이용하여 작업경로를 생성하는 방법을 도입하여 활용되고 있지만, 대부분의 경우가 2차원 작업 경로에 적용되고 있으며, 특히 3차원 로봇 작업동작에 대한 경로생성에 관한 연구는 이루어지고 있으나 현장에 적용되는 사례는 그리 많지 않다. 이러한 어려움을 개선하기 위하여 CAD/CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 차체의 CAD 데이터로부터 3차원 데이터를 추출하여 로봇 경로(path)를 생성하고자 하였다.
일련의 과정을 통해 생성된 로봇 경로를 로봇제어기에 전송하여 로봇이 파이프 상의 3 차원 용접선 경로를 따라 용접을 수행하였다. 용접 로봇 경로 생성 소프트웨어에 의해 계산된 로봇 경로는 도면상의 원점을 기준으로 계산된 값이다.
이러한 문제점을 설계 시 만들어지는 CAD 데이터를 활용하여 CAD/CAM 인터페이싱 기술과 레이저 용접 기술을 이용하여 해결하고자 하였다. 차체의 CAD 데이터로부터 CAD/CAM 인터페이싱 기술을 이용하여 3차원 데이터를 주줄하고 로봇 경로(path)를 생성하는 일련의 공정과 방법에 대하여 연구를 하였다. 로봇을 이용한 레이저 용접시스템의 용접속도를 향상시키기 위해 많은 연구가 수행되어져 왔다.

대상 데이터

레이저 발진기는 1.6kW급 파이버 레이저 시스템이며 로봇은 130kg급 가반 중량의 6축 산업용 로봇을 활용하였다. 레이저 및 로봇과의 인터페이싱을토대로 3차원 레이저 용접 시스템을 구축하고, 시작품 제작용 용접지그를 설계 제작하여 레이저 용접시스템에 대한 기초 성능시험 및 평가를 실시하였다.
레이저 발진기로부터 나온 레이저 빔은 광파이버를 통해 로봇 암 (arm)의 끝단에 부착된 용접헤드까지 전송되고 로봇의 각 축을 움직임으로서 3차원 용접을 수행하게 된다. 시스템을 구성하는 핵심장치는 레이저 발진장치 레이저 광학계, 광학계 이송을 위한 산업용 6 축 로봇, 용접시편을 고정하기 위한 지그 및 고정장치, 레이저 광 정밀 조사를 위한 레이저 거리 센서, 레이저 용접 품질 측정을 위한 품질 모니터링 장치, 전체 시스템 제어를 총괄하는 PC 기반 제어기 등으로 구성된다. 광학계는 2축 레이저 스캐너와 초점 장치로 구분된다.

이론/모형

초점 거리를 일정하게 유지하기 위해 F-theta 렌즈를 사용하였다. 제어기 간 통신방식은 RS232C 방식을 사용하였다.

성능/효과

용접선 경로 상의 급격한 변곡점에서는 로봇의 갑작스런 방향 변환이 발생하여 용접속도가 불균일해지는 현상을 관찰할 수 있었으며, 이와 같은 용접점에서는 로봇의 자세에 특별한 주의를 기울여야 한다는 결론을 얻을 수 있었다. 로봇이도면상의 용접선을 잘 추종하였고 본 알고리즘의 성능을 검증할 수 있었다.
용접선 경로 상의 급격한 변곡점에서는 로봇의 갑작스런 방향 변환이 발생하여 용접속도가 불균일해지는 현상을 관찰할 수 있었으며, 이와 같은 용접점에서는 로봇의 자세에 특별한 주의를 기울여야 한다는 결론을 얻을 수 있었다. 로봇이도면상의 용접선을 잘 추종하였고 본 알고리즘의 성능을 검증할 수 있었다.
8은 생성된 로봇 경로 데이터가 로봇에 전송되면서 레이저 용접이 진행되는 실험장면을 보여준다. 생성된 로봇 경로에 의해 로봇이 용접선을 잘 추종하여 본 알고리즘을 검증할 수 있었다. PC 제어 프로그램을 이용하여 생성된 로봇 경로 데이터를 로봇에 전송하였고 파이프 시편에 레이저 용접 실험을 수행하였다.
PC 제어 프로그램을 이용하여 생성된 로봇 경로 데이터를 로봇에 전송하였고 파이프 시편에 레이저 용접 실험을 수행하였다. 실험결과의 분석을 통해 초기 용접 시작점에서 용접 끝점으로 로봇이 이동하면서 위치 오차가 누적되어 용접 끝점에서는 위치 오차가 발생하였으나, 경로의 보정 작업을 통해 누적오차를 제거하였다. 또한, 정밀한 용접선 추적을 위해 용접선 추적 장치를 이용할 경우 로봇 경로 생성과정에서 발생하는 위치오차를 실시간으로 제거할 수 있다.
PC 제어 프로그램을 이용하여 생성된 로봇 경로 데이터를 로봇에 전송하였고 파이프 시편에 레이저 용접 실험을 수행하였다. 실험결과의 분석을 통해 초기 용접 시작점에서 용접 끝점으로 로봇이 이동하면서 위치 오차가 누적되어 용접 끝점에서는 위치 오차가 발생하였으나, 경로의 보정 작업을 통해 누적오차를 제거하였다. 또한, 정밀한 용접선 추적을 위해 용접선 추적 장치를 이용할 경우 로봇 경로 생성과정에서 발생하는 위치오차를 실시간으로 제거할 수 있다.
또한, 정밀한 용접선 추적을 위해 용접선 추적 장치를 이용할 경우 로봇 경로 생성과정에서 발생하는 위치오차를 실시간으로 제거할 수 있다. 용접선 경로 상의 급격한 변곡점에서는 로봇의 갑작스런 방향 변환이 발생하여 용접속도가 불균일해지는 현상을 관찰할 수 있었으며, 이와 같은 용접점에서는 로봇의 자세에 특별한 주의를 기울여야 한다는 결론을 얻을 수 있었다. 로봇이도면상의 용접선을 잘 추종하였고 본 알고리즘의 성능을 검증할 수 있었다.
또한, 정밀한 용접선 추적을 위해 용접선 추적 장치를 이용할 경우 로봇 경로 생성과정에서 발생하는 위치오차를 실시간으로 제거할 수 있다. 용접선 경로 상의 급격한 변곡점에서는 로봇의 갑작스런 방향 변환이 발생하여 용접속도가 불균일해지는 현상을 관찰할 수 있었으며, 이와 같은 용접점에서는 로봇의 자세에 특별한 주의를 기울여야 한다는 결론을 얻을 수 있었다. 로봇이도면상의 용접선을 잘 추종하였고 본 알고리즘의 성능을 검증할 수 있었다.
하였다. 이로 인해 실제 실험에서는 오차가 발생하였고 작업대 상의 용접물과 로봇 사이의 정렬 상태에 대한 정확한 기하학적 관계가 로봇의 작업경로 생성에 있어서 중요한 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다. 로봇이 도면상의 용접 선을 잘 추종하였고 본 알고리즘의 성능을 검증할 수 있었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 레이저 용접 로봇의 경로 생성에 관한 연구
Study on Path Generation for Laser Welding Robot 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 레이저 용접 로봇의 경로 생성에 관한 연구 Study on Path Generation for Laser Welding Robot 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

강희신 (16) 서정 (99) 박경택 (26)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 레이저 용접 로봇의 경로 생성에 관한 연구
Study on Path Generation for Laser Welding Robot 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper