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KR102685098B1 - Tcp calibration apparatus for welding robot and calibration method with the same - Google Patents

Tcp calibration apparatus for welding robot and calibration method with the same Download PDF

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KR102685098B1
KR102685098B1 KR1020160183118A KR20160183118A KR102685098B1 KR 102685098 B1 KR102685098 B1 KR 102685098B1 KR 1020160183118 A KR1020160183118 A KR 1020160183118A KR 20160183118 A KR20160183118 A KR 20160183118A KR 102685098 B1 KR102685098 B1 KR 102685098B1
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tcp
calibration
welding robot
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torch
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이정우
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한화오션 주식회사
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Abstract

용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법에 관한 것으로, 용접로봇의 토치 선단에 설치되는 툴팁과 TCP 캘리브레이션을 위해 내부에 툴팁이 이동하는 이동공간이 형성되고 바닥면에 회전 가능하게 설치되는 캘리브레이션 지그를 포함하는 구성을 마련하여, 미리 설정된 가로 및 세로길이를 갖는 캘리브레이션 지그 내부의 이동공간에서 툴팁을 이동시킨 거리를 이용해서 용접로봇의 TCP를 정밀하게 캘리브레이션할 수 있다는 효과가 얻어진다.This relates to a TCP calibration device for a welding robot and a calibration method using the same, which includes a tooltip installed at the tip of the torch of a welding robot and a calibration jig that is rotatably installed on the floor and has a moving space inside where the tooltip moves for TCP calibration. By providing a configuration including, the effect of being able to precisely calibrate the TCP of the welding robot is obtained using the distance the tool tip is moved in the movement space inside the calibration jig having preset horizontal and vertical lengths.

Description

용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법{TCP CALIBRATION APPARATUS FOR WELDING ROBOT AND CALIBRATION METHOD WITH THE SAME}TCP calibration device for welding robot and calibration method using the same {TCP CALIBRATION APPARATUS FOR WELDING ROBOT AND CALIBRATION METHOD WITH THE SAME}

본 발명은 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용접로봇의 토치 교체시 TCP(tool center point)를 캘리브레이션하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a TCP calibration device for a welding robot and a calibration method using the same. More specifically, it relates to a TCP calibration device for a welding robot that calibrates TCP (tool center point) when replacing a torch of a welding robot and a calibration method using the same. will be.

일반적으로, 용접용 로봇은 용접로봇의 마지막 축(6축 로봇인 경우 6축)에 토치가 고정되어 사용된다. Generally, a welding robot is used with a torch fixed to the last axis of the welding robot (6th axis in the case of a 6-axis robot).

용접 로봇의 마지막 축과 토치의 관계는 상당 부분 일정하게 유지되나, 용접 봉의 소모, 충격이나 열로 인한 장착 위치의 변형 등으로 인해 미세한 변화가 필연적으로 존재하게 된다. The relationship between the final axis of the welding robot and the torch remains largely constant, but slight changes inevitably occur due to wear of the welding rod, deformation of the mounting position due to shock or heat, etc.

따라서, 보다 정밀한 용접을 위해서는 용접 로봇의 마지막 축과 토치의 관계를 나타내는 TCP 캘리브레이션을 빈번하게 수행해야만 한다. Therefore, for more precise welding, TCP calibration, which indicates the relationship between the last axis of the welding robot and the torch, must be frequently performed.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 등에 용접로봇의 캘리브레이션 기술을 개시하여 특허 출원해서 등록받은 바 있다. For example, the present applicant disclosed the calibration technology of a welding robot in Patent Document 1 below and applied for and received a patent.

한편, 종래 오버헤드 러그 자동 용접 장비와 같이 로봇을 설치하여 용접을 자동으로 수행하는 경우에는 용접로봇의 토치를 교체한 후, 제어기에 TCP(Tool Center Point)를 입력해야만 한다. On the other hand, when welding is performed automatically by installing a robot as in conventional overhead lug automatic welding equipment, the torch of the welding robot must be replaced and then TCP (Tool Center Point) must be input to the controller.

도 1은 종래기술에 따른 용접로봇의 예시도이다. Figure 1 is an exemplary diagram of a welding robot according to the prior art.

TCP는 도 1에 도시된 바와 같이, 용접로봇(1)의 6축 좌표계를 기준으로 봤을 때, 토치(2) 끝단의 위치와 자세를 말한다. 즉, 토치(2)를 Rz 방향으로 회전시키는 6축의 원점을 기준으로 했을 때, TCP가 x,y,z 방향으로 이격된 정도와 회전 각도를 나타낸다.As shown in FIG. 1, TCP refers to the position and posture of the tip of the torch (2) when viewed based on the 6-axis coordinate system of the welding robot (1). That is, based on the origin of the 6th axis that rotates the torch 2 in the Rz direction, it indicates the degree to which the TCP is spaced apart in the x, y, and z directions and the rotation angle.

그래서 용접로봇(1)은 입력받은 TCP값(x, y, z, Rx, Ry, Rz)을 이용해서 와이어 끝단을 원하는 위치로 이동시킴으로써 용접 등의 작업을 수행한다. Therefore, the welding robot 1 performs tasks such as welding by moving the end of the wire to the desired position using the input TCP values (x, y, z, Rx, Ry, Rz).

대한민국 특허 등록번호 제10-1220877호(2013년 1월 11일 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1220877 (announced on January 11, 2013) 대한민국 특허 등록번호 제10-1622659호(2016년 5월 20일 공고)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1622659 (announced on May 20, 2016)

그러나 TCP값 중에서 x, y, z 값은 현장에서 비교적 쉽게 캘리브레이션이 가능하나, 토치의 자세와 관련된 Rz, Ry, Rz값은 현장에서 측정하기 어려움에 따라 캘리브레이션하기 어렵다. However, among TCP values, the x, y, and z values can be relatively easily calibrated in the field, but the Rz, Ry, and Rz values related to the torch's attitude are difficult to calibrate due to the difficulty of measuring them in the field.

그래서 현장에서는 TCP값(x, y, z, Rx, Ry, Rz) 중 x, y, z 값만 측정하여 캘리브레이션한다.Therefore, in the field, only the x, y, and z values of the TCP values (x, y, z, Rx, Ry, and Rz) are measured and calibrated.

이에 따라, 항상 TCP값에 오차가 존재하고, 반복적인 TCP 캘리브레이션을 수행해야 하는 문제점이 있었다. Accordingly, there is always an error in the TCP value, and there is a problem of having to perform repeated TCP calibration.

또한, 상기한 바와 같이 수동으로 TCP 캘리브레이션을 수행함에 따라, 용접로봇의 유지보수 작업 시 번거로움과 불편을 야기하는 문제점이 있었다. In addition, as described above, manually performing TCP calibration has the problem of causing inconvenience and inconvenience during maintenance work on the welding robot.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접로봇에서 토치 교체시 TCP 값을 자동으로 캘리브레이션할 수 있는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to solve the problems described above and to provide a TCP calibration device for a welding robot that can automatically calibrate TCP values when a torch is replaced in the welding robot and a calibration method using the same.

본 발명의 다른 목적은 캘리브렝이션용 지그와 툴팁을 설치해서 TCP 값을 정밀하게 캘리브레이션할 수 있는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a TCP calibration device for a welding robot that can precisely calibrate TCP values by installing a calibration jig and tool tip, and a calibration method using the same.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치는 용접로봇의 토치 선단에 설치되는 툴팁과 TCP 캘리브레이션을 위해 내부에 툴팁이 이동하는 이동공간이 형성되고 바닥면에 회전 가능하게 설치되는 캘리브레이션 지그를 포함하고, 용접로봇의 제어기는 상기 툴팁이 상기 이동공간 내부에서 이동한 거리 및 상기 이동공간의 가로 및 세로길이와 높이를 이용해서 전체 TCP 값을 캘리브레이션하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-described purpose, the TCP calibration device for a welding robot according to the present invention includes a tool tip installed at the tip of the torch of the welding robot, a movement space where the tool tip moves for TCP calibration, and a rotating space on the floor. It includes a calibration jig that can be installed, and the controller of the welding robot is characterized by calibrating the entire TCP value using the distance that the tool tip moves inside the moving space and the horizontal and vertical lengths and heights of the moving space. .

상기 툴팁은 토치의 선단에 결합되는 몸체, 구 형상으로 형성되는 접촉구 및 상기 몸체와 접촉구를 연결하는 연결바를 포함하고, 상기 접촉구는 상기 이동공간에 배치된 상태에서 용접로봇의 동작에 의해 X축, Y축, Z축 방향 및 Rx, Ry, Rz 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.The tool tip includes a body coupled to the tip of the torch, a contact port formed in a spherical shape, and a connecting bar connecting the body and the contact port, and the contact port is It is characterized by movement in the axis, Y-axis, and Z-axis directions and in the Rx, Ry, and Rz directions.

상기 캘리브레이션 지그는 바닥면에 설치되는 베이스, 상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되고 내부에 상기 툴팁이 이동하는 이동공간이 형성되는 바디 및 상기 TCP 값 중에서 x, y, z축 값을 캘리브레이션하도록 상기 바디의 일측에 연장 설치되는 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The calibration jig includes a base installed on the floor, a body rotatably installed on the upper part of the base and forming a movement space within which the tool tip moves, and a body configured to calibrate x, y, and z axis values among the TCP values. It is characterized by including a plate extended to one side of the body.

상기 베이스에는 상기 캘리브레이션 지그를 바닥면에 고정하는 자석이 설치되고, 상기 이동공간은 단면이 정사각 형상으로 형성되며, 상기 바디는 하면에 설치되는 축을 중심으로 상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 바디의 바닥판 상면에는 상기 바디의 회전 각도를 확인 가능하도록, 상기 축을 중심으로 미리 설정된 각도마다 눈금이 표시되는 것을 특징으로 한다.A magnet is installed on the base to fix the calibration jig to the floor, the moving space has a square cross-section, and the body is rotatably installed on the upper part of the base about an axis installed on the lower surface, On the upper surface of the bottom plate of the body, a scale is displayed for each preset angle around the axis so that the rotation angle of the body can be checked.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법은 (a) 용접로봇의 토치에 툴팁을 설치하고 바닥면에 캘리브레이션 지그를 회전 가능하게 설치하는 단계, (b) 상기 캘리브레이션 지그의 회전 각도를 계산해서 용접로봇과 나란하게 정렬하는 단계, (c) 상기 툴팁을 상기 캘리브레이션 지그 내부의 이동공간에서 이동시켜 TCP 값 중에서 Rx,Ry,Rz값을 캘리브레이션하는 단계 및 (d) 상기 캘리브레이션 지그의 측벽과 플레이트를 이용해서 TCP 값 중에서 x,y,z값을 캘리브레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above-mentioned purpose, the calibration method using the TCP calibration device of the welding robot according to the present invention includes (a) installing a tool tip on the torch of the welding robot and rotatably installing a calibration jig on the floor. Step, (b) calculating the rotation angle of the calibration jig and aligning it in parallel with the welding robot, (c) moving the tooltip in the movement space inside the calibration jig to calibrate Rx, Ry, and Rz values among TCP values. and (d) calibrating x, y, and z values among TCP values using the side wall and plate of the calibration jig.

상기 (b)단계는 (b1) 용접로봇의 제어기에서 캘리브레이션 프로그램을 실행시켜 현재 저장된 TCP 값을 이용해서 상기 툴팁의 자세가 로봇베이스의 z방향과 평행하도록 상기 툴팁을 배치하는 단계, (b2) 상기 툴팁의 자세를 유지한 상태에서 상기 툴팁의 접촉구가 상기 캘리브레이션 지그의 측벽 상단에 닿을 정도 높이로 이동하도록 제어하는 단계, (b3) 상기 로봇 베이스의 x, y방향으로 각각 상기 툴팁을 이동시켜 거리를 측정하는 단계 및 (b4) 상기 (b3)단계에서 측정된 거리를 이용해서 상기 캘리브레이션 지그의 회전각도를 계산하고 계산된 회전각도만큼 상기 캘리브레이션 지그를 반대 방향으로 회전시켜 상기 용접로봇과 나란하게 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Step (b) includes (b1) executing a calibration program in the welding robot controller and arranging the tooltip so that its posture is parallel to the z-direction of the robot base using the currently stored TCP value, (b2) Controlling the contact port of the tool tip to move to a height that touches the top of the side wall of the calibration jig while maintaining the posture of the tool tip, (b3) moving the tool tip in the x and y directions of the robot base to change the distance and (b4) calculating the rotation angle of the calibration jig using the distance measured in step (b3) and rotating the calibration jig in the opposite direction by the calculated rotation angle to align it with the welding robot. It is characterized by comprising the step of:

상기 (c)단계는 (c1) 상기 툴팁의 접촉구가 상기 캘리브레이션 지그의 이동공간 내부에 위치하도록 용접로봇을 구동하는 단계, (c2) 상기 툴팁을 6축 좌표계의 z축 방향으로 회전시키는 단계, (c3) 상기 툴팁의 연결바가 상기 캘리브레이션 지그의 양 측벽에 닿을 때까지 양 방향으로 회전시켜 회전각을 측정하는 단계 및 (c4) 측정된 양 방향 회전각을 이용하여 오차를 계산해서 상기 TCP 값에서 Rz값에 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Step (c) includes (c1) driving the welding robot so that the contact port of the tool tip is located inside the moving space of the calibration jig, (c2) rotating the tool tip in the z-axis direction of the 6-axis coordinate system, (c3) measuring the rotation angle by rotating the connection bar of the tool tip in both directions until it touches both side walls of the calibration jig; and (c4) calculating the error using the measured rotation angle in both directions and calculating the error from the TCP value. It is characterized by including a step of reflecting the Rz value.

상기 (c)단계는 (c5) 용접로봇을 구동하여 상기 툴팁을 목표 회전각도만큼 회전하도록 제어하는 단계, (c6) 용접로봇의 터치 및 상대 이동 기능을 이용해서 상기 접촉구의 중심이 제1 높이에 위치하도록 제어하는 단계, (c7) 용접로봇을 로봇 베이스의 x방향으로 구동하여 거리를 측정하고, 측정된 거리를 이용하여 실제 회전각도를 계산하는 단계 및 (c8) 계산된 실제 회전각도와 상기 목표 회전각도를 이용하여 오차를 계산하고, 계산된 오차를 TCP 값 중에서 Ry값에 반영하여 캘리브레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (c) includes (c5) driving the welding robot to control the tool tip to rotate by the target rotation angle, and (c6) using the touch and relative movement functions of the welding robot to ensure that the center of the contact hole is at the first height. controlling the welding robot to be positioned, (c7) measuring the distance by driving the welding robot in the x-direction of the robot base, and calculating the actual rotation angle using the measured distance, and (c8) calculating the actual rotation angle and the target. It is characterized by including the step of calculating an error using the rotation angle and calibrating the calculated error by reflecting it on the Ry value among the TCP values.

상기 (c)단계는 (c9) 상기 (c5)단계 내지 (c8)단계를 로봇 베이스의 y방향에 대해 동일하게 수행하여 계산된 오차를 TCP 값 중에서 Rx값에 반영하여 캘리브레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Step (c) further includes the step (c9) of performing steps (c5) to (c8) in the same manner in the y direction of the robot base and calibrating the calculated error by reflecting it in the Rx value among the TCP values. It is characterized by

상기 (d)단계는 (d1) 선체의 바닥면에 상기 캘리브레이션 지그를 설치하고, 토치를 모든 축의 값이 0인 홈 자세와 평행하게 유지한 상태에서 용접로봇을 상기 캘리브레이션 지그 주변으로 이동시키는 단계, (d2) 용접로봇의 터치 기능을 이용해서 토치의 선단이 상기 캘리브레이션 지그의 측벽을 터치하면 정지하도록 제어하고, 터치된 토치 전방의 점의 위치를 인식하는 단계, (d3) 토치를 다시 상기 (d2) 단계를 수행하기 이전의 초기위치로 복귀시킨 후, 하방으로 이동시켜 상기 갤리브레이션 지그의 일측에 연장 설치된 플레이트를 터치한 토치 하부의 점의 위치를 인식하는 단계, (d4) 상기 초기위치와 터치된 점들 사이의 거리를 계산하여 상기 캘리브레이션 지그를 기준으로 상기 초기위치의 좌표값을 계산하는 단계, (d5) 토치를 Ry 방향으로 회전시키는 5축을 임의의 각도로 회전하도록 제어하고, 서로 다른 각도로 회전한 제1 및 제2 회전위치의 좌표값를 계산하는 단계 및 (d6) 상기 초기위치와 제1 및 제2 회전위치를 가지는 원의 방정식을 구하여 원의 중심과 원의 반지름을 계산하고 계산된 원의 중심과 상기 초기위치를 이용해서 TCP 값 중에서 z, x 값을 캘리브레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Step (d) includes (d1) installing the calibration jig on the bottom of the hull, and moving the welding robot around the calibration jig while maintaining the torch parallel to the home position where all axes have values of 0, (d2) using the touch function of the welding robot to control the tip of the torch to stop when it touches the side wall of the calibration jig, and recognizing the position of the point in front of the touched torch, (d3) moving the torch again to the above (d2) ) After returning to the initial position before performing the step, moving downward to recognize the position of the point at the bottom of the torch that touched the plate extended on one side of the calibration jig, (d4) the initial position and touch Calculating the distance between the points and calculating the coordinate value of the initial position based on the calibration jig, (d5) controlling the 5 axes that rotate the torch in the Ry direction to rotate at a random angle, and rotating the torch at different angles. calculating the coordinate values of the first and second rotated rotation positions; and (d6) calculating the center of the circle and the radius of the circle by obtaining the equation of the circle having the initial position and the first and second rotation positions, and calculating the calculated circle. It is characterized by including the step of calibrating z and x values among TCP values using the center of and the initial position.

상기 (d)단계는 (d7) 토치를 로봇 베이스의 y축 방향과 일치시킨 상태에서 상기 툴팁을 x축 방향으로 이동시켜 툴팁의 선단이 상기 캘리브레이션 지그의 측벽을 터치하면 정지하도록 제어하고, 초기위치와 터치된 점 사이의 거리를 계산하는 단계, (d8) 상기 툴팁을 다시 상기 초기위치로 복귀시킨 후, 상기 초기위치에서 로봇 베이스 기준으로 z축 방향으로 180˚ 회전시키는 단계, (d9) 상기 툴팁을 로봇 베이스의 x축 방향으로 이동시켜 상기 캘리브레이션 지그의 측벽을 터치하여 회전위치와 터치한 점 사이의 거리를 계산하는 단계 및 (d10) 계산된 두 거리의 차이를 이용해서 y축 방향 오차를 계산하고, 계산된 y축 방향 오차를 TCP 값 중에서 y값에 반영해서 캘리브레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In step (d), the tool tip is moved in the x-axis direction with the torch aligned with the y-axis direction of the robot base (d7), and the tip of the tool tip is controlled to stop when it touches the side wall of the calibration jig, and the initial position is maintained. Calculating the distance between and the touched point, (d8) returning the tooltip to the initial position and rotating it 180° in the z-axis direction based on the robot base from the initial position, (d9) the tooltip moving in the x-axis direction of the robot base and touching the side wall of the calibration jig to calculate the distance between the rotation position and the touched point; and (d10) calculating the y-axis direction error using the difference between the two calculated distances. and further comprising the step of calibrating the calculated y-axis direction error by reflecting it on the y value among the TCP values.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법에 의하면, 미리 설정된 가로 및 세로길이를 갖는 캘리브레이션 지그 내부의 이동공간에서 툴팁을 이동시킨 거리를 이용해서 용접로봇의 TCP를 정밀하게 캘리브레이션할 수 있다는 효과가 얻어진다. As described above, according to the TCP calibration device of the welding robot and the calibration method using the same according to the present invention, the TCP of the welding robot is The effect of being able to precisely calibrate is obtained.

그리고 본 발명에 의하면, 현장에서 캘리브레이션 지그와 툴팁을 설치하고, 용접로봇의 제어기에서 캘리브레이션 프로그램을 실행시켜 자동으로 전체 TCP 값을 용이하게 캘리브레이션할 수 있다는 효과가 얻어진다. According to the present invention, the effect of automatically calibrating the entire TCP value is obtained by installing a calibration jig and tool tip in the field and executing a calibration program in the controller of the welding robot.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 종래에 토치 교환시 TCP의 오차로 인한 반복적인 캘리브레이션을 제거함으로써, 작업성을 향상시키고 작업품질을 양호하게 유지할 수 있다는 효과가 얻어진다. Accordingly, according to the present invention, the effect of improving workability and maintaining good work quality is obtained by eliminating repetitive calibration due to errors in TCP when replacing a torch.

도 1은 종래기술에 따른 용접로봇의 예시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 캘리브레이션 지그의 평면도,
도 4는 도 2에 도시된 캘리브레이션 지그의 단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법을 단계별로 설명하는 공정도,
도 6과 도 7은 캘리브레이션 지그의 회전각도를 계산하는 과정을 설명하는 예시도,
도 8 내지 도 10은 TCP 값 중에서 Rz 값의 오차를 계산하는 과정을 예시한 도면,
도 11 내지 도 13은 TCP 값 중에서 Ry,Rx값의 오차를 계산하는 과정을 예시한 도면,
도 14 내지 도 16은 TCP 값 중에서 x, z축 방향을 캘리브레이션하는 과정을 예시한 도면,
도 17은 y축 방향을 캘리브레이션하는 과정을 예시한 도면.
1 is an example of a welding robot according to the prior art;
Figure 2 is a configuration diagram of a TCP calibration device for a welding robot according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 3 is a top view of the calibration jig shown in Figure 2;
Figure 4 is a cross-sectional view of the calibration jig shown in Figure 2;
Figure 5 is a process diagram illustrating step by step the calibration method using the TCP calibration device of a welding robot according to a preferred embodiment of the present invention;
Figures 6 and 7 are examples illustrating the process of calculating the rotation angle of the calibration jig;
Figures 8 to 10 are diagrams illustrating the process of calculating the error of Rz value among TCP values;
Figures 11 to 13 are diagrams illustrating the process of calculating errors in Ry and Rx values among TCP values;
Figures 14 to 16 are diagrams illustrating the process of calibrating the x- and z-axis directions among TCP values;
Figure 17 is a diagram illustrating the process of calibrating the y-axis direction.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치 및 그를 이용한 캘리브레이션 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a TCP calibration device for a welding robot and a calibration method using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치의 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of a TCP calibration device for a welding robot according to a preferred embodiment of the present invention.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다. Hereinafter, terms indicating directions such as 'left', 'right', 'front', 'rear', 'up' and 'down' are defined as indicating each direction based on the state shown in each drawing. do.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 용접로봇(10)의 토치(11) 선단에 설치되는 툴팁(30)과 TCP 캘리브레이션을 위해 내부에 툴팁(30)이 이동 가능한 공간이 형성되고 TCP값 오차를 수정하도록 바닥면에 회전 가능하게 설치되는 캘리브레이션 지그(40)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the TCP calibration device 20 for a welding robot according to a preferred embodiment of the present invention includes a tool tip 30 installed at the tip of the torch 11 of the welding robot 10 and an internal device for TCP calibration. A space in which the tool tip 30 can move is formed and a calibration jig 40 is rotatably installed on the floor to correct TCP value errors.

툴팁(30)은 토치(11)의 선단에 결합되는 몸체(31), 구 형상으로 형성되는 접촉구(32) 및 몸체(31)와 접촉구(32)를 연결하는 연결바(33)를 포함할 수 있다. The tool tip 30 includes a body 31 coupled to the tip of the torch 11, a contact hole 32 formed in a spherical shape, and a connecting bar 33 connecting the body 31 and the contact hole 32. can do.

몸체(31)는 토치(11)의 선단 및 연결바(33)의 후단에 각각 결합 가능하도록 전후면이 개구된 대략 원통 형상 또는 원뿔 형상으로 형성될 수 있다. The body 31 may be formed in a substantially cylindrical or conical shape with front and rear surfaces open so that it can be coupled to the front end of the torch 11 and the rear end of the connecting bar 33, respectively.

접촉구(32)는 캘리브레이션 지그(40) 내부에 형성되는 이동공간(42)에 배치된 상태에서 용접로봇(10)의 동작에 의해 X축, Y축, Z축 방향 및 Rx, Ry, Rz 방향으로 이동될 수 있다. The contact hole 32 is disposed in the movement space 42 formed inside the calibration jig 40 and moves in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and in the Rx, Ry, and Rz directions by the operation of the welding robot 10. can be moved to

연결바(33)는 미리 설정된 두께를 갖는 원통 형상으로 형성될 수 있다. The connecting bar 33 may be formed in a cylindrical shape with a preset thickness.

도 2에서 'd'는 연결바(33)의 두께이고, '2r'은 접촉구(32)의 직경이다.In Figure 2, 'd' is the thickness of the connecting bar 33, and '2r' is the diameter of the contact hole 32.

다음, 도 2 내지 도 4를 참조하여 캘리브레이션 지그의 구성을 상세하게 설명한다. Next, the configuration of the calibration jig will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

도 3은 도 2에 도시된 캘리브레이션 지그의 평면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 캘리브레이션 지그의 단면도이다. FIG. 3 is a plan view of the calibration jig shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the calibration jig shown in FIG. 2.

캘리브레이션 지그(40)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 작업하고자 하는 바닥면에 설치되는 베이스(41), 베이스(42)의 상부에 회전 가능하게 설치되고 내부에 툴팁(30)이 이동 가능하도록 이동공간이 형성되는 바디(43) 및 x, y, z값을 캘리브레이션하도록 바디(43)의 일측에 설치되는 플레이트(44)를 포함할 수 있다. As shown in FIGS. 2 to 4, the calibration jig 40 is rotatably installed on the upper part of the base 41 and base 42 installed on the floor surface to be worked on, and the tool tip 30 moves inside. It may include a body 43 in which a movement space is formed, and a plate 44 installed on one side of the body 43 to calibrate x, y, and z values.

베이스(41)에는 캘리브레이션 지그(40)를 현장에서 선체의 바닥면에 고정할 수 있도록 자석(45)이 설치될 수 있다. A magnet 45 may be installed on the base 41 so that the calibration jig 40 can be fixed to the bottom surface of the hull in the field.

바디(43)는 상면이 개구된 대략 육면체 형상으로 형성되고, 바디(43)의 내부에는 툴팁(30)이 이동 가능하도록 단면이 대략 정사각 형상의 이동공간(42)이 형성될 수 있다. The body 43 is formed in a substantially hexahedral shape with an open upper surface, and a movement space 42 having a substantially square cross-section may be formed inside the body 43 so that the tool tip 30 can move.

이러한 바디(43)는 하면에 설치되는 축(도면 미도시)을 중심으로 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치될 수 있다. This body 43 may be rotatably installed on the upper part of the base around an axis (not shown) installed on the lower surface.

바디(43)의 바닥판 상면에는 바디(43)의 회전 각도를 확인할 수 있도록, 상기 축을 중심으로 미리 설정된 각도, 예컨대 5˚마다 눈금이 표시될 수 있다. On the upper surface of the bottom plate of the body 43, a scale may be displayed at a preset angle, for example, every 5 degrees around the axis, so that the rotation angle of the body 43 can be checked.

플레이트(44)는 x, y, z값의 캘리브레이션이 가능하도록, 바디(43)의 바닥판일측으로 연장 설치되고, 바디(43)의 측벽과 직교하도록 설치될 수 있다. The plate 44 extends to one side of the bottom plate of the body 43 to enable calibration of x, y, and z values, and may be installed perpendicular to the side wall of the body 43.

도 4에서 'w'는 이동공간(42)의 가로 및 세로길이, 즉 이동공간(42)의 폭이고, 'h'는 이동공간(42)의 높이이다. In Figure 4, 'w' is the horizontal and vertical length of the moving space 42, that is, the width of the moving space 42, and 'h' is the height of the moving space 42.

다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법을 상세하게 설명한다. Next, with reference to FIG. 5, a calibration method using a TCP calibration device for a welding robot according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법을 단계별로 설명하는 공정도이다. Figure 5 is a process diagram step by step explaining a calibration method using a TCP calibration device for a welding robot according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법은 도 5에 도시된 바와 같이, (a) 용접로봇(10)의 토치(11)에 툴팁(30)을 설치하고 용접로봇(10) 전측의 선체 바닥면에 캘리브레이션 지그(40)를 회전 가능하게 설치하는 단계(S10), (b) 캘리브레이션 지그(40)의 회전 각도를 계산해서 용접로봇(10)과 나란하게 정렬하는 단계(S12), (c) 툴팁(30)을 캘리브레이션 지그(40) 내부의 이동공간에서 이동시켜 TCP 값 중에서 Rx,Ry,Rz값을 캘리브레이션하는 단계(S14) 및 (d) 캘리브레이션 지그(40)의 측벽과 플레이트(44)를 이용해서 TCP 값 중에서 x,y,z값을 캘리브레이션 하는 단계(S16)를 포함한다. As shown in FIG. 5, the calibration method using the TCP calibration device of the welding robot according to a preferred embodiment of the present invention is as follows: (a) installing the tool tip 30 on the torch 11 of the welding robot 10 and (10) Rotatably installing the calibration jig 40 on the front hull bottom surface (S10), (b) Calculating the rotation angle of the calibration jig 40 and aligning it in parallel with the welding robot 10 (S12), (c) moving the tooltip 30 in the movement space inside the calibration jig 40 to calibrate the Rx, Ry, and Rz values among the TCP values (S14), and (d) the steps of the calibration jig 40. It includes a step (S16) of calibrating x, y, and z values among TCP values using the side wall and plate 44.

상세하게 설명하면, 도 5의 S10단계에서 작업자는 용접로봇(10)의 토치(11) 선단에 툴팁(30)을 설치하고 선체의 바닥면에 캘리브레이션 지그(40)를 설치한다. In detail, in step S10 of FIG. 5, the operator installs the tool tip 30 at the tip of the torch 11 of the welding robot 10 and installs the calibration jig 40 on the bottom of the hull.

이때, 캘리브레이션 지그(40)는 베이스(41)의 측면이나 하면에 설치되는 자석(45)을 이용해서 선체의 바닥면에 안정적으로 고정될 수 있다.At this time, the calibration jig 40 can be stably fixed to the bottom of the hull using a magnet 45 installed on the side or bottom of the base 41.

도 6과 도 7은 캘리브레이션 지그의 회전각도를 계산하는 과정을 설명하는 예시도이다. Figures 6 and 7 are exemplary diagrams explaining the process of calculating the rotation angle of the calibration jig.

도 6의 (a) 및 (b)에는 캘리브레이션 지그(40)의 이동공간(42)에서 접촉구(32)의 이동을 예시한 단면도와 평면도가 도시되어 있다. Figures 6 (a) and (b) show a cross-sectional view and a plan view illustrating the movement of the contact hole 32 in the movement space 42 of the calibration jig 40.

도 7에는 캘리브레이션 지그(40)가 회전된 상태에서 접촉구(32)를 이동시켜 회전각도를 계산하는 과정이 예시되어 있다.Figure 7 illustrates the process of calculating the rotation angle by moving the contact hole 32 while the calibration jig 40 is rotated.

툴팁(30)의 접촉구(32)는 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 용접로봇(10)과 캘리브레이션 지그(40)가 정확하게 정렬된 경우, 이동공간(42)의 가로 및 세로길이를 측정하기 위해 y 및 x축 방향으로 최대 a만큼 이동될 수 있다.When the welding robot 10 and the calibration jig 40 are accurately aligned, as shown in (a) and (b) of FIG. 6, the contact hole 32 of the tool tip 30 is positioned horizontally in the movement space 42. and can be moved up to a distance in the y and x axes to measure the vertical length.

이때, 이동공간(42)의 가로 및 세로길이, 즉 폭 w=a+4r이다. At this time, the horizontal and vertical lengths of the moving space 42, that is, the width w=a+4r.

S12단계에서 용접로봇(10)의 제어기(도면 미도시)는 메모리(도면 미도시)에 저장된 캘리브레이션 프로그램을 실행시켜 현재 저장된 TCP 값을 이용해서 도 7에 도시된 바와 같이, 툴팁(30)의 자세가 로봇베이스의 z방향과 평행하도록 툴팁(30)을 배치한다. In step S12, the controller (not shown) of the welding robot 10 executes a calibration program stored in memory (not shown) and uses the currently stored TCP value to determine the posture of the tool tip 30, as shown in FIG. Arrange the tooltip (30) so that it is parallel to the z-direction of the robot base.

이때, 툴팁(30)은 실제 z방향과 평행하지 않을 수 있으나, 상기 제어기는 평행 상태로 인식한 상태의 값을 이용한다. At this time, the tooltip 30 may not be parallel to the actual z-direction, but the controller uses the value of the state recognized as parallel.

그래서 제어기는 툴팁(30)의 자세를 유지한 상태에서 접촉구(32)가 캘리브레이션 지그(40)의 측벽 상단에 닿을 정도 높이로 이동하도록 제어한다. Therefore, the controller controls the contact hole 32 to move to a height that touches the top of the side wall of the calibration jig 40 while maintaining the posture of the tool tip 30.

그리고 제어기는 상기 로봇 베이스의 x, y방향으로 각각 툴팁(30)을 이동시켜 거리(b,c)를 측정한다.Then, the controller measures the distances (b, c) by moving the tool tip 30 in the x and y directions of the robot base, respectively.

이어서, 제어기는 측정된 거리를 이용해서 캘리브레이션 지그의 회전각도(t)를 계산한다.Next, the controller calculates the rotation angle (t) of the calibration jig using the measured distance.

여기서, w = (b+2r)cos t + 2r, w = (c+2r)sin t + 2r이다. Here, w = (b+2r)cos t + 2r, w = (c+2r)sin t + 2r.

이를 정리하면, (b+2r)cos t=(c+2r)sin t이므로, t=tan-1 (b+2r)/(c+2r)이 된다. To summarize, (b+2r)cos t=(c+2r)sin t, so t=tan -1 (b+2r)/(c+2r).

이와 같은 과정을 통해, 캘리브레이션 지그(40)의 회전각도가 계산되면, 작업자는 회전방향과 반대로 계산된 회전각도만큼 캘리브레이션 지그(40)를 회전시켜 용접로봇(10)과 캘리브레이션 지그(40)를 나란하게 배치한다. Through this process, when the rotation angle of the calibration jig 40 is calculated, the operator rotates the calibration jig 40 by the calculated rotation angle opposite to the direction of rotation, so that the welding robot 10 and the calibration jig 40 are aligned. Arrange it properly.

S14단계에서 제어기는 TCP 값 중에서 Rz, Rx, Ry 값의 오차를 계산해서 순차적으로 캘리브레이션한다. In step S14, the controller calculates the errors of Rz, Rx, and Ry values among the TCP values and performs sequential calibration.

도 8 내지 도 10은 TCP 값 중에서 Rz 값의 오차를 계산하는 과정을 예시한 도면이다.Figures 8 to 10 are diagrams illustrating the process of calculating the error of Rz value among TCP values.

용접로봇(10)이 원점에 있을 때, TCP는 도 8에 도시된 바와 같이, 각도 θ만큼 회전된 상태이다. 이와 같이 회전한 각도가 Rz이다. When the welding robot 10 is at the origin, the TCP is rotated by an angle θ, as shown in FIG. 8. The angle rotated in this way is Rz.

여기서, 용접로봇(10)에서 Rz는 0로 설정될 수 있다.Here, in the welding robot 10, Rz can be set to 0.

따라서 제어기는 실제로 회전한 각도(θ)가 Rz와 다르면, 오차(δ)를 구해서 Rz에 반영한다. Therefore, if the actual rotated angle (θ) is different from Rz, the controller calculates the error (δ) and reflects it in Rz.

여기서, θ = Rz + δ이다. Here, θ = Rz + δ.

이를 위해, 제어기는 도 9에 도시된 바와 같이, 툴팁(30)의 접촉구(32)가 캘리브레이션 지그(40)의 이동공간(42) 내부에 위치하도록 용접로봇(10)의 동작을 제어한다. 이때, 토치(11)를 Rz 방향으로 회전시키는 6축의 값은 0이다.To this end, as shown in FIG. 9, the controller controls the operation of the welding robot 10 so that the contact hole 32 of the tool tip 30 is located inside the movement space 42 of the calibration jig 40. At this time, the value of the 6th axis that rotates the torch 11 in the Rz direction is 0.

제어기는 툴팁(30)을 6축 좌표계의 z축 방향으로 회전하도록 제어한다. 그러면, 6축 값만 변화한다. The controller controls the tooltip 30 to rotate in the z-axis direction of the 6-axis coordinate system. Then, only the 6-axis value changes.

제어기는 도 10에 도시된 바와 같이, 툴팁(30)의 연결바(33)가 캘리브레이션 지그(40)의 양 측벽에 닿을 때까지 양 방향으로 회전하도록 제어한 후, 이때의 양 방향 회전각(α,β)을 측정한다.As shown in FIG. 10, the controller controls the connection bar 33 of the tool tip 30 to rotate in both directions until it touches both side walls of the calibration jig 40, and then adjusts the rotation angle (α) in both directions at this time. ,β) is measured.

이어서, 제어기는 양 방향 회전각(α,β)을 이용하여 오차를 계산한다.Next, the controller calculates the error using the two-way rotation angles (α, β).

여기서, 오차 δ = (β-α)/2로 계산되고, TCP 값에서 Rz = θ-δ로 계산될 수 있다.Here, the error is calculated as δ = (β-α)/2, and from the TCP value, Rz can be calculated as θ-δ.

도 11 내지 도 13은 TCP 값 중에서 Ry,Rx값의 오차를 계산하는 과정을 예시한 도면이다.Figures 11 to 13 are diagrams illustrating the process of calculating errors in Ry and Rx values among TCP values.

제어기는 현재 저장된 TCP 값을 이용하여 툴팁(30) 자세가 로봇 베이스의 z방향과 평행하도록 제어하는 경우, TCP 값 중에서 Ry 값에 오차가 있으면 평행하지 않을 수 있다.When the controller controls the posture of the tooltip 30 to be parallel to the z-direction of the robot base using the currently stored TCP value, if there is an error in the Ry value among the TCP values, it may not be parallel.

따라서 제어기는 Ry 값의 오차(δ)를 구해서 TCP 값에 반영하여 캘리브레이션하도록 제어한다. Therefore, the controller calculates the error (δ) of the Ry value and controls it to be calibrated by reflecting it in the TCP value.

여기서, 상기 오차(δ)는 측정하기에는 매우 작은 값이므로, 제어기는 도 11에 도시된 바와 같이, 용접로봇(10)을 구동하여 툴팁(30)을 θ0만큼 회전하도록 제어한다. 이때, 툴팁(30)의 실제 회전각도 θ와 회전하고자 한 목표 회전각도 θ0의 차이를 구하면 오차(δ)를 구할 수 있다.Here, since the error δ is a very small value to measure, the controller drives the welding robot 10 and controls the tool tip 30 to rotate by θ 0 , as shown in FIG. 11. At this time, the error (δ) can be obtained by finding the difference between the actual rotation angle θ of the tool tip 30 and the target rotation angle θ 0 to be rotated.

그래서 제어기는 용접로봇(10)을 구동하여 툴팁(30)을 θ0만큼 회전시키고, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 용접로봇(10)의 터치 및 상대 이동 기능을 이용해서 접촉구(32)의 중심이 h1의 높이에 위치하도록 제어한다. 여기서, h = h1 + h2이다.Therefore, the controller drives the welding robot 10 to rotate the tool tip 30 by θ 0 , and as shown in Figures 12 and 13, uses the touch and relative movement functions of the welding robot 10 to move the contact point ( 32) is controlled so that the center is located at the height of h 1 . Here, h = h 1 + h 2 .

제어기는 용접로봇(10)을 로봇 베이스의 x방향으로 구동하여 거리(a)를 측정하고, 측정된 거리(a)를 이용하여 실제 회전 각도(θ)를 계산한다.The controller drives the welding robot 10 in the x-direction of the robot base to measure the distance (a), and calculates the actual rotation angle (θ) using the measured distance (a).

여기서,

Figure 112016129416037-pat00001
이므로, here,
Figure 112016129416037-pat00001
Because of,

Figure 112016129416037-pat00002
,
Figure 112016129416037-pat00002
,

Figure 112016129416037-pat00003
,
Figure 112016129416037-pat00003
,

Figure 112016129416037-pat00004
가 된다.
Figure 112016129416037-pat00004
It becomes.

여기서, X=cosθ를 대입하면,

Figure 112016129416037-pat00005
가 된다.Here, if we substitute X=cosθ,
Figure 112016129416037-pat00005
It becomes.

이를 정리하면,

Figure 112016129416037-pat00006
가 된다.To summarize,
Figure 112016129416037-pat00006
It becomes.

여기에, A = 4(w-r-a+h2 2)2, B = 4(r+a-w)d, C=d2-4h2 2를 대입해서 정리하면, 0= AX2+BX+C가 된다. Here, by substituting A = 4(wr-a+h 2 2 ) 2 , B = 4(r+aw)d, C=d2-4h 2 2 , 0= AX 2 +BX+C .

따라서,

Figure 112016129416037-pat00007
이므로,thus,
Figure 112016129416037-pat00007
Because of,

Figure 112016129416037-pat00008
가 된다.
Figure 112016129416037-pat00008
It becomes.

그래서 제어기는 실제 회전각도(θ)와 회전하고자 한 목표 회전각도(θ0)를 이용하여 오차(δ)를 계산한다. 여기서, θ = θ0+δ이다.Therefore, the controller calculates the error (δ) using the actual rotation angle (θ) and the target rotation angle (θ 0 ) to be rotated. Here, θ = θ 0 + δ.

이어서, 제어기는 계산된 오차(δ)를 TCP 값 중에서 Ry값에 반영한다.(TCP 값의 Ry=Ry기존값-δ)Next, the controller reflects the calculated error (δ) to the Ry value among the TCP values. (Ry of the TCP value = Ry existing value - δ)

이후, 제어기는 동일한 방법으로 Rx 방향으로 회전한 오차를 계산해서 Rx값에 반영한다.Afterwards, the controller calculates the rotation error in the Rx direction in the same way and reflects it in the Rx value.

S16단계에서 제어기는 캘리브레이션 지그(40)와 플레이트(44) 상에 툴팁(30)을 배치한 후, TCP 값 중에서 x,z축과 y축 방향을 순차적으로 캘리브레이션한다. In step S16, the controller places the tooltip 30 on the calibration jig 40 and the plate 44 and then sequentially calibrates the x, z and y axis directions among the TCP values.

도 14 내지 도 16은 TCP 값 중에서 x, z축 방향을 캘리브레이션하는 과정을 예시한 도면이고, 도 17은 y축 방향을 캘리브레이션하는 과정을 예시한 도면이다.Figures 14 to 16 are diagrams illustrating the process of calibrating the x- and z-axis directions among TCP values, and Figure 17 is a diagram illustrating the process of calibrating the y-axis direction.

작업자는 선체의 바닥면에 캘리브레이션 지그(40)를 설치하고, 용접로봇(10)을 캘리브레이션 지그(40) 주변으로 이동시킨다. 이때, 제어기는 용접로봇(10)이 이동한 초기위치(T01)를 메모리에 저장한다.The worker installs the calibration jig 40 on the bottom of the hull and moves the welding robot 10 around the calibration jig 40. At this time, the controller stores the initial position (T01) to which the welding robot 10 moved in memory.

여기서, 토치(11)의 자세는 모든 축의 값이 0인 홈 자세와 평행한 상태이다. Here, the posture of the torch 11 is parallel to the home posture where the values of all axes are 0.

제어기는 용접로봇(10)의 터치 기능을 이용해서 토치(11)의 선단이 캘리브레이션 지그(40)의 측벽을 터치하면 정지하도록 제어하고, 터치된 토치(11) 전방의 점(P11)의 위치를 인식한다. 이때, 제어기는 용접로봇(10)의 각 모터가 회전한 각도 및 TCP 값을 이용해서 터치된 전방의 점(P11)의 위치를 계산할 수 있다.The controller uses the touch function of the welding robot 10 to control the tip of the torch 11 to stop when it touches the side wall of the calibration jig 40, and determines the position of the point P11 in front of the touched torch 11. recognize At this time, the controller can calculate the position of the touched front point (P11) using the rotation angle of each motor of the welding robot 10 and the TCP value.

그리고 제어기는 토치(11)를 다시 초기위치(T01)로 복귀시킨 후, 하방으로 이동시켜 플레이트(44)를 터치하도록 제어하고, 터치된 토치(11) 하부의 점(P12)의 위치를 인식한다.Then, the controller returns the torch 11 to the initial position (T01), moves it downward and controls it to touch the plate 44, and recognizes the position of the point P12 below the touched torch 11. .

이어서, 제어기는 초기위치(T01)와 터치된 점들(P11, P12) 사이의 거리를 계산하여 캘리브레이션 지그(40)를 기준으로 초기위치(T01)의 좌표값(x1, z1)을 계산한다.Next, the controller calculates the distance between the initial position (T01) and the touched points (P11, P12) and calculates the coordinate values (x1 , z1) of the initial position (T01) based on the calibration jig (40).

또한, 제어기는 토치(11)를 Ry 방향으로 회전시키는 5축을 임의의 각도로 회전하도록 제어하고, 회전한 제1 회전위치(T02)를 메모리에 저장하며, 상기한 터치 동작을 동일하게 반복하여 회전위치(T02)의 좌표값(x2,y2)를 계산한다. In addition, the controller controls the 5-axis that rotates the torch 11 in the Ry direction to rotate at an arbitrary angle, stores the rotated first rotation position T02 in the memory, and repeats the same touch operation to rotate the torch 11. Calculate the coordinate values (x2, y2) of the location (T02).

다시, 제어기는 5축을 임의의 각도로 회전하도록 제어하고, 회전한 제2 회전위치(T03)를 메모리에 저장하며, 상기한 터치 동작을 동일하게 반복하여 제2 회전위치(T03)의 좌표값(x3,y3)를 계산한다. Again, the controller controls the 5-axis to rotate at a random angle, stores the rotated second rotation position (T03) in the memory, and repeats the above-mentioned touch operation to obtain the coordinate value of the second rotation position (T03) Calculate x3,y3).

제어기는 초기위치(T01)와 제1 및 제2 회전위치(T02,T03)를 가지는 원의 방정식을 구하여 원의 중심(cx, cy)과 원의 반지름(r)을 계산한다.The controller calculates the center of the circle (cx, cy) and the radius (r) of the circle by finding the equation of the circle with the initial position (T01) and the first and second rotation positions (T02, T03).

이어서, 제어기는 계산된 원의 중심과 초기위치(T01)를 이용해서 z축 방향 TCP값 l, 즉 6축에서 보았을 때 TCP의 z축 값을 계산한다. 여기서, l=cx-x1이다.Next, the controller calculates the TCP value l in the z-axis direction, that is, the z-axis value of TCP when viewed from the 6th axis, using the calculated center of the circle and the initial position (T01). Here, l=c x -x 1 .

그리고 제어기는 계산된 원의 중심과 초기위치(T01)를 이용해서 x축 방향 TCP값 m, 즉 6축에서 보았을 때 TCP의 x축 값을 계산한다. 여기서, m=z1-cz이다. Then, the controller calculates the TCP value m in the x-axis direction, that is, the x-axis value of TCP when viewed from the 6th axis, using the calculated center of the circle and the initial position (T01). Here, m=z 1 -c z .

한편, y축 방향을 캘리브레이션하는 경우, 작업자는 도 17에 도시된 바와 같이, 선체의 바닥면에 캘리브레이션 지그(40)를 설치하고, 용접로봇(10)을 캘리브레이션 지그(40) 주변으로 이동시킨다. 이때, 제어기는 용접로봇(10)의 초기위치(T10)를 메모리에 저장한다.Meanwhile, when calibrating the y-axis direction, the operator installs the calibration jig 40 on the bottom surface of the hull and moves the welding robot 10 around the calibration jig 40, as shown in FIG. 17. At this time, the controller stores the initial position (T10) of the welding robot 10 in memory.

여기서, 토치(11)의 자세는 로봇 베이스의 y축 방향과 일치된 상태이다.Here, the posture of the torch 11 is aligned with the y-axis direction of the robot base.

제어기는 용접로봇(10)의 터치 기능을 이용해서 툴팁(30)을 x축 방향으로 이동시켜 툴팁(30)의 선단이 캘리브레이션 지그(40)의 측벽을 터치하면 정지하도록 제어하고, 초기위치(T10)와 터치된 점 사이의 거리(a)를 계산한다. The controller uses the touch function of the welding robot 10 to move the tool tip 30 in the x-axis direction and controls it to stop when the tip of the tool tip 30 touches the side wall of the calibration jig 40, and sets the ) and calculate the distance (a) between the touched point.

그리고 제어기는 툴팁(30)을 다시 초기위치(T10)로 복귀시킨 후, 초기위치(T10)에서 로봇 베이스 기준으로 z축 방향으로 툴팁(30)을 180˚ 회전시키도록 제어한다. Then, the controller returns the tool tip 30 to the initial position (T10) and then controls the tool tip 30 to rotate 180° in the z-axis direction based on the robot base from the initial position (T10).

여기서, 툴팁(30)이 y축 방향으로 정렬된 경우, 회전위치(T11)는 초기위치(T10)와 동일하다. Here, when the tooltip 30 is aligned in the y-axis direction, the rotation position T11 is the same as the initial position T10.

반면, 툴팁(30)이 y축 방향으로 정렬되기 이전 상태이므로, 제어기는 툴팁(30)을 로봇 베이스의 x축 방향으로 이동시켜 캘리브레이션 지그(40)의 측벽을 터치하여 회전위치(T11)와 터치한 점 사이의 거리(b)를 계산한다.On the other hand, since the tooltip 30 is in a state before being aligned in the y-axis direction, the controller moves the tooltip 30 in the x-axis direction of the robot base and touches the side wall of the calibration jig 40 to touch the rotation position (T11). Calculate the distance (b) between one point.

이어서, 제어기는 계산된 두 거리(a,b)의 차이를 이용해서 y축 방향 오차(δ)를 계산한다. 여기서, δ=(a-b)/2이다.Next, the controller calculates the y-axis direction error (δ) using the difference between the two calculated distances (a, b). Here, δ=(a-b)/2.

그래서 제어기는 계산된 y축 방향 오차(δ)를 TCP 값 중에서 y값에 반영한다.(TCP 값의 y=y기존값-δ)So, the controller reflects the calculated y-axis direction error (δ) to the y value among the TCP values. (y of the TCP value = y existing value - δ)

상기한 바와 같은 과정으로 통하여, 본 발명은 미리 설정된 가로 및 세로길이를 갖는 캘리브레이션 지그 내부의 이동공간에서 툴팁을 이동시킨 거리를 이용해서 용접로봇의 TCP를 정밀하게 캘리브레이션할 수 있다. Through the process described above, the present invention can precisely calibrate the TCP of a welding robot using the distance the tool tip is moved in the movement space inside the calibration jig having preset horizontal and vertical lengths.

그리고 본 발명은 현장에서 캘리브레이션 지그와 툴팁을 설치하고, 용접로봇의 제어기에서 캘리브레이션 프로그램을 실행시켜 자동으로 전체 TCP 값을 용이하게 캘리브레이션할 수 있다.In addition, the present invention can easily calibrate the entire TCP value automatically by installing a calibration jig and tool tip in the field and executing a calibration program in the controller of the welding robot.

이로 인해, 본 발명은 종래에 토치 교환시 TCP의 오차로 인한 반복적인 캘리브레이션을 제거함으로써, 작업성을 향상시키고 작업품질을 양호하게 유지할 수 있다.Due to this, the present invention can improve workability and maintain good work quality by eliminating repetitive calibration due to errors in TCP when replacing a torch.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventor has been described in detail according to the above-mentioned embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and, of course, can be changed in various ways without departing from the gist of the invention.

본 발명은 미리 설정된 가로 및 세로길이를 갖는 캘리브레이션 지그 내부의 이동공간에서 툴팁을 이동시킨 거리를 이용해서 용접로봇의 TCP를 정밀하게 캘리브레이션하는 기술에 적용된다.The present invention is applied to a technology for precisely calibrating the TCP of a welding robot using the distance the tool tip is moved in the movement space inside the calibration jig having preset horizontal and vertical lengths.

10: 용접로봇 11: 토치
20: TCP 캘리브레이션 장치
30: 툴팁 31: 몸체
32: 접촉부 33: 연결바
40: 캘리브레이션 지그 41: 베이스
42: 이동공간 43: 바디
44: 플레이트 45: 자석
46: 눈금
10: Welding robot 11: Torch
20: TCP calibration device
30: Tooltip 31: Body
32: contact part 33: connecting bar
40: Calibration jig 41: Base
42: moving space 43: body
44: plate 45: magnet
46: graduation

Claims (11)

용접로봇의 토치 선단에 설치되는 툴팁과
TCP 캘리브레이션을 위해 내부에 툴팁이 이동하는 이동공간이 형성되고 바닥면에 회전 가능하게 설치되는 캘리브레이션 지그를 포함하고,
용접로봇의 제어기는 상기 툴팁이 상기 이동공간 내부에서 이동한 거리 및 상기 이동공간의 가로 및 세로길이와 높이를 이용해서 전체 TCP 값을 캘리브레이션하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치.
Tool tip installed on the tip of the torch of the welding robot
For TCP calibration, a movement space within which the tool tip moves is formed and a calibration jig is rotatably installed on the floor,
A TCP calibration device for a welding robot, characterized in that the controller of the welding robot calibrates the entire TCP value using the distance the tool tip moves within the movement space and the horizontal and vertical lengths and heights of the movement space.
제1항에 있어서, 상기 툴팁은
토치의 선단에 결합되는 몸체,
구 형상으로 형성되는 접촉구 및
상기 몸체와 접촉구를 연결하는 연결바를 포함하고,
상기 접촉구는 상기 이동공간에 배치된 상태에서 용접로봇의 동작에 의해 X축, Y축, Z축 방향 및 Rx, Ry, Rz 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치.
The method of claim 1, wherein the tooltip is
A body coupled to the tip of the torch,
A contact hole formed in a spherical shape and
Includes a connecting bar connecting the body and the contact port,
A TCP calibration device for a welding robot, characterized in that the contact hole moves in the
제1항에 있어서,
상기 캘리브레이션 지그는 바닥면에 설치되는 베이스,
상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되고 내부에 상기 툴팁이 이동하는 이동공간이 형성되는 바디 및
상기 TCP 값 중에서 x, y, z축 값을 캘리브레이션하도록 상기 바디의 일측에 연장 설치되는 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치.
According to paragraph 1,
The calibration jig includes a base installed on the floor,
A body rotatably installed on the upper part of the base and a moving space inside which the tool tip moves is formed;
A TCP calibration device for a welding robot, comprising a plate extending on one side of the body to calibrate x-, y-, and z-axis values among the TCP values.
제3항에 있어서,
상기 베이스에는 상기 캘리브레이션 지그를 바닥면에 고정하는 자석이 설치되고,
상기 이동공간은 단면이 정사각 형상으로 형성되며,
상기 바디는 하면에 설치되는 축을 중심으로 상기 베이스의 상부에 회전 가능하게 설치되고,
상기 바디의 바닥판 상면에는 상기 바디의 회전 각도를 확인 가능하도록, 상기 축을 중심으로 미리 설정된 각도마다 눈금이 표시되는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치.
According to paragraph 3,
A magnet is installed on the base to secure the calibration jig to the floor,
The moving space is formed in a square cross-section,
The body is rotatably installed on the upper part of the base about an axis installed on the lower surface,
A TCP calibration device for a welding robot, characterized in that a scale is displayed on the upper surface of the bottom plate of the body at each preset angle around the axis so that the rotation angle of the body can be checked.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법에 있어서,
(a) 용접로봇의 토치에 툴팁을 설치하고 바닥면에 캘리브레이션 지그를 회전 가능하게 설치하는 단계,
(b) 상기 캘리브레이션 지그의 회전 각도를 계산해서 용접로봇과 나란하게 정렬하는 단계,
(c) 상기 툴팁을 상기 캘리브레이션 지그 내부의 이동공간에서 이동시켜 TCP 값 중에서 Rx,Ry,Rz값을 캘리브레이션하는 단계 및
(d) 상기 캘리브레이션 지그의 측벽과 플레이트를 이용해서 TCP 값 중에서 x,y,z값을 캘리브레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
In the calibration method using the TCP calibration device of a welding robot according to any one of claims 1 to 4,
(a) Installing a tool tip on the torch of a welding robot and rotatably installing a calibration jig on the floor,
(b) calculating the rotation angle of the calibration jig and aligning it in parallel with the welding robot,
(c) moving the tooltip in the movement space inside the calibration jig to calibrate Rx, Ry, and Rz values among TCP values; and
(d) A calibration method using a TCP calibration device for a welding robot, comprising the step of calibrating x, y, and z values among TCP values using the side wall and plate of the calibration jig.
제5항에 있어서, 상기 (b)단계는
(b1) 용접로봇의 제어기에서 캘리브레이션 프로그램을 실행시켜 현재 저장된 TCP 값을 이용해서 상기 툴팁의 자세가 로봇베이스의 z방향과 평행하도록 상기 툴팁을 배치하는 단계,
(b2) 상기 툴팁의 자세를 유지한 상태에서 상기 툴팁의 접촉구가 상기 캘리브레이션 지그의 측벽 상단에 닿을 정도 높이로 이동하도록 제어하는 단계,
(b3) 상기 로봇 베이스의 x, y방향으로 각각 상기 툴팁을 이동시켜 거리를 측정하는 단계 및
(b4) 상기 (b3)단계에서 측정된 거리를 이용해서 상기 캘리브레이션 지그의 회전각도를 계산하고 계산된 회전각도만큼 상기 캘리브레이션 지그를 반대 방향으로 회전시켜 상기 용접로봇과 나란하게 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
The method of claim 5, wherein step (b) is
(b1) executing a calibration program in the controller of the welding robot to place the tooltip so that its posture is parallel to the z-direction of the robot base using the currently stored TCP value,
(b2) controlling the contact port of the tool tip to move to a height that touches the top of the side wall of the calibration jig while maintaining the posture of the tool tip,
(b3) measuring the distance by moving the tooltip in the x and y directions of the robot base, respectively, and
(b4) calculating the rotation angle of the calibration jig using the distance measured in step (b3) and rotating the calibration jig in the opposite direction by the calculated rotation angle to align it with the welding robot. A calibration method using a TCP calibration device for a welding robot, characterized in that:
제6항에 있어서, 상기 (c)단계는
(c1) 상기 툴팁의 접촉구가 상기 캘리브레이션 지그의 이동공간 내부에 위치하도록 용접로봇을 구동하는 단계,
(c2) 상기 툴팁을 6축 좌표계의 z축 방향으로 회전시키는 단계,
(c3) 상기 툴팁의 연결바가 상기 캘리브레이션 지그의 양 측벽에 닿을 때까지 양 방향으로 회전시켜 회전각을 측정하는 단계 및
(c4) 측정된 양 방향 회전각을 이용하여 오차를 계산해서 상기 TCP 값에서 Rz값에 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
The method of claim 6, wherein step (c) is
(c1) driving the welding robot so that the contact port of the tool tip is located inside the moving space of the calibration jig,
(c2) rotating the tooltip in the z-axis direction of the 6-axis coordinate system,
(c3) measuring the rotation angle by rotating the connection bar of the tool tip in both directions until it touches both side walls of the calibration jig; and
(c4) A calibration method using a TCP calibration device for a welding robot, comprising the step of calculating an error using the measured two-way rotation angle and reflecting it from the TCP value to the Rz value.
제7항에 있어서, 상기 (c)단계는
(c5) 용접로봇을 구동하여 상기 툴팁을 목표 회전각도만큼 회전하도록 제어하는 단계,
(c6) 용접로봇의 터치 및 상대 이동 기능을 이용해서 상기 접촉구의 중심이 제1 높이에 위치하도록 제어하는 단계,
(c7) 용접로봇을 로봇 베이스의 x방향으로 구동하여 거리를 측정하고, 측정된 거리를 이용하여 실제 회전각도를 계산하는 단계 및
(c8) 계산된 실제 회전각도와 상기 목표 회전각도를 이용하여 오차를 계산하고, 계산된 오차를 TCP 값 중에서 Ry값에 반영하여 캘리브레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
The method of claim 7, wherein step (c) is
(c5) driving the welding robot to control the tool tip to rotate by the target rotation angle,
(c6) controlling the center of the contact hole to be located at the first height using the touch and relative movement functions of the welding robot,
(c7) measuring the distance by driving the welding robot in the x-direction of the robot base and calculating the actual rotation angle using the measured distance;
(c8) A TCP calibration device for a welding robot, further comprising calculating an error using the calculated actual rotation angle and the target rotation angle, and calibrating the calculated error by reflecting it on the Ry value among the TCP values. Calibration method using .
제8항에 있어서,
상기 (c)단계는 (c9) 상기 (c5)단계 내지 (c8)단계를 로봇 베이스의 y방향에 대해 동일하게 수행하여 계산된 오차를 TCP 값 중에서 Rx값에 반영하여 캘리브레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
According to clause 8,
Step (c) further includes the step (c9) of performing steps (c5) to (c8) in the same manner in the y direction of the robot base and calibrating the calculated error by reflecting it in the Rx value among the TCP values. A calibration method using a TCP calibration device for a welding robot, characterized in that:
제7항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d1) 선체의 바닥면에 상기 캘리브레이션 지그를 설치하고, 토치를 모든 축의 값이 0인 홈 자세와 평행하게 유지한 상태에서 용접로봇을 상기 캘리브레이션 지그 주변으로 이동시키는 단계,
(d2) 용접로봇의 터치 기능을 이용해서 토치의 선단이 상기 캘리브레이션 지그의 측벽을 터치하면 정지하도록 제어하고, 터치된 토치 전방의 점의 위치를 인식하는 단계,
(d3) 토치를 다시 상기 (d2)단계를 수행하기 이전의 초기위치로 복귀시킨 후, 하방으로 이동시켜 상기 갤리브레이션 지그의 일측에 연장 설치된 플레이트를 터치한 토치 하부의 점의 위치를 인식하는 단계,
(d4) 상기 초기위치와 터치된 점들 사이의 거리를 계산하여 상기 캘리브레이션 지그를 기준으로 상기 초기위치의 좌표값을 계산하는 단계,
(d5) 토치를 Ry 방향으로 회전시키는 5축을 임의의 각도로 회전하도록 제어하고, 서로 다른 각도로 회전한 제1 및 제2 회전위치의 좌표값를 계산하는 단계 및
(d6) 상기 초기위치와 제1 및 제2 회전위치를 가지는 원의 방정식을 구하여 원의 중심과 원의 반지름을 계산하고 계산된 원의 중심과 상기 초기위치를 이용해서 TCP 값 중에서 z, x 값을 캘리브레이션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
The method of claim 7, wherein step (d) is
(d1) installing the calibration jig on the bottom of the hull and moving the welding robot around the calibration jig while maintaining the torch parallel to the home position where all axis values are 0,
(d2) using the touch function of the welding robot to control the tip of the torch to stop when it touches the side wall of the calibration jig, and recognizing the position of the touched point in front of the torch,
(d3) Returning the torch to its initial position before performing step (d2) and then moving it downward to recognize the position of the point on the lower part of the torch that touched the plate extended to one side of the calibration jig. ,
(d4) calculating the distance between the initial position and the touched points and calculating the coordinate value of the initial position based on the calibration jig,
(d5) controlling the 5-axis that rotates the torch in the Ry direction to rotate at a random angle and calculating the coordinate values of the first and second rotation positions rotated at different angles;
(d6) Find the equation of the circle with the initial position and the first and second rotation positions, calculate the center of the circle and the radius of the circle, and use the calculated center of the circle and the initial position to determine z and x values among the TCP values. A calibration method using a TCP calibration device for a welding robot, comprising the step of calibrating.
제10항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d7) 토치를 로봇 베이스의 y축 방향과 일치시킨 상태에서 상기 툴팁을 x축 방향으로 이동시켜 툴팁의 선단이 상기 캘리브레이션 지그의 측벽을 터치하면 정지하도록 제어하고, 초기위치와 터치된 점 사이의 거리를 계산하는 단계,
(d8) 상기 툴팁을 다시 상기 초기위치로 복귀시킨 후, 상기 초기위치에서 로봇 베이스 기준으로 z축 방향으로 180˚ 회전시키는 단계,
(d9) 상기 툴팁을 로봇 베이스의 x축 방향으로 이동시켜 상기 캘리브레이션 지그의 측벽을 터치하여 회전위치와 터치한 점 사이의 거리를 계산하는 단계 및
(d10) 계산된 두 거리의 차이를 이용해서 y축 방향 오차를 계산하고, 계산된 y축 방향 오차를 TCP 값 중에서 y값에 반영해서 캘리브레이션하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접로봇의 TCP 캘리브레이션 장치를 이용한 캘리브레이션 방법.
The method of claim 10, wherein step (d) is
(d7) With the torch aligned with the y-axis direction of the robot base, the tooltip is moved in the calculating the distance,
(d8) returning the tool tip to the initial position and rotating it 180° in the z-axis direction based on the robot base from the initial position,
(d9) moving the tooltip in the x-axis direction of the robot base and touching the side wall of the calibration jig to calculate the distance between the rotation position and the touched point;
(d10) TCP of a welding robot, further comprising calculating a y-axis direction error using the difference between the two calculated distances, and calibrating the calculated y-axis direction error by reflecting it in the y value among the TCP values. Calibration method using a calibration device.
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