KR102435467B1 - 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법에 관한 것으로, 비전센서를 통해 차체의 참조홀 영상을 촬영하여 조립홀의 위치를 자동으로 산출하여 피어싱 건 로봇으로 조립홀을 차체에 가공하여 도장 전의 차량 차체(BIW; Body In White)의 갭(Gap) 및 오프셋(offset)을 개선할 수 있는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 제공한다.

Description

비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법 {Assembly hole processing method of vehicle body using vision sensor}

본 발명은 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차체 조립시 비전센서를 통해 차체의 참조홀 영상을 촬영하여 부품을 조립하는 조립홀의 위치를 자동으로 산출하고 그 산출된 조립홀의 위치값에 따라 피어싱 건을 제어하여 조립홀을 차체에 가공하는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 생산제조 공정은 프레스 공정, 차체조립 공정, 도장 공정, 의장조립 공정, 검수 공정 등으로 구성되어 있다. 이와는 별도로 파워트레인이라 하는 엔진과 변속기 등 핵심부품의 공정은 주조, 단조, 소결, 열처리, 기계가공, 조립공정 등으로 구성된다.

대부분 완성차 공장에는 각 공정단계 별로 공장이 구성되어 있어 하나의 작업이 끝난 차량은 다음 단계 공장으로 이동하여 후속 작업을 이어가게 된다.

여기서, 차체 조립 공정은 루프 패널을 비롯하여 사이드 조립체나 언더 바디와 같은 많은 부품들을 각종 로봇 용접건으로 용접 등을 통해 결합하여 하나의 바디 조립체를 완성한다. 이러한 차체 조립과 관련된 선행기술로 공개특허 특2002-0058736호, 공개특허특1999-0040132호, 등록특허 제10-1354200호 등이 제안된 바 있다.

한편, 이러한 차체 조립과정에서 용접 등으로 판넬들을 일체로 결합하여 도장전의 차량 차체(BIW; Body In White)를 제작한다. 이때, 차량 차체(BIW)는 엔진룸, 프론트 플로어, 리어 플로어, 사이드 대시, 사이드 실 등을 포함하는 언더 보디와, 사이드 보디, 루프 레일, 루프, 파셜 쉐프, 에이프런, 사이드 휠 등을 포함하는 메인 보디로 이루어진다

그런데, 이러한 차량 차체(BIW)는 각종 차량의 부품을 차체에 고정하기 위한 부품 조립홀(또는 힌지홀)의 변형 또는 틀어짐이 발생하여 후공정을 통해 각종 차량의 부품을 조립시 불량이 발생하는 문제점이 있다.

참고문헌 1: 공개특허 특2002-0058736호 참고문헌 2: 공개특허특1999-0040132호 참고문헌 3: 등록특허 제10-1354200호

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 비전센서를 통해 차체의 참조홀 영상을 촬영하여 부품을 조립하는 조립홀의 위치를 자동으로 산출하고 그 산출된 조립홀의 위치값에 따라 피어싱 건을 제어하여 조립홀을 차체에 가공하는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 비전센서를 통해 차체의 프론트 및 리어부분에서 촬영된 참조홀 영상을 참고하여 참조홀의 공차초과 여부를 확인하여 조립홀을 가공하고 정상적으로 조립홀이 가공되었는지 여부도 확인할 수 있는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

조립라인 측면에 설치된 비전센서(Vision sensor)에서 촬영되는 차량 차체의 참조홀의 영상에서 참조홀의 위치값을 추출하는 제1단계; 상기 참조홀의 위치값을 이용하여 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀의 위치값을 산출하는 제2단계; 및 상기 조립홀의 위치값으로 피어스 건 로봇을 제어하여 차체에 조립홀을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 제공한다.

이때, 상기 참조홀은 상기 차량 차체의 프론트 또는 리어 부분에 형성된 툴링홀 또는 레퍼런스홀인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제2단계는 상기 참조홀 위치값의 편차(Deviation)를 확인하여 공차초과 여부를 확인하여 허용된 공차범위 이내이면 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀의 위치값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제3단계 이후에 비전센서에서 가공된 조립홀의 영상을 측정하여 가공된 조립홀의 정확 여부를 체크하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제4단계에서 가공된 조립홀의 위치값을 체크(Check)하여 비정상이면 상기 제4단계를 재수행하는 제5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 비전센서를 통해 차체의 참조홀 영상을 촬영하여 조립홀의 위치를 자동으로 산출하여 피어싱 건 로봇으로 조립홀을 차체에 가공하여 도장 전의 차량 차체(BIW; Body In White)의 갭(Gap) 및 오프셋(offset)을 개선할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 비전센서를 통해 차체의 프론트 및 리어부분에서 촬영된 참조홀 영상을 참고하여 툴링홀(tooling hole) 및 레퍼런스홀(Ref hole) 등의 참조홀 위치를 자동으로 산출하여 공차초과 여부를 확인하여 정상 오차범위 내의 차체에만 조립홀을 가공하고 이후 정상적으로 조립홀이 가공되었는지 여부도 확인하여 추후 정확한 부품 조립이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공을 위한 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조립홀 가공을 위한 차량 차체의 프론트 및 리어 부분의 참조홀의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 시스템으로 가공하는 조립홀의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 시스템으로 차량 차체의 리어 부분에 가공하는 조립홀의 위치값 계산 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 제어 흐름도이다.

이하, 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법은 온라인(Online)을 통해 차체(Main Body)(B)의 빌드 후 프론트 부분(Front portion)(B1) 및 리어 부분(Rear portion)(B2)에 형성된 툴링홀(tooling hole) 및 레퍼런스홀(Ref hole) 등의 참조홀(Measuring hole)(1,2)을 비전센서(Vision sensor)로 측정하여 조립홀(Piercing hole)(3)의 위치를 자동으로 계산하고 로봇 피어싱 건으로 조립홀(3)을 가공함으로써 도장 전의 차량 차체(BIW; Body In White)의 갭(Gap) 및 오프셋(offset)을 개선할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 수행하기 위한 시스템은 차량 차체(B)의 프론트 부분(B1) 및 리어 부분(B2)에 형성된 툴링홀 또는 레퍼런스홀 등의 참조홀(1,2)의 영상을 촬영하는 비전센서(100)와, 차량 차체(B)의 프론트 부분(B1) 및 리어 부분(B2)에 조립홀(3)을 가공하는 피어스 건 로봇(200)과, 상기 비전센서(100)에서 촬영된 영상에서 참조홀(1,2)의 위치값을 추출하여 차체(B)에 탑재되는 부품의 조립을 위해 형성하는 조립홀(3)의 위치값을 계산하는 연산제어수단(300)과, 상기 연산제어수단(300)으로부터 계산된 조립홀(Piercing hole)(3)의 위치값을 수신하여 상기 피어스 건 로봇(200)의 구동을 제어하는 로봇 컨트롤러(400)를 포함한다.

이하 본 발명의 각부 구성을 구체적으로 설명한다.

상기 비전센서(100)는 차량 차체(B)에 형성되는 툴링홀 또는 레퍼런스홀 등의 참조홀(1,2)의 영상을 촬영하는 것으로 렌즈와 촬상소자 등을 포함하며 하나 이상이 차량의 조립라인 측면에 설치된다.

이와 같은 비전센서(100)는 차량 차체(B)의 프론트 부분(B1) 및 리어 부분(B2)에서 이격되어 배치되어 차량 차체(B), 특히 프론트 부분(B1)과 리어 부분(B2)에 형성된 툴링홀 또는 레퍼런스홀 등의 참조홀(1,2)을 촬영한다. 이러한 참조홀(1,2)의 위치는 차체(B)에 탑재되는 부품의 조립을 위해 형성하는 조립홀(3)의 위치를 산출하는데 기준점 역할을 한다.

또한, 상기 피어스 건 로봇(200)은 로봇 컨트롤러(400)의 제어신호에 의해 구동하여 차량 차체(B)의 프론트 부분(B1) 및 리어 부분(B2)에 조립홀(3)을 가공하는 로봇으로, 조립홀(3)을 직접 가공하는 피어스 건(210)과, 상기 피어스 건(210)이 장착되는 로봇암(220)을 포함하며, 차체 조립라인 측면에 하나 이상 바람직하게는 4세트가 고정 설치된다.

이때, 상기 로봇 컨트롤러(400)의 제어신호에 의해 로봇암(220)이 다양한 각도로 회동하며 피어스 건(210)을 조립홀(3)의 가공을 위한 위치로 이동시키고, 피어스 건(210)을 작동시켜 조립홀(3)을 성형한다.

그리고, 상기 연산제어수단(300)은 상기 비전센서(100)에서 촬영된 영상에서 참조홀(1,2)의 위치값을 추출하여 편차를 확인하고 조립홀(3)의 위치값을 계산하는 구성으로, 일 예로 상기 비전센서(100)에서 촬영된 비전영상에서 참조홀(1,2)의 위치값을 추출하고 그 참조홀(1,2)의 위치값을 이용해 조립홀(Piercing hole)(3)의 위치값을 산출하는 비전 컨트롤러(310)와, 작업자가 상기 비전 컨트롤러(310)와 로봇 컨트롤러(400)를 감시 및 제어할 수 있도록 현장에 설치되는 작업단말(320)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 연산제어수단(300)은 상기 비전센서(100)에서 촬영된 영상에서 참조홀(1,2)의 위치값을 추출하여 편차를 확인하여 공차초과 여부를 확인하여 공차가 초과되면 차체 아웃(Boby Out)을 진행하도록 조립라인을 제어하며, 공차가 허용범위 이내이면 로봇 컨트롤러(400)를 통해 조립홀(3)을 가공한 후 비전센서(100)에서 가공된 조립홀(Piercing hole)(3)의 영상을 측정하여 위치값이 정상인지를 판별한다.

물론, 상기 연산제어수단(300)은 다른 예로 상기 비전센서(100)에서 촬영된 비전영상에서 참조홀(1,2)의 위치값만 비전 컨트롤러(310)에서 추출하고, 현장의 작업단말(320)에서 상기 비전 컨트롤러(310)의 참조홀(1,2)의 위치값을 이용해 조립홀(3)의 위치값을 산출할 수도 있다.

그리고, 상기 연산제어수단(300)의 개별 구성들은 네트워크 인터페이스(330)를 통해 연결되며, 피어스 건 로봇(200)의 구동을 위한 로봇 컨트롤러(400)를 제어 및 감시하는 Cell PLC(340)를 더 포함할 수 있다.

이상의 연산제어수단(300)은 하나 이상의 다양한 구성을 네트워크로 연결하여 다양하게 설계변경하여 구성할 수 있는 것으로, 이러한 정도의 설계변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다.

그리고, 상기 연산제어수단(300)은 MES(Manufacturing Execution System)서버(500)로부터 온라인(Online)으로 작업지시(Order)를 받고 조립홀(3)을 가공할 수 있으며 해당 작업실적을 제공할 수 있다.

이때, 상기 MES(Manufacturing Execution System) 서버(500)는 통상 공정진행 정보 Monitoring 및 Control, 설비제어 및 Monitoring, 품질정보 Tracking 및 Control, 실적정보 집계, 창고운영 관리, 재고품 관리, 자재투입 관리, 인력 관리, 공무관리 등 생산 현장에서 발생할 수 있는 모든 정보를 통합 관리를 수행하는 것으로 자료관리를 위해 데이터베이스(DB)(510)를 포함한다.

한편, 상기 연산제어수단(300)은 조립홀(Piercing hole)을 계산하는 응용프로그램을 구동하여 참조홀(1,2)의 위치값을 이용해 조립홀(3)을 자동 산출한다. 이때 차체(B) 참조홀(1,2)의 위치값 편차(Deviation)를 확인하여 공차초과 여부를 추가로 더 확인할 수도 있다.

이하에서는 이러한 차체(B)에 형성할 조립홀(3)의 위치값을 계산하는 예를 도 4를 참고로 설명한다. 도시된 바에 의하면 이는 차체(B)의 리어 부분(B2)에 관한 것으로, 리어 부분(B2)에 형성하는 좌우측에 형성되는 조립홀(3)인 Left Hinge hole(P07)과 Right Hinge hole(P08)과, 비전센서(100)에서 촬영되어 검출한 참조홀(1,2)인 Left Lower & Upper Gage hole(P09,P11)과 Right Lower & Upper Gage hole(P10,P12)가 도시된다.

이에 의하면 Left Hinge hole(P07)과 Right Hinge hole(P08)의 위치값은 Left Lower & Upper Gage hole(P09,P11)과 Right Lower & Upper Gage hole(P10,P12)의 위치값과 설정된 홀들 사이의 수평 및 수직거리를 이용해 계산한다.

정면에서 홀들 사이의 수평 및 수직거리를 살펴보면, Left Upper Gage hole(P11)와 Left Hinge hole(P07) 사이의 수평거리는 'A'이고, Left Hinge hole(P07)과 Right Hinge hole(P08) 사이의 수평거리는 'B'이고, Right Hinge hole(P08)과 Right Upper Gage hole(P12) 사이의 수평거리는 'C'이고, Left & Right Hinge hole(P9,P10)이 형성되는 Hinge surface과 Left & Right High Gage hole(P11,P12) 사이의 수직거리는 'D'이며, Left & Right High Gage hole(P11,P12)와 Left & Right Lower Gage hole(P9,P10) 사이의 수직거리는 'E'이다.

이를 통해 Left & Right Hinge hole(P07,P08)의 수직 위치값(F/A)은 다음의 [식 1] 및 [식 2]와 같이 계산할 수 있고, Left & Right Hinge hole(P07,P08)의 수평 위치값(C/C)은 다음의 [식 3]과 같이 계산할 수 있다.

이와 같이 Left & Right Hinge hole(P07,P08)의 수직 및 수평 위치값을 계산하여 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀(Piercing hole)(3)의 위치값을 계산할 수 있으며 이와 같이 계산된 조립홀(3)의 위치값은 로봇 컨트롤러(400)로 전송하여 로봇 피어싱 건(210)으로 조립홀(3)을 가공할 수 있다.

물론, 상기 조립홀(3)의 위치값은 도 4에서와 같이 차체(B)의 리어 부분(B2)에 대해서 계산한 것만 도시하였으나 차체(B)의 프론트 부분(B1)에 형성하는 조립홀(3)의 위치값은 위와 동일하게 또는 다른 방식으로 다양하게 계산할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참고로 본 발명에 따른 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 과정을 설명한다.

MES(Manufacturing Execution System) 서버(500)의 작업지시 또는 작업자의 작업단말(320) 조작에 따라 조립홀 가공을 위해 라인으로 차체(Main Body)(B)가 이동(Body-In)한다.(S1)

그리고, 상기 단계(S1) 이후에 조립라인 측면에 설치된 비전센서(Vision sensor)(100)에서 차량 차체(B)의 프론트 부분(B1) 및 리어 부분(B2)에 형성된 툴링홀 또는 레퍼런스홀 등의 참조홀(1,2)의 영상을 촬영하고 연산제어수단(300)으로 입력되며 촬영된 영상에서 참조홀(1,2)의 위치값을 추출한다.(S2)

상기 단계(S2) 이후에 상기 연산제어수단(300)은 참조홀(1,2)의 위치값의 편차(Deviation)를 확인하여 공차초과 여부를 확인한다.(S3)

상기 단계(S3)에서 상기 연산제어수단(300)은 참조홀(1,2)의 위치값이 허용된 공차범위를 초과한 것으로 판단되면 차체 아웃(Boby Out)을 진행하도록 조립라인을 제어한다.(S4)

상기 단계(S3)에서 상기 연산제어수단(300)은 참조홀(1,2)의 위치값이 허용된 공차범위 이내이면 참조홀(1,2)의 위치값을 이용하여 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀(3)의 위치값을 산출하여 로봇 컨트롤러(400)로 전송하고 이를 통해 로봇 컨트롤러(400)는 피어스 건 로봇(200)을 구동하여 조립홀(3)을 가공한다.(S5)

이 경우 상기 로봇 컨트롤러(400)는 수신된 조립홀(Piercing hole)(3)의 위치값에 따라 피어스 건 로봇(200)을 제어하여 피어스 건(210)을 차량 차체(B)의 프론트 부분(B1) 및 리어 부분(B2)의 피어싱 위치로 이동시켜 조립홀(3)을 가공한다.

그리고, 상기 단계(S5) 이후에 비전센서(100)에서 가공된 조립홀(Piercing hole)(3)의 영상을 측정한다.(S6) 이후 연산제어수단(300)은 촬영된 영상에서 가공된 조립홀(Piercing hole)(3)의 정확 여부를 체크한다.(S7)

이 경우 상기 단계(S7)에서 상기 연산제어수단(300)은 가공된 조립홀(Piercing hole)(3)의 위치값이 정상 오차범위 이내인지 여부(정확한지 여부)를 체크(Check)하여 비정상이면 재측정(S8)을 수행한 후 상기 단계(S7)를 재수행하며, 정상이면 피어싱 작업을 마무리하는 단계(S9)를 수행한다.

위에서 설명한 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법을 정리하면,

조립라인 측면에 설치된 비전센서(Vision sensor)에서 촬영되는 차량 차체의 프론트 또는 리어 부분에 형성된 툴링홀 또는 레퍼런스홀로 형성되는 참조홀(1,2)의 영상에서 참조홀(1,2)의 위치값을 추출하는 제1단계와, 상기 참조홀(1,2)의 위치값을 이용하여 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀(3)의 위치값을 산출하는 제2단계 및 상기 조립홀(3)의 위치값으로 피어스 건 로봇(200)을 제어하여 차체에 조립홀(3)을 형성하는 제3단계를 포함하여 구성된다

그리고, 상기 제2단계는 상기 참조(1,2)홀 위치값의 편차(Deviation)를 확인하여 공차초과 여부를 확인하여 허용된 공차범위 이내이면 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀(3)의 위치값을 산출하는 단계로 구성된다.

또한, 상기 제3단계 이후에 비전센서(100)에서 가공된 조립홀(3)의 영상을 측정하여 가공된 조립홀(3)의 정확 여부를 체크하는 제4단계를 더 포함한다.

그리고, 상기 제4단계에서 가공된 조립홀의 위치값을 체크(Check)하여 비정상이면 상기 제4단계를 재수행하는 제5단계를 더 포함하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1,2: 참조홀 3: 조립홀
100: 비전센서 200: 피어스 건 로봇
210: 피어스 건 220: 로봇암
300: 연산제어수단 310: 비전 컨트롤러
320: 작업단말 330: 네트워크 인터페이스
340: Cell PLC 400: 로봇 컨트롤러
500: MES서버 510: 데이터베이스
B: 차량 차체 B1: 프론트 부분
B2: 리어 부분

Claims (5)

1. 연산제어수단을 이용하여 차량의 조립라인 측면에 설치된 비전센서(Vision sensor)에서 촬영되는 차량 차체의 참조홀의 영상에서 참조홀의 위치값을 추출하는 제1단계;
   추출된 참조홀의 위치값으로부터의 수평 및 수직거리를 이용하여 상기 연산제어수단에서 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀의 위치값을 산출하는 제2단계;
   상기 조립홀의 위치값으로 피어스 건 로봇을 제어하여 차체에 조립홀을 형성하는 제3단계;
   상기 제3단계 이후에 비전센서에서 가공된 조립홀의 영상을 측정하여 가공된 조립홀의 정확 여부를 체크하는 제4단계; 및
   상기 제4단계에서 가공된 조립홀의 위치값을 체크(Check)하여 비정상이면 상기 제4단계를 재수행하는 제5단계;를 포함하되,
   상기 제2단계에서 상기 연산제어수단은 상기 참조홀 위치값의 편차(Deviation)를 확인하여 공차초과 여부를 먼저 확인하고, 허용된 공차범위 이내이면 피어싱(Piercing)이 필요한 조립홀의 위치값을 산출하며, 허용된 공차범위를 초과하는 경우 차체 아웃(Body Out)을 진행하도록 조립라인을 제어하는 것을 특징으로 하는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 참조홀은 상기 차량 차체의 프론트 또는 리어 부분에 형성된 툴링홀 또는 레퍼런스홀인 것을 특징으로 하는 비전센서를 이용한 차량 차체의 조립홀 가공 방법.
   
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