Patent KR-20110053398-A (KR)
Title: 레이저빔경로를갖는 스카라로봇 및 2중 로봇작업방법
Inventor: GONG SUK TAE
IPC: B23K26/00
Filed: 2009-11-15
Abstract: 현재 모든자동화공정이 용도별 전용장비에서 많은부분이 범용화된 다관절로봇을 이용하여 프로그램 변경만으로 여러 용도로 사용하는 방향으로 진행하고 있으며 특히 레이저를 이용한 용접과 절단,각인 등이 새롭게 연구되고 있는 분야로서 범용의 다관절로봇관절 최종단에 광화이버에의해 빔이전달되는 레이저 헤드를 설치후 로봇를 제어하여 다양한 형상의 용접과 절단을 하는경우가 늘어나고있으나 다관절로봇의 특성상 레이저 헤드를 여러축을 동시에 움직여 원형이나 곡선형상을 만들다보니 로봇팔길이가 길고 각관절마다 백래쉬와 관성에의한 레이저 헤드의 흔들림 현상 등으로 정밀도가 떨어지고 흔들림 현상을 줄이기 위하여 로봇속도를 줄이게 되면 생산성이 떨어지거나 원하는 정밀도가 나오지않아 아예 로봇을 적용하지못하는 문제등이 발생되고있고 다관절로봇이일반적으로 5축이상으로 이루어진 특성상 최종단에서의 원이나 호,곡선형상의 프로그램작성이 힘든문제점이있으며  
     다관절 로봇최종단에 레이저 헤드가 부착된 2축이나 3축의 소형 스카라로봇을 부착하고  다관절 로봇은 로봇 최종단 관절에 부착된 소형스카라 로봇을 공작물의 작업하고자하는  위치로 이송하는 역할만 하게하고 2차원 또는 3차원의 이송하며하는 용접이나 절단,각인등 작업은 소형 스카라 로봇이 담당하여 로봇전체가 움직임에따른 흔들림없이 고속으로 작업하게하고 소형 스카라로봇 은 2축또는 3축으로 이루어져 있으므로 2차원 또는 3차원의 원이나,호 곡선형상 움직임 데이터를 일반캐드캠으로 쉽게 생성하여 사용할수있게 하고자한다 
     효과로는 기존에는 다관절로봇 최종단에 레이저 헤드를부착하고 다관절로봇을 구성하고있는 여러축을 동시에 움직여 원형이나 곡선형상을 만들다보니 로봇팔길이가 길어 각관절마다 백래쉬와 관성에의한 레이저 헤드의 흔들림현상등으로 정밀도가 떨어지고 흔들림 현상을 줄이기위하여 로봇속도를 줄이게되면 생산성이 떨어지거나 원하는 정밀도가 나오지않아 아예 다관절 로봇을 적용하지못하는 문제와 레이저 헤드 움직임 궤적을 2차원 또는 3차원의 원이나,호 곡선형상 움직임 데이터 생성에 큰 어려움이 있었으나  
     로봇최종단에 레이저 헤드가 부착된 2축이나 3축의 소형 스카라로봇을 부착하고  다관절 로봇은 로봇최종단에 부착된 소형스카라 로봇을 작업하고자하는 공작물의 위치로 이송하게하는 역할만하게한후 용접이나 절단,각인등 작업은 소형스카라로봇이 담당하는 2중로봇작업방법을 적용하게되면 로봇몸체전체가 움직이지않고 로봇최종단에 부착된 소형 스카라로봇만 움직이며 가공함으로서 로봇몸체가 흔들림없이 고속으로 정밀하게 작업하는 효과와  
     소형 스카라로봇이 움직이며 작업할 용접과 절단,각인 데이터는 소형 스카라로봇이 2축또는 3축으로 이루어져 있으므로 2차원 또는 3차원의 원이나,호 곡선형상 움직임 데이터를 일반캐드캠으로 쉽게 생성하여 사용할수 있는효과가있다 
     	다관절로봇등 에 결합하기쉽게 취부 브라케트(10)에  R축 회전 모터(1)를 부착하고  R축 회전 모터(1)의 R축 회전축(1-1)에 고정된 회전유니트(2)에 X축 중공 슬라이드고정구멍(2-1)과 레이저빔 광커넥터 연결구(2-2)로 구성되고 레이저빔 광커넥터 연결구(2-2)에 레이저빔 공급경로인 광케이블(3-1)이 연결된 광케이블 광커 넥터(3)가 부착되고 X축 중공 슬라이드고정구멍(2-1)에는 레이저빔이 통과할수있는중공 구멍내부에 빔경로 반사각 조정장치1(4-1)와 반사거울1(4-2)로 구성된 X축 중공 슬라이드(4)가 고정되며 
     X축 중공 슬라이드(4)몸체부에는 X축 전진후진을 위한 X축 모터(4-4),X축 스크루(4-5),X축 스크루너트(4-6)가 결합된 X축 모터고정브라케트(4-3)와   
     X축 스크루너트 브라케트 (4-7),빔경로 반사각 조정장치2(5-1),반사거울2(5-2),Z축 모터고정브라케트(5-3),Z축 모터(5-4),Z축 스크루(5-5),Z축 스크루너트(5-6),중공 내면에 X축 슬라이드베어링(8),Z축 슬라이드베어링(8-1)으로 구성된 X축 중공 ㄱ자모양 슬라이드(5)가 부착되고  
     Z축 슬라이드베어링(8-1)  내면에는 Z축 스크루너트 브라케트 (5-7)가 부착된 Z축 중공 슬라이드(6)이 끼워지고 다시  Z축 중공 슬라이드(6)하부에는  
     빔 모음렌즈(7-1),보호렌즈(7-2),개스공급구(7-3),레이저 빔 출력구(7-4) 로 구성된 레이저 헤드(7)이 부착된구조로 되어있으며  
     로봇구성에있어서 
      본내용에 있어서는 스카라 로봇의 Z축의 X축에 Z축이 결합되어있으나  레이저헤드를 단순화하기위하여 상하이송하는 Z축을 X축 하부에부착하는 대신에  Z축을 R축에  결합하여 만들수도있고 
     회전과 전후로 움직이는 스카라 형이아닌 XY직교좌표 형상으로 만들수도 있다 
     레이저 빔의 경로(8)를 설명하면 레이저 발진기 --> 광케이블(3-1) --> 광커 넥터(3) --> 반사거울1(4-2) --> 반사거울2(5-2) --> 빔 모음렌즈(7-1) --> 보호렌즈(7-2) --> 레이저 빔 출력구(7-4) 로 출력된다  
     로봇의 개별축 동작을 설명하면  
     제어반(100)의 제어신호가 R축에 좌회전 또는 우회전 지령하면 R축 회전 모터(1)가  R축 회전축(1-1)에 부착된 X축(4,5)과 X축에 부착된 Z축(6)이 동시에 좌회전 또는 우회전을 하게되며   
     제어반(100)의 제어신호가 X축(5)에 전진 후진 신호를 하면 X축 모터(4-4)에 부착된 X축 스크루(4-5)가 정회전 또는 역회전하면 X축 스크루너트(4-6)가 부착된 X축 스크루너트 브라케트 (4-7)로 연결된 X축 중공 ㄱ자모양 슬라이드(5)가 전진 후진하게되며  
     제어반(100)의 제어신호가 Z축(6)에 전진 후진 신호를 하면 Z축 모터(5-4)에 부착된 Z축 스크루(5-5)가 정회전 또는 역회전하면 Z축 스크루너트(5-6)가 부착된 Z축 스크루너트 브라케트 (5-7)로 연결된 Z축 중공 슬라이드(6)가 상승 하강하된다 
     로봇의 각축의 합성 동작에의하여 직선운동이나 원호운동등 다양한 이송이있을수있으며 제어반(100)에서 R축,X축,Z축에 동시에 이송속도와 이송위치값을 지령하면 각축은 그에따라 개별이동이나 보간이동을 하여 다양한 형상으로 움직이게된다  
     상기에구성된 레이저빔경로를 갖는 소형스카라 로봇적용예로는 소형가공물에는 단독으로 사용될수도있으며  
     2중로봇 다관절로봇에 적용하는 방법으로는  상기에서 설명한 구조로 만들어 진 소형의 스카라로봇을 범용의 다관절로봇 종단에 취부 브라케트(10)를 이용하여 연결하고 제어반(100)과 범용의 다관절로봇 제어반과 서로 통신이나 접점신호로 명령을 주고받을수있게 인터페이스를 구성하고  
     1.소형의 스카라로봇은 프로그램 번호에따라 레이저가공 프로그램을 미리 작성하여 저장 
     (예 10=원점이송 11=반경10mm원용접 12=반경20mm원절단,10mm사각절단 13=가로 10mm 세로 15mm 4각그리기...) 
     2.범용의 다관절로봇 프로그램 번호에따라 다관절로봇 각관절과 종단관절 작업위치 데이터를 프로그램하여 미리 작성하여 저장 
     3.2중로봇 작업방법 
     --------------------------------------------------------------------- 
      범용의다관절로봇                            소형의 스카라로봇에게  
     --------------------------------------------------------------------- 
     	3-1.원점이송                    --->   명령수신후 원점이송동작 
                                                 원점 동작완료후 
              원점동작 ok                 <---   원점동작완료신호 
     	3-2.각 관절 작업위치로 이송 
     	3-3.작업시작 프로그램 번호전송  --->   수신된 프로그램동작 
                                                 작업 진행 
              작업완료 ok                 <---    작업완료신호 
     	3-4.작업끝이면 2-5 아니면 2-2부터 다시시작  
          3-5.작업종료  
       
     레이저,다관절로봇,절단,각인,용접