3D Vision 레이저 심 추적 설명:단 몇 초 만에 포인트 클라우드에서 용접 경로까지

대부분의 사람들에게 로봇이 용접 위치를 어떻게 아는지 물어보고 티치 펜던트를 사용하는 프로그래머를 설명합니다., 컨트롤러에 저장된 경로를 통해 팔을 지점별로 안내합니다.. 그 모델은 마흔 살이에요. 이를 대체한 기술인 3D 레이저 심 추적은 프로그래머가 몇 시간씩 하던 작업을 몇 초 만에 수행합니다., 그리고 그것은 더 정확하게 수행합니다, 암기된 이상형이 아닌 실제 부분을 읽어주기 때문입니다..

이 기사에서는 3D 비전 레이저 심 추적이 첫 번째 원리에 따라 작동하는 방식을 설명합니다.: 스캐너가 포인트 클라우드를 캡처하는 방법, 소프트웨어가 해당 클라우드에서 용접 이음매를 추출하는 방법, 시스템이 심 형상을 로봇 용접 경로로 변환하는 방법 - 이 모든 것이 사람의 개입 없이 이루어집니다.. 이 기술이 구조용 철강 제조 환경에 적합한지 평가하는 엔지니어 및 생산 관리자를 위해 작성되었습니다..

솔기 추적이 존재하는 이유와 대체 대상

전통적인 로봇 용접에서는 부품이 프로그램에서 말하는 위치에 정확히 있다고 가정합니다.. 용접 경로는 정밀 고정 장치의 이상적인 부품에 대해 학습됩니다., 그런 다음 모든 후속 부분에서 재생되었습니다.. 이러한 가정은 자동차 제조에 적합합니다., 스탬핑된 부품의 공차는 ±0.3mm이고 고정 장치는 동일한 수준에서 반복되도록 설계되었습니다..

구조용 강철 제작에서는 작동하지 않습니다.. 화염 절단 및 톱 절단 플레이트 공차는 ±1~3mm입니다.. 장착 간격은 조인트의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 다양합니다.. 크레인으로 적재된 부품은 매 사이클마다 조금씩 다르게 위치합니다.. 구조용 강철에 프로그래밍된 고정 경로로 인해 용접 목 크기가 일관되지 않음, 놓친 관절, 자동화로 인한 생산성 향상을 제거하는 재작업 비율.

심 추적은 지능을 프로그램에서 센서로 이동하여 이 문제를 해결합니다.. 저장된 위치를 신뢰하는 대신, 시스템은 모든 용접 전과 용접 도중에 실제 접합 형상을 읽습니다.. 경로는 실제 이음새를 따릅니다., 이론적인 것이 아니라.

핵심 변화: 기존 로봇 용접은 프로그램을 신뢰합니다. 3D 비전 심 추적은 부품을 신뢰합니다..

3D Vision 레이저 심 추적이란 무엇입니까??

3D Vision 레이저 심 추적은 레이저 프로파일러 또는 구조광 스캐너를 사용하여 용접 접합부의 3차원 형상을 캡처하는 감지 및 소프트웨어 시스템입니다., 해당 데이터에서 심 중심선 및 간격 매개변수를 추출합니다., 실제 조인트를 따르도록 로봇의 용접 경로를 지속적으로 업데이트하여 부품 변화를 보상합니다., 핏업 공백, 실시간으로 열왜곡.

이 기술에는 두 가지 서로 다른 응용 프로그램이 있습니다., 두 가지 모두에 대해 정확하게 설명할 가치가 있습니다..

용접 전 스캐닝 (경로 계획):  용접이 시작되기 전에 스캐너가 접합부를 스윕합니다., 소프트웨어는 스캔 데이터로부터 완전한 로봇 궤적을 생성합니다., 그런 다음 로봇은 해당 경로를 실행합니다.. 이는 프로그래밍 없는 셀에서 티치 펜던트 프로그래밍을 완전히 제거하기 위해 사용되는 접근 방식입니다..

용접 내 추적 (실시간 수정):  토치 가까이에 장착된 센서는 용접 중에 조인트를 지속적으로 모니터링하고 로봇 컨트롤러에 수정 신호를 공급합니다., 솔기가 계획된 경로에서 벗어날 때 실시간으로 토치 위치 조정. 이는 사전 용접 스캔 후에 발생하는 열 변형 및 고정 드리프트를 보상합니다..

가장 유능한 현대 시스템은 두 가지를 모두 결합합니다.: 용접 전 스캐닝으로 초기 경로 생성, 용접 내 추적을 통해 용접 패스 전반에 걸쳐 이를 지속적으로 개선합니다.. 당사의 지능형 용접 시스템은 경로 생성을 위한 고속 3D 레이저 사전 용접 프로파일링이라는 결합된 접근 방식을 사용합니다., 실행 중 지속적인 아크 추적.

포인트 클라우드에서 용접 경로까지 — 기술 프로세스

프로세스를 순서대로 이해하면 이 기술이 구조용 강철 생산에 충분히 신뢰할 수 있는 이유와 그 한계가 무엇인지 분명해집니다..

단계 1: 빛 투사 및 반사 캡처

스캐너는 용접 접합 표면 전체에 구조화된 레이저 광 패턴(일반적으로 선 또는 격자)을 투사합니다.. 레이저 소스에서 오프셋된 카메라가 반사된 패턴을 캡처합니다.. 카메라와 레이저가 서로 고정된 각도에 있기 때문에 (레이저 삼각측량이라고 불리는 기하학), 표면 높이의 편차로 인해 카메라 이미지에 반사된 선이 나타나는 위치가 예측 가능하게 변경됩니다..

시스템은 스캔의 전체 폭에 걸쳐 이러한 이동을 측정하고 이를 관절 표면의 높이 맵으로 변환합니다.. 당사의 3D 레이저 프로파일러는 이 데이터를 최대로 캡처합니다. 1,140 초당 프레임 수 2,600 mm 시야 — 중단 없이 단일 스위프 패스로 전체 구조 빔을 스캔할 수 있을 만큼 빠릅니다..

단계 2: 포인트 클라우드 구축

스캐너가 관절을 따라 움직일 때 (스캐너가 움직이거나, 아니면 로봇이 들고 다니는지, 또는 부품이 포지셔너에서 움직입니다.), 연속적인 높이 프로파일은 3차원 포인트 클라우드(x의 조밀한 배열)로 조립됩니다., 와이, 조인트 표면 형상을 나타내는 z 좌표 측정.

여기서 해상도가 중요합니다. 0.2~0.5mm 포인트 간격, 클라우드는 용접 홈의 미세한 형상(루트 면)을 포착합니다., 베벨 각도, 땅, 간격 너비 - AWS D1.1 치수 요구 사항을 충족하는 용접 경로를 계획하기에 충분한 정밀도. 저해상도 스캐너는 홈 형상의 세부 사항을 놓치고 수정이 필요한 경로를 생성합니다..

포인트 클라우드 품질 확인 — 좋은 데이터는 어떤 모습인가요?:   포인트 간격:    0.2-0.5mm (구조적 MIG 용접 접합에 충분함)  스캔 속도:       커버 1 m의 용접 접합 < 90 seconds at production pace Noise level:      < 0.1 mm Z-axis noise at rated scan distance Field of view:    한 번에 조인트의 양쪽 측면을 캡처할 수 있을 만큼 넓습니다.

단계 3: 솔기 추출

원시 포인트 클라우드 데이터에는 전체 스캔 표면(베이스 플레이트)이 포함됩니다., 용접 준비, 가용접, 주변 구조. 심 추출 알고리즘은 이 배경에서 용접 접합을 식별해야 합니다..

알고리즘은 각 관절 유형의 특징적인 기하학적 특징을 찾습니다.. 필렛 용접의 경우, 두 개의 평면 표면의 교차점을 찾습니다.. V 홈이 있는 맞대기 용접의 경우, 두 개의 경사진 가장자리 사이의 계곡을 식별합니다.. T-조인트의 경우, 수직 웹이 수평 플랜지와 만나는 루트 포인트를 찾습니다.. 조인트 피쳐를 찾으면, 알고리즘은 중심선에 맞추고 주요 매개변수를 추출합니다.:

• 공동 중심선 위치 (엑스, 와이, z는 전체 관절 길이에 따른 좌표입니다.)
• 조인트를 따라 각 지점의 루트 간격 너비
• 베벨 각도 및 루트 면 형상 (그루브 용접용)
• 관절 형상을 기반으로 한 목구멍 깊이 또는 다리 길이 목표
• 모든 기하학적 이상 현상 - 브리징 가용접, 지역적 격차 급증, 누락된 자료

가용접에는 특정 과제가 있습니다.: 이음새를 가로질러 높이가 간격에 비해 크면 추출 알고리즘을 혼동할 수 있습니다.. 가능한 시스템은 가용접을 이상 현상으로 감지하고 이를 경로에서 건너뛰거나 이동 속도를 줄여 올바르게 용접합니다.. 택이 시스템의 보상 범위를 초과하면 운영자에게 통보됩니다..

단계 4: 경로 계획 및 궤적 생성

추출된 솔기 형상을 사용하여, 경로 계획 모듈은 완전한 로봇 모션 시퀀스를 생성합니다.. 이는 단순히 중앙선을 따르는 것보다 더 복잡합니다. 시스템은 또한 계획을 세워야 합니다.:

• 조인트에 대한 토치 각도 (필렛 용접의 작업 각도 및 이동 각도)
• 공작물 및 고정 장치와의 충돌을 방지하는 접근 및 후퇴 경로
• 간격을 채우기 위해 진동이 필요한 경우 매개변수 짜기
• 목 크기가 단일 통과 제한을 초과하는 경우 다중 통과 시퀀스 (일반적으로 > 8 mm 필렛)
• 패스 사이에 부품을 회전해야 하는 경우 포지셔너를 위한 패스 간 포지셔닝

생성된 궤적은 로봇 관절 위치의 타임스탬프 시퀀스입니다., 토치 각도, 용접 매개변수 호출 - 완전한 용접 프로그램, 스캔 데이터에서 15~45초 내에 생성, 사람의 입력 없이.

새 부품 유형의 첫 번째 호까지의 시간:   전통적인 티치 펜던트:   2–8 hours programming Offline programming (플로):   45 분 - 3 hours 3D vision path planning:     < 5 총 분 (주사 + 발췌 + 생성하다)

단계 5: 용접내 실시간 보정

사전 용접 스캐닝은 열 효과가 시작되기 전에 접합 형상을 캡처합니다.. 호가 열리면, 두 가지가 변한다: 공작물이 가열되어 왜곡됩니다., 조인트에 대한 용접 풀 위치는 패스할 때마다 약간씩 이동합니다.. 용접 내 추적이 이를 처리합니다..

센서 - 토치 근처에 장착된 소형 레이저 프로파일러, 또는 용접 전류 자체를 사용한 아크 기반 감지 - 용접 패스 중에 솔기 위치를 지속적으로 모니터링합니다.. 수정 신호는 50~200Hz의 업데이트 속도로 로봇 컨트롤러로 전송됩니다., 부품이 열에 의해 움직일 때 토치 위치가 중앙선에 유지되도록 조금씩 움직입니다..

지능형 용접 시스템의 독점적인 아크 추적 알고리즘은 진동 진폭에서 솔기 정확도를 다음과 같이 유지합니다. 1 mm - 열에 의해 변형된 얇은 판에 직조 용접하는 동안에도 솔기를 따라갈 수 있음을 의미합니다., 각 비드가 열을 축적함에 따라 솔기 위치가 지속적으로 이동하는 곳.

스캐너 기술: 레이저 삼각측량과 구조광 비교

산업용 용접심 스캐닝을 지배하는 두 가지 감지 기술. 차이점을 이해하면 경쟁 시스템을 평가하는 데 도움이 됩니다..

특성	레이저 라인 삼각 측량	구조화된 조명 (프린지 투영)
원칙	표면을 가로질러 스윕되는 단일 레이저 라인	표면에 투영된 격자 또는 무늬 패턴
속도	매우 빠르다 — 1,000+ fps 회선 속도	느림 - 프레임당 다중 노출
해결	한 축에서 높음; 다른 스캔 속도에 따라 다름	두 축에서 동시에 높음
스탠드오프 거리	일반적으로 100~400mm	일반적으로 200~600mm
반짝이는 표면에서의 성능	정반사의 영향을 받을 수 있음	반사 금속에 더욱 견고함
용접에 가장 적합	용접 내 추적 + 용접 전 라인 스캐닝	사전 용접 전체 표면 스캐닝
우리의 지능형 용접 시스템	고속 레이저 프로파일러 1,140 용접 전 스캐닝을 위한 fps + 아크 추적	글로벌 포지셔닝을 위한 대형 라인 스캔 카메라

구조용 철강 생산용, 레이저 삼각측량은 용접 중 심 추적을 위한 주요 기술입니다. 높은 프레임 속도는 지연 없이 로봇 이동 속도와 일치합니다.. 정밀 레이저 스캔이 시작되기 전에 부품을 대략적으로 찾는 초기 전역 포지셔닝 패스에 구조광 또는 영역 스캐너가 사용됩니다.. 우리의 지능형 용접 시스템은 거친 것부터 미세한 것까지의 전략에서 이 두 가지를 모두 사용합니다.: 글로벌 위치를 위한 대형 라인 스캔 카메라, 정확한 심 추출을 위한 고속 레이저 프로파일러.

이 기술이 구조용 강철을 구체적으로 처리하는 방법

일반적인 솔기 추적 문헌은 얇은 시트 자동차 응용 분야에 중점을 둡니다.. 구조용 강철은 다양한 과제를 제시합니다., 기술이 어떻게 적응하는지 명시적으로 설명할 가치가 있습니다..

구조용 강철 도전	3D 솔기 추적이 이를 해결하는 방법
핏업 간격 편차 ±1~4mm	심 추출은 각 지점의 실제 간격을 측정합니다.; 경로는 채우기 위해 와이어 공급 및 이동 속도를 조정합니다.
부품 치수 공차 ±1~3mm	용접 전 스캔으로 실제 부품 위치 캡처 - 실제 위치에서 생성된 경로, 고정 장치 공칭이 아님
크레인 부하로 인한 무거운 부품의 이동	부품을 로드하고 고정한 후 스캔 실행 - 배치 변화에 관계없이 최종 위치 캡처
밀 스케일 및 최첨단 산화	레이저 형상 측정은 표면 변색이나 밀 스케일 질감의 영향을 받지 않습니다.
간격이 고르지 않은 상자 기둥 홈 조인트	적응형 홈 용접 모드는 실제 홈 형상을 읽고 단면당 토치 오프셋을 조정합니다.
다중 패스 두꺼운 판의 열 변형	용접 내 아크 추적은 모든 패스에서 토치 위치를 지속적으로 수정합니다.
긴 관절 > 3 m 구조용 빔	넓은 시야 스캐너 (2,600 mm FOV) 한 번의 패스로 전체 조인트를 커버; 7th축 트랙으로 도달 범위 확장

상황에 따른 정확성: 구조용 용접에서 ±0.5mm의 의미

솔기 중심선에서 ±0.3–0.5mm의 경로 생성 정확도는 추상적으로는 정확해 보입니다.. 실용적인 구조용 강철 용어로: 한 동안 6 AWS D1.1에 지정된 mm 필렛 용접, 허용되는 다리 길이 공차는 -0입니다. / +3 mm. 중심선에서 ±0.5mm에 배치된 경로는 모든 패스에서 이 공차 내에서 필렛 용접을 잘 생성합니다.. 부분 관통 홈 용접용, 루트 위치 지정 요구 사항은 더 엄격합니다(±1mm). 이는 용접 전 스캐닝과 함께 용접 내 아크 추적이 활성화된 경우에도 시스템 성능 내에 있습니다..

기술적인 한계 - 솔직하게 기술됨

3D 레이저 솔기 추적은 성숙한 기술입니다., 그러나 여기에는 구조용 강철 제작업체가 시스템을 지정하기 전에 이해해야 하는 진정한 제약 사항이 있습니다..

한정	실질적인 영향	완화
반사 또는 투명한 표면	고광택 스테인리스 스틸은 정반사 오류를 일으킬 수 있습니다.	스캔 강도 줄이기; 편광 필터를 사용; 분필 표시를 적용
매우 깊고 좁은 홈 (< 3 mm 너비)	레이저 라인은 깊은 홈의 뿌리에 도달할 수 없습니다.	접촉 센서 또는 특수한 좁은 FOV 프로브 사용
가용접 높이 > 4 mm	압정이 연결되는 간격보다 높을 경우 솔기 추출이 중단될 수 있습니다.	압정 플러시를 연마하거나 소프트웨어에서 압정 허용 오차 매개변수 설정
아크 근처의 극심한 열 쉬머	뜨거운 공기의 굴절률 변화로 인해 레이저 라인이 왜곡될 수 있음	토치-센서 스탠드오프 증가; 아크 후 냉각 구역 사용
관절 각도 < 30°	급격한 교차로 인해 추출 신뢰도가 떨어집니다.	첫 번째 기사 경로 검토가 필요합니다.; 수동 조정이 필요할 수 있음
스캔 후 부품 이동	사전 용접 스캔 후 부품이 이동하는 경우 (예를 들어, 클램프 슬립), 경로가 오프셋되었습니다.	최종 클램핑 후 다시 스캔; 백업 수정으로 용접 내 추적 사용

이러한 제한 사항 중 어느 것도 표준 구조 강철 작업(필렛 용접)에 부적격하지 않습니다., 맞대기 용접, T-관절, 공통 플레이트 두께의 랩 조인트는 모두 기술의 안정적인 작동 범위 내에 있습니다.. 위 표에는 시스템을 선택하기 전에 특정 부품 포트폴리오에 대해 검토할 가치가 있는 극단적인 사례가 나와 있습니다..

자주 묻는 질문

솔기 추적과 솔기 찾기의 차이점은 무엇입니까?

솔기 찾기 (또는 솔기 검색) 용접하기 전에 접합점을 찾고 사전 프로그래밍된 경로의 시작점을 조정합니다.. 부품 위치를 수정하지만 고정 경로 모양을 사용합니다.. 심 추적은 용접 전반에 걸쳐 전체 경로(위치 및 형상 모두)를 지속적으로 업데이트합니다.. 가변 간격 및 핏업을 갖춘 구조용 강철용, 추적이 필요합니다; 솔기 찾기만으로는 조인트 길이에 따른 간격 변화를 보상할 수 없습니다..

스캐너는 용접 연기와 스패터를 통해 작동합니까??

레이저 삼각 측량 스캐너는 빔 경로에서 직접 조밀한 증기 기둥의 영향을 받습니다.. 실제로, 아크가 열리기 전에 사전 용접 스캔이 수행되며 연기가 존재하지 않습니다.. 용접 아크 추적용, 센서는 일반적으로 토치보다 80~150mm 앞에 장착됩니다. (주요한), 흄콘 외부. 스캐너 렌즈의 스패터는 구조용 강철 환경의 표준 유지 관리 항목인 에어 나이프 퍼지 시스템과 교체 가능한 보호 유리 커버를 통해 관리됩니다..

시스템은 직선이 아닌 조인트(곡선 솔기 또는 가변 각도 연결)를 어떻게 처리합니까??

포인트 클라우드는 관절의 실제 3차원 형상을 포착합니다., 곡선 포함, 각도 변화, 및 복합 기하학. 솔기 추출 알고리즘은 찾은 모든 형상에 중심선을 맞춥니다. — 직선, 구부러진, 아니면 밟았어. 그러면 경로 생성기가 해당 로봇 동작을 생성합니다., 곡선 주변에서 일관된 작업 각도를 유지하는 데 필요한 토치 각도 조정 포함. 좁은 반경 곡선 (< 50 mm) 로봇 특이점을 피하기 위해 경로 평활화가 필요할 수 있음, 경로 계획 모듈이 자동으로 처리하는 것.

어떤 스캔 데이터가 저장되어 있나요?, 용접 추적성을 어떻게 지원하나요??

우리의 지능형 용접 시스템은 포인트 클라우드를 기록합니다., 추출된 솔기 중심선, 간격 측정, 부품 일련 번호에 대해 생성된 경로 데이터. 용접 중, 호 매개변수 (전압, 현재의, 이동 속도, 편차 경고) 동일한 레코드에 추가됩니다.. 결과 파일은 AWS D1.1 및 EN의 문서 요구 사항을 충족하는 완벽한 용접 추적성 패키지(지오메트리와 조인트당 프로세스 매개변수)를 제공합니다. 1090 인증된 구조 용접용. 기록은 품질 관리 시스템을 위한 표준 형식으로 내보낼 수 있습니다..

이 기술을 기존 로봇 용접 셀에 개조할 수 있습니까??

애프터마켓 업그레이드로 레이저 심 추적 센서를 기존의 많은 로봇 셀에 추가할 수 있습니다., 로봇 컨트롤러가 필요한 I/O 및 업데이트 속도를 지원하는 경우. 더 복잡한 개조는 경로 계획 소프트웨어입니다. 스캔 데이터에서 진정한 무프로그래밍 경로를 생성하려면 컨트롤러 수준에서 소프트웨어 통합이 필요합니다., 단순한 센서 추가가 아닌. 기존 셀을 업그레이드할 수 있는지 여부에 대한 전체 평가. 교체됨, 가장 신뢰할 수 있는 접근 방식은 센서 공급업체를 통한 현장 평가입니다..

다음 단계

• 3D 스캔 데이터가 리버스 모델링을 통해 어떻게 완전한 용접 프로그램이 되는지 확인하려면, 블로그 읽기 05: 스캔-용접 기술: 리버스 모델링이 로봇 프로그래밍을 대체하는 방법.
• 프로그래밍되지 않은 세포가 이 스캐닝 기술을 기반으로 어떻게 사용하는지 이해하려면, 블로그 읽기 03: 프로그래밍이 필요 없는 로봇 용접 셀: 비전 가이드 시스템이 티치 펜던트를 제거하는 방법.
• 귀하의 구조용 강철 부품에 대한 실시간 스캔 데모를 요청하려면: 부품 도면이나 조인트 구성 사진을 보내주십시오.. 3D 레이저 스캔을 실행하고 추출된 솔기 데이터를 반환합니다., 생성된 경로 미리보기, 및 사이클 시간 추정.

이 시리즈의 관련 자료: 블로그 01 — 로봇식 용접 셀과 기존 용접 라인 비교: 작업 현장에 어떤 변화가 있습니까? 블로그 02 — 구조용 강철의 수동 용접과 로봇 용접: 자동화는 언제 성과를 거두나요?? 블로그 03 — 프로그래밍이 필요 없는 로봇 용접 셀: 비전 가이드 시스템이 티치 펜던트를 제거하는 방법 블로그 05 — 스캔-용접 기술: 리버스 모델링이 로봇 프로그래밍을 대체하는 방법

저자 소개

경험 & 신임장

로봇용접 시스템 통합 전문기업 12+ 로봇 포지셔너 선택 및 통합에 초점을 맞춘 수년간의 직접 프로젝트 경험. 에 컨설팅을 제공했습니다. 300+ 북미 전역의 공장, 유럽, 그리고 아시아. 이 기사의 모든 사양 데이터는 실제 H에서 가져온 것입니다. / 비 / 엘 / U 시리즈 제품 데이터시트.

회사 배경: 26+ 수년간의 용접 자동화 엔지니어링, 40+ 활성 특허, 1,500+ 전 세계적으로 완료된 프로젝트, 약 70% 로봇 포지셔너 통합과 관련된.

인증

• ISO 9001: 2015 (GB/T 19001-2016) — 품질경영시스템
• GJB 9001C-2017 — 군용/무기 장비 품질 관리 시스템
• EU CE - 기계류 지침 2006/42/EC (인증서. 아니요. M.2026.206.C134866)
• 하이테크 기업 — 인증서. 아니요. GR202341000595 (11월 발행. 2023)

마지막 업데이트: 준 2026