KR100276315B1 - 레이저 스캐너에 의한 야드맵 구성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 등의 원료야드에 적치되어 있는 원료파일의 3차원 형상을 지도형태로 작성하는 야드맵 구성방법에 관한 것으로써, 야드에 적치된 원료파일의 보다 정확한 위치 설정뿐만 아니라 원료파일의 보다 정확한 적치량의 추정을 가능하게 하는 레이저 스캐너에 의한 야드맵 구성방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 원료야드에 적치되어 있는 원료를 불출하기 위해 사용되는 리클레이머의 상단에 레이저 거리센서와 리클레이머 주행방향을 축으로 하며 360도 회전하는 회전 거울로 구성되는 레이저 스캐너를 부착하는 단계; 리클레이머를 일정한 속도로 주행시키면서 이와 동기화 된 레이저 스캐너를 작동하여 리클레이머 주행 위치와 레이저 스캐너의 회전거울의 각도 및 거리로 이루어진 원통 좌표계의 거리 데이터 어레이를 추출하는 단계; 상기 원통 좌표계의 거리 데이터 어레이를 직교좌표계로 변환하는 단계; 상기 직교좌표계로 변환된 데이터를 보간화하여 원료파일중 관찰되는 면에 대한 파일의 형상을 구성하는 단계;및 원료파일중 관찰되지 아니한 면에 대해 파일의 안식각과 최고 점의 높이를 이용하여 보간화하여 최종 파일의 형상을 구성하는 단계를 포함하여 구성되는 레이저 스캐너에 의한 야드맵 작성방법을 그 요지로 한다.

Description

레이저 스캐너에 의한 야드맵 구성 방법

본 발명은 제철소 등의 원료야드에 적치되어 있는 원료파일의 3차원 형상을 지도형태로 작성하는 야드맵 구성방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 레이저 스캐너를 이용하여 원료파일의 3차원 형상을 지도형태로 작성하는 야드맵 구성방법에 관한 것이다.

철강제조 업체에서는 외국으로부터 수입한 철강 원료를 선박에 싣고 와서 2km × 1km정도의 야드(yard)에 스택커(stacker)를 이용하여 적치한다. 이때 원료파일(Pile)은 그 형상이 원뿔형이거나 연속적으로 적치할 경우 긴 산맥형상을 하게된다.

상기 방법으로 적치된 파일은 작업 계획에 따라 일정량을 요구하는 신호를 받으면 원료 파일로부터 일정량 불출하는 작업을 리클레이머(reclaimer)가 수행한다. 도1에 나타난 바와 같이, 리클레이머(10)는 대형 크레인 형태이며, 레일 위로 구동하는 직진 주행축과 선회축 및 붐(11)(boom)을 움직이는 부앙축이 있으며 붐(11)선단에는 원료를 파내는 버켓(12)(bucket)이 회전 드럼에 달려 있어서 원료를 파내는 작업을 수행한다.

지금까지는 야드에 파일이 그 강종의 종류대로 얼마나 적치되었는지에 대한 정보의 관리는 작업자가 원료야드에 있는 파일의 형상을 눈으로 확인하여 중앙관제실에 연락을 취하는 등의 방법으로 이루어져 왔다.

그러나 이 방법은 원료 파일이 적치된 위치를 눈으로 확인하는 데서 오는 오차로 인하여 야드의 이동기기 자동화의 경우 파일에 접근해야 하는 기준위치를 설정하는데 어려움이 있으며, 파일이 어뗘한 형상으로 적치되었는지에 대한 정보는 얻을 수 없으므로 야드의 파일의 적치량 등을 추정해야 할 경우 정확한 량을 추정하기 어려운 문제점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 연구를 행하고 그 결과를 근거하여 본 발명을 재안하게 된 것으로써, 본 발명은 야드상에서 원료를 불출하는 기계인 리클레이머의 상단에 례이저 거리 스캐너를 부착하여 리클레이머의 이동시 레이저 거리 스캐너에 의해 추출되는 거리데이타를 이용하여 야드에 적치된 파일의 3차원 형상을 지도형태로 작성함으로써, 야드에 적치된 원료파일의 보다 정확한 위치설정 뿐만 아니라 원료파일의 보다 정확한 적치량 등의 추정을 가능하게 하는 레이저 스캐너에 의한 야드맵 구성방법 등을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 원료야드에 적치되어 있는 원료를 불출하기 위해 사용되는 리클레이머의 상단에 레이저 거리센서와 리클레이머 주행방향을 축으로 하며 360도 회전하는 회전 거울로 구성되는 레이저 스캐너를 부착하는 단계; 상기 레이저 스캐너가 부착된 리클레이머를 일정한 속도로 주행시키면서 이와 동기화 된 레이저 스캐너를 작동하여 리클레이머 주행 위치와 레이저 스캐너의 회전거울의 각도 및 거리로 이루어진 원통좌표계의 거리 데이터 어레이를 추출하는 단계; 상기 원통좌표계의 거리 데이터 어레이를 직교좌표계로 변환하는 단계; 상기 직교좌표계로 변환된 데이터를 보간화하여 원료파일 중 관찰되는 면에 대한 파일의 형상을 구성하는 단계;및 원료파일의 안식각과 최고점의 높이에 의해 윈료파일 중 관찰되지 아니한 면에 대한 파일의 형상을 예측하여 최종 파일의 형상을 구성하는 단계; 를 포함하여 구성되는 레이저 스캐너에 의한 야드맵 작성방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 야드맵을 작성하기 위해서는, 제1도에 나타난 바와 같이, 리클레이머(10)의 상단에 레이저스캐너(13)를 부착시켜야 한다.

본 발명에서 사용되는 레이저 스캐너(13)는 레이저를 주사하고 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 측정할 수 있는 거리 센서(13a)와 한 축에 대한 스캔을 위한 회전거울(13b)로 구성된다. 이 회전 거울(13b)은 360도로 초당 수회(4∼8회)회전할 수 있으므로 거리 센서와 동기화 되도록 하면 거리센서와 회전모타를 연결하는 취부를 제외한 270도 범위내에서 스캔이 가능하므로 270도 안에서 거리를 측정할 수 있다.

따라서 레이저 스캐너의 좌표계는 제 2도와 같이 구성된다. 즉 회전 거울 축의 스캔에 의해 회전거울의 각도(Φ)와 측정거리(r)를 구할 수 있으며 이 레이저 스캐너가 리클레이머(10)의 상단에 장착된 후 주행하면 각도(Φ)와 측정거리(r)와 주행거리(y)에 의한 원통 좌표계의 거리 데이터를 추출할 수 있다. 상기와 같이 추출된 원통 좌표계의 거리 데이터는 하기 식에 의해 직교좌표계로 변환될 수 있다.

x = r cosΦ

z = r sinΦ

y = y

(여기서, Φ는 회전거울의 각도, r은 측정거리)

이하, 본 발명의 야드맵 작성방법의 블록도를 나타내는 제3도를 통해 보다 상세히 설명 한다.

레이저 스캐너를 회전거울축에 대해 스캔하면서 리클레이머를 주행시켜 거리정보 추출부(21)로부터 거리정보를 추출한 다음, 회전거울축과 거리축 및 주행축으로 구성되는 원통좌표계의 거리데이타 어레이를 거리데이타 어레이 생성부(22)에서 생성한다.

이때, 거리 데이터 어레이는 원통좌표계로 구성되며, 거리센서의 광학적 중심을 원점으로 하고, 각도(Φ)와 측정거리(r) 및, 주행거리(y)으로 구성된다.

제4도는 리클레이머를 주행 축에 대해 정면으로 본 구조를 나타낸 것으로서 레이저 스캐너(13)가 리클레이머(10)상단에 위를 향하여 부착되면 레이저 스캐너(13)의 하단부분을 제의한 270도 범위에서의 거리를 구할 수 있는 것이다. 이때 허공을 향하여 스캔되는 거리는 거리가 무한대이므로 무시할 수 있으며 원료가 야적된 필요로 하는 범위 내에서만 데이터를 받아들이면 된다. 도4에 나타난 바와 같이 양단의 파일(30)을 동시에 스캔하여 거리를 측정할 수 있음을 알 수 있다. 도5는 레이저 스캐너의 스캔을 위에서 본 것으로서 리클레이머(10)가 주행하면서 레이저 스캐너가 스캔할 경우 거기가 측정되어지는 점들은 지그재그 형태로 나타남을 알 수 있다.

도5에서 실선부분이 파일을 스캔하는 것이며, 점선부는 허공을 스캔하는 것을 의미한다.

따라서, 리클레이머(10)의 주행 속도와 레이저 스캐너의 스캔과 거리 측정이 모두 동시에 동기화 되어 있으면 원통좌표계의 임의의 점으로 표현되는 원통좌표계의 거리 데이터 어레이를 얻을 수 있는 것이다.

다음에, 상기 거리데이타 어레이를 X,Y,Z축으로, 즉, 원통좌표계를 좌표계 변환부(23)에서 직교좌표계로 변환한 다음, 파일맵 생성부(24)에서는 영상표면에 표시한 후 영상 평면에 표시된 점들의 집합으로 이루어진 영상 데이터를 종래의 보간화 방법(interpolation method)을 이용하여 보간한다.

도4 및 도5에서, "31"은 야드, "32'"는 원료파일에서 가리는 영역, "33"은 파일의 안식각을 나타낸다.

종래 보간화 방법으로는 데이터와 데이터사이를 연결하는 선형 보간화법을 들 수 있다.

한편, 파일의 최고위치와 레이저 스캐너의 높이가 비슷하거나 더 낮을 경우 리클레이머 쪽이 아닌 반대편에 대한 거리는 가리는 영역이므로 측정할 수 없다. 이를 해결하기 위해 원료파일의 반대편에 대해서는 파일의 최고 높이와 파일의 적치될 경우 원료 야드에 대한 파일의 안식각을 이용하여 반대편에 대한 보완을 해야하는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

제4도에 나타난 바와 같이, 리클레이머(10)의 진행축으로 리클레이머(10)를 진행시키면서 각각의 진행축거리에 대해 최고점(Hmax)을 구하고, 파일의 종류에 따라 결정되는 야드면의 안식각(33)을 이용하여 최고점(Hmax)과 야드면(31)이 이루는 보간선(34)으로 선형보간한다.

상기와 같이 보간선(34)을 모든 리클레이머의 진행축에 대해 연속적으로 보간함으로써, 최종 야드맵이 형성된다.

상기 영상 처리과정을 거치면 야드상의 원료 파일의 3차원 형상을 의미하는 야드맵이 작성되고 필요시 이를 야드관리 자료로 이용하거나 작업자가 모니터로 관찰하게 함으로서 종래의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 야드에 적치된 파일의 3차원 형상을 지도형태로 작성함으로써, 야드에 적치되어있는 원료의 현재 적치량을 보다 정확하게 구할 수 있을 뿐만 아니라 원료불출시 불출원료위치를 정확히 결정할 수 있도록 해주는 효과가 있는 것이다.

도1은 리클레이머와 레이저 스캐너의 개략도.

도2는 레이저 스캐너의 좌표계를 나타내는 모식도.

도3은 본 말명에 대한 야드맵을 구성하는 과정을 나타내는 블록도.

도4는 원료타일 사이를 주행하는 리클레이머의 정면 개략도.

도5는 원료타일 사이를 주행하는 리클례이머의 평면 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 리클레이머 11: 붐

12 : 버켓 13 : 레이저 스캐너

13a : 거리센서 13b : 회전거울

30 : 원료파일 31 : 야드

Claims (1)

1. (정정) 원료야드(31)에 적치되어 있는 원료를 불출하기 위해 사용되는 리클레이머(10)의 상단에 레이저 거리센서(13a)와 리클레이머 주행방향을 축으로 하여 360도 회전하는 회전 거울(13b)로 구성되는 레이저 스캐너(13)를 부착하는 단계; 상기 레이저 스캐너(13)가 부착된 리클레이머(10)를 일정한 속도로 주행시키면서 이와 동기화 된 레이저 스캐너(13)를 작동하여 리클레이머 주행 위치와 레이저 스캐너의 회전거울의 각도(Φ) 및 거리(r)로 이루어진 원통좌표계의 거리 데이터 어레이를 추출하는 단계; 상기 원통좌표계의 거리 데이터 어레이를 하기 식을 이용해 직교좌표계로 변환하는 단계;

   x = r cosΦ

   z = r sinΦ

   y = y

   (여기서, Φ는 회전거울의 각도, r은 거리)

   상기 직교좌표계로 변환된 데이터를 보간화하여 원료파일(30) 중 관찰되는 면에 대한 파일의 형상을 구성하는 단계;및 원료파일의 안식각(33)과 최고점의 높이(Hmax)에 의해 원료파일 중 관찰되지 아니한 면(32)에 대한 파일의 형상을 예측하여 최종 파일의 형상을 구성하는 단계; 를 포함하여 구성되는 레이저 스캐너에 의한 야드맵 작성방법.