KR100317957B1 - 레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철광석이나 원료탄 등의 철강원자재를 실어 나르는 원료공장 고무 벨트 컨베이어에 손상된 부위를 자동 인식하고 손상된 부위의 변화경향을 관리 가능하도록 한 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 핵심인 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치는, 벨트에 투사될 레이저를 발생시키고 벨트에 의해 반사된 광선을 집광하여 벨트표면의 깊이값을 측정하기 귀해 벨트의 폭방향으로 일렬로 배열된 반도체 레이저 변위센서와, 벨트의 진행거리를 측정하는 엔코더와, 반도체 레이저 변위센서에서 검출된 벨트전장에 대한 폭방향 벨트표면의 깊이값과 벨트의 진행거리를 조합하여 벨트의 손상부의 길이와 폭방향 위치, 가로, 세로, 폭, 깊이 데이터를 생성해 내는 데이터 처리 전산 시스템과, 상기 데이터 처리 전산시스템에서 생성된 벨트의 손상부 데이터를 화상디스플레이하고 데이터베이스에 저장하여 손상부의 변화경향을 관리 가능한 디스플레이 전산 시스템을 포함한다.

Description

레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식방법 및 장치

본 발명은 철광석이나 원료탄 등의 철강원자재를 실어 나르는 원료공장 고무 벨트 컨베이어 시스템에 관한 것으로, 특히 벨트가 손상되었는지 여부를 모니터링 하여 벨트의 특정부위가 손상된 경우 해당 부위를 자동 인식하고 손상된 부위의 변화경향을 파악함으로써 벨트 콘베이어의 효율적인 관리가 가능하도록 한 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치 및 방법에 관한 것이다.

원료공장 고무 벨트 컨베이어는 철강공정에 필요한 원자재(철광석, 원료탄)를 부두에서 하역하여 원료공장까지 실어나르는 기능을 수행하는데, 원자재 및 주위구조물, 벨트사행 등의 원인으로 파손 또는 절손이 되기 쉽다.

이러한 벨트의 절손은 조업의 중단과 부두 하역작업(용역비 지불)의 중단을 초래하여 경제적으로 큰 손실을 가져온다.

따라서 벨트 컨베이어의 손상부를 지속적으로 모니터링하고 관리하기 위한 손상부 자동 인식시스템을 도입하여 향후 발생할 수 있는 벨트의 절손을 예방하는 것이 필요하다.

종래의 벨트의 손상부 모니터링과 관리방식은 조업자의 목측에 의한 것이어서 정확한 손상부 위치파악과 지속적인 관리가 불가능하였다.

본 발명의 목적은 철광석이나 원료탄 등의 철강원자재를 실어 나르는 원료공장 고무 벨트 컨베이어에서 손상된 부위를 자동 인식하고 손상된 부위의 변화경향(형상)을 관리 가능하도록 하여 벨트 절손에 이르게됨에 따른 조업중단 피해를 사전에 방지할수 있게 한 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 특징은, 벨트에 투사될 레이저를 발생시키고 벨트에 의해 반사된 광선을 집광하여 벨트표면의 깊이값을 측정하기 귀해 벨트의 폭방향으로 일렬로 배열된 반도체 레이저 변위센서와, 벨트의 진행거리를 측정하는 엔코더와, 반도체 레이저 변위센서에서 검출된 벨트전장에 대한 폭방향 벨트표면의 깊이값과 벨트의 진행거리를 조합하여 벨트의 손상부의 길이와 폭방향 위치, 가로, 세로, 폭, 깊이 데이터를 생성해 내는 데이터 처리 전산 시스템과, 상기 데이터 처리 전산시스템에서 생성된 벨트의 손상부 데이터를 화상디스플레이하고 데이터베이스에 저장하여 손상부의 변화경향을 관리 가능한 디스플레이 전산 시스템을 포함하는 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치와 이를 구현하는 방법에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치의 블록 구성도이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 반도체 레이저 변위 센서의 내부구성도이다.

도 3은 본 발명에서의 레이저의 반사파를 이용한 벨트표면의 손산부 깊이 검출방법 설명도이다.

도 4는 본 발명에 의한 반도체 레이저 변위센서의 벨트폭 방향에 대한 배치구성도이다.

도 5는 본 발명에 따라 측정된 벨트표면 깊이값으로부터 손상유형을 얻는 과정의 설명도이다.

도 6은 본 발명의 벨트 손상부 인식과정을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 반도체 레이저 변위센서 2 : 엔코더

3 : 데이터처리부 전산시스템 4 : 디스플레이 전산시스템

10 : 반도체 레이저 변위센서 11 : 레이저 발생부

12 : 발광부렌즈 13 : 수광부렌즈

14 : 위치검출소자 15 : 신호처리부

16 : 입사광 17 : 반사광

31 : 레이저 입사광 32 : 벨트 기준표면 반사광

33 : 벨트 흠표면 반사광

34 : 반도체 레이저 변위센서의 수광부렌즈

35 : 반도체 레이저 변위센서의 위치검출소자

53 : 벨트의 손상부(흠)영역

첨부한 도면을 참고로하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치의 블록 구성도로써, 여기에서 참고되는 바와 같이, 본 발명장치는 크게 벨트에 투사될 레이저를 발생시키고 벨트에 의해 반사된 광선을 집광하여 벨트표면의 깊이값을 측정하기 위해 벨트 폭방향으로 일렬로 배열된 반도체 레리저 변위센서(1)와, 벨트의 진행거리를 측정하는 엔코더(2)와, 반도체 레이저 변위센서에서 검출된 벨트전장에 대한 폭방향 벨트표면의 깊이값과 벨트의 진행거리를 조합하여 벨트의 손상부 데이터(흠의 길이와 폭방향 위치, 가로, 세로, 폭, 깊이)를 생성해내는 데이터 처리 전산시스템(3)과, 이 데이터처리 전산시스템에서 생성된 벨트의 손상부 데이터를 화상디스플레이하고 데이터베이스에 저장하여 손상부의 변화경향을 관리 가능하도록 한 디스플레이 전산시스템(4)으로 구성되고 있다.

도 2는 본 발명에 의한 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치의 반도체 레이저 변위센서의 상세도이다.

여기에서 반도체 레이저 변위센서(10)는 벨트표면에 투사될 레이저를 발생시키는 레이저발생부(11)와, 레이저를 벨트표면에 집광시키는 발광부렌즈(12)와, 벨트에 의해 반사된 광선을 집광하는 수광부렌즈(13)와, 수광부에 집광된 광선이 광스폿을 형성하게 되는 위치검출소자(14)와, 위치검출소자에 맺혀진 광스폿을 벨트표면의 깊이값으로 변환하는 신호처리부(15)를 포함한다.

상기 변위센서 내의 수광부렌즈(14)의 기울기는 도 3의 레이저광(31)이 벨트의 기준(정상)표면에서 반사되어 형성된 반사광(32)이 수광부렌즈(34)를 거쳐 위치검출소자(35)의 광스폿형성판의 첫 번째 배열(36)에 광스폿을 형성할 수 있도록 조정한다.

상기 반도체 레이저 변위센서의 작용을 살펴보면, 레이저광이 발광부렌즈를 거쳐 벨트표면에 투사되면 벨트표면에서 반사되어 수광부렌즈에서 집광되어 위치검출소자에서 광스폿을 형성하게 된다.

벨트의 기준표면(19)에서 반사된 반사광의 광스폿위치 간의 거리는 흠 깊이에 비례하는 차이가 생기게 된다.

위치검출소자에 형성된 광스폿은 반도체 레이저 변위센서의 신호처리부(15)에서 전기적인 신호로 변환되어 도 3에 나타낸 위치검출소자의 광스폿형성위치-전압 그래프에서 보여지듯이 데이터 값(벨트 표면의 깊이)으로 나타난다.

반도체 레이저 변위센서의 수광부렌즈(34)는 도 3의 레이저광이 벨트의 정상표면(21)에서 반사각(38)을 이루며 반사되어 수광부렌즈(34)를 거쳐 위치검출소자(35)의 광스폿형성판 첫 번째 배열(36)에 광스폿을 형성할 수 있도록 기울기를 조정하여, 벨트의 정상표면반사에 의해 형성된 광스폿 위치의 데이터 값이 0이되고 벨트의 흠 표면반사에 의해 형성된 광스폿 위치의 데이터 값이 0보다 큰 값이 될 수 있도록 함으로써, 데이터처리부 전산시스템(3)에서 벨트의 기준표면에 대한 흠의 깊이값을 계산작업이 용이하도록 한다.

도 4는 본 발명에 의한 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치를 구성하는 반도체 레이저 변위센서의 배열방법을 도시한 것이다.

벨트가 원자재를 수송 후 빈 상태로 0점위치로 이동할 때, 벨트의 장력이 가장 많이 가해지는 부분에 레이저 변위센서를 벨트 폭방향으로 일렬로 고정, 설치한다.

벨트 폭방향으로 일렬로 설치된 반도체 레이저 변위센서(41)는 데이터처리부 전산시스템(3)에 의해 제어되는 동기화 시그널을 전달받아 동시에 레이저광을 투사함으로써, 동일한 벨트 길이방향(7)위치의 벨트표면 깊이 값을 얻어낸다.

이와 같은 동기화된 반도체 레이저 변위센서의 작용은 벨트가 진행함에 따라 t(t=s/v, s=벨트 표면깊이값을 측정하는 벨트 길이방향 단위거리, v=벨트의 속도)주기로 계속됨으로써 벨트 길이 전장에 대한 폭방향의 벨트표면 깊이값을 얻을 수 있다.

데이터처리부 전산시스템(3)은 반도체 레이저 변위센서(1)에 의해 측정된 이동하는 벨트의 폭방향 표면깊이값을 벨트전장에 대해 조합하여 손상부 이미지 정보, 예를들면 손상부위의 벨트폭 및 길이방향 위치, 흠의 길이, 흠의 폭, 흠의 깊이 정보를 생성하는 시스템이며, 디스플레이 전산시스템(4)은 데이터 처리부 전산시스템(3)에서 생성된 벨트 폭방향(6)의 흠정보를 조업자가 모니터링할 수 있도록 디스플레이 전산시스템(4)에 디스플레이 하고, 또한 이러한 흠 정보를 데이터베이스에 저장, 관리하여 흠의 변화경향을 관리한다.

다음은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 원료공장 벨트 컨베이어의 손상부 인식방법을 수행하기 위한 방법을 설명한다.

본 발명에 의한 레이저를 이용한 원료공장 벨트컨베이어의 손상부 인식방법은, 첫번째 단계로서 벨트 폭방향으로 일렬로 설치된 반도체 레이저 변위센서(1)에서 t(t=s/v, s=벨트 표면깊이값을 측정하는 벨트 길이방향 단위거리, v=벨트의 속도)주기로 레이저광을 벨트표면에 동시에 조사하고 그 반사광을 읽어들여 벨트 폭방향의 표면깊이 값을 얻어내고, 이렇게 얻은 값은 엔코더(2)를 이용하여 벨트가 벨트의 0점위치에서부터 진행한 거리를 측정한다.

두 번째 단계에서는 데이터처리부 전산시스템(3)에서 측정된 벨트폭 방향의 벨트표면 깊이값과 벨트 진행거리를 조합하여 벨트의 손상부 정보(흠의 벨트폭 및 길이방향의 위치, 흠의 폭, 흠길이, 흠깊이)를 생성해 낸다.

세 번째 단계에서는 데이터처리부 전산시스템에서 생성된 손상부 정보가 디스플레이 전산시스템으로 전송하여 데이터베이스에 저장하고 조업자에게 화상디스플레이한다.

이를 구체적으로 설명하면, 제1단계는 벨트폭 방향으로 일렬로 설치된 반도체 레이저 변위센서(41)가 데이터처리부(3) 전산시스템에 의해 제어되는 동기화 시그널을 t주기로 전달받아 동시에 레이저광을 투사함으로써 동일한 벨트 길이방향(7)위치의 벨트 전체폭(6)에 대한 벨트표면 깊이값을 얻어낸다.

이와 같이 동기화된 반도체 레이저 변위센서의 작용은 벨트가 진행함에 따라 t주기로 계속됨으로써 벨트길이 전장에 대해 폭방향의 벨트표면 깊이값을 얻을 수 있다.

이때 벨트표면 깊이값이 측정되는 시점의 벨트길이방향 위치는 제1단계의 후반부에서 벨트에 걸린 엔코더에 의해 측정된 벨트진행거리를 통해 알 수 있다.

제2단계는 측정된 벨트 폭방향의 벨트표면 깊이값과 벨트진행거리를 조합하여 벨트의 손상부위의 정보(손상부의 벨트폭 및 길이방향 위치, 흠의 폭, 흠길이, 흠깊이)를 생성해 내는 단계이다.

이를 도 5와 도 6을 를 참고로하여 설명하면 다음과 같다.

데이터처리부 전산시스템은 벨트표면깊이값과 벨트의 진행거리값을 전송받아 도 5에 나타낸 바와 같이 줄무늬 형상 맵을 생성한다.

이는 데이터처리부 전산시스템의 일정주기 동기시그널에 의해, 벨트 폭방향으로 일렬로 배열된 반도체 레이저 변위센서들이 동시에 레이저광을 벨트표면에 조사함으로써 얻어지는 벨트전장에 대한 벨트표면깊이값(45)을, 값이 측정된 벨트길이방향 위치(46)를 0점(기준점)으로 하여 해당 벨트 위치에 표기하는 것으로부터 얻어진다.

여기에서 부호(43)은 반도체 레이저 변위센서들이 폭방향으로 배열된 단위간격을 의미하며, 부호(44)는 반도체 레이저 변위센서들이 일정주기로 동기시그널에 의해 표면깊이값을 측정한 벨트진행방향 단위길이를 나타낸다.

또 부호(45)는 첫 번째 벨트표면 깊이값이 측정될 때 벨트 폭방향으로 다섯 번째 레이저 변위센서에 의해 측정된 표면깊이값을 기준표면 깊이값이 표기된 벨트길이방향위치(46)를 기준으로 표시한 것이다.

손상부가 발생한 위치의 벨트표면 깊이 값은 0보다 큰 값을 가지므로 도 5의 줄무늬 형상에서 직선이 아닌 곡선의 형태를 띄게 된다.

벨트전장에 대한 표면깊이값이 표기된 줄무늬 형상을 가지고 벨트 손상부에 대한 정보를 생성하기 위해 손상부 분류작업이 이루어지는데, 이러한 손상부(53)를 분류하기 위해 한 줄의 줄무늬 형상에서 굴곡이 시작되는 시작점(48)과 끝점(47)을 기억하고, 다음 줄의 굴곡의 시작점(50) 및 끝점(49)과 벨트 폭방향 위치비교를 한다.

해당 줄의 굴곡 시작점(48)이 다음 줄의 굴곡 시작점(50)과 끝점(49)사이에 위치하거나 해당 줄의 굴곡 끝점(47)이 다음 줄의 굴곡 시작점(50)과 끝점(49) 사이에 위치하면 두 줄의 굴곡(곡선)부분은 같은 손상부를 구성하는 곡선이며 그렇지 않을 경우에는 서로 다른 손상부를 구성하는 곡선이다.

분류된 손상부에 대한 정보-흠의 위치, 흠의 길이, 흠의 깊이를 생성하기 위해 손상부를 나타내는 사각형 영역(53)의 가로와 세로 픽셀값을 계산하여 손상부의 폭 및 길이로 하고 손상부 영역에 포함되는 줄무늬 굴곡 중 가장 깊이가 큰 값을 손상부 깊이로 하여 손상부 정보를 생성한다.

제 3단계에서는 상기의 방법으로 생성된 손상부 정보를 디스플레이 전산시스템에 전송하여 데이터베이스에 저장하고 화상디스플레이하여 벨트 손상부의 자동인식과 지속적인 관리한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면 벨트폭방향의 반도체 레이저 변위센서를 일렬로 설치하여 레이저의 반사특성을 이용하는 것으로 벨트길이방향으로 전장에 걸쳐 연속적인 벨트표면 깊이 데이터를 획득하고, 데이터 처리부 전산시스템에서 획득된 벨트표면의 깊이데이터를 조합하여 손상부 정보를 생성하고 디스플레이 전산시스템에서 손상부 정보를 데이터베이스에 저장관리 및 화상디스플레이함으로써, 철광석과 원료탄과 같은 철강 원자재를 실어 나르는 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부(흠)를 자동으로 인식할 수 있게 되며, 손상부(흠)의 변화경향을 지속적으로 관리 가능하게 함으로써 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 절손과 파손사고로 인헌 설비복구의 경제적손실 및 생산량 손실을 줄일 수 있는 특유의 효과가 나타나게 된다.

Claims (5)

1. 철광석 원료등을 수송하는 벨트 컨베이어 시스템에 있어서, 벨트 폭방향으로 일렬로 배열되어 일정주기로 벨트에 투사될 레이저를 발생시키고 벨트에 의해 반사된 광선으로부터 벨트표면의 깊이값으로 변환해 주는 반도체 레이저 변위센서(1)와, 벨트의 진행거리를 측정해 주는 엔코더(2)와, 반도체 레이저 변위센서에서 검출된 벨트전장에 대한 폭방향벨트표면의 깊이값을 조합하여 벨트의 손상부 정보를 생성해 내며 상기 레이저 변위 센서의 작동에 필요한 구동신호를 공급하는 데이터처리 전산시스템(3)과, 데이터처리 전산시스템에서 생성된 벨트의 손상부 데이터를 데이터베이스에 저장, 관리하고 화상디스플레이하는 디스플레이 전산시스템(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 변위센서(1)는 벨트표면에 투사될 레이저를 발생시키는 레이저발생부(11)와, 레이저를 벨트표면에 집광시키는 발광부렌즈(12)와, 벨트에 의해 반사된 광선을 집광하는 수광부렌즈(13)와, 수광부에 집광된 광선이 광스폿을 형성하게 되는 위치검출소자(14)와, 위치검출소자에 맺혀진 광스폿을 벨트표면의 깊이값으로 변환하는 신호처리부(15)를 포함하며, 상기 변위센서 내의 수광부렌즈(14)는 기울기는 레이저광(31)이 벨트의 기준(정상)표면에서 반사되어 형성된 반사광(32)이 수광부렌즈(34)를 거쳐 위치검출소자(35)의 광스폿형성판의 첫 번째 배열(36)에 광스폿을 형성하여, 벨트의 정상표면반사에 의해 형성된 광스폿 위치의 데이터값이 0, 벨트의 흠 표면반사에 의해 형성된 광스폿 위치의 데이터 값이 0보다 큰 값이 될 수 있는 기울기로 조정된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치.
3. 제 1항에 있어서, 반도체 레이저 변위센서(1)들을 벨트폭방향으로 일렬로 설치하고 데이터처리부(3) 전산시스템에 의해 제어되는 동기화 시그널을 일정주기로 전달받아 동시에 레이저광을 벨트표면에 투사함으로써, 동일한 벨트길이방향(7)위치의 벨트표면깊이값을 일정주기로 얻어내는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치.
4. 제 1항에 있어서, 디스플레이 전산시스템(4)은 손상부 정보를 저장 및 관리할 수 있는 데이터베이스를 가지며, 손상부 이미지의 조업자 가이던스를 위한 화상디스플레이 기능을 갖춘 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식장치.
5. 레이저를 이용한 원료공장 고무 벨트 컨베이어의 손상부 인식방법에 있어서,

   벨트 폭방향으로 일렬로 설치된 반도체 레이저 변위센서(1)에서 데이터처리부 전산시스템(3)에 의해 동기화되어 일정주기로 레이저광을 벨트표면에 동시에 조사하고 이때의 반사광을 이용하여 동일한 벨트길이방향 위치의 벨트표면 깊이 값을 얻어내고, 이와 동시에 엔코더(2)를 이용하여 벨트가 벨트의 0점위치에서부터 진행한 거리를 측정하는 제1단계와,

   데이터처리부 전산시스템(3)에서 측정된 벨트폭방향의 벨트표면 깊이값과 벨트진행거리를 조합하여 벨트표면 깊이값에 의해 형성된 줄무늬 형상맵을 만들고, 줄무늬 형상맵으로부터 벨트의 손상부를 분류하는 것으로 손상부위의 벨트폭 및 길이방향의 위치, 흠의 폭, 흠 길이, 흠 깊이 정보를 생성해 내는 제2단계와,

   데이터처리부 전산시스템에서 생성된 손상부위 정보가 디스플레이 전산시스템으로 전송되어오면 데이터베이스에 이를 저장 및 관리하고 조업자에게 화상디스플레이하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 벨트 컨베이어의 손상부 인식방법.

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