KR100328073B1 - 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원형상측정기에 의하여 측정된 원료파일의 형상으로부터 검출되는 불출시작점의 오차를 보정하여 충돌하거나 접촉되지 않고 문제없이 정확하게 실제 불출시작점에 불출부를 착지시킬 수 있으며 자동화할 수 있는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법에 관한 것으로, 3차원 형상측정기로 원료파일의 3차원 형상을 검출하고, 검출된 원료파일 형상으로부터 불출착지점(P)을 산출하는 제1단계와, 원료파일과 불출기와의 충돌을 방지하기 위하여 상기 제1단계에서 산출된 불출착지점(P)에서 주행축 방향으로 단위주행거리(dx)를 빼어 새로운 불출착지점(P')을 설정하고, 원료불출기를 주행, 선회, 부앙동작시켜 불출부를 새로운 불출착지점(P')에 위치시키는 제2단계와, 상기 새로운 불출착지점(P')에 위치한 원료불출기의 불출부를 원료파일의 불출종료점방향으로 선회시켜, 원료파일의 불출시작점과 불출종료점 사이로 불출부를 이동시키는 제3단계와, 상기 불출부가 원료파일의 불출시작점과 불출종료점 사이에 위치하면, 상기 불출부를 불출시작점방향으로 원료파일의 끝단까지 선회시키는 제4단계와, 상기 원료파일의 끝단에 위치한 불출부로부터 원료파일과의 거리(dl)를 산출하는 제5단계와, 상기단계에서 산출된 거리(dl)만큼 원료불출기를 전진주행시켜 불출부를 실제불출시작점(Ps)에 착지시키는 제6단계로 이루어진다.

Description

근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동 착지 방법

본 발명은 철광석, 석회석 등의 원료 야적 파일로부터 원료를 불출하는 원료 불출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료 불출작업에 앞서, 원료파일의 불출시작점에 불출부의 버킷끝단을 정확하게 착지시킬 수 있는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원료불출기를 사용하여 원료를 불출하는데 있어서 원료파일의 불출시작점에 불출기를 착지시키기 위하여 원료불출기의 조종실에 탑승한 운전자가 직접 육안으로 원료파일을 보면서 불출기를 상하좌우로 이동시키는 수동방식을 사용하여 왔다. 그런데, 이 수동방법은 운전자의 작업능력 및 숙련도에 따라서 작업시간이 달라지며, 정밀도도 많이 달라지는 문제점이 있으며, 불출기의 착지위치가 잘못되면 이후의 불출작업을 실행하는 있어 많은 오차가 발생하기 때문에 원료 불출 작업을 자동화하는데 심각한 장애요인이 된다.

종래의 수동작업방법을 도1을 참조하여 설명하면, 원료를 불출하기 위해서 운전자가 조정실(12a)에 탑승하고, 원료 야적 파일(30)을 일정한 높이로, 예를 들어 5∼6단으로 나누고 적절한 시작부위를 선택하여 원료를 불출하게 되는 것으로, 원료불출기의 주행부(11)는 X축방향인 레일(15)위를 일정단위로 주행하고, 선회부(12)는 Z축을 회전중심으로 하여 주행부(11)위에서 화살표방향으로 선회하고, 부앙부(13)는 유압실린더(17)의 조정에 따라서 부앙중심점(16)을 회전중심으로 하여 Y축을 기준으로 불출부(14)를 이동시킨다.

원료불출기의 조정실(12a)에 탑승한 운전자는 레일(15)상으로 원료불출기를 주행시켜 불출하고자 하는 원료파일(30)이 위치한 곳으로 이동한 뒤, 선회조작을 하여 불출부(14)를 원료파일(30)방향으로 위치시키고, 다음으로, 불출부(14)가 원료파일(30)에 닿도록 부앙용 유압실린더(17)를 조정하여 불출단을 높이를 미세 조정한다.

이와같이, 불출부(14)가 원료파일(30)의 불출위치에 착지되면, 버킷(14a)을 회전시켜면서 선회회전축(Z축)을 중심으로 좌 또는 우의 일정한 방향으로 선회시켜 원료를 불출한다.

이때, 운전자는 선회, 부앙, 주행 등의 여러 가지 조작을 하여 불출을 시작하기 위한 불출시작점에 불출부(14)를 착지시켜야 하는데, 상기 조정실(12a)에서 원료파일(30)의 불출단까지의 거리가 수십여미터(약, 40m)정도나 되기 때문에,육안확인작업에 의해 정확하게 불출시작점에 착지시키는 것은 숙련된 운전자에게도 많은 시간이 소요되는 어려운 작업이다.

또한, 이와같은 원료파일에의 불출부 착지작업을 좀더 용이하게 하기 위하여 3차원형상측정기를 이용하여 원료파일(30)의 형상을 검출하고, 상기 검출된 3차원 원료파일의 형상을 파일의 높이 방향으로 소정높이의 단으로 나누어 등고선 형태의 자료를 만들고, 불출 가능한 높이의 단을 선정한 뒤 기구학적 자료를 사용하여 원료불출을 위한 착지점을 결정하고, 이 불출착지점의 위치(주행길이, 부앙각도, 선회각도등으로 나타남)에 따라 불출기를 이동시키는 방법이 고안되었으나, 이렇게 설정된 불출착지점자체에는 주행축에 관련된 반복 오차, 레일의 침하에 따른 오차등이 복합적으로 포함되어 있기 때문에, 상기 불출착지점으로 불출부(14)를 이동시키면 원료파일(30)과 불출부(14)가 출동하거나, 원료파일(30)과 불출부(14)간에 다소간의 거리가 생겨 불출작업에 오차가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 그 목적은 3차원형상측정기에 의하여 측정된 원료파일의 형상으로부터 검출되는 불출시작점의 오차를 보정하여 충돌하거나 접촉되지 않는 문제없이 정확하게 실제 불출시작점에 불출부를 착지시킬 수 있는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법을 제공하는데 있는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 원료파일의 불출시작점에 불출부를 착지시키는 작업의 자동화할 수 있는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법을 제공하는데 있는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 본 발명은 주행부와, 선회부와, 부앙부와, 불출부로 이루어지며 원료파일의 형상을 검출하는 3차원형상측정기를 구비한 원료불출기의 불출부 좌우에 부착된 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법에 있어서,

상기 3차원 형상측정기로 원료파일의 3차원 형상을 검출하고, 검출된 원료파일 형상으로부터 불출착지점(P)을 산출하는 제1단계와,

원료파일과 불출기와의 충돌을 방지하기 위하여 상기 제1단계에서 산출된 불출착지점(P)에서 주행축 방향으로 단위주행거리(dx)를 빼어 새로운 불출착지점(P')을 설정하고, 원료불출기를 주행, 선회, 부앙동작시켜 불출부를 새로운 불출착지점(P')에 위치시키는 제2단계와,

상기 새로운 불출착지점(P')에 위치한 원료불출기의 불출부를 원료파일의 불출종료점방향으로 선회시켜, 원료파일의 불출시작점과 불출종료점 사이로 불출부를 이동시키는 제3단계와,

상기 불출부가 원료파일의 불출시작점과 불출종료점 사이에 위치하면, 상기 불출부를 불출시작점방향으로 원료파일의 끝단까지 선회시키는 제4단계와,

상기 원료파일의 끝단에 위치한 불출부로부터 원료파일과의 거리(dl)를 산출하는 제5단계와,

상기단계에서 산출된 거리(dl)만큼 원료불출기를 전진주행시켜 불출부를 실제불출시작점(Ps)에 착지시키는 제6단계를 구비함에 의한다.

도1은 원료를 불출하는 원료 불출기를 도시한 개략도이다.

도2는 도1에서 원료 불출기의 불출부를 확대 도시한 확대도이다.

도3은 본 발명에 따라서 원료 야적 파일의 한 단면으로부터 오차를 보정하여 자동으로 착지 하는 과정을 설명하기 위한 모식도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11 : 주행부 12 : 선회부

12a : 조종실 13 : 부앙부

14 : 불출부 15 : 레일

P : 3차원 형상에 의하여 설정된 불출착지점

P' : 충돌방지를 위해 보정된 불출착지점

Ps : 불출시작점 Pe : 불출종료점

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 원료 불출기의 착지방법에 대하여 상세하게 설명한다.

통상의 원료불출기를 도1에 개략적으로 도시하고 그 불출부(14)의 확대도를 도2에 도시하는데, 여기에서 11은 주행부로써 원료파일(30)의 측면에 설치된 레일(15)의 전,후방향으로 원료불출기(10)를 주행시키며, 12는 선회부로써 Z축을 선회중심축으로 하여 원료불출기(10)의 불출부(14)를 선회시키는 부분으로 주행축인 X축을 기준으로 불출부(14)를 지지하는 지지대인 붐(13a)과의 각도를 선회각도라 하며, 13은 부앙부로써 유압실린더(17)를 조작하여 붐(13a)을 상하방향으로 이동시키며, 14는 불출부로써 버킷회전중심점(14b)을 기준으로 버킷(14a)을 회전시켜 원료파일(30)을 퍼올리는 동작을 하며, 12a는 운전자가 탑승하여 원료불출기(10)를 조작하는 조정실로써 원료파일(30)의 형상을 검출하는 3차원형상검출기(도시생략)를 구비하고, 16은 상기 부앙부(13)가 불출부(14)를 상승/하강시키는 부앙중심점이고, 18은 상기 불출부(14)에 설치되어 버킷(14a)과 원료파일(30)까지의 거리를 검출하기 위한 근거리센서로써 좌측과 우측에 두 개 설치된다.

상술한 원료불출기(10)에서 본 발명에 의하여 원료파일(30)의 불출시작점(P)으로 버킷(14a)를 접촉시키는 원료 불출기의 불출 시작점 착지동작은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 상기 3차원형상검출기에 의하여 원료파일(30)의 3차원형상을 검출하고, 상기 검출된 원료파일(30)의 3차원형상을 파일의 높이 방향으로 다단으로 나누어 등고선 형태의 자료를 만들고, 불출 가능한 높이의 단을 선정한 뒤 기구학적 자료를 사용하여 도3에 도시한 불출착지점(P)을 설정한다. 여기에서, 불출착지점이란 원료파일(30)에서 불출부(14)의 버킷(14a)의 끝단이 맨처음 접촉하여 불출이 시작되는 점을 나타낸다. 이상 설명한 3차원형상검출기을 이용하여 원료파일의 형상을 검출하는 것은 공지기술이며, 그 상세한 설명은 생략한다.

그런데, 도3에 도시된 바와 같이 상기 3차원형상검출기에 의하여 설정된 불출착지점(P)은 여러 가지 변수(예를 들어, 주행축에 관련된 반복 오차, 레일의 침하에 따른 오차)에 의해 실제 불출시작점(Ps)의 주변에 위치하게 된다. 그렇기 때문에 이 불출작지점(P)에 원료불출기의 불출부(14)를 착지시키면 원료파일(30)과 충돌할 가능성이 있다.

따라서, 이러한 충돌을 방지하기 위해서 계산된 불출착지점(P)보다 원료파일(30)의 앞쪽으로 원료불출기가 위치하도록 상기 3차원 형상검출기로부터 검출된 형상 및 계산알고리즘에 의하여 계산된 불출착지점(P)을 원료불출기의 주행방향으로 단위주행길이(dx)만큼 뒤로 이동시킨 위치를 새로운 불출착지점(P')으로 재설정하고, 상기 새로운 불출착지점(P')에 불출부(14)가 위치하도록 원료불출기(10)를 조작한다. 이에, 처음 설정된 불출착지점(P)에 불출부(14)를 그대로 위치시킴으로써 발생할 수 있는 불출기와 원료파일(30)과의 충돌을 방지할 수 있다.

그리고나서, 상기 원료불출기의 불출부(14)를 원료파일(30)의 불출시작점(Ps)(31)과 불출종료점(38)과의 사이(즉, 불출범위내)에 위치시킨다.

상기 원료불출기의 불출부(14)가 불출시작점(31)과 불출종료점(38)사이에 위치하는지의 여부는 상기 불출부(14)와 원료파일(30)사이의 거리로부터 예측되며, 상기 불출부(14)와 원료파일(30)사이의 거리는 불출부(14)의 좌우측에 설치된 근거리센서(18a,18b)로 측정한다.

즉, 상기 불출부(14)가 원료파일(30)의 불출시작점(31)과 불출종료점(38) 사이의 임의 위치에 있으면, 상기 불출부(14)의 좌,우측 근거리센서(18a,18b)의 측정값(dll, dlr)의 차(｜dl-dr｜)가 파일의 표면이 고르지 않음을 고려하여 설정한 허용오차폭(df)보다 작으며, 또한 좌,우측 근거리센서(18a,18b)의 측정값(dl,dr)이 상기 3차원 형상기의 원료파일 형상으로부터 설정된 불출착지점(P)와 실제 불출시작점(Ps)과의 오차값(Es)과 충돌방지를 위해 원료불출기가 후진한 주행거리(dx)에 의해 설정된 기준값(ref)보다 작게 된다.

상기 도3에 도시한 실시예에서는 최초 설정된 불출착지점(P)이 실제불출시작점(Ps)보다 원료파일(30)의 내측에 설정되어 있기 때문에, 상기 기준값(ref)은 충돌방지를 위해 원료불출기(10)가 후진한 주행거리(dx)에서 최초 설정된 불출착지점(P)과 실제불출시작점(Ps)과의 오차값(Es)을 뺀값(dx-Es)이 되고, 상기 도3에 도시한 실시예와는 달리, 최초 설정된 불출착지점(P)이 원료파일(30)의 외측에 위치하면 상기 기준값(ref)은 충돌방지를 위해 원료불출기(10)가 후진한 주행거리(dx)에 최초 설정된 불출착지점(P)과 실제불출시작점(Ps)과의 오차값(Es)을 더한 값(dx+Es)이 된다.

따라서, 상기 조건, 좌,우측근거리센서(18a,18b)의 측정값(dll,dlr)이 모두 기준값(ref)보다 작고, 그 차(｜dll-dlr｜)가 설정된 허용오차값(df)보다 작을때까지, 상기 재설정된 불출착지점(P')에 위치한 원료불출기의 불출부(14)를 불출시작점(31)에서 불출종료점(38)으로 향하는 방향(여기에서는 불축시작점(31)이 원료파일(30)의 좌측끝단에 위치하고 불출종료점(38)의 원료파일(30)의 우측끝단에 위치하므로 우측이 된다)으로 선회시킨다.

이에 불출부(14)가 원료파일(30)의 불출시작점(31)에서 불출종료점(38)사이인 불출범위내의 임의 위치(Pi')에 위치하면, 다음에는, 좌측 근거리센서(18a)의 측정값(dll)이 기준값(ref)보다 크고(dll>ref), 우측 근거리센서(18b)의 측정값(dlr)이 기준값(ref)보다 작을때(dlr<ref)까지 상기 불출부(14)를 불출시작점(31)쪽(여기에서는, 좌측방향이다)으로 선회시킨다.

이는, 불출부(14)가 불출착지점(Ps)인 원료파일(30)의 좌측끝단을 향하게 되면, 좌측에는 원료파일(30)이 없으므로, 좌측근거리센서(18a)의 측정값(dl)이 무한대가 되거나 기준값(ref)보다 커지고, 우측근거리센서(18b)는 여전히 불출범위(불출시작점(Ps)와 불출종료점(Pe)의 사이)에 존재하여 그 측정값(dr)은 기준값(ref)보다 작게 된다.

이에 불출부(14)를 원료파일(30)의 불출시작위치인 좌측끝단(Pl')에 위치시키면, 상기 불출부(14)와 실제 불출시작점(Ps)과의 거리(dl)을 구한다.

그리고, 상기 거리(dl)만큼 원료불출기를 주행시키면, 불출부(14)는 상기 실제 불출착지점(Ps)에 정확하게 착지된다.

이와같이, 본 발명은 3차원 형상측정기의 형상파일로 불출착지점을 설정하는데 있어 발생되는 오차를 보정하여 원료파일과의 충돌없이 실제의 불출착지점에 불출부를 정확하게 착지시킬 수 있는 효과가 있으며, 또한, 불출작업에 앞서 원료불출기의 불출부를 원료파일의 불출시작위치에 착지하는 작업을 자동화할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 주행부와, 선회부와, 부앙부와, 불출부로 이루어지며 원료파일의 형상을 검출하는 3차원형상측정기를 구비한 원료불출기의 불출부의 좌,우에 부착된 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법에 있어서,

   상기 3차원 형상측정기로 원료파일의 3차원 형상을 검출하고, 검출된 원료파일 형상으로부터 불출착지점(P)을 산출하는 제1단계와,

   원료파일과 불출기와의 충돌을 방지하기 위하여 상기 제1단계에서 산출된 불출착지점(P)에서 주행축 방향으로 단위주행거리(dx)를 빼어 새로운 불출착지점(P')을 설정하고, 원료불출기를 주행, 선회, 부앙동작시켜 불출부를 새로운 불출착지점(P')에 위치시키는 제2단계와,

   상기 새로운 불출착지점(P')에 위치한 원료불출기의 불출부를 원료파일의 불출종료점방향으로 선회시켜, 불출범위내로 불출부를 이동시키는 제3단계와,

   상기 불출부가 원료파일의 불출시작점과 불출종료점 사이에 위치하면, 상기 불출부를 불출시작점방향으로 원료파일의 끝단까지 선회시키는 제4단계와,

   상기 원료파일의 끝단에 위치한 불출부로부터 원료파일과의 거리(dl)를 산출하는 제5단계와,

   상기단계에서 산출된 거리(dl)만큼 원료불출기를 전진주행시켜 불출부를 실제불출시작점(Ps)에 착지시키는 제6단계를 구비함을 특징으로 하는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 불출부를 불출범위내로 위치시키는 제3단계는

   상기 불출부의 좌,우측에 부착된 근거리센서의 측정값(dl,dr)이 최초설정된 불출착지점(P)과 실제 불출시작점(Ps)과의 오차값(Es)과 상기 주행값(dx)에 의한 기준값(ref)보다 작고, 좌,우측 근거리센서의 측정값의 차(｜dl-dr｜)가 원료파일의 표면상태를 고려한 최대 허용오차폭(df)보다 작을때까지 불출부를 불출종료점방향으로 선회시킴을 특징으로 하는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법.
3. 제1항에 있어서,

   원료파일을 끝단을 찾는 제4단계는

   좌,우 근거리센서의 측정값(dl,dr)중 한 측정값이 최초 설정된 불출착지점(P)과 실제 불출시작점(Ps)과의 오차값(Es)에 의해 설정된 기준값(ref)보다 작고, 다른 측정값이 기준값(ref)보다 클때까지, 상기 불출부를 불출시작점방향으로 선회시킴을 특징으로 하는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법.
4. 제2항 및 제3항에 있어서,

   상기 기준값(ref)은 최초 설정된 불출착지점(P)이 원료파일의 내측에 위치할경우에는 상기 후진주행거리(dx)에서 최초 불출착지점(P)과 실제 불출시작점(Ps)과의 오차값(Es)을 뺀 값이고, 최초 설정된 불출착지점(P)이 원료파일의 외측에 위치할 경우에는 상기 최초 불출착지점(P)과 실제 불출시작점(Ps)와의 오차값(Es)과 후진주행거리(dx)를 합친 값임을 특징으로 하는 근거리센서를 이용한 원료불출기의 자동착지방법.

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