KR100328082B1 - 형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박에 실린 원료의 형상을 검출하여 불출위치를 추출하고 그 추출된 불출위치에 따라 원료하역기를 자동조작함에 의해 원료하역작업을 자동화하는 형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법에 관한 것으로, 본 발명은 원료하역기의 운전실 하단에 하측의 원료에 대한 3차원형상을 검출하는 형상검출기를 설치하여 선박내의 원료에 대한 거리정보를 추출하는 거리정보추출단계와, 상기 거리정보추출단계에서 검출된 원료파일에 대한 거리정보를 직교좌표계로 나타내는 직교좌표계변환단계와, 상기에서 x,y,z좌표로 얻어진 원료의 3차원정보를 3차원형상이 되도록 보간화하는 보간화단계와, 상기와 같이 구해진 원료의 3차원형상정보로부터 원료하역기의 버켓이 착지하여 원료를 퍼올릴 불출좌표를 추출하는 불출좌표추출단계로 이루어진다.

Description

형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법

본 발명은 선박에 실려온 원료를 퍼올려 적치장소인 야드에 하역하는 원료하역기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박에 실린 원료의 형상을 검출하여 불출위치를 추출하고 그 추출된 불출위치에 따라 원료하역기를 자동조작할 수 있는 형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법에 관한 것이다.

철강제조업체등과 같은 국내에서 생상되지 않는 원료를 사용하는 제조업체들은 대부분 외국에서 수입한 원료를 선박을 통해 국내에 반입한다. 이렇게 선박을 통해 실려온 원료를 실제 적치장소인 야드(yard)로 하역한 후, 제조라인(예를들어, 고로)에서 필요로 하는 양만큼 불출한다.

원료하역기는 이렇게 선박에 실린 원료를 적치장소인 야드로 하역하는 장치로써, 높은 곳에 위치한 운전실에서 작업자가 직접 운전실내의 조작기(레버등)를 조작하여 버켓이 달린 트롤리(trolly)를 구동하여, 취득한 원료를 야드로 원료를 이송하는 컨베어벨트에 연결된 호퍼(hopper)에 넣어, 야드까지 이송되도록 한다.

그런데, 이러한 원료하역기를 조작하는 작업은 수미터의 높이에 위치한 운전실에 작업자가 탑승하여 직접 수조작하여야 하는데, 이 운전실이 높은 곳에 위치하기 때문에 위험한 문제점이 있으며, 또한 선박이 들어올때는 주야를 불문하고 작업하여야 하기 때문에 작업자의 피로를 증가시키고, 효율이나 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 선박에 실린 원료의 형상을 검출하여 불출위치를 추출하고 그 추출된 불출위치에 따라 원료하역기를 자동조작함에 의해 원료하역작업을 자동화한 형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법을 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로써, 본 발명은 형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법에 있어서,

원료하역기의 운전실 하단에 하측의 원료에 대한 3차원형상을 검출하는 형상검출기를 설치하여 선박내의 원료에 대한 거리정보를 추출하는 거리정보추출단계와,

상기 거리정보추출단계에서 검출된 원료파일에 대한 거리정보를 직교좌표계로 나타내는 직교좌표계변환단계와,

상기에서 x,y,z좌표로 얻어진 원료의 3차원정보를 3차원형상이 되도록 보간화하는 보간화단계와,

상기와 같이 구해진 원료의 3차원형상정보로부터 원료하역기의 버켓이 착지하여 원료를 퍼올릴 불출좌표를 추출하는 불출좌표추출단계를 포함한다.

도1은 본 발명이 적용된 원료하역기를 도시한 개략구조도이다.

도2는 본 발명에 의한 원료하역기 자동화방법을 처리순서에 따라 도시한 블럭도이다.

도3은 원료하역기에 적용된 형상검출기의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.

도4A는 형상검출기내부를 개략적으로 도시한 구조도이고, 도4B는 형상검출기의 좌표계를 보이는 그래프이고, 도4C는 형상검출기에 의한 거리정보추출단계를 설명하기 위한 모식도이고, 도4D는 직료좌표계로의 변환단계를 설명하기 위한 모식도이고, 도4E는 보간화작업에 의해 검출된 3차원형상의 예시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 원료하역기 2 : 운전실

3 : 트롤리(Trolley) 4 : 버켓

5 : 호퍼(Hopper) 6 : 선박

7 : 원료 8 : 형상검출기

9 : 관제실 10 : 제어장치

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 원료하역기 자동화방법이 적용된 원료하역장치를 도시한 구조도로써, 1은 원료하역기를 나타내고, 2는 작업자가 탑승하여 원료하역기(1)를 조작하는 운전실이고, 3은 버켓(4)에 연결된 줄을 감고 푸는 동작에 의해 버켓(4)의 높이를 조절하는 트롤리이고, 4는 상기 트롤리(3)에 의해 위치조정되며 핑거동작에 의해 원료를 잡거나 놓는 버켓이고, 5는 원료 적치장소인 야드까지 이어지는 이송콘베어에 연결되는 호퍼이고, 6은 원료를 싣고 온 선박이고, 7은 상기 선박(6)에 실린 원료를 표시하고, 8은 상기 운전실(2)의 하측에 부착되어 원료(7)의 형상을 검출하는 형상검출기이고, 9는 상기 원료하역기(1)에 의한 하역작업을 감시, 감독하는 관제실(9)을 나타내고, 10은 상기 관제실(9)내부에 설치되어 상기 형상검출기(8)에 의하여 검출된 원료(7)이 3차원형상을 디스플레이하는 모니터이다.

도2는 본 발명에 의한 원료하역기 자동화방법을 처리순서에 따라 도시한 블록도로써, 상기 도1에 도시한 형상검출기(8)를 구동하여 선박(6)내의 원료파일에 대한 3차원형상을 알 수 있는 거리데이타를 구하는 거리정보추출단계(201)와, 상기 추출된 거리정보를 직료좌표계로 변환하는 직교좌표계변환단계(202)와, 상기 단계의 직료좌표계로 나타난 원료파일 정보의 에러를 보정하여 3차원형상으로 구성하는 보간화단계(203)와, 상기에 의해 구해진 원료의 3차원형상으로부터 불출좌표를 추출하는 불출좌표추출단계(204)와, 상기에서 추출된 불출좌표를 그래픽처리하여 화면에 나타내며, 동시에 원료하역기(1)가 추출된 불출좌표에서 원료을 취하여 호퍼(5)에 하역하도록 제어하는 원료하역기제어단계(205)로 이루어진다.

상술한 본 발명의 각 단계의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 상기 거리정보추출단계(201)는 상기 운전실(2)의 하측에 설치된 형상검출기(8)를 구동하여 원료(7)까지의 거리데이타를 얻는 것으로써, 도3에 도시한 바와 같이, 운전실(2)의 하측에 부착된 형상검출기(8)이 거리검출을 위해 레이저광의 발신각도(ψ,θ)를 달리하여, 그 각각의 발신각도(ψ,θ)에 대한 거리(r)를 검출하는 것이다.

상기 형상검출기(8)의 기본 원리를 설명하기 위해서 그 개략적인 내부구조를 도4A에 도시하였는데, 도4A에 보인바와 같이, 형상검출기(8)은 위해 레이저를 발사하고 물체(원료)에 반사되어 입사되는 레이저를 수신하여 물체와의 거리를 검출하는 거리검출부(41)와, 상기 거리검출부(41)로부터 송신된 레이저를 물체(원료)측으로 반사시키는 거울(42)과, 상기 거울(42)을 화살표방향(46)으로 회전시키는 제1모터(43)와, 상기 거리검출부(41) 및 거울(42)DMF 화살표방향(47)로 회전시키는 제2모터(44)로 이루어져 있어, 한 회전축(예를들어, 거울(42)의 회전축(46))의 단위 각도마다, 다른 회전축(즉, 거리검출부(41) 및 거울(42)의 회전축(47))을 단위 각도씩 회전시켜 2차원면에 대한 거리를 검출하는 것이다. 여기에서, 거울(42)의 회전축(46)에 대한 회전각도를 θ라 하고, 거리검출부(41) 및 거울(42)의 회전축(47)에 대한 회전각도를 ψ라 하고, 각 각도에 대한 거리데이타를 r이라하면, 이 θ,ψ,r은 도4B에 도시한 바와 같이 구좌표계로 나타난다. 그리고, 도3C는 θ,ψ을 단위 스텝으로 변경시키었을 때, 3차원형상의 검출대상인 원료(7)의 검출범위를 도시하였다. 즉, 49는 거울(42)의 회전축(46)방향으로 단위각도씩 회전시켰을 때 나타나는 검출선이고, 48은 거리검출부(41) 및 거울(42)의 회전축(47)방향으로 단위각도식 회전시켰을때의 나타나는 검출선이며, 형상검출기(8)에서 검출되는 거리데이타(r)는 상기 검출선(48,49)이 교차하는 점에서 형상검출기(8)까지의 거리값이 된다. 이렇게 형상검출기(8)의 회전각도 θ,ψ에 대한 각각의 거리데이타를 모으면, 원료(7)의 3차원형상을 알 수 있는 거리데이타어레이가 된다. 상기에서 d1은 한 회전축(47)방향의 단위각도에 비례하여 나타나는 검출선(48)간의 단위간격이고, d2는 다른 회전축(46)방향의 단위각도에 비례하여 나타나는 검출선(49)간의 단위간격이다.

상기와 같이 원료(7)에 대한 거리데이타어레이가 구해지면, 상기 구좌표계의 거리데이타어레이를 직교좌표계로 변환하는데(202), 상기 거리데이타어레이의 구좌표계(θ,ψ,r)와 직교좌표계(x,y,z)의 관계는 도3(b)에 도시한 바와 같으며, 구좌표계를 직교좌표계로 변환하는 수식은 일반적인 수학공식으로 알려져 있으므로, 설명은 생략한다.

상기 직교좌표계변환단계(202)에 의해 구해진 직교좌표계는 도3D에 도시한 바와 같이 나타낼 수 있으며, 화살표의 높이(zi)는 좌표(xi,yi)에서의 원료(7)의 높이를 나타낸다. 상기와 같이 직교좌표계는 연속된 곡선으로 나타나지 않기 때문에, 상기 그 높이(zi)를 알수 없는 곳은 주변의 높이로부터 예측하여 3차원형상으로 나타낼 수 있도록 보간화를 한다(203). 상기 보간화단계(203)에는 원료(7)의 실제높이와는 다르게 검출된 값을 보정하는 작업을 포함한다.

상기 보간화작업에 의해 나타나는 원료(7)의 3차원형상의 일예를 도3E에 도시한다.

그리고, 불출좌표추출단계(204)에서는 도3E와 같은 원료(7)의 3차원형상(도3E)으로부터 도1에 도시한 버켓(4)를 착지시킬 불출좌표(xi,yi,zi)를 추출한다. 상기 불출좌표는 버켓(4)의 크기에 따라 추출할 수 있다. 예를들어, 상기 버켓(4)의 크기를 고려한 단위면적으로 상기 3차원형상(도3E)을 나누어, 각 부분의 중심좌표를 불출좌표로 설정할 수 있다.

그 다음, 원료하역기제어단계(205)에서는 원료(7)의 3차원형상을 그래픽처리하여 모니터 등의 디스플레이장치를 통해 작업자가 볼 수 있도록 표시하는데, 도1에 도시한 관제실(9)내의 모니터(10)상에 표시할 수 있다. 또한 상기 3차원형상에서 각 불출좌표를 추출하고, 상기 단계(204)에서 추출된 불출좌표에 따라 트롤리(3) 및 버켓(4)의 동작을 제어한다. 즉, 상기 불출좌표는 트롤리(4)의 버켓(4)이 선박(6)의 원료(7)를 집는 위치를 선택하는 정보로 이용된다. 즉, 불출좌표에서의 원료(7)의 높이를 추정하여 버켓(4)을 그 높이에 위치시키고, 그다음 버켓(4)의 조작하여 원료(7)를 집고, 다시 버켓(4)을 호퍼(5)위로 이동하고, 버켓(4)을 열어 원료(7)을 호퍼(5)내로 넣는 일련의 동작을 제어하도록 한다.

상기와 같이 원료하역기(1)가 선박(6)내의 원료(7)를 하역하는 경우, 도3에 빗금친 부분으로 도시한 바와같이, 선박(6)내에 형상검출기(8)에 의해 검출되지 않는 부분(16)이 존재한다. 그러나, 상기 빗금친부분(16)은 인접위치를 불출했을 때 원료(7)가 높이가 낮은 위치로 무너져 내림으로써, 실제 작업시에 문제될 것은 없다.

이와같이, 본 발명은 작업자가 높은 곳에 위치한 운전실에서 하측의 원료파일위치를 확인하면서 하역작업할 필요없이, 형상검출기를 이용 원료의 3차원형상을 검출하고, 검출된 3차원형상으로부터 불출좌표를 추출하여, 불출좌표를 토대로 원료하역기의 동작을 제어할 수 있도록 함으로써, 원료하역기의 자동화를 이룰수 있으며, 그로인해 작업자가 높은 곳에서 작업하지 않아도 되어 작업의 안정성의 도모할 수 있다. 또한, 자동화에 의한 인력을 절감효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 형상검출기를 이용한 원료하역기 자동화방법에 있어서,

   원료하역기의 운전실 하단에 하측의 원료에 대한 3차원형상을 검출하는 형상검출기를 설치하여 선박내의 원료에 대한 거리정보를 추출하는 거리정보추출단계와,

   상기 거리정보추출단계에서 검출된 원료파일에 대한 거리정보를 직교좌표계로 나타내는 직교좌표계변환단계와,

   상기에서 x,y,z좌표로 얻어진 원료의 3차원정보를 3차원형상이 되도록 보간화하는 보간화단계와,

   상기와 같이 구해진 원료의 3차원형상정보로부터 원료하역기의 버켓이 착지하여 원료를 퍼올릴 불출좌표를 추출하는 불출좌표추출단계를 포함함을 특징으로 하는 형상검출기를 이용한 원료하역기의 자동화방법.

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