KR101934616B1 - 크레인 및 목표 화물의 상대 속도를 결정하는 시스템 및 방법 - Google Patents

크레인 및 목표 화물의 상대 속도를 결정하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

인접한 선박 갑판(20) 상의 목표 화물(24)에 대한 크레인(10) 붐 팁(14)의 상대 이동 및 상대 이동 속도의 직접 측정을 허용하여, 당시 조건 하에서 작업 하중 파라미터의 실시간 측정을 허용하는 시스템 및 방법이 제공된다. 거리계(32)는 목표 화물 또는 하중 선박 상의 장치가 필요 없이, 붐 팁(14)에 근접하게 위치된다. 본 방법은 상대 이동, 환경 데이터 및 준공 크레인 설계를 축적하여, 크레인(10)의 정격 용량을 결정한다.

Description

크레인 및 목표 화물의 상대 속도를 결정하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD TO DETERMINE RELATIVE VELOCITY OF CRANE AND TARGET LOAD}
(관련 출원에 대한 교차 참조)
본 출원은, "Crane Capacity Direct Measurement and Calculation Apparatus and Method"라는 발명의 명칭으로 미국 특허청에 2012년 6월 1일자로 출원되고, 공동 계류중인 미국 가특허출원 제 61/635,315 호의 이점 및 우선권을 주장하는, "System and Method to Determine Relative Velocity of Crane and Target Load"라는 발명의 명칭으로 2013년 5월 31일자로 출원되고, 공동 계류중인 국제출원 제 PCT/US2013/043746 호의 이점 및 우선권을 주장하고, 양자의 출원은 이하에 전체로 복제된 바와 같이 본 명세서 내에 참조로서 포함된다.
본 발명은 일반적으로 해상 환경에서 크레인에 의해 들어올려지는 목표 화물의 크레인 붐 팁에 대한 거리 및 속도를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 해상 환경에서 해상 크레인의 목표 화물의 거리 및 속도를 결정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 목표 화물 및 크레인 각각은 파도 및 다른 환경적 조건으로부터 들어올려지고, 특정 환경에서 크레인의 정격 용량을 결정한다.
해상 크레인은 보통 오일 및 가스 및 상업적인 산업에 사용된다. 역사상, 크레인 제조업자는 준공 크레인 설계에 기초하여 크레인 안전 리프팅 한계를 나타내는 크레인 표준 차트를 개발 및 발행한다. 크레인 안전 작업 제한 하중 차트는 전형적으로 붐 배향의 함수로서 크레인 안전 리프팅 한계를 표현한다. 하중 차트는 준공 크레인 설계에 특정된다. 하중 차트는 붐 배향의 변경을 갖는 준공 크레인 설계에 기초하여 다수의 반복 계산으로부터 생성된다.
응용에 있어서, 크레인 리프팅 용량은 다른 것들 중에서도, 크레인으로부터의 목표 화물의 거리, 수직에 대한 크레인의 리스트(list) 및 트림(trim), 화물에 대한 크레인 붐의 배향, 및 붐 각도에 영향을 받는다. 풍속과 같은 환경적 요인은 안전 리프팅 용량에 영향을 미친다. 해양 환경에 있어서, 추가의 환경 조건은 바람, 파도 및 해류의 결과로서 크레인 및 목표 화물 모두의 이동을 포함한다. 중요한 해양 환경적 요인은 파도 작용으로부터의 선박의 상하 움직임["상하 동요(heave)"]이다. 파도, 바람 및 해류는 추가적으로 측면 이동을 야기한다. 파도, 바람 및 해류는 크기 및 형상이 다른 선박에 상이하게 영향을 미치므로, 크레인 선박에 대한 화물 선박의 상대적인 수직 및 측면 이동이 발생한다.
안전하게 화물을 리프팅하기 위해서, 크레인 용량 조정이 크레인에 대한 하중의 상대 이동을 포함하여, 현장 특정 조건을 고려하는데 필요하다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "정격 용량(rated capacity)"은 리프트 시에, 특정 환경 조건 및 크레인 후크의 특정 위치설정 하에서 사용되도록 허용되는 하중을 의미하는데 사용된다.
미국 석유 협회(American Petroleum Institute; "API")는 해양 환경에서의 크레인의 정격 용량에 관한 가이드라인을 공표한다. 현재 가이드라인은 크레인의 정격 용량의 계산 시에, 크레인 붐 팁에 대한 목표 화물의 상대 이동의 인디케이터(indicator)로서 "유의 파고(Significant Wave Height)"를 이용한다. API의 유의 파고 기준은 파도의 가장 높은 3분의 1의 평균 파고이다. 높은 유의 파고는 비교적 낮은 하중 용량을 야기한다. 파고는 적절한 기구에 의해 측정될 수도 있지만, 전형적으로 목시관측(visual observation)으로부터 추정된다. 역사상, 크레인 오퍼레이터는 관측된 추정 파고 및 유의 파고의 차후의 결정에 기초하는 적용 가능한 기준에 따른 크레인의 하중 용량을 결정하는 요인으로서 적절한 정격 하중 차트를 선택한다.
유의 파고는 목표 화물의 잠재 이동의 인디케이터인 반면, 붐 팁에 대한 목표 화물의 상대 이동을 나타내고, 붐 팁에 대한 목표 화물의 이동의 상대 속도를 나타내는 제한된 값을 갖는다. 방법에 관련된 많은 변수 및 제한으로 인해, 유의 파고에 기초한 정격 용량의 계산은 매우 낮은 추정값을 포함해야만 한다. 그렇지 않으면, 해양 크레인은 종종 다른 적절한 리프팅 용량으로 이용되지 않는다.
오프보드(offboard) 리프트는 (크레인 및 화물이 동일한 선박 상에 있는 온보드 리프트와 대조적으로) 분리 선박으로부터의 리프트이다. 오프보드 리프트의 중요한 고려 사항은 화물-포함 선박과 크레인이 장착된 선박의 상대 이동이다. 리프팅된 화물이 리프트의 개시 후에 선박 상하 동요 또는 다른 이동에 의해 영향을 받지 않는 것이 특히 중요하다. 따라서, 크레인 후크의 리프트 속도는 리프팅 작동의 개시 후에 선박 구조물과 리프팅된 물체의 우연한 접촉을 방지하기에 충분해야만 한다. API 가이드라인은 요구된 후크 스피드를 계산하기 위한 기준으로서, 추정되거나 계산된 파고 및 도출된 계산된 유의 파고를 필요로 한다. 낮은 후크 스피드는 증가된 유의 파고와 함께 증가한다. 근본적인 방법에 관련된 많은 변수 및 제한으로 인해, 근본적인 방법이 크레인 붐 팁에 대한 목표 화물의 속도를 결정하지 않으므로, 결정은 매우 낮게 추정되어야만 한다.
다른 조건은 수직에 대한 크레인의 리스트 및 트림, 풍속, 붐 각도 및 결과로 생긴 크레인 후크 반경, 및 크레인 후크 하중을 포함하여, 해양에서 사용된 크레인의 정격 용량에 영향을 미친다.
현재 실시에 있어서, 크레인 오퍼레이터는 유의 파고, 크레인 리스트 및 트림, 풍속, 붐 각도 및 크레인 후크 하중의 측정, 추정 또는 조합에 의해 결정된다. 그 다음에, 크레인 오퍼레이터는 제조업자 하중 차트를 참고하여, 크레인을 위한 정격 하중 용량 및 낮은 크레인 후크 스피드를 결정한다.
API 가이드라인에 개시되지 않은 응용에 있어서, 가정된 환경 조건에 기초하는 안전 크레인 리프트 하중 및 요구된 크레인 후크 스피드의 결정의 근본적인 문제점 및 불확실성이 남아있다.
환경 요인에 기초하여 정격 용량으로 하중을 제한하고 요구된 후크 스피드를 결정하는 것이 현명하고 필요하지만, 현재의 실시에서는, 크레인 하중 용량을 충분히 활용하지 못하고, 요구된 크레인 후크 스피드를 지나치게 낮게 결정하고 있다.
인접한 선박 갑판 상에 위치된 목표 화물과 크레인 붐 팁의 상대 수직 이동 및 상대 이동 속도의 직접 측정을 허용하여 당시의 조건 하에서 작업 하중 파라미터의 실시간 결정을 허용하는 시스템 및 방법이 제공된다.
예시적인 시스템은 목표 화물 또는 하중 선박 상의 장치가 필요 없이, 크레인 붐 팁에 근접하게 제공된 거리계(rangefinder)를 포함한다. 상기 시스템 및 방법은 오로지 크레인 상에 장착된 시스템으로부터만 크레인에 대한 목표 화물 이동의 결정 및 적용 가능한 크레인 하중 파라미터의 결정을 허용한다. 예시적인 실시예에 있어서, 시스템은 펄스 광 빔을 인접한 선박의 목표 표면을 향해 전송하는 레이저 전송기, 포토다이오드 센서 및 신호 처리기를 포함한다.
축적된 데이터는 크레인 붐 팁에 대한 목표 화물의 이동 범위 및 이동 속도를 포함하는 목표 화물 이동 파라미터의 결정을 허용한다.
본 발명의 방법은 환경적 정보 및 준공 크레인 설계를 축적하여, 크레인 제조업자 하중 차트와는 관계없이 정격 용량을 결정한다.
도 1은 크레인 및 인접한 보트의 사시도,
도 2는 예시적인 거리계를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 시스템의 개략도,
도 4는 본 발명의 예시적인 거리 결정 방법을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 예시적인 속도 결정 방법을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 대안적인 시스템의 개략도,
도 7은 본 발명의 정격 용량의 결정 방법을 나타내는 도면.
예시적인 실시예는 도면을 참조함으로써 가장 잘 이해되고, 유사한 부호는 다양한 도면의 유사하고 대응하는 부분에 사용된다.
먼저, 도 1을 참조하면, 해상 크레인(10)이 목표 화물(24)을 운송하는 인접한 선박(vessel)(16)과 함께 도시된다. 크레인(10)은 다른 것들 중에서도, 운전실(42), 붐(12) 및 붐 팁(14)을 포함한다. 크레인(10)은 해상 리그(offshore rig)(36)와 같은 구조물 상의 페데스탈(pedestal)(18) 상에 장착된다.
적어도 1개의 거리계(32)가 크레인 붐(12)에 제공된다. 예시적인 실시예에 있어서, 거리계(32)는 붐 팁(14)에 근접하게 장착된다. 거리계(32)는 전송기(도시하지 않음), 포토다이오드(도시하지 않음), 및 신호 처리기(34)(도시하지 않음)를 포함한다. 거리계(32)는, 이 거리계(32)로부터의 목표 화물(24)의 거리(70)를 결정하도록 위치설정 및 배향된다. 거리계(32)가 붐 팁(14)에 근접하므로, 거리(70)는 또한 목표 화물(24)로부터 붐 팁(14)까지의 거리의 크기이다.
해상 환경에 있어서, 거리(70)는 파도 작용의 함수로서 선박(16) 상하 동요(heave) 및 리그(36) 상하 동요로 인해 변한다. 시간 경과에 따른 다수의 거리(70) 결정시에, 선박(16) 및 리그(36)의 상하 동요의 결과로서, 거리(70)의 변화의 속도뿐만 아니라 거리(70)의 상위 레벨 및 하위 레벨이 결정될 수도 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 거리계(32)는 레이저 빔, 포토다이오드 및 마이크로프로세서를 사용하여 거리를 측정하는 펄스 거리계를 포함한다. 거리계는 목표물(24)로부터 다시 난반사되는 고주파 펄스 레이저 광을 발산함으로써 비행 시간 측정에 기초하여 작동한다. 복귀 신호는 기준 클록(reference clock)과 비교된다. 시간량으로부터, 결과적인 거리가 정확하게 측정된다. 다수의 샘플이 비교적 단기간에 취해지고, 이에 의해 목표 이동 속도를 계산한 데이터를 제공할 수도 있다. 예시적인 시스템은 Schmitt Industries, Inc에 의해 제조된 모델 Acuity AR 3000으로 알려져 있다.
다른 예시적인 실시예에 있어서, 거리계(32)는 레이저 도플러 속도계, 포토닉 도플러 속도계(photonic Doppler velocimeter), 광 거리 측정-시스템 및 초음파 거리-측정 장치일 수도 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 도시된 거리계(32)는 빔(30)이 거리계(32)로부터 목표 화물(24)을 향해 수직 하향으로 향하도록 배향된다. 이러한 위치설정은 거리(70)의, 그리고 보다 중요하게, 시간 경과에 따른 거리(70)의 변화에 실시간으로 기초하여 직접 측정을 허용하고, 이에 의해 붐 팁(14)으로부터 목표 화물(24)으로의 거리(70)의 실시간 결정 그리고 중요하게, 붐 팁(14)에 대한 목표 화물(24)의 이동의 상한 및 하한의 이동 속도, 및 붐 팁(14)에 대한 목표 화물(24)의 상대 이동 속도의 실시간 결정을 제공한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 상대 수직 속도는 붐 팁(14), 시간 경과에 따른 거리(70) 측정값의 함수로서, 목표 화물(24)의 수직 방향으로의 상대 이동 속도를 나타낸다.
예시적인 실시예에 있어서, 거리계(32)는 펜듈럼(peldulum)(15)에 의해 붐 팁(14)에 부착되고, 이에 의해 빔(30)이 하향으로 배향된다. 다른 부착 수단이 이용될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 거리계(32)의 실시예는 렌즈(27)를 통한 신호의 전달을 위한 레이저 전송기(도시하지 않음), 렌즈(29)를 통해 반사된 신호를 수용하기 위한 포토다이오드(도시하지 않음), 및 하우징(도시하지 않음) 내의 신호 처리기(34)(도시하지 않음)를 포함한다. 전송기(26)는 렌즈(27)를 통해, 본 명세서에서 빔(30)으로 지칭된 고주파 펄스 레이저 광을 발산한다. 빔(30)은 표면(48)으로부터 굴절되고 부분적으로 반사되고, 이에 의해 굴절된 빔(50)을 생성한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "굴절된"은 용어 "반사된"을 포함한다. 기준 클록(도시하지 않음)은 빔(30) 및 빔(50)의 이동 시간을 결정한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 표면(48)은 달리 명시되지 않는 한, 목표 화물(24)의 표면, 갑판(20) 표면, 또는 충돌되는 다른 표면을 포함하여, 빔(30)에 의해 충돌되는 다수의 표면을 지칭할 수도 있다. 또한, 굴절된 빔(50)은 도 1에 예시적으로 도시된다.
포토다이오드(28)는 굴절된 빔(50)의 일부를 감지하고, 도출된 입력을 신호 처리기(34)(도시하지 않음)에 전송한다. 신호 처리기(34)(도시하지 않음)는 수용된 데이터를 축적하고, 빔(30) 및 빔(50)의 이동 시간, 및 이동 시간으로부터, 선택된 표면(48)의 거리(70)를 계산한다. 상업적으로-이용 가능한 거리계(32)는 초당 수천 번의 거리 측정값을 계산하고, 이에 의해 실시간 거리(70) 및 속도 측정값을 생성한다.
크레인(10)은 소프트웨어(200)(도시하지 않음)가 사전-설치된 온보드(onboard) 데이터 처리기(44)(도시하지 않음)를 구비한다. 거리계(32)의 거리(70) 및 속도 데이터는 데이터 처리기(44)로 전송된다. 데이터 처리기(44)는 거리(70) 및 속도 데이터를 축적하는 것에 의해 실시간 거리(70) 차이를 결정하여, 크레인 용량에 대한 상하 동요 효과를 결정하고, 크레인 팁(14) 및 목표 화물(24)의 상대 이동 속도를 결정한다. 특히, 거리(70)의 상한값 및 하한값을 결정함으로써, 목표 화물(24)에 대한 붐 팁(14)의 상대 거리(70) 범위가 결정될 수도 있다. 상대 거리(70) 범위는 선박(16) 및 리그(36) 상의 웨이브(wave)의 효과로 인한 실제 거리(70) 변화, 상대 수직 이동의 결정을 나타낸다.
데이터 처리기(44)는 결정된 시간 증분 동안에 거리(70) 데이터를 축적하여, 붐 팁(14)과 화물(24)의 상대 이동의 수직 속도를 계산하여, 리프팅 작동의 개시 후에, 선박(16) 및 이 선박(16) 상에 위치된 장비 및 구조물과 목표 화물(24)의 재접촉을 방지하도록, 필요한 크레인 후크(15) 속도를 결정한다.
크레인(10) 작동 동안에, 붐 팁(14)은 규칙적으로 이동하고, 이에 의해 장비 및 구조물(도시하지 않음)에 의해 형성된 다양한 표면(48) 및 개방 수면(90)으로 지향된다. 따라서, 빔(30)은 개방 수면(90)으로 지향될 수도 있다. 크레인 붐 팁(14)이 이동하지 않는 경우에, 빔(30)은 리그(36)에 대한 선박(16)의 상대 이동으로 인해 다양한 표면(48)으로 향할 수도 있다. 따라서, 빔(30)은 직접 목표 화물(24) 상에 연속적으로 배향되지 않는다. 일반적으로, 목표 화물(24)은 다른 목표 화물, 갑판(20), 및 선박(16)과 같은 항양선(seagoing vessel)의 다른 구조물과 같은 다수의 표면에 비해 비교적 작다.
빔(30)이 다양한 표면을 향해 배향될 때, 거리(70) 측정값의 급격한 변화가 발생한다. 이러한 급격한 변화는 거리(70) 측정값에, 그리고 속도 측정값에 반영되고, 본 명세서에서 "아웃라이어(outliers)"로 지칭된다. 아웃라이어 거리(70) 측정값은 시간 경과에 따른 거리(70) 측정값을 축적하고, 평균 거리 범위를 결정함으로써 필터링(filter)된다. 거리 범위로부터의 결정된 양의 편차는 아웃라이어로 식별되고, 결정된 시간 프레임에 걸쳐서 축적된다. 다수의 아웃라이어가 결정된 기간 내에서 식별되면, 이러한 아웃라이어는 평균 거리 범위 결정에 포함된다. 보다 적은 결정된 개수의 아웃라이어가 결정된 기간 내에서 식별되면, 아웃라이어는 거리(70) 측정값으로부터 제외되고, 거리 범위로부터 제외된다.
예시적인 실시예에 있어서, 속도 측정값이 거리(70) 측정값의 급격한 변화로 인해 왜곡을 받으므로, 속도 측정값은 필터링된다. 아웃라이어 속도 측정값은 시간 경과에 따른 속도 측정값을 축적하고, 평균 속도를 결정함으로써 필터링된다. 평균 속도로부터의 결정된 양의 편차는 아웃라이어로 식별되고, 결정된 시간 프레임에 걸쳐서 축적된다. 다수의 아웃라이어가 결정된 기간 내에서 식별되면, 이러한 아웃라이어는 평균 속도 결정 내에 포함된다. 보다 적은 결정된 개수의 아웃라이어가 결정된 기간 내에서 식별되면, 아웃라이어는 속도 측정값으로부터 제외된다.
본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 거리(70) 및 속도 아웃라이어를 필터링하는 것은 데이터 처리기(44)의 소프트웨어(200)에 의해 달성된다.
필터링 방법에 따르면, 붐 팁(14)의 이동이 빔(30)이 화물(24)의 표면(48)으로부터 예를 들면, 선박 갑판(20)의 표면(48)으로 이동되도록 한다면, 거리(70) 및 속도의 뚜렷한 급증(spike)은 거리 범위(74) 및 속도의 결정을 위한 데이터로부터 필터링될 것이다.
수면(90)에서의 빔(30)의 굴절은, 실질적으로 수면(90)에서의 제한된 굴절로 인해, 고체 표면(48)으로부터의 빔(30)의 굴절과 다르다. 수면(90)으로의 빔(30)의 방향에 관련된 제한된 굴절 발생은 데이터 처리기(44) 및 소프트웨어(200)를 통한 축적된 데이터로부터 필터링된다.
신호 처리기(34)(도시하지 않음)로부터 출력된 거리(70) 및 속도 데이터는 동시에, 운전실(42)에 위치된 오퍼레이터(도시하지 않음)에 의한 검토를 위해 유저 인터페이스로 출력될 수도 있다. 발행된 하중 차트를 포함하는 응용에 있어서, 오퍼레이터는 상대 수직 속도의 이러한 실제 측정값뿐만 아니라, 상부 및 하부 거리(70)를 포함하는 다른 요인을 사용하여, 크레인 하중 차트로부터 적용 가능한 크레인 정격 용량을 결정할 수도 있다.
준공 크레인 설계 표준이 이용 가능하고, 소프트웨어(200) 내로 통합되는 응용에 있어서, 준공 크레인 설계, 측정된 속도 및 다른 알려진 환경 조건은 데이터 처리기(44)를 사용하는 정격 용량을 계산하도록 사용될 수도 있다.
기록 장치(46) 또는 데이터 처리기(44) 내부 저장 장치(도시하지 않음)는 데이터 처리기(44)에 의해 완료된 실시간 계산 및 데이터를 이후에 참조하기 위한 전자 데이터 로그로 기록하는데 사용될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예의 개략적인 레이아웃을 도시한다. 도 3을 참조하면, 신호 처리기(34)를 갖는 거리계(32)는 데이터 처리기(44)와 전기적으로 연결되어, 데이터 처리기(44)로의 수집된 데이터의 전송을 허용한다. 오퍼레이터 입력 장치(52)는 오퍼레이터 및 데이터 처리기(44)의 작동 제어(operational control)에 의한 파라미터의 수동 입력을 허용한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 크레인(10)은 다양한 다른 파라미터를 감지하도록 다른 센서(60)에 장착된다.
도 4를 참조하면, 당시의 조건에 기초하는 목표 화물으로의 크레인 붐 팁(14)의 상대 거리 범위의 결정의 예시적인 방법(200)이 이하의 단계를 포함한다:
데이터 수집 단계(210)는 거리계(32)로부터 목표 화물(24)에 근접한 표면(48)으로 펄스 레이저 빔(30)을 수직 하향으로 전송하고, 굴절된 레이저 빔(50)을 감지하는 단계를 포함한다.
거리 평균 단계(212)는 특정 시간 간격 동안에 평균 거리(70) 측정값을 결정하고, 신호 처리기(34)로부터 데이터 처리기(44)로 거리 측정값(70)을 전송한다.
범위 결정 단계(214)는 평균 상부 거리(70) 측정값 및 평균 하부 거리(70) 측정값을 결정한다.
거리 필터링 단계(216)는 아웃라이어 상부 거리(70) 측정값 및 아웃라이어 하부 거리(70) 측정값을 필터링하여, 평균 상부 거리(70) 측정값 및 평균 하부(70) 수직 거리 측정값을 정규화시킨다.
거리 범위 출력 단계(218)는 수직 거리 범위의 출력을 제공하고, 이러한 범위는 붐 팁(14)에 대한 목표 화물(24)의 상이한 수직 이동을 포함한다.
도 5를 참조하면, 당시의 조건에 기초하는 목표 화물(24)에 대한 크레인 붐 팁(14)의 상대 속도의 결정의 예시적인 방법(202)이 이하의 단계를 포함한다:
데이터 수집 단계(210)는 거리계(32)로부터 목표 화물(24)에 근접한 표면(48)으로 펄스 레이저 빔(30)을 수직 하향으로 전송하고, 굴절된 레이저 빔(50)을 감지하는 단계를 포함한다.
속도 결정 단계(220)는 특정 시간 간격 동안에, 거리(70) 측정값으로부터 목표 화물(24)에 대한 붐 팁(14)의 이동 속도를 결정하고, 신호 처리기(34)로부터 데이터 처리기(44)로 속도 측정값을 전달한다.
속도 필터링 단계(222)는 시간의 특정 기간 동안의 평균 수직 속도 측정값으로부터, 시간의 특정 기간 동안의 아웃라이어 속도 측정값을 필터링하여, 시간의 특정 기간 동안의 평균 속도 측정값을 정규화시킨다.
속도 출력 단계(224)는 붐 팁(14)에 대한 목표 화물(24)의 상대 속도의 출력을 제공한다.
< 작동 >
작동 시에, 인접한 선박(16)이 범위 내에 있으면, 크레인(10)은 화물(24) 위에 위치설정되고, 장착된 거리계(32)는 목표(24)에 근접한 표면(48)을 향해 지향된다. 표면(48)은 목표 화물(24)의 표면, 인접한 선박(16)의 적재 갑판(loading deck)(20) 또는 다른 표면일 수도 있다. 빔(50)은 표면(48)으로부터 굴절된다. 빔(50)의 일부분은 포토다이오드(28)에 의해 수용된다.
신호 처리기(34)는 시간 경과에 따른 거리(70) 데이터를 축적하고, 데이터를 처리하며, 상대 거리 데이터(70) 및 상대 수직 속도 데이터를 운전실(42) 내의 데이터 처리기(44)에 전자적으로 전송한다. 데이터 처리기(44)는 거리(70) 데이터를 필터링하여, 붐 팁(14)에 대한 화물(24)의 상대 수직 거리 범위를 결정한다. 데이터 처리기(44)는 속도 데이터를 필터링하여, 붐 팁(14)에 대한 화물(24)의 상대 수직 속도를 결정한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 거리계(32) 및 다른 센서(60)로부터의 데이터는 데이터 처리기(44)에 전자적으로 전송될 수도 있다. 관련 소프트웨어(200)를 갖는 데이터 처리기(44)는 실시간 직접 측정값을 사용하는 해양 크레인(10)의 정격 용량을 결정한다.
< 제 2 예시적인 실시예 >
본 발명의 예시적인 실시예에 있어서, 해양 크레인의 정격 용량은 준공 크레인 파라미터 및 당시의 환경 조건을 사용하여 계산된다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 리프트 및 트림 센서(trim sensor)(82)는 크레인 상에 제공되어, 크레인의 리프트 및 트림을 측정하고 데이터 처리기(44)로 출력한다. 리프트 및 트림 센서는 종래 기술에 알려져 있고, 상업적으로 이용 가능하다.
윈드 센서(wind sensor)(84)는 크레인(10) 상에 제공되어, 풍환경 조건(environmental wind condition)을 측정하고, 풍환경 조건을 데이터 처리기(44)로 출력한다. 윈드 센서는 종래 기술에 알려져 있고, 상업적으로 이용 가능하다.
붐 각도 센서(86)는 크레인(10) 상에 제공되어, 수직에 대한 붐(12)의 각도를 측정하고, 붐 각도 상태를 데이터 처리기(44)로 출력한다. 붐 각도 센서는 종래 기술에 알려져 있고, 상업적으로 이용 가능하다.
로드 셀(load cell)(88) 하중 센서는 크레인 후크(15) 상에 제공되고, 크레인 후크(15)에 의해 마주치는 실제 하중을 결정한다. 로드 셀은 종래 기술에 알려져 있고, 상업적으로 이용 가능하다. 로드 셀(88)은 크레인의 정격 용량을 결정하도록 사용되지 않지만, 대신에 정격 용량 결정에 대해 하중 후크(15) 상의 실제 하중의 비교기(comparator)로서 사용된다.
도 7을 참조하면, 당시의 환경 조건 하에서 크레인의 정격 용량을 결정하는 예시적인 방법(300)이 이하의 단계를 포함한다:
준공 입력 단계(302)는 소프트웨어(200)의 부분으로서 대상 크레인(10)의 안전 작업 제한을 결정하는데 필요한 준공 크레인 파라미터 및 계산 파라미터의 입력을 포함하고, 이에 의해 데이터 처리기(44)를 갖는 크레인 안전 작업 제한의 계산을 가능하게 한다.
리스트 및 트림 입력 단계(304)는 현재 크레인(10) 리스트 및 트림 데이터를 감지하고 데이터 처리기(44)로 전송하는 단계를 포함한다.
윈드 상태 입력 단계(306)는 현재 윈드 상태 트림 데이터를 감지하고 데이터 처리기(44)에 전송하는 단계를 포함한다.
붐 각도 입력 단계(308)는 현재 붐 각도 상태를 감지하고, 데이터 처리기(44)로 전송하는 단계를 포함한다.
속도 단계(310)는 본 명세서에 이전에 설명되고, 도 5의 단계(210, 220, 222 및 224)와 일치하는 시스템 및 방법에 따른 목표 화물(24)에 대한 붐 팁(14)의 상대 속도의 결정을 포함한다.
정격 용량 계산 단계(312)는 준공 크레인 파라미터, 크레인 리스트 및 트림, 풍환경 조건, 붐 각도, 및 목표 화물(24)에 대한 붐 팁(14)의 이동의 상대 속도에 기초하는 크레인(10)의 정격 용량의 계산을 포함한다.
단계(302, 304, 306, 308 및 310)는 단계(312) 이전에 임의의 순서로 발생할 수도 있다.
예시적인 실시예는 본 명세서에 이전에 설명되고, 도 4의 단계(210, 212, 214 및 216)와 일치하는 시스템 및 방법에 따른 목표 화물(24)에 대한 붐 팁(14)의 거리 범위의 결정의 단계를 포함하는 거리 범위 단계(314)를 추가로 포함한다. 거리 범위 단계(314)는 단계(312) 이전에 발생할 수도 있다.
예시적인 실시예는 당시-결정된 크레인(10) 정격 용량에 대한 크레인 후크(15) 상의 실제 하중을 결정하는 단계를 포함하는 로드 셀 단계(316)를 추가로 포함한다. 로드 셀 단계(316)는 단계(312) 이전 또는 이후의 언제라도 실행될 수도 있다.
본 명세서에 설명된 모든 실시예는 본 명세서에 설명된 공정 및 방법의 규칙적인 반복을 허용하도록, 본 명세서에 설명된 방법 단계의 지속적인 및/또는 간헐적인 응용을 고려한다.
지속적인 또는 간헐적인 기반의 결정에 따라, 오퍼레이터 인터페이스 장치(40)로, 내부 저장 장치(도시하지 않음), 및/또는 활동의 기록을 제공하도록 적절한 시간 및 날짜 표시를 갖는 외부 기록 장치(46)로 출력될 수도 있다.
본 발명의 전술한 설명은 다양한 대안적인 실시예와 함께 바람직한 실시예를 나타낸다. 본 발명의 참된 정신으로부터 일탈하는 일 없이, 첨부된 특허청구범위의 범위 내의 도시된 구성 및 방법의 상세에서 다양한 변화가 이루어질 수도 있다. 본 발명은 특허청구범위 및 그들의 등가물에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims (13)

  1. 해양 크레인의 정격 용량을 결정하기 위한 시스템에 있어서,
    크레인 붐 팁에 근접하여 크레인 붐 상에 장착되는 거리계로서, 상기 거리계는 신호 전송기 및 신호 수신기를 구비하고, 상기 거리계는 신호를 하향으로 향하게 하도록 배향되고, 상기 거리계는 목표 화물에 근접한 굴절면으로부터 굴절된 신호를 수신하도록 배향되고, 상기 거리계는 상기 굴절 신호에 기초하여 상기 굴절면에 대한 상기 크레인 붐 팁의 수직 거리 측정값을 결정하도록 의도 및 구성되며, 상기 거리계는 신호 처리기를 포함하는, 상기 거리계, 및
    상기 크레인 상에 배치되고 상기 신호 처리기에 작동 가능하게 연결되는 데이터 처리기를 포함하며,
    상기 시스템은 상기 크레인 붐 팁에 대한 상기 굴절면의 상대 이동 속도 측정값을 결정하기 위해, 상기 수직 거리 측정값을 이용하도록 의도 및 구성되고,
    상기 시스템은 상기 상대 이동 속도 측정값을 이용하여, 상기 크레인의 하중 용량을 계산하도록 의도 및 구성되는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 처리기는 아웃라이어 속도 측정값을 필터링하도록 프로그래밍되는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 처리기는 아웃라이어 거리 측정값을 필터링하도록 프로그래밍되는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 적어도 부분적으로 당시의 환경 조건 및 준공 크레인 파라미터에 기초하여 상기 크레인의 하중 용량을 계산하도록 의도 및 구성되는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 시스템.
  5. 크레인 붐 팁에 근접하게 장착된 거리계를 이용하여 상기 크레인 붐 팁에 대한 목표 화물의 상대 이동을 결정하는 것에 의해, 해양 크레인의 정격 용량을 결정하는 방법에 있어서,
    상기 거리계로부터 상기 목표 화물에 근접한 표면으로 신호를 하향으로 전송하고, 굴절된 신호를 감지하고, 다수의 거리 측정값을 결정하는 데이터 수집 단계,
    특정 시간 간격 동안의 평균 거리 측정값을 결정하고, 상기 거리 측정값을 데이터 처리기로 전송하는 거리 평균 단계,
    상대 수직 속도 측정값을 계산하도록 상기 평균 거리 측정값을 처리하는 상기 데이터 처리기의 속도 계산 단계, 및
    적용 가능한 크레인 정격 용량을 결정하도록 상기 상대 수직 속도 측정값을 이용하는 크레인 정격 용량 결정 단계를 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 평균 거리 측정값으로부터 아웃라이어 거리 측정값을 필터링하는 필터링 단계, 및
    거리 측정값의 출력을 제공하는 출력 단계를 추가로 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    평균 수직 속도 측정값으로부터 아웃라이어 속도 측정값을 필터링하는 필터링 단계, 및
    속도 측정값의 출력을 제공하는 속도 출력 단계를 추가로 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 크레인 정격 용량 결정 단계는,
    상기 크레인 정격 용량의 계산을 가능하게 하도록, 상기 크레인 상의 데이터 처리기의 소프트웨어 내로 준공 크레인 파라미터 및 계산 파라미터를 프로그래밍하는 준공 입력 단계,
    현재 크레인 리스트 및 트림 데이터를 감지하고, 상기 데이터 처리기로 전송하는 리스트 및 트림 입력 단계,
    현재 윈드 상태 데이터를 감지하고, 상기 데이터 처리기로 전송하는 윈드 상태 입력 단계,
    현재 붐 각도 상태를 감지하고, 상기 데이터 처리기로 전송하는 붐 각도 입력 단계를 포함하며,
    상기 속도 계산 단계는 상기 크레인 붐 팁에 근접하게 장착된 거리계를 이용하여 상기 크레인 붐 팁에 대한 목표 화물의 상대 이동 속도 데이터를 결정하고, 상기 데이터 처리기로 전송하고,
    상기 크레인 정격 용량 결정 단계는 상기 준공 크레인 파라미터 및 계산 파라미터, 상기 크레인 리스트 및 트림 데이터, 상기 현재 윈드 상태 데이터, 상기 붐 각도 상태, 및 상기 상대 이동 속도 데이터를 사용하여, 상기 크레인의 계산된 정격 용량을 생성하는 것을 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 거리계를 이용하여 상기 목표 화물에 대한 상기 크레인 붐 팁의 거리 범위 데이터를 결정하는 거리 범위 단계를 추가로 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 크레인의 계산된 정격 용량에 대한 상기 크레인의 크레인 후크 상의 실제 하중을 결정하는 로드 셀 단계를 추가로 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 적용 가능한 크레인 정격 용량을 결정하도록 이력 하중 차트 정보를 이용하는 단계를 포함하는
    해양 크레인의 정격 용량 결정 방법.
  13. 삭제
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