KR20080013077A - 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치 및 분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목적은 대상물의 위치를 3차원적으로 정확히 파악할 수 있도록, 기준 위치에 대한 목적 대상물의 거리를 검출하기 위한 거리검출부와, 상기 기준 위치에 대한 목적 대상물의 위치를 평면상에서 검출하기 위한 화상검출부, 상기 각 검출부의 신호를 연산하여 기준 위치에 대한 목적 대상물의 위치 이상 여부를 판단하기 위한 연산부를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치를 제공한다.

거리검출부, 화상검출부, 연산부, 레이저측정기, 촬영기

Description

이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치 및 분석 방법{DEVICE FOR ON-LINE REAL TIME ANALYZING 3 DIMENSION SHAPE AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 일반적인 레들로 측면에 설치된 핀에 후크가 체결된 상태를 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치에 의해 후크 위치를 검출하는 상태를 도시한 개략적인 도면이다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치의 기준 이미지를 도시한 도면이다.

도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치에 의한 실제 이미지를 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치의 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 후크 2 : 핀

10 : 거리검출부 20 : 영상검출부

30 : 이미지필터링부 40 : 연산부

50 : 제1판단부 60 : 제2판단부

70 : 출력부 80 : 후크진입감지부

90 : 냉각부

본 발명은 영상 분석 장치 및 분석 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 목표물의 위치를 3차원으로 분석하여 정확히 확인할 수 있도록 된 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치 및 분석 방법에 관한 것이다.

일반적으로 물건의 위치를 이동시키거나 산업현장에서 제품을 적재 또는 출고하는 과정에서 주로 사용되는 후크장치는 그 형태 및 구성이 다양하고 작동에서도 다양한 방법이 적용되고 있다. 이러한 후크장치는 예를 들어, 크레인 등에 매달려 무거운 물체를 이동시키는데 사용된다. 이와 같은 후크장치는 일반적으로 직접적으로 이동 대상물에 설치된 핀에 걸거나 와이어 등의 매개부재를 사용해서 이동 대상물을 거는 후크(hook)를 구비한다.

예컨데, 철강 제조 공정 중 제강 공장에서 래들(ladle)에 쇳물을 받아 제공 공정의 전로로 이동하는 공정에서는 천정 크레인(Over Head Crane)에 설치된 후크를 상기 래들에 부착된 핀(pin)에 체결한 후 크레인을 이용하여 상기 래들을 전로로 이동시키게 된다.

상기한 일예를 포함하여 후크를 핀에 체결하여 물체를 이동시키는 공정 또는 작업에서 후크와 핀의 체결 상태를 감지하는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면 후크와 핀의 체결 상태가 불량하면 안전사고(이동 대상물의 낙하사고 등)가 발생될 수 있기 때문이다.

종래에는 후크의 핀 체결 상태를 확인하는 방법으로, 예를 들어 래들내에 쇳물을 받은 후 래들의 핀과 후크의 체결상태를 지상에서 신호수가 눈으로 직접 확인하여 크레인 운전자에게 무선으로 알려주는 방법이 사용되었다. 그러나, 이와 같은 종래의 방법에서는 래들내 고온의 쇳물에 의한 높은 복사열로 신호수가 래들에 가까이 접근하기가 힘들어 후크의 트러니온 체결 상태를 정확하게 파악하기는 어려웠다. 또한 신호수가 눈으로 체결 상태를 확인하기 때문에 체결 상태의 판단기준이 달라 정확한 판단이 어려웠다.

이에 상기한 문제를 개선하기 위하여 종래에는 래들의 연결 고리인 핀의 측면 상부에 감시용 카메라를 설치하고 이 카메라로부터 얻어진 영상을 중앙 운전실의 모니터로 전송함으로써, 운전자가 상기 감시용 카메라로부터 전송된 체결 상태 영상을 모니터 상으로 확인하여 후크의 핀 체결 상태를 확인할 수 있도록 하였다.

그러나 상기한 구조 또한 운전자가 모니터를 통해 후크의 체결 상태를 감지하기 때문에 정확한 체결 상태를 판단하기가 어렵다는 문제점이 있다.

이와 같이 종래에는 작업자가 후크의 체결 상태를 직접 눈으로 확인하거나 모니터상에서 영상을 통해 판단함으로써 정확한 판단이 어려웠으며, 이로써 후크의 체결 불량으로 인한 안전사고 뿐만 아니라 엄청난 물적 피해가 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위에서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 대상물의 위치를 3차원적으로 정확히 파악할 수 있도록 된 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치 및 분석 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 목적 대상물의 위치를 거리 측정과 이미지 검출을 통해 확인하여 정확한 위치를 검출하는 구조로 되어 있다.

이를 위해 본 발명의 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 영상 분석 장치는 기준 위치에 대한 목적 대상물의 거리를 검출하기 위한 거리검출부와, 상기 기준 위치에 대한 목적 대상물의 위치를 평면상에서 검출하기 위한 화상검출부, 상기 각 검출부의 신호를 연산하여 기준 위치에 대한 목적 대상물의 위치 이상 여부를 판단하기 위한 연산부를 포함한다.

여기서 상기 목적 대상물은 특별히 한정되지 않으며 예컨대, 레들의 핀에 체결되는 후크일 수 있다.

이하, 상기 후크에 3차원 영상 분석장치가 적용된 경우 본 장치는 핀의 길이방향에 대한 후크의 위치를 검출하기 위한 거리검출부와, 핀에 대한 후크의 위치를 평면상에서 검출하기 위한 화상검출부, 상기 각 검출부의 신호를 연산하여 핀에 대한 후크의 체결 이상 여부를 판단하기 위한 연산부를 포함한다.

핀에 후크가 정확히 체결되었다 함은 첫째, 핀의 양 끝단 사이에 후크가 위치하고 둘째, 만곡되어 있는 후크의 내측 곡면부 저부가 핀에 접하는 상태를 의미한다.

이 점에 비추어 볼 때, 본 발명은 상기 거리검출부를 통해 상기 첫째 조건에 대한 후크 위치를 검출하고, 상기 화상검출부를 통해 상기 두 번째 조건에 대한 후크 위치를 검출하여 상기 연산부를 통해 검출 결과를 판단하여 체결 이상 여부를 확인할 수 있게 되며, 따라서 후크의 체결 신뢰성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

여기서 상기 거리검출부는 핀에 대한 후크 위치 검출을 위해 상기 이동대상물의 외벽에서부터 핀의 둘출 끝단까지의 거리(핀의 길이)와 이동대상물의 외벽에서부터 후크의 외측 끝단까지의 거리를 측정함이 바람직하며, 특별히 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 선정된 기준점으로부터 핀의 외측 끝단까지의 거리와 상기 기준점으로부터 후크의 외측 끝단까지의 거리를 측정함으로써 두 부재간의 위치를 비교할 수 있다.

바람직하게는 상기 거리 측정을 위해 레이저측정기가 사용될 수 있다.

또한, 상기 화상검출부는 핀에 대한 후크의 체결상태를 영상으로 획득하여 그 이미지를 통해 핀에 대한 후크의 위치를 검출할 수 있다.

이를 위해 상기 화상검출부는 핀에 후크가 체결된 상태를 촬영하기 위한 촬영기와, 상기 촬영기에 의해 얻어진 영상으로부터 후크와 핀만의 이미지 패턴을 추출하는 이미지필터링부을 포함할 수 있다.

그리고 상기 연산부는 거리검출부로부터 인가된 각 거리 데이터를 비교하여 핀의 양단 사이에 후크가 위치하는 지를 연산하는 제1판단부와, 상기 이미지필터링부을 통해 인가된 실제 이미지 데이터와 미리 설정된 기준 이미지 패턴을 비교하여 두 패턴의 유사 정도를 연산하는 제2판단부를 포함할 수 있다.

이에 따라 작업자는 제1판단부와 제2판단부의 연산결과를 통해 후크가 핀에 대해 위에서 언급한 두가지 체결 조건을 만족하는 지를 용이하게 확인할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 연산부를 통해 확인된 결과를 작업자에게 전달하기 위한 출력부를 더욱 포함할 수 있다.

상기 출력부는 결과를 표시하는 모니터 또는 스피커 등의 출력장치를 포함하며, 바람직하게는 상기 연산부로부터 무선으로 연결되도록 한다.

또한, 본 발명은 후크 체결작업을 위해 후크 또는 크레인이 작업위치로 이동하는 경우 이를 감지하여 본 장치를 가동시키기 위한 후크 진입감지부를 더욱 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은 이동대상물에 설치된 핀에 후크를 체결하는 과정에서 후크의 체결 불량을 검출하기 위한 방법으로,

이동대상물의 핀에 크레인의 후크게 체결되어 후크 체결 검사가 개시되면 핀의 길이방향에 대해 이동대상물에서 후크 외측 선단까지의 거리를 검출하는 단계와,

상기 검출된 거리와 이동대상물에 설치된 핀의 길이를 비교하는 단계,

상기 비교 결과에 따라 체결 불량 여부를 판단하는 제1판단단계,

상기 제1판단단계에서 체결 적합으로 판단시 후크 체결 상태를 영상으로 촬영하는 단계,

상기 촬영된 영상 신호로부터 후크와 핀만의 실제 이미지 패턴을 추출하는 단계,

추출된 실제 이미지 패턴과 기준 이미지 패턴의 유사성을 비교하는 단계,

상기 비교 결과에 따라 체결 불량 여부를 판단하는 제2판단단계

를 포함한다.

여기서 상기 핀의 길이와 검출된 거리를 비교하는 단계는 설정된 위치에서 이동대상물까지의 제1거리를 검출하는 단계와, 상기 설정된 위치에서 후크 외측 선단까지의 제2거리를 검출하는 단계 및 상기 제1거리와 상기 제2거리의 차를 구하는 단계, 상기 제1거리와 제2거리의 차와 상기 핀의 길이를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이미지 패턴을 추출하는 단계는 상기 획득된 영상으로부터 화소별 데이터를 이용하여 상기 후크 및 핀의 체결 상태의 영상의 외곽선 이미지를 검출하는 단계와, 상기 검출된 후크 및 핀의 외곽선 이미지를 제외한 나머지 이미지를 제거하여 상기 후크 및 핀의 외곽선 이미지만을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1판단단계는 상기 검출된 거리가 핀의 길이보다 작으면 핀의 길이방향에 대한 상기 후크의 체결상태가 적합한 것으로 판단하고, 상기 검출된 거리가 상기 핀의 길이보다 크거나 같으면 상기 후크의 체결상태가 부적합한 것으로 판단하게 되며, 상기 제2판단단계는 상기 제1판단부로부터 체결 적합 결과가 도출된 경우 상기 추출된 실제 이미지 패턴과 미리 설정된 기준 이미지 패턴의 비교 결과 상기 두 이미지 패턴의 유사정도가 미리 설정된 기준치 이내에 있는 경우 최종 체결 적합으로 판단하고, 기준치 이하인 경우 체결 불량을 판단하게 된다.

여기서 상기 기준치는 상기 실제 이미지 패턴과 기준 이미지 패턴의 유사정도를 백분율로 나타내어, 70%임이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하 설명에서는 이동대상물로써 제철소의 제강 공정에서 쇳물을 담아 전로로 이동시키는 데 사용되는 레들(ladle)을, 그리고 후크의 경우는 천정크레인에 설치되는 후크를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이동대상물에 관계없이 핀에 후크를 체결하는 구조면 모두 적용가능하다 할 것이다.

도 1은 본 일반적인 레들로 측면에 설치된 핀에 후크가 체결된 상태를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 크레인의 후크 체결 실시간 원격 모니터링 장치를 도시한 개략적인 구성도이며, 도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 크레인의 후크 체결 실시간 원격 모니터링 장치에 의해 후크 위치를 검출하는 상태를 도시한 개략적인 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 이동대상물인 레들은 원통형 구조물로 양 측면에 핀(2)이 고정설치되어 일정 길이만큼 돌출된다. 그리고 상기 후크(1)는 천정크레인(도시되지 않음)에 연결되며 끝단이 둥글게 만곡되어 고리형태를 이루는 구조로 되어 있다.

따라서 상기 후크(1)는 운전자의 천정 크레인 조작에 의해 상기 래들(3)에 부착된 일정길이의 핀(2)으로 이동되어, 상기 핀(2)이 후크(1)의 만곡부위 내측면에 놓여진 상태에서 최종적으로 쇳물이 담겨져 있는 상기 래들(3)을 들어올려 전로로 이동시키게 된다.

여기서 본 장치는 상기 래들(3)의 핀(2)을 후크(1)로 체결함에 있어서 핀(2)에 대한 후크(1)의 체결 위치를 검출하여 체결 불량 여부를 확인하기 위한 것으로 도 2에 도시된 바와 같이,

후크(1) 체결작업을 위해 후크(1) 또는 크레인이 작업위치로 이동하는 경우 이를 감지하여 본 장치를 온/오프시키기 위한 후크진입감지부(80)와;

상기 핀(2)의 길이방향을 따라 래들(3)의 외측에 설치되는 레이저 측정기(11)를 포함하여, 레이저 측정기(11)로부터 상기 핀(2)이 부착된 이동대상물 측면까지의 제1거리(A)와 상기 핀(2)에 체결된 후크(1)의 외측 선단까지의 제2거리(B)를 검출하는 거리검출부(10);

상기 핀(2)의 길이방향을 따라 래들(3)의 외측에 설치되어 상기 핀(2)에 체결된 후크(1)의 체결상태를 촬영하는 촬영기(21)와, 상기 촬영기(21)로부터 획득한 영상을 통해 상기 체결 상태하에서의 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선 이미지를 검출하 고 상기 검출된 외곽선을 제외한 다른 이미지를 제거하여 상기 후크(1) 및 핀(2)의 체결 상태의 이미지 패턴을 추출하는 이미지필터링부(30)를 포함하여, 핀(2)에 대한 후크(1)의 위치를 평면상에서 검출하기 위한 화상검출부(20);

상기 각 검출부(10,20)의 신호를 비교 연산하여 핀(2)에 대한 후크(1)의 체결 이상 여부를 판단하기 위한 연산부(40)를 포함한다.

그리고, 상기 연산부(40)는, 상기 거리검출부(10)로부터 인가된 제1거리(A)와 제2거리(B)의 편차값(X)을 연산하고 상기 편차값(X)과 상기 핀(2)의 길이(Y)를 비교하여, 편차값(X)이 핀(2)의 길이(Y)보다 작으면 핀(2)의 길이방향에 대한 상기 후크(1)의 체결상태가 적합한 것으로 판단하고 상기 편차값(X)이 상기 핀(2)의 길이(Y)보다 크거나 같으면 상기 후크(1)의 체결상태가 부적합한 것으로 판단하는 제1판단부(50)와, 상기 제1판단부(50)로부터 체결 적합 결과가 도출된 경우 상기 추출된 후크(1) 및 핀(2)의 체결 상태의 이미지 패턴과 미리 설정된 기준 이미지 패턴의 유사정도를 비교하고, 비교결과 상기 두 이미지 패턴의 유사정도가 미리 설정된 유사범위내에 있는 경우 최종 체결 적합으로 판단하는 제2판단부(60)를 포함한다.

여기서 상기 핀의 길이(Y)는 레들(3)의 측면에서 핀(2)의 끝단까지의 거리로, 핀의 외측 선단에 플랜지가 설치되어 있는 경우 플랜지를 제외한 나머지 길이를 의미한다.

또한, 본 장치의 또다른 실시예에서 따르면, 상기 제1판단부(50)에서 체결 부적합으로 판단하거나 상기 제2판단부(60)에서 최종 체결 부적합으로 판단하면 화 면 및 음성으로 그 결과를 크레인 운전자에게 제공하는 출력부(70)를 더욱 포함하며, 나아가 본 실시예의 경우 래들(3) 내에 고온의 쇳물이 담기는 것을 고려할 때 상기 거리검출부(10) 및/또는 상기 화상검출부(20)의 주위를 둘러싸도록 설치되고 냉각매체를 이용하여 상기 검출부를 열로부터 보호하는 냉각부(90)를 더욱 포함한다.

이하, 각 구성부의 구조와 그 작용에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 본 장치가 레들의 일측면에만 설치된 것으로 도시되어 있으나, 본 장치 중 상기 거리검출부(10)와 화상검출부(20)는 래들(3)을 중심으로 양쪽에 설치된 핀(2)에 대응되어 각각 설치되며, 그 구조와 작용은 모두 동일하므로 이하 설명에서는 일측 핀에 대한 본 장치의 구성과 그 작용에 대해서만 설명하기로 한다.

[거리검출부]

상기 거리검출부(10)는 레이저 측정기(11)를 이용하여 특정 위치에서 이동대상물인 래들(3)까지의 거리 및 핀(2)에 체결된 후크(1)까지의 거리를 검출한다. 즉, 상기 레이저 측정기(11)는 소정의 레이저빔(laser beam)을 물체에 발사하고 그 반사된 레이저빔을 레이저 측정 센서(12)로 수신하여 상기 물체까지의 거리를 계산하게 된다.

상기 거리검출부(10)의 동작을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 도 3은 후크 위치를 검출하는 상태를 도시한 개략적인 도면으로, 도 3a는 후크가 정상적으로 체결된 상태를 도시하고 있으며, 도 3b는 후크가 비정상적으로 체결된 상태를 도시하고 있다.

우선, 후크(1)가 이동대상물인 래들(3)에 부착된 핀(2)에 체결되기 전에 상기 레이저 측정기(11)가 위치한 특정 위치에서 상기 핀(2)의 길이방향을 따라 상기 핀(2)이 부착된 이동대상물까지의 제1거리(A)를 검출한다. 이후, 상기 후크(1)가 상기 핀(2)에 체결된 상태에서 상기 특정 위치에서 상기 체결된 상태의 후크(1) 외측 선단까지의 제2거리(B)를 검출한다. 이와 같이 상기 레이저 측정기(11)는 일정한 시간적 간격을 두고 제1거리(A) 및 제2거리(B)를 검출한다. 도면을 참조하면, 도면부호 X는 상기 제1거리(A)와 제2거리(B)의 편차값으로서 상기 핀(2)이 부착된 래들(3)에서부터 상기 핀(2)에 체결된 후크(1)의 두께를 포함한 상기 후크(1)의 최외면까지의 거리를 나타내는 값이다.

[화상검출부]

상기 화상검출부(20)를 살펴보면, 촬영기(21)는 설정된 주기로 상기 핀에 대한 후크의 체결 상태를 영상으로 촬영한다. 상기 촬영기(21)는 고속의 데이터 처리를 위하여 바람직하게는 흑백 CCD 카메라를 이용한다. 더욱 바람직하게는 외부 조명환경이 열악한 상태에서도 동작이 원활히 수행될 수 있는 고감도의 CCD 카메라를 사용한다.

그리고 이미지필터링부(30)는 상기 촬영기(21)에서 획득한 상기 후크(1)와 핀(2)의 체결상태의 영상을 이용하여 상기 후크(1) 및 핀(2) 이미지의 외곽선을 검출하고 상기 검출된 외곽선을 제외한 다른 부분의 이미지를 제거함으로써 상기 후크(1) 및 핀(2)의 체결상태의 이미지 패턴만을 추출하게 된다.

상기 이미지 패턴의 추출과정을 단계적으로 상세하게 설명한다. 먼저, 제1단계로 상기 획득된 영상으로부터 화소별 데이터를 이용하여 상기 후크(1) 및 핀(2)의 체결 상태의 영상의 외곽선 이미지를 검출한다. 제2단계로 상기 검출된 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선 이미지를 제외한 나머지 이미지를 제거하여 상기 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선 이미지만을 추출한다. 여기서, 상기 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선 이미지 추출은 상기 획득된 화소별 영상 데이터 중 미리 설정된 임계치보다 큰 화소별 영상 데이터를 갖는 후크 및 핀의 외곽선 이미지는 일례로서 검정색으로 구분하고 상기 임계치보다 작은 화소별 영상 데이터를 갖는 나머지 이미지는 일례로 하얀색으로 구분함으로써, 상기 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선을 추출하는 것이다. 이와 같이 이미지필터링부(30)는 상기 후크(1)가 상기 트러니온(2)에 체결된 상태의 영상을 이용하여 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선 이미지 패턴을 검정색으로 구분하여 추출하게 되며 이러한 이미지 패턴의 추출은 통상적으로 레벨링(leveling) 기법 및/또는 중첩이미지 추출기법으로 사용할 수도 있다.

[연산부]

1) 제1판단부

상기 연산부(40) 중 제1판단부(50)는 상기 거리검출부(10)에서 검출한 제1거리(A) 및 제2거리(B)의 편차값(X)과 상기 핀(2)의 길이(Y)를 비교하여 상기 편차값(X)이 상기 핀(2)의 길이(Y)보다 작은 경우 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 적합으로 1차 판단하고, 반대로 상기 편차값(X)이 상기 핀(2)의 길이(Y)보다 크거나 같은 경우 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 부적합으로 1차 판단한다. 도 3a를 참조하면, 후 크(1)가 래들(3)의 핀(2)에 정상적으로 체결된 경우 제1판단부(50)는 상기 거리검출부(10)에서 검출한 제1거리(A) 및 제2거리(B)의 편차값(X)이 상기 핀(2)의 길이(Y)보다 작음을 확인하고, 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 적합으로 1차 판단한다. 한편, 도 3b를 참조하면, 후크(1)가 래들(3)의 핀(2)에 비정상적으로 체결된 경우 상기 제1판단부(50)는 상기 거리검출부(10)에서 검출한 제1거리(A) 및 제2거리(B)의 편차값(X)이 상기 핀(Y)보다 큼을 확인하고 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 부적합으로 1차 판단한다.

2) 제2판단부

한편, 상기 제2판단부(60)는 상기 추출된 후크(1) 및 핀(2)의 체결 상태의 이미지 패턴과 미리 설정된 기준 이미지 패턴의 유사정도를 비교하여 체결 불량 여부를 판단한다. 상기 제2판단부(60)는 상기 추출된 실제 이미지 패턴이 상기 설정된 기준 이미지 패턴과 어느 정도 유사한지를 비교하는 것이다.

바람직하게는 그 유사정도를 백분율로 나타낸다.

이때, 상기 제2판단부(60)는 바람직하게는 상기 추출된 후크 및 핀의 외곽선 이미지 패턴에 대한 화소별 영상 데이터와 상기 미리 설정된 기준 이미지 패턴에 대한 화소별 영상 데이터를 비교하여 상기 두 이미지 패턴의 유사성을 비교하는 것이다.

여기서, 상기 기준 이미지 패턴(D)은 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 후크(1) 및 핀(2)이 정상적으로 체결된 상태의 후크(1) 및 핀(2)의 외곽선 이미지 패턴을 의미한다.

본 발명의 또다른 실시예에서 상기 기준 이미지 패턴은 복수개일 수도 있다. 즉, 후크(1)와 핀(2)의 체결상태가 각각 서로 약간의 차이만을 보이는 다수개의 기준 이미지 패턴을 단계적으로 설정한 후 상기 추출된 이미지 패턴과 여러개의 기준 이미지 패턴을 비교하여 몇 단계의 기준 이미지 패턴이 동일한지 판단하여 그 유사정도를 비율로 나타낼 수 있다.

또한, 상기 제2판단부(60)는 상기 제1판단부(50)의 비교결과 및 상기 비교결과에 따라 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 상태를 최종적으로 판단한다.

이때, 상기 제2판단부(60)는 상기 제1판단부(50)에서 체결 적합으로 판단한 경우에만 상기 후크의 핀 체결 상태를 최종적으로 판단한다. 먼저, 상기 제2판단부(60)는 상기 제1판단부(50)로부터 체결 부적합이라는 판단결과를 수신하면 최종적으로 후크의 핀 체결 부적합으로 판단한다. 이때는 화상검출부(20)의 영상 획득 작업은 수행되지 않는다.

그러나, 상기 제1판단부(50)로부터 체결 적합이라는 판단결과를 수신하면 상기 화상검출부(20)로부터 촬영되고 이미지 필터링된 실제 이미지 패턴(도 4b의 R)을 언급한 바와 같이 기준 이미지 패턴(D)과 비교하여 그 유사 정도가 미리 설정된 범위 내에 있는 경우에 최종적으로 후크의 핀 체결 적합으로 판단한다.

예컨대, 도 4b는 상기 화상검출부로부터 실제 촬영된 영상을 이미지 필터링하여 연산부로 전송된 실제 이미지 패턴(R)으로 상기 제2판단부는 상기 실제 이미지 패턴(R)과 연산부에 미리 저장되어 있는 기준 이미지 패턴(D)을 비교하여 유사 정도를 판단하게 된다.

그리고, 상기 제1판단부(50)로부터 체결 적합이라는 판단결과를 수신하더라도 상기 유사정도의 백분율이 상기 유사 범위내에 있지 않는 경우에는 최종적으로 후크의 핀 체결 부적합으로 판단한다.

상기 유사범위는 70% ~ 100%가 바람직하다.

상기와 같이, 상기 제2판단부(60)에서의 체결 적합 또는 부적합 판단은 상기 제1판단부(50)의 판단이 최우선 순위가 되며, 상기 제2판단부(60)는 상기 제1판단부(50)에서 체결 적합으로 판단하는 경우에만 최종 적합 또는 부적합을 판단한다.

[출력부]

상기 출력부(70)는 연산부(40)로부터 출력된 결과를 표시하기 위해 크레인의 조정실이나 작업자의 휴대 단말기에 설치되는 모니터 또는 스피커를 포함하며, 바람직하게는 상기 모니터/스피커는 연산부와 무선으로 연결되어 데이터를 무선으로 주고받도록 한다.

이에 따라 상기 제1판단부(50)에서 체결 부적합으로 판단하면 연산부의 출력신호에 따라 모니터의 화면상에 레이저검사 부적합이라는 글자가 표시되며, 상기 제1판단부(50)에서 체결부적합으로 판단되면 최종 체결부적합으로 판단하고 제2판단부(60)의 화상인식 적합판단 결과와 관계없이 부적합이라는 화면 및 음성을 운전자에게 제공한다.

상기 제1판단부(50)에서 체결적합으로 판단되고, 상기 제2판단부(60)에서의 비교결과 두 이미지 유사정도가 미리 설정된 유사범위내에 있는 것으로 판단되면 연산부의 출력신호에 따라 모니터의 화면상에 화상인식 적합이라는 글자가 표시되 며 운전자에게 “권상하여도 좋읍니다”라는 음성을 제공하게 되고, 두 이미지 유사정도가 미리 설정된 유사범위를 벗어나면 모니터의 화면상에 화상인식 부적합이라는 글자가 표시되며 운전자에게 상기 제1판단부(50)에서의 체결적합과 관계없이 운전자에게“체결 부적합으로 확인후 작업하십시요”라는 음성을 제공한다.

[후크진입감지부]

본 실시예에 따른 상기 후크진입감지부(80)는 크레인이 이동대상물 체결위치에 왔을때 크레인 주행가더(GIRDER)에 부착된 리미트스위치에 의하여 감지되는 구조로 되어 있다.

그리고 상기 리미트스위치를 통해 본 장치를 이루는 각 구성부 예를 들어 촬영기와 레이저측정기 및 연산부와 모니터 등의 장치가 온/오프 되도록 하여 후크 체결작업시에만 본 장치가 가동되도록 한다.

따라서 크레인이 작업위치로 접근하여 리미트스위치가 온 되면 각 구동부가 작동되고 크레인운전실에 있는 모니터 화면이 켜져 체결검사가 완료된 이동대상물을 권상하여 체결위치를 떠날 때까지 작동상태를 유지하게 되며, 크레인이 작업위치를 벗어날 때 리미트스위치가 원위치 동작되면서 모니터를 비롯한 각 구동부가 오프된다.

[냉각부]

상기 냉각부(90)는 상기 거리검출부(10) 및/또는 화상검출부(20)의 주위를 둘러싸도록 하우징으로 형성되며, 특정 냉각물질 또는 전자식 냉각소자를 이용하여 상기 거리검출부(10) 및/또는 화상검출부(20)를 열로부터 보호한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 냉각물질은 바람직하게는 상기 각 검출부를 열로부터 충분히 보호할 수 있을만큼 저온의 냉각수 또는 공기를 이용한다.

또한, 상기 전자식 냉각소자는 바람직하게는 열전반도체 소자에 일정 전압을 가하면 한쪽에서는 열이 발생하고 그 반대편에서는 열을 흡수하여 냉각이 되는 소자를 이용한다.

본 발명의 일 실시예에서 전자식 냉각소자를 이용한 냉각부(80)는 바람직하게는 '오토데이터 시스템(주)'사에서 개발한 'clean cooler'를 이용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 냉각부(90)에서는 바람직하게는 반도체를 이용한 냉각방식이므로 소음이 거의 없다는 장점이 있다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 냉각 하우징을 구비한 냉각부를 이용하여 상기 검출부를 열로부터 보호하는 것으로 기재되어 있으나, 특별히 고온하에서의 작업환경이 아닌 경우에는 상기한 냉각부는 제거될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 작동 과정에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

크레인이 체결위치에 도착하여 후크진입감지부(80)에 의하여 감지가 되면 크레인운전실에 있는 무선 모니터 화면이 켜지고, 핀에 대한 후크의 체결 불량 여부를 확인하기 위한 각 구성부가 작동하게 된다.(S100)

그리고 크레인운전자가 후크를 내려 이동대상물의 핀에 후크를 근접시킴으로써 체결검사를 시작하게된다.(S110 - S120)

먼저, 거리검출부(10)의 레이저측정기(11)가 특정 위치(P)로부터 핀(2)이 부착된 이동대상물까지의 제1거리(A)를 검출한다. 여기서, 상기 제1거리(A)는 상기 레이저측정기(11)가 위치한 특정 위치(P)에서부터 상기 이동 대상물의 측면까지의 거리를 나타낸다. (S130)

이어, 상기 레이저 측정기(11) 일정한 시간간격을 두고 상기 특정 위치(P)로부터 상기 핀(2)에 체결된 상태의 후크(1)까지의 제2거리(B)를 검출한다. 여기서, 상기 제2거리(B)는 상기 핀(2)에 체결된 후크(1)의 두께를 포함하여 상기 레이저측정기(11)가 위치한 상기 특정 위치(P)에서부터 상기 핀(2)에 체결된 후크(1)의 최외곽면까지의 거리를 나타낸다.(S140)

상기 검출된 제1거리(A) 및 제2거리(B)의 편차값(X)과 상기 핀(2)의 길이값(Y)을 비교하고, 그 결과 상기 편차값(X)이 상기 길이값(Y)보다 크거나 같으면(S408) 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 부적합으로 판단하여 레이저 검사 부적합이라는 문자와 함께 음성을 발생하고 크레인운전자는 후크와 핀과의 체결을 재조정한 후 체결검사를 다시 시작하게 된다.(S150 - S170)

한편, 연산결과 상기 편차값(X)이 상기 길이값(Y)보다 작다고 확인되면 상기 후크(1)의 핀(2) 체결 적합으로 제1차 판단하게 된다.(S180)

상기와 같이 후크(1)의 핀(2) 체결 적합으로 판단되면, 화상검출부(20)의 촬영기가 작동되어 상기 후크 및 핀의 체결 상태를 촬영하여 그 영상을 획득하게 된다.(S190)

그리고 상기 획득된 영상으로부터 후크 및 핀의 체결 상태의 외곽선을 검출하고, 나머지 부분은 제거함으로써 상기 후크 및 핀에 대한 실제 이미지 패턴을 추출한다. (S200 - S210)

이때, 상기 이미지 패턴의 추출은 상기 획득된 후크 및 핀의 체결 상태의 영상 데이터 중에서 설정된 임계치보다 큰 영상 데이터를 갖는 후크 및 핀의 외곽선 이미지는 일례로 검정색으로 구분하고 상기 설정된 임계치보다 작은 영상 데이터를 갖는 그외 다른 부분의 이미지는 일례로 하얀색을 구분함으로써 상기 후크 및 핀의 체결상태의 이미지 패턴을 추출하는 것이다.

이어, 상기 추출된 후크 및 핀의 실제 이미지 패턴과 미리 설정되어 있는 기준 이미지 패턴의 유사정도가 설정된 유사범위 내에 있는지를 비교하게 된다.(S220)

여기서, 상기 유사정도는 상기 추출된 후크 및 핀의 이미지 패턴에 따른 화소별 영상 데이터와 상기 기준 이미지 패턴의 화소별 영상 데이터를 비교하여 어느정도 유사한지를 판단하는 것이다. 이때 상기 유사정도는 바람직하게는 백분율로 나타내며, 상기 유사하다고 판단할 수 있는 유사범위는 바람직하게는 70~100%로 한다.

상기 비교 결과 상기 유사정도가 상기 유사범위내에 있지 않으면 상기 제2판단부(60)는 최종 체결 부적합으로 판단하여 화면상 부적합이라는 문자와 함께 음성을 발생하며 크레인운전자는 후크와 핀과의 체결을 재조정한 후 체결검사를 다시 시작하게 된다.(S230)

반대로, 상기 비교 결과 상기 유사정도가 상기 유사범위내에 있으면 제2판단부는 최종 체결 적합으로 판단한다. 즉, 일례로서 상기 유사정도가 70% 이상이면 체결이 정상적으로 수행되었다고 판단하여 상기 제2판단부(60)에서는 최종적으로 체결 적합으로 판단하는 것이다.(S240)

체결 적합이 판단되면 체결검사가 종료되고 크레인을 작동하여 래들을 들어올리게 되며, 크레인이 감지위치를 벗어나게 되면 모니터를 포함한 본 장치의 각 구동부가 오프된다.(S250 - S270)

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 거리검출부(10)에서 핀(2)과 후크(1)의 거리정보를 이용하여 후크의 핀 체결 적합여부를 1차적으로 판단하고, 상기 1차 판단에서 체결 적합이 된 이후에 상기 후크 및 핀의 체결 상태의 영상과 기준 영상을 이용하여 상기 후크의 핀 체결 적합여부를 2차적으로 판단하여 후크의 핀 체결을 감지하게 된다.

상기한 상세한 설명 및 도면의 내용은 본 발명의 일 실시예에 관한 것으로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 특히 상기한 본 발명은 핀이 부착된 이동대상물을 후크로 체결하는 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것이다. 나아가, 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 후크의 체결 불량 여부를 정확하게 감지할 수 있게되어 체결 불량에 따른 작업 피해를 방지할 수 있게 된다.

또한, 제철소 등과 같은 고온의 작업환경에서도 정확한 체결 상태를 감지할 수 있으며 이로써 생산효율 및 작업 능률이 향상된다.

또한, 본 발명에 따르면 거리검출부에서 검출된 거리정보를 이용하여 체결 적합여부를 1차로 판단하고 영상이미지를 이용하여 체결 적합여부를 2차로 판단함으로써 체결상태를 신뢰성있고 정확하게 감지할 수 있다.

그리고 체결검사된 결과를 무선으로 화면 및 음성을 운전자에게 제공하여 안전하게 작업할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 기준 위치에 대한 목적 대상물의 거리를 검출하기 위한 거리검출부와,

   상기 기준 위치에 대한 목적 대상물의 위치를 평면상에서 검출하기 위한 화상검출부,

   상기 각 검출부의 신호를 연산하여 기준 위치에 대한 목적 대상물의 위치 이상 여부를 판단하기 위한 연산부

   를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치.
2. 이동대상물에 설치된 핀에 크레인의 후크 체결시 핀의 길이방향에 대한 후크의 위치를 검출하기 위한 거리검출부와,

   상기 후크의 곡면부에 대한 핀의 위치를 검출하기 위한 화상검출부,

   상기 각 검출부의 신호를 연산하여 핀에 대한 후크의 체결 이상 여부를 판단하기 위한 연산부

   를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 거리검출부는 상기 핀의 길이방향을 따라 이동대상물의 외측에 설치되어 소정의 레이저빔을 물체에 발사하고 그 반사된 레이저빔을 측정 센서로 수신하는 레이저측정기를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 화상검출부는 핀에 후크가 체결된 상태를 촬영하기 위한 촬영기와, 상기 촬영기에 의해 얻어진 영상으로부터 후크와 핀만의 이미지 패턴을 추출하는 이미지필터링부을 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 촬영기는 CCD 카메라인 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연산부는 거리검출부로부터 인가된 각 거리 데이터를 비교하여 핀의 양단 사이에 후크가 위치하는 지를 연산하는 제1판단부와, 상기 이미지필터링부을 통해 인가된 실제 이미지 데이터와 미리 설정된 기준 이미지 패턴을 비교하여 두 패턴의 유사 정도를 연산하는 제2판단부를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 장치.
7. 이동대상물의 핀에 크레인의 후크게 체결되어 후크 체결 검사가 개시되면 핀의 길이방향에 대해 이동대상물에서 후크 외측 선단까지의 거리를 검출하는 단계와,

   상기 검출된 거리와 이동대상물에 설치된 핀의 길이를 비교하는 단계,

   상기 비교 결과에 따라 체결 불량 여부를 판단하는 제1판단단계,

   상기 제1판단단계에서 체결 적합으로 판단시 후크 체결 상태를 영상으로 촬영하는 단계,

   상기 촬영된 영상 신호로부터 후크와 핀만의 실제 이미지 패턴을 추출하는 단계,

   추출된 실제 이미지 패턴과 기준 이미지 패턴의 유사성을 비교하는 단계,

   상기 비교 결과에 따라 체결 불량 여부를 판단하는 제2판단단계

   를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 이미지 패턴을 추출하는 단계는 상기 획득된 영상으로부터 화소별 데이터를 이용하여 상기 후크 및 핀의 체결 상태의 영상의 외곽선 이미지를 검출하는 단계와, 상기 검출된 후크 및 핀의 외곽선 이미지를 제외한 나머지 이미지를 제거하여 상기 후크 및 핀의 외곽선 이미지만을 추출하는 단계를 포함하는 이미지 해석을 통한 실시간 3차원 형상 분석 방법.

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