KR20110123929A - 크레인 스프레더 자세 제어 방법 - Google Patents

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KR20110123929A
KR20110123929A KR1020100043420A KR20100043420A KR20110123929A KR 20110123929 A KR20110123929 A KR 20110123929A KR 1020100043420 A KR1020100043420 A KR 1020100043420A KR 20100043420 A KR20100043420 A KR 20100043420A KR 20110123929 A KR20110123929 A KR 20110123929A
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Abstract

트롤리 어셈블리에서 이동 가능한 호이스트에 의해 승강하는 스프레더에 마련되는 광원에서 광을 조사하는 단계와, 상기 트롤리 어셈블리에 마련되는 스마트 카메라에서 상기 스프레더 및 상기 광원에 대한 영상을 처리하여 상기 스프레더의 움직임을 측정하는 단계와, 측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 이동을 제어하는 단계를 포함하는 크레인 스프레더 자세 제어 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 크레인 스프레더의 움직임을 정확하게 측정하여 스프레더의 자세를 용이하게 제어하고 안정화할 수 있게 된다.

Description

크레인 스프레더 자세 제어 방법 {CONTROL METHOD FOR CRANE SPREADER POSITION}
본 발명은 컨테이너에 대한 하역을 수행하는 컨테이너 크레인에 제공되는 스프레더의 자세를 제어하는 방법에 관한 것이다.
원격지의 상품이동수단으로써 선박을 이용한 해상운송은, 타 운송수단에 비하여 에너지를 적게 사용하며 수송비용도 저렴하여 국제교역의 많은 부분을 차지하고 있다.
최근에는 컨테이너선과 같은 해상운송에 있어서, 운송의 효율을 향상시키기 위하여 대형화된 선박을 이용하게 되는데, 이는 선박의 수송량을 증가시켜 운송의 경제성을 확보하기 위한 것이다. 이에 따라 대형 선박을 접안 시킬 수 있는 계류시설 및 하역시설을 구비한 항만이 점점 더 많이 요구되고 있다.
하지만, 대형 컨테이너선을 접안 시킬 수 있는 항구는 국내외에 한정되어 있으며, 이러한 항구의 건설에는 필요한 항만수심을 유지하기 위한 준설 등으로 인하여 많은 경비가 소요될 뿐만 아니라 넓은 장소가 요구된다. 또한, 대형 항구의 건설로 인하여 주변 교통 체증의 유발이나 해안환경의 파괴 등 주위의 환경에도 많은 영향을 끼치는 바, 대형 항구의 건설에는 많은 제약이 따르고 있다.
이에, 대형 선박을 항구 내의 안벽에 접안 시키지 않고, 육지로부터 떨어진 해상에 정박시킨 채로 화물을 선적 및 하역할 수 있는 이동항구(모바일 하버, Mobile Harbor)에 대한 연구가 진행되고 있다. 도 1은 이동항구의 역할을 수행하는 선박(50)에 설치된 크레인(1)이 컨테이너선(S)에 대하여 컨테이너(C) 하역 작업을 수행하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서 선박(50)의 길이방향이자 붐(10)의 너비방향을 종방향(X방향), 선박(50)의 너비방향이자 붐(10)의 길이방향을 횡방향(Y방향) 이라고 정의한다.
일반적으로 컨테이너 크레인(1)은, 컨테이너(C)를 파지하며 수직방향으로 이동하는 스프레더(30)와, 스프레더(30)가 지지되어 종방향으로 이동하는 트롤리(20)와, 트롤리(20)가 이동하도록 안내하는 붐(10)을 가지고 있다. 스프레더(30)는 호이스트 와이어 시스템을 사용하여 수직방향으로 이동한다.
한편 해상에서는 바람, 파랑, 또는 조류 등의 영향으로 선박(50)과 스프레더(30)의 요동 또는 움직임(흔들림 또는 뒤틀림)이 불가결하다. 움직임에는 대표적으로 스웨이(sway)와 서지(surge)와 스큐(skew)가 있을 수 있다. 그런데 종래의 크레인(1)에 의할 경우 크레인 붐(10)에서 이동하는 트롤리(20)와 그에 장착된 스프레더(30)는 종방향으로만 이동할 수 있다.
그러므로 요동으로 인하여 스프레더(30)와 하역 대상인 컨테이너 간의 상대 위치가 유지되지 못할 때에는, 이들의 체결 또는 분리에 곤란함을 겪게 된다. 이러한 스프레더(30)의 흔들림 또는 움직임이 있는 경우 이를 측정하기도 어려우며, 또한 이를 보정하기 위하여 크레인(1) 자체 또는 선박(50) 자체를 이동시켜야 하므로 그 제어가 용이하지 않을뿐더러 많은 동력을 소모하는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 고려하여 본 발명은, 크레인 스프레더의 움직임을 정확하게 측정하여 스프레더의 자세를 용이하게 제어하고 안정화할 수 있는 크레인 스프레더 자세 제어 방법 및 이를 이용한 컨테이너 하역 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 트롤리 어셈블리에서 이동 가능한 호이스트에 의해 승강하는 스프레더에 마련되는 광원에서 광을 조사하는 단계와, 상기 트롤리 어셈블리에 마련되는 스마트 카메라에서 상기 스프레더 및 상기 광원에 대한 영상을 처리하여 상기 스프레더의 움직임을 측정하는 단계와, 측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 이동을 제어하는 단계를 포함하는 크레인 스프레더 자세 제어 방법을 제공한다.
상기 움직임을 측정하는 단계는, 상기 스프레더 및 상기 광원에 대한 영상을 촬영하는 영상획득 단계와, 촬영된 영상 정보를 바탕으로 상기 광원에 의한 발광영역을 검출하는 영상처리 단계와, 검출된 발광영역 정보를 바탕으로 상기 스프레더의 움직임을 계산하는 영상해석 단계를 포함할 수 있다.
상기 영상획득 단계는, 상기 광원이 조사하는 특정대역의 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 필터 렌즈를 이용하여 영상을 촬영하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 영상처리 단계는, 촬영된 영상 정보에 대하여 문턱 값을 기준으로 이진화 처리하는 단계와, 이진화 처리된 영상의 각 덩어리에 레이블 값을 부여하는 레이블링 처리하는 단계와, 레이블링 처리된 각 덩어리의 픽셀 크기를 바탕으로 노이즈를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 영상해석 단계는, 검출된 발광영역 정보로부터 기준위치에 대한 상기 스프레더의 현재위치를 계산하여 상기 스프레더의 스웨이 값과 서지 값과 스큐 값을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 움직임을 측정하는 단계는 상기 스프레더의 2축 이상의 움직임을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 이동을 제어하는 단계는 측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 2축 이상의 이동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 광을 조사하는 단계에서는 서로 대칭으로 2개가 마련되는 광원에서 광을 조사하는 단계를 포함하고, 상기 움직임을 측정하는 단계에서는 상기 2개의 광원의 중점 및 회전각을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 이동을 제어하는 단계에서는 측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 횡방향 이동과 종방향 이동과 회전 이동을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 상기 크레인 스프레더 자세 제어 방법과, 컨테이너 크레인의 주 붐을 따라 트롤리 어셈블리가 이동하는 단계와, 상기 스프레더가 컨테이너를 파지하고 승강하는 단계를 포함하는 스프레더 제어가 수반되는 컨테이너 하역 방법을 제공한다.
상기 컨테이너 크레인은 이동항구에 제공되어 컨테이너선에 선적되는 컨테이너에 대한 하역 작업을 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면 크레인 스프레더의 움직임을 정확하게 측정하여 스프레더의 자세를 용이하게 제어하고 안정화할 수 있게 된다.
구체적으로는 특정대역의 파장을 가지는 광, 즉 적외선을 조사하고 통과시키는 광원과 렌즈를 사용하여 일반적인 비전에 의한 측정에서와 달리 날씨나 밝기 등 환경 변수 그리고 측정대상 지표의 훼손이나 오염에 의한 영향을 최소화함으로써, 스프레더의 움직임을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다. 또한 다단 트롤리 구조에 의하여 스프레더가 종방향과 횡방향과 회전 이동 등 다축 이동할 수 있도록 하고 이를 통합하여 실시간으로 제어할 수 있게 되므로 스프레더의 위치 제어가 용이하게 된다.
나아가 자체적으로 정보처리가 가능한 스마트 카메라를 사용함으로써 별도의 연산처리 장치와 대용량의 데이터 전송 과정을 생략하여 신속하게 영상처리를 수행할 수 있고 측정 관련 장치를 간단하게 구현할 수 있다. 또한 2개의 광원을 이용하여 2축 이상의 움직임을 간단하고 효율적으로 계산하는 알고리즘을 사용하여 정확한 위치 제어가 가능해진다.
본 발명에 따른 컨테이너 크레인이 설치된 부유체 또는 이동항구는 깊은 수심이 필요한 초대형 선박의 화물 운송을 효율적이고 안정적으로 처리할 수 있어 앞으로의 항만 시스템 경쟁력 강화에 기여할 것이다.
도 1은 선박에 설치된 크레인이 컨테이너선에 대하여 화물 하역 작업을 수행하는 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 크레인에 사용되는 트롤리 어셈블리의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 스프레더에 장착되는 광원의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 트롤리 어셈블리에 장착되는 스마트 카메라의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 스프레더 자세 제어 방법의 흐름을 보여주는 순서도이다.
도 6은 스마트 카메라에서 영상처리가 수행되는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 스마트 카메라에서 영상해석이 수행되는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 크레인이 장착된 이동항구가 컨테이너의 하역 작업을 수행하는 모습을 도시하는 도면이다.
여기서 선박의 길이방향이자 붐의 너비방향을 종방향(X방향), 선박의 너비방향이자 붐의 길이방향을 횡방향(Y방향) 이라고 정의한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 크레인 스프레더의 움직임을 정확하게 측정하여 스프레더의 자세를 용이하게 제어하고 안정화할 수 있는 컨테이너 크레인용 트롤리 어셈블리를 제공할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 트릴리 어셈블리의 구조와 기능을 살펴본다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 크레인에 사용되는 트롤리 어셈블리의 구조를 개략적으로 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트롤리 어셈블리(200)는, 주 트롤리(210)와, 제2 트롤리(220)와, 제3 트롤리(230)와, 회전체(240)와, 호이스트(250)와, 스프레더(260)와, 광원(270)과, 스마트 카메라(280)와, 위치제어 유닛(290)을 포함할 수 있다.
주 트롤리(210)는 컨테이너 크레인의 주 붐을 따라 횡방향으로 이동할 수 있다. 주 트롤리(210)는 주로 컨테이너를 이송할 때 사용되어 이동한다.
제2 트롤리(220)는 주 트롤리(210) 상에서 종방향으로 이동할 수 있다. 제3 트롤리(230)는 제2 트롤리(220) 상에서 횡방향으로 이동할 수 있다. 여기서 위치를 바꾸어 제3 트롤리(230)가 주 트롤리(210) 상에서 이동하고 제2 트롤리(220)가 제3 트롤리(230) 상에서 이동하도록 구성할 수도 있다.
회전체(240)는 주 트롤리(210) 상에서 회전 가능하게 연결된다. 본 실시예에서 회전체(240)는 제3 트롤리(230)에 마련된다.
호이스트(250)는 주 트롤리(210) 상에서 2축 이상 이동 가능하다. 본 실시예에서는 호이스트(250)는 회전체(240)에 마련된다. 호이스트(250)는 제2 트롤리(220)의 종방향 이동과 제3 트롤리(230)의 횡방향 이동과 회전체(240)의 회전 이동에 따라 3축 이동이 가능해진다. 호이스트(250)는 와이어(w)를 감거나 풀 수 있다.
스프레더(260)는 호이스트(250)와 와이어(w)를 통하여 연결되어 승강할 수 있다. 스프레더(260)는 컨테이너를 파지하여 컨테이너를 이송하고 하역하는데 사용된다.
도 3은 스프레더에 장착되는 광원의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
광원(270)은 스프레더(260)에 마련된다. 광원(270)은 특정대역의 파장을 가지는 광을 조사할 수 있다. 본 실시예에서 광원(270)은 적외선 파장의 광을 조사하며, 예를 들어 850 nm 대역의 광을 조사할 수 있다. 광원(270)은 2개 이상 마련될 수 있다. 본 실시예에서 광원(270)은 서로 대칭이 되는 위치에 2개가 마련된다.
광원(270)은 광을 조사하는 발광체(272)를 포함한다. 발광체(272)는 적외선을 조사하는 LED일 수 있다.
광원(270)은 발광체를 보호하는 하우징(274) 및 덮개(276)을 포함할 수 있다. 하우징(274)은 발광체(272)를 둘러쌈으로써 외부로부터 가해자는 충격을 완화시키고 외부의 오염물질로부터 발광체(272)를 보호한다. 덮개(276)는 하우징(274)의 상부에 형성되어 발광체가 선택적으로 외부에 노출될 수 있도록 한다. 본 실시예에서 덮개(276)는 여닫을 수 있는 구조로 형성되어, 스프레더(260)의 자세 제어가 필요할 때는 발광체(272)를 노출시키고 평상 시에는 발광체(2727)를 덮어 외부로부터 보호하게 된다.
도 4는 트롤리 어셈블리에 장착되는 스마트 카메라의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
스마트 카메라(280)는 스프레더(260) 및 광원(270)에 대한 영상을 처리하여 스프레더(260)의 움직임을 측정한다. 스마트 카메라(280)는 회전체(240)에 마련될 수 있으나 그 위치는 한정되지 않는다.
스마트 카메라(280)는 광원(270)이 조사하는 특정대역의 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 필터 렌즈(282)를 구비할 수 있다. 본 실시예에서 필터 렌즈(282)는 적외선 대역의 광, 예를 들어 840 ~ 860 nm 파장의 광만을 통과시킬 수 있다.
스마트 카메라(280)는 자체적으로 영상을 처리할 수 있도록 연산 모듈(284), 예를 들어 CPU를 가진다. 연산 모듈(284)에 의해 대용량의 영상 정보를 처리하여 소용량의 움직임 정보를 계산한 후 위치제어 유닛(290)으로 전송할 수 있다.
연산 모듈(284)은 기준위치에 대한 스프레더(260)의 현재위치를 측정할 수 있다. 연산 모듈(284)은 2개 이상의 광원(270)에 대한 영상을 처리하여 스프레더(260)의 스웨이 값과 서지 값과 스큐 값을 측정할 수 있다. 연산 모듈(284)은, 스프레더(260) 및 광원(270)에 대한 영상을 획득하는 영상획득부(284a)와, 획득된 영상 정보를 바탕으로 광원(270)에 의한 발광영역을 검출하는 영상처리부(284b)와, 검출된 발광영역 정보를 바탕으로 스프레더(260)의 움직임을 계산하는 영상해석부(284c)를 포함할 수 있다.
위치제어 유닛(290)은 광원(270)을 사용하여 측정된 스프레더(260)의 움직임(흔들림 또는 뒤틀림) 정보를 바탕으로 호이스트(250)의 이동을 제어한다. 구체적으로 위치제어 유닛(290)은 스웨이(sway) 값과 서지(surge) 값과 스큐(skew) 값에 각각 기초하여 호이스트(250)의 횡방향 이동과 종방향 이동과 회전 이동을 제어할 수 있다. 위치제어 유닛(290)은 제2 트롤리(220)와 제3 트롤리(230)와 회전체(240)를 이동시킴으로써 호이스트(250)의 위치 나아가 스프레더(260)의 위치와 자세를 제어하게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면 특정대역의 파장을 가지는 광, 즉 적외선을 조사하고 통과시키는 광원(270)과 필터 렌즈(282)를 사용하여 일반적인 비전에 의한 측정에서와 달리 날씨나 밝기 등 환경 변수 그리고 측정대상 지표의 훼손이나 오염에 의한 영향을 최소화함으로써, 스프레더(260)의 움직임을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다. 또한 다단 트롤리 구조에 의하여 스프레더가 종방향과 횡방향과 회전 이동 등 다축 이동할 수 있도록 하고, 위치제어 유닛(290)은 이를 통합하여 실시간으로 제어할 수 있게 되므로 스프레더의 위치와 자세 제어가 용이하게 된다.
본 발명은 위 트롤리 어셈블리(200)를 사용하여 크레인 스프레더(260)의 움직임을 정확하게 측정하여 스프레더의 자세를 용이하게 제어하고 안정화할 수 있는 크레인 스프레더 자세 제어 방법 및 이를 이용한 컨테이너 하역 방법을 제공할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 크레인 스프레더 자세 제어 방법을 살펴본다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 스프레더의 자세 제어 방법의 흐름을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 크레인 스프레더 자세 제어 방법은, 트롤리 어셈블리에서 이동 가능한 호이스트(250)에 의해 승강하는 스프레더(260)에 마련되는 광원(270)에서 광을 조사하는 단계(S310)와, 트롤리 어셈블리에 마련되는 스마트 카메라(280)에서 스프레더(260) 및 광원(270)에 대한 영상을 처리하여 스프레더(260)의 움직임을 측정하는 단계(S320)와, 측정된 스프레더(260)의 움직임 정보를 바탕으로 호이스트(250)의 이동을 제어하는 단계(S330)를 포함할 수 있다.
광을 조사하는 단계(S310)에서는, 2개 이상 마련되는 광원(270)에서 광을 조사할 수 있다. 본 실시예에서 2개는 서로 대칭으로 마련된다. 광원(270)에서는 특정대역의 파장을 가지는 광을 조사할 수 있다. 본 실시예에서 특정대역의 파장은 적외선 파장이다.
움직임을 측정하는 단계(S320)는, 스프레더(260) 및 광원(270)에 대한 영상을 촬영하는 영상획득 단계(S322)와, 촬영된 영상 정보를 바탕으로 광원(270)에 의한 발광영역을 검출하는 영상처리 단계(S324)와, 검출된 발광영역 정보를 바탕으로 스프레더(260)의 움직임을 계산하는 영상해석 단계(S326)를 포함할 수 있다. 움직임을 측정하는 단계(S320)는, 스마트 카메라의 연산 모듈(284)에 의해 수행될 수 있다.
영상획득 단계(S322)에서는, 광원(270)이 조사하는 특정대역의 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 필터 렌즈(282)를 이용하여 영상을 촬영할 수 있다. 본 실시예에서 필터 렌즈(282)는 적외선 대역의 광만을 통과시킬 수 있다.
영상처리 단계(S324)에서는, 촬영된 영상 정보에 대하여 문턱 값을 기준으로 이진화 처리하고, 이진화 처리된 영상의 각 덩어리에 레이블 값을 부여하는 레이블링 처리하고, 레이블링 처리된 각 덩어리의 픽셀 크기를 바탕으로 노이즈를 제거할 수 있다.
영상해석 단계(S326)에서는, 스프레더(260)의 2축 이상의 움직임을 측정할 수 있다. 2개 이상의 광원(270)에 의한 발광영역의 중점 및 회전각을 계산하여 스프레더의 움직임을 계산할 수 있다. 검출된 발광영역 정보로부터 기준위치에 대한 스프레더의 현재위치를 계산하여 스프레더의 스웨이 값과 서지 값과 스큐 값을 계산할 수 있다.
이동을 제어하는 단계(S330)는, 위치제어 유닛(290)에 의해 수행될 수 있다. 측정된 스프레더(260)의 움직임 정보를 바탕으로 호이스트(250)의 2축 이상의 이동을 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 스웨이 값과 서지 값과 스큐 값을 사용하여 호이스트의 횡방향 이동과 종방향 이동과 회전 이동의 3축을 제어할 수 있다. 제2 트롤리(220)와 제3 트롤리(230)와 회전체(240)를 이동시킴으로써 호이스트의 위치 나아가 스프레더(260)의 위치와 자세를 제어하게 된다.
도 6을 참조하여 움직임 측정 단계 중 영상처리 단계(S324)를 좀 더 자세히 살펴본다. 도 6은 스마트 카메라에서 영상처리가 수행되는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6a는 스마트 카메라에서 바라보는 실제 스프레더의 모습을 나타낸 것이다. 적외선 필터 렌즈를 이용하여 촬영된 영상에는 2개의 광원과 노이즈(잡음) 성분이 담기게 된다.
도 6b는 발광영역이 문턱 값(threshold)를 기준으로 이진화 처리된 영상을 도시한다. 적외선 광원과 노이즈 성분의 픽셀 값은 0, 그 밖의 영역에 대한 픽셀 값은 255로 처리할 수 있다.
도 6c는 광원과 노이즈의 각 덩어리들에 대하여 같은 레이블 값이 지정되어 레이블링(labeling) 처리된 상태를 도시한다. 영상의 모든 영역에 대하여 순차적으로 픽셀 값을 조사하여 덩어리들을 검사할 수 있다. 각 덩어리에 대하여는 (1) 내지 (n)의 레이블 값이 지정된다. 본 실시예에서는 (1) 내지 (7)의 레이블 값이 지정된 모습이 도시되어 있다.
도 6d는 노이즈가 제거되어 2개의 광원에 의한 발광영역이 검출된 모습을 도시한다. 각 레이블에 대하여 픽셀 크기를 조사하고 소정의 기준 크기를 만족하지 못하는 크기를 가지는 레이블은 노이즈로 판단되어 제거될 수 있다. 이때 기준 크기는 광원(또는 스프레더)와 렌즈(또는 카메라) 사이의 거리를 참고하여 정해질 수 있다. 본 실시예에서는 광원에 의한 레이블 (4) 및 (5)를 제외한 나머지는 모두 제거된 모습이 도시되어 있다.
도 7을 참조하여 움직임 측정 단계 중 영상해석 단계(S326)를 좀 더 자세히 살펴본다. 도 6은 스마트 카메라에서 영상해석이 수행되는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 7a에서 (A)는 스프레더의 움직임이 없는 경우의 광원과 스프레더의 위치를 나타내며, 이 때의 위치는 스프레더 기준위치가 된다. (B)는 스웨이가 발생한 경우, (C)는 서지가 발생한 경우, (D)는 스큐가 발생한 경우에, (E)는 이들이 모두 발생한 경우에, 각각 스프레더의 현재위치를 나타낸다. 영상처리된 2개의 광원의 현재위치를 기준위치와 비교하여 스프레더의 움직임을 측정할 수 있다.
도 7b에서 (A)는 스프레더의 움직임이 없는 경우에 스마트 카메라에 의해 영상처리된 모습을 도시한다. (B)는 스웨이가 발생한 경우, (C)는 서지가 발생한 경우, (D)는 스큐가 발생한 경우에, (E)는 이들이 모두 발생한 경우에, 각각 영상처리된 상태를 나타낸다. (A) 내지 (E) 위치에서 2개의 광원의 각각의 중심을 구하여 2개의 광원 사이의 중점을 계산할 수 있고, 또한 2개의 광원을 잇는 선분의 회전각을 계산할 수 있다.
현재위치, 예를 들어 (E) 위치에서 계산된 중점 및 회전각을 기준위치, 즉 (A) 위치에서의 중점 및 회전각과 비교하여 스웨이 값과 서지 값과 스큐 값을 계산할 수 있다. 이 때 광원(또는 스프레더)와 렌즈(또는 카메라)의 거리를 참고하여 스웨이 값과 서지 값을 구할 수 있다.
본 실시예에서는 자체적으로 정보처리가 가능한 스마트 카메라(280)를 사용함으로써 별도의 연산처리 장치와 대용량의 데이터 전송 과정을 생략하여 신속하게 영상처리를 수행할 수 있고 측정 관련 장치를 간단하게 구현할 수 있다. 또한 2개의 광원(270)을 이용하여 2축 이상의 움직임을 간단하고 효율적으로 계산하는 알고리즘을 사용하여 정확한 위치 제어가 가능해진다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너 크레인이 장착된 이동항구가 컨테이너의 하역 작업을 수행하는 모습을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트롤리 어셈블리(200)는 컨테이너 크레인(100)에 제공될 수 있다. 트롤리 어셈블리(200)는 컨테이너 크레인의 주 붐(110)을 따라 횡방향으로 이동할 수 있다. 스프레더(260)는 컨테이너(C)를 파지하고 승강할 수 있다. 컨테이너 크레인(100)은 컨테이너에 대한 하역 작업을 수행하도록 해상에 부유하는 부유체(150) 또는 이동항구에 설치될 수 있다.
부유체(150)는 자체 동력을 가지고 이동할 수 있는 선박일 수 있고, 해상에 계류되는 부유 구조물일 수도 있다. 부유체는 해상에 부유하면서 육상의 항만 대신에 또는 육상의 항만과 더불어 컨테이너선(S)과의 사이에서 컨테이너(C)를 전달하고 컨테이너를 임시적으로 적재하는 이동항구의 기능을 수행할 수 있다.
이동항구인 부유체(150)는, 컨테이너가 적재되는 공간을 구비하는 플랫폼과, 플랫폼의 위치에 관한 정보를 획득하기 위한 위치결정 장치와, 컨테이너를 하역하는 동안 컨테이너선과 충돌하지 않고 접속한 상태를 유지하도록 하는 완충접속 장치와, 컨테이너의 하역작업에 따른 중량변동에 대응하여 상기 플랫폼이 수직방향 위치를 유지하도록 조절하는 평형유지 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 컨테이너에 대한 하역 작업 시에 크레인 스프레더의 움직임을 정확하게 측정하여 스프레더의 자세를 용이하게 제어하고 안정화함으로써, 이동항구와 스프레더의 요동 또는 흔들림에도 불구하고 컨테이너에 대한 하역 작업을 원활하게 수행할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 컨테이너 크레인이 설치된 부유체 또는 이동항구는 깊은 수심이 필요한 초대형 선박의 화물 운송을 효율적이고 안정적으로 처리할 수 있어 앞으로의 항만 시스템 경쟁력 강화에 기여할 것이다.
이상 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합 또는 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것은 명백하다.
100: 컨테이너 크레인 110: 주 붐
150: 부유체 200: 트롤리 어셈블리
210: 주 트롤리 220: 제2 트롤리
230: 제3 트롤리 240: 회전체
250: 호이스트 260: 스프레더
270: 광원 280: 스마트 카메라
282: 필터 렌즈 284: 연산 모듈
290: 위치제어 유닛 w: 와이어
C: 컨테이너 S: 컨테이너선

Claims (9)

  1. 트롤리 어셈블리에서 이동 가능한 호이스트에 의해 승강하는 스프레더에 마련되는 광원에서 광을 조사하는 단계와,
    상기 트롤리 어셈블리에 마련되는 스마트 카메라에서 상기 스프레더 및 상기 광원에 대한 영상을 처리하여 상기 스프레더의 움직임을 측정하는 단계와,
    측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 이동을 제어하는 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 움직임을 측정하는 단계는,
    상기 스프레더 및 상기 광원에 대한 영상을 촬영하는 영상획득 단계와,
    촬영된 영상 정보를 바탕으로 상기 광원에 의한 발광영역을 검출하는 영상처리 단계와,
    검출된 발광영역 정보를 바탕으로 상기 스프레더의 움직임을 계산하는 영상해석 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 영상획득 단계는,
    상기 광원이 조사하는 특정대역의 파장의 광을 선택적으로 통과시키는 필터 렌즈를 이용하여 영상을 촬영하는 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 영상처리 단계는,
    촬영된 영상 정보에 대하여 문턱 값을 기준으로 이진화 처리하는 단계와,
    이진화 처리된 영상의 각 덩어리에 레이블 값을 부여하는 레이블링 처리하는 단계와,
    레이블링 처리된 각 덩어리의 픽셀 크기를 바탕으로 노이즈를 제거하는 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 영상해석 단계는,
    검출된 발광영역 정보로부터 기준위치에 대한 상기 스프레더의 현재위치를 계산하여 상기 스프레더의 스웨이 값과 서지 값과 스큐 값을 계산하는 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 움직임을 측정하는 단계는 상기 스프레더의 2축 이상의 움직임을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 이동을 제어하는 단계는 측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 2축 이상의 이동을 제어하는 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광을 조사하는 단계에서는 서로 대칭으로 2개가 마련되는 광원에서 광을 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 움직임을 측정하는 단계에서는 상기 2개의 광원의 중점 및 회전각을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 이동을 제어하는 단계에서는 측정된 스프레더의 움직임 정보를 바탕으로 상기 호이스트의 횡방향 이동과 종방향 이동과 회전 이동을 제어하는 단계를 포함하는
    크레인 스프레더 자세 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 크레인 스프레더 자세 제어 방법과,
    컨테이너 크레인의 주 붐을 따라 트롤리 어셈블리가 이동하는 단계와,
    상기 스프레더가 컨테이너를 파지하고 승강하는 단계를 포함하는
    스프레더 제어가 수반되는 컨테이너 하역 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨테이너 크레인은 이동항구에 제공되어 컨테이너선에 선적되는 컨테이너에 대한 하역 작업을 수행하는
    스프레더 제어가 수반되는 컨테이너 하역 방법.
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