KR20140086976A

KR20140086976A - 설비 내 객체의 픽업 지점의 위치 확인 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140086976A
Application number: KR1020147010494A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 브레트; 에릭 뷔르클레
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-07-08
Also published as: PL2584418T3; WO2013056892A1; EP2584418A1; ES2486305T3; CN103874963A; MX2014004762A; US9339931B2; BR112014009354A2; EP2584418B1; RU2014120472A; US20140336813A1; RU2579956C2

Abstract

본 발명은, 설비(2) 내에 정지해 있으며 운반 수단(8)에 의해 픽업될 객체(4a-c)의 픽업 지점(6)의, 목표 위치(

)에서 이탈한 공차 위치(

)를 검출하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서는, 객체(4a-c)에 픽업 지점(6)에 대한 기지의 상대 위치(

)에 식별 마크(14a-c)가 부착되고, 계산 장치(18)가 설비(2) 내에 배치된 위치 확인 장치(16)에 근거하여 설비(2) 내 식별 마크(14a-c)의 물리적 위치(

)를 검출하며, 계산 장치(18)는 물리적 위치(La-c)와 상대 위치(R)에 근거하여 공차 위치(

)를 검출한다. 상응하는 장치는 상응하는 식별 마크(14a-c)와 상응하는 계산 장치(18)를 포함한다.

Description

설비 내 객체의 픽업 지점의 위치 확인 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOCATING A PICKUP POINT FOR AN OBJECT IN AN INSTALLATION}

기술 설비들의 경우, 설비 내에 정지해 있는 객체를 운반 수단에 의해 픽업하는 작업이 종종 이루어진다. 이를 위해, 운반 수단이 객체를 픽업할 수 있는 하나의 픽업 지점, 또는 통상 복수의 픽업 지점이 객체에 제공될 수 있다. 특히 이런 픽업이 자동으로 이루어져야 하는 경우, 픽업 지점의 정확한 물리적 위치가 검출되어야 한다.

하기에서, 설비에 대한 예로서 EAF(Electric Arc Furnace) 설비가 언급된다. 그런 경우에, 객체는 용융될 스크랩 강으로 채워질 수 있는 스크랩 바스켓이고, 이러한 스크랩 바스켓은 예컨대 스크랩 컨베이어, 예컨대 레일 차량 또는 다른 환승 지점 상에 정지해 있다. 운반 수단은 장입 크레인이다. 이 경우, 픽업 지점들은 스크랩 바스켓에 제공된 운반핀들이며, 이들 운반핀에는 스크랩 바스켓을 들어올려 운반하기 위한 픽업 수단으로서의, 장입 크레인의 대응 운반 후크가 결속된다.

스크랩 컨베이어 또는 다른 환승 지점에서 장입 크레인을 통해 스크랩 바스켓을 픽업하는 것은 장입 과정의 한 단계이다. 이 과정은 크레인 기사에 의해 수작업으로, 자동화 또는 측정 기술의 사용 없이 수행되는 것으로 알려져 있다. 이는 원격 제어에 의해, 즉 설비 바닥에서의 원격 조작에 의해, 또는 로 제어실의 데스크 조작에 의해, 또는 크레인 캐비넷에서 모바일 방식으로 이루어진다. 이러한 경우, 조작은 항상 시야 내에서 크레인 기사에 의해, 예컨대 육안에 의한 직접 제어를 통해 또는 카메라에 기반하여 실시간 영상을 보면서 이루어진다. 이런 경우 스크랩 바스켓 또는 픽업 지점의 위치 검출은 불필요하다.

이제는 전기로 내로의 스크랩 장입의 자동화가 요구될 수 있다. 이 경우, 특히 장입 크레인에 의한 스크랩 바스켓의 자동 픽업, 장입 크레인을 이용한 전기로로의 스크랩 바스켓의 자동 운반, 로 용기 내로의 자동 장입, 및 스크랩 켄베이어 또는 다른 환승 지점으로의 스크랩 바스켓의 자동 반송이 고려된다. 본 발명은 상기 분야의 일부 문제, 즉 스크랩 바스켓의 픽업 지점의 실제 물리적 위치를 검출하는 문제만을 다루고 있다. 이와 관련하여, 검출된 물리적 위치는 예컨대 장입 크레인의 제어에 제공될 수 있으며, 그러면 장입 크레인은 스크랩 바스켓을 정확하게 픽업하기 위해 대응하는 위치로 자동으로 이동할 수 있다.

상기 과제는 예컨대 3D 레이저 스캔을 통해 또는 설비의 실시간 카메라 모니터링을 통해 또는 상기 두 방법의 결합을 통해 해결될 수 있을 것이다. 이와 같은 시스템은, 예컨대 설비에 고정된 좌표계에서 픽업 지점의 실제 위치를 검출하기 위해, 설비 내에 설치되어야 한다. 이를 위해서는 고가의 하드웨어 및 측정 장비(3D 레이저 스캐너) 또는 고가의 특수 하드웨어에 의한 복잡한 영상 분석(카메라 영상 분석)이 필요하다. 그러므로 이와 같은 해법은 복잡하고 고비용이 든다.

EP 1519372 A2호에는 로봇을 포지셔닝하기 위한 시스템 및 방법이 개시되어 있다.

DE 212009000055 U1호에는 다축 산업 로봇과 같은 핸들링 장치를 개선하기 위한 장치가 기술되어 있다.

DE 3302177 A1호에는 객체들을 자동으로 핸들링하거나, 가공하거나, 자동으로 조립하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다.

본 발명은 다음과 같은 전제들에서 출발한다: 운반 수단을 통해 객체를 픽업하는 시점에 또는 적어도 그 직전에 객체가 설비 내에 정지해 있다. 설비 내에서 객체에 대해 목표 위치가 사전 설정된다. 예컨대, 스크랩 바스켓을 나르는, 레일 안내식 켄베이어가 레일 시스템의, 기지의 위치에 고정 설치된 버퍼 스톱에 접안된다. 컨베이어와 스크랩 바스켓의 기하구조 및 그에 따른 픽업 지점들의 위치는 기지 사항이다. 객체가 정확하게 목표 위치에 위치한다면, 설비 내 픽업 지점들의 물리적 위치도 바로 알 수 있다. 그러나 다양한 상황들로 인해 객체는 사실상 목표 위치에 정확하게 정지해 있지 않고, 이로부터 소정의 한도 내에서 이탈한 공차 위치에 정지해 있다. 예컨대, 스크랩 바스켓은 그 아래에 있는 스크랩 때문에 수 센티미터 들려져 있고, 스크랩 컨베이어는 레일을 따라 수 센티미터만큼 옮겨져 있다. 이 경우, 상기 실 공차 위치가 가능한 한 정확하게 검출되어야 한다.

본 발명의 과제는, 객체의 픽업 지점의 공차 위치를 검출하기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

방법과 관련한 상기 과제는 제1항에 따른, 객체의 픽업 지점의 공차 위치를 검출하기 위한 방법을 통해 해결된다. 객체는 설비 내에 정지해 있으며, 픽업 지점에서 운반 수단에 의해 픽업될 수 있다. 공차 위치와 관련하여 기지의 목표 위치가 존재한다. 일반적으로 공차 위치는 목표 위치에서 이탈해 있다.

본 발명에 따라 객체에 식별 마크가 부착된다. 이때, 픽업 지점에 대한 - 그리고 일반적으로는 객체 자체에 대해서도 - 식별 마크의 상대 위치가 공지된다. 그 후, 계산 장치는 설비 내에 배치되어 있는 위치 확인 장치에 근거하여 설비 내, 즉 설비 안에 고정된 설비 좌표계 내 식별 마크의 물리적 위치를 검출한다. 그 후, 검출된 물리적 위치와 기지의 상대 위치로부터 계산 장치는 공차 위치, 즉 설비 내 또는 설비 좌표계 내 픽업 지점의 실 로컬 위치를 검출한다.

이어서 상기 픽업 지점의 실 공차 위치는 예컨대 역시 설비 좌표계에 정렬된 운반 수단의 자동 제어부로 전송될 수 있으며, 이로써 상기 자동 제어부는 적절하게 픽업 지점 쪽으로 이동하여 픽업 지점에서 자신의 픽업 수단을 사용하여 가능한 한 정확하게 객체를 픽업할 수 있다.

본 발명에 따르면 위치 확인 장치를 통해 픽업 지점 자체가 직접 확인되는 것이 아니라, 식별 마크의 위치가 확인된다. 상황에 따라 위치 검출이 어려운 픽업 지점과 달리, 식별 마크는 임의로 형성될 수 있다. 특히, 위치 확인 장치와 식별 마크는, 위치 확인이 정확하고 용이하게 구현될 수 있게 하기 위한 시스템으로서 매우 유리하게 형성될 수 있다. 예컨대, 픽업 지점으로서 스크랩 바스켓의 원통형이고, 금속성이며, 종종 매우 오염된 픽업 핀의 위치를 위치 확인 장치를 통해 확인하는 것은, 명확하게 정의되고, 청결하며, 상기 목적을 위해 특수하게 설계되고 위치 확인 장치에 매칭된 식별 마크를 이용하는 경우보다 더 어렵다. 본 발명은 추가 시설 또는 식별 마크에 의한 간접적인 위치 확인으로 인해 표면적으로는 더 복잡해보일 수 있다. 그러나 식별 마크의 위치 확인이 훨씬 더 간편하고 정확하기 때문에 전체적으로는 장점이 달성되며, 이는 특히 훨씬 더 단순하고 더 경제적인 위치 확인 장치가 사용될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면 위치 확인 장치는 자신과 식별 마크 간의 하나 이상의 일차원적 거리를 측정한다. 이때, 계산 장치가 상기 하나 이상의 일차원적 거리에 근거하여 식별 마크의 물리적 위치를 검출한다. 거리 측정은 예컨대 카메라 영상의 디지털 영상 처리에 비해 훨씬 더 간단하게 실현될 수 있다. 일반적으로 절편 정리(intercept theorem) 등에 따른 간단한 산술 연산들로 충분하다. 따라서 간단하고 비교적 출력이 약한 계산 장치만 있으면 된다.

위치 확인 장치는 거리 측정에 이용되며, 즉 거리 측정 외에 다른 측정은 실시되지 않는다. 이 경우, 오직 일차원적인 점대점 거리 측정이 실시된다. 즉, 이 경우 3D 거리 스캔은 실시되지 않는다.

순수한 점대점 거리 측정의 경우, 예컨대 상기 3D 스캐너에서처럼 거리 문제가 발생하지 않는다. 3D 스캐너는 스캔 콘의 개방각을 가지며, 협소한 거리 한계 내에서만 이용될 수 있다. 이 겨우, 제1 객체에 대해 두 배 거리에 있는 객체는 일반적으로 검출하기가 어려울 수 있다. 순수 거리 측정의 경우, 수 배의 거리의 측정은 어렵지 않게 일반적으로 간단하게 높은 정확도로 가능하다.

그 외에도, 특히 바람직하게는 객체가 설비 바닥에 정지해 있는 경우 거리 측정은 한 방향을 따라 설비 바닥에 평행하게, 즉 예컨대 통상 수평으로 수행될 수 있다. 따라서 예컨대 일반적으로 상부 쪽에서 작업하는, 운반 수단으로서의 크레인으로 인해 거리 측정이 방해를 받을 수 없다. 이 경우, 위치 확인 장치와 식별 마크를 바닥 근처에 설치함으로써 설비의 용이한 유지 관리도 가능하다.

상기 방법의 또 다른 한 바람직한 실시예에서는, 윤곽이 제공된 식별 마크가 이용된다. 즉, 식별 마크가 평평하지 않고 높이 프로파일을 갖는다. 식별 마크는, 위치 확인 장치에 의해 식별 마크의 다양한 지점들에서 각 공차 위치에서의 윤곽이 상이한 측정 거리들의 형태로 검출될 수 있도록, 객체에 부착된다. 즉, 특히 객체가 실제로 목표 위치에 정지해 있는 경우 상기 윤곽은 측정하려는 거리의 방향으로 정렬된다. 그러므로 식별 마크의 상이한 영역들이 위치 확인 장치에 대한 각자의 거리와 관련해 가능한 최대의 차이를 가질 수 있다. 위치 확인 장치와 상이한 식별 마크 지점들 간의 거리 측정들은 상이한 거리들 또는 이들 거리의 가능한 최대의 차를 야기한다. 그런 경우, 식별 마크의 상이한 위치들에 대한 거리를 연속적으로 측정하면 측정 결과로서 거리 프로파일 또는 높이 프로파일, 즉 계산 장치를 통해 분석될 수 있는, 시간 또는 장소별로 가변적인 거리 변동이 도출된다. 즉, 식별 마크의 물리적 위치는 위치 확인 장치 쪽으로 높이 구조화된 식별 마크에 의해 검출된다. 정지해 있는 객체의 목표 위치에서 대응하는 정렬이 있으면, 적어도 그와 같은 정렬이 공차 위치들에서도 존재하는데, 그 이유는 공차 위치들이 목표 위치로부터 통상 약간만 이탈해 있기 때문이다. 그러므로 식별 마크의 원칙적 정렬은 목표 위치에서의 정렬에 상응한다. 그러나 거리 측정들에 의해 검출될 수 있는 편차들에 근거하여 정확한 공차 위치가 검출될 수 있다.

상기 방법의 또 다른 한 바람직한 실시예에서, 위치 확인 장치는 실질적인 거리 측정에 이용되며 정지해 있는 객체와 관련하여 이동되는 검출 유닛을 포함한다. 그러므로 검출 유닛은 정지해 있는 식별 마크와 관련해서도 이동된다. 그러므로 위치 확인 장치는 식별 마크를 스캔할 때 시간 또는 위치의 함수인 거리 프로파일 또는 높이 프로파일을 검출한다. 이때 거리 측정은 항상 검출 유닛의 같은 상대 방향으로 이루어질 수 있다. 그런 경우, 식별 마크의 스캔은 검출 유닛의 운동에 근거해서만 이루어진다. 특히 상응하는 가동 거리 측정 장치가 위에서 언급한, 고정 지점에서 여러 방향으로 거리를 측정하는 3D 스캐너보다 더 저렴하다.

그런 경우, 위치 확인 장치는 검출 유닛 외에도 일반적으로 이를 나르는 기본 프레임을 포함하며, 이는 역시 설비 안에 고정 설치된다. 검출 유닛이 이동함에도 불구하고 위치 확인 장치는 설비 내 단일 지점에만 위치한다.

상기 실시예의 매우 바람직한 한 변형예에서 검출 유닛은 직선을 따라 이동한다. 그런 경우 거리 측정은 검출 유닛에 의해 항상 동일한 상대 방향으로, 예컨대 직선에 대해 수직 방향으로 이루어지면, 측정점 역시 특히 식별 마크에서 측정 방향들의 일 평면에 있는 라인을 스캔한다.

상기 실시예의 바람직한 한 변형예에서, 그리고 특히 객체가 설비 바닥에 정지해 있는 경우, 검출 유닛의 이동 직선이 바닥에 평행하게, 즉 일반적으로 수평으로 연장될 수 있다. 본원 방법의 매우 바람직한 한 실시예에서, 검출 유닛의 이동 직선에 대해 수직 방향으로 거리가 측정된다. 이 경우, 상기 방향 역시 수평이다. 이 경우에도 위에서 언급한 장점들이 적용된다.

본원 방법의 한 바람직한 실시예에서는, 식별 마크가 사용되며, 이 식별 마크는 - 일반적으로 평면으로부터 돌출하는 윤곽을 형성하는 구조 요소를 가지는 - 평평한 베이스 면을 갖는다. 그런 경우 이 식별 마크는, 객체가 목표 위치에 정지해 있는 경우 베이스 면이 검출 유닛의 이동 직선에 대해 평행하게 정렬되도록 객체에 부착된다. 검출 유닛이 직선을 따라 이동하고 거리 측정이 직선에 대해 수직 방향으로 이루어지면, 식별 마크의 베이스 면 위 측정 지점들에 대해 항상 일정한 거리값들이 얻어진다. 그런 경우 특히 베이스 면의 상이한 위치들에서 상이한 측정 거리들로부터, 목표 위치에서 이탈한 공차 위치, 예컨대 직선에 대해 식별 마크의 및 전체 객체의 회전이 이루어진다. 이는 특히 용이하게 검출될 수 있다.

상기 장치와 관련한 본 발명의 과제는 제7항에 따른 장치를 통해 해결된다. 이 장치는, 객체에 픽업 지점에 대한 기지의 상대 위치에 부착될 수 있는 식별 마크와, 설비 내에 배치된 위치 확인 장치에 의해 설비 내 식별 마크의 물리적 위치 를 검출하고 물리적 위치와 상대 위치로부터 공차 위치를 검출하는 계산 장치를 포함한다. 이 장치는 이의 장점들과 함께 위에서 언급한 방법과 관련하여 이미 설명하였다. 위치 확인 장치는 검출 유닛으로서 - 이 검출 유닛의 적어도 일부로서 - 거리 측정 장치를 포함하며, 이 거리 측정 장치는 자신과 식별 마크 간의 일차원적 거리를 검출한다. 이 거리 측정 장치는 특히 바람직하게는 일 실시예에서 레이저 거리 측정 장치이다. 특히, 거리 측정 장치는 위에서 언급한 검출 유닛의 일부를 나타낸다. 이것은 점대점 측정 장치로서 작동하며 선형 측정 방향을 따라 거리를 측정한다.

이 식별 마크는 위에서 언급한 윤곽을 가질 수 있으며, 이 윤곽은 거리 측정에 의해 검출될 수 있다.

상기 장치의 매우 바람직한 한 실시예에서, 식별 마크의 윤곽은 베이스 면과, 이 베이스 면에 대해 윤곽을 갖는 하나 이상의 구조 요소에 의해 형성된다. 구조 요소는 예컨대 베이스 면으로부터 돌출하는 사각형이며, 그런 경우 이것은 자신의 가장자리에서 에지들을 형성한다. 이들은 거리 측정 시에 거리 급변으로서 반영된다. 예컨대, 연속 거리 측정 시 스캔되는 웨브는 구조 요소로서 측정된 높이 프로파일에서 검출 가능한 2개의 에지를 거리 급변으로서 포함한다.

식별 마크의 베이스 면은 특히 위에서 설명한 것처럼 적어도, 모든 허용 공차 위치들에 대해 거리 측정들이 실시될 수 있거나 예측될 수 있는 식별 마크의 영역에서 평평하다.

상기 장치의 매우 바람직한 한 실시예에서 식별 마크의 적어도 일 영역이 윤곽을 가지며, 이 윤곽은 상이한 공차 위치들 및 측정하려는 거리들과 관련하여 일정하다. 다시 말하면, 식별 마크의 대응 영역은, 상이한 공차 위치들에 대해 각각 동일한 높이 또는 거리 프로파일이 측정되도록, 형성된다. 이와 같은 윤곽들은 예컨대 객체 유형의 식별에 이용되며, 객체 유형은 공차 위치와 무관하게 각각 동일하게 검출되어야 한다. 그러므로 예컨대 상이한 공차 위치들에서 검출된 높이 프로파일에서 대응 프로파일의 같거나 유사한 특성 곡선들이 도출된다. 다시 말하면, 구조 요소들은 객체 유형에 따라 선택된다. 이 경우, 그 차이는 위치 확인 장치를 통해 공차 위치들과 무관하게 검출될 수 있다. 예컨대, 다양한 객체 유형들이 구별될 수 있으며, 이들은 픽업 지점에 대해 식별 마크의 기지의 다른 상대 위치를 갖는다.

이와 같은 측정 프로파일은 각 측정에 대해 위치 확인 장치를 교정하기 위해 기준 프로파일로서 이용될 수 있다.

그 대안으로 또는 추가로, 식별 마크의 일 영역은 상이한 공차 위치들과 관련하여 상이한 윤곽을 갖는다. 식별 마크 자체 또는 이의 실제 높이 구조가 가변적으로 형성되는 것이 아니라 높이 구조는 다양한 높이 프로파일이 측정하려는 거리의 방향으로 생기도록 형성된다. 다시 말하면, 식별 마크는 공차 위치들이 다르면 변경된 높이 프로파일이 측정되도록 형성되어 있다. 즉, 측정된 높이 프로파일이 공차 위치들에 의존한다. 그러므로 거리 측정에 근거하여 공차 위치의 검출이 명확하게 구현될 수 있다. 예컨대 공차 위치들이 다르면 식별 마크들이 거리 측정 방향과 상이한 선형 곡선들에서 스캔된다. 이 경우, 윤곽 형태들은 선형 곡선의 영역에서 각각 상이하다.

본 발명의 매우 바람직한 한 실시예에서 계산 장치는 PLC((Programmable Logic Controller)이다. 특히 바람직하게는 상기 계산 장치가 기존 설비 제어의 일부이다. 위에서 언급한 거리 측정들은 카메라 영상의 영상 분석에 비해 수학적으로 간단한 연산이고, 이런 연산은 PLC를 통해 간단하게 실시될 수 있다. 그러므로 설비에서 추가의 고성능 하드웨어의 비용이 절약된다. 픽업 지점의 자동 위치 검출은 종전의 설비 제어를 통해 쉽고 저렴하게 수행될 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면 식별 마크가 위치 확인 장치와 함께 코딩 시스템으로서 공차 위치의 검출에 이용된다. 특히 이차원적 측정(상이한 위치들에서 점대점 측정)에 의해 그리고 가장 단순한 수학 연산에 의해 객체의 공간 좌표 및 임의의 회전 및 객체 유형의 검출이 가능하다. 위치 확인 장치는간단한 장치로서, 예컨대 선형 드라이브에 의해 구동되는 레이저 거리 측정 장치로서 실시될 수 있으며, 이것은 객체에서의 코딩을 검출한다. 간단한 PLC 분석이 가능하다.

본 발명은 완전 자동화된 설비, 예컨대 완전 자동화 제철소에서 자동 객체 픽업을 가능케 한다. 그 외에도, 본 발명에 의해 운반 수단을 통한 객체의 신속하고 정확한 픽업 및 운전 비용의 절감, 특히 운반 수단을 제어하는 인력의 절감이 가능해진다. 운반 수단을 통한 객체의 픽업은 사람의 간섭 없이 측정값 및 수학에 기반하여 재현될 수 있다.

상기 방법 및 장치는 매우 다양한 설비들 및 픽업될 객체들에 대해 사용될 수 있다. 간단한 PLC에서의 분석 가능성은 외부 회사와의 협력, 소프트웨어를 포함하는 PC 유닛의 조달, 및 네트워크와의 연결이 생략될 수 있게 한다. 전술한 발명은 예컨대 위에서 언급한, 비디오 카메라, 레이저 스캐너 또는 이들의 조합들을 포함하는 시스템보다 더 저렴하다.

본 발명의 추가 설명은 도면들의 실시예들을 참고한다.

도 1은 본원에 따른 방법의 개요도이다.
도 2는 설비의 측면도이다.
도 3은 도 2의 설비에 대한 평면도이다.
도 4는 식별 마크의 측면도이다.
도 5는 도 4의 식별 마크의 또 다른 측면도이다.
도 6은 설비 내 도 4의 식별 마크의 평면도이다.
도 7은 식별 마크에서 측정된 높이 프로파일에 관한 도이다.

도 1에는 픽업 지점(6)을 가진 객체(4a)를 포함한 설비(2)가 기호로 도시되어 있다. 여기에서 객체는 운반 수단(8)에 의해 픽업될 수 있다. 설비(2) 내에는 설비에 고정된 설비 좌표계(12)가 존재한다. 객체(4a) 및 이의 픽업 지점은 이상적으로는 목표 위치(Sa)에 위치하여야 한다. 그러나 실제로는 객체가 - 일반적으로는 목표 위치에서 이탈한 - 공차 위치(Ta)에 위치한다. 운반 수단(8)이 설비 좌표계(12)에 정렬된 제어 유닛(30)에 따라 픽업 지점(6)으로 정확하게 이동할 수 있도록, 공차 위치(Ta)가 정확하게 검출되어야 한다.

객체에는 식별 마크(14a)가 부착되며, 그럼으로써 상기 식별 마크는 픽업 지점(6)에 대한 기지의 상대 위치(R)에 위치한다. 제어 유닛(30)에 연결되어 있는 계산 장치(18)가 위치 확인 장치(16)와 통신한다. 이 위치 장치에 근거하여 제어 유닛은 설비 좌표계(12) 및 설비(2) 내 식별 마크(14a)의 물리적 위치(La)를 검출한다. 그 후, 제어 유닛은 물리적 위치(La)와 상대 위치(R)를 이용해 픽업 지점(6) 및 일반적으로는 전체 객체(4a)의 공차 위치(Ta)를 검출한다. 그 대안으로, 식별 마크(14a)와 객체(4a) 사이의 상대 위치(R)를 식별하고, 먼저 객체(4a) 자체의 공차 위치를 검출하여 이로부터 객체(4a)에서 다시 기지의 상대 위치에 있는 픽업 지점(6)의 공차 위치를 검출하는 것도 고려될 수 있다.

도 2에는 설비(2), 예컨대 3개의 객체(4a-c), 예컨대 스크랩 바스켓들을 포함하는 EAF 설비의 한 섹션이 사실적으로 도시되어 있다. 객체들(4a-c) 각각에 각자의 픽업 지점(6)이 제공되며, 이 픽업 지점에서 객체들은 운반 수단(8), 여기에서는 장입 크레인에 의해 픽업될 수 있다. 도 2에는 이런 상황에 대한 측면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 화살표(II) 방향에서 바라본 평면도가 도시되어 있다.

객체들(4a-c)은 여기서 상세히 설명되지 않는 레일 안내식 컨베이어 또는 스크랩 컨베이어 상에 적재된 다음, 각 버퍼 스톱(10)으로 이동된다. 그럼으로써 객체들(4a-c)은 적어도 대략 정의된 공차 위치(Ta-c)에, 즉 충분한 공차로 소위 환승 위치들에 멈춘다. 그러나 이들 환승 위치는 이상적으로 취할 수 있는 목표 위치들(Sa-c)과 일반적으로 다르다.

예컨대, 객체들(4a-c)은 x 방향 및 y 방향으로 ±6cm의 정확도로, 그리고 z 방향으로 0 내지 +15cm의 편차로 목표 위치들(Sa-c)에 위치한다. 특히, z 방향 공차는 스크랩 바스켓과 컨베이어의 지지면 사이 스크랩 조각들과 혹시라도 있을 수 있는 이물질에 근거한다. 그러므로 객체들(4a-c)은 경우에 따라 z축을 중심으로 수 도의 공차 각도(α)만큼 약간 회전되어 있기도 한다. x 방향과 y 방향 공차들은 버퍼(10)와 레일 가이드, 그리고 스크랩 컨베이어 상의 객체(4a-c)의 위치 또는 지지에 근거한다. 본 발명에 따르면 각 객체(4a-c)에 식별 마크(14a-c)가 부착된다. 관련 객체(4a-c) 또는 픽업 지점들(6)과 관련한 상기 식별 마크 각각의 상대 위치들(

)은 기지 사항이다.

그 외에도, 설비(2)는 여기에서 PLC 형태인 계산 장치(18)에 의해 설비 좌표계(12) 내 식별 마크(14a-c)의 각 물리적 위치(

)를 검출하기 위한 위치 확인 장치(16)를 포함한다. 이 경우, 계산 장치(18)는 각각의 물리적 위치들(

)과 기지의 상대 위치들(

)로부터 설비 좌표계(12) 내 픽업 지점(6)의 각 공차 위치(

)를 검출한다.

도 4에는 y 축의 방향에서 바라본 식별 마크(14a)의 측면도가 세부적으로 도시되어 있다. 도 5에는 화살표(IV)의 방향으로, 즉 x 방향으로 볼 때 식별 마크가 객체(4a)에 어떻게 고정되어 있는지를 보여주는 측면도가 도시되어 있다. 도 6에는 식별 마크(14a)를 포함하는 객체(4a)와 위치 확인 장치(16)를 도 2의 z 방향으로 바라본 모습이 자세히 도시되어 있다.

식별 마크(14a)는 예컨대, 여기서는 평평한 베이스 면(20)을 형성하는 철 베이스 플레이트 및 여기에 설치된, 나란히 융기된 웨브 형태의 구조 요소들(22a-c)을 포함하며, 이 구조 요소들은 베이스 면(20)으로부터 돌출하며 이에 상응하는, 베이스 면(20)에 대해 수직 방향인 측면 에지들을 형성한다.

위치 확인 장치(16)는 x 방향으로 연장되는 기본 프레임(24)를 가지며, 기본 프레임 상에서 검출 유닛(26)이 x 방향으로 직선(27)을 따라 이동할 수 있다. 검출 유닛(26)은 예컨대 레이저 거리 측정 장치이다. 검출 유닛(26)의 이동은 선형 드라이브(28)에 의해 구현된다. 전체 위치 확인 장치(16)는, 설비 제어 시스템(PLC)의 일부로서 기호화되어 있는 제어 유닛(30)과 계산 장치(18)에 의해 제어된다.

이 경우, 위치 확인 장치(16) 또는 검출 유닛(26)은 항상 자신과 대향점 사이의 거리(d)를 검출하며, 이때 대향점은 도 5에서 항상 식별 마크(14a)를 따라 이동한다. 거리 측정은, 항상 직선(27), 즉 이동 방향에 대해 수직으로, 즉 Y 방향으로 연장되는 방향(34)을 따라 실시된다.

관련 스크랩 컨베이어가 자신에 의해 운반되는, 도 1 및 도 2의 객체(4a)와 함께 정지 상태에서 자신의 공차 위치(

)를 취하는 즉시, 위치 확인 장치(16)가 검출 유닛(26)을 통해 거리들(d)을 측정하기 시작한다. 이때, 검출 유닛(26)은 도 6에 그려진 위치(x1)로부터 양의 x 축의 방향으로 파선으로 표시된 위치(x2)까지 이동한다.

이때 이 거리는

이다. 이때, 대응하는 X 위치들은 설비 좌표계(12)의 X=0(영점)에 관련된다. 고정되어 있는 기본 프레임(24)의 위치는 xL로서 공지되어 있다. 변수들 x1 및 x2는 기본 프레임(24)에 대한 검출 유닛(26)의 오프셋(x1' 및 x2')으로서 얻어지며, xL에 가산된다.

이때, 거리 측정의 일 측정점이 측정선(36)을 따라 식별 마크(14a)를 스캔한다. 도 7에는 측정된 거리들(d)을 x 좌표에 표시한 선, 즉 측정된 높이 프로파일(38)이 도시되어 있다. 이때, 높이 프로파일(38)은 측정 후 필터링을 통해 조정된다. 높이 프로파일(38)은 거리 측정을 통해 검출된 식별 마크(4a)의 윤곽 형태(39)를 나타낸다. 높이 프로파일(38)의 분석을 통해 제어 유닛(30)이 식별 마크(14a) 또는 객체(4a)의 공차 위치(

) -여기서는 x, y, z-물리적 위치 및 z축을 중심으로 한 회전 각도(α)-를 검출한다. 그런 다음, 마지막으로 식별 마크(14a) 또는 객체(4a)에 대한 기지의 상대 위치(

)에 의해, 객체(4a)의 픽업 지점들(6)의 실 공차 위치(

), 여기서도 역시 x, y, z-물리적 위치 및 z축을 중심으로 한 회전 각도(α)가 검출된다.

그 외에도, 직선(27) 및 그와 더불어 검출 유닛(26)과 측정선(36)의 y 위치(YL)가 영점 Y=0까지의 거리로서 공지된다. X 좌표들(X₁ 및 X₂)에서 측정된 거리들(d)에 근거하여, 측정선(36)의 위치에서 거리들(d)과 변수(YL)의 가산을 통해 베이스 면(20)의 각각의 실 Y 좌표들(Y₁ 및 Y₂)이 도출된다. 이 경우, 객체(4a)가 각도(α) 만큼 회전되어 있기 때문에, 편차(

)가 생긴다. 설비(2) 내 객체(4a)의 기지의 치수들[직경, 픽업 지점들(6)의 위치]을 통해, 각도(α) 및 이에 기인한, 공차 위치(

)에 있는 픽업 지점들(6)의 x-y 좌표의 편차들이 계산될 수 있다. 이 경우, 예컨대 식별 마크(14a)와 픽업 지점(6) 간의 일정한 Y 거리(

)가 기지의 상대 위치(R)의 일부로서 공지된다. 그러는 사이에 검출된 변수들 및 객체(4a)의 기지의 치수들로부터 픽업 지점들(6)의 실제 위치()가 검출될 수 있으며, 그럼으로써 상기 실제 위치는 공차 위치(

)의 일부를 형성한다.

의 계산 시, 예컨대 각도(α)로부터 또는

과 절편 정리로부터 도출되는 편차(

)가 추가로 산입된다.

측정된 높이 프로파일(38)에서, 영점(X_L)에 대한 검출 유닛(26)의 각각의 실 오프셋(X'₃ 및 X'₄)과 함께 값들(X₃ 및 X₄)(거리 급변 위치)이 위치 확인 장치(16)의 각 제로 좌표(X_L)로서 도출된다. 위치(X₃)에서 높이 프로파일(38)의 급변은 구조 요소(22a)에 의해 야기된다. 상기 구조 요소의 위치(X_H)는 (도 3에서 기호로만 표시된) 픽업 지점(6)에 대한 상대 위치(R_a)의 일부로서 다시 공지된다. 그럼으로써 공차 위치(

)의 x 위치(

)가 계산될 수 있다.

객체(4a)가 자신의 목표 위치(

)에 있으면, 검출 유닛(26)의 레이저 포인트가 제로 레벨(40)의 높이에 있는 식별 마크(14a)를 스캔하며, 즉 그곳에 측정선(36)이 형성된다. 그에 반해, +Z 방향으로의 객체(4a)의 실 높이 오프셋에 근거하여, 레이저 포인트가 실 측정선(36)의 높이에서 식별 마크(14a)를 스캔한다. 구조 요소(22b)가 Y축을 중심으로 구조 요소(22a)에 대하여 각도(β)만큼 기울어져 있기 때문에, 실 거리 또는 X4-X3, 그리고 각도(β)로부터 제로 레벨(40)에 대한 측정선(36)의 높이 오프셋(

)이 검출될 수 있다. 상응하는 각도 계산들은 두 구조 요소(22a 및 22b)의 기지의 거리(K)와 개방각(β)에 근거하여 실행될 수 있다.

구조 요소들(22a,b) 간 웨브 거리는 이들이 기울어져 있기 때문에 공차 위치(

)의 z 성분에 의존한다. 그러므로 상기 식별 마크 영역은 여러 공차 위치들(

)과 관련하여 측정하려는 거리(d)의 방향으로 상이한 윤곽 형태를 형성한다.

좌표계(12)에서 검출 유닛(26)의 레이저 빔의 기지의 높이 위치(

)와 기지의 상대 위치(Ra)의 일부로서, 제로 레벨(40)과 픽업 지점(6) 간 기지의 상대 위치(

)와 함께, 공차 위치(

)의 Z 위치(

)도 검출될 수 있다.

이때, 웨브 폭(b)은 상이한 객체들(4a,b) 사이에서 변할 수 있으므로(도 7에 표시됨), 이들 객체는 높이 프로파일(38)에서 측정된 값(b)에 의해 서로 구별될 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 예컨대 구조 요소(22c)와 같은 다른 추가 웨브 에 의해 또는 그의 생략에 의해 객체들(4a, b)이 구별될 수 있다.

병렬 구조 요소들(22a,c) 간 거리 또는 웨브 폭(b)은 전반적으로 허용 공차 위치(

)에서의 식별 마크(14a)의 모든 정렬과 무관하다. 그러므로 상기 식별 마크 영역은 여러 공차 위치(

)와 관련하여 측정할 거리(d)의 방향으로 일정한 윤곽을 형성하며, 그럼으로써 공차 위치와 무관하게 객체 유형을 검출하는 데 이용될 수 있다.

스크랩 컨베이어의 존재 여부는 예컨대 역시 높이 프로파일(38)에서 검출될 수 있다. 스크랩 컨베이어의 나머지 구조가, 위치 확인 장치(16)에 의해 거리 측정을 통해 검출될 수 있는 관련 영역 내에 있다면, 식별 마크(14a-c)의 크기 내에 평면들을 포함하지 않는다. 그런 경우, 컨베이어 또는 식별 마크의 존재 시에만, 베이스 면(20)을 나타내는 대략 평평한 베이스 라인 및 분산된 높이 급변 지점들을 갖는 높이 프로파일이 생성된다.

Claims

설비(2) 내에 정지해 있으며 운반 수단(8)에 의해 픽업될 객체(4a-c)의 픽업 지점(6)의, 목표 위치(
)에서 이탈한 공차 위치(
)를 검출하기 위한 방법이며,
- 객체(4a-c)에서 픽업 지점(6)에 대한 기지의 상대 위치(
)에 식별 마크(14a-c)가 부착되고,
- 계산 장치(18)가 설비(2) 내에 배치된 위치 확인 장치(16)에 근거하여 설비(2) 내 식별 마크(14a-c)의 물리적 위치(
)를 검출하고,
- 계산 장치(18)는 물리적 위치(
)와 상대 위치(R)에 근거하여 공차 위치(
)를 검출하는, 공차 위치 검출 방법에 있어서,
- 위치 확인 장치(16)는 자신과 식별 마크(14a-c) 간의 하나 이상의 일차원적 거리(d)를 측정하며,
- 계산 장치(18)는 상기 하나 이상의 일차원적 거리(d)에 기초하여 물리적 위치(
)를 검출하는 것을 특징으로 하는, 공차 위치 검출 방법.
제1항에 있어서, 윤곽(39)을 가진 식별 마크(14a-c)는, 객체(4a-c)가 목표 위치(
)에 정지해 있는 경우 상기 윤곽(39)이 측정하려는 거리(d)의 방향(34)으로 정렬되도록 객체(4a-c)에 부착되는, 공차 위치 검출 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 위치 확인 장치(16) 내에 포함되어 있는, 거리(d)를 측정하는 검출 유닛(26)은 정지해 있는 객체(4a-c)와 관련하여 상대적으로 이동되는, 공차 위치 검출 방법.
제3항에 있어서, 검출 유닛(26)은 직선(27)을 따라 이동되는, 공차 위치 검출 방법.
제4항에 있어서, 평평한 베이스 면(20)을 가진 식별 마크(14a-c)는, 객체(4a-c)가 목표 위치(
)에 정지해 있는 경우 베이스 면(20)이 직선(27)에 대해 평행하게 정렬되도록 객체에 부착되는, 공차 위치 검출 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 거리(d)는 직선(27)에 대해 수직 방향(34)을 따라 측정되는, 공차 위치 검출 방법.
설비(2) 내에 정지해 있으며 운반 수단(8)에 의해 픽업될 객체(4a-c)의 픽업 지점(6)의, 목표 위치(
)에서 이탈한 공차 위치(
)를 검출하기 위한 장치이며,
- 객체(4a-c)에서 픽업 지점(6)에 대한 기지의 상대 위치(R)에 부착될 수 있는 식별 마크(14a-c)와,
- 설비(2) 내에 배치된 위치 확인 장치(16)에 근거하여 설비(2) 내 식별 마크(14a-c)의 물리적 위치(
)를 검출하고, 물리적 위치(
)와 상대 위치(R)로부터 공차 위치(
)를 검출하는 계산 장치(18)를 포함하는, 공차 위치 검출 장치에 있어서,
- 위치 확인 장치(16)는, 자신과 식별 마크(14a-c) 간의 일차원적 거리(d)를 검출하는 거리 측정 장치를 검출 유닛(26)의 적어도 일부로서 포함하는 것을 특징으로 하는, 공차 위치 검출 장치.
제7항에 있어서, 식별 마크(14a-c)는, 객체(4a-c)가 목표 위치(
)에 정지해 있는 경우, 측정하려는 거리(d)의 방향(34)으로 정렬된 윤곽(39)을 가지는, 공차 위치 검출 장치.
제8항에 있어서, 윤곽(39)은, 베이스 면(20) 및 상기 베이스 면에 대해 윤곽을 형성하는 하나 이상의 구조 요소(22a-c)에 의해 형성되는, 공차 위치 검출 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 식별 마크(14a-c)의 하나 이상의 영역은 상이한 공차 위치들(
)과 관련하여 측정하려는 거리(d)의 방향으로 일정한 윤곽(39)을 가지는, 공차 위치 검출 장치.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 식별 마크(14a-c)의 하나 이상의 영역은 상이한 공차 위치들(
)과 관련하여 측정하려는 거리(d)의 방향으로 상이한 윤곽(39)을 가지는, 공차 위치 검출 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 계산 장치(18)는 프로그램 가능 논리 제어 장치인, 공차 위치 검출 장치.