KR20210146157A - 화물창의 자동 마킹 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화물창의 자동 마킹 방법을 제공한다. 본 발명의 화물창의 자동 마킹 방법은 타겟들과 커먼 포인트들을 작업평면에 배치하되; 상기 타겟들은 상기 작업평면상에 미리 표시된 기준라인들에 배치하고, 상기 커먼 포인트들은 상기 작업평면상의 임의 위치에 배치하는 단계; 계측기들을 이용하여 상기 커먼 포인트들을 계측하여 작업기준 좌표계를 생성하는 단계; 상기 작업기준 좌표계를 기준으로 상기 타겟들을 계측하여 센터 포인트를 산출하는 단계; 및 상기 센터 포인트를 이용하여 상기 화물창을 3D 스캐닝하여 생성된 3D 모델의 해당 작업평면과의 매핑을 통해 상기 3D모델에서 정의된 마킹점을 상기 작업평면상의 정의된 상기 작업기준 좌표계로 매핑하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

화물창의 자동 마킹 방법{VESSELL TANK MARK AUTOMATIC MARKING METHOD}

본 발명은 ＩＧＰＳ(Indoor Positioning System;실내위치확인시스템)를 이용한 화물창의 자동 마킹 방법에 관한 것이다.

공간에서 마킹을 위해서는 공간 내 변형도를 고려하여 기준라인을 설정해야 한다. 그런 다음, 공간 내부에 , 용접, 도장 및 기타 부가물 등을 설치하기 위한 종속 라인을 설정한다.

종래에는 이러한 기준라인 및 종속라인의 마킹 방법은 도면을 기준으로 한 수작업으로 진행되어 많은 문제점이 발생하였다.

도 1은 종래의 공간 내의 마킹 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 마킹 방법은, 먼저 화물 공간의 크기를 계측한다(S11). 그 후, 계측된 공간 내부의 계측 데이터를 이용하여 기준라인(reference line) 위치를 측정한다(S12). 그리고 나서, 기준라인 위치를 표시하고(S13), 표시된 기준라인 위치를 따라 기준라인 위치를 마킹 한다(S14). 기준라인 위치가 마킹 된 후에는 동일한 방법으로 종속라인 마킹을 한다. 우선 종속라인 위치를 측정하고(S15), 종속라인 위치를 표시한 후(S16), 표시된 종속라인을 따라 종속라인을 마킹 한다(S17), 그런 다음 마지막으로 각 위치 별 벽면의 편평도를 체크하게 된다(S18).

도 2는 공간 내부에 기준 라인 및 종속 라인을 마킹한 결과를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 공간 내부의 일면에는 세로(또는 가로 및 세로)의 기준 라인이 마킹되고, 공간 내부 벽에 부가물 등을 장착하기 위한 종속라인이 마킹된다. 이러한 마킹 작업 후에는 공간 내부 벽에 마킹된 종속 라인을 따라 용접, 도장 및 기타 부가물의 장착 등의 후속 작업이 진행되게 된다.

이러한 종래의 마킹에서는 거의 모든 공정이 도면을 기준으로 작업자의 수작업으로 이루어지고 있다. 즉, 공간 크기 계측 단계는 공간 내부의 모든 면의 변의 길이 및 대각선의 길이를 레이저를 이용해 모두 측정하여 공간의 크기를 측정하고, 기준라인 및 종속라인의 위치 측정, 표시 및 마킹도 프로그램에서 출력된 마킹 도면을 들고 다니면서 작업자가 펜이나 먹줄로 표시를 하는 방법을 사용한다.

이러한 종래의 마킹은 수작업으로 인해 소요되는인력과 시간이 많이 소요되는 걸릴 뿐만 아니라, 오차 발생이 커서 실제 종속라인 마킹 후 후속 작업 시 보정 작업이 따라오게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 과제는, 화물창 내의 각 위치별 벽면에 대해 용접, 도장 및 기타 부가물의 부착시 기준선의 마킹에 대한 새로운 방법을 제시하는 것이다.

본 발명의 일 과제는, 3D 스캐닝을 통해 확보한 3D 모델의 해당 벽면의 기준 좌표계와 실제 마킹 로봇이 사용할 좌표계를 간단히 매핑할 수 있는 화물창의 자동 마킹 방법을 제시하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 타겟들과 커먼 포인트들을 작업평면에 배치하되; 상기 타겟들은 상기 작업평면상에 미리 표시된 기준라인들에 배치하고, 상기 커먼 포인트들은 상기 작업평면상의 임의 위치에 배치하는 단계; 계측기들을 이용하여 상기 커먼 포인트들을 계측하여 작업기준 좌표계를 생성하는 단계; 상기 작업기준 좌표계를 기준으로 상기 타겟들을 계측하여 센터 포인트를 산출하는 단계; 및 상기 센터 포인트를 이용하여 상기 화물창을 3D 스캐닝하여 생성된 3D 모델의 해당 작업평면과의 매핑을 통해 상기 3D모델에서 정의된 마킹점을 상기 작업평면상의 정의된 상기 작업기준 좌표계로 매핑하는 단계를 포함하는 화물창의 자동 마킹 방법이 제공될 수 있다.

또한, 상기 작업기준 좌표계로 상기 작업평면의 마킹 포인트 좌표 및 작업계획을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 작업계획 상의 작업 경로를 마킹 로봇에 송출하는 단계; 및 상기 마킹 로봇이 상기 작업 경로로 이동하여 해당 마킹 포인트에 마킹하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 마킹하는 단계는 상기 계측기들이 실시간으로 상기 마킹 로봇의 현재좌표를 체크하고, 상기 마킹 포인트에서의 상기 마킹 로봇의 마킹 작업을 모니터링할 수 있다.

또한, 상기 작업계획 상의 작업 경로를 마킹 로봇에 송출하는 단계에서 상기 마킹 로봇의 마킹 작업이 완료되면 다음 마킹 포인트로 목표좌표를 갱신할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 3D 스캐닝을 통해 확보한 3D 모델의 해당 벽면의 기준 좌표계와 실제 마킹 로봇이 사용할 좌표계를 간단히 매핑함으로써, 마킹 오차를 줄일 수 있다.

그리고, 라인을 그리는데 필요한 작업기간과 인력을 기존 작업 대비 줄일 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 공간 내의 마킹 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 공간 내부에 기준 라인 및 종속 라인을 마킹한 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화물창의 마킹 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 화물창 마킹 과정을 설명하기 위한 작업 상태도이다.
도 5는 마킹 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 6은 마킹 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 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 기술에 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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화물창의 마킹 공정을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 화물창 마킹 과정을 설명하기 위한 작업 상태도이다.

참고로, 화물창은 LNG선에 탑재되어 액화천연가스를 보관하는 LNG 탱크일 수 있다.

본 발명에 따른 화물창 내의 자동 마킹 방법은 화물창을 3차원 스캐닝하여 확보한 3D 모델의 해당 벽면(wall)의 기준 좌표계와 실제 마킹 로봇이 사용할 좌표계를 간단히 매핑할 수 있는 방법이다.

화물창의 해당 벽면(wall)기준으로 정의된 좌표점이 있어야 마킹로봇이 해당 마킹점으로 이동하여 마킹할 수 있다. 이 마킹점의 위치는 화물창의 3D스캐닝 계측 작업을 통해 이미 확보되어 있으며, 이러한 3D 모델 정보는 호스트 시스템(M.station)이 갖고 있으며, 이 마킹점은 3차원 스캐닝할때 정의된 기준 좌표로 표현되어 있어서 마킹 로봇이 그대로 사용하지 않고 아래와 같은 방법으로 마킹 로봇이 사용할 좌표계를 얻는다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화물창의 자동 마킹 방법은 크게 작업 평면(WP)에 타겟(P1~P4)들과 커먼 포인트(CP1~CP3)들을 배치하는 단계(S100), 작업기준 좌표계를 생성하는 단계(S110), 센터 포인트를 산출하는 단계(S120), 매핑하는 단계(S130), 마킹 포인트 좌표 및 작업계획을 생성하는 단계(S140), 작업 경로를 마킹 로봇(R1,R2)에 송출하는 단계(S150) 그리고 마킹하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.

그리고 이러한 화물창 자동 마킹을 위한 구성으로는, 4개의 타겟(P1~P4)들과 3개의 커먼 포인트(CP1~CP3), 계측기(M1,M2), 마킹로봇(R1,R2) 그리고 호스트 시스템(M.station)을 포함할 수 있다. 계측기(M1,M2), 마킹로봇(R1,R2) 그리고 호스트 시스템(M.station)은 네트워크를 통하여 연결된다.

여기서, 네트워크는 계측기(M1,M2), 마킹로봇(R1,R2) 그리고 호스트 시스템(M.station) 간의 데이터 통신이 가능한 모든 유무선 통신망을 포함한다. 예를 들어, 네트워크는 TCP/IP에 따른 유선 인터넷망, 이더넷망뿐만 아니라, 데이터 통신이 가능한 Wibro, WCDMA, 근거리 무선망(예를 들어, 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth)) 등의 무선 통신망을 포함할 수 있다.

작업 평면(WP)에 타겟(P1~P4)들과 커먼 포인트(Common point;CP1~CP3)들을 배치하는 단계(S100))에서, 타겟(P1~P4)들은 작업 평면에 X축 기준라인(X-reference line)과 Y축 기준라인(Y-reference line) 양끝단에 각각 배치된다. 타겟(P1~P4)들의 간격은 X축 기준라인과 Y축 기준라인의 교차점으로부터 멀리 떨어지는 것이 바람직하다. 여기서, X축 기준라인과 Y축 기준라인은 앞서 언급한 3D 모델링 과정에서 계측된 데이터를 이용하여 작업 평면에 표시된다.

커먼 포인트(CP1~CP3)들은 작업평면(WP)상의 임의 위치에 배치되며, 적어도 3개의 커먼 포인트가 이용된다.

커먼 포인트(CP1~CP3)들은 작업 평면(WP)의 기준 좌표계를 정의하기 위함이고, 타겟(P1~P4)들은 실제 화물창에 그려진 X축 기준라인과 Y축 기준라인을 계측하여 이를 통해 센터 포인트를 찾아 3D 모델 상의 정의된 해당 벽면의 마킹점을 실제 작업 평면의 기준 좌표계 상의 마킹점으로 매핑하기 위해 제공된다.

커먼 포인트(CP1~CP3)들과 타겟(P1~P3)들은 계측기(M1,M2)의 측정빔을 반사시키는 반사기를 포함할 수 있다. 반사기는 계측기(M1,M2)를 향하게 할 필요없이 효율적인 작동을 위해 360도 프리즘 기능을 가짐으로써, 계측기(M1,M2)의 측정빔이 반사기의 어느 위치에서든 계측기로 반사될 수 있도록 제공된다.

위와 같은 커먼 포인트(CP1~CP3) 및 타겟(P1~P4)들은 화물창(작업평면)의 크기나 형상, 계측의 정확도 등을 고려하여 그 개수를 달리 할 수 있다.

작업기준 좌표계를 생성하는 단계(S110)에서는 화물창의 평면이 속한 좌표계를 정의하기 위해 계측기(M1,M2)를 사용하여 커먼 포인트(CP1~CP3)들을 계측하고 이렇게 계측된 정보는 호스트 시스템(M.station)에 제공되며, 호스트 시스템(M.station)에서 작업기준 좌표계를 생성한다. 3개의 점을 알면 이점이 속한 평면이 정의되고, 이 3개의 점 중에 한점의 좌표를 (0,0,0)으로 정의하면, 화물창의 작업평면(WP)에서 사용할 기준좌표계 정의가 완료된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 계측기(M1,M2)와 커먼 포인트(CP1~CP3)들은 IGPS(Indoor Global Position System; 실내 위치 측정확인 시스템) 기술에 따라 구현될 수 있다. IGPS는 일반적으로 실내외에서 위치 측정을 위하여 이용되는(3개 이상의 인공위성을 이용하여 수신기의 위치를 측정) GPS(Position System)의 개념을 실내에 적용한 것이다. IGPS에서 계측기(M1,M2)는 측정빔(예를 들면 회전 레이저 평면 광)을 방출한다. 그리고, 커먼 포인트(CP1~CP3)들은 계측기(M1,M2)가 방출하는 측정빔을 수신하여 다시 계측기(M1,M2)로 반사시켜 상대적인 위치를 파악하여 작업기준 좌표계를 생성할 수 있다. 이러한 IGPS 기술은 당업자에게 널리 알려진 공지의 기술로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

센터 포인트를 산출하는 단계(S120)에서는 앞서 생성된 작업기준 좌표계를 기준으로 타겟(P1~P4)들을 계측하여 센터 포인트를 산출한다. 예를 들어, 4개의 타겟(P1~P4)들을 계측하여 작업평면(WP)에 속한 실제 화물창에 그려진 X축 기준라인과 Y축 기준라인을 정의(물론, 4개의 타겟을 기준라인들에 부착할 때 오차가 발생될 수 있으나, LNG화물창의 사이즈를 고려할 때 40M 정도의 긴 라인이므로 이 오차는 무시할 수 있다.)하여 센터 포인트를 산출하게 된다.

매핑하는 단계(S130)에서는 호스트 시스템(M.station)에서 앞에서 산출된 센터 포인트를 이용하여 화물창을 3D 스캐닝하여 생성된 3D 모델의 해당 작업평면과의 매핑을 통해 3D모델에서 정의된 모든 마킹점을 작업평면상의 정의된 작업기준 좌표계로 매핑할 수 있다.

마킹 포인트 좌표 및 작업계획을 생성하는 단계(S140)는 호스트 시스템(M.station)에서 작업기준 좌표계를 이용하여 작업평면의 마킹 포인트 좌표 및 작업계획을 생성한다.

이렇게 생성된 작업평면의 마킹 포인트 좌표 및 작업계획에 따라 호스트 시스템(M.station)은는 마킹 로봇(R1,R2)에 작업 계획상의 작업 경로를 송출하며, 마킹 로봇(R1,R2)은 작업 경로로 이동하여 해당 마킹 포인트에 마킹 작업을 실시하게 된다(S150,S160).

마킹 단계(S160)는 계측기(M1,M2)들이 실시간으로 마킹 로봇(R1,R2)의 현재좌표를 체크하고, 마킹 포인트에서의 마킹 로봇(R1,R2)의 마킹 작업은 호스트 시스템(M.station)으로 제공되며, 호스트 시스템(M.station)에서는 마킹 로봇(R1,R2)의 작업 상태를 모니터링한다.

도 5는 마킹 과정을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 6은 마킹 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 마킹 과정은 계측기(M1,M2)가 목표좌표로 이동중인 마킹 로봇(R1,R2)의 현재 좌표(이동 좌표)를 체크하고, 이 정보를 호스트 시스템(M.station)과 마킹 로봇(R1,R2)에 송출한다(S210).

목표 좌표는 마킹 로봇(R1,R2)의 동작 이전에 마킹 로봇이 이동하도록 지시한 마킹 포인트(위치)를 의미한다. 목표 좌표는 호스트 시스템(M.station)으로부터 입력된다. 그리고 이동 좌표는 마킹 로봇(R1,R2)의 동작 이후에 마킹 로봇이 이동한 현재 좌표를 의미한다. 이때, 이동 좌표는 계측기(M1,M2)에 의해 계측될 수 있다. 이를 위해 마킹 로봇(R1,R2)은 계측기(M1,M2)의 측정빔을 반사시키는 반사기(일명 prism target)를 포함할 수 있다. 참고로, 본 명세서는 마킹 로봇의 위치뿐만 아니라, 마킹 로봇의 자세도 검출 및 오류 여부를 판단할 수 있다. 본 명세서에서 로봇의 자세는 검출 센서를 기준으로 하는 좌표계(이하, 측정 좌표계라 칭함)의 베이스 좌표계에 대한 회전각을 의미한다. 한편, 마킹 로봇(R1,R2)은 도 6에 도시된 바와 같은 구성들을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

마킹 로봇이 이동하면 계측기들은 마킹 로봇의 현재 위치인 이동 좌표를 실시간으로 체크하고, 호스크 시스템은 마킹 로봇이 목표 좌표에 도착했는지를 확인한다(S220,S230).

한편, 상기와 같은 방법으로 마킹 로봇이 목표 좌표까지 이동되면, 마킹 로봇은 목표 좌표에 마킹 작성을 수행하고(S240), 호스트 시스템(M.station)은 마킹 포인트에서의 마킹 로봇의 마킹 작업을 모니터링(마킹완료 포인트, 에러 상태등)한다. 마킹 로봇의 마킹 작업이 완료되면, 호스트 시스템(M.station)은 다음 마킹 포인트로 목표좌표를 갱신하여 마킹 로봇에 송출하며, 앞서 언급한 마킹 과정을 반복 수행하게 된다(S250).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

P1~P4 : 타겟 CP1~CP3 : 커먼 포인트
M1,M2 : 계측기 R1,R2 : 마킹 로봇
M.station : 호스트 시스템

Claims (5)

1. 화물창의 자동 마킹 방법에 있어서:
   타겟들과 커먼 포인트들을 작업평면에 배치하되; 상기 타겟들은 상기 작업평면상에 미리 표시된 기준라인들에 배치하고, 상기 커먼 포인트들은 상기 작업평면상의 임의 위치에 배치하는 단계;
   계측기들을 이용하여 상기 커먼 포인트들을 계측하여 작업기준 좌표계를 생성하는 단계;
   상기 작업기준 좌표계를 기준으로 상기 타겟들을 계측하여 센터 포인트를 산출하는 단계; 및
   상기 센터 포인트를 이용하여 상기 화물창을 3D 스캐닝하여 생성된 3D 모델의 해당 작업평면과의 매핑을 통해 상기 3D모델에서 정의된 마킹점을 상기 작업평면상의 정의된 상기 작업기준 좌표계로 매핑하는 단계를 포함하는 화물창의 자동 마킹 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 작업기준 좌표계로 상기 작업평면의 마킹 포인트 좌표 및 작업계획을 생성하는 단계를 더 포함하는 화물창의 자동 마킹 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 작업계획 상의 작업 경로를 마킹 로봇에 송출하는 단계; 및
   상기 마킹 로봇이 상기 작업 경로로 이동하여 해당 마킹 포인트에 마킹하는 단계를 포함하는 화물창의 자동 마킹 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 마킹하는 단계는
   상기 계측기들이 실시간으로 상기 마킹 로봇의 현재좌표를 체크하고, 상기 마킹 포인트에서의 상기 마킹 로봇의 마킹 작업을 모니터링하는 화물창의 자동 마킹 방법.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 작업계획 상의 작업 경로를 마킹 로봇에 송출하는 단계에서
   상기 마킹 로봇의 마킹 작업이 완료되면 다음 마킹 포인트로 목표좌표를 갱신하는 화물창의 자동 마킹 방법.
   
   

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