KR20190078984A

KR20190078984A - 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템

Info

Publication number: KR20190078984A
Application number: KR1020170180848A
Authority: KR
Inventors: 김성락
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-07-05
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: KR102463556B1

Abstract

본 발명은 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템에 있어서: 크레인에 탑재된 메인카메라(32)와 서브카메라(34)로 인양물에 대한 3차원 영상을 생성하는 영상검출수단(30); 상기 크레인의 위치 변동과 더불어 이에 대한 인양물의 위치 변동을 검출하는 운전검출수단(40); 및 상기 영상검출수단(30)과 운전검출수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 실제 크레인의 충돌 가능성에 대한 정보와 현재 이동 정보를 기반으로 충돌 정보와 충돌 예측 정보를 생성하며, 이로 인하여 크레인 간의, 크레인과 크레인 인양물과의 충돌로 인한 대형사고에 대비한 안전의 확보가 가능한 효과가 있다.

Description

인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템 {Monitoring system for preventing lift objects collision against crane}

본 발명은 크레인 충돌방지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크레인 작업 영역 내에서 인양물에 대한 정확한 정보를 제공함으로써 크레인이 겹치는 부분에서도 효율적으로 간섭을 회피할 수 있는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템에 관한 것이다.

산업 현장, 특히 조선소 현장에서 사용되는 크레인은 복수 대의 크레인들이 동일한 작업 공간 안에서 혼재된 작업을 수행하기 때문에 크레인들간의 수평방향 또는 수직방향으로 간섭되는 작업 영역을 가지게 된다. 일반 적인 기술은 크레인의 최대 작업 영역을 설정하여 크레인 간 해당 범위가 겹쳐지게 되면 정보를 주는 방식이거나, 크레인 마스터 붐대를 기준으로 붐대의 영역이 겹쳐지게 되면 정보를 주는 방식이다.

하지만 예를 들어 골리앗 크레인과 같이 높은 지상고와 아주 긴 붐대(거더)를 가지는 크레인과 레일 위를 움직이는 방식의 타워크레인과 같은 경우에는 기존의 방법을 적용하여 작업 영역 간섭 정보를 알려주게 되면 골리앗 크레인 거더 하부에 타워 크레인이 위치하면 간섭되는 정보를 출력하게 된다. 그렇다면 인양물이 위치한 호이스트를 기준으로 인양물의 정보를 제공하기에는 인양물의 형상과 크기가 수평방향과 수직방향으로 다양하기 때문에 여기에 대한 정확한 정보 제공이 필요하다.

이와 관련되어 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개실용신안공보 제2012-0007032호, 한국 등록특허공보 제1767734호 등이 알려져 있다.

전자는 타워크레인의 붐에 장착되는 레이저 스캔 센서를 기반으로 고공의 운전실에 위치한 타워 크레인 운전자가 지브상에 접근하는 물체를 지상으로부터 먼거리 등의 이유로 시야가 확보되지 않더라도 위치 및 주변상황을 운전실의 디스플레이를 통하여 확실하게 파악할 수 있도록 한다.

후자는 한 쌍의 지지 부재의 상단부를 잇는 빔, 빔에 장착되어 길이 방향을 따라 유동되는 레이저 포인터와 하중 측정부를 지닌 호이스트를 포함하는 크레인을 구비하고, 빔의 단부에는 인접하는 빔과의 거리를 감지하는 거리 감지 센서가 장착된다. 이에, 크레인의 후크를 이송물의 중앙부에 위치시켜 이송물을 흔들림 없이 정확히 들어 올리는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행기술문헌에 의하면 인양물(이송물)의 정확한 형상과 크기를 고려하지 않아 조작자의 숙련도와 집중력에 많은 부분을 의존해야 한다.

한국 공개실용신안공보 제2012-0007032호 "레이저 스캔 충돌 방지 시스템" (공개일자 : 2012.10.12.) 한국 등록특허공보 제1767734호 "크레인 안전 진단 시스템" (공개일자 : 2017.02.28.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 크레인으로 이동되는 인양물의 형상과 크기 그리고 인양 높이와 범위를 측정하여 3D 간섭 영역을 가지는 크레인 간의 명확한 정보를 바탕으로 크레인 내에서의 인양물에 대한 x, y, z축 방향으로 위치와 영역을 확보하여 주변 크레인 또는 구조물과의 동적인 간섭 영역을 명확히 회피할 수 있는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템에 있어서: 크레인에 탑재된 메인카메라와 서브카메라로 인양물에 대한 3차원 영상을 생성하는 영상검출수단; 상기 크레인의 위치 변동과 더불어 이에 대한 인양물의 위치 변동을 검출하는 운전검출수단; 및 상기 영상검출수단과 운전검출수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 영상검출수단은 인양물의 거리(depth) 이미지를 생성하는 TOF카메라, 인양물과 이에 인접한 영역의 3차원 정보를 생성하는 라이다 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 운전검출수단은 인양물의 절대 위치를 검출하는 GPS검출기, 크레인에 대한 인양물의 거리 변동을 검출하는 거리검출기, 크레인의 하중 변화를 검출하는 하중검출기 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기의 영상처리부를 통하여 생성된 정보를 디스플레이로 표시하는 동시에 경보부를 통하여 인양물의 충돌 상황을 경보하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어기는 통신부를 통하여 인양물의 CAD 정보를 확인하고, 서버로부터 다운로드하여 활용하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 크레인 하부에 인양되는 인양물의 형상을 측정하여 이를 크레인의 이동정보에 같이 반영함으로써 실제 크레인의 충돌 가능성에 대한 정보와 현재 이동 정보를 기반으로 충돌 정보와 충돌 예측 정보를 생성하며, 이로 인하여 크레인 간의, 크레인과 크레인 인양물과의 충돌로 인한 대형사고에 대비한 안전의 확보가 가능한 효과가 있다.

또한, 크레인 인양물에 대한 형상 정보와 더불어 크레인에서 실측되는 로드셀 정보를 이용하여 크레인 유지보수를 위한 보전 데이터로도 활용이 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 회로 연결을 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템에 관하여 제안한다. 선박이나 해양구조물 건조용 현장을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 도 1에서 메인크레인(20)은 레일(10) 상으로 주행하는 골리앗 크레인으로, 서브크레인(25)은 이동식 타워 크레인으로 예시한다. 메인크레인(20)은 붐대(21) 상에 탑재되는 인양기(호이스트)(22)의 하방향에서 후크(23) 상으로 인양물(15)의 승하강을 유발한다.

수많은 크레인이 하나의 작업 공간에서 혼재작업을 하는 경우에는 크레인 간의 작업 간섭영역으로 크레인 충돌 방지 영역을 설정할 경우 높이가 각기 다른 크레인의 경우에는 실제 불합리한 경우가 많다. 예를 들어, 대형 블록의 탑재를 위해 사용되는 골리앗 크레인의 경우에는 지상고가 100m에 육박하는 높이를 가지는 반면에 수십미터의 높이를 가지는 이동식 타워 크레인이 골리앗 크레인 하부에 존재한다면 실제 크레인이 위치가 중복되더라도 크레인의 인양물의 위치에 따라서 실제 충돌 간섭에 대한 경고 정보를 표시해주는 것이 다르게 될 것이다.

본 발명에 따르면 영상검출수단(30)이 크레인에 탑재된 메인카메라(32)와 서브카메라(34)로 인양물에 대한 3차원 영상을 생성하는 구조이다. 메인카메라(32)는 메인크레인(20)에 탑재되는 복수의 카메라이고, 서브카메라(34)는 서브크레인(25)에 탑재되는 복수의 카메라이다. 메인카메라(32)는 인양물에 대한 3차원 영상이 가능하도록 3개 이상을 한 조로 구성한다. 서브카메라(34)도 메인카메라(32)와 같은 방식이 선호되지만 이에 한정되지 않는다.

한편, 종래에는 로드셀을 이용하여 크레인의 인양물에 대한 무게 정보만을 취득할 뿐 운반되는 대상물인 인양물(15)의 형상 및 외형 크기에 대한 정보를 활용하는 예가 없다. 최근 대두되는 기술로서 크레인 작업반경 전체에 대한 작업영역을 설정하여 다른 크레인 접근 시에 대응하는 접근 알람 및 충돌방지 알람을 주는 방식이 시도되고 있다. 그러나, 인양물에 대한 정보(형상, 크기, z축 방향으로 견인 범위)에 대한 기술은 반영되지 않는다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 영상검출수단(30)은 인양물의 거리(depth) 이미지를 생성하는 TOF카메라(36), 인양물과 이에 인접한 영역의 3차원 정보를 생성하는 라이다(38) 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. TOF카메라(36)는 근적외선이나 초음파 신호를 송신하고 반사되는 신호를 수신하여 인양물의 거리(depth) 정보를 생성한다. 라이다(38)는 레이저 펄스를 송신하고 반사파 도달시간을 측정하여 인양물의 공간 위치 좌표로 3차원의 정보를 생성한다. TOF카메라(36) 및 라이다(38)는 메인카메라(32)와 함께 설치되는 것이 선호되지만 구성의 간편성을 위해 인양기(22)에 설치될 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 운전검출수단(40)이 상기 크레인의 위치 변동과 더불어 이에 대한 인양물의 위치 변동을 검출하는 구조이다. 운전검출수단(40)은 움직이는 크레인에 대응한 인양물의 3D 정보를 획득하기 위하여 영상검출수단(30)을 보조하는 수단이다. 참고로, 종래의 경우 GPS 정보를 기반으로 크레인의 작업 반경 전부를 간섭 영역으로 설정하는 방법과, 크레인의 마스터 붐대(21)의 GPS 좌표 변환에 따른 동적 영역을 형성하여 붐대(21) 아래의 모든 영역에 대하여 크레인 작업 영역을 설정하는 방법 등이 적용된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 운전검출수단(40)은 인양물의 절대 위치를 검출하는 GPS검출기(42), 크레인에 대한 인양물의 거리 변동을 검출하는 거리검출기(44), 크레인의 하중 변화를 검출하는 하중검출기(46) 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.

GPS검출기(42)는 인양물의 절대 위치를 인식하는 수단으로 GPS 수신기에서 생성되는 GPS 좌표와 실제 전자지도 상의 크레인이 이동할 수 있는 레일(10)의 정보를 바탕으로 크레인 인양기(22)와 레그/타워(Leg/Tower)의 위치를 파악할 수 있다. 물론 크레인의 위치를 기반으로 연산을 거쳐 인양물의 중심점에 대한 정보를 획득할 수 있다. 이외에 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서를 추가하거나, 크레인 제어용 PLC의 레일위치 정보(레일 주행 모터에 대한 엔코더 정보, 레일 끝단부나 중간 지점별 위치 정보 보정을 위한 리미트 정보)를 활용할 수 있다.

거리검출기(44)는 크레인의 인양기(22) 상에 설치되고 후크(23)의 거리(높이) 변화에 대응한 신호를 검출한다.

하중검출기(46)는 크레인의 양측 레그 저면에 설치되고 인양물의 이동에 대응한 중량 변화의 신호를 검출한다.

한편, 운전검출수단(40)으로 라인(격자) 레이저나 백색광 등을 사용하여 인양물의 형상 및 크기 정보의 신뢰성을 높일 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 영상검출수단(30)과 운전검출수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 제어수단(50)은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 제어기(52)를 기반으로 한다. 영상검출수단(30)과 운전검출수단(40)은 입력인터페이스에 연결된다. 경보부(55), 디스플레이 등은 출력인터페이스에 연결된다. 영상처리부(54)는 입력인터페이스에 연결되는 동시에 출력인터페이스에 연결된다. 도 2처럼 영상검출수단(30)의 복수의 카메라는 크레인의 가장자리 또는 중심부(호이스트 부분)에서 GPS 정보를 가지면서 자세변동 없이도 인양물을 바로 보도록 설치된다. 이에, 제어기(52)는 인양물이 없을 경우에 취득 영상에서의 보여지는 크레인의 호이스트 GPS 좌표 정보를 가지는 카메라를 기준으로 인양물의 외형정보를 추출하여서 x, y, z축 방향으로의 인양물의 위치와 영역을 추출하게 된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(50)은 제어기(52)의 영상처리부(54)를 통하여 생성된 정보를 디스플레이로 표시하는 동시에 경보부(55)를 통하여 인양물의 충돌 상황을 경보하는 것을 특징으로 한다.

영상처리부(54)는 크레인이 인양물을 견인한 상태에서 레일을 주행하는 동안 인양물에 대한 동적 추정 기능(알고리즘)을 수행한다. 이는 GPS 좌표 정보를 가지는 유무선 카메라가 전체 크레인을 비추는 영상 화면 중에서 추출된 인양물의 형상 및 크기가 GPS 좌표의 이동에 따라서 그 중심점이 같이 추정하여 이동되게끔 하는 인양물의 동적 추정을 연산하는 방식이다. 영상처리부(54)에 의하여 처리된 결과물은 작업자의 인식이 용이하도록 디스플레이를 통하여 출력한다.

제어기(52)는 현재의 이동속도 기준(GPS 이동 좌표 변화 정보 또는 IMU 센서를 이용한 크레인 속도 정보)을 통하여 단말기(PC)에서 모니터링되는 복수개의 가장 가까운 크레인, 가장 가까운 크레인과의 충돌 예측 여부에 대한 사전 알람을 제공한다. 현재의 실측 데이터를 바탕으로 충돌 여부에 대한 예측을 연산하는 알고리즘을 처리하고 경보부(55)를 통하여 시청각적 경보를 제공한다. 물론 크레인과 인양물의 충돌 경보 외에 크레인과 크레인 간의 충돌 경보도 포함한다.

이때, 상기 제어기(52)는 통신부(56)를 통하여 인양물의 CAD 정보를 확인하고, 서버(58)로부터 다운로드하여 활용하는 것을 특징으로 한다. 통신부(56)는 크레인에서 취득되는 영상 정보/GPS 좌표/IMU 정보 등이 무선 통신 인프라를 통하여서 중앙 모니터링 서버(58) 및 PC로 전달되도록 한다. 서버(58)에 크레인 및 인양물에 대한 CAD 정보가 있는 경우에는 CAD 파일을 불러들여서 형상을 사전에 인식함에 따라 알고리즘의 연산 속도를 높일 수 있다.

실제 적용에 있어서, 다양한 형상을 가지는 크레인 인양물에 대한 형상을 측정하는 과정에서 실제 인양물에 대한 CAD 정보가 있을 경우라도 호이스트에 의한 Z축방향 승하강 높이가 변화하기 때문에 실제 크레인의 인양물 형상을 실측하는 알고리즘의 접목이 필요하다. 즉, CAD 도면 정보가 있더라도 실제 인양물은 실제 도면 정보와 다소 상이할 수 있으며, CAD 정보가 없더라도 본 발명의 시스템을 통하여 정확한 모니터링이 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 레일 15: 인양물
20: 메인크레인 21: 붐대
22: 인양기 23: 후크
25: 서브크레인 30: 영상검출수단
32: 메인카메라 34: 서브카메라
36: TOF카메라 38: 라이다(LiDAR)
40: 운전검출수단 42: GPS검출기
44: 거리검출기 46: 하중검출기
50: 제어수단 52: 제어기
54: 영상처리부 55: 경보부
56: 통신부 58: 서버

Claims

인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템에 있어서:
크레인에 탑재된 메인카메라(32)와 서브카메라(34)로 인양물에 대한 3차원 영상을 생성하는 영상검출수단(30);
상기 크레인의 위치 변동과 더불어 이에 대한 인양물의 위치 변동을 검출하는 운전검출수단(40); 및
상기 영상검출수단(30)과 운전검출수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 영상검출수단(30)은 인양물의 거리(depth) 이미지를 생성하는 TOF카메라(36), 인양물과 이에 인접한 영역의 3차원 정보를 생성하는 라이다(38) 중 적어도 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 운전검출수단(40)은 인양물의 절대 위치를 검출하는 GPS검출기(42), 크레인에 대한 인양물의 거리 변동을 검출하는 거리검출기(44), 크레인의 하중 변화를 검출하는 하중검출기(46) 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어수단(50)은 제어기(52)의 영상처리부(54)를 통하여 생성된 정보를 디스플레이로 표시하는 동시에 경보부(55)를 통하여 인양물의 충돌 상황을 경보하는 것을 특징으로 하는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제어기(52)는 통신부(56)를 통하여 인양물의 CAD 정보를 확인하고, 서버(58)로부터 다운로드하여 활용하는 것을 특징으로 하는 인양물의 크레인 충돌방지를 위한 감시 시스템.