KR100335458B1 - 이동식기중기용하중표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동식 기중기용 하중표시장치에 관한 것으로 종래 기중기 사용방식은 하중표시장치를 장착하지 않고 작업자의 경험에 의해 사용되고 있어서 실제 인양하는 물체의 하중, 붐의 길이 및 상승각도, 스윙각도등의 정보도 없이 사용하고 있어서 기중기의 전복및 파손등 재해가 빈번히 발생하고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 시정하기 위해서 이동식 기중기에 하중표시장치를 설치하여 붐을 들어올리는 상승실린더의 작동유의 압력과 붐의 길이, 붐의 각도, 스윙각도를 검출하고, 이를 마이크로 프로세서에서 계산하여 모멘트값, 인양물의 중량, 붐의 길이, 붐의각도, 스윙각도를 산출하여 표시 장치에 표시하는 장치를 제공함에 목적이 있다.

상기한 목적달성을 위한 본발명의 특징적 기술은 붐 길이측정및 붐 각도측정, 스윙각도 측정에 펠스엔코더를 사용하여 노이즈 마진을 높히고 정밀도를 크게 개선하였으며, 인양하중의 측정에서도 붐 상승실린더의 상부와 하부압력을 측정하여 산출하므로 설치시 방향의 영향이 없으며 가격도 저렴하고 압력을 바로 전기적 신호로 검출하므로 정밀도 면에서도 우수한 하중표시장치를 특징으로한 것임.

Description

이동식 기중기용 하중 표시장치

본 발명은 이동식 기중기에 붐길이 검출부와 붐각도 검출부, 스윙각도 검출부 및 압력검출부 및 마이크로 프로세서를 구성하여 기중기의 작업시의 기중기의 현재상태를 운전자가 한눈에 정확하게 파악할수 있게 한, 이동식 기중기용 하중 표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 기중기에 하중표시장치를 설치하여 작업시의 붐의 상승압력, 붐의 길이, 붐의 각도, 스윙각도등을 검출하여 마이크로 세서에 의하여 이들 검출된 정보를 계산하여서 모멘트 값, 인양물의 중량, 붐의 길이, 붐의 각도, 스윙각도 등을 보다 정확하게 표시하여 보다 안전하게 작업할수 있는 이동식 기중기의 하중 표시장치를 제공하려는데 있다.

현재 기중기의 사용시 하중 표시장치에 의지 하지 않고 작업자의 경험에 의하여 사용하고 있는 바, 실제 인양하는 물체의 하중, 붐의 길이 및 상승 각도, 스윙각도등의 정보 없이 사용하기 때문에 기중기의 전복이나 붐의 파손등의 재해가 빈번한 문제점이 있다.

또, 종래 이동식 기중기의 붐의 길이 측정 및 각도의 측정에는 감속기가 부착된 포텐쇼 메터를 사용하고 하중 검출에는 로드셀을 사용하고 있다.

먼저, 붐의 길이측정은 와이어 로프의 한 끝을 붐의 끝 단에 고정하고 붐을 인출하면 와이어 로프가 풀리는 동작으로 감소기를 거쳐, 포텐쇼 메터를 회전시켜 저항변화을 유발하고 이 저항 변화를 전압으로 변환하여 증폭부를 거처 A/D 변환부에서 양자화하여 붐의 길이를 계산하게 되어 있었다.

이러한 방식에서는 붐의 길이 및 각도의 검출에 있어서 포텐쇼 메터의 저항박막과 슬라이더의 접촉으로 인하여 장시간 사용중 마모되어 성중이 저하되고 특히, 아나로그 방식이므로 외부의 노이즈에 의한 측정값이 흔들이는 문제점이 있었다.

예컨데 A/D 변환기를 12 bit(1/4096)을 사용하는 경우 붐의 최대길이를 15m로 가정하면 측정 정밀도 ΔL은 ΔL=15000/4096=3.66mm 가 된다.

또한, 감속기를 사용하게 됨으로 기어열에서 발생하는 백러쉬(Backrush)의 영향으로 정밀도는 더욱 떨어지게 된다.

또한, 하중 검출부는 로드셀을 사용하기 때문에 로드셀을 붐에 설치하는 위치에 따라 검출되는 데이터 값이 다르게 검출되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 이동식 기중기의 하중 표시장치의 문제점을 개선하고 붐의 길이, 붐의 각도, 스윙각도등을 정확하게 검출하여 마이크로 프로세스에 의하여 계산 한 다음 모멘트 값, 인양물의 중량, 붐의 길이, 붐의 각도 스윙각도를 LED표시부에 의하여 운전자가 한눈으로 볼수 있게 표시하며 검출오차를 최소한으로 감소시키어 보다 정밀한 감출데이터에 의하여 기중기의 작업의 안정성을 향상시킬수 있게 한것이다.

본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명 하면 다음과 같다.

본 발명은 붐의 길이검출부(11)와, 붐각도 검출부(13), 스윙각도 검출부(15), 압력 검출부(17)및 이들 검출부에서 검출된 데이터를 계산하는 마이크로프로세서(10)로 구성되어 있다.

본 발명에서 붐 길이 검출부(11)는 제 1도 및 제 3도에 표시된 바와 같이붐(8)의 신축작동에 따라 와이어 로프(41)를 인출하거나 와인딩 하는 와이어로프 릴(2)과, 상기 와이어 로프에 한 두바퀴 감기어 인출시에 함께 회전하는 길이 검출용 롤러(40) 및 롤러(40)의 회전축과 연결되어 롤러의 회전에 따라 펄스를 발생하는 붐길이 검출용 펄스엔코더(1)로 구성되어 붐(8)에 설치되어 있다.

이 붐길이 검출용 펄스엔코더(1)는 제2도에 표시된 바와 같이 출력신호를 정합하는 길이 신호 인터페이스부(12)와 길이 적산용 레지스터(12')로 구성되어 마이크로 프로세서(10)에 의하여 검출 데이터를 계산할수 있게 되어 있다.

본 발명에서 붐각도 검출기(13)는 제1도, 제4도에 표시된 바와 같이 편심추(42)와 편심추의 지축에 연결된 붐각도 펄스엔코더(3)로 구성되어 붐(8)에 설치되어 있다.

이 붐각도 검출용 펄스엔코더(3)는 제2도에 표시된 바와 같이 출력신호를 정합하는 인터페이스부(14)와 각도 적산용 레지스터(14')로 구성되어 마이크로프로세서(10)에 의하여 검출데이터를 계산할수 있게 되어 있다.

본 발명에서 스윙각도 검출기(15)는 제1도및 제5도에 표시된 바와 같이붐의 스윙기어(43)에 교합된 스윙검출용 피니온(44)과 상기 피니온(44)의 회전축에 연결된 스윙각도 검출용 펄스엔코더(7)로 구성되어 붐지지대에 설치되어 있다.

이 붐 스윙각도 검출용 펄스엔코더(7)는 제2도에 표시된 바와 같이 출력신호를 정합하는 인터페이스(16)와 스윙각도 적산용 레지스터(16')로 구성되어 마이크로 프로세서(10)에 의하여 검출데이터를 계산 할수 있게 되어 있다.

본 발명에서 압력검출부(17)는 제1도에 표시된 바와 같이 붐(8)을 작동하는유압 실린더(6)의 상부 압력센서(4)와 하부 압력센서(5)로 구성되어 붐(8)의 인양 유입 실린더(6)의 상단부와 하단부에 각각 설치되어 있다.

이 상부 압력센서(4)와 하부 압력센서(5)는 제2도에 표시된 바와 같이 상부 압력 신호의 증폭부(18)와 하부 압력시호의 증폭부(21)로구성되고 이 증폭부(18)(21)는 멀티플렉시(19) 및 A/D변환부(20)로 연결되어 마이크로 프로세서(10)에 의하여 검출 데이터를 계산할수 있게 되어 있다.

본 발명에서 마이크로 프로세서(10)에는 RAM(22), ROM(23)을 비롯하여 외부의 정보를 유입하는 직열통신부(24), 데이터의 계산값을 표시하는 LED표시부(25), 데이터 입력부(26), 버저(28)를 가진 경보발생부(27), 기타 디지탈신호 입력부부(29), 근접스위치(30), 전원장치(31), 밧데리(32)등이 구비되어 있다. 또한 표시기에는 제6도에 표시된 바와 같이 한눈에 각종 정보를 볼수 있게 된 것과 제 7도에 표시된 바와 같이 표시선택 스위치(45)로 표시모드번호(46)를 선택하면 선택된 모드의 정보가 LED 표시소자(47)에 표하게 된 것등을 부가적으로 사용하게 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명 하면 다음과 같다.

이동식 기중기가 작업할 때의 붐의 길이, 인양각도, 스잉각도, 하중등에 대한 각 검출부의 동작을 설명하면 다음과 같다.

(붐길이의 검출)

작업을 위하여 기중기의 붐(8)을 길게 인출하면 붐의 선단부ⓐ에 고정된 와이어 로프(41)가 릴(2)에서 인출된다. 이때 붐길이 검출용 롤러(40)는 와이어로프(41)에 한바퀴 감겨 있기때문에 와이어 로프(41)가 인출되는 방향으로 회전되며, 따라서 롤러(40)의 회전축에 연결된 붐길이검출용 펄스엔코더(1)에서 펄스가 발생된다. 붐길이 검출부(11)의 붐길이 검출용 엔코더(1)에서 발생된 펄스는 인터페이스(12)에서 정합되어 길이 적산용 레지스터(12')에 적산되며, 이를 마이크로 프로세서(10)에서 읽기 신호 RD1을 Low로하여 길이 적산용 레지스터(12')에 적산 된 길이 정보를 읽어 들여 길이 변환 상수를 곱하여 붐의 길이를 환산한다.

예를들어, 롤러(40)의 지름이 50 mm이고 엔코더(1)의 1 회전당 1000개의 펄스가 발생되는 제원(諸原)이라 할때 붐(8)이 100mm 인출되었다면 출력되는 펄스의 수는 다음과 같이 계산된다.

펄스수 N= 1000 * 100/50π = 636. 62 펄스가 된다.

이때의 측정 정밀도 ΔL는 ΔL=50π/1000=0.157mm가 되어 종래의 포텐쇼메터 방식의 상기한 측정 정밀도 3.66mm 에 비하여 현저하게 측정 정밀도가 향상되어 정밀한 측정이 가능하다.

다른 예를들면, 붐길이 검출용 펄스엔코더(1)의 검출된 펄스가 500개 라고 하면 이때의 붐의 길이는 다음식으로 게산된다.

붐 길이 L은 50π* 500/1000 = 785.39mm 이다.

이러한 계산 값은 표시부에 숫자로 표시됨으로 운전자가 붐의 길이를 정확하게 알수 있다.

(붐의 각도 검출)

또, 기중기의 작업을 위하여 붐(8)을 인양하면 편심추(42)는 항상 중력에 의하여 수직상태를 유지하고 있기때문에 붐(8)에 설치된 붐각도 검출부(13)의 붐각도 검출용 펄스엔코더(3)에서 변위각도에 비례하는 펄스를 발생한다.

이 발생된 붐각도 검출 신호는 각도 신호 인터페이스부(14)에서 정합되어 붐각도 적산용 레지스터(14')에 적산되며 마이크로 프로세서(10)에서 읽기 신호 RD1을 Low로 하여 각도 적산용 레지스터(14')의 값을 읽어 들이어 각도환산 상수를 곱하여 각도를 산출한다.

예를 들면, 1회전당 4000개의 펄스를 출력하는 엔코더(3)를 사용하였다고 할때 붐(8)이 45˚벌어졌다 하면, 이 각도에 해당하는 펄스의 수는 다음식으로 계산된다.

4000 * 45/360 = 500 개펄스가 된다.

다시 말하면, 붐의 각도변화에 따른 각도적산용 레지스터(14')의 값이 250라고 하면 이때의 붐각도 θ는 θ= 350˚* 250/4000=22.5˚이다.

(스잉각도 검출)

또, 기중기의 작업을 위하여 붐(8)을 좌우로 회전하게 되는 바, 이때 붐(8)과 함께 스윙기어(43)가 회전되면서 스윙기어(43)에 교합된 피니온(44)이 회전되고 이 피니온(44)의 회전에 의하여 스윙각도 검출용 펄스엔코더(7)에서 회전수에 비례한 펄스를 발생한다. 스윙각도 검출부(15)의 스윙각도 검출용펄스 엔코더(7)의 출력신호는 인터페이스(16)에 정합되어 스윙각도 적산용 레지스터(16')에 적산되며 이때 마이크로 프로세서(10)에서 일정 주기마다 읽기신호 RD3을 Low로 하여 레지스터(16')의 값을 읽어 들이어 스윙각도를 환산하게 된다.

예를들면, 스윙기어(43)와 피니온(44)의 회전비를 120:10로 하고 펄스엔코더는 1회전당 1000개의 펄스를 발생하는 것을 사용하였다고 하면 붐의 스윙각도는 다음과 같이 게산된다.

스윙각도가 30도이면 펄스수 Ns = 1000 * 120/10 * 30/360=1000 개 펄스가 된다.

다른 예를들면, 상기 펄스엔코더(7)에서 발생된 펄스수가 500개라 하면,

이때의 붐(8)의 회전각도θ는, θ= 360˚* 500/1000 = 180˚이다.

(압력 검출)

또, 본 발명에서 붐(8)의 선단 와이어 로프(41)에 연결된 훅크(9)에 물체를 걸어 붐(8)으로 들어 올릴때 유압실린더(6)가 작동한다.

유압실린더(6)가 신장할때의 상부 압력은 압력검출부(17)의 상부압력 센서(4)에 의하여 검출하여 검출신호는 상부 신호 증폭부(18)에서 증폭되어 멀티 플렉서(19)에서 선택신호 SEL이 high 가 되면 동 신호가 선택되어 A/D변환부에서 양자화되며 이때 마이크로 프로세스(10)는 읽기 신호 RD4를 Low로 하여 변환 값을 읽어 들이어 여기에 압력상수를 곱하여 상부 압력 P₁을 산출한다.

한편 유압실린더(6)의 하부압력은 하부 압력센서(5)에 검출되어 검출신호는 하부압력신호 증폭부(21)에서 증폭되어 멀티플렉시(19)에서 선택신호 SEL이 high 가 되면 A/D 변환부(20)에서 양자화 되며 이때 마이크로 프로세서(10)는 읽기 신호 RD4를 Low로 하여 변환 값을 읽어 들이어 여기에 압력상수를 곱하여 하부압력 P₂를산출한다.

이와 같이 상기한 각 검출부의 센서로 부터에 붐의 길이, 각도, 스윙각도, 상하부 압력을 읽어 들여 인양 하중을 산출하며 이를 설명하면 다음과 같다.

모멘트는 인양물의 중량(W)과 붐의 길이(L), 붐의 각도(θ)에 비레하여 변하게 되며 이때 붐 무게를 고려치 않는 모멘트(M)은 다면 다음 식과 같이 표현된다.

이때 상승 실린더의 힌지점(A) 에서의 유치 Lm 에서 측정한 작용력 F는

가 된다.

이때 상승 실린더의 내부 작경의 상부면적을 A₁, 하부면적을 A₂라 하고 상부압력센서(4)에서의 압력을 P₁, 하부압력센서(5)에서의 압력을 P₂, 라 할때 작용력 F는,

이 된다.

위의식 (2)와 (3)에서 인양물의 중량 W는,

로 된다. 따라서 붐의 인출길이, 각도, 상하 압력 데이터를 읽어 들이어 마이크로 프로세서(10)는 실제 인양물의 중량(W)을 즉시 산출하게 된다.

또, 직렬 통신부(25)는 하중 표시장치와 외부장치들간에 데이터를 전송하는 수단을 제공하며 입력데이터의 종류에는 붐 길이 상수, 붐 각도 상수, 압력보정 상수, 스윙각도 상수를 외부의 컴퓨터로부터 입력을 받게 된다.

또, LED 표시장치(25)는 제6도에 표시된 바와 같이 기중기의 현재상태를 운전자에게 알려주는 역할을 한다. 제7도에서 LED표시장치는 하나만 두고 표시선택스위치(45)에 의하여 표시내용을 순차적으로 표시하여 볼수 있는 장치이다. 운전자는 인양물의 하중을 주로 보게 됨으로 하중 표시모드를 설정하여 두면 표시번호(46)와 LED표시소자(47)에 하중이 표시된다.

이 표시장치는 제6도의 표시장치에 비하여 부피가 작게 할수 있다.

경보 발생부(27)는 크레인의 종류에 따라 인양물의 인양시 발생하는 모멘트가 허용 모멘트를 초과하게 되면, 마이크로 프로세서(10)는 경보발생 허가신호 BOE를 출력하여 부저(28)를 울리어 경보한다. 이때, 경보 발생부(27)는 부저(28)에 적합한 주파수의 발신 신호를 출력하여 경보를 울리게 한다.

또한, 본 발명에서 마이크로 프로세서(10)의 동작 상태는 제 8도에 표시된 바와 같다.

먼저, 붐길이 검출부(11)에서 붐 길이를 읽어 드리고, 붐각도 검출부(13)에서 붐 각도를 읽어 드리며, 압력검출부(17)에서 상승 실린더의 상, 하부압력에 관한 값을 읽어 드린다음 이를 각각의 기계상수를 참조하여 인양물의 하중 및 모멘트, 붐의길이, 각도 스윙각도를 계산한다. 실제의 모멘트가 허용 모멘트를 초과하면 경보하며 계산된 크레인의 상태는 LED표시부(25)에 출력하여 제6도와 같이 표시되어 한눈에 볼수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 펄스엔코더를 사용하여 붐의 각 상태를 검출한 다음 검출된 데이터를 마이크로 프로세서에 의하여 계산하여 기중기의 작업시, 인양물의 하중및 모멘트, 붐의 길이, 각도, 스윙각도 등을 표시할수있게 구성하였기 때문에 오차가 거의 없어, 보다 정확한 데이터에 의하여 기중기의 현재상태를 정확하게 파악하여 기중기의 전복이나 붐의 훼손등을 방지하고 보다 안전하고 편리하게 작업할수 있는 효과가 있다.

제 1도는 본 발병의 장치를 설치한 기중기의 예시도

제 2도는 본 발명의 하중 표시장치의 블럭도

제 3도는 본 발명 길이 검출부의 예시도

제 4도는 본 발명의 붐각도 검출부의 예시도

제 5도는 본 발명의 스윙각도 검출부의 예시도

제 6도는 본 발명의 하중 표시장치의 예시도

제 7도는 본 발명의 표시선택스위치부의 예시도

제 8도는 본 발명의 마이크로 프로세서의 동작설명도

* 도면중 중요한부호 설명 *

1: 붐길이 검출용 펄스 엔코더, 2: 와이어 로프 장력릴,

3: 붐각도검출용 펄스 엔코더, 4: 상부압력센서, 5 하부압력센서,

6: 붐 상승실린더, 7: 스윙각도 검출용 펄스엔코더, 8: 붐,

10 : 마이크로 프로세서.

Claims (4)

1. 붐길이 검출부(11)와 붐각도 검출부(13)와 스윙각도 검출부(15) 및 압력검출부(17)가 구비된 이동식 기중기용 표시장치에 있어서, 붐 길이 검출부(11)는 와이어 로프 릴(2)에 감긴 와이어 로프(41)에 의하여 회전되는 롤러(40)와 상기 롤러(40)의 회전축에 연결된 붐 길이 검출용 펄스엔코더(1)로 구성하여 붐길이를 펄스신호로 출력하여 붐길이를 계산 표시할수 있게된 것을 특징으로한 이동식 기중기용 하중 표시장치.
2. 제 1항에 있어서, 붐각도 검출부(13)는 중력으로 수직상태를 유지하는 편심추(42)와, 상기 편심추(42)의 지축에 연결된 붐 각도검출용 펄스 엔코더(3)로 구성하여 붐의 각도를 펄스신호로 출력하여 계산 표시하게 된 것을 특징으로한 이동식 기중기용 하중 표시장치.
3. 제 1항에 있어서, 스윙각도 검출부(15)는 스윙기어(43)에 교합된 스윙 검출용 피니온(44)과 상기 피니온(44)의 회전축에 연결된 스윙각도 검출용 펄스엔코더(7)로 구성하여 스윙각도를 펄스신호로 출력하여 계산표시하게된 것을 특징으로한 이동식 기중기용 하중 표시장치.
4. 제 1항에 있어서, 압력검출부(17)는 붐의 유압실린더(6)의 상단부에 상부 압력센서(4)를 설치하고 유압실린더(6)의 하단부에 하부 압력센서(5)를 설치하여서 상부압력과 하부 압력의 검출신호를 계산표시하게 된 것을 특징으로한 이동식 기중기용 하중 표시장치.