KR101818603B1

KR101818603B1 - 로드셀을 이용한 크레인 과부하 방지 장치

Info

Publication number: KR101818603B1
Application number: KR1020170017853A
Authority: KR
Inventors: 김찬영
Original assignee: 김찬영
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-01-15

Abstract

본 발명은 상기 붐에 설치되며 와이어로프에 의해 연결된 후크부재에 의해 인양되는 중량물의 중량물 무게를 센싱하는 로드셀; 상기 로드셀을 통해 측정되는 중량물 무게를 보정하여 무게 보정값을 생성하는 무게 보정부; 및 상기 무게 보정부에서 보정된 무게 보정값을 기준으로 과부하 여부를 감지하는 과부하 감지부;를 포함할 수 있다.

Description

로드셀을 이용한 크레인 과부하 방지 장치{Apparatus for preventing crane overload using loadcell}

본 발명은 크레인 과부하 방지 장치로서, 로드셀을 이용하여 크레인의 과부하를 방지하는 로드셀을 이용한 크레인 과부하 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 크레인(crane, 또는 기중기라고도 함)이란 일정한 하중에도 안정성을 유지하면서 특정된 높이, 길이 및 회전반경을 유지하는 붐을 통해 고중량의 기계나 건축물을 이동시키거나 설치하는 중장비의 하나를 말한다.

크레인은 중량물(重量物)을 상승시키는 권상, 상승된 중량물을 수평 방향으로 이동하는 주행, 횡행, 선회, 및 수평 방향으로 이동한 중량물을 하강시키는 권하 등의 동작을 수행함으로써 중량물을 특정한 한 위치에서 다른 위치로 이동시키게 된다. 크레인은, 중량물이 걸리게 되는 훅(hook)부와, 훅부에 연결되는 와이어로프(wire rope)와, 와이어로프가 권취되는 와이어드럼 등을 포함하여 이루어진다.

한편, 건설현장 및 산업현장에서 중량물을 운반하는 크레인에 있어서, 화물의 무게를 측정하는데 많은 어려움이 있어 중량물을 싣거나 이동하는 과정에서 산업재해가 유발할 수 있다. 이러한 점을 고려하여 과부하를 방지하기 위한 제품들이 많이 시판되고 있는데, 예를 들면 과부하방지장치를 크레인 본체의 모터부분 또는 운전실에만 설치한다. 과부하방지장치는, 예컨대, 로드셀을 이용하여 중량을 감지하는 중량감지부와, 감지된 중량을 표시하는 디스플레이부와, 그리고 설정중량을 초과할 경우에 이를 경보하는 디스플레이 및 스피커가 마련된다.

그런데 이러한 로드셀을 이용하여 인양하중을 산출할 때 실제 중량과 비교하여 오차가 발생하는 문제가 있다. 예를 들어 정확하게 계량된 1톤 중량물(인양물)을 인양하였는데 과부하 방지 장치의 디스플레이에서 표시하는 하중이 1.2톤으로 표시되는 경우가 있다. 이는 중량물이 무거워질수록 오차가 발생하여 과부하 제어를 하는데 문제가 될 수 있다.

따라서 로드셀을 이용하여 측정되는 중량물의 무게에 오차가 발생되지 않도록 하는 로드셀의 무게 보정 수단의 필요성이 절실하다.

한국공개특허 10-2009-0069823호

본 발명의 기술적 과제는 크레인의 과부하를 방지하기 위한 로드셀에서의 무게 보정 수단을 제공하는데 있다.

상기 무게 보정부는, 무게의 보정 구간을 0ton(영점 보정), 0.1~1.99ton, 2~2.99ton, 3~3.99ton, 4~4.99ton, 5~5.99ton, 6~6.99ton, 7~7.99ton, 8~8.99ton, 9~9.99ton까지의 10 구간으로 세분하여 보정이 이루어질 수 있다.

상기 무게 보정부는, 후크부재에 의해 중량물이 인양될 때 크레인의 붐의 탄성력으로 인한 진동을 고려하여 무게 보정하여 무게 보정값으로 생성할 수 있다.

상기 로드셀은, 후크부재에 의해 중량물이 인양된 시점부터 최고 중량물 무게를 가질 때까지 미리 설정된 무게 측정 주기로서 N번의 중량물 무게를 측정하며, 상기 무게 보정부는, 상기 N번 측정된 중량물 무게들의 평균값을 산출하여 상기 무게 보정값으로 생성할 수 있다.

상기 로드셀은, 상기 최고 중량물 무게와 대비한 중량물 무게의 무게비가 미리 설정된 저속 판정 무게비를 가지는 시점부터는, 상기 무게 측정 주기로서 2×N번의 중량물 무게를 측정하며, 상기 무게 보정부는, 상기 2×N번 측정된 중량물 무게들의 평균값을 산출하여 상기 무게 보정값으로 생성할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 로드셀의 무게 보정을 상황에 따라 다양한 적절한 방식으로 수행할 수 있게 됨으로써, 효율적인 과부하 방지가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과부하 방지 장치가 구비된 크레인을 도시한 그림.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 과부하 방지 장치의 구성 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로드셀의 무게 감지 오차 그래프를 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 중량 보정 후 그래프를 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 무게 진동 현상을 도시한 그림.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 중량물 무게를 N번 측정하는 예시 그림.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 중량물 무게를 N×2번 측정하는 예시 그림.

이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 과부하 방지 장치가 구비된 크레인을 도시한 그림이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 과부하 방지 장치의 구성 블록도이다.

크레인(20)은 도 1에 도시한 바와 같이, 붐(boom;21)에 설치되어 와이어가 연결되는 권취 롤러(미도시)와, 권취 롤러(미도시)로부터 연장된 와이어에 연결되는 후크 롤러를 구비하여 붐(21)으로부터 승강 가능하게 설치되는 후크부재(22)를 구비한다.

본 발명의 크레인 과부하 방지 장치(10)는, 센싱되는 붐의 길이, 붐의 각도, 중량물의 무게를 이용하여 크레인 과부하 여부를 감지하여 출력한다.

이를 위해 크레인 과부하 방지 장치(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 길이 센서(120), 각도 센서(130), 로드셀(140), 무게 보정부(150), 과부하 감지부(110), 표시부(160), 및 스피커(170)를 포함할 수 있다.

길이 센서(120)는, 크레인에 마련된 붐(21)의 길이를 센싱하는 센서이다. 길이 센서(120)에서 센싱되는 길이값은 보정될 수 있다. 대부분의 붐의 길이 설정은 최초 붐인출 시점인 1단붐과 끝단 부분 2가지 포인트를 기준으로 실제 붐길이를 대입하여 설정하는데, 크레인 붐인출시 최초 인출시점 즉 1단 붐길이의 센서값을 입력하고 실제 붐길이를 적용후 차등 인출 구간의 끝단(예를 들어 6단이나 7단붐의 카고크레인의 경우 3단까지가 텔레 실린더의 차등 인출구간이고 4단부터는 4,5,6, 또는 4,5,6,7단붐이 연동으로 최대 인출 길이까지 인출되므로 3단붐에 해당하는구간)까지 센서값 대비 실제 붐길이를 설정하고 끝단붐까지의 센서값 대비 실제 붐길이를 적용한다. 이렇게 하면 좀더 정확한 붐길이 설정이 가능하다.

각도 센서(130)는, 붐(21)의 각도를 센싱하는 센서이다. 센싱되는 각도값 역시 보정될 수 있는데, 붐을 0°에 위치하고 해당 위치의 센서값을 붐각도 0°로 기준하여 설정하고 최대 기복각도로 붐을 상승시키고 해당 각도대비 실제 붐각도를 입력하여 설정하면 (최대 기복 각도 센서값 ㅡ 0° 센서값) ÷ 최대 기복각도 = 1° 단위 센서값으로 센서값 대비 붐각도 표시를 할 수 있다.

로드셀(140;load cell)은, 붐(21)에 설치되며 와이어로프에 의해 연결된 후크부재(22)에 의해 승하강되는 중량물(W)의 무게를 센싱하는 센서이다. 참고로, 로드셀(140)은, 무게를 숫자로 표시하는 전자저울에 필수적인 무게측정 소자(素子)로서, 로드셀(140)이 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등 변형이 되는데, 이 변형량을 변형측정장치가 전기신호로 검출한 뒤 컴퓨터 장치에 의해 디지털신호로 바꾸면 무게가 숫자로 나타난다.

무게 보정부(150)는, 로드셀(140)을 통해 측정되는 중량물 무게를 보정하여 무게 보정값을 생성한다. 이러한 무게 보정 방식으로는, 구간별 보정 방식과, 중량값 평균처리 보정 방식의 두 가지 방식이 있을 수 있는데, 후술할 도 3 내지 도 6에서 상술하기로 한다.

과부하 감지부(110)는, 무게 보정부(150)에서 보정된 무게 보정값을 기준으로 과부하 여부를 감지한다. 예를 들어, 무게 보정값이 크레인의 기준 용량보다 클 경우 과부하로 감지할수 있다. 이밖에 무게 보정값 이외에도 붐의 길이, 붐의 각도를 이용하여 과부하 여부를 감지할 수 있는데, 센싱되는 붐의 길이, 붐의 각도, 중량물의 무게를 이용하여 크레인 과부하 여부를 감지하는 알고리즘은 본 출원인에 의해 출원된 특허 이외에도 기존에 공지된 다양한 과부하 감지 알고리즘이 적용될 수 있을 것이다. 과부하 감지될 시에 표시부(160) 또는 스피커(170)를 통하여 과부하 상태를 출력할 수 있게 된다.

한편, 무게 보정부(150)가, 로드셀(140)을 통해 측정되는 중량물 무게를 보정함에 있어서, 구간별 보정 방식, 중량값 평균처리 보정 방식으로 보정할 수 있다. 이하 도 3 내지 도 7과 함께 상술한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로드셀의 무게 감지 오차 그래프를 도시한 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 중량 보정 후 그래프를 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 무게 진동 현상을 도시한 그림이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 중량물 무게를 N번 측정하는 예시 그림이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 중량물 무게를 N×2번 측정하는 예시 그림이다.

우선, 도 3 및 도 4와 함께 구간별 보정 방식을 설명한다. 구간별 보정을 수행하는 무게 보정부(150)는, 무게의 보정 구간을 0ton(영점 보정), 0.1~1.99ton, 2~2.99ton, 3~3.99ton, 4~4.99ton, 5~5.99ton, 6~6.99ton, 7~7.99ton, 8~8.99ton, 9~9.99ton까지의 10구간으로 세분하여 보정이 이루어지도록 한다.

상술하면, 로드셀(140)을 통해서 중량물의 무게(인양하중)를 산출할 때 실제 중량과 비교하여 오차가 발생하는 현상이 있다. 예를 들어서 정확하게 계량된 1톤 인양물을 인양하였는데 크레인 과부하 방지 장치(10)에서 표시하는 하중이 1.2톤이라면 오차가 발생하였다고 판단할 수 밖에 없다. 그러므로 정확한 하중을 표시하기 위하여 무부하 상태에서 0점 보정을 하고 1톤 추를 매달아서 1톤 중량 보정을 한다.

본 발명의 무게 보정부(150)는, 정확한 무게 보정을 하기 위하여 인양무게에 따라 총 10구간으로 구분하여 보정을 하도록 한다. 보정 단계는 0ton(영점 보정), 0.1~1.99ton, 2~2.99ton, 3~3.99ton, 4~4.99ton, 5~5.99ton, 6~6.99ton, 7~7.99ton, 8~8.99ton, 9~9.99ton까지 세분화되도록 한다. 0ton 과 1ton 단계만 보정을 하여도 사용할 수 있지만 도 3과 같이 중량물(인양물)이 무거워 질수록 오차가 발생하여 과부하 상태 제어를 하는데 있어서 문제가 발생할 수 있다.

이에 본 발명은 로드셀(140)의 오차에 따른 문제를 보완하기 위하여 세분화된 보정 구간은 실제 중량과 근접된 구간에서 보정을 하기 때문에 정확한 무게를 산출할 수 있다. 예를 들어서 운전자가 알고 있는 인양물의 실제중량이 8.23ton이면 보정 9단계 8~8.99ton을 선택하여 중량 보정값을 8.23ton으로 설정하면 된다. 제조사에서 차량을 출고하기 전 검사과정에서 보정하는 추의 무게는 2ton 이하를 사용하므로 상위 단계의 무게의 보정을 하기가 어려운 상황이다. 모든 구간의 보정을 완료한 후 무게를 측정하면 도 4와 같이 실제무게에 근접된 그래프를 얻을 수 있다. 무게를 표시하는 방식은 다음과 같은 수식으로 계산한다.

(기준무게 인양 센서값 - 제로값에 해당하는 센서값 ) = 기준무게값 = 1kg당 센서값

한편, 도 5 내지 도 7과 함께 중량값 평균처리 보정 방식을 설명한다.

크레인이 어떤 중량물을 인양후 정지시 관성의 법칙과 붐(21)의 탄력성으로 인하여 붐(21)에 상하 반동이 발생한다. 아래로 내려갈 때는 실제 무게보다 무거운 센서값이 표시되고 올라갈 때는 가벼운 값이 표시된다. 이로 인하여 진동이 멈출 때까지 대기하였다가 보정 기준값을 입력하였음에도 불구하고 오차가 발생한다. 또한 인양 중량값을 표시하는 기능에서도 진동에 따른 값이 반영되므로 표시되는 중량값이 일정한 값을 표시하지 못하고 도 5와 같이 흔들리는 현상이 발생한다.

도 5에서 무게 A지점 까지는 무게가 급속히 변화하는 구간이므로 무게 표시 상태도 신속히 변화하는 것이 바람직하며 B지점에서는 진동에 따른 변화를 표시하기 보다는 안정된 값을 표시하는 것이 크레인 과부하 방지 장치(10) 동작에서 유리하다. 본 발명은 이러한 동작조건을 만족시키기 위하여 도 6과 같은 새로운 평균값 처리 방식을 제안한다.

이에 본 발명의 중량값 평균처리 보정을 수행하는 무게 보정부(150)는, 후크부재에 의해 중량물이 인양될 때 크레인의 붐의 탄성력으로 인한 진동을 고려하여 무게 보정하여 무게 보정값으로 생성하도록 한다.

중량물을 초기 인양시에 붐(21)의 진동이 빠르게 이루어지는데, 이를 위하여 로드셀(140)은 후크부재에 의해 중량물이 인양된 시점부터 최고 중량물 무게를 가질 때까지 미리 설정된 무게 측정 주기로서 도 6에 도시한 바와 같이 N번의 중량물 무게를 측정한다. 예를 들어, 도 5를 참조하면 중량물의 인양이 시작되는 시점부터 최고 중량물 무게로서 측정되는 A 지점에 이를 때까지는, 무게 측정 주기로서 N번의 중량물 무게를 측정한다

따라서 무게 보정부(150)는, 무게 측정 기본 주기에 의해 측정되는 N 번의 중량물 무게들의 평균값을 산출하여 무게 보정값으로 생성할 수 있게 된다.

실제로 프로그램 구현시에는, 일정한 무게 측정 기본 주기로 획득한 N개의 무게값을 평균처리에 사용하는 메모리(RAM)에 순차적으로 저장한다. 1개의 무게값을 저장한 후 다음 저장을 위하여 메모리를 지정하는 포인터는 1씩 증가한다. 평균처리 개수 N개까지 포인터가 증가하면 처음 1로 돌아간다.

한편, 로드셀(140)은, 최고 중량물 무게와 대비한 중량물 무게의 무게비가 미리 설정된 저속 판정 무게비를 가지는 시점부터는, 도 7에 도시한 바와 같이 무게 측정 주기로서 2×N번의 중량물 무게를 측정한다. 예를 들어, 저속 판정 무게비가 80%로 설정된 경우, 도 5에 도시한 바와 같이 최고 중량물 무게를 가지는 A지점의 무게 대비 80%되는 시점이 B 지점부터는, 2×N번의 중량물 무게를 측정한다

따라서 무게 보정부(150)는, 2×N번 측정된 중량물 무게들의 평균값을 산출하여 상기 무게 보정값으로 생성할 수 있게 된다.

결국, N번 측정되어 산출되는 무게 보정값과, 2×N번 측정되어 산출되는 무게 보정값의 처리 방식은 동일하고, 다만, 평균처리 개수가 2배가 되도록 설정된다. 본 발명은 N번 측정되어 산출되는 무게 보정값의 처리와, 2×N번 측정되어 산출되는 무게 보정값의 처리가 처리되면서 상황에 따라 대표 표시값을 결정해야 한다. 결정 조건은 현재 측정된 무게가 N번 측정되어 산출된 무게 보정값의 15% 이내에 들어오면 2×N번 측정되어 산출되는 무게 보정값으로 변경된다. 또한 2×N번 측정되어 산출되는 무게 보정값에서 N번 측정되어 산출되는 무게 보정값으로의 변경 조건은 현재 측정된 무게가 15%를 벗어나면 변경되도록 한다.

상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.

10:크레인 과부하 방지 장치
110:과부하 방지부
140:로드셀
150:무게 보정부

Claims

붐에 설치되며 와이어로프에 의해 연결된 후크부재에 의해 인양되는 중량물의 중량물 무게를 센싱하는 로드셀;
상기 로드셀을 통해 측정되는 중량물 무게를 보정하여 무게 보정값을 생성하는 무게 보정부; 및
상기 무게 보정부에서 보정된 무게 보정값을 기준으로 과부하 여부를 감지하는 과부하 감지부;를 포함하고,
상기 무게 보정부는,
후크부재에 의해 중량물이 인양될 때 크레인의 붐의 탄성력으로 인한 진동을 고려하여 무게 보정하여 무게 보정값으로 생성하고,
상기 로드셀은,
후크부재에 의해 중량물이 인양된 시점부터 최고 중량물 무게를 가질 때까지 미리 설정된 무게 측정 주기로서 N번의 중량물 무게를 측정하며,
상기 무게 보정부는, 상기 N번 측정된 중량물 무게들의 평균값을 산출하여 상기 무게 보정값으로 생성하고,
상기 최고 중량물 무게와 대비한 중량물 무게의 무게비가 미리 설정된 저속 판정 무게비를 가지는 시점부터는, 상기 무게 측정 주기로서 2×N번의 중량물 무게를 측정하며,
상기 무게 보정부는, 상기 2×N번 측정된 중량물 무게들의 평균값을 산출하여 상기 무게 보정값으로 생성함을 특징으로 하는 로드셀을 이용한 크레인 과부하 방지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 무게 보정부는,
무게의 보정 구간을 0ton, 0.1~1.99ton, 2~2.99ton, 3~3.99ton, 4~4.99ton, 5~5.99ton, 6~6.99ton, 7~7.99ton, 8~8.99ton, 9~9.99ton까지의 10구간로 세분하여 보정이 이루어짐을 특징으로 하는 로드셀을 이용한 크레인 과부하 방지 장치.
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