KR20080084094A - 타워 크레인의 위험감지 경보 방법 및 안전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타워 크레인의 위험감지 경보 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 기울기 센서를 이용하여 검출되는 풍압과 자중에 의하여 발생되는 거동에 대한 변위를 전기적 신호로 검출하여, 상기 산출된 풍향 풍속값과 거동에 대한 변위를 유무선으로 전송하여 설정된 기준치와 비교하여 출력하고, 상기 출력되는 신호에 대응하는 타워크레인의 변위를 전자적 기울기 센서로부터 검출된 신호로 타워크레인이 거동하는 변위를 연산함에 있어서 타워 크레인의 전자적 기울기 센서의 누적오차를 특정한 기울기에서 발생하는 기계적 기울기 센서 값으로 보정하여 정확한 기울기 값으로 보정하고, 상기 전자적 기울기 센서에서 출력되는 값을 시각적·청각적으로 구현하여 운전자가 위험 상황을 즉시 인식할 수 있게 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법과 또한 크레인으로부터 이송되는 물체의 낙하 지점을 붐대 선단에 설치된 가변 CCTV를 이용하여 운전자가 육안으로 낙하지점의 안전성을 확인할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.

타워 크레인, 기울기, 보정, 자이로 센서, CCTV

Description

타워 크레인의 위험감지 경보 방법 및 안전 장치 {A warning method and safety device for the tower crane}

도 1은 본 발명이 적용되는 타워 크레인의 측면도

도 2는 본 발명의 위험 감지 경보 순서도

도 3은 본 발명에 따른 전자적 기울기 센서의 보정에 따른 순서도

도 4는 본 발명의 위험 감지 경보 장치의 블록도

도 5는 본 발명에 따라 타워 크레인의 기울기 값을 보정하는 센서의 구성도.

도 6은 본 발명에 따라 기계적 기울기 값과 전자적 기울기 값을 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명에 의하여 경고 상태가 디스플레이 되는 화면을 나타낸 초기화면

도 8은 본 발명에 의하여 경고 상태가 그래프 형식으로 디스플레이 되는 화면 상태도

도 9는 본 발명에 의하여 경고 상태가 계기판 형식으로 디스플레이 되는 화 면 상태도

도 10은 본 발명에 의하여 붐대 선단의 CCTV에 의한 작업 상태도

본 발명은 타워 크레인의 위험상태를 감지하여 경보하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 타워 크레인의 변형에 대한 거동을 전자적 기울기 센서의 계측값과 기계적 기울기 센서의 신호로부터 획득되는 기계적 경사값의 기울기를 비교하여 전자적 기울기 센서의 출력값을 보정하고, 그 보정된 데이터에 기초하여 타워 크레인의 변형으로 인한 파손 위험을 자동적으로 검출하여 변동하는 타워 크레인의 변형률에 대하여 안전한 허용범위를 시각적, 청각적으로 인지할 수 있도록 하여, 실시간으로 타워 크레인의 변형 상황을 모니터링하여 위험 상태를 감지할 수 있으며, 또한 타워크레인 선단에 경사 조절 장치를 가진 폐쇄회로 텔레비전(CCTV)을 부착하여 건물 벽체에 가려진 부분을 운전자가 볼 수 있도록 함으로써 지상 운전자의 안전 대책을 수립할 수 있는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법 및 안전 장치에 관한 것이다.

타워 크레인(tower crane)은 항만 하역용으로 조선소의 선대(船臺)와 안벽(岸壁) 등에 설치되거나, 초고층 빌딩이나 아파트 건설현장, 플랜트 공사에서 벌 크(bulk) 작업과 스풀 홀딩(spool holding) 등에 많이 사용되고 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 타워 크레인의 일례를 나타내고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 타워 크레인은 기초 앵커(1) 위에 트러스 구조물로 형성되는 마스트(2)와, 상기 마스트(2) 상부에서 유압실린더와 유압모터를 이용하는 유압구동장치로 마스트(2)를 승하강시키는 텔레스코핑케이지(3)와, 상기 텔레스코핑케이지(3) 상부에 마련되는 운전실(4)과, 상기 운전실(4) 상부에 설치되는 캣 헤드(5)와, 상기 켓 헤드(5)로부터 수평상으로 길게 설치되는 트러스 구조물로 되어 트롤리(6)와 후크(7)가 설치되어 작업 대상물(M)을 견인하는 메인 지브(8)와, 상기 메인 지브(8)의 반대편에서 권상장치를 구비하여 메인 지브(8)의 균형을 유지하는 카운터 지브(9)로 구성된다.

이러한 타워 크레인은 운전자가 지상으로부터 상당히 높은 위치의 운전실에서 탑승하여 작업을 하게 됨으로 '타워크레인의 방호조치에 관한 기술지침'에 따라 정격하중의 105% 이하에서 작동되는 과부하방지장치 · 권과방지장치 · 하강제한장치 · 선회제한장치 · 주행제한장치 · 기복제한장치 · 로프이완방지장치 · 지브 텔레스코핑 제한장치 등의 운동제한장치와 상승 · 하강 · 기복의 속도를 제한하는 성능제한장치를 부착하고 있다.

그러나 타워 크레인은 설치된 상태에서 상당한 기간 동안 풍력에 의한 풍압에 대응하면서 구조물 자체의 중량과 작업대상물의 이송에 따르는 회전 모우먼트에 의한 굽힘응력에 의하여 시시각각으로 변형을 일으키게 되는데, 이러한 변형에 의한 타워 크레인의 안전도를 차폐된 구조로 형성되는 운전실에 탑승한 운전자가 알 수 없어서 타워 크레인의 거동에 대한 위험성을 느끼지 못하고 있다.

이러한 이유로 인하여 타워 크레인 운전자가 타워 크레인이 고정구조물이라는 인식과 철탑의 안전율을 고려한 구조설계에 의하여 파손이 쉽게 발생하는 것이 아니라는 생각으로 타워 크레인의 변형에 의한 위험성을 간과한다면 트러스 구조물의 피로한도에 의한 파손으로 인명과 재산의 피해가 발생함은 물론이고, 안전관리에 관련한 기업의 이미지가 손상되고, 예정된 작업 계획에 차질을 주게 되어 경제적인 손실까지 발생하게 될 것이다.

따라서 타워 크레인은 일반인들과 운전자의 안전에 직접적으로 연관되어 있는 만큼 설치된 이후에 안전성 확보가 중요한 사항 중의 하나이기 때문에 안전사고 및 손실비용 등을 감안하여 변형에 대한 거동을 관측하여 파손 단계 이전에 신속한 안전조치가 뒤따라야 한다.

타워 크레인과 같은 트러스 구조물들의 위험 감지는 풍향계, 풍속계, 기울기 센서 등과 같은 계측수단을 이용하여 자동적 연속적 객관적으로 모니터링 하는 과정에서 측정된 데이터를 구조물의 초기 설계 및 해석 데이터와 비교 연산하여 구조물의 현재 상태를 파악함으로써, 구조물의 변형과 그 변형에 따르는 손상 및 수명을 초기에 예측하고, 풍속을 고려한 지역별 설계 보완 및 설계 기준에 대한 정보를 획득할 수 있다.

타워 크레인에서는 주로 풍압에 의한 응력을 구하기 위한 변형률, 처짐, 가속도, 기울기, 그리고 풍향 및 풍속 등이 측정될 수 있는데, 가속도의 측정은 고유진동수, 감쇄모드, 모드형상 등과 같은 철탑의 동적 거동 특성을 측정하는 것이고, 풍향 및 풍속의 측정은 철탑의 변형에 영향을 주는 풍압의 영향을 측정하는 것이다.

타워 크레인의 위험 상황을 계측하여 경보하기 위한 장치로는 대한민국 공개특허 제10-2005-11570호 '무선 풍속 경보 장치'가 알려져 있다.

상기 무선 풍속 경보 장치는 풍속측정센서로 바람의 세기를 전기적 신호로 검출하여 풍속값을 산출하고, 산출된 풍속값을 무선으로 전송하여 설정된 풍속값과 비교하여 출력되는 제어신호를 이용하여 색상으로 표시되는 램프와 경보음으로 타워 크레인 운전자 및 현장의 관리원들에게 위험 상황을 청각적으로 경고할 수 있게 되는 것이다.

이러한 종래의 경보 장치에서 알람과 경보음은 타워 크레인의 거동 변위가 안전한 허용범위 내에서 출력되는데, 신속하고 안전한 경보를 위하여 미약한 거동이 있어도 수시로 알람과 경보음이 작동하게 된다. 이렇게 일반적인 상시 경보에 대하여 대부분의 타워크레인 운전자나 현장 관리자는 경보에 대하여 타성이 생기게 되어 실제로 위험한 상황을 인지할 수 없게 되고, 특히 지상 운전 보조자는 구조물의 변위가 어느 정도인지를 예상할 수 없는 상태에서 운전자와 무선 교신을 하면서 목측과 경험에 의존하여 운전 진행을 결정하게 되어 자칫 대형 사고를 유발할 수 있다.

또한 운전자는 도 1에서 보는 바와 같이 지상에서 타워 크레인의 작업 반경 내에 위치하는 지상 작업자의 지시에 따라 작업을 하게 되는데, 운전실()과 지상 작업자(H) 사이에 장애물(O)이 있어서 지상 작업자(H가 운전실(4)으로부터 가시적 으로 확인이 안될 경우에도 지상 작업자는 계속적으로 운전자에게 작업지시를 하게 되고, 운전자는 지상 작업자(H)의 위치를 미처 파악하지 못한 상태에서 작업을 진행하여 운반체를 하강시키게 되므로 안전사고의 위험이 있었다.

풍압과 자중에 의한 타워 크레인의 기울기를 검출하여 안전도를 진단하기 위한 계측수단으로 전자적 기울기 센서를 사용하게 되면 풍속계와 풍압계 등과 같은 계측기를 적용하는 것보다 정확한 거동 데이터를 얻을 수 있다. 이러한 전자적 기울기 센서의 일례로 자이로 센서(Gyro sensor)가 적용될 수 있다.

자이로 센서는 가속도의 값을 각도로 계산하기 위해서 적분 연산을 하게 되는데, 가속도 정보가 디지털 회로 내에서 마이크로프로세서에 의해 적분되어 각도 정보로 변환됨으로써 샘플링 시간의 영향, 분해능의 영향 등과 같은 디지털 값이 가지는 오차와 신호에 포함되어 있는 노이즈의 영향, 외부의 진동 등과 같은 영향에 의하여 연산이 진행될수록 오차가 누적되어 정확한 계측 데이터를 얻기 곤란한 문제점이 있다.

따라서 누적되는 오차를 포함하는 기울기 값으로 타워 크레인의 거동 상황을 계측하고 경보하게 된다면 타워크레인의 실제 거동과는 상이한 데이터로 진단상태를 디스플레이하거나 경보를 하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 풍향과 풍속을 획득하고, 타워 크레인의 거동에 따르는 경사각과 경사방향을 획득하기 위하여 설치되 는 계측수단과; 상기 계측수단으로부터 계측되는 데이터와 입력되는 데이터를 연산하여 디스플레이 장치에 출력하는 메인서버에 의하여 풍속계와 풍향계와 같은 풍속측정센서와 같은 기상 측정 계기를 이용하여 바람의 세기를 전기적 신호로 검출하여 풍향 및 풍속과 크레인 붐에 걸려있는 무게의 편하중에 의하여 발생하는 기울기 각도를 참조하여 위험성향을 시각적 영상으로 용이하게 인식토록 함으로서, 운전자가 위험 상황을 즉시 인식하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법과 그 안전 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 상기와 같이 전자적 기울기 센서로부터 검출된 신호로 타워크레인이 거동하는 변위를 연산함에 있어서 타워 크레인의 전자적 기울기 센서의 누적오차를 특정한 기울기에서 발생하는 기계적 기울기 센서 값으로 보정하여 정확한 기울기 값으로 보정하고, 상기 전자적 기울기 센서에서 출력되는 값을 시각적으로 구현하고, 상기 메인서버에서 검출되는 신호가 소정의 설정 범위를 벗어나게 될 때에 작동하는 경보부를 구비하여 운전자가 위험 상황을 즉시 인식할 수 있게 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법과 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명은 풍향과 풍속을 획득하고, 타워 크레인의 거동에 따르는 경사각과 경사방향을 획득하기 위하여 설치되는 계측수단과; 상기 계측수단으로부터 계측되는 데이터와 입력되는 데이터를 연산하여 디스플레이 장치에 출력하는 메인서버와; 상기 메인서버에서 검출되는 신호가 소정의 설정 범위를 벗어나게 될 때에 작동하는 경보부와; 상기 메인서버에 의하여 제어되며, 장애물에 가려진 부위를 디스플레이 장치를 통하여 운전자가 확인할 수 있도록 타워 크레인의 붐(boom) 선단 에 경사각도를 조절할 수 있는 CCTV를 부착함으로써 벽체 등과 같은 장애물에 가려진 지상 작업자의 위치를 운전자가 확인할 수 있게 하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법과 그 장치를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법은, 타워 크레인의 트러스 구조물에 대한 기초 데이터를 입력하는 단계(S-100);

상기 단계(S-100)에서 입력되는 기초 데이터에 대응하는 데이터를 취득하기 위하여 적정한 위치에 설치되는 계측수단에 의하여 구조물에 작용하는 풍압과 메인 지브의 자중에 의하여 발생되는 거동에 대한 변위를 전기적 신호로 검출하는 단계(S-200);

상기 단계(S-200)에서 검출된 전기적 신호를 증폭 및 필터링하고, 중앙처리장치에서 연산처리를 할 수 있도록 A/D 변환기에서 디지털 데이터로 변환시키는 단계(S-300);

상기 단계(S-300)에서 취득된 데이터와 거동에 대한 변위를 설정된 기준치와 비교하고, 검출 데이터의 분석 및 구조해석을 실행하여 검출된 신호가 소정의 설정 범위를 벗어나는 지에 대한 구조 안전성을 판단하는 단계(S-400);

상기 단계(S-400)에서 구조 안전성에 대한 결과 데이터와 타워 크레인의 거동 상태를 운전실에 마련된 서버에 저장하고 디스플레이 장치에 영상으로 출력하는 단계(S-500);

그리고, 상기 영상 데이터가 설정된 허용 안전 범위를 벗어나는 경우에 경보 해제 신호를 입력할 때까지 위험 상황을 알리는 알람과 램프를 작동시키는 경보 단계(S-600);를 포함하는 것을 기술적인 특징으로 하는 것이다.

상기한 일련의 과정에서 거동에 대한 변위를 전기적 신호로 검출하는 단계(S-200)는 전자적 기울기 센서에서 기울기 가속도를 측정하는 단계(S-210);

상기 단계(S-210)에서 측정된 기울기 가속도를 적분 연산하여 기울기 각도를 검출하는 단계(S-220);

설정된 기울기 값에 해당하는 기울기가 측정되는지를 기계적 기울기 센서에서 감지하는 단계(S-230);

상기 단계(S-230)에서 기계적 기울기 센서에서 설정된 기울기 값이 감지되면 감지된 기울기 값을 전자적 기울기 센서로 전송하는 단계(S-240);

상기 단계(S-240)에 따라 전자적 기울기 센서에서 상기 감지신호가 있는지 확인하는 단계(S-250);

상기 단계(S-250)에서 감지신호가 있으면 감지신호에 해당하는 기울기 값으로 전자적 기울기 센서의 값을 보정하여 출력하는 단계(S-260);

상기 단계(S-250)에서 감지신호가 없으면 전자적 기울기 센서에서 검출된 기울기 값을 출력하는 단계(S-270);를 포함한다.

타워 크레인을 운전하는 과정에서 기울기 각도의 변화가 발생하게 되는데, 이러한 기울기 각도의 변화는 전자적 기울기 센서에서 적분 연산하는 과정에서 발생하는 오차값에 의한 누적오차가 발생하게 된다.

따라서 상기 전자적 기울기 센서의 출력값을 보정하여 출력하는 단계(S-200)는 상기 누적 오차에 의하여 발생되는 오차값을 실제 기울기 값인 기계적 기울기 센서의 값과 일치하는 시점에서 상기 전자적 기울기 센서의 기울기 값을 실제 기울기 값과 일치되도록 보정하도록 하는 것으로, 상기 기계적 기울기 센서에서 설정된 기울기 값이 감지되는 경우에 상기 전자적 기울기 센서의 값을 상기 설정된 기울기 값으로 보정하여 출력하게 된다.

즉, 상기의 전자적 기울기 센서의 출력값을 보정하여 출력하는 단계(S-260)가 타워 크레인을 운전함에 따르는 기울기 각도의 변화에서 실제 기울기 값에 대하여 전자적 기울기 센서에서 적분 연산되는 1차 출력값의 누적 오차에 의하여 발생되는 오차값을 실제 기울기값과 기계적 기울기 센서의 값이 일치하는 시점에서 실제 기울기 값과 일치되도록 보정하여 2차 보정 출력값을 출력하고, 운전시간이 경과되어 실제 기울기 값에 대하여 전자적 기울기 센서에서 적분 연산되는 상기 2차 보정 출력값에서 누적 오차에 의하여 발생되는 오차값을 실제 기울기값과 기계적 기울기 센서의 값이 일치하는 시점에서 실제 기울기 값과 일치되도록 보정하여 3차 보정 출력값을 출력함으로써 연속적인 보정을 수행하게 된다.

상기 구조 안전성에 대한 결과 데이터와 타워 크레인의 거동 상태를 운전실에 마련된 디스플레이 장치에 영상으로 출력하는 방법은, 디지털 또는 아날로그 방식과 같이 표현되는 계기판의 형태로 구현된다.

상기한 본 발명의 타워 크레인 위험 감지 경보 방법은 고소에서 작업 중인 타워 크레인 운전자는 물론이고, 상기 운전자와 협력하여 지상에서 작업을 하는 지상 작업자 및 현장의 관리원들에게 위험 상황을 알람과 경보음을 이용하여 청각적으로 경보하면서, 디스플레이 장치에서 실시간으로 풍속, 풍향과 붐의 경사각 및 방향을 시각적으로 확인할 수 있게 되면서 운전자가 즉각적으로 위험 상황을 판단하고 신속한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 타워 크레인의 위험을 감지하여 경보하는 장치는, 풍향과 풍속을 획득하기 위하여 설치되는 풍향계 및 풍속계와, 기초 데이터에 대응되어 연산되는 타워 크레인의 거동에 따르는 경사각과 경사방향을 획득하기 위하여 설치되는 전자적 기울기 센서와, 상기 전자적 기울기 센서의 누적 오차를 보정하기 위한 기계적 센서로 구성되는 계측수단과;

상기 계측수단으로부터 계측되는 데이터를 연산하여 출력하는 제어부와, 타워 크레인의 현장 기초 데이터와 트러스 구조물의 설계 데이터 및 각종 변수와 명령을 입력하기 위한 입력부와와, 상기 입력부로 입력되는 기초 데이터와 상기 계측수단에서 취득되는 데이터를 저장하는 메모리와, 상기 제어부의 제어에 따르는 관련 데이터와 타워 크레인의 가동 상태 및 거동 상태를 모니터링하는 디스플레이 장치에 출력하는 영상신호 처리부를 구비하여 타워 크레인의 운전실에 설치되는 메인서버와;

상기 메인서버의 제어부에서 검출 데이터의 분석 및 구조 안전성을 판단한 결과 검출된 신호가 소정의 설정 범위를 벗어나게 될 때에 작동하는 경보부;

그리고 메인서버의 제어부에 의하여 제어되며, 장애물에 가져진 부위를 디스플레이 장치(25)를 통하여 운전자가 확인할 수 있도록 경사 조절 장치를 구비하여 타워크레인 선단에 부착되는 CCTV를 포함하는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면 상기의 전자적 기울기 센서인 자이로 센서의 기울기 값을 출력하여 타워 크레인의 기울기 값을 표시하되 특정한 기울기에서 기계적 기울기 센서의 기울기 값으로 상기 전자적 기울기 센서의 출력값을 보정하여 타워 크레인의 위험 상황을 정확하게 출력할 수 있게 된다.

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 명확하게 될 것이다.

다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다.

본 발명은 다양한 형태의 트러스 구조물로 되는 타워 크레인에 적용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 위험 감지 경보 장치의 블럭도를 나타내고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 위험 감지 경보 장치는 계측수단(10), 메인서버(20), 경보부(30), 및 CCTV(40)로 구성된다.

즉, 타워 크레인에 설치되어 기상 정보와 타워 크레인의 거동에 관한 데이터를 계측하는 계측수단(10); 타워 크레인의 운전실(4)에 위치하여 데이터의 입출력 과 연산을 수행하는 메인서버(20), 위험 상황을 청각적으로 통보하기 위한 경보부(30) 및 지상 작업자의 안전을 고려한 CCTV(40)로 구성된다.

계측수단(10)은 메인서버(20)로부터 입력되는 기초 데이터에 대응되어 연산되는 풍향과 풍속을 획득하기 위하여 켓 헤드에 설치되는 풍향계(11) 및 풍속계(12)와, 기초 데이터에 대응되어 연산될 수 있도록 타워 크레인의 거동에 따르는 경사각과 경사방향을 획득하기 위한 기울기 센서로서 전자적 기울기 센서(13)와 기계적 기울기 센서(14)로 구성된다.

도 5는 본 발명에 따른 타워 크레인의 기울기 값을 보정하기 위한 기울기 센서의 구성을 나타낸 도면이다.

전자적 기울기 센서(13)는 타워 크레인의 기울기 가속도를 측정하는 가속도 측정부(130)와; 기울기 가속도를 적분 연산하여 기울기를 검출하는 기울기 검출부(131)와; 기계적 기울기 센서(14)의 신호에 의해 기울기 값을 보정하는 보정부(132)로 구성된다.

이러한 전자적 기울기 센서(13)는 기울기 상대량을 시계열적으로 가속도 측정부(132)에서 계측하고, 상기 계측된 가속도 값은 기울기 검출부(131)에서 적분을 통하여 기울기 값으로 계산되어 운전실에 마련되어 있는 디스플레이 장치에 표시된다.

기계적 기울기 센서(14)는 특정한 기울기에서 전기적 신호를 발생하는 센서 로서 기울기의 절대량을 계측하는 센서이다. 즉, 시계열적으로 기울기 값을 산출하여 표시할 수 없으며, 특정한 기울기 값에서만 전기 신호가 발생되는 것으로, 설정된 기울기 값을 검출하는 기울기 측정부(140); 상기 설정된 기울기 값에서 전기적 신호를 감지하여 전기 신호를 발생하는 감지부(141)로 구성된다.

이러한 기계적 기울기 센서(14)에서는 설정된 기울기 값에 도달되면 기울기 측정부(140)가 전기적 신호를 발생하고, 상기 전기적 신호를 감지부(141)에서 감지하여 전자적 기울기 센서(13)의 보정부(132)로 전송한다.

상기 전자적 기울기 센서(13)의 보정부(132)에서는 상기 기계적 기울기 센서(14)의 감지부(141)의 전기적 신호에 따라 설정된 기울기 값을 기울기 검출부(131)에 전송하여 설정된 기울기 값으로 보정한다.

즉, 기계적 기울기 센서(14)의 전기적 신호가 발생하지 않으면 전자적 기울기 센서(13)에서 측정되고 계산된 기울기 값을 출력하고, 기계적 기울기 센서(14)의 전기적 신호가 발생하면 상기 설정된 기울기 값으로 보정하여 출력한다.

메인서버(20)는 제어부(21), 입력부(22), 메모리(23), 영상신호처리부(24), 디스플레이 장치(25)로 구성된다.

제어부(21)는 전자적 기울기 센서(13)와 풍향계(11) 및 풍속계(12)로부터 출력되는 아날로그 신호를 중앙처리장치에서 연산하기 위한 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기와, 상기 A/D변환기에서 출력되는 신호를 영상으로 출력하기 위한 아날로그 신호로 변환하는 D/A변환기를 구비한다.

입력부(22)는 제어부(21) 및 영상신호처리부(24)에서 출력되는 신호를 제어할 수 있는 MMI(Man Machine Interface)로 구성되어 타워 크레인의 운전자에 의해서 설정 기울기 값과 타워 크레인의 기종, 붐의 단수, 높이 단수 등과 같은 기초 데이터를 손쉽게 입력할 수 있게 되고, 상기 입력된 데이터에 대해서 운전자에게 시각적 청각적으로 타워 크레인의 외부 상황을 표시하여 인식시킬 수 있다.

메모리(23)는 상기 제어부(11)의 제어에 따라 현장 데이터와 기울기 센서 및 풍향 풍속계에서 취득되는 데이터를 저장한다.

영상신호 처리부(24)는 상기 제어부(11)의 제어에 따르는 관련 데이터와 타워 크레인의 가동 상태 및 거동 상태를 디스플레이 장치(25)에 출력한다.

도 6은 기계적 기울기 값에 의하여 전자적 기울기 값의 누적 오차를 보정하는 상태의 일례를 그래프로 나타내고 있다.

이 도면을 참조하면, 타워 크레인을 운용하는 운전 시간에 대한 기울기 각도의 변화에서 실제 기울기 값(A)과 전자적 기울기 센서(13)의 1차 출력값(B1)과 2차 보정 출력값(B2) 및 3차 보정 출력값(B3)은 불연속적인 거동을 나타내고, 기계적 기울기 센서(14)의 1차 설정 기울기값(C1)과 2차 설정 기울기값(C2)은 일정한 기울기 각도에서 발생하는 기계적 기울기 센서의 기울기 값이다.

이러한 실제 기울기 값(A)에 대하여 전자적 기울기 센서(13)에서 적분 연산되는 1차 출력값(B1)은 타워 크레인의 변형이 지속적으로 증가할 경우 전자적 기울기 센서(13)의 누적 오차에 의하여 실제 기울기값(A)과 기계적 기울기 센서(14)의 값이 일치하는 시점(P1)에서 실제 기울기 값(A)과 오차값(#1)이 발생된다.

이렇게 사용자에 의해 설정된 1차 설정 기울기값(C1)이 기계적 기울기 센서(14)에 감지되면 전자적 기울기 센서(13)의 1차 출력값(B1)을 기계적 기울기 센서(14)의 1차 설정 기울기값(C1)과 일치되도록 보정하여 2차 보정 출력값(B2)을 출력한다.

그리고 운전시간이 경과되어 실제 기울기 값(A)에 대하여 전자적 기울기 센서(13)에서 적분 연산되는 2차 보정 출력값(B2)이 누적 오차에 의하여 실제 기울기값(A)과 기계적 기울기 센서(14)의 값이 일치하는 시점(P2)에서 실제 기울기 값(A)과 오차값(#2)가 발생하여 설정된 1차 설정 기울기값(C2)이 기계적 기울기 센서(14)에 감지되면 전자적 기울기 센서(13)의 2차 보정 출력값(B2)을 기계적 기울기 센서(14)의 2차 설정 기울기값(C2)과 일치되도록 보정하여 3차 보정 출력값(B3)을 출력한다.

상기 설정 기울기는 당업자에 따라서 변경될 수 있으며, 설정된 기울기가 많을수록 전자적 기울기 센서의 값의 누적 오차가 수시로 보정될 수 있으나, 타워 크레인의 형태, 높이, 굽힘응력 등에 따라 임의의 설정 기울기 값, 예를 들면 5ㅀ, 10ㅀ, 15ㅀ, 20ㅀ등으로 설정될 수 있다.

이러한 설정 기울기 값은 전자적 기울기 센서의 누적오차를 보정하는 기울기 값으로 이용되고, 특히 5ㅀ의 기울기 값에 대해서는 타워 크레인을 운영하는데 어려움이 있다는 경고음이 발생되고 20ㅀ의 기울기 값에 대해서는 타워 크레인 운용 불가의 경고음이 발생되도록 구성될 수 있다.

도 7 내지 도 9는 본 발명에서 MMI에 의하여 데이터를 입력하고, 타워 크레인이 거동되는 상태가 모니터링 되어 화면에 표시되는 예를 보여주고 있다.

이 도면을 참조하여 설명하면, 도 7은 경고 상태가 디스플레이 되는 초기 화면으로서 상단에는 '계기판 형식', '그래프 형식', '설정화면' 등을 선택할 수 있는 선택버튼이 형성되고, 그 아래쪽의 좌측에는 타워 크레인의 높이와 단을 입력할 수 있는 입력항목이 형성되어 있고, 중앙에는 입력창의 입력조건과 계측수단으로부터 계측된 신호를 연산한 결과 값이 출력되는 각도설정 항목이 형성되어 있으며, 우측에는 안전, 경고, 파괴상황에 이르는 정도를 쉽게 인지할 수 있는 이퀄라이저가 형성되어 있다.

그리고 아래쪽으로는 통신환경 항목이 형성되어 있다.

상기 인터페이스는 입력항목에서 크레인의 기종명과 붐의 단 및 높이단을 입력하면, 계측된 신호값이 우측의 각도설정 항목에서 안전, 경고, 파괴 각도가 디지털 방식의 수치로 나타나면서 우측의 이퀄라이저를 통해서 단계별 디스플레이가 되어 운전자가 타워 크레인의 휨 변형에 따르는 위험도를 시각적으로 인지할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명에 의하여 경고 상태가 그래프 방식으로 디스플레이 되는 화면 상태도로서, 도 7에서 그래프 형식 버튼을 선택하여 입력하면 출력되는데, 화면의 각도 표시는 운전자가 쉽게 인식할 수 있도록 표식판의 각도로 표시되고, 바탕 색상의 3가지의 색상으로 구분되게 하여 서로 다른 색상에 의하여 현재 굽힘각의 추이가 표시되게 한 것이다.

도 9는 본 발명에 의하여 경고 상태가 아날로그 방식의 계기판 형식으로 디스플레이 되는 화면 상태도로서, 도 7에서 계기판 형식 버튼을 선택하여 입력하면 붐의 방향과 풍속 및 풍향이 나타나서 운전자가 외부 환경을 인식할 수 있게 되는 상태를 보여주고 있다.

도 10은 본 발명에서 붐 선단에 CCTV가 설치된 작업 상태도를 보여주고 있다.

이러한 CCTV(40)는 경사 각도 조절 장치가 구비되어 장애물로 가려진 장소를 운전석에서 영상으로 확인할 수 있게 됨으로 작업 안전성을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면 자동적 연속적 객관적으로 모니터링 하는 과정에서 측정된 데이터를 타워 크레인의 트러스 구조물의 초기 설계 및 해석 데이터와 비교 연산하여 구조물의 현재 상태를 파악하면서, 적분연산에 의한 각도 정보로 변환하는 과정에서 양자화 오차에 의한 전자적 기울기 센서 측정값의 오차를 기계적 기울기 센서의 설정 기울기 값으로 보정할 수 있어서 타워 크레인의 정확한 기울기 값을 획득하여 구조물의 변형과 그 변형에 따르는 손상을 적기에 예측하고, 위험, 경고 등의 신호를 정확하게 통보할 수 있게 되어 운전자가 더욱 안전하게 타워 크레인 작업을 수행할 수 있다.

또한 풍향 풍속에 따르는 기울기를 찾아서 모니터에 비주얼하게 디스플레이 함으로써 풍향과 풍속에 따른 가중 편하중을 예측할 수 있으므로 미연에 사고를 방지할 수 있으며 크레인 붐대 선단에 부착한 CCTV의 경사각도를 변화시켜서 장애물에 의하여 운전석에서 보이지 않는 부분에서도 물체를 안전하게 이송 및 하강할 수 있게 되어 지상 작업자의 안전과 시설물을 보호할 수 있다.

Claims (8)

1. 타워 크레인의 트러스 구조물에 대한 기초 데이터를 입력하는 단계(S-130);

   상기 단계(S-100)에서 입력되는 기초 데이터에 대응하는 데이터를 취득하기 위하여 적정한 위치에 설치되는 계측수단에 의하여 구조물에 작용하는 풍압과 메인 지브의 자중에 의하여 발생되는 거동에 대한 변위를 전기적 신호로 검출하는 단계(S-200);

   상기 단계(S-200)에서 검출된 전기적 신호를 증폭 및 필터링하고, 중앙처리장치에서 연산처리를 할 수 있도록 A/D 변환기에서 디지털 데이터로 변환시키는 단계(S-300);

   상기 단계(S-300)에서 취득된 데이터와 거동에 대한 변위를 설정된 기준치와 비교하고, 검출 데이터의 분석 및 구조해석을 실행하여 검출된 신호가 소정의 설정 범위를 벗어나는 지에 대한 구조 안전성을 판단하는 단계(S-400);

   상기 단계(S-400)에서 구조 안전성에 대한 결과 데이터와 타워 크레인의 거동 상태를 운전실에 마련된 서버에 저장하고, 디스플레이 장치에 영상으로 출력하는 단계(S-500);

   그리고, 상기 영상 데이터가 설정된 허용 안전 범위를 벗어나는 경우에 경보 해제 신호를 입력할 때까지 위험 상황을 알리는 알람과 램프를 작동시키는 경보 단계(S-700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 거동에 대한 변위를 전기적 신호로 검출하는 단계(S-200)가 전자적 기울기 센서(13)의 가속도 측정부(130)에서 기울기 가속도를 측정하는 단계(S-210);

   상기 단계(S-210)에서 측정된 기울기 가속도를 전자적 기울기 센서(13)의 기울기 검출부(131)에서 적분 연산하여 기울기 각도를 검출하는 단계(S-220);

   기계적 기울기 센서(14)의 기울기 측정부(140)에서 설정된 기울기 값에 해당하는 기울기가 측정되는지를 감지하는 단계(S-230);

   상기 단계(S-230)에서 상기 기계적 기울기 센서(14)에서 설정된 기울기 값이 감지되면 상기 감지된 기울기 값을 상기 전자적 기울기 센서(200)의 보정부(132)로 전송하는 단계(S-240);

   상기 단계(S-240)에 따라 상기 전자적 기울기 센서(13)의 보정부(132)에서 상기 감지신호가 있는지 확인하는 단계(S-250);

   상기 단계(S-250)에서 감지신호가 있으면 감지신호에 해당하는 기울기 값으로 전자적 기울기 센서(13)의 출력값을 보정하여 출력하는 단계(S-260);

   상기 단계(S-250)에서 감지신호가 없으면 전자적 기울기 센서(13)에서 검출된 기울기 값을 출력하는 단계(S-270);를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 전자적 기울기 센서(13)의 출력값을 보정하여 출력하는 단계(S-260)가 타워 크레인을 운용하는 운전 시간에 대한 기울기 각도의 변화에서 실제 기울기 값에 대하여 전자적 기울기 센서에서 적분 연산되는 1차 출력값의 누적 오차에 의하여 발생되는 오차값을 실제 기울기값과 기계적 기울기 센서의 값이 일치하는 시점에서 실제 기울기 값과 일치되도록 보정하여 2차 보정 출력값을 출력하고; 운전시간이 경과되어 실제 기울기 값에 대하여 전자적 기울기 센서에서 적분 연산되는 상기 2차 보정 출력값에서 누적 오차에 의하여 발생되는 오차값을 실제 기울기값과 기계적 기울기 센서의 값이 일치하는 시점에서 실제 기울기 값과 일치되도록 보정하여 3차 보정 출력값을 출력함으로써 연속적인 보정을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 디스플레이 장치에 출력되는 구조 안전성에 대한 결과 데이터와 타워 크레인의 거동 상태가 디지털 또는 아날로그 방식과 같이 표현되는 계기판의 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 방법.
5. 풍향과 풍속을 획득하기 위하여 설치되는 풍향계(11) 및 풍속계(12)와, 기초 데이터에 대응되어 연산되는 타워 크레인의 거동에 따르는 경사각과 경사방향을 획득하기 위하여 설치되는 전자적 기울기 센서(13)와, 상기 전자적 기울기 센서(13) 의 누적 오차를 보정하기 위한 기계적 센서(14)로 구성되는 계측수단(10)과;

   상기 계측수단(10)으로부터 계측되는 데이터를 연산하여 출력하는 제어부(21)와, 타워 크레인의 현장 기초 데이터와 트러스 구조물의 설계 데이터 및 각종 변수와 명령을 입력하기 위한 입력부와(12)와, 상기 입력부(22)로 입력되는 기초 데이터와 상기 계측수단(10)에서 취득되는 데이터를 저장하는 메모리(23)와, 상기 제어부(21)의 제어에 따르는 관련 데이터와 타워 크레인의 가동 상태 및 거동 상태를 모니터링하는 디스플레이 장치(25)에 출력하는 영상신호 처리부(14)를 구비하여 타워 크레인의 운전실에 설치되는 메인서버(20)와;

   그리고, 상기 메인서버(20)의 제어부(21)에서 검출 데이터의 분석 및 구조 안전성을 판단한 결과 검출된 신호가 소정의 설정 범위를 벗어나게 될 때에 작동하는 경보부(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 기울기 센서는 타워 크레인의 기울기 가속도를 측정하는 가속도 측정부(130)와, 상기 기울기 가속도를 적분 연산하여 기울기를 검출하는 기울기 검출부(131)와, 상기 기계적 기울기 센서(14)의 전기 신호에 의해 상기 전자적 기울기 센서의 기울기 값을 보정하는 보정부(132)로 구성되는 전자적 기울기 센서(13)와;

   설정된 기울기 값을 검출하는 기울기 측정부(140), 상기 설정된 기울기 값에 서 전기적 신호를 감지하여 전기 신호를 발생하는 감지부(141)로 구성되는 기계적 기울기 센서(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 메인서버(20)의 제어부(21)에 의하여 제어되며, 장애물에 가져진 부위를 디스플레이 장치(25)를 통하여 운전자가 확인할 수 있도록 경사 조절 장치를 구비하여 타워크레인 선단에 부착되는 CCTV(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 장치.
8. 제 5항에 있어서, 메인서버(20)가 MMI로 구성되어 모니터링 되는 화면에서 설정 데이터를 입력할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 타워 크레인의 위험 감지 경보 장치.

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