KR20090053766A - 크레인 안전장치 - Google Patents

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KR20090053766A
KR20090053766A KR1020090039075A KR20090039075A KR20090053766A KR 20090053766 A KR20090053766 A KR 20090053766A KR 1020090039075 A KR1020090039075 A KR 1020090039075A KR 20090039075 A KR20090039075 A KR 20090039075A KR 20090053766 A KR20090053766 A KR 20090053766A
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    • B66C15/00—Safety gear
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    • H04N7/00—Television systems
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Abstract

본 발명은, 작업현장에 존재하는 각종 장해물 때문에 크레인 운전자가 작업현장을 볼 수 없는 상황에서, 크레인이 운반중인 화물 및 그 아래쪽의 작업현장을 자동으로 추적하여 시야를 확보함으로써 크레인 운전자가 안전하고도 용이하게 크레인을 운전가능하도록 하고, 작업현장의 모든 작업자가 아니고 오로지 상기 화물의 아래쪽에서 작업중인 작업자에게만 위험경고음을 전송함으로써 안전사고를 예방하는 크레인 안전장치에 관한 것이다.
본 발명의 크레인 안전장치는, 크레인의 암(arm)에 설치된 다수의 비디오 카메라와 상기 크레인의 조정장치(운전실 또는 리모컨)에 구비되어 상기 비디오 카메라가 촬영한 영상을 표시하는 다수의 비디오 모니터를 포함하여 구성하되, 상기 비디오 카메라의 촬영방향 수직각도와 줌 배율 및 초점 등을 크레인 운전상태 정보에 따라 소정의 수식들에 의해 자동으로 조절한다. 또, 가청대역 음향을 특정 지역에만 재현하는 초음파 송출수단을 크레인의 암에 설치하되, 초음파 송출방향의 수직각도를 크레인 운전상태 정보에 따라 소정의 수식에 의해 자동으로 조절한다.
크레인, 기중기, 안전, 시야, 경고음, crane, safty, view field, warning sound

Description

크레인 안전장치{Safty system for crane}
본 발명은 크레인의 안전장치에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 작업현장에 존재하는 각종 장해물 때문에 크레인 운전자가 작업현장을 볼 수 없는 상황에서, 크레인이 운반중인 화물 및 그 아래쪽의 작업현장을 자동으로 추적하여 시야를 확보함으로써 크레인 운전자가 안전하고도 용이하게 크레인을 운전가능하도록 하고, 작업현장의 모든 작업자가 아니고 오로지 상기 화물의 아래쪽에서 작업중인 작업자에게만 청각적 수단에 의해 위험경고를 함으로써 안전사고를 예방하는 장치에 관한 것이다.
먼저, 의미전달을 명확하게 하기 위하여 본 명세서에서 사용되는 몇 가지 용어를 다음과 같이 정의한다. '앙각'은 직선이 수평면과 이루는 각도, '수직각도'는 직선이 수직선과 이루는 각도, '회전각도'는 수평면상의 두 직선이 이루는 각도를 의미한다.
크레인은 운송산업 분야에서 화물의 적재 및 하역, 건설산업 분야에서 건설자재의 운반 및 설치, 제조산업 분야에서 중장비 조립 등에 사용되고 있다. 따라서 그 용도에 따라 다양한 형태가 있으나, 도 1에 보인 바와 같이 통상적으로 운전자가 탑 승하는 크레인 본체(미도시)에 설치된 길고 경사진 암(arm) 10의 끝에 상부 도르래 12를 구비하고, 상기 상부 도르래로부터 수직방향으로 늘어진 여러 가닥의 밧줄 20의 아래쪽에 하부 도르래 21을 연결하며, 상기 하부 도르래에는 갈고리, 끈 또는 바구니 등이 구비되어 이것에 화물 30을 적재하여 운반하는 구조로 되어있다.
한편, 크레인의 역할은 본질적으로 무거운 화물 30을 그 출발지점 42로부터 목표지점 41까지 들어서 옮기는 것이다. 그러나 작업현장 40에 존재하는 각종 장해물에 의해 운전자의 시야가 가려지는 현상이 종종 발생한다. 이를 해결하기 위한 하나의 방법으로서 유·무선 리모컨을 사용하여 크레인을 운전하기도 한다. 그러나 운전자가 상기 출발지점과 목표지점의 시야를 동시에 확보할 수 있는 위치는 지극히 제한적이기 때문에 대부분 경우에서 어느 한쪽의 시야만 확보 가능하다. 설령 시야가 확보된다고 하더라도, 위에서 작업현장을 내려다보는 것이 아니기 때문에 고공에 매달린 화물을 작업현장 높이까지 내리기 전까지는 화물이 평면도 상에서의 목표지점 41에 정확하게 도달하였는지 알 수 없다. 따라서 운전자 51은 작업현장에 위치한 작업자 52,53,54 등의 수신호 또는 무선통신 신호에 의존하여 크레인을 운전하게 된다. 이것은 크레인 운전이 대단히 불편할 뿐만 아니라 화물 운반작업의 능률도 저하되는 문제점이 있다.
또 상호 간에 신호가 맞지 않는 경우가 종종 발생하여 안전사고를 유발하기도 한다. 즉, 크레인이 운반중인 화물이 작업현장의 장해물과 충돌하거나 화물의 일부가 낙하하는 등의 사고 및 그로 인한 인명피해, 즉 안전사고가 발생할 가능성이 항상 존재한다. 이러한 안전사고에 대비하기 위해서는, 작업현장에서 다양한 작업을 수 행중인 모든 작업자가 화물의 이동궤적 및 현재위치를 자신의 눈으로 직접 확인하는 주의를 수시로 기울여야만 한다. 그러나 안전사고는 자주 발생하는 것이 아니기 때문에 시간이 지남에 따라 작업자들 사이에 안전불감증이 만연하여 상기 주의를 게을리하게 되며, 이것이 인명피해로 이어지는 대형 안전사고로 귀착되기도 한다. 반면에 모든 작업자가 성실하게 상기 주의를 기울이는 것은 모든 작업이 일시적으로 중단되는 효과가 있으므로 작업자의 작업능률이 저하되는 문제점이 있다.
전술한 문제점들을 해결하고자 하는 본 발명의 과제는, 크레인 암과 밧줄 길이의 작동상태에 따라 크레인이 운반중인 화물 및 그 아래쪽의 작업현장을 자동으로 추적하여 시야를 확보하는 수단을 제공하는 것이다. 또 작업현장의 모든 작업자가 아니고 오로지 상기 화물의 아래쪽에서 작업중인 작업자에게만 청각적 수단에 의해 위험경고를 하는 수단을 제공하는 것이다.
전술한 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 크레인 안전장치는, 크레인의 암(arm)에 설치된 다수의 비디오 카메라와 상기 크레인의 조정장치(운전실 또는 리모컨)에 구비되어 상기 비디오 카메라가 촬영한 영상을 표시하는 다수의 비디오 모니터를 포함하여 구성하되, 상기 비디오 카메라의 촬영방향 수직각도와 줌 배율 및 초점 등을 크레인 운전상태 정보에 따라 소정의 수식들에 의해 자동으로 조절한다.
또, 가청대역 음향을 특정 지역에만 재현하는 초음파 송출수단을 크레인의 암에 설치하되, 초음파 송출방향의 수직각도를 크레인 운전상태 정보에 따라 소정의 수식에 의해 자동으로 조절한다.
전술한 과제 해결 수단들에 의해, 크레인 운전상태에 따라 크레인 암의 앙각 및 회전각도와 밧줄의 길이가 어떻게 변경되더라도 상기 비디오 카메라의 일부는 운반중인 화물을, 나머지는 상기 화물 아래쪽의 작업현장을 자동으로 추적하게 되어, 운 전자는 항상 상기 화물 주변의 장해물과 상기 화물 아래쪽의 작업현장 상황을 볼 수 있어서 안전하고도 용이한 운전을 할 수 있다.
또 운전자는 상기 화물의 수직방향 아래쪽의 작업현장을 볼 수 있기 때문에, 작업자로부터의 수신호 또는 무선통신 신호에 의존하거나 고공에 매달린 화물을 작업현장 높이까지 내리지 않고도 목표지점을 정확히 찾을 수 있다.
한편, 화물 아래의 위험지역에서 작업중인 작업자만이 위험경고음을 듣고 안전사고에 대비하게 되며, 나머지 작업현장의 작업자들은 특별한 주의를 기울이지 않고도 안전하게 자신의 작업에만 전념할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되는 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시례는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 위하여 제공되는 바, 본 실시례에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 덧붙여서 본 명세서의 설명과 첨부된 도면에서, 동일한 목적과 기능을 가지는 구성요소는 그 구성과 도면이 달라지더라도 가능한 한 동일한 명칭과 도면부호를 가지도록 하여 일관성을 유지하였음을 밝혀둔다.
도 1은 경사진 암을 가지는 크레인에서 본 발명 안전장치의 작동원리를 설명하기 위한 크레인 구조 개략도로서, 도면에서는 비디오 카메라(11)가 하나만 도시되어 있어서 이것이 화물 30과 목표지점 41을 동시에 추적하는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 본 발명 기술사상의 이해를 돕기 위하여 간략하게 하나의 도면에 두 가지 경우를 모두 표시한 것일 뿐이다. 실제는 다수의 비디오 카메라를 암 10의 다양한 위 치에 설치하고 각각을 작업현장 자동추적 수단과 화물 자동추적 수단에 별도로 사용함으로써 다양한 각도에서 다양한 시야를 확보하는 것이 더욱 바람직하다.
[작업현장 자동추적 수단]
먼저 크레인 암이 임의의 앙각과 회전각도를 가지더라도 비디오 카메라의 시선(촬영방향)이 항상 화물의 수직방향 아래쪽 작업현장을 추적하도록 하는 수단에 대해 설명한다. 도 1에서 다음의 (1)식이 성립함을 알 수 있다. 이때 크레인 본체보다 작업현장의 고도가 낮은 경우(예를 들어 지하)에 h 값은 음의 값이 된다.
Figure 112009026981829-PAT00001
.................................(1)
여기서
Figure 112009026981829-PAT00002
,
Figure 112009026981829-PAT00003
이므로 (1)식은 (2)식으로 표현된다.
Figure 112009026981829-PAT00004
.............................(2)
이 식을 수직각도 φ1에 대해 나타내면 (3)식이 된다.
Figure 112009026981829-PAT00005
.........................(3)
따라서 비디오 카메라의 촬영방향의 수직각도 φ1을 (3)식에 따라 조절하면, 크레인 암의 앙각 θ가 어떤 값을 가지더라도, 비디오 카메라의 시선은 항상 운반중인 화물의 수직방향 아래쪽의 작업현장을 추적하게 된다. 여기서 암의 앙각 θ는 실시간 으로 측정가능하며, 크레인 암의 하단부 고도 y0, 크레인 암 하단부로부터 비디오 카메라 설치위치까지의 거리 l1, 크레인 암 상의 비디오 카메라 설치위치로부터 상부 도르래 설치위치까지의 거리 l2는 사전에 정해지거나 실시간으로 측정가능하다.
한편 작업현장의 고도 h는, 예를 들어서 건물 층수에 3m를 곱한 값 등의 추정치를 사용하거나 또는 실제로 측정한 값을 사용할 수 있다. 그러나 이것은 부정확하거나 번거로운 단점이 있으므로, 개선된 해결수단을 찾기 위해 (2)식을 작업현장의 고도 h에 관해서 풀면 (4)식이 된다.
Figure 112009026981829-PAT00006
.........................(4)
여기서 φ1의 값을 알면, 나머지 변수들의 값은 이미 알고 있는 값이므로 h 값을 연산에 의해 구할 수 있다. 따라서 최초의 화물을 운반할 때 또는 화물 운반작업을 시작하기 전에 다음에 예시한 과정에 의해 φ1의 값을 측정함으로써 연산 가능하다.
1) 임의의 작업현장 위치에서 크레인의 하부 갈고리(또는 최초 화물)를 작업현장의 바닥까지 내린다. 이는 암의 끝에서 아래로 수직선을 형성하여 상기 수직선과 작업현장이 만나는 지점을 알기 위함이다.
2) 운전자가 비디오 카메라의 시선 조절수단(버튼, 조이스틱 등)을 조작하여 상기 하부 갈고리(또는 최초 화물)가 모니터상의 중앙에 표시되도록 조절한다. 이는 상기 수직선과 작업현장이 만나는 점에 비디오 카메라의 시선이 가도록 하기 위함이 다. 한편 비디오 카메라의 제어부는 이때의 수직각도 φ1의 값을 알게 된다.
3) 운전자가 '작업고도 연산' 버튼을 누르면, 비디오 카메라의 제어부는 이때의 φ1의 값을 (4)식에 대입하여 h 값을 연산한다.
이후의 크레인 운전과정에서 비디오 카메라의 제어부는 상기 과정에서 구한 h 값을 사용하여 (3)식에 따라 비디오 카메라의 수직각도를 조절하게 된다. 한편 출발지와 목적지의 작업현장 고도가 서로 달라서 (3)식에서 적용되는 h 값이 서로 다를 경우에, 양자의 고도 값을 모두 상기 과정에 의해 연산, 저장하는 것이 바람직하다. 이때 크레인 운전상황에 따라 어떤 h 값을 사용할지는, 비디오 카메라 제어부가 크레인 암의 회전각도 및 앙각에 따라 자동으로 선택하거나, 운전자가 직접 선택할 수 있다.
[화물 자동추적 수단]
다음에 밧줄의 길이 w가 어떻게 변하더라도 비디오 카메라의 시선이 항상 화물을 추적하도록 하는 수단에 대해 설명한다. 도 1에서 다음의 (5)식이 성립함을 알 수 있다. 이때 화물의 고도가 y1보다 높으면 분모는 음의 값이 되며, φ2의 값은 제2 사분면 값이 된다.
Figure 112009026981829-PAT00007
.............................(5)
여기서
Figure 112009026981829-PAT00008
,
Figure 112009026981829-PAT00009
이므로 (5)식은 (6)식으로 표현된다.
Figure 112009026981829-PAT00010
................................(6)
이 식을 수직각도 φ2에 대해 나타내면 (7)식이 된다.
Figure 112009026981829-PAT00011
............................(7)
따라서 비디오 카메라의 촬영방향의 수직각도 φ2를 (7)식에 따라 조절하면, 밧줄의 길이 즉 상부 도르래로부터 화물까지의 거리 w가 어떤 값을 가지더라도 비디오 카메라의 시선은 항상 화물을 추적하게 된다. 여기서 암의 앙각 θ는 실시간으로 측정가능하며, 크레인 암 상의 비디오 카메라 설치위치로부터 상부 도르래 설치위치까지의 거리 l2는 사전에 정해지거나 실시간으로 측정가능하다. 한편, 작업현장으로부터 화물까지의 고도 z는
Figure 112009026981829-PAT00012
이므로 (8)식으로 나타낼 수 있으며, 이 식에 의해 연산한 값을 운전자에게 크레인 운전정보로 제공할 수 있다.
Figure 112009026981829-PAT00013
.........................(8)
[초점 자동조절 수단]
카메라의 통상적인 초점 자동조절 수단은 초음파 또는 적외선을 사용하여 피사체까지의 거리를 측정한 다음 이에 근거하여 광학장치를 조절하는 능동방식과 상기 광학장치에 의해 맺힌 상(像)의 위상을 검출하거나 상기 상의 명암을 측정하여 상기 광학장치를 조절하는 수동방식으로 대별된다. 그러나 이들 방식은 모두 복잡한 전 자장치가 필요하며 따라서 생산비용이 높아진다.
본 발명에서는 간단한 연산에 의해 피사체까지의 거리를 구할 수 있다. 카메라로부터 피사체까지의 거리 d(d1 및 d2)를 구하기 위해
Figure 112009026981829-PAT00014
,
Figure 112009026981829-PAT00015
를 d에 대해 풀면 (9)식이 되어서 능동방식의 초점 자동조절 수단의 구현에 사용될 수 있다.
Figure 112009026981829-PAT00016
......................................(9)
[줌 배율 자동조절 수단]
한편 비디오 카메라로부터 피사체까지의 거리는 크레인의 운전상태에 따라 변하게 되며, 상기 거리가 멀어지면 모니터에 표시되는 피사체의 크기가 작아져서 운전자가 자세히 볼 수 없게 된다. 크레인 운전상태에 따른 거리감각을 유지하기 위해서 이를 그대로 사용할 수도 있으나, 더욱 용이한 크레인 운전을 위해서 모니터에 표시되는 피사체의 크기는 운전자가 원하는 크기로 항상 일정한 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해 줌 배율 자동조절 수단이 필요하다.
임의의 거리 d0에 있는 피사체 S0의 영상을, 운전자가 모니터 화면상에서 원하는 크기로 조절(줌 배율 설정)하였을 때의 줌 배율을 Z0라 가정하면, 거리 d0와 모니터 화면에 표시되는 영상 Simg0는 각각 (10) 및 (11)식으로 표현된다. 여기서 k는 비례 상수이다.
Figure 112009026981829-PAT00017
....................................(10)
Figure 112009026981829-PAT00018
....................................(11)
한편, 거리 d에 있는 피사체 S0가 모니터 화면에 표시되는 영상은 (12)식으로 표현된다.
Figure 112009026981829-PAT00019
......................................(12)
여기서 거리에 상관없이 모니터 화면에 표시되는 두 영상 Simg0와 Simg의 크기가 동일하려면 (13)식의 조건을 만족하여야 한다.
Figure 112009026981829-PAT00020
..................................(13)
이 식에 (9) 및 (10)식을 대입한 다음에 Z에 대해 풀면 (14)식이 된다.
Figure 112009026981829-PAT00021
................................(14)
여기서,
Figure 112009026981829-PAT00022
라고 정의하면, C는 운전자의 초기설정에 의해 정해지는 비례상수이며, 줌 배율 Z의 값은 다음의 (15)식으로 주어진다.
Figure 112009026981829-PAT00023
.......................................(15)
비디오 카메라 제어부가 이 식에 의해 비디오 카메라의 줌 배율 Z를 자동조절하면, 크레인 암의 앙각 θ와 비디오 카메라의 촬영방향 수직각도 φ가 어떤 값을 가지더라도, 피사체까지의 거리에 상관없이 모니터상에 표시되는 피사체의 영상크기는 항상 일정하다. 또 크레인 운전중에 운전자가 화면에 표시되는 피사체의 크기를 임의로 변경하더라도 비례상수 C의 값이 변경되는 것이므로, 이후에 모니터상에 표시되는 피사체의 영상은 변경된 크기를 유지하게 된다.
[수식의 일반성 확장]
한편 산업현장에서는 경사진 암이 아니라 도 2에 보인 바와 같이 수평 암을 가진 크레인도 많이 사용되는데, 이러한 예로서 천장 크레인, 갠트리 크레인(gantry crane), 타워 크레인(tower crane) 등을 들 수 있다. 이러한 종류의 크레인은 상부 도르래 12가 암의 일단에 고정된 것이 아니고, 암 10에 구비된 레일을 따라 좌우로 이동가능한 특징이 있으며, 상기 암은 고도 y0인 수평면상에서 이동가능하다.
천장 크레인에서는 암 10이 양쪽 벽 15, 16에 설치된 레일을 따라 이동함으로써, 갠트리 크레인에서는 교각 15, 16의 상단부에 암 10이 고정되어 있어서 전체가 지상에 설치된 레일을 따라 이동함으로써, 도 2의 도면에 수직인 방향으로 암이 이동가능하다. 타워 크레인에서는 타워 15(16은 없음)의 상단부에 암 10이 설치되며, 상기 타워를 회전축으로 하여 상기 암이 360°의 회전각도 범위에서 작동함으로써 고도 y0인 수평면상에서 암이 이동가능하다.
전술한 수식들은 크레인의 암이 수평을 유지할 때, 즉 암의 앙각 θ가 0°일 때도 적용된다. 이때 l1 값은 고정되고 l2 값이 변하며, 전술한 수식들에서 cosθ=1, sinθ=0이 된다. 또
Figure 112009026981829-PAT00024
인 경우에도
Figure 112009026981829-PAT00025
이 되어 전술한 수식들이 무리 없이 적용가능하다. 또 비디오 카메라 11이 암 10에 고정되지 않고 상부 도르래 12에 고정되어 상부 도르래와 함께 움직이는 경우에도 전술한 수식들은 무리 없이 적용가능하다. 이 경우에 l2 값이 고정되고 l1 값이 변하게 된다.
한편, 크레인의 용도에 따라 둘 이상의 암이 관절에 의해 연결되는 경우가 있는데, 이때에도 전술한 수식들이 적용된다. 도 3은 길이 l3인 하단 암에 길이 l4인 상단 암이 관절에 의해 연결된 경우를 표시한 것이다. 도 3의 (a)에서 보인 바와 같이 상단 암에 비디오 카메라 11이 구비된 경우에, 하단 암의 앙각이 θ3이므로 y0의 값은 다음의 (16)식으로 구할 수 있다.
Figure 112009026981829-PAT00026
......................................(16)
다른 분석방법으로 도면에 보인 바와 같이 상단 암이 지면까지 연장된 길이 lE와 l1의 합인 가상의 길이 l1V는 (17)식으로 주어지며, 이것을 전술한 수식들에서 l1 대신에 사용할 수 있다. 이때 y0의 값은 0이다.
Figure 112009026981829-PAT00027
...............................(17)
또 도 2의 (b)에 보인 바와 같이 하부 암에 비디오 카메라 11이 구비된 경우에, 상단 암이 연장된 길이 lE와 l2의 합인 가상의 길이 l2V는 (18)식으로 주어지며, 이것을 전술한 수식들에서 l2 대신에 사용할 수 있다.
Figure 112009026981829-PAT00028
...............................(18)
또 연장된 밧줄의 길이 wE와 w의 합인 가상의 밧줄길이 wV는 (19)식으로 주어지며, 이것을 전술한 수식들에서 w 대신에 사용할 수 있다.
Figure 112009026981829-PAT00029
.....................(19)
[작업자 안전경보 수단]
통상적으로 작업자의 눈과 귀는 모두 그가 수행하는 작업에 사용되지만 귀보다는 눈이 더 비중 있게 사용된다. 또 눈과 달리 귀는 동시에 여러 신호를 감지하는 능력, 즉 멀티태스킹 능력이 있다. 따라서 작업자에게 주는 위험경고는 청각적 수단을 쓰는 것이 바람직하다. 또 작업현장의 모든 작업자가 아니라 크레인이 운반중인 화물 아래의 위험지역에서 작업중인 작업자에게만 위험경고를 하는 것이 작업능률의 관점에서 바람직하다. 따라서 상기 위험지역에서 작업중인 작업자에게만 경고신호를 주기 위해서는 지향성이 대단히 높은 음향발생수단(스피커)이 필요하다. 그러 나 종래기술에 의한 가청주파수 대역 스피커는 낮은 지향성 때문에 이러한 용도에 적합하지 않다.
본 발명 안전경보 수단의 일 실시례는 널리 알려진 맥놀이(beat) 현상을 이용한 것으로서, 도 4에 보인 바와 같이 두 개의 초음파 빔 송출기 13,14로부터 송출된 주파수가 비슷한 두 개의 초음파 빔이 상기 위험지역 45에서 만나게 함으로써, 합성된 신호의 차주파수(差周波數) 성분이 위험지역 내의 작업자 귀에 들리게 한다. 이때 각각의 초음파 빔 송출방향의 수직각도는 전술한 작업현장 자동추적 수단에 의해 조절되어야만 크레인 암이 어떠한 앙각을 가지더라도 상기 위험지역을 자동으로 추적한다.
도 4의 (b)는 두 개의 초음파 빔 송출기 중에서 어느 하나(14)가 상부 도르래 위치에 설치되는 특이한 경우를 나타낸 것으로서, 이것(14)의 빔 송출방향은 항상 평면에 수직인 방향이므로 상기 작업현장 자동추적 수단에 의한 빔 송출방향 수직각도 조절이 필요 없다. 이러한 특이한 경우는 전술한 비디오 카메라의 촬영방향 수직각도 조절에도 적용된다.
한편, 주파수가 비슷한 두 개의 음향신호를 합성하였을 경우에, 그 합성신호는 다음의 (20)식으로 표현된다. 도 5는 상기 합성신호의 파형을 그림으로 나타낸 것이다. 도 5에 보인 바와 같이 상기 합성신호는 주파수가 (f1 + f2)/2인 합주파수(合周波數) 성분의 반송파가 주파수가 (f1 - f2)/2인 차주파수 성분의 포락선에 의해 진폭변조된 것이다. 이때 상기 두 개의 주파수 성분이 가청대역 내에 들어가면, 상기 합주파수 성분의 톤 음향이 들리되 상기 톤 음향의 크기가 주기적으로 변하는 것으로 사람의 귀는 감지하게 된다. 이것을 맥놀이라 한다.
Figure 112009026981829-PAT00030
......(20)
본 발명에서는 상기 f1, f2 주파수에 초음파 대역의 주파수를 사용하고 그 차주파수 성분이 가청대역 내에 들어가게 함으로써, 차주파수 성분의 톤 음향이 상기 위험지역 45 내의 작업자에게만 들리게 한다. 이때, 상기 두 개의 초음파 빔이 각각 연속된 단일 톤 신호일 경우에 그 차주파수 신호도 '삐'하는 형태의 연속된 단일 톤 신호가 되어 작업자의 귀에 거슬릴 수가 있다. 따라서 상기 두 개의 초음파 빔 중에서 어느 하나 또는 두 개가 동시에 ON-OFF를 반복함으로써 '삐-삐-'하는 형태의 단일 톤 신호가 단속적으로 반복되는 경고음을 작업자가 듣게 하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 비교적 최근에 미국을 소재지로 한 홀로소닉 (http://www.holosonics.com) 및 ATC (http://www.atcsd.com) 등의 회사에서는 지향성이 대단히 높은 스피커를 상용화하였다. 이는 이차원적으로 배열된 다수의 초음파 진동자를 사용하여 고지향성 초음파 빔을 형성하되, 음향신호에 의해 변조된 초음파신호를 상기 초음파 빔의 형태로 송출하면, 공기분자의 비선형적 운동특성에 의해 가청대역 음향신호를 재현할 수 있는 기술로서, 전송거리가 멀더라도 특정지역 또는 특정인에게만 음향전송이 가능한 고지향성 스피커이다.
본 발명 안전경보 수단의 다른 실시례는 상기 고지향성 스피커를 사용하되 전술한 작업현장 자동추적 수단에 의해 상기 스피커의 음향 송출방향을 조절함으로써 구현된다. 이 경우에 두 개가 아닌 하나의 고지향성 스피커만으로도 단일 톤의 경고음뿐만 아니라, 운전자의 음성 메시지를 작업자에게 전송가능한 장점이 있다.
이상으로 본 발명의 구성과 그에 따른 바람직한 실시례에 대한 상세한 설명을 마치며, 본 발명은 전술한 바람직한 실시례에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 한편, "포함하다" 또는 "포함하는"의 표현은 본 발명의 요지와 직접적인 관련이 없는 구성요소가 포함되는 것을 배제하지 않으려는 의도임을 밝혀둔다.
도 1은 경사진 암을 가지는 크레인에서 본 발명 안전장치의 작동원리를 설명하기 위한 크레인 구조 개략도.
도 2는 천장 크레인, 갠트리 크레인, 타워 크레인 등의 수평 암을 가지는 크레인에서 본 발명 안전장치의 작동원리를 설명하기 위한 크레인 구조 개략도.
도 3은 다수의 암이 관절에 의해 연결된 경우에 본 발명의 안전장치의 작동원리를 설명하기 위한 크레인 구조 개략도.
도 4는 초음파를 사용한 경고음향 발생원리를 설명하기 위한 크레인 구조 개략도.
도 5는 맥놀이 현상을 설명하기 위한 파형도.
<도면의 주요 부호 설명>
10 크레인 암 11 비디오 카메라
12 상부 도르래 13,14 초음파 빔 송출기
20 밧줄 21 하부 도르래
30 화물 40 작업현장
45 위험지역

Claims (6)

  1. 크레인의 암(arm)에 설치된 하나 이상의 비디오 카메라와 상기 크레인의 조정장치에 구비되어 상기 비디오 카메라가 촬영한 영상을 표시하는 비디오 모니터를 포함하는 크레인 안전장치로서, 상기 비디오 카메라 중에서 일부는 다음의 수학식에 의해 촬영방향의 수직각도가 조절되는 특징이 있는 크레인 안전장치.
    Figure 112009026981829-PAT00031
    (단, φ는 비디오 카메라의 촬영방향의 수직각도, θ는 크레인 암의 앙각, y0는 크레인 암의 하단부 고도, h는 작업현장의 고도, l1은 크레인 암 하단부로부터 비디오 카메라 설치위치까지의 거리, l2는 비디오 카메라 설치위치로부터 상부 도르래 설치위치까지의 거리.)
  2. 크레인의 암에 설치된 하나 이상의 비디오 카메라와 상기 크레인의 조정장치에 구비되어 상기 비디오 카메라가 촬영한 영상을 표시하는 비디오 모니터를 포함하는 크레인 안전장치로서, 상기 비디오 카메라 중에서 일부는 다음의 수학식에 의해 촬영방향의 수직각도가 조절되는 특징이 있는 크레인 안전장치.
    Figure 112009026981829-PAT00032
    (단, φ는 비디오 카메라의 촬영방향의 수직각도, θ는 크레인 암의 앙각, w는 상부 도르래로부터 화물까지의 거리, l2는 비디오 카메라 설치위치로부터 상부 도르래 설치위치까지의 거리.)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비디오 카메라는 다음의 수학식에 의한 줌 배율 자동조절수단을 더 가지는 특징이 있는 크레인 안전장치.
    Figure 112009026981829-PAT00033
    (단, Z는 비디오 카메라의 줌 배율, C는 비례상수, θ는 크레인 암의 앙각, Φ는 비디오 카메라의 촬영방향의 수직각도.)
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비디오 카메라는 다음의 수학식으로 주어지는 거리정보에 근거한 초점 자동조절수단을 더 가지는 특징이 있는 크레인 안전장치.
    Figure 112009026981829-PAT00034
    (단, d는 비디오 카메라와 피사체 사이의 거리, φ는 비디오 카메라 촬영방향의 수직각도, θ는 크레인 암의 앙각, l2는 비디오 카메라 설치위치로부터 상부 도르래 설치위치까지의 거리.)
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 크레인 안전장치는 크레인의 암에 설치된 2개 이 상의 지향성 초음파 빔(beam) 송출기를 더 포함하되, 각각의 빔 송출기는 제1항의 수학식에 의해 빔 송출방향의 수직각도를 조절하며, 적어도 하나 이상의 초음파 빔은 나머지 초음파 빔과 서로 다른 주파수를 사용하되, 그 주파수의 차는 가청주파수 대역 내인 특징이 있는 크레인 안전장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 크레인 안전장치는, 이차원적으로 배열된 다수의 초음파 진동자를 사용하여 가청대역 음향신호를 재현하는 기술로 만들어진 고지향성 스피커를 더 포함하되, 상기 스피커는 크레인의 암에 설치되며, 제1항의 수학식에 의해 상기 음향신호 송출방향의 수직각도를 조절하는 특징이 있는 크레인 안전장치.
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