KR20190111265A - 크레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 크레인은 메인붐과 헤드 중 어느 하나에 설치되어 레이저광을 송신 및 수신하는 레이저광 송수신부와, 메인붐과 헤드 중 다른 하나에 설치되어 레이저 광을 레이저광 송수신부로 반사하는 반사부, 레이저 송수신부에서 얻어진 광 신호로부터 레이저 송수신부와 반사부 사이의 길이를 산출하는 길이 산출부를 포함하고, 레이저 광 송수신부는 광원, 광원에서 출사된 레이저 광을 수신하여 레이저 광의 고속 축의 빔 발산각을 축소하는 반원통형상을 갖는 투영 광학계; 투영 광학계에서 출사된 레이저 광의 발산각을 조절하는 발산각 제한부; 반사부에서 반사된 레이저광을 수신하는 광 수신 광학계; 및 광 수신 광학계의 초점거리보다 작게 이격된 광 검출기를 포함한다.

Description

크레인{CRANE}
본 발명은 크레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하중에 따른 메인붐의 거리변동을 정확하게 측정하여 사고를 방지할 수 있는 크레인에 관한 것이다.
크레인이란, 선단에 매달린 인양기구로 하중물을 들어올린 후, 위치를 이동하는 중장비이다. 이러한 크레인은, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임에 대하여 회동되는 컬럼(1)과, 컬럼(1)에 샤프트(h)를 힌지축으로 상하 회동가능하게 결합되는 메인붐(2)과, 컬럼(1)과 메인붐(2) 사이에 설치되어 그 메인붐(2)을 샤프트(h)에 대하여 상하방향으로 들어올리는 유압실린더(3)와, 메인붐(2)에서 신장 가능하게 설치되는 복수개의 다단붐(4)과, 다단붐(4)의 선단에 설치되는 헤드(5)와, 헤드(5)에 대하여 상하로 이동됨으로써 하중물을 인양하는 인양기구(6)와, 컬럼(10)에 설치되어 인양기구(60)와 연결된 케이블을 권취함으로써 그 인양기구(6)를 들어올리는 권취드럼(7)을 포함한다.
종래의 크레인은 메인붐(2)에 붐의 신장길이를 측정하기 위한 붐길이센서(8)를 장착하고, 유압실린더(3)에 그 유압실린더(3)에 인가되는 힘으로부터 메인붐(2)에 인가되는 하중을 측정하는 하중검출부(9)를 장착한다.
이러한 붐길이센서(8)는 로우프(8a)가 권회된 구조를 가지는데, 로우프(8a)의 단부가 헤드(5)에 고정됨으로써 다단붐(4)이 메인붐(2)으로부터 신장될 때 붐길이센서(8)로부터 인출되는 로우프(8a)의 길이를 측정하여 다단붐의 신장길이가 산출된다.
그리고, 하중검출부(9)는 유압실린더의 몸체측 압력을 측정하는 제1센서(9a)와, 유압실린더의 피스톤측의 압력을 측정하는 제2센서(9b)를 포함하는데, 포트를 통해 주입되는 유체에 의해 유압실린더(5)의 몸체 내부의 하부측벽과 피스톤에 걸리는 내부압력차가 발생하게 되고, 이 압력차는 피스톤이 메인붐(2)을 지지하는 힘으로 해석되며, 유압실린더(5) 몸체 내부의 하부측벽의 압력과 피스톤에 걸리는 압력을 제1,2압력센서(9a)(9b)로 각각 측정하는 것이다.
그런데, 크레인 작업은 메인붐(2)에 대하여 다단붐(4)이 신장되며 진행되는데, 이때 신장길이는 수십미터에 달하고, 한편으로 작업환경은 매우 가혹하다. 따라서 작업도중에 로우프(8a)가 다른 물체와 부딛쳐 손상되거나, 다단붐(4)이 신장될 때 많은 먼지에 의하여 로우프(8a)가 붐길이센서(8)로부터 잘 인출되지 못하는 경우가 발생되었다. 더 나아가, 하중검출부(9)의 제1,2센서(9a)(9b)를 연결하는 전선이 다른 물체에 손상되는 경우가 발생하여, 하중물의 하중 검출이 잘 되지 않았었다. 이와 같이 다단붐의 신장 길이나 하중물의 하중이 정확히 측정되지 못할 경우 정격하중이 달라지고, 이를 고려하지 않고 운전을 하다 보면 크레인이 전복되는 등 안전사고가 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 가혹한 환경에서도 다른 물체와 부딛쳐 고장이 발생될 가능성을 줄일 수 있음과 동시에 언제나 정확한 다단붐의 신장길이 및 하중물의 하중을 측정할 수 있어, 전복등 안전사고를 방지할 수 있는 안전장치를 포함하는 크레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 크레인은 프레임에 대하여 회동되는 회동프레임에 고정되는 컬럼과, 상기 컬럼에 샤프트를 힌지축으로 상하 회동가능하게 결합되는 메인붐과, 상기 메인붐에서 신장 가능하게 설치되는 복수 개의 다단붐과, 상기 다단붐의 선단에 설치되는 것으로서 도르레가 설치되는 헤드와, 상기 헤드에 대하여 상하로 이동됨으로써 하중물을 인양하는 인양기구와, 상기 컬럼에 설치되어 상기 인양기구와 연결된 케이블을 권취함으로써 그 인양기구를 들어올리는 권취드럼을 포함하고, 상기 메인붐과 헤드 중 어느 하나에 설치되어 레이저광을 송신 및 수신하는 레이저광 송수신부와, 상기 메인붐과 헤드 중 다른 하나에 설치되어 상기 레이저 광을 상기 레이저광 송수신부로 반사하는 반사부 상기 레이저 송수신부에서 얻어진 광 신호로부터 레이저 송수신부와 반사부 사이의 길이를 산출하는 길이 산출부;를 포함하고, 상기 레이저 광 송수신부는 광원; 상기 광원에서 출사된 레이저 광을 수신하여 레이저 광의 고속 축의 빔 발산각을 축소하는 반원통형상을 갖는 투영 광학계; 상기 투영 광학계에서 출사된 레이저 광의 발산각을 조절하는 발산각 제한부; 상기 반사부에서 반사된 레이저광을 수신하는 광 수신 광학계; 및 상기 광 수신 광학계의 초점거리보다 작게 이격된 광 검출기를 포함한다.
상기 발산각 제한부는 광축을 따라 이동하여 레이저 광의 수직 발산각을 수평 발산각의 1.5배 내지 2.5배로 제한한다.
상기 발산각 제한부는 레이저 광을 고속축(fast-axis)으로서 10도 내지 50도의 빔 발산각을 제한하고 저속축(slow angle)으로 5도 내지 20도의 빔 발산각으로 제한한다.
상기 길이 산출부는 레이저 광의 왕복 시간을 토대로 상기 레이저 송수신기과 상기 반사부사이의 거리를 산출하는 레이저 광 비행 거리 산출부; 상기 메인붐과 상기 다단붐의 신장 길이에 따른 자체 휨에 의하여 발생하는 레이저 광 비행 거리와 상기 메인붐과 상기 다단붐의 실제 신장 길이사이의 편차를 보정하는 신장 길이 편차 보정부; 및 하중물의 하중에 따른 상기 메인붐과 상기 다단붐의 휨에 의하여 발생하는 실제 길이 오차를 보정하는 하중 편차 보정부을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 크레인은 상기 신장 길이 편차 보정부의 길이 계산값과 상기 하중 편차 보정부의 계산값을 비교하여 신장 길이 별로 신장 길이 편차 보정부와 하중 편차 보정부사이의 최대 허용값을 포함하는 룩업테이블을 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 크레인은 상기 룩업테이블에 기초하여 크레인의 각도 및 신장되는 길이에 대한 전복 위험을 판단하는 위험 판단부; 상기 위험 판단부에서 출력된 위험신호와 크레인의 정보를 화면으로 표시하는 표시부; 및 상기 위험 판단부에서 출력된 위험 신호를 청각적으로 제공하는 경보 발생부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 표시 장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명의 크레인에 따르면, 메인붐에 대한 다단붐의 신장길이를 레이저 광을 이용하여 측정함과 동시에 길이데이터를 조작자 또는 콘트롤러로 무선으로 송신하고, 하중물의 하중을 로드셀을 이용하여 측정함과 동시에 하중데이터를 조작자 또는 콘트롤러로 무선으로 송신함으로써, 그들을 상호 연결하는 전선의 사용을 배제할 수 있다.
또한, 메인붐과 다단붐의 신장길이에 따른 자체 휨과 하중에 따른 변형에 의한 길이 오차를 보정하여 메인붐과 다단붐의 정확한 길이를 측정하여 전복 위험 가능성을 정확하게 예측하여 사고를 방지할 수 있다.
따라서, 가혹한 작업환경에서도 다른 물체와 부딛쳐 발생될 수 있는 전선의 파손 가능성을 배제할 수 있고, 언제라도 다단붐의 정확한 신장길이 및 하중을 측정할 수 있어 크레인에 과부하가 인가되지 않도록 할 수 있고, 이에 따라 전복 등의 안전사고를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 크레인의 안전장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 크레인을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 있어서, 붐길이 측정부의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2에 있어서, 하중 검출부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예 따른 레이저 송수신부의 개략적 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 따른 레이저 송수신부에서 출사되는 레이저 광을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예 따른 크레인이 하중에 따라 휨이 발생한 경우 레이저 송수신부에서 출사되는 레이저 광의 프로파일과 반사부의 위치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예 따른 크레인이 하중에 따라 휨이 발생한 경우 거리 오차를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예 따른 길이 산출부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예 따른 크레인의 안전장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 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, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 크레인을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 크레인을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 있어서, 붐길이 측정부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 크레인은, 차량의 프레임에 대하여 회동되는 회동프레임에 고정되는 컬럼(10)과, 컬럼(10)에 샤프트(h)를 힌지축으로 상하 회동가능하게 결합되는 메인붐(20)과, 컬럼(10)과 메인붐(20) 사이에 설치되어 그 메인붐(20)을 샤프트(h)에 대하여 상하방향으로 들어올리는 유압실린더(30)와, 메인붐(20)에서 신장 가능하게 설치되는 복수개의 다단붐(40)과, 다단붐(40)의 선단에 설치되는 것으로서 도르레(51)가 설치되는 헤드(50)와, 헤드(50)에 대하여 상하로 이동됨으로써 하중물을 인양하는 인양기구(60)와, 컬럼(10)에 설치되어 인양기구(60)와 연결된 케이블을 권취함으로써 그 인양기구(60)를 들어올리는 권취드럼(70), 다단붐(40)의 신장 길이를 측정하는 길이 측정부(100)와, 인양기구(60)에 의하여 인양되는 하중물의 하중을 측정하는 하중검출부(200)을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 길이 측정부(100)는, 메인붐(20)과 헤드(50) 중 어느 하나에 설치되어 레이저를 송신 및 수신하는 레이저 송수신부(110)와, 메인붐(20)과 헤드(50) 중 다른 하나에 설치되어 레이저 광을 레이저 송수신부(110)로 반사하는 반사부(120)와, 레이저 송수신부(110)에서 얻어진 레이저 신호로부터 레이저 송수신부(110)와 반사부(120) 사이의 거리를 산출하는 길이 산출부(130)를 포함한다.
본 실시예에서는, 레이저 송수신부(110)가 메인부(20)의 측부에 설치되고, 반사부(120)는 헤드(50)의 내측에 설치된다.
레이저 송수신부(110)는, 레이저 신호를 송신 및 수신한다. 이러한 레이저 송수신부(110)는 크레인에 설치된 배터리로부터 전원을 공급받거나, 별도의 일회용 또는 충전용 배터리를 이용하여 전원을 공급받을 수 있다.
반사부(120)는, 레이저 신호를 레이저 송수신부(110)로 반사시킨다.
길이 산출부(130)는, 레이저 송수신부(110)에서 입력된 레이저 신호를 토대로 반사부(120)까지의 거리를 연산한다. 즉, 길이 산출부(130)는, 레이저 송수신부(110)와 반사부(120) 사이의 거리를 산출함으로써, 메인붐(20)에 대한 다단붐(40)의 신장 길이를 알 수 있는 것이다.
이하, 도면을 참조하여 레이저 송수신부(110), 반사부(120) 및 길이 산출부(130)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예 따른 레이저 송수신부의 개략적 구성을 나타내는 도면이다. 도 5는 본 발명의 일실시예 따른 레이저 송수신부에서 출사되는 레이저 광을 나타내는 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일실시예 따른 크레인이 하중에 따라 휨이 발생한 경우 레이저 송수신부에서 출사되는 레이저 광의 프로파일과 반사부의 위치를 나타내는 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예 따른 크레인이 하중에 따라 휨이 발생한 경우 거리 오차를 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일실시예 따른 길이 산출부의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명의 일실시예 따른 크레인의 안전장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저 송수신부(110)는 광원(111), 투영 광학계(112), 발산각 제한부(113), 광 수신 광학계(114) 및 광 검출기(115)를 포함하고 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광원(111)은 예를 들어 905nm의 레이저 광을 출사하는 레이저 다이오드일 수 있다. 광원 (111)에서 방사된 레이저는 광축(30)을 따라 진행한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일반 레이저 다이오드에서 예를 들어 905nm의 파장을 갖고 방사된 레이저는 반도체 레이저 다이오드 특성상 직사각형의 방사면적과 상하와 좌우의 서로 다른 발산각을 가진다. 즉, 레이저 다이오드는 고속축(fast-axis)으로 약 50도의 빔 발산각을 갖고 저속축(slow angle)으로 약 20도의 빔 발산각을 갖는 레이저 광을 방사한다.
투영 광학계(112)는 반원통형상을 갖는 렌즈이다. 레이저 광이 입사되는 반원통형 렌즈는 레이저 광을 수신하는 평탄한 입사면을 갖고 볼록한 출사면을 갖는다. 레이저 다이오드에서 방사된 레이저 광의 저속축의 빔 발산각을 변경하지 않고 유지하며, 레이저 광의 고속축의 빔 발산각을 축소하여 레이저 광을 방사한다.
발산각 제한부(113)는 사각형의 핀홀(pin hole)로서 투영 광학계(112)에서 방사된 레이저 광의 발산각을 제한하여 레이저 광을 반사부(120)로 출사한다.
도 4를 참조하면, 발산각 제한부(113)는 광축(30)을 따라 이동하여 레이저 광을 발산각의 제한량을 조절하여 출사한다. 즉, 광원(111)과 투영 광학계(112)에 가까워질수록 레이저 광의 발산각의 제한량은 커지게 되어 레이저 광의 발산각이 작아지고 광원(111)과 투영 광학계(112)에 멀어질수록 레이저 광의 발산각의 제한량은 작아지게 되어 레이저 광의 발산각이 커진다. 예를 들어, 발사각 조절부(113)는 위치이동에 의하여 레이저 광을 고속축(fast-axis)으로서 10도 내지 50도의 빔 발산각으로 제한하고 저속축(slow angle)으로 5도 내지 20도의 빔 발산각으로 제한하여 방사한다.
도 4와 도 5를 참조하면, 발산각 제한부(113)는 수직 발산각보다 더 큰 수평 발산각을 갖는 레이저 광을 출사한다. 발산각 제한부(113)는 출사되는 레이저 광의 수직 발산각을 수평 발산각의 1.5배 내지 2.5배로 제한할 수 있다. 예를 들어, 발산각 제한부(113)는 레이저 광의 수직 발산각을 수평 발산각의 2배로 제한하여, 출사된 레이저 광의 수직 발산각을 5도로 수평 발산각을 10도로 제한할 수 있다.
이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 지브가 휨에 의하여 좌우 상하로 위치를 변경하는 경우에도, 레이저 송수신기(110)에서 출사된 레이저 광은 반사부(120)에 입사될 수 있는 광 프로파일을 갖는다.
반사부(120)는 입사된 레이저 광을 반사시켜 레이저 송수신부(110)로 다시 보낸다. 반사부(120)는 지브인 헤드(50)와 인접한 위치에 설치된다.
도 7을 참조하면, 다단붐(40)이 연장되어 레이저 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 거리가 커질수록, 다단붐(40)이 더 휘어지게 되어 지브가 더 처지게 된다. 예를 들어, 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 거리가 100m인 경우, 지브의 처짐량은 8m 이상일 수 있다.
이에 따라, 반사부(120)는 레이저 송수신부(110)와 정렬위치의 변동으로 출사된 레이저 광의 광축(30과 일치하지 않게 되어 레이저 광을 반사시키기 어렵다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 발산각 제한부(113)는 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 거리에 따라 광축(30)을 따라 이동하여 빔 발산각을 조절한다.
즉, 도 4를 참조하면, 레이저 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 거리가 증가하면, 발산각 제한부(113)는 광원(111)과 투영 광학계(112)에 가까워지게 이동하여 레이저 광의 발산각을 증가시킨다. 또한, 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 거리가 감소하면, 발산각 제한부(113)는 광원(111)과 투영 광학계(112)에서 멀어지게 이동하여 레이저 광의 발산각을 감소시킨다.
도 4를 참조하면, 광 수신 광학계(114)는 반사부(120)에서 반사된 레이저 광을 집속하여 레이저 광 검출기(115)로 출사시킨다. 반사부(120)에서 반사된 레이저 광은 광 수신 광학계(114)의 중심축과 일치하지 않는 다양한 입사각으로 입사되므로 초점위치를 특정할 수 없게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광 검출기(115)는 광 수신 광학계(114)의 초점 거리보다 작게 이격되어 위치한다. 이에 따라, 광 검출기(115)는 반사된 레이저 광의 초점 위치보다 광 수신 광학계(114)에 더 근접하여 위치한다. 이에 따라, 광 검출기(115)는 다양한 입사각으로 입사된 레이저 광을 수신하여 검출할 수 있게 된다.
광 검출기(115)는 일반적으로 300nm 내지 1000nm의 파장을 검출할 수 있다. 광 수신 광학계(114)는 905nm의 파장을 갖는 레이저 광뿐만 아니라 다양한 파장을 갖는 태양광 등을 수신하기 때문에, 광 검출기(115)가 레이저 광이외의 광에 의하여 오작동을 일으키거나 광 검출기(115)의 수신 감도가 떨어질 수 있다.
이에 따라, 광 검출기(115)는 905nm±100nm의 파장을 통과시키는 밴드 패스 필터(미도시)를 포함한다. 밴드 패스 필터는 광 검출기의 입사면상에 위치할 수 있다.
길이 산출부(130)는, 광원에서 레이저 광의 출사된 시간과 광 검출기(115)에서 수신된 시간의 차이를 기초로 광레이저 송수신부(110)와 반사부(120) 사이의 거리를 산출함으로써, 메인붐(20)에 대한 다단붐(40)의 신장 길이를 계산한다.
일반적인 거리 측정 원리인 TOF(Time Of Flighting) 방법을 살펴보면 다음과 같다. 레이저 송수신부(110)에서 일정한 주기 신호를 발생하여 공기, 동선, 광섬유와 같은 매질을 통과하는 정현파 광신호, 예를 들어 레이저 광를 발생시키고, 레이저 송수신부(110)에서 신호 출발 시각(Tg)를 측정하고, 송신된 신호가 매질을 통과하여 반사부(120)에서 반사된 후, 다시 매질을 통과하여 정현파 광신호가 되돌아 와서 레이저 송수신부(110)에서 신호 도착 시각(Tr)이 측정된다. 다시 말하면, 거리측정신호가 매질을 통과하여 왕복하는 시간은 Tr-Tg이고, 여기에 매질의 신호 전달 속도(v)를 곱하면 목표물까지의 왕복 거리가 된다. 따라서, 거리 측정 장치와 목표물 사이의 거리는 다음과 같이 계산된다.
D = V(Tr-Tg)/2 ---- 식(1)
D : 레이저 송수신부과 반사부사이의 거리
V : 매질에서 정현파 광신호 속도
Tg : 신호출발시각
Tr : 신호도착시각
그러나, 레이저 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 측정 거리는 메인붐(20)과 다단붐(40)의 실제 길이와 일치하지 않을 수 있다.
예를 들어, 다단붐(40)의 길이가 연장될수록, 메인붐(20)과 다단붐(40)의 자체 하중에 의하여 휘어지게 되고 레이저 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 측정 거리는 메인붐(20)과 다단붐(40)의 실제 길이에 비하여 작게 측정된다.
또한, 메인붐(20)과 다단붐(40)이 인양되는 하중물의 하중이 커질수록 메인붐(20)과 다단붐(40)의 휨정도가 더 커지게 되어 레이저 송수신부(110)와 반사부(120)사이의 측정 거리는 메인붐(20)과 다단붐(40)의 실제 길이에 비하여 더 작게 측정된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예 따른 길이 산출부(130)는 레이저 광의 왕복 시간을 토대로 레이저 송수신기(110)과 반사부(120)사이의 거리를 산출하는 레이저 광 비행 거리 산출부(131), 메인붐과 다단붐의 신장 길이에 따른 자체 휨에 의하여 발생하는 레이저 광 비행 거리와 메인붐과 다단붐의 실제 신장 길이사이의 편차를 보정하는 신장 길이 편차 보정부(132) 및 하중물의 하중에 따른 메인붐(20)과 다단붐(40)의 휨에 의하여 발생하는 실제 길이 오차를 보정하는 하중 편차 보정부(133)을 포함한다.
레이저 광 비행 거리 산출부(131)는 식(1)에 의하여 레이저 광의 비행시간을 측정하여 레이저 송수신기(110)과 반사부(120)사이의 거리를 산출한다.
신장 길이 편차 보정부(132)는 레이저 광 비행 거리 산출부(131)에서 산출된 거리를 기초로 메인 붐과 다단 붐의 자체 하중에 의한 휨에 의한 편차를 더하여 메인 붐과 다단 붐사이의 실제 거리를 계산한다.
하중 편차 보정부(133)는 하중물에 의하여 지브에 하중이 가하여진 경우, 메인 붐과 다담신장 길이 편차 보정부(132)에서 계산된 메인 붐과 다단 붐사이의 실제 거리를 보정한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 크레인은 메인붐과 다단붐의 신장 길이 편차 보정부(132)의 길이 계산값과 하중 편차 보정부(133)의 계산값을 비교하여 신장 길이 별로 신장 길이 편차 보정부(132)와 하중 편차 보정부(133)사이의 최대 허용값을 포함하는 룩업테이블(134)을 더 포함할 수 있다. 이러한 룩업테이블(134)은 메인붐과 다단붐의 신장 길이별로 허용가능한 최대 하중에 관한 데이터를 저장하고 있는 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 크레인은 레이저 광 비행 거리 산출부(131)의 거리 계산값과 하중 편차 보정부(132)의 계산값을 비교하여 거리 계산값 별로 광 비행 거리 산출부(131)와 하중 편차 보정부(132)사이의 최대 허용값을 포함하는 룩업테이블(134)을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 하중검출부(200)는, 일단이 헤드(50)로부터 돌출되는 브라켓(52)에 연결되고 타단이 인양기구(60)의 도르레(61)에 권회된 케이블(61)과 연결되어 그 인양기구(60)에 인가되는 하중을 센싱하는 로드셀(210)과, 로드셀(210)로부터 얻어진 하중신호로부터 하중을 산출하는 하중산출부(220)와, 하중산출부(220)에서 산출된 하중데이터를 길이 산출부(130), 특히 하중 편차 보정부(133)에 출력하거나 콘트롤러에 무선으로 송출하는 하중 데이터 송신부(230)를 포함한다.
하중산출부(220)는, 하중을 받은 로드셀(210)의 변형을 감지하여, 그 변형량을 검지하여 디지털신호로 바꿈으로써 하중을 산출한다. 하중 데이터 송신부(230)는, 하중 산출부(220)에서 얻어진 하중물의 하중 데이터를 하중 편차 보정부(133)에 출력한다. 또한, 하중데이터송신부(230)는 하중데이터를 무선으로 조작자 또는 콘트롤러로 전송한다.
본 발명에 따른 크레인은 룩업테이블(134)에 기초하여 크레인의 각도 및 신장되는 길이에 대한 전복 위험을 판단하는 위험 판단부(300), 위험 판단부(300)에서 출력된 위험신호와 크레인의 정보를 화면으로 표시하는 표시부(400) 및 위험 판단부(300)에서 출력된 위험 신호를 청각적으로 제공하는 경보 발생부(500)를 더 포함할 수 있다.
지브에 하중이 인가되기 전 신장 길이 편차 보정부(132)에서 계산된 메인 붐과 다단 붐사이의 실제 거리를 d라하고 지브에 하중이 인가된 후 하중 편차 보정부(133)에서 계산된 메인 붐과 다단 붐사이의 실제 길이를 d'라 하자. 위험 판단부(300)는 신장 길이 편차 보정부(132)에서 출력된 길이 계산값과 하중 편차 보정부(133)에 출력된 계산값을 비교하여 룩업 테이블(134)에 저장된 최대 허용값(x)을 초과한 경우, 즉 d-d' > x일 경우, 위험 신호를 표시부(400)와 경보 발생부(500)에 출력한다.
크레인은 크레인의 기둥이 동작하는 시점부터 거리측정을 실시하여 크레인의 작동이 종료될 때까지 지속적으로 측정하고, 측정 데이터를 저장하여 추후 사고 발생 시 원인 분석에도 활용할 수 있다.
길이 데이터 송신부(140)는, 길이 산출부(130)에서 얻어진 다단붐의 신장길이 데이터를 무선으로 전송한다. 이에 따라, 별도의 전선을 사용하지 않고서도 길이데이터를 조작자 또는 콘트롤러로 전송할 수 있어, 가혹한 작업환경에서 전선이 손상될 가능성을 미연에 방지할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 컬럼 20: 메인붐
40: 다단붐 50: 헤드
60: 인양기구 70: 권취드럼
110: 레이저광 송수신부 111: 광원
112: 투영 광학계 113: 발산각 제한부
114: 광 수신 광학계 115: 광 검출기
120: 반사부 130: 길이 산출부
131: 레이저광 비행 거리 산출부 132: 신장 길이 편차 보정부
133: 하중 편차 보정부 134: 룩업테이블
200: 하중 검출부 210: 로드셀
220: 하중 산출부 230: 하중 데이터 송신부
300: 위험 판단부 400: 표시부
500: 경보 발생부

Claims (7)

  1. 프레임에 대하여 회동되는 회동프레임에 고정되는 컬럼과, 상기 컬럼에 샤프트를 힌지축으로 상하회동가능하게 결합되는 메인붐과, 상기 메인붐에서 신장 가능하게 설치되는 복수 개의 다단붐과, 상기 다단붐의 선단에 설치되는 것으로서 도르레가 설치되는 헤드와, 상기 헤드에 대하여 상하로 이동됨으로써 하중물을 인양하는 인양기구와, 상기 컬럼에 설치되어 상기 인양기구와 연결된 케이블을 권취함으로써 그 인양기구를 들어올리는 권취드럼을 포함하는 크레인에 있어서,
    상기 메인붐과 헤드 중 어느 하나에 설치되어 레이저광을 송신 및 수신하는 레이저광 송수신부와, 상기 메인붐과 헤드 중 다른 하나에 설치되어 상기 레이저 광을 상기 레이저광 송수신부로 반사하는 반사부;
    상기 레이저 송수신부에서 얻어진 광 신호로부터 레이저 송수신부와 반사부 사이의 길이를 산출하는 길이 산출부;를 포함하고,
    상기 레이저 광 송수신부는
    광원;
    상기 광원에서 출사된 레이저 광을 수신하여 레이저 광의 고속 축의 빔 발산각을 축소하는 반원통형상을 갖는 투영 광학계;
    상기 투영 광학계에서 출사된 레이저 광의 발산각을 제한하는 발산각 제한부;
    상기 반사부에서 반사된 레이저광을 수신하는 광 수신 광학계; 및
    상기 광 수신 광학계의 초점거리보다 작게 이격된 광 검출기를 포함하는 크레인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발산각 제한부는 광축을 따라 이동하여 레이저 광의 수직 발산각을 수평 발산각의 1.5배 내지 2.5배로 제한하는 크레인.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발산각 제한부는 레이저 광을 고속축(fast-axis)으로서 10도 내지 50도의 빔 발산각으로 제한하고 저속축(slow angle)으로 5도 내지 20도의 빔 발산각으로 제한하는 크레인.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발산각 제한부는 레이저 광을 고속축(fast-axis)으로서 10도 내지 50도의 빔 발산각으로 제한하고 저속축(slow angle)으로 5도 내지 20도의 빔 발산각으로 제한하는 크레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 길이 산출부는
    레이저 광의 왕복 시간을 토대로 상기 레이저 송수신기과 상기 반사부사이의 거리를 산출하는 레이저광 비행 거리 산출부;
    상기 메인붐과 상기 다단붐의 신장 길이에 따른 자체 휨에 의하여 발생하는 레이저 광 비행 거리와 상기 메인붐과 상기 다단붐의 실제 신장 길이사이의 편차를 보정하는 신장 길이 편차 보정부; 및
    하중물의 하중에 따른 상기 메인붐과 상기 다단붐의 휨에 의하여 발생하는 실제 길이 오차를 보정하는 하중 편차 보정부을 포함하는 크레인.
  6. 제 5 항에서,
    상기 신장 길이 편차 보정부의 길이 계산값과 상기 하중 편차 보정부의 계산값을 비교하여 신장 길이 별로 신장 길이 편차 보정부와 하중 편차 보정부사이의 최대 허용값을 포함하는 룩업테이블을 더 포함하는 크레인.
  7. 제 6 항에서,
    상기 룩업테이블에 기초하여 크레인의 각도 및 신장되는 길이에 대한 전복 위험을 판단하는 위험 판단부;
    상기 위험 판단부에서 출력된 위험신호와 크레인의 정보를 화면으로 표시하는 표시부; 및
    상기 위험 판단부(300)에서 출력된 위험 신호를 청각적으로 제공하는 경보 발생부를 더 포함하는 크레인.
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KR20140144611A (ko) * 2013-06-11 2014-12-19 삼성테크윈 주식회사 대상 이동체 무력화 시스템 및 그의 동작 방법

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