KR101788686B1 - 건설기계의 굴삭 가이드장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치는 적어도 하나 이상의 레이저빔을 발사하는 광조사부; 및 상기 건설기계의 굴삭 작업을 위하여 미리 설정된 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 포함하는 작업목표정보에 따라 상기 광조사부에서 레이저빔이 지면에 표시되도록 상기 광조사부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 건설기계의 굴삭 작업에 있어서 건설기계의 작업자가 정확한 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 등을 확인하기 위하여 반복적인 확인 측량 및 굴삭 작업을 수행하는 종래 기술과는 다르게 레이저 빔을 이용하여 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 지면에 표시함으로써 건설기계의 굴삭 작업에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있고, 굴삭 작업에 소요되는 인력 및 장비의 낭비를 방지할 수 있다.

Description

건설기계의 굴삭 가이드장치{APPARATUS FOR GUIDING EXCAVATION OF CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은 건설기계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지면에 레이저빔을 조사하여 건설기계의 운전자에게 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보 등을 시각적으로 실시간 제공할 수 있는 건설기계의 굴삭 가이드장치에 관한 것이다.

건설현장 등에서 사용되는 건설기계는 도로, 공항, 단지 조성 등과 같이 큰 규모의 토목 및 건축 공사에 사용된다. 이러한 여러 건설기계 중 굴삭기는 가장 많이 사용되고 있다.

일반적으로 굴삭기는 토목, 건축, 건설 현장에서 땅을 파는 굴삭작업, 토사를 운반하는 적재작업, 건물을 해체하는 파쇄작업, 지면을 정리하는 정리작업 등의 작업을 수행한다. 이때, 굴삭작업은 건설 현장에서 미리 설정된 굴삭 위치, 깊이, 기울기에 따라 흙을 파내는 굴삭 과정과, 수행하고 있는 굴삭 과정이 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기와 부합되는 지를 판단하기 위한 확인 측량 과정을 포함한다.

구체적으로, 굴삭 작업의 대부분은 굴삭기의 운전자의 시각적인 추측과 운전자의 감각, 즉 기술(skill)에 의존하여 진행된다. 다시 말해서, 굴삭 작업은 굴삭기 운전자의 시각적인 추측 및 운전자 개인의 기술에 의해 진행되기 때문에, 실제 굴삭 작업에서의 굴삭 위치, 깊이, 기울기와 목표로 하는 굴삭 위치, 깊이, 기울기와는 많이 오차가 발생된다. 이에 따라, 운전자는 굴삭 과정 수행 중에 파낸 흙을 이용하여 오차가 발생된 굴삭 위치, 깊이, 기울기 등을 메꾸어 주는 이중 굴삭을 수행한다. 이중 굴삭을 수행함에 따라 굴삭 작업의 전반에 소요되는 작업 시간이 증가하고 굴삭 작업의 비용 또한 증가하는 문제점이 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 굴삭 작업은 굴삭 과정 중에 확인 측량 과정을 반복적으로 수행하여 현재 굴삭 위치, 깊이, 기울기와 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기 사이의 오차를 줄이기 위해 노력하고 있다. 그러나, 이러한 확인 측량 과정은 굴삭 과정 도중에 수행되므로 굴삭기가 시동이 걸린 채로 대기하여야 하기 때문에 굴삭 작업에 소요되는 비용이 증가하며 작업 소요 시간도 함께 증가되는 문제점이 있다.

이에 따라, 최근에는 굴삭기 내부에 별도의 모니터링 장치를 설치하여, 운전자가 모니터 영상을 통해 현재 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보를 확인하면서 정확하게 굴삭 작업을 수행할 수 있도록 하는 지능형 장치가 개발되고 있다. 하지만, 이러한 지능형 장치들은 매우 고가이고, 지능형 장치를 사용하기 위해서는 전문적인 지식이 필요하기 때문에 굴삭기 운전자 들이 쉽게 이용하기에 어려운 문제점이 있다.

이에, 굴삭기의 운전자가 실제 굴삭 작업 중의 현재 굴삭 위치, 깊이, 기울기를 직접 확인하면서 작업할 수 있도록 가이드 해줄 수 있고 저가이면서도 사용하기 쉬운 굴삭 가이드장치의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 공개특허공보 10-2015-0102445호 (발명의 명칭: 지형 정보를 이용한 건설기계의 작업 제어 장치 및 그 방법, 공개일: 2015.09.07.)가 있다.

본 발명의 목적은 건설기계의 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 등의 정보를 레이저 빔을 이용하여 지면에 표시함으로써 건설기계의 작업자가 육안으로 직접 확인하면서 건설기계의 작업을 정확하게 수행할 수 있는 건설기계의 굴삭 가이드장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치는, 적어도 둘 이상의 레이저빔을 발사하는 광조사부; 및 상기 건설기계의 굴삭 작업을 위하여 미리 설정된 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 포함하는 작업목표정보에 따라 상기 광조사부에서 레이저빔이 지면에 표시되도록 상기 광조사부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 광조사부는, 레이저빔을 발사하는 광원 및 상기 광원으로부터 발사된 상기 레이저빔을 집광하거나 확산시키는 렌즈모듈을 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 건설기계의 주변 조도를 감지하고, 감지된 결과에 따라 상기 광조사부에서 발사되는 레이저빔의 출력 세기를 조절할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 광조사부에서 발사되는 레이저빔의 투사 길이, 조사 방향 또는 조사 각도를 자동 또는 수동으로 제어할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 광조사부의 방향 또는 각도를 조정하여 상기 건설기계의 목표 굴삭 위치에 해당하는 지면에 레이저빔이 표시되도록 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 광조사부의 각도 또는 방향을 조정하여 상기 건설기계의 목표 굴삭 깊이에서 레이저빔이 하나의 점 또는 선으로 모이도록 레이저빔을 지면에 표시할 수 있다.

상기 제어부는 상기 광조사부의 각도 또는 방향을 조정하여 상기 건설기계의 목표 굴삭 기울기에서 레이저빔이 하나의 선으로 모이도록 레이저빔을 지면 또는 작업면에 표시할 수 있다.

상기 광조사부 및 상기 제어부가 마련되는 본체; 및 상기 본체의 하단부에 마련되어 상기 본체를 지면에 위치시키는 거치대를 더 포함하고, 상기 거치대에는 상기 광조사부의 수평을 조정하거나 측정하는 수평 조정기가 마련될 수 있다.

상기 거치대에는, 상기 본체와 상기 지면 사이의 거리를 조정하거나 측정하는 높낮이 조정기가 마련될 수 있다.

상기 광조사부에서 지면에 표시된 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보와 상기 건설기계가 작업 중인 지면의 정보를 실시간으로 감지하여 초기 설정했던 정보와 오차가 발생된 경우 운전자 또는 작업자에게 알람하는 알람부를 더 포함할 수 있다.

상기 알람부는 상기 수평 조정기에서 측정된 수평도가 초기 설정 수평도와 다른 경우에 운전자 또는 작업자에게 알람할 수 있다.

상기 수평 조정기는 측정된 수평도가 초기 설정 수평도와 다른 경우에 그 결과를 상기 제어부에 전달하고, 상기 제어부는 상기 수평 조정기 또는 상기 높낮이 조정기를 작동시켜서 수평도를 조정할 수 있다.

본 발명에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치는, 건설기계의 굴삭 작업에 있어서 건설기계의 운전자가 정확한 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 등을 확인하기 위하여 반복적인 확인 측량 및 굴삭 작업을 피할 수 있고, 레이저 빔을 이용하여 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 지면에 표시함으로써 건설기계의 굴삭작업에 소요되는 시간을 대폭 줄여 작업 효율성을 높일 수 있고, 굴삭 작업에 소요되는 인력 및 장비의 낭비를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치는, 하나 이상의 레이저 빔을 이용하여 지면에 직접적으로 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 표시하기 때문에 건설기계 주변의 보조 작업자의 인원을 최소화 시킬 수 있어서 건설기계의 굴삭 작업시 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치를 나타낸 도면이다.
도 2은 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치의 광조사부에 의해 조사되는 레이저빔의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용하여 지면에 굴삭 위치를 나타낸 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용하여 지면에 굴삭 깊이를 나타낸 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치로부터 레이저빔의 조사 각도에 따라 지면에 나타나는 굴삭 깊이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용하여 지면에 굴삭 기울기를 나타낸 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치로부터 레이저빔의 조사 각도에 따라 지면에 나타나는 굴삭 기울기를 설명하기 위한 도면이다.
도 8는 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용한 건설기계의 굴삭 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건설기계의 굴삭가이드장치(100, 이하 '가이드장치' 라 함)를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치를 나타낸 도면, 도 2은 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치의 광조사부에 의해 조사되는 레이저빔의 종류를 설명하기 위한 도면, 도 3은 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용하여 지면에 굴삭 위치를 나타낸 모습을 설명하기 위한 도면, 도 4는 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용하여 지면에 굴삭 깊이를 나타낸 모습을 설명하기 위한 도면, 도 5는 도 4에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치로부터 레이저빔의 조사 각도에 따라 지면에 나타나는 굴삭 깊이를 설명하기 위한 도면, 도 6은 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용하여 지면에 굴삭 기울기를 나타낸 모습을 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 6에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치로부터 레이저빔의 조사 각도에 따라 지면에 나타나는 굴삭 기울기를 설명하기 위한 도면 및 도 8는 도 1에 도시한 건설기계의 굴삭 가이드장치를 이용한 건설기계의 굴삭 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치(100)는, 적어도 하나 이상의 레이저빔을 발사하는 광조사부(120) 및 미리 설정 또는 입력된 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보 등 작업목표 정보에 따라 상기 레이저빔이 지면에 표시되도록 상기 광조사부(120)를 제어하는 제어부(130)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 광조사부(120)는 레이저빔(laser beam)을 발사하거나 조사하는 부재이다. 다시 말해서, 광조사부(120)는 적어도 하나 이상의 레이저빔이 지면에 표시되도록 레이저빔을 발사할 수 있다. 이러한 광조사부(120)는 광원(122)과 렌즈모듈(124)을 포함할 수 있다.

각각의 광원(122)은 하나 이상의 레이저빔을 발사할 수 있다. 광원(122)은 발광 다이오드(LED), 레이저(laser), 레이저 다이오드(LD)등을 포함할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(122)은 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 2개로 마련될 수 있다. 즉, 하나의 광조사부(120)에 적어도 2개의 광원(122)이 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 렌즈모듈(124)은 광원(122)에서 발사된 레이저빔, 즉 광을 집광 또는 확산하는 부재이다. 다시 말해서, 렌즈모듈(124)은 하나 이상의 광원(122)에서 발사된 다수개의 레이저빔을 하나로 모아 지면에 정형화된 형태로 나타낼 수 있다.

렌즈모듈(124)의 개수는 광원(122)의 개수에 따라 달라질 수 있으나, 녹색 렌즈모듈(124a)과 적색 렌즈모듈(124b) 등 두 개로 마련되는 것이 바람직하다. 여기서, 레이저빔의 형태는, 예를 들면 선형(linear), 격자무늬 등 다양한 형태일 수 있으며, 녹색 렌즈모듈(124a) 및 적색 렌즈모듈(124b)을 어떠한 각도로 조정하느냐에 따라 다양한 형태로 집광되어 지면에 표시될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)는 본체(110)를 포함할 수 있다.

본체(110)는 내부에 상술한 광조사부(120) 및 제어부(130)가 마련될 수 있다. 본체(110)는 중공의 다각형 형태일 수 있으며, 바람직하게는 사각형의 형태일 수 있다.

이때, 본체(110)의 개수와, 본체(110)의 내부에 마련되는 광조사부(120)의 렌즈모듈(124)의 개수에 따라 다양한 형태의 레이저빔을 지면에 표시할 수 있다.

구체적으로, 도 2의 (a)를 참조하면, 본체(110) 및 본체(110)에 마련되는 광조사부(120)에 렌즈모듈(124)의 개수가 하나로 마련될 경우, 하나의 렌즈모듈(124)로부터 발사되는 레이저빔(L1)이 지면에 직선 형태로 표시된다. 이에 따라, 작업자는 지면에 표시된 직선 형태의 레이저빔(L1)을 통해 작업해야 할 목표 굴삭 위치를 파악할 수 있다.

또한, 도 2의 (b)를 참조하면, 본체(110)의 개수가 두개이고, 각각의 본체(110)에 마련되는 광조사부(120)에 마련되는 렌즈모듈(124)의 개수가 하나일 경우, 본체(110) 각각의 렌즈모듈(124)로부터 발사되는 레이저빔(L1, L2)이 지면에 직선 형태로 표시된다. 이때, 각각의 광조사부(120)에 의해 지면에 표시된 레이저빔(L1, L2)에 의해 목표 굴삭 위치는 물론이고 목표 굴삭 면적(예를 들면, 2개의 레이저빔에 의해 지면에 표시되는 2개 직선 사이의 면적)까지도 표기하거나 파악할 수 있다.

더욱이, 도 2의 (c)를 참조하면, 본체(110)의 개수가 하나이고 본체(110)의 광조사부(120)에 마련되는 렌즈모듈(124)의 개수가 두개일 경우, 두개의 렌즈모듈(124)로부터 두 개의 레이저빔(L1, L2)이 발사되고 각각의 레이저빔(L1, L2)은 지면에 직선 형태로 표시될 수 있다. 이때, 도 2의 (b)와 같이, 두 개의 렌즈모듈(124)로부터 발사되는 레이저빔(L1, L2)의 조합에 의해 목표 굴삭 위치는 물론이고 목표 굴삭 면적까지 파악할 수 있다.

한편, 도 2의 (d)를 참조하면, 본체(110)의 개수가 하나이고 본체(110)의 광조사부(120)에 마련되는 렌즈모듈(124)의 개수가 두개일 경우, 두 개의 렌즈모듈(124)로부터 두 개의 레이저빔(L1, L2)이 발사되고 각각의 레이저빔(L1, L2)은 지면에 격자무늬 형태로 표시될 수 있다. 이때, 광조사부(120)에 마련되는 렌즈모듈(124)로부터 발사되는 광, 즉 레이저빔의 형태가 상술한 도 2의 (a), (b), (c)의 렌즈모듈(124)과는 다른 형태를 갖는다. 다시 말해서, 도 2의 (a), (b), (c)의 렌즈모듈(124)은 광원(122)에서 발사된 레이저빔을 직선 형태로 확산하는 것이고, 도 2의 (d)의 렌즈모듈(124)은 광원(122)에서 발사된 레이저빔을 격자무늬 형태로 발사하여 지면에 표시하는 것이다.

또한, 광조사부(120)는 후술할 제어부(130)의 제어에 의해 투사 각도, 투사 길이 또는 방향 등이 조절되도록 녹색 렌즈모듈(124a) 및 적색 렌즈모듈(124b)을 구동시키는 구동부재(126)를 포함할 수 있다. 구동부재(126)는 녹색 렌즈모듈(124a) 및 적색 렌즈모듈(124b)과 연결되도록 마련될 수 있다. 이러한 구동부재(126)는 일반적인 모터(motor) 종류 중 하나일 수 있으며, 녹색 렌즈모듈(124a) 및 적색 렌즈모듈(124b)의 투사 각도를 세밀하게 조정하기 위해서 스텝모터로 마련되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 제어부(130)는 광조사부(120)의 레이저빔을 제어한다. 구체적으로, 제어부(130)는 건설기계(1)의 굴삭 작업을 위하여 지형 정보를 기초로 미리 입력된 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보에 기초하여 광조사부(120)에서 목표 굴삭 위치, 길이, 기울기에 해당하는 레이저빔이 지면에 표시되도록 할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 광조사부(120)에서 발사되는 레이저빔의 투사 길이, 투사 방향 또는 투사 각도를 자동 또는 수동으로 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부(130)가 광조사부(120)를 수동으로 제어할 경우에는 버튼(미도시)나 다이얼(미도시) 등을 이용하여 사용자의 설정에 맞게 조정할 수 있다. 반면, 도면에는 도시하지 않았지만, 제어부(130)가 광조사부(120)를 자동으로 제어하기 위해서는 인터페이스(미도시, interface) 및 자동 조정모듈(미도시)을 별도로 마련되어야 한다.

또한, 제어부(130)는 광조사부(120)에서 발사되는 레이저빔의 출력세기를 조절할 수 있다. 제어부(130)는 건설기계(1), 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)의 주변 조도를 감지할 수 있다. 제어부(130)는 감지된 조도 결과에 따라, 광조사부(120)에서 발사되는 레이저빔의 출력 세기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 가이드장치(100)의 주변이 밝을 경우에 광조사부(120)에서 발사되는 레이저빔의 출력 세기를 세게 하고, 주변이 어두울 경우에는 출력 세기를 작게 하는 것이다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 제어부(130)는 가이드장치(100)의 안정적인 구동을 위하여 배터리부재(미도시)를 포함할 수 있다. 배터리부재(미도시)는 광조사부(120), 구동부재(126) 또는 제어부(130)로 전력을 공급할 수 있는 전력공급수단으로, 일반적인 형태의 전원공급수단으로 마련될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)는 거치대(140)를 더 포함할 수 있다. 거치대(140)는 본체(110)를 지면에 위치시키고 지지하기 위한 부재이다. 구체적으로, 거치대(140)는 본체(110)의 하단부에 마련되어, 본체(110)를 지면에 위치시킬 수 있다. 거치대(140)는 일반적인 카메라 등을 지지하는 거치대 등의 형태로 마련될 수 있다. 이때, 거치대(140)의 다리의 개수, 거치대(140)의 형태는 가이드장치(100)가 위치되는 지형, 건설기계(1)가 작업하는 장소의 환경 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 상술한 거치대(140)에는 수평 조정기(142)가 마련될 수 있다. 수평 조정기(142)는 본체(110)의 수평도를 측정하거나 조정하기 위한 부재이다. 다시 말해서, 거치대(140)에 마련되는 수평 조정기(142)로 굴삭 작업을 수행하고자 하는 지면 또는 지형의 수평도에 맞게 본체(110)의 수평도를 조정할 수 있다. 이러한 수평 조정기(142)는 지면의 경사를 측정할 수 있는 센서로 마련될 수 있다.

굴삭 작업 현장에 본체(110)를 지면에 놓을 때, 수평 조정기(142)를 이용하여 본체(110) 또는 광조사부(120)의 수평도를 맞춘 후에 레이저빔을 지면으로 발사할 수 있다. 한편, 건설기계(1)에 의한 굴삭 작업이 이루어지는 현장에서는 다양한 건설기계와 다수의 작업자들이 작업을 하면서 이동하기 때문에 시간이 지남에 따라 본체(110) 또는 광조사부(120)가 최초 수평도를 유지하지 못할 수도 있다. 이에 따라, 본체(110)의 수평도가 어긋난 상태에서 레이저빔이 지면에 투사되면 초기 설정했던 정보인 목표 위치, 깊이, 또는 기울기와 오차가 생길 수 있으므로, 굴삭 작업이 수행되는 동안 수평도를 측정하고 조정하는 과정이 반복적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)의 수평 조정기(142)는 굴삭 작업을 하는 동안 실시간으로 본체(110)의 수평도를 측정하고, 측정된 수평도가 초기 설정 수평도와 차이가 있으면 그 결과를 건설기계(1)의 운전자 또는 보조 작업자에게 알려 줄 수 있다. 이를 위해, 가이드장치(100)는 후술하는 알람부(150)를 더 포함할 수 있다.

또한, 초기 설정된 수평도와 차이가 있는 것으로 측정되면 자동적으로 수평도를 복구할 수도 있다. 즉, 제어부(130)는 수평 조정기(142) 또는 후술하는 높낮이 조정기(144)를 구동하여 본체(110)의 수평 또는 거치대(140)의 높낮이를 조정함으로써 본체(110)의 수평도를 자동으로 유지하거나 복구할 수도 있다. 다시 말하면, 수평 조정기(142)에서 측정된 수평도가 초기 설정 수평도와 차이가 있으면 수평 조정기(142) 또는 높낮이 조정기(144)의 구동유닛(미도시)을 구동하여 수평도를 자동 조정할 수도 있다. 높낮이 조정기(144)의 구동유닛은 제어부(130)에 의해서 제어되고 수평 조정기(142)의 측정 결과도 제어부(130)로 전송될 수 있다.

또한, 거치대(140)에는 높낮이 조정기(144)가 마련될 수 있다. 높낮이 조정기(144)는 거치대(140)가 지지하는 본체(110)와 지면과의 거리를 조정하기 위한 부재이다. 높낮이 조정기(144)는 도 1에 도시한 바와 같이, 거치대(140)의 다리에 적어도 하나 이상으로 마련될 수 있다. 한편, 거치대(140)의 다리를 높낮이 조정이 가능한 형태로 마련함으로써 높낮이 조정기(144)를 대체할 수도 있다.

더욱이, 도면에는 도시하지 않았지만, 거치대(140)의 하단부에는 본체(110)가 지면에 단단히 고정될 수 있도록 하는 별도의 고정발판(미도시)가 마련될 수 있다. 거치대(140)의 하단부에 고정발판(미도시)이 마련됨에 따라 가이드장치(100)를 지면에 안정적으로 위치 또는 고정시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 높낮이 조정기(144)는 본체(110)의 높낮이를 자동적으로 조정하기 위한 구동유닛(미도시)을 더 포함할 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)는 알람부(150)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 알람부(150)는 광조사부(120)로부터 지면에 표시된 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보에 기초하여 건설기계(1)가 정확한 굴삭 작업을 수행하고 있는지를 감지하고, 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보와 실제 작업 중인 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보를 비교하여 오차가 발생된 경우 건설기계(1)의 운전자 또는 주변의 보조인력에게 알람할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(130)에 의해 지면에 표시된 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보에 기초하여 건설기계(1)가 정확한 작업을 수행하고 있는지를 판단하고, 그 결과를 주기적으로 건설기계(1)의 운전자나 주변의 보조 인력에게 알려주는 것이다. 이때, 알람부(150)를 통해 경고음으로 운전자나 주변의 보조 인력에게 알려줄 수도 있고, 광조사부(120)의 렌즈모듈(124)을 이용하여 알려줄 수도 있다. 예를 들어, 건설기계(1)가 실제 작업 중인 굴삭 위치, 깊이, 기울기가 미리 설정된 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기와 오차가 없다면 알람부(150)가 미작동 되거나, 녹색 렌즈모듈(124a)을 켜줌으로써 이상이 없다는 것을 알려줄 수 있다. 반대로, 건설기계(1)가 실제 작업 중인 굴삭 위치, 깊이, 기울기가 미리 설정된 목표 굴삭 위치, 깊이, 기울기와 오차가 발생되었다면 알람부(150)를 작동시켜 경고음을 발생시키거나, 적색 렌즈모듈(124b)을 켜줌으로써 이상이 있다는 것을 알려줄 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 알람부(150)는 수평 조정기(142)에서 측정한 수평도가 초기 설정치와 다를 때에도 작동할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어부(130)는 광조사부(120)에서 발사되는 레이저빔의 투사길이, 투사방향 또는 각도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)는 광조사부(120)에서 발사된 레이저빔을 이용하여 목표로 하는 굴삭 위치, 굴삭 깊이 또는 굴삭 기울기 정보를 굴삭 작업을 해야 하는 지면에 직접 표시함으로써, 건설기계(1)의 운전자가 육안으로 레이저빔을 보면서 정확한 굴삭 작업을 할 수 있도록 안내할 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)를 이용하여 지면에 굴삭 위치, 깊이, 기울기 정보가 표시되는 원리를 설명한다.

도 3에는 레이저빔을 이용하여 굴삭 작업을 해야 하는 지면에 위치를 안내하는 예가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 광조사부(120)의 두 개의 렌즈모듈(124)로부터 각각 발사되는 하나 이상의 레이저빔(L1, L2)이 지면에 표시되도록 광조사부(120)의 각도를 조정한다. 지면을 향하도록 각도가 조정된 상태에서 광조사부(120)에서 제1 레이저빔(L1) 또는 제2 레이저빔(L2)이 지면에 표시되어건설기계(1)의 운전자가 굴삭할 목표 굴삭 위치 또는 목표 굴삭 면적을 지면에 표시할 수 있다. 이에 따라, 건설기계(1)의 운전자는 지면에 표시된 레이저빔(L1, L2)을 육안으로 보면서 정확한 위치에 굴삭 작업을 할 수 있다.

도 4에는 레이저빔을 이용하여 굴삭 깊이를 안내하는 예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 렌즈모듈(124)에서 발사되는 2개의 레이저빔이 한 점으로 모이거나 하나의 선으로 모이도록 조사할 때 나타나는 시각 특성을 이용하여 지면에 목표 굴삭 깊이를 표시할 수 있다. 구체적으로, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 두 개의 렌즈모듈(124)로부터 발사되는 레이저빔(L1, L2)이 동일한 목표 굴삭 깊이(D)에서 하나의 점 또는 하나의 선으로 모이도록 조사할 때, 지면(E)과 중간 깊이에서는 레이저빔이 두 개로 보이게 되고, 목표깊이(D)에 가까워질수록 두 개의 레이저빔(L1, L2) 사이의 거리는 좁아지게 되어 결국 목표 굴삭 깊이(D)에서는 하나의 점 또는 하나의 선으로 나타나게 된다. 다시 말해서, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 제어부(130)에 의하여 광조사부(120)의 두 개 이상의 레이저빔의 출력 방향과 조사 각도를 조정하여, 목표 깊이(D)에서 포커싱되어 하나의 점 또는 하나의 선 형태로 나타나도록 한다. 이때, 건설기계(1)의 운전자는 육안으로 표시된 레이저빔(L1, L2)이 하나의 점 또는 하나의 선으로 모이는지 확인하면서 지면(E)의 시작점에서 목표깊이(D)의 끝점까지 차례대로 굴삭하면 목표 깊이(D)까지 정확하게 굴삭할 수 있게 된다.

한편, 도 5를 참조하여 광조사부(120)로부터 목표 굴삭 깊이(D)에 해당하는 레이저빔을 조사하기 위하여 광조사부(120)의 회전각도를 설정하는 것에 대하여 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 광조사부(120)에서 발사되는 2개의 레이저빔(B)이 목표 깊이(D)에서 하나의 선으로 모여서 교선(O, O')을 생성하기 위하여 각각의 광조사부(120)를 동일한 각도로 회전시키거나, 어느 하나의 광조사부(120)만 회전시키는 방식을 사용할 수 있다. 여기서, 도 5에서 편의상 좌측에 위치된 광조사부(120)를 제1 광조사부(A)라고 하고, 우측에 위치된 광조사부(120)를 제2 광조사부(A')라고 한다. 도 5의 (a)에 도시한 도면은 제1 광조사부(A) 및 제2 광조사부(A')가 동일한 각도로 회전하는 방식이고, 도 5의 (b)에 도시한 도면은 제1 광조사부(A)만 회전하는 방식이다. 도 5의 (a) 방식과 (b) 방식의 원리는 같기 때문에 하기에서는 도 5의 (a) 방식을 기준으로 설명한다.

도 5의 (a)에서, h는 가이드장치의 높이, D는 목표(굴삭)깊이, c는 제1 광조사부(A) 및 제2 광조사부(A')의 중심과의 거리, α는 제1 및 제2 광조사부부(A, A')의 회전각도를 의미한다. 제1 광조사부(A) 및 제2 광조사부(A')에서 레이저빔(B)이 발사되고, 두 개의 레이저빔(B)이 제1 및 제2 광조사부(A, A')의 사이 중심에서 교차되어 하나의 교선(O)을 생성한다. 이때, 제1 광조사부(A)와 제2 광조사부(A')의 회전각도(α)는 아래와 같은 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 의해 구할 수 있다.

[수학식 1]은 도 5의 (a)의 경우에 대해서 제1 및 제2 광조사부(A, A')의 회전각도(α)를 구하는 수식이고, [수학식 2]는 도 5의 (b)의 경우에 대해서 제1 광조사부(A)의 회전각도(α)를 구하는 수식이다.

여기서, 교선(O) 지점에서 못 미치거나, 벗어난 지역에서는 두 개의 레이저빔이 나타나게 되므로 건설기계(1)의 운전자는 정확한 목표 굴삭 깊이(D)를 육안으로 파악하여 굴삭 작업을 수행할 수 있다.

또한, 도 6을 참조하면, 광조사부(120)에서 발사되는 레이저빔을 기울기를 가지는 작업면에 직선 형태로 포커싱되도록 조사 방향을 조정하면, 기울기를 가지는 작업면에 건설기계(1)의 목표 굴삭 기울기를 표시할 수 있다. 다시 말해서, 광조사부(120)에 적어도 두 개의 렌즈모듈(124)을 마련하고, 두 개의 렌즈모듈(124)로부터 기울기를 가지는 작업면에 두 개 이상의 레이저 빔(L1, L2)을 발사하되, 목표로 하는 기울기를 가지는 작업면에서 서로 포커싱하여 하나의 선의 형태로 나타나도록 광조사부(120)를 조정한다. 즉, 건설기계(1)의 운전자는 기울기를 가지는 작업면에 하나의 선이 나타나는 지점까지 굴삭하면 미리 설정된 목표 굴삭 기울기까지 굴삭 작업을 수행할 수 있다.

한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 작업면이 2가지의 기울기를 가지는 것으로 도시되어 있는데 아래쪽 작업면은 목표 기울기 보다 완만한 기울기를 가지며 위쪽 작업면은 목표 기울기를 가진다. 따라서, 아래쪽 작업면이 위쪽 작업면과 동일한 기울기가 될 때까지 아래쪽 작업면을 굴삭해야 한다. 이 때, 레이저빔(L1, L2)이 목표 기울기를 가지는 작업면 상에서 하나의 선으로 모이도록 광조사부(120)를 조정하고 레이저빔(L1, L2)을 작업면에 발사하면, 아래쪽 작업면에서는 레이저빔이 모이지 않고 2개로 나타나게 된다.

도 7을 참조하여 광조사부(120)로부터 목표 굴삭 기울기에 해당하는 레이저빔을 조사하기 위하여 광조사부(120)의 회전각도를 설정하는 것에 대하여 설명한다.

도 7에 도시한 바와 같이, 두 개의 광조사부(120)를 마련하여 두 개의 레이저빔(L1, L2)이 발사되도록 한다. 이에 따라, 두 개의 광조사부(120)에서 발사된 레이저빔(L1, L2)이 지면에서 서로 평행하게 표시되게 한 상태에서 두 개의 광조사부(120)를 일정 각도(α)만큼 서로 동일하게 회전시킨다. 그러면, 두 개의 레이저빔(L1, L2)이 모여서 교선(O)이 만들어지게 된다. 만약, 두 개의 레이저빔(L1, L2)이 형성하는 교선(O)의 지점에 못 미치거나 벗어난 지역에서는 두 개의 레이저빔(L1, L2)이 나타나게 되므로 건설기계(1)의 운전자는 정확한 목표 굴삭 기울기를 육안으로 파악하여 굴삭 작업을 수행할 수 있다.

한편, 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 굴삭 가이드장치(100)를 이용하여 굴삭 작업을 가이드하는 방법을 설명한다.

먼저, 제어부(130)에 건설기계(1)가 굴삭 작업을 수행할 지면에서 사전에 설계된 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 확인한 다음, 설계된 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 입력한다(S110). 이 때, 이러한 정보는 제어부(130)에 전달되도록 구성되는 것이 바람직하다.

그 다음, 건설기계(1)의 굴삭 작업에 방해가 되지 않는 위치에 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드장치(100)를 세워 고정시키고, 거치대(140)의 높낮이 및 수평을 맞춘다. 이때, 가이드장치(100)의 위치는 가이드장치(100)로부터 발사된 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보에 대한 레이저빔을 육안으로 확인하기 쉽도록 건설기계(1)의 정면에 위치하는 것이 바람직하다.

그 다음, 제어부(130)에 의해 광조사부(120)로부터 레이저빔이 발사되어 굴삭작업을 수행할 지면에 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 지면에 표시되도록 한다(S120). 이때, 지면에 표시되는 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보에 대한 레이저빔의 형태는 내부에 광조사부(120), 제어부(130)가 마련된 본체(110)의 개수에 따라 달라질 수 있다.

그 다음, 제어부(130)에 의해 진행 중인 굴삭작업과 지면에 표시된 레이저빔과의 오차를 판단한다(S130). 구체적으로, 굴삭 작업 중인 지면의 정보와 광조사부(120)로부터 지면에 표시된 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 실시간으로 감지한다. 만약, 굴삭 작업 중인 지면 정보와 광조사부(120)에서 발사된 레이저빔의 정보 사이에 오차가 발생된 것으로 감지되면, 건설기계(1)의 작업자 또는 주변의 보조 인력에게 알람한다(S140). 오차를 알람하는 방법은 알람부(150)를 이용하여 경고음으로 알려주거나, 광조사부(120)의 렌즈 모듈(124)를 이용하여 작업자나 보조 인력에게 육안으로 식별 가능하게 알려줄 수 있다.

상기한 구성에 의하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 굴삭 작업 가이드장치(100)는, 건설기계의 굴삭 작업에 있어서 건설기계의 작업자가 정확한 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 등을 확인하기 위하여 반복적인 확인 측량 및 굴삭 작업을 수행하는 종래 기술과는 다르게 레이저 빔을 이용하여 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 지면에 표시함으로써 건설기계의 굴삭 작업에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있고, 굴삭 작업에 소요되는 인력 및 장비의 낭비를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 건설기계의 굴삭 가이드장치(100)는, 하나 이상의 레이저 빔을 이용하여 지면에 직접적으로 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보를 표시하기 때문에 건설기계 주변의 보조 작업자의 인원을 최소화 시킬 수 있어서 건설기계의 굴삭 작업시 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 건설기계
100: 건설기계의 굴삭 가이드장치
110: 본체
120: 광조사부 122: 광원
124a: 녹색 렌즈모듈 124b: 적색 렌즈모듈
130: 제어부
140: 거치대 142: 수평 조정기
144: 높낮이 조정기
150: 알람부
L1: 제1 레이저빔 L2: 제2 레이저빔

Claims (12)

1. 적어도 둘 이상의 레이저빔을 발사하는 광조사부; 및
   건설기계의 굴삭 작업을 위하여 미리 설정된 목표 굴삭 위치, 목표 굴삭 깊이 또는 목표 굴삭 기울기 정보를 포함하는 작업목표정보에 따라 상기 광조사부에서 레이저빔이 지면에 표시되도록 상기 광조사부를 제어하는 제어부; 를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 건설기계의 굴삭 위치, 굴삭 깊이 또는 굴삭 기울기가 각각 상기 목표 굴삭 위치, 목표 굴삭 깊이 또는 목표 굴삭 기울기가 될 때 레이저빔이 포커싱되어 하나의 점 또는 하나의 선 형태로 나타나도록 상기 광조사부에서 발사되는 두 개 이상의 레이저빔의 출력 방향과 각도를 조정함으로써 레이저빔이 하나의 점 또는 하나의 선 형태로 나타나는 지점까지 상기 건설기계에 의한 굴삭 작업이 수행되게 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 광조사부는,
   레이저빔을 발사하는 광원; 및
   상기 광원으로부터 발사된 상기 레이저빔을 집광하거나 확산시키는 렌즈모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 건설기계의 주변 조도를 감지하고, 감지된 결과에 따라 상기 광조사부에서 발사되는 레이저빔의 출력 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 광조사부에서 발사되는 레이저빔의 투사 길이, 조사 방향 또는 조사 각도를 자동 또는 수동으로 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 광조사부 및 상기 제어부가 마련되는 본체; 및
   상기 본체의 하단부에 마련되어 상기 본체를 지면에 위치시키는 거치대를 더 포함하고,
   상기 거치대에는 굴삭 작업을 수행하고자 하는 지면 또는 지형의 수평도에 맞게 상기 본체의 수평도를 측정하거나 조정하는 수평 조정기가 마련되며,
   상기 광조사부는 상기 수평 조정기에 의해 상기 본체 또는 상기 광조사부의 수평도가 굴삭 작업을 수행하고자 하는 지면 또는 지형의 수평도와 맞춰진 후에 레이저빔을 발사하고,
   상기 수평 조정기는 굴삭 작업이 수행되는 동안 상기 본체의 수평도를 측정하는 조정하는 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 거치대에는,
   상기 본체와 상기 지면 사이의 거리를 조정하거나 측정하는 높낮이 조정기가 마련되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 광조사부에서 지면에 표시된 목표 굴삭 위치, 깊이 또는 기울기 정보와 상기 건설기계가 작업 중인 지면의 정보를 실시간으로 감지하여 초기 설정했던 정보와 오차가 발생된 경우 운전자 또는 작업자에게 알람하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 알람부는 상기 수평 조정기에서 측정된 수평도가 초기 설정 수평도와 다른 경우에 운전자 또는 작업자에게 알람하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.
    
12. 제9항에 있어서,
    상기 수평 조정기는 측정된 수평도가 초기 설정 수평도와 다른 경우에 그 결과를 상기 제어부에 전달하고, 상기 제어부는 상기 수평 조정기 또는 상기 높낮이 조정기를 작동시켜서 수평도를 조정하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 굴삭 가이드장치.

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