KR0136547B1 - 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도나 소자편차에 의한 오프셋 거리값을 제거하기 위해 레이저 발광부에서 출력되는 레이저광을 레이저 수신부에 직접 입사시켜 이 신호가 인지되는 데까지 걸리는 시간을 측정하여 실제 거리측정신호의 측정시간에서 이를 제거시킴으로써 정확한 거리를 측정함을 특징으로 하는 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치 및 방법에 관한 것으로, 전자부품에서 어떤 신호에 대한 딜레이(delay)가 온도에 따라 변화를 나타내는 경우가 많고, 제품의 편차에 따라서도 이러한 오차가 발생될 수 있으며 이러한 것은 양산시 각각의 세트마다 조정을 해주어야 하며 또한 온도에 의한 영향은 사용중 조정을 해줄 수 없어 이는 측정에러로 남게 되는 문제점이 있어, 본 발명은 레이저 발광부에서 나오는 레이저광을 레이저 수신부에 직접 입사시켜 이 신호가 인지되는 데까지 걸리는 시간을 측정하여 실제 거리측정신호의 측정시간에서 이를 제거시킴으로써 정확한 거리를 측정할 수 있도록 하여 광학식 거리 측정장치에서 오염을 처리하기 위한 클리닝 장치를 사용한 경우에 시스템에 있는 온도 특성이나 제품의

편차에 의한 변화요인을 제거할 수 있어 정확히 거리측정을 할 수 있다.

Description

온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치 및 방법

제1도는 본 발명의 전체 구성도.

제2도는 본 발명의 동작 상태도.

제3도는 본 발명의 요부 확대도.

제4도는 본 발명의 제어흐름을 나타내는 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명

10 : 제어부 20 : 레이저 구동부

30 : 레이저 발광부 40 : 대상물체

50 : 레이저 수신부 60 : 레이저 수신처리부

70 : 클리닝장치 80 : 클리닝장치 구동회로

90 : 유리

본 발명은 레이저를 이용한 광학식 거리측정장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 발광부와 레이저 수신부의 전면에 장착된 보호용 유리에 설치된 오염제거용 클리닝장치를 이용하여 오염제거를 행하면서 레이저 발광부에서 발생된 레이저를 클리닝장치를 통해 레이저 수신부에 직접 입사시켜 이 신호가 인지되는 데까지 걸리는 시간을 측정하여 실제 거리측정신호의 측정시간에서 이 신호를 제거시킴으로써 정확한 거리를 측정할 수 있도록 하는 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 거리를 측정하는 기기들은, 대부분 해당하는 길이의 표준 측정 장비를 가지고 대상물체와의 거리를 상대적으로 측정하는 방식을 사용하였다.

한편, 광학식 거리측정장치에 있어서 거리를 측정하는 방법은 광이 이동한 시간을 측정하여 측정된 이동시간과 광속을 이용하여 거리를 측정한다. 이러한 방법에 있어서 측정 거리의 정밀도를 결정하는 것은 광이 이동한 시간을 얼마나 정확하게 측정할 수 있는가 하는 것으로, 광은 1(nsec)동안에 30㎝를 이동하므로 시간을 이용한 거리측정시 이 시간이 대단히 짧아서 외부적인 변화요인이나 소자자체 변화에 의한 변동량과 유리 전면의 오염도에 따라서 측정시간이 달라지고 측정거리가 변화될 수 있어 광이 이동한 거리를 정확히 측정하는 것은 매우 어려운 일이다.

즉, 광학식 거리측정장치에서 발사된 광을 수광하여 광전변환 및 증폭하고 전기적 신호를 이용하여 광의 이동시간을 측정하는 장치에 사용되는 일반적인 전자부품에서는 어떤 신호에 대한 딜레이(delay)가 온도에 따라 변화를 나타내는 경우가 많고, 제품의 편차에 따라서도 이러한 오차가 발생될 수 있으며, 이러한 것은 양산시 각각의 세트마다 조정을 해주어야 하며, 또한 온도에 의한 영향은 사용중 조정을 해줄 수 없어 이는 측정에러로 남게되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결코자 하는 것으로, 특히, 레이저 발광부에서 발사된 레이저광을 클리닝장치를 통해 반사시켜 레이저 수신부에 직접 인가되도록 하여, 내부 부품의 온도에 의한 지연 시간으로 인해 발생되는 오프셋 거리값을 구하고, 다음 대상물체에 맞고 반사된 신호를 레이저 수신부에서 수신하여 대상물체와의 측정 거리값을 구한 후, 상기 측정 거리값에서 오프셋 거리값을 제거시킴으로써, 대상물체와의 실제거리를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 온도변화에 따른 거리오차보정을 위한 광학식 거리측정장치는 전체 시스템을 컨트롤하는 제어부(10)와, 상기 제어부(10)의 제어신호를 입력받아 구동신호를 발생시키는 레이저 구동부(20)와; 상기의 레이저 구동부(20)에서 출력되는 구동신호를 입력받아 레이저광을 발사하는 레이저 발광부(30)와; 대상물체(40)에서 반사되는 레이저광을 수신하는 레이저 수신부(50)와, 상기 레이저 수신부(50)에서 수신된 신호를 입력받아 처리하는 레이저 수신처리부(60)와; 상기 제어부(10)의 제어 신호에 따라 클리닝장치(70)를 유리(90)의 면을 따라 이동시키는 클리닝장치 구동회로(80)와, 상기 클리닝 장치 구동회로(80)의 구동으로 상기 레이저 발광부(30)에서 발사되는 레이저광을 삼각형 모양의 불균일한 표면에서 난반사시켜 난반사된 레이저광의 일부가 직접 레이저 수신부(50)로 입사되도록 하는 클리닝장치(70)를 포함하여 구성됨을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

한편, 본 발명 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정방법은, 시간지연 측정위치로 클리닝장치를 이동시킨 후 레이저 발광부를 구동시키는 제1단계(S1)와; 상기 제1단계(S1)를 수행한 후, 상기 레이저 발광부에서 발사한 레이저광이 레이저 수신부에서 감지되었는가의 여부를 판단하여, 감지된 수광신호가 없는 경우 시스템 에러임을 판정하고 상기 제1단계(S1)를 반복 수행하는 제2단계(S2)와; 상기 제2단계(S2)를 수행한 후, 상기 레이저 수신부에 수광신호가 있는 경우, 오프셋 거리값을 취득하고 원래의 위치로 클리닝 장치를 이동시키는 제3단계(S3)와; 상기 제3단계(S3)를 수행한 후, 레이저 발광부를 구동시키고 발사된 레이저광이 레이저 수신부에 수광되었는지를 판단하는 제4단계(S4)와, 상기 제4단계(S4)를 수행한 후, 수신된 수광신호가 없는 경우, 오프셋 측정여부를 판단하여, 측정이 필요한 경우에는 상기 제1단계(S1)를 반복수행하고, 측정이 필요하지 않을 경우에는 제4단계(S4)를 반복수행하는 제5단계(S5)와; 상기 제4단계(S4)를 수행한 후, 수신된 수광신호가 있는 경우, 측정 거리값을 취득하여 실제 거리값을 계산한 후 제5단계(S5)를 반복 수행하는 제6단계(S6)를 포함하여 구성됨을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 본 발명 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치 및 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 들어 그 구성 및 동작을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 전체 구성도로서, 전체 시스템을 컨트롤하는 제어부(10)와, 상기 제어부(10)의 신호출력단에 접속되어, 입력되는 제어신호에 따라 구동신호를 발생하는 레이저 구동부(20)와, 상기 레이저 구동부(20)의 신호출력단에 접속되어, 입력되는 구동신호에 의해 레이저광을 대상물체(40)에 발사하는 레이저 발광부(30)와, 상기 대상물체(40)에서 반사된 신호를 수신하는 레이저 수신부(50)와, 상기 레이저 수신부(50)의 신호출력단에 접속되어, 입력되는 수신신호를 처리하는 레이저 수신처리부(60)와, 상기 제어부(10)의 신호출력단에 접속되어, 입력되는 제어신호에 의해 클리닝장치를 구동시키는 구동신호를 출력하는 클리닝장치 구동회로(80)와, 상기 클리닝장치 구동회로(80)의 신호출력단에 접속되어, 입력되는 구동신호에 의해 유리(90)의 전면을 따라 이동가능한 클리닝장치(70)로 구성된다.

제2도에 도시된 바와 같이 본 발명의 동작은, 먼저 제어부(10)에서 레이저 구동부(20)에 제어신호를 출력하면, 상기 제어부(10)로부터 제어신호를 입력받은 레이저 구동부(20)에서는 레이저 발광부(30)를 구동시키기 위한 구동신호를 출력한다. 이때 레이저 구동부(20)로부터 구동신호를 입력받은 레이저 발광부(30)에서는 레이저광을 대상물체(40)를 향해 발사한다.

또한, 레이저 수신부(50)에서는 상기 대상물체(40)에서 반사된 레이저 광을 수신하여 레이저 수신처리부(60)로 수신된 신호를 출력하게 되며, 상기 레이저 수신부(50)로부터 광신호를 입력받은 레이저 수신처리부(60)에서는 레이저가 발사된 시간과 수광된 시간동안 전압을 적분하여 이를 A/D변환하거나, 레이저 발광과 수광시간 동안의 시간을 직접 카운팅하거나, 레이저 발광과 수광시간 동안의 위상지연을 이용한 위상검출방법 등을 사용하여 대상물체(40)와의 측정거리값을 구하고, 상기 제어부(10)에 출력하게 된다.

또한, 상기 제어부(10)는 클리닝장치 구동회로(80)에 제어신호를 출력하고, 상기 제어부(10)로부터 제어신호를 입력받은 클리닝장치 구동회로(80)는 클리닝장치(70)를 이동시키기 위한 구동신호를 출력하며, 상기 클리닝장치 구동회로(80)로부터 구동신호를 입력받은 클리닝장치(70)는 레이저광이 발사되는 레이저 발광부(30)의 중심점에서 레이저 수신부(50)의 반대쪽으로 약간 치우친 지점으로 유리(90)면을 따라 이동되어 위치된다.

이때, 상기 제어부(10)에서는 레이저 구동부(20)로 제어신호를 출력하게 되고, 레이저 발광부(30)에서는 레이저 구동부(20)의 구동신호에 의해 레이저광을 발사하게 되며, 발사된 레이저광은 클리닝장치(70)의 표면에 부딪치고 난반사된 레이저광의 일부가 레이저 수신부(50)에 수신되고, 이때 레이저 수신처리부(60)에서는 수신된 신호를 입력받아 내부 부품의 온도에 의한 지연시간으로 인해 발생되는 오프셋 거리값을 구하고, 상기 제어부(10)로 출력하게 된다.

이때, 상기에서 구한 측정 거리값은 내부 부품의 온도에 의한 지연시간으로 인해 발생되는 오프셋 거리값을 포함한 대상물체(40)와의 거리값이므로, 상기 제어부(10)에서는 실제거리를 구하기 위해 아래와 같은 식에 의해 측정거리값에서 오프셋 거리값을 빼주어 실제거리를 구하게 된다.

실제거리 ＝ 측정 거리값－오프셋 거리값

이러한 오프셋 거리값은 지나치게 많이 측정할 필요없이 주기적으로 회로의 특성을 파악하여 필요시에 구하여 실제거리를 구하면 된다.

또한, 제3도에 도시한 바와 같이, 상기 클리닝장치(70)를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 유리(90)의 전면을 이동하여 오염을 제거하는 한편, 삼각형 모양의 불균일한 표면을 갖는 클리닝장치(70)는 레이저광이 발사되는 레이저 발광부(30)의 중심점에서 레이저 수신부(50)의 반대쪽으로 약간 치우친 지점에 위치된다. 이때 상기 레이저 발광부(30)에서 발사된 레이저광은 상기 클리닝장치(70)의 불균일한 표면에 부딪쳐 난반사되고, 상기 레이저 수신부(50)에서는 상기 클리닝장치(70)에서 난반사되는 레이저광의 일부를 수신하게 된다.

한편, 제4도는 본 발명의 동작순서도로써, 시간지연 측정위치로 클리닝장치를 이동시킨후 레이저 발광부를 구동시키는 제1단계(S1)와, 상기 제1단계(S1)에서 발사한 레이저광이 레이저 수신부에서 감지되었는가의 여부를 물어 감지된 수광신호가 없을시 에러판정 신호를 하고 나서 상기 제1단계(S1)를 반복 수행하는 제2단계(S2)와, 상기 제2단계(S2)에서 수광신호가 있는 경우, 오프셋 거리값을 취득하고 원래의 위치로 클리닝장치를 이동시키는 제3단계(S3)와, 이어 레이저 발광부를 구동시키고 발사된 레이저광이 레이저 수신부에 수광되었는지를 묻는 제4단계(S4)와, 상기 제4단계(S4)에서 조건을 만족하지 않을 경우, 오프셋 측정여부를 묻고 측정이 필요할 경우 상기 제1단계(S1)를 반복 수행하고, 필요하지 않을 경우 제4단계(S4)를 반복 수행하는 제5단계(S5)와, 상기 제4단계(S4)중 수광신호가 있을 경우 측정거리값을 취득하여 실제거리값을 계산한 후 제5단계(S5)를 반복수행하는 제6단계(S6)로 이루어져 동작하며 상기 제6단계(S6)중 실제거리를 구하는 공식은 대상물체(40)와의 측정 거리값에서 내부 부품의 온도에 의한 지연시간으로 인해 발생되는 오프셋 거리값을 빼준다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 특히, 레이저를 사용한 광학식 거리측정장치에서 구한 측정거리값에서 내부부품의 온도에 의한 지연시간으로 인해 발생한 오프셋 거리값을 빼주어 실제거리를 구하게 됨으로써, 시스템에 있는 온도 특성이나 제품의 편차에 의한 변화요인을 제거하고 정확한 실제거리를 측정할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 전체 시스템을 컨트롤 하는 제어부(10)와; 상기 제어부(10)의 제어신호를 입력받아 구동신호를 발생시키는 레이저 구동부(20)와; 상기 레이저 구동부(20)에서 출력되는 구동신호를 입력받아 레이저광을 발사하는 레이저 발광부(30)와; 대상물체(40)에서 반사되는 레이저광을 수신하는 레이저 수신부(50)와; 상기 레이저 수신부(50)에서 수신된 신호를 입력받아 처리하는 레이저 수신처리부(60)와; 상기 제어부(10)의 제어신호에 따라 클리닝장치(70)를 레이저 발광부(30)의 신호를 반사시킬 수 있는 지점으로 유리(90)의 전면을 따라 이동시키는 클리닝장치 구동회로(80)와; 상기 클리닝장치 구동회로(80)의 구동으로 상기 레이저 발광부(30)에서 발사되는 레이저광을 삼각형 모양의 불균일한 표면에서 난반사시켜 난반사된 레이저광의 일부가 직접 레이저 수신부(50)로 입사되도록 하는 클리닝장치(70)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정장치.
2. 시간지연 측정위치로 클리닝장치를 이동시킨 후 레이저 발광부를 구동시키는 제1단계(S1)와; 상기 제1단계(S1)를 수행한 후, 상기 레이저 발광부에서 발사한 레이저광이 레이저 수신부에서 감지(수광신호)되었는가의 여부를 판단하여, 감지된 수광신호가 없는 경우 시스템 에러임을 판정하고 상기 제1단계(S1)를 반복 수행하는 제2단계(S2)와; 상기 제2단계(S2)를 수행한 후, 상기 레이저 수신부에 수광신호가 있는 경우 오프셋 거리값을 취득하고 원래의 위치로 클리닝장치를 이동시키는 제3단계(S3)와; 상기 제3단계(S3)를 수행한 후, 레이저 발광부를 구동시키고 발사된 레이저광이 레이저 수신부에 수광되었는지를 판단하는 제4단계(S4)와; 상기 제4단계(S4)를 수행한 후, 수신된 수광신호가 없는 경우, 오프셋 측정여부를 판단하여, 측정이 필요한 경우에는 상기 제1단계(S1)를 반복 수행하고, 측정이 필요하지 않을 경우에는 제4단계(S4)를 반복 수행하는 제5단계(S5)와; 상기 제4단계(S4)를 수행한 후, 수신된 수광신호가 있는 경우 측정 거리값을 취득하여 실제 거리값을 계산한 후 제5단계(S5)를 반복 수행하는 제6단계(S6)로 이루어져 순차적으로 동작함을 특징으로 하는 온도변화에 따른 거리오차 보정을 위한 광학식 거리측정방법.