KR0156045B1 - 3차원 측정공법 - Google Patents

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이희근
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Abstract

본 발명은 대형구조물의 3차원 측정시 3차원 측정기를 이용하여 측정하기 쉬운 임의의 장소로 이동하면서 측정할 수 있는 3차원 측정공법과 고소부위에 있는 인상점(구조물의 모서리 또는 구석)에 어떠한 타켓도 설치하지 않고 3차원 측정기를 이용하여 그 인상점을 직접 측정할 수 있는 무타켓 측정공법에 관한 것으로, 대형구조물의 3차원 측정작업을 보다 간편하고, 안전하게 할 수 있게 한 것 뿐만 아니라 측정의 정확도를 향상시킨 3차원 측정기술이다.

Description

3차원 측정공법
제1도는 대형구조물 3차원 측정시의 설계좌표와 계측좌표의 관계를 도시하는 도면.
제2도는 측정기 이동에 따른 계측좌표의 연결관계를 도시하는 도면.
제3도는 본 발명의 측정절차를 표시하는 도표.
제4도는 무타켓 인상점의 측정공법을 도시하는 도면.
제5도는 무타켓 측정점의 값을 계산하는 그래프.
본 발명은 대형구조물의 3차원 측정시 3차원 측정기(이하 측정기라 칭함)를 이용하여 측정하기 쉬운 임의의 장소로이동하면서 측정할 수 있는 3차원 측정공법에 관한 것이다.
종래에 3차원 측정시 측정장소(이하 '기계점'이라 칭함)를 이동하고자 할 경우에는 측정기를 이동하기 전에 새로운 기계점의 위치에 별도의 타켓을 설치하여 측정한 후에 그 타켓을 치우고 그 기게점에서 측정기를 이동 설치하여 계속 3차원 측정을 하였기 때문에 측정하기 시운 장소로의 이동이 제한되고, 그 위치에 측정기를 정확히 설치하기가 힘들고, 계획된 기계점과 실제 측정기 위치의 불일치로 인해 측정 오차가 크게 발생한다.
그리고 대형 구조물의 3차원 측정기 모든 측정점에 타켓(반사 프리즘 타켓 또는 무반사 타켓)을 설치해야 하므로 고소부위에 있는 측정점에 타켓을 설치하기가 힘들고, 또한 측정점에 타켓을 정확히 설치하기가 어려워 측정 오차가 크게 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 대형 구조물의 3차원 측정시 측정하기 쉬운 임의의 장소로 이동하고 간편하게 측정하면서도 측정의 정확도를 보다 높히기 위한 3차원 측정공법을 제공하고자 하는 것이다.
이들 측정공법에서 사용되는 측정기는 광파 또는 레이저(광파 이용시 반사프리즘 타켓, 레이저 이용시 반사프리즘 또는 무반사 타켓)을 이용하여 타켓 지점과 측정기 사이의 거리를 계측하고, 2개의 엔코더로 타켓지점의 고도각과 수평각을 계측하는 측정장비로 일반적으로 길이 측정은 2-수천m까지 측정가능하고 그 정확도는 수 mm 이하이며, 고도각 및 수평각의 측정 정확도는 3″이내이다.
본 발명에 따른 3차원 측정공법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제1도에는 대형 구조물 3차원 측정시의 설계 좌표와 계측 좌표의 관계를 됫한 것으로, 측정기 위치(기계점)를 계측원점(OMO)으로 하여 최초 츠정점 3개(P1, P2, P3)를 계측하여, 이들 점의 설계값(VDP1, VDP2, VDP3)과 계측값(VMOP1, VMOP2, VMOP3)들로부터 계측좌표를 계산할 수 있다.
이들점의 설계값으로 만들어진 설계좌표상(X, Y, Z)의 설계 삼각형(VDP1, VDP2, VDP3)과 계측값들로 형성된 계측 좌표상(X0, Y0, Z0)의 계측 삼각형(VMOP1, VMOP2, VMOP3)을 일치시키면 설계좌표상에서의 기계점(VMO)을 계산하고, 각 측정점(Pn)의 계측값(VMOPn)을 설계좌표로 변환시킨 측정값(VSPn)으로 계산할 수 있다.
이상과 같은 좌표계산을 하기 위해서는, 우선 P2점의 측정값(VSP2)을 그 설계값과 일치시킨다.
설계좌표에서 P2점의 설계값(VDP2)을 기준으로 하여 P1점의 설계값 (VOP1)으로 향하는 P2 - P1설계 설계축을 정의한다.
P2점의 계측값(VMOP2)과 P1점의 계측값(VMOP1)의 사이거리(1)를 계산하여 P2 - P1 설계축상에서 P2점의 설계값(VOP2)으로부터 1거리만큼 떨어진 점을 P1점의 측정값(VSP1)으로 한다. 이로써 P2 - P1 계측축은 P2 - P1설계축에 일치되었다.
P2 - P1 계측축을 중심으로 하여 계측 삼각형을 회전시켜서 설계 삼각형에 일치시킨다. 그러면 P3점의 측정값(VSP3)은 설계삼각형을 포함하는 평면내에 존재하는 점이 된다.
이상과 같은 방법으로 계측값을 설계값으로 좌표계산을 하면 기계점(VMO)을 다음과 같이 계산할 수 있다.
또한, 각 측정점(Pn)의 측정값(VSPn)과 오차값(δpn)을 계산할 수 있다.
제2도에는 측정기 이동에 따른 계측좌표의 연결관계를 도시한 것으로, 이전의 기계점(Omo~n-1- OMk)에서 측정된 측정점(또는 보조점)중에서 점 3개(Pn-1Pn, Pn+1)를 다시 계측하여, 이전의 기계점(OMk)에서 측정된 이점들의 측정값(Vspn-1Vspn, Vspen+1)과 현재 기계점 (OMN)에서의 계측값(VMNpn-1VMNpn, VMNpen+1)들로부터 현재의 기계점(OMN)에 대한 계측좌표를 계산할 수 있다.
이들 점의 이전 측정값으로 만들어진 설계좌표상이 측정삼각형(Vspn-1Vspn, Vspen+1)과 현재 기계점이 계측좌표상(Xn, Yn, Zn)에서의 계측값들로 형성된 계측값(VMNpn-1VMNpn, VMNpen+1)을 일치시키면 설계좌표상의 현재 기계점(VMN)을 계산하고, 각 측정점(Pn)의 계측값(VMNPS)을 설계좌표로 변환시킨 측정값(VSPS)으로 계산할 수 있다.
이상의 측정공법에 대한 측정절차를 도시하면 제3도와 같이 대형구조물의 3차원 측정시 측정하기 쉬운 임의의 장소에 이동한 후에 측정점의 계측값으로 현재 기게점의 위치와 계측 좌표를 계산하므로 기계점의 위치가 보다 정확하여 3차원 측정의 정확도는 높아졌다.
제4도에는 무타켓 인상점의 측정공법을 도시한 것으로 두 개의 기계점으로 각기 계측좌표를 계산한 후에 무타켓 인상점에 대한 고도각과 수평각을 측정한다. 그러면 각 기계점에서 무타켓 측정점(P6)으로 향하는 직선들(Y1, Z2)이 만들어지고, 두 직선은 무타켓 측정점에서 교차되므로 무타켓 측정점의 3차원 위치를 계산할 수 있다. 그러나 측정오차(측정기의 성능오차, 측정자의 시준오차등)로 인해 실제로 두 직선은 교차되지 않는다.
제5도와 같이 두 직선(Y1, Y2)를 자신의 계측좌표 Xn- yn평면상에 투영시켜 투영교차점을 구하여, 그 투영교차점의 Xn축값과 Yn값을 구하고, 투영교차점을 통과하고 Xn- yn평면에 수직한 선과 두 직선(Y1, Y2)이 교차되는 점을 구하여 무타켓 측정점의 ZN축값을 계산한다.
자신의 계측좌표 Xn- yn평면상으로 투영된 두직선(y1- y2)은 다음과 같다.
M2계측좌표를 이동 및 회전시켜 M1계측좌표로 변환하면 y2투영직선은 다음과 같다.
α : 계측좌표(M2- M1)간의 회전각
δ : 계측좌표(M2- M1)간의 이동량(δx, δy, δz)
식(9), 식(11) 및 식(12)로부터 투영교차점의 X 축값과 y1축값을 구하여, 이들 M1기계점에서의 무타켓 측정점(P6)의 X1축 계측값과 y1축 계측값으로 한다.
투영교차점을 통과하고 M1 계측좌표의 X1- y1평면에 수직인 선과 두직선(Y1, Y1)이 만나는 점을 구하여 M1과 M2기계점에서의 무타켓 측정점(P6)의 Z1축 계측값과 Z2축 계측값으로 한다.
이상과 같은 무타켓 측정공법으로 M1기계점과 M2기계점에서의 무타켓 측정점(P6)의 계측값들을 계산할 수 있다.

Claims (2)

  1. 3차원 측정기를 사용하여 대형구조물을 측정하는 데 있어서, 최초 측정점 3개를 계측하여 이들 점의 설계값과 계측값들로부터 계측좌표를 계산하고, 각 측정점의 계측값을 설계좌표로 변환시킨 측정값으로 계산하는 3차원 측정공법.
  2. 한 장소에서 측정하고 다른 장소에서 계속 측정을 하기 이해 측정하기 쉬운 임의의 측정장소로 3차원 측정기를 이동시킨 후, 이전의 기계점(측정장소)에서 측정된 측정점(또는 보조점)중에서 점 3개를 현재의 기계점(측정장소)에서 다시 계측하여, 이전 기계점(Omo~n-1- OMk)에서 측정된 이 점들의 측정값(Vspn-1Vspn, Vspen+1)과 현재의 기계점(OMN)에서의 계측값(VMNpn-1VMNpn, VMNpen+1)들로부터 현재의 기계점(OMN)에 대한 계측좌표
    에 의하여 계산하는 것을 특징으로 하는 3차원 측정공법.
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