KR100553036B1 - 골프 모의 장치의 광센싱 장치 및 이 장치를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골프 모의 장치에서 타격한 골프공의 속도, 높이, 방향 등을 측정하기 위한 광센서들의 설치 구조에 관한 것이다.

본 발명은 골프 모의 장치의 바닥에 설치되는 케이스(C)와, 상기 케이스(C)의 전면부에 좌우로 길게 형성된 제1센싱부(A)와, 상기 제1센싱부(A)의 후방에 일측으로 치우쳐 설치되며, 상기 제1센싱부(A)와 수평을 이루도록 좌우로 길게 형성된 제2센싱부(B)와, 상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B) 사이에 형성된 빛을 차단하는 재질(예를 들면, 검정색 합성수지류)로 형성된 차광판(D)으로 구성된다.

이상과 같이 구성하면, 스핀 정도 및 골프공의 실제 비행 속도를 정확히 측정할 수 있고, 제작비용이 저렴하며, 타격시 골퍼에게 부담을 주지 않는 골프 모의 장치용 광센서들의 설치 구조를 제공하는 것이 가능해진다.

골프, 모의장치, 위치측정, 속도측정, 광센서

Description

골프 모의 장치의 광센싱 장치 및 이 장치를 제조하는 방법{Optical Sensing Apparatus for Golf Simulator and Manufacturing Method therefore}

도 1은 본 발명의 광센서 평면도.

도 2는 본 발명의 광센서 측단면도.

도 3은 본 발명의 제1센싱부 상세도.

도 4는 본 발명의 제2센싱부 상세도.

도 5은 골프공의 타격각 및 높이 측정도.

도 6은 골프공의 속도 측정도.

도 7은 클럽의 열리고 닫힘 상태 측정도.

도 8는 클럽의 궤도 측정도.

도 9은 클럽과 골프공 사이각 측정도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 골프공 10, 40 : 발광부

20, 50 : 수광부 30, 60 : 차광판부

A : 제1센싱부, B : 제2센싱부(B)

본 발명은 골프 모의 장치(골프 시뮬레이터)에서 타격한 골프공의 속도, 높이, 방향 등을 측정하기 위한 광센서들의 설치 구조에 관한 것이다.

골프가 대중화되면서, 실제 골프장을 이용하는 인구도 증가하고 있지만, 실제 골프장에 갈 시간적 및 경제적 여유가 없는 골퍼나 실제 골프장을 이용하기에 거북한 초보자를 중심으로 실내골프장을 찾는 빈도가 증가하고 있다.

그러나, 이러한 실내 골프장도 골퍼가 붐비는 시간이 있어 예약을 해야 하는 경우나 대기해야 하는 경우도 많아, 일부 골퍼들은 자택의 옥상 등의 공간에 간이 골프시설을 설치하여 자신의 집에서 골프를 즐기고 있다.

그런데, 이러한 간이 골프시설은 실제 필드의 현장감이 없기 때문에, 최근에는 실제 필드를 모의화한 골프 모의 장치가 보급되고 있다.

이러한 골프 모의 장치에서는 타격된 골프공(타구)의 위치 등을 감지하기 위한 방법으로서 레이저를 이용한 방식, 소리를 이용하는 방식, 광센서를 이용하는 방식 등을 적용하고 있다.

레이저를 이용하는 방식은 전파를 발산하면서 골프공에서 반사된 전파를 분석하여 골프공의 속도 및 방향을 측정하는 방식으로, 레이저 장치의 크기로 인하여 야외에서는 유용하나 실내에서 사용하기에는 적합하지 않고, 소리를 이용하는 방식은 오차가 크고 실내에서는 소리가 반사되므로 실내용으로 사용하기에는 적합하지 않다.

그러므로, 골프 모의 장치에서 사용되는 일반적인 골프 타구분석기술은 광센 서의 일종인 적외선 센서를 타석의 매트에 어레이 형태로 배열하여 클럽헤드의 운동속도에 따른 빛의 차단 신호를 통하여 타구 데이터, 즉 타구의 속도, 방향을 분석하는 방법이 주로 사용되고 있다.

예를 들면, 대한민국 등록특허공보 등록번호 129095에는 티이 상에 위치하는 골프공의 타격시 골프채가 타격부재에 장착되어 있는 제1광센서부에서 제2광센서부를 통과하는 시간을 기준으로 하여 상기 골프채의 헤드속도를 검출하고, 상기 골프채가 상기 제1광센서부 가운데 소정 광센서를 통과하여 제2광센서부 가운데 어떤 광센서를 통과하였는지를 기준으로 하여 상기 골프채의 스윙각도 및 페이스각도를 검출하도록 구성된 타격검출수단을 사용하고 있다.

또한, 대한민국 공개실용신안공보 공개번호 실1998-068916호에는 수직적 소자와 수평적 소자를 2차원 공간을 이루도록 배열하여 골프공의 속도와 비행거리를 측정하는 2차원 센서를 이용한 골프공의 비거리 및 낙하위치 측정 장치가 공개되어 있다.

그러나, 상기의 특허등록번호 129095에서는 클럽헤드의 임팩트시 각도를 측정할 수 있으나 수직 방향의 클럽 각도를 측정 할 수 없으므로 클럽 페이스가 엎어지거나 누운 형태(스핀 정도)의 측정에 한계가 있고, 다양한 형태의 클럽이 제작되면서 오류가 증가할 가능성이 있다. 또한 실제 공의 비행의 속도를 측정하는 것이 아니고 클럽의 속도에 의한 간접 측정 방식이므로 정확도가 떨어지고 공의 타격위치를 조금 움직이면 오차가 크게 유발되게 되는 단점이 있다.

공개번호 실1998-068916호는 직접 공의 비행하는 속도 및 방향을 측정하는 장점이 있으나, 정확한 측정을 위하여 수평 및 수직으로 많은 수의 센서를 배열해야 함에 따라 그 제작 비용이 크게 되고, 공의 비행궤도 근처에 센서가 배치되어 골프공이 센서를 타격할 가능성이 있고 수직 방향으로 설치되는 센서들의 지지구조물로 인하여 골퍼가 타격하는 데에 부담을 느끼게 되는 문제점 및 골프공의 스핀에 의한 궤도 측정이 이루어지지 않는다는 한계점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 스핀 정도 및 골프공의 실제 비행 속도를 정확히 측정할 수 있고, 제작비용이 저렴하며, 타격시 골퍼에게 부담을 주지 않는 광센서들의 설치 구조를 제공한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 평면도를 도시한 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명은 골프 모의 장치의 바닥에 설치되는 케이스(C)와, 상기 케이스(C)의 전면부에 좌우로 길게 형성된 제1센싱부(A)와, 상기 제1센싱부(A)의 후방에 일측으로 치우쳐 설치되며, 상기 제1센싱부(A)와 수평을 이루도록 좌우로 길게 형성된 제2센싱부(B)와, 상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B) 사이에 형성된 빛을 차단하는 재질(예를 들면, 검정색 합성수지류)로 형성된 차광판(D)으로 구성된다.

제1센싱부(A)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전면부에 설치되며, 상부로 일정한 전압의 빛을 방사시키도록 지면과 수직하게 형성된 다수개의 발광소자(11)가 일정 간격을 유지하며 일렬로 형성된 발광부(10)와, 상기 발광부(10)의 후방에 설치되고 빛의 전압을 측정하는 다수개의 수광소자(21)가 상기 발광소자(11)의 후방에 동일한 간격을 유지하며 일렬로 형성되어 발광부(10)와 평행을 이루도록 형성된 수광부(20)와, 상기 수광부(20)의 전면에 형성되어 상기 발광부(10)에서 방사되는 빛이 직접 수광부(20)에 도달하지 못하도록 빛을 차단하는 재질로 형성된 차광판(30)(예를 들면, 검정색 합성수지류)으로 구성되며, 상기 수광부(20)는 수광소자(21)가 형성된 상부면에 일정한 직경의 통공(22)이 형성되어 상기 통공(22)에 평행한 방향의 빛만이 수광소자(21)에 도달되도록 구성된다.

또한 제2센싱부(B)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1센싱부(A)의 후방에 일측(도 1에서는 좌측)으로 치우쳐 설치되며, 도 4에 도시된 바와 같이 상부로 경사지게 일정한 전압의 빛을 방사시키도록 지면과 경사지게 형성된 다수개의 발광소자(41)가 일정 간격을 유지하며 일렬로 형성된 발광부(40)와, 상기 발광부(40)의 후방에 설치되며, 상기 발광소자(41)와 일정간격을 유지하며 평행하도록 형성된 다수개의 수광소자(51)로 구성된 수광부(50)와, 상기 수광부(50)의 전면에 형성되어 상기 발광부(40)에서 방사되는 빛이 직접 수광부(50)에 입력됨을 방지하는 차광판(60)으로 구성되며, 상기 수광부(50)는 수광소자(51)가 형성된 상부면에 상기 발광소자(41)와 같은 각도로 경사지게 통공(52)이 형성되어 상기 통공(52)에 평행한 방향의 빛만이 수광소자(51)에 도달되도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1, 2센싱부(A, B)는 샷지점으로부터 전방으로 약간 떨어진 위치의 바닥에 설치되고, 입력케이블을 통해 콘트롤러(미도시)와 연결되어, 이 콘트롤러의 제어하에 발광부(10, 40)를 통해 광(적외선)을 발사하고 수광부(20, 50)를 통해 발사된 광을 수신하여 공의 위치, 속도, 방향 등을 측정하게 된다.

상기 콘트롤러는 광센서로부터 입력케이블을 통해 각각의 전기적 신호를 입력하고 저장하기 위한 입력인터페이스 장치 및 저장장치를 포함하며, 입력된 각각의 전기적 신호에 의해 공의 위치, 속도, 방향 등을 계산하기 위한 중앙처리장치 및 메인보드를 포함한다. 이와 같은 콘트롤러의 기술구성은 당분야에서 주지관용 기술이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

이제, 상기와 같이 배치된 광센서들을 이용한 다양한 측정방법에 대해 살펴 보기로 한다.

(골프공의 타격 수평 각도 측정)

도 5에서와 같이 제1센싱부(A)에서 수직 방향으로 지속적으로 발광 및 수광을 하면 골프공이 제1센싱부(A)를 지나가는 위치(p1)에 있는 발광소자(11)에서 발사된 광이 골프공에 의해 반사되어 수광소자(21)에 감지되게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이 발광소자 사이의 간격(ℓ₁)과, 공이 놓여진 위치(샷위치)와 센서 사이의 거리(L₁)와, 타격한 공이 제1센싱부(A)를 통과한 위치(p)를 측정하여 골프의 진행각도, 즉 골프공의 타격각(θ₁)을 다음 수식에 의해 계산한다.

----(1)

c : 센서의 기준위치

p₁ : 타격한 공이 제1센싱부를 통과한 위치

l₁ : 센서간 간격

L₁ : 센서와 공사이의 거리

여기서, 변수가 되는 타격한 공이 제1센싱부를 통과한 위치(p₁)는 골프공(1)이 제1센싱부(A)의 발광부(10)를 통과시 수광부(20)의 몇 번째 수광소자(21)에서 반사된 빛의 전압이 검출되었는지에 의해 측정된다.

(골프공의 높이 측정)

도 5에 도시된 바와 같이, 제1센싱부(A)에서 수직 방향의 지속적으로 발광 및 수광을 하고 제2센싱부(B)에서 경사 방향의 지속적으로 발광 및 수광을 하면 골프공은 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)의 어느 수광소자들에 의해 감지가 된다.

따라서, 골프공의 높이(h)는 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)에서 측정된 볼의 위치(p_S1,p_S2)와, 제2센싱부(B) 발광소자의 경사각도(θ₂)(미리 정해짐)를 측정하여 다음 수식에 의해 계산된다.

---------(식2)

θ_{2 :} 제2센싱부(B)의 발광소자의 경사각도

p_s1 : 제1센싱부(A)에서 측정된 공의 위치

p_s2 : 제2센싱부(B)에서 측정된 공의 위치

여기서, 변수가 되는 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)에서 측정되는 공의 위치(p_s1, p_s2)는 타격한 골프공이 제1, 2센싱부(A, B)의 발광부(10, 40)를 통과시 수광부(20, 50)의 몇 번째 수광소자(21, 51)에서 반사된 빛의 전압이 검출되었는지에 의해 측정된다.

(골프공의 속도 측정)

골프공의 속도(v)는 도 6에 도시된 바와 같이 타격한 공이 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)를 통과한 시간차(t)와, 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B) 사이의 거리(L₂)를 측정하여 다음 수식에 의해 계산된다.

공의 속도(v) = L₂/t ---- (식3)

L_{2 :} 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B) 사이의 거리

t : 공이 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)를 통과한 시간차

여기서, 변수가 되는 시간차(t)는 골프공이 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)를 통과시, 반사된 빛이 제1센싱부(A)의 수광부에 도달한 시간과 제2센싱부(B)의 수광부에 도달한 시간을 측정하여, 그 차를 구해 측정된다.

(골프공의 스핀 측정)

골프공의 스핀측정은 제1센싱부(A)에서 측정된 위치를 여러 번 읽어들여 골프채의 이미지를 구현하고 스핀을 계산한다.

먼저, 골프공을 타격후 골프클럽이 제1센싱부(A)를 통과하게 되면, 상기 제1센싱부(A)는 콘트롤러에 설정된 측정시간마다 골프클럽을 센싱하게 된다. 골프클럽을 여러번 센싱한 센서의 반응 상태를 살펴보면 도 7에 도시된 바와 같이 골프클럽과 같은 형상을 형성한다.

클럽이 열리고 닫힘의 상태각(θ₃)은 센싱 간격(l₃)과 제1센싱부(A)에서 첫 번째로 읽어 들인 데이터(d_f)의 센터와 마지막 읽은 데이터(d_l)의 우측 끝과의 거리(Q)를 측정하여 아래의 수식에 의해 계산된다.

-----(식4)

l_{3 :} 센서측정 간격

Q : 제1센싱부(A)에서 첫 번째로 읽어 들인 데이터(d_f)의 센터와 마지막 읽은 데이터(d_l)의 우측 끝과의 거리

다음으로, 스윙시 클럽의 진행각도 즉, 클럽의 궤도각(θ₄)은 도 8에 도시된 바와 같이 제1센싱부(A)에서 여러번 읽은 데이터의 평균값(a)과, 공이 놓여진 위치(샷 위치)와 동일선상의 제1센싱부(A)의 위치(s)와, 공이 놓여진 위치(샷 위치)와 제1센싱부(A)의 거리(L)를 측정하여 아래의 수식에 의해 계산된다.

--- (식5)

a : 제1센싱부(A)에서 여러번 읽은 데이터의 평균값

s : 공이 놓여진 위치와 동일선상의 제1센싱부(A)의 위치

L₁ : 공이 놓여진 위치와 제1센싱부(A)와의 거리

타격후 골프클럽의 진행방향과 골프공의 진행방향 사이의 각(θ₅)은 도 9에 도시된 바와 같이 (식1)과 (식5)에 의해 측정된 골프공의 타격각(θ₁)과 클럽의 궤도각(θ₄)의 합에 의해 계산된다.

클럽과 공의 사이각(θ₅)=클럽의 궤도각(θ₄) + 공의 타격각(θ₁) -- (식6)

결국, 골프공의 스핀 정도 즉, 후크(Hook)와 슬라이스(Slice)는 (식4)에서 계산된 클럽이 열리고 닫힘 상태각(θ₃)과, (식6)에서 계산된 클럽과 공의 사이각(θ₅)과, (식3)에 의해 계산된 공의 속도(v)에 의해 다음 수식과 같이 계산된다.

후크와 슬라이스의 정도 = (θ₃ + θ₅) ×v --- (식7)

θ₃ :클럽이 열리고 닫힘 상태각

θ₅ : 클럽과 공의 사이각

v : 공의 속도

상기 (식7)에서 측정된 값이 음수(-)일 경우 공의 회전은 슬라이스(Slice)가 되며, 양수(+)일 경우는 후크(Hook)가 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 기재하였으나, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변 형이 가능하다는 점에 유의해야 한다.

상기와 같이 광센서들을 배치하면, 골프 모의 장치를 설치시 지면을 파내거나 천장을 공사할 필요가 없으며, 지면에서 위쪽으로 솟아 나온 부품이 없으므로 골프 스윙을 하는 사람이 위축되지 않아 자유스러운 스윙을 할 수 있다. 또한 골퍼가 타구하여 공중을 날아가고 있는 골프공의 비행 방향 및 현재 높이, 속도 등을 측정하는 데에 유용하게 사용될 수 있으며, 골프공 뿐 아니라 골프채의 움직임도 측정하여 골프채의 스윙 방향, 채의 비틀림 또한 측정하는 데 사용될 수 있는 효과가 있다.

또한, 스핀 정도 및 골프공의 실제 비행 속도를 정확히 측정할 수 있고, 2열의 센싱부만을 사용하고 수직으로 센서들을 설치함에 따른 지지대가 없으므로 제작비용이 저렴하게 된다.

Claims (10)

1. 골프 모의 장치의 광센싱 장치에 있어서,

   발광 및 수광 방향이 실질적으로 수직방향인 발광소자 및 수광소자가 서로 쌍을 이루어, 골프 모의 장치의 타격방향의 바닥에 제1어레이를 형성하도록 배치되는 제1센싱부(A)와;

   발광 및 수광 방향이 실질적으로 동일한 경사방향인 발광소자 및 수광소자가 서로 쌍을 이루어, 골프 모의 장치의 타격방향의 바닥에 상기 제1어레이와 실질적으로 평행이 되는 제2어레이를 형성하도록 배치되는 제2센싱부(B);

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B) 사이에 설치된 차광판(D);

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)의 발광소자와 수광소자 사이에 설치된 차광판(30, 60);

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)의 수광소자의 상부면에 일정한 직경을 가지도록 설치된 통공(22, 52)을 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 모의 장치의 광센싱 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)를 보호하기 위한 케이스(C)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 모의 장치의 광센싱 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 골프 모의 장치의 광센싱 장치의 제조방법에 있어서,

   발광 및 수광 방향이 실질적으로 수직방향인 발광소자 및 수광소자가 서로 쌍을 이루어, 골프 모의 장치의 타격방향의 바닥에 제1어레이를 형성하도록 배치되는 제1센싱부(A)를 설치하는 단계와;

   발광 및 수광 방향이 실질적으로 동일한 경사방향인 발광소자 및 수광소자가 서로 쌍을 이루어, 골프 모의 장치의 타격방향의 바닥에 상기 제1어레이와 실질적으로 평행이 되는 제2어레이를 형성하도록 배치되는 제2센싱부(B)를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 모의 장치의 광센싱 장치의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)를 보호하기 위한 케이스(C)를 설치하는 단계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 골프 모의 장치의 광센싱 장치의 제조방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B) 사이에 설치된 차광판(D)을 설치하는 단 계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 골프 모의 장치의 광센싱 장치의 제조방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 제1센싱부(A)와 제2센싱부(B)의 수광소자의 상부면에 일정한 직경의 통공(22, 52)을 설치하는 단계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 골프 모의 장치의 광센싱 장치의 제조방법.
9. 제1항의 광센싱 장치를 이용한 골프 모의 장치.
10. 제5항의 광센싱 장치의 제조방법을 이용한 골프 모의 장치의 제조방법.

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