KR100621065B1 - 구조물의 변위측정 시스템 - Google Patents

구조물의 변위측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조물의 변위를 측정하기 위하여 구조물로부터 이격된 위치에 설치된 거리측정수단과 촬상수단으로 이루어지는 변위측정시스템을 제공한다.
상기 목적을 위하여 본 발명은 구조물의 변위를 측정하기 위한 변위측정시스템에서: 상기 구조물에 레이져를 조사하여 상기 구조물로부터 반사되는 레이져를 수신하는 레이져 장치; 상기 레이져 장치로 레이져가 조사되는 레이져 조사시점과 수신시점에 의하여 상기 구조물과 이격된 거리를 산출하는 레이져상 데이터 처리부; 상기 구조물을 촬상하기 위한 카메라; 상기 카메라에 의하여 촬상된 구조물의 상으로부터 구조물의 변위를 측정하기 위한 카메라 데이터 처리부; 상기 레이져 장치로부터 레이져의 조사하고, 카메라가 촬상하는 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 기술구성이 개시된다.
카메라, 레이져, 거리측정, 진동, 반사판, 회전

Description

구조물의 변위측정 시스템{displacement measuring system}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략적인 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 감지기 및 분석기의 전기회로를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예서 카메라에 촬상된 상을 분석하기 위한 그래프의 예시도이다.
도 4은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 대한 회로 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명하기 위한 구조도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 구조물의 안전을 위하여 변위를 측정하기 위한 구조물 변위 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물의 변위를 측정하기 위하여 구조물 로부터 이격된 위치에 설치된 거리측정수단과 촬상수단으로 이루어지는 변위측정시스템에 관한 것이다.
다리, 터널, 건물등의 구조물의 안전진단을 위해서는 통상 구조물과 일체로 변위가 일어나는 변위감지 센서를 구조물에 설치하고, 변위감지센서로부터 출력되는 신호를 분석하는 변위분석시스템으로 이루어지는 계측기를 사용한다.
그러나, 이러한 변위 분석시스템에 사용되는 스트레인 게이지, 로드셀, 변위변환기같은 변위감지센서를 구조물에 직접설치하여야 하기 때문에 통상 콘크리트 구조물에 감지센서 삽입공을 형성하고, 감지센서를 매설하여야 하기 때문에 설치작업이 매우 어렵다. 더욱이, 측정장소가 다수일 때에는 여러 장소에 감지센서를 매설하여야 하기 때문에 작업이 복잡하게 된다.
또한, 이러한 종래의 변위 분석시스템은 변위감지센서와 분석시스템까지 통상 유선으로 연결되어져 있어 분석시스템의 설치장소에 제한을 받게 되고, 분석시스템과 감지센서의 거리가 많이 떨어진 경우에는 노이즈등에 의하여 정확한 분석이 이루어지지 않는 경우가 발생하게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조물로부터 이격된 곳에 거리측정수단과 카메라를 설치하고, 측정거리와 촬상된 상을 분석하여 변위를 측정함으로써 구조물에 직접 감지센서를 매설하지 않고도 변위를 측정하기 위한 변위 측정 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 시스템으로 구조물의 여러 타겟점을 설정하여 변위를 측정할 수 있도록 하는 변위 측정 시스템을 제공한다.
상기 목적을 위한 본 발명의 기술구성상의 특징은 구조물에 레이져를 조사하여 상기 구조물로부터 반사되는 레이져를 수신하는 레이져 장치; 상기 레이져 장치로 레이져가 조사되는 레이져 조사시점과 수신시점에 의하여 상기 구조물과 이격된 거리를 산출하는 레이져상 데이터 처리부; 상기 구조물을 촬상하기 위한 카메라; 상기 카메라에 의하여 촬상된 구조물의 상으로부터 구조물의 변위를 측정하기 위한 카메라 데이터 처리부; 상기 레이져 장치로부터 레이져 조사를 제어하고, 카메라 촬상 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 카메라와 상기 레이져장치는 하나의 케이스에 고정되고, 상기 케이스는 저면이 모터의 회전축에 연결되어 회전됨으로써 상기 카메라와 상기 레이져장치에서 조사되는 촬상광과 레이져는 상기 구조물에 의하여 순차적으로 반사되는 것이다.
삭제
또한, 본 발명에서 상기 구조물에는 상기 레이져 및 촬상광을 반사시키기 위한 적어도 하나 이상의 반사판이 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징은 실시예를 통하여 기술하기로 한다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략적인 사시도를 나타낸 것이다.
도시된 제 1 실시예에서 구조물은 하나의 타겟 포인트에 반사판(2)이 설치된 다리(1)이다. 제 1 실시예의 시스템은 반사판(2)에 레이져를 조사하고, 수집하는 레이져 장치(110)와 일정주기별로 반사판(2)을 촬상하기 위한 카메라(120)와 카메라(120)에 촬상광을 조사하기 위한 조명장치(130)로 이루어진 감지기(100)와 감지기(100)에 연결되어 감지기(100)로부터 제공되는 레이져 신호 및 촬상신호에 의하여 변위를 분석하는 분석기(200)로 이루어진다.
레이져 장치(110)에서는 레이져가 다리(1)에 설치된 반사판(2)에 조사되고, 반사판(2)으로부터 반사되는 레이져가 수집되어 다리의 횡방향 변위(화살표 a, a')방향의 변위를 감지하고, 카메라(120)는 반사판(2)을 촬상함으로써 종방향 변위(화살표 b, b')를 감지한다.
도 2는 도 1에 도시된 감지기 및 분석기의 전기회로를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예서 카메라에 촬상된 상을 분석하기 위한 그래프의 예시도이다.
카메라(120)는 제어부(140)의 제어에 따라서 일정 주기로 반사판(2)에 대하여 촬상을 하게되고, 촬상된 상의 이미지는 CCD소자에 의하여 전기적 신호로 변환되어 카메라 데이터 처리부(121)에 입력되어 반사판(2)의 위치에 대한 좌표 인식이 이루어진다. 카메라 데이터 처리부(121)에서는 평면좌표상에서 반사판(2)으로 반사된 이미지가 가장 큰 값의 전기적 신호로 나타나기 때문에 전기적 신호의 최대값의 위치를 결정함으로써 반사판의 좌표를 추출할 수 있으며, 한 주기 경과 후에 반사판(2)의 좌표를 재 추출하고 이들 좌표간의 차이를 추출함으로써 종 방향(b, b'방향)의 변위를 얻을 수 있다. 도 3은 반사판의 변위의 일 예를 도시한 것이다. 차량이 반사판(2)이 있는 지점을 접근하게 되면 하향변위가 일어나게 되고, 차량이 통 과한 후에는 점점 상승변위가 일어나게 되고, 완전히 반사판을 차량을 통과한 후에도 여진이 일어나게 되어 상승변위와 하강변위를 반복한 후에 안정되게 된다. 그래프에서는 t = 4에서 반사판에 차량이 통과되는 것을 나타내게 되고, t = 6, 8에서 여진의 정점을 형성한다. 또한, 제어부(140)의 제어에 따라서 일정주기로 레이져 장치(110)로부터 레이져가 반사판(2)에 조사되고, 반사판(2)으로부터 반사된 레이져는 레이져 장치(110)의 수광부에 수광되어 CCD소자에 의하여 전기적 신호로 변환되어 레이져상 데이터 처리부(111)에 입력되어 반사판(2)과 감지기(100)의 거리를 산출한다. 레이져상 데이터 처리부(111)에서는 레이져 장치(110)로부터 레이져가 조사되는 시점을 인식하고, 반사판(2)으로 반사되어 수광부에 수광되는 시점을 인식하여 수광부에 수광되는 시점과 조사되는 시점의 차를 계산하고, 이들의 시점의 차에 광속도를 곱하여 반사판(2)과 감지기(100)간의 왕복거리를 산출하고, 다음 주기에 동일방식으로 왕복거리를 산출하고, 이들간의 오차가 발생한 경우에 이를 횡방향(a, a')의 변위로 산출한다.
또한, 제어부(140)에는 조명장치(130)가 연결되어져 조도가 일정기준 이하인 경우에는 광을 조사한다. 이때, 카메라(120)가 적외선 카메라인 경우에는 조명장치(130) 또한 적외선을 조사하게 된다. 또한, 제어부(140)에는 그래프 생성부(150)가 연결되어지며, 그래프 생성부(150)에서는 카메라 데이터 처리부(121)에서 산출된 좌표를 시간경과에 따라서 표시하는 그래프와, 레이져상 데이터 처리부(111)에서 산출된 반사판(2)의 거리를 시간경과에 따라서 표시하는 그래프 생성부(150)가 연결되며, 모니터(160)에는 그래프 생성부(150)에서 생성된 그래프 가 표시된다.
또한, 제어부(140)에는 저장부(170)가 연결되며, 저장부(170)에는 카메라 데이터 처리부(121)에서 생성된 데이터와 레이져상 데이터 처리부(111)에서 생성된 데이터들이 저장된다. 또한, 제어부(140)에는 인터페이스부(180)을 통하여 LAN, 인터넷등의 통신망에 접속되어 원격지에 데이터를 전송할 수 있다.
도 4은 본 발명의 제 2 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
제 2 실시예는 도시된 바와 같이 다수개의 반사경(① 내지 ⑤)들이 구조물에 설치되고, 이들을 감지하기 위한 감지기(300)의 저면은 모터(미도시)에 의하여 회전되는 회전축(301)에 결합되어 있어 모터의 회전에 따라서 회전되게 된다. 이때, 모터는 정밀하게 제어되어 감지기(300)가 ① 내지 ⑤의 반사판을 촬상할 수 있도록 일정각도 내에서 왕복 회전운동을 하고, 주기적으로 각 반사판에 카메라 및 레이져장치가 일치하게 되는 경우에는 정지하여 카메라에 의한 촬상과 레이져장치에 의한 거리측정이 이루어지도록 한다.
제 2 실시예의 전기 회로는 도 2에 도시된 표시된 것과 동일하나 제어부(140)에서는 카메라 촬상방향과 레이져장치의 조사방향이 일치하는 반사판들을 인식하고, 이때 카메라 데이터 처리부(121), 레이져상 데이터 처리부(111)에서 처리된 데이터를 저장부(170)에 각 반사판별로 분류하여 저장하고, 처리된 데이터에 따라서 각 반사판 별로 그래프 생성부(150)로 하여금 변위 그래프를 생성하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 대한 회로 블록도이다.
제 3 실시예는 제 2 실시예에서 감지기(100)의 몸체가 회전하는 대신 카메라(120) 및 레이져 장치(110)으로부터 조사되는 광을 일정각도씩 회전시키기 위한 회전다면경(190)이 카메라(120) 및 레이져 장치(110)의 전방에 설치된다. 회전다면경(190)의 중심에는 모터(191)의 회전축이 고정되어 모터(191)에 의하여 회전다면경(190)은 회전을 하게 된다. 또한, 모터(191)는 모터 구동부(192)의 구동신호에 의하여 동작되고, 모터구동부(192)는 제어부(140)의 제어명령을 받아 모터(191)를 회전시켜 순차적으로 카메라(120)와 레이져장치(110)로부터 조사된 광이 반사판(① 내지 ⑤)에 순차적으로 반사될 수 있도록 한다. 이때, 상의 유동을 방지하기 위하여 카메라(120)와 레이져장치(110)의 광로가 각 반사판에 일치되는 순간에 일시정지하도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명하기 위한 구조도이고, 도 7은 도 6에 도시된 실시예를 설명하기 위한 그래프이다.
다리와 같은 구조물의 붕괴사고등을 예측하고, 예방하기 위해서는 횡방향의 변위보다 종방향의 변위를 측정하는 것이 더욱 중요시된다. 제 4 실시예에서는 종방향의 변위를 측정하기 위하여 촬상각이 큰 카메라(120)를 사용하여 구조물의 반사판(①, ②, ③, ④)을 동시에 촬상하고, 도 2에 도시된 카메라 데이터 처리부(121)에서 촬상된 반사판( ①, ②, ③, ④ )을 인식하여 반사판의 위치의 변화로부터 변위를 추출한다. 도 7은 각 반사판의 변위를 도시한 것으로 차량(600)이 반사판(①)의 위치로부터 반사판(④)의 위치로 이동하고 있는 상황을 나타내고 있다. 차량이 t=0 인 시간에 ①의 반사판을 통과하기 때문에 ① 반사판의 변위가 크 게 발생하고, t2 인 시간에는 차량이 반사판②를 통과하기 때문에 반사판②의 변위가 가장 크게 발생하고, t3 인 시간에는 차량이 반사판③을 통과하기 때문에 반사판③의 변위가 가장 크게 발생하고, t4 인 시간에는 차량이 반사판④를 통과하기 때문에 반사판④의 변위가 가장 크게 발생한다.
상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 상기 구조물에 직접 변위센서를 매설하지 않고 단순히 반사판만을 부착시킴으로써 간단히 설치할 수 있기 때문에 설치가 편리하고, 구조물과 이격된 곳에 감지기를 설치하기 때문에 측정장소에 구애를 받지 않고 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 구조물에 레이져를 조사하여 상기 구조물로부터 반사되는 레이져를 수신하는 레이져 장치;
    상기 레이져 장치로 레이져가 조사되는 레이져 조사시점과 수신시점에 의하여 상기 구조물과 이격된 거리를 산출하는 레이져상 데이터 처리부;
    상기 구조물을 촬상하기 위한 카메라;
    상기 카메라에 의하여 촬상된 구조물의 상으로부터 구조물의 변위를 측정하기 위한 카메라 데이터 처리부;
    상기 레이져 장치로부터 레이져 조사를 제어하고, 카메라 촬상 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 카메라와 상기 레이져장치는 하나의 케이스에 고정되고, 상기 케이스는 저면이 모터의 회전축에 연결되어 회전됨으로써 상기 카메라와 상기 레이져장치에서 조사되는 촬상광과 레이져는 상기 구조물에 의하여 순차적으로 반사되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구조물에는 상기 레이져 및 촬상광을 반사시키기 위한 적어도 하나 이상의 반사판이 설치되는 것을 특징으로 하는 변위 측정시스템.
  3. 삭제
  4. 적어도 하나이상의 반사판이 설치된 구조물에 레이져를 조사하여 상기 구조물로부터 반사되는 레이져를 수신하는 레이져 장치;
    상기 레이져 장치로 레이져가 조사되는 레이져 조사시점과 수신시점에 의하여 상기 구조물과 이격된 거리를 산출하는 레이져상 데이터 처리부;
    상기 구조물을 촬상하기 위한 카메라;
    상기 카메라에 의하여 촬상된 구조물의 상으로부터 구조물의 변위를 측정하기 위한 카메라 데이터 처리부;
    상기 레이져 장치로부터 레이져 조사를 제어하고, 카메라 촬상 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 카메라와 상기 레이져장치의 전반부에는 모터에 의하여 회전되는 회전 다면경이 설치되어 상기 카메라와 상기 레이져장치로부터 주사되는 촬상광과 레이져는 상기 회전다면경에 의하여 반사되어 상기 반사판에 순차적으로 입사되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 레이져상 데이터 처리부에서 산출되는 변위는 상기 구조물의 횡방향의 변위이고, 상기 카메라 데이터 처리부에서 산출되는 변위는 상기 구조물의 종방향의 변위인 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
  6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 카메라 데이터 처리부는 촬상된 이미지로부터 반사판의 좌표를 추출하고, 기존의 촬상된 이미지로부터 추출된 반사판의 좌표와 비교하여 차이가 있는 경우 상기 차이를 종방향의 오차로 출력하는 것을 특징으로 하는 변위 측정시스템.
  7. 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이져상 데이터 처리부는 레이져가 조사되는 시점과 상기 레이져가 상기 반사판에 반사되어 상기 레이져장치에 수광되는 시점간의 시간 차이를 산출하고, 상기 시간차이에 따른 거리를 산출하여 레이져 조사시점마다 거리의 변화가 있는 경우 상기 거리의 변화를 횡방향의 변위로 출력하는 것을 특징으로 하는 변위 측정시스템.
  8. 삭제
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