KR100921742B1

KR100921742B1 - 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법

Info

Publication number: KR100921742B1
Application number: KR1020070117835A
Authority: KR
Inventors: 이원혁; 박지훈
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-10-15
Also published as: CN101441068A; KR20090051443A

Abstract

본 발명은 비 접촉식으로 노면의 거칠기 정도를 측정하기 위한 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법에 관한 것으로서, 특히 노면에 레이져 빔을 조사하여 얻어지는 데이터를 위상값으로 나타내어 노면의 거칠기 정도를 정량화하여 표현이 가능하고, 비 접촉식으로 측정함으로써 노면을 매우 빠르고 신속하게 측정할 수 있는 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법에 관한 것이다.

비 접촉식, 노면, 헬륨-네온 레이져, 거칠기, 위상

Description

비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법{Method for road profiling of non-contact}

도로면 거칠기 측정기술은 1960년대부터 지금까지 도로의 성능 및 현황을 조사 분석하기 위해 개발되어 왔으며 1990년 이후에는 도로 형상을 차량 주행 해석에 직접적으로 적용하기 위해 꾸준히 개발되고 있다.

이러한 도로면 거칠기 측정기술은 고속도로나 국도의 포장상태에 대한 분석 및 노면이 차량에 미치는 영향관계를 파악하여 포장 및 유지보수를 수행하고, 도로 노면 프로필(profile)을 이용하여 실차 상태와 같은 운행조건 상에서 주행 해석을 수행함으로써 차량의 주행성능, 조향성능 및 안전도 부품의 내구성능 평가에 매우 중요하다.

상기와 같은 기술을 토대로 제작된 종래의 도로면 거칠기 측정장비는 고가의 정밀측정 장비를 필요로 하고 있으며, 실제 노면에 찰흙 등을 사용하여 탁본 식의 도로면 거칠기를 측정하는 것은 실제 노면이 아닌 탁본을 통해 측정하게 되므로 많은 시간을 필요로 하고 여러가지 에러를 포함하여 정확하지 않은 측정을 하게 되는 등의 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 그 목적은 노면에 레이져 빔을 조사하여 얻어진 데이터를 위상값으로 나타내어 노면의 거칠기 정도를 정량화하여 표현이 가능하며, 비 접촉식으로 측정함으로써 노면을 매우 빠르고 신속하게 측정할 수 있는 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법을 수행하는 장치는,

10nW 전력의 레이져 빔을 방출하는 헬륨-네온 레이져, 상기 헬륨-네온 레이져로부터 방출된 레이져 빔을 전달받아 퍼뜨리는 대물렌즈, 상기 대물렌즈로부터 퍼뜨려진 레이져 빔을 공간필터를 통해 필터링해주는 핀홀, 상기 핀홀에서 필터링된 레이져 빔을 모아서 일정 간격의 평행한 레이져 빔으로 만들어 측정하고자 하는 노면을 향해 방출하는 광축렌즈, 상기 광축렌즈에서 방출되어 노면에 반사된 레이져 빔을 두 개의 수직·수평방향으로 나누는 광선 분산기, 상기 광선 분산기를 통과한 수직방향 빔의 경로를 미세하게 조정하는 압전변환기, 상기 압전변환기에서 얻어진 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 A/D 변환기, 상기 광선 분산기를 통해 수평방향으로 나누어진 레이져 빔을 반사시키는 거울, 상기 거울을 통해 수평방향으로 반사된 레이져 빔을 촬영하는 CCD 카메라, 상기 CCD 카메라를 통 해 얻어진 아날로그 영상데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 프레임 그레버, 및 상기 A/D 변환기 및 프레임 그레버로부터 변환된 디지털 데이터를 전송받아 데이터를 저장하고 처리 및 전체적인 제어를 하는 컨트롤 컴퓨터로 이루어진다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법은 표면이 매우 깨끗한 노면에 헬륨-네온 레이져의 레이져 빔를 조사하여 CCD 카메라를 통해 4장의 간섭무늬를 촬영하여 그 결과값을 컨트롤 컴퓨터에 저장하는 제 1 단계, 상기 제 1 단계 후 거친 노면 위에 흰색가루를 뿌린 후 상기 헬륨-네온 레이져의 레이져 빔을 조사하여 CCD 카메라를 통해 4장의 간섭무늬를 촬영하여 그 결과값을 컨트롤 컴퓨터에 저장하는 제 2 단계, 및 상기 제 1, 2 단계 후 상기 컨트롤 컴퓨터에 저장된 결과값을 위상으로 계산하여 노면 거칠기 정도를 위상값으로 산출하는 제 3 단계를 수행한다.

본 발명에 따른 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법은 노면에 레이져 빔을 조사하여 얻어진 데이터를 위상값으로 나타내어 노면의 거칠기 정도를 정량화하여 표현이 가능하고, 비 접촉식으로 측정함으로써 노면을 매우 빠르고 신속하게 측정할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 비 접촉식 노면 거칠기의 측정 방법을 수행하는 장치를 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 과다돌출물 감지장치는, 10nW 전력의 레이져 빔을 방출하는 헬륨-네온 레이져(1), 상기 헬륨-네온 레이져(1)로부터 방출된 레이져 빔을 전달받아 퍼뜨리는 대물렌즈(2), 상기 대물렌즈(2)로부터 퍼뜨려진 레이져 빔을 공간필터를 통해 필터링해주는 핀홀(3), 상기 핀홀(3)에서 필터링된 레이져 빔을 모아서 일정 간격의 평행한 레이져 빔으로 만들어 측정하고자 하는 노면(12)을 향해 방출하는 광축렌즈(4), 상기 광축렌즈(4)에서 방출되어 노면(12)에 반사된 레이져 빔을 두 개의 수직·수평방향으로 나누는 광선 분산기(5), 상기 광선 분산기(5)를 통과한 수직방향 빔의 경로를 미세하게 조정하는 압전변환기(6), 상기 압전변환기(6)에서 얻어진 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 A/D 변환기(7), 상기 광선 분산기(5)를 통해 수평방향으로 나누어진 레이져 빔을 반사시키는 거울(8), 상기 거울(8)을 통해 수평방향으로 반사된 레이져 빔을 촬영하는 CCD 카메라(9), 상기 CCD 카메라(9)를 통해 얻어진 아날로그 영상데이터를 디지털 데이터로 변환시키는 프레 임 그레버(10), 상기 A/D 변환기(7) 및 프레임 그레버(10)로부터 변환된 디지털 데이터를 전송받아 데이터를 저장하고 처리 및 전체적인 제어를 하는 컨트롤 컴퓨터(11)로 이루어진다.

먼저, 헬륨-네온 레이져(1)에서 10nW 전력의 레이져 빔이 방출되면 레이져 빔은 대물렌즈(2)를 통해서 전방에 퍼트려지게 된다.

이렇게 퍼트려진 레이져 빔은 핀홀의 공간필터(도시하지 않음)에서 필터링되어 광축렌즈(4)로 전달되며, 상기 광축렌즈(4)로 전달된 레이져 빔은 일정 간격의 평행한 레이져 빔으로 변환되어 측정하고자 하는 노면(12)에 조사되어 진다.

상기 노면(12)에 조사되어진 레이져 빔은 노면(12)에 부딪힌 후 반사되어 광선 분산기(5)로 전달되어 두 개의 수직·수평방향으로 나누어지고, 상기 광선 분산기(5)에서 나누어진 두 개의 수직·수평방향의 빔 중에서 수직방향의 빔은 압전변환기(6)로 전달되어 그 경로를 미세하게 조정하며 데이터를 얻게된다.

상기 압전변환기(6)에서 얻어진 아날로그 데이터는 A/D 변환기(7)에서 디지털 데이터로 변환되어 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된다.

또한, 상기 광선 분산기(5)에서 나누어진 두 개의 수직·수평방향의 빔 중에서 수평방향의 빔은 거울(8)에 반사되어 CCD 카메라(9)로 전달되면, 상기 CCD 카메라(9)는 레이져 빔을 촬영하여 아날로그 영상데이터를 얻는다.

이렇게 얻어진 아날로그 영상데이터는 프레임 그레버(10)에서 디지털 데이터로 변환되어 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된다.

도 2는 본 발명에 의한 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법을 나타낸 흐름도이 다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법은, 표면이 매우 깨끗한 노면에 헬륨-네온 레이져(1)의 레이져 빔를 조사하여 CCD 카메라(9)를 통해 4장의 간섭무늬를 촬영하여 그 결과값을 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장하는 제 1 단계(ST10), 상기 제 1 단계 후 거친 노면 위에 흰색가루를 뿌린 후 상기 헬륨-네온 레이져(1)의 레이져 빔을 조사하여 CCD 카메라(9)를 통해 4장의 간섭무늬를 촬영하여 그 결과값을 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장하는 제 2 단계(ST20) 및 상기 제 1, 2 단계 후 상기 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된 결과값을 위상으로 계산하여 노면 거칠기 정도를 위상값으로 산출하는 제 3 단계(ST30)를 수행한다.

먼저 표면이 매우 깨끗한 도로 노면에 헬륨-네온 레이져(1)의 레이져 빔을 조사한 다음(ST11), CCD카메라(9)를 통해 4-스탭 위상변이된 4장의 간섭무늬를 촬영한다(ST12).

이렇게 CCD카메라(9)를 통해 촬영된 데이터는 컨트롤 컴퓨터에 저장되고(ST13) 하기의 [식 1]과 같이 표현된다.

[식 1]

단, n=0,1,2,3.

여기서,

I_n은 매우 깨끗한 노면에서 측정한 간섭무늬이고,

I_r은 매우 깨끗한 노면에 반사되지 않고 그냥 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

I₀은 매우 깨끗한 노면에 반사되고 난 후 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

δ는 π/2 이고,

Φ_a는 (2×π×a)/λ 이고,

a는 노면의 두께이고,

λ는 헬륨-네온 레이져의 파장이다.

다음은 표면이 거친 도로 노면에 흰색 가루를 뿌린 다음에 헬륨-네온 레이져(1)의 레이져 빔을 조사한 다음(ST21), CCD카메라(9)를 통해 4-스탭 위상변이된 4장의 간섭무늬를 촬영한다(ST22).

이 때, 흰색 가루를 뿌리는 것은 레이져 빔의 반사효과를 높이기 위해서이다.

이렇게 CCD카메라(9)를 통해 촬영된 데이터는 컨트롤 컴퓨터에 저장되고(ST23) 하기의 [식 2]와 같이 표현된다.

[식 2]

단, n=0,1,2,3.

여기서,

Φ는 (2×π×a)/λ 이고,

I'n은 거친 노면에서 측정한 간섭무늬이고,

I_r은 거친 노면에 반사되지 않고 그냥 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

I₀은 거친 노면에 반사되고 난 후 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

△φ는 위상의 변화량이고,

δ는 π/2 이고,

λ는 헬륨-네온 레이져의 파장이다.

상기에서와 같이 [식 1]과 [식 2]에 의해 얻어진 결과값을 정리하면, 하기의 [식 3], [식 4]와 같이 위상으로 표현되고 이는 노면 거칠기 정도에 따른 위상 값을 나타낸다(ST30).

[식 3]

[식 4]

여기서,

k는 감도 벡터이고,

U는 변위 벡터이고,

δZ는 전단 폭이다.

따라서, 상기의 결과로부터 노면의 거친 정도를 정량적으로 표현할 수 있게 되는 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ---- 헬륨-네온 레이져 2 ---- 대물렌즈

3 ---- 핀홀 4 ---- 광축렌즈

5 ---- 광선 분산기 6 ---- 압전변환기

7 ---- A/D 변환기 8 ---- 거울

9 ---- CCD 카메라 10 ---- 프레임 그레버

11 ---- 컨트롤 컴퓨터 12 ---- 노면

Claims

삭제
표면이 매우 깨끗한 노면에 헬륨-네온 레이져(1)의 레이져 빔를 조사하여 CCD 카메라(9)를 통해 4장의 간섭무늬를 촬영하여 그 결과값을 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장하는 제 1 단계(ST10);

상기 제 1 단계 후 거친 노면 위에 흰색가루를 뿌린 후 상기 헬륨-네온 레이져(1)의 레이져 빔을 조사하여 CCD 카메라(9)를 통해 4장의 간섭무늬를 촬영하여 그 결과값을 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장하는 제 2 단계(ST20); 및

상기 제 1, 2 단계 후 상기 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된 결과값을 위상으로 계산하여 노면 거칠기 정도를 위상값으로 산출하는 제 3 단계(ST30)를 수행하는 것을 특징으로 하는 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법.
제 2 항에서 있어서,

상기 제 1 단계에서 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된 결과값은 [식 1]에 의해 나타내어지는 것을 특징으로 하는 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법.

[식 1]

단, n=0,1,2,3.

여기서,

I_n은 매우 깨끗한 노면에서 측정한 간섭무늬이고,

I_r은 매우 깨끗한 노면에 반사되지 않고 그냥 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

I₀은 매우 깨끗한 노면에 반사되고 난 후 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

δ는 π/2 이고,

Φ_a는 (2×π×a)/λ 이고,

a는 노면의 두께이고,

λ는 헬륨-네온 레이져의 파장이다.
제 2 항에 있어서,

상기 제 2 단계에서 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된 결과값은 [식 2]에 의해 나타내어지는 것을 특징으로 하는 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법.

[식 2]

단, n=0,1,2,3.

여기서,

Φ는 (2×π×a)/λ 이고,

I'n은 거친 노면에서 측정한 간섭무늬이고,

I_r은 거친 노면에 반사되지 않고 그냥 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

I₀은 거친 노면에 반사되고 난 후 CCD 카메라로 들어가는 빛의 세기이고,

△φ는 위상의 변화량이고,

δ는 π/2 이고,

λ는 헬륨-네온 레이져의 파장이다.
제 2 항에 있어서,

상기 제 3 단계에서 컨트롤 컴퓨터(11)에 저장된 결과값을 위상으로 계산하는 것은 상기 [식 1]과 [식 2]로부터 [식 3], [식 4]를 도출하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 비 접촉식 노면 거칠기 측정 방법.

[식 3]

[식 4]

여기서,

k는 감도 벡터이고,

U는 변위 벡터이고,

δZ는 전단 폭이다.