KR101136558B1 - 물체공간 측정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명 물체공간의 측정 장치는 신호 비행 시간(time-of-flight) 방법에 따라서 작동되고 특히 레이저 신호와 같은 광 신호를 송신하기 위한 송신 장치(S)와 특히 목표 공간에 존재하는 물체에 의하여 반사된 레이저 복사선과 같은 광 신호를 수신하기 위한 수신 장치(E)를 구비한 광-전자 범위 탐색기(opto-electronic range finder)를 포함한다. 본 장치는, 송신 장치(S) 및 수신 장치(E)의 광 축들이 대체로 평행하게 뻗도록 송신 및 수신 장치들의 광 축들을 바람직하게는 두 개의 직교 방향들로 편향시키기 위한 스캐닝 장치를 또한 포함한다. 본 장치는, 비행 시간으로부터 또는 방출된 광 신호들의 위상 관계로부터 거리값을 알아내고 그러한 거리값과 스캐닝 장치의 빔 편향으로부터 도출되는 개별 데이터 요소들의 공간 좌표를 알아내는 평가 장치를 또한 포함한다. 본 장치는 페데스탈(pedestal)(21, 22, 24)의 중공축(33, 34)에 의하여 지지되는 회전식 측정 헤드(8)와, 측정 헤드(8)에 대하여 고정식으로 배치된 미러 장치(41, 42)를 포함하고, 미러 장치(41, 42)에 의하여 축방향 입사 빔은 중공 샤프트(33, 34)에 대하여 반경 방향으로 편향되고 반경 방향 입사 빔은 축방향으로 편향된다. 고정 송신 장치(S)의 복사선은 중공 샤프트에 관하여 축방향으로 안내될 수 있고 미러 장치(41, 42)에 의하여 반경 방향으로 송신될 수 있으며, 물체공간의 목표물로부터 반사된 복사선은 중공 샤프트(33, 34) 축의 방향으로 미러 장치(41, 42)에 의하여 편향될 수 있고 고정적으로 배열된 수신 장치(44)로 공급될 수 있다.
물체공간, 광 신호, 레이저, 미러 장치, 비행시간
Description
본 발명은, 신호 비행 시간(time-of-flight) 방법에 따라서 작동되고 특히 레이저 신호와 같은 광 신호를 송신하기 위한 송신 장치와 특히 목표 공간에 존재하는 물체에 의하여 반사된 레이저 복사선과 같은 광 신호를 수신하기 위한 수신 장치를 구비한 광-전자 범위 탐색기(opto-electronic range finder)를 포함하는 물체공간의 측정 장치에 관한 것이다. 3차원 구조를 측정하고 알아내기 위해서, 상기 범위 탐색기는, 바람직하게는 두 개의 직교하는 방향으로 송신 및 수신 장치들의 광 축들을 편향시켜서 대체로 평행하게 뻗는 광 축들을 편향시키기 위한 스캐닝 장치와 결합된다. 본 장치는 비행 시간으로부터 또는 광 신호들의 위상 관계로부터 거리값을 알아내고 그러한 거리값과 그와 동시에 탐지된 스캐닝 장치의 각도 값으로부터 개별 데이터 요소들의 공간 좌표를 형성하는 평가 장치를 또한 포함한다. 또한 본 발명은 특히 물체공간을 측정하는 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 공지된 장치들은 건물, 지상 구조물, 기계 또는 공장 설비 등을 측정하는 데에 사용된다. 일반적으로, 이러한 시스템들은, 측정 빔이 예를 들어 90도의 제한된 각에 의하여 팬(fan)과 같은 방식으로 고속으로 편향되는 측정 헤드를 포함한다. 측정 빔의 편향은 피벗 회전식 거울, 회전식 거울 휠 또는 그와 비슷 한 것에 의하여 이루어진다. 측정 헤드는 보통 전후 방향으로 비교적 느리게 움직이는 턴테이블 상에 장착된다. 피벗 회전각은 용도에 따라서 통상적으로 90도 내지 180도의 범위에 있다.
이러한 시스템들은 실질적으로 완전한 공간 각도가 측정되어야 한다면, 단지제한된 방식으로만 활용될 수 있다. 그러한 사용의 예는, 예를 들어 건물의 내부 방들을 측정할 때, 굴이나 동굴을 측정할 때, 그리고 터널이나 광산을 굴착할 때 등이다. 특별히 어려운 조건 하에서의 사용으로는 철강 산업에서 용융 선철 또는 강을 위한 컨버터 및 운반 용기(transport vessel)를 측정하는 경우가 있다.
작동과 에너지에 관련된 이유로 인하여, 용융 금속은 종종 제조 장소로부터 처리 장소로 운반된다. 철강 산업에서, 적절한 용기, 소위 토피도 레이들(torpedo ladle)은, 고로로부터 컨버터로 액체 선철을 운반하고 선택적으로 다시 그로부터 주물 공장(foundry)으로, 특히 슬래브가 밀링 공정을 위한 시작 재료로서 주조되는 연속 주조기로 운반하는 데에 사용된다. 이러한 토피도 레이들은 수백 톤의 용융철 또는 용융강을 담을 수 있고, 열 차단부(thermal isolation)를 구성하고 동시에 용탕의 작용에 대하여 운반 용기의 강 재킷을 보호하는 라이닝을 구비한다. 강 컨버터에서처럼 그러한 토피도 레이들의 라이닝은 마모가 되고 그 결과 특히 라이닝의 개개의 벽돌이 떨어져 나갈 수 있다. 그러한 손상은 안전과 환경에 심각한 영향을 끼칠 수 있기 때문에, 이러한 운반 기구의 라이닝은 정기적으로 검사, 보수 및 교체해야 하는데, 이에는 물론 높은 비용이 수반된다. 그러한 검사를 수행할 때에, 토피도 레이들(또는 강 및 철을 위한 어떠한 다른 용기)은 냉각된 다음, 작업 온도(약 1300℃)까지 천천히 가열되어야 한다. 이에 의하여 상당한 작업 중단이 생기고 그에 따라 높은 비용이 발생한다.
본 발명에 의하면, 상기와 같은 용기의 내부 공간을 정확하게 측정할 수 있는 장치가 제안된다. 최초 작동(데이터는 메모리에 저장됨) 전의 기준 측정에 의해서 그리고 각각의 실제 측정값과의 차이에 의하여, 마모 및 벽돌이 떨어저 나감에 따른 라이닝의 변화는 정확하게 결정될 수 있다. 따라서 라이닝의 수선은 실제로 필요할 때에만 수행된다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 페데스탈(pedestal)에 의하여 지지되는 회전식 측정 헤드를 제공한다. 또한, 측정 헤드에 대하여 고정식으로 배치된 미러 장치가 제공되며, 미러 장치에 의하여 축방향 입사 빔은 중공 샤프트에 대하여 반경 방향으로 편향되고 반경 방향 입사 빔은 축방향으로 편향되며, 고정 송신 장치의 복사선은 중공 샤프트에 관하여 축방향으로 안내될 수 있고 미러 장치에 의하여 반경 방향으로 송신될 수 있으며, 물체공간의 목표물로부터 반사된 복사선은 중공 샤프트 축의 방향으로 미러 장치에 의하여 편향될 수 있고 고정적으로 배열된 수신 장치로 공급될 수 있다.
확실히, 미러 장치는, 예를 들어 하나 이상의 미러 및/또는 완전 반사 또는 부분 반사 프리즘과 같이 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 송신 채널 및 수신 채널에 흔한 광 시스템에서의 공축 장치에 있어서, 이러한 채널의 분리는 예를 들어 부분적으로 투명한 미러, 단일 미러 또는 상응하는 프리즘에 의하여 충분히 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 유리한 실시예에 따르면, 본 발명 장치는 모터에 의하여 구동되고 페데스탈(pedestal)의 다리들 사이에 위치하며 중공 샤프트 상에서 지지되는 회전식 측정 헤드를 포함하고, 두 개의 미러는 중공 샤프트에 대하여 축방향으로 측정 헤드 내에서 고정되며, 제1 미러는 중공 샤프트를 통하여 축방향으로 들어온 송신 장치의 빔이나 선택적으로 개입된 광 가이드의 빔을 중공 샤프트에 대하여 반경 방향으로 편향시키고, 바람직하게는 빔 성형 후에 그것들을 송신하고, 제2 미러는 송신기 빔에 대체로 평행하게 입사하고 물체공간 내의 목표물에 의하여 반사된 빔을 중공 샤프트에 대하여 축방향으로, 수신 장치를 향하여, 바람직하게는 빔 성형 후에 편향시키고, 선택적으로 광 가이드가 개입된다.
유리하게는, 페데스탈은 턴테이블 상에 설치되고, 알려진 바와 같이, 이 턴테이블은 측정 헤드의 회전축에 대하여 수직으로 연장된 축을 중심으로 피벗회전되고 모터에 의하여 구동된다.
측정 시스템이 예를 들어 용기의 주입 목과 같은 좁은 채널을 통하여 중공 공간에 접근할 수 있도록 하려면, 본 발명의 유리한 다른 실시예에 따르면, 턴테이블은 바람직하게는 원통형인 지지관에 설치되며, 턴테이블의 피벗회전축은 지지관의 축에 평행하게 배열되어 있고 바람직하게는 지지관의 축과 동일하다.
토피도 레이들 또는 특히 액체 선철이나 강과 같은 용융 금속을 위한 다른 용기를 검사할 때에, 적절한 측정은 대체로 작동 온도에서 이루어질 수 있고 용기를 특별히 냉각시키는 것은 더 이상 필요하지 않다. 바람직하게는, 페데스탈 및/또는 지지관 또는 측정 헤드는 이러한 목적을 위한 냉각 장치, 특히 액체에 의한 냉각 장치를 포함하고, 그리고/또는 열 차단부를 구비하며, 페데스탈을 위한 냉각액 그리고/또는 지지관(10)을 위한 냉각액의 공급 및 배출은 지지관의 내부에서 안내되는 호스 도관(hose conduit)을 통하여 이루어진다.
이런 식으로, 처음에는 이러한 냉각 장치 및/또는 이러한 열 차단부에 의하여 용기의 냉각과 그에 해당하는 휴지 기간에 대한 비용을 절약하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 측정(들)은 미러 장치의 구조 및 배열과 측정 헤드의 회전과는 상관이 없어도 그 자체의 발명으로 고려되어야 한다. 이는, 관련 기술 분야의 당업자가 지금까지 측정 헤드를 측정되는 용기의 외부에 배치하기 위하여 노력해왔고, 다른 한편으로, 이 때문에 용기에 대한 방향 측정이 필요하게 되었다는 점에서 더욱 그러하다.
유리하게는, 측정 헤드는 추가적으로 또는 대안적으로, (프레온과 같은 증발하는 냉각 매체의 가스를 포함하는) 가스, 특히 가압 공기에 의하여 냉각될 수 있고, 그러한 가스는 예를 들어 중공 샤프트의 일 측을 통하여 측정 헤드 내로 도입되고 다른 측을 통하여 그로부터 배출될 수 있으며, 가스 공급은 지지관 내부의 호스 도관을 통하여 이루어지고, 그 가스는 지지관을 통하여 배출될 수 있다.
좁은 채널을 통하여 측정 장치를 도입할 때에, 내외로 안내하는 범위 탐색기 시스템의 창 위에서, 회전 가능하게 지지되는 측정 헤드를 블라인딩(blinding) 및 손상으로부터 보호하기 위해서는, 측정 빔을 내외로 안내하는 창이 턴테이블을 향하고 있는 위치인 비작동 위치에서 측정 헤드의 외부 윤곽은 페데스탈의 윤곽에 부합되며, 두 윤곽은 함께, 예를 들어 반구모(半球帽) 또는 그와 같은 모양을 형성한다.
추가적으로 측정 시스템의 보호는, 비작동 위치에 있는 측정 헤드와 페데스탈이 지지관을 향하여 단차가 형성된 직경을 가지고, 비작동 위치에 있는 측정 헤드와 페데스탈의 단차가 형성된 직경 부위에 걸쳐 이동 가능하도록 그리고 페데스탈, 턴테이블 및 측정 헤드를 실질적으로 꼭 끼게 인접하도록 제2 관이 지지관 상에서 길이 방향으로 변위 가능하다는 점에 의하여 달성된다.
바람직하게는, 페데스탈 및 측정 헤드와 함께 지지관이, 측정되는 물체에 대하여 한정되고 재연가능한 위치로 이동될 수 있는 캐리지(carriage) 상에 배치된다.
유리하게는 본 발명은 특히 용융 금속과 같은 침식성 액체(aggressive liquid)를 위한 용기 및 탱크차(tank wagon)를 측정하고 검사하는 데에 사용된다.
측정 빔이 측정 헤드로부터 실질적으로 반경 방향으로 나올 때마다, 페데스탈과 턴테이블로 인하여 지지관 또는 그와 같은 것 주위 구역에서 쉐도우 현상(shadowing)이 발생한다. 측정 시스템은 보통 용기의 주입 목부를 통하여 용기로 삽입될 것이기 때문에, 이는 충전 및/또는 배출 시에 용융물이 높은 유속으로 유동하는 주입 목부 주변 구역에 측정 시스템이 미치지 못하게 됨을 의미하며, 이러한 이유 때문에 그 부분에는 가장 높은 마모 현상이 생길 것으로 예상해야 한다. 쉐도우 현상을 피하고 이러한 중요 구역에서 측정이 가능하게 하기 위해서, 본 발명에 따르면, 측정 빔을 내외로 안내하는 상기 창 앞에 각각 미러를 배치하고, 상기 미러는 측정 헤드에 대하여 대체로 접선 방향으로 측정 빔을 편향시키는 것이 제안된다.
본 발명은 또한 다음의 단계들이 제공되는 물체공간의 측정 방법에 관한 것이다:
(a) 길이방향 축을 가지는 가늘고 긴 측정 장치를 제공하는 단계,
(b) 상기 가늘고 긴 측정 장치를 용융 금속을 위한 용기의 공동으로서 내벽에 의하여 한정되는 공동 내로 도입하는 단계,
(c) 상기 측정 장치의 측정 헤드를 상기 길이방향 축을 중심으로 회전시키는 단계,
(d) 상기 측정 장치를 상기 길이방향 축을 중심으로 회전시키면서 상기 측정 장치의 상기 내벽까지의 거리를 측정하는 단계, 및
(e) 선택적으로 상기 측정된 거리 데이터를 저장하는 단계.
이 방법을 수행할 때에, 데이터 수집은, 상기 (c)단계 및 상기 (d)단계에 의하여 얻어진 데이터가 상기 (e)단계 전에 결합되어 용기의 공동의 3차원 영상을 형성하도록 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
추가적으로, 또는 대안으로서, 측정된 데이터에 대한 기준 데이터를 바람직하게는 3차원 영상으로서 저장하고, 이러한 기준 데이터를 상기 (d)단계가 이루어진 후에 측정된 데이터와 비교하는 것이 좋다.
본 발명의 다른 특징들은 도면을 참조한 이하의 실시예들의 설명으로부터 알 수 있다.
도 1은 소위 토피도 레이들을 측정하기 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 페데스탈과 턴테이블을 포함하는 본 발명에 따른 측정 헤드의 축방향 단면도이다.
도 3은 측정 헤드의 세부 사항을 개략적으로 도시하는 횡단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 측정 장치를 부분적으로 단면으로 부분적으로 입면으로 도시한 도면이다.
도 4b는 관련된 측방 입면도이다.
도 1에서는 토피도 레이들(torpedo ladle)의 단면이 개략적으로 도시되고 도면부호 1로 표시된다. 통상적으로 토피도 레이들은 주입 및 배출 목부(2)를 구비한 원통형 중앙 부분을 포함한다. 양 측면에서 원뿔 부분들이 중앙 부분에 결합되고 레이들(ladle)이 회전 가능하게 지지되는 샤프트 단부에서 끝난다. 두 개의 베어링이 레일 상에서 구르는 보기(bogie) 상에서 각각을 받친다. 그러한 보기(bogie)의 축(3)과 레일(4)은 개략적으로 표시된다. 토피도 레이들(1)은 강 재킷(steel jacket)(5)을 구비한다. 그 내부 공간은, 통상적으로 두 개의 층, 즉 내부 마모층(6a)과 외부 안전 라이닝(6b)으로 구성되는 라이닝(6)을 포함한다. 레이들의 원뿔 부분들 중 하나는 도면부호 7로 표시된다. 토피도 레이들(1)을 채우기 위하여, 도 1에 도시된 위치에서 시작하여 그것을 시계방향으로 90도 회전시켜서 주입 목부(2)를 상방으로 향하게 하고, 배출을 위해서는 토피도 레이들은 180도 만큼 회전된다. 도 1에 도시된 중간 위치는 라이닝 검사를 위하여 배출한 후에 해당 된다.
토피도 레이들(1)을 검사하기 위하여, 측정 헤드(8)가 주입 목부(2)를 통하여 비어 있는 레이들(ladle) 속으로 삽입된다. 측정 헤드(8)는 액체에 의하여 냉각되어 관(9) 내에 위치하고, 그 연장부(10)는 변위 가능하도록 캐리지(11)에서 지지된다. 관(10)의 자유 단부에는 레이저 범위 탐색기의 전자 장치와 측정 헤드(8)의 스캐닝 장치의 제어 유닛을 포함하는 하우징이 위치한다. 관(9, 10)의 내부에는, 데이터 케이블, 제어 케이블, 및 동력 케이블이 측정 헤드(8)로 안내된다. 레이저 송신기 또는 송신 스테이션(S), 레이저의 에코 펄스를 위한 광 전자적 수신기(E) 및 그것들에 연결된 전체 평가 장치가 하우징(12) 내에 배치되고 유리 섬유 케이블(64)(도 4a)에 의하여 측정 헤드(8)에 연결된다. 이에 상응해서 살필 때, 평가 장치는 도면부호 12로 표시됨을 알 수 있다.
관(9, 19)의 내부에서는, 적절한 측정 헤드(8)를 냉각시키기 위한 가압 공기 도관 및/또는 냉각 매체용 도관이 안내된다. 전체 설비는 전자 계산기(C)에 연결된 제어 및 데이터 케이블(13)에 의하여 제어되고, 전자 계산기(C)는 알려진 바와 같이 평가 장치(12)에 의하여 결정된 측정 데이터로부터 용기(1)의 내부의 3-D 모델을 온라인으로 또는 오프라인으로 계산하고, 그것을 관련 메모리에 적절하게 저장한다. 동력 케이블(14)은 도면부호 14로 표시되고, 가압 공기 도관은 도면부호 15로 표시되며, 냉각 매체를 위한 공급 및 배출 도관은 도면부호 16으로 표시된다. 토피도 레이들의 주입 목부(2) 내로 기구를 삽입하는 것을 용이하게 하기 위하여, 복사선 보호 차폐물(17)이 제공되어 관(10)에 고정된다. 또한, 관(10)에는 플레이 트(18)가 장착되고 플레이트(18)는 주입 목부(2)의 덮개 표면(20)의 대응하는 보어에 결합되는 맞춤 핀(dowel pin)(19)을 구비하여 토피도 레이들(1)에 대하여 측정 헤드의 방향을 정한다.
측정 헤드(8), 관(9, 10), 하우징(12), 플레이트(18) 및 보호 차폐물(17)로 이루어진 측정 설비를 크레인 위에 설치하는 것이 편리할 수 있고, 상기 설비의 무게 중심에 매달게 된다. 그러한 변경 구조에 있어서, 측정 위치가 대략적으로만 조정되었다면, 측정 설비는 토피도 레이들(1)에 대하여 신속한 최적의 방식으로 방향을 정할 수 있다.
실제 측정과 이전의 측정 사이의 차이를 구하고 비교할 수 있는 한 토피도 레이들(1)에서 측정 시스템의 정확한 배향은 특히 중요한 것이다. 기계적인 배향 대신에, 기준점들을 측정함으로써 토피도 레이들에 대하여 적절히 측정 시스템의 방향을 정하는 것도 가능하다.
측정 시에, 측정 헤드(8)는 페데스탈의 두 개의 다리(21, 22) 사이에서 화살표(23)의 방향으로 회전한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 측정 빔이 측정 기구(다리(21, 22)가 배치됨, 도 2 및 도 4a 참조)의 기저부(24)(도 2)에 닿고 주입 목부(2) 주위의 라이닝에는 미치지 않기 때문에, 관(9) 주변의 원뿔 구역(25)이 가려진다. 원뿔 구역(25)을 제외하면, 토피도 레이들(1)의 다른 모든 내부 공간은 측정 헤드(8)를 화살표(26) 방향으로 회전시킴으로써 측정된다. 각각의 개별 데이터 요소와 관련하여, 거리값과 스캐닝 장치를 통하여 동시에 구하여진 빔 편향의 각도값으로부터 공간 좌표를 얻는다. 모든 데이터를 종합하여 토피도 레이들(1)의 내부 공간의 3차원 모형을 정할 수 있다. 토피도 레이들(1)의 이전의 측정값이 존재한다면, 차이를 구함으로써 라이닝 표면의 어떤 변화를 계산할 수도 있다. 이러한 이전의 측정값은 예를 들어 컴퓨터(C)와 같은 메모리에 포함되어 있으며, 측정 헤드(8)로부터의 측정 데이터를 받으면 바로 비교할 수도 있고, 또는 컴퓨터(C)의 메모리에 중간 저장을 하고 난 후에 측정 데이터와 비교할 수도 있다.
도 2에서는, 측정 기구의 구조가 축방향 단면으로 도시된다. 측정 헤드(8)는 축(27)에 대하여 원통형 하우징(28)을 포함한다. 원통형 재킷에는 송신되고 수신된 측정 빔을 위한 대체로 직사각형의 창(29)이 있다. 하우징(28)에는, 창(29) 뒤에 측정 빔을 위한 두 개의 렌즈(30, 31)(송신된 빔을 위한 시준 렌즈와 반사된 에코 신호를 위한 집속 렌즈)가 있다. 이러한 유리 요소(29 내지 31)의 중량은 하우징(28) 내에 배치된 평형추(32)에 의하여 상쇄된다. 하우징(28)은 축(27)을 중심으로 회전 가능하다. 측정 헤드(8)는 중공 샤프트의 단부(33, 34) 상에서 지지된다. 두 개의 샤프트 단부(33, 34)는 개략적으로 표시된 베어링(35, 36)에서 지지되고 안내된다. 측정 헤드(8)는 모터(M)에 의하여 구동되며, 모터(M)의 피니언(pinion)(37)은 하우징(28)의 벽에서 중공 샤프트에 공축으로 장착된 내부 기어 림(rim)(38)에 물린다. 대안적으로, 측정 헤드(8)는 외부로 안내되는 기어 시스템에 의하여 구동하거나 선택적으로는 수동으로 구동하는 것도 생각할 수 있다.
측정할 때에, 측정 헤드(8)는 화살표(46) 방향으로 비교적 높은 회전수로 회전한다. 송신기 복사선은 유리 섬유 케이블(39)에 의하여 측정 헤드(8)로 공급된다. 상기 복사선은 미러(40)에 의하여 축방향으로 중공 샤프트를 통하여 측정 헤드 내로 향하고 거기서 반사 프리즘 표면(41)에 의하여 시준 렌즈(30)로 공급된다. 물체로부터 반사된 복사선은 창(29)을 통하여 측정 헤드(8)로 들어가고 반사 프리즘 표면(42)과 미러(43)에서 이중 편향된 후에 집속 렌즈(31)에 의하여 유리 섬유 케이블(44)로 모이며, 상기 유리 섬유 케이블은 에코 시그널을 범위 탐색기의 수신 장치로 향하게 한다.
페데스탈(21, 22, 24)과 그 두 개의 다리(21, 22)는 턴테이블(45) 상에 배치된다. 턴테이블(45)은 화살표(47) 방향으로 왕복 운동을 수행한다. 완전한 공간각을 스캔하였을 때에 그 각도는 적어도 180도이고 바람직하게는 360도이다. 이를 위하여, 턴테이블은 점선으로 표시된 톱니형 롤러(tr)에 의하여 그 내부에서 모터(M)로 구동된다. 톱니형 롤러(tr)는 일점쇄선으로 표시된 내부 기어(ig)와 맞물린다.
턴테이블(45)과 페데스탈(21, 22, 24)의 두 개의 다리(21, 22)는 액체 냉각제(48) 및/또는 격리층(49)에 의하여 둘러싸이고, 상기 격리층은 다시 박판 금속 재킷(50)에 의하여 둘러싸인다. 물 또는 기름이 냉각 매체로 사용될 수 있다. 온도 하중이 극도로 높은 경우에, 측정 헤드(8)는, 추가로 가스 냉각 시스템(예를 들어 프레온과 같은 증발 가스도 포함)이나 가압 공기 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 그러나 가압 공기 냉각 시스템은 온도 하중이 작을 때에 단독으로 사용될 수도 있다. 이를 위하여 본 실시예의 경우에, 도시되지 않은 가압 공기 도관이 페데스탈(21, 22, 24)의 하나의 다리(22) 내로 도입되고, 상기 페데스탈의 하나의 다리는 도시되지 않은 방식으로 중공 사프트 단부(33)에 연결된다. 가압 공기 (또는 다른 가스)는 측정 헤드(8)를 통하여 비교적 고속으로 유동하고 중공 샤프트 단부(34)를 통하여 측정 헤드(8)를 빠져나가서 페데스탈(21, 22)의 다리(21)를 통하여 배출된다. 공기 또는 가스에 의하여 최적의 냉각 효과를 얻기 위해서는, 측정 헤드의 내부에 안내 플레이트를 배치할 수 있다.
상기 실시예에서처럼 측정 빔이 반경 방향으로 측정 헤드로부터 나와서 반경 방향으로 들어가면, 측정 빔이 페데스탈(21, 22, 24)의 기저부(24)와 턴테이블(45)에 의하여 차단되기 때문에 비교적 큰 공간각(25)이 가려지게 된다. 즉, 측정 빔이 비교적 큰 공간각에 도달하지 못하게 된다.
도 3은 상기 쉐도우 효과를 감소시키거나, 측정 헤드의 적절한 구성에 의하여 쉐도의 효과를 완전히 피할 수 있는 방안을 개략적으로 도시한다. 본 발명에 따르면, 윈도우(29) 대신에 프리즘(52)이 제공되고 프리즘(52)의 표면(53)은 반사성을 갖는다. 측정 헤드의 이러한 실시예에서 측정 빔은 반경 방향으로 들어가거나 나오지 않고 대략 접선 방향으로 들어가고 나온다. 프리즘(52)이, 측정 광(56) 다발의 내부 경계의 거리(55)가 적어도 페데스탈(21, 22, 24)의 기저부(24)의 반경 또는 턴테이블(45)의 반경에 상응하도록 형성되면, 쉐도우 효과는 생기지 않는다. 턴테이블(45)이 측정 헤드(8)와 함께 페데스탈(21, 22, 24)을 180도 만큼 피벗회전시킬 때에, 프리즘(52)과 측정 광(56)의 다발은 점선(52', 56')에 의하여 표시된 위치에 있다. 이렇게 수정된 측정 장치에 있어서는, 주입 및 배출 개구(2) 주위의 매우 높은 응력을 받는 구역도 조사할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 측정 장치는 강 제품에 사용할 때에, 특히 토피도 레이들의 라이닝을 측정할 때에는 몇 가지 점에 주의해야 한다. 먼저, 작업 온도가 약 1300 ℃로 특수한 측정을 필요로 한다. 측정 시스템을 토피도 레이들에 삽입할 때에, 주입 목부(2)의 내벽과의 충돌이 발생하여 벽으로부터 강, 슬래그 또는 라이닝 입자들이 떨어져서 창(29) 또는 프리즘(52)을 오염시키고 그리고/또는 전체 측정 장치를 파손시킬 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서는, 측정 장치가 부분적인 단면으로 개략적으로 도시되는데, 이 측정 장치는 토피도 레이들(1) 내부로 삽입하는 중요한 단계에서 전술한 위험으로부터 상당 부분 보호된다. 다리(21, 22) 각각은 구불구불하게 형성된 작은 구리관(57)으로 된 냉각 재킷에 의하여 둘러싸인다. 상기 냉각 재킷은 차단층(49)에 의하여 둘러싸이고 상기 차단층은 다시 박판 금속 재킷(50)에 의하여 둘러싸인다. 페데스탈(21, 22, 24)은 턴테이블(45) 상에 장착되고, 턴테이블(45)은 유사하게 작은 구리관(57)에 의하여 냉각되고 차단층(49)에 의하여 둘러싸인다. 턴테이블(45)은, 역시 액체 냉각과 차단층을 구비한 관(10)의 플랜지(58)에 고정된다. 냉각되고 차단된 관은 턴테이블(45)과 함께 얇은 벽의 박판 금속관(9)에 의하여 덮인다.
관(59)은 관(9) 및 페데스탈(21, 22, 24) 위에 변위 가능하게 배치된다. 측정 시스템의 비작동 위치에서, 관(59)은 도 4a에 도시된 위치에 있고, 작동 위치에서 관(59)은 적어도 턴테이블(45)까지 후퇴된다(도 4b 참조). 제어 장치에 의하여, 측정 헤드(8)는 시스템이 커졌을 때 도 4a 및 도 4b에 도시된 위치로 이동된다. 측정 헤드(8)의 구동과 관(59)은, 관(59)이 후퇴되었을 때에만 측정 헤드가 켜질 수 있도록 서로에 대하여 전기적으로 고정된 상태에 있다. 대안적으로, 상기 관이 후퇴되지 않았어도 측정 헤드의 구동이 켜지는 경우에는, 관(59)과 함께 작동하는 위 치 센서에 의하여 신호가 발산된다. 그러한 경우에, 센서의 신호는 사용자에게 관(59)을 후퇴시킬 것을 일깨우는 표시기에 공급되거나, 센서의 신호에 의하여 자동으로 작동되는 서보-모터에 의하여 관이 후퇴된 위치에 있을 때까지 관이 이동하게 된다.
특히 도 4b에 도시된 바와 같이, 페데스탈(21, 22, 24)의 두 개의 다리(21, 22)는 평면(60)에서 단차가 형성되어 있다. 다리(21, 22)의 자유 단부와 측정 헤드(8)의 하우징의 상반부(61)는 반구형으로 형성된다. 측정 시스템을 토피도 레이들(1) 내로 삽입할 때에, 측정 헤드(8)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 위치에 있고 도 4a에 따르면 관(59)은 민감한 측정 헤드(8)가 넓은 범위로 보호될 수 있도록 전방으로 이동한다. 측정 장치의 자유 단부의 반구 형상으로 인하여, 용기의 개구가 매우 좁다고 해도 용기 내로 측정 장치를 삽입하는 것이 상당히 용이하게 된다. 장치의 자유 단부는 또한 타원면 형태로 형성될 수도 있다.
측정 헤드, 턴테이블(45) 및 냉각기로 향하는 모든 배선은 냉각된 관(9)에 의하여 안내된다. 턴테이블(45)과 페데스탈(21, 22, 24)을 위한 냉각 매체용 공급 및 귀한 도관은 도면부호 62로 표시되고, 턴테이블(45)과 측정 헤드(8)에 대한 제어 라인, 동력 라인 및 데이터 라인은 도면부호 63으로 표시되며, 측정 헤드로 들어가거나 그로부터 나오는 유리 섬유 케이블은 도면부호 64로 표시된다. 도면부호 65는 관(9, 10)을 위한 냉각 장치로 향하는 냉각 매체용 공급 도관을 나타낸다.
Claims (10)
- 신호 비행 시간(time-of-flight) 방법에 따라서 작동되고 광 신호를 송신하기 위한 송신 장치(S)와 목표 공간에 존재하는 물체에 의하여 반사된 광 신호를 수신하기 위한 수신 장치(E)를 구비한 광-전자 범위 탐색기(opto-electronic range finder)를 포함하고, 대체로 평행하게 뻗는 송신 장치(S) 및 수신 장치(E)의 광 축들을 편향시키기 위한 스캐닝 장치를 또한 포함하며, 비행 시간으로부터 또는 방출된 광 신호들의 위상 관계로부터 거리값을 알아내고 그러한 거리값과 스캐닝 장치의 빔 편향으로부터 도출되는 개별 데이터 요소들의 공간 좌표를 알아내는 평가 장치를 또한 포함하는 물체공간의 측정 장치에 있어서,페데스탈(pedestal)(21, 22, 24)의 중공축(33, 34)에 의하여 지지되는 회전식 측정 헤드(8)와, 측정 헤드(8)에 대하여 고정식으로 배치된 미러 장치(41, 42)를 포함하고;미러 장치(41, 42)에 의하여 축방향 입사 빔은 중공 샤프트(33, 34)에 대하여 반경 방향으로 편향되고 반경 방향 입사 빔은 축방향으로 편향되며;고정 송신 장치(S)의 복사선은 중공 샤프트에 관하여 축방향으로 안내될 수 있고 미러 장치(41, 42)에 의하여 반경 방향으로 송신될 수 있으며;물체공간의 목표물로부터 반사된 복사선은, 중공 샤프트(33, 34) 축의 방향으로 미러 장치(41, 42)에 의하여 편향될 수 있고, 또한 고정적으로 배열된 수신 장치(44)로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 제1항에 있어서,모터(M)에 의하여 구동되고 페데스탈(pedestal)(21, 22, 24)의 다리(21 및 22)들 사이에 위치하며 중공 샤프트(33, 34) 상에서 지지되는 회전식 측정 헤드(8)를 포함하고,두 개의 미러(41, 42)는 중공 샤프트(33, 34)에 대하여 축방향으로 측정 헤드(8) 내에서 고정되고,제1 미러(41)는, 중공 샤프트(33, 34)를 통하여 축방향으로 들어온 송신 장치(S)의 빔이나 선택적으로 개입된 광 가이드(39)의 빔을, 중공 샤프트(33, 34)에 대하여 반경 방향으로 편향시키고, 송신하며,제2 미러(42)는, 송신기 빔에 대체로 평행하게 입사하고 물체공간 내의 목표물에 의하여 반사된 빔을, 중공 샤프트(33, 34)에 대하여 축방향으로 수신 장치(E)를 향하여 편향시키고, 선택적으로 광 가이드(44)가 개입되는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 제1항에 있어서,페데스탈(21, 22, 24)은 측정 헤드(8)의 회전축(27)에 대하여 수직으로 연장된 축을 중심으로 피벗 회전되고 모터에 의하여 구동되는 턴테이블 상에 설치되고,상기 턴테이블(45)은 지지관(10)에 설치되며, 턴테이블(45)의 피벗 회전축은 지지관(10)의 축에 대해 평행하게 배향되어 있는 것으로 특징으로 하며,(a) 측정 빔을 내외로 안내하는 창(window)(29, 52)이 턴테이블(45)을 향하고 있는 위치인 비작동 위치에서 측정 헤드(8)의 외부 윤곽(61)은 페데스탈(21, 22, 24)의 윤곽에 부합되며, 두 윤곽은 함께, 반구모(半球帽) 또는 그와 같은 모양을 형성한다는 특성(도4a 및 도 4b)과,(b) 비작동 위치에 있는 측정 헤드(8)와 페데스탈(21, 22, 24)은 지지관(10)을 향하여 단차가 형성된 직경을 가지고, 비작동 위치에 있는 측정 헤드(8)와 페데스탈(21, 22, 24)의 단차가 형성된 직경 부위에 걸쳐 이동 가능하도록 그리고 페데스탈(21, 22), 턴테이블(45) 및 측정 헤드(8)를 꼭 끼게 인접하도록 제2 관(59)이 지지관(9 또는 10) 상에서 길이 방향으로 변위 가능하다는 특성(도4a 및 도 4b)과,(c) 페데스탈(21, 22, 24) 및 측정 헤드(8)와 함께 지지관(10)이, 측정되는 물체에 대하여 한정되고 재연가능한 위치로 이동될 수 있는 캐리지(carriage)(11) 상에 배치된다는 특성 중에서 적어도 하나의 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,페데스탈(21, 22, 24) 및/또는 지지관(10)은, 냉각 장치(48, 57)를 포함하고, 그리고/또는 열 차단부(49)를 구비하며,페데스탈을 위한 냉각액을 구비하고 또한 선택적으로 지지관(10)을 위한 냉각액을 구비한 냉각 장치에 있어서 냉각액의 공급 및 배출은 지지관(10)의 내부에서 안내되는 호스 도관(hose conduit)(62)을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,측정 헤드(8)는 가압된 공기에 의하여 냉각되고, 가압된 공기는 중공 샤프트(33, 34)의 일 측(33)을 통하여 측정 헤드(8) 내로 도입되고 다른 측(34)을 통하여 측정 헤드(8)로부터 배출될 수 있으며, 가압된 공기 공급은 지지관(10) 내부의 호스 도관을 통하여 이루어지고, 이와 동시에 냉각 공기는 지지관(10)을 통하여 직접 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,침식성 액체(aggressive liquid)를 위한 용기 및 탱크차(tank wagon)(1)를 측정하고 검사하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,측정 빔을 내외로 안내하는 상기 창 앞에 각각 미러(53)가 배치되고, 상기 미러는 측정 헤드(8)에 대하여 대체로 접선 방향으로 측정 빔을 편향시키는 것(도 3)을 특징으로 하는 물체공간 측정 장치.
- 물체공간을 측정하는 방법으로서, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 물체공간 측정 장치를 이용하고,(a) 길이방향 축을 가지는 가늘고 긴 측정 장치를 제공하는 단계와,(b) 상기 가늘고 긴 측정 장치를 용융 금속을 위한 용기의 공동으로서 내벽에 의하여 한정되는 공동 내로 도입하는 단계와,(c) 상기 측정 장치의 측정 헤드를 상기 길이방향 축을 중심으로 회전시키는 단계와,(d) 상기 측정 장치를 상기 길이방향 축을 중심으로 회전시키면서 상기 측정 장치의 상기 내벽까지의 거리를 측정하는 단계와,(e) 선택적으로 상기 측정된 거리 데이터를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 방법.
- 제8항에 있어서,상기 (c)단계 및 상기 (d)단계에 의하여 얻어진 데이터는 상기 (e)단계 전에 결합되어 상기 용기의 공동의 3차원 영상을 형성하는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 방법.
- 제8항에 있어서,측정된 데이터에 대한 기준 데이터가 저장되어, 상기 (d)단계가 이루어진 후에 측정된 데이터와 비교되는 것을 특징으로 하는 물체공간 측정 방법.
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