KR101225537B1 - 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈 - Google Patents

3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 레이저 거리 측정 모듈에 사용되는 반사 거울이 수평 및 수직 방향으로 빠르게 움직일 수 있도록 하는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 거울과 회전 수단을 구비한 회전체, 수광소자 및 발광소자를 구비한 고정체, 상기 회전체에 결합되어 거울의 기울기를 조정하는 상하이동체로 구성되는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은, 선택된 동작 모드를 수신하는 외부 지령 수신기; 상기 외부 지령 수신기로부터 수신된 동작 모드에 따라 수광소자를 통해 수신된 신호를 연산 처리하는 제어 연산 장치; 상기 제어 연산 장치로부터 수직 구동 신호를 전달받아 수직 구동 모터를 구동시키는 수직 구동부; 상기 제어연산 장치로부터 수평 구동 신호를 전달받아 수평 구동 모터를 구동시키는 수평 구동부를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈{Horizontal and vertical directional movement control module for 3D distance measurement instrument}
본 발명은 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 관한 것으로, 구체적으로는 3D 레이저 거리 측정 모듈에 사용되는 반사 거울이 수평 및 수직 방향으로 빠르게 움직일 수 있도록 하는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 관한 것이다.
종래의 3차원 거리 측정 장치는 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있는데, 공장이나 빌딩처럼 정형화된 공간에서 사용되는 접촉식 센서에 비하여 비접촉식 센서는 다양한 측정 대상과 환경에 적용할 수 있다.
일반적으로 거리 측정 장치는 광원, 회전체, 센서 등으로 구성되어, 광원에서 방출된 광이 물체에 반사되어 다시 거리 측정 장치로 돌아올 경우 센서가 측정하여 거리를 산출하는 방식을 사용한다. 이때 회전체는 광원 및 센서를 회전시켜 폭넓은 각도 범위에서 거리를 측정할 수 있도록 한다. 이러한 거리 측정 장치에는 방출된 광을 물체를 향해 보내고, 물체로부터 반사된 광을 센서에 보내기 위해 거울이 1개 내지 2개가 구성될 수 있다.
한국특허 제0882737호에 개시된 3차원 거리 측정 장치는 도1에 도시된 바와 같이 3차원 거리 측정을 위해 수직 및 수평으로 구동할 수 있도록 회전체(100), 고정체(110), 상하이동체(120)로 구성된다. 고정체(110) 내의 발광소자(112)에 의해 방사된 광은 특정 물체에서 반사되어 다시 거울(103)로 입사되고, 집광렌즈(115)를 통해 수광소자(114)로 들어가게 되는데, 거울은 회전체(100)의 구동수단인 회전 모터부(101)의 구동에 의하여 거울(103)에 연결된 회전 이동축(107)이 상하이동체(120) 내부 표면에 형성된 가이드 레일(122)을 따라 360°회전할 수 있으며, 상하이동체(120)에 의하여 상하로 이동할 수 있고, 상하이동체(120)의 상하 이동에 의해 힌지(106)가 회동하여 거울(103)이 일정 기울기로서 상하 경사지게 움직이는 구조를 갖는다.
그런데, 3차원 거리 측정 장치가 유효한 실시간 3차원 스캐닝 데이터를 얻기 위해서는 선형적인 거울의 수평/수직 움직임이 반드시 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 레이저 거리 측정 장치에 사용되는 반사 거울의 선형적이고, 신속한 동작을 제어하여 목표물에 대한 정확한 거리를 측정할 수 있는 제어 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은,
거울과 회전 수단을 구비한 회전체, 수광소자 및 발광소자를 구비한 고정체, 상기 회전체에 결합되어 거울의 기울기를 조정하는 상하이동체로 구성되는 3차원 거리 측정 장치에 있어서,
선택된 동작 모드를 수신하는 외부 지령 수신기;
상기 외부 지령 수신기로부터 수신된 동작 모드에 따라 수광소자를 통해 수신된 신호를 연산 처리하는 제어 연산 장치;
상기 제어 연산 장치로부터 수직 구동 신호를 전달받아 수직 구동 모터를 구동시키는 수직 구동부;
상기 제어연산 장치로부터 수평 구동 신호를 전달받아 수평 구동 모터를 구동시키는 수평 구동부를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은 상하이동체의 상승/하강 운동에 대한 제어 선형성을 유지하도록 하는 수직 선형화 보상기를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은 상하이동체의 상승/하강 운동에 의한 영향력에 대해 회전체의 선형성을 유지하도록 하는 수평 외력 보상기를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은 수직 구동부 및 수평 구동부의 동기화 신호를 생성하여 제어연산 장치에 전달하는 주사 동기 장치를 더 포함한다.
본 발명에 따르는 3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은, 반사 거울의 선형적이고, 신속한 동작을 제어하고, 동기 제어를 제공하여 목표물에 대한 정확한 거리를 측정할 수 있다.
도1은 3차원 레이저 거리 측정 장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 의한 거울의 수직 운동 상태를 나타내는 그래프이다.
도4는 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 의한 거울의 수평 운동 상태를 나타내는 그래프이다.
도5는 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 의해 거울을 수직/수평 방향으로 동시에 구동하는 상태를 나타내는 그래프이다.
도6은 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈을 구비한 레이저 거리 측정 장치의 3차원 거리 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈의 내부 구성을 나타내는 도면이고, 도3은 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 의한 거울의 수직 운동 상태를 나타내는 그래프이고, 도4는 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 의한 거울의 수평 운동 상태를 나타내는 그래프이고, 도5는 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 의해 거울을 수직/수평 방향으로 동시에 구동하는 상태를 나타내는 그래프이고, 도6은 본 발명에 따르는 수직/수평 방향 구동 제어 모듈을 구비한 레이저 거리 측정 장치의 3차원 거리 측정 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은 수직 선형화 보상기(vertical linearity compensator, 210), 수평 외력 보상기(horizontal external force compensator, 220), 주사 동기 장치(scanning synchronizer, 230), 제어 연산 장치(main control processor, 240), 수직 구동부(vertical driver, 250), 수평 구동부(horizontal driver, 260), 외부 지령 수신기(external command receiver, 270)를 포함하여 구성된다.
외부 지령 수신기(270)는 외부 모듈로부터 통신을 통하여 구동 지령을 수신하여 제어 연산 장치(240)로 전달한다. 이때 외부 모듈은 사용자 입력 장치로서, 모바일 장치용 3차원 스캔을 위한 실시간 정밀모드 또는 사용자 지원모드를 지원할 수 있다.
제어 연산 장치(240)는 실시간 정밀 모드 또는 사용자 지원 모드 중에서 선택된 구동지령을 외부 지령 수신기(270)로부터 수신하고, 수광센서로부터 신호를 t수신하여 연산 처리한 후 수직 구동부(250) 및 수평 구동부(260)에 실질적인 구동 신호를 전달한다.
수직 구동부(250)는 제어 연산 장치(240)로부터 구동 신호를 전달받아 수직 구동 모터를 구동하여 회전체(100)가 상하 수직으로 이동하도록 한다.
수직 선형화 보상기(210)는 3차원 거리 측정 장치의 물리적인 영향에 따라 상하이동체(120)가 하강할 때와 상승할 때 발생할 수 있는 동작 특성의 차이를 제거하여 수직 운동에 대한 제어 선형성을 유지하기 위한 모듈이다.
수평 구동부(260)는 제어연산 장치(240)로부터 구동 신호를 전달받아 수평 구동 모터를 구동시켜 회전체(100)가 회전하도록 하여 거울(103)이 360°회전할 수 있게 한다.
수평 외력 보상기(220)는 3차원 거리 측정 장치의 상하이동체(120)가 상승 및 하강으로 방향을 전환할 경우 회전체(100)의 회전 동작에 영향을 주는 것을 방지하여 수평 회전 움직임의 선형성을 유지하기 위한 모듈이다.
주사 동기 장치(230)는 피측정 물체에 대한 3차원 스캐닝 수행시 고정 거리의 범위, 예를 들어 1㎠당 1번씩 레이저가 조사될 수 있도록 수직 구동부(250) 및 수평 구동부(260)의 동기화를 수행한다.
이하, 본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치에 의해 3차원으로 거리를 측정하는 방법을 설명한다.
특정 물체에 대한 거리를 측정하기 위해서는 물체의 가로축을 중심으로 1지점에 대한 거리를 측정한 후, 거울(103)의 기울기를 계속 변경해가면서 회전체(100)를 회전시키면서 물체에 대한 거리를 측정하여 원하는 입체적 거리를 구할 수 있다.
즉, 고정체(110) 내의 발광소자(112)에 의해 방사된 레이저 광은 특정 물체에서 반사 또는 산란되고, 반사된 광의 일부는 다시 거울(103)에 도달하여 반사되어, 집광렌즈(115)를 통해 수광소자(114)로 들어가게 된다. 수광소자(114)는 제어 연산 장치(240)에 신호를 전달하고, 제어 연산 장치(240)는 특정 물체의 가로축을 중심으로 1지점에 대한 거리를 계산한다.
제어 연산 장치(240)는 수평 구동부(260)에 구동신호를 전송하고, 수평 구동부(260)는 회전체(100)를 소정 각도 회전시키면, 고정체(110)의 발광소자(112)는 다시 레이저 광을 방사시켜 특정물체의 가로축을 중심으로 또 다른 지점에 대한 거리를 측정한다.
이러한 과정을 반복하여, 회전체(100)를 소정 각도씩 회전시켜 360°까지 회전시킴으로써 특정 물체의 가로축을 중심으로 1라인에 대한 거리를 측정한다.
특정물체의 가로축을 중심으로 1라인에 대한 거리 측정이 완료되면, 제어 연산 장치(240)는 수직 구동부(250)에 구동신호를 전송하고, 수직 구동부(150)는 상하이동체(120)를 수직으로 이동시켜 거울(130)의 기울기를 소정 각도 변경시킨다. 제어 연산 장치(240)는 다시 특정 물체의 가로축울 중심으로 다른 1라인의 1 지점에 대한 거리를 측정하고, 회전체(100)를 360°까지 회전시키면서 소정 각도씩 회전한 각 지점들의 거리를 측정하여 특정 물체의 가로축을 중심으로 다른 1라인에 대한 거리를 측정한다.
이와 같이, 거울(103)이 최대 기울기에 도달할 때까지 상하이동체(120)의 수직 위치를 계속 변경시키면서 회전체(100)를 360°회전시켜 거리를 측정하는 과정을 반복함으로써 물체의 3차원 거리 정보를 획득할 수 있다.
본 발명에 따르는 제어 연산 장치(240)는 외부 지령 수신기(270)를 통해 거리 측정 장치의 동작 모드를 수신하는데, 사용자에 의해 선택되는 동작 모드에는 실시간 정밀 모드 및 사용자 정의 지원 모드가 포함된다.
본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치의 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 구성되어 있는 수직 선형화 보상기(210)는 수직 구동부(250)의 신호에 의한 상하이동체(120)의 상승/하강 동작의 선형성을 유지하기 위한 보상기로서, 본 발명에 따르는 수직 선형화 보상기(210)에 의해 실현되는 거울의 수직 운동 상태는 도3 및 도5의 그래프에 나타나는 바와 같이 선형성을 유지하는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치의 수직/수평 방향 구동 제어 모듈에 구성되어 있는 수평 외력 보상기(220)는 수평 구동부(260)의 신호에 의한 회전체(100)의 회전 동작의 선형성을 유지하기 위해 상하이동체(120)의 상승/하강 방향 전환이 회전체(100)에 미치는 외력을 보상하는데, 본 발명에 따르는 수평 외력 보상기(220)에 의해 실현되는 거울의 수평 운동 상태는 도4 및 도5의 그래프에 나타나는 바와 같이 선형성을 유지하는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르는 3차원 레이저 거리 측정 장치의 수직/수평 방향 구동 제어 모듈은 특정한 3차원 레이저 거리 측정 장치의 특정 구조에 한정된 것이 아니라 다양한 3차원 거리 측정 장치에 사용될 수 있으며, 광의 반사에 이용되는 거울이 1개 또는 2개 설치된 3차원 거리 측정 장치에 모두 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 거울과 회전 수단을 구비한 회전체, 수광소자 및 발광소자를 구비한 고정체, 상기 회전체에 결합되어 거울의 기울기를 조정하는 상하이동체로 구성되는 3차원 거리 측정 장치에 있어서,
    선택된 동작 모드를 수신하는 외부 지령 수신기;
    상기 외부 지령 수신기로부터 수신된 동작 모드에 따라 수광소자를 통해 수신된 신호를 연산 처리하는 제어 연산 장치;
    상기 제어 연산 장치로부터 수직 구동 신호를 전달받아 수직 구동 모터를 구동시키는 수직 구동부;
    상기 제어연산 장치로부터 수평 구동 신호를 전달받아 수평 구동 모터를 구동시키는 수평 구동부; 및
    상하이동체의 상승/하강 운동에 대한 제어 선형성을 유지하도록 하는 수직 선형화 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는
    3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상하이동체의 상승/하강 운동에 의한 영향력에 대해 상기 회전체의 선형성을 유지하도록 하는 수평 외력 보상기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈.

  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 구동부 및 상기 수평 구동부의 동기화 신호를 생성하여 상기 제어연산 장치에 전달하는 주사 동기 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 동작 모드는 실시간 정밀 모드 또는 사용자 정의 지원 모드인 것을 특징으로 하는
    3차원 거리 측정 장치용 수직/수평 방향 구동 제어 모듈.
  6. 발광소자를 통해 방출되어 물체에서 반사되어 돌아온 광을 수광소자를 통해 수신하여 물체의 가로축의 1라인의 1점에 대한 거리를 제어 연산 장치에 의해 획득하는 제 1 단계;
    소정 각도 회전체를 회전시켜 물체의 가로축의 1라인의 다른 점에 대한 거리를 획득하는 제 2 단계;
    회전체가 360°회전할 때까지 제 2 단계를 반복하여 물체의 가로축의 1라인에 대한 거리를 제어 연산 장치에 의해 획득하는 제 3 단계;
    상하이동체를 수직방향으로 이동시켜 거울의 기울기를 변경한 후 물체의 가로축의 다른 라인에 대한 거리를 획득하는 과정을 반복함으로써 3차원 거리 정보를 제어 연산 장치에 의해 획득하는 제 4 단계를 포함하고,
    상기 회전체를 회전시키는 제 2 단계는 수평 외력 보상기에 의해 상기 회전체의 회전 운동의 선형성을 보상하는 단계를 더 포함하고,
    상기 상하이동체를 수직방향으로 이동시키는 제 4 단계는 수직 선형화 보상기에 의해 상기 상하이동체의 수직방향 운동의 선형성을 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    수직/수평 방향 구동 제어 모듈을 이용한 거리 측정 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는,
    상기 회전체의 구동 모터 및 상기 상하이동체의 구동 모터의 동기화를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    수직/수평 방향 구동 제어 모듈을 이용한 거리 측정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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