KR101370294B1 - 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템에 관한 것으로서, 레이저 발광부와 레이저 수광부를 포함하는 레이저 변위센서와, 상기 레이저 변위센서의 검출신호를 표시하는 디스플레이부와, 상기 레이저 변위센서의 검출신호를 검출하고, 검출된 값을 상기 디스플레이부에 표시하는 센서 컨트롤러와, 상기 센서 컨트롤러로부터 수신된 검출신호를 디지털 값으로 변환하는 데이터 취득부와, 상기 데이터 취득부와 외부 장치와의 인터페이스를 위한 인터페이스부 및 외면에 상기 디스플레이부 및 인터페이스부가 설치되고, 내부에 상기 레이저 변위센서, 센서 컨트롤러 및 데이터 취득부를 탑재하는 하우징을 포함하는 휴대용 레이저 변위센서장치와, 상기 휴대용 레이저 변위 센서장치와의 인터페이스를 위한 HMI 프로그램이 설치되어 상기 휴대용 레이저 변위 센서장치로부터 수신된 데이터를 디스플레이하고, 데이터 로깅을 통해 데이터의 변화추이를 확인하는 외부 PC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 레이저 변위센서와 DAQ 시스템을 단일 케이스내에 통합하여 레이저 변위센서 데이터 취득을 위한 별도의 시스템 구축이 요구되지 않아 산업 현장 적용성이 월등하게 우수하고, 산업계의 다양한 정밀 측정 어플리케이션에 사용될 수 있는 데이터 측정 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템{DATA MEASUREMNET SYSTEM USING PORTABLE LASER DISPLACEMENT SENSOR}
본 발명은 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 변위센서와 DAQ 시스템을 단일 케이스내에 통합하여 레이저 변위센서 데이터 취득을 위한 별도의 시스템 구축이 요구되지 않고, 산업계의 다양한 정밀 측정 어플리케이션에 사용될 수 있는 데이터 측정 시스템에 관한 것이다.
레이저 변위센서는 FA 산업에서 변위센서라는 센서가 적용된 이후 비접촉 방식으로는 가장 안정적인 측정이 가능한 센서로 알려져 있으며, 이에 따라 산업현장의 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 특히 초정밀 비접촉식 측정기기로서 산업현장의 정밀한 공정에 많이 사용되고 있다.
레이저 변위센서는 다양한 형태의 제품이 시중에 판매되고 있는데, 휴대용 레이저 변위센서의 경우 레이저 송수신장치와 디스플레이 장치로 구성되어 있는 독립적인 제품이다.
따라서, 이러한 독립적인 제품인 레이저 변위센서를 산업현장에 적용하고자 하는 경우 타 시스템과의 연동을 위해서는 시리얼 통신방식을 사용하거나 DAQ 시스템과 연결하여 사용하여야 한다.
도 1에는 시리얼 통신방식을 이용한 데이터 취득을 위한 시스템 구성도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 휴대용 레이저 변위센서 장치(100)는 레이저 송신부와 레이저 수신부를 포함하여 구성되는 레이저 변위센서(110)와 레이저 변위센서(110)에서 검출된 값을 표시하는 디스플레이부(120) 및 레이저 변위센서(110)와 디스플레이부(120)를 제어하는 센서 컨트롤러(130)를 포함하여 구성된다. 이러한 종래 휴대용 레이저 변위센서 장치(100)는 시리얼포트(140)가 구비되어 있는 것이 일반적이며, 외부 PC(200)에서 레이저 변위센서(110)의 센서 데이터를 취득하기 위해서는 USB 커넥터 등의 시리얼포트를 통해 데이터를 취득하게 된다.
시리얼 통신방식은 타시스템과 쉽게 연동할 수 있다는 장점은 있으나 실시간 데이터 취득이 불가능한 단점이 있어 실시간 고속 검사 공정에서는 사용될 수 없는 문제점이 있다.
도 2에는 DAQ 시스템을 이용한 데이터 취득을 위한 시스템 구성도가 나타나 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시리얼포트를 통하지 않고 센서 컨트롤러(130)에 DAQ 시스템(300)을 연결하여 외부 PC(200)에서 센서 데이터를 취득하는 경우에는 실시간 데이터 취득이 가능하다는 장점이 있는 반면, 각 현장마다 별도의 시스템을 구축해야 하는 번거로움이 따른다.
한편, 레이저 변위센서는 피측정물의 거리 계측 뿐만 아니라 회전체의 진동특성을 파악하기 위해서도 사용되는데, 고속으로 회전하는 회전체의 경우에는 특정 지점의 변위량을 정확하게 측정하는 것이 곤란한 문제점이 있으며, 특히, 휴대용 레이저 변위센서의 경우에는 회전체의 측정이 더욱 힘들어 휴대용 레이저 변위센서는 고정 또는 저속 이동하는 물체의 거리측정을 위한 제한적인 용도로만 사용되고 있는 것이 현실이다.
또한, 최근 정밀한 측정이 이루어지면서도 검사속도를 향상시킬 수 있도록 하는 휴대용 레이저 변위센서의 개발에 대한 요구가 높아지고 있다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 변위센서와 DAQ 시스템을 단일 케이스내에 통합하여 레이저 변위센서 데이터 취득을 위한 별도의 시스템 구축이 없이도 실시간으로 센서 데이터 취득이 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고정 또는 저속 이동 물체뿐만 아니라 고속 회전체의 변위도 용이하게 측정할 수 있는 휴대용 레이저 변위센서 장치 또는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 정밀한 측정이 이루어지면서도 검사속도를 향상시킬 수 있는 휴대용 레이저 변위센서 장치 또는 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 레이저 발광부와 레이저 수광부를 포함하는 레이저 변위센서와, 상기 레이저 변위센서의 검출신호를 표시하는 디스플레이부와, 상기 레이저 변위센서의 검출신호를 검출하고, 검출된 값을 상기 디스플레이부에 표시하는 센서 컨트롤러와, 상기 센서 컨트롤러로부터 수신된 검출신호를 디지털 값으로 변환하는 데이터 취득부와, 상기 데이터 취득부와 외부 장치와의 인터페이스를 위한 인터페이스부 및 외면에 상기 디스플레이부 및 인터페이스부가 설치되고, 내부에 상기 레이저 변위센서, 센서 컨트롤러 및 데이터 취득부를 탑재하는 하우징을 포함하는 휴대용 레이저 변위센서장치와, 상기 휴대용 레이저 변위 센서장치와의 인터페이스를 위한 HMI 프로그램이 설치되어 상기 휴대용 레이저 변위 센서장치로부터 수신된 데이터를 디스플레이하고, 데이터 로깅을 통해 데이터의 변화추이를 확인하는 외부 PC를 포함하는 것을 특징응로 하는 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 휴대용 레이저 변위센서 장치는 회전체의 특정 지점을 검출하기 위한 광섬유 센서 및 상기 광섬유 센서의 검출신호에 기초하여 상기 회전체의 회전속도를 산출하고, 산출된 회전속도, 회전체와의 거리 및 상기 레이저 변위센서와 광섬유 센서 간의 설치각도에 기초하여 지연시간을 산출하며, 상기 광섬유 센서가 상기 회전체의 특정 지점을 검출한 후 상기 지연시간이 경과한 시점에서 상기 레이저 변위센서가 상기 특정 지점의 변위를 측정하도록 제어하는 마이크로 프로세서를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휴대용 레이저 변위센서 장치는 상기 광섬유 센서의 조사각을 조절하기 위한 조사각 조절부를 더 포함하고, 상기 마이크로 프로세서는 상기 조사각 조절부를 구동하여 상기 산출된 지연시간에 상응하는 각도로 상기 광섬유 센서의 조사각을 가변시키는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 마이크로 프로세서는 고정 또는 비회전체의 변위를 측정하는 일반 변위 측정모드에서는 회전체 변위 측정 모드보다 상기 레이저 수광부의 전송율을 감소시키는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따르면, 레이저 변위센서와 DAQ 시스템을 단일 케이스내에 통합하여 레이저 변위센서 데이터 취득을 위한 별도의 시스템 구축이 요구되지 않아 산업 현장 적용성이 월등하게 우수하고, 산업계의 다양한 정밀 측정 어플리케이션에 사용될 수 있는 데이터 측정 시스템을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 시리얼 통신방식을 이용한 데이터 취득을 위한 시스템 구성도이다.
도 2는 DAQ 시스템을 이용한 데이터 취득을 위한 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템의 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 휴대용 레이저 변위센서장치(1)는 레이저 발광부와 레이저 수광부를 포함하는 레이저 변위센서(10)와, 레이저 변위센서(10)의 검출신호를 표시하는 디스플레이부(20)와, 레이저 변위센서(10)의 검출신호를 검출하고, 검출된 값을 디스플레이부(20)에 표시하는 센서 컨트롤러(30)와, 센서 컨트롤러(30)로부터 수신된 검출신호를 디지털 값으로 변환하는 데이터 취득부(40)와, 데이터 취득부(40)와 외부 PC(2)와의 인터페이스를 위한 인터페이스부(50) 및 외면에 디스플레이부(20) 및 인터페이스부(50)가 설치되고, 내부에 레이저 변위센서(10), 센서 컨트롤러(30) 및 데이터 취득부(40)를 탑재하는 하우징(도면 미도시)을 포함하여 구성된다.
외부 PC(2)는 휴대용 레이저 변위 센서장치(1)와의 인터페이스를 위한 HMI 프로그램이 설치되어 휴대용 레이저 변위 센서장치(1)로부터 수신된 데이터를 디스플레이하고, 데이터 로깅을 통해 데이터의 변화추이를 확인하는 기능을 수행한다.
본 발명의 제 1 실시예는 종래 휴대용 레이저 변위센서가 가진 고정밀 시스템의 장점을 살리면서도 현장의 타 시스템과의 연동을 쉽게 할 수 있도록 레이저 변위센서(10)와 레이저 변위센서(10)의 아날로그 출력을 디지털값으로 취득하는 데이터 취득부(40)를 휴대용 소형 케이스 내에 구성한 것이 주된 특징이다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 하우징의 전면에 디스플레이부(20)와 제어를 위한 스위치 패널이 설치되어 있고, 데이터 취득부(40)는 USB 커넥터가 구비되어 PC와 결합된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템의 구성도이다. 제 2 실시예는 진동특성 분석을 위한 특정 지점의 변위 변화량을 측정하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
도 3의 제 1 실시예는 평면체의 거리 측정은 용이하나 고속으로 회전하는 회전체의 변위 측정은 용이하지 않은 단점이 있다. 이에 따라, 제 2 실시예에서는 고속 회전체(P')의 변위측정을 위해 광섬유 센서(60)와, 광섬유 센서(60)의 설치각도를 조절하기 위한 조사각 조절부(80) 및 회전체(P')의 회전속도에 따라 조사각 조절부(80)의 구동을 제어하는 마이크로 프로세서(70)가 더 구비되어 있는 것이 특징이다.
여기서, 레이저 변위센서(10)와 광섬유 센서(60)는 광의 조사방향이 평행하도록 설치될 수도 있으나, 장치의 사이즈의 컴팩트를 위해 양 센서의 설치각도가 예각을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.
광섬유 센서(60)는 회전체의 특정 지점(A)을 검출하기 위한 것으로서, 광섬유 다발에서 조사되는 빛을 통해 회전체의 특정 지점(A)을 검출하여 검출신호를 마이크로 프로세서(70)로 전송한다.
마이크로 프로세서(70)는 광섬유 센서(60)의 검출신호에 기초하여 회전체(P')의 회전속도를 산출하고, 산출된 회전속도, 회전체와의 거리 및 레이저 변위센서와 광섬유 센서 간의 설치각도에 기초하여 지연시간을 산출한다. 지연시간은 도 4에서 광섬유 센서(60)에서 검출된 특정 지점(A)이 레이저 변위센서(10)에서 검출될 때까지 걸리는 시간으로서 회전체의 회전속도 및 직경에 따라 달라지게 되는데, 회전체의 직경은 레이저 변위센서(10)에서 검출된 회전체와의 거리 및 레이저 변위센서와 광섬유 센서 간의 설치각도에 기초하여 산출할 수 있다. 여기서, 지연시간의 산출에는 광섬유 센서(60)와 레이저 변위센서(10)의 반응 속도 등의 부가적인 요소도 반영되어야 한다.
마이크로 프로세서(70)는 지연시간이 산출되면, 광섬유 센서(60)에서 지점 A가 검출되는 시점에서 지연시간만큼 경과한 시점에서 레이저 변위센서(10)가 특정 지점의 변위를 측정하도록 제어한다.
그러나, 회전체의 회전속도가 매우 빠른 경우나 회전체의 크기가 작은 경우에는 광섬유 센서(60)와 레이저 변위센서(10)의 반응 시간 및 마이크로 프로세서(70)의 연산에 소요되는 시간에 비해 지연시간이 매우 짧아 레이저 변위센서(10)에서 지점 A를 정확하게 검출하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
이를 위해, 휴대용 레이저 변위센서 장치(1)는 광섬유 센서(60)의 조사각을 조절하기 위한 조사각 조절부(80)를 더 포함하고, 마이크로 프로세서(70)는 조사각 조절부(80)를 구동하여 산출된 지연시간에 상응하는 각도로 광섬유 센서(60)의 조사각을 가변시키는 것이 바람직하다.
즉, 충분한 지연시간을 얻기 위해 광섬유 센서(60)와 레이저 변위센서(10)의 연장선이 이루는 각도(설치각도)가 더 작아지도록(도면상에서 광섬유 센서의 선단을 하방으로 회전) 함으로써 광섬유 센서(60)가 지점 A를 검출하는 지점과 레이저 변위센서(10)가 지점 A를 검출하는 지점 간의 호의 길이가 더 길어지도록 하여 지연시간이 길어지도록 할 수 있으며, 마이크로 프로세서(70)는 길어진 지연시간에 따라 레이저 변위센서(10)가 지점 A를 정확하게 검출할 수 있도록 제어하게 된다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 마이크로 프로세서(70)가 고정 또는 비회전체의 변위를 측정하는 일반 변위 측정모드에서는 회전체 변위 측정 모드보다 레이저 변위센서(레이저 수광부)의 전송율을 감소시키도록 하였다.
즉, 보다 고속 측정이 요구되는 회전체 변위 측정모드에서는 레이저 변위센서(레이저 수광부)의 전송율을 높여 샘플링 주기를 짧게 함으로써 측정 정확도를 높임과 아울러 측정 속도를 높이고, 일반 변위 측정모드에서는 전송율을 낮춰 어두운 경우에 전하를 픽셀에 축적하는 시간을 충분하게 유지할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 휴대용 레이저 변위센서 장치
2 : 외부 PC 10 : 레이저 변위센서
20 : 디스플레이부 30 : 센서 컨트롤러
40 : 데이터 취득붑 50 : 인터페이스부
60 : 광섬유 센서 70 : 마이크로 프로세서
80 : 조사각 조절부

Claims (4)

  1. 레이저 발광부와 레이저 수광부를 포함하는 레이저 변위센서와, 상기 레이저 변위센서의 검출신호를 표시하는 디스플레이부와, 상기 레이저 변위센서의 검출신호를 검출하고, 검출된 값을 상기 디스플레이부에 표시하는 센서 컨트롤러와, 상기 센서 컨트롤러로부터 수신된 검출신호를 디지털 값으로 변환하는 데이터 취득부와, 상기 데이터 취득부와 외부 장치와의 인터페이스를 위한 인터페이스부 및 외면에 상기 디스플레이부 및 인터페이스부가 설치되고, 내부에 상기 레이저 변위센서, 센서 컨트롤러 및 데이터 취득부를 탑재하는 하우징을 포함하는 휴대용 레이저 변위센서장치와;
    상기 휴대용 레이저 변위 센서장치와의 인터페이스를 위한 HMI 프로그램이 설치되어 상기 휴대용 레이저 변위 센서장치로부터 수신된 데이터를 디스플레이하고, 데이터 로깅을 통해 데이터의 변화추이를 확인하는 외부 PC를 포함하는 것을 특징응로 하는 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 휴대용 레이저 변위센서 장치는
    상기 하우징의 일측에 설치되고, 회전체의 특정 지점을 검출하기 위한 광섬유 센서; 및
    상기 광섬유 센서와 전기적으로 연결되고 상기 데이터 취득부 및 센서 컨트롤러를 통해 상기 레이저 변위센서와 전기적으로 연결되어, 상기 광섬유 센서의 검출신호에 기초하여 상기 회전체의 회전속도를 산출하고, 산출된 회전속도, 회전체와의 거리 및 상기 레이저 변위센서와 광섬유 센서 간의 설치각도에 기초하여 지연시간을 산출하며, 상기 광섬유 센서가 상기 회전체의 특정 지점을 검출한 후 상기 지연시간이 경과한 시점에서 상기 레이저 변위센서가 상기 특정 지점의 변위를 측정하도록 제어하는 마이크로 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 휴대용 레이저 변위센서 장치는
    상기 광섬유 센서의 조사각을 조절하기 위한 조사각 조절부를 더 포함하고,
    상기 마이크로 프로세서는 상기 조사각 조절부를 구동하여 상기 산출된 지연시간에 상응하는 각도로 상기 광섬유 센서의 조사각을 가변시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 고정 또는 비회전체의 변위를 측정하는 일반 변위 측정모드에서는 회전체 변위 측정 모드보다 상기 레이저 수광부의 전송율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 레이저 변위센서를 이용한 데이터 측정 시스템.
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