KR101381652B1 - 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기 - Google Patents

레벨 및 거리 측정 레이저 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기에 관한 것으로서, 제1,2,3열 센서(101,102,103)가 나란히 배열되는 형태로 설치되어, 상기 제1,2,3열 센서(101,102,103)가 레이저광을 수신하는 시간 차이를 이용하여 다음식
Figure 112013083403286-pat00015
(d: 광센서의 제1열 센서와 제2열 센서 또는 제1열 센서와 제3열 센서 간의 거리, t: 레이저광이 제1열 센서와 제2열 센서 또는 제1열 센서와 제3열 센서를 지나가는 시간 차이)에 의해 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기까지의 거리(L)를 산출하되, 상기 제3열 센서(103)와 제2열 센서(102) 사이의 레이저광 검출시간 차이(△t1)와, 상기 제2열 센서(102)와 제1열 센서(101) 사이의 레이저광 검출시간 차이(△t2)를 비교하여 △t1=△t2가 성립되도록 레이저 검출기의 자세를 교정하여 오차를 보상하도록 된 것을 특징으로 한다.
레벨, 거리, 레이저, 광센서, 비전센서

Description

레벨 및 거리 측정 레이저 검출기{Laser detector measuring both level and distance}
본 발명은 레이저 검출기에 관한 것으로서, 특히 회전식 레이저 레벨의 레이저광을 수신할 수 있는 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기에 관한 것이다.
조선 산업을 비롯한 토목, 건축, 중공업 등 대형 구조물을 제작하는 산업에서는 관심 영역 내에서 측정 대상 위치의 고저차를 확인하기 위하여 레벨 측정을 실시하고 있다. 측정 대상 위치의 고저차를 측정하기 위한 종래기술로는 도 1에 도시한 바와 같이 광학식 레벨기, 디지털 레벨기, 회전식 레이저 레벨과 레이저 검출기로 구성된 레벨 측정기 등을 이용한 방법들을 이용하고 있다.
상기 광학식 레벨을 사용하는 경우, 망원렌즈만으로 구성되어 있어 측정 위치에 작업자가 들고 있는 막대자를 직접 읽어 측정할 수가 있고, CCD 카메라로 구성된 디지털 레벨을 사용하는 경우, 측정 위치에 작업자가 들고 있는 바코드(Bar-code) 내장 막대자의 바코드 형상을 측정하고 레벨을 확인하여 측정할 수가 있다. 그렇지만 상기 두 방법 모두 작업자가 최소 2명 이상이 필요한 단점이 있다.
그 반면에, 상기 회전식 레이저 레벨과 레이저 검출기를 사용하는 경우, 작 업자 1명이 레이저 검출기를 통해 회전식 레이저 레벨의 레이저광의 수신되는 위치를 판독하여 레벨을 측정할 수가 있다. 그렇지만, 이 방법은 단지 레벨만을 측정할 수가 있기 때문에 측정 위치의 거리를 동시에 확인해야 할 경우에는 별도의 측정기를 사용해야 하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전식 레이저 레벨과 함께 사용되는 레이저 검출기로서 레벨과 동시에 거리를 측정할 수 있도록 된 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기는, 레이저광을 수신하기 위한 센서로서 레벨과 거리를 동시에 측정할 수 있도록 광센서인 제1,2,3열 센서가 나란히 배열되는 형태로 설치되어, 상기 제1,2,3열 센서가 레이저광을 수신하는 시간 차이를 이용하여 다음식
Figure 112013083403286-pat00016

(d: 광센서의 제1열 센서와 제2열 센서 또는 제1열 센서와 제3열 센서 간의 거리, t: 레이저광이 제1열 센서와 제2열 센서 또는 제1열 센서와 제3열 센서를 지나가는 시간 차이)에 의해 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기까지의 거리(L)를 산출하되, 상기 제3열 센서와 제2열 센서 사이의 레이저광 검출시간 차이(△t1)와, 상기 제2열 센서와 제1열 센서 사이의 레이저광 검출시간 차이(△t2)를 비교하여 △t1=△t2가 성립되도록 레이저 검출기의 자세를 교정하여 오차를 보상하도록 된 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따르면, 작업자 1명이 작업을 수행하면서 기본적인 레벨 측정은 물론, 기준 위치인 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기까지의 거리를 측정함으로써 측정 공정 시간 단축 및 효율성 증대를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1실시 형태로서 센서가 2열로 설치된 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 보여주는 개념도, 도 3은 도 2에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 개념도, 도 4는 도 2에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기가 틀어진 자세로 회전 레이저광을 수신하는 경우를 설명하기 위한 개념도, 도 5는 본 발명에 따른 제 1실시 형태로서 센서가 3열로 설치된 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 보여주는 개념도, 도 6은 도 5에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기가 회전 레이저광을 정확히 바라보는 경우를 설명하기 위한 개념도, 도 7은 도 5에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기가 회전 레이저광을 정확히 바라보지 못하는 경우를 설명하기 위한 개념도이다,
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 실시 형태로서 센서가 2열로 설치되는 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기(100)는, 회전식 레이저 레벨(미도시)로부터 조사되는 레이저광의 수신되는 위치를 판독하여 레벨을 기본적으로 측정함과 아울러 추가적으로 거리를 측정할 수 있도록 레이저광을 수신하기 위한 센서가 두개의 센서 열(array) 즉, 제1열 센서(101) 및 제2열 센서(102)가 나란히 배열되는 형태로 설치될 수 있다. 이때, 상기 제1열 센서(101) 및 제2열 센서(102)는 포토 다이오드 등의 광센서일 수 있다.
본 발명에 따라 상기와 같이 제1열 센서(101) 및 제2열 센서(102)가 나란히 배열되는 레이저 검출기(100)는, 일정한 간격을 두고 어레이 형태로 배치되는 제1열 센서(101) 및 제2열 센서(102)가 회전식 레이저 레벨의 레이저광을 수신하는 검출시간 차이를 이용함으로써 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기(100)까지의 거리를 산출할 수가 있다. 즉, 회전식 레이저 레벨이 일정한 속도로 회전한다고 가정할 때 일정한 각속도를 유지하지만 레이저광이 회전식 레이저 레벨과 레이저 검출기(100)의 거리에 따라 제1열 센서(101) 및 제2열 센서(102)를 지나가는 시간이 차이가 발생하는 원리를 이용하여 거리를 산출하는 것이다.
구체적으로, 회전식 레이저 레벨과 레이저 검출기(100)의 거리(L)는 다음의 수학식 1에 의해 산출할 수가 있다.
Figure 112013083403286-pat00017
(d: 광센서의 제1열 센서와 제2열 센서 간의 거리, t: 레이저광이 제1열 센서와 제2열 센서를 지나가는 시간 차이)
레이저 검출기(100)가 틀어진 자세로 회전 레이저광을 수신하는 경우에는, 회전식 레이저 레벨과 레이저 검출기(100)의 거리(L)는 다음의 수학식 2에 의해 산출할 수가 있다.
Figure 112009074381398-pat00004
이와 같이, 레이저 검출기(100)가 두개의 센서 열로 배열되는 형태일 때 회전식 레이저 레벨과 레이저 검출기(100)의 동일 거리에서도 레이저 검출기(100)와 레이저광이 이루는 수신각에 따라 일정량의 오차(Lerror)를 수반할 수가 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1 실시 형태로서 센서가 3열로 설치되는 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기(100)는, 회전식 레이저 레벨(미도시)로부터 조사되는 레이저광을 수신하여 레벨과 동시에 거리를 측정할 수 있도록 레이저광을 수신하기 위한 센서가 세개의 센서 열 즉, 제1열 센서(101), 제2열 센서(102) 및 제3열 센서(103)가 나란히 배열되는 형태로 설치될 수 있다. 이때, 상기 제1열 센서(101), 제2열 센서(102) 및 제3열 센서(103)는 포토 다이오드 등의 광센서일 수 있다.
도 2에 도시한 레이저 검출기(100)인 경우, 레이저광에 정확하게 정렬하면 문제가 없겠지만 발생 가능한 오차를 최대한으로 제거하기 위해 제1열 센서(101), 제2열 센서(102) 및 제3열 센서(103)를 나란히 배열한 것이다.
세개의 센서 열에서 좌측의 제3열 센서(103)과 중앙의 제2열 센서(102) 사이의 검출시간 차이(△t1)와, 중앙의 제2열 센서(102)과 우측의 제1열 센서(101) 사이의 검출시간 차이(△t2)를 비교하여 △t1=△t2가 성립하도록 레이저 검출기(100)의 자세를 교정하면 장거리 측정에서도 정확한 거리를 오차없이 측정할 수가 있게 된다.
만약에, 예를 들어 400rpm 속도를 가지는 회전 레이저 레벨과 센서 열 간격이 50mm인 레이저 검출기(100)를 이용하여 레벨과 거리 측정 시, 50m 거리에서 24 μsec의 시간 차이가 발생되며, 50m 거리에서 0.3°틀어질 경우에는 약 1mm의 거리 오차가 발생 할 수가 있다.
한편, 본 발명에 따른 제 2실시 형태인 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기는, 상기 제 1실시 형태와 동일한 기능 즉, 회전식 레이저 레벨로부터 조사되는 레이저광을 수신하여 레벨과 동시에 거리를 측정할 수 있도록, 레이저광을 수신하기 위해 2차원 영역 측정이 가능한 CCD(Charge coupled device) 또는 PSD(Position sensitive detector) 등의 비전센서를 1열로 설치할 수가 있다.
여기에서, 상기 레이저 검출기는, 일정 길이 이상의 폭을 갖는 비전센서가 레이저광을 수신하는 초기시점부터 최종시점까지의 검출 시간차이를 이용하여 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기까지의 거리를 산출할 수가 있는데, 구체적으로는 상기 수학식 1을 이용하여 산출할 수가 있다. 이때, 수학식1에서 d는 비전센서의 폭방향 길이, t는 레이저광이 비전센서에 의해 검출되는 초기시점부터 최종시점까지의 시간 차이를 의미한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 이용하면, 기본적인 레벨 측정뿐만 아니라 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기까지의 거리를 측정함으로써 측정 공정 시간을 단축하여 효율성을 증대시킬 수가 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수 정 및 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 종래 레벨 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 제 1실시 형태로서 센서가 2열로 설치된 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 보여주는 개념도.
도 3은 도 2에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기의 거리 측정 원리를 설명하기 위한 개념도.
도 4는 도 2에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기가 틀어진 자세로 회전 레이저광을 수신하는 경우를 설명하기 위한 개념도.
도 5은 본 발명에 따른 제 1실시 형태로서 센서가 3열로 설치된 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기를 보여주는 개념도.
도 6은 도 5에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기가 회전 레이저광을 정확히 바라보는 경우를 설명하기 위한 개념도.
도 7은 도 5에 도시한 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기가 회전 레이저광을 정확히 바라보지 못하는 경우를 설명하기 위한 개념도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 레이저 검출기 101 : 제1열 센서
102 : 제2열 센서 103 : 제3열 센서

Claims (4)

  1. 회전식 레이저 레벨의 레이저광을 수신하는 레이저 검출기로서,
    레이저광을 수신하기 위한 센서로서 레벨과 거리를 동시에 측정할 수 있도록 광센서인 제1,2,3열 센서(101,102,103)가 나란히 배열되는 형태로 설치되어,
    상기 제1,2,3열 센서(101,102,103)가 레이저광을 수신하는 시간 차이를 이용하여 다음식
    Figure 112013083403286-pat00018
    (d: 광센서의 제1열 센서와 제2열 센서 또는 제1열 센서와 제3열 센서 간의 거리, t: 레이저광이 제1열 센서와 제2열 센서 또는 제1열 센서와 제3열 센서를 지나가는 시간 차이)
    에 의해 회전식 레이저 레벨에서 레이저 검출기까지의 거리(L)를 산출하되,
    상기 제3열 센서(103)와 제2열 센서(102) 사이의 레이저광 검출시간 차이(△t1)와, 상기 제2열 센서(102)와 제1열 센서(101) 사이의 레이저광 검출시간 차이(△t2)를 비교하여 △t1=△t2가 성립되도록 레이저 검출기의 자세를 교정하여 오차를 보상하도록 된 것을 특징으로 하는 레벨 및 거리 측정 레이저 검출기.
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