KR101431670B1 - 진원도 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파이프 내부에 복수 개의 레이저를 발생시켜, 파이프와 센서부 간의 기울기를 산출하고 이를 이러한 기울기 정도를 보상하여, 정확한 진원도 측정이 가능하도록 하는 진원도 측정 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템은 파이프 내벽에 레이저 신호를 발생시켜, 거리를 측정하는 센서부 및 상기 센서부의 위치에 따른 거리 측정 정보의 오차를 보상하여, 진원도 측정 데이터를 처리하는 데이터처리부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

진원도 측정 시스템{Measurement system of circularity}
본 발명은 파이프 진원도를 측정하는 기술에 관한 것으로，더욱 상세하게는 파이프 내부에 복수 개의 레이저를 발생시켜, 파이프와 센서부 간의 기울기를 산출하고, 기울기 발생시 이를 보상하여 정확한 진원도 측정이 가능하도록 하는 진원도 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 진원도는 원형 형태가 기하학적으로 정확한 원으로부터 벗어난 크기 즉, 중심으로부터 같은 거리에 있는 모든 점이 정확한 원에서 얼마나 벗어났는지를 측정하는 값이다.
원은 하나의 중심으로부터 반지름 상의 모든 점이 같은 거리에 있는 곡선으로 진원도 공차역은 원의 표면 상에 있는 모든 점이 존재해야 하는 완전한 동심원 사이의 반경상의 공차역이다.
종래 파이프 제조 과정에 있어서 파이프의 진원도를 측정 시, 템플릿을 이용하거나 대한민국 공개특허공보 제10-2009-006743호(2009. 06. 25)에 기재된 롤 형상 측정 시스템과 같이 파이프의 외곽 원주를 측정하여, 진원도를 산출하였다.
이러한 종래 파이프 진원도 측정에 있어서, 센서의 위치에 따른 오차 정도를 정확하게 산출할 수 있는 수단이 마련되어 있지 않으므로, 정확한 파이프의 진원을 교정하기 위해 작업자가 수동으로 센서의 위치를 교정함에 따라 파이프 제조의 정밀성 및 생산성이 저하되는 문제점이 발생하였다.
1. 대한민국 등록특허 공보, 10-2009-006743A, 2009. 06. 25, 3쪽 내지 5쪽.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템의 목적은 파이프 내벽의 거리를 측정하는 센서 위치에 따른 측정 정보의 오차를 보상하여, 진원도를 정확하게 측정할 수 있도록 한 시스템을 제공하는 데 있다.
다른 목적은, 직선상의 동일 선상에 레이저 신호를 발생하여, 각각 거리를 측정하는 센서부를 포함하여, 파이프 내부의 중심축과 센서부의 수평축 간의 오차를 발생을 확인하는 데 있다.
또 다른 목적은, 제3레이저센서를 포함하여, 센서부의 180° 회전만으로 파이프 내부 거리 측정이 가능하도록 하는 데 있다.
또 다른 목적은, 센서부에 모터를 설치하여, 센서부의 회전이 가능하도록 하는 데 있다.
또 다른 목적은, 데이터처리부를 포함하여, 오차 정보를 보상한 거리 측정 정보로 진원도를 산출하는 데 있다.
또 다른 목적은, 측정정보수집부를 더 포함하여, 센서부의 거리 측정 정보를 수집하고, 노이즈 신호를 제거하는 데 있다.
또 다른 목적은, 측정정보보상부를 더 포함하여, 센서부의 수평축 및 원점을 보상하는 데 있다.
또 다른 목적은, 디스플레이부를 더 포함하여, 센서부의 거리 측정 정보 및 데이터처리부의 처리 정보를 외부로 표시하는 데 있다.
본 발명에 따른 진원도 측정 시스템은 파이프 내벽에 레이저 신호를 발생시켜, 거리를 측정하는 센서부 및 상기 센서부의 위치에 따른 거리 측정 정보의 오차를 보상하여, 파이프의　진원도 측정 데이터를 처리하는 데이터처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 센서부는 센서 설치대에 이격된 거리에 설치된 제1레이저센서 및 제2레이저센서를 포함하고, 상기 제1레이저센서 및 제2레이저센서는 파이프 내벽에 수평방향의 동일 선상에 레이저를 발생하여 각각 거리를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 센서부는 상기 제1레이저센서에서 발생하는 레이저와 180°간격을 발생하도록 설치된 제3레이저센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 센서부는 상기 센서 설치대의 일측에 위치하여, 상기 센서 설치대를 회전시키는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 데이터처리부는 상기 모터의 구동 신호 및 감속 신호를 전달하는 모터구동부, 상기 센서부의 거리 측정 정보를 처리하고, 진원도 측정 작업을 제어하는 진원도 측정제어부, 상기 센서부의 거리 측정 정보의 오차 정보를 보상하는 측정 정보 보상부 및 상기 오차 정보를 보상한 거리 측정 정보를 이용하여 파이프의　진원도를 측정하는 진원도측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 데이터처리부는 상기 진원도 측정제어부와 연결되어, 상기 센서부의 거리 측정 정보를 수집하고, 노이즈 신호를 필터링하는 측정정보수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 측정정보보상부는 상기 제1레이저센서와 상기 제2레이저센서의 거리 측정 정보를 이용하여, 파이프와 센서부 간의 수평축 기울기 정보를 산출하는 기울기정보산출부, 상기 기울기정보산출부에서 산출된 기울기 정보를 이용하여, 거리 측정 값의 수평축 오차를 보상하는 수평축보상부 및 상기 센서부의 측정 원점 좌표와 파이프의 중심 원점 좌표 간의 오차 정보를 산출하여, 원점 좌표 정보를 보상하는 원점보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템은 데이터처리부와 연결되어, 상기 센서부의 거리 측정 정보 및 상기 데이터처리부의 처리 정보를 외부로 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템은 파이프 내벽의 거리를 측정하는 센서 위치에 따른 측정 정보의 오차를 보상하여, 진원도 측정을 하는 시스템을 제공함으로써, 파이프 진원도 측정 작업의 정확성 및 효율성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 파이프 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 직선상의 동일 선상에 레이저 신호를 발생하여, 각각 거리를 측정하는 센서부를 포함하여, 파이프 내부의 중심축과 센서부의 수평축 간의 오차를 발생을 확인하고, 정확한 오차 정보를 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제3레이저센서를 포함함으로써, 센서부의 180°회전만으로 파이프 내부 거리 측정이 가능하도록 하여, 진원도 측정 작업을 신속하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 센서부에 모터를 설치함으로써, 센서부의 회전을 용이하게 하고, 회전 각도를 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 데이터처리부를 포함함으로써, 오차 정보를 보상한 거리 측정 정보로 정확한 진원도를 산출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 측정정보수집부를 더 포함함으로써, 센서부의 거리 측정 정보를 수집하고, 노이즈 신호를 제거하여, 거리 측정 정보의 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 측정정보보상부를 더 포함함으로써, 센서부의 수평축 및 원점을 보상하여 진원도 측정을 위한 정확한 거리 측정 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 디스플레이부를 더 포함함으로써, 센서부의 거리 측정 정보 및 데이터처리부의 처리 정보를 외부로 표시하여, 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템의 전체 구성을 나타내는 개념도.
도 2및 도 3는 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 센서부의 일실시예를 나타내는 사시도 및 센서 배치 개념도.
도 ４는 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 데이터처리부의 상세 구성도.
도 ５는 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 측정정보보상부의 상세 구성도.
도 ６ 및 도 ７은 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 기울기 오차 산출 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템에 있어서, 원점 보상의 개념도.
이하, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
[도 1]은 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면으로, 센서부(10), 데이터처리부(20) 및 디스플레이부(30)를 포함한다.
상기 센서부(10)는 파이프(3) 중앙에 삽입되어, 상기 파이프(3) 내벽에 레이저 신호를 발생시켜 센서와 내벽 간의 거리를 측정하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 센서부(10)는 [도 2] 및 [도 3]에 도시된 바와 같이, 모터부(11) 및 레이저센서(12)로 구성된다.
상기 모터(11)는 상기 파이프(3)의 내부로 이동하는 붐대(5)의 일측에 형성되어, 상기 레이저센서(12)를 회전하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 모터(11)는 회전 속도를 제어하는 감속기 및 전원공급장치를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 데이터처리부(20)에서 전달된 구동 신호에 따라 상기 레이저센서(12)를 일정 각도 또는 360°를 회전하게 된다.
상기 레이저센서(12)는 파이프 고정장치(1)에 고정된 파이프(3)의 중앙으로 붐대(5)를 이동시키면, 상기 파이프(3) 내벽에 레이저 신호를 발생시킨 후, 내벽 간의 거리를 측정하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 레이저센서(12)는 제1레이저센서(121), 제2레이저센서(122) 및 제3레이저센서(123)을 포함하며, 상기 모터(11)와 일체로 연결된 센서 설치대에 각각 위치하게 된다.
상기 제1레이저센서(121) 및 제2레이저센서(122)는 상기 센서 설치대에 이격된 거리에 설치되며, 파이프 내벽에 수평방향으로 동일 선상에 레이저를 발생하여, 각각 거리를 측정하는 역할을 한다.
상기 제3레이저센서(123)는 상기 제1레이저센서(121)에서 발생하는 레이저와 180°간격으로 레이저를 발생하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 제3레이저센서(123)는 상기 제1레이저센서(121)와 동일한 위치에서 180°차이가 나도록 레이저를 발생함으로써, 상기 센서부(10)를 180°만을 회전하여, 파이프 내부 거리를 산출할 수 있는 것이다.
상기 데이터처리부(20)는 상기 센서부(10)의 위치에 따른 거리 측정 정보의 오차를 보상하여, 파이프 진원도 측정 데이터를 처리하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 데이터처리부(20)는 [도 4]에 도시된 바와 같이, 모터구동부(21), 진원도측정제어부(22), 측정정보수집부(23), 측정정보보상부(24) 및 진원도측정부(25)를 포함한다.
상기 모터구동부(21)는 상기 진원도측정제어부(22)의 제어 신호에 따라 상기 모터(11)의 구동 신호 및 감속 신호를 전달하는 역할을 하며, 상기 모터구동부(21)의 구동 신호에 따라 상기 레이저센서(12)의 회전 각도 및 회전 속도가 제어되는 것이다.
상기 진원도측정제어부(22)는 상기 센서부(10)의 거리 측정 정보를 처리하고, 진원도 측정 작업을 제어하는 역할을 한다.
상기 측정정보수집부(23)는 상기 제1레이저센서(121) 내지 상기 제3레이저센서(123)에서 측정된 거리 정보를 수집하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 측정정보수집부(23)는 상기 레이저센서(12)에서 측정된 노이즈 신호를 제거하는 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 측정정보보상부(24)는 상기 센서부(10)에서 측정한 거리 정보의 오차 정보를 보상하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 상기 측정정보보상부(24)는 [도 ５]에 도시된 바와 같이, 기울기정보산출부(241), 수평축보상부(242) 및 원점보상부(243)을 포함한다.　
상기 기울기정보산출부(241)는 상기 제1레이저센서(121)와 상기 제2레이저센서(122)의 거리 측정 정보를 이용하여, 상기 파이프(3)의 수평축과 상기 센서부(10)의 수평축간의 기울기 정보를 산출하는 역할을 한다. 상기 수평축보상부(242)는 상기 기울기정보산출부(241)와 연결되어, 산출된 기울기 정보를 이용하여, 거리 측정 값의 수평축 오차를 보상하는 역할을 한다. 이러한 상기 기울기정보산출부(241) 및 상기 수평축보상부(242)를 이용한 기울기 정보 산출 및 수평축 보상 기능을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 센서부(10)가 파이프의 중앙의 수평축에 정확히 일치하기 어려우므로 센서부(10)의 수평축 방향과 상기 파이프(3)의 수평축 방향과 간의 기울기 정보를 산출해야 하며, 본 발명에 있어서, 상기 기울기 정보는 [도　６]에 도시 된 바와 같이, 상기 제1레이저센서(121) 및 상기 제2레이저센서(122)의 측정 거리의 오차에 따라 기울기 정보(θ)를 산출하게 된다.
즉，　[도 ７]에 도시된 바와 같이, 상기 제1레이저센서(121) 및 상기 제2레이저센서(122) 간의 거리（Ｘ）와 상기 제1레이저센서(121) 및 상기 제2레이저센서(122)에서 측정된 거리정보의 차(Y２-Y１)를 이용하여, 수평축　간의　오차　기울기　정보(θ１)를　산출한다．예컨대, 제1레이저센서(121)와 제2레이저센서(122)에서 측정된 거리정보의 차(Y2-Y1)를 제1레이저센서(121) 및 상기 제2레이저센서(122) 간의 거리(X)로 제산하여, 수평축 간의 오차 기울기 정보를 산출하게 된다.
또한，　상기　수평축보상부(242)를 이용하여, 상기 센서부(10)에서 측정한 거리 정보에 상기 오차 기울기 정보를 보상하는 것이다. 상기 원점보상부(243)은 상기 센서부(10)의 측정 원점 좌표와 상기 파이프(3)의 중심 원점 좌표 간의 오차 정보를 산출하여, 원점 좌표 정보를 보상하는 역할을 한다.　
즉, 본 발명에 따른 상기 원점보상부(243)는 [도 8]의 (a)에 도시된 바와 같이, 측정하고자 하는 파이프(3)의 중심과 센서부(10)의 중심을 맞추어 원을 생성하고, 측정 시작점과 상기 측정 시작점에서 180°되는 지점의 데이터를 평균 내 x좌표를 산출하고 측정 시작점과 90°되는 지점과 270°되는 지점의 데이터를 평균내어 y좌표를 산출하면, 원의 중심 좌표로부터 파이프 중심 좌표가 떨어진 정도를 산출할 수 있으며, 상기 원점보상부(241)를 [도 8]의 (b)와 같이 원점 좌표를 보상할 수 있는 것이다.　
상기 진원도측정부(25)는 상기 진원도측정제어부(22)와 연결되어, 상기 오차 정보를 보상한 거리 측정 정보를 이용하여, 파이프의 진원도를 측정하는 역할을 하며, 본 발명에 따른 진원도측정부(25)를 이용함으로써 보상된 위치에서 정확한 파이프의 진원도를 측정할 수 있는 것이다.　
상기 디스플레이부(30)는 상기 데이터처리부(20)와 연결되어, 상기 센서부(10)의 거리 측정 정보 및 상기 데이터처리부(20)의 처리 정보를 외부로 표시하는 역할을 하며, 본 발명에 있어서, 상기 디스플레이부(30)는 파이프의 진원도 측정을 위한 상기 파이프(3)의 형상을 도시하고, 상기 센서부(10)의 측정 정보의 오차를 보상 정보를 표시하게 된다.　
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 진원도 측정 시스템을 적용 시, 파이프 내벽의 거리를 측정하는 센서 위치에 따른 측정 정보의 오차를 보상하여, 진원도 측정을 하는 시스템을 제공함으로써, 파이프 진원도 측정 작업의 정확성 및 효율성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 파이프 제조의 정밀도 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시 예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시 예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 진원도 측정 시스템으로 구현할 수 있다.
1 : 파이프 고정장치
3 : 파이프
5 : 붐대
10 : 센서부
11 : 모터
12 : 레이저센서
20 : 데이터처리부
21 : 모터구동부
22 : 진원도측정제어부
23 : 측정정보수집부
24 : 측정정보보상부
25 : 진원도측정부
121 내지 123 : 제1레이저센서 내지 제3레이저센서
241 : 기울기정보산출부
242 : 수평축보상부
243 : 원점보상부

Claims (10)

  1. 파이프 내벽에 레이저 신호를 발생시켜 거리를 측정하는 센서부; 및
    상기 센서부에서 측정한 거리 측정 정보의 오차를 보상하고, 보상한 거리 측정 정보를 기초로 파이프의 진원도 측정 데이터를 처리하여 진원도를 측정하는 데이터처리부를 포함하고;
    상기 데이터처리부는,
    상기 센서부의 거리 측정 정보를 처리하고, 진원도 측정 작업을 제어하는 진원도 측정제어부; 상기 센서부의 거리 측정 정보의 오차 정보를 보상하는 측정정보 보상부; 상기 오차 정보를 보상한 거리 측정 정보를 이용하여 파이프의 진원도를 측정하는 진원도 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    센서 설치대에 이격된 거리에 설치된 제1레이저센서 및 제2레이저센서를 포함하고, 상기 제1레이저센서 및 제2레이저센서는 파이프 내벽에 수평방향의 동일 선상에 레이저를 발생하여 각각 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 제1레이저센서에서 발생하는 레이저와 180°간격을 두고　레이저　신호를　발생하도록 설치된 제3레이저센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 센서 설치대의 일측에 위치하여, 상기 센서 설치대를 회전시키는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 데이터처리부는,
    상기 진원도측정제어부와 연결되어, 상기 센서부의 거리 측정 정보를 수집하고, 노이즈 신호를 필터링하는 측정정보수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 측정정보보상부는
    상기 제1레이저센서와 상기 제2레이저센서의 거리 측정 정보를 이용하여, 파이프와 센서부 간의 수평축 기울기 정보를 산출하는 기울기 정보 산출부;
    상기 기울기 정보 산출부에서 산출된 기울기 정보를 이용하여, 거리 측정 값의 수평축 오차를 보상하는 수평축보상부 및
    상기 센서부의 측정 원점 좌표와 파이프의 중심 원점 좌표 간의 오차 정보를 산출하여, 원점 좌표 정보를 보상하는 원점보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기울기 정보 산출부는,
    상기 제1레이저센서 및 상기 제2레이저센서 간의 거리(Ｘ)와 상기 제1레이저센서 및 상기 제2레이저센서에서 측정된 거리정보의 차(Y２-Y１)를 산출하고, 상기 제1레이저센서와 제2레이저센서에서 측정된 거리정보의 차(Y2-Y1)를 상기 제1레이저센서 및 상기 제2레이저센서 간의 거리(X)로 제산하여, 그 결과를 수평축 간의 오차 기울기 정보로 산출하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 원점 보상부는,
    측정하고자 하는 파이프의 중심과 센서부의 중심을 맞추어 원을 생성하고, 측정 시작점과 상기 측정 시작점에서 180°되는 지점의 데이터를 평균 내 x좌표를 산출하고, 상기 측정 시작점과 90°되는 지점과 270°되는 지점의 데이터를 평균내어 y좌표를 산출하여, 원의 중심 좌표로부터 파이프 중심 좌표가 떨어진 정도를 산출하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 데이터처리부와 연결되어, 상기 센서부의 거리 측정 정보 및 상기 데이터처리부의 처리 정보를 외부로 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 시스템.
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