KR101442685B1 - 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속으로 날아가는 화살 및 총알 등 발사체의 탄착군을 측정하기 위해서 고속의 마이크로프로세서와 연결된 포토다이오드와 레이저를 이용하여, 발사체가 지나가는 위치를 식별하고, 포토다이오드의 신호가 변할 때, 신호변화 감지부에서 인지하는 신호 변화를 이용하여 발사체가 지나가는 속도 및 탄착점을 측정할 수 있는 측정 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 레이저 광원을 출력하는 라인 레이저 모듈과, 상기 레이저 모듈에서 출력되는 광원을 입력으로 신호 계측을 수행하는 포토다이오드 어레이 모듈과, 상기 포토다이오드 어레이 모듈과 라인 레이저 모듈이 서로 마주보는 형태로 설치되어 발사체의 발사대와 마주보는 위치에 고정되어 설치되는 계측 프레임과, 발사체가 계측 프레임 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 이용하여 발사체의 탄착점 및 속도를 계측하는 계측 처리부를 포함하여 구성되는데 있다.

Description

라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치 및 방법{Measuring apparatus and method of missile impact group and velocity using line laser and photodiode}
본 발명은 포토다이오드와 레이저를 이용한 발사체의 탄착군 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 광학적 위치 측정 방식으로 포토다이오드와 라인레이저를 이용하여 화살 및 총알 등의 발사체가 지나가는 위치를 측정할 수 있는 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
제조공정을 통해 생산된 화살 및 총알 등의 발사체 성능은 이동궤적(궁사의 패러독스)과 탄착점의 집적도에 따라 좌우된다. 특히, 화살의 경우 동일한 환경에서 노크(nock) 각도를 회전시키면서 반복적으로 화살의 슈팅실험을 수행할 경우, 반복실험에서 얻어진 화살의 탄착점 집적도는 화살 성능 평가에서 가장 중요한 객관적 지표가 된다.
따라서 생산한 발사체의 품질이 우수한지를 검증하기 위해서는 발사 실험을 통해서 탄착군의 분포가 조밀한지에 대해 측정하는 과정이 필요하다.
이 과정에서 현재 적용되는 방법은 종이나 천과 같은 물체를 과녁 앞에 두고 화살 및 총알 등의 발사체를 여럿 발사하여 뚫린 위치를 측정하여 탄착군을 측정하는 방식으로 탄착 위치의 분산을 구하는 방식을 택하고 있다. 이 방법은 발사체의 성능이 우수하여 탄착군이 매우 조밀한 분포를 가지는 경우 측정이 정확하지 않은 문제가 있다. 또한, 발사체가 과녁에 명중하면서 충격에 의해 흔들리면 위치 측정을 위해 설치한 종이나 천이 더 많이 찢어지면서 위치 측정의 정확도가 낮아지며, 측정 장비의 내구성 문제로 인해 제한된 횟수만큼만 측정이 가능하고, 주기적으로 과녁의 슈팅용지를 교체해주어야 하는 등, 각 탄착점간의 관계를 수치화하기 어렵다는 문제점이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 현재 탄착군을 측정하는 방식으로 라인 레이저와 레이저 스캔 카메라로 구성된 장비를 사용하고 있다. 그러나 이 측정방식은 탄착군 측정 시, 카메라의 영상 왜곡으로 인해 영상 보정과정을 거쳐야 한다는 단점이 있다. 또한 제한저인 카메라의 샘플링 속도로 인하여, 고속으로 이동하는 발사체의 속도를 측정하기에는 다소 문제점을 나타내고 있다. 한편, 샘플링 속도가 높은 카메라도 있지만, 그런 카메라는 가격이 상당히 비싸서 비용대비 효율이 그다지 높지 못하다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 고속으로 날아가는 화살 및 총알 등 발사체의 탄착군을 측정하기 위해서 고속의 마이크로프로세서와 연결된 포토다이오드와 레이저를 이용하여, 발사체가 지나가는 위치를 식별하고, 포토다이오드의 신호가 변할 때, 신호변화 감지부에서 인지하는 신호 변화를 이용하여 발사체가 지나가는 속도 및 탄착점을 측정할 수 있는 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 발사체 특성 측정 방식을 전산화하고 통합하여 기존의 비효율적이고 까다로운 측정 방식을 개량 및 통합하여 한 번의 발사 실험으로 발사체의 탄착점과 속도를 동시에 측정할 수 있는 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치의 특징은 레이저 광원을 출력하는 라인 레이저 모듈과, 상기 레이저 모듈에서 출력되는 광원을 입력으로 신호 계측을 수행하는 포토다이오드 어레이 모듈과, 상기 포토다이오드 어레이 모듈과 라인 레이저 모듈이 서로 마주보는 형태로 설치되어 발사체의 발사대와 마주보는 위치에 고정되어 설치되는 계측 프레임과, 발사체가 계측 프레임 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 이용하여 발사체의 탄착점 및 속도를 계측하는 계측 처리부를 포함하여 구성되는데 있다.
바람직하게 상기 라인 레이저 모듈 및 포토다이오드 어레이 모듈은 각각 적어도 2개 이상이 서로 다른 위치에서 교차되도록 설치되어, 포토다이오드에 입력되는 레이저 광원이 계측 프레임 내에서 교차 어레이로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 계측 처리부는 발사체가 계측 프레임 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지하는 신호변화 감지부와, 상기 신호변화 감지부에서 감지된 신호가 변화하는 포토다이오드의 위치를 이용하여 발사체가 포토다이오드 어레이 모듈의 통과되는 위치의 좌표 데이터를 산출하는 좌표데이터 산출부와, 상기 신호변화 감지부에서 감지된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)을 산출하는 샘플 개수 산출부와, 상기 좌표데이터 산출부에서 산출된 좌표 데이터를 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보와 서로 비교하여 산출된 좌표 데이터와 매칭되는 위치정보를 탄착점으로 설정하는 탄착점 계측부와, 상기 샘플 개수 산출부에서 산출된 유지 시간(간격)을 기반으로 미리 정의되어 있는 발사체의 길이에 적용하여 발사체가 포토다이오드 어레이를 통과할 때의 발사체 속도를 산출하는 속도 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 신호변화 감지부는 아날로그 신호로 들어온 신호를 디지털 신호로 변경하는 ADC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 샘플 개수 산출부는 산출된 유지 시간(간격)을 이용하여 초당 표본으로 샘플링하여 샘플 개수를 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 속도 산출부는 미리 정의되어 있는 초당 표본 추출 비율을 산출된 샘플 개수로 나누어 발사체의 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법의 특징은 발사된 발사체가 포토다이오드 교차 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지하는 단계와, 상기 감지된 신호 변화 값을 ADC 기능을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 단계와, 상기 감지된 신호가 변화하는 포토다이오드의 위치를 이용하여 발사체가 포토다이오드 어레이의 통과된 위치의 좌표 데이터를 산출하는 단계와, 상기 산출된 좌표 데이터를 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보와 서로 비교하여 산출된 좌표 데이터와 매칭되는 위치정보를 탄착점으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법의 다른 특징은 발사된 발사체가 포토다이오드 교차 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지하는 단계와, 상기 감지된 신호 변화 값을 ADC 기능을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 단계와, 상기 감지된 변화 신호의 유지시간(간격)을 산출하고, 산출된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)을 이용하여 초당 표본으로 샘플링하여 샘플 개수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 샘플 개수를 미리 정의되어 있는 발사체의 길이에 적용하여 발사체가 포토다이오드 어레이 모듈을 통과할 때의 발사체 속도를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 발사체 속도를 산출하는 방법은 미리 정의되어 있는 초당 표본 추출 비율을 산출된 샘플 개수로 나누어 화살의 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 신호 변화는 상기 교차 어레이를 지나가는 발사체에 의해 발생되는 그림자를 통해 포토다이오드가 레이저 빛을 입력받고 있을 때 나오는 신호의 크기(전압 값)보다 감소된 신호의 크기(전압 값)가 감지되는 신호의 변화인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 좌표 데이터의 산출은 교차 어레이를 갖는 포토다이오드 어레이 중 x축을 갖는 포토다이오드와, y축을 갖는 포토다이오드를 각각 검출하고, 상기 검출된 x축의 포토다이오드 라인과 y축의 포토다이오드 라인이 서로 교차되는 위치를 통해 발사체가 통과되는 위치 좌표를 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 탄착점 설정 이후, 발사체의 성능 평가 방법으로 과녁의 명중률을 측정하는 경우는 추출된 탄착점을 과녁의 명중점과 비교하여 그 오차 범위를 측정하여 명중률을 측정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 탄착점 설정 이후, 발사 실험을 통하여 탄착군의 조밀한 분포에 대해서 측정하는 경우는 앞에 발사된 발사체에서 추출된 탄착점과 새롭게 추출된 탄착점의 오차 범위를 서로 비교함으로써, 탄착군의 분포도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 화살 및 총알 등 발사체의 탄착군을 측정함에 있어서 측정 횟수에 제한이 없으며 시간에 따른 측정 방식으로 발사 후 남은 운동에너지로 인한 오차 데이터를 걸러낼 수 있으므로 정확한 위치를 측정하여 결과로 보여줄 수 있다.
둘째, 속도 측정과 탄착군 위치 측정을 동시에 수행할 수 있어 생산한 발사체의 특성을 효율적으로 파악할 수 있다.
셋째, 기존의 카메라의 샘플링 속도보다 본 발명에 따른 탄착군 및 속도 측정 장치의 샘플링 속도가 10배 이상 빨라 보다 정확하고 효과적인 측정이 가능한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치를 나타낸 전체 시스템
도 2 는 도 1의 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치의 구조를 상세히 나타낸 구성도
도 3 은 본 발명에 따른 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치에 있어서, 포토다이오드 어레이 위로 화살이 지나가면서 레이저를 차단했다가 다시 신호가 들어오는 과정을 전압 레벨과 표본 추출 비율을 이용하여 표현한 그래프
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치를 나타낸 전체 시스템이고, 도 2 는 도 1의 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치의 구조를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 1, 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 화살 및 총알 등 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치는 레이저 광원을 출력하는 라인 레이저 모듈(210)과, 상기 레이저 모듈(210)에서 출력되는 광원을 입력으로 신호 계측을 수행하는 포토다이오드 어레이 모듈(220)과, 상기 포토다이오드 어레이 모듈(220)과 라인 레이저 모듈(210)이 서로 마주보는 형태로 설치되어 발사체(100)의 발사대와 마주보는 위치에 고정되어 설치되는 계측 프레임(240)과, 발사체가 계측 프레임(240) 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 이용하여 발사체의 탄착점 및 속도를 계측하는 계측 처리부(230)로 구성된다.
이때, 상기 라인 레이저 모듈(210) 및 포토다이오드 어레이 모듈(220)은 각각 적어도 2개 이상이 서로 다른 위치에서 교차되도록 설치되어, 포토다이오드에 입력되는 레이저 광원이 계측 프레임(240)내에서 교차 어레이로 구성된다.
또한 상기 계측 처리부(230)는 신호변화 감지부(231)와, 좌표데이터 산출부(232)와, 샘플 개수 산출부(233)와, 탄착점 계측부(234)와, 속도 산출부(235)와, 저장부(236)를 포함한다.
상기 신호변화 감지부(231)는 발사체(100)가 계측 프레임(240) 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지한다. 즉, 발사대에서 발사체(100)를 발사하면 포토다이오드 어레이 모듈(220)과 라인 레이저 모듈(210)이 설치되어 교차 어레이를 구성하고 있는 계측 프레임(240) 사이로 발사체(100)가 지나가게 되는데, 이때 교차 어레이를 지나가는 발사체(100)에 의한 그림자가 발생하게 된다. 상기 그림자란 라인 레이저 모듈(210)에서 출력되어 포토다이오드 어레이 모듈(220)로 수렴되는 광원(레이저)이 발사체(100)에 의해 가려지는 것을 말한다. 이처럼, 상기 그림자로 인해 포토다이오드 어레이 모듈(220) 중 발사체(100)가 지나가는 위치에 있는 하나 이상의 포토다이오드는 수렴되는 광원이 일부 또는 전부가 차단되어 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 포토다이오드가 레이저 빛을 입력받고 있을 때 나오는 신호의 크기(전압 값)(V1)보다 감소된 신호의 크기(전압 값)(V2)가 감지되게 된다. 이때, 상기 신호변화 감지부(231)는 보다 정확한 감지를 위해 ADC 기능을 이용하여 아날로그 신호로 들어온 신호의 크기를 디지털 신호로 변경하여 신호의 크기를 감지한다.
상기 좌표데이터 산출부(232)는 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, 신호변화 감지부(231)에서 감지된 신호가 변화(V1 -> V2)하는 포토다이오드의 위치를 이용하여 발사체(100)가 포토다이오드 어레이 모듈(220)의 통과되는 위치의 좌표 데이터를 산출한다. 이때, 상기 포토다이오드 어레이 모듈(220)은 서로 다른 위치에서 교차되도록 설치되어, 포토다이오드에 입력되는 레이저 광원이 계측 프레임(240)내에서 교차 어레이로 구성되어 있다. 따라서 좌표데이터 산출부(232)는 교차 어레이를 갖는 포토다이오드 어레이 중 x축을 갖는 포토다이오드와, y축을 갖는 포토다이오드를 각각 검출하고, 상기 검출된 x축의 포토다이오드 라인과 y축의 포토다이오드 라인이 서로 교차되는 위치를 통해 발사체(100)가 통과되는 위치 좌표를 손쉽게 산출할 수 있게 된다.
상기 샘플 개수 산출부(233)는 신호변화 감지부(231)에서 감지된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)을 산출한다. 즉, 발사체(100)가 교차 어레이로 구성되어 있는 포토다이오드 어레이 모듈(220)을 통과하는 경우, 포토다이오드 어레이 모듈(220)로 수렴되는 광원(레이저)은 발사체(100)가 투과하는 중에는 연속하여 그림자, 즉 수렴되는 광원이 가려지게 된다. 즉, 발사체(100)가 투과하는 중에는 발사체의 길이만큼 연속하여 그림자가 발생하게 된다.
도 3에서 도시하고 있는 그래프를 통해 설명하면, S1의 위치가 발사체(100)가 포토다이오드 어레이로의 투과되기 시작한 순간이고, S2의 위치가 발사체(100)가 포토다이오드 어레이를 모두 통과한 순간을 나타낸다. 한편, 샘플 개수 산출부(233)는 하단에 위치하는 속도 산출부(235)에서 신호변화 감지부(231)에서 감지된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)(S1 ~ S2)을 이용하여 발사체(100) 속도를 손쉽게 산출할 수 있도록 초당 표본으로 샘플링하여 샘플 개수를 산출한다. 이때, 상기 유지되는 시간(간격)(S1 ~ S2)은 상기 신호변화 감지부(231)에서 ADC 기능을 이용하여 디지털 신호로 구성하고 있으므로, 이미 공지된 초당 표본 샘플링 알고리즘을 통해 손쉽게 샘플링 개수를 산출할 수 있다. 참고로 초당 표본 샘플링 알고리즘을 통한 표본 샘플링 기술은 이미 공지된 기술이며, 또한 표본 샘플링에 따른 기술은 본 발명의 핵심 기술내용에 해당되지 않으므로 이에 따른 상세한 설명은 생략한다.
상기 탄착점 계측부(234)는 좌표데이터 산출부(232)에서 산출된 좌표 데이터를 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보와 서로 비교하여 산출된 좌표 데이터와 매칭되는 위치정보를 탄착점으로 설정한다.
상기 속도 산출부(235)는 샘플 개수 산출부(233)에서 산출된 변화된 신호의 유지 시간을 기반으로 산출된 샘플 개수를 미리 정의되어 있는 발사체의 길이에 적용하여 발사체(100)가 포토다이오드 어레이 모듈(220)을 통과할 때의 발사체(100) 속도를 산출한다. 즉, 미리 알고 있는 발사체(100)의 길이가 산출된 샘플 개수에 의해 얼마나 빨리 포토다이오드 어레이를 통과했는지를 산출할 수 있으므로, 미리 정의되어 있는 초당 표본 추출 비율을 산출된 샘플 개수로 나누어주면 손쉽게 발사체(100)의 속도를 계산할 수 있다.
상기 저장부(236)는 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보 및 추출된 탄착점을 저장하는 탄착점 계측 정보 DB(236a)와, 사용되는 발사체의 길이 및 초당 표본 추출 비율을 저장하는 발사체 길이 정보 DB(236b)를 포함한다.
한편, 본 발명에서 사용되는 포토다이오드 어레이 모듈(220)은 포토다이오드의 개수가 한 축에 대해서 112개로, 교차 어레이로 구성되어 224개가 사용된다. 그러나 이 정도로 많은 규모의 포토다이오드에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꿔줄 수 있는 마이크로프로세서가 현재는 존재하지 않는 문제가 발생한다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해서 마이크로프로세서의 제한된 ADC 포트를 확장하기 위해 두 단계에 걸쳐서 2개의 아날로그 먹스를 연결한다. 이 방식을 통해서 1개의 ADC 포트로 총 56개의 포토다이오드 신호를 측정 및 선택할 수 있도록 구성함으로써, 현재의 기술수준에서 적용 가능하도록 한다. 그러나 이는 현재의 기술수준에서 한정되는 구성으로, 기술수준의 발전으로 이에 따른 구성은 변경 가능하므로, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1 또는 도 2와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 부재를 지칭한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 먼저 발사대에서 발사체(100)가 발사되면(S10), 발사체(100)가 계측 프레임(240) 내 포토다이오드 교차 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지한다(S20). 그리고 상기 감지된 신호 변화 값을 ADC 기능을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경한다.
이때, 상기 신호 변화는 상기 교차 어레이를 지나가는 발사체(100)에 의해 발생되는 그림자를 통해 포토다이오드가 레이저 빛을 입력받고 있을 때 나오는 신호의 크기(전압 값)보다 감소된 신호의 크기(전압 값)가 감지되는 것을 말한다.
이어, 상기 감지된 신호가 변화(V1 -> V2)하는 포토다이오드의 위치를 이용하여 발사체(100)가 포토다이오드 어레이 모듈(220)의 통과된 위치의 좌표 데이터를 산출한다(S40). 이때, 상기 포토다이오드 어레이 모듈(220)은 위에서 설명하고 있는 것과 같이 서로 다른 위치에서 교차되도록 설치되어, 포토다이오드에 입력되는 레이저 광원이 계측 프레임(240)내에서 교차 어레이로 구성되어 있다. 따라서 좌표데이터 산출부(232)는 교차 어레이를 갖는 포토다이오드 어레이 중 x축을 갖는 포토다이오드와, y축을 갖는 포토다이오드를 각각 검출하고, 상기 검출된 x축의 포토다이오드 라인과 y축의 포토다이오드 라인이 서로 교차되는 위치를 통해 발사체(100)가 통과되는 위치 좌표를 손쉽게 산출할 수 있게 된다.
그리고 상기 산출된 좌표 데이터를 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보와 서로 비교하여 산출된 좌표 데이터와 매칭되는 위치정보를 탄착점으로 설정한다(S50). 이때, 발사체의 성능 평가 방법으로 과녁의 명중률을 측정하는 경우에는 추출된 탄착점을 과녁(300)의 명중점과 비교하여 그 오차 범위를 측정함으로써, 명중률을 측정하며, 또한 과녁(300)의 명중률과 관계없이 발사 실험을 통하여 탄착군의 조밀한 분포에 대해서 측정하는 경우에는 앞에 발사된 발사체(100)에서 추출된 탄착점과 새롭게 추출된 탄착점의 오차 범위를 서로 비교함으로써, 탄착군의 분포도를 측정한다.
또한, 상기 감지된 변화 신호의 유지되는 시간(간격)(S1 ~ S2)을 산출하고, 산출된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)(S1 ~ S2)을 이용하여 초당 표본으로 샘플링하여 샘플 개수를 산출한다(S60).
그리고 상기 산출된 샘플 개수를 미리 정의되어 있는 발사체의 길이에 적용하여 발사체(100)가 포토다이오드 어레이 모듈(220)을 통과할 때의 발사체(100) 속도를 산출한다(S70). 이때, 발사체(100) 속도를 산출하는 방법은 미리 알고 있는 발사체(100)의 길이가 산출된 샘플 개수에 의해 얼마나 빨리 포토다이오드 어레이를 통과했는지를 산출할 수 있으므로, 미리 정의되어 있는 초당 표본 추출 비율을 산출된 샘플 개수로 나누어주면 손쉽게 화살의 속도를 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하다. 즉, 본 발명에 따른 방법에 포함된 여러 단계들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다. 상기 매체는 마그네틱 저장매체(예: 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독매체(예: CD-ROM, DVD), 디지털 저장매체(예: USB 메모리, 메모리 카드(SD, CF, MS, XD) 등) 및 캐리어 웨이브(예: 인터넷을 통한 전송)와 같은 기록매체를 포함한다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 레이저 광원을 출력하는 라인 레이저 모듈과,
    상기 레이저 모듈에서 출력되는 광원을 입력으로 신호 계측을 수행하는 포토다이오드 어레이 모듈과,
    상기 포토다이오드 어레이 모듈과 라인 레이저 모듈이 서로 마주보는 형태로 설치되어 발사체의 발사대와 마주보는 위치에 고정되어 설치되는 계측 프레임과,
    발사체가 계측 프레임 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 이용하여 발사체의 탄착점 및 속도를 계측하는 계측 처리부를 포함하여 구성되고,
    이때, 상기 계측 처리부는
    발사체가 계측 프레임 내 포토다이오드 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지하는 신호변화 감지부와,
    상기 신호변화 감지부에서 감지된 신호가 변화하는 포토다이오드의 위치를 이용하여 발사체가 포토다이오드 어레이 모듈의 통과되는 위치의 좌표 데이터를 산출하는 좌표데이터 산출부와,
    상기 신호변화 감지부에서 감지된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)을 산출하는 샘플 개수 산출부와,
    상기 좌표데이터 산출부에서 산출된 좌표 데이터를 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보와 서로 비교하여 산출된 좌표 데이터와 매칭되는 위치정보를 탄착점으로 설정하는 탄착점 계측부와,
    상기 샘플 개수 산출부에서 산출된 유지 시간(간격)을 기반으로 미리 정의되어 있는 발사체의 길이에 적용하여 발사체가 포토다이오드 어레이를 통과할 때의 발사체 속도를 산출하는 속도 산출부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인 레이저 모듈 및 포토다이오드 어레이 모듈은 각각 적어도 2개 이상이 서로 다른 위치에서 교차되도록 설치되어, 포토다이오드에 입력되는 레이저 광원이 계측 프레임 내에서 교차 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호변화 감지부는 아날로그 신호로 들어온 신호를 디지털 신호로 변경하는 ADC를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 샘플 개수 산출부는 산출된 유지 시간(간격)을 이용하여 초당 표본으로 샘플링하여 샘플 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 속도 산출부는 미리 정의되어 있는 초당 표본 추출 비율을 산출된 샘플 개수로 나누어 발사체의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 장치.
  7. 발사된 발사체가 포토다이오드 교차 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지하는 단계와,
    상기 감지된 신호 변화 값을 ADC 기능을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 단계와,
    상기 감지된 신호가 변화하는 포토다이오드의 위치를 이용하여 발사체가 포토다이오드 어레이의 통과된 위치의 좌표 데이터를 산출하는 단계와,
    상기 산출된 좌표 데이터를 좌표 데이터별로 미리 정의하여 저장하고 있는 탄착점의 위치정보와 서로 비교하여 산출된 좌표 데이터와 매칭되는 위치정보를 탄착점으로 설정하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    이때, 상기 탄착점 설정 이후,
    발사체의 성능 평가 방법으로 과녁의 명중률을 측정하는 경우는 추출된 탄착점을 과녁의 명중점과 비교하여 그 오차 범위를 측정하여 명중률을 측정하고,
    발사 실험을 통하여 탄착군의 조밀한 분포에 대해서 측정하는 경우는 앞에 발사된 발사체에서 추출된 탄착점과 새롭게 추출된 탄착점의 오차 범위를 서로 비교함으로써, 탄착군의 분포도를 측정하는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법.
  8. 발사된 발사체가 포토다이오드 교차 어레이로 지나가면서 발생시키는 적어도 하나 이상의 포토다이오드 어레이의 신호 변화 값을 감지하는 단계와,
    상기 감지된 신호 변화 값을 ADC 기능을 이용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 단계와,
    상기 감지된 변화 신호의 유지시간(간격)을 산출하고, 산출된 변화된 신호의 유지되는 시간(간격)을 이용하여 초당 표본으로 샘플링하여 샘플 개수를 산출하는 단계와,
    상기 산출된 샘플 개수를 미리 정의되어 있는 발사체의 길이에 적용하여 발사체가 포토다이오드 어레이 모듈을 통과할 때의 발사체 속도를 산출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발사체 속도를 산출하는 방법은 미리 정의되어 있는 초당 표본 추출 비율을 산출된 샘플 개수로 나누어 화살의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 신호 변화는 상기 교차 어레이를 지나가는 발사체에 의해 발생되는 그림자를 통해 포토다이오드가 레이저 빛을 입력받고 있을 때 나오는 신호의 크기(전압 값)보다 감소된 신호의 크기(전압 값)가 감지되는 신호의 변화인 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 좌표 데이터의 산출은
    교차 어레이를 갖는 포토다이오드 어레이 중 x축을 갖는 포토다이오드와, y축을 갖는 포토다이오드를 각각 검출하고, 상기 검출된 x축의 포토다이오드 라인과 y축의 포토다이오드 라인이 서로 교차되는 위치를 통해 발사체가 통과되는 위치 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 7 항 또는 제 8 항에 의한 라인레이저와 포토다이오드를 이용한 발사체의 탄착군 및 속도 측정 방법의 각 단계를 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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