KR101499173B1 - 시설물의 위치 및 변위량 측정장치 - Google Patents

Abstract

시설물의 위치 및 변위량 측정장치는 지중관과 같은 시설물 내부에 삽입되는 다수개의 연장로트와; 연장로트 사이에 연결되고, 연장로트가 특정방향으로 전환되도록 연장로트를 서로 연결하는 관절 커넥터와; 연장로트에 구비되어 연장로트의 전환 방향각을 측정하는 각도 측정센서와; 각도 측정센서에 의해 측정된 각도값을 처리하는 개별 처리 유닛과; 개별 처리 유닛에 의해 처리된 데이터값을 취합하여 외부 PC로 전송하는 메인 처리 유닛을 포함한다. 이와 같이 구성되는 시설물의 위치 및 변위량 측정장치에 의하면, 다수개의 관절구조와 로드 구조에 의해 시설물의 위치 파악이 용이하고 정확하고, 측정장치가 방수처리되어 있기 때문에 수중에서도 측정이 가능하고 연장로트를 결합하여 측정길이를 조정할 수 있기 때문에 다양한 측정이 가능하며, 시설물에 대한 시간에 따른 위치 변화량도 같이 측정할 수 있는 이점이 있다.

Description

시설물의 위치 및 변위량 측정장치{DEVICE FOR MEASURING POSITION AND DISPLACEMENT OF FACILITY}

본 발명은 시설물의 위치 및 변위량 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중관로와 같은 시설물에 삽입되거나 부착되어 시설물의 위치 현황 및 그 변위량을 측정하기 위한 측정장치에 관한 것이다.

지하에 매립되어 있거나 육안으로 확인이 어려운 공간에 설치되어 있는 시설물을 관리하기 위해서는 시설물이 설치된 위치 및 그 위치에서 시간에 따른 변위량을 측정하는 것이 매우 중요하다.

특히, 지하에 매립되어 있는 가스관이나 수도관과 같은 경우, 시설물의 위치 상태가 명확하게 측정되지 않으면 지하 굴착이나 구조물의 보수/보강시에 지중관로의 파손이나 노후배관의 절단사고로 이어지기 때문에 대규모의 인명피해나 재산피해가 발생할 우려가 있다.

그리고, 지하 매립 시설물들은 최초 설계도면에 도시된 위치에 정확히 설치되지 않고, 현재 시공상의 문제 등으로 인해 다른 위치에 설치되어 차후에 정확한 위치가 확인되지 않는 등의 문제가 발생한다.

따라서, 관로와 같은 지하 시설물 등의 결함과 그 위치정보를 정확히 검출하여 시설물의 교체 및 보수 부위를 정확하게 분석할 수 있는 시스템이 요구되나, 현재의 위치 측정 방법은 대부분 지상에서 탐사하는 방식이며, 이러한 방식은 금속 관로의 불탐지역 특성이나 기술적인 문제로 인해 실제 위치에 대해 상당한 오차를 발생시키고 있는 것이 현실이다.

기존의 탐사 방법을 살펴보면, 전자유도 탐사법, 지중레이더 탐사법, GPR 탐사법, 탄성파 탐사법, Pigging 탐사법 등이 있다. 전자유도 탐사법은 주로 전기나 통신 등과 같은 케이블과 주철관 등의 금속성 관로를 탐사하는 기법으로서 탐사장비의 구조가 간단하고 휴대가 용이하나, 비금속 관로의 탐사가 어렵다는 문제점이 있다.

지중레이더 탐사법은 적절한 처리에 의해 고분해능의 연속적 지중 단면 영상을 얻을 수 있으나, 지표 아래 깊이까지의 탐사가 불가능한 문제점이 있다. 그리고, GPR 탐사법은 수천 MHz 대역의 고주파 전자파를 지하로 방사시켜 수신되는 신호를 영상으로 처리하는 방법으로서, 가격이 고가인 문제점이 있다.

탄성파 탐사법은 지진파의 굴절현상을 이용하여 지층을 분석하는 방법으로서 지하매설물의 측량보다는 지층의 밀도나 강성을 측정하는데 적합하다. 그리고, Pigging 탐사법은 피깅장비에 관성항법 장치를 장착하여 관로의 위치를 자동측정할 수 있도록 하는 장치이나, 수십 cm의 위치오차가 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 위와 같은 종래 기술에 의한 탐사방법은 시설물이 설치된 실제 위치에서 측정을 하는 것이 아니라 간접적인 방법을 사용하기 때문에 시설물의 정확한 위치 및 시간에 따른 변위량을 측정할 수 없다.

그러므로, 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 시설물에 측정장치를 직접 삽입하여 위치를 측정하는 방법이 제안되었는바, 시설물 중 관로의 설치 상태를 측정하기 위한 측정장치에 대한 일 예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에는 국내 공개특허번호 제2010-0083645호에 의해 "지중관로 위치정보 획득 장치 및 그 방법"이라는 명칭으로 공개된 발명이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 지중관로 위치정보 획득장치(100)가 지중관로(200)를 통과하면서 2차원 좌표 데이터를 정확하게 획득하고, 측정된 2차원 좌표 데이터를 이용하여 지중관로의 위치를 3차원으로 디스플레이하도록 구성된다.

상기 지중관로 위치정보 획득장치(100)는 지중관로를 따라 주행하면서 주행거리에 대응하여 지중관로의 길이방향 거리를 측정하는 거리 측정부(150)와; 지중관로를 따라 주행하면서 지중관로를 따라 주행하면서 지중관로의 2차원 기울기를 측정하는 센서 모듈(140)과; 본체 하부에 배치되어 지중관로를 따라 주행하는 주행부(130)와; 주행부(130)가 지중관로를 따라 주행할 수 있도록 구동하는 구동부(120)와; 측정된 지중관로의 거리 및 2차원 기울기에 따른 2차원 좌표 데이터를 일정 주행 길이별로 저장하고, 구동부의 구동을 제어하는 제어 모듈(120)을 포함한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 지중관로 탐사장치에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

관로 내에 케이블이 설치되어 관경이 협소한 경우, 장치의 삽입이 불가능하므로 관로 위치를 측정하지 못하고, 상수관로나 하수관로의 경우 관로 내에 고여있는 물에 의해 센서가 오작동할 우려가 있다.

그리고, 관로의 경로가 급격할 경우에는 측정장치의 삽입이 어려워 정확한 위치 값에 대한 측정이 불가능하며, 장치가 복잡하고 고가이기 때문에 상용화가 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 지중관로 측정 장치는 관로가 설치된 이후에 사후적으로만 관리가 가능하고, 시간에 따른 위치 변화량을 지속적으로 관찰할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 시설물의 종류나 설치상태와 상관없이 시설물의 설치상태를 측정할 수 있는 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시설물의 설치상태에 대한 측정과 시간에 따른 변위량을 모두 측정할 수 있는 측정장치를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 시설물의 위치 및 변위량 측정장치는 일정한 길이를 가지는 다수개의 연장로트; 상기 연장로트들 사이에 연결되고, 상기 연장로트가 특정방향으로 전환되어 연결되도록 하는 관절 커넥터; 상기 관절 커넥터에 구비되고, 상기 연장로트의 연결각도를 측정하는 각도 측정 센서;및 상기 관절 커넥터와 연결되고, 상기 각도 측정 센서에 의해 측정되는 연결각도와 상기 연장로트의 길이에 의해 각 구성부재의 3차원 공간좌표를 측정하는 메인 계측 유닛을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 관절 커넥터는 3차원 공간 상의 어느 일 평면상을 기준으로 회전하는 제1 관절부와, 상기 제1 관절부가 회전하는 상기 일 평면상과 서로 직교하는 평면 상에서 회전하는 제2 관절부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 시설물의 위치 및 변위량 측정장치는 다수개의 연장로트 중 어느 말단의 연장로트와 연결되고, 상기 연장로트와 연결되는 관절 커넥터가 첫번째 측정 유닛임을 인식시키는 선단 유닛을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 메인 계측 유닛은 상기 메인 계측 유닛과 연결된 상기 관절 커넥터로 전송시작 명령을 전송하되, 상기 전송시작 명령을 전송받은 관절 커넥터가 상기 선단 유닛과 연결된 관절 커넥터가 아니면 이웃하는 관절 커넥터로 상기 전송시작 명령을 지속적으로 전달하고, 상기 선단 유닛과 연결된 관절 커넥터는 상기 전송시작 명령을 받으면 자신의 관절 커넥터를 제1 관절 커넥터로 지칭하여 상기 각도 측정 센서에 의해 측정된 각도 측정값과 함께 이웃하는 관절 커넥터로 전송하고, 상기 이웃하는 관절 커넥터는 순차적으로 n차 관절 커넥터로 지칭하여 각각의 각도 측정 센서에 의해 측정된 각도 측정값과 함께 최종적으로 상기 메인 계측 유닛으로 전송하는 것이 바람직하다.

본 발명의 관절 커넥터는 상기 연장로트와 연결되는 회전 연결부와, 상기 연장로트를 일정 방향으로 전환시키는 단일의 관절부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 관절 커넥터는 유니버셜조인트로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치에 의하면, 지중관로 내에 삽입하기 용이한 다수개의 관절구조와 로드 구조로 구성되어 있으므로 시설물의 위치 파악이 용이하고 정확한 이점이 있다.

그리고, 측정장치가 방수처리되어 있기 때문에 수중에서도 측정이 가능하고 연장로트를 결합하여 측정길이를 조정할 수 있기 때문에 다양한 측정이 가능한 이점이 있다.

또한, 기설치된 시설물의 위치측정뿐만 아니라, 시설물 설치 당시에 측정장치를 같이 매립하여 설치함으로써 시간에 따른 위치 변화량도 같이 측정할 수 있으므로 측정의 다양성이 보장되는 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 지중관로 측정장치를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 바람직한 실시예를 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 구성을 보인 개략 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 연장로트의 구성을 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 일부 구성을 확대하여 보인 부분확대 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 관절 커넥터를 보인 투명 사시도.
도 7은 도 6의 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 메인 처리 유닛을 보인 구성도.
도 9는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 측정원리를 보인 그래프.
도 10은 도 9의 측정원리를 합산한 그래프.
도 11은 도 10의 그래프를 실제 적용한 개념도.
도 12는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 측정 단계를 보인 개념도.
도 13은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 관절 커넥터의 다른 실시예를 보인 부분 사시도.
도 14는 도 13의 기본 개념도.
도 15는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 관절 커넥터의 또 다른 실시예를 보인 부분 사시도.
도 16은 도 15의 기본 개념도.
도 17은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 사용상태를 보인 사시도.
도 18은 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 다른 사용 상태를 보인 사시도.
도 19는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 또 다른 사용 상태를 보인 사시도.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

설명에 앞서, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예(들)에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시 예(들)은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않는다.

하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시 예(들)을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다.

통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시 예(들)은 본 발명의 이상적인 실시 예(들)의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시 예(들)은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 측정장치는 스틱 또는 파이프와 같은 형상의 다수개의 연장로트가 관절부에 의해 꺾어지도록 형성되어 지중 관로와 같은 시설물 내부에 삽입되거나 부착됨으로써 시설물의 설치 위치를 측정하거나 시간에 따른 변위량을 측정하도록 구성된다.

본 발명의 시설물의 위치 현황 및 변위량 측정장치는 일정한 길이를 가지는 다수개의 연장로트(100)와; 상기 연장로트(100)들 사이에 연결되고, 상기 연장로트(100)가 특정방향으로 전환되어 연결되도록 하는 관절 커넥터(200)와; 상기 관절 커넥터(200)에 구비되고, 상기 연장로트(100)의 전환 각도를 측정하는 각도 측정센서(230)와; 상기 각도 측정센서(230)에 의해 측정된 전환 각도를 송수신하여 처리하는 개별 처리 유닛(240)과; 상기 개별 처리 유닛(240)에 의해 처리된 값에 의해 연장로트(100)의 3차원 입체 좌표를 산출하는 메인 계측 유닛(400)을 포함한다.

도 2 내지 도 16에는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 도 2 및 도 3에는 본 발명에 의한 시설물의 위치 현황 및 변위량 측정장치에 대한 전체 사시도가 구성되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 측정장치는 다수개의 연장로트(100)가 관절 커넥터(200)에 의해 연결되고, 상기 관절 커넥터(200)에 구비되는 관절부(210, 220)에 의해 상기 연장로트(100)가 특정방향으로 전환되거나 구부러지도록 구성된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연장로트(100)는 길이방향으로 일정한 길이를 가지고, 로드, 바, 파이프와 같은 형태로 형성되는 로트 케이스(110)와; 상기 로트 케이스(110) 내부에 구비되고, 상기 관절 커넥터(200)와 서로 전기적으로 연결되는 다수개의 전선부(120)를 포함한다.

상기 로트 케이스(110)는 부식이 되지 않는 스테인레스 스틸과 같은 금속류 또는 플라스틱류로 구성될 수 있고, 상기 전선부(120)는 전원선(121), 통신선(123), 및 접지선(125)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 로트 케이스(110)의 양단에는 상기 연장로트(100)의 양단에 연결되는 관절 커넥터(200)와 상기 로트 케이스(110)를 서로 연결시키기 위한 커넥팅부(130)가 구비된다.

상기 커넥팅부(130, 250)는 로트 케이스(110)에도 구비되고, 관절커넥터(200)에도 구비된다. 상기 커넥팅부(130, 250)는 암수 형태로 구성되어, 어느 일측단에 연결되는 다른 커넥팅부(130)와 치합 연결된다.

그리고, 상기 커넥팅부(130)는 물리적으로 연장로트(100)와 관절 커넥터(200)를 연결시킬 뿐만 아니라, 상기 로트 케이스(110)의 전선부(120)를 관절 커넥터(200)의 전선부(243)와 전기적으로도 연결시킨다.

상기 커넥팅부(130, 250)는 방수형으로 구성됨으로써 외부의 습기가 내부로 침투하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 5 내지 도 7에는 상기 관절 커넥터(200)에 대한 바람직한 일 실시예가 도시되어 있다. 상기 관절 커넥터(200)는 공간좌표 상에서 어느 일 평면 상에서 회전하는 제1 관절부(210)와, 상기 제1 관절부(210)가 회전하는 일 평면과 직교하는 다른 일 평면 상에서 회전하는 제2 관절부(220)를 포함한다.

상기 제1 관절부(210) 및 상기 제2 관절부(220)의 일 측단은 서로 물리적 및 전기적으로 연결되고, 타 측단은 연장로트(100)의 일 측단과 서로 물리적 및 전기적으로 연결된다.

상기 제1 관절부(210)와 상기 제2 관절부(220)는 각각 두 개의 관절 몸통부(211)가 서로 상대회전하도록 연결되어 있다. 상기 관절 몸통부(211)의 일단에는 각각 회전 드럼(213)이 형성되고, 각각의 회전 드럼(213)이 서로 마주본 상태로 볼 베어링 등에 의해 회전 결합됨으로써 일방향으로 회전가능하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1 관절부(210)의 회전 드럼(213)이 서로 마주본 상태로 회전하는 방향과 제2 관절부(220)의 회전 드럼(213)이 서로 마주본 상태로 회전하는 방향은 서로 직교 방향이다. 즉, 상기 제1 관절부(210)의 관절 몸통부(211)와 상기 제2 관절부(220)의 관절 몸통부(211)는 직교방향으로 결합되어 있다.

그리고, 상기 회전 드럼(213) 사이에는 회전각도를 측정하는 각도 측정 센서(230)가 구비된다. 상기 각도 측정 센서(230)는 상기 관절 몸통부(211) 사이에서의 상대 회전 각도를 측정하며, 측정된 회전 각도값은 상기 관절 커넥터(200) 내부에 구비되는 개별 처리 유닛(240)에 전달된다.

따라서, 상기 제1 관절부(210)와 제2 관절부(220)는 서로 직교하는 평면상에서의 회전각도를 서로 측정하기 때문에, 상기 제1 관절부(210)에 의해 측정되는 회전각도값을 X-Y 평면에서의 회전각도값이라고 가정하면, 상기 제2 관절부(220)에 의해 측정되는 회전각도값이 Y-Z 평면에서의 회전각도값으로 설정되므로 공간 좌표 상에서의 회전 각도값을 측정할 수 있다.

상기 개별 처리 유닛(240)은 상기 각도 측정 센서(230)에 의해 측정된 회전 각도값을 읽어 드리고, 상기 각도 측정 센서(230)가 몇 번째 센서인지 여부에 따라 상기 관절 커넥터(200)에 구비되는 전선부(243)를 통해 이웃하는 다른 각도 측정 센서(230) 내지 메인 계측 유닛(400)으로 전송한다.

상기 개별 처리 유닛(240)은 상기 각도 측정 센서(230)와 연결되는 마이크로컨트롤러(241)와, 이웃하는 연결로트(100)의 전선부(120) 또는 다른 각도 측정 센서(230) 또는 메인 계측 유닛(400)과 상기 마이크로 컨트롤러(241)를 서로 전기적으로 연결시키는 전선부(243)를 포함한다.

따라서, 상기 각도 측정 센서(230)에 의해 측정된 회전 각도값은 개별 처리 유닛(240)에 전달되어 처리된 후, 이웃하는 연결로트(100)의 전선부(120) 또는 다른 각도 측정 센서(230) 또는 메인 계측 유닛(400)으로 전송된다.

상기 제1 관절부(210)와 제2 관절부(220)의 양단에는 이웃하는 제1 관절부(210) 또는 제2 관절부(220)와 연결되거나 상기 연장 로트(100)와 연결되기 위한 방수형 커넥팅부(250)가 구비된다.

그리고, 상기 연결로트(100) 중 가장 끝쪽에 연결되는 양 말단의 연결로트(100)에는 선단 유닛(300)과 메인 계측 유닛(400)이 각각 연결된다.

상기 선단 유닛(300)은 상기 각도 측정 센서(230) 중 가장 먼저 측정되는 각도 측정 센서(230)를 구별하기 위한 것으로서, 상기 선단 유닛(300) 내에 구비되는 첫 번호 인식라인(310)과 상기 전선부(120)의 접지선(125)을 연결시켜 상기 개별 처리 유닛(240)에서 첫번호를 인식하도록 구성된다.

그리고, 상기 선단 유닛의 첫 번호 인식라인(310)은 상기 선단 유닛(300)과 연결되는 관절 커넥터(200)의 개별 처리 유닛(240)과 연결됨으로써 상기 개별 처리 유닛(240)이 첫 번째 측정하는 회전각도값임을 인지하도록 한다.

상기 메인 계측 유닛(400)은 전체 측정 데이터를 수집하여 가공한 후 외부의 중앙처리장치로 전송시키는 역할을 하는 것으로서, 전원모듈(410)과, 메인 컨트롤러(420)와, 통신모듈(430)을 포함할 수 있다.

상기 전원모듈(410)은 장치 내의 소자에 전원을 공급하고, 상기 메인 컨트롤러(420)는 각각의 관절 커넥터(200)에서 측정된 회전각도를 수집하여 가공하는 역할을 하며, 상기 통신모듈(430)은 수집된 데이터를 외부로 송신하는 역할을 한다.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치에 대해 상세하게 설명한다.

도 9 내지 도 11에는 시설물의 위치 및 변위량 측정장치에 대한 작동원리가 도시되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, L1의 길이를 일정한 길이로 고정하고, 최초 측정 좌표인 P1과 P1으로부터의 회전각도 R1을 알면 삼각함수를 이용해 평면 좌표 상의 P2 좌표를 구할 수 있다.

즉, P1으로부터 P2 좌표를 획득하고, 다시 P2 좌표에서의 회전각도 R2와 일정길이 L2를 이용하면 P3 좌표를 획득할 수 있으며, 이를 계속 반복수행하면 최종 좌표를 획득할 수 있다.

본 발명에서는 연장 로트(100) 및 관절 커넥터(200)의 길이를 일정길이 L1으로 가정하고, 관절 커넥터(200)의 각도 측정 센서(230)에서 측정된 회전각도값을 R1, R2, ... 등으로 설정하면, 선단 유닛(300)에서 결정되는 최초 좌표 P1으로부터 각 연장로트(100) 내지 관절 커넥터(200)의 위치 좌표를 획득할 수 있다.

다만, 상기 관절 커넥터(200)에서는 일방향으로 회전하는 제1 관절부(210)와, 상기 제1 관절부(210)에 수직하는 제2 관절부(220)에 의해 두 개의 회전각도값이 측정되는데, 이는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 제1 관절부(210)에 의해 측정되는 회전각도값을 X-Y 평면상에서의 회전각도값이라고 가정하고, 상기 제2 관절부(220)에 의해 측정되는 회전각도값을 Y-Z 평면상에서의 회전각도값이라고 가정한 후, 제1 관절부(210)에 의해 측정되는 회전각도값과 제2 관절부(220)에 의해 측정되는 회전각도값을 각각 합산함으로써 각각의 관절 커넥터(200)의 3차원 위치 좌표값을 계산할 수 있다.

보다 상세하게는, 도 12에 도시된 바와 같이 메인 계측 유닛(400)이 전송 시작 명령를 인접하는 4번 관절 커넥터(200)로 송부하면, 4번 관절 커넥터(200)는 자신이 첫 번호인지 확인하고 첫 번호가 아니면 이웃하는 3번 관절 커넥터(200)로 전송시작 명령을 전달한다. 자신이 첫 번호인지 여부는 상기 선단 유닛(300) 내에 구비되는 첫 번호 인식라인(310)과 연결되어 있는지 여부에 의해 판단된다.

마찬가지로, 3번 관절 커넥터(200)도 첫 번호가 아니기 때문에 이웃하는 관절 커넥터(200)로 전송 시작 명령을 계속 전달하게 되고, 최종적으로 선단 유닛(300)과 연결된 1번 관절 커넥터(200)로 전송 시작 명령이 전달된다.

1번 관절 커넥터(200)는 첫 번호 인식라인(310)과 연결되어 있기 때문에 지산이 첫 번호라는 것을 인식할 수 있으며, 전송 시작 명령에 의해 첫 번호를 인식하면 자신의 번호를 [M0001]과 같은 형태로 셋팅한다.

그리고, 자신의 번호와 함께 측정된 회전 각도값을 수치화하여 2번 관절 커넥터(200)로 전송한다(예를 들어, [M0001, R12.8]). 2번 관절 커넥터(200)가 1번 관절 커넥터(200)로부터 데이터를 받으면 자신의 번호를 [M0002]으로 셋팅한 후, 회전각도값을 수치화하여 3번 관절 커넥터(200)로 전송한다.

이와 같은 방법을 반복함으로써 각각의 관절 커넥터(200)에서 측정된 회전각도값을 메인 계측 유닛(400)으로 전달한다. 상기 메인 계측 유닛(400)은 전달받은 데이터를 모두 취합하여 PC와 같은 중앙처리장치로 전송한다.

중앙처리장치는 상기 메인 계측 유닛(400)으로부터 전달받은 데이터에 의해 시설물 예상 로드맵을 작성할 수 있다. 즉, 상기 중앙처리장치는 상기 메인 계측 유닛(400)에 의해 측정되는 시설물의 위치 데이터에 근거하여 3차원 공간에서 시설물의 위치 및 현황을 디스플레이할 수 있다.

이때, 상기 중앙처리장치는 상기 메인 계측 유닛(400)에 의한 시설물의 위치 데이터에 근거하여 시설물의 위치를 예상하여 예상 분포도 형태로 나타낼 수 있다. 즉, 실제 시설물은 3차원 형상이나 상기 메인 계측 유닛(400)에 의해 측정되는 위치 데이터는 벡터 데이터로 나타나기 때문에 실제 시설물의 정확한 형상을 알 수 없다.

따라서, 상기 중앙처리장치는 측정하고자 하는 시설물의 형상 데이터를 통해 상기 메인 계측 유닛(400)에 의해 측정되는 위치 데이터를 확률적으로 계산하여 3차원 데이터로 가공하여 디스플레이한다.

보다 상세하게 설명하면, 도 11에 도시된 바와 같이 실제 측정되는 시설물은 일정한 관경을 가지는 지중관로 형태이나 상기 메인 계측 유닛(400)에 의해 측정되는 데이터는 굴곡된 직선 형태로 나타난다. 따라서, 이러한 직선 형태의 데이터에 시설물에 대한 형상 데이터, 즉 관경, 두께 등에 대한 데이터를 적용시켜 확률적으로 시설물의 3차원 형상을 재현해낸다.

상기 중앙처리장치는 상기 메인 계측 유닛(400)에 의해 측정되는 직선 벡터를 관경의 중심, 최외곽 표면, 관경 내부의 일지점 등으로 세분화된 위치 데이터로 가정한 뒤, 이러한 직선 벡터에 의해 형성될 수 있는 공간상의 형상을 확률적으로 나타낸다.

상기 중앙처리장치에 의해 확률적으로 재현된 3차원 형상을 통해 보다 정확한 시설물의 위치를 판단할 수 있고, 그에 따라 시설물의 보수 및 교체가 용이하도록 할 수 있다.

도 13 내지 도 16에는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치의 다른 실시예들이 도시되어 있다.

도 13에는 관절 커넥터(200)가 제1 관절부(210)와 제2 관절부(220)로 구분되어 구성되지 않고 하나의 관절부로 구성되되, 상기 관절 커넥터(200) 중 어느 하나가 연장 로트(100)와 연결되는 부분에 회전 연결부(260)를 포함하도록 구성된 실시예가 도시되어 있다.

기존과 동일하게 상기 관절 커넥터(200)의 회전 드럼(213)이 서로 마주보도록 연결된 부분에는 각도 측정 센서(230)가 구비되나, 상기 관절 커넥터(200)가 연장 로트(100)와 연결되는 회전 연결부(260) 부분에도 각도 측정 센서(230)가 구비된다.

따라서, 상기 회전 연결부(260)에 구비된 각도 측정 센서(230)에 의해 최초 회전각(θ₁, θ₂, ...)을 측정하고, 상기 관절 커넥터의 회전 드럼(213)에 구비된 각도 측정 센서(230)에서 회전각(R1, R2, ...)을 측정함으로써 공간좌료를 측정하도록 구성될 수 있다.

도 14에는 관절 커넥터(200)가 유니버셜 조인트와 같은 형태로 구성되고, 두 개의 각도 측정 센서(230)를 구비함으로써 공간좌표를 측정하도록 구성된 실시예가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 두 개의 각도 측정 센서(230)에서 측정된 공간좌표 상의 각도 벡터를 기준으로 각각의 공간좌표를 설정함으로써 위치 데이터를 측정할 수 있다.

다만, 상기 회전 연결부(260)가 특정 각도 이상으로 회전하지 않도록 제한됨으로써 회전각 측정에서 발생하는 오류를 제어할 수 있다.

도 17 내지 도 19에는 본 발명에 의한 시설물의 위치 및 변위량 측정장치에 대한 사용상태가 도시되어 있다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 측정장치는 지하에 매립된 지중관로에 본 측정장치를 삽입하고, 각각의 관절 커넥터에서 측정되는 위치데이터를 통해 지중관로의 설치위치를 3차원 공간좌표로 측정할 수 있다.

그리고, 도 18은 본 발명의 측정장치를 기차 선로의 지반에 설치된 상태를 도시한 것이다. 측정장치를 기차 선로가 설치된 지반에 매립하여 설치하면, 폭우나 지진 등에 의해 지반이 변형된 상태를 감지할 수 있다.

즉, 지반의 변형이 발생되면 본 발명의 측정장치도 지반의 변경상태에 따라 설치 위치가 변경되기 때문에 위치 변형량을 측정하여 지반의 변형량을 측정하도록 사용될 수도 있다.

도 19는 본 발명의 측정장치를 경사면의 옹벽에 매립 설치된 상태를 도시한 것이다. 도 19의 사용상태도 도 18과 마찬가지로 경사면에 본 발명의 측정장치를 매립하여 설치한 후, 시간 경과에 따른 변형량을 측정함으로써 경사면의 변형형태를 감지할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 측정장치가 시설물의 변형량을 측정하도록 사용하는 경우에는, 상기 중앙처리장치가 각도 측정 센서(230)에 의해 측정되는 측정각이 일정 각도 이상으로 변하는 경우에 경보를 울리도록 구성될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

본 명세서에서는 관절 커넥터의 실시예를 3가지로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 연장로트가 특정방향으로 전환되어 연결되도록 하는 다른 구성을 모두 포함할 수 있음은 당연하다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 연장로트 110 : 로트 케이스
120, 243 : 전선부 130, 250 : 커넥팅부
200 : 관절 커넥터 211 : 관절 몸통부
213 : 회전 드럼 230 : 각도 측정 센서
240 : 개별 처리 유닛 260 : 회전 연결부
300 : 선단 유닛 400 : 메인 계측 유닛

Claims (6)

1. 일정한 길이를 가지는 다수개의 연장로트;
   상기 연장로트들 사이에 연결되고, 상기 연장로트가 특정방향으로 전환되어 연결되도록 하는 관절 커넥터;
   상기 관절 커넥터에 구비되고, 상기 연장로트의 연결각도를 측정하는 각도 측정 센서; 및
   상기 관절 커넥터와 연결되고, 상기 각도 측정 센서에 의해 측정되는 연결각도와 상기 연장로트의 길이에 의해 각 구성부재의 3차원 공간좌표를 측정하는 메인 계측 유닛을; 포함하고,
   상기 다수개의 연장로트 중 어느 말단의 연장로트와 연결되고, 상기 연장로트와 연결되는 관절 커넥터가 첫번째 측정 유닛임을 인식시키는 선단 유닛을 포함하며,
   상기 메인 계측 유닛은
   상기 메인 계측 유닛과 연결된 상기 관절 커넥터로 전송시작 명령을 전송하되, 상기 전송시작 명령을 전송받은 관절 커넥터가 상기 선단 유닛과 연결된 관절 커넥터가 아니면 이웃하는 관절 커넥터로 상기 전송시작 명령을 지속적으로 전달하고,
   상기 선단 유닛과 연결된 관절 커넥터는 상기 전송시작 명령을 받으면 자신의 관절 커넥터를 제1 관절 커넥터로 지칭하여 상기 각도 측정 센서에 의해 측정된 각도 측정값과 함께 이웃하는 관절 커넥터로 전송하고,
   상기 이웃하는 관절 커넥터는 순차적으로 n차 관절 커넥터로 지칭하여 각각의 각도 측정 센서에 의해 측정된 각도 측정값과 함께 최종적으로 상기 메인 계측 유닛으로 전송하는
   시설물의 위치 및 변위량 측정장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 관절 커넥터는
   3차원 공간 상의 어느 일 평면상을 기준으로 회전하는 제1 관절부와,
   상기 제1 관절부가 회전하는 상기 일 평면상과 서로 직교하는 평면 상에서 회전하는 제2 관절부를 포함하는
   시설물의 위치 및 변위량 측정장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 관절 커넥터는
   상기 연장로트와 연결되는 회전 연결부와,
   상기 연장로트를 일정 방향으로 전환시키는 단일의 관절부를 포함하는
   시설물의 위치 및 변위량 측정장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 관절 커넥터는
   유니버셜조인트로 구성되는
   시설물의 위치 및 변위량 측정장치.

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