KR101503693B1 - 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법 - Google Patents

토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법에 관한 것으로, 본 발명은 상기 카메라와 수평감지기 및 알림수단이 장착된 삼각대를 관측지점에 거치하여 상기 카메라의 망원렌즈가 진단하고자 하는 구조물을 향하도록 하고 상기 삼각대에 구비된 수평조절기구에 의하여 거치대 마운트, 복합거치대, 카메라, 수평감지기를 수평으로 유지하는 단계; 상기 입력부에 진단모드가 입력되면, 상기 안전진단제어부가 카메라 구동신호를 출력하고, 상기 카메라 구동부가 카메라를 구동시켜 구조물의 촬영이 이루어지는 단계; 상기 카메라에 의하여 촬영된 구조물 촬영 이미지가 상기 구조물 외곽선 추출부에 전송되고, 구조물 외곽선 추출부에서 구조물 촬영 이미지를 디지털신호프로세싱 처리에 의하여 구조물 외곽선을 추출하는 단계; 상기 구조물 외곽선 추출부에서 추출된 구조물 외곽선을 기준선와 함께 표시부에 표시함과 동시에 상기 각도비교산출부에서 기준선에 대한 구조물 외곽선의 기울기 각도를 산출하는 단계; 상기 각도비교산출부에서 산출된 구조물 외곽선의 기울기 각도가 상기 안전진단제어부에 전송되고, 안전진단제어부가 기울기 각도가 "0"이면(θ = 0), 안전진단제어부가 진단모드 종료신호를 출력하고, 기울기 각도가 "0"보다 작거나 크면(0 > θ > 0), 안전진단제어부가 틸팅구동신호를 출력하고, 틸팅구동신호에 따라 틸팅구동부가 틸팅수단을 구동시키며, 상기 카메라 마운트와 카메라 마운트에 장착된 카메라, 망원렌즈 및 수평감지기가 망원렌즈의 광축을 기준으로 회동하도록 틸팅시키는 단계; 상기 틸팅단계에서 상기 수평감지기가 틸팅됨에 따라 감지센서가 알림신호를 출력하고, 상기 알림신호에 따라 상기 알림수단이 작동하여 구조물이 기울어졌음을 알리는 단계; 를 포함하며, 구조물의 외곽선을 광학적 망원렌즈가 구비된 카메라를 이용하여 원격지에서 촬영하고, 촬영된 이미지를 DSP 방식으로 분석하여 구조물의 안전을 진단할 수 있으며, 구조물의 안전진단을 용이하게 진행하며 해당 장비의 구성이 간단하고 운용비용이 적게 소요되며 유지보수가 간편하고 우선적으로 작업자를 안전하게 보호하여 필요한 시기에 신속하게 안전진단할 수 있도록 한 것이다.

Description

토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법{Method for diagnosing safety of structure using telescope camera1}
본 발명은 안전진단 분야 기술 중에서 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 교량, 교각 등과 같이 길이가 길거나 높이가 높으면서 접근이 어려운 구조물을 광학 망원렌즈가 장착된 카메라를 이용하여 필요한 시기에 안전하게 원격 촬영하고, 촬영된 이미지를 디지털시그널프로세싱(DSP)으로 분석하여 교량, 교각이 포함되는 구조물의 안전상태를 원격 진단하는 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법에 관한 것이다.
자연적으로 형성된 자연구조물 및 토목, 건축 등으로 형성된 인공구조물 특히 대형건물이나 교량 등은 설계로부터 준공에 이르기까지 철저한 감리와 준공 후의 정기적인 안전진단을 통해 지속적인 안전성을 검증받는 것이 일반적이다.
이하의 설명에서 구조물은 토목구조물, 건축구조물, 인공구조물, 자연구조물을 포함하는 것으로 기재하기로 한다.
모든 구조물은 잘 지어지고 안전진단을 무사히 통과한 후에도 사용 중 내부와 외부의 다양한 원인에 의해 순식간에 붕괴되어 대형 참사를 일으킬 수 있는 위험성을 항상 내재하고 있다.
구조물의 붕괴와 대형 참사 등을 막기 위해서는 변위, 장애, 이상 등이 발견되는 즉시 보수하거나 만약에 대비하여 인명 대피, 사용 중지 등의 조치를 신속하게 취할 수 있는 감시 및 경보 체계를 항상 갖출 필요가 있다.
구조물의 일반적인 안전진단 방식에는 가장 기초저거인 외관검사 외에 방사선 투과, 초음파 탐상 등의 비파괴검사(NDT: Non-Destructive Testing)가 있으며, 이러한 비파괴검사를 통하여 구조물의 안전성 여부를 정밀하게 진단할 수 있다.
이러한 비파괴검사는 구조물의 시공과정, 시공 후 정기적 또는 비정기적으로 안전진단을 위해 꼭 필요하지만 상시적 감시수단으로는 적합하지 않은 것이 일반적이다.
즉, 비파괴검사는 구조물 특성에 따라 매우 다양하게 실시되어야 하며 각 분야의 전문가들에 의해 이루어져야 하고 검사를 위한 준비와 진단에 많은 시일이 소요되는 문제가 있다.
또한 상시적인 감시 시스템에는 운영상 경제성을 고려하지 않을 수 없고 비파괴검사는 고급인력과 고가의 장비를 필요로 하기 때문에 경제성이 크게 떨어진다.
구조물 안전의 상시감시와 관련한 종래 기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허번호 제10-2000-0065831호(2000.11.15. 공개) "광섬유를 이용한 건축 구조물의 내부균열 감지센서"에서 건축구조물의 내부균열 등을 감시할 수 있는 감지센서 관련 기술이 개시되어 있다.
종래 기술은 구조물을 형성하는 콘크리트의 내부에 광섬유를 함께 매립하고 광섬유의 끝 부분에 광커넥터를 설치하며, 각 광커넥터에는 광섬유 케이블이 연결되고, 광섬유 케이블의 끝단에는 광송신장치와 광수신장치가 각각 연결되어 감지센서를 구성한다.
감지센서는 구조물(콘크리트)과 동일한 재질로 된 몸체에 광섬유 케이블을 관통시켜 구조물에 매립한다. 이러한 종래의 감지센서는 구조물의 내부균열이 발생할 때 끊어지거나 변형되어 그 광전송기능에 사실상의 오류 또는 장애를 일으키도록 의도된 구성이다.
감지센서가 매립되어 있는 구조물은 그 광섬유의 케이블 한쪽 끝에서 레이저광을 입사시키고 다른 쪽 끝에서 레이저광을 수광하여 레이저광의 수광유무 또는 광량변화를 분석하여 해당 구조물의 내부균열 등을 감시할 수 있다.
광섬유 케이블을 이용한 감지센서 방식은 구조물에 매립된 광섬유 케이블이 안전하게 시공되고 잘 보존된 상태에서만 상시적으로 감시할 수 있으며, 구조물의 내부균열에 의해 매설된 광섬유 케이블이 절단되거나 장애가 발생하면 광섬유 케이블을 재사용하거나 복수할 수 없으므로 사용상 한시적으로 제한되는 문제가 있다.
즉, 종래 기술은 구조물에 매설된 광섬유 케이블에 장애가 발생하여 본래의 기능을 상실하는 경우 해당 구조물의 안전을 다른 방식으로 감시 또는 진단하여야 한다.
또한 종래 기술은 광섬유 케이블의 특성상 구조물(콘크리트)의 타설, 양생 과정에서 광섬유 케이블이 손상되기 쉽고, 일단 손상되면 복구가 거의 불가능할 뿐만 아니라 기존 구조물이나 콘크리트가 아닌 목조나 철골조에는 적용하기 어려운 문제가 여전히 남아 있다.
이러한 문제를 일부 개선한 종래 기술로서 대한민국 특허출원 제10-2001-0052103호(2001.08.28. 출원) "광학식 구조물 안전감시장치"에서 레이저 타깃을 포터블 형태로 구성하고 있다.
개선된 종래 기술은 레이저 타깃인 리니어 이미지 센서와 빔스프리터를 이동식과 탈부착 가능한 방식으로 구조물에 설치하고, 레이저 발진기로 타깃을 향해 레이저를 출력하여 구조물의 변위를 측정하는 구성이다.
그러나 개선된 종래 기술은 광학식 구조물 안전감시장치는 이동식이고 구조물의 변위를 여러 곳에서 측정하기 위하여 복수의 레이저를 이용해야 하기 때문에 구성이 복잡하며, 공사비 부담이 가중되는 문제가 있고, 변위센서를 포터블 형태로 구성하므로 측정시마다 변위센서를 옮기고 기준위치를 정밀하게 고정하는 등의 실시간 진단이 어려운 문제가 여전히 남아 있다.
또한 종래 기술들은 비교적 접근하기 쉽거나 가까운 거리에 위치하는 구조물의 안전을 진단하는 방식이므로 접근이 어려운 구조물을 안전하게 상시 진단하기 어려운 문제가 여전히 남아 있다.
따라서 광학 망원렌즈를 이용하여 접근이 어려운 구조물의 안전진단을 원격 광학촬영함으로써 장치의 전체 구성이 간단하고, 운용, 유지보수, 안전진단이 용이하며, 모든 종류의 구조물 안전진단에 응용할 수 있는 기술을 개발할 필요가 있다.
또한 접근이 어려운 구조물의 안전진단에 따른 작업자의 안전성을 우선적으로 확보하여 작업자를 안전하게 보호하는 기술을 개발할 필요가 있다.
대한민국 특허 등록 제10-1242564호(2013.03.06. 등록) "토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법" 대한민국 특허 등록 제10-1247966호(2013.03.21. 등록) "토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법"
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 구조물의 외곽선을 광학적 망원렌즈가 구비된 카메라를 이용하여 원격지에서 촬영하고, 촬영된 이미지를 DSP 방식으로 분석하여 구조물의 안전을 진단하는 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 구조물의 안전진단을 용이하게 진행하며 해당 장비의 구성이 간단하고 운용비용이 적게 소요되며 유지보수가 간편하고 우선적으로 작업자를 안전하게 보호하여 필요한 시기에 신속하게 안전진단할 수 있는 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 상단에 거치대 마운트와 상기 거치대 마운트의 수평을 조절하는 수평조절기구가 구비되는 삼각대; 상기 삼각대의 거치대 마운트에 결합되는 베이스 플레이트과, 상기 베이스 플레이트에 회동 가능하게 지지되는 카메라 마운트가 구비된 복합거치대; 상기 베이스 플레이트에 장착되어 카메라 마운트를 회동시키는 틸팅수단; 상기 복합거치대의 카메라 마운트에 장착되는 카메라 본체와, 카메라 본체에 탑재되는 망원렌즈를 포함하여 원격지점에서 구조물을 촬영하는 카메라; 상기 카메라와 함께 상기 카메라 마운트에 거치되어 복합거치대와 카메라의 수평여부를 감지하는 수평감지기; 상기 수평감지기에 의하여 감지된 수평감지신호에 따라 경사여부를 알리는 알림수단; 및 상기 안전진단제어수단은, 카메라를 구동하는 카메라 구동부와, 상기 카메라에서 촬영된 구조물의 이미지를 디지털신호프로세싱 처리 및 분석하여 구조물 외곽선을 추출하는 구조물 외곽선 추출부와, 상기 구조물 외곽선과 수직기준선을 함께 표시하는 표시부와, 상기 수직기준선과 구조물 외곽선을 비교하여 구조물 외곽선의 기울기 각도산출하는 각도비교산출부와, 상기 각도비교산출부에서 산출된 기울기 각도에 따라 틸팅수단을 구동시키는 틸팅구동신호를 출력하는 안전진단제어부, 상기 안전진단제어부의 틸팅구동신호에 따라 틸팅수단을 구동하는 틸팅구동부 및, 진단과정의 각 모드를 입력하기 위한 입력부를 포함하는 안전진단제어수단을 구비하며, 상기 카메라와 수평감지기 및 알림수단이 장착된 삼각대를 관측지점에 거치하여 상기 카메라의 망원렌즈가 진단하고자 하는 구조물을 향하도록 하고 상기 삼각대에 구비된 수평조절기구에 의하여 거치대 마운트, 복합거치대, 카메라, 수평감지기를 수평으로 유지하는 단계; 상기 입력부에 진단모드가 입력되면, 상기 안전진단제어부가 카메라 구동신호를 출력하고, 상기 카메라 구동부가 카메라를 구동시켜 구조물의 촬영이 이루어지는 단계; 상기 카메라에 의하여 촬영된 구조물 촬영 이미지가 상기 구조물 외곽선 추출부에 전송되고, 구조물 외곽선 추출부에서 구조물 촬영 이미지를 디지털신호프로세싱 처리에 의하여 구조물 외곽선을 추출하는 단계; 상기 구조물 외곽선 추출부에서 추출된 구조물 외곽선을 기준선와 함께 표시부에 표시함과 동시에 상기 각도비교산출부에서 기준선에 대한 구조물 외곽선의 기울기 각도를 산출하는 단계; 상기 각도비교산출부에서 산출된 구조물 외곽선의 기울기 각도가 상기 안전진단제어부에 전송되고, 안전진단제어부가 기울기 각도가 "0"이면(θ = 0), 안전진단제어부가 진단모드 종료신호를 출력하고, 기울기 각도가 "0"보다 작거나 크면(0 > θ > 0), 안전진단제어부가 틸팅구동신호를 출력하고, 틸팅구동신호에 따라 틸팅구동부가 틸팅수단을 구동시키며, 상기 카메라 마운트와 카메라 마운트에 장착된 카메라, 망원렌즈 및 수평감지기가 망원렌즈의 광축을 기준으로 회동하도록 틸팅시키는 단계; 상기 틸팅단계에서 상기 수평감지기가 틸팅됨에 따라 감지센서가 알림신호를 출력하고, 상기 알림신호에 따라 상기 알림수단이 작동하여 구조물이 기울어졌음을 알리는 단계; 를 포함하여 구성되는 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법을 제공한다.
본 발명의 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법에 의하면 상단에 거치대 마운트와 상기 거치대 마운트의 수평을 조절하는 수평조절기구가 구비되는 삼각대; 상기 삼각대의 거치대 마운트에 결합되며 틸팅수단이 구비된 복합거치대; 상기 복합거치대에 장착되는 카메라 본체와, 카메라 본체에 탑재되는 망원렌즈를 포함하여 원격지점에서 구조물을 촬영하는 카메라; 상기 카메라와 함께 복합거치대에 거치되어 복합거치대와 카메라의 수평여부를 감지하는 수평감지기; 상기 수평감지기에 의하여 감지된 수평감지신호에 따라 경사여부를 알리는 알림수단; 상기 카메라에 의해 촬영된 구조물 이미지에서 구조물 외곽선을 추출하고, 구조물 외곽선와 수직기준선을 표시함과 아울러 비교하여 구조물 외곽선의 기울기 각도를 산출하며, 구조물 외곽선의 기울기 각도에 따라 틸팅수단을 구동하는 안전진단제어수단; 을 포함하여, 구조물의 외곽선을 광학적 망원렌즈가 구비된 카메라를 이용하여 원격지에서 촬영하고, 촬영된 이미지를 DSP 방식으로 분석하여 구조물의 안전을 진단할 수 있으며, 구조물의 안전진단을 용이하게 진행하며 해당 장비의 구성이 간단하고 운용비용이 적게 소요되며 유지보수가 간편하고 우선적으로 작업자를 안전하게 보호하여 필요한 시기에 신속하게 안전진단할 수 있게 된다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 의한 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법의 바람직한 실시예를 보인 것으로,
도 1은 발명을 구현하기 위한 정밀안전진단 장비를 구성하는 삼각대, 표시부와 입력부를 제공하는 노트북 컴퓨터 및 진단대상 구조물을 보인 사시도,
도 2는 발명을 구현하기 위한 정밀안전진단 장비를 구성하는 삼각대, 복합거치대, 틸팅수단, 카메라, 수평감지기 및 알림수단을 보인 분해 사시도,
도 3은 발명을 구현하기 위한 정밀안전진단 장비를 구성하는 본 발명의 기능 블록도,
도 4는 본 발명에 의한 안전정밀진단 방법을 설명하기 위한 순서도
도 5는 기준선에 대한 구조물 외곽선의 기울기 각도가 "0"인 상태를 보인 표시부의 정면도,
도 6은 기준선에 대한 구조물 외곽선의 기울기 각도가 "0"보다 작은 상태를 보인 표시부의 정면도,
도 7은 기준선에 대한 구조물 외곽선의 기울기 각도가 "0"보다 큰 상태를 오인 표시부의 정면도,
그리고,
도 8은 수평감지기와 알림수단의 동작을 보인 정면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 의한 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법을 첨부도면에 예시한 바람직한 실시예에 따라서 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법은 토목구조물 및 건축물의 안전진단을 위한 것이며, 특히 교량의 교각의 기울음을 정밀진단하는 데에 최적화할 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법을 구현하기 위한 정밀안전진단 장비에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법을 구현하기 위한 장비는, 상단에 거치대 마운트(150)와 상기 거치대 마운트(150)의 수평을 조절하는 수평조절기구(160)가 구비되는 삼각대(100); 상기 삼각대(100)의 거치대 마운트(150)에 결합되는 복합거치대(200); 상기 복합거치대(200)에 장착되는 틸팅수단(300); 상기 복합거치대(200)에 장착되는 카메라 본체(410)와, 카메라 본체(410)에 탑재되는 망원렌즈(420)를 포함하여 원격지점에서 구조물을 촬영하는 카메라(400); 상기 카메라(400)와 함께 복합거치대(200)에 거치되어 복합거치대(200)와 카메라(400)의 수평여부를 감지하는 수평감지기(500); 상기 수평감지기(500)에 의하여 감지된 수평감지신호에 따라 경사여부를 알리는 알림수단(600); 상기 카메라(400)에 의해 촬영된 구조물 이미지에서 구조물 외곽선(L1)을 추출하고, 구조물 외곽선(L1)과 수직기준선(L0)을 표시함과 아울러 비교하여 구조물 외곽선(L1)의 기울기 각도를 산출하며, 구조물 외곽선(L1)의 기울기 각도에 따라 틸팅수단(300)을 구동하는 안전진단제어수단(700); 을 포함하여 구성된다.
상기 삼각대(100)는 통상적인 카메라 거치용 삼각대라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다. 도시예에서 삼각대(100)는 상단지지대(110)와, 상기 상단지지대(110)에 상단이 힌지연결되어 접었다 펼 수 있는 3개의 다리(120)를 포함한다.
상기 다리(120)는 신축 가능하게 결합되는 상부다리(121)와 하부다리(122)를 구비하며, 상기 상단지지대(110)의 중앙에서 하향 연장된 지지봉(130)과 상부다리(121)와 지지봉(130)을 연결하는 접이식 다리지지구(140)에 의하여 지지된다. 상기 상부다리(121), 하부다리(122), 지지봉(130) 및 다리지지구(140)는 통상적인 카메라용 삼각대에 구비된 것이므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 거치대 마운트(150)는 상판(151)과 하판(152)과, 상기 상판(151)과 하판(152)의 일단을 연결하는 연결편(153)에 의하여 ㄷ자형으로 형성되며, 상판(151)에 형성된 지지공(156)회전 가능하게 지지되며 하단에 손잡이(155)가 구비된 거치대 고정나사(154)를 포함하여 구성된다.
상기 거치대 마운트(150)는 통상적인 삼각대에서는 카메라가 직접 장착되는 부분이며, 상기 거치대 고정나사(154)는 통상적인 삼각대에서는 카메라의 하면에 형성된 나사공에 체결되어 카메라를 고정하기 위한 것이다.
상기 거치대 고정나사(154)의 손잡이(155)는 거치대 마운트(150)의 상판(151)과 하판(152) 사이에 위치하여 상판(151)과 하판(152)의 양측 가장자리에서 돌출되어 작업자가 별도의 공구를 사용하지 않고 손으로 돌려서 조이거나 이완시킬 수 있도록 구성된다.
상기 수평조절기구(160)는 통상적인 카메라용 삼각대에 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.
도시예에서는 상기 수평조절기구(160)로서 상기 상단지지대(110)의 상면에 고정 결합되며 구형 내주면을 가지는 3축자유도 지지구(161)와, 상기 거치대 마운트(150)의 하면에 고정 결합되어 상기 구형 내주면에 대응하는 구형 외주면을 가지는 3축자유도 회동체(162) 및, 상기 3축자유도 지지구(161)의 주벽에 형성된 나사공(165)에 나사결합되어 그 선단이 3축자유도 회동체(162)의 외주면에 조이는 조임나사(163)를 포함하여 구성되는 것을 예시하였다.
상기 복합거치대(200)는 상기 거치대 마운트(150)의 상판(151) 상에 안착되며 상기 거치대 고정나사(154)가 체결되는 나사공(212)이 형성된 베이스 플레이트(211)와 상기 베이스 플레이트(210)의 일측에서 상향 절곡 형성되는 틸팅모터 마운트(213)를 구비한 거치대 베이스(210)와, 상기 베이스 플레이트(211)의 상부에 배치되며 카메라(400)가 장착되는 카메라 마운트판(221)과, 상기 카메라 마운트판(221)의 일측에서 상향 절곡 형성되어 상기 틸팅모터 마운트(213)에 회동 가능하게 지지되는 수직판(222)을 구비한 카메라 마운트(220) 및, 상기 카메라 마운트판(221)에 형성된 지지공(232)에 회전 가능하게 지지되어 카메라(400)의 하면에 형성된 나사공(411)에 체결되며 하단에 손잡이(231)가 구비된 카메라 고정나사(230)를 포함하여 구성된다.
상기 카메라 마운트판(221)은 카메라(400)에 탑재되는 망원렌즈(420)의 길이보다 길게 전방을 향하여 연장되어 선단부에 후술하는 수평감지기(500)와 알림수단(600)이 장착될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 카메라 고정나사(230)의 손잡이(231)는 상기 베이스 플레이트(211)와 카메라 마운트판(221) 사이에 위치하여 베이스 플레이트(211)와 카메라 마운트판(221)의 양측 가장자리에서 돌출되어 작업자가 별도의 공구를 사용하지 않고 손으로 돌려서 조이거나 이완시킬 수 있도록 구성된다.
상기 틸팅수단(300)은 상기 틸팅모터 마운트(213)에 상기 카메라(400)의 망원렌즈(420)의 광축과 동축을 이루도록 장착되며 모터축(311)이 틸팅모터 마운트(213)를 관통하여 수직판(222)에 고정되는 틸팅모터(310)를 포함하여 구성된다.
상기 틸팅모터(310)는 틸팅모터(310)에 모터베이스(미도시)를 구비하고 모터베이스를 관통하는 장착볼트(미도시)를 틸팅모터 마운트(213)에 체결하는 것에 의하여 틸팅모터 마운트(213)에 장착할 수 있으며, 이러한 틸팅모터 장착방법은 통상적인 모터 장착방법에 해당하므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 틸팅모터(310)의 모터축(311)은 거치대 베이스(210)의 틸팅모터 마운트(213)에 형성된 지지공(320)에 회전 가능하게 지지되며, 상기 카메라 마운트(220)의 수직판(222)에 형성된 결합공(330)에 결합됨과 아울러 모터축(311)의 선단부에 형성된 수나사부(312)에 결합너트(340)를 체결하는 것에 의하여 모터축(311)과 카메라 마운트(220)가 결합된다.
상기 카메라(400)는 카메라 본체(410)와 카메라 본체(410)에 탑재된 망원렌즈(420)를 포함한다. 상기 카메라 본체(410)는 상기 카메라 고정나사(230)가 체결되는 나사공(411)과 셔터(412)와 뷰파인더(413) 및 액정뷰파인더(414)를 구비한 것이며, 망원렌즈(420)는 초점거리 200mm 이상의 망원렌즈가 사용된다.
상기 카메라 본체(410)와 망원렌즈(420)는 통상적인 디지털 카메라를 사용하는 것이므로 구체적인 구성에 대해서는 도시 및 설명을 생략한다.
상기 수평감지기(500)는 상기 카메라 마운트(220)에 고정되는 수평부(511)와 상기 수평부(511)의 양측 단부에 수직으로 연장 형성된 수직부(512, 513)를 가지는 투명 U형관(510)과, 상기 투명 U형관(510)의 내부에 수용되는 작동유체(520) 및, 상기 투명 U형관(510)의 양측 수직부(512, 513) 상단에 구비되어 작동유체(520)를 감지하여 수평여부를 감지하는 감지센서(531, 532)를 포함하여 구성된다.
상기 투명 U형관(510)은 투명유리관이나 투명합성수지관을 사용할 수 있다. 상기 투명 U형관(510)은 수평부(511)를 감싸며 상기 카메라 마운트판(221)에 고정되는 고정구(540)에 의하여 카메라 마운트판(221)에 고정 설치된다.
상기 고정구(540)는 상기 수평부(511)의 외주면 상반부에 대응하는 반원형 홈(542)을 가지는 상측 고정구(541)와, 상기 수평부(511)의 외주면 하반부에 대응하는 반원형 홈(543)을 가지는 하측 고정구(543) 및, 상기 하측 고정구(543)와 상측 고정구(541)를 관통하여 상기 카메라 마운트판(221)에 체결되는 고정나사(545)를 포함하여 구성된다. 상기 카메라 마운트판(221)에는 상기 고정나사(545)가 체결되는 나사공(546)이 형성된다.
상기 작동유체(520)는 일반적인 물 또는 자성체 분말이 혼합된 오일 등을 사용할 수 있고, 또한 물 위에 부상하는 영구자석을 사용할 수 있다. 상기 감지센서(531, 532)는 작동유체(520)의 종류에 따라 리드스위치(Lid Switch), 근접스위치, 인덕턴스 검출형 센서 등을 사용할 수 있다.
상기 투명 U형관(510)에 수용된 작동유체(520)는 투명 U형관(510)이 수평인 경우는 물론 좌우로 기울어진 경우에도 양측 수직부(512, 513) 내에서의 유체표면이 수평을 이루게 되는 것으로, 투명 U형관(510)이 수평인 경우에는 유체표면에 대한 감지센서(531, 532)의 거리가 일정하게 유지되면서 양측 감지센서(531, 532) 모두 감지신호를 출력하지 않게 되며, 투명 U형관(510)이 기울어진 경우에는 양측 수직부(512, 513) 중 높은 쪽 수직부 내의 유체표면은 감지센서(531, 532)로부터 더 멀어지고, 낮은 쪽 수직부 내의 유체표면이 감지센서(531, 53)에 접근하게 되어 감지센서(531, 532)가 작동유체(520)를 감지하여 감지신호를 출력하게 되는 것이다.
상기 알림수단(600)은 상기 수평감지기(500)의 감지센서(531, 532)의 상부에 설치되는 알림램프(610, 620)로 구성할 수 있다.
상기 알림램프(610, 620)는 감지센서(531, 532)와 직결식으로 구성하여 감지센서(531, 532)가 기울기 감지신호를 출력하게 되면 곧바로 점등되도록 구성하거나, 후술하는 안전진단제어수단(700)에 의하여 제어되도록 구성할 수 있다.
또한 상기 알림램프(610, 620)는 녹색엘이디와 적색엘이디를 조합하여 수평인 경우에는 녹색 점등되고, 기울기가 감지된 경우에는 적색 점등되도록 구성할 수도 있다.
상기 안전진단제어수단(700)은, 카메라(400)를 구동하는 카메라 구동부(710)와, 상기 카메라(400)에서 촬영된 구조물의 이미지를 디지털신호프로세싱 처리 및 분석하여 구조물 외곽선(L1)을 추출하는 구조물 외곽선 추출부(720)와, 상기 구조물 외곽선(L1)과 수직기준선(L0)을 함께 표시하는 표시부(730)와, 상기 수직기준선(L0)과 구조물 외곽선(L1)을 비교하여 구조물 외곽선(L1)의 기울기 각도(θ)를 산출하는 각도비교산출부(740)와, 상기 각도비교산출부(740)에서 산출된 기울기 각도에 따라 틸팅수단(300)을 구동시키는 틸팅구동신호를 출력하는 안전진단제어부(750), 상기 안전진단제어부(750)의 틸팅구동신호에 따라 틸팅수단(300)을 구동하는 틸팅구동부(760) 및, 진단과정의 각 모드를 입력하기 위한 입력부(770)를 포함하여 구성된다.
상기 카메라 구동부(710), 구조물 외곽선 추출부(720), 상기 각도비교산출부(740), 안전진단제어부(750) 및 틸팅구동부(760)는 컴퓨터와 프로그램된 소프트웨어로 구성된다.
상기 표시부(730)는 피씨(PC, Personal Computer) 또는 노트북 컴퓨터(Notebook Computer)의 액정화면으로 구성할 수 있다.
상기 입력부(770)는 피씨 또는 노트북 컴퓨터의 키보드로 구성할 수 있다.
상기 구조물 외곽선 추출부(720)는 카메라(400)로부터 전송받은 구조물 촬영 이미지 신호를 디지털신호처리(DSP : Digital Signal Processing)하여 분석하여 해당 구조물이 휘어지거나 틀어지는 등의 변위 발생 여부, 크기 등을 정밀하게 분석과 판단할 수 있다.
디지털신호처리(DSP) 기술은 일반적으로 알려진 기술로서, 디지털 이미지 신호를 디지털신호처리하여 부분적으로 확대, 분리, 합성, 추출, 인식 등을 할 수 있다.
상기 구조물 외곽선 추출부(720)에서는 구조물의 기울기를 진단하는 데에 가장 중요한 요소인 구조물의 양측 수직면에 대한 외곽선을 추출한다.
특히, 진단대상 구조물이 교량인 경우에는 교각의 양측 수직면에 대한 외곽선을 추출한다.
상기 표시부(730)는 구조물 외곽선 추출부(720)에서 추출된 구조물 외곽선(L1)과 함께 기준선(L0)을 표시한다.
상기 기준선(L0)는 표시부(730)의 화면 중앙에 표시되며, 구조물 외곽선(L1)은 기준선(L0)의 양측에 표시된다.
상기 각도비교산출부(740)는 구조물 외곽선(L1)을 기준선(L0)과 비교하여 기준선(L0)에 대한 구조물 외곽선(L1)의 기울기 각도(θ)를 산출한다.
상기 안전진단제어부(750)는 상기 카메라 구동부(710), 구조물 외곽선 추출부(720), 표시부(730), 각도비교산출부(740) 및 틸팅구동부(760)를 제어한다.
상기 틸팅구동부(760)는 안전진단제어부(750)의 틸팅구동신호에 따라 틸팅수단(300)을 구동한다.
또한 상기 틸팅모터(310), 안전진단제어수단(700)의 각 부에 전원을 공급하기 위하여 배터리(미도시)를 구비할 수 있다. 배터리는 삼각대(100)의 상단지지대(110)의 하면에 설치하거나 표시부(730)와 입력부(770)를 제공하는 노트북 컴퓨터의 배터리를 활용할 수도 있다.
이하, 본 발명에 의한 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법에 대하여 설명한다.
삼각대(100)의 거치대 마운트(150)에 틸팅수단(300)과 수평감지기(500) 및 알림수단(600)이 결합된 복합거치대(200)를 결합한다.
복합거치대(200)를 거치대 마운트(150)에 결합함에 있어서는 삼각대(100)의 거치대 마운트(150)를 구성하는 상판(151) 상에 복합거치대(200)를 구성하는 거치대 베이스(210)의 베이스 플레이트(211)를 안착시키고, 거치대 고정나사(154)를 베이스 플레이트(211)에 형성된 나사공(212)에 체결하는 것에 의하여 결합할 수 있다.
복합거치대(200)의 카메라 마운트(221)에 카메라 본체(410)의 하면을 안착시키고, 카메라 고정나사(230)를 카메라 본체(410)의 하면에 형성된 나사공(411)에 체결하는 것에 의하여 카메라 본체(410)를 복합거치대(200)에 장착하고, 카메라 본체(410)의 렌즈마운트(미도시)에 망원렌즈(420)를 장착한다.
카메라(400)와 수평감지기(500) 및 알림수단(600)이 장착된 삼각대(100)를 관측지점에 거치하고 카메라(400)의 망원렌즈(420)가 진단하고자 하는 구조물을 향하도록 하고, 삼각대(100)에 구비된 수평조절기구(160)에 의하여 거치대 마운트(150), 복합거치대(200), 카메라(400), 수평감지기(500)를 수평으로 유지한다(S110).
이때 구조물을 진단함에 있어서 좌우측 기울기가 가장 중요한 요소인바, 수평감지기(500)와 알림수단(600)의 도움을 받음으로써 좌우방향 수평을 정확하게 조절할 수 있다.
입력부(770)에서 진단모드가 입력(S120)되면, 안전진단제어부(750)가 카메라 구동신호를 출력하고, 카메라 구동부(710)가 카메라(400)를 구동시켜 촬영이 시작된다(S130).
카메라(400)에 의하여 촬영된 구조물 촬영 이미지는 구조물 외곽선 추출부(720)에 전송되고, 구조물 외곽선 추출부(720)에서 디지털신호프로세싱 처리에 의하여 구조물 외곽선(L1)이 추출(S140)되며, 추출된 구조물 외곽선(L1)은 기준선(L0)과 함께 표시부(730)에 표시됨과 동시에, 각도비교산출부(740)에서 기준선(L0)에 대한 구조물 외곽선(L1)의 기울기 각도(θ)를 산출한다(S150).
구조물 외곽선의 기울기 각도(θ)는 안전진단제어부(750)에 전송된다. 안전진단제어부(750)는 기울기 각도(θ)를 판단하여(S160), 기울기 각도(θ)가 "0"이면(θ = 0)(도 5 참조), 안전진단제어부(750)는 진단모드 종료신호를 출력한다.
기울기 각도(θ)가 "0"보다 작거나 크면(0 > θ > 0)(도 6 및 7 참조), 안전진단제어부(750)는 틸팅구동신호를 출력하고, 안전진단제어부(750)의 틸팅구동신호에 따라 틸팅구동부(760)는 틸팅수단(300)을 기울기 각도(θ)만큼 구동시키고, 이에 따라 카메라 마운트(220), 카메라(400), 수평감지기(500) 및 알림수단(600)이 기울기 각도(θ)만큼 틸팅된다(S170).
이때 상기 틸팅모터(330)는 상기 카메라(400)의 망원렌즈(420)의 광축과 동축으로 설치되어 있으므로 카메라 마운트(220), 카메라(400), 망원렌즈(420), 수평감지기(500) 및 알림수단(600)는 망원렌즈(420)의 광축을 기준으로 하여 틸팅된다.
틸팅구동부(760)은 기울기 각도(θ)가 "0"보다 크면 틸팅모터(310)가 반시계방향으로 회전하도록 하는 구동신호를 송출하고, 기울기 각도(θ)가 "0"보다 작으면 틸팅모터(310)가 시계방향으로 회전하도록 하는 구동신호를 송출하게 된다.
틸팅모터(310)가 반시계방향으로 회전하면, 모터축(311)에 결합되어 있는 카메라 마운트(220)가 반시계방향으로 회전하고, 이에 따라 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 카메라 마운트(220)에 장착된 카메라(400)와 수평감지기(500) 및 알림수단(600)이 좌측으로 기울어지게 되며, 틸팅모터(310)가 시계방향으로 회전하면, 모터축(311)에 결합되어 있는 카메라 마운트(220)가 시계방향으로 회전하고, 이에 따라 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 카메라 마운트(220)에 장착된 카메라(400)와 수평감지기(500) 및 알림수단(600)이 우측으로 기울어지게 된다.
이때, 수평감지기(500)를 구성하는 투명 U형관(510)이 기울어지게 되고, 투명 U형관(510) 내에 수용된 작동유체(520)가 한쪽으로 치우쳐지게 되면(S180), 양측 수직부(512, 513) 중 어느 한 쪽의 상단에 구비된 감지센서(531, 532)가 이를 감지하게 되고, 이에 따라 알림수단(600)을 구성하는 알림램프(610, 620) 중 어느 하나가 점등하여 작업자에게 구조물이 기울어졌음을 알리게 된다(S190).
즉, 수평감지기(500)의 투명 U형관(510)이 좌측으로 기울어지면, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 작동유체(520)가 우측 수직부(513) 내에서는 우측 수평감지센서(532)로부터 멀어지게 되고, 좌측 수직부(512) 내에서는 좌측 수평감지센서(531)에 접근하게 되어 좌측 수직부(512) 상단에 구비된 수평감지센서(531)가 작동유체(520)를 감지하여 알림신호를 출력하게 된다.
또한 수평감지기(500)의 투명 U형관(510)이 우측으로 기울어지면, 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이, 작동유체(520)가 좌측 수직부(512) 내에서는 수평감지센서(531)로부터 멀어지게 되고, 우측 수직부(513) 내에서는 수평감지센서(532)에 접근하게 되어 우측 수직부(513) 상단에 구비된 수평감지센서(532)가 작동유체(520)를 감지하여 알림신호를 출력하게 된다.
이때, 수평감지기(500)의 감지신호는 알림수단(600)에 직접적으로 전달되어 안전점검제어부(750)를 거치지 않고 알림수단(600)을 작동시킬 수 있으며, 수평감지기(500)의 감지신호를 안전진단제어부(750)에 전송하여 안전진단제어부(750)에 의하여 알림수단(600)의 작동이 이루어지도록 할 수도 있다.
한편, 틸팅과정에서도 카메라(400)에 의한 구조물 촬영과 구조물 외곽선 추출부(720)에 의한 구조물 외곽선 추출, 표시부(730)에 의한 표시, 각도비교산출부(740)에 의한 기울기 각도(θ) 산출 과정이 이루어지면서 기준선(L0)과 구조물 외곽선(L1)이 매칭되도록 할 수도 있다.
또한 알림수단(600)에 의한 알림작동이 진행되는 동안, 입력부(770)에서 진단완료 모드가 입력되면, 안전진단제어부(750)가 상술한 틸팅 과정에서 틸팅모터(310)가 회전한 만큼 반대 방향으로 틸팅모터(310)가 회전하도록 하도록 하는 틸팅모터 구동신호를 출력하고, 이에 따라 틸팅모터구동부(760)가 틸팅모터(310)를 구동시키게 된다.
이 경우, 거치대 마운트(150), 복합거치대(200), 카메라(400), 수평감지기(500)가 수평상태로 복귀되어 제자리에서 다음 번 점검대상 구조물에 대한 점검을 속행할 경우, 거치대 마운트(150), 복합거치대(200), 카메라(400), 수평감지기(500)를 수평으로 조절하는 단계(S110)를 생략할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
100 : 삼각대 110 : 상단지지대
120 : 다리 150 : 거치대 마운트
160 : 수평조절기구 200 : 복합거치대
300 : 틸팅수단 310 : 틸팅모터
400 : 카메라 420 : 망원렌즈
500 : 수평감지기 510 : 투명 U형관
511 : 수평부 512, 513 : 수직부
520 : 작동유체 531, 532 : 감지센서
600 : 알림수단 610, 620 : 알림램프
700 : 안전진단제어수단 710 : 카메라 구동부
720 : 구조물 외곽선 추출부 730 : 표시부
740 : 각도비교산출부 750 : 안전진단제어부
760 : 틸팅구동부 770 : 입력부

Claims (1)

  1. 상단에 거치대 마운트와 상기 거치대 마운트의 수평을 조절하는 수평조절기구가 구비되는 삼각대; 상기 삼각대의 거치대 마운트에 결합되는 베이스 플레이트과, 상기 베이스 플레이트에 회동 가능하게 지지되는 카메라 마운트가 구비된 복합거치대; 상기 베이스 플레이트에 장착되어 카메라 마운트를 회동시키는 틸팅수단; 상기 복합거치대의 카메라 마운트에 장착되는 카메라 본체와, 카메라 본체에 탑재되는 망원렌즈를 포함하여 원격지점에서 구조물을 촬영하는 카메라; 상기 카메라와 함께 상기 카메라 마운트에 거치되어 복합거치대와 카메라의 수평여부를 감지하는 수평감지기; 상기 수평감지기에 의하여 감지된 수평감지신호에 따라 경사여부를 알리는 알림수단; 및 상기 카메라를 구동하는 카메라 구동부와, 상기 카메라에서 촬영된 구조물의 이미지를 디지털신호프로세싱 처리 및 분석하여 구조물 외곽선을 추출하는 구조물 외곽선 추출부와, 상기 구조물 외곽선과 수직기준선을 함께 표시하는 표시부와, 상기 수직기준선과 구조물 외곽선을 비교하여 구조물 외곽선의 기울기 각도를 산출하는 각도비교산출부와, 상기 각도비교산출부에서 산출된 기울기 각도에 따라 틸팅수단을 구동시키는 틸팅구동신호를 출력하는 안전진단제어부, 상기 안전진단제어부의 틸팅구동신호에 따라 틸팅수단을 구동하는 틸팅구동부 및, 진단과정의 각 모드를 입력하기 위한 입력부를 포함하는 안전진단제어수단을 구비하며,
    상기 카메라와 수평감지기 및 알림수단이 장착된 삼각대를 관측지점에 거치하여 상기 카메라의 망원렌즈가 진단하고자 하는 구조물을 향하도록 하고 상기 삼각대에 구비된 수평조절기구에 의하여 거치대 마운트, 복합거치대, 카메라, 수평감지기를 수평으로 유지하는 단계;
    상기 입력부에 진단모드가 입력되면, 상기 안전진단제어부가 카메라 구동신호를 출력하고, 상기 카메라 구동부가 카메라를 구동시켜 구조물의 촬영이 이루어지는 단계;
    상기 카메라에 의하여 촬영된 구조물 촬영 이미지가 상기 구조물 외곽선 추출부에 전송되고, 구조물 외곽선 추출부에서 구조물 촬영 이미지를 디지털신호프로세싱 처리에 의하여 구조물 외곽선을 추출하는 단계;
    상기 구조물 외곽선 추출부에서 추출된 구조물 외곽선을 기준선와 함께 표시부에 표시함과 동시에 상기 각도비교산출부에서 기준선에 대한 구조물 외곽선의 기울기 각도를 산출하는 단계;
    상기 각도비교산출부에서 산출된 구조물 외곽선의 기울기 각도가 상기 안전진단제어부에 전송되고, 안전진단제어부가 기울기 각도가 "0"이면(θ = 0), 안전진단제어부가 진단모드 종료신호를 출력하고, 기울기 각도가 "0"보다 작거나 크면(0 > θ > 0), 안전진단제어부가 틸팅구동신호를 출력하고, 틸팅구동신호에 따라 틸팅구동부가 틸팅수단을 구동시키며, 상기 카메라 마운트와 카메라 마운트에 장착된 카메라, 망원렌즈 및 수평감지기가 망원렌즈의 광축을 기준으로 회동하도록 틸팅시키는 단계;
    상기 틸팅단계에서 상기 수평감지기가 틸팅됨에 따라 감지센서가 알림신호를 출력하고, 상기 알림신호에 따라 상기 알림수단이 작동하여 구조물이 기울어졌음을 알리는 단계; 를 포함하여 구성되는 토목구조물 및 건축물 안전진단시 광학렌즈 및 망원렌즈를 이용한 정밀안전진단 방법.
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