KR101573641B1 - 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

6자유도 구조물 변위 측정 시스템이 개시된다. 6자유도 구조물 변위 측정 시스템은 구조물의 일측에 배치되며, 스크린과, 상기 스크린을 촬영하여 측정 이미지를 생성하는 카메라로 구성되는 수신부; 상기 구조물의 타측에 배치되고, 상기 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하는 복수의 레이저 포인터와, 상기 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하여 상기 스크린과의 거리를 측정하는 하나의 레이저 거리측정센서로 구성되는 송신부; 상기 수신부에서 생성된 상기 이미지를 분석하여 좌표값을 구하는 수신부의 제어부; 및 상기 수신부의 제어부로부터 상기 좌표값을 전달받고 상기 레이저 거리측정센서로부터 거리값을 획득하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 송신부의 제어부를 포함할 수 있다.

Description

6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법{6-DOF Displacement Measurement System and Method}
본 발명은 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저 거리측정센서와 복수의 레이저 포인터를 이용하여 거대 구조물의 변위를 정밀하고 용이하게 측정할 수 있는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 토목 또는 건축 구조물은 교통, 지진, 돌풍 등과 같은 지속적 또는 간헐적인 외부 하중에 노출되어 있으므로, 합리적이고 정확한 설계 시공도 중요하지만, 구조물의 사용성을 최적의 상태로 유지하면서 구조물의 수명을 연장시키기 위해서는 적절한 유지관리 업무가 매우 중요하다.
특히, 최근에는 고층빌딩과 장대 교량과 같은 거대 구조물이 증가함에 따라, 교량, 건물 등과 같은 구조물의 동적 거동 상황을 측정, 분석 및 진단하여 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있는 구조물 건전도 진단(Structural Health Monitoring)의 중요성이 더욱 커지고 있다.
상기 구조물 안전 진단 시스템은 구조물 손상 식별 방법, 데이터 획득 및 전송 방법 등과 같은 많은 기술들을 필요로 하며, 구조물 변위를 측정하기 위해 경사계, 가속도 센서, 스트레인 게이지, PZT 센서 등을 사용한다.
종래 구조물 변위 측정에 주로 사용되는 방법 중 하나는 직선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differential Transformer, LVDT) 방식으로, 하부에 안정적인 기준점(reference point)을 필요로 하는 접촉 형태의 센서를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 접촉 형태의 센서는 하부에 외부에서 관측하는 기준점을 필요로 하므로 실용적이지 않았다.
그리고, 비전(vision)을 이용한 변위 측정 방식 또한 활발히 연구되고 있는 분야 중 하나이지만, 현재 개발된 대부분의 비전 방식은 측정하고자 하는 구조물에 타깃을 설치하고 원거리의 기준점에서 고성능 카메라를 이용하여 타깃의 움직임을 관찰하는 방식으로서 이 방식 역시 기준점을 필요로 하고 타깃과 카메라 사이의 거리가 멀기 때문에 날씨에 영향을 많이 받아 측정이 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 기준점이 필요 없으며 날씨, 조도와 같은 외부 환경 변화에 강인한 비전 및 레이저 기반의 구조물 변위 측정 장치 및 방법의 필요성이 커지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1029751호에는 비전 및 레이저 빔으로 구성된 모듈을 서로 마주보도록 설치하고, 획득된 레이저 빔의 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 측정하는 시스템 및 방법이 공개되어 있다.
그러나, 종래의 구조물의 변위를 측정하는 시스템 및 방법은 구조가 복잡하고, 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 간단한 구조로 이루어지며 단일 레이저 거리측정센서 및 복수의 포인터를 이용하여 스크린과의 사이 거리를 측정하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단일 레이저 거리측정센서 및 복수의 포인터를 이용하여, 구조물 변위 측정 효과는 우수하되 복수 개의 레이저 거리측정센서를 이용하는 것보다 비용을 절감할 수 있으며, 카메라를 스크린 하우징의 내부에 고정하여 미세한 흔들림에 의해 측정이 방해되지 않도록 하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
일 측면에 따르면, 본 발명에서 제안하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템은 구조물의 일측에 배치되며, 스크린과, 상기 스크린을 촬영하여 측정 이미지를 생성하는 카메라로 구성되는 수신부; 상기 구조물의 타측에 배치되고, 상기 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하는 복수의 레이저 포인터와, 상기 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하여 상기 스크린과의 거리를 측정하는 하나의 레이저 거리측정센서로 구성되는 송신부; 상기 수신부에서 생성된 상기 이미지를 분석하여 좌표값을 구하는 수신부의 제어부; 및 상기 수신부의 제어부로부터 상기 좌표값을 전달받고 상기 레이저 거리측정센서로부터 거리값을 획득하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 송신부의 제어부를 포함한다.
다른 측면에 따르면, 상기 수신부는 상기 스크린의 후방에 상기 카메라가 고정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 수신부는 상기 카메라의 적어도 일부가 상기 스크린이 형성되는 하우징의 내부에 고정될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 송신부의 제어부는 상기 레이저 거리측정 센서와 상기 복수의 레이저 포인터가 구성되는 기구부를 제어할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 수신부의 제어부는 상기 카메라에서 상기 이미지를 입력 받아 상기 스크린의 좌표계를 기준으로 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터로부터 조사된 레이저 포인트의 좌표값을 추출하여 상기 송신부의 제어부로 전달하고, 상기 송신부의 제어부는 상기 수신부의 제어부로부터 상기 좌표값을 전달받고, 상기 레이저 거리측정센서의 거리값을 검출하며, 상기 거리값과 상기 좌표값으로 상기 스크린의 좌표계를 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터가 구성되는 기구부의 좌표계로 변환하여 상기 구조물의 변위를 추정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 송신부의 제어부는 상기 거리값 및 상기 좌표값과 상기 기구부의 각도값을 이용하되, 상기 스크린의 좌표계를 상기 기구부의 좌표계로 변환하는 변환행렬을 이용하여 운동방정식을 생성하고, 상기 구조물의 변위를 추정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명에서 제안하는 6자유도 구조물 변위 측정 방법은 구조물에 설치된 레이저 거리측정센서와 복수의 레이저 포인터에서는 상기 구조물의 다른 위치에 설치된 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하고, 상기 레이저 거리측정센서와 상기 스크린 사이의 거리값을 검출하여 송신부의 제어부로 전송하는 단계; 카메라에서 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 스크린을 촬영하여 측정 이미지를 수신부의 제어부로 전송하는 단계; 상기 수신부의 제어부에서 상기 측정 이미지로부터 조사된 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터의 좌표값을 검출하는 단계; 상기 레이저 빔을 조사하고 상기 스크린의 이미지를 촬영하여 상기 좌표값을 검출하고, 상기 레이저 거리측정센서로부터 상기 거리값을 검출하는 과정을 반복하여 수행하는 단계; 및 상기 송신부의 제어부는 상기 수신부의 제어부로부터 실시간으로 검출되는 상기 이미지의 상기 좌표값을 전달받고, 상기 레이저 거리측정센서로부터 검출되는 상기 거리값을 이용하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 단계를 포함한다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 구조물의 변위를 추정하는 단계는 상기 구조물의 변위를 추정하는 단계는 상기 측정 이미지에서 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터의 x, y 상기 좌표값과, 상기 레이저 거리측정센서로부터 입력되는 상기 거리값과, 상기 복수의 레이저 포인터 및 상기 레이저 거리측정센서가 설치된 기구부의 각도값을 이용하고, 상기 구조물의 변위 사이의 기하학적 관계를 나타내는 운동방정식을 생성하여, 상기 운동방정식을 풀기 위해 상기 기구부의 중심으로의 좌표계로부터 상기 스크린이 설치된 면의 좌표계로 변환행렬을 사용하여 좌표를 변환할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 운동방정식에 뉴튼-랩슨 기법(Newton-Raphson Method) 또는 EKF(Extended Kalman Filtering) 기법을 반복 적용하여 상기 구조물의 변위를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 간단한 구조로 이루어지며 단일 레이저 거리측정센서 및 복수의 포인터를 이용하여, 스크린과의 사이 거리를 측정할 수 있는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 단일 레이저 거리측정센서 및 복수의 포인터를 이용하여, 구조물 변위 측정 효과는 우수하되 복수 개의 레이저 거리측정센서를 이용하는 것보다 비용을 절감할 수 있으며, 카메라를 스크린 하우징의 내부에 고정하여 미세한 흔들림에 의해 측정이 방해되지 않도록 하여 보다 정확한 측정 결과를 획득할 수 있는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 기본적으로 단일 레이저 거리측정센서 및 복수의 레이저 포인터와 스크린, 카메라를 하나의 세트로 구성하여 변위를 측정하는 것이 가능하므로, 기본적으로 2개의 측정모듈을 필요로 하는 종래 기술에 비하여 간단한 구조이며, 종래에는 두 지점 사이의 거리를 안다는 가정을 하고 측정한 반면, 본 발명은 레이저 거리측정센서로부터 스크린과의 사이 거리를 측정하여 정확한 변위를 추정하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예들에 따르면 레이저 거리측정센서 및 복수의 레이저 포인터를 4개 이상으로 구현하는 경우에는 한정된 6개의 변수에 대하여 측정값의 수가 많아지므로, 보다 빠르고 정확한 변위 추정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템의 수신부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템의 송신부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 방법을 개념적으로 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 구조물의 정적 변위를 추정하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 구조물의 동적 변위를 추정하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 모션스테이지 위에서의 구조물 변위를 추정하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 6자유도 구조물 변위 측정 시스템은 수신부(100), 송신부(200), 수신부의 제어부(130), 그리고 송신부의 제어부(250)를 포함할 수 있다.
수신부(100)는 구조물의 일측에 배치되어 송신부(200)로부터 레이서 빔을 조사받을 수 있다. 이러한 수신부(100)는 스크린(110)과 카메라(120)를 포함할 수 있으며, 카메라(120)는 스크린을 촬영하여 측정 이미지를 생성할 수 있다.
여기서, 카메라(120)는 스크린(110)을 촬영하기 위해 설치되는데, 종래와 동일하게 스크린(110)의 전방에서 촬영하는 것도 가능하나, 바람직하게는 스크린(110)이 설치되는 하우징의 후방에 카메라(120)가 고정 설치되는 것이 좋다. 즉, 카메라(120)의 적어도 일부가 스크린(110)이 형성되는 하우징의 내부에 고정되어, 카메라가 미세하게 흔들려 측정값이 변동되는 것을 예방할 수 있다.
송신부(200)는 구조물의 타측에 배치되어 수신부(100)로 레이저 빔을 조사할수 있다. 이러한, 송신부(200)는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)를 포함할 수 있다.
복수의 레이저 포인터(220)는 적어도 두 개 이상의 레이저 빔을 조사하는 레이저 포인터로, 수신부(100)에 구성된 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사할 수 있다.
레이저 거리측정센서(210)는 단일 거리측정센서로, 복수의 레이저 포인터(220)와 동일하게 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사하고, 추가적으로 레이저 빔을 조사하여 스크린(110)과의 거리를 측정할 수 있다.
수신부의 제어부(130)는 상기 수신부에서 생성된 상기 이미지를 분석하여 좌표값을 구할 수 있다. 여기서, 수신부의 제어부(130)는 수신부(100)에 포함될 수도 있다. 그리고, 상기 수신부의 제어부(130)는 상기 카메라(120)에서 상기 이미지를 입력 받아 상기 스크린의 좌표계를 기준으로 상기 레이저 거리측정센서(210) 및 상기 복수의 레이저 포인터(220)로부터 조사된 레이저 포인트의 좌표값을 추출하여 상기 송신부의 제어부(250)로 전달할 수 있다.
송신부의 제어부(250)는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 형성되는 기구부를 제어하여 조사되는 위치 등을 제어할 수 있고, 수신부(100)에서 생성된 이미지를 분석하여 구조물의 변위를 추정할 수 있다. 즉, 송신부의 제어부(250)는 수신부의 제어부(130)로부터 수신부(100)의 스크린(110)에 조사된 레이저 빔의 측정 이미지를 분석하여 생성된 좌표값을 전달받아, 그 좌표값을 이용하여 구조물의 변위를 추정할 수 있는 것이다. 여기서, 송신부의 제어부(250)는 송신부(200)에 포함될 수도 있다.
더 구체적으로 설명하면, 송신부의 제어부(250)는 카메라(120)를 통하여 입력되는 이미지의 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)로부터 조사된 레이저 포인트의 좌표값을 수신부의 제어부(130)로부터 전달받고, 레이저 거리측정센서(210)로부터 거리값을 검출하며, 검출된 거리값과 좌표값 및 기구부의 각도값으로 스크린(110)의 좌표계를 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)가 구성되는 기구부의 좌표계로 변환하는 변환행렬을 이용하여 운동방정식을 생성하고, 구조물의 변위를 추정할 수 있다. 또한, 송신부의 제어부(250)는 추정된 구조물의 변위를 초기 옵셋 교정을 위한 교정행렬을 이용하여 다시 교정한 다음, 구조물의 변위를 출력할 수 있다.
여기서, 초기 옵셋 교정은 송신부의 제어부(250)가 최초로 수신부(100)에서의 좌표값을 전달받으면 수신부(100)의 좌표를 초기 설치위치의 좌표로 보상해주는 것이다. 즉, 레이저 빔이 정확히 스크린의 중심에 조사되지 않아도 보정해주는 역할을 할 수 있다.
이와 같이, 수신부의 제어부(130)는 카메라에서 이미지를 입력 받아 스크린의 좌표계를 기준으로 좌표값을 추출하고 송신부의 제어부(250)로 그 좌표값을 전송하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 송신부의 제어부(250)는 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)의 기구부를 제어하며, 수신부의 제어부(130)로부터 획득한 좌표값과 레이저 거리측정센서(210)로부터 얻어진 거리값과 기구부의 각도값(회전각)을 이용하여 6자유도를 추정할 수 있다.
이에 따라, 하나의 송신부와 적어도 하나 이상의 수신부를 이용하여 구조물의 변위를 출력할 수 있으며, 하나의 송신부와 다수 개의 수신부를 이용하여 넓은 지역(또는 면적)의 모니터링이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템의 수신부를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 수신부(100)는 스크린(110)과 카메라(120)를 포함할 수 있다.
스크린(110)은 구조물(도면에 도시되지 않음)의 일측에 배치되어 설치될 수 있다. 그리고, 스크린(110)이 설치되는 하우징이 형성되고, 하우징의 전방에 스크린(110)을 설치하고, 후방에 카메라(120)를 고정하여 스크린(110)을 촬영할 수 있도록 할 수 있다.
카메라(120)는 스크린(110)을 촬영하여 측정 이미지를 생성하도록 구성할 수 있다.
그리고, 카메라(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 스크린(110)이 설치되는 위치와 동일한 거동을 보여주는 구조물의 위치에 설치할 수 있다. 예를 들면, 스크린(110)의 테두리를 구성하는 프레임에 브라켓을 일체로 고정 설치하고, 브라켓에 카메라(120)를 설치할 수 있다.
또한, 카메라(120)는 스크린(110)이 설치되는 하우징의 내부에 카메라를 고정하여 설치하거나, 적어도 카메라의 일부가 하우징의 내부에 고정 설치하도록 하여, 외부 환경에 영향을 받지 않고 고정되어 정확성을 높일 수 있다.
그리고, 카메라(120)는 수신부(100)에 설치되는 것이 바람직하나, 필요에 따라 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)가 설치되는 송신부(200)의 위치와 동일한 거동을 보여주는 구조물의 위치에 설치하는 것도 가능하다.
나아가, 카메라(120)는 스크린(110) 및 레이저 거리측정센서(210)와 다른 위치의 구조물에 설치하는 것도 가능하다. 예를 들면, 카메라(120)는 스크린(110)이 설치되는 위치 및 레이저 거리측정센서(210)가 설치되는 위치와 다른 거동을 보여주는 구조물에 설치하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템의 송신부를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 송신부(200)는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)를 포함할 수 있다.
레이저 거리측정센서(210)는 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사할 수 있도록 스크린(110)과 마주하는 구조물의 타측에 배치되어 설치될 수 있다. 이때, 레이저 거리측정센서(210)는 스크린(110)과의 거리를 측정하도록 구성될 수 있다.
복수의 레이저 포인터(220)는 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사할 수 있도록 스크린(110)과 마주하는 구조물의 타측에 배치되어 설치될 수 있다.
그리고, 하나의 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)는 3개를 기본 세트로 구성하여 설치하며, 필요에 따라 복수의 레이저 포인터(220)를 더 설치하여 4개 이상을 하나의 세트로 구성하여 설치하는 것도 가능하다.
이를 위해, 송신부(200)에는 모터(230) 및/또는 컨트롤보드(240)를 추가 구성할 수 있다.
이와 같이, 종래에는 레이저 거리측정센서를 복수 개 사용하였으나, 본 발명에 따르면 하나의 레이저 거리측정센서와 복수의 레이저 포인터를 사용함으로써, 구조물의 변위 측정 효과는 우수하면서 레이저 거리측정센서를 하나만 사용하여 비용을 절감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 개념적으로 나타내는 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 나타내는 것으로, 먼저 송신부(200)의 기구부에서 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)를 이용하여 수신부(100)의 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사할 수 있다. 이에, 수신부(100)의 카메라(120)는 레이저 빔이 조사되는 스크린(110)을 촬영하여 측정 이미지를 수신부의 제어부(130)로 전송할 수 있다.
한편, 레이저 거리측정센서(210)는 송신부(200)의 레이저 거리측정센서(210)와 스크린(110) 사이의 거리를 측정하여 측정된 거리값을 송신부의 제어부(250)로 전송할 수 있다.
이때, 송신부의 제어부(250)는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)를 제어할 수 있다. 즉, 송신부의 제어부(300)는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220) 각각을 제어하기 위한 제어신호를 전송하도록 구성할 수 있다. 또한, 수신부의 제어부(300)는 카메라(120)를 제어하기 위한 제어신호를 전송하도록 구성하는 것이 가능하다.
이에 따라, 수신부의 제어부(130)는 카메라(120)로부터 입력되는 측정 이미지를 분석하여 송신부의 제어부(250)로 좌표값을 전송하고, 상기 송신부의 제어부(250)는 전달받은 좌표값과 레이저 거리측정센서(210)로부터 얻어진 거리값과 기구부의 각도값(회전각)을 이용하여 구조물의 변위를 추정할 수 있다.
예를 들면, 수신부의 제어부(130)는 카메라(120)를 통하여 입력되는 측정 이미지의 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)로부터 조사된 레이저 포인트의 좌표값을 추출하고, 송신부의 제어부(250)로 전송할 수 있다. 이에, 송신부의 제어부(250)는 상기의 좌표값과 레이저 거리측정센서(210)로부터 얻어진 거리값 및 기구부의 각도값을 이용하여 6자유도를 추정할 수 있다. 즉, 스크린의 좌표계를 레이저 거리측정센서와 복수의 레이저 포인터가 있는 기구부의 중심으로의 좌표계로 변환하는 변환행렬을 이용하여 운동방정식을 생성하고, 이를 이용하여 구조물의 변위를 추정할 수 있다.
추가적으로, 송신부의 제어부(250)는 초기 옵셋 교정을 위한 교정행렬을 이용하여 상기와 같은 과정을 거쳐 추정한 변위를 교정하도록 구성하는 것이 바람직하다.
여기서, 측정 이미지는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)를 작동시켜 조사된 레이저 빔이 스크린(110)에 맺힌 레이저 포인트를 촬영한 이미지를 의미한다.
따라서, 측정 이미지에는 하나의 세트로 구성되어 설치된 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)의 수에 대응하는 수의 레이저 포인트가 표시될 수 있다.
그리고, 측정 이미지의 레이저 포인트는 구조물에 변형이 발생하게 되면, 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)의 설치 위치로부터 투영된 레이저 포인트의 위치에서 이동된 위치에 표시되며, 이러한 레이저 포인트의 이동량을 분석하여 구조물의 변위를 추정할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 방법을 개념적으로 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 도 1 내지 도 4에서 설명한 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 얻어진 측정 이미지를 활용하여 구조물의 변위를 추정하는 6자유도 구조물 변위 측정 방법에 대하여 구체적으로 설명할 수 있다.
단계(510)에서, 구조물에 설치된 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)에서는 구조물의 다른 위치에 설치된 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사할 수 있다.
단계(520)에서, 레이저 거리측정센서(210)는 레이저 빔을 조사함으로써 레이저 거리측정센서(210)와 스크린(110) 사이의 거리값을 검출하여 송신부의 제어부(300)로 전송할 수 있다. 한편, 송신부의 제어부(300)는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 설치되는 구조부는 각각의 회전에 의한 각도값을 구할 수 있다.
단계(530)에서, 카메라(120)에서는 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)의 레이저 빔이 조사되는 스크린(110)의 이미지를 촬영하여 측정 이미지를 수신부의 제어부(300)로 전송할 수 있다.
단계(540)에서, 수신부의 제어부(300)에서는 카메라(120)로부터 입력되는 촬영된 측정 이미지로부터 조사된 각 레이저 포인트의 좌표값을 검출할 수 있다. 다시 말하면, 수신부의 제어부(300)는 카메라(120)로부터 입력되는 측정 이미지에서 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)에서 조사된 레이저 포인트의 좌표값을 검출할 수 있다.
그리고, 레이저 빔을 방출하고 스크린(110)의 이미지를 촬영하여 레이저 포인트의 좌표값을 검출하고, 레이저 거리측정센서로부터 거리값을 검출하는 과정(단계 510 내지 540)을 반복하여 수행할 수 있다.
여기서, 송신부의 제어부(250)의 제어신호를 통하여 레이저 거리측정센서(210) 및 복수의 레이저 포인터(220)를 제어하고, 수신부의 제어부(130)의 제어신호를 통하여 카메라(120)의 동작을 제어하도록 자동 검출 시스템을 구현하는 것도 가능하다.
단계(550)에서, 송신부의 제어부(250)는 수신부의 제어부(130)로부터 실시간으로 검출되는 이미지의 좌표값을 전달받고, 레이저 거리측정센서(210)로부터 얻어진 거리값과 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 설치되는 기구부의 각도값을 이용하여 구조물의 변위를 추정할 수 있다.
예를 들면, 측정 이미지의 좌표값과 거리값인 측정 데이터(M)는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014116069327-pat00001
수학식 1에 있어서, ROx는 복수의 레이저 포인터(220) 중 하나(1번 레이저 포인터)로부터 조사된 레이저 빔에 의해 스크린(110)에 형성된 1번 레이저 포인트(ROx)의 X축 방향 좌표값이고, ROy는 1번 레이저 포인터(220)로부터 조사된 레이저 빔에 의해 스크린(110)에 형성된 1번 레이저 포인트(ROy)의 Y축 방향 좌표값이다.
그리고, RYx는 2번 레이저 포인터(220)로부터 조사된 레이저 빔에 의해 스크린(110)에 형성된 2번 레이저 포인트(RYx)의 X축 방향 좌표값이고, RYy는 2번 레이저 포인터(220)로부터 조사된 레이저 빔에 의해 스크린(110)에 형성된 2번 레이저 포인트(RYy)의 Y축 방향 좌표값이다.
또한, RZx는 레이저 거리측정센서(210)로부터 조사된 레이저 빔에 의해 스크린(110)에 형성된 3번 레이저 포인트(RZx)의 X축 방향 좌표값이고, RZy는 레이저 거리측정센서(210)로부터 조사된 레이저 빔에 의해 스크린(110)에 형성된 3번 레이저 포인트(RZy)의 Y축 방향 좌표값이고,
Figure 112014116069327-pat00002
은 3번 레이저 거리측정센서(210)와 스크린(110) 사이의 거리값이 될 수 있다.
상기에서 각 레이저 포인트의 X축 방향 및 Y축 방향 좌표값은 카메라(120)로 촬영한 측정 이미지를 수신부의 제어부(300)에서 좌표 원점(0,0)을 일치화시킨 상태에서 각 레이저 포인트의 좌표값을 판독하여 구할 수 있다.
상기에서 거리값은 레이저 거리측정센서(210)에서 측정한 값을 송신부의 제어부(250)로 전송하여 사용할 수 있다.
상기와 같이 얻어지는 측정 데이터(M)의 각 좌표값과 거리값을 이용하여 추정한 구조물의 변위(P)은 다음의 수학식 2와 같이 6자유도(6-DOF) 변위로 나타낼 수 있다.
Figure 112014116069327-pat00003
수학식 2에 있어서, x, y, z는 스크린(110)이 설치된 면인 수신부(100)의 좌표계(∑R)와 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 설치된 기구부 중심인 송신부(200)의 좌표계(∑T) 사이의 각 X축, Y축, Z축에 따른 선형 변위(translational displacement)(좌표값)를 나타내고, θ, φ, ψ는 스크린(110)이 수신부(100)의 좌표계(∑R)와 송신부(200)의 좌표계(∑T) 사이의 각 X축, Y축, Z축에 따른 회전 변위(rotational displacement)(각도값)를 나타낼 수 있다.
상기에서 구조물의 변위는 수신부(100)의 좌표계(∑R)와 송신부(200)의 좌표계(∑T) 사이의 상대적인 변위를 의미할 수 있다. .
그리고 측정 데이터(M)와 구조물 변위(p) 사이의 기하학적 관계를 나타내는 운동방정식(Kinematics Equation)은 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014116069327-pat00004
운동방정식(F(p))을 풀기 위해, 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)의 기구부 중심인 송신부(200)의 좌표계(∑T)로부터 스크린(110)이 설치된 면인 수신부(100)의 좌표계(∑R)로 좌표를 변환하는 다음의 수학식 4에 나타낸 바와 같은 변환행렬(RHT)을 사용할 수 있다.
Figure 112014116069327-pat00005
수학식 4에 있어서, T(x, y, z)는 X축, Y축 및 Z축에 대한 선형 변환행렬(Translational Transformation Matrix)을 나타내고, Rx(θ)는 X축에 대한 회전 변환행렬(Rotational Transformation Matrix)을 나타내고, Ry(φ)는 Y축에 대한 회전 변환행렬을 나타내고, Rz(ψ)는 Z축에 대한 회전 변환행렬을 나타낼 수 있다.
스크린(110)에 맺힌 각 레이저 포인트의 위치(RO, RY, RZ)는 수학식 4를 이용하여 각각 다음의 수학식 5, 수학식 6, 수학식 7로부터 산출하는 것이 가능하다.
Figure 112014116069327-pat00006
Figure 112014116069327-pat00007
Figure 112014116069327-pat00008
상기의 수학식 5 내지 7에 있어서, ZTR는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)의 기구부 중심으로부터 스크린(110)이 설치된 면까지의 거리를 나타내고, L은 스크린(110)의 중심점으로부터 레이저가 설치된 오프셋(offset) 거리를 나타내고, THT'는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 설치된 기구부의 회전 변환행렬을 나타낼 수 있다.
상기에서 THT'는 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 일정 크기의 스크린(110)을 벗어나지 않게 하기 위하여 레이저 거리측정센서(210)의 움직임을 제어하는 기구부를 이용할 수 있는데, 이 기구부의 움직임을 나타낼 수 있다.
그리고, 레이저 거리측정센서(210)와 스크린(110) 사이의 거리(
Figure 112014116069327-pat00009
)는 다음의 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014116069327-pat00010
상기 식에 레이저 거리측정센서(210)로부터 얻어진 값(
Figure 112014116069327-pat00011
)을 이용하여 ZTR을 추정할 수 있다. 그리고, 레이저 거리측정센서(210)로부터 구한 거리값, 레이저 포인터의 좌표값, 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)가 설치된 기구부의 회전각(각도값) 등을 사용하여 수학식 1의 측정 데이터(M)를 구할 수 있다.
그리고, 수학식 9와 같이, 수학식 1 및 수학식 3에 나타낸 측정 데이터(M)의 운동(Kinematics)방정식을 구하는 것이 가능하다.
Figure 112014116069327-pat00012
여기서, cθ는 cosθ를 의미하고, sθ는 sinθ를 의미할 수 있다.
그리고, 수학식 1 및 수학식 3에 나타낸 측정 데이터(M)의 운동방정식은 다음의 수학식 10과 같이 나타내어지는 뉴튼-랩슨 기법(Newton-Raphson Method)을 반복 적용하면, 수학식 2의 구조물 변위 예측값(p) p=[x, y, z, θ, φ, ψ]를 추정하는 것이 가능하다.
Figure 112014116069327-pat00013
수학식 9에 있어서, Jp(= ∂M/∂p)는 운동방정식 M의 야코비안(야코비 함수: Jacobian)를 나타내고, J+ p 는 야코비안의 의사 역행렬(pseudo-inverse)을 나타내고,
Figure 112014116069327-pat00014
는 M에 의해 추정된 레이저 포인트의 위치들을 나타내고, m(k)는 실제 관측된 레이저 포인트의 위치들을 나타낼 수 있다.
뉴튼-랩슨 기법 이외에도 EKF(Extended Kalman Filtering) 기법 등의 다양한 반복 계산 기법을 적용하여 변위 p=[x, y, z, θ, φ, ψ]를 추정할 수도 있다.
송신부의 제어부(300)에서는 초기 옵셋 교정을 위한 교정행렬을 이용하여 상기와 같은 과정을 거쳐 추정한 변위를 교정하는 과정을 추가로 진행하는 것도 가능하다.
다음으로 상기 초기 옵셋 교정을 위한 교정행렬을 이용하는 과정인 초기 변위(Initial Deformation)에 의한 옵셋을 교정하는 방법에 대해 상세히 설명할 수 있다.
먼저, 초기 옵셋 교정을 위해, 초기 변위 p0=[x0, y0, z0, θ0, φ0, ψ0]T를 계산하고, 이를 이용하여 교정행렬(Calibration Matrix)을 생성하는데, 교정 행렬 ATcal은 다음의 수학식 11과 같다.
Figure 112014116069327-pat00015
상기 수학식 10에 있어서, T(x0, y0, z0)은 X, Y 및 Z축에 대한 선형 변환행렬(Translational Transformation Matrix)을 나타내고, Rx(θ0)은 X축에 대한 회전 변환행렬(Rotational Transformation Matrix)을 나타내고, Ry(θ0)은 Y축에 대한 회전 변환행렬을 나타내고, Rz(ψ0)은 Z축에 대한 회전 변환행렬을 나타낼 수 있다.
그리고, 다음의 수학식 12과 같이 교정행렬 ATcal의 역행렬을 변환행렬 RHT에 곱하여, 교정된 변환행렬 Tnew를 획득할 수 있다.
Figure 112014116069327-pat00016
상기와 같이 교정된 변환행렬 Tnew를 이용하면 초기 옵셋이 교정된 변위 pnew를 획득하는 것이 가능하며, 교정된 변위 pnew=[x', y', z', θ', φ', ψ']는 다음의 수학식 13와 같이 Tnew의 원소들을 이용하여 표현 가능하다.
Figure 112014116069327-pat00017
상기 송신부의 제어부(300)에서는 수학식 3에 나타난 운동방정식 M을 이용하여 상기한 수학식 10에 나타난 뉴튼-랩슨 기법을 반복 적용함으로써, 변위 p=[x, y, z, θ, φ, ψ]를 추정하게 된다. 뿐만 아니라, 상기 송신부의 제어부(300)에서는 EKF 기법에 적용하여 변위 p=[x, y, z, θ, φ, ψ]를 추정하는 것도 가능하다.
그리고, 송신부의 제어부(300)는 교정행렬 ATcal을 상기한 수학식 12에 대입하여 교정된 변환행렬 Tnew를 획득하고, 교정된 변환행렬 Tnew를 이용하여, 수학식 13와 같이 초기 옵셋이 교정된 변위 pnew=[x', y', z', θ', φ', ψ']를 획득할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 구조물의 정적 변위를 추정하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
시뮬레이션에 있어서, 스크린(110)의 중심점으로부터 레이저 거리측정센서(210)의 옵셋 거리(L)는 L=0.5로 설정하여 수행할 수 있다.
도 6을 참조하면, 뉴튼-랩슨 기법을 적용한 정적 변위 예측 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 추정된 구조물 변위가 비교적 짧은 시간 안에 실제 구조물 변위에 수렴함을 확인할 수 있다.
여기서, 구조물 변위의 실제값은 (x, y, z, θ, φ, ψ)=(0.02, -0.03, 2, 0.01, 0.02, -0.03)이고, 시뮬레이션에서 실선은 실제값을 나타내고, 점선은 예측값인 추정 변위를 나타낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 구조물의 동적 변위를 추정하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
시뮬레이션에 있어서, 스크린(110)의 중심점으로부터 레이저 거리측정센서(210)의 옵셋 거리(L)는 L=0.5로 설정하여 수행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 뉴튼-랩슨 기법을 적용한 동적 변위 예측 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 추정된 구조물 변위가 노이즈 등이 있는 경우에도 비교적 짧은 시간 안에 실제 구조물 변위에 수렴함을 확인할 수 있다.
여기서, 구조물 변위의 실제값은(x, y, z, θ, φ, ψ)=(0.05, -0.03, 2, 0.05sin(2
Figure 112014116069327-pat00018
t/30), -0.02, -0.03)이고, 실선은 실제값을 나타내고, 점선은 예측값인 추정 변위를 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템을 적용하여 모션스테이지 위에서의 구조물 변위를 추정하는 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 모션스테이지(참값) 위에 시스템(예를 들어, 송신부)을 설치하여 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다. 여기서, 실선은 모션스테이지(참값, 실제값)을 나타내고, 점선은 시스템의 예측값을 나타낼 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 구조물의 한쪽에 설치되는 하나의 레이저 거리측정센서(210) 및 적어도 2개 이상 설치되는 복수의 레이저 포인터(220)로 구성된 송신부(200)와, 구조물의 다른 쪽에 설치되는 스크린(110)과 카메라(120)로 구성된 수신부(100)를 하나의 세트로 구성하는 시스템에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하나의 송신부와 다수 개의 수신부를 이용한 넓은 면적의 모니터링도 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 구조물 변위 측정 방법에 있어서, 구조물에 설치된 하나의 레이저 거리측정센서(210)와 복수의 레이저 포인터(220)에서는 구조물의 다른 위치에 설치된 스크린(110)을 향하여 레이저 빔을 조사하고, 레이저 거리측정센서(210)와 스크린(110) 사이의 거리값을 검출하여 송신부의 제어부(300)로 전송하고, 카메라(120)에서는 레이저 빔이 조사되는 스크린(110)의 이미지를 촬영하여 측정 이미지로 수신부의 제어부(300)로 전송하며, 수신부의 제어부(300)에서는 카메라(120)로부터 입력되는 촬영된 이미지로부터 조사된 각 레이저 포인트의 좌표값을 검출하고, 레이저 빔을 방출하고 스크린(110)의 이미지를 촬영하여 좌표값을 검출하고, 레이저 거리측정센서로부터 거리값을 검출하는 과정을 반복하여 수행하고, 송신부의 제어부(300)에서는 수신부의 제어부(130)로부터 실시간으로 검출되는 측정 이미지의 좌표값을 전달받고, 레이저 거리측정센서로부터 검출되는 거리값을 이용하여 구조물의 변위를 추정하는 과정을 수행할 수 있도록 프로그램을 제작하고, 이 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체(예를 들면, 하드디스크, CD, DVD, USB 메모리 등의 다양한 저장장치)에 수록하는 방식으로 본 발명을 실시하는 것도 가능하다.
나아가 상기 프로그램을 인터넷이나 인트라넷 등의 통신 네트워크망을 통하여 다운로드 받을 수 있도록 구성하여 본 발명을 실시하는 것도 가능하다.
이에 따라, 단일 레이저 거리측정센서 및 복수의 포인터를 이용하여 구조물 변위를 측정함으로써, 구조물 변위 측정 효과는 우수하되 복수 개의 레이저 거리측정센서를 이용하는 것보다 비용을 절감할 수 있어 경제적이고, 카메라를 스크린 하우징의 내부에 고정하여 외부 환경에 영향을 받지 않도록 하여 보다 정확한 측정 결과를 획득할 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 수신부 110: 스크린
120: 카메라 130: 수신부의 제어부
200: 송신부 210: 레이저 거리측정센서
220: 복수의 레이저 포인터 230: 모터
240: 컨트롤보드 250: 송신부의 제어부

Claims (10)

  1. 구조물의 일측에 배치되며, 스크린과, 상기 스크린을 촬영하여 측정 이미지를 생성하는 카메라로 구성되는 수신부;
    상기 구조물의 타측에 배치되고, 상기 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하는 복수의 레이저 포인터와, 상기 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하여 상기 스크린과의 거리를 측정하는 하나의 레이저 거리측정센서로 구성되는 송신부;
    상기 수신부에서 생성된 상기 이미지를 분석하여 좌표값을 구하는 수신부의 제어부; 및
    상기 수신부의 제어부로부터 상기 좌표값을 전달받고 상기 레이저 거리측정센서로부터 거리값을 획득하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 송신부의 제어부
    를 포함하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 스크린의 후방에 상기 카메라가 고정되는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 카메라의 적어도 일부가 상기 스크린이 형성되는 하우징의 내부에 고정되는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신부의 제어부는
    상기 레이저 거리측정센서와 상기 복수의 레이저 포인터가 구성되는 기구부를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수신부의 제어부는
    상기 카메라에서 상기 이미지를 입력 받아 상기 스크린의 좌표계를 기준으로 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터로부터 조사된 레이저 포인트의 좌표값을 추출하여 상기 송신부의 제어부로 전달하고,
    상기 송신부의 제어부는
    상기 수신부의 제어부로부터 상기 좌표값을 전달받고, 상기 레이저 거리측정센서의 거리값을 검출하며, 상기 거리값과 상기 좌표값 및 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터가 구성되는 기구부의 각도값을 이용하여, 상기 스크린의 좌표계를 상기 기구부의 좌표계로 변환하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송신부의 제어부는
    상기 거리값 및 상기 좌표값과 상기 기구부의 각도값을 이용하되, 상기 스크린의 좌표계를 상기 기구부의 좌표계로 변환하는 변환행렬을 이용하여 운동방정식을 생성하고, 상기 구조물의 변위를 추정하는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 시스템.
  7. 구조물에 설치된 레이저 거리측정센서와 복수의 레이저 포인터에서는 상기 구조물의 다른 위치에 설치된 스크린을 향하여 레이저 빔을 조사하고, 상기 레이저 거리측정센서와 상기 스크린 사이의 거리값을 검출하여 송신부의 제어부로 전송하는 단계;
    카메라에서 상기 레이저 빔이 조사되는 상기 스크린을 촬영하여 측정 이미지를 수신부의 제어부로 전송하는 단계;
    상기 수신부의 제어부에서 상기 측정 이미지로부터 조사된 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터의 좌표값을 검출하는 단계;
    상기 레이저 빔을 조사하고 상기 스크린의 이미지를 촬영하여 상기 좌표값을 검출하고, 상기 레이저 거리측정센서로부터 상기 거리값을 검출하는 과정을 반복하여 수행하는 단계; 및
    상기 송신부의 제어부는 상기 수신부의 제어부로부터 실시간으로 검출되는 상기 이미지의 상기 좌표값을 전달받고, 상기 레이저 거리측정센서로부터 검출되는 상기 거리값을 이용하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 단계
    를 포함하는 6자유도 구조물 변위 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 카메라는
    상기 스크린의 후방에 배치되되, 적어도 일부가 상기 스크린이 설치되는 하우징의 내부에 고정 설치되는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 구조물의 변위를 추정하는 단계는
    상기 측정 이미지에서 상기 레이저 거리측정센서 및 상기 복수의 레이저 포인터의 x, y 상기 좌표값과, 상기 레이저 거리측정센서로부터 입력되는 상기 거리값과, 상기 복수의 레이저 포인터 및 상기 레이저 거리측정센서가 설치된 기구부의 각도값을 이용하고, 상기 구조물의 변위 사이의 기하학적 관계를 나타내는 운동방정식을 생성하여, 상기 운동방정식을 풀기 위해 상기 기구부의 중심으로의 좌표계로부터 상기 스크린이 설치된 면의 좌표계로 변환행렬을 사용하여 좌표를 변환하는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 운동방정식에 뉴튼-랩슨 기법(Newton-Raphson Method) 또는 EKF(Extended Kalman Filtering) 기법을 반복 적용하여 상기 구조물의 변위를 추정하는 것
    을 특징으로 하는 6자유도 구조물 변위 측정 방법.
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