KR101604286B1 - Displacement measuring device using laser - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 변위측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 레이저 거리측정 장치를 이용하여 구조물의 특정 위치의 상하좌우 변위를 신속하면서 정확하게 측정할 수 있도록 하는 레이저 변위측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
교량, 댐, 터널 등과 같은 구조물은 한 나라의 산업 및 국민의 안전과 직결되는 중요한 기반시설물들이다. 이런 주요 기반시설물들은 지난 30년간 고도 성장기를 거치면서 급속하게 건설되어 왔는데, 이제는 장기간 사용으로 인해 급격한 노후화가 진행되고 있는 실정이다.Structures such as bridges, dams and tunnels are important infrastructures directly connected with the safety of industry and people in a country. These major infrastructures have been built rapidly during the last 30 years of rapid growth and are now undergoing rapid aging due to long-term use.
국민의 안전을 보호하기 위해 이러한 기반시설물들의 효율적인 유지 관리가 요구되는데, 특히, 손상 및 붕괴의 초기 증상이라 할 수 있는 구조물의 변위를 항시 측정하고 비교하여 구조물의 붕괴로 인한 피해를 예방해야 한다.In order to protect the safety of the public, efficient maintenance of these infrastructures is required. In particular, it is necessary to always measure and compare the displacement of the structure, which is the initial symptom of damage and collapse, to prevent the damage caused by the collapse of the structure.
구조물의 변위를 알 수 있는 대표적인 방법으로는, LVDT를 이용한 변위 계측법, 경사계를 이용한 변위 계측법, 스트레인 게이지 및 로드셀을 이용한 변위 계측법 등과 같은 접촉식 변위 측정 방법들이 있다.Representative methods for determining the displacement of a structure include contact displacement measurement methods such as displacement measurement using LVDT, displacement measurement using an inclinometer, displacement measurement using a strain gauge and a load cell, and the like.
그러나 이와 같은 방법에 있어서는 해당 센서들을 구조물에 부착할 때 삽입공을 형성하여 센서를 매설해야 하기 때문에 설치 작업이 매우 어려우며, 지하철과 같은 철도 터널이나 일반 터널의 경우, 지하철이나 트럭이 통과시 발생하는 풍압에 의해서 데이터 오차가 크게 발생하는 등 측정에 있어 오차가 발생하기 때문에 정확한 변형량을 측정하기가 곤란한 문제가 있다.However, in such a method, the installation work is very difficult because the sensor is buried by forming the inserting hole when the sensors are attached to the structure, and in the case of the railway tunnel such as the subway or the general tunnel, There is a problem that it is difficult to measure an accurate amount of deformation because an error occurs in measurement such as a large data error due to wind pressure.
그리하여, 도 1에 도시한 바와 같이, 레이저를 이용한 방법이 사용되고 있는데, 이는 측정 대상에 계단식으로 형성된 타킷(1)을 고정 설치하고, 상기 타킷(1) 측으로 레이저 거리 측정기(2)에서 발생되는 레이저를 조사하여, 상기 타킷(1)의 표면에서 반사되는 레이저를 수신하여 타킷(1)까지의 거리 변화를 보정하여 상, 하 방향을 따른 변위를 측정하는 방법이다. As shown in Fig. 1, a method using a laser is used. In this method, a
그런데, 이러한 종래의 레이저 거리 측정기(2)를 이용한 변위 장치에 있어서, 타킷(1)과 레이저 거리 측정기(1) 사이의 거리가 멀 경우에는 상기 타킷에 형성된 계단의 기울기가 30도 이내의 범위여야만 측정이 가능하므로 거리를 상, 하 방향을 따른 변위로 보정하기가 복잡하다는 문제점이 있다. However, when the distance between the
그리고, 상기 타킷(1)이 계단식으로 형성되어 있기 때문에 한 계단의 높이 범위 내에서는 레이저 거리 측정기(2)까지의 거리가 모두 동일한 것으로 취급되기 때문에 높이 방향을 따른 미세한 변위가 발생하더라도 이를 감지하여 변위가 발생하였음을 정확하게 측정하지 못한다는 문제점이 있다. Since the
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구조물의 특정위치에서 상,하,좌,우 방향 이동에 따른 변위를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 구조물의 안정성을 정확하게 파악할 수 있도록 하는 레이저 변위측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method and system for accurately and accurately measuring the displacement of a structure in a specific position by up- And an object of the present invention is to provide a laser displacement measuring apparatus.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 레이저 변위측정장치는, 거리를 측정하는 레이저 거리측정장치와; 변위 측정의 대상이 되는 구조물의 일측에 부착되어 상기 레이저 거리측정장치에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 구조물의 변위를 측정할 수 있도록 전면 일측이 개구 형성되며 일정한 내부공간을 구비한 하우징과, 개구 형성된 상기 전면에 대하여 일정 각도를 이루도록 배치되는 반사거울과, 상기 반사거울에서 반사되는 상기 레이저를 상기 반사거울 측으로 반사시키도록 상기 반사거울에 대하여 일정 각도를 이루며 상기 내부공간에 배치되는 반사판으로 이루어지는 반사체를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a laser displacement measuring apparatus comprising: a laser distance measuring device for measuring a distance; A housing which is attached to one side of a structure to be subjected to the displacement measurement and has a predetermined inner space opened at one side of the front side so as to measure the displacement of the structure by reflecting the laser irradiated from the laser distance measuring device; A reflector disposed at an angle with respect to the reflecting mirror so as to reflect the laser reflected by the reflecting mirror to the side of the reflecting mirror, the reflector being disposed in the inner space; ; .
여기서, 상기 반사거울과 반사판이 경계를 이루는 영역을 기준으로 상기 내부공간은 이분되며, 이분되는 상기 내부공간의 경계 영역에는 상기 하우징의 폭방향을 따라 투명유리가 배치될 수 있다. Here, the inner space may be divided on the basis of an area where the reflection mirror and the reflection plate form a boundary, and a transparent glass may be disposed on a boundary area of the inner space divided along the width direction of the housing.
그리고, 개구 형성된 상기 하우징의 전면에는 투명유리가 배치될 수 있다. In addition, the transparent glass may be disposed on the front surface of the housing having the aperture formed therein.
또한, 상기 반사거울과 상기 반사판이 이루는 각도 및 상기 반사거울과 상기 레이저 측정장치에서 조사되는 레이저가 이루는 각도의 합은 135°이다. The sum of the angle formed by the reflection mirror and the reflection plate and the angle formed by the reflection mirror and the laser irradiated by the laser measurement apparatus is 135 DEG.
아울러, 상기 하우징의 높이 방향을 따른 수직 변위값을 X, 상기 하우징의 폭 방향을 따른 거리 변위값을 K, 상기 반사판과 조사되는 상기 레이저가 이루는 각을 θ라 하면, X = K ·tanθ 로 정의된다. If the vertical displacement value along the height direction of the housing is X, the distance displacement value along the width direction of the housing is K, and the angle formed by the reflection plate and the laser irradiated is?, Then X = K? do.
그리고, 상기 반사거울과 상기 반사판이 이루는 각도는 90°이고, 상기 반사거울과 상기 레이저 측정장치에서 조사되는 레이저가 이루는 각도는 45°로 구성할 수 있다. The angle formed between the reflection mirror and the reflection plate is 90 °, and the angle formed between the reflection mirror and the laser irradiated by the laser measurement apparatus may be 45 °.
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이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 레이저 변위측정장치는, 구조물의 특정위치에서 상,하,좌,우 방향 이동에 따른 변위를 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 구조물의 안정성을 정확하게 파악할 수 있도록 하는 효과가 있다. As described above, the laser displacement measuring apparatus according to the present invention can quickly and accurately measure displacements caused by upward, downward, leftward, and rightward movements at specific positions of a structure, It is effective.
도 1은 종래의 레이저 거리 측정기를 이용한 변위 장치의 원리를 도시한 평면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 변위측정장치의 구조를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2의 반사체의 구조를 도시한 종단면도이다. 1 is a plan view showing the principle of a displacement device using a conventional laser distance measuring instrument,
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a laser displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,
3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the reflector of Fig.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 토치를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a torch according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 변위측정장치의 구조를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 반사체의 구조를 도시한 종단면도이다. FIG. 2 is a perspective view showing the structure of a laser displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of the reflector of FIG.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 변위측정장치는, 거리를 측정하는 레이저 거리측정장치(100)와, 변위 측정의 대상이 되는 구조물의 일측에 부착되어 상기 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 구조물의 변위를 측정할 수 있도록 전면(211) 일측이 개구 형성되며 일정한 내부공간(212)을 구비한 하우징(210)과, 개구 형성된 상기 전면(211)에 대하여 일정 각도를 이루도록 배치되는 반사거울(220)과, 상기 반사거울(220)에서 반사되는 상기 레이저를 상기 반사거울 (220)측으로 반사시키도록 상기 반사거울(220)에 대하여 일정 각도를 이루며 상기 내부공간(212)에 배치되는 반사판(230)으로 이루어지는 반사체(200)를 포함하여 구성되어 있다. As shown in these drawings, the laser displacement measuring apparatus according to the present invention includes a laser
레이저 거리측정장치(100)는 적외선이나 레이저를 발생하는 발광부와 상기 발광부에서 출사된 적외선 또는 레이저가 장애물에 반사되어 오는 빛을 수광하기 위한 수광부를 포함하여 구성되어 있다. The laser
이러한 발광부와 수광부를 포함하여 구성되는 레이저 거리측정장치(100)는 빔 형태의 적외선 또는 레이저를 송출하고, 거리를 검출하고자 하는 대상 구조물에서 반사된 광이 1차원적으로 배열되는 수광소자로 이루어진 수광부에 입사되는 입사 점을 판단하며, 입사점과 대상 구조물과의 거리에 대한 상관관계를 이용하여 대상 구조물까지의 거리를 산출하게 된다. The laser
반사체(200)는 상기 대상 구조물에 해당하여, 반사체(200)의 형상에 의하여 레이저 거리측정장치(100)를 이용하여 종래에 비하여 대상 구조물의 수직 변위를 정밀하게 측정하게 된다. The
반사체(200)를 설치하는 방향에 따라 상기 대상 구조물의 수직 변위뿐만 아니라 수평 변위도 측정할 수 있는데, 이는 대상 구조물에 대하여 필요에 따라 선택적으로 선택하여 수직 변위를 측정하거나 혹은 수평 변위를 측정할 수 있도록 반사체(200)를 설치하게 된다. The horizontal displacement as well as the vertical displacement of the target structure can be measured according to the direction in which the
이러한 반사체(200)는 상술한 바와 같이, 크게 하우징(210)과, 하우징(210)의 내부에 설치되는 반사거울(220), 반사체(230) 및 투명유리를 포함하여 구성되어 있다. As described above, the
하우징(210)은 일정한 내부공간(212)을 구비한 직육면 형상의 부재로서, 전면 일측이 개구 형성되어 있으며, 개구 형성된 전면(211)에는 별도의 투명유리(240)가 설치되어 있다. The
하우징(210)의 가로 길이, 세로 길이 및 높이의 비율을 다양하게 형성될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 변위측정장치의 반사거울(220)과 반사판(230)이 45°각도를 이루도록 경사지게 배치됨을 감안한다면 하우징(210)의 가로 길이와 세로 길이는 동일하게 형성되어 있으며, 높이는 가로 길이나 혹은 세로 길이의 두 배가 되도록 형성되는 것이 가장 효과적이다. The
그리고, 반사거울(220)과 반사판(230)이 경계를 이루는 영역을 기준으로 내부공간(212)은 이분되며, 이분되는 내부공간(212)의 경계 영역에는 하우징(210)의 폭방향을 따라 투명유리(240)가 배치되어 있다. The
하우징(100)의 개구 형성된 전면(211)과 내부공간(212)을 이분하는 경계 영역에 배치된 투명유리(240)는 외부의 이물질이 전면(211) 및 경계 영역에 존재함으로써 조사되는 레이저가 산란됨을 방지하여 더욱 정밀한 변위를 측정하기 위함이다.The
반사거울(220)은 하우징(210)의 일측에 개구 형성된 전면(211)에 대하여 일정한 각도를 이루도록 경사지게 배치되어 있으며, 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저는 반사판(220) 측으로 반사시키는 역할을 한다. The reflecting
본 발명의 일 실시예에 따른 반사체(200)의 경우에 반사거울(220)은 하우징(100)의 개구 형성된 전면에 대하여 45°각도를 이루도록 배치되어 있으며, 이러한 경우에 수직 방향을 따른 변위와 수평 방향을 따라 변위가 동일하기 때문에 가장 효과적이다.In the case of the
반사판(230)은 하우징(210) 내부의 이분된 내부공간(212) 중에서 반사거울(210)이 배치된 공간의 상측에 위치하는 공간에 배치되어 반사거울(220)에서 반사되어 반사판(230)으로 조사되는 레이저를 다시 반사거울(220) 측으로 반사시켜 결과적으로 레이저가 레이저 거리측정장치(100) 측으로 되돌아 갈 수 있도록 하는 역할을 한다. The
이러한 반사판(230)과 반사거울(220)이 이루는 각도 및 반사거울(220)과 레이저 측정장치(100)에서 조사되는 레이저가 입사되는 각도의 합은 135°가 되는데, 이는 반사거울(220)의 어느 위치에서 반사되는 레이저이던 반사판(230)으로 입사되도록 하기 위해서는 반사거울(220)에서 반사되어 반사판(230)으로 입사되는 레이저의 각도가 45°를 형성해야만 하게 때문이다. The sum of the angle formed by the
즉, 반사판(230)과 반사거울(220)에서 반사되어 반사판(230)으로 입사되는 레이저가 이루는 각도가 45°이므로 삼각형의 내각의 합이 180°를 형성한다는 정의에 따라 135°로 결정되는 것이다. That is, since the angle formed by the laser reflected by the
따라서, 하우징(210)의 내부공간(212)에 배치되는 반사거울(220)이 하우징(210)의 전면(211)과 이루는 각도는 예각의 범위 내에서 다양하게 변화가 가능하며, 이들이 형성하는 각도에 따라 반사거울(220)과 반사판(230)이 이루는 각도가 결정이 될 수 있다. The angle formed by the
다만, 반사거울(220)이 하우징(210)의 전면(211)과 이루는 각도가 0°나 90°의 경우에는 각각 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저가 반사되지 않거나 전반사가 이루어져서 레이저 변위측정이 이루어질 수 없으므로 제외되어야 할 것이다. When the angle formed between the reflecting
그리고, 상술한 바와 같이 반사거울(220)이 하우징(210)의 전면(211)과 이루는 각도가 45°이고, 반사거울(220)과 반사판(230)이 이루는 각도가 90°일 경우는 삼각함수의 정의에 따라 수평 방향을 따른 변위값과 수직 방향을 따른 변위값이 동일하므로 수평 방향을 따른 변위값을 측정한 후에 별도의 환산없이도 수직 방향에 따른 변위값을 알 수 있기 때문에 가장 바람직하며, 그에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 변위측정장치의 경우에 반사거울(220)이 하우징(210)의 전면(211)과 이루는 각도가 45°로 형성되어 있다. When the angle formed between the
한편, 수평 방향을 따른 변위값과 수직 방향을 따른 변위값의 상관 관계를 살펴보면 하우징(210)의 높이 방향(수직 방향)을 따른 수직 변위값을 X, 하우징(210)의 폭 방향(수평 방향)을 따른 거리 변위값을 K, 반사판(230)과 조사되는 상기 레이저가 이루는 각을 θ라 하면 아래의 수식에 의하여 수직 변위값이 정해진다. The vertical displacement value along the height direction (vertical direction) of the
수식을 살펴보면 θ 값이 45°일 경우에는 tanθ 값이 1이므로, 거리 변위값이 수직 변위값과 동일하다는 것을 알 수 있다. If the θ value is 45 °, the tan θ value is 1, so the distance displacement value is equal to the vertical displacement value.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 변위측정장치는 기존에 존재하던 레이저 거리측정장치(100) 및 반사체(200)를 이용하여 구조물의 수직 방향에 따른 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 구조물의 안전성을 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있다. The laser displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention having such a configuration can precisely measure the displacement along the vertical direction of the structure using the existing laser
또한, 반사체(200)의 설치 방향을 변경함으로써 구조물의 수평 방향에 따른 변위도 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 구조물의 안정성을 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있음은 물론이다. In addition, by changing the installation direction of the
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 일 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 일 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.It is to be understood that the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described above, It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.
100 : 레이저 거리측정장치 200 : 반사체
210 : 하우징 211 : 전면
212 : 내부공간 220 : 반사거울
230 : 반사판 240 : 투명유리100: laser distance measuring device 200: reflector
210: housing 211: front
212: interior space 220: reflective mirror
230: reflector 240: transparent glass
Claims (7)
변위 측정의 대상이 되는 구조물의 일측에 부착되어 상기 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 구조물의 변위를 측정할 수 있도록 전면(211) 일측이 개구 형성되며 일정한 내부공간(212)을 구비한 하우징(210)과, 개구 형성된 상기 전면(211)에 대하여 일정 각도를 이루도록 배치되는 반사거울(220)과, 상기 반사거울(220)에서 반사되는 상기 레이저를 상기 반사거울 (220)측으로 반사시키도록 상기 반사거울(220)에 대하여 일정 각도를 이루며 상기 내부공간(212)에 배치되는 반사판(230)으로 이루어지는 반사체(200)를;
포함한 것을 특징으로 하는 레이저 변위측정장치.A laser distance measuring device (100) for measuring a distance;
A front surface 211 is formed at one side of the structure to be displaced and is capable of measuring the displacement of the structure by reflecting the laser beam emitted from the laser distance measuring apparatus 100, A reflecting mirror 220 disposed at an angle with respect to the opening 211 formed in the opening 211 and a reflecting mirror 220 reflecting the laser reflected from the reflecting mirror 220 to the reflecting mirror 220, And a reflector (230) disposed on the inner space (212) at an angle with respect to the reflective mirror (220) so as to reflect the reflector (230).
Wherein the laser displacement measuring device comprises:
상기 반사거울(220)과 반사판(230)이 경계를 이루는 영역을 기준으로 상기 내부공간(212)은 이분되며, 이분되는 상기 내부공간(212)의 경계 영역에는 상기 하우징(210)의 폭방향을 따라 투명유리(240)가 배치된 것을 특징으로 하는 레이저 변위측정장치.The method according to claim 1,
The inner space 212 is bisected on the basis of an area where the reflective mirror 220 and the reflection plate 230 are bounded with each other and a width direction of the housing 210 is defined on a boundary area of the inner space 212, And a transparent glass (240) is disposed on the transparent glass (240).
개구 형성된 상기 하우징(210)의 전면에는 투명유리(240)가 배치된 것을 특징으로 하는 레이저 변위측정장치.The method according to claim 1,
Wherein a transparent glass (240) is disposed on a front surface of the housing (210) having an opening.
상기 반사거울(220)과 상기 반사판(230)이 이루는 각도 및 상기 반사거울(220)과 상기 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저가 이루는 각도의 합은 135°인 것을 특징으로 하는 레이저 변위측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the sum of the angle formed by the reflection mirror (220) and the reflection plate (230) and the angle formed by the reflection mirror (220) and the laser irradiated from the laser distance measuring apparatus (100) Measuring device.
상기 하우징(210)의 높이 방향을 따른 수직 변위값을 X, 상기 하우징(210)의 폭 방향을 따른 거리 변위값을 K, 상기 반사판(230)과 조사되는 상기 레이저가 이루는 각을 θ라 하면, X = K ·tanθ 인 것을 특징으로 하는 레이저 변위측정장치.The method according to claim 1,
If the vertical displacement value along the height direction of the housing 210 is X, the distance displacement value along the width direction of the housing 210 is K, and the angle formed by the reflection plate 230 and the laser irradiated is? X = K? Tan?.
상기 반사거울(220)과 상기 반사판(230)이 이루는 각도는 90°이고, 상기 반사거울(220)과 상기 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저가 이루는 각도는 45°인 것을 특징으로 하는 레이저 변위측정장치.5. The method of claim 4,
An angle formed between the reflecting mirror 220 and the reflecting plate 230 is 90 ° and an angle formed between the reflecting mirror 220 and the laser irradiated from the laser distance measuring apparatus 100 is 45 ° Laser displacement measuring device.
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