KR102048529B1 - 평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템 - Google Patents

평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징, 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈 및 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈을 포함하여, 레이저 빔의 손실을 줄이고, 장치를 소형화하는 평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템이 개시된다.

Description

평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템{Device for Focusing Laser Beam Comprising Plane Mirror and Laser System having the same}
본 발명은 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 회전하는 장비에 사용되는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 관한 것이다.
종래의 레이저 빔 집속 장치는 빔의 전달 방식에 따라 반사식과 굴절식으로 나눌 수 있다. 반사식 레이저 빔 집속 장치는 초점 길이에 비해 장치의 길이를 짧게 할 수 있는 장점이 있어 구동 제어가 유리하지만, 부경 조립체에 의해서 빛이 가로막히는 면적(Obscuration area)이 크기 때문에, 차폐로 인한 송광 손실 및 수광되는 영상의 선명도가 떨어지고 빔 집속 장치 안의 대류에 의해 상이 흔들리고, 해상력, 집광력이 떨어지는 단점이 있어 설계에 많은 제약 사항이 따른다.
굴절식 레이저 빔 집속 장치는 대물 굴절 렌즈와 접안렌즈(초점조절렌즈)로 완전 밀폐되어 있으므로 대류현상이 없어 상이 선명하지만, 장치의 길이가 길어지고, 요크조립체의 부피가 커지게 된다.
이에 따라, 90도/초의 속도로 고속회전을 하며 넓은 FOV를 가지며 입, 출력되는 광원을 조종하고 지시해야 하는 레이저 본연의 성능에 위배되어, 레이저용으로 사용하는데 기술적인 한계에 직면하게 되었다.
본 발명은 평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템으로 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징, 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈 및 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈을 포함하여, 레이저 빔의 손실을 줄이고, 장치를 소형화하는데 그 목적이 있다.
또한, 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시키는 하우징 회전 모듈을 포함하여 고각 방향으로의 오버헤드 추적을 통해 빠른 추적이 가능하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는, 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속 장치에 있어서, 상기 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징, 상기 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈 및 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈을 포함한다.
여기서, 상기 미러 모듈은, 상기 접안 렌즈를 투과한 상기 레이저 빔을 반사하는 반사 평면 미러를 포함한다.
여기서, 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈를 더 포함하며, 상기 대물렌즈는, 상기 빔 집속 하우징의 외면에 조립되어 상기 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성한다.
여기서, 상기 빔 집속 하우징은, 상기 미러 모듈과 상기 초점 조절 모듈이 수용되는 수용부, 상기 대물렌즈가 부착되는 하우징 커버를 포함하며, 상기 하우징 커버가 상기 수용부의 상면을 밀폐시키는 밀폐 구조이다.
여기서, 상기 초점 조절 모듈은, 상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시키는 접안렌즈 구동부를 더 포함하며, 상기 접안렌즈 구동부는, 상기 레이저 빔의 초점 거리를 가변한다.
여기서, 상기 빔 집속 장치의 구동을 제어하는 구동 제어부를 더 포함하며, 상기 구동 제어부는, 생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식하는 영상 인식부, 상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적하는 영상 추적부, 상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어하는 초점 거리 조절부를 포함한다.
여기서, 상기 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시키는 하우징 회전 모듈을 더 포함하며, 상기 하우징 회전 모듈은, 내측에 상기 레이저 빔이 상기 접안 렌즈를 투과하면서 추적 및 조준정밀도를 높이기 위해 반사 경로를 미세 조정하는 고속 조정 미러를 포함하고, 상기 반사 평면 미러, 상기 접안 렌즈 및 상기 고속 조정 미러는 상기 레이저 빔의 진행방향과 중심이 일치한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템은, 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진부, 상기 레이저 빔이 복수의 경로를 경유하도록 제어하는 연결 광학계를 포함하여, 상기 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분할하고 특정 경로로 가이드하는 추적조준부, 분산된 상기 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부 및 상기 빔 집속부를 일측에 조립하고, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.
여기서, 상기 빔 집속부는, 상기 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징, 상기 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈 및 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈을 포함하고, 상기 미러 모듈은, 상기 접안 렌즈를 투과한 상기 레이저 빔을 반사하는 반사 평면 미러를 포함한다.
여기서, 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈를 더 포함하며, 상기 대물렌즈는, 상기 빔 집속 하우징의 외면에 조립되어 상기 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성한다.
여기서, 상기 빔 집속 하우징은, 상기 미러 모듈과 상기 초점 조절 모듈이 수용되는 수용부, 상기 대물렌즈가 부착되는 하우징 커버를 포함하며, 상기 하우징 커버가 상기 수용부의 상면을 밀폐시키는 밀폐 구조이다.
여기서, 상기 초점 조절 모듈은, 상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시키는 접안렌즈 구동부를 더 포함하며, 상기 접안렌즈 구동부는, 상기 레이저 빔의 초점 거리를 가변한다.
여기서, 상기 빔 집속부의 구동을 제어하는 구동 제어부를 더 포함하며, 상기 구동 제어부는, 생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식하는 영상 인식부, 상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적하는 영상 추적부, 상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어하는 초점 거리 조절부를 포함한다.
여기서, 상기 회전 구동부는, 상기 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시키는 하우징 회전 모듈을 포함하며, 상기 하우징 회전 모듈은, 내측에 상기 레이저 빔이 상기 접안 렌즈를 투과하면서 추적 및 조준정밀도를 높이기 위해 반사 경로를 미세 조정하는 고속 조정 미러를 포함하고, 상기 반사 평면 미러, 상기 접안 렌즈 및 상기 고속 조정 미러는 상기 레이저 빔의 진행방향과 중심이 일치한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징, 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈 및 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈을 포함하여, 레이저 빔의 손실을 줄이고, 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시키는 하우징 회전 모듈을 포함하여 고각 방향으로의 오버헤드 추적을 통해 빠른 추적이 가능하도록 할 수 있다.
이에 따라, 빔 집속 장치의 부피와 무게 최소화를 통해 빔 집속 장치의 고강성 경량화로 제어 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 포함한 레이저 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 연결 광학계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 구동 제어부를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 고장 진단부를 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명에 관련된 평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 평면 미러를 구비하는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치(10)는 초점 조절 모듈(120), 빔 집속 하우징(130), 대물렌즈(140), 미러 모듈(150), 구동 제어부(160), 하우징 회전 모듈(170)을 포함한다.
빔 집속 장치(10)는 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 장치이다.
레이저 시스템은 도 3에 나타난 바와 같이 레이저 발진이 되는 빔 집속장치와 동일 하우징에 거리측정기(191), 레이저 조명기(192), 주간 카메라(181), 야간 카메라(182)(Mid Wave InfraRed)를 설치하여, 주야간 카메라를 활용하여 표적의 영상 신호를 획득하고, 거친 추적이 시작되게 되면 거리측정기와 레이저 조명기를 작동 및 조사를 하게 된다. 그 후 목표물이 원하는 타겟거리에 진입해서 정밀 추적 모드에 들어가게 되면 빔 집속장치로부터 레이저를 조사하여, 목표물을 무력화시키게 된다. 이러한 과정에서 목표물에 대한 레이저 조준 영상과 레이저조명기에 대한 영상 신호를 공통광학계인 빔집속장치 및 추적조준부 내부에 있는 연결광학계를 거쳐 제1 영상센서조립체(341)와 제2 영상센서조립체(343)(Short Wave InfraRed)에서 수신한 후, 협시계 영상추적 알고리즘을 활용한 확대 영상을 전시기에 디스플레이하여, 목표물이 무력화되는 상황을 영상을 통해 확인하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속장치에서는 반사평면미러를 적용하여 레이저 빔집속장치의 초소형경량화를 실현할 수 있다.
밀폐형 빔집속장치 구조에 대물과 대안렌즈를 사용해오던 굴절형 빔집속장치를 초소형 경량화하기 위해, 도 1에 나타난 바와 같이 내부에 반사평면미러(151)를 사용하는 구조로 반사평면미러(151)와 대물굴절렌즈(140)는 고각 방향으로 기계적, 광학적으로 한축이 되도록 한다.
접안렌즈(초점조절렌즈)(121)와 대물굴절렌즈(140)는 반사평면미러(151)를 매개로 광학적으로 연결한다.
접안렌즈(초점조절렌즈)(121)는 스텝모터(124)를 활용하여 초점조절장치 기능 구현 및 목표물에서의 빔 초점을 맞출 수 있다.
반사평면미러(151)를 망원경 내에 추가함으로서, 기존의 굴절형 빔집속장치보다 초점거리를 더 길게 할 수 있어, 더많은 배율을 구사할 수 있고, 더 넓은 시야각을 가질 수 있다.
빔 집속 하우징(130)은 상기 광축을 중심으로 위치한다.
빔 집속 하우징(130)은 상기 미러 모듈과 상기 초점 조절 모듈이 수용되는 수용부(133)와 상기 대물렌즈가 부착되는 하우징 커버(131)를 포함한다.
하우징 커버(131)는 상기 수용부(133)의 상면을 밀폐시키는 밀폐 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속장치(10)는 밀폐형 빔집속장치로 설계되어 대류의 영향이나 야외 환경에서의 환경적인 요소에 의한 영향 없이 유지 보수가 용이하고, 안정적인 레이저 빔집속장치 제작이 가능하다.
초점 조절 모듈(120)은 상기 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈(121), 접안렌즈 구동부(123)를 포함한다.
접안렌즈 구동부(123)는 상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시킨다.
접안렌즈 구동부(123)는 상기 레이저 빔의 초점 거리를 가변한다.
접안렌즈(초점조절렌즈)(121)는 스텝모터(124)를 활용하여 초점조절장치 기능 구현 및 목표물에서의 빔 초점을 맞출 수 있다.
미러 모듈(150)은 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치한다.
미러 모듈(150)은, 상기 접안 렌즈를 투과한 상기 레이저 빔을 반사하는 반사 평면 미러(151)를 포함한다.
반사 평면 미러(151)를 망원경 내에 추가함으로써, 기존의 굴절형 빔집속장치보다 초점거리를 더 길게 할 수 있어, 더 많은 배율을 구사할 수 있고, 더 넓은 시야각을 가질 수 있다.
또한, 반사 평면 미러(151)는, 레이저 빔의 진행방향(P1)과 광축(L1)이 교차하는 중심점에 위치하는 미러 연결부(153)에 조립되어, 접안렌즈를 투과한 빛의 경로를 변경하여 대물렌즈로 빛의 손실 없이 수광되도록 한다.
반사 평면 미러(151)는 접안렌즈를 투과하며 굴절된 S1 범위에 해당하는 레이저 빔의 경로를 변경하고 평행하게 정렬할 수 있으므로, 기존의 평행한 빔을 반사시키는 반사 방식과 접안 렌즈만을 이용하여 레이저 빔을 굴절하는 굴절 방식과 빔의 경로를 형성하는 방식이 다르다.
종래기술의 한계로서, 반사식 레이저 빔 집속 장치는 초점 길이에 비해 빔 집속 장치의 길이를 짧게 할 수 있는 장점이 있어 구동 제어가 유리하지만, 부경조립체에 의해서 빛이 가로막히는 면적이 크기 때문에, 차폐로 인한 송광 손실 및 수광되는 영상의 선명도가 떨어지고 빔 집속 장치 안의 대류에 의해 상이 흔들리고, 해상력, 집광력이 떨어지는 단점이 있어 설계에 많은 제약 사항이 따른다. 현존하는 레이저의 빔 집속 장치 내부 직경은 빔 집속 장치 내부에서 광원을 꺾기에 충분히 커야하므로, 각 단면의 빔 직경의 3배 이상의 체적을 필요로하게 되므로, 회전체의 무게와 부피가 커지게 되어 수 μm의 추적정밀도로 제어해야 하는 빔집속장치를 구현하기 어렵다.
이와는 달리 굴절식 레이저 빔집속장치는 대물굴절렌즈와 접안렌즈(초점조절렌즈)로 완전 밀폐되어 있어 빔집속장치 내부에 상을 악화시키는 공기의 흐름으로 인한 대류현상이 없어 상이 선명하고 깨끗하게 들어 올 수 있지만, 반사식 레이저 장비와 동등 이상의 성능을 내기 위해서는 하드웨어의 제원이 고중량, 대형화로 인해 구동 제어가 불리해지고, 고가라는 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속 장치(10)는 반사 평면 미러(151)를 이용하여 빔집속장치의 길이를 짧게 할 수 있으므로 하드웨어의 제원을 소형화하여 구동 제어를 편리하게 하며, 빔 집속 하우징(130)을 밀폐형으로 구현하여 대류현상 없이 선명하고 깨끗한 상을 획득할 수 있다.
대물렌즈(140)는 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광한다.
대물렌즈(140)는 상기 빔 집속 하우징의 외면에 조립되어 상기 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성한다.
기존의 굴절형 빔집속장치를 초소형 경량화하기 위해, 도 1에 나타난 바와 같이 내부에 반사 평면 미러(151)를 사용하는 구조로써, 반사 평면 미러(151)와 대물 렌즈(140)는 고각 방향으로 기계적, 광학적으로 한축이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.
접안렌즈(초점조절렌즈)(121)와 대물 렌즈(140)는 반사 평면 미러(151)를 매개로 광학적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 나타난 바와 같이 반사 평면 미러(151)를 빔집속장치 내부에 설치하면, 접안렌즈의 광학축을 기준으로 대물굴절렌즈(140)와 반사평면미러(151)가 함께 회전될 수 있는 구조로 초소형 경량, 저 회전관성모멘트를 갖는 굴절형 망원경을 구현할 수 있다.
또한, 기존의 반사형 레이저 빔집속장치와 달리 부경조립체에 의해 빛이 가로막히지 않도록 설계하여, 무손실 빔집속장치 제작이 가능하다.
빔 집속 하우징(130)의 내부에는 반사 평면 미러(151)가 있고, 외측에 대물굴절렌즈(140)와 접안렌즈(초점조절렌즈)(121)가 창으로 구성되어 있다.
레이저의 고각 방향운용 각도 해소 효과로, 빔 집속장치를 머리 위로 겨냥할 수도 있다. 굴절식 망원경의 단점인 머리 위를 지나가는 표적에 대해서도, 최단시간 내에 조준할 수 있게 된다. 빔집속장치의 다른 장점은 빔집속장치를 짧게 만들 수있기 때문에, 지속적으로 오버헤드 추적이 가능하다. 목표물이 머리 위를 지나가는 상황에선, 기존에는 방위각 및 고각 방향으로의 회전을 통해 상대적으로 긴 시간이 필요하거나, 목표물을 놓칠 수 있는 환경이었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속 장치의 활용을 통해 고각 방향으로의 오버헤드 추적을 통해 빠른 추적이 가능해진다.
구동 제어부(160)는 상기 빔 집속 장치의 구동을 제어한다.
구동 제어부(160)는 영상 인식부(161), 영상 추적부(163), 초점 거리 조절부(165)를 포함한다.
영상 인식부(161)는 생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식한다.
영상 추적부(163)는 상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적한다.
초점 거리 조절부(165)는 상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어한다.
하우징 회전 모듈(170)은 상기 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시킨다.
하우징 회전 모듈(170)은 상기 하우징 회전 모듈은, 내측에 상기 레이저 빔이 상기 접안 렌즈를 투과하면서 추적 및 조준정밀도를 높이기 위해 반사 경로를 미세 조정하는 고속 조정 미러(173)를 포함한다.
고속 조정 미러(FSM)(173)는 방위각, 고각 회전을 위한 직구동 작동기와 레이저 빔의 조준 안정화 기능을 수행한다.
반사 평면 미러(151), 접안 렌즈(121) 및 고속 조정 미러(173)는 상기 레이저 빔의 진행방향(P1)과 중심이 일치한다.
또한 회전 시에도 중심이 그대로 일치하도록 설계된다.
도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속 장치(10)는 하우징 회전 모듈(170)을 이용하여 광학적인 연결이 유지되도록 접안렌즈의 광학축을 기준으로 대물 렌즈(140)와 반사 평면 미러(151)가 함께 회전될 수 있는 구조이다. 광학 요소의 구성을 이용하여 접안렌즈(초점조절렌즈)(121)를 지나가는 빔의 방향을 조정할 수 있도록 하였다.
구체적으로 제1 구동부 하우징(210)의 내측에 포함되는 것이 바람직하다.
도 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속 장치(10)는 회전 중심을 기준으로 빔집속장치의 구조를 대칭형으로 제작하여 소형, 경량화, 저회전관성모멘트를 갖는 구동기 설계가 가능하다. 빔집속장치의 부피와 무게 최소화를 통해 빔집속장치의 고강성 경량화로 제어 성능을 개선할 수 있다.
빔 집속장치의 성능 안정화를 위해서는 고회전 장비임을 고려하여 소형, 고강성 경량 구조이어야 하며, 제어 안정성을 위해 빔집속장치의 회전 중심을 기준으로 한 방위각, 고각 회전관성모멘트는 0에 가까워야 한다.
빔 집속장치는 빔의 전달 방식에 따라 반사식과 굴절식으로 나눌 수 있는데, 반사식 레이저 빔집속장치는 초점 길이에 비해 빔 집속장치의 길이를 짧게 할 수 있는 장점이 있어 구동 제어가 유리하지만, 부경조립체에 의해서 빛이 가로막히는 면적(Obscuration area)이 크기 때문에, 차폐로 인한 송광 손실 및 수광되는 영상의 선명도가 떨어지고 빔집속장치안의 대류에 의해 상이 흔들리고, 해상력, 집광력이 떨어지는 단점이 있어 설계에 많은 제약 사항이 따른다.
이와는 달리 굴절식 레이저 빔집속장치는 대물굴절렌즈와 접안렌즈(초점조절렌즈)로 완전 밀폐되어 있어 빔집속장치 내부에 상을 악화시키는 공기의 흐름으로 인한 대류현상이 없어 상이 선명하지만, 빔집속장치의 길이가 길어지고, 요크조립체의 부피가 커지게된다. 이러한 구조는 90도/초의 속도로 고속회전을 하며 넓은 FOV를 가지며 입출력되는 광원를 조종하고 지시해야 하는 레이저 본연의 성능에 위배되어, 레이저용으로 사용하는데 기술적인 한계에 직면하게 되었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속 장치(10)는 현존하지 않는 반사표면을 이용한 반사 평면 미러(151)를 포함하는 구조로써, 원하는 빔 집속거리를 유지하면서, 초소형화할 수 있다. 도 1에 나타난 바와 같이 밀폐형 빔 집속 하우징(130)에 대물렌즈(140)와 초점 조절 모듈(120)가 구성되도록 하여, 굴절식 망원경의 장점을 취하면서, 반사 평면 미러를 포함한 미러 모듈(150)을 배치하여, 초소형 경량 굴절형 망원경을 구현할 수 있다.
이에 따라, 동일 출력 대비하여, 소형 경량 구조의 저 회전관성모멘트를 갖는 천체 및 원거리 관측용 망원경 및 레이저 제작에 적용이 가능하다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 빔집속장치의 구조는 플랫폼을 단순 회전해서 쉽게 보관모드로 바꿀 수 있다. 도 2의 (a)는 운용 모드의 경우를 도시한 것이고, 도 2의 (b)는 보관 모드의 경우를 도시한 것이다. 보관 모드에 있을 때, 굴절 렌즈는 아래로 위치하도록 하고 보호 커버로 보호할 수 있다. 또한, 빔집속기의 광학장비는 밀페형 구조로 보호받고 있지만, 유일하게 외부 환경에 노출되어 있는 레이저 발진 성능에 매우 중요한 광학장비인 대물굴절렌즈(140)가 모래, 먼지 등에 의해 손상을 받지 않도록 linear모터를 사용하여 승하강되는 전면 보호커버(132)가 있다.
제1 구동부 하우징(210)에서 빔 집속 하우징(130)을 조립하는 한 쌍으로 마련되는 조립부의 하단에 빔 집속 하우징(130)과 너비가 동일하게 파여있는 형태의 보관 모듈(211)을 포함하며, 빔 집속 하우징(130)이 회전하여 전면 보호커버(132)가 보관 모듈(211)에 끼워지게 된다.
도 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속장치(10)는 대물과 대안 두개의 굴절렌즈와 하나의 반사평면미러(151)를 포함하는 구조의 굴절형 망원경으로, 광학적인 연결이 유지되도록 대안렌즈의 광학축을 기준으로 대물굴절렌즈(140)와 반사평면미러(151)가 함께 회전될 수 있는 구조이다. 세개의 광학 요소의 구성을 이용하여 접안렌즈(초점조절렌즈)(121)를 지나가는 빔의 방향을 조정할 수 있도록 하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 포함한 레이저 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템(1)은 빔 집속부(10), 조립 모듈(20), 추적조준부(30), 고장 진단부(40), 레이저 발진부(50)를 포함한다.
레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템은 전계 또는 자계를 조정하여 전자 빔을 집속시키는 장치이다.
본 명세서에서 빔 집속 장치와 레이저 시스템의 빔 집속부는 실질적으로 동일한 구성을 설명한 것이다.
레이저 시스템은 도 3에 나타난 바와 같이 레이저 발진이 되는 빔 집속장치와 동일 하우징에 거리측정기(191), 레이저 조명기(192), 주간 카메라(181), 야간 카메라(182)(Mid Wave InfraRed)를 설치하여, 주야간 카메라를 활용하여 표적의 영상 신호를 획득하고, 거친 추적이 시작되게 되면 거리측정기와 레이저 조명기를 작동 및 조사를 하게 된다. 그 후 목표물이 원하는 타겟거리에 진입해서 정밀 추적 모드에 들어가게 되면 빔 집속장치로부터 레이저를 조사하여, 목표물을 무력화시키게 된다. 이러한 과정에서 목표물에 대한 레이저 조준 영상과 레이저조명기에 대한 영상 신호를 공통광학계인 빔집속장치 및 추적조준부 내부에 있는 연결광학계를 거쳐 영상센서조립체1과 2(Short Wave InfraRed)에서 수신한 후, 협시계 영상 추적알고리즘을 활용한 확대 영상을 전시기에 디스플레이하여, 목표물이 무력화되는 상황을 영상을 통해 확인하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속장치에서는 반사평면미러를 적용하여 레이저 빔집속장치의 초소형경량화를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 제공함으로써 추적정밀도를 향상시키고, 고정밀 광학장비의 내구성을 높일 수도 있다.
또한, 결함을 식별하기 위한 고장 진단부를 포함하여 시스템 점검 기능 및 구동계 상태 감시를 통한 고장 및 성능 열화에 대한 사전 대응 체계를 마련할 수 있다. 이에 따라, 초고속 지향에 따른 조준점의 흔들림이 없이 회전해야 하는 장비에 적용 가능하다.
빔 집속부(10)는 분산된 상기 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성한다.
빔 집속부(10)는 초점 조절 모듈(120), 빔 집속 하우징(130), 대물렌즈(140), 미러 모듈(150), 구동 제어부(160), 하우징 회전 모듈(170)을 포함한다.
구체적으로, 레이저의 빔 집속 장치를 포함한 레이저 시스템은 광학 축에서 진행방향(P1) 사이에 있는 초점 조절 모듈(120)와 초점 조절 모듈(120)을 중심으로 회전할 수 있는 빔 집속 하우징(130), 연결광학계(300)를 포함한다.
초점 조절 모듈(120)은 상기 레이저 빔의 진행방향(P1)에 위치하며, 접안 렌즈(121), 접안렌즈 구동부(123)를 포함한다.
접안렌즈 구동부(123)는 상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시킨다.
접안렌즈 구동부(123)는 상기 레이저 빔의 초점 거리를 가변한다.
빔 집속 하우징(130)은 상기 광축(L1)을 중심으로 위치한다.
빔 집속 하우징(130)은 상기 미러 모듈과 상기 초점 조절 모듈이 수용되는 수용부(133)와 상기 대물렌즈가 부착되는 하우징 커버(131)를 포함한다.
하우징 커버(131)는 상기 수용부(133)의 상면을 밀폐시키는 밀폐 구조이다.
미러 모듈(150)은 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치한다.
미러 모듈(150)은, 상기 접안 렌즈를 투과한 상기 레이저 빔을 반사하는 반사 평면 미러(151)를 포함한다.
대물렌즈(140)는 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광한다.
대물렌즈(140)는 상기 빔 집속 하우징의 외면에 조립되어 상기 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성한다.
대물굴절렌즈(140)를 이용하여 목표물의 한 점에 빛을 모으며, 조사점에는 레이저를 활용하여 가열을 통해 원하는 목적을 이루고, 조준점의 조준 상황에 대해서는, 레이저 조명기로 주변을 밝게 하고, 맺혀진 상을 역순으로 대물 렌즈(140)를 지나 접안렌즈(초점조절렌즈)(121), 반사미러(연결광학계용)(151)를 공통광학계로 활용하여 협각 카메라(영상센서조립체1,2)와 협시계영상추적 알고리즘으로 확대하여 관측하게 된다.
구동 제어부(160)는 상기 빔 집속 장치의 구동을 제어한다.
구동 제어부(160)는 영상 인식부(161), 영상 추적부(163), 초점 거리 조절부(165)를 포함한다.
영상 인식부(161)는 생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식한다.
영상 추적부(163)는 상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적한다.
초점 거리 조절부(165)는 상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어한다.
조립 모듈(20)은 상기 빔 집속부를 일측에 조립한다.
조립 모듈(20)은 모터를 포함하여, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부(21, 25)를 포함한다.
회전 구동부는 요크 조립체 구동부(21), 페데스탈 조립체 구동부(25)를 포함한다.
즉, 직구동모터와 에어베어링을 활용하여 빔의 고각 방향 조절은 접안렌즈(초점조절렌즈)(120)가 있는 제1 회전축인 광학축(230)을 기준으로 렌즈하우징이 회전되며, 빔의 방위각 방향 조절은 제2 회전축인 pedestal 축(260)의 회전을 통해 수행한다.
요크 조립체 구동부(21)는 상기 빔 집속부가 상기 접안 렌즈와 수직한 방향으로 고각 방향 회전하도록 한다.
회전 구동부는 하우징 회전 모듈(170)을 포함하며, 구체적으로 제1 구동부 하우징(210)의 내측에 포함되는 것이 바람직하다.
하우징 회전 모듈(170)은 상기 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시킨다.
하우징 회전 모듈(170)은 상기 하우징 회전 모듈은, 내측에 상기 레이저 빔이 상기 접안 렌즈를 투과하면서 추적 및 조준정밀도를 높이기 위해 반사 경로를 미세 조정하는 고속 조정 미러(173)를 포함한다.
반사 평면 미러(151), 접안 렌즈(121) 및 고속 조정 미러(173)는 상기 레이저 빔의 진행방향(P1)과 중심이 일치한다.
또한 회전 시에도 중심이 그대로 일치하도록 설계된다.
요크 조립체 구동부(21)는 제1 구동부 하우징(210), 제1 모터(220), 제1 회전축(230), 제1 베어링(240)을 포함한다.
빔 집속부는 요크 조립체 구동부(21)에 기계적으로 조립되어 접안렌즈(초점조절렌즈)(121)와 수직한 방향으로 고각 회전할 수 있도록 한다.
제1 구동부 하우징(210)은 페데스탈 조립체 구동부에 조립되도록 제2 회전축(260)과 연결되며, 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 방위각 방향으로 회전한다.
제1 모터(220)는 고각 방향의 회전을 수행한다.
제1 회전축(230)은 상기 렌즈 하우징과 조립되어, 상기 렌즈 하우징이 상기 광축을 중심으로 회전하도록 한다.
제1 베어링(240)은 상기 제1 회전축을 지지한다.
또한, 상기 제1 베어링과 상기 제1 회전축 사이에 위치하는 요크(미도시)를 포함한다.
페데스탈 조립체 구동부(25)는 상기 요크 조립체 구동부의 하단에 위치한다.
상기 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전한다.
페데스탈 조립체 구동부(25)는 제2 구동부 하우징(250), 제2 회전축(260), 제2 베어링(270), 제2 모터(280)를 포함한다.
방위각 방향의 회전을 위해서 페데스탈 조립체 구동부(25) 위에 요크 조립체 구동부가 조립된다.
제2 구동부 하우징(250)은 요크 조립체 구동부를 조립하며 회전할 수 있도록 지지한다.
제2 회전축(260)은 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하도록 한다.
제2 베어링(270)은 상기 제2 회전축을 지지하며, 상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부(277)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는 요크 조립체 구동부(21)와 페데스탈 조립체 구동부(25)를 이용하며, 빔 집속부의 회전을 위해 에어 베어링을 사용하여 고정밀 광학장비의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 내, 외부 환경에 접촉하는 면을 실링하는 실링부(275)를 포함함으로써 먼지, 습기, 물 등의 침투를 막을 수 있다.
제2 모터(280)는 빔 집속부의 방위각 방향의 회전을 수행한다.
또한 모터는 thermometer를 사용하는 것이 바람직하며, 고장 진단부를 이용하여 시스템 점검장비로 고장신호를 보내줄 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링은 고장에 대한 Bit기능을 마련하여, 빔 집속 장치의 성능이 떨어지기 전에 정비가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 베어링(240)과 제2 베어링(270)은 에어 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 에어베어링을 이용하면 압축공기를 공급하여 흡착 또는 부상력을 공급할 수 있다.
기존의 금속형 롤러 베어링은 수명에 한계가 있지만, 에어베어링은 무마찰로 인해, 접촉력의 저항으로 발생되는 수명저하 현상이 발생되지 않는다.
구체적으로, 적용 부위는 빔 집속부의 고각 조절을 위해 제1 모터와 연동하고, 요크 조립체 구동부의 방위각 방향 회전을 위해서는 제2 모터와 연동되도록 한다.
제1 베어링(240)과 제2 베어링(270)은 마찰을 발생을 방지하여 초고속 지향과 조준점의 흔들림을 최소화할 수 있다. 회전 시 축과 베어링 사이에 형성되는 공기 막(Hydrodynamic Pressure)을 활용하여, 회전 시 축과의 마찰이 없는 비접촉 방식 구현으로 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
추적조준부(30)는 레이저 빔이 복수의 경로를 경유하도록 제어하는 연결 광학계(300)를 포함하여, 상기 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분할하고 특정 경로로 가이드한다.
고장 진단부(40)는 상기 제2 베어링의 결함을 식별하기 위한 것이다.
고장 원인으로 발생되는 편심력으로 인한 문제가 발생된다면, 센서를 활용한 고장진단 시스템을 활용하여, 고장 징후에 대한 사전 인지를 할 수 있다.
고장 진단부(40)를 이용하여 베어링부의 결함에 의해 발생된 주파수를 모터, 냉각장치, 전원부 등의 다른 노이즈 성분으로부터 분리하기 위해 Envelope Analysis를 사용하고, 시스템 점검 기능으로 사용자에게 문제 발생 경고 등의 신호전송 및 사격통제장치로의 원격 전송을 통해 장비의 성능 저하가 발생되기 전에 선제적인 정비 계획을 세울 수 있다.
또한, 운용 중인 장비로부터의 데이터 수집 및 분석으로 해당 장비에 대한 운용 특성의 빅데이터를 수집할 수 있고, 이를 통해 유사 모델 개발 시의 데이터 베이스로의 활용 및 ICT 기반의 장비 관리 기술 발전에도 기여할 수 있다.
레이저 발진부(50)는 레이저 빔을 생성한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 연결 광학계를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 연결 광학계(300)는, 초점 조절 모듈(120)에 포함되는 접안 렌즈(121), 대물렌즈(140), 미러 모듈(150)에 포함되는 반사 평면 미러(151), 다수의 반사 미러들(310a, 310b, 310c, 310d), 제1 고속 조정 거울(FSM)(320a), 제2 고속 조정 거울(FSM)(320b), 이색성 반사거울(330)을 포함한다. 여기서, 제2 고속 조정 거울(FSM)(320b)은 도 1에서 하우징 회전 모듈(170)의 내측에 포함되는 고속 조정 미러(173)이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 레이저 빔은 반사표면 3개를 이용하여 접안렌즈(초점조절렌즈)(121)에 전달되고, 반사 평면 미러(151)에서 반사되어 대물굴절렌즈(140)로 향하게 된다.
대물굴절렌즈(140)를 이용하여 목표물의 한 점에 빛을 모으며, 조사점에는 레이저를 활용하여 가열을 통해 원하는 목적을 이루고, 조준점의 조준 상황에 대해서는, 레이저 조명기로 주변을 밝게 하고, 맺혀진 상을 역순으로 대물 렌즈(140)를 지나 접안렌즈(초점조절렌즈)(121), 반사미러(연결광학계용)(151)를 공통광학계로 활용하여 협각 카메라부(340)에 포함되는 제1 영상 센서 조립체(341) 및 제2 영상 센서 조립체(343)와 협시계 영상추적 알고리즘으로 확대하여 관측하게 된다.
도면의 우측은 광학축인 접안렌즈(초점조절렌즈)(121)를 중심으로 빔PATH의 측면도를 나타낸 것이다. 빔은 대물굴절렌즈(140)를 지나면서 직경이 확장된다.
정밀추적 영상을 획득하기 위해, 표적으로부터 수광되는 레이저 조명기와 고에너지레이저의 영상신호는 연결 광학계의 이색성 반사경(330)을 통해 협시계 영상 추적 장치의 제1 영상센서 조립체 (표적영상용) (341), 제2 영상센서 조립체 (타격점영상용)(343)로 수신되도록 한다.
광학 빔제어시스템은 넓은 FOV를 갖는 입출력되는 광원를 조준하는 구조로 단일 또는 다중 레이저 빔을 송,수광할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 구동 제어부를 나타낸 블록도이다.
구동 제어부(160)는 상기 빔 집속 장치의 구동을 제어한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 구동 제어부(160)는 영상 인식부(161), 영상 추적부(163), 초점 거리 조절부(165)를 포함한다.
대물굴절렌즈(140)를 이용하여 목표물의 한 점에 빛을 모으며, 조사점에는 레이저를 활용하여 가열을 통해 원하는 목적을 이루고, 조준점의 조준 상황에 대해서는, 레이저 조명기로 주변을 밝게 하고, 맺혀진 상을 역순으로 대물 렌즈(140)를 지나 접안렌즈(초점조절렌즈)(121), 반사미러(연결광학계용)(151)를 공통광학계로 활용하여 협각 카메라부(340)에 포함되는 제1 영상 센서 조립체(341) 및 제2 영상 센서 조립체(343)와 협시계 영상추적 알고리즘으로 확대하여 관측하게 된다.
영상 인식부(161)는 생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식한다.
본 발명의 일 실시예에서는 협각 카메라부(340)에 포함되는 제1 영상 센서 조립체(341) 및 제2 영상 센서 조립체(343)의 영상을 전달받는다.
영상 추적부(163)는 상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적한다.
영상 추적 알고리즘을 이용한 객체 인식 및 추적과정에서 일반적인 객체 인식은 이전 프레임의 영상과 새로운 프레임의 영상의 뺄셈 연산으로부터 구할 수 있으며, 검출된 객체의 추적은 기 알려진 알고리즘을 사용할 수 있다. 추적 알고리즘에 기반하여, 영상 추적부(163)는 협각 카메라부(340)에 포함되는 제1 영상 센서 조립체(341) 및 제2 영상 센서 조립체(343)의 영상에서 선택한 영역에서 인식되는 외부 목표물에 대한 추적을 시행하고, 정밀 추적을 위해 초점 거리 조절부(165)의 구동 제어 명령을 전송할 수 있다.
초점 거리 조절부(165)는 상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어한다.
구체적으로, 스텝모터를 제어하여 상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시킬 수 있으며, 추적조준부 내부 모듈을 제어할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 고장 진단부를 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 시스템의 고장 진단부 (40)는 이론값 분석부(410), 한계점 설정부(420), 상태 정보 수신부(430), 특징값 추출부(440), 결함 판단부(450), 메시지 전송부(460)를 포함한다.
고장 진단부(40)는 상기 제2 베어링의 결함을 식별하기 위한 것이다.
이론값 분석부(410)는 상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석한다.
한계점 설정부(420)는 상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정한다.
상태 정보 수신부(430)는 상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는다.
특징값 추출부(440)는 상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출한다.
주파수 대역별 특징값을 추출하는 것은, 복수의 센서의 각 위치별 진동 데이터를 기초로 주파수영역에서 각 센서의 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값들을 추출하고, 복수의 센서의 각 위치별 진동 데이터를 기초로 포락(envelope) 주파수영역에서 각 센서의 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값들을 추출한다.
결함 판단부(450)는 상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단한다.
메시지 전송부(60)는 제2 베어링에 결함이 있음을 판단할 경우, 이상 경보 메시지를 생성하여, 외부의 통제소로 상기 이상 경보 메시지를 전송한다.
결함 상황을 판단하자마자 바로 베어링 상태 이상 경보 또는 BIT 신호를 스마트폰 및 통제소에 송출한다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 레이저의 빔 집속 장치
120: 초점 조절 모듈
130: 빔 집속 하우징
140: 대물렌즈
150: 미러 모듈
160: 구동 제어부
170: 하우징 회전 모듈

Claims (14)

  1. 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속 장치에 있어서,
    상기 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징;
    상기 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈;
    상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈; 및
    상기 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시키는 하우징 회전 모듈;을 포함하며,
    상기 하우징 회전 모듈은, 내측에 상기 레이저 빔이 상기 접안 렌즈를 투과하면서 추적 및 조준정밀도를 높이기 위해 반사 경로를 미세 조정하는 고속 조정 미러;를 포함하고,
    상기 미러 모듈은, 상기 접안 렌즈를 투과한 상기 레이저 빔을 반사하는 반사 평면 미러;를 포함하며,
    상기 반사 평면 미러는 상기 접안 렌즈를 투과하며 굴절된 레이저 빔의 경로를 변경하고 평행하게 정렬하되,
    상기 반사 평면 미러, 상기 접안 렌즈 및 상기 고속 조정 미러는 상기 레이저 빔의 진행방향과 중심이 일치하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈;를 더 포함하며,
    상기 대물렌즈는,
    상기 빔 집속 하우징의 외면에 조립되어 상기 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 집속 하우징은,
    상기 미러 모듈과 상기 초점 조절 모듈이 수용되는 수용부;
    상기 대물렌즈가 부착되는 하우징 커버;를 포함하며,
    상기 하우징 커버가 상기 수용부의 상면을 밀폐시키는 밀폐 구조인 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초점 조절 모듈은,
    상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시키는 접안렌즈 구동부;를 더 포함하며,
    상기 접안렌즈 구동부는, 상기 레이저 빔의 초점 거리를 가변하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 빔 집속 장치의 구동을 제어하는 구동 제어부;를 더 포함하며,
    상기 구동 제어부는,
    생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식하는 영상 인식부;
    상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적하는 영상 추적부;
    상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어하는 초점 거리 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
  7. 삭제
  8. 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진부; 상기 레이저 빔이 복수의 경로를 경유하도록 제어하는 연결 광학계를 포함하여, 상기 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분할하고 특정 경로로 가이드하는 추적조준부; 분산된 상기 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부; 및 상기 빔 집속부를 일측에 조립하고, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부;를 포함하며,
    상기 빔 집속부는, 상기 광축을 중심으로 위치하는 빔 집속 하우징; 상기 레이저 빔의 진행방향에 위치하며, 접안 렌즈를 포함하는 초점 조절 모듈; 상기 빔 집속 하우징의 내부에 상기 접안 렌즈와 소정의 각도로 어긋나게 위치하는 미러 모듈; 및 상기 빔 집속 하우징을 일측에 조립하고, 상기 레이저 빔의 진행방향을 회전축으로 하여 상기 빔 집속 하우징을 회전시키는 하우징 회전 모듈;을 포함하며,
    상기 하우징 회전 모듈은, 내측에 상기 레이저 빔이 상기 접안 렌즈를 투과하면서 추적 및 조준정밀도를 높이기 위해 반사 경로를 미세 조정하는 고속 조정 미러;를 포함하고,
    상기 미러 모듈은, 상기 접안 렌즈를 투과한 상기 레이저 빔을 반사하는 반사 평면 미러;를 포함하며,
    상기 반사 평면 미러는 상기 접안 렌즈를 투과하며 굴절된 레이저 빔의 경로를 변경하고 평행하게 정렬하되,
    상기 반사 평면 미러, 상기 접안 렌즈 및 상기 고속 조정 미러는 상기 레이저 빔의 진행방향과 중심이 일치하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈;를 더 포함하며,
    상기 대물렌즈는,
    상기 빔 집속 하우징의 외면에 조립되어 상기 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 빔 집속 하우징은,
    상기 미러 모듈과 상기 초점 조절 모듈이 수용되는 수용부;
    상기 대물렌즈가 부착되는 하우징 커버;를 포함하며,
    상기 하우징 커버가 상기 수용부의 상면을 밀폐시키는 밀폐 구조인 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 초점 조절 모듈은,
    상기 접안 렌즈를 상기 레이저 빔의 진행방향을 중심으로 전후로 이동시키는 접안렌즈 구동부;를 더 포함하며,
    상기 접안렌즈 구동부는, 상기 레이저 빔의 초점 거리를 가변하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 빔 집속부의 구동을 제어하는 구동 제어부;를 더 포함하며,
    상기 구동 제어부는,
    생성된 상기 핀 빔의 포컬 포인트(focal point)가 조사되는 외부 목표물이 포함되는 추적 영역에 대한 영상을 인식하는 영상 인식부;
    상기 영상 인식부에 의해 촬영된 상기 추적 영역을 기반으로 영상 추적 알고리즘을 이용하여 상기 외부 목표물을 추적하는 영상 추적부;
    상기 외부 목표물을 조사하도록 상기 레이저 빔의 조준을 제어하기 위해 상기 초점 조절 모듈의 구동을 제어하는 초점 거리 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  14. 삭제
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