KR102177960B1 - 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템, 이의 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 - Google Patents

영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템, 이의 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 Download PDF

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송호진
정원희
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Abstract

구동 성는 점검 시스템이 제공된다. 상기 구동 성는 점검 시스템은, 추력 방향 제어 장치에 설치된 노즐의 끝단에 부착되는 노즐 측정 치구, 상기 노즐 측정 치구의 움직임을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 제 1 및 제 2 카메라, 상기 제 1 및 제 2 카메라가 서로 일정 간격으로 배치되게 고정되는 카메라 고정 프레임, 및 상기 영상 정보를 이용하여 실시간 측정 각도 정보를 산출하는 점검부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템, 이의 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체{SYSTEM FOR TESTING ACTUATION PERFORMANCE OF THRUST VECTOR CONTROL BASED ON IMAGE INFORMATION, METHOD THEREOF, AND COMPUTER READABLE STORAGE HAVING THE SAME}
본 발명은 추력 방향 제어 장치 성능 점검 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 카메라 장비를 이용하여 가동 노즐(Movable Nozzle)형 추력 방향 제어 장치의 노즐 각도를 측정하는 시스템 및 방법에 대한 것이다.
수 마하로 날아오는 탄도탄 또는 비행체를 요격하기 위해서는 유도탄은 추진기관에 의해 적절한 비행경로를 따라 표적까지 비행할 수 있어야 한다. 유도탄은 제한된 추진제양과 추력만을 이용하여 기동한다. 따라서, 비행초기 단계인 추진단계(Boost Phase) 시 다기능 레이더(MRF; Multi Function Radar)로부터 실시간으로 갱신되어지는 표적정보를 따라 정확하게 비행하는 것은 무엇보다 중요하다.
비행 초기, 공기 밀도가 높은 저고도에서 빠른 속도로 비행하며 궤적을 제어하는 유도무기의 경우, 가혹한 공력가열 환경의 영향으로 조종날개를 활용한 공력제어 방식 대신 추진기관의 추력의 방향을 제어하는 방식을 주로 채택한다.
추력의 방향을 제어하기 위한 구동 장치부와 추진기관의 노즐부가 결합된 장치를 추력 방향제어(TVC; Thrust Vector Control) 장치라 한다. 추력 방향 제어 장치에는 구동 방식에 따라 가동노즐(Movable Nozzle) 방식, 제트탭(Jet Tab) 방식, 제트베인(Jet Vane) 방식 등이 있으며, 구동장치 구조물에 의한 추력 손실이나, 추진제 연소시 발생되는 고온고압가스에 의한 삭마(Ablation) 등을 고려했을 때 노즐의 방향을 직접적으로 제어하는 방식인 가동 노즐형 추력 방향 제어 장치가 중고도 유도 무기에 흔히 쓰이는 구조이다.
가동 노즐방식의 추력 방향 제어 장치는 노즐을 피치(Pitch) 방향과 요(Yaw) 방향으로 각각 구동하기 위한 2개의 서보 구동기 조립체, 동력원 조립체, 제어기로 구성된다. 가동 노즐방식의 추력 방향 제어 장치는 비행 중 제어기의 명령을 받아 서보 구동기가 작동되며, 구동기의 행정량은 구조물이 갖는 기하학적인 관계를 고려한 수학식에 의해 계산되어진 양 만큼 구동된다.
고속으로 기동하는 유도탄이 실시간으로 갱신되어지는 표적정보를 따라 비행하기 위해서는 추력 방향 제어 장치의 노즐은 빠른 응답성과 높은 정적 정확도를 갖고 정밀제어를 할 수 있어야 한다. 서보 구동기내 접촉식 변위센서(포텐셔미터)를 통해 서보구동기의 행정거리(stroke)를 실시간으로 계측함으로써 노즐의 회전각을 추정해낼 수 있다.
그러나, 추정해낸 값이 실제 물리적으로 같은 값을 나타내는 지는 별도의 외부계측을 통해 추가적인 검증 및/또는 교정하는 과정이 필요하다. 또한, 유도무기와 같이 고정밀, 높은 정확도가 요구되는 시스템의 경우, 매 조립단계마다 추력 방향 제어 장치를 점검할 수 있어야 한다.
1. 일본특허공개 제WO2017-042929호 2. 일본특허공개 제2003-269939호 3. 한국등록특허 제10-1387609호(등록일자: 2014.04.15)
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 단일 구성품 단위 뿐만 아니라 유도탄 조립체 단위에서도 카메라 장비를 이용하여 가동 노즐(Movable Nozzle)형 추력 방향 제어 장치의 노즐의 각도 정밀도를 측정할 수 있는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 카메라 장비를 이용하여 별도의 외부계측을 통해 추력 방향 제어(TVC; Thrust Vector Control) 장치의 노즐 각도를 측정하기 위한 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 단일 구성품 단위 뿐만 아니라 유도탄 조립체 단위에서도 카메라 장비를 이용하여 가동 노즐(Movable Nozzle)형 추력 방향 제어 장치의 노즐의 각도 정밀도를 측정할 수 있는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템을 제공한다.
상기 구동 성는 점검 시스템은,
추력 방향 제어 장치에 설치된 노즐의 끝단에 부착되는 노즐 측정 치구;
상기 노즐 측정 치구의 움직임을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 제 1 및 제 2 카메라;
상기 제 1 및 제 2 카메라가 서로 일정 간격으로 배치되게 고정되는 카메라 고정 프레임; 및
상기 영상 정보를 이용하여 실시간 측정 각도 정보를 산출하는 점검부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐 측정 치구는, 상기 노즐의 끝단 내측에 장착되는 장착 몸체; 및 상기 장착 몸체의 일측면에 형성되는 날개 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장착 몸체와 날개 플레이트는 서로 수직으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 장착 몸체 및 날개 플레이트에는 각각 2개 이상의 제 1 통풍홀 및 2개 이상의 제 2 통풍홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 카메라 고정 프레임은, 상기 제 1 및 제 2 카메라를 각각 탑재하는 제 1 및 제 2 카메라 마운트; 및 상기 제 1 및 제 2 카메라 마운트가 선형으로 이동되고, 고정될 수 있도록 하는 리니어 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 카메라 마운트는 단면이 "L"자 형상으로서, 상기 카메라가 탑재되는 상기 "L"자 형상의 변은 바깥쪽으로 갈수록 두께가 감소되는 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 움직임은 피치(pitch) 방향 또는 요(yaw) 방향인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 카메라는 서로 직각으로 설치되며, 상기 제 1 및 제 2 카메라 중 제 1 카메라는 상기 노즐 측정 치구의 측면을 미리 설정되는 검출영역을 통해 촬영하고, 상기 제 1 및 제 2 카메라 중 제 2 카메라는 상기 노즐 측정 치구의 후면 정면을 상기 검출영역을 통해 촬영하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검출영역이 설정된 후, 상기 노즐 측정 치구의 모서리에 대한 모서리 검출 설정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모서리 검출 설정은 어느 방향의 모서리를 검출할지에 대한 모서리 검출 방향, 상승 엣지 형태인지 또는 하강 엣지 형태인지에 대한 모서리 형태, 검출선 사이의 거리를 설정하는 모서리 검출 스텝 크기, 검출할 모서리의 강도에 대한 모서리 검출 강도 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모서리 검출 스텝 크기는 스텝의 크기가 작을수록 모서리 검출 정확도가 높아지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검출영역의 중심점은 좌표계의 원점인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점검부는 상기 추력 방향 제어 장치의 요 방향 서보 구동기 및 피치 서보 구동기의 행정거리와 노즐의 회전각에 대한 관계를 이용하여 상기 노즐에 대한 환산 각도 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점검부는, 상기 실시간 측정 각도 정보와 상기 환산 각도 정보를 비교하여 노즐 각도 점검을 수행하는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 추력 방향 제어 장치에 의해 노즐이 움직이는 단계; (b) 카메라 고정 프레임에 서로 일정 간격으로 배치되게 고정되는 제 1 및 제 2 카메라가 상기 노즐의 끝단에 부착되는 노즐 측정 치구의 움직임을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 단계; 및 (c) 점검부가 상기 영상 정보를 이용하여 실시간 측정 각도 정보를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 방법을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시에는, 위에서 기술된 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 방법을 실행하는 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 제공한다.
본 발명에 따르면, 추력 방향 제어 장치의 추력 방향 제어 성능을 테스트하는 시험(지상연소시험), 유도탄 조립체의 비행시험 등에서 발생할 수 있는 추력방향제어 오차를 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 전에 추력 방향 제어 장치의 노즐 각도 정확도를 측정 및/또는 교정함으로써, 시험시 발생할 수 있는 추력 방향 제어 오차를 조기에 점검하여 유도탄의 추력 방향 제어 성능에 오차가 발생할 가능성을 최소화할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 노즐 측정 시구의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 제 1 카메라를 통해 각도 측정 영역의 설정을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 제 2 카메라를 통해 각도 측정 영역의 설정을 보여주는 개념도이다.
도 6 내지 도 9는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 카메라를 통해 모서리 검출 방향 설정을 보여주는 개념도이다.
도 10은 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 카메라를 통해 모서리 형태 설정을 보여주는 개념도이다.
도 11a 및 도 11b는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 카메라를 통해 모서리 검출 스텝 크기 설정을 보여주는 개념도이다.
도 12는 도 1에 도시된 구동 성능 점검 시스템의 세부 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치(10)의 구동 성능 점검 시스템(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 구동 성능 점검 시스템(100)은, 추력 방향 제어 장치(10), 추력 방향 제어 장치(10)에 설치된 노즐의 끝단에 부착되는 노즐 측정 치구(110), 노즐 측정 치구(110)의 움직임을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 카메라들이 배치 고정되는 카메라 고정 프레임(120) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
추력 방향 제어 장치(10)는 추력의 방향을 제어하기 위한 구동 장치부(미도시)와 추진기관의 노즐이 결합된 장치이다. 구동 방식에 따라 가동노즐(Movable Nozzle) 방식, 제트탭(Jet Tab) 방식, 제트베인(Jet Vane) 방식 등이 있다.
노즐 측정 치구(110)는 노즐의 내측에 장착된다. 따라서, 노즐의 움직임에 따라 움직이게 된다. 즉, 노즐은 피치(Pitch) 방향 및 요(Yaw) 방향으로 움직인다.
카메라 고정 프레임(120)은 카메라를 고정하는 기능을 수행한다. 특히, 카메라 고정 프레임(120)의 내측에는 제 1 및 제 2 카메라 마운트(130-1,130-2)가 선형으로 이동되고, 고정할 수 있도록 리니어 가이드(124)가 형성된다. 또한, 카메라 고정 프레임(120)은 추력 방향 제어 장치(10)와 일정 간격으로 배치된다. 제 1 및 제 2 카메라 마운트(130-1,130-2)는 단면이 "L"자 형상으로서, 카메라가 탑재되는 아래 변은 바깥쪽으로 갈수록 두께가 감소되는 형상이 될 수 있다. 특히, 제 1 및 제 2 카메라 마운트(130-1,130-2)는 이동후 고정될 수 있도록 스토퍼 구조를 가질 수 있다. 부연하면, 리니어 가이드(124)의 표면에 요철이 형성되고, 제 1 및 제 2 카메라 마운트(130-1,130-2)의 내측에 탄성체과 이 탄성체에 의해 볼이 상하로 움직이는 구조를 들 수 있다. 물론, 이는 예시로서 이에 한정되지 않으며, 이동후 볼트 방식을 이용하여 고정하는 방식 등도 가능하다.
도 2는 도 1에 도시된 노즐 측정 치구(110)의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 노즐 측정 치구(110)는 노즐의 끝단 내측에 장착되는 장착 몸체(210), 상기 장착 몸체(210)의 일측면에 형성되는 날개 플레이트(220) 등으로 구성될 수 있다. 장착 몸체(210)와 날개 플레이트(220)는 수직으로 형성된다. 장착 몸체(210)은 노즐의 내측에 장착되도록 원형 형상이 될 수 있다. 또한, 노즐의 내측에 장착된후 고정을 위해 조립홈(211)이 원의 바깥 표면에 형성된다. 이 조립홈(211)에 볼트(미도시)가 체결된다. 물론, 이를 위해 노즐의 해당 부분의 표면에도 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 장착 몸체(210) 및 날개 플레이트(220)에는 각각 제 1 통풍홀(212) 및 제 2 통풍홀(222)이 형성된다. 이는 노즐 측정 치구(110) 자체에 의한 영향을 최소화하기 위한 것이다. 즉, 노즐이 움직임에 따라 노즐 측정 치구(110)가 움직이면서 발생하는 바람의 영향을 최소화한다.
도 3은 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임(120)의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 카메라 고정 프레임(120)은 받침대(310), 받침대(310)와 연장되어 외곽을 형성하는 외곽 프레임(320)으로 구성된다. 외곽 프레임(320)은 "ㄷ"자 형상이 되며, 내측은 빈공간이 형성된다. 또한, 외곽 프레임(320)의 측벽, 받침대(310)가 동일한 일정한 폭을 갖게 되므로, 이러한 폭을 이용하여 카메라를 설치하는 것이 가능하다.
도 4는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임(120)에 설치되는 제 1 카메라(401)를 통해 각도 측정 영역의 설정을 보여주는 개념도이고, 도 5는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 제 2 카메라(402)를 통해 각도 측정 영역의 설정을 보여주는 개념도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 카메라(401) 및 제 2 카메라(402)를 통해 획득된 카메라 영상을 이동, 확대, 축소 등을 통해 노즐(400)의 움직임에 따른 측정하고자 하는 검출영역(410)을 설정한다. 특히, 도 4는 제 1 카메라 마운트(130-1)에 탑재되는 제 1 카메라(401)를 이용하여 노즐 측정 치구(110)의 측면을 촬영하는 경우를 나타낸다. 또한, 도 5는 제 2 카메라 마운트(130-2)에 탑재되는 제 2 카메라(402)를 이용하여 노즐 측정 치구(110)의 후면 정면을 촬용하는 경우를 나타낸다.
즉, 제 1 카메라(401) 및 제 2 카메라(402)는 서로 직각으로 설치된다.
이러한 검출영역(410이 설정되면, 노즐 측정 치구(110)의 모서리에 대한 모서리 검출 설정이 이루어진다. 부연하면, 검출하고자 하는 검출영역(401)이 도 4와 같이 설정되면, 검출영역(410)의 중심점(O)을 기준으로 xy축으로 이루어진 기준 좌표계(Reference Coordinate)가 설정된다. 검출영역(401)의 크기는 임의로 설정할 수 있으며, 검출 대상물의 모서리 검출시, 정규화(normalization)된 수치를 읽어드린다. 즉, 카메라 화면에서 보여지는 검출영역의 크기와 실제 공간상의 크기와 매칭(matching)을 하기 위해서는 대상체와 측정하는 거리에 따라 달라지지만, 기울어진 각도를 산출하기 위해선 검출된 데이터의 증감량(비율)만 알면된다.
도 6 내지 도 9는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 카메라를 통해 모서리 검출 방향 설정을 보여주는 개념도이다. 부연하면, 도 6 내지 도 9는 어느 방향의 모서리를 검출할 것인지에 대해 설정하는 개념도이다. 도 6은 설정영역(410)에서 하방향(610)의 모서리를 검출하는 개념이고, 도 7은 상방향(710)의 모서리를 검출하는 개념도이다.
또한, 도 8은 우방향(810)의 모서리를 검출하는 개념도이고, 도 9는 좌방향(910)의 모서리를 검출하는 개념도이다.
예를 들어, 도 6에서 모서리 검출을 어느 방향으로 할지와 모서리 검출 스텝 크기를 설정한 후 모서리 검출을 수행하면, 검출결과(620)가 생성된다. 즉, 기준 좌표계를 기준으로 검출된 점의 데이터가 생성된다.
도 10은 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임에 설치되는 카메라를 통해 모서리 형태 설정을 보여주는 개념도이다. 도 10을 참조하면, 상승엣지(Falling Edge)형태(1010)의 모서리를 검출할 것인지 하강엣지(Rising Edge)형태(1020)의 모서리를 검출할 것인지 설정하는 것이다.
도 11a 및 도 11b는 도 1에 도시된 카메라 고정 프레임(120)에 설치되는 카메라(401,402)를 통해 모서리 검출 스텝 크기 설정을 보여주는 개념도이다. 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 모서리 검출 스텝 크기는 도11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이 모서리 검출에 사용되는 검출선 사이의 거리(픽셀)을 설정하는 것이고, 스텝의 크기를 작을수록 모서리 검출 정확도는 높아진다.
또한, 모서리 검출 강도는 검출할 모서리의 강도(Gradient Magnitude)를 설정하는 것이다. 바람직하게는 모서리 검출 강도는 모서리 검출 최소 강도로서 검출할 모서리의 최소 강도를 설정한다. 모서리 검출 설정에 따라 각도 측정의 정확성, 안정성에 영향을 줄 수 있으므로 적절한 모서리 검출 설정이 필요하다.
도 12는 도 1에 도시된 구동 성능 점검 시스템의 세부 구성도이다. 도 12를 참조하면, 유도탄(1220)에는 노즐(400)를 제어하는 가동 노즐 방식 추력 방향 제어 장치(10), 표적 위치를 탐지하는 원격계측장치 TLM(Telemetry)(1222), 유도 제어를 수행하는 GCU(Guidance and Control Unit), UMB(UMBilical) 케이블(1224), 동력을 공급하는 동력 공급부(1210) 등으로 구성될 수 있다. 가동 노즐 방식 추력 방향 제어 장치(10)는 노즐(400)을 Pitch방향과 Yaw방향으로 각각 구동하기 위한 2개의 요 방향 서보 구동기(1221-2-1) 및 피치 방향 서보 구동기(1221-2-2), 이들 서보 구동기(1221-2-1,1221-2-2)를 제어하는 제어기(1221-1)로 구성된다.
동력공급부(1210)는 추력 방향 제어 장치(10)를 지상에서 구동시키기 위해 추력 방향 제어 장치(10) 내 동력을 공급한다. 따라서, 동력공급부(1210)는 유압식, 공압식, 전기식 등이 사용될 수 있다.
가동 노즐방식 추력 방향 제어 장치(10)는 비행 중 제어기(1221-1)의 명령을 받아 서보 구동기(1221-2-1,1221-2-2)가 작동되며, 구동기의 행정량은 구조물이 갖는 기하학적인 관계를 고려한 수학식에 의해 계산되어진 양 만큼 구동된다.
고속으로 기동하는 유도탄(1220)이 실시간으로 갱신되어지는 표적정보를 따라 비행하기 위해서는 추력방향제어장치(10)의 노즐(400)은 빠른 응답성과 높은 정적 정확도를 갖고 정밀제어된다.
부연하면, 추력 방향 제어 장치(10) 내 동력이 충분히 공급이 되면 추력 방향 제어 장치(10)내 제어기(1221-1)를 통해 서보 구동기(1221-2-1,1221-2-2)의 구동 명령 프로파일(Command)을 입력시킨다. 구동 명령에 대한 피드백 데이터는 접촉식 변위센서(Potentiometer)(미도시)를 통해 계측되며 계측된 데이터는 UMB(UMBilical) 케이블(1224)을 통해 점검부(1230)에 로깅(logging)이 되거나 유도탄(1220) 내 TLM(1222)와 유도탄 외부에 위치한 TLM TS(Test Set)(1240)를 통해 무선통신을 통해 점검부(1230)에 로깅된다.
점검부(1230)에서 로깅된 값은 서보 구동기(1221-2-1,1221-2-2)의 행정거리와 노즐(400)의 회전각에 대한 수학적 관계식에 의해 노즐의 환산 각도 정보로 변환된다. 부연하면, 예를 들어, 볼 앤드 소켓(Ball & Socket) 타입의 가동노즐(Movable Nozzle)의 경우 Ball을 중심으로 회전하게 된다. 이러한 가동 노즐에 보여주는 개념이 러시아 특허 출원번호 제RU20100132035호 등에 개시되어 있다. 또한, 노즐을 회전시키기 위해 노즐 표면과 볼(Ball)의 회전 중심이 있는 평면상의 한 점을 액추에이터로 연결한다. 이를 보여주는 개념이 제RU20040122626호 등에 개시되어 있다. 따라서, 기하학적으로 노즐을 몇도 회전시키기 위해서 액추에이터가 선형으로 얼마정도 늘어나야 되는지에 대해 수학적 관계식으로 산출될 수 있다.
이와는 별개로 외부 계측 장치인 2대의 카메라 (401,402)를 통해 추력 방향 제어 장치(10)의 노즐(400)의 pitch방향과 yaw방향에 대한 각도를 측정하여 산출된 실시간 측정 각도 정보가 DAQ(Data Acquisition) 보드를 거쳐 점검부(1230)에 로깅이 된다. 따라서, 점검부(1230)는 실시간으로 두 정보를 비교 분석함으로써 추력 방향 제어 장치의 노즐 각도 점검을 수행할 수 있다. 서보 구동기 내 접촉식 변위센서를 통해 서보구동기의 행정거리를 계측함으로써 위에서 언급된 관계식에 의해 노즐을 얼마 구동했다는 것을 추정할 수 있습니다. 부연하면, 실시간으로 계측된 접촉식 변위센서의 데이터를 변환하여 구동된 노즐 각도를 추정해내고,
이와는 별개로, 외부 계측 장비인 2대의 카메라를 이용하여 계측한 노즐 각도를 구해낼 수 있다. 노즐이 구동하면서 실시간으로 각각의 방법으로 얻은 노즐각도를 비교함으로써 검증 및/또는 교정하는 과정을 수행할 수 있다. 부연하면, 서보 구동기를 구동하면 수학식으로 계산된 값만큼 회전하는지 점검하는 절차이다.
점검부(123)는 컴퓨터, 소프트웨어 등으로 구성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 13을 참조하면, 우선 카메라(401,402)를 통해 입력된 영상 정보를 통해 검출 영역을 설정한다(단계 S1310). 이후, 모서리 검출 설정이 수행된다(단계 S1320).
이후, 모서리 검출 설정에 따라 각도 측정의 정확성, 안정성에 영향을 줄 수 있으므로 적절한 모서리 검출 설정이 필요하다. 모서리 검출 설정이 완료되면 검출영역(410) 내 검출 대상물(즉 노즐)의 포인트(point) 정보를 추출해 낼 수 있다(단계 S1330).
검출 영역(410)의 중심점이 좌표계의 원점이므로 추출한 포인트 정보를 1차 다항식으로 커브피팅(Curve Fitting)을 수행하여 검출 대상물(즉 노즐)의 실시간 측정 각도 정보를 획득할 수 있다(단계 S1340,S1350). 부연하면, 도 6에 도시된 검출된 데이터를 이용하여 커브피팅을 통해 직전에 대한 기울기를 산출한다. 이 직선은 검출된 모서리에 해당한다. 직선에 대한 기울기에
Figure 112019046381499-pat00001
를 취하면 기준 좌표계에서의
Figure 112019046381499-pat00002
축과 검출된 모서리와 이루는 각도를 구할 수 있다. 이 각도가 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치가 구동한 각도이다. 모서리 검출 방향에 따라 위쪽 모서리 각도, 아래쪽 모서리 각도, 이를 평균낸 평균각도를 추출이 가능하다. 부연하면, 접촉식 변위센서(포텐셔미터)를 통해 서보 구동기(1221-2-1,1221-2-2)의 행정거리를 계측함으로써 앞서 기술된 관계식에 의해 노즐을 얼마 구동했다는 것을 추정하는 것이 가능하다.
실시간으로 계측된 접촉식 변위센서 데이터를 변환하여 구동된 노즐 각도를 추정해내고, 이와는 별개로, 외부 계측 장비인 2대의 카메라를 이용하여 계측한 노즐 각도를 산출할 수 있다. 노즐이 구동하면서 실시간으로 각각의 방식으로 얻은 노즐 각도를 비교 분석함으로써 검증 및/또는 교정하는 과정을 수행하는 것이 가능하다. 즉, 추력 방향 제어 장치의 노즐 각도 점검을 수행하는 것이 가능하다. 이는 서보 구동기를 구동하면 수학식으로 계산된 값만큼 회전하는지 점검하는 절차이다.
또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다.
여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
10: 추력 방향 제어 장치
100: 구동 성능 점검 시스템
110: 노즐 측정 치구
120: 카메라 고정 프레임
130-1,130-2: 제 1 및 제 2 카메라 마운트
124: 리니어 가이드

Claims (16)

  1. 추력 방향 제어 장치(10)에 설치된 노즐(400)의 끝단에 부착되는 노즐 측정 치구(110);
    상기 노즐 측정 치구(110)의 움직임을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 제 1 카메라(401) 및 제 2 카메라(402);
    상기 제 1 카메라(401) 및 상기 제 2 카메라(402)가 서로 일정 간격으로 배치되게 고정되는 카메라 고정 프레임(120); 및
    상기 영상 정보를 이용하여 실시간 측정 각도 정보를 산출하는 점검부(1230);를 포함하며,
    상기 노즐 측정 치구(110)는,
    상기 노즐(400)의 끝단 내측에 장착되는 장착 몸체(210); 및
    상기 장착 몸체(210)의 일측면에 형성되는 날개 플레이트(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착 몸체(210)와 상기 날개 플레이트(220)는 서로 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 장착 몸체(210) 및 상기 날개 플레이트(220)에는 각각 2개 이상의 제 1 통풍홀(212) 및 2개 이상의 제 2 통풍홀(222)이 형성되는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라 고정 프레임(120)은,
    상기 제 1 카메라(401) 및 상기 제 2 카메라(402)를 각각 탑재하는 제 1 카메라 마운트(130-1) 및 제 2 카메라 마운트(130-2); 및
    상기 제 1 카메라 마운트(130-1) 및 상기 제 2 카메라 마운트(130-2)가 선형으로 이동되고, 고정될 수 있도록 하는 리니어 가이드(124);를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 카메라 마운트(130-1) 및 상기 제 2 카메라 마운트(130-2)는 단면이 "L"자 형상으로서, 상기 제 1 카메라(401) 및 상기 제 2 카메라(402)가 탑재되는 상기 "L"자 형상의 변은 바깥쪽으로 갈수록 두께가 감소되는 형상인 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 움직임은 피치(pitch) 방향 또는 요(yaw) 방향인 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 카메라(401) 및 상기 제 2 카메라(402)는 서로 직각으로 설치되며, 상기 제 1 카메라(401)는 상기 노즐 측정 치구(110)의 측면을 미리 설정되는 검출영역(410)을 통해 촬영하고, 상기 제 2 카메라(402)는 상기 노즐 측정 치구(110)의 후면 정면을 상기 검출영역(410)을 통해 촬영하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출영역(410)이 설정된 후, 상기 노즐 측정 치구(110)의 모서리에 대한 모서리 검출 설정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 모서리 검출 설정은 어느 방향의 모서리를 검출할지에 대한 모서리 검출 방향, 상승 엣지 형태인지 또는 하강 엣지 형태인지에 대한 모서리 형태, 검출선 사이의 거리를 설정하는 모서리 검출 스텝 크기, 검출할 모서리의 강도에 대한 모서리 검출 강도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 모서리 검출 스텝 크기는 스텝의 크기가 작을수록 모서리 검출 정확도가 높아지는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출 영역(410)의 중심점은 좌표계의 원점인 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. (a) 추력 방향 제어 장치(10)에 의해 노즐(400)이 움직이는 단계;
    (b) 카메라 고정 프레임(120)에 서로 일정 간격으로 배치되게 고정되는 제 1 카메라(401) 및 제 2 카메라(402)가 상기 노즐(400)의 끝단에 부착되는 노즐 측정 치구(110)의 움직임을 촬영하여 영상 정보를 생성하는 단계; 및
    (c) 점검부(1230)가 상기 영상 정보를 이용하여 실시간 측정 각도 정보를 산출하는 단계; 를 포함하며,
    상기 노즐 측정 치구(110)는,
    상기 노즐(400)의 끝단 내측에 장착되는 장착 몸체(210); 및
    상기 장착 몸체(210)의 일측면에 형성되는 날개 플레이트(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 정보 기반 추력 방향 제어 장치의 구동 성능 점검 방법.
  16. 삭제
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