KR102200824B1 - 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템 - Google Patents

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KR102200824B1
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조주현
최평호
강선구
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(주)영신디엔씨
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Abstract

본 발명은 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파일 항타시 카메라 및 가속도센서를 이용하여 실시간으로 파일 항타 관입량 및 리바운드량을 동시에 정밀하게 자동으로 측정하기 위한 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템에 관한 것이다.

Description

카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템{System for real-time auto measuring penetration depth and rebound of pile using camera and accelerometer sensor}
본 발명은 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파일 항타시 카메라 및 가속도센서를 이용하여 실시간으로 파일 항타 관입량 및 리바운드량을 동시에 정밀하게 자동으로 측정하기 위한 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연약지반에 토목, 건축 구조물을 건설하기 위하여는 말뚝기초에 의한 연약지반의 보강이 필수적이다. 즉, 이러한 말뚝기초는 건축 구조물의 전체 하중을 받기 때문에 구조물의 안전을 위해 말뚝기초의 허용지지력을 산정하는 방법이 매우 중요하다.
이러한 말뚝기초의 허용지지력을 산정하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 가장 신뢰성이 높은 방법으로 말뚝 재하시험 방법이 이용되고 있다. 말뚝 재하시험 방법이란 말뚝을 타설하고 난 후 하중을 가하여 말뚝의 극한하중이나 허용침하량 이내에서 지지할 수 있는 하중의 크기를 구하는 시험으로서 크게 정재하 시험과 동재하 시험으로 나눌 수 있다.
특히, 동재하시험은 반드시 관입량 및 리바운드량 등 항타에 의해 파일에 발생하는 변위를 측정하여 파일의 관입량을 관리하고 있다. 이것은 항타시 측정한 파일의 변위 거동을 통하여 파일 기초가 지반에 제대로 시공되었는지를 확인할 수 있을 뿐 아니라, 경험적 방법을 통해 파일의 지지력을 간접적으로 평가할 수 있기 때문이다.
종래 관입량 및 리바운드량에 의한 항타 파일의 변위량 측정은 주로 수작업에 의해 이루어지고 있는데, [도 1]을 참조하여 설명하면, 파일을 파일해머에 의해서 항타하는 동안 파일에 기록지(11)를 부착하고, 지면에는 고정된 타겟(12)을 설치함으로써, 상기 타겟(12)의 상면에 파일의 관입량 및 리바운드량을 펜이나 연필 등의 필기구(13)에 의해서 측정한다.
그러나, 이러한 수작업은 작업자의 안전성에 문제가 있고, 측정 범위의 한계가 존재하며, 주변 환경 요인에 의한 오차가 발생하고, 작업자의 임의 조작 가능성이 존재하며, 현장에서 데이터 계측 후 실내에서 따로 분석해야 한다는 문제점이 있다.
이에 따라, 상기 수작업 문제점을 개선하기 위하여 개발된 항타 파일의 레이저 변위량 측정기술로서, 한국공개특허 특2002-0060459(공개일자 2002년07월18일)에 고층건물, 교량, 항만등을 건설하는 토목공사의 기초공정인 파일시공에서 파일해머(20)에 의해 파일(10)을 지반에 타입시키는 항타기(1)에 있어서; 상기 항타기(1)의 파일해머(20)에 장착되어 항타작업중 관성력에 의해 상하 이동하는 레이저 변위소자(304)의 위치를 검출하여 관입량을 측정하는 불균형 감쇄진동수단(300)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 파일 관입량 측정장치가 개발된 바 있다.
그러나, 상기 레이저 변위 측정장치의 경우, 격심한 진동이 있을 경우에는 감지된 데이터에 오류가 발생하는 경우가 있고, 시스템에 사용된 통신방식에 따른 샘플링 속도(Sampling Rate)의 한계로 인하여 전체 성능이 제한 받는 단점이 있다. 특히, 파일(10)은 파일해머(20)에 충격을 받았을 때, 파일의 좌우 진동이 심한 경우, 레이저 변위 측정장치에서 출력되는 수직 이동량 정보가 부정확하여 파일(10)의 운동 특성을 관찰하기가 거의 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 한국공개특허 10-2007-0081957(공개일자 2007년08월20일)에 파일의 외주면에 정확히 밀착하는 형상의 파일 형틀(15)과 그 파일 형틀에 고착된 기울기 감지 센서(16), 파일 형틀을 파일에서 붙였다 떼었다 해주는 유압 실린더(17),파일의 외면과 맞닿는 내면에 장치된 접촉센서(14)로 이루어진 기울기 감지장치와, 자동으로 감기는 자동릴(11)과 파일의 관입길이를 측정하는 측정선(12), 자동릴의 회전에 따라 감기는 측정선의 길이를 감지하는 길이 감지센서(13)로 이루어진 관입량 감지 장치로 구성된 무진동 항타 측정장치가 개발되었다.
그러나, 상기 무진동 항타 측정장치는 접촉센서 및 감지센서를 이용하여 측정하기는 하지만, 파일 형틀을 파일에서 붙였다 떼었다 해주는 유압 실린더와 자동릴에 연결되어 파일의 관입길이를 측정하는 측정선이 기계적으로 별도로 구비되어야 하므로 실질적으로는 무진동 측정이 불가능하였으며, 파일에 접촉되는 유압 실린더를 별도로 구성해야 하고 항타진동에 의한 오차발생 문제점이 있어 상용화되지 못하였다.
또한, 한국공개특허 10-2007-0096076(공개일자 2007년10월02일)에는 전단에 수직으로 형성된 리더와 상기 리더에 안내되어 승강 작동되는 파일해머에 의해 파일을 지반에 압입시키는 항타기의 파일 항타 작업 확인 및 기록시스템에 있어서, 상기 시스템의 동작을 위한 각종 조건을 설정하는 입력수단; 상기 입력수단의 입력신호 또는 기설정된 조건에 따라 상기 리더에 고정된 파일의 기울기를 측정하는 파일기울기 감지수단; 상기 입력수단의 입력신호 또는 기설정된 조건에 따라 상기 리더에 고정된 파일의 위치를 확인하는 거리측정수단; 상기 입력수단의 입력신호 또는 기설정된 조건에 따라 상기 파일해머에 의해 압입되는 파일의 박힌길이 및 반동길이를 측정하는 파일관입량측정수단; 상기 입력수단, 파일기울기감지수단, 거리측정수단, 파일관입량측정수단으로부터 출력된 신호를 입력받아 처리하고, 상기 시스템의 전체동작을 제어하는 제어수단; 및 상기 제어수단으로부터 출력된 처리결과데이터를 상기 입력수단의 입력조건 또는 기설정된 조건에 따라 설정된 초기화면에 표시하는 표시수단을 포함하는 파일 항타 작업 확인 및 기록시스템이 공지되어 있다.
그러나, 상기 파일 항타 작업 확인 및 기록시스템의 파일관입량측정수단(140)은 파일항타장비의 타격에 의해 파일이 지면에 관입되면서 압입되는 파일의 박힌 길이 및 반동길이를 측정하여 파일항타작업의 마무리과정에서 파일의 최종관입량을 측정할 수 있는 것으로, 리더에 고정되어 안내되거나 압입되는 파일의 둘레에 리더와 이격 설치되는 리더에 탈부착 가능한 구조를 갖게 되는 구조로서, 상기 파일관입량측정수단이 파일 둘레에 설치되는 리더에 탈부착되므로 파일항타의 진동의 영향을 받게되는 문제점과, 상기 파일관입량측정수단을 일일이 파일에 부착하여야 하는 문제점이 있는 것이어서 역시 상용화될 수 없는 것이었다.
또한, 한국공개특허 10-2008-0064466(공개일자 2008년07월09일)에는 [도 2]에 도시된 바와 같이, 항타품질 분석시스템에 관한 것으로서, 관입되는 파일(11)의 표면에 부착되는 변위측정마크(100); 상기 변위측정마크(100)의 이동을 연속적으로 촬영하는 라인스캔 카메라(200); 및, 상기 라인스캔 카메라(200)와 연결되어 상기 라인스캔 카메라(200)에서 촬영된 영상자료를 수신하고, 수신된 영상자료를 이용하여 연산작용을 하는 소프트웨어가 내장된 휴대용컴퓨터(300);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템이 개발되어 있다.
그러나, 상기 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템은 단지 1차원 라인스캔 카메라(Line-scan Camera)를 사용하여 파일의 수직 변위에 대응하는 관입량 및 리바운드량을 측정하며, 특수 제작한 마커를 파일에 부착하여야 한다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 변위측정마크에 의한 변위는 측정할 수 있으나, 항타 직후 리바운드량을 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 또 다른 종래 기술로서, 한국등록특허 10-1193076(등록일자 2012년10월15일)에는 [도 3]에 도시된 바와 같이, 항타 파일의 관입량을 측정하기 위한 파일 관입량 측정 시스템에 있어서, 파일의 주변에 설치되어 촬영 타겟(500)의 변위량을 측정하기 위한 영상을 획득하는 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200); 상기 파일에 부착되어 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)에 의해 촬영되는 촬영 타겟(500); 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)가 동시에 작동하도록 동기화시키는 신호 발생기(300); 및 상기 제1 및 제2 영상 획득 장치(100,200)의 렌즈의 초점거리 및 촬영각도를 제어하고, 상기 제1 및 제2 영상획득 장치(100,200)로부터 각각 촬영된 두 개의 영상 데이터를 수집하여 3차원 공간좌표를 추출하며, 상기 파일의 관입량 및 리바운드량에 대응하는 3차원 이동량을 도출하는 데이터 처리장치(900)를 포함하되, 상기 파일의 3차원 이동량은 상기 파일의 수직변위, 좌우 기울기 및 상하 기울기인 것을 특징으로 하는 3차원 사진측정을 이용한 실시간 파일 관입량 측정 시스템이 공지되어 있다.
그러나, 상기 관입량 측정 시스템은 파일의 관입량 및 리바운드량에 대응하는 3차원 이동량을 도출하기 위하여, 일축방향 변위를 제어할 수 있는 액츄에이터(actuator: 410) 및 회전 변위를 제어할 수 있는 고니오미터(goniometer: 430)와 로터리미터(rotary meter: 420)를 조합한 변위 발생기(400)를 사용하여 실시간 파일 변위를 측정하므로 파일의 관입량 변위는 측정할 수 있어도 리바운드량을 측정할 수 없는 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 3차원 공간좌표를 추출하기 위하여 제1 및 제2 영상획득 장치(100,200)를 구비하여야 하는 문제점이 있었다.
한편, 파일 리바운드 체크를 위하여, 한국등록특허 10-2033506(등록일자 2019년10월11일)에는 말뚝의 외주면을 둘러싸도록 설치되는 메인 프레임; 상기 메인 프레임이 지표면 방향으로 이동하지 않도록 지지하며, 상기 메인 프레임에 결합되어 지표면 방향으로 연장되는 적어도 2개의 지지레그; 및 상기 메인 프레임의 일측에 상기 말뚝의 외주면과 일정한 간격을 갖도록 장착되는 리바운드 측정블록; 을 포함하고, 상기 리바운드 측정블록은 외형을 이루는 블록 하우징의 전면에 상기 말뚝의 외주면에 단부가 접촉되어 상기 말뚝의 동재하 시험 및 지내력 측정에 따른 리바운드를 체크하는 체크펜이 연장되도록 구비된 형상으로 이루어지되, 상기 체크펜은 상기 말뚝에 대한 동재하 시험 및 지내력 측정 과정에서 상기 블록 하우징의 가로방향으로 이동하며 움직일 수 있도록 상기 블록 하우징 내부에 가로방향으로 연장되어 설치된 장착로드에 수평선을 기준으로 30 내지 50 도의 각도를 가지며 상부방향으로 연장된 구조로 결합되는 것으로 구비되며, 상기 블록 하우징 내부에는 상기 말뚝으로부터 전달되는 진동을 감지하고, 상기 진동의 세기에 따라 상기 체크펜의 가로방향 이동을 제어하는 제어유닛이 설치되되, 상기 제어유닛은 상기 말뚝으로부터 전달되는 진동을 감지하는 진동센서를 포함하여 상기 전달된 진동의 크기가 0.5kine 이상인 경우, 상기 체크펜을 가로방향으로 15 cm 내지 25 cm 이동하도록 제어하며, 상기 진동의 크기가 0.5kine 미만일 경우에는 상기 체크펜이 가로방향으로 이동하지 않고 제자리 정지상태를 유지하도록 제어하고, 상기 지지레그는 하단부에 상기 메인 프레임의 무게로 인해 지표 내부로 삽입되어 들어가는 것을 방지할 수 있도록 지표면 삽입방지 수단이 형성되되, 상기 지지레그의 높이는 50 내지 70cm 높이에서 높이조절이 가능하도록 형성되며, 상기 리바운드 측정블록은 상기 리바운드 측정블록을 장착한 상태에서 양측에 메인 프레임 삽입홈이 형성되는 외부 케이스에 장착된 상태로 구비되되, 상기 외부 케이스에는 표면에 걸림돌기가 형성된 코어부 및 상기 걸림돌기가 관통할 수 있는 관통홀이 형성되고 상기 코어부의 외주면을 둘러싸며 상기 코어부가 내부에서 상하 이동할 수 있도록 이루어지는 외피부로 이루어져 상하 길이조절이 가능하도록 구성되는 케이스 레그가 형성되는 동재하 시험 및 파일의 지내력 측정용 리바운드 체크장치가 개발된 바 있다.
그러나, 상기 리바운드 체크장치는, 파일들레에 설치되는 메인 프레임(110)에 리바운드 측정블록(12) 및 체크펜(123)을 설치하여 기계적으로 체크펜에 의해 리바운드 그래프를 작도하는 것으로 메인 프레임 설치 정밀도 오차, 파일의 수직도 오차, 파일 항타의 진동오차 등에 의하여 정확한 리바운드 체크가 불가능하여 사용되지 못하고 있다.
[특허문헌 001] 한국공개특허 특2002-0060459(공개일자 2002년07월18일) [특허문헌 002] 한국공개특허 10-2007-0081957(공개일자 2007년08월20일) [특허문헌 003] 한국공개특허 10-2007-0096076(공개일자 2007년10월02일) [특허문헌 004] 한국공개특허 10-2008-0064466(공개일자 2008년07월09일) [특허문헌 005] 한국등록특허 10-1193076(등록일자 2012년10월15일) [특허문헌 006] 한국등록특허 10-2033506(등록일자 2019년10월11일)
본 발명은 상기 종래 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 파일 항타시 카메라 및 가속도센서를 이용하여 실시간으로 파일 항타 관입량 및 리바운드량을 동시에 정밀하게 자동으로 측정함으로써, 파일 및 항타장치의 손상을 방지하고 기초 및 지반의 안정성을 도모할 수 있으며, 항타시 측정한 파일의 변위 거동을 통하여 파일 기초가 지반에 제대로 시공되었는지를 확인하는 동재하시험을 실시간으로 정밀하게 실시할 수 있는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여, 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치되는 촬영 타겟과; 상기 항타 파일의 주변에 설치되어 상기 항타 파일의 항타 관입량에 따라 발생된 상기 촬영 타겟의 변위량 측정 영상을 획득하기 위한 카메라와; 상기 촬영 타겟에 탈부착 설치되어 상기 항타 파일의 항타 후 리바운드량을 측정하기 위한 가속도센서와; 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하여 상기 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 산출하기 위한 데이터 처리장치와; 상기 데이터 처리장치로부터 산출된 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하기 위한 디스플레이장치;를 포함하여 구성되는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 가속도센서는 상기 카메라와 블루투스 통신 연결되어 측정된 리바운드량 데이터를 상기 카메라로 전송하도록 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 가속도센서는 진동가속도 값을 측정하고, 가속도 및 변위에 관한 다음 알고리즘 및 FFT(Fast Fourier Transform)과정에 의하여 주파수별 진동변위(D)값을 편진폭값으로 리바운드량을 산출하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
가속도 : A = (2πf)2D,
변위 : D = A/(2πf)2
(여기서, f는 진동주파수(Hz)이다)
상기 데이터 처리장치는 상기 카메라 및 상기 가속도센서와 통신 연결되도록 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 데이터 처리장치는 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하는 데이터 수집부와; 상기 데이터 수집부에서 입력된 상기 변위량 영상 데이터와 상기 리바운드량 데이터를 분석하여 수치 또는 그래프로 생성하는 데이터분석생성부와; 상기 데이터분석생성부에서 생성된 수치 또는 그래프를 상기 디스플레이장치로 출력하는 데이터출력제어부;를 포함하여 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 데이터분석생성부는 상기 항타 파일의 최종 관입량을 관입량 + 최종 리바운드량/2로 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 데이터분석생성부는 항타 타격 횟수 5회의 총관입량이 6mm 이하인 경우 설정값을 기준으로 측정된 최종 관입량을 비교하여 적합판정여부를 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 카메라 및 상기 디스플레이장치는 스마트폰에 내장된 카메라 및 스마트폰 화면으로 구성되고, 상기 데이터 처리장치는 상기 스마트폰에 설치 가능한 어플리케이션으로 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템은, 파일 항타시 카메라 및 가속도센서를 이용하여 실시간으로 파일 항타 관입량 및 리바운드량을 동시에 정밀하게 자동으로 측정함으로써, 파일 및 항타장치의 손상을 방지하고 기초 및 지반의 안정성을 도모할 수 있으며, 특히, 항타시 측정한 파일의 변위 거동을 통하여 파일 기초가 지반에 제대로 시공되었는지를 확인하는 동재하시험을 실시간으로 정밀하게 실시할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 수작업에 의한 관입량 및 리바운드량 측정 도면
도 2는 종래기술에 의한 변위측정마크를 이용한 항타품질 분석시스템 도면
도 3은 종래기술에 의한 항타 파일의 관입량 측정 시스템 도면
도 4는 본 발명에 따른 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템 개략 구성도
도 5는 본 발명에 따른 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템 구성 블록도
본 발명은, 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치되는 촬영 타겟과; 상기 항타 파일의 주변에 설치되어 상기 항타 파일의 항타 관입량에 따라 발생된 상기 촬영 타겟의 변위량 측정 영상을 획득하기 위한 카메라와; 상기 촬영 타겟에 탈부착 설치되어 상기 항타 파일의 항타 후 리바운드량을 측정하기 위한 가속도센서와; 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하여 상기 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 산출하기 위한 데이터 처리장치와; 상기 데이터 처리장치로부터 산출된 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하기 위한 디스플레이장치;를 포함하여 구성되는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 가속도센서는 상기 카메라와 블루투스 통신 연결되어 측정된 리바운드량 데이터를 상기 카메라로 전송하도록 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 가속도센서는 진동가속도 값을 측정하고, 가속도 및 변위에 관한 다음 알고리즘 및 FFT(Fast Fourier Transform)과정에 의하여 주파수별 진동변위(D)값을 편진폭값으로 리바운드량을 산출하는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
가속도 : A = (2πf)2D,
변위 : D = A/(2πf)2
(여기서, f는 진동주파수(Hz)이다)
상기 데이터 처리장치는 상기 카메라 및 상기 가속도센서와 통신 연결되도록 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 데이터 처리장치는 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하는 데이터 수집부와; 상기 데이터 수집부에서 입력된 상기 변위량 영상 데이터와 상기 리바운드량 데이터를 분석하여 수치 또는 그래프로 생성하는 데이터분석생성부와; 상기 데이터분석생성부에서 생성된 수치 또는 그래프를 상기 디스플레이장치로 출력하는 데이터출력제어부;를 포함하여 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 데이터분석생성부는 상기 항타 파일의 최종 관입량을 관입량 + 최종 리바운드량/2로 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 데이터분석생성부는 항타 타격 횟수 5회의 총관입량이 6mm 이하인 경우 설정값을 기준으로 측정된 최종 관입량을 비교하여 적합판정여부를 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 카메라 및 상기 디스플레이장치는 스마트폰에 내장된 카메라 및 스마트폰 화면으로 구성되고, 상기 데이터 처리장치는 상기 스마트폰에 설치 가능한 어플리케이션으로 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및/또는 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예 및/또는 도면에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명의 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템은, 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치되는 촬영 타겟과; 상기 항타 파일의 주변에 설치되어 상기 항타 파일의 항타 관입량에 따라 발생된 상기 촬영 타겟의 변위량 측정 영상을 획득하기 위한 카메라와; 상기 촬영 타겟에 탈부착 설치되어 상기 항타 파일의 항타 후 리바운드량을 측정하기 위한 가속도센서와; 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하여 상기 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 산출하기 위한 데이터 처리장치와; 상기 데이터 처리장치로부터 산출된 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하기 위한 디스플레이장치;를 포함하여 구성된다.
즉, [도 4]를 참조하여 설명하면, 본 발명은 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치되는 촬영 타겟(100)과; 상기 항타 파일의 주변에 설치되어 상기 항타 파일의 항타 관입량에 따라 발생된 상기 촬영 타겟의 변위량 측정 영상을 획득하기 위한 카메라(200)와; 상기 촬영 타겟에 탈부착 설치되어 상기 항타 파일의 항타 후 리바운드량을 측정하기 위한 가속도센서(300)와; 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하여 상기 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 산출하기 위한 데이터 처리장치(400)와; 상기 데이터 처리장치로부터 산출된 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하기 위한 디스플레이장치(500);를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 촬영 타겟(100)은 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치될 수 있는 것으로 상기 카메라(200)에 의해 그 변위가 촬영되며, 상기 촬영 타겟(100)의 형태는 상기 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치될 수 있는 형태로서 변위를 측정하기에 적합한 형태로 제한없이 구성될 수 있다.
또한, 상기 카메라(200)는 상기 항타 파일에 부착된 상기 촬영 타겟(100)과 일정 거리를 유지하도록 설치되어 상기 항타 파일의 항타 관입량에 따라 발생된 상기 촬영 타겟의 변위량 측정 영상을 획득하는 것으로, CCD 카메라를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가속도센서(300)는 상기 촬영 타겟에 탈부착 설치되어 상기 항타 파일의 항타 후 리바운드량을 측정하기 위한 것이다. 즉, 가속도센서(300)는 항타 파일의 항타에 의한 진동을 진폭으로 측정하여 리바운드량을 측정하는 것이다.
보다 상세하게, 본 발명의 상기 가속도센서(300)가 진동을 진폭으로 측정하여 리바운드량을 측정하는 알고리즘을 설명하면, 미세진동을 측정하는 경우, 주로 가속도센서(Accelerometer)를 사용하는데, 현장에서 측정된 진동 가속도 값은 FFT(Fast Fourier Transform)과정을 통해서 주파수별 진동 분석을 할 수 있다.
또한, 적분과정을 통해서 속도와 변위를 알아낼 수 있는데, 즉, 현장에서 사용되는 정밀한 가속도센서(진동센서)로 진동data를 가속도 값으로 수집(측정)하게 되며, 미세진동(범위 0 ~ 200Hz) 측정을 위한 가속도센서의 정밀도는 1G(=98m/sec)당 10Volt 급 이상의 사양을 가진 매우 정밀한 가속도센서로서, 흔히 지진센서(Seismic Vibration Sensor)라고 하기도 한다.
특히, 상기 가속도센서는 진동가속도 값을 측정하고, 가속도 및 변위에 관한 다음 알고리즘 및 FFT(Fast Fourier Transform)과정에 의하여 주파수별 진동변위(D)값을 편진폭값으로 리바운드량을 산출하게 된다.
가속도 : A = (2πf)2D,
변위 : D = A/(2πf)2
(여기서, f는 진동주파수(Hz)이다)
예를들어, 5Ｈz에서 가속도가 3 gal（= 0.03m/s2）일때, 진동의 진폭 D는, D =A/(2πf)2 = 0.03/(2π×5)2 = 30.4×10-6 = 30.4 μm 가 되며, 이것은 편진폭값이므로 따라서 전체 진폭(Peak to Peak)은 60.8μm가 된다.
따라서, 상기 가속도센서(300)에 의한 편진폭값은 상기 항타 파일의 리바운드량으로 측정될 수 있다.
한편, 상기 가속도센서(300)는 상기 카메라(200)와 블루투스 통신 연결되어 측정된 리바운드량 데이터를 상기 카메라로 전송하도록 구성되며, 상기 데이터 처리장치(400)는 상기 카메라(200) 및 상기 가속도센서(300)와 통신 연결되도록 구성되는 것은 물론이다.
여기서, 상기 데이터 처리장치(400)는 [도 5]에 도시한 바와 같이, 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하는 데이터 수집부(401)와; 상기 데이터 수집부에서 입력된 상기 변위량 영상 데이터와 상기 리바운드량 데이터를 분석하여 수치 또는 그래프로 생성하는 데이터분석생성부(402)와; 상기 데이터분석생성부에서 생성된 수치 또는 그래프를 상기 디스플레이장치로 출력하는 데이터출력제어부(403);를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 데이터분석생성부(402)는 상기 항타 파일의 최종 관입량을 관입량 + 최종 리바운드량/2로 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되며, 또한, 항타 타격 횟수 5회의 총관입량이 6mm 이하인 경우 설정값을 기준으로 측정된 최종 관입량을 비교하여 적합판정여부를 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 본 말명에서, 상기 카메라(200) 및 상기 디스플레이장치(500)는 스마트폰에 내장된 카메라 및 스마트폰 화면으로 구성되고, 상기 데이터 처리장치(400)는 상기 스마트폰에 설치 가능한 어플리케이션으로 구성되는 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및/또는 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및/또는 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 촬영 타겟 200 : 카메라
300 : 가속도센서 400 : 데이터 처리장치
401 : 데이터수집부 402 : 데이터분석생성부
403 : 데이터출력제어부 500 : 디스플레이장치

Claims (8)

  1. 항타 파일의 일정 위치에 부착 설치되는 촬영 타겟과; 상기 항타 파일의 주변에 설치되어 상기 항타 파일의 항타 관입량에 따라 발생된 상기 촬영 타겟의 변위량 측정 영상을 획득하기 위한 카메라와; 상기 촬영 타겟에 탈부착 설치되어 상기 항타 파일의 항타 후 리바운드량을 측정하기 위한 가속도센서와; 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하여 상기 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 산출하기 위한 데이터 처리장치와; 상기 데이터 처리장치로부터 산출된 항타 파일의 관입량 및 리바운드량을 출력하기 위한 디스플레이장치;를 포함하여 구성되며, 상기 가속도센서는 진동가속도 값을 측정하고, 가속도 및 변위에 관한 다음 알고리즘 및 FFT(Fast Fourier Transform)과정에 의하여 주파수별 진동변위(D)값을 편진폭값으로 리바운드량을 산출하는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
    가속도 : A = (2πf)2D,
    변위 : D = A/(2πf)2
    (여기서, f는 진동주파수(Hz)이다)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속도센서는 상기 카메라와 블루투스 통신 연결되어 측정된 리바운드량 데이터를 상기 카메라로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리장치는 상기 카메라 및 상기 가속도센서와 통신 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리장치는 상기 카메라에서 측정된 상기 촬영 타겟의 변위량 영상 데이터와 상기 가속도센서에서 측정된 리바운드량 데이터를 수집하는 데이터 수집부와; 상기 데이터 수집부에서 입력된 상기 변위량 영상 데이터와 상기 리바운드량 데이터를 분석하여 수치 또는 그래프로 생성하는 데이터분석생성부와; 상기 데이터분석생성부에서 생성된 수치 또는 그래프를 상기 디스플레이장치로 출력하는 데이터출력제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터분석생성부는 상기 항타 파일의 최종 관입량을 관입량 + 최종 리바운드량/2로 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터분석생성부는 항타 타격 횟수 5회의 총관입량이 6mm 이하인 경우 설정값을 기준으로 측정된 최종 관입량을 비교하여 적합판정여부를 생성하는 알고리즘을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
  8. 제1항 내지 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카메라 및 상기 디스플레이장치는 스마트폰에 내장된 카메라 및 스마트폰 화면으로 구성되고, 상기 데이터 처리장치는 상기 스마트폰에 설치 가능한 어플리케이션으로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 및 가속도센서를 이용한 실시간 파일항타 관입량 및 리바운드량 자동측정시스템
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