KR102346552B1 - 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 및 이를 이용한 근거리 타겟 검출 시스템 - Google Patents

송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 및 이를 이용한 근거리 타겟 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법은 송수신 일체형 레이저 감지기의 송신 펄스 구동부가 트리거 신호를 기초로 송신 펄스를 생성하고 레이저 다이오드를 거쳐서 감시 구역으로 방사하는 단계와, 송신 펄스 구동부가 생성된 송신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 단계와, 펌웨어 모듈이 수신된 송신 펄스 폭을 기초로 가상의 송신 삼각파를 생성하는 단계와, 레이저 감지기의 수신펄스 감지부가 감시 구역인에 위치한 타겟에 의하여 반사되어 수신되는 수신 펄스를 포토 다이오드를 통하여 수신하는 단계와, 수신펄스 감지부가 수신된 수신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 단계와, 펌웨어 모듈이 수신된 펄스 폭을 기초로 가상의 수신 삼각파를 생성하는 단계와, 펌웨어 모듈이 송신 삼각파와 수신 삼각파를 비교하여 td 동안의 펄스 폭 차이를 산정하는 단계와, 상기 펄스 폭 차이를 기초로 타겟까지의 거리를 산정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 및 이를 이용한 근거리 타겟 검출 시스템{Short Distance Target Checking Method In Laser Sensor of Transceiving and receiving monolithic Type and System Thereof}
본 발명은 재귀 반사판 기판의 레이저 감지기에서 레이저 근방에 감지하고 자하는 타겟이 있는 경우 송신 펄스와 수신 펄스 사이의 시간 간격이 매우 짧아서 타겟의 거리 측정이 어려운 것이다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하고자 고가의 고속 스위칭 소자를 사용하지 않고도 레이저 감지기 근방의 타겟까지의 거리를 측정할 수 있도록 하는 것에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 종래 기술은 대한민국 등록특허 제10-1966722(2019. 08. 14. 공고)에 게시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 반사판 기반 레이저에서의 특정위치 침입자 탐지 방법에 대한 제어 흐름도이다. 상기도 1에서 종래의 반사판 기반 레이저에서의 특정위치 침입자 탐지 방법은 침입 탐지 앞, 뒤의 신호 및 기준 신호를 이용한 침입 위치 판단 방법은 레이저가 반사 신호를 수신하는 단계(S11)와, BIN 및 프레임별 신호 집합을 생성하는 단계(S12)와, 중간 프레임의 반사판의 SNR를 산정하는 단계(S13)와, 산정된 SNR이 기준 SNR보다 큰지 여부를 판단하는 단계(S14)와, 산정된 SNR이 기준 SNR보다 큰 경우, 최대 SNR이 위치한 BIN과 프레임을 산정하는 단계(S15)와, 반사판 위치의 BIN*0.2 < 최대 SNR 위치의 BIN(MAXBIN) < 반사판 위치의 BIN - (반사판 위치의 BIN*0.2) 인지 여부를 판단하는 단계(S16)와, Yes 인 경우 MAXBIN의 SNR > 20 인지 여부를 판단하는 단계(S17)와, Yes 인 경우, 레이저와 반사판과의 거리(D)의 15% ~ 85%의 위치에서의 침입자의 침입으로 판단하는 단계(S18)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 S17 단계에서 No인 경우, 레이저 앞 침입인지 여부를 판단하는 단계(S19)와, 레이저 침입이 아닌 경우 반사판 앞 침입으로 판단하는 단계(S20)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 2는 종래 반사판 기반의 레이저 감지 시스템 구성도이다. 상기도 2에서 종래 반사판 기반의 레이저 감지 시스템은 레이저 감지기(200)와 재귀 반사판(300)으로 구성되고 레이저 감지기의 송수신 펄스에 대한 ToF(Time of Flight) 기반의 방법으로서 일반적으로 가장 널리 방법이지만 레이저 근방의 거리를 정확히 측정하는 경우에는 송신 펄스와 수신 펄스 사이의 간격이 수 ns 정도로 매우 짧아서 FPGA와 같은 고속 스위칭 소자를 사용하여야 타겟까지의 거리 측정이 가능한 것이다.
상기와 같이 구성된 종래 반사판 기반 레이저에서의 특정위치 침입자 탐지 방법은 SNR을 산정하여 판정하므로 알고리즘이 복잡하여 시스템에 부담을 주는 문제점이 있으며, 거리 측정의 정확성이 떨어지는 문제점이 있는 것이다. 또는 상기와 같은 고속 스위칭 소자를 사용하는 종래 기술은 비용이 증가하는 문제가 있는 것이다. 따라서 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 본 발명은 고속 스위칭 소자의 사용 없이 간편하게 레이저 근거리 타겟의 거리를 정확하게 측정하고자 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법은 송수신 일체형 레이저 감지기의 송신 펄스 구동부가 트리거 신호를 기초로 송신 펄스를 생성하고 레이저 다이오드를 거쳐서 감시 구역으로 방사하는 단계와, 송신 펄스 구동부가 생성된 송신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 단계와, 펌웨어 모듈이 수신된 송신 펄스 폭을 기초로 가상의 송신 삼각파를 생성하는 단계와, 레이저 감지기의 수신펄스 감지부가 감시 구역 안에 위치한 타겟에 의하여 반사된 레이저 신호를 포토 다이오드를 거쳐서 수신하는 단계와, 수신펄스 감지부가 수신된 수신 펄스를 디지털 신호로 변환하여 펌웨어 모듈로 전송하는 단계와, 펌웨어 모듈이 수신된 펄스 폭을 기초로 가상의 수신 삼각파를 생성하는 단계와, 펌웨어 모듈이 송신 삼각파와 수신 삼각파를 비교하여 td 동안의 펄스 폭 차이를 산정하는 단계와, 펌웨어 모듈이 상기 펄스 폭 차이를 기초로 타겟까지의 거리를 산정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 및 이를 이용한 근거리 타겟 검출 시스템은 레이저 감지기 근거리에 있는 타겟까지의 거리를 고가 스위칭 조절소자를 사용하지 않고도 용이하게 구할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 저비용으로 송수신 일체형 레이저 감지기의 감지 성능 및 오보 개선을 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 효과는 별도의 반사판을 이용한 임의의 거리에서의 감지기 획책도 완벽히 제거할 수 있으며, 외부에서의 다양한 레이저 반사판을 이용한 간섭영향도 완전히 제거할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 종래의 반사판 기반 레이저에서의 특정위치 침입자 탐지 방법에 대한 제어 흐름도,
도 2는 종래 반사판 기반의 레이저 감지 시스템 구성도,
도 3은 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 제어 흐름도,
도 4는 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 시스템 구성도,
도 5는 본 발명에 적용되는 송수신 펄스와 가상의 삼각파 그래프,
도 6은 도 5의 (b)신호 확대도,
도 7은 도 5의 (d) 신호 확대도 이다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 및 이를 이용한 근거리 타겟 검출 시스템을 도 3 내지 도 7을 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법 제어 흐름도이다. 상기도 3에서 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 방법은 송수신 일체형 레이저 감지기의 송신 펄스 구동부가 트리거 신호를 기초로 송신 펄스를 생성하고 레이저 다이오드를 거쳐서 감시 구역으로 방사하는 단계(S11)와, 송신 펄스 구동부가 생성된 송신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 단계(S12)와, 펌웨어 모듈이 수신된 송신 펄스 폭을 기초로 가상의 송신 삼각파를 생성하는 단계(S13)와, 레이저 감지기의 수신펄스 감지부가 감시 구역 안에 위치한 타겟에 의하여 반사된 레이저 신호를 포토 다이오드를 거쳐서 수신하는 단계(S14)와, 수신펄스 감지부가 수신된 수신 펄스를 디지털 신호로 변환하여 펌웨어 모듈로 전송하는 단계(S15)와, 펌웨어 모듈이 수신된 펄스 폭을 기초로 가상의 수신 삼각파를 생성하는 단계(S16)와, 펌웨어 모듈이 송신 삼각파와 수신 삼각파를 비교하여 td 동안의 펄스 폭 차이를 산정하는 단계(S17)와, 펌웨어 모듈이 상기 펄스 폭 차이를 기초로 타겟까지의 거리를 산정하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 td = 2d/c이다, 여기서 d는 레이저 감지기와 타겟까지의 거리이고, c는 빛의 속도이다.
도 4는 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 시스템 구성도이다. 상기도 4에서 본 발명 송수신 일체형 레이저 감지기에서 근거리 타겟 위치 검출 시스템은 트리거 신호를 생성하고 상기 트리거 신호를 기초로 송신 펄스를 생성하고 레이저 다이오드로 전송하여 방사하도록 하고 상기 송신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 송신 펄스 구동부(110)와, 송신 펄스 구동부로부터 송신 펄스를 수신하여 레이저 신호를 감시 구역으로 방사하는 레이저 다이오드(120)와, 레이저 다이오드에서 방사된 레이저 신호를 수신하고 반사시키는 타겟(400)과, 타겟(400)에 반사된 레이저 신호를 수신하고 수신 신호를 수신펄스 감지부로 전송하는 포트 다이오드(130)와, 포트 다이오드로부터 신호를 수신받아서 디지털 신호로 변환하고 변환된 수신 신호를 펌웨어 모듈로 전송하는 수신 펄스 감지부(140)와, 송신 펄스 구동부로부터 송신 펄스를 수신하고 송신 펄스 폭을 기초로 송신 삼각파를 형성하며, 수신 펄스 감지부로부터 수신 펄스를 수신하고 수신 펄스 폭을 기초로 수신 삼각파를 형성한 후에 송신 삼각파와 수신 삼각파를 비교하여 td 동안의 펄스 폭 차이를 산정하고 레이저 감지기와 타겟까지의 거리를 산정하는 펌웨어 모듈(150)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 송수신 펄스와 가상의 삼각파 그래프이다. 상기도 5에서 (a)는 송신 펄스를 나타내고, (b)는 송신 펄스 폭을 기초로 생성된 가상의 송신 삼각파이고, (c)는 수신 펄스이고, (d)는 수신 펄스 폭을 기초로 하는 가상의 수신 삼각파이며, (e)는 계수에 따른 펄스 폭이고, 본 발명에 적용되는 송수신 펄스와 가상의 삼각파를 기초로 td 동안의 펄스 폭 차이를 계산할 수 있으며, 이를 통하여 타겟까지의 거리를 알 수 있는 것이고, 이때의 가상의 삼각파의 기울기＞│1│이어야 하며, 가상 삼각파의 기울기가 가파를수록 td의 변화에 따른 Pd(송수신 가상 삼각파의 펄스 폭 차이)의 차이가 커져서 높은 resolution 특성을 갖는 것이다. 또한, 상기도 5에서 (a)는 송신펄스 구동부의 제어부에서 대칭펄스를 위한 트리거 신호 생성의 일례이며 초기 펄스 폭 100us, 펄스폭 변화율을 50%로 설정한 경우 아래의 펄스 폭 변화를 갖는 트리거 신호가 생성될 수 있는 것임을 나타내는 것이다.
- 초기 펄스 폭 100us, 펄스폭 변화율을 50%로 설정한 경우 아래의 펄스 폭 변화 예 -
- a·τ=100us,
- b·τ=50us,
- c·τ=25us,
-d·τ=12.5us
도 6은 도 5의 (b)신호 확대도 이다. 상기도 6은 송신펄스 구동부에서 생성된 트리거 신호를 바탕으로 펌웨어 모듈이 펄스 폭을 Y 축으로 맵핑한 가상의 송신 삼각파형 생성한 것이며, 이때 대표 펄스 폭 사이의 값들은 보간법을 이용하여 송신 삼각파를 생성한 것임을 나타내고 있는 것이다.
도 7은 도 5의 (d) 신호 확대도 이다. 상기도 7은 펌웨어 모듈이 수신펄스 감지부에서 수신된 펄스 신호를 송신 펄스와 동일하게 펄스 폭을 Y축으로 맵핑 및 보간법을 사용하여 가상의 수신 삼각파 신호를 생성한 것이고, 송신 펄스 시 형성된 가상의 송신 삼각파와 비교하여 임의의 시간
Figure 112020013374936-pat00001
의 펄스 폭 차이(Pd)를 추출할 수 있으며, 삼각파의 기울기를 알고 있기 때문에 펄스 폭 차이 Pd를 알게 면 X 축의 td로 용이하게 구할 수 있으므로 타겟까지의 거리를 산정할수 있는 것이다.
110 : 송신펄스 구동부, 120 : 레이저 다이오드,
130 : 포토 다이오드, 140 : 수신펄스 감지부,
150 : 펌웨어 모듈, 200 : 레이저 감지기,
300 : 재귀 반사판, 400 : 타겟

Claims (11)

  1. 레이저 근거리 타겟의 거리를 정확하게 측정하고자 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법에 있어서,
    상기 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법은,
    레이저 감지기의 송신 펄스 구동부가 트리거 신호를 기초로 송신 펄스를 생성하고 레이저 다이오드를 거쳐서 감시 구역으로 방사하는 단계(S11)와;
    송신 펄스 구동부가 생성된 송신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 단계(S12)와;
    펌웨어 모듈이 수신된 송신 펄스 폭을 기초로 가상의 송신 삼각파를 생성하는 단계(S13)와;
    레이저 감지기의 수신펄스 감지부가 감시 구역 안에 위치한 타겟에 의하여 반사된 레이저 신호를 포토 다이오드를 거쳐서 수신하는 단계(S14)와;
    수신펄스 감지부가 수신된 수신 펄스를 디지털 신호로 변환하여 펌웨어 모듈로 전송하는 단계(S15)와;
    펌웨어 모듈이 수신된 펄스 폭을 기초로 가상의 수신 삼각파를 생성하는 단계(S16)와;
    펌웨어 모듈이 송신 삼각파와 수신 삼각파를 비교하여 td 동안의 펄스 폭 차이를 산정하는 단계(S17);
    및 펌웨어 모듈이 상기 펄스 폭 차이를 기초로 타겟까지의 거리를 산정하는 단계(S18)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법.
    여기서, td = 2d/c이고, d는 레이저 감지기와 타겟까지의 거리이고, c는 빛의 속도임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 감지기는,
    송수신 일체형인 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송신 삼각파의 생성은,
    보간법을 이용하여 생성한 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수신 삼각파의 생성은,
    보간법을 이용하여 생성한 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    펌웨어 모듈이 상기 펄스 폭 차이를 기초로 타겟까지의 거리를 산정하는 단계(S18)는,
    임의의 시간
    Figure 112021503171835-pat00002
    의 펄스 폭 차이(Pd)를 추출하고, 삼각파의 기울기와 펄스 폭 차이 Pd를 기초로 X 축의 td를 구하고 타겟까지의 거리를 산정하는 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법.
    여기서, td = 2d/c이고, d는 레이저 감지기와 타겟까지의 거리이고, c는 빛의 속도임.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상의 송신 삼각파 기울기＞│1│이고, 가상의 수신 삼각파의 기울기 ＞│1│인 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 방법.
  7. 레이저 근거리 타겟의 거리를 정확하게 측정하고자 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 시스템에 있어서,
    상기 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 시스템은,
    트리거 신호를 생성하고 상기 트리거 신호를 기초로 송신 펄스를 생성하고 레이저 다이오드로 전송하여 방사하도록 하고 상기 송신 펄스를 펌웨어 모듈로 전송하는 송신 펄스 구동부(110)와;
    송신 펄스 구동부로부터 송신 펄스를 수신하여 레이저 신호를 감시 구역으로 방사하는 레이저 다이오드(120)와;
    레이저 다이오드에서 방사된 레이저 신호를 수신하고 반사시키는 타겟(400)과;
    타겟(400)에 반사된 레이저 신호를 수신하고 수신 신호를 수신펄스 감지부로 전송하는 포트 다이오드(130)와;
    포트 다이오드로부터 신호를 수신받아서 디지털 신호로 변환하고 변환된 수신 신호를 펌웨어 모듈로 전송하는 수신 펄스 감지부(140);
    및 송신 펄스 구동부로부터 송신 펄스를 수신하고 송신 펄스 폭을 기초로 송신 삼각파를 형성하며, 수신 펄스 감지부로부터 수신 펄스를 수신하고 수신 펄스 폭을 기초로 수신 삼각파를 형성한 후에 송신 삼각파와 수신 삼각파를 비교하여 td 동안의 펄스 폭 차이를 산정하고 레이저 감지기와 타겟까지의 거리를 산정하는 펌웨어 모듈(150)로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 펌웨어 모듈은,
    송신 또는 수신 펄스 폭을 Y 축으로 맵핑한 가상의 삼각파형을 생성한 것이고, 이때 대표 펄스 폭 사이의 값들은 보간법을 이용하여 삼각파를 생성한 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 펌웨어 모듈이 타겟까지의 거리를 산정하는 것은,
    생성된 가상의 송신 삼각파와 가상의 수신 삼각파를 비교하여 임의의 시간
    Figure 112021503171835-pat00003
    의 펄스 폭 차이(Pd)를 추출하고, 삼각파의 기울기와 펄스 폭 차이 Pd를 기초로 X 축의 td를 구하고 타겟까지의 거리를 산정하는 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 시스템.
    여기서, td = 2d/c이고, d는 레이저 감지기와 타겟까지의 거리이고, c는 빛의 속도임.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가상의 송신 삼각파 기울기＞│1│이고, 가상의 수신 삼각파의 기울기 ＞│1│인 것을 특징으로 하는 레이저 감지기의 근거리 타겟 위치 검출 시스템.







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