KR102500907B1 - 양방향 레이저 측거장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저광의 수발광을 통하여 거리를 측정하는 레이저 측거장치에 관한 것으로, 본체(10)의 양단에 각각 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되어, 양방향으로 각각 측정된 거리가 합산되는 양방향 레이저 측거장치에 있어서, 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치 중 최소치가 선택됨으로써, 측정 방향의 편향에 의하여 야기되는 오차를 경감할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 양방향 레이저 측거장치의 측정 오차를 획기적으로 저감할 수 있으며, 이로써 양방향 레이저 측거장치의 정밀도 및 활용도를 제고할 수 있다.

Description

양방향 레이저 측거장치{BILATERAL LASER DISTANCE METER}
본 발명은 레이저광의 수발광을 통하여 거리를 측정하는 레이저 측거장치에 관한 것으로, 본체(10)의 양단에 각각 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되어, 양방향으로 각각 측정된 거리가 합산되는 양방향 레이저 측거장치에 있어서, 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치 중 최소치가 선택됨으로써, 측정 방향의 편향에 의하여 야기되는 오차를 경감할 수 있도록 한 것이다.
양방향 레이저 측거장치는 벽과 벽 사이 또는 바닥과 천장 사이 등 상호 대향하는 구조물 사이 거리의 측정에 주로 활용되는 장치로서, 도 1에서와 같이, 본체(10) 양측 방향으로 레이저광이 각각 발광되고, 양측 구조물에서 반사된 레이저광 역시 본체(10) 양단을 통하여 각각 수광됨으로써, 본체(10) 양측 방향으로 동시에 거리를 측정하고, 이를 합산하여 양측 구조물간 거리를 산출하게 되며, 관련 종래기술로는 미국특허출원공개공보 20040051860 등을 들 수 있다.
이러한 양방향 동시 수발광, 측거 및 측정치 합산에 있어서는 본체(10) 자체의 길이도 고려되는데, 양측 발광부(11) 및 수광부(12)를 통하여 각각 측정된 거리를 본체(10) 중심에서의 거리로 환산한 후 환산치를 합산하거나, 양측 발광부(11) 및 수광부(12)를 통하여 각각 측정된 거리와 본체(10)의 길이를 모두 합산하는 방식이 적용될 수 있다.
전통적인 단방향 레이저 측거장치의 경우 측거장치를 기점 또는 종점으로 하는 거리가 측정될 수 밖에 없는 바, 실내 공간 등 레이저 측거장치가 주로 활용되는 사용 환경에서 상당한 불편이 초래되었다.
즉, 도 1에서와 같이, 4면의 벽체와 바닥 및 천장으로 구성되는 실내 공간의 내부 종횡 거리 및 천장고를 측정하는 상황을 상정하면, 사용자는 우선 일측 벽체에 측거장치를 밀착하여 측정하고, 이어서 타측 벽체로 이동한 후 측거장치를 밀착하여 측정하며, 다시 바닥 또는 천장에 측거장치를 밀착하여 측정하여야 하는 바, 이동 및 측거장치의 밀착 동작을 반복할 필요가 있었다.
반면, 양방향 레이저 측거장치의 경우 전술한 실내 공간을 상정하면, 도 2에서와 같이 사용자가 실내 공간내 임의의 위치에 정지한 상태에서 측거장치 본체(10)의 방향을 변경하면서 측정하는 조치만으로 내부 종횡 거리 및 천장고를 간편하게 측정할 수 있다.
전통적인 단방향 레이저 측거장치에 비하여 양방향 레이저 측거장치는 실내공간에서의 벽간 거리 또는 천장고 등을 측정함에 있어서 사용자 편의상 장점을 가지나, 정확성에 있어서 상당한 문제점이 불가피한 한계가 있다.
정밀 광파측거기 등 삼각대 고정형 측량장비가 아닌 일반적인 레이저 측거장치는 단방향 및 양방향을 막론하고 휴대형 장비로서 사용자가 파지한 상태에서 조작하게 되는 바, 측정 방향의 편향에 따른 오차가 불가피하다.
즉, 상호 평행한 벽 사이의 거리 또는 상호 평행한 바닥과 천장간 거리를 측정함에 있어서, 측정거리는 양측 표면에 직교하는 선분의 길이로서, 레이저 측거장치에서 레이저광의 발광 후 수광되는 시간을 측정하는 방식으로 측정이 수행되며, 따라서 양측 표면간 거리의 정확한 측정을 위해서는 레이저 측거장치의 측정 방향인 레이저광의 조사 방향이 반사면인 양측 표면과 직교하도록 조치할 필요가 있으나, 휴대형 레이저 측거장치의 방향 조절은 전적으로 사용자의 감각에 의존할 수 밖에 없으므로, 도 3에서와 같은 오차(E1, E2) 발생이 불가피한 것이다.
특히, 단방향 레이저 측거장치의 경우 도 1에서와 같이, 주로 입방체 형상을 가지는 측거장치를 벽면 또는 바닥 등에 밀착한 상태에서 측정이 수행되는 바, 상대적으로 측거장치 방향의 편향이 미미할 수 있으나, 양방향 레이저 측거장치의 경우 도 2에서와 같이 측거장치가 벽면 또는 바닥에서 완전이 이격된 상태에서 전적으로 사용자의 동작에 따라 측정 방향이 설정되는 바, 측거장치의 편향 및 이로 인한 측정오차가 오히려 클 수 밖에 없다.
따라서, 양방향 레이저 측거장치를 통한 측거 작업에 있어서 사용자의 숙련도에 따라 측거치 정도(精度)가 좌우되는 심각한 문제가 상존할 수 밖에 없으며, 이는 산업 및 생활 전반에 있어서 양방향 레이저 측거장치의 보급을 억제하는 요소로 작용할 수 밖에 없었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여, 양방향 레이저 측거장치의 측정 방향 설정을 위한 복잡한 보조 수단을 추가하지 않고도, 측거치의 정확성을 확보할 수 있도록 창안된 것으로, 본체(10)의 일단에 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되고, 본체(10)의 타단에 상기 발광부(11) 및 수광부(12)와 역방향의 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되며, 본체(10)에는 프로세서(20)가 내장되고 표시부(13)가 설치되어, 양측 발광부(11) 및 수광부(12)를 통하여 각각 측정된 거리가 프로세서(20)에 의하여 합산되어 측거치로 산정되는 양방향 레이저 측거장치에 있어서, 프로세서(20)에는 기억장치(21)가 연결되고, 산정된 측거치를 프로세서(20)가 기억장치(21)에 수록하되, 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치를 수록하고, 프로세서(20)가 상기 기억장치(21)에 수록된 다수의 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력함을 특징으로 하는 양방향 레이저 측거장치이다.
또한, 본 발명은 상기 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치를 프로세서(20)가 기억장치(21)에 수록하되, 측거치별 시각정보를 동반 수록하고, 프로세서(20)가 기억장치(21)에서 측거치 및 시각정보를 인출하여 시간순으로 정렬하되, 측거치가 점차 감소하는 감소구간 이후 측거치가 점차 증가하는 증가구간이 형성되면 상기 인출된 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력함을 특징으로 하는 양방향 레이저 측거장치이다.
또한, 본 발명은 프로세서(20)에는 동작센서(33)가 연결되어 프로세서(20)에 동작치가 지속적으로 입력되고, 동작치의 변동이 기준치를 초과하면 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치가 프로세서(20)에 의하여 기억장치(21)에 수록되며, 동작치의 변동이 기준치 미만이면 프로세서(20)가 상기 다수의 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력함을 특징으로 하는 양방향 레이저 측거장치이다.
본 발명을 통하여, 양방향 레이저 측거장치의 측정 오차를 획기적으로 저감할 수 있으며, 이로써 양방향 레이저 측거장치의 정밀도 및 활용도를 제고할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 양방향 레이저 측거장치에 측정 방향 설정을 위한 시준(視準) 수단 또는 특정치 보상 내지 보정 수단 등 복잡한 구성을 추가하지 않고도 측거치의 정도(精度)를 향상시킬 수 있는 바, 양방향 레이저 측거장치의 제조 비용 상승을 초래하지 않으면서도 성능을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 측거장치 본체(10)를 소폭 회동하는 간단한 조치만으로 정확한 측거가 가능한 바, 미숙련 사용자라도 정밀한 측거 작업 수행이 가능하며, 이로써 사용자 편의 및 작업 효율성을 확보함과 동시에, 산업 및 생활 전반에서 양방향 레이저 측거장치의 수요를 확대하는 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 단방향 레이저 측거장치 사용방식 설명도
도 2는 양방향 레이저 측거장치 사용방식 설명도
도 3은 종래 양방향 레이저 측거장치의 사용방식 설명도
도 4는 본 발명의 사시도
도 5는 본 발명의 구성도
도 6은 본 발명의 사용방식 설명도
도 7은 본 발명의 측거원리 설명도
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 3은 본 발명의 외관을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명은 양방향 레이저 측거장치로서, 본체(10)의 일단에 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되고, 본체(10)의 타단에 상기 발광부(11) 및 수광부(12)와 역방향의 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되며, 측거장치의 작동상태 및 측거치 등을 시각적으로 출력하는 표시부(13)와, 사용자의 조작을 위한 버튼 등의 조작부(14)가 본체(10)에 설치된다.
도 5는 본 발명 구성의 전기적 연결 상태를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명 측거장치의 본체(10)에는 프로세서(20)가 내장되고 프로세서(20)에는 전술한 양측 발광부(11) 및 수광부(12)가 모두 연결되며, 또한 표시부(13) 및 조작부(14) 역시 프로세서(20)에 연결된다.
본 발명의 본체(10)에 내장되는 프로세서(20)는 제어 및 연산 기능을 수행하는 CPU(Central Processing Unit) 또는 MCU(Micro-Controller Unit) 등의 장치로서, 레이저광을 발광하는 발광부(11)를 구동하고, 반사광을 수광하는 수광부(12)로부터의 신호를 수득하며, 조작부(14)로부터 입력되는 사용자의 명령을 처리하게 된다.
또한, 프로세서(20)는 표시부(13)를 구동하여 사용자에게 필요 정보를 시각적으로 제공하게 되는데, 이러한 표시부(13) 및 조작부(14)는 터치스크린 등 입출력 겸용 단일 장치로 대체될 수도 있다.
도 5를 비롯한 도면상 명시되지는 않았으나, 본 발명의 프로세서(20)에는 클럭(clock)이 탑재 또는 연결되어, 발광부(11)에 의한 레이저광 발광 후 수광부(12)를 통한 반사 레이저광의 수광까지의 시간을 측정하게 되며, 이로써 프로세서(20)가 각각의 발광부(11)에서 반사면까지의 거리를 산출하게 된다.
이렇듯, 측거장치 양측 방향으로 각각 측정 및 산출된 거리는 프로세서(20)에 의하여 합산되어 측거치로 산정되며, 이러한 양방향 동시 측거 및 합산 방식은 종래의 양방향 레이저 측거장치와 동일한 방식이라 할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 휴대형 양방향 레이저 측거장치로서, 측거장치를 소지한 사용자가 측정 대상 양측 반사면 사이에 위치한 상태에서 상호 평행한 양측 반사면간 거리 즉, 양측 벽면간 거리 또는 천장고 등을 측정함에 있어서 활용된다.
도 6에는 양측 벽면간 거리를 측정하는 상황이 예시되어 있으며, 본 발명의 측거장치는 그 본체(10)를 사용자가 파지한 상태에서 파지점을 축으로 본체(10)를 소폭 회동(回動) 시키는 방식으로 사용되는데, 이는 사용자가 본체(10)를 잡은 상태에서 약하게 흔드는 동작으로도 표현될 수 있는 것으로, 전적으로 의도적으로 수행되는 동작 내지 조작 방식이며, 이렇듯 본체(10)가 회동되는 과정에서 양측 발광부(11) 및 수광부(12)와, 이들과 연결된 프로세서(20)에 의한 거리 측정 및 합산을 통한 측거치 산정이 반복되어 수행된다.
도 5에서와 같이, 본 발명 측거장치의 프로세서(20)에는 기억장치(21)가 연결되는데, 도 6에서와 같은 본체(10) 회동 및 반복 측정이 수행되는 과정에서 프로세서(20)는 산정된 측거치를 기억장치(21)에 수록하되, 단위시간간격으로 연속 측정을 수행함과 동시에 산정된 다수의 측거치를 수록하게 된다.
이후, 프로세서(20)는 상기 기억장치(21)에 수록된 다수의 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력하게 되는데, 이때 추출 및 출력되는 최소치는 상호 평행한 양측 반사면간 최단거리인 바, 이는 상호 평행한 양측 반사면에 직교하는 선분의 거리이며, 결국 본 발명을 사용하여 획득하고자 하는 목표치인 양측 반사면간 실질 거리라 할 수 있는 것이다.
도 7은 전술한 측거치의 수록 및 최소치(Lmin)의 추출 과정을 도시한 것으로, 사용자가 측거장치 본체(10)를 회동시키는 상황이 동 도면의 상부에 도시되어 있으며, 이 과정에서 단위시간(dt) 간격으로 연속 측정 및 산정된 측거치가 시간순으로 배열된 그래프가 동 도면의 하부에 도시되어 있다.
도 7을 통하여도 확인할 수 있는 바와 같이, 본체(10)를 소폭 회동시키는 과정에서 미소 단위시간(dt) 간격으로 연속 측정 및 측거치 산정을 수행하고, 이중 최소치(Lmin)를 추출함으로써, 상호 평행한 반사면간 거리의 측정에 있어서 오차를 획기적으로 저감할 수 있다.
여기서 단위시간(dt)은 사용자가 본체(10) 소폭 흔드는 상황에서도 측거치의 시계열 증감 추세의 확인이 가능하도록 단시간으로 설정되는 것이 바람직하나, 단위시간(dt)이 과소하게 설정될 경우, 프로세서(20) 및 기억장치(21)의 전산자원을 과도하게 잠식하게 되므로, 단위시간(dt)은 1msec 내지 1초로 설정되는 것이 바람직하다.
이러한, 측거치의 연속 측정 및 산정, 다수 측거치의 기억장치(21) 수록 및 최소치의 추출은 사용자의 실제 활용에 있어서 다음과 같은 과정으로 진행될 수 있다.
우선, 도 6에서와 같이, 본 발명의 측거장치를 소지한 사용자가 도면상 양측 벽면으로 표시된 측정 대상 상호 직교 양측 반사면 사이에 위치한 상태에서 버튼 등의 조작부(14)를 조작하여 측거치 연속 측정, 산정 및 수록 과정을 개시한다.
즉, 본 발명의 핵심 요소인 본체(10) 회동간 다수 측거치 연속 수록 및 최소치 추출은 본 발명 적용 양방향 레이저 측거장치의 개별 기능의 일환으로서 구성될 수 있는 것으로, 평상시에는 종래의 양방향 레이저 측거장치에서와 같은 단발적 측거를 수행하다가, 필요시 전술한 측거치 연속 수록 및 최소치 추출을 선택적으로 수행할 수 있는 것이다.
이렇듯, 측거치 연속 수록이 개시된 후, 사용자가 본체(10)를 충분히 회동한 것으로 판단하면, 조작부(14)를 추가 조작함에 따라, 측거치의 반복 수록은 종료되고 프로세서(20)가 기억장치(21)에 기 수록된 측거치 중 최소치를 추출함으로써, 양측 반사면간 정확한 거리가 획득될 수 있다.
한편, 이러한 측거치 연속 수록의 개시 및 종료가 수행됨에 있어서, 개시는 사용자의 조작에 의하여 수행되는 것이 타당할 수 있으나, 종료의 전제가 되는 본체(10)의 충분한 회동 및 유의(有意)한 최소치가 도출될 수 있는 개별 측거치의 충분한 수록 완수 여부는 사용자의 감각 또는 경험에 의존할 경우 오차가 야기될 수 있다.
즉, 도 7에서와 같은 측거치 연속 수록 과정을 상정하면, 수록된 측거치를 경시적으로 배열하면 동 도면상 하부의 그래프로 표현될 수 있는데, 여기서 정확한 최소치를 추출하기 위해서는 최소한 1회 이상의 측거치 감소구간 및 속행(續行)되는 증가구간이 확보될 필요가 있으나, 만일 버튼 등 조작부(14)를 사용자가 조작함에 따라 인위적으로 연속 수록이 종료된다면 결과의 왜곡 발생될 수 있는 것이다.
이에, 본 발명에서는 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치를 프로세서(20)가 기억장치(21)에 수록하되, 측거치별 시각정보를 동반 수록하고, 프로세서(20)가 기억장치(21)에서 측거치 및 시각정보를 인출하여 시간순으로 정렬하되, 측거치가 점차 감소하는 감소구간 이후 측거치가 점차 증가하는 증가구간이 일정 시간 이상 형성되면 프로세서(20)가 측거치 연속 수록을 종료하고 상기 인출된 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력하도록 함으로써, 종료 시점(時點)에 대한 인위적 조작 없이도 정확한 최소치를 추출할 수 있도록 하였다.
이러한 측거치 연속 수록 종료 조건은 시계열 측거치의 감소구간 및 후속 증가구간이 1회 이상 형성되는 상황으로 설정될 수 있으며, 최소치의 정확성 및 신뢰도 확보를 위하여 감소구간 및 후속 증가구간이 수회 이상 반복 형성된 연후 시점(時點)이 측거치 연속 수록 종료 조건으로 설정될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 프로세서(20)에는 클럭이 내장 또는 연결되어 있는 바, 이러한 측거치의 시계열 배열은 무리없이 실현될 수 있으며, 또한 도 5에서 가상선으로 도시된 바와 같은 음성출력부(19)를 프로세서(20)에 연결하여 구성함으로써, 측거치의 연속 수록은 사용자의 조작부(14) 조작으로 개시되되, 시계열 측거치의 감소구간 및 후속 증가구간이 1회 이상 구현되어 측거치 연속 수록 종료 조건이 충족되면, 프로세서(20)가 측거치 연속 수록을 종료하고 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력함과 동시에, 프로세서(20)가 음성출력부(19)를 구동하여 경보음 등을 출력함으로써 사용자의 표시부(13) 확인을 유도하는 방식으로 작동될 수 있다.
한편, 도 5의 상부에 가상선으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 프로세서(20)에 동작센서(33)를 연결함으로써, 일층 효율적이고 편리한 측거치 연속 수록 개시 및 종료가 가능한데, 이는 프로세서(20)에 연렬된 동작센서(33)에 의하여 프로세서(20)에 동작치가 지속적으로 입력되고, 동작치의 변동이 기준치를 초과하면 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치가 프로세서(20)에 의하여 기억장치(21)에 수록되며, 동작치의 변동이 기준치 미만이면 프로세서(20)가 상기 다수의 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력하는 방식으로 작동된다.
여기서 동작치란 주로 가속도 센서가 적용되는 동작센서(33)의 출력치로서, 가속도 벡터의 크기는 물론 방향을 포괄하는 것이며, 본체(10)를 회동시키는 동작을 사용자가 실행하는 상황에서, 동작이 개시 및 종료 여부를 판별할 수 있는 수치라 할 수 있다.
다만, 사용자가 본체(10)를 회동 내지 흔드는 동작을 수행함에 있어서, 일부 등속 운동 구간이 발생될 수도 있으며, 이 경우 동작치 자체 또는 동작치의 변동이 기준치를 하회하게 되므로, 동작치가 저하되어 측거치 연속 측정 및 산정의 종료 조건이 일시 만족되어도, 그 즉시 측정 및 산정을 종료하는 것이 아니라 동작치 저하 상태가 일정시간 이상 지속될 경우 종료하는 것이 바람직하다.
즉, 전술한 측거치 연속 수록 및 최소치 추출 과정의 개시 및 종료를 사용자의 조작부(14) 조작 또는 시계열 측거치의 분석을 통하여 수행하는 것이 아니라, 동작센서(33)에 의하여 감지된 가속도의 방향 또는 크기 등의 동작치를 기초로 수행하는 것으로, 이는 사용자가 본 발명 측거장치의 본체(10)를 회동시키는 동작을 시작함에 따라 측거치 연속 수록이 개시되고, 이후 본체(10) 회동 동작을 멈추면 측거치 연속 수록이 종료되고 최소치 추출 및 출력이 수행되는 방식으로 진행되는 것이다.
이로써, 사용자가 버튼 등의 조작부(14)를 조작하지 않고도, 본 발명의 측거장치 본체(10)를 흔들고 멈추는 극히 간단한 동작만으로 정확한 거리 측정이 가능하게 된다.
10 : 본체
11 : 발광부
12 : 수광부
13 : 표시부
14 : 조작부
19 : 음성출력부
20 : 프로세서
21 : 기억장치
33 : 동작센서

Claims (1)

  1. 본체(10)의 일단에 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되고, 본체(10)의 타단에 상기 발광부(11) 및 수광부(12)와 역방향의 발광부(11) 및 수광부(12)가 설치되며, 본체(10)에는 프로세서(20)가 내장되고 표시부(13)가 설치되어, 양측 발광부(11) 및 수광부(12)를 통하여 각각 측정된 거리가 프로세서(20)에 의하여 합산되어 측거치로 산정되는 양방향 레이저 측거장치에 있어서,
    프로세서(20)에는 기억장치(21)가 연결되고, 산정된 측거치를 프로세서(20)가 기억장치(21)에 수록하되, 단위시간간격으로 연속 측정 및 산정된 다수의 측거치를 수록하고;
    프로세서(20)가 상기 기억장치(21)에 수록된 다수의 측거치 중 최소치를 추출하여 표시부(13)로 출력함을 특징으로 하는 양방향 레이저 측거장치.
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