KR102554246B1 - nclination change measuring device equipped with a two-axis ball flow part - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면 기울기 변화량 측정 장치에 있어서,
유동가이드(100)를 따라 중력에 따라 이동하는 볼(200); 및
상기 볼(200) 및 상기 유동가이드(100)를 촬영하는 카메라(300);를 포함하되,
상기 유동가이드(100)는,
소정의 곡률로 하향 만곡짐과 아울러 상기 볼(200)이 거치된 상면(110);을 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치가 제공된다.
본 발명에 따르면 본 발명에 따르면 볼이 유동하는 바닥체 전체를 구형으로 가공하지 않더라도 일정한 곡률을 갖는 볼 유동가이드를 손쉽게 생산할 수 있으므로 제조의 편의성 및 센싱의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, in the tilt change measuring device,
A ball 200 moving according to gravity along the flow guide 100; and
A camera 300 for photographing the ball 200 and the flow guide 100; including,
The flow guide 100,
An inclination change amount measuring device is provided, characterized in that it includes a top surface 110 on which the ball 200 is mounted as well as a downward curvature with a predetermined curvature.
According to the present invention, since the ball flow guide having a certain curvature can be easily produced without processing the entire floor through which the ball flows into a sphere, there is an effect of increasing the convenience of manufacturing and the accuracy of sensing.
Description
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 기간 동안의 구조물의 기울기 변화량을 측정할 수 있는 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to the field of construction, and more particularly, to a tilt change measurement device for a structure capable of measuring a tilt change amount of a structure for a certain period of time and a method for measuring the tilt change amount of a structure using the same.
물체(시서룰, 구조물 포함)의 수평도, 수직도, 경사도를 측정하기 위해 다양한 원리의 센서들이 적용하고 있다. 오래전부터 주기포관에 기포가 형성되는 정도로 액체를 채워 밀봉하고 액체 수평면이 지구 중심에 대해 직각을 유지하는 중력의 특성을 이용하는 아날로그 수준기가 사용되어 왔다. 주기포관의 감도에 따라 1종은 4초(0.02mm/m)의 경사를 감지하며, 2종은 10초(0.05mm/m), 3종은 20초(0.1mm/m)의 정밀도를 가지고 있으며, 기본 원리는 수준기를 기울이면 기포는 경사가 높은 쪽으로 이동하므로 기포관의 왼쪽과 오른쪽에 눈금선을 설정하고 기포가 가리키는 눈금선의 위치를 읽어 경사도를 측정하고 있다. Sensors of various principles are applied to measure the horizontality, verticality, and inclination of an object (including circumstance and structure). Since a long time ago, an analog spirit level has been used to fill and seal the main bubble tube with liquid to the extent that bubbles are formed, and to use the characteristic of gravity that the horizontal plane of the liquid maintains a right angle to the center of the earth. Depending on the sensitivity of the main gun tube, type 1 detects the inclination in 4 seconds (0.02mm/m), type 2 has an accuracy of 10 seconds (0.05mm/m), and type 3 has an accuracy of 20 seconds (0.1mm/m). The basic principle is that when the level is tilted, the bubble moves to the side with a higher slope, so the gradient is measured by setting grid lines on the left and right sides of the bubble tube and reading the position of the grid line pointed by the bubble.
전자식 혹은 디지털식 계측기도 개발되어 경사도를 디지털화된 숫자 및 그래픽으로 측정하고 있다. 기본 원리는 원심추를 설치하여 원심추가 가리키는 좌표(혹은 원심추가 중심을 유지하는데 필요한 전류)를 읽어 경사도를 측정하게 되어있는데, 원심추를 탑재해야 되므로 크고 무게가 무겁다. 정밀기기로 가격이 매우 비싸지만, 4초 내외의 정밀도로 측정할 수 있으며, 외부 인터페이스가 전자화되어 있어 컴퓨터에 측정값을 전송할 수 있도록 되어 있다. Electronic or digital instruments have also been developed to measure inclination with digitized numbers and graphics. The basic principle is to install a centrifugal weight and measure the inclination by reading the coordinates pointed by the centrifugal weight (or the current required to maintain the center of gravity of the centrifugal weight). Although the price is very expensive as a precision device, it can measure with precision of around 4 seconds, and the external interface is electronicized so that the measured value can be transmitted to the computer.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술로 제작된 가속도 센서는 보통 압전(Piezo) 재료에 가속을 발생시키면 힘이 걸려서 전하가 발생하는 원리를 이용한 것으로, 3축 방향의 중력가속도를 측정하여 이를 적분하면 속도와 변위를 알아낼 수 있지만, 적분하는 과정에서 발생하는 적분 상수로 인해 드리프트(Drift)가 누적이 되므로 보정이 필요하여 정밀 측정기기보다는 스마트폰 및 자동차의 모션센서로 주로 사용하고 있다. Acceleration sensors made with MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology use the principle that when acceleration is generated in piezo materials, force is applied to generate electric charges. and displacement can be found, but drift is accumulated due to the integral constant generated in the process of integration, so correction is required, so it is mainly used as a motion sensor for smartphones and automobiles rather than precision measuring devices.
상기 기울기 센서들은 물체에 고정 설치하더라도 주로 측정 시점의 기울기를 측정하는 용도로 사용되고 있다. 측정값에서 센서에 내장된 온도센서를 이용하여 온도보상은 자체적으로 이루어지지만 온도 센서, 전압 특성, 센서 내구 특성 등에 대한 보정은 실시하기 어렵다는 한계가 있다. 그러나 지상의 모든 시설 및 구조물의 안전성은 지구중심 대비 절대 수직도(피사의 사탑)가 아닌, 구축 시점 대비 현재 시점의 기울기 변화량 유무가 매우 중요하다. Even if the tilt sensors are fixedly installed on an object, they are mainly used for measuring the tilt at the point of measurement. Temperature compensation is performed by itself using the temperature sensor built into the sensor in the measured value, but there is a limit in that it is difficult to perform correction for the temperature sensor, voltage characteristics, and sensor durability characteristics. However, for the safety of all facilities and structures on the ground, the change in inclination at the present time relative to the time of construction is very important, not the absolute verticality relative to the center of the earth (Leaning Tower of Pisa).
그러나 현행 기울기 센서는 온도, 시간, 회로 변동(전압)에 따른 드리프트에 따른 보정 및 초기화가 필요하며, 보정 값에 따른 편차가 존재할 수밖에 없어 장시간 흐름(~수십 년)에 걸쳐서 달라지는 기울기 변화량을 측정할 수 없는 문제가 있다. However, the current tilt sensor requires correction and initialization due to drift caused by temperature, time, and circuit change (voltage), and there is inevitably a deviation according to the correction value, so it is difficult to measure the amount of change in tilt that varies over a long period of time (~tens of years). There is a problem that cannot be
또한, 종래의 볼의 이동을 측정하여 기울림 정도를 측정하는 센서는 볼이 이동하는 바닥면에 대한 최대 정지마찰력에 기인하여 구조물의 기울림이 발생하였음에도 불구하고 볼이 이동하지 않는 문제가 있다(도 1). In addition, the conventional sensor for measuring the degree of inclination by measuring the movement of the ball has a problem in that the ball does not move despite the inclination of the structure due to the maximum static frictional force on the floor where the ball moves ( Fig. 1).
더하여, 종래의 센서는 바닥면 전부를 일정 곡률을 갖는 곡면체로 가공하여야 하므로 정밀한 가공이 어려운 문제가 있었다. 이에 따라 정밀하게 가공되지 않은 곡면체가 포함된 센서는 구조물의 정확한 기울림 정보를 도출할 수 없게 하는 문제가 있다. In addition, since the entire bottom surface of the conventional sensor must be processed into a curved body having a certain curvature, precise processing is difficult. Accordingly, there is a problem in that a sensor including a curved body that is not precisely processed cannot derive accurate tilt information of a structure.
본 발명은 상술된 종래의 기울기 측정 장치의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일정 기간 동안의 구조물의 기울기 변화량을 정확하게 측정할 수 있는 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다. The present invention was derived to solve the above-described problems of the conventional tilt measuring device, and an object of the present invention is a tilt change measuring device for a structure capable of accurately measuring the tilt change of a structure for a certain period of time and a structure using the same It is to provide a method for measuring the amount of change in slope.
본 발명의 다른 목적은 주변 환경의 영향을 받지 않고 구조물의 기울기 변화량을 정확하게 측정하는 것이 가능한 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring a tilt change amount of a structure capable of accurately measuring a tilt change amount of a structure without being affected by the surrounding environment and a method for measuring the tilt change amount of a structure using the device.
본 발명의 또 다른 목적은 크기가 작고 이동 및 설치가 용이한 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a device for measuring the change in tilt of a structure that is small in size and easy to move and install, and a method for measuring the change in tilt of a structure using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 기울기 변화량을 실시간으로 수집할 수 있는 시스템을 갖춘 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a tilt change measuring device of a structure equipped with a system capable of collecting the tilt change in real time and a method for measuring the tilt change of a structure using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 측정장치를 이용하여 구조물의 전체적인 기울기 양상을 확인할 수 있도록 한 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a tilt change measurement device for a structure and a method for measuring the tilt change of a structure using the device so that the overall tilt aspect of the structure can be checked using a plurality of measuring devices.
본 발명의 또 다른 목적은 바닥판 전체를 곡면으로 가공하지 않더라도 정확한 측정이 가능한 센서를 제고할 수 있는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a method for measuring a change in inclination of a structure capable of providing a sensor capable of accurate measurement without processing the entire bottom plate into a curved surface.
본 발명의 일 측면에 따르면 기울기 변화량 측정 장치에 있어서, 유동가이드(100)를 따라 중력에 따라 이동하는 볼(200); 및 상기 볼(200) 및 상기 유동가이드(100)를 촬영하는 카메라(300);를 포함하되, 상기 유동가이드(100)는, 소정의 곡률로 하향 만곡짐과 아울러 상기 볼(200)이 거치된 상면(110);을 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치가 제공된다. According to one aspect of the present invention, in the tilt change measuring device, the
이 경우 상기 유동가이드(100)는 상기 볼(200)이 유동하는 방향을 따라 길이 방향(a)을 갖는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In this case, the
또한, 상기 유동가이드(100)는 소정의 방향으로 놓여진 제1 유동가이드(100A); 및 상기 제1 유동가이드(100A)의 제1 길이방향(a1)과 직교된 제2 길이방향(a2)을 갖는 제2 유동가이드(100B);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, the
또한, 상기 유동가이드(100)는, 상기 상면(110)에서 하향 함몰되어 형성된 레일홈(120);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, the
또한, 상기 볼(200)은 상기 레일홈(120)의 상면 양측에 형성된 홈 모서리(121)에 거치된 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, the
또한, 상기 유동가이드(100)가 수납된 케이징(400);을 더 포함하되, 상기 유동가이드(100)는 상기 케이징(400)의 내부공간(410) 상에 설치된 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, it further includes a
또한, 상기 케이징(400)의 하부에 상기 제1 유동가이드(100A) 및 상기 제2 유동가이드(100B)가 설치되며, 상기 케이징(400)의 상부에 상기 카메라(300)가 설치되는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, the
또한, 상기 케이징(400)은 상기 유동가이드(100)가 안착되는 바닥체(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, the
또한, 상기 내부공간(410) 상에 빛을 조사하는 조명장치(500);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치일 수 있다. In addition, it may be a tilt change amount measuring device further comprising; a
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 기울기 변화량 측정 장치를 이용하여 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법에 있어서, 상기 카메라(300)에 의해 상기 볼(200)이 위치된 상기 유동가이드(100)를 촬영하여 상기 볼(200)의 제1 영상정보(a1)을 생성하는 제1 단계(S100); 및 상기 제1 단계(S200) 이후에 상기 카메라(300)에 의해 상기 볼(200)이 위치된 상기 유동가이드(100)를 촬영하여 상기 볼(200)의 제2 영상정보(a2)을 생성하는 제2 단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, in the method for measuring the tilt change of a structure using a tilt change amount measuring device, the
이 경우, 제어부(600)가 상기 제1 영상정보(a1) 및 상기 제2 영상정보(a2)를 이용하여 기울기 변화값을 도출하는 제3 단계(S300);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법일 수 있다. In this case, a structure characterized by further comprising a third step (S300) of the
또한, 상기 제3 단계(S300)는 상기 제1 영상정보(a1)에서 상기 볼(200)의 제1 위치값(b1)을 도출함과 아울러 상기 제2 영상정보(a2)에서 상기 볼(200)의 제2 위치값(b2)을 도출하는 위치값 도출단계(S310); 및 상기 제1 위치값(b1), 상기 제2 위치값(b2) 및 상기 곡률반경을 이용하여 상기 기울기 변화값을 도출하는 변화값 도출단계(S320);를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법일 수 있다. In addition, in the third step (S300), the first position value b1 of the
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium in which a program for executing a method of measuring a tilt change amount of a structure is recorded.
본 발명에 따르면 일정 기간 동안의 구조물의 기울기 변화량을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect of accurately measuring the amount of change in inclination of a structure for a certain period of time.
본 발명에 따르면 주변 환경의 영향을 받지 않고 구조물의 기울기 변화량을 정확하게 측정하는 것이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to accurately measure the amount of change in inclination of a structure without being affected by the surrounding environment.
본 발명에 따르면 측정 장치의 크기를 소형화할 수 있고 측정 장치의 이동 및 설치가 용이한 효과가 있다. According to the present invention, the size of the measuring device can be miniaturized and the movement and installation of the measuring device can be easily performed.
본 발명에 따르면 기울기 변화량을 실시간으로 수집할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect of being able to collect the gradient change amount in real time.
본 발명에 따르면 복수개의 측정장치를 이용하여 구조물의 전체적인 기울기 양상을 확인할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to check the overall inclination aspect of the structure using a plurality of measuring devices.
본 발명에 따르면 측정볼에 대하여 작용하는 최대정지마찰력을 제거하여 미세한 기울기의 측정이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to measure a fine inclination by removing the maximum static frictional force acting on the measurement ball.
본 발명에 따르면 바닥면 전체를 곡면으로 가공하지 않고도 정확한 측정이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect of enabling accurate measurement without processing the entire bottom surface into a curved surface.
도 1은 종래의 기울기 변화량 측정 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치의 횡단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동가이드 및 볼의 평면도
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유동가이드의 투시사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치가 설치된 상태의 사용상태도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치가 구조물의 기울림에 따라 기울여진 상태의 사용상태도
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 기울림 측정 장치가 복수로 기울림이 발생하는 구조물에 설치된 상태를 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치의 유동가이드의 사시도
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치의 횡단면도.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치의 볼이 구조물의 기울림에 따라 기울여지는 과정을 나타낸 도면
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 기울림 측정 장치를 포함하는 시스템의 구성도 1 is a view showing a conventional tilt change measuring device.
2 is a cross-sectional view of an apparatus for measuring a tilt change amount according to an embodiment of the present invention;
3 is a plan view of a flow guide and a ball according to an embodiment of the present invention
Figure 4 is a perspective view of a flow guide according to another embodiment of the present invention
5 is a state diagram of a state in which a tilt change amount measuring device according to an embodiment of the present invention is installed;
6 is a state diagram in which the tilt change measurement device according to an embodiment of the present invention is tilted according to the tilt of the structure.
7 and 8 are views showing a state in which a tilt measuring device according to another embodiment of the present invention is installed in a structure in which a plurality of tilts occur.
9 is a perspective view of a flow guide of a tilt change measuring device according to another embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of an apparatus for measuring a tilt change amount according to another embodiment of the present invention.
11 and 12 are diagrams showing a process in which a ball of a tilt change measurement device according to an embodiment of the present invention tilts according to the tilt of a structure.
13 is a configuration diagram of a system including a tilt measuring device according to an embodiment of the present invention
본 발명에 따른 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부된 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.An embodiment of an apparatus for measuring a change in tilt of a structure according to the present invention and a method for measuring a change in tilt of a structure using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding Components are assigned the same reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.In addition, terms such as first and second used below are only identification symbols for distinguishing the same or corresponding components, and the same or corresponding components are not limited by terms such as first and second. no.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.In addition, coupling does not mean only the case of direct physical contact between each component in the contact relationship between each component, but another configuration intervenes between each component so that the component is in the other configuration. It should be used as a concept that encompasses even the case of contact with each other.
본 발명은 구조물의 기울기 변화량 측정장치및 이를 이용한 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법 장비에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for measuring a tilt change amount of a structure and a method equipment for measuring a tilt change amount of a structure using the same.
본 발명에서의 구조물의 용어는 측장 장비가 적용될 수 있는 일 유형을 제시한 것에 불과하고, 기울기 측정의 대상이 되는 모든 사물을 구조물의 범위에 포함되는 것으로 정의한다. The term structure in the present invention merely suggests one type to which the measurement equipment can be applied, and all objects to be measured are defined as being included in the scope of the structure.
기존 기울기(경사도) 측정 방식은 센서를 측정 대상에 고정 설치하더라도 측정 시점의 기울기를 측정하므로, 시공이후 시설 및 구조물의 경시적 변화를 알 수 없다는 한계가 있다. 본 발명은 구조 및 시설물에 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 실시간 계측하는 영상인식 기반의 기울기 변화량 측정 방법 및 센서를 제공하는데 있다. 구조 및 시설물의 안정성 판단에 가장 중요한 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정하기 위해서는 다음과 같은 중요 문제점을 해결하여야 한다. Existing inclination (inclination) measurement methods have limitations in that they cannot know the temporal changes of facilities and structures after construction because they measure the inclination at the time of measurement even if the sensor is fixedly installed on the measuring object. An object of the present invention is to provide an image recognition-based tilt change measuring method and sensor that measure a relative tilt change in real time after comparing it with the time of installation in a structure or facility. In order to measure the relative tilt change after installation compared to the point of installation, which is most important in determining the stability of structures and facilities, the following important problems must be solved.
첫째, 기울기센서를 설치 장소의 브라켓 혹은 앵커 볼트 등에 고정할 경우, 측정하고자 하는 대상의 기울기센서 값은 고정 방식과 브라켓 혹은 앵커 볼트의 오차에 의해 영향을 받게 되는 문제점이 있다. 즉, 측정 대상에서 센서를 고정하는 기구의 정확도와 평면도를 보장하지 않으면 측정값은 측정 대상의 실제 기울기를 나타내지 않는다. First, when the inclination sensor is fixed to a bracket or anchor bolt at the installation site, there is a problem in that the inclination sensor value of the object to be measured is affected by the error of the fixing method and the bracket or anchor bolt. That is, unless the accuracy and flatness of the mechanism for fixing the sensor in the measurement object is guaranteed, the measurement value does not represent the actual inclination of the measurement object.
둘째, 구조 및 시설물에 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정하기 위해서는 센서 자체에 시설물을 설치한 시점의 측정값을 저장하는 수단이 필요하다. 즉, 기울기를 측정 할 때 저장된 초기 측정값과 비교하여 기울기 변화량도 함께 표시해줘야 한다. 이와 함께, 토목 구조 및 시설물의 경우 구축 완료 후에는 고정 설치한 센서에 접근하기가 어려워, 센서의 초기값 저장 버튼을 누를 수 없는 문제가 발생할 수 있다. Second, in order to measure the relative tilt change after comparing it with the time of installation of the structure and facility, a means for storing the measured value at the time of installation of the facility in the sensor itself is required. In other words, when measuring the slope, the amount of change in slope should be displayed together with the stored initial measured value. In addition, in the case of civil structures and facilities, it is difficult to access a fixed sensor after construction is completed, and a problem may occur in which it is impossible to press the initial value storage button of the sensor.
셋째, 구조 및 시설물의 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정하기 위해서는 기울기 센서의 측정값이 변화하는 환경 요소(온도, 공급전압, 장기간 사용에 따른 센서 특성 변화)에 영향을 받지 않아야 한다. 기존 정전용량 혹은 전류량과 같은 아날로그 값을 측정하는 센서 방식은 환경 요소의 영향을 받고, 아날로그 값의 특성상 시간에 따른 드리프트가 발생하는 경향이 있다. 이를 보정하기 위해 온도센서를 추가하여 온도에 따른 기울기 보정을 하지만, 온도 센서도 제품별 편차가 있으며 시간에 따라 특성들이 변하지만 이를 보정할 수단이 없다는 문제점이 있다. Third, in order to measure the relative tilt change after comparing the structure and facility installation time, the measured value of the tilt sensor must not be affected by changing environmental factors (temperature, supply voltage, sensor characteristic change due to long-term use). do. Existing sensor methods for measuring analog values such as capacitance or current are affected by environmental factors and tend to drift over time due to the nature of analog values. In order to correct this, a temperature sensor is added to correct the slope according to the temperature, but there is a problem in that the temperature sensor also has variations for each product and its characteristics change over time, but there is no means to correct it.
넷째, 구조 및 시설물의 설치해야 하므로 환경 변화에 영향 받지 않는 센싱 방식을 적용하더라도 크기에 제한을 받는다. 구조 및 시설물의 브라켓 혹은 앵커 볼트 등에 고정시켜야 하므로 센서 함체의 최소 크기도 제한이 있다. 기울기 센서를 내장하는 함체를 작게 만들 경우 고정시키기 어렵다는 문제가 있다. Fourth, since structures and facilities must be installed, the size is limited even if a sensing method that is not affected by environmental changes is applied. The minimum size of the sensor enclosure is also limited because it must be fixed to brackets or anchor bolts of structures and facilities. There is a problem in that it is difficult to fix when the enclosure housing the inclination sensor is made small.
구조 및 시설물의 안전성 판단에 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정할 수 있다면, 구조 및 시설물 안전 관리의 신뢰성을 획기적으로 높여줄 수 있다. 기울기와 기울기 변화량을 함께 측정함은 중요하지만, 현재까지 상기 해결 수단 부족으로 제공되지 못하고 있다. 즉 구조 및 시설물에 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 실시간 계측하는 기울기 변화량 측정 방법 및 센서를 구현하기 위해 제반 문제점들을 다음과 같이 해결한다.If it is possible to measure the relative inclination change afterwards compared to the time of installation in determining the safety of structures and facilities, the reliability of safety management of structures and facilities can be dramatically increased. It is important to measure the slope and the slope change together, but it has not been provided due to the lack of the above solution. In other words, in order to implement a tilt change measurement method and sensor that measures the relative tilt change in real time after comparing it with the time of installation in the structure and facility, various problems are solved as follows.
첫째, 기울기센서를 설치 장소의 브라켓 혹은 앵커 볼트 등에 고정하므로, 측정 대상에서 센서를 고정하는 기구의 정확성을 보장하지 않으면 측정값은 측정 대상의 실제 기울기를 나타내지 않는다는 문제점이다. 측정 대상의 기준점들의 절대 기울기를 시공하면서 측정하는 것은 고정식 센서 대신 계측기를 사용한다. 기울기 센서를 고정 설치하는 것은 설치 이후 변화하는 기울기를 실시간 측정함이 주목적인 만큼 절대 기울기 값과 함께 초기 설정된 기울기 값 대비 기울기 변화량도 함께 측정하도록 구성하여 상기 문제점을 해결한다. First, since the inclination sensor is fixed to a bracket or anchor bolt at the installation site, the measurement value does not represent the actual inclination of the measurement object unless the accuracy of the mechanism for fixing the sensor is guaranteed. A measuring instrument is used instead of a fixed sensor to measure the absolute slope of the reference points of the measurement object while constructing it. Since the main purpose of the fixed installation of the tilt sensor is to measure the changing tilt in real time after installation, the above problem is solved by configuring the absolute tilt value and the amount of tilt change relative to the initially set tilt value to be measured together.
둘째, 구조 및 시설물에 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정하기 위해서는 센서 자체에 시설물을 설치한 시점의 측정값을 저장하는 수단으로 센서 회로 내에 영구저장 메모리수단(플래쉬 메모리 외)을 포함한다. 메모리 수단을 제어하기 위한 프로세서(CPU)를 포함한다. 프로세서(CPU)는 기울기 측정수단으로부터 측정값을 읽어, 측정값과 함께 저장된 초기 기울기 측정값과 비교한 기울기 변화량을 외부에 출력하도록 구성한다. 토목 구조 및 시설물의 경우 구축 완료 후에는 고정 설치한 센서에 접근하기가 어려워 센서의 초기값 저장 버튼을 누를 수 없는 문제를 해결하기 위해, 외부 통신선(혹은 무선통신)으로 현재 측정값을 초기 측정값으로 저장하라는 명령(command)을 프로세서에 전달하도록 구성한다. 센서 함체에는 기본적으로 초기값 저장 버튼을 포함하여야 한다. Second, in order to measure the subsequent relative tilt change compared to the time of installation in the structure and facility, a permanent storage memory means (other than flash memory) is required in the sensor circuit as a means of storing the measured value at the time the facility is installed in the sensor itself. include and a processor (CPU) for controlling the memory means. The processor (CPU) is configured to read the measured value from the slope measuring means and to output the amount of change in slope to the outside as compared with the initial measured value of the slope stored together with the measured value. In the case of civil structures and facilities, in order to solve the problem of not being able to press the initial value storage button of the sensor because it is difficult to access the fixed sensor after construction is completed, the current measurement value is converted to the initial measurement value through an external communication line (or wireless communication). It is configured to send a command to save to the processor. The sensor enclosure should basically include a button to save the initial value.
셋째, 구조 및 시설물의 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정하기 위해서는 기울기 센서의 측정값이 변화하는 환경 요소(온도, 공급전압, 장기간 사용에 따른 센서 특성 변화)에 영향을 받지 않는 기울기 측정방식을 적용하여야 한다. 상용화된 진자의 위치를 측정하는 경사계의 핵심 방식은 서보가속계 원리로써 위치감지기의 자기장 내에 한 개의 진자가 놓여있고 이는 중력의 작용을 받으면 중력 작용 방향으로 기울어지게 되고 이로 인하여 전류가 변화시키면 진자는 처음의 변하려는 중력과 전자기력을 반대 방향으로 가지게 되므로 평형이 이루어져 움직이지 않게 될 때 전류값을 측정하여 기울기로 변환한다. MEMS형 가속도 센서의 기본 원리도 외팔보 끝단과 전극 사이의 정전용량 값을 측정하여 가속도와 경사도를 측정하고 있다. 이러한 방식들은 기본적으로 아날로그 측정값을 기울기로 변환하므로, 온도 및 환경 보상과 초기 영점 조정을 수시로 해줘야 한다는 문제점이 있다. 그러므로 진자의 위치를 온도와 환경의 영향이 없도록 디지털 방식으로 측정하는 방법이 필요하게 된다. 대안으로, 진자에 설치된 지구 중심을 향하는 빛 혹은 특정 패턴의 위치를 이미지센서로 측정하여 경사도를 계산하는 디지털 절대 경사도 측정 방법을 개량하여 적용할 수 있다. 상기 방식을 적용하면 기울기를 아날로그 값이 아닌 디지털 좌표 값으로 측정하므로 환경 영향을 제거할 수 있다.Third, in order to measure the relative tilt change after comparing the structure and facility installation time, the measured value of the tilt sensor is not affected by changing environmental factors (temperature, supply voltage, sensor characteristic change due to long-term use). The slope measurement method shall be applied. The core method of commercially available inclinometers that measure the position of a pendulum is the servo accelerometer principle. One pendulum is placed in the magnetic field of the position sensor, and when it receives the action of gravity, it tilts in the direction of gravity. Since it has the gravitational force and the electromagnetic force to change in the opposite direction, the current value is measured and converted into a slope when equilibrium is achieved and it stops moving. The basic principle of the MEMS type acceleration sensor also measures the acceleration and inclination by measuring the capacitance value between the tip of the cantilever and the electrode. Since these methods basically convert an analog measurement value into a slope, there is a problem in that temperature and environment compensation and initial zero point adjustment must be performed frequently. Therefore, a method of digitally measuring the position of the pendulum without the influence of temperature and environment is required. Alternatively, it is possible to improve and apply a digital absolute inclination measurement method in which the inclination is calculated by measuring the position of light or a specific pattern installed on the pendulum toward the center of the earth with an image sensor. If the method is applied, the influence of the environment can be removed because the slope is measured as a digital coordinate value rather than an analog value.
넷째, 구조 및 시설물의 설치해야 하므로 환경 변화에 영향 받지 않는 센싱 방식을 적용하더라도 크기에 제한이 있다. 구조 및 시설물의 브라켓 혹은 앵커 볼트 등에 고정시켜야 하므로 함체의 크기도 제한이 있다. 일반적으로 구조 및 시설물에 고정하는 센서들의 크기는 직경 50mm, 두께 40mm 내외로 판매되고 있다. 필요시 시설 및 구조물 고정 수단과 결합하기 위해 보조 판(Plate)를 사용한다. 이를 충족시키기 위해 얇은 구조로 구현 가능한 구 내부에서 자유진동하며 지구 중심을 향하는 볼의 위치를 측정하는 디지털 절대 경사도 측정 방법 및 센서를 개량 적용한다. 즉, 반구 내면에서 자유 진동하는 볼(쇠구슬 포함)을 설치하여, 볼이 지구 중심을 향해 이동하므로 볼의 위치(중심 좌표 혹은 원 외곽)를 측정하는 방법이 제시될 수 있다. 이 경우 기울기는 반달 형태의 구 중심으로 부터 볼이 X축, Y축 방향으로 이동 거리와 반달 형태 구의 곡률 반경을 이용하여 계산된다. 이미지센서(카메라센서) 픽셀 크기가 1um(1/5 인치급 5M 이미지센서의 픽셀 크기는 1.12um) 이라고 하고, 곡률 반경 길이가 50mm라고 하면 측정 정밀도는 arctan (1um/50mm) = 0.0001도 까지 측정 가능하다. 케이스 크기 제한으로 구의 곡률 반경이 커지면 반원 크기의 구를 사용할 수 없고 구의 일부분을 사용하는 형태로 제작할 수 있어 박형으로 만들어 진다. 반구면의 중심축을 기준으로 진동하는 볼은 외부 충격, 진동, 지진파 등에도 매우 민감하게 움직이므로, 해당 분야 계측 센서(충격센서, 진동센서, 지진센서 등)로도 활용될 수 있다.Fourth, since structures and facilities must be installed, the size is limited even if a sensing method that is not affected by environmental changes is applied. The size of the enclosure is also limited because it must be fixed to brackets or anchor bolts of structures and facilities. In general, the size of sensors fixed to structures and facilities is sold around 50mm in diameter and 40mm in thickness. If necessary, an auxiliary plate is used to combine with the facility and structure fixing means. To meet this, a digital absolute inclination measurement method and sensor that measure the position of a ball moving toward the center of the earth while freely vibrating inside a sphere that can be realized in a thin structure are improved and applied. That is, a method of measuring the position of the ball (center coordinates or outer circle) by installing a ball (including a steel ball) that freely vibrates inside the hemisphere and moving toward the center of the earth can be proposed. In this case, the slope is calculated using the distance the ball moves in the X-axis and Y-axis directions from the center of the half-moon-shaped sphere and the radius of curvature of the half-moon-shaped sphere. If the pixel size of the image sensor (camera sensor) is 1um (the pixel size of a 1/5 inch class 5M image sensor is 1.12um) and the radius of curvature is 50mm, the measurement accuracy is measured up to arctan (1um/50mm) = 0.0001 degree possible. If the radius of curvature of the sphere increases due to the case size limitation, a semicircular sphere cannot be used, and it can be manufactured in a form using a part of the sphere, resulting in a thin shape. Since the ball vibrating around the central axis of the hemisphere moves very sensitively to external shock, vibration, and seismic waves, it can also be used as a measurement sensor (shock sensor, vibration sensor, earthquake sensor, etc.) in the field.
다만, 반구면을 정밀하게 가공하기 어려운 문제가 있어 본 발명에서는 이하에서 제시된 방법을 통해 문제를 해결하려고 한다. However, there is a problem in that it is difficult to precisely process the hemispherical surface, and the present invention tries to solve the problem through the method presented below.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실싱예에 따른 구조물의 기울기 변화량 측정 장치에 대해 설명한다. Hereinafter, an apparatus for measuring a tilt change amount of a structure according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 기울기 변화량 측정 장치는 유동가이드(100)를 따라 중력에 따라 이동하는 볼(200) 및 볼(200)과 유동가이드(100)를 촬영하는 카메라(300)를 포함할 수 있다(도 2). An apparatus for measuring the amount of change in inclination according to the present invention may include a
종래의 기울기 변화량 측정 장치는 볼이 거치되는 바닥체를 모두 반구면으로 형성하였던 것과 달리 본 발명에 따른 기울기 변화량 측정 장치는 길이 방향을 갖는 2 개의 유동가이드(100)를 직각으로 설치하여 양 방향(X 방향, Y 방향)으로의 볼(200)의 이동 위치를 특정할 수 있도록 한 특징이 있다(도 7, 도 8). Unlike the conventional tilt change measuring device, in which all the bottoms on which the balls are mounted are formed in hemispherical surfaces, the tilt change measuring device according to the present invention installs two flow guides 100 having a longitudinal direction at right angles in both directions ( There is a feature that allows you to specify the movement position of the
본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정장치의 유동가이드(100)는 소정의 곡률로 하향 만곡짐과 아울러 볼(200)이 거치된 상면(110)을 포함하며, 볼(200)이 유동하는 방향을 따라 길이 방향(a)을 갖는다. The
유동가이드(100)는 볼(200)의 직경에 비하여 그 폭이 과도하게 길게 형성될 것이 요구되지 않는다. 이에 따라 본 발명에 따른 기울기 변화량 측정장치를 제조함에 있어 유동가이드(100)의 폭 정도만을 곡면으로 가공하면 충분하므로 종래 기술과 같이 바닥체 전체를 곡면으로 가공하는 것에 비하여 제조의 용이성을 확보함과 아울러 더 정확한 측정이 가능한 곡면을 가공하는 것이 가능하다. The
더하여, 본 발명에 따른 유동가이드(100)는 상면(110)에서 하향 함몰되어 형성된 레일홈(120)을 포함하며, 이 경우 볼(200)은 레일홈(120)의 상면 양측에 형성된 홈 모서리(121)에 거치된 상태로 유동한다(도 4). In addition, the
이에 따라 바닥 전체를 구면으로 형성하여 볼(200)이 유동하는 경우보다 정지마찰력 및 운동마찰력을 최소화할 수 있어 구조물의 미세한 기울림에도 볼(200)의 위치가 변경될 수 있다. Accordingly, by forming the entire floor into a spherical surface, the static friction force and the motion friction force can be minimized compared to the case where the
본 발명에 따른 유동가이드(100)는 볼(200)의 직선방향으로의 이동만을 가이드하므로 기울림 정도의 파악을 위해서는 직각 방향으로 설치된 2 개의 유동가이드(100)가 필요하다. 이에 따라 유동가이드(100)는 소정의 방향으로 놓여진 제1 유동가이드(100A) 및 제1 유동가이드(100A)의 제1 길이방향(a1)과 직교된 제2 길이방향(a2)을 갖는 제2 유동가이드(100B)를 포함할 수 있다(도 2). Since the
본 발명의 일 실시예에 따른 유동가이드(100)가 수납된 케이징(400)을 더 포함할 수 있다(도 2). 이 경우 유동가이드(100)는 케이징(400)의 내부공간(410) 상에 설치될 수 있다. 유동가이드(100) 상에 거치된 볼(200)은 구조물의 기울림 이외의 외부 요인에 의한 영향을 받지 않아야 하므로 케이징(400)에 의해 밀폐되어 설치되는 것이 바람직하다. It may further include a
또한, 케이징(400)의 하부에 제1 유동가이드(100A) 및 제2 유동가이드(100B)가 설치되며, 케이징(400)의 상부에는 카메라(300)가 설치될 수 있다(도 2). In addition, the first flow guide 100A and the
더하여, 케이징(400)은 밀폐된 내부공간(410) 상에 빛을 조사하는 조명장치(500)를 더 포함할 수 있다. In addition, the
본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정장치의 유동가이드(100)는 케이징(400)의 하면에 설치되거나, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면 유동가이드(100)가 삽입되는 삽입홈이 형성된 바닥체(420)에 삽입되어 바닥체(420)와 일체화된 형태로 제조되는 것도 가능하다(도 10). The
본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정장치는 유동가이드(100) 상의 볼(200)의 위치가 변화된 경우 변화 여부를 센싱하여 외부에 표시하는 외부 램프(600)를 포함할 수 있다. An apparatus for measuring an amount of change in inclination according to an embodiment of the present invention may include an
이에 따라 관찰자는 외부 램프(600)의 발광 여부에 따라 구조물의 기울기 변화 여부를 확인하는 것이 가능하다. Accordingly, it is possible for the observer to check whether the inclination of the structure changes according to whether the
본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정장치는 카메라(300), 조명장치(500), 외부 램프(600)의 작동을 제어하는 제어부(700)의 구성을 더 포함할 수 있다. An apparatus for measuring a tilt change according to an embodiment of the present invention may further include a
제어부(700)는 볼(200)의 위치가 변화가 감지되면 외부 램프(600)를 작동시키고, 이에 관한 기울림 정보를 송수신부(800)를 통해 외부의 서버(10)로 송출할 수 있다. When a change in the position of the
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정장치의 유동가이드(100)에는 볼(200)의 위치를 나타내는 위치선(130)의 구성을 더 포함할 수 있다(도 9). 이 경우 카메라(300)에 의해 촬영된 영상정보 상의 볼(200)의 위치를 정확하게 센싱하는 것이 가능한 효과를 얻는다. The
직각방향으로 설치된 2개의 유동가이드(100)에서 자유 진동하는 볼(200)의 중심은 언제나 중력 방향을 향하므로 볼(200) 위치를 카메라(300)를 이용해 촬영함으로써 2축 방향의 기울기를 동시에 측정하는 것이 가능하다. 이러한 구성을 취하는 경우 이하와 같은 장점이 있다. Since the center of the freely vibrating
첫째, 구조 및 시설물에 기울기센서를 고정 설치하는 것은, 설치 이후 변화하는 기울기를 측정함이 주목적인 만큼, 절대 기울기 값과 초기 설정된 기울기 값 대비 기울기 변화량도 함께 측정할 수 있어, 구조물 안전 판단의 신뢰도를 높이는 효과가 있다. First, since the fixed installation of the tilt sensor in structures and facilities is mainly to measure the changing tilt after installation, it can measure the absolute tilt value and the amount of tilt change compared to the initially set tilt value, increasing the reliability of structure safety judgment. has the effect of increasing
둘째, 구조 및 시설물에 설치한 시점과 비교하여 이후의 상대적 기울기 변화량을 측정하기 위해서는 센서 자체에 시설물을 설치한 시점의 측정값을 저장하는 영구저장 메모리수단 및 메모리 수단을 제어하기 위한 프로세서(CPU)를 포함하여 구성함으로써 별도의 데이터로거(Data Logger) 장비가 필요치 않아 계측 시스템 구축비용을 절감하는 효과가 있다. Second, in order to measure the subsequent relative tilt change compared to the time of installation in the structure and facility, a permanent storage memory means for storing the measured value at the time the facility is installed in the sensor itself and a processor (CPU) for controlling the memory means By configuring it including, there is an effect of reducing the cost of building a measurement system because a separate data logger equipment is not required.
셋째, 외부 통신선(혹은 무선통신)으로 현재 측정값을 초기 측정값으로 저장하라는 명령(command)를 센서 회로의 프로세서에 전달하도록 구성함으로써 토목 구조 및 시설물 구축 완료 후에는 고정 설치한 센서에 접근할 수 없는 문제점을 해결한다. Third, it is configured to transmit a command to save the current measurement value as the initial measurement value through an external communication line (or wireless communication) to the processor of the sensor circuit, so that the fixedly installed sensor can be accessed after the construction of civil structures and facilities is completed. solve problems that don't exist
넷째, 아날로그 값이 아닌 디지털 값으로 기울기를 직접 측정함으로써 근본적으로 온도, 시간, 공급 전력에 따른 드리프트가 없어, 측정값이 항시 정확하고 안정적이므로 건축 및 토목 분야와 같이 외부 환경 변동 폭이 큰 분야와 교정이 어려운 위치에 센서를 설치하는 구조물 안전진단 분야에도 적용할 수 있는 효과가 있다.Fourth, by directly measuring the slope with a digital value rather than an analog value, fundamentally there is no drift due to temperature, time, and power supply, so the measured value is always accurate and stable, so it is suitable for use in areas with large fluctuations in the external environment such as construction and civil engineering. There is an effect that can be applied to the field of safety diagnosis of structures where sensors are installed in locations where calibration is difficult.
다섯째, 구면으로 형성된 바닥체(100)에서 자유 진동하는 볼(200)을 사용하므로 기기를 소형화할 수 있고, 측정 범위를 크게 할 수 있고, 정밀도의 조절을 용하게 수행할 수 있어 전신주 등의 기울기를 정밀하게 측정하는 용도로도 사용될 수 있다. Fifth, since the
또한, 디스플레이 수단이 포함될 경우 정밀하게 수평을 항시 유지해야 하는 공작기계 등에도 적용될 수 있다.In addition, when the display means is included, it can be applied to machine tools that must be precisely leveled at all times.
여섯째, 반구 내부에서 자유진동 하는 플라스틱 볼을 사용할 수 있으므로, 외부 전자파 영향이 최소화되어 송전탑과 같이 강한 전자파가 발생하는 분야에도 적용할 수 있다. Sixth, since plastic balls that freely vibrate inside the hemisphere can be used, the influence of external electromagnetic waves is minimized, so that it can be applied to areas where strong electromagnetic waves are generated, such as transmission towers.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 기울기 변화량 측정 장치를 이용하여 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method for measuring a tilt change amount of a structure using a tilt change amount measuring device according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명에 따른 기울기 변화량을 측정하는 방법은 카메라(300)에 의해 볼(200)이 위치된 바닥체(100)를 촬영하여 볼(200)의 제1 영상정보(a1)을 생성하는 제1 단계(S100), 제1 단계(S200) 이후에 카메라(300)에 의해 볼(200)이 위치된 바닥체(100)를 촬영하여 볼(200)의 제2 영상정보(a2)을 생성하는 제2 단계(S200) 및 제어부(700)가 제1 영상정보(a1) 및 제2 영상정보(a2)를 이용하여 기울기 변화값을 도출하는 제3 단계(S300)를 포함한다. The method for measuring the tilt change according to the present invention is a first step of generating first image information (a1) of the
이 경우 제3 단계(S300)는 제1 영상정보(a1)에서 볼(200)의 제1 위치값(b1)을 도출함과 아울러 제2 영상정보(a2)에서 볼(200)의 제2 위치값(b2)을 도출하는 위치값 도출단계(S310) 및 제1 위치값(b1), 제2 위치값(b2) 및 곡률반경을 이용하여 기울기 변화값을 도출하는 변화값 도출단계(S320)를 포함할 수 있다. In this case, the third step (S300) derives the first position value b1 of the
변화값 도출단계(S320)에서 기울기 변화값은 이하의 방법을 통해 도출될 수 있다. In the change value derivation step (S320), the gradient change value may be derived through the following method.
구면으로 형성된 바닥체(100)에서 자유 진동하는 볼(200)의 위치에 따른 일반적인 기울기 해석 방법은 이하와 같다. A general inclination analysis method according to the position of the freely vibrating
구면의 바닥체(100)에서 자유 진동하는 볼(200)의 위치를 카메라센서로 측정하여 기울기를 계산하기 위해서는 2가지 분야에 때한 이론적 해석이 필요하다. ① 반구면 좌표계(월드 좌표계) 상의 볼의 위치에 대응하여 카메라 좌표로 변환해야 하며, ② 반구면에서 자유 진동하는 볼의 위치에 따른 h-투영면(바닥면으로부터 높이 h)의 법선 벡터를 계산하여야 하므로, 각각에 대하여 설명하면 다음과 같다. In order to calculate the inclination by measuring the position of the freely vibrating
카메라(300)의 위치를 (X1, Y1, Z1), 카메라(300)의 팬(pan) 각을 p 라디안, 틸트(tilt)를 t 라디안이라 할 때, 월드좌표계 상의 임의의 점 (X, Y, Z)를 카메라 좌표계 상의 좌표 (Xc, Yc, Zc)로 변환시키는 관계식은 이하와 같다. When the position of the
- 카메라 좌표계와 월드 좌표계 - - Camera Coordinate System and World Coordinate System -
좌표계 변환관계는 2가지 방법으로 구할 수 있다. 하나는 일련의 회전변환 행렬을 조합하는 것이고, 다른 한 방법은 단위벡터를 이용해 직접 변환행렬을 구하는 방법이다(open CL 참조). The coordinate system transformation relationship can be obtained in two ways. One is to combine a series of rotation transformation matrices, and the other method is to directly obtain a transformation matrix using unit vectors (see open CL).
변환행렬을 직접 구하는 방법은 이하와 같다. The method of directly obtaining the conversion matrix is as follows.
어떤 선형변환 행렬 T가 있을 때, 각각의 좌표축 단위벡터들이 변환 T에 의해서 어디로 가는지만 알면 T를 손쉽게 구할 수 있다. 만일, T에 의해 X축 단위벡터 (1, 0, 0)이 (a1,a2,a3)로 가고, Y축 단위벡터 (0, 1, 0)이 (b1, b2, b3), Z축 단위벡터 (0, 0, 1)이 (c1, c2, c3)가 된다면, 변환행렬 T는 이하의 식과 같다. When there is a certain linear transformation matrix T, T can be easily obtained by knowing where each coordinate axis unit vector goes by transformation T. If, by T, the X-axis unit vector (1, 0, 0) goes to (a1, a2, a3), the Y-axis unit vector (0, 1, 0) goes to (b1, b2, b3), and the Z-axis unit If the vector (0, 0, 1) becomes (c1, c2, c3), the transformation matrix T is as follows.
이 방법를 이용하여 X축을 Xc, Y축을 Yc, Z축을 Zc로 보내는 변환행렬 R을 구하면 이하와 같다. Using this method, the transformation matrix R, which transmits the X-axis to Xc, the Y-axis to Yc, and the Z-axis to Zc, is as follows.
또한, 좌표계를 참조하여 각각의 단위벡터가 어디로 이동해야 하는지를 구해보면 이하와 같다. In addition, referring to the coordinate system, where each unit vector should move is calculated as follows.
따라서, 변환행렬 R은 이하와 같다. Therefore, the transformation matrix R is as follows.
여기서 R은 월드좌표를 카메라좌표로 변환시키는 행렬이 아니라 좌표축을 변환시키는 행렬이다. 즉, R은 월드좌표축->카메라좌표축 변환 행렬이다. 좌표로 보면 R은 카메라좌표 -> 월드좌표로 변환시키는 행렬을 의미한다(좌표축 변환과 좌표변환은 서로 역변환 관계, 볼 위치 계산 영상 인식 SW에서 사용한 openCV의 solvePnP에서 반환되는 R은 월드좌표 -> 카메라좌표 변환 행렬로 서로 반대임).Here, R is not a matrix that transforms world coordinates into camera coordinates, but a matrix that transforms coordinate axes. That is, R is the world coordinate axis -> camera coordinate axis transformation matrix. In terms of coordinates, R means a matrix that converts camera coordinates -> world coordinates (coordinate axis conversion and coordinate conversion have an inverse relationship to each other, R returned from solvePnP of openCV used in ball position calculation image recognition SW is world coordinates -> camera coordinate transformation matrices, opposite each other).
구면 방정식에서 볼의 위치에 따른 기울기 벡터를 계산하는 관계식은 이하와 같다. The relational expression for calculating the gradient vector according to the position of the ball in the spherical equation is as follows.
(1) 볼의 h-투영면 법선 벡터를 이용한 기울기 계산 ?? 볼 위치에 따른 pitch 각 와 roll 각 (1) Slope calculation using normal vector of h-projection surface of ball ?? Pitch angle according to ball position with roll angle
반구면에서 자유진동하는 볼의 h-투영면(바닥면으로부터 높이 h)의 법선은 가속도와 중력의 합의 specific force 방향과 일치한다. 특히 이 반구면이 가속하지 않는 경우에는 이 법선벡터의 방향이 중력의 방향과 일치함으로 법선벡터의 반구면에 대한 상대적 기울어짐을 측정함으로 반구면 내의 볼의 자세를 추정할 수 있게 된다. The normal of the h-projection surface (height h from the floor) of a ball freely oscillating on a hemispherical plane coincides with the direction of the specific force of the sum of acceleration and gravity. In particular, when the hemisphere is not accelerating, the direction of the normal vector coincides with the direction of gravity, so the relative tilt of the normal vector to the hemisphere can be measured, thereby estimating the posture of the ball within the hemisphere.
여기에서는 반구면 내에서 감쇠 진동하는 볼의 법선벡터를 이용하여 자세를 추정하는 센서 시스템의 작동원리(pitch 각 와 roll 각 )를 설명하고 또한 이를 활용하기 위한 자세값 추정 알고리듬 및 시뮬레이션의 구성에 대해 설명한다. 그림 4-1은 시스템의 기본 구성을 나타내었다.Here, the operating principle of the sensor system (pitch angle with roll angle ) is explained, and the configuration of the posture value estimation algorithm and simulation to utilize it is also explained. Figure 4-1 shows the basic configuration of the system.
- 카메라센서와 볼 h-투영면의 기하학 배치 - - Camera sensor and ball h - Geometry arrangement of projection surface -
: 볼의 h-투영면이 구와 만나서 생기는 원 : The circle formed when the h-projection surface of the ball meets the sphere
: 카메라센서 FOV axis를 중심으로 하는 원 : A circle centered on the camera sensor FOV axis
: h-투영면의 수직 벡터 : h - perpendicular vector of the projection plane
: 원 가 이루는 센서면의 수직 벡터 : one The normal vector of the sensor plane formed by
: 구의 중심에서 투영면과 만나는 접점까지의 벡터 : The vector from the center of the sphere to the point of contact with the projection plane
: 원 의 중심에서 추영면과 만나는 접점까지의 벡터 : one The vector from the center of to the point of contact with the projection plane
: 구의 반경 : radius of sphere
: 구의 바닥에서 투영면까지의 가상 높이 : Imaginary height from the bottom of the sphere to the projection plane
: 원 의 반경 : one radius of
: 중력 프레임의 Cartesian 좌표계의 성분 : Components of the Cartesian coordinate system of the gravitational frame
: 센서 접점 평면 프레임의 Cartesian 좌표계 성분 : Components of the Cartesian coordinate system of the sensor contact plane frame
여기서 편의상 로 설정하고 나머지의 길이는 로 정규화된 양으로 생각한다. 이때 의 범위는 이고 의 범위는 이다. 위 그림과 같이 반구면 내에 h-투영면 높이가 일 때 이 투영면이 차지하는 체적은 다음과 같다.here for convenience and the length of the remainder is considered as a normalized quantity. At this time the range of ego the range of am. As shown in the figure above, the height of the h-projection plane within the hemisphere is When , the volume occupied by this projection surface is:
(1) (One)
여기서 부피 의 범위는 다음과 같다.volume here The range of is as follows.
이 식을 에 정리하면 다음과 같은 다항식을 얻는다.this expression By rearranging, we get the following polynomial:
(2) (2)
이 식을 풀어 범위의 값을 취하면 이것은 반구면 내에 볼의 h-투영면의 부피 가 주어졌을 경우의 높이에 해당한다.solve this expression Taking a value in the range, this is the volume of the ball's h-projection within the hemisphere corresponds to the height when is given.
원 의 반경은 다음 그림으로부터 쉽게 추정할 수 있다.one The radius of can be easily estimated from the following figure.
- 측면도 - - side view -
즉,in other words,
(3) (3)
h-투영면으로 부터의 기울기 추출은 이하와 같다. Gradient extraction from the h-projection plane is as follows.
여기에서는 볼의 위치에 따른 법선 벡터를 형성하는 h-투영면(바닥면 높이 h)이 가상 반구면과 닿아서 만들어지는 접점 방정식(반구면 방정식과 볼의 중심 좌표로 유도함)으로 부터 120° 간격의 3개 접점이 주어졌다고 생각하고, 이 정보를 바탕으로 중력벡터에 대한 반구면의 방향에 대한 식을 유도한다. 이를 위해 그림 4-3과 같은 기하학적 배치도를 고려한다. 그림에서 는 구의 중심에서 번째 접점을 잇는 벡터이다. 또한 는 접점 부터 접점 를 잇는 벡터이다. 따라서Here, the h-projection plane (floor height h) forming the normal vector according to the position of the ball touches the imaginary hemisphere, and from the tangent equation (derived from the hemisphere equation and the center coordinates of the ball) at 120° intervals. Consider that three contact points are given, and based on this information, derive an expression for the direction of the hemisphere with respect to the gravity vector. For this purpose, consider the geometric layout as shown in Figure 4-3. in the picture is at the center of the sphere is a vector connecting the second point. also is the contact point contact point is a vector connecting thus
(4) (4)
여기서 인덱스는 중의 하나이며 연속된 인덱스는 circular형으로 변환되는 것을 의미한다.where the index is It is one of, and consecutive indices mean that it is converted into a circular type.
- 볼 투영면과 반구면이 만나는 점의 기하학적 배치 (a) 3차원 배치도 (b) 법선 방향에서 본 배치도 - - Geometric layout of the point where the projection plane of the ball and the plane of the hemisphere meet (a) 3-dimensional layout (b) layout viewed from the normal direction -
그림 4-3에서 은 동일 평면, 즉 투영면 상에 있는 것을 볼 수 있다. 따라서 다음 식을 얻을 수 있다.In Figure 4-3 can be seen to lie on the same plane, that is, on the projection plane. Therefore, the following expression can be obtained.
(5) (5)
여기서here
(6) (6)
그림처럼 센서 프레임에서 , , 는 서로 120도 간격으로 떨어져 있음을 가정한다. 여기에서는 편의상 방향을 x축으로 설정하였다. 이제 이 세 접점 , , 을 센서프레임에서 나타내보면, 먼저 평면에서의 azimuth는 각각 , , 로 주어진다. 그리고 , , 는 접점 방정식을 분석함으로 쉽게 얻을 수 있다. , , 가 구면 상의 점이라는 것을 이용하면 센서 프레임의 Cartesian 성분으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.In the sensor frame as shown in the picture , , are assumed to be spaced apart by 120 degrees from each other. For convenience here The direction was set to the x-axis. Now these three points , , In the sensor frame, first azimuth in the plane is respectively , , is given as and , , can be easily obtained by analyzing the contact equation. , , Using the fact that is a point on a spherical surface, it can be expressed as the Cartesian component of the sensor frame as follows.
(7) (7)
이를 위의 normal vector 식에 대입하면,Substituting this into the normal vector expression above,
(8) (8)
따라서 각 센서선 로부터 액체면의 접점 가 각각 계산되었다면 위의 식에 넣고 투영면의 법선벡터의 센서 프레임의 성분을 다음과 같이 구할 수 있다.Therefore, each sensor wire The contact point of the liquid plane from If are calculated respectively, put into the above formula, and the component of the sensor frame of the normal vector of the projection surface can be obtained as follows.
(9) (9)
관성프레임(중력벡터프레임)과 센서프레임의 normal 벡터를 Euler transform으로 표시하면,If the normal vector of the inertial frame (gravity vector frame) and sensor frame is expressed as Euler transform,
(10) (10)
위의 식 (9)와 오일러회전식 (10)을 등치시킴으로 pitch 각 와 roll 각 를 구할 수 있다. By equating the above equation (9) with the Euler rotation equation (10), the pitch angle with roll angle can be obtained.
위에서 볼의 중심좌표(접점 방정식 -> h-투영면 3개 좌표) 측정치가 주어질 경우, 이를 이용해서 자세각을 계산할 수 있으며, 이 식은 기울기 센서의 작동 알고리즘으로 프로그램 될 식을 제시한 것이다. If the measured value of the center coordinates of the ball (contact equation -> h-3 coordinates of the projection plane) is given above, the attitude angle can be calculated using this.
이에 더하여 본 발명에서는 기울기 값에 대응하는 유동가이드(100) 상에서의 볼(200)의 위치를 미리 실험을 통하여 기준값을 산출하고, 이를 기준으로 볼(200)의 위치에 따른 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 것이 가능하다. 즉, 실제 측정시에 미리 실험을 통해 측정된 좌표를 기준으로 구조물의 기울기 변화량을 확인할 수 있다. In addition, in the present invention, the position of the
이 경우 기준값 테이블을 작성함에 있어서 실제 제품의 유동가이드(100)의 미세한 거칠기로 인하여 볼의 기울기가 변화하는 경우를 대비하여 소정의 보정식을 추가로 사용할 수 있다. In this case, in preparing the reference value table, a predetermined correction formula may be additionally used in preparation for the case where the inclination of the ball changes due to the fine roughness of the
본 발명의 일 실시예에 따른 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. A method for measuring a tilt change amount of a structure according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 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 테이프와 같은 자기매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the medium may be those specially designed and configured for the present invention or those known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
프로그램 명령의 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.Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to act as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above has only been described with respect to some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, as noted, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above embodiments, and the scope of the present invention described above It will be said that the technical idea and the technical idea together with the root are all included in the scope of the present invention.
100 : 유동가이드
200 : 볼
300 : 카메라
400 : 케이징
500 : 조명장치
600 : 제어부
700 : 송수신부 100: flow guide
200: ball
300: camera
400: Casing
500: lighting device
600: control unit
700: transceiver
Claims (13)
유동가이드(100)를 따라 중력에 따라 이동하는 볼(200); 및
상기 볼(200) 및 상기 유동가이드(100)를 촬영하는 카메라(300);를 포함하되,
상기 유동가이드(100)는,
소정의 곡률로 하향 만곡짐과 아울러 상기 볼(200)이 거치된 상면(110);을 포함하고,
상기 유동가이드(100)는 상기 볼(200)이 유동하는 방향을 따라 길이 방향(a)을 갖으며,
상기 유동가이드(100)는
소정의 방향으로 놓여진 제1 유동가이드(100A); 및
상기 제1 유동가이드(100A)의 제1 길이방향(a1)과 직교된 제2 길이방향(a2)을 갖는 제2 유동가이드(100B);를 포함하되,
상기 유동가이드(100)는,
상기 상면(110)에서 하향 함몰되어 형성된 레일홈(120);을 더 포함하며,
상기 볼(200)은 상기 레일홈(120)의 상면 양측에 형성된 홈 모서리(121)에 거치되고,
상기 유동가이드(100)가 수납된 케이징(400);을 더 포함하되,
상기 유동가이드(100)는 상기 케이징(400)의 내부공간(410) 상에 설치되며,
상기 케이징(400)의 하부에 상기 제1 유동가이드(100A) 및 상기 제2 유동가이드(100B)가 설치되며,
상기 케이징(400)의 상부에 상기 카메라(300)가 설치되는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치.
In the tilt change measuring device,
A ball 200 moving according to gravity along the flow guide 100; and
A camera 300 for photographing the ball 200 and the flow guide 100; including,
The flow guide 100,
An upper surface 110 on which the ball 200 is mounted along with a downward curved load with a predetermined curvature; includes,
The flow guide 100 has a longitudinal direction (a) along the direction in which the ball 200 flows,
The flow guide 100 is
A first flow guide (100A) placed in a predetermined direction; and
A second flow guide 100B having a second longitudinal direction a2 orthogonal to the first longitudinal direction a1 of the first flow guide 100A;
The flow guide 100,
It further includes; a rail groove 120 formed by being depressed downward in the upper surface 110;
The ball 200 is mounted on the groove edge 121 formed on both sides of the upper surface of the rail groove 120,
Further comprising a casing 400 in which the flow guide 100 is accommodated,
The flow guide 100 is installed on the inner space 410 of the casing 400,
The first flow guide 100A and the second flow guide 100B are installed under the casing 400,
Tilt change amount measuring device, characterized in that the camera 300 is installed on the top of the casing (400).
상기 케이징(400)은 상기 유동가이드(100)가 안착되는 바닥체(420);를
포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치.
According to claim 1,
The casing 400 is a floor body 420 on which the flow guide 100 is seated;
Tilt change amount measuring device characterized in that it comprises.
상기 내부공간(410) 상에 빛을 조사하는 조명장치(500);를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 기울기 변화량 측정장치.
According to claim 1,
A lighting device 500 for irradiating light onto the inner space 410;
Tilt change amount measuring device characterized in that it further comprises.
상기 카메라(300)에 의해 상기 볼(200)이 위치된 상기 유동가이드(100)를 촬영하여 상기 볼(200)의 제1 영상정보(a1)을 생성하는 제1 단계(S100); 및
상기 제1 단계(S100) 이후에 상기 카메라(300)에 의해 상기 볼(200)이 위치된 상기 유동가이드(100)를 촬영하여 상기 볼(200)의 제2 영상정보(a2)을 생성하는 제2 단계(S200);를
포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법.
In the method for measuring the tilt change amount of a structure using the tilt change amount measuring device of claim 9,
A first step (S100) of generating first image information (a1) of the ball 200 by photographing the flow guide 100 where the ball 200 is located by the camera 300; and
After the first step (S100), the flow guide 100 where the ball 200 is located is photographed by the camera 300 to generate second image information a2 of the ball 200. Step 2 (S200);
A method for measuring the gradient change of a structure, characterized in that it comprises.
제어부(600)가 상기 제1 영상정보(a1) 및 상기 제2 영상정보(a2)를 이용하여 기울기 변화값을 도출하는 제3 단계(S300);를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법.
According to claim 10,
A third step (S300) of the controller 600 deriving a gradient change value using the first image information (a1) and the second image information (a2);
A method for measuring the amount of change in inclination of a structure, characterized in that it further comprises.
상기 제3 단계(S300)는
상기 제1 영상정보(a1)에서 상기 볼(200)의 제1 위치값(b1)을 도출함과 아울러 상기 제2 영상정보(a2)에서 상기 볼(200)의 제2 위치값(b2)을 도출하는 위치값 도출단계(S310); 및
상기 제1 위치값(b1), 상기 제2 위치값(b2) 및 곡률반경을 이용하여 상기 기울기 변화값을 도출하는 변화값 도출단계(S320);를
포함하는 것을 특징으로 하는 구조물의 기울기 변화량을 측정하는 방법.
According to claim 11,
The third step (S300) is
The first position value (b1) of the ball 200 is derived from the first image information (a1), and the second position value (b2) of the ball 200 is derived from the second image information (a2). Deriving position value derivation step (S310); and
A change value derivation step (S320) of deriving the gradient change value using the first position value b1, the second position value b2 and the radius of curvature;
A method for measuring the gradient change of a structure, characterized in that it comprises.
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JP2016109655A (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-20 | 賢三 田中 | Dome/arc-shaped horizontal plummet instrument, and switch sensor |
KR102057072B1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-01-22 | 한국건설기술연구원 | A method and apparatus for measuring a slope change amount based on image recognition, which real-time measurement of a relative slope change amount in comparison with a point in time when installed in a structure and a facility |
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2022
- 2022-11-04 KR KR1020220146297A patent/KR102554246B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |