KR20040099227A

KR20040099227A - 레이저 스케일 시스템

Info

Publication number: KR20040099227A
Application number: KR1020040089121A
Authority: KR
Inventors: 김광자
Original assignee: 김광자
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2004-11-26
Also published as: WO2006049432A1

Abstract

본 발명은 설계도서 상에서 선의 길이(거리)나 선간의 간격을 재기(측정)위한 도구인 자(Scale)에 관한 기술이다.

본 발명의 레이저 스케일로 측정한 자료는 유 무선으로 연결된 컴퓨터나 운영체재가 탑재된 휴대용단말기의 모니터링 프로그램과 연결되어 도면과 수치가 표시되는 센서 주 장치와 포인팅 펜으로 구성된 레이저 거리측정 기술과 스테핑 모터의 회전각을 응용한 삼각측량법으로 측정하는 시스템으로서 선(Line)의 양 끝 지점을 펜으로 선택하면 두 지점의 X, Y 좌표가 디지털 수치로 측정되며 마이크로컴퓨터에서 좌표와 좌표간의 길이가 계산되어 정확하고 신속하게 측정되며 연결된 컴퓨터에서 적산 프로그램과 연동하여 내역서 작성이 용이하고 저장된 도면과 프로그램을 활용하여 제작도, 시공도, 계산서 등을 편리하게 작성할 수 있는 시스템이다.

Description

레이저 스케일 시스템 {Laser Scaling System}

본 발명은 선(Line)의 길이를 재(측정)는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는

설계, 제작, 시공을 위하여 도서(圖書) 상에서 선의 길이를 측정하여 컴퓨터에 입력하고 이를 활용하는 기술에 관한것이다.

일반적으로 건축, 전기, 기계, 토목 등의 각종 내역서 작성시 선의 길이를 재기위해서는 스케일이라고 불리는 삼각대 모양의 자를 이용하여 선의 양끝을 마추어 놓고 눈금을 목측하여 읽은후 축척을 환산해서 키-보드로 컴퓨터에 입력하는 방법을 사용하고 있다.

그 일 예로서 아이비엠(IBM)이 퍼스널 컴퓨터(PC - XT)를 출시하기 전에는 모든 설계 도면과 관련된 업무는 1/100 ~ 1/600의 축척이 표시된 자(스케일)로 재어 수작업으로 이루어 젓으나 그 이후 컴퓨터와 캐드(CAD)프로그램의 발달로 설계 작업은 컴퓨터 화 하였으나 적산 업무는 캐드로 작업된 도면 중에서 극히 일부분만 자동화가 가능한 정도로 실용화되지 못하고 있는 실정이며 특히 청사진이나 인쇄된 도서 등으로 내역서를 작성하거나 제작도, 시공도를 작성할 경우에는 스케일을 사용하여 일일히 거리를 재고 좌표를 컴퓨터에 입력하여야 하는 수 작업을 하고있는 실정이다.

그러나 이와같은 방법으로 도면에서 선의 길이를 재면 측정 누락이나 오측정이 많고 컴퓨터와 직접 연결되지 않아 스케일로 선을 재고 키-보드로 입력하는 작업을 수없이 반복해야 하며 제작, 시공 등의 목적으로 인쇄된 도면을 컴퓨터에 업로드 하기 위해서는 도면에서 좌표를 재고 컴퓨터에 입력하는 작업을 처음 설계시보다 더 많이 해야 하는 비 능률적이고 부 정확한 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 자(Scale)의 기능을 센서 주 장치와 포인팅 펜으로 설계 도면상에서 선의 양단을 선택하는 작업만으로 좌표를 계산하고 선길이가 측정되도록 디지털 화 하였고, 레이저 스케일의 기능을 유 무선으로 컴퓨터와 연결여 모니터링 되도록하여, 각종 캐드(CAD) 프로그램이나 적산, 계산서 프로그램과 연동할수 있도록하여 정확하고 신속한 산출이 가능하면서, 소형으로 이동과 설치가 용이하며, 염가로 제작하여 널리 보급하는데 본 발명의 목적이있는것이다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 센서 주장치와 포인팅 펜으로 구성되어 있으며, 선(Line)의 길이를 측정하는 주 원리는 센서와 포인팅 펜 하부의 반사경으로 이루어지는 레이저를 이용하는 거리를 측정하는 기술과, 센서를 탑재한 턴-테이블을 회전시키는 스테핑 모터의 마이크로스텝 구동제어회로를 응용하여 회전각을 계산하는 기술과, 길이와 각도를 삼각법에 적용하여 좌표와 길이를 계산하는 기술과, 가속도 센서의 진동, 경사감지 기능을 이용한 펜의 이동방향과, 펜의 기울기를 판단하는 기술과, 연결된 컴퓨터의 모니터링 프로그램에서 탑재된 설계, 적산, 계산 프로그램과 연동시키는 기술로 이루어진 것에 특징이 있다.

도 1은 레이저 스케일 시스템의 개략적인 구성도

도 2는 센서 주장치의 상세 구성도

도 3은 포인팅 펜의 상세 구성도

도 4는 포인팅 펜의 위치 추적기능을 설명한 플로차트

도 5는 길이 측정기능을 설명한 플로차트

도 6은 도면과 센서 주장치의 설치를 설명하는 도면

도 7은 기준좌표 설정을 설명하기 위한 도면

도 8은 좌표 설정을 위한 거리측정 계산 “예"

도 9는 수평이동한 선길이 측정 “예”

도 10은 경사지게 이동한 선길이 측정 “예”

도 11은 선과 선 사이에 위치한 원의 호 측정 “예”.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

11 : 레이저 스케일 시스템

12 : 컴퓨터 또는 운영체재(OS)가 탑재된 휴대용 단말기

13 : 유, 무선으로 컴퓨터에 연결

111, 602, 702, 802, 902, 1002 : 센서 주장치

112 : 포인팅 펜 113 : 무선 또는 광통신

114 : 레이저 빔(적외선 또는 초음파) 23, 1111 : 설정 및 방향추적 부

231 : 포인팅 펜 방향 추적회로 부 232, 315 : 무선 또는 광통신회로 부 21, 1112 : 거리측정 계산 부 211 : 거리측정 회로 부

212 : 발광 부 213 : 수광 부

214 : 표시 부 222, 1113 : 스테핑 모터

221, 1114 : 턴-테이블 22, 1115 : 각도계산 부

223 : 마이크로스텝 구동제어 회로 부 224 : 회전각 계산 부

225 : 회전각도 설정버튼

24, 1116 : 선길이 계산 및 마이크로컴퓨터 부

241 : 마이크로컴퓨터 242 : 좌표계산 부

243 : 선 길이계산 부 244 : 축척(배율)계산 부

245 : 축척(배율)설정 스위치 246 : 저장장치

25 : 전원장치 부 312, 1121 : 가속도 센서

313 : 감지회로 부 314 : 설정회로 부

316 : 설정 스위치 317 : 복구 스위치

318 : 전원용 배터리 319 : 배터리 충전장치

1122 : 설정 및 방향유도 부 215, 311, 1123 : 반사경

1124 : 설정 스위치 121 : 모니터 또는 휴대장치의 표시창

122 : 모니터링 프로그램 123 : 적산프로그램

124 : 계산프로그램 31 : 포인팅 펜 하우징

601, 801 : 측정 할 도면

603, 701, 803, 901, 1001 : 유효 측정도면

604, 703, 804, 903, 1003 : Y축, Y0축 605, 704, 805 : X축

606, 705, 806, 904, 1004 : X0축 607 : 유효 측정도면의 상단 부 좌측 끝

608, 707 : 유효 측정도면의 상단 부 우측 끝

609 : 센서의 회전각 706 : 직각 삼각형(B, A, C)에서 각A

708, 808, 905 : 삼각형에서 직각 B점 709, 810 : 직각 삼각형에서 변a

710, 811 : 직각 삼각형에서 변b 711, 812 : 직각 삼각형에서 변c

712, 816, 913 : 포인팅 펜의 초기위치 807 : 유효 측정도면의 영점(Zero Point)

809 : 측정하고저 하는 점C 813 : 직각 삼각형 B, A, C 에서 각A

814 : c2 (센서에서 영점까지의 거리)

815 : c1 (영점에서 직각 B점까지의 거리)

906 : 측정할 지점C1 907 : 측정할 지점C2

908 : 측정할 지점C3 909 : 센서 주장치에서 B점을 연결한 변c

910 : 직각삼각형 C1, A, B 에서 각A 1911 : 직각삼각형 C2, A, B 에서 각A2

912 : 직각삼각형 B, A, C3 에서 각A3 1005 : 삼각형 A, B1, C1에서 직각B1

1006 : 삼각형 A, B2, C2에서 직각B2 1007 : 삼각형 C1, B3, C2에서 직각B3

1008 : 측정할 점C1 1009 : 측정할 점C2

1010 : 삼각형 C1, A, B1에서 각A1 1011 : 삼각형 B2, A, C2에서 각A2

1101 : 선a 1102 : 선b

1103 : 호 1104 : 현

1105 : 중심점 O 1106 : 반지름 r

1107 : 호의 각

1108 : 각A = 호의 각/ 2

(2등변 삼각형 O, B, C 를 2개로 나눈 직각삼각형에서)

이하 첨부된 도면에 의해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

시스템의 개략적인 구성을 [도 1]을 참조하여 설명하면:

센서 주장치(111)와 포인팅 펜(112)으로 구성된 레이저 스케일(11)로서 도서 상에서 재고저하는 선의 양 끝을 포인팅 펜(112)으로 포인팅(설정)해서 길이를 측정할 수 있는 시스템(11)이며; 개인용 컴퓨터(12)나 운영체재(OS)가 탑재된 휴대용 단말기(13)에 연결하여 선의 길이를 측정하면 측정한 결과가 도면과 수치로 모니터링(Monitoring)되므로 적산프로그램(123)의 산출 근거 서에 연결되며; 모니터링 기능(122)으로 복사도면 제작이나 관련 계산서 작성에 유용한 시스템으로서;

센서 주장치(111)는 포인팅 펜의 이동방향과 설정 명령을 무선통신(113)으로 연결하여 주는 설정 및 방향추적 부(1111)와; 센서 주 장치와 포인팅 펜 간의 거리를 레이저(114)를 사용하여 거리를 측정하는 거리측정 부(1112)와; 거리측정 센서를 좌우로 회전시키는 스테핑 모터(1113)와; 모터에 의거 회전하는 미세각도 조절용 기어를 내장한 턴-테이블(1114)과; 턴-테이블과 같이 회전하면서 레이저 빔의 각도를 계산하는 각도계산 부(1115)와; 거리측정 부와 각도계산 부에서 측정한 자료를 계산하고; 개인용 컴퓨터나 운영 체재(OS)가 내장된 휴대용 단말기를 유, 무선으로 연결해주는 선길이 계산 및 마이크로컴퓨터 부(1116)로 구성된다.

포인팅 펜(112)은 펜의 이동방향과 경사각을 감지하는 가속도센서(1121)와; 펜의 이동방향과 기울기를 판단하고 설정명령을 무선통신을 통해서 전달하는 설정 및 방향유도 부(1122)와; 거리측정 부(1112)의 발광 부에서 발사된 레이저빔(114)을 수광 부로 반사시켜 주는 반사경(1123)과; 포인팅 설정 스위치(1124)로 구성된다.

센서주장치의 상세한 구성을 [도 2]를 참조하여 설명하면:

센서 주장치는 거리측정계산 부(21), 각도계산 부(22), 포인팅 펜 방향추적 부(23), 마이크로컴퓨터 부(24)로 크게 구분되며;

거리측정계산 부(21)는 발광 부(212)에서 발사된 레이저빔이 포인팅 펜 하부에 설치된 반사경(215)에서 반사되며 반사광을 수 광하여 거리를 측정하는 레이저(또는 적외선, 초음파) 거리 측정장치로서 발광 부(212), 수광 부(213), 거리측정회로 부(211), 표시 부(214)로 구성되고;

각도계산 부(22)는 발광 부(212)와 수광 부(213)를 탑재하고 포인팅 펜의 이동방향을 추적하여 회전하며; 세밀 기어를 내장한 턴-테이블(221)을 좌우로 정역 회전시키기 위한 스테핑 모터(222), 마이크로스텝 구동제어회로 부(223), 턴-테이블의 회전각을 계산하는 회전각계산 부(224), 회전각 설정버튼(225)으로 구성되고;

포인팅 펜 방향 추적 부(23)는 포인팅 펜과의 통신(233)을 목적으로 한 무선통신 부(232)와, 포인팅 펜 방향추적회로 부(231)로 구성되고;

마이크로컴퓨터 부(24)에서는 거리측정계산 부(21)에서 측정한 거리와 각도계산 부(22)의 각도를 좌표계산 부(242)에서 삼각법으로 계산하여 좌표(X1, Y1)로 설정하면 완료신호를 발생하고 대기상태가 되며; 포인팅 펜이 이동하여 다음 좌표(X2, Y2)를 설정하면 두 좌표(X1, Y1) - (X2, Y2)간의 길이를 계산하는 길이계산부(243)와, 측정된 길이와 축척을 계산하는 축척계산 부(244)와, 축척 설정스위치(245)와, 저장장치(246)와, 마이크로컴퓨터(241)로 구성되며 마이크로컴퓨터(241)는 시스템을 총괄 제어하고 개인용 컴퓨터와 연결(244) 모니터링 되며;

전원장치 부(25)는 센서 주 장치에 전원을 공급한다.

포인팅 펜의 상세한 구성을 [도 3]과 [도 2]를 참조하여 설명하면:

포인팅 펜은 펜 모양의 하우징(31)에 내장되며; 센서주장치의 발광 부(212)에서 발사되는 레이저 빔을 반사시켜 수광 부(213)에 돌려 보내주는 반사경(311)과; 펜의 진동과 경사도를 감지하기 위한 가속도센서(312)와; 감지된 미세자료를 분석하여 펜 이동방향과 경사도를 판단하는 감지회로 부(313)와; 하우징(31)의 기울(경사)어진 정도에 따른 측정 오차를 판단하여 설정을 결정하는 설정회로 부(314)와; 설정신호를 센서 주 장치에 전달하기 위한 무선통신회로 부(315)와; 설정스위치(316)와; 기 설정된 포인팅을 해제하기 위한 복구스위치(317)와; 전원용 배터리(318)와; 별도의 충전장치(319)로; 구성된다.

측정할 도면에서 센서 주장치의 설치와 기준좌표 설정방법을 [도 6]과 [도 2]를 참조하여 설명하면:

측정할 도면(601) 중앙 상부단부에 센서 주장치(602)를 설치하면 센서 주장치를 중심으로 X축(605)과 Y축(604)의 설정이 가능하지만 X축(605)은 도면 외부에 위치할 가능성이 많으므로 도면 내(601)에 위치하도록 X축(605)을 X0(606)만큼 이동하여 가상 축을 설정하여야 하며;

가상 X0축(605)은 유효측정도면(603)의 상단 부 양끝(607), (608)을 포인팅 펜(112)과 센서 주장치의 회전각 설정버튼(225)으로 설정하며;

유효 측정도면(603)의 좌측 끝 지점(607)과 우측 끝 지점(608)은 거리측정센서의 좌, 우회전 종료 점이며 실제적인 센서 주장치(602)의 센서 회전각(609)이 되며;

Y축(604)은 유효 측정도면(603)의 X0축(606)이 설정되면 X0축(606)과 직각으로 Y0축(604)이 설정되며;

X0축(606)과 Y0축(604)은 설정이 완료되면 길이측정의 기준좌표가 된다.

기준좌표( X0축) 계산방법을 [도 7]과 [도 2] 참조하여 설명하면:

기준좌표가 설정되면 X축(704)과 X0축(705)사이에 Y0축(703)을 중심으로 2개의 직각 삼각형 A(702), B(708), C(707)가 만들어지며; X0축(705)과 Y0축(703)을 기준으로 한 변a(709)와 변c(711)의 길이를 계산하여 C지점(707)의 좌표를 설정하고 저장장치(246)에 저장하여 길이계산의 기준좌표로 정하며;

변a(709)와 변c(711)의 길이는 변b(710)와 각A(706)가 산출되어 있으므로 삼각공식으로 계산되며; 변b(710)의 길이는 레이저거리측정(21)으로 측정되며, 각A(706)는 거리측정 시점의 센서의 회전각도 계산(22)으로 산출된다.

........변a(709), 변a(810), 선a0(906-905), 선a2(907-905),

선a3(905-908)

........변c(711), 변c(812), 변c(909)

도면상의 한 지점 C(809)의 좌표계산 “예”를 [도 8]과 [도 2]를 참조하여 설명하면:

도면상의 임의지점 좌표C(809)를 계산하기 위해서는 Y0축(804)을 기준으로 한 변a(810)의 길이와 X0축(806)을 기준으로 한 변c1(815)의 길이가 산출되어야 하며; 직각삼각형에서 변a(810)와 변c(812)의 길이를 계산하기위해서는 한 변의 길이 변b(811)와 한 각A(813)가 측정되어야 하며; 변b(811)의 길이는 센서 주장치 A(802)의 거리측정 계산부(21)에서 측정되고 각A(813)는 길이 측정시점에 스테핑모터의 각도를 회전각계산 부(224)에서 계산되어 수학식 1과 2의 식을 적용하여 계산한다.

변c1(815)의 길이는 직각삼각형 A(802), B(808), C(809)에서 수학식 2로 계산된 변c2(814)의 길이를 빼기하여 산출하며;

...........변c1(815), 변c(909),

좌표에서 Y0축(804)을 기준으로 하여 좌측 부분의 좌표를 음의 수, 우측 부분의 좌표를 양의 수로 표시하고 X0축(806)의 좌표는 하부에만 존재하므로 양의 수로만 표시한다.

수평 이동한 선길이 측정 계산 “예”를 [도 9]를 참조하여 설명하면:

선a1(906-907), 선a2(907-905), 선a3(905-908)의 선길이 계산방법은 상기[도 8]의 설명을 참조하고; 좌표 C1(906)은 직각삼각형 A(902), B(905), C1(906)에서 변b1과 각A1(910)에 의해 결정되며; 좌표 C2(907)는 직각삼각형 A(902), B(905), C2(907)에서 변b2와 각A2(911)에 의해서 결정되며; 좌표 C3(908)은 직각삼각형 A(902), B(905), C3(908)에서 변b3과 각A3(912)에 의해서 결정되며; 선a0(906-905), 선a2(907-905), 선a3(905-908)은 Y0축(903)과 같은 선상에 있는 선C(909)를 공유하며 직각을 이루고 있으므로 수학식-1로 각각 계산하며; 선a1(906-907)은 선a2(907-905)와 한 좌표(907)를 공유하고 있으므로 선a0(906-905)에서 선a2(907-905)를 빼기하여 계산하는데; 만약 선a2가 Y0축(903)과 같은 선상에 있는 선C(909)를 공유하지 않을 경우에는 선C(909)를 공유하는 가상의 직각삼각형 A(902), B(905), C2(907)를 만들어서 계산한후 빼기하여야 하며; 변c(909)는 수학식 2와 수학식 3으로 계산한다.

경사지게 이동한 길이측정 계산 “예”를 [도 10]과 [도 8]을 참조하여 설명하면:

선a는 좌측좌표(1008)와 우측좌표(1009)로 구성되며; 좌측 좌표C1(1008)은 직각삼각형 A(1002), B1(1005), C1(1008)에서 변b1과 각A1(1010)에 의해서 결정되며; 변a1은 수학식 1로 계산하고; 변c1은 수학식 2와 수학식 3으로 계산하며; 우측좌표C2(1009)는 직각삼각형 A(1002), B2(1006), C2(1009)에서 변a2는 수학식 1으로 계산하고; 변c2는 수학식 2와 수학식 3으로 계산하며; C1(1008)과 C2(1009) 두개의 좌표 값을 비교하면 변c1과 변c2의 값이 동일하지 않아 직각삼각형의 형태가 아님을 판단할 수 있으며; 별도로 가상의 직각 삼각형 C1(1008), B3(1007), C2(1009)를 구성하여 변a3과 변c3을 알 수 있으므로 재고저하는 변b3(경사지게 이동한 선a)의 길이는 아래 수학식 4의 삼각공식으로 계산할 수 있다.

.............변b3

선과 선 사이에 연결된 호의 길이 계산 “예”를 [도 11]을 참조하여 설명하면:

측정하고 저 하는 호(1103)는 선a(1101), 선b(1102)사이에 연결되어 있으며

호(1103)를 측정하기 위해서는 호의 처음과 끝 지점 B, C 와 그 사이의 한점(A)을 B, A, C 순서로 포인팅(선택)하면 삼각형 B, A, C 가 만들어지고 3변 b, a, c 의 길이가 측정되었으므로 각A 는 수학식 5의 삼각공식으로 계산하며;

.............각A

이므로

일 때,이고,이므로

가 되어;

...........원의 지름(A′, O, B)이 된다.

수학식 6으로 원의 지름(A′, O, B)이 구해지면 점 B, A, C를 통과 하는 가상의 원과 호(1103)를 그리(Drawing)고 호(1103)의 중심각(1107)을 계산하기 위하여 2등변 삼각형(B, O, C)을 2개의 직각삼각형으로 나누면 변 a, b 가 결정되므로 중심각(1107)을 삼각공식으로 계산한후 분리한 삼각형을 합쳐야 하므로 수학식 7로 구하고;

............호의 중심각

O 을 중심점(1105)으로 하는 2개의 반지름 ｒ(1106)과 그 사이의 호의 중심각(1107)를 갖으면서 3지점(A, B, C)을 연결한 부채꼴 모양에서 호(1103)의 길이를 호도법(radian)으로 계산한다.

...........호의 길이

중요 구성요소의 기능과 작동원리를 [도 1]과 [도 2], [도 3]을 참조하여 설명하면:

거리측정장치(21)의 거리계산 방법은 적외선, 레이저 빔이 센서주장치의 발광부(212)에서 발사되어 포인팅 펜의 반사경(215)에 반사되어 수광 부(213)에 수 광 되기까지의 시간 차이를 산정하고 광속을 승산한후 2분하여 거리를 환산하는 것이 기본적인 방법이며; 거리측정방법을 응용한 정밀한 측정이나 아이씨(IC)화, 소형 경량화 한 기술들을 적용하고;

광속은 매초 약 30만km (정확하게는 299,792,458m/s)이며;

............기본적인 거리 계산

센서 주장치(111)의 회전각 측정방법에서 스테핑 모터(222)는 직류전압 또는 전류를 스위칭(Switching) 방식으로 모터에 입력시켜 줌으로서 일정한 각도로 회전하는 모터로서 디지털 펄스 1개에 1개의 스텝에 해당하는 회전각만큼 정확한 회전 운동을 하게 되며 입력펄스의 수와 단위 시간당 펄스 입력속도에 정확히 비례하여 연속운동을 하며; 일반적인 스테핑 모터는 2상 하이-브리드(hy-brid)형이며 1펄스 당 훌 스텝(Full Step)에서 1.8도 회전하며 하프 스텝(Half Step)에서는 0.9도를 회전하며; 마이크로스텝 구동(223)을 제어하는 드라이버와 컨트롤러가 필요하며 수학식 10의 공식이 성립되며;

..........회전각도 계산

측정하고저 하는 도면 내에서 0.1mm이내의 정밀한 측정이 가능하기 위해서는 회전 각도를 스테핑모터의 기본적인 회전각보다 세분화 할 필요가 있어 기어장치를 텐-테이블(221) 내에 설치하여 측정의 정밀도를 유지하며;

포인팅 펜(112)의 움직이는 방향을 감지하는 기능의 가속도 센서(312)는 센서 주장치(111)가 포인팅 펜(112)을 가급적 빨리 추적할 수 있도록 운동 방향을 감지하고 유도하여 측정 속도를 향상시키는 목적으로 포인팅 펜(Pointing Pen)에 설치되며; 스테핑 모터(222)가 포인팅 펜의 이동 방향을 따라 즉시 회전할 수 있도록 회로가 구성되며; 가속도센서는 가속도, 충격, 진동, 경사 등의 동적인 힘을 감지하는 센서로서 물체의 운동 상태를 순시 적으로 감지할 수 있으므로 각종 제어시스템에 있어서 필수적으로 많이 사용되고 있는 소자로서 관성 식, 자이로 식, 실리콘반도체 소자 식 등의 검출방식으로 분류한다.

레이저 스케일(11)에서 포인팅 펜(112)의 위치추적 기능의 흐름을 [도 1], [도 2], [도 6], [도 7]을 참조하여 [도 4]로 설명하면:

측정할 도면상(701)에서 중앙부분에 위치하고 있는 포인팅 펜(712)을 C지점(707)으로 이동(401)시키면; 가속도센서(402)가 작동하게 되며; 가속도센서(402)의 작동신호는 무선통신(412)으로 거리측정회로(403)에 측정 명령을 하게 되며; 센서 주장치(111)의 센서(602) 방향에 포인팅 펜(112)의 반사경(1123, 215)이 위치하게 되어 센서 주장치의 발광 부(212)에서 발사된 빔이 반사경(1123, 215)의 방향과 일치한 상태로서 빗이 반사되어 수광 부(213)에 돌아오면; C지점(707) 방향의 각도에 위치하고 있는 스테핑 모터(222)는 계속해서 정지상태(409)가 되며; 센서 주장치(111)의 센서(702) 방향이 C지점(707)에서 벗어나 발광 부(212)에서 발사된 빔이 반사경(1123, 215)에 도달하지 않을 시는 반사광이 수광(404)되지 않으며 이 경우에는 가속도센서(402)에서 감지(405)하여 무선통신(412)으로 전달된 포인팅 펜(112)의 이동방향(406)으로 스테핑 모터(222)가 좌회전(407)이나 우회전(408)하게 되며; 스테핑 모터(222)가 회전하는 도중 센서의 빔이 도면상의 C(707)지점을 가리키고 있는 포인팅 펜(112)의 반사경(1123)과 방향이 일치하여 반사광을 수광(404)하면 스테핑 모터(222)가 정지(409)하며; 포인팅 펜(112)이 위치한 C지점(707)을 재확인(410)하고 포인팅 펜(112)에 확인신호를 전송(411)하면 거리측정 준비를 완료하고 대기상태가 되며;

스테핑 모터(222)의 회전범위는 측정하기 전에 설정한 좌측(607)과 우측(608)지점의 회전각도 범위 이내이다.

레이저 스케일(11)에서 거리측정 기능의 흐름을 [도 1], [도 2], [도 3], [도 4], [도 7], [도 8]을 참조하여 [도 5]로 설명하면:

측정할 도면상(801)에서 C지점(809)이 포인팅 펜(112)의 위치추적 기능으로 거리측정준비가 완료되어 확인신호가 전송(411)되면; 포인팅 펜에 확인신호가 수신(501)되며; C지점(809)에 위치한 포인팅 펜(112)에서 펜을 눌러 선택하면 하부에 부착된 포인팅 설정스위치(316)에 의거 C지점(809)을 선택 하면; 가속도 센서(312)의 미세관성 감지(503) 기능으로 펜 경사도를 확인(504)하여 오차범위 내 인지를 확인하고 설정(502)되며; 무선통신(521)으로 전달받아; 거리측정계산부(21)에 의거 거리측정(505)작업을 하게 되며; 측정상태를 확인(506)하여; 측정결과가 없으면 재 측정(505)하고; 측정완료가 확인되면 측정된 거리를 계산(507)하고; 마이크로스텝 구동제어회로 부(223)에서 스테핑 모터(222)의 정지위치(508)를 확인하여; Y0축(703)을 기준으로 한 센서의 각도 A(706)를 계산하여; 포인팅 펜(112)으로 포인팅 한 지점의 좌표 C(707)를 계산(510)하여; 마이크로컴퓨터(515)의 메모리에 저장(516)하고; 개인용 컴퓨터에 탑재된 모니터링프로그램(517)에도 측정된 C지점(809)의 좌표가 표시되고 메모리에 저장(520)되어 측정하고저 하는 목적의 한점인 C지점(809)의 측정이 완료되었으며; 레이저 스케일(11)과 개인용 컴퓨터(12)는 유, 무선 통신으로 연결되어 모니터링프로그램(122), (517)과 연동화여 적산프로그램(123), (519)이나 계산프로그램(124)이 수행된다.

레이저 스케일(11)과 개인용 컴퓨터(12)에서 수평 이동한 선길이 측정 “예”를 [도 1]과 [도 9]를 참조하여 [도 4]와 [도 5]의 플로차트로 설명하면:

레이저 스케일(11)로 도면상(901)의 선a1(906~907)의 길이를 측정하는 기능을 설명하면; 도면 하부에 위치하고 있는 포인팅 펜(913)을 선a1의 좌측 C1지점(906)에 위치(401)하면; 가속도센서가 작동(402)하여; 거리측정회로가 동작(403)하고; 반사광 수광 유, 무(404)를 확인하여 수광신호가 없으면 포인팅 펜의 이동방향감지(405)와; 확인신호(406)에 따라 스테핑 모터가 좌회전(407)하게 되며; 스테핑모터의 좌회전 중(407) 센서 주장치의 발광 부(212)에서 발사된 빔이 반사경(1123, 215)에 반사되어 수광 부(213)에 돌아오는 반사광을 수광(404)하면; 스테핑 모터는 정지(409)하고; 포인팅 펜의 위치를 재확인(410)한 후; 확인신호를 전송(411)하고; 확인신호를 수신(501) 대기하며; 측정하기 위하여 펜을 눌러(316) 설정(502)하면; 가속도 센서(312)의 미세관성 감지(503) 기능으로 펜 경사도를 확인(504)하여 오차범위 내를 확인하고; 거리측정시작(505)하게 되며; 측정확인(506)하여 측정된 자료가 없는 경우에는 재 측정(505)하고; 측정된 자료가 확인되면 측정거리를 계산(507)하고; 측정 시에 스테핑 모터(222)의 정지위치(508)를 확인하여; Y0축(903)을 기준으로 한 센서 A1의 각도(910)를 계산(509)하여; 포인팅 펜(112)으로 포인팅 한 지점의 좌표 C1(906)을 계산(510)하였으나; 우측 C2지점(907)은 아직 측정하지 않았으므로 선길이 계산(511)이 불필요하므로; 마이크로컴퓨터(515)의 메모리에 일단저장(516)하고; 개인용 컴퓨터에 탑재된 모니터링프로그램(517)에도 측정된 C1지점(906)의 좌표가 표시되고 메모리에 저장(520)되며; 포인팅 펜을 선a1의 우측 C2지점(907)으로 이동(401)하면; 가속도센서가 작동(402)하고 펜 이동방향을 감지(405)하여; 거리측정센서(21)를 회전시키는 스테핑 모터(222)가 포인팅 펜(112)을 따라 우측으로 회전(406), (408)하며; 거리측정회로도 동작(403)하며; 반사광이 수광(404)되면; 스테핑모터가 정지(409)한 후; 포인팅 펜의 위치를 재 확인하고; 신호를 전송(411); 수신(501); 경사도를 확인(503), (504)하고; 설정(502)하여; 거리를 측정(505)한 후 확인(506)하고; 거리계산(507)과; A2(911)의 정지위치 확인(508) 후 각도를 계산(509)하고; 좌표 C2(907)를 계산(510)하여; 마이크로컴퓨터(515)의 메모리에 저장(516)하고; 모니터링프로그램(517)에도 측정된 C2지점(907)의 좌표가 표시되고 메모리에 저장(520)되며; 선a1의 좌측 C1지점(906)과 우측 C2지점(907)의 좌표가 계산(510)되면; 자동적으로 선a1의 길이가 삼각공식으로 계산(511)되는데; 변a1은 수학식 1로; 변c는 수학식 2와 3으로 계산하여; C1(906)과 C2(907)의 좌표를 비교하면; 변c의 길이는 동일하여 계산할 필요가 없으며; 좌표 C2(907)는 좌표C1(906)보다 우측으로 a1(mm)만큼 이동한 선 길이를 계산(509)하여야 하며; C1(906)과 C2(907)의 좌표를 빼기하여 선a1의 길이를 계산(511)할 수 있으며; 마이크로컴퓨터(515), 저장(516)하고 모니터링프로그램(517)에서 측정할 선의 사양을 미리 입력(518)하고 저장하면 측정과 동시에 표시된 선의 종류 규격 사양 등과 연동하여 계산된다.

상기와 같은 방법으로 선a2(907~905)의 길이를 측정하면; 좌측 C2지점(907)은 상기에서 이미 측정한 상태로서; 좌측 C2지점(907)측정과 동시에 우측 B지점(905)으로 포인팅 펜을 이동(401), (402)시키면; 거리측정센서(403), (405)가 우측으로 회전(406), (408)하며; 반사광을 수광(404)하여; 거리측정준비를 완료(410), (411)하면; 설정(501), (502)하고; 오차확인(503), (504)하고; 측정(505), (506)하면; 거리계산(507)과 각도계산(508), (509)하고; 좌표계산(510)을 완료하면; 선a2의 길이를 계산(511), (512)하게 되며; 마이크로컴퓨터(515), (516)에 저장하고 모니터링(517), (520)된다.

상기와 같은 방법으로 선a3(905~908)의 길이를 측정하면; 좌측 B지점(905)은 상기에서 측정한 상태이고; 우측 C3지점(908)으로 포인팅 펜을 이동(401), (402)시키면; 거리측정센서(403), (405)가 우측으로 회전(406), (408)하며; 반사광을 수광(404)하여; 거리측정 준비를 완료(410), (411)하면; 설정(501), (502)하고; 오차확인(503), (504)하고; 측정(505), (506)하면; 거리계산(507)과 각도계산(508),(509)하고; 좌표계산(510)을 완료하면; 선a3의 길이를 계산(511), (512)하게 되며; 마이크로컴퓨터(515), (516)에 저장하고 모니터링(517), (520)된다.

상기에서 측정된 자료는 개인용 컴퓨터에 탑재된 모니터링프로그램(517), (518)에 의거 모니터링 되고; 선a1, 선a2, 선a3은 X0축(605)과 평행한 일직선상에 나란히 연결되어있어 필요에 따라서는 3개의 선을 더하기 하여 합산할 수도 있으며; 배율(513)을 적용하여 실제의 선길이(514)를 계산할 수 있으며; 모니터링프로그램(517), (518)에서 건축, 토목, 전기, 설비 등에서 측정할 선의 사양이나 일위대가 등을 적용하고 적산프로그램(519), (520)과 연결하여 각종 내역 서를 작성할 수 있고; 모니터링프로그램(517), (518), (122)은 레이저 스케일(11)과 개인용 컴퓨터(12)에 탑재된 각종 적산프로그램(519)(123)과 설계 및 계산프로그램(124)을 연동시켜주고 측정한 자료를 모니터링 하는 기능을 수행한다.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명은 건축, 기계, 전기, 토목 등 각종 설계는 캐드(CAD) 프로그램에 의한 컴퓨터로 작업하고 출력(Printing)을 하지만 일단 출력된 도면으로 제작, 시공도 나 내역 서를 작성하고 시공하기 위해서는 도면으로 그려진(Drawing) 선(Line)의 길이를 스케일로 측정해서 선이나 점의 좌표를 키보드로 컴퓨터에 입력하여야 한다.

레이저 스케일 시스템을 이용하여 인쇄된 도면상에서 선의 길이를 측정하는 방법은재고(측정)저 하는 선의 양끝 지점을 포인팅 펜으로 순차적으로 찍어서 설정하는 작업만으로 쉽게 이루어지므로 눈금을 일일이 읽거나 축척을 암산하며 워드작업을 할 필요 없이 모니터링프로그램에 입력되고 계산되며 모니터링 프로그램과 연결된 적산 프로그램의 산출근거 서와 연동되어 내역작업이 자동적으로 이루어 저 정확하고 신속하게 업무를 수행할 수 있으며 측정과 동시에 모니터링 된 도면으로 제작도, 시공도를 만들 수도 있으며 도면과 연계한 계산서 작성과 청사진으로 보관 중이든 도면을 컴퓨터에 입력하는 작업에도 유용하게 사용할 수 있다.

Claims

인쇄(출력)된 도서 상에서 선(Line)의 길이를 재(측정)는 도구인 자(Scale)에 있어서 자(Scale)로 잰(측정한) 길이(거리)를 컴퓨터가 인식할 수 는 레이저 스케일 시스템에 관한것으로서,

상기 길이를 측정하기 위하여 센서 주 장치와 포인팅 펜으로 구성되어 무선통신으로 상호 연결되며, 레이저 센서와 반사경의 상호작용으로 거리를 측정하며, 스테핑 모터의 구동원리를 응용하여 각도를 검출하고, 포인팅 펜의 방향을 추적하는 기능의 레이저 스케일 장치와,

상기 시스템은 모니터링과 관련 프로그램을 탑재된 컴퓨터로서 레이저 스케일내의 마이크로컴퓨터와 유 무선으로 연결되며, 도면내의 선이나 원 또는 점 등의 측정된 수치와 모니터링 된 도면을 각종 설계 제작 시공에 활용하며, 선 길이 측정이나 설계작업시 캐드 적산 계산서 등의 프로그램과 연계하고 축적된 데이터(Dater)를 활용하여 효율을 증대시키는 방법.
상기 1항에 있어서,

센서 주장치와 포인팅 펜으로 구성되어, 도면 상에서 포인팅 펜으로 선택한 지점의 거리를 측정하는 레이저 거리측정 장치와,

거리측정 장치의 수 발광부를 탑재한 텐-테이블을 구동시키는 턴-테이블과 모터가거리측정시 정지된 각도를 검출하는 장치와,

측정한 거리와 각도를 삼각법으로 좌표를 계산하고 선의 양끝 좌표를 비교하여 선의 길이와 축척을 계산하는 마이크로컴퓨터와,

센서 주 장치와 포인팅 펜을 연결하는 무선통신 장치와,

진동 측정이나 경사 감지기능으로 포인팅 펜의 이동방향을 감지 추적하여 측정의 효율을 증대시키고 펜의 기울기를 측정하여 측정 오차를 줄일수 있도록 하는 기능의 가속도센서 장치.
상기 1항에 있어서,

센서 주 장치의 마이크로컴퓨터와 유 무선으로 연결된 운영체재(OS)와 모니터링프로그램이 탑재된 개인용 컴퓨터나 휴대용 단말기에서 설계와 관련된 각종 프로그램과 연동하여 시스템을 구성하면 축적된 자료(Dater)를 활용하여 작업할 수 있어 도면, 내역서, 계산서 작성 등의 업무를 더 효율적으로 할수있는 시스템으로서,

연결된 개인용 컴퓨터나 휴대용 단말기의 모니터링프로그램에는 청구항 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15에서 측정하고 계산한 각종 도면과 계산 자료가 표시되며,

설계, 적산, 계산서 등의 프로그램과 연동하고 축적된 데이터를 활용하여 심볼이나 선과 관련된 자료와 사양을 복사하여 부치거나 업로드(up Load)하여 작업하면 도면을 그리거나 선의 사양을 분해하는 방법으로 수량 산출이 가능한 시스템,
상기 2항에 있어서, 일체화된 발광부와 수광부가 턴-테이블 상에 탑재되어 모터와 방향 유도장치에 의거 포인팅 펜이 움직이는 방향에 따라 회전하며, 도면에서 선의 한지점을 포인팅 펜으로 설정(선택)할 시 발광부에서 발사된 레이저 빔이 포인팅펜에 부착된 반사경에서 반사되어 수광부로 돌아오는 시간차를 계산하여 거리를 측정하는 거리측정 장치로서, 발광 부는 레이저 다이오드 또는 적외선 다이오드로 하며, 초음파 거리측정 장치를 포함하는 일체화된 거리측정 장치.
상기 2항에 있어서, 센서 주 장치에 내장되며 거리측정 센서의 발광부와 수광부를 탑재하고, 모터의 회전각을 세밀하게 나누어 주므로 서 정밀한 측정이 가능하도록 세밀기어를 내장한 텐-테이블과, 입력펄스 수에 비례하여 스텝 바이 스텝으로 회전각이 변위되며 드라이버와 컨트롤러의 위치결정 제어 원리를 응용하여 측정시의 모터의 정지 각도를 검출하여 센서의 방향각을 계산하도록 구성된 텐-테이블을 구동시키는 스테핑 모터 장치.
상기 2항에 있어서, 레이저 거리측정장치로 측정한 거리와, 스테핑 모터 구동장치에서 검출한 측정시의 정지 각도를, 삼각법을 응용하여 좌표를 계산하는 방법
상기 2항에 있어서, 가속도센서의 진동 측정이나 경사 감지기능을 이용하여 포인팅 펜의 움직이는 방향을 감지하여 스테핑 모터의 회전방향을 유도하고, 설정 시 펜에 설치된 반사경의 기울어짐으로 인한 측정 오차를 최소화 하기위한 펜의 경사도 판단 장치.
상기 2항에 있어서, 센서 주 장치와 포인팅 펜 간에 정보를 교환하는 통신수단으로서 전파나, 광을 사용하는 무선통신 장치.
상기 2항에 있어서, 측정할 도면 중앙 상부에 센서 주장치를 설치하고 유효 측정도면의 상단 부 양끝 지점을 포인팅 펜과 회전각 설정버튼을 사용해서 기준좌표로 X0축을 설정하고, 센서에서 X0축과 수직으로 Y0축을 설정하는 센서 주장치의 설치와 기준좌표의 설정방법.
상기 9항에 있어서, 기준좌표(X0축) 계산방법을 센서 주 장치와 유효 측정도면의 상단 부 양끝 지점과 Y0축을 기준으로 한 직각삼각형 A, B, C에서 변b의 길이는 레이저 거리측정으로 계산하고, 각 A는 거리측정 시점의 센서의 회전 각도를 계산하여, 삼각공식으로 기준좌표를 계산하는 방법.
상기 10항에 있어서, 도면상의 임의의 좌표C 지점의 거리측정과 각도계산으로 측정하면 직각삼각형 A, B, C가 구성되며 삼각공식으로 변a와 변c를 계산하면, Y0축을 기준으로 한 변a는 정해지고, X0축을 기준으로 한 변c1의 길이는 X와 X0사이의 변c2의 길이를 빼기하여 좌표C 지점의 X, Y좌표를 결정하는 방법.
상기 11항에 있어서, 측정하고저 하는 수평으로 이동한 선a의 양끝지점 (X1, Y1),(X2, Y2)의 좌표를 상기11항과 같은 방법으로 직각삼각형 A, B, C를 구성하여 각 각 계산하고, 비교하면 Y1과 Y2는 수평이므로 동일 값이고, X1과 X2는 이동되어 동일 값이 아니므로 X1에서 X2의 좌표 값을 빼기하여 수평으로 이동한 선의 길이를 측정하여 계산하는 방법.
상기 11항에 있어서, 측정하고저 하는 경사지게 이동한 선a의 양끝지점(X1, Y1),(X2, Y2의) 좌표를 상기 9항과 같은 방법으로 상기 11항과 같은 방법으로 직각삼각형 (A, B1, C1)과 (A, B2, C2)를 구성하여 각 각 계산하고, 비교하면 X1, X2,Y1, Y2의 값이 모두 다르므로 X1에서 X2의 좌표 값을 빼기하고, Y1에서 Y2의 좌표 값을 빼기하여, 경사지게 이동한 선의 길이를 측정하여 계산하는 방법.
상기 11항에 있어서, 측정하고 저 하는 도면에 그려진 원 또는 호의 길이를 측정하기 위해서는 호의 처음과 끝 지점 B, C 와 그 사이의 한점(A)을 B, A, C 순서로 포인팅(선택)하면 삼각형 B, A, C 가 만들어지고 3변 b, a, c 의 길이가 측정되었으므로 각A 는 삼각공식으로 계산하며, Sin 법칙에 의거 원의 지름(A´, O, B)은이 되며, 점 B, A, C를 통과 하는 가상의 원과 호를 그리(Drawing)고 호의 중심각을 계산하기 위하여 2등변 삼각형(B, O, C)을 2개의 직각삼각형으로 나누면 변 a, b 가 결정되므로 중심각을 삼각공식으로 계산한후 분리한 삼각형을 합쳐야 하므로 2배하여 구하고, O을 중심점으로 하는 2개의 반지름 r 과 그 사이의 호의 중심각을 갖으면서 3지점(A, B, C)을 연결한 부채꼴 모양에서 호의 길이를 호도법(radian)으로 계산하는 호의 길이 계산 방법.
상기 12, 13, 14항에 있어서, 도면에 기재된 축척을 입력하면 측정된 선의 길이가 축척의 배율이 적용된 실제의 선의 길이로 환산되며, 동일 종류의 선을 누진하여 계산하는 방법.