KR20060067072A - 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고배율, 저배율 망원경 및 열상카메라가 내장된 하우징 유니트를 상하좌우로 이동시키기 위한 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징 유니트를 관찰하고자 하는 좌표로 다시 위치되어지도록 함에 있어 구동기어에서 유격(백레쉬)이 발생되지 않도록 하여 하우징 유니트가 설정된 좌표로 정확히 위치되어지도록 한 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치에 관한 것이다. 본 발명은 상하좌우로 망원경의 각도를 회전시키기 위하여 가로세로방향으로 각각의 샤프트(30, 30a)를 설치하고, 그 샤프트(30,30a)상에 각각의 웜휠(31a, 31b)을 설치하고, 웜휠에 웜기어(21a)가 맞물리도록 하되, 두 웜기어(21a)의 기어열이 서로 반대방향으로 형성하여 회전시 상기 웜휠(31a)(31b)이 한방향으로 회전되도록 하고, 웜휠(31a)(31b)에 서로 대칭적으로 맞물리도록 조립된 웜기어가 타이밍 벨트(23)에 의해 웜휠에 긴밀히 밀착된 상태로 동력이 전달되기 때문에 기어의 회전방향이 전환되어질 때 백레쉬가 발생되지 않는다.

따라서, 망원경의 재위치시 초기의 좌표설정위치로 정확하게 정렬시켜 신뢰성있는 화상정보를 얻을 수 있다.

백레쉬, 고배율, 저배율, 구동장치, 무인감시

Description

고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치{DRIVING SYSTEM FOR FIXING FOCUS OF UNMANNED OBSERVATION SYSTEM}

도 1은 본 발명에 따른 백레쉬 방지용 구동장치를 채용한 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 내부를 저면에서 바라 본 요부 사시도,

도 2는 고배율 무인감시장치에 채용된 본 발명에 따른 백레쉬 방지용 구동장치의 구성요소를 발췌하여 도시한 요부 확대 사시도,

도 3은 본발명에 따른 백레쉬 방지용 구동장치를 채용한 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 헤드부를 발췌하여 이를 평면에서 바라 본 요부 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치를 정면에서 본 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치를 측면에서 본 단면도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 구동부 프레임

10:스텝모터 11:타이밍기어

12:지지판 13:장공

15:아이들링 롤러 16:스크류

20:웜기어 하우징 20a: 고정브라켓트

21a:웜기어 21b:웜기어 샤프트

22:피봇축 23, 24:타이밍 벨트

33b:돌기 33a:장공

31a, 31b:웜휠 40:제1하우징

50:제2하우징 100:구동부

본 발명은 고배율, 저배율 망원경 및 열상카메라가 내장된 하우징 유니트를 상하좌우로 구동시키기 위한 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징 유니트를 관찰하고자 하는 좌표로 다시 위치되어지도록 함에 있어 구동기어에서 백레쉬가 발생되지 않도록 하여 정확하게 위치되어지도록 한 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 각도제어용 구동장치에 관한 것이다.

본 발명에서 정의하는 고배율 망원경은 10∼30Km밖의 지형지물을 근접 관찰할 수 있는 줌(Zoom)기능을 갖춘 망원경조립체로서, 고배율망원경내에는 비디오카메라가 내장되어 망원경을 통해 입사된 화상은 비디오 카메라의 촬상소자에 의해 영상데이터로 변환되어 유무선으로 원격지로 전송되고 이를 모니터링이 가능하고 원격제어가 가능하다.

저배율 망원경은 파노라마 사진촬용 렌즈와 같이 전경을 펼친 상태로 관찰할 수 있도록 한 망원렌즈 조립체로서 역시 후방에 비디오카메라가 내장되어 입사된 화상을 유무선으로 원격지로 전송하는데 비교적 넓은 범위를 관찰 혹은 감시용으로 유용하다.

열상카메라(적외선)는 특히 야간에 인체에서 발생되는 열을 감지하는 기능을 갖춘 망원카메라로서 입사된 화상데이터를 유무선으로 원격지로 전송하여 모니터링할 수 있다.

통상적인 무인감시카메라는 무인감시용으로 건물내의 도난방지나 침입여부 및 도로의 정체구간파악 및 주행속도, 불법단속 등 대부분 근거리용이다. 이러한 무인감시카메라는 관찰대상지역을 폭넓게 관찰할 수 있는 정도면 충분하기 때문에 카메라의 상하좌우 이동시 그 좌표 위치에 따른 포커싱을 정밀하게 제어할 필요가 거의 없다.

그러나, 예시한 고배율 망원경은 위에서 설명한 바와 같이 고배율성능을 갖는 망원경을 통해 10∼30Km밖의 동일지점의 지형지물을 반복적으로 확대하여 관찰하기 위해서는 망원경의 X, Y축의 포커싱이 매우 정밀하고 세심하게 제어되어야 한다.

예를 들어, 섬과 육지간에 설치된 길고 높은 교량(교량의 지주), 험준한 산악지형의 탐색, 산불감시, 조난자 위치파악, 재난지역의 피해상황 파악, 초고층 빌딩의 재난구조 및 소방 등 사람이 접근하기 어렵거나 위험한 곳을 지속적 혹은 주기적으로 관찰하고자 할 때 주야간 무인관측장치를 적정한 장소에 설치하여 관찰 대상지역의 지형지물을 원거리에서 안전하고 효과적으로 관찰할 수 있다.

이와 같은 고배율 주야간 무인 관측장치의 주된 기능으로는 동일한 좌표에 대한 화상정보를 시차를 두고 원거리에서 상황변화를 쉽고 안전하게 관찰할 수 있도록 한 것으로서, 초기에 관찰대상지역(지형지물)을 저배율 망원경으로 관측대상물을 탐색한 뒤 고배율 망원경으로 보다 근접되게 해당지형지물을 확대하여 그 좌표에 해당하는 좌표값을 메모리에 저장(약 100개까지 지정할 수 있음)한 뒤 필요시 저장된 번지수를 선택하여 하우징 유니트를 저장된 좌표값 위치로 다시 위치되도록 함으로서 동일지역에 대해 시차를 두고 관찰함으로서 상황변화를 모니터링할 수 있도록 한 것이다.

그러나, 만일 하우징 유니트를 저장된 좌표값으로 위치하였을 때 저장된 좌표로 정확히 위치되지 않아 전혀 새로운 화상를 얻게되기 때문에 고배율 무인감시장치의 신뢰성을 확보할 수 없다.

이러한 문제가 발생되는 주된 이유는 주로 하우징 유니트를 상하좌우로 구동시키기 위한 구동장치는 구동부의 기계적인 요소(기어군)에서 동력전달시 유격에 의해 오차가 발생된다. 다시말해서, 하우징 유니트를 이동시키기 위해서는 기어군의 회전방향이 전환되어질 때 기어군들이 맞물린 부위에서 유격(이하, 백레쉬라함)이 발생되기 때문에 주로 발생된다.

이러한 백레쉬는 기어들사이에서 유격이 약 0.1mm라 하더라도 수키로미터 내지 수십키로미터밖에서는 망원경의 포커싱오차 범위는 매우 크게 발생되어 전혀 다른 지점의 이미지를 포커싱하게 됨으로 하우징 유니트의 회전각도 제어시 기어에서 발생되는 백레쉬를 최대한 발생되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.

종래의 고배율 무인 감시장치의 각도제어용 구동장치로서는 대한민국 특허출원 제2004-44626호에 상세히 개시되어 있다.

기존의 구동장치는 샤프트상에 웜휠을 부착하고 그 웜휠에 워엄기어가 서로 긴밀히 맞물리도록 가압수단을 통해 가압되어진 상태로 회전되도록 하여 동력전달시 기어간에 백레쉬가 발생되지 않도록 한 구성이나 고저배율 및 열상장비가 조빌되는 하우징 유니트의 중량에 의해 회동시 원심력이 웜기어쪽으로 역으로 전달되어 웜기어를 지지하는 웜기어 하우징이 웜휠로부터 밀려나 웜기어의 기아열이 웜휠로부터 빠지는 현상이 발생되어 효과적으로 백레쉬를 방지하기 어려운 점이 있어 기 개선이 요구되어 왔다.

본 발명은 전술한 바와 같이 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 고배율 망원경에 있어 좌표를 탐색하고 설정된 좌표로 재정렬시 초기 좌표위치와 동일한 위치로 정확히 일치할 수 있도록 서로 맞물린 기어군에서 백레쉬의 발생을 최대한 방지하여 망원경이 내장된 하우징 유니트를 설정된 좌표로 정확하게 재정렬시킬 수 있는 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 목적에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치를 구현하기 위한 구현수단으로서는 기계적으로 동력이 연결되는 웜기어와, 샤프트상에 고정된 엄휠이 맞물려 회전되도록 구성하되, 상기 샤프트에 고정된 웜휠에 일정거리 이격되게 또다른 웜휠을 고정시키고, 이격된 각각의 웜휠에 각각 맞물리는 웜 기어를 서로 대칭적으로 맞물리도록 위치시키고 동력전달 수단에 의해 각각의 웜기어에 동력을 전달하여 웜휠이 구동되도록 함으로서 구현되어질 수 있다.

상기한 각각의 웜기어는 웜휠을 중심으로 서로 마주보는 방향으로 대칭적으로 설치하고 서로 근접되는 쪽으로 가압되어지도록 타이밍벨트로 연결되어 있는데, 인장력을 조절하기 위한 조절수단을 더 포함할 수도 있다.

물론 상기한 웜기어는 타이밍벨트가 연결되는 타이밍기어가 부착되어 있고 스텝모터의 동력이 타이밍벨트를 통해 전달되어 동시에 두개의 웜기어가 회전하면서 하나의 샤프트를 회전시키거나 혹은 구동장치가 샤프트를 중심으로 회전되도록 할 수도 있다.

따라서, 웜휠에 서로 대칭되도록 맞물린 웜기어들이 항시 긴밀히 가압된 상태로 맞물려 회전하고 기어간의 유격을 없기 때문에 하우징 유니트를 정밀하게 제어할 수 있다. 상기한 스텝모터는 전류값에 의해 그 회전수가 제어되어 정밀제어가 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 각도제어용 구동장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1에는 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 내부를 도시한 분해사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 각도제어용 구동장치를 발췌하여 도시한 요부 분해사시도가 도시되어 있고,

참고로, 상세한 설명에 앞서 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치는 망원경 하우징 유니트에 수평 및 수직방향에 동일한 구성을 동일하게 설치될 수 있으며, 그에 따른 작용효과도 동일하게 나타남으로 이하에서는 수직방향의 샤프트에 본 발명의 구동장치를 채용한 구성예로 설명되어질 것이다. 다만 본 발명에 따른 구동장치는 그 동력을 샤프트에 전달하여 샤프트를 직접적으로 구동시키는 수동형 구동방식과, 샤프트의 웜휠둘레를 구동장치가 회전하는 능동형 구동방식으로 변경시켜 조립할 수 있는 차이가 있다. 이에 대한 응용예에 대해서는 이하에서 설명되어질 것이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 도면에서 참조번호 10은 스텝모터이고, 20은 웜기어(21a)를 회전가능하게 축받이하는 웜기어 하우징이며, 20a는 구동부 프레임(1)상에 웜기어 하우징(20)을 고정시키기 위한 웜기어 고정브라켓트로서, 고정브라켓트(20a)에 웜기어 하우징(20)이 피봇축(22)에 의해 피봇가능하게 지지되어진다. 30는 상기한 웜기어(21a)가 맞물리는 웜휠(31a, 31b)이 고정된 샤프트이다. 샤프트(30)는 구동부 프레임(1)에 베어링에 의해 회전되어지도록 축받이되어 있다.

상기한 스텝모터(10)는 그 회전축에 타이밍기어(11)가 구비되어 있고, 웜기어하우징(20)에 부착된 지지판(12)에 고정되어 있다. 상기한 샤프트(30)는 제1하우징이 결합되어 있으며, 샤프트(30)의 원주면에 각각의 웜휠(31a,31b)이 고정되어 있다.

웜기어 하우징(20)의 자유단에는 웜기어 샤프트(21b)가 연장되어 있고, 그 연장된 샤프트(21b)의 단부에 타이밍기어(23a, 23b)가 각각 결합되어 있다.

상기한 웜기어(21a)의 타이밍기어(23a,23b)에는 타이밍벨트(23)가 결합되어 있고, 상기한 타이밍기어(23b)와 모터(10)측 타이밍기어(11)간에도 역시 타이밍 벨트(24)로 연결되어 있다.

한편, 상기한 웜기어(21a)의 타이밍기어(23b)사이에 동력을 전달하는 타이밍 벨트(23)는 장력조절 수단을 더 포함할 수 있다. 이는 타이밍벨트(23)의 장력에 의해 두 웜기어 샤프트(21b)가 피봇축(22)을 중심으로 웜휠(31a, 31b)쪽으로 가압되어지도록 하여 웜기어(21a)와 웜휠(31a, 31b)간에 유격발생을 최소화되도록 하기 위함이다.

장력조절수단의 일예로서는 타이밍 벨트(23)가 통과하는 경로상에 타이밍 벨트의 외측을 내측으로 가압하는 아이들링 롤러(15)를 설치하되 그 가압깊이를 조절할 수 있도록 스크류(16)를 지지판(12)에 부착함으로서 구현할 수 있다.

각각의 웜기어(21a)를 웜휠(31a, 31b)에 서로 대칭되는 위치에 배치하여 웜휠에 맞물리도록 한 것은 웜기어(21a)와 웜휠(31a, 31b)간의 동력연결시 샤프트(30)에 부착된 하우징 유니트로부터 역으로 하중압이 웜기어(21a)로 전달되는 것을 방지하여 웜기어(21a)가 웜휠(31a, 31b)로부터 이격(후퇴)되지 않도록 하기 위한 것이고, 또한 샤프트(30)의 회전방향 전환시 적어도 2곳에서 웜휠(31a, 31b)을 웜기어(21a)가 잡아주어 기어간에 유격발생을 최소화시키는 작용을 제공하기 위함이다.

상기한 각각의 웜기어(21a)는 서로 반대방향으로 기어열이 형성되어 있어 같은 방향으로 회전하더라도 웜휠(31a,31b)에 전달되는 회전력은 한쪽방향으로만 회 전되도록 동력을 전달한다.

여기서 상기한 웜기어(21a)의 동력에 의해 직접적으로 회전되는 샤프트(30)는 수동형 구동방식이라 할 수 있고, 반대로 도 1과 도 3, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이 제1하우징(40)상에 결합된 제2하우징 (50)에 샤프트(30a)가 고정되어 있는 경우 웜기어(21a)와 그 구동부(100)및 제2하우징(50) 전체가 웜휠(31a, 31b)의 원주둘레를 따라 회전되도록 할 수 있다. 이 경우 모두 웜휠(31a, 31b)과 웜기어(21a)는 긴밀히 밀착된 상태로 회전하게 됨으로 기어간에 틈새가 없어 동력전달시 백레쉬의 발생되지 않게 된다

스텝모터(10)는 웜기어 하우징(20)에 부착된 지지판(12)상에 고정되어 있는데 스텝모터(10)의 고정시 지지판(12)에 관통되도록 형성된 장공(13)에 체결볼트를 체결된다. 장공(13)은 스텝모터(10)를 조립시 타이밍 벨트(24)를 최대한 잡아당긴 상태로 조립할 수 있어 조립 및 인장력 조절이 용이하게 도움을 준다.

상기한 지지판(12)이 웜기어 하우징(20)에 볼트로 체결되어 웜기어 하우징(20)이 피봇축(22)을 중심으로 피봇되어져 피봇축을 중심으로 원기어 하우징(20)이 회동하면 스텝모터(10)와 웜기어(21a) 및 웜기어 하우징(20) 및 타이밍 벨트(23, 24)이 모두 함께 움직이게 된다.

상기 웜휠(31a)(31b)은 그 기어열이 서로 반대방향으로 형성되어 있어 샤프트에 조립시 웜기어(21a)와의 맞물리도록 조립할 때 두 웜기어(21a) 모두 유격없이 맞물리도록 조립할 수 있도록 표면에 돌기(33b)와 장공(33a)이 각각 웜휠(31a)(31b)에 마련되어 있다.

이 장공(33a)과 돌기(33b)는 샤프트에 원주면에 웜휠(31a)(31b)의 결합시 원주방향으로 이동시켜 두개의 웜휠(31a)(31b)의 기어열과 웜기어(21a)의 기어열이 충분한 깊이로 모두 맞물리도록 기어열의 정렬한 뒤 샤프트(30)에 견고히 고정시키게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 각도제어용 구동장치의 채용예를 통해 본 발명의 구성에 따른 작용예를 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 3에는 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 헤드부를 발췌하여 이를 평면에서 바라 본 요부 사시도가 도시되어 있고, 도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치를 정면 및 측면에서 각각의 단면도가 도시되어 있다.

도면에서 인용부호 "B"는 하우징 유니트를 상하좌우로 구동시킴에 있어 본 발명에 따른 구동장치를 통해 샤프트(30)가 회전되어 하우징 유니트 전체를 좌우로 회전시키는 구동부의 설치예를 보여주는 도면이며, "A"는 하우징 유니트중 제2하우징(50)을 제1하우징(40)에서 회동되도록 하기 위해 구동장치가 웜휠(31a)을 중심으로 회전하도록 한 구동부(100)의 설치예를 보여주고 있다.

그러나, 상기한 두 구동부(100)는 모두 동일한 구성과 동일한 작용을 하지만 수동형은 구동장치의 작동시 샤프트(30)가 직접적으로 회전되어 제1하우징(40)이 회전되고, 구동장치의 작동시 샤프트(30a)가 제1하우징에 고정되어 있고 제2하우징에 구동부의 고정되어 있기 때문에 구동부(100)의 웜기어(21a)가 웜휠(31a,31b)의 기어둘레를 따라 회전하여 제2하우징(50)을 회전시키는 작용을 하게 된다.

무인관측장치의 제2하우징(50)에는 내부에 비디오 카메라가 내장된 각각의 고·저배율 망원경과 적외선 카메라 및 입사된 화상은 비디오카메라(도시되지 않았음)에 의해 전기적인 신호로 바뀌어 원격지로 전송하고 원격지에서 이를 모니터링할 수 있도록 하는 회로장치들이 제2하우징(50)상에 설치되어진다.

따라서, 구동부(100)는 스텝모터(10)에 메모리에 저장된 좌표값에 해당하는 전류값을 회로제어부로부터 전달받아 스텝모터(10)가 작동하여 웜기어(21a)와 웜휠(31a, 31b)간에 동력전달이 이루어져 제1하우징과 제2하우징이 해당좌표값의 위치로 정확히 정위치되어진다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 고배율 망원경성능을 갖는 무인감시장치에 있어 설정된 좌표로 하우징 유니트가 회전되어 질 때 설정된 좌표로 정확하게 정렬되어 시차변화에 따른 화상정보를 신뢰할 수 있다.

Claims (5)

1. 하우징의 수직방향과 수평방향으로 각각 회동가능하게 결합된 샤프트에 웜휠을 설치하고 그 웜휠에 각각의 스텝모터에 의해 구동되어져 수직 및 수평방향으로 회전되도록 구성된 고배율 고선명 무인관측장치의 구동장치에 있어서,

   제1하우징(40) 혹은 제2하우징(50)이 선택적으로 결합되고, 원주면에 서로 반대방향으로 형성된 기어열을 갖는 각각의 웜휠(31a)(31b)을 구비하는 샤프트와;

   상기 샤프트가 회전가능하게 축받이하는 구동부 프레임(1)과;

   상기 웜휠(31a)(31b)에 각각 대대칭적으로 맞물리도록 하되, 기어열이 서로 반대방향으로 배열된 각각의 웜기어(21a)를 구비하고, 단부에 타이밍기어(23a, 23b)가 부착된 각각의 웜기어 샤프트(21b)와, 상기 웜기어 샤프트(21b)를 정역방향으로 자유자재로 회전되도록 축받이하는 각각의 웜기어 하우징(20)과, 상기 원기어 하우징(20)을 상기 웜휠(31a, 31b)쪽으로 움직일 수 있도록 피봇가능하게 지지하고, 상기 구동부 프레임(1)에 견고히 고정되는 고정 브라켓트(20a)와;

   상기 웜기어 하우징(20)의 일측에 부착되어지는 지지판(12)과;

   상기 지지판(12)상에 고정되어 전원에 의해 작동되는 동력을 상기 각각의 웜기어 샤프트(21b)에 전달되도록 상기한 타이밍기어(23a)(23b)(11)들 사이에 연결되는 타이밍벨트(24)들을 포함하는 스텝모터(10)로 구성된 것을 특징으로 하는 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 스텝모터(10)측 타이밍벨트(23)의 장력을 조절하기 위하여 지지판(12)상에 장공(13)을 형성하여 스텝모터(10)의 조립시 타이밍벨트(23)의 장력이 조절되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 웜기어(21a)가 웜휠(31a, 31b)에 보다 긴밀히 가압되어지도록 타이밍 벨트(23)의 장력을 조절하기 위한 장력조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치
4. 제 3항에 있어서, 상기 장력조절수단은 지지판(12)상에 상기 타이밍 벨트(23)가 통과하는 경로상에 외측에서 내측으로 가압할 수 있도록 지지판(12)에 아이들링 롤러(를 갖는 스크류로 부설하여 스크류의 깊이에 따라 타이밍 벨트의 인장력을 조절한 것을 특징으로 하는 고배율 고선명 주야간 무인 관측장치의 구동장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 웜휠의 축선방향으로 조립시 정렬을 위하여 동일 축선상에 정렬구멍을 각각 형성한 것을 특징으로 하는 고배율 고선명 주야간 무인 관 측장치의 구동장치

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