KR20080113338A - 광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 반사시키는 광파 프리즘에 관한 것으로, 특히 상기 광파 프리즘의 렌즈를 보호하기 위하여, 상기 광파 프리즘에 자동으로 열리고 닫히는 개폐문을 구비하고, 상기 개폐문을 자동으로 열리고 닫힐 수 있도록 하는 제어수단이 구비된 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 그 구성은 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 수집하는 레이저 수광부와, 상기 레이저 수광부에 수집된 신호를 분석하는 신호분석기와, 상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 명령에 의하여 구동되는 구동부와, 상기 구동부에 의하여 개폐되는 개폐문과, 상기 레이저 수광부와, 신호분석기와, 제어부 및 구동부에 전원을 공급하는 전원공급부 및 상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를, 다시 광파 측정기기로 반사하는 광파 프리즘을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

상기와 같이 구성된 광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법에 의하면, 상기 광파 프리즘을 사용하지 않은 경우에는, 상기 광파 프리즘을 외부의 먼지나 이물질로부터 보호할 수 있어 그 내구성을 확보할 수 있고, 뿐만 아니라 그로 인한 계측 오차를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 또한 상기 광파 프리즘 자동개폐장치의 개폐문을 자동으로 열고 닫을 수 있어서, 상기 광파 프리즘이 원거리에 설치되어 있어도 그 조작이 용이한 효과가 있다.

광파 측정기기, 광파 프리즘

Description

광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법{Automatic opening and closing device of prim and control method}

본 발명은 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 반사시키는 광파 프리즘에 관한 것으로서, 특히 상기 광파 프리즘의 보호를 위하여, 상기 광파 프리즘에 자동으로 열리고 닫히는 개폐문을 구비하고, 상기 개폐문을 자동으로 열리고 닫힐 수 있도록 하는 제어수단이 구비된 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 지하철이나 도로를 건설하기 위해서는 터널 굴착이 필연적으로 수반되며, 이러한 터널굴착은 그 지역의 지형조건, 터널의 규모 및 시공방법 등에 따라 그에 적합한 방법으로 설계 및 측량작업을 한 후 굴착하게 된다.

대부분의 경우 터널의 굴착에 있어서 주로 이용되는 방법은 발파를 통한 굴착방법이 가장 많이 이용되고 있다. 발파를 이용한 터널 굴착은 먼저, 다수개의 구멍을 소정의 깊이로 뚫고서 여기에 폭약을 장착한 후, 이 폭약을 발파시켜 일정한 깊이만큼 굴착하는 방식이다.

이러한 발파를 이용한 터널굴착시 가장 문제가 되는 것 중의 하나는 굴착면 주변에 형성되는 과대여굴(過大餘掘)(이하 "여굴"이라 칭함)로써 ,여굴(餘掘)이란 계획된 굴착단면을 초과하여 그 주변에 여분으로 굴착된 부분을 말한다.

터널 굴착시 발생된 여굴은 터널공사를 시행하면서 이를 메우기 위하여 부가적인 재료가 소요되어 터널공사의 공사비용을 증가시키게 되며, 부분적인 낙반 등으로 인하여 안전사고가 발생할 가능성이 높아진다.

따라서 굴진 때마다 터널 내부의 내공단면을 확인하여 터널이 설계대로 정확하게 굴진 되었는지 여부를 검측하는 터널 내부측량을 실시하게 된다.

이러한 터널의 내부측량은 굴진 할 때마다 발생하는 편차의 누적을 방지하기 위하여 매 막장마다 또는 설정된 일정한 거리마다 내부측량을 행하여 시공상의 오차 및 여굴의 발생을 최소화할 수 있도록 하고 있다.

이러한 터널 굴착공사에서 여굴을 측량하기 위해서는, 작업자가 터널 단면의 원주방향을 따라서 광파 프리즘을 설치한 후, 상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저를 광파 프리즘이 반사하면, 상기 광파 프리즘에서 반사되는 신호를 광파 측정기기에서 수집하여 분석함으로써 터널의 변형을 측정하였다.

또한, 지하철, 철도, 도로 등의 말굽형상 또는 원형 터널과 같은 구조물이 외력 또는 기타 요인에 의하여 변형(내공변형 및 기울음)을 보일 경우에 대비

하여 터널의 라이닝 변형을 계측하기 위하여 광파 측정기기와, 상기 광파 측정기기 에서 발사된 레이저를 반사하는 광파 프리즘 이용한 2차원 터널 변형 자동계측장치가 사용된다.

터널 내공변위계측이란 터널의 라이닝 단면이 초기 계측된 단면에서 얼마나 변화되었는지를 계측하는 것으로 터널의 위험 여부를 판단하는 중요한 자료가 된다.

내공변위계측은 라이닝 단면을 따라 원호에 다수의 계측센서를 일렬로 나열하여 개개의 센서들을 측정함으로써 이루어진다. 이때 초기 계측값이란 계측 센서 설치 종료 후 계측 센서들이 안정되었을 때 이루어지는 최초 계측 값을 말한다. 또한, 최초 계측 시 동시에 광파기 등 측량기기를 사용하여 해당 단면을 측량하여 초기 단면의 모습을 구한다. 즉 최초 계측 값과 초기 단면의 모습을 맵핑(mapping)한다.이 과정에 의하여 향후 계측 값의 변위는 터널 내공 단면의 변위로 환산이 가능해진다.

본 발명은 위와 같이, 터널의 굴착공사에서 발생될 수 있는 여굴을 측정하거나, 또는 터널의 라이닝 변형을 계측하기 위하여 사용되는 광파 측정기기와, 상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저를 반사하는 광파 프리즘에 있어서, 상기 광파 프리즘의 렌즈를 보호하기 위한 것이다.

일반적으로 종래의 광파 프리즘은, 작업자가 터널 단면의 원주방향을 따라서 광파 프리즘을 설치한 후, 상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저를 광파 프리즘이 반사하면, 상기 광파 프리즘에서 반사되는 신호를 광파 측정기기에서 수집하여 분석함으로써, 터널의 내공변위와 천단변위 값이 계산되어 터널의 변형 여부를 측정하였다.

상기와 같은 일련의 과정을 거친 후, 상기 광파 프리즘은 다음 계측을 위하여 일정한 기간을 방치하게 된다. 이때 상기 광파 프리즘의 렌즈가 외부로 노출되어 있어, 외부의 먼지나 이물질로 인하여 렌즈의 기능을 수행하지 못하여, 작업자가 터널 단면의 원주방향을 따라 설치된 광파 프리즘의 렌즈를 일일이 청소하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상기 광파 프리즘의 렌즈 부위에 뚜껑을 덮었다. 그러나 계측을 위해서는 작업자가 터널 단면의 원주방향을 따라 설치된 광파 프리즘의 뚜껑을 일일이 열어야 하고 또한 계측 후 뚜껑을 일일이 닫아야 하는 번거로움이 있었다. 이로 인하여 작업 비용이 많이 소요되고 뿐만 아니라 안전사고의 위험도 있었다. 특히 뚜껑을 열고 닫으므로 인하여, 초기 광파 프리즘의 위치가 변형될 수 있는 소지가 있어, 측정의 오차가 발생할 수 있는 중대한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터널의 내공변위 측량시에는 광파 프리즘의 개폐문을 열어서 사용하고, 발파나 굴착작업을 하는 경우 또는 2차 측정을 위하여 일정기간 방치할 경우에는 광파 프리즘의 개폐문을 닫아서 사용함으로써, 광파 프리즘의 렌즈를 보호함은 물론 그로 인한 계측 오차를 방지할 수 있도록, 상기 광파 프리즘의 렌즈를 보호하기 위한 뚜껑을 자동으로 개폐할 수 있는 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 광파 프리즘의 렌즈를 보호하는 뚜껑을 자동으로 개폐함에 있어, 상기 광파 측정기기에서 발사되는 레이저 광원 신호를 이용하여 광파 프리즘 자동개폐장치를 제어하는 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 터널의 내측 원주방향으로 다수개 설치되어 있는 광파 프리즘에 있어서, 레이저 광원 신호를 받는 광파 프리즘의 뚜껑은 열리고, 나머지 광파 프리즘 뚜껑은 닫혀있도록 함으로써, 상기 광파 측정기기의 시야 안에 다른 광파 프리즘이 들어오더라도 측정하고자 하는 광파 프리즘만 정확하게 측정하도록 하는 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치는, 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 수집하는 레이저 수광부와, 상기 레이저 수광부에 수집된 신호를 분석하는 신호분석기와, 상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 명령에 의하여 구동되는 구동부와, 상기 구동부에 의하여 개폐되는 개폐문과, 상기 레이저 수광부와 신호분석기와 제어부와 구동부에 전원을 공급하는 전원공급부, 및 상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 다시 광파 측정기기로 반사하는 광파 프리즘을 포함하여 구성된다.

본 발명의 자동개폐장치의 제어방법은, 광파 측정기기에서 레이저 수광부로 레이저 광원 신호를 발사하는 단계와, 상기 레이저 수광부에서 레이저 광원 신호를 수집하는 단계와, 상기 레이저 수광부에서 수집된 레이저 광원 신호를 신호분석기에서 분석하는 단계와, 상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어부에서 제어하는 단계와, 상기 제어부에서 제어된 명령을 구동부로 전달하는 단계와, 상기 구동부에 전달된 명령에 의하여 개폐문이 열리는 단계와, 상기 구동부가 제어부에서 제어된 명령에 의하여 개폐문이 닫히는 단계로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치에 의하면, 상기 광파 프리즘을 사용하지 않은 경우에는, 상기 광파 프리즘을 외부의 먼지나 이물질로부터 보 호할 수 있어 그 내구성을 확보할 수 있고, 뿐만 아니라 그로 인한 계측 오차를 방지할 수 있어, 계측된 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있으며, 또한 상기 광파 프리즘 자동개폐장치의 개폐문을 자동으로 열고 닫을 수 있어서, 상기 광파 프리즘이 원거리에 설치되어 있어도 그 조작이 용이한 효과가 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치는, 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 수집하는 레이저 수광부와, 상기 레이저 수광부에 수집된 신호를 분석하는 신호분석기와, 상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어하는 제어부와, 상기 제어부의 명령에 의하여 구동되는 구동부와, 상기 구동부에 의하여 개폐되는 개폐문과, 상기 레이저 수광부와 신호분석기와 제어부와 구동부에 전원을 공급하는 전원공급부, 및 상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 다시 광파 측정기기로 반사하는 광파 프리즘을 포함하여 구성된다.

본 발명의 자동개폐장치의 제어방법은, 광파 측정기기에서 레이저 수광부로 레이저 광원 신호를 발사하는 단계와, 상기 레이저 수광부에서 레이저 광원 신호를 수집하는 단계와, 상기 레이저 수광부에서 수집된 레이저 광원 신호를 신호분석기에서 분석하는 단계와, 상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어부에서 제어하는 단계와, 상기 제어부에서 제어된 명령을 구동부로 전달하는 단계와, 상기 구동부에 전달된 명령에 의하여 개폐문이 열리는 단계와, 상기 구동부가 제어부에서 제어된 명령에 의하여 개폐문이 닫히는 단계로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 광파 프리즘 자동개폐장치 및 그 제어방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 개폐문을 열었을 때의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 개략적 내부 구조도이고, 도 4는 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 제어방법의 흐름도를 각각 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치(100)는, 레이저 수광부(20)와, 신호분석기(30)와, 제어부(40)와, 구동부(50)와, 전원공급부(60) 및 광파 프리즘(70)을 포함하여 구성된다.

상기 레이저 수광부(20)와, 신호분석기(30)와, 제어부(40)와, 구동부(50)와, 전원공급부(60) 및 광파 프리즘(70)은 일정한 크기의 직육면체(10) 안에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 레이저 수광부(20)는, 광학 렌즈(21)와 수광센서(22)로 이루어져 있으며, 상기 광학 렌즈(11)는, 상기 일정한 크기의 직육면체(10)의 상단부에 구비되며, 광파 측정기기(L)에서 발사된 레이저 광원 신호가 광학 렌즈(21)에 도달하면 굴절되어 내부의 수광센서(22)로 전달하는 역할을 한다.

상기 수광센서(22)는, 광학 렌즈(21)의 다음 단계에 구비되는 것으로서, 상기 광학 렌즈(21)에서 굴절되어 들어오는 레이저 광원 신호를 수집하여 신호분석기(30)로 전달하는 역할을 한다.

상기 신호분석기(30)는, 수광센서(22)의 다음 단계에 구비되는 것으로서, 상기 수광센서(22)에 수집된 광원이 레이저 광원인지 가시 광원인지를 측정하여 제어부(40)로 전달하는 역할을 한다.

상기 제어부(40)는, 신호분석기(30)의 다음 단계에 구비되는 것으로서, 신호분석기(30)에서 전달된 신호에 따라 구동부(50)의 구동 모터(51)를 제어하여 개폐문(54)을 열거나 또는 닫는 기능을 담당한다.

상기 개폐문(54)은 제어부(40)의 열림 명령에 의하여 개폐문(54)이 열린 후 일정시간 후 자동으로 닫히는 방식과, 상기 제어부(40)의 열림 명령에 의하여 개폐문(54)이 열리고, 닫힘 명령에 의하여 개폐문(54)이 닫히는 방식으로 나누어질 수 있다.

상기 구동부(50)는, 제어부(40)의 다음 단계에 구비되는 것으로서, 구동모터(51)와, 구동기어(52)와 구동축(53) 및 개폐문(54)을 포함하여 구성되며, 상기 제어부(40)의 명령에 따라 구동 모터(51)를 제어하여 개폐문(54)을 열림 또는 닫히게 하는 장치로서 적절한 구동 기어(52)를 이용하여 개폐문(54)의 개폐를 조절 한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 상기 제어부(40)의 명령에 의하여 구동 모터(51)가 구동되면, 상기 구동 기어(52)를 회전하여, 상기 직육면체(10)의 좌측면과 우측면에 각각 형성된 구동축(53)을 작동시키고, 상기 구동축(53)에 연결되어 있는 개폐문(54)을 열거나 또는 닫는 기능을 담당한다.

여기서, 상기 개폐문(54)은 직육면체(10)의 전면 하단부에 구비되어, 하단에서 언급되는 광파 프리즘(70)의 렌즈(71)를 보호하게 된다.

상기 전원공급부(60)는, 상기 직육면체(10)의 내측 일부분에 구비되어, 상기 레이저 수광부(20)와 신호분석기(30)와 제어부(40) 및 구동부(50)에 전원을 공급하는 역할을 한다.

상기 광파 프리즘(70)은, 렌즈(71)와, 고정부(72)로 이루어져 있으며, 상기 일정한 크기의 직육면체(10)의 하단부에 구비된다.

상기 렌즈(71)는, 상기 광파 측정기기(L)에서 발사된 레이저를 반사하는 역할을 하며, 상기 광파 프리즘(70)의 렌즈(71)에서 반사되는 신호를 광파 측정기기(L)에서 수집하여 분석함으로써, 터널의 내공변위와 천단변위 값이 계산되어 터널의 변형 여부를 측정하게 된다.

상기 고정부(72)는, 상기 일정한 크기의 직육면체(10)의 하단부에 수직으로 구비되며, 상기 광파 프리즘(70)을 고정하는 역할을 한다.

여기서, 상기 광파 프리즘(70)은 원격지의 광파 측정기기(L)에서 광파 프리즘(70)이 설치된 위치까지의 거리 및 3차원좌표를 확인하기 위한 센서에 해당되며 일반적인 토목 측량에 적용되는 유리제 프리즘을 사용한다.

본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치(100)의 제어방법은, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광파 측정기기(L)에서 레이저 수광부(20)로 레이저 광원 신호를 발사하는 단계와, 상기 레이저 수광부(20)에서 레이저 광원 신호를 수집하는 단계와, 상기 레이저 수광부(20)에서 수집된 레이저 광원 신호를 신호분석기(30)에서 분석하는 단계와, 상기 신호분석기(30)에서 분석된 신호를 제어부(40)에서 제어하는 단계와, 상기 제어부(40)에서 제어된 명령을 구동부(50)로 전달하는 단계와, 상기 구동부(50)에 전달된 명령에 의하여 개폐문(54)이 열리는 단계와, 상기 구동부(50)가 제어부(40)에서 제어된 명령에 의하여 개폐문(54)이 닫히는 단계로 이루어진다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치(100)의 각각의 구성요소 간의 상호작용을 구체적으로 설명한다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광파 측정기기(L)에서 레이저 수광부(20)로 레이저 광원 신호를 발사하여, 상기 레이저 수광부(20)의 광학 렌즈(21)에 도달하면, 상기 레이저 광원 신호는 굴절되어 내부의 수광센서(22)로 전달되고, 상기 신호분석기(30)에서 수광센서(22)의 신호를 분석하여 레이저 광선 과 가시광선을 구분하여 제어부(40)로 전달하게 된다.

이때, 상기 수광센서(22)에서 레이저 광원을 감지하지 못하면, 레이저 감지 대기 상태의 모드로 돌아가서 처음부터 작동을 실행하게 되고, 상기의 수광센서(22)에서 레이저 광선 신호를 감지하게 되면, 상기 제어부(40)에서 구동부(50)의 개폐문(54)을 열라는 명령이 구동부(50)로 전달되게 되고, 이때 구동모터(51)가 작동하여, 상기 구동모터(51)와 연동되어 작동되는 구동기어(52)와 구동축(53)에 의하여 개폐문(54)이 열리게 되고, 상기 개폐문(54)은 제어부(40)의 지정 시간 동안 열린 후 시간이 종료되면, 상기 구동모터(51)가 작동하여, 상기 구동모터(51)와 연동되어 작동되는 구동기어(52)와 구동축(53)에 의하여 개폐문(54)이 닫히게 됨으로써 모든 작동은 완료된다.

여기서, 상기 광파 프리즘 자동개폐장치(100)는, 터널 단면의 원주방향을 따라서 설치된 후, 상기 광파 측정기기(L)에서 발사된 레이저를 광파 프리즘(70)이 반사하면, 상기 광파 프리즘(70)에서 반사되는 신호를 광파 측정기기(L)에서 수집하여 분석함으로써, 터널의 내공변위와 천단변위 값이 계산되어 터널의 변형 여부를 측정하였다.

이때, 상기 측정하고자 하는 광파 프리즘 자동개폐장치(100)에 레이저 광원 신호를 발사하면, 상기 측정하고자 하는 광파 프리즘 자동개폐장치(100)의 개폐문(54)은 열리고, 나머지 광파 프리즘 자동개폐장치(100)의 개폐문(54)은 닫혀있게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었어나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 사시도.

도 2는 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 개폐문을 열었을 때의 사시도.

도 3은 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 개략적 내부 구조도.

도 4는 본 발명의 광파 프리즘 자동개폐장치의 제어방법의 흐름도.

Claims (2)

1. 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를 수집하는 레이저 수광부와;

   상기 레이저 수광부에 수집된 신호를 분석하는 신호분석기와;

   상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어하는 제어부와;

   상기 제어부의 명령에 의하여 구동되는 구동부와;

   상기 구동부에 의하여 개폐되는 개폐문과;

   상기 레이저 수광부와, 신호분석기와, 제어부 및 구동부에 전원을 공급하는 전원공급부; 및

   상기 광파 측정기기에서 발사된 레이저 광원 신호를, 다시 광파 측정기기로 반사하는 광파 프리즘; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치.
2. 광파 측정기기에서 레이저 수광부로 레이저 광원 신호를 발사하는 단계와;

   상기 레이저 수광부에서 레이저 광원 신호를 수집하는 단계와;

   상기 레이저 수광부에서 수집된 레이저 광원 신호를 신호분석기에서 분석하는 단계와;

   상기 신호분석기에서 분석된 신호를 제어부에서 제어하는 단계와;

   상기 제어부에서 제어된 명령을 구동부로 전달하는 단계와;

   상기 구동부에 전달된 명령에 의하여 개폐문이 열리는 단계와;

   상기 구동부가 제어부에서 제어된 명령에 의하여 개폐문이 닫히는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 광파 프리즘 자동개폐장치의 제어방법.

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