KR20090112351A

KR20090112351A - 레이저를 이용한 변위 측정 장치

Info

Publication number: KR20090112351A
Application number: KR1020080038186A
Authority: KR
Inventors: 이근호
Original assignee: 이근호
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-10-28

Abstract

레이저를 이용한 변위 측정 장치가 개시된다. 레이저를 조사하여 구조물의 변위를 측정하기 위한 레이저를 이용한 변위 측정 장치는, 수광점 표시부 및 수광점 촬상부를 포함한다. 수광점 표시부는 조사된 레이저가 수신되는 지점을 나타내고, 수광점 촬상부는 수광점 표시부를 촬영하여 레이저가 수신되는 지점의 영상을 수집한다. 이러한 구성으로, 수신된 레이저 광을 모아주기 위한 렌즈를 제거하여 변위 측정 장치의 비용을 절감시킬 수 있고, 이상 데이터의 검출이나 노이즈의 검출을 직접 확인할 수 있게 된다.

레이저, 변위, 구조물

Description

레이저를 이용한 변위 측정 장치{Device for measuring displacement using a laser}

본 발명은 변위 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 조사하여 구조물의 변위를 측정하기 위한 레이저를 이용한 변위 측정 장치에 관한 것이다.

교량, 댐, 터널 등과 같은 구조물은 한 나라의 산업 및 국민의 안전과 직결되는 중요한 기반시설물들이다. 이런 주요 기반시설물들은 지난 30년간 고도 성장기를 거치면서 급속하게 건설되어 왔는데, 이제는 장기간 사용으로 인해 급격한 노후화가 진행되고 있는 실정이다.

국민의 안전을 보호하기 위해 이러한 기반시설물들의 효율적인 유지 관리가 요구되는데, 특히, 손상 및 붕괴의 초기 증상이라 할 수 있는 구조물의 변위를 항시 측정하고 비교하여 구조물의 붕괴로 인한 피해를 예방해야 한다.

구조물의 변위를 알 수 있는 대표적인 방법으로는, LVDT를 이용한 변위 계측법, 경사계를 이용한 변위 계측법, 스트레인 게이지 및 로드셀을 이용한 변위 계측법 등과 같은 접촉식 변위 측정 방법들이 있다.

그러나 이와 같은 방법에 있어서는 해당 센서들을 구조물에 부착할 때 삽입공을 형성하여 센서를 매설해야 하기 때문에 설치 작업이 매우 어려우며, 지하철과 같은 철도 터널이나 일반 터널의 경우, 지하철이나 트럭이 통과시 발생하는 풍압에 의해서 데이터 오차가 크게 발생하는 등 측정에 있어 오차가 발생하기 때문에 정확한 변형량을 측정하기가 곤란한 문제가 있다.

그리하여, 최근에는 비접촉식 변위 측정 방법인 레이저를 이용한 방법이 사용되고 있는데, 이는 측정 대상에 레이저 발사원을 설치하고, 이 발사 원으로부터 발생된 레이저를 별도의 고정점에 설치한 수신기가 수신하여 처리함으로써 변위를 측정하는 방법이다.

이러한 레이저 변위 측정 방법을 이용하는 것은 설치 작업이 간편하며, 정밀도가 높아 데이터의 신뢰성이 높다.

하지만, 레이저 변위 측정 방법에도 몇 가지 문제점이 있는데, 먼저, 레이저 수신기에 있는 검출 센서(CCD 센서, COMS 센서 등)로 레이저 광을 모아주기 위한 렌즈가 필요한데, 이러한 렌즈는 레이저 발생기와 수신기 사이의 거리가 멀어질수록 직경이 커져야 하며, 직경이 커질수록 가격이 현저히 상승한다는 것이다.

또 다른 문제점으로는, 이상 데이터가 발생할 경우, 이상 데이터가 검출 센서의 고장에 의해 발생하였는지, 외부의 노이즈에 의해 발생하였는지, 또는 구조물의 변위로 인해 발생하였는지 여부를 구분하기 힘들다는 것이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레이저 수신기에서 렌즈를 제거하여 설치비를 절감시키고, 이상 데이터의 검출이나 노이즈의 검출을 직접 확인하기 위한 레이저를 이용한 변위 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 레이저를 이용한 변위 측정 장치는, 수광점 표시부 및 수광점 촬상부를 포함한다. 수광점 표시부는 조사된 레이저가 수신되는 지점을 나타내고, 수광점 촬상부는 수광점 표시부를 촬영하여 레이저가 수신되는 지점의 영상을 수집한다.

이러한 구성으로, 레이저 수신기에서 렌즈를 제거하여 설치비를 절감시킬 수 있고, 이상 데이터의 검출이나 노이즈의 검출을 직접 확인할 수 있다.

또한, 레이저를 이용한 변위 측정 장치는 레이저를 조사하는 광원 발생부와, 수집된 영상에서 레이저가 수신되는 지점을 데이터 화하는 데이터 처리부를 더 포함할 수 있다. 데이터 처리부로 인해 레이저가 수신되는 지점의 정확한 데이터를 확인할 수 있으므로, 수집한 영상에서 레이저의 수신 지점을 육안으로 확인했던 것보다 정확하게 수신 지점의 위치를 알 수 있다.

상술한 데이터 처리부는 데이터를 통해 구조물의 변화를 산출할 수도 있다. 이로 인해, 수집한 영상에서 데이터를 판독하는 것뿐만 아니라, 데이터를 통해 구 조물의 변화를 산출하여 구조물의 변형을 측정할 수 있다.

또한, 레이저를 이용한 변위 측정 장치는 기울기 센서를 더 포함할 수 있는데, 기울기 센서는 변위 측정 장치의 기울어진 정도를 감지할 수 있다. 이로 인해, 레이저 수신 지점의 위치 변화가 측정 대상 구조물의 변위에 의한 것인지, 광원 수신 장치의 위치 변형에 의한 것인지를 파악할 수 있다.

본 발명에 의해 레이저 수신기에서 렌즈를 제거하여 설치비를 절감시킬 수 있고, 이상 데이터의 검출이나 노이즈의 검출을 직접 확인할 수 있으며, 기울기 센서를 포함함으로써 측정 장치가 기울어진 경우에도 변위를 측정할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 발명의 이해를 보다 명확하게 하기 위해 동일한 구성요소에 대해서는 상이한 도면에서도 동일한 부호를 사용하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 변위 측정 장치(100)의 개략적인 실시 예를 나타낸 블록도이다.

레이저를 이용한 변위 측정 장치(100)는 광원 발생부(110), 수광점 표시부(120), 수광점 촬상부(130), 기울기 센서(140) 및 데이터 처리부(150)를 포함한다.

광원 발생부(110)는 레이저를 조사하고, 수광점 표시부(120)는 조사된 레이저가 수신되는 지점을 나타낸다. 수광점 표시부(120)는 눈금이 새겨진 모눈종이와 같은 레이저 수신 지점의 좌표를 나타낼 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 수광점 촬상부(130)는 수광점 표시부(120)를 촬영하여 레이저가 수신되는 지점의 영상을 수집하는데, 카메라와 같이 영상을 촬영할 수 있는 도구가 해당될 수 있다.

이러한 구성으로, 수신된 레이저 광을 모아주기 위한 렌즈를 제거하여 변위 측정 장치의 비용을 절감시킬 수 있고, 수집된 영상에서 이상 데이터의 검출이나 노이즈의 검출을 직접 육안으로 확인할 수 있다.

또한, 기울기 센서(140)는 변위 측정 장치(100)의 기울어진 정도를 감지할 수 있다. 이로 인해, 레이저 수신 지점의 위치 변화가 측정 대상 구조물의 변위에 의한 것인지, 광원 수신 장치의 위치 변형에 의한 것인지를 파악할 수 있다.

또한, 데이터 처리부(150)는 수집된 영상에서 레이저가 수신되는 지점을 데이터 화할 수 있다. 데이터 처리부(150)로 인해 레이저가 수신되는 지점의 정확한 데이터(예를 들어, 레이저 수신 지점의 좌표 등)를 확인할 수 있으므로, 수집한 영상에서 레이저의 수신 지점을 육안으로 확인했던 것보다 정확하게 수신 지점의 위치를 알 수 있다.

상술한 데이터 처리부(150)는 데이터를 통해 구조물의 변화를 산출할 수도 있다. 이로 인해, 수집한 영상에서 데이터를 판독하는 것뿐만 아니라, 데이터를 통해 구조물의 변화를 산출하여 구조물의 변형을 측정할 수 있다.

즉, 일정 기간 또는 시간별로 수집한 영상이 3개라고 가정할 경우에 영상에 나타난 레이저 수신 지점의 위치가 (0, 0), (0, 1), (0, 2)과 같이 변화가 발생하 였다면, 미리 설정된 알고리즘에 따라 상술한 일정 기간 동안 y축에서 (+)방향으로 '2'만큼 변화가 일어난 것으로 산출할 수 있고, 이를 통해 변위 측정 장치(100)가 설치된 구조물이 위쪽으로 '2'에 해당하는 거리 만큼 변형이 일어났다는 것을 측정할 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 변위 측정 장치가 위치한 구조물의 면의 변화에 따라 변위를 측정하는 실시 예를 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4에서 수광점 표시부(120), 수광점 촬상부(130), 기울기 센서(140) 및 데이터 처리부(150)는 후술할 설명의 편의를 위해 하나로 묶어서 광원 수신 장치라 칭하기로 한다.

또한, 본 실시 예에서는 광원 발생부(110)가 위치한 면은 측정하고자 하는 구조물의 면이며, 광원 수신 장치가 위치한 면은 구조물에서 일정거리를 유지하며 이격된 면으로 설정하였지만, 광원 수신 장치가 구조물에 위치하고 광원 발생부(110)가 구조물에서 이격된 곳의 일면에 위치하거나, 광원 발생부(110) 및 광원 수신 장치 모두 구조물에 위치하는 경우 모두 가능하다.

또한, 본 실시 예에서는 변위 측정 장치(100)가 측정하는 구조물의 변위를 각도의 변동에 따른 구조물의 변위를 예로 들어 설명하지만, 구조물의 상, 하, 좌, 우 변동에 따른 변위도 측정할 수 있다.

도 2a 및 도 2b의 경우는, 광원 발생부(110)가 위치한 구조물의 면과 광원 수신 장치가 위치한 면이 모두 변형 없이 수평을 이루고 있어, 미리 설정된 기준점에 맞게 레이저가 수신되는 모습을 나타내고 있다.

도 3a 및 도 3b의 경우는, 광원 발생부(110)가 위치한 구조물의 면이 기울어져서, 미리 설정된 기준점을 벗어나 레이저가 수신되는 모습을 나타내고 있다. 이때, 기준점 데이터와 측정된 데이터의 변화 값을 통해 구조물의 실제 변위를 알 수 있다.

또한, 도 4a 및 도 4b의 경우는, 광원 수신 장치가 위치한 구조물의 면이 기울어져서, 미리 설정된 기준점을 벗어나 레이저가 수신되는 모습을 나타내고 있다. 이때, 기울기 센서(140)에 의해 광원 수신 장치가 기울어진 정도를 정확히 측정할 수 있기 때문에, 측정된 데이터의 값에 대응하는 광원 수신 장치로 인한 변동을 보정하여 구조물의 정확한 변위를 알 수 있다. 즉, 측정된 데이터 값이 상술한 도 3에서의 데이터 값과 같지만, 광원 수신 장치의 변동을 보정함으로써 구조물의 변위가 발생하지 않음을 정확하게 알 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 변위 측정 장치의 개략적인 실시 예를 나타낸 블록도.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 변위 측정 장치가 위치한 구조물의 면의 변화에 따라 변위를 측정하는 실시 예를 도시한 도면.

Claims

조사된 레이저가 수신되는 지점을 나타내는 수광점 표시부; 및

상기 수광점 표시부를 촬영하여 상기 레이저가 수신되는 지점의 영상을 수집하는 수광점 촬상부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 변위 측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 변위 측정 장치의 기울어진 정도를 감지하는 기울기 센서; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 변위 측정 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 레이저를 조사하는 광원 발생부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 변위 측정 장치.
제 3항에 있어서,

상기 수집된 영상에서 상기 레이저가 수신되는 지점을 데이터 화하는 데이터 처리부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 변위 측정 장치.
제 4항에 있어서,

상기 데이터 처리부는,

상기 데이터를 통해 상기 구조물의 변화를 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 변위 측정 장치.