KR20150007087A - 수조시험용 파고 계측 장치 및 방법 - Google Patents

수조시험용 파고 계측 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수조의 물표면에 부딪쳐 반사되는 광신호를 이용하여 모형선 주위의 파고를 비접촉식으로 계측할 수 있는 수조시험용 파고 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 물이 수용되는 수조; 상기 수조내에 배치되는 모형선; 상기 수조의 수면과 평행하게 설치되고, 상기 모형선박을 상기 수조내에서 이동시키는 상부 구조물; 상기 상부 구조물에 설치되어 상기 수조의 물표면에 반사되는 광신호를 보내는 신호 송신부; 상기 수조의 물표면에 반사된 광신호를 수집하는 적어도 두개의 신호 수집부; 및 상기 신호 수집부에 의해 수집된 광신호를 분석하고, 분석된 광신호의 형상 변화를 통해 파고를 계측하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치가 제공된다.

Description

수조시험용 파고 계측 장치 및 방법{APPARATUS FOR MEASURING WAVE HEIGHT OF TANK TEST}
본 발명은 수조시험용 파고 계측 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수조의 물표면에 부딪쳐 반사되는 광신호를 이용하여 모형선 주위의 파고를 비접촉식으로 계측할 수 있는 수조시험용 파고 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 수면 위에서 가장 안정한 상태로 유체의 저항을 가장 적게 받으면서 고속의 속도를 구현할 수 있도록 설계되어야 하는데, 이러한 조건을 갖춘 선박을 시행착오 없이 제작하기 위하여 근래에는 실제의 선박이 아닌 모형선박을 미리 제작한 후 예인수조 안에서 선박의 형상에 따른 물의 저항 및 프로펠러의 곡면형상에 의한 추진력 등과 같은 다양한 측정을 시험할 수 있는 모형선박 시험용 예인장치가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 모형선박 시험용 예인장치는 실해역과 같은 효과를 나타낼 수 있는 길이 및 폭, 깊이 등을 갖춘 예인수조 안에 시험하고자하는 모형선박을 띄워놓음과 동시에 좌우측 레일 위에 지지되는 서브 예인전차의 중앙에 모형선박을 조립한 후, 서브 예인전차와 메인 예인전차를 이용하여 추진되도록 하므로써 모형선박이 유체 위를 실제의 해역에서 달리는 것과 같이 고속 또는 저속으로 선회 주행되도록 하여 그에 따른 각종 시험 데이터를 수득하여 최적의 조건을 갖춘 선박을 제작할 수 있도록 한다.
이때, 예인수조 안에 채워진 수위, 즉 파고(波高)는 모형선박의 최적의 조건의 시험 데이터를 측정하는데 있어서 매우 중요한 위치를 차지하므로 파고를 매우 정밀하게 측정할 수 있는 저항식 및 레이저식, 초음파식 등의 다양한 파고계를 이용하여 측정하고 있다.
종래의 파고 계측 장치는 대한민국 공개특허 제2001-37422호(예인수조 시험용 파고 계측 장치) 등 다수가 출원되어 있는 상태이다.
상기 특허를 포함하는 파고계측 장치는 모형선박 주위에 파고의 변위를 측정하는 파고계의 설치가 필요하다.
그러나, 모형선박 주위의 파고계는 여러번 반복적으로 시험을 계측해야 하고 설치한 파고계에 의해서 파고 분포가 교란되는 단점이 있다.
또한 종래에는 모형선박 주위에 원하는 위치의 접촉식 파고계를 설치해야 하고, 다른 위치가 필요하면 파고계의 위치를 옮겨서 측정해야 하는 불편함이 있다.
본 발명의 목적은, 수조의 물표면에 부딪쳐 반사되는 광신호를 이용하여 모형선박 주위의 파고를 비접촉식으로 계측할 수 있는 수조시험용 파고 계측 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 물이 수용되는 수조; 상기 수조내에 배치되는 모형선; 상기 수조의 수면과 평행하게 설치되고, 상기 모형선박을 상기 수조내에서 이동시키는 상부 구조물; 상기 상부 구조물에 설치되어 상기 수조의 물표면에 반사되는 광신호를 보내는 신호 송신부; 상기 수조의 물표면에 반사된 광신호를 수집하는 적어도 두개의 신호 수집부; 및 상기 신호 수집부에 의해 수집된 광신호를 분석하고, 분석된 광신호의 형상 변화를 통해 파고를 계측하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치가 제공된다.
상기 신호 송신부는 막대형 형광등 및 LED등 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 신호 송신부는 상기 상부 구조물에 일정 간격을 두고 복수개 설치되는 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러는 상기 신호 송신부의 설치 위치 및 형상을 저장한 메모리를 포함하여, 상기 신호 수집부에 의해 수집된 광신호를 분석하여 해당 광신호의 위치 및 형상과 상기 신호 송신부의 설치 위치 및 형상을 비교하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단하고, 판단결과 광신호의 형상 변화가 있는 경우 상기 광신호의 영상분석을 통하여 파고량을 계산하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수조와, 상기 수조에 위치하는 모형선을 해당 수조내에서 이동시키는 상부 구조물을 포함하는 파고 계측 장치의 파고 계측 방법으로서, 상기 상부 구조물에 설치된 신호 송신부를 통해 해당 수조의 물표면을 향하여 광신호를 송신하는 단계; 상기 물표면에 부딪쳐 반사되는 광신호를 수집하는 단계; 및 상기 수집된 광신호를 분석하고 분석된 광신호의 형상 변화를 통해 파고를 계측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치의 파고 계측 방법이 제공된다.
상기 계측하는 단계는 상기 수집된 광신호를 분석하여 해당 광신호의 위치 및 형상과 상기 신호 수신부의 설치 위치 및 형상을 비교하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 광신호의 형상 변화가 있는 경우 상기 광신호의 영상분석을 통하여 파고량을 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 수조의 물표면에 부딪쳐 반사되는 광신호를 이용하여 모형선박 주위의 파고를 비접촉식으로 계측할 수 있는 효과가 있다. 비접촉식으로 파고를 계측함에 따라 종래의 모형선박 주위에 설치된 파고계에서 발생된 파고분포가 교란되는 단점을 해결할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 상부 구조물에 일정 간격을 두고 복수개 설치된 막대형 형광등을 통해 수조의 물표면으로 송신한 광신호와 반사되어 되돌아오는 광신호간의 형상 변화를 용이하게 분석할 수 있는 효과도 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 상부 구조물에 설치된 신호 송신부의 위치 및 형상과 반사된 광신호의 위치 및 형상을 비교하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단하여 모형선박 주위의 파고 존재 유무를 신속하게 결정할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수조시험용 파고 계측 장치를 설명하기 위한 환경을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 상부 구조물을 도시한 평면도,
도 3은 도 2에 도시된 상부 구조물의 신호 송신부로부터 물표면에 반사되는 광신호를 도시한 도면, 그리고
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수조시험용 파고 계측 장치의 파고 계측 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수조시험용 파고 계측 장치를 설명하기 위한 환경을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 상부 구조물을 도시한 평면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 상부 구조물의 신호 송신부로부터 물표면에 반사되는 광신호를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 수조시험용 파고 계측 장치는 크게 물이 수용되는 수조(1)와, 수조(1)의 상부에 설치되어 수조(1)내에서 운행되면서 모형선박(11)을 이동시키는 상부 구조물(2)과, 수조(1)에 수용된 물의 파고(波高)를 계측하는 컨트롤러(3) 등을 포함한다.
수조(1)에서 이루어지는 시험의 종류로는 저항 시험, 자항 시험, 프로펠러 단독 시험, 반류조사 시험, 운동성능 시험, 조종 성능 시험 등이 있다.
이와 같은 수조(1)는 모형선박(11)에 대한 다양한 시험이 진행되는 장소이다. 수조(1)의 상부에는 수조(1)의 길이방향을 따라 길게 레일(13)이 마련된다.
상부 구조물(2)은 수조(1)의 수면에 대해 평행하게 설치되며, 수조(1) 내에서 모형선박(11)을 정해진 속도와 힘으로 이동시키는 전차일 수 있다. 상부 구조물(2)는 리니어 모터, 서보모터, 다양한 부품들, 그리고 이들을 제어하기 위한 컨트롤러(3) 등이 설치된 복잡하고 민감한 구조를 가지는 장비이다. 여기서는 컨트롤러(3)를 상부 구조물(2)에 설치된 것으로 설명하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 수조(1)의 주변 또는 컨트롤러(3)와 통신 가능한 위치라면 어느 위치라도 구현 가능하다.
상술된 전차는 수조(1)의 레일(12)에 결합되어 수조(1)를 따라 운행된다. 전차에 달리는 모형선박은 실제 선박을 건조함에 있어 실제 선박의 형상, 프로펠러 및 각종 부가물 설계를 효율적으로 하기 위해 시험용으로 미리 제작되는 선박이다. 이처럼 모형 선박(11)은 실제 선박에 준하게 만들어지기 때문에 모형 선박 역시 상선, 어선, 운반선, 드릴쉽, 부유식 해상 구조물 및 특수 작업선 중 어느 하나가 될 수 있다.
도 2를 참조하면 상부 구조물(2)은 수조(1)의 물표면에 반사되는 광신호를 보내는 신호 송신부(21)를 구비한다. 신호 송신부(21)는 형광등 및 LED등 중 적어도 하나일 수 있으며, 형광등 및 LED등의 형상은 길이방향으로 긴 막대형 형상이 바람직하다. 그 이유는 신호 송신부(21)를 통하여 송신된 광신호와 물표면에서 반사되어 되돌아오는 광신호간의 형상 변화를 쉽게 구별할 수 있기 때문이다.
또한 상부 구조물(2)는 신호 송신부(21)로부터 송신된 광신호가 수조(1)의 물표면에 반사되어 되돌아오는 광신호를 수집하는 신호 수집부(22)를 구비한다. 신호 수집부(22)는 적어도 2개 이상일 수 있다. 신호 수집부(22)에 의해 수집되는 광신호는 도 3에 잘 도시되어 있다. 막대형의 빛 형상은 파고가 없을때의 영상이고, 굴곡진 형상은 파고가 있을때의 형상이다.
신호 수집부(22)는 카메라, 적외선 센서, 레이저 또는 초음파 센서 등이 사용될 수 있다. 여기서 카메라의 경우 스테레오 카메라가 사용되거나, 또는 단상의 카메라가 적어도 2개 사용될 수 있다. 적어도 두개의 카메라를 통하여 획득된 영상들을 정합하여 3차원 영상을 획득할 수 있다. 신호 수집부(22)는 상부 구조물의 하면에 위치하면 감지할 수 있는 영역이 제한되므로 상부 구조물의 중간 위치에 설치되어 수조를 향하도록 설치됨이 바람직하다.
신호 수집부(22)에 의해 수집된 광신호는 컨트롤러(3)에서 영상분석을 통하여 파고를 계측할 수 있다. 이러한 컨트롤러(3)는 상부 구조물(2)에 설치된 신호 송신부(21)의 설치 위치 및 형상을 저장하는 메모리(미도시)를 포함한다.
컨트롤러(3)는 메모리를 참조하여 신호 수집부(22)에 의해 수집된 광신호를 분석하여 해당 광신호의 위치 및 형상과 신호 송신부(21)의 설치 위치 및 형상을 비교하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단하고, 그 판단결과 형상의 변화가 있으면 영상 분석 알고리즘을 통하여 수조(1)에 수용된 물의 파고량을 계산한다. 예를 들면 컨트롤러(3)는 반사되어 되돌아온 광신호, 즉 영상신호 중에서 빛에 해당하는 형상을 추출하고 추출된 형상을 분석하여 파고량을 계산할 수 있다. 수조시험은 어두운 환경에서 시험하므로 수조(1)의 물표면에 반사되는 영상 중에서 빛에 해당하는 형상의 추출이 용이하다.
또한 상부 구조물(2)은 컨트롤러(3)에서 계측된 파고량을 표시하는 표시장치를 더 구비할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 수조시험용 파고 계측 장치를 이용한 파고 계측 방법을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
수조시험용 파고 계측 방법은 수조(1)와, 그 수조(1)의 상부에 모형선박의 거동을 단속하는 상부 구조물(2)과, 수조(1)의 물표면으로 광신호를 보내는 신호 송신부(21), 물표면에 반사되어 되돌아오는 광신호를 수집하는 신호 수집부(22) 및 수조(1)에 수용된 물의 파고를 비접촉식으로 계측하는 컨트롤러(3)를 포함하는 환경에서 구현가능하다.
도 4를 참조하여 수조시험용 파고 계측 방법을 설명하면 먼저 수조(1)의 상부 구조물(2)에 설치된 신호 송신부(21)를 통하여 수조(1)의 물표면을 향해 광신호를 송신한다(S11).
다음 상술된 S11 단계에서 물표면을 향해 송신된 광신호는 물표면에 부딪쳐 반사되어 신호 수집부(22)에서 반사된 광신호를 수집한다(S13). 수집된 광신호는 파고가 없는 경우 신호 송신부(21)의 설치 위치 및 형상과 동일하거나 미리 정의된 오차 범위내에 있지만, 파고가 있는 경우 신호 송신부(21)의 형상과 동일하지 않다.
컨트롤러(3)는 상술된 S13 단계에서 수집된 광신호를 분석하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단한다(S15).
상기 S15 단계의 판단결과, 광신호의 형상 변화가 없는 경우 즉 신호 송신부의 형상과 동일하거나 미리 정의된 오차 범위내의 형상인 경우 컨트롤러(3)는 수조(1)에 수용된 물의 파고가 없는 것으로 결정한다(S16).
상기 S15 단계의 판단결과, 광신호의 형상 변화가 있는 경우 즉 신호 송신부의 형상과 동일하지 않고 직선타입이 아닌 굴곡진 형상인 경우 컨트롤러(3)는 광신호의 영상 분석을 통하여 파고를 계측한다(S17).
이렇게 함으로써 수조(1)에 배치된 모형선박 주변에 접촉식의 파고계를 설치하지 않고도 상부 구조물(2)에 설치된 신호 송신부(21)에서 송신된 광신호를 신호 수집부(22)에서 수집하여 수집된 광신호의 영상 분석을 통하여 비접촉식으로 모형선박(11) 주변에 파고를 계측할 수 있다. 이에 따라 파고계를 모형선박의 주변에 설치하고 다른 위치로 다시 옮겨서 설치후 측정해야 하는 불편함과 파고계에 의해 파고분포가 교란되는 단점을 해결할 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
1 : 수조 11 : 모형선박
13 : 레일
2 : 상부 구조물 21 : 신호 송신부
22 : 신호 수집부
3 : 컨트롤러

Claims (6)

  1. 물이 수용되는 수조;
    상기 수조내에 배치되는 모형선;
    상기 수조의 수면과 평행하게 설치되고, 상기 모형선박을 상기 수조내에서 이동시키는 상부 구조물;
    상기 상부 구조물에 설치되어 상기 수조의 물표면에 반사되는 광신호를 보내는 신호 송신부;
    상기 수조의 물표면에 반사된 광신호를 수집하는 적어도 두개의 신호 수집부; 및
    상기 신호 수집부에 의해 수집된 광신호를 분석하고, 분석된 광신호의 형상 변화를 통해 파고를 계측하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신호 송신부는 막대형 형광등 및 LED등 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 신호 송신부는 상기 상부 구조물에 일정 간격을 두고 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 신호 송신부의 설치 위치 및 형상을 저장한 메모리를 포함하여, 상기 신호 수집부에 의해 수집된 광신호를 분석하여 해당 광신호의 위치 및 형상과 상기 신호 송신부의 설치 위치 및 형상을 비교하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단하고, 판단결과 광신호의 형상 변화가 있는 경우 상기 광신호의 영상분석을 통하여 파고량을 계산하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치.
  5. 수조와, 상기 수조에 위치하는 모형선을 해당 수조내에서 이동시키는 상부 구조물을 포함하는 파고 계측 장치의 파고 계측 방법으로서,
    상기 상부 구조물에 설치된 신호 송신부를 통해 해당 수조의 물표면을 향하여 광신호를 송신하는 단계;
    상기 물표면에 부딪쳐 반사되는 광신호를 수집하는 단계; 및
    상기 수집된 광신호를 분석하고 분석된 광신호의 형상 변화를 통해 파고를 계측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치의 파고 계측 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 계측하는 단계는
    상기 수집된 광신호를 분석하여 해당 광신호의 위치 및 형상과 상기 신호 수신부의 설치 위치 및 형상을 비교하여 광신호의 형상 변화가 있는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단하는 단계의 판단결과 광신호의 형상 변화가 있는 경우 상기 광신호의 영상분석을 통하여 파고량을 계산하는 것을 특징으로 하는 파고 계측 장치의 파고 계측 방법.
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