KR20150136873A

KR20150136873A - 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치 및 이에 의한 계측방법

Info

Publication number: KR20150136873A
Application number: KR1020140064510A
Authority: KR
Inventors: 이신형; 서정화; 유극상
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-12-08
Also published as: KR101652365B1

Abstract

본 발명은 예인수조 레일용 계측장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예인전차의 이동경로를 제공하는 레일의 정렬상태를 레이저빔의 직진성을 이용하여 계측할 수 있는 예인수조 레일용 계측장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 종래의 와이어나 홈통과 같은 구성을 대신하여 레이저빔의 직진성을 이용하면서 레이저빔의 수광위치와 영점위치의 차이를 계측하므로 레일의 수평 및 수직변위를 신속하면서도 정밀하게 계측할 수 있으며, 다이얼 게이지와 같은 별도의 계측장비가 필요 없으므로 계측이 더욱 간편한 장점이 있다.

Description

레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치 및 이에 의한 계측방법{MEASURING APPARATUS FOR RAIL OF TOWING TANK USING LASER AND MEASURING METHOD THEREOF}

본 발명은 예인수조 레일용 계측장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예인전차의 이동경로를 제공하는 레일의 정렬상태를 레이저빔의 직진성을 이용하여 계측할 수 있는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치에 관한 것이다.

예인수조는 주지된 바와 같이 선박의 운항 성능을 추정하기 위해 모형시험을 수행하는 실험시설로써, 레일이 설치된 수조에서 예인전차를 통해 모형선을 예인하면서 각종 해양환경과 선박의 운항 상태를 모사하여 실험하는데 사용된다.

예컨대, 예인수조를 통한 실험은 예인전차를 통해 모형선을 설정된 속도로 예인하여 선박의 항주 조건을 모사하거나 조파기를 설치하여 해양의 파도를 모사하면서 모형선을 통한 선박의 항주 조건과 동력성능을 시험한다.

이러한 모형실험에서 계측된 결과는 실제 선박의 스케일로 확장되기 때문에 작은 오차라도 실선에서는 큰 차이로 나타나며, 이에 따라 모형실험에서는 가능한 높은 정밀도로 실험이 수행되어야 한다.

특히, 모형실험에서 예인전차는 레일을 따라 이동하면서 모형선을 예인하므로 레일의 정렬상태가 확보되지 않으면 예인전차의 상대운동이 모형선의 계측결과에 반영되어 오차가 생기는 문제점이 발생한다.

여기서, 레일은 크게 아래와 같은 네 가지의 위치 정보에 대해 정렬되어야 한다.

1. 수평 변위: 레일은 직진 방향의 좌우로 변위가 있을 시 Sway 운동이 발생함.

2. 수직 변위: Heave에 대응되는 상하 변위.

3. 수평 경사도: 레일 상부 면이 직진 방향 축에 대해 뒤틀린 각도.

4. 평행도: 반대쪽 레일과의 평행 정도.

한편, 본 발명의 선행기술로써 대한민국 등록특허 제10-1326499호에 제안된 예인전차용 레일 교정장치가 있다.

선행기술은 도 1에 도시된 바와 같이 와이어(100), 와이어고정부(200) 및 거리측정부(300)로 구성되어 레일(400)의 주행방향을 따라 설치된 와이어(100)를 통해 레일의 수평변위를 계측하고, 미도시된 홈통을 통해 레일의 수직변위를 계측한다.

구체적으로, 선행기술은 레일(400)의 길이방향을 따라 일직선의 와이어(100)를 이격상태로 설치하고, 거리측정부(300)를 통해 레일(400)의 측면과 와이어(100)의 거리를 측정하여 비교함으로써 레일(400)의 수평변위를 계측한다.

또한, 선행기술은 레일(400)을 따라 부설된 홈통에 물을 채우고, 수면의 높이를 다이얼 게이지로 측정하여 비교함으로써 레일(400)의 수직변위를 계측한다.

그런데, 선행기술은 수평 및 수직변위의 정밀한 계측을 위하여 많은 시간이 소요됨은 물론, 수평 및 수직 변위를 동시에 계측할 수 없으며, 와이어(100)에 진동이 가해질 경우 계측을 수행하지 못하고 대기하여야 하는 단점이 있다.

또한, 선행기술은 레일(400)의 각 지점마다 다이얼 게이지와 및 마이크로미터를 와이어와 수면의 기준점에 일치하도록 조정한 후 수평/수직 변위를 계측해야 하는 번거로움이 있으며, 기준점에 대한 계측수행 인원의 개인차가 존재하기 때문에 계측의 정밀성이 저하되는 한계점이 있다.

그리고, 선행기술은 예인수조의 길이가 길수록 와이어가 자중으로 인하여 처짐이 발생하며, 홈통의 넓은 표면적으로 인한 증발 현상이 발생하는 문제점도 있다.

대한민국 등록특허 제10-1326499호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 직진성을 갖는 레이저빔을 레일과 나란한 상태로 조사하면서 레이저빔의 수광위치와 영점위치의 차이를 계측함으로써 레일의 수평 및 수직변위를 신속하고 정밀하게 계측할 수 있는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치 및 계측방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 레일의 수평 및 수직변위와 함께 레일의 수평경사도와 평행도를 계측할 수 있는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치 및 계측방법을 제공하는 것이 다른 목적이다.

또한, 레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 레일의 수평 및 수직변위를 자동으로 검출하여 저장할 수 있는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치 및 계측방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 예인수조 레일용 계측장치는, 예인수조에 설치되어 예인전차의 이동경로를 제공하는 한 쌍의 레일의 정렬상태를 계측하기 위한 계측장치로서, 상기 한 쌍의 레일 중 제1 레일의 일단부측에 고정된 상태로 상기 제1 레일의 타단부측을 향해 레이저빔을 조사하는 레이저조사기; 상기 제1 레일에 이동가능하게 안착된 상태로 상기 제1 레일의 타단부에서 상기 제1 레일의 일단부로 이동하는 베드; 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 레이저조사기에서 조사되는 상기 레이저빔이 수광되며, 상기 레이저빔의 기준점을 제공하기 위한 영점을 갖는 레이저수광부; 및 상기 레이저수광부를 상기 베드에 이동가능하게 연결하며, 상기 레이저수광부를 다방향으로 이동시키면서 상기 레이저수광부의 영점을 상기 레이저빔과 일치시키는 직교이송기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 상기 레이저수광부는, 상기 레이저빔이 수광되는 위치를 제공하기 위한 다수의 픽셀로 이루어진 픽셀어레이; 상기 픽셀어레이의 전방에서 상기 레이저빔을 집광하여 상기 픽셀어레이에 제공하는 렌즈; 및 상기 렌즈의 수차를 제거하는 공간필터;를 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 직교이송기는, 상기 베드에 수평방향으로 이동가능하게 결합되는 수평스테이지; 및 상기 레이저수광부가 착탈가능하게 설치된 상태로 상기 수평스테이지에 수직방향으로 이동가능하게 결합되는 수직스테이지;를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명은, 상기 레이저조사기와 수평상태로 구비되고, 상기 레이저빔과 수평상태를 이루는 추가레이저빔을 상기 레이저수광부로 조사하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 제공하는 추가레이저조사기;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 베드에 설치되어 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 제공하는 경사각도계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

더욱이, 본 발명은, 상기 베드에 설치되어 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 한 쌍의 레일 중 제2 레일과의 거리를 제공하는 거리계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은, 상기 레이저수광부로 수광된 상기 레이저빔 및 상기 추가레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 상기 레이저빔들의 수광위치를 검출하면서 상기 레이저수광부의 영점에 대한 상기 레이저빔의 수광위치의 변위를 검출하여 저장하고, 상기 레이저빔의 수광위치와 상기 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 경사각도를 검출하여 저장하거나 상기 경사각도계에서 검출된 경사각도를 저장하며, 상기 거리계에서 검출된 거리를 저장하는 오토디텍터;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 예인수조 레일의 계측방법은, 예인수조에 설치되어 예인전차의 이동경로를 제공하는 한 쌍의 레일의 정렬상태를 계측하기 위한 계측방법으로서, 상기 한 쌍의 레일 중 제1 레일의 일단부측에 레이저조사기를 설치하고, 상기 레이저조사기의 레이저빔이 수광되는 레이저수광부가 직교이송기에 의해 위치조절 가능한 상태로 설치된 베드를 상기 제1 레일의 타단부측에 이동가능하게 설치하는 설치단계; 상기 레이저조사기의 레이저빔을 상기 제1 레일의 타단부측을 향해 조사하고, 상기 직교이송기를 통해 상기 레이저수광부의 위치를 조절하면서 상기 레이저빔의 영점을 조정하는 영점조정단계; 상기 베드를 상기 제1 레일의 설정된 지점으로 이동시키는 베드 이동단계; 및 상기 레이저수광부로 수광된 상기 레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 상기 레이저빔의 수광위치를 검출하면서 상기 레이저수광부의 영점에 대한 상기 수광위치의 변위를 통해 상기 제1 레일의 수평 및 수직변위를 계측하는 변위계측단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 계측방법은, 상기 제1 레일의 설정된 지점에서 상기 베드의 경사각도를 검출하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 계측하는 경사도 계측단계; 및 상기 베드에 거리계를 설치하고, 상기 제1 레일의 설정된 지점에서 상기 한 쌍의 레일 중 제2 레일과의 거리를 검출하면서 상기 제1 레일의 평행도를 계측하는 평행도 계측단계;를 더 포함하여 수행될 수 있다.

예컨대, 상기 경사도 계측단계는, 상기 레이저조사기와 수평상태를 이루는 추가레이저조사기를 설치하고, 상기 레이저빔과 수평상태를 이루는 추가레이저빔을 상기 레이저수광부로 조사하면서 상기 레이저빔의 수광위치와 상기 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 상기 제1 레일의 경사각도를 계측할 수 있다.

이와 달리, 상기 경사도 계측단계는, 상기 베드에 경사각도계를 설치하여 상기 제1 레일의 설정된 지점에서 상기 베드의 경사각도를 검출하면서 제1 레일의 수평경사도를 계측할 수 있다.

본 발명에 따른 예인수조 레일용 계측장치 및 계측방법은, 종래의 와이어나 홈통과 같은 구성을 대신하여 레이저빔의 직진성을 이용하면서 레이저빔의 수광위치와 영점위치의 차이를 계측하므로 레일의 수평 및 수직변위를 신속하면서도 정밀하게 계측할 수 있으며, 다이얼 게이지와 같은 별도의 계측장비가 필요 없으므로 계측이 더욱 간편한 장점이 있다.

또한, 레일의 수평 및 수직변위와 함께 레일의 수평경사도와 거리계를 통한 레일의 평행도를 계측할 수 있으므로 레일의 정렬에 필요한 모든 정보를 계측할 수 있다.

더욱이, 레이저빔과 수평상태로 조사되는 추가레이저빔을 통해 레일의 수평경사도를 계측할 경우에는 경사각도계의 구성을 생략할 수 있다.

그리고, 오토디텍터가 구비될 경우에는 레일의 수평, 수직변위와 수평경사도 및 평행도를 자동으로 검출하여 저장하는 자동화된 계측 시스템을 구현할 수 있다.

도 1은 선행기술에 따른 예인수조 레일용 계측장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 예인수조 레일용 계측장치를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 직교이송기의 구성을 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 예인수조 레일의 계측방법을 나타내는 블록도.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 예인수조 레일용 계측장치는 도 2에 도시된 바와같이 레이저조사기(100), 베드(200), 레이저수광부(300) 및 직교이송기(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

레이저조사기(100)는 레이저빔을 레일과 나란한 상태로 조사하여 직진성을 통해 레일의 수평변위나 수직변위의 기준을 제공하는 구성요소이다.

이러한 레이저조사기(100)는 도 3에 미도시된 예인전차가 이동하는 한 쌍의 레일(10)(20) 중 어느 하나의 제1 레일(10)의 일단부측에 고정된 상태로 제1 레일(10)의 타단부측을 향해 레이저빔을 조사한다.

물론, 레이저조사기(100)는 레이저빔을 수평상태로 조사하는 것이 바람직하다.

베드(200)는 레일(10)을 따라 이동하면서 설정된 지점의 정렬상태를 계측하기 위한 구성요소로써, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 레일(10)에 이동가능하게 안착되어 제1 레일(10)의 설정된 지점으로 이동한다.

이러한 베드(200)는 무동력상태로 구성되어 수동으로 이동할 수 있으며, 미도시된 동력장치가 구비됨에 따라 시험자의 제어에 의해 자동으로 이동하면서 후술되는 레이저수광부(300)를 통해 계측을 수행할 수도 있다.

레이저수광부(300)는 레이저조사기(100)의 레이저빔이 수광되는 구성요소로, 레이저빔의 기준점과 수광위치의 차이를 통해 레일의 수평 및 수직변위를 계측하기 위한 구성요소이다.

이러한 레이저수광부(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 베드(200)에 설치된 상태로 베드(200)와 함께 제1 레일(10)을 따라 이동하면서 레이저빔이 수광되며, 레이저빔의 기준점을 이루는 영점(300a)이 구성됨에 따라 제1 레일(10)의 설정된 지점에서의 레이점빔의 수광위치와 영점(300a)의 차이를 통해 각 지점의 수평 및 수직변위를 계측하도록 한다.

예컨대, 레이저수광부(300)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 픽셀어레이(310), 렌즈(320) 및 공간필터(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

픽셀어레이(310)는 정방형이나 장방형으로 배열되는 다수의 픽셀로 구성되어 레이저빔의 수광위치를 제공한다.

렌즈(320)는 픽셀어레이(310)의 전방에 배치된 상태로 레이저조사기(100)에서 조사된 레이저빔을 집광하여 픽셀어레이(310)에 제공한다.

공간필터(330)는 렌즈(320)의 수차를 제거하여 레이저빔의 선명한 초점을 도모한다. 즉, 레이저빔은 렌즈(320)를 통해 픽셀어레이(310)에 제공되면서 렌즈(320)의 주변 수차에 의한 연효과로 인하여 선명한 초점이 만들어지지 않는데, 공간필터(330)를 통과함에 따라 선명한 초점상태로 픽셀어레이(310)에 제공될 수 있다.

직교이송기(400)는 전술한 레이저수광부(300)를 베드(200)에 이동가능한 상태로 연결하여 레이저수광부(300)를 수직 및 수평방향으로 이동시킴으로써 레이저수광부(300)의 영점(300a)을 레이저빔과 일치시키는 구성요소이다.

즉, 레이저수광부(300)는 제1 레일(10)의 타단부에서 직교이송기(400)에 의해 영점조정된 후, 베드(200)와 함께 이동함에 따라 레이저빔의 수광위치와 영점(300a)의 차이를 통해 레일(10)의 수평 및 수직변위를 나타낸다.

이러한 직교이송기(400)는 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이 수평스테이지(410) 및 수직스테이지(420)를 포함하여 구성될 수 있다.

수평스테이지(410)는 도시된 바와 같이 수평레일(410a)을 통해 베드(200)에 수평방향으로 이동가능하게 결합되어 레이저수광부(300)를 수평이동시키면서 픽셀어레이(310)의 영점(300a)을 수평이동시킨다.

여기서, 수평스테이지(410)는 예컨대 수동으로 이동하면서 고정볼트(411)에 의해 고정될 수 있으며, 이와 달리 랙기어 및 피니언기어의 구성을 통해 이동하거나 리니어모터의 구성을 통해 자동으로 이동할 수도 있다.

수직스테이지(420)는 도 4에 도시된 바와 같이 수직레일(420a)을 통해 수평스테이지(410) 상에 수직방향으로 이동가능하게 결합되며, 레이저수광부(300)가 착탈가능하게 고정됨에 따라 레이저수광부(300)와 함께 수직이동하면서 픽셀어레이(310)의 영점(300a)을 수직이동시킨다.

이러한 수직스테이지(420) 역시 수평스테이지(410)와 동일하게 예컨대 수동으로 이동하면서 고정볼트(411)에 의해 고정될 수 있으며, 이와 달리 랙기어 및 피니언기어의 구성을 통해 이동하거나 리니어모터의 구성을 통해 자동으로 이동할 수도 있다.

한편, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 추가레이저조사기(800) 또는 경사각도계(500)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

추가레이저조사기(800)는 레일의 수평 경사도를 계측하기 위한 구성요소로, 도 3에 도시된 바와 같이 레이저조사기(100)와 수평상태를 이루면서 추가레이저빔을 레이저수광부(300)로 조사한다.

즉, 추가레이저조사기(800)는 레이저조사기(100)의 레이저빔과 수평상태를 이루는 추가레이저빔을 레이저수광부(300)의 픽셀어레이(310)로 조사하며, 픽셀어레이(310)에 수광된 레이저빔의 수광위치와 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 제1 레일의 경사각도를 제공한다.

또한, 경사각도계(500)는 레일의 수평 경사도를 계측하기 위한 부재로, 베드(200)에 설치된 상태로 베드(200)와 함께 이동하면서 베드(200)의 경사각도를 나타냄으로써 제1 레일(10)의 경사각도를 제공한다.

이러한 경사각도계(500)는 예컨대 디지털각도계나 디지털수평계와 같이 본 발명의 속하는 분야에 알려진 통상의 구성이 적용될 수 있다.

여기서, 추가레이저조사기(800)와 경사각도계(500)는 함께 구성되거나 어느 하나의 구성이 생략될 수 있다.

또한, 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 거리계(600)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

거리계(600)는 레일의 평행도를 계측하기 위한 부재로, 베드(200)에 설치된 상태로 베드(200)와 함께 제1 레일(10)을 따라 이동하면서 제2 레일(20)과의 거리를 나타낸다.

즉, 레일(10)(20)들은 서로 설정된 거리를 가지면서 설치되기 때문에 평행도가 유지되며, 상호간의 거리가 달라질 경우에는 평행도가 틀어지게 된다. 따라서 거리계(600)는 제1 레일(10)과 제2 레일(20)의 거리를 현시함으로써 레일의 평행도를 나타낸다.

이러한 거리계(600)는 예컨대 초음파거리계나 적외선거리계로 구성되어 초음파나 적외선을 제2 레일(20)을 향해 조사하여 거리를 측정할 수 있다.

그리고, 본 발명은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 오토디텍터(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

오토디텍터(700)는 레일의 수평, 수직변위와 수평경사도 및 평행도를 자동으로 검출하여 저장하는 구성요소이다.

오토디텍터(700)는 예컨대 제어프로그램이 내장된 마이크로프로세서와 메모리로 구성되어 베드(200)에 설치된 상태로 전술한 레이저수광부(300), 경사각도계(500) 및 거리계(600)와 연결될 수 있으며, 이와 달리 PC형태로 구성되거나 휴대가능한 제어패널로 구성되어 레이저수광부(300), 경사각도계(500) 및 거리계(600)와 연결될 수도 있다.

이러한 오토디텍터(700)는 레이저수광부(300)의 픽셀어레이(310)로 수광된 레이저빔과 추가레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 레이저빔들의 수광위치를 검출하면서 픽셀어레이(310)의 영점(300a)에 대한 수광위치의 변위를 검출하여 레일의 수평 및 수직변위를 제각기 현시하고 저장하고, 레이저빔의 수광위치와 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 레일의 경사각도를 검출하고 저장한다.

즉, 오토디텍터(700)는 레이저수광부(300)와 함께 CCD카메라(charge-coupled device camera)와 같은 구성으로 이루어질 수 있다.

그리고, 오토디텍터(700)는 경사각도계(500)에서 검출된 레일의 경사각도 및 거리계(600)에서 검출된 레일의 평행도를 현시하고 저장한다.

한편, 오토디텍터(700)는 베드(200)의 이동거리를 검출하면서 레일의 계측위치를 저장할 수도 있다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명에 의한 예인수조 레일의 계측방법을 도 5를 참조하여 설명한다.

시험자는 한 쌍의 레일(10)(20) 중 제1 레일(10)의 일단부측에 레이저조사기(100)를 추가레이저조사기(800)와 함께 고정설치하고, 전술한 레이저수광부(300), 직교이송기(400), 경사각도계(500) 및 거리계(600)가 설치된 베드(200)를 제1 레일(10)의 타단부측에 설치한다(S100).

그리고, 시험자는 레이저조사기(100)의 레이저빔과 추가레이저조사기(800)의 추가레이저빔을 레이저수광부(300)에 조사하고, 직교이송기(400)를 구성하는 수평 및 수직스테이지(410)(420)를 이동시키면서 픽셀어레이(310)의 영점(300a)을 레이저빔과 일치시켜 영점을 조정한다(S200).

이어서, 시험자는 베드(200)를 제1 레일(10)의 설정된 지점으로 이동시킨다(S300).

그리고, 시험자는 레이저수광부(300)의 픽셀어레이(310)로 수광된 레이저빔의 수광위치와 영점(300a)의 차이를 통해 설정된 지점에서의 제1 레일(10)의 수평변위 및 수직변위를 계측한다.(S400)

그리고, 시험자는 레이저수광부(300)로 수광된 레이저빔의 수광위치와 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 설정된 지점에서의 제1 레일(10)의 경사각도를 계측하고(S500), 베드(200)에 설치된 거리계(600)를 통해 제2 레일(20)과의 거리를 검출하여 설정된 지점에서의 제1 레일(10)의 평행도를 계측한다(S600).

이때, 시험자는 오토디텍터(700)가 구성된 경우에는 베드(200)를 자동으로 주행시키면서 오토디텍터(700)를 통해 레이저수광부(300)와 경사각도계(500) 및 거리계(600)를 제어하여 제1 레일(10)의 수평, 수직 변위와 수평경사도 및 평행도를 자동으로 검출하여 계측한다.

그리고, 시험자는 계측된 데이터를 기반으로 제1 레일(10)을 교정한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 예인수조 레일용 계측장치 및 계측방법에 의하면, 종래의 와이어나 홈통과 같은 구성을 대신하여 레이저빔의 직진성을 이용하면서 레이저빔의 수광위치와 영점위치의 차이를 계측하므로 레일(10)(20)의 수평 및 수직변위를 신속하면서도 정밀하게 계측할 수 있으며, 다이얼 게이지와 같은 별도의 계측장비가 필요 없으므로 계측이 더욱 간편한 장점이 있다.

또한, 레일의 수평 및 수직변위와 함께 경사각도계(500)를 통한 레일(10)(20)의 수평경사도와 거리계(600)를 통한 레일(10)(20)의 평행도를 계측할 수 있으므로 레일의 정렬에 필요한 모든 정보를 계측할 수 있다.

그리고, 오토디텍터(700)가 구비될 경우에는 레일의 수평, 수직변위와 수평경사도 및 평행도를 자동으로 검출하여 저장하는 자동화된 계측 시스템을 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

10, 20 : 레일 100 : 레이저조사기
200 : 베드 300 : 레이저수광부
300a : 영점 310 : 픽셀어레이
320 : 렌즈 330 : 공간필터
400 : 직교이송기 410 : 수평스테이지
420 : 수직스테이지 411 : 고정볼트
500 : 경사각도계 600 : 거리계
700 : 오토디텍터 800 : 추가레이저조사기

Claims

예인수조에 설치되어 예인전차의 이동경로를 제공하는 한 쌍의 레일의 정렬상태를 계측하기 위한 계측장치로서,
상기 한 쌍의 레일 중 제1 레일의 일단부측에 고정된 상태로 상기 제1 레일의 타단부측을 향해 레이저빔을 조사하는 레이저조사기;
상기 제1 레일에 이동가능하게 안착된 상태로 상기 제1 레일의 타단부에서 상기 제1 레일의 일단부로 이동하는 베드;
상기 베드와 함께 이동하면서 상기 레이저조사기에서 조사되는 상기 레이저빔이 수광되며, 상기 레이저빔의 기준점을 제공하기 위한 영점을 갖는 레이저수광부; 및
상기 레이저수광부를 상기 베드에 이동가능하게 연결하며, 상기 레이저수광부를 다방향으로 이동시키면서 상기 레이저수광부의 영점을 상기 레이저빔과 일치시키는 직교이송기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저수광부는,
상기 레이저빔이 수광되는 위치를 제공하기 위한 다수의 픽셀로 이루어진 픽셀어레이;
상기 픽셀어레이의 전방에서 상기 레이저빔을 집광하여 상기 픽셀어레이에 제공하는 렌즈; 및
상기 렌즈의 수차를 제거하는 공간필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 1에 있어서,
상기 직교이송기는,
상기 베드에 수평방향으로 이동가능하게 결합되는 수평스테이지; 및
상기 레이저수광부가 착탈가능하게 설치된 상태로 상기 수평스테이지에 수직방향으로 이동가능하게 결합되는 수직스테이지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저조사기와 수평상태로 구비되고, 상기 레이저빔과 수평상태를 이루는 추가레이저빔을 상기 레이저수광부로 조사하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 제공하는 추가레이저조사기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베드에 설치되어 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 제공하는 경사각도계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베드에 설치되어 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 한 쌍의 레일 중 제2 레일과의 거리를 제공하는 거리계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저수광부로 수광된 상기 레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 상기 레이저빔의 수광위치를 검출하고, 상기 레이저수광부의 영점에 대한 상기 수광위치의 변위를 검출하여 저장하는 오토디텍터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
예인수조에 설치되어 예인전차의 이동경로를 제공하는 한 쌍의 레일의 정렬상태를 계측하기 위한 계측장치로서,
상기 한 쌍의 레일 중 제1 레일의 일단부측에 고정된 상태로 상기 제1 레일의 타단부측을 향해 레이저빔을 조사하는 레이저조사기;
상기 제1 레일에 이동가능하게 안착된 상태로 상기 제1 레일의 타단부에서 상기 제1 레일의 일단부로 이동하는 베드;
상기 베드와 함께 이동하면서 상기 레이저조사기에서 조사되는 상기 레이저빔이 수광되며, 상기 레이저빔의 기준점을 제공하기 위한 영점을 갖는 레이저수광부;
상기 레이저수광부를 상기 베드에 이동가능하게 연결하며, 상기 레이저수광부를 다방향으로 이동시키면서 상기 레이저수광부의 영점을 상기 레이저빔과 일치시키는 직교이송기;
상기 레이저조사기와 수평상태로 구비되고, 상기 레이저빔과 수평상태를 이루는 추가레이저빔을 상기 레이저수광부로 조사하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 제공하는 추가레이저조사기;
상기 베드에 설치되어 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 한 쌍의 레일 중 제2 레일과의 거리를 제공하는 거리계; 및
상기 레이저수광부로 수광된 상기 레이저빔 및 상기 추가레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 상기 레이저빔들의 수광위치를 검출하면서 상기 레이저수광부의 영점에 대한 상기 레이저빔의 수광위치의 변위를 검출하여 저장하고, 상기 레이저빔의 수광위치와 상기 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 경사각도를 검출하여 저장하며, 상기 거리계에서 검출된 거리를 저장하는 오토디텍터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
청구항 8에 있어서,
상기 추가레이저조사기와 함께 구성되거나 상기 추가레이저조사기를 대신하면서 상기 베드에 설치되고, 상기 베드와 함께 이동하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 상기 오토디텍터에 제공하는 경사각도계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일용 계측장치.
예인수조에 설치되어 예인전차의 이동경로를 제공하는 한 쌍의 레일의 정렬상태를 계측하기 위한 계측방법으로서,
상기 한 쌍의 레일 중 제1 레일의 일단부측에 레이저조사기를 설치하고, 상기 레이저조사기의 레이저빔이 수광되는 레이저수광부가 직교이송기에 의해 위치조절 가능한 상태로 설치된 베드를 상기 제1 레일의 타단부측에 이동가능하게 설치하는 설치단계;
상기 레이저조사기의 레이저빔을 상기 제1 레일의 타단부측을 향해 조사하고, 상기 직교이송기를 통해 상기 레이저수광부의 위치를 조절하면서 상기 레이저빔의 영점을 조정하는 영점조정단계;
상기 베드를 상기 제1 레일의 설정된 지점으로 이동시키는 베드 이동단계; 및
상기 레이저수광부로 수광된 상기 레이저빔의 밝기 신호를 기반으로 상기 레이저빔의 수광위치를 검출하면서 상기 레이저수광부의 영점에 대한 상기 수광위치의 변위를 통해 상기 제1 레일의 수평 및 수직변위를 계측하는 변위계측단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일의 계측방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 레일의 설정된 지점에서 상기 베드의 경사각도를 검출하면서 상기 제1 레일의 경사각도를 계측하는 경사도 계측단계; 및
상기 베드에 거리계를 설치하고, 상기 제1 레일의 설정된 지점에서 상기 한 쌍의 레일 중 제2 레일과의 거리를 검출하면서 상기 제1 레일의 평행도를 계측하는 평행도 계측단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일의 계측방법.
청구항 11에 있어서,
상기 경사도 계측단계는,
상기 레이저조사기와 수평상태를 이루는 추가레이저조사기를 설치하고, 상기 레이저빔과 수평상태를 이루는 추가레이저빔을 상기 레이저수광부로 조사하면서 상기 레이저빔의 수광위치와 상기 추가레이저빔의 수광위치의 수평도를 통해 상기 제1 레일의 경사각도를 계측하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일의 계측방법.
청구항 11에 있어서,
상기 경사도 계측단계는,
상기 베드에 경사각도계를 설치하여 상기 제1 레일의 설정된 지점에서 상기 베드의 경사각도를 검출하면서 제1 레일의 수평경사도를 계측하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 예인수조 레일의 계측방법.