KR20160070957A - 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템 - Google Patents

변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템에 관한 것으로, 변형률 가시화 시스템은 측정대상물의 측정부분에 부착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지, 스트레인 게이지의 변형률을 측정하는 시그널 컨디셔닝, 스트레인 게이지가 부착된 측정대상물을 촬영하는 카메라 및 시그널 컨디셔닝에서 측정된 변형률을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호를 카메라에서 촬영된 영상의 대응되는 위치에 중첩하여 제공하는 변형률 모니터링 장치를 포함할 수 있다. 이에 따라, 측정대상물의 변형률이 발생한 위치를 일일이 대조하며 확인할 필요없이, 측정대상물의 변형이 발생된 모든부분의 변형정도 및 변형률의 변화를 용이하게 확인할 수 있다.

Description

변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템{FORCE AND STRAIN MONITERING APPARATUS AND VISUALIZATION SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 힘에 의해 변형이 발생하는 부재 및 장치의 변형률의 변화를 시각화하여 제공할 수 있는 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템에 관한 것이다.
다양한 부재, 기계적 장치, 환경 챔버 등과 같은 금속장치 및 구조물들은 시간이 지남에 따라 외력에 의해 변형이 발생될 수 있다. 또한, 이러한 변형에 의해 파손 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 스트레인 게이지를 이용하여 변형 정도를 측정함으로써 사고발생 등을 미리 예측할 수 있다. 또는, 측정대상물의 변형률을 통해 특성을 파악할 수도 있다.
스트레인 게이지는 물체가 외력으로 변형될 때 그 변형을 측정하는 측정기로 측정대상물에 부착시켜 측정한다. 이러한 관련 기술로 국내공개특허 10-2012-0078238(특허문헌1)가 있다.
특허문헌1은 스트레인 게이지를 이용한 태양광 발전설비 고정식 구조물 보호 모니터링 장치로, 태양광 발전설비의 모듈을 지지하며 다수개의 기둥으로 이루어진 고정식 구조물, 상기 고정식 구조물 중 모서리에 위치한 2 ~ 4개의 기둥에 1개씩 설치되며, 풍압 또는 하중에 의한 변형을 감지하는 스트레인게이지부, 상기 스트레인게이지부의 신호를 받아 상기 고정식 구조물의 변형정보를 모니터링부에 전달하는 게이지 신호부, 상기 게이지 신호부의 신호를 받아 상기 고정식 구조물의 변형정보를 표시하는 모니터링부를 포함한다.
하지만, 특허문헌1은 단순히 스트레인 게이지에서 측정된 특정 부위의 상태만 보여질 뿐 전체 구조물의 응력변화, 또는 변형률의 실시간 변화를 가시화하여 제공하지 못한다.
특허문헌1. 국내공개특허 10-2012-0078238
본 발명은 측정대상물에 부착된 스트레인게이지의 측정값 및 카메라로 촬영된 스트레인게이지의 영상을 중첩하여 측정대상물의 변형률 변화를 시각적으로 제공할 수 있는 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 가시화 시스템은 측정대상물의 측정부분에 부착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지, 상기 적어도 하나의 스트레인 게이지의 변형률을 측정하는 시그널 컨디셔닝, 상기 스트레인 게이지가 부착된 측정대상물을 촬영하는 카메라 및 상기 시그널 컨디셔닝에서 측정된 변형률을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호를 상기 카메라에서 촬영된 영상의 대응되는 위치에 중첩시켜 제공하는 변형률 모니터링 장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 모니터링 장치는 측정대상물에 부착된 적어도 하나의 스트레인 게이지의 변형률에 따라 강도 레벨을 설정하는 강도 설정부, 상기 강도 레벨이 설정된 변형률을 주파수 영역의 신호로 변환하는 FFT변환부 및 상기 주파수 변환된 신호를 상기 측정대상물을 촬영하는 카메라로부터 수신된 영상의 대응되는 위치에 중첩시켜 제공하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
또한, 강도 레벨은, 변형률의 정도에 따라 서로 상이한 색상으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는, 상기 주파수 변환된 신호를 등고선 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는, 상기 등고선의 형태 및 색상을 변화시켜 상기 측정대상물의 변형률 변화를 실시간으로 제공될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템은 측정대상물에 부착된 스트레인 게이지의 변형값을 측정대상물의 이미지 영상의 대응하는 위치에 중첩하여 등고선 형태로 제공함으로써, 측정대상물의 변형률이 발생한 위치를 일일이 대조하며 확인할 필요 없이, 측정대상물의 변형이 발생된 모든 부분의 변형정도를 용이하게 확인할 수 있다.
또한, 측정대상물의 변형정도를 다양한 색상의 강도로 설정하여 등고선 형태로 제공함으로써, 측정대상물의 변형위치별 변형률의 실시간 변화를 등고선의 형태 및 색상 변화를 통해 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 가시화 시스템의 변형률 가시화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 1의 변형률 모니터링 장치에 의해 가시화된 측정대상물의 변형률을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예에 따른 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템에 대하여 설명한다.
본 발명의 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템은 다양한 부재, 기계적 장치, 환경 챔버 등과 같은 금속장치, 구조물, 그 밖의 시간이 지남에 따라 외력에 의해 변형이 발생될 수 있는 물체 등의 변형률 측정 및 모니터링시 이용될 수 있다. 또한, 이를 통해 측정대상물의 특성을 파악할 수 있다. 이하의 설명에 있어, 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 모니터링 장치 및 이를 구비한 변형률 가시화 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 가시화 시스템의 변형률 가시화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 변형률 가시화 시스템(1000)은 측정대상물(10)에 부착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지(20), 시그널 컨디셔닝(30), 카메라(41,42) 및 변형률 모니터링 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 변형률 모니터링 장치(100)는 강도 설정부(110), FFT변환부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함할 수 있다.
스트레인 게이지(20)는 측정 대상물(10)의 변형 측정을 위한 부분에 부착될 수 있다. 이때, 스트레인 게이지(20)는 무게중심 및 힘의 중심방향으로 부착되는 것이 바람직하다. 또한, 스트레인 게이지(20)는 측정대상물(10)의 외측에 접착제를 이용하여 부착되거나, 측정대상물(10) 내측에 스트레인게이지(20)를 삽입 몰딩하여 일체형으로 구비될 수도 있다.
스트레인 게이지(20)는 측정 대상물(10)의 변형이 발생될 때 전기적 저항이 변함으로써 변형률을 측정할 수 있다. 이때, 전기적 저항은 스트레인 게이지(20)의 휘트스톤 브리지 등에 의해 측정될 수 있다. 한편, 스트레인 게이지(20)는 측정 대상물(10)의 재질에 따라 그 모양과 길이가 달라질 수 있으며, 이는 측정자가 용이하게 선택할 수 있다.
시그널 컨디셔닝(30)은 스트레인 게이지(20)로 전원을 인가하고, 스트레인 게이지(20)의 브리지로부터 변환된 저항에 따른 전압값을 전송받을 수 있다. 시그널 컨디셔닝(30)은 전원으로 입력된 전압값과 저항변화에 따라 전송된 전압값의 차로부터 변형률을 측정할 수 있다. 또한, 시그널 컨디셔닝(30)은 측정된 변형률을 디지털 신호로 변환하여 변형률 모니터링 장치(100)로 전송할 수 있다.
또한, 카메라(41,42)는 측정 대상물(10)의 이미지를 촬영할 수 있다(S210). 이때, 카메라(41,42)의 개수는 측정대상물(10)의 측정부위에 따라 결정될 수 있다. 도 1에서는 측정하고자 하는 위치가 측정대상물(10)의 전면 및 일측면인 경우를 일실시 예로 하고 있으나, 후면에 대한 변형률을 추가하고자 하는 경우 카메라를 더 구비할 수도 있다. 한편, 카메라(41,42)에서 측정된 영상은 변형률 모니터링 장치(100)로 전송될 수 있다.
변형률 모니터링 장치(100)는 시그널 컨디셔닝(30)으로부터 디지털 변환된 변형률을 수신할 수 있다(S220). 또한, 변형률 모니터링 장치(100)는 카메라(41,42)로부터 촬영되고 있는 영상을 수신할 수 있다. 변형률 모니터링 장치(100)는 수신된 변형률과 수신된 영상을 이용하여 측정대상물(10)의 변형률의 변화를 시각적으로 제공할 수 있다.
여기서, 본 실시 예에 따른 변형률 모니터링 장치(100)는 강도 설정부(110), FFT변환부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함할 수 있다.
강도 설정부(110)는 측정대상물(10)에 부착된 적어도 하나의 스트레인 게이지의 변형률에 따라 강도 레벨을 설정할 수 있다(S230). 여기서, 각각의 강도 레벨은 서로 다른 색상으로 설정될 수 있다. 강도 설정부(110)는 시그널 컨디셔닝(30)으로부터 수신한 변형률의 정도에 따라 기설정된 강도 레벨 중 매칭되는 레벨을 결정할 수 있다. 또는, 강도 설정부(110)는 강도레벨을 기설정하는 방법 외에, 수신된 스트레인 게이지(20) 변형률의 범위를 파악하고, 파악된 범위를 분류하여 강도레벨을 설정할 수도 있다.
FFT변환부(120)는 강도레벨이 설정된 변형률을 FFT변환을 통해 주파수 영역의 신호로 변환할 수 있다(S240).
디스플레이부(130)는 제1카메라(41)에서 수신된 영상 및 제2카메라(42)에서 수신된 영상을 각각 제공하거나 두 영상을 조합하여 입체적으로 제공할 수도 있다. 또한, 디스플레이부(130)는 FFT 변환부(120)에서 주파수 영역의 신호로 변환된 스트레인 게이지(20) 변형률을 제1카메라(41) 및 제2카메라(42)에서 제공된 영상에 중첩시켜 제공할 수 있다(S250).
디스플레이부(130)는 초기 작업으로 측정대상물(10)에 스트레인 게이지(20)가 부착되는 위치를 좌표로 지정하고, 특정 위치에서 측정된 변형률이 수신되면 대응하는 좌표에 주파수변환된 신호를 중첩시켜 제공할 수 있다.
디스플레이부(130)는 변형률이 충첩된 측정대상물(10)의 전면(제1카메라(41)영상) 또는 일측면(제2카메라(42)영상) 중 하나를 선택받아 디스플레이하거나, 각 카메라(41,42)의 영상을 조합하여 측정대상물(10)을 입체적으로 도시하고 방향전환 등을 통해 전면 및 일측면을 제공할 수도 있다.
이때, 디스플레이부(130)를 통해 제공되는 변형률의 변화는 다양한 색상의 등고선 형태로 제공될 수 있다. 이는 도 3을 통해 확인할 수 있다. 여기서, 다양한 색상은 강도레벨에 의해 설정된 색상이며, 색상에 따라 변형률이 다르다.
도 3은 도 1의 변형률 모니터링 장치에 의해 가시화된 측정대상물의 변형률을 나타내는 도면이다. 도 3을 살펴보면, 디스플레이부(130)를 통해 제공되는 화면으로, 측정대상물 영상(60) 상부에 다수의 스트레인게이지(20)의 변형률이 다양한 색상의 등고선(61) 형태로 중첩되어 제공되는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 디스플레이부(130)는 변형률에 대한 주파수 영역의 신호인 등고선(61) 및 변형률에 대한 시간영역의 신호(50)를 동시에 제공할 수 있다. 시간영역의 신호(50) 및 등고선(61)은 강도레벨에 따라 설정된 다양한 색상으로 도시될 수 있다. 도 3에서는, 변형률의 값이 클수록 빨간색계열로 도시되고, 변형률의 값이 작을수록 파란색 계열로 도시되는 것을 확인할 수 있다.
이때, 측정대상물(10)의 변형률은 실시간으로 측정되어 반영됨으로써 영상(60) 상부에 중첩된 등고선(61)의 형태 및 색상이 계속적으로 변화될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 가시적으로 변형률의 변화를 인지할 수 있다. 즉, 정지된 영상이 아닌, 측정대상물(10)의 변형위치별 변형률의 실시간 변화를 등고선의 형태 변화 및 색상변화로 확인할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
1000 : 변형률 가시화 시스템
10 : 측정대상물 20 : 스트레인 게이지 30 : 시그널 컨디셔닝
41,42 : 카메라 100 : 변형률 모니터링 장치
110 : 강도 설정부 120 : FFT변환부 130 : 디스플레이부

Claims (5)

  1. 측정대상물의 측정부분에 부착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지;
    상기 적어도 하나의 스트레인 게이지의 변형률을 측정하는 시그널 컨디셔닝;
    상기 스트레인 게이지가 부착된 측정대상물을 촬영하는 카메라; 및
    상기 시그널 컨디셔닝에서 측정된 변형률을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호를 상기 카메라에서 촬영된 영상의 대응되는 위치에 중첩시켜 제공하는 변형률 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 가시화 시스템.
  2. 측정대상물에 부착된 적어도 하나의 스트레인 게이지의 변형률에 따라 강도 레벨을 설정하는 강도 설정부;
    상기 강도 레벨이 설정된 변형률을 주파수 영역의 신호로 변환하는 FFT변환부; 및
    상기 주파수 변환된 신호를 상기 측정대상물을 촬영하는 카메라로부터 수신된 영상의 대응되는 위치에 중첩시켜 제공하는 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형률 모니터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강도 레벨은, 변형률의 정도에 따라 서로 상이한 색상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 변형률 모니터링 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 주파수 변환된 신호를 등고선 형태로 제공하는 것을 특징으로 하는 변형률 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 등고선의 형태 및 색상을 변화시켜 상기 측정대상물의 변형률 변화를 실시간으로 제공하는 것을 특징으로 하는 변형률 모니터링 장치.
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