KR20230156866A - 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 측정구조물에 레이저 구조광을 조사하기 위한 지그로서, 본체를 구성하는 프레임; 및 상기 프레임 모서리 일측에 구비되어 레이저조사부가 삽입 설치되는 복수의 레이저 설치부;를 포함하고, 상기 레이저 설치부는, 내부에 레이저 조사부가 삽입 설치되도록 경통 형상을 갖고, 상기 경통 내면과 상기 레이저 조사부 외면은 특정간격 이격되며, 상기 레이저 설치부 각각의 전방에서 상기 레이저 조사부를 고정시키는 전방 고정부, 후방에서 상기 레이저 조사부를 고정시키는 후방고정부를 갖고, 디스플레이부를 통해 화면상에 생성된 가상점에 조사된 레이저를 조정하여 보정하는 레이저 구조광 지그에 관한 것이다.
Description
본 발명은 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법에 관한 것이다.
토목 또는 건축 구조물은 교통, 지진, 돌풍 등과 같은 외부 하중에 노출된다. 따라서, 구조물의 정확한 설계 방법도 좋지만 특히 오늘날 사용 연수가 30년이 지난 노후 시설물이 점차 급증하는 시기이므로 구조물의 사용성을 장기간적으로 검토하는 구조물 안전 모니터링(Structural health monitoring, SHM)이 중요시되고 있다.
이러한 구조물 안전 모니터링은 주로 여러개의 센서를 통해 시간의 흐름에 따른 샘플의 데미지를 측정하고 관찰하여 구조물의 현상태를 결정한다.
교량과 도로망과 같은 사회기반시설물의 관리는 공공의 안전에 있어 매우 중요하기 때문에 빠르게 변화하는 사회에 적응하여 머신러닝, 컴퓨터 비젼기술과 같이 데이터 기반으로 정보를 처리하는 기술들을 접목시켜 구조물의 안전을 실시간으로 확인할 필요가 있다.
일반적으로 구조물 안전 모니터링에서 구조물의 변위를 측정하기 위해 직선형 가변 차동 변압기(Linear Variable Differntial Transformer, LVDT) 방식을 사용한다. 이 방식은 하부에 안정적인 기준점을 필요로 하는 접촉 형태의 센서를 사용한다. 그러나 이러한 접촉 형태의 센서는 안정적인 기준점(stationary reference)을 찾는데 제약이 있기 때문에 실용적이지 않다.
변위를 직접적으로 측정하는 방법 중 하나인 Laser Doppler vibrometer (LDV)는 비접촉식 고해상도 변위 데이터를 얻을 수 있지만 비용이 비싸고 레이저가 조사되는 방향에 한해 변위를 얻을 수 있는 단점이 따른다.
간접적 변위 측정방법으로 쓰이는 Global positioning system (GPS)는 안정적인 기준점을 필요로 하지 않고 센서 부착도 용이하다. 하지만 일반적으로 GPS는 큰 변위를 갖는 구조물의 장기적 안전진단에 주로 쓰이므로 교량과 같은 mm 측정 단위의 변위를 갖는 구조물에는 실효성이 떨어진다.
최근 영상기반(computer vision, CV) 구조물 안전진단 분야가 활발히 연구되고 있는 분야 중 하나이다. 고해상도의 데이터를 얻을 수 있고 실험장치도 간단하다. 영상기반 구조물 안전진단은 타겟을 이용하는 방법과 그렇지 않는 방법으로 나뉜다.
타겟기반 변위 측정기술은 이미 알고 있는 특징점을 가진 타겟을 이용하여 변위를 추적하기 때문에 비교적 데이터의 신뢰도가 높다. 또한 열악한 현장조건을 보완한 기술들이 많이 개발 되었지만 타겟의 설치가 어려운 교량에는 적용하기 어려우므로 이 기술은 무의미하다. 따라서 이러한 조건에서도 적용가능한 무타겟 기반 기술을 고안할 필요가 있다.
또한 종래 LVDT 변위계측방법은 비용이 많이 들고 인력 중심의 계측으로 0.1mm 단위의 미세한 동적 변위계측의 정확도가 떨어지는 단점이 존재한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 카메라-레이저의 정밀도 높은 상대 기하 관계 보정을 위한 구조광 지그를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, CV(Computer Vision)기술을 이용하여 레이저 설정을 조정하는 방법, 구조광 지그 위치로부터 측정구조물에 맺히는 레이저 투사체 형태 변화를 예측하고 계산할 수 있는, 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 비전(CV)을 이용하여 첨단 이미지 처리 알고리즘을 통해 구조물에 임시구조물 및 센서 · 마커 부착 없이 레이저-카메라를 통합한 광학계측장비의 설치로 50m 이상의 장거리에서 원격으로 간편하게 0.1mm 정밀도의 변위를 계측할 수 있는, 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 레이저 - 카메라를 통합하여 구조광을 조사할 경우 레이저의 보정오차로 인해 원거리에 위치한 사물에 구조광을 조사할 경우 매우 큰 오차가 발생하나 본 발명의 실시예에 따르면, 구조광 지그와 켈리브레이션 기법을 통해 50m 이상에서도 0.1mm 정밀도로 변위를 계측이 가능한, 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 50m 이내의 중장거리에서 구조광-카메라를 통해 교량 및 구조물의 동적 거동을 30fps으로 실시간 계측이 가능하게하며, 기존의 인력 중심의 방법과 다르게, 광학계측장비의 설치는 안전하고 빠르며, 무엇보다 실무자가 간편하게 현장에서 동적 거동을 계측할 수 있고, 설치에 제약이 적으므로, 어떤 지역에서도 구조적 변위를 산출 할 수 있는 유연성이 있는, 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 측정구조물에 레이저 구조광을 조사하기 위한 지그로서, 본체를 구성하는 프레임; 및 상기 프레임 모서리 일측에 구비되어 레이저조사부가 삽입 설치되는 복수의 레이저 설치부;를 포함하고, 상기 레이저 설치부는, 내부에 레이저 조사부가 삽입 설치되도록 경통 형상을 갖고, 상기 경통 내면과 상기 레이저 조사부 외면은 특정간격 이격되며, 상기 레이저 설치부 각각의 전방에서 상기 레이저 조사부를 고정시키는 전방 고정부, 후방에서 상기 레이저 조사부를 고정시키는 후방고정부를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 지그로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 전방고정부는, 상기 경통 전방측에 서로 원주방향으로 특정각도 이격되어 형성되는 복수의 전방측 체결홀과, 상기 전방측 체결홀 각각에 삽입되어 내측으로 돌출되어 끝단이 상기 레이저 조사부 외면과 접촉되는 전방측 조정단; 및상기 후방고정부는, 상기 경통 후방측에 서로 원주방향으로 특정각도 이격되어 형성되는 복수의 후방측 체결홀과, 상기 후방측 체결홀 각각에 삽입되어 내측으로 돌출되어 끝단이 상기 레이저 조사부 외면과 접촉되는 후방측 조정단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단과 후방측 조정단의 내측으로의 돌출길이를 조절하여 레이저조사부의 조사방향을 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 전방중심점을 산출하고, 상기 레이저 설치부 각각의 후방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물의 레이저 포인트 위치를 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 측정구조물에 레이저 구조광을 조사하기 위한 장치로서, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 레이저 구조광 지그; 상기 레이저 설치부 각각에 삽입 설치되어 상기 측정구조물 측으로 레이저를 조사하는 레이저조사부; 및 상기 지그 일측에 구비되어 레이저가 조사된 상기 측정구조물의 영상데이터를 획득하는 카메라;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 카메라의 초점거리와, 상기 구조광 지그와 측정구조물 간의 이격거리를 기반으로 레이저 각각이 조사되어야 하는 가상점을 연산하는 가상점 연산부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 영상데이터 내에 레이저 조사부에 의해 측정구조물에 조사된 레이저 포인트와 상기 가상점을 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 전방중심점을 산출하고, 상기 레이저 설치부 각각의 후방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물의 레이저 포인트 위치를 연산하는 레이저 위치 산출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 가상점와 상기 레이저 위치 산출부에 의해 산출된 포인트 위치를 기반으로 상기 전방측 조정단과 상기 후방측 조정단의 돌출길이를 조절하여 레이저위치가 상기 가상점와 일치되도록 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 레이저 조사위치를 보정하기 위한 방법으로서, 레이저 조사부 각각을 구조광 지그의 레이저 설치부에 삽입설치하고, 구조광 지그에 카메라를 설치하는 단계; 레이저 조사부 각각이 측정구조물에 레이저를 조사하고, 카메라가 레이저가 조사된 측정구조물의 영상데이터를 획득하는 단계; 및 상기 레이저 설치부의 전방 고정부와 후방고정부를 조정하여 조사되는 레이저의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치의 보정방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 가상점 연산부가 상기 카메라의 초점거리와, 상기 구조광 지그와 측정구조물 간의 이격거리를 기반으로 레이저 각각이 조사되어야 하는 가상점을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 레이저 위치 산출부가, 상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 전방중심점을 산출하고, 상기 레이저 설치부 각각의 후방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물의 레이저 포인트 위치를 연산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 보정하는 단계는, 디스플레이부가 상기 영상데이터 내에 레이저 조사부에 의해 측정구조물에 조사된 레이저 포인트와 상기 가상점을 디스플레이하고, 상기 가상점와 상기 레이저 위치 산출부에 의해 산출된 포인트 위치를 기반으로 상기 전방측 조정단과 상기 후방측 조정단의 돌출길이를 조절하여 레이저위치가 상기 가상점와 일치되도록 보정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 컴퓨터에 의해 판독되는 프로그램으로서, 앞서 언급한 제3목적에 따른 보정방법을 실행시키는 프로그램으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그에 따르면, 카메라-레이저의 정밀도 높은 상대 기하 관계 보정이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, CV(Computer Vision)기술을 이용하여 레이저 설정을 조정하는 방법, 구조광 지그 위치로부터 측정구조물에 맺히는 레이저 투사체 형태 변화를 예측하고 계산할 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 컴퓨터 비전(CV)을 이용하여 첨단 이미지 처리 알고리즘을 통해 구조물에 임시구조물 및 센서 · 마커 부착 없이 레이저-카메라를 통합한 광학계측장비의 설치로 50m 이상의 장거리에서 원격으로 간편하게 0.1mm 정밀도의 변위를 계측할 수 있다.
또한 레이저 - 카메라를 통합하여 구조광을 조사할 경우 레이저의 보정오차로 인해 원거리에 위치한 사물에 구조광을 조사할 경우 매우 큰 오차가 발생하나 본 발명의 실시예에 따르면, 구조광 지그와 켈리브레이션 기법을 통해 50m 이상에서도 0.1mm 정밀도로 변위를 계측이 가능하다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 50m 이내의 중장거리에서 구조광-카메라를 통해 교량 및 구조물의 동적 거동을 30fps으로 실시간 계측이 가능하게하며, 기존의 인력 중심의 방법과 다르게, 광학계측장비의 설치는 안전하고 빠르며, 무엇보다 실무자가 간편하게 현장에서 동적 거동을 계측할 수 있고, 설치에 제약이 적으므로, 어떤 지역에서도 구조적 변위를 산출할 수 있는 유연성이 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 보정방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정방법의 모식도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 조사 장치의 사진,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그 사진,
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그에 설치되는 카메라 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 구조광 조사 장치를 통해 측정구조물에 구조광이 조사되는 상태의 모식도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 조사부가 설치된 구조광 지그의 레이저 설치부의 단면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 조사부 중심점과, 3개의 조정단의 내측 돌출길이 간의 기하학적 관계를 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 보정방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정방법의 모식도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 조사 장치의 사진,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그 사진,
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그에 설치되는 카메라 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 구조광 조사 장치를 통해 측정구조물에 구조광이 조사되는 상태의 모식도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 조사부가 설치된 구조광 지그의 레이저 설치부의 단면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 조사부 중심점과, 3개의 조정단의 내측 돌출길이 간의 기하학적 관계를 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 구성, 기능 및 보정방법에 대해 설명하도록 한다.
본 발명은 영상시스템과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에 있어서, 레이저 구조광을 조사하기 위한 지그와, 변위 측정을 위해 레이저가 조사된 상태에서 레이저의 조사방향, 위치를 가상점으로 조정, 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 보정방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템의 블록도를 도시한 것이다. 또한 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정방법의 모식도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템은 레이저 구조광 조사장치(100)를 포함한다. 그리고 이러한 조사장치(100)는 레이저 구조광 지그(10)를 포함하여 구성된다.
이하에서는 먼저 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그(10)의 구성, 기능에 대해 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 조사 장치의 사진을 나타낸 것이고, 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그 사진,도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그에 설치되는 카메라 사진를 도시한 것이다.
또한 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 구조광 조사 장치를 통해 측정구조물에 구조광이 조사되는 상태의 모식도를 도시한 것이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그의 사시도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그(10)는 지지대(2)에 의해 지면에서 지지되며, 본체를 구성하는 프레임(11)과, 프레임(11) 모서리 일측에 구비되어 레이저조사부(20)가 삽입 설치되는 복수의 레이저 설치부(12)를 포함하여 구성된다.
레이저 설치부(12)는, 내부에 레이저 조사부(20)가 삽입 설치되도록 경통 형상을 갖고, 경통 내면과 레이저 조사부(20) 외면은 특정간격 이격되어 설치되게 된다.
또한 레이저 설치부(12) 각각의 전방에서 레이저 조사부(20)를 고정시키는 전방 고정부와, 후방에서 레이저 조사부를 고정시키는 후방고정부를 갖는다.
구체적 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 프레임(11)은 사각 단면을 가지며, 모서리 각각 총 4개의 레이저 설치부(12)가 형성됨을 알 수 있다. 레이저 설치부(12)는 경통형상으로 각각의 내부에 레이저 조사부(20)가 설치되게 된다. 그리고 레이저 조사부(20)는 레이저 설치부(12) 내면과 특정간격 이격되게 설치된다.
그리고 전방고정부는, 경통의 전방측에 서로 원주방향으로 특정각도 이격되어 레이저 설치부 전방측에 형성되는 복수의 전방측 체결홀(13)과, 이러한 전방측 체결홀(13) 각각에 삽입되어 내측으로 돌출되어 끝단이 레이저 조사부(20) 외면과 접촉되는 전방측 조정단(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
후방고정부 역시, 경통 후방측에 서로 원주방향으로 특정각도 이격되어 레이저 설치부(12) 후방측에 형성되는 복수의 후방측 체결홀(15)과, 이러한 후방측 체결홀(15) 각각에 삽입되어 내측으로 돌출되어 끝단이 레이저 조사부(20) 외면과 접촉되는 후방측 조정단(16)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 조사부가 설치된 구조광 지그의 레이저 설치부의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 전방측 체결홀(13)과 후방측 체결홀(15)은 각각 3개씩 서로 120도 간격으로 형성될 수 있으며, 전방측 조정단(14)과 후방측 조정단(16)은 나사 볼트로 구성될 수 있으며, 각각 3개씩 구성되어 나사조임풀림에 의해 전방측 조정단(14) 각각의 내측 돌출길이, 후방측 조정단(16) 각각의 내측 돌출길이를 조정하여 레이저 조사부(20)의 조사방향을 조절하여 측정구조물(1)에 조사된 레이저 포인트의 위치를 보정할 수 있도록 구성된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 조사부 중심점과, 3개의 조정단의 내측 돌출길이 간의 기하학적 관계를 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 레이저 설치부(12) 각각의 전방측 조정단(14)에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단(14) 돌출길이(r1, r2, r3) 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부(20)의 전방중심점을 산출하고,레이저 설치부(12) 각각의 후방측 조정단(16)에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이(r1, r2, r3) 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부(20)의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물(1)의 레이저 포인트 위치를 연산할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서 3개의 조정단을 120도 간격으로 배치하여 레이저 조사부(20)의 전방과 후방을 고정할 수 이는 레이저 설치부(12)가 사각형을 이루는 배치로 구성되므로, 이때 조정단으로 인해 고정되는 두 점은 레이저 설치부(12) 내의 모든 위치로 이동 가능하게 되며, 도 8에 도시된 수식에서 하나의 축에 대해 나머지 두축이 종속되어 수학적으로 타당함을 알 수 있다.
이러한 수학적 원리를 기반으로 제작한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 지그(10)와 캘리브레이션 기법을 통해 독립적 레이저의 수평정렬과 네 레이저의 평행정렬이 가능하게 된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 레이저 구조광 조사 장치(100)는 앞서 언급한 구조광 지그(10)의 레이저 설치부(12) 각각에 삽입 설치되어 측정구조물(1) 측으로 레이저를 조사하는 레이저조사부(20)와, 지그 전방 중심측에 구비되어 레이저가 조사된 측정구조물(1)의 영상데이터를 획득하는 카메라(30)를 포함한다.
또한 가상점 연산부(50)는 카메라(30)의 초점거리와, 구조광 지그(10)와 측정구조물(1) 간의 이격거리를 기반으로 레이저 각각이 조사되어야 하는 가상점을 연산한다.
그리고 디스플레이부(40)는 영상데이터 내에 레이저 조사부(20)에 의해 측정구조물(1)에 조사된 레이저 포인트와 가상점을 디스플레이한다.
또한 앞서 언급한 바와 같이, 레이저 위치 산출부(60)를 통해 레이저 설치부(12) 각각의 전방측조정단(14)에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측조정단의 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부(20)의 전방중심점을 산출하고, 레이저 설치부(12) 각각의 후방측조정단(16)에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측조정단(16)의 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부(20)의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물(1)의 레이저 포인트 위치를 연산하게 된다.
그리고 보정부(70)는 연산된 가상점와 레이저 위치 산출부(60)에 의해 산출된 포인트 위치를 기반으로 전방측조정단(14)과 후방측조정단(16)의 돌출길이를 조절하여 레이저위치가 가상점과 일치되도록 보정하게 된다. 이러한 보정은 측정자에 의해 수동으로 전방측조정단(14)과 후방측조정단(16)을 조정하여 진행할 수 있고, 전방측조정단(14)과 후방측조정단(16)이 전자식 액추에이터 등으로 구성되어 구동제어부에 의해 자동으로 조절될 수도 있다.
이하에서는 앞서 언급한 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 레이저 조사위치를 보정하기 위한 방법을 설명하도록 한다.
먼저, 레이저 조사부(20) 각각을 구조광 지그(10)의 레이저 설치부(12)에 삽입설치하고, 구조광 지그(10)에 카메라(30)를 설치한다(S1).
그리고 가상점 연산부(50)는 카메라(30)의 초점거리와, 구조광 지그(10)와 측정구조물(1) 간의 이격거리를 기반으로 레이저 각각이 조사되어야 하는 가상점을 연산하게 된다(S2).
그리고 레이저 조사부(20) 각각이 측정구조물(1)에 레이저를 조사하고, 카메라(30)가 레이저가 조사된 측정구조물(1)의 영상데이터를 획득한다(S3). 즉, 디스플레이부(30)가 영상데이터 내에 레이저 조사부(20)에 의해 측정구조물(1)에 조사된 레이저 포인트와 가상점을 디스플레이하게 된다.
그리고 레이저 위치 산출부(60)가, 레이저 설치부(12) 각각의 전방측조정단(14)에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측조정단(14) 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저조사부(20)의 전방중심점을 산출하고, 레이저설치부(12) 각각의 후방측조정단(16)에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측조정단(16) 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저조사부(20)의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물(1)의 레이저 포인트 위치를 연산하게 된다(S4)
그리고 디스플레이부(40)에 디스플레이된 가상점과 조사된 레이저포인트를 대비하여(S5), 전방측조정단(14)과 후방측조정단(16)의 내측 돌출길이를 조절하여 레이저 위치가 가상점와 일치되도록 보정하게 된다(S6)
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:측정구조물
2:지지대
10:구조광 지그
11:프레임
12:레이저설치부
13:전방측 체결홀
14:전방측 조정단
15:후방측 체결홀
16:후방측 조정단
20:레이저조사부
30:카메라
40:디스플레이부
50:가상점 연산부
60:레이저위치산출부
70:보정부
100:레이저 구조광 조사장치
2:지지대
10:구조광 지그
11:프레임
12:레이저설치부
13:전방측 체결홀
14:전방측 조정단
15:후방측 체결홀
16:후방측 조정단
20:레이저조사부
30:카메라
40:디스플레이부
50:가상점 연산부
60:레이저위치산출부
70:보정부
100:레이저 구조광 조사장치
Claims (14)
- 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 측정구조물에 레이저 구조광을 조사하기 위한 지그로서,
본체를 구성하는 프레임; 및
상기 프레임 모서리 일측에 구비되어 레이저조사부가 삽입 설치되는 복수의 레이저 설치부;를 포함하고,
상기 레이저 설치부는, 내부에 레이저 조사부가 삽입 설치되도록 경통 형상을 갖고, 상기 경통 내면과 상기 레이저 조사부 외면은 특정간격 이격되며,
상기 레이저 설치부 각각의 전방에서 상기 레이저 조사부를 고정시키는 전방 고정부, 후방에서 상기 레이저 조사부를 고정시키는 후방고정부를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 지그.
- 제 1항에 있어서,
상기 전방고정부는, 상기 경통 전방측에 서로 원주방향으로 특정각도 이격되어 형성되는 복수의 전방측 체결홀과, 상기 전방측 체결홀 각각에 삽입되어 내측으로 돌출되어 끝단이 상기 레이저 조사부 외면과 접촉되는 전방측 조정단; 및
상기 후방고정부는, 상기 경통 후방측에 서로 원주방향으로 특정각도 이격되어 형성되는 복수의 후방측 체결홀과, 상기 후방측 체결홀 각각에 삽입되어 내측으로 돌출되어 끝단이 상기 레이저 조사부 외면과 접촉되는 후방측 조정단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 지그.
- 제 2항에 있어서,
상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단과 후방측 조정단의 내측으로의 돌출길이를 조절하여 레이저조사부의 조사방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 지그.
- 제 3항에 있어서,
상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 전방중심점을 산출하고, 상기 레이저 설치부 각각의 후방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물의 레이저 포인트 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 지그.
- 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 측정구조물에 레이저 구조광을 조사하기 위한 장치로서,
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 레이저 구조광 지그;
상기 레이저 설치부 각각에 삽입 설치되어 상기 측정구조물 측으로 레이저를 조사하는 레이저조사부; 및
상기 지그 일측에 구비되어 레이저가 조사된 상기 측정구조물의 영상데이터를 획득하는 카메라;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치.
- 제 5항에 있어서,
상기 카메라의 초점거리와, 상기 구조광 지그와 측정구조물 간의 이격거리를 기반으로 레이저 각각이 조사되어야 하는 가상점을 연산하는 가상점 연산부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 영상데이터 내에 레이저 조사부에 의해 측정구조물에 조사된 레이저 포인트와 상기 가상점을 디스플레이하는 디스플레이부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 전방중심점을 산출하고, 상기 레이저 설치부 각각의 후방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물의 레이저 포인트 위치를 연산하는 레이저 위치 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 가상점와 상기 레이저 위치 산출부에 의해 산출된 포인트 위치를 기반으로 상기 전방측 조정단과 상기 후방측 조정단의 돌출길이를 조절하여 레이저위치가 상기 가상점와 일치되도록 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치.
- 영상과 레이저를 이용한 구조물 변위 측정시스템에서 레이저 조사위치를 보정하기 위한 방법으로서,
레이저 조사부 각각을 구조광 지그의 레이저 설치부에 삽입설치하고, 구조광 지그에 카메라를 설치하는 단계;
레이저 조사부 각각이 측정구조물에 레이저를 조사하고, 카메라가 레이저가 조사된 측정구조물의 영상데이터를 획득하는 단계; 및
상기 레이저 설치부의 전방 고정부와 후방고정부를 조정하여 조사되는 레이저의 위치를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치의 보정방법.
- 제 10항에 있어서,
가상점 연산부가 상기 카메라의 초점거리와, 상기 구조광 지그와 측정구조물 간의 이격거리를 기반으로 레이저 각각이 조사되어야 하는 가상점을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치의 보정방법.
- 제 11항에 있어서,
레이저 위치 산출부가, 상기 레이저 설치부 각각의 전방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 전방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 전방중심점을 산출하고, 상기 레이저 설치부 각각의 후방측 조정단에서 내측으로 돌출된 각각의 후방측 조정단 돌출길이 간의 기하학적 관계를 기반으로 레이저 조사부의 후방중심점을 산출하여, 전방중심점과 후방중심점을 기반으로 레이저 조사방향과, 측정구조물의 레이저 포인트 위치를 연산하는 레이저 구조광 조사장치의 보정방법.
- 제 12항에 있어서,
상기 보정하는 단계는,
디스플레이부가 상기 영상데이터 내에 레이저 조사부에 의해 측정구조물에 조사된 레이저 포인트와 상기 가상점을 디스플레이하고,
상기 가상점와 상기 레이저 위치 산출부에 의해 산출된 포인트 위치를 기반으로 상기 전방측 조정단과 상기 후방측 조정단의 돌출길이를 조절하여 레이저위치가 상기 가상점와 일치되도록 보정하는 것을 특징으로 하는 레이저 구조광 조사장치의 보정방법.
- 컴퓨터에 의해 판독되는 프로그램으로서, 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한항에 따른 보정방법을 실행시키는 프로그램.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220056224A KR20230156866A (ko) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220056224A KR20230156866A (ko) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230156866A true KR20230156866A (ko) | 2023-11-15 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220056224A KR20230156866A (ko) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 레이저 구조광 지그, 및 그 구조광 지그를 이용한 구조물 변위 측정시스템 및 보정방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230156866A (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101029751B1 (ko) | 2009-03-16 | 2011-04-19 | 한국과학기술원 | 구조물 변위 측정 시스템 및 방법 |
| KR101217186B1 (ko) | 2011-11-23 | 2013-01-02 | 한국과학기술원 | 구조물 변위 측정 시스템 및 방법 |
| KR101573641B1 (ko) | 2014-11-28 | 2015-12-02 | 한국과학기술원 | 6자유도 구조물 변위 측정 시스템 및 방법 |
| KR20180056324A (ko) | 2016-11-18 | 2018-05-28 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | 분산된 레이저 스페클 이미지를 이용한 면 변위와 변형률 계측 장치 및 방법 |
-
2022
- 2022-05-06 KR KR1020220056224A patent/KR20230156866A/ko unknown
Patent Citations (4)
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| KR20180056324A (ko) | 2016-11-18 | 2018-05-28 | 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단 | 분산된 레이저 스페클 이미지를 이용한 면 변위와 변형률 계측 장치 및 방법 |
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