WO2012161362A1 - 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치 및 방법 - Google Patents

레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치 및 방법 Download PDF

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WO2012161362A1
WO2012161362A1 PCT/KR2011/003848 KR2011003848W WO2012161362A1 WO 2012161362 A1 WO2012161362 A1 WO 2012161362A1 KR 2011003848 W KR2011003848 W KR 2011003848W WO 2012161362 A1 WO2012161362 A1 WO 2012161362A1
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laser
mirror
vibration
reflection mirror
reflected
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PCT/KR2011/003848
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Inventor
송길목
Original Assignee
한국전기안전공사
김종민
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring a three-dimensional vibration using a laser, and more particularly, to a technique for measuring and managing vibration to use as data for monitoring and improving a lifespan shortening due to vibration of a heavy electric machine. will be.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is to provide a technique capable of detecting three-dimensional vibration information while securing heavy electric machine insulation using a laser.
  • a three-dimensional vibration measuring device of a heavy electric machine using a laser the transmission unit for emitting a laser; An optical unit guiding the laser emitted from the transmitter to a reflection mirror attached to a measurement object and guiding the laser reflected by the reflection mirror to a receiver; A receiver which receives a laser reflected by the reflection mirror and transmits a light receiving position and frequency information of the received laser to a processor; Based on the light receiving position transmitted from the receiving unit calculates the displacement of the up, down, left, and right of the measurement target, calculates the amplitude and speed of the up, down, left and right directions due to vibration by dividing the displacement amount in the up, down, left and right directions as a function of time, A processing unit for calculating the displacement amount before and after the measurement object based on the Doppler effect and calculating the amplitude and velocity in the front and rear directions by vibration by dividing the displacement amount in the front and rear directions as a function of time and transmitting it
  • the optical unit comprises: a first mirror for guiding a laser emitted from the transmitting unit toward the center of the lens; A second mirror which directs the laser induced by the first mirror to the center of the lens and guides the reflection mirror to the reflection mirror; A lens for focusing the laser beam reflected by the reflection mirror to guide the third mirror; A hemispherical reflection mirror attached to the object to be measured and reflecting the laser induced by the second mirror to the lens; And a third mirror which sends the laser reflected by the reflection mirror to the receiver.
  • the third mirror may perform an operation of beam splitting, in which 50% of the laser reflected by the reflection mirror is transmitted to the position detection sensor and the remaining 50% is transmitted to the frequency detection sensor.
  • the receiving unit a position detection sensor for measuring the position displacement of the laser beam reflected from the reflection mirror to transmit to the processing unit; And a frequency detection sensor measuring frequency information of the laser reflected by the reflection mirror and transferring the measured frequency information to the processor.
  • the processing unit the distance between the lens and the reflecting mirror is "l”, the radius of the reflecting mirror is “R”, and the reflection angle reflected by the laser to the reflecting mirror is " ⁇ "
  • a three-dimensional vibration measuring method using a laser is a vibration measuring method using a three-dimensional vibration measuring apparatus using the above-described laser, the light emission for emitting a laser in the transmitter step;
  • the measuring step is: the distance between the lens and the reflection mirror is referred to as 'l', the radius of the reflection mirror is referred to as 'R', and the reflection angle reflected by the laser to the reflection mirror is referred to as ' ⁇ '.
  • the amount of position displacement measured by the position detection sensor is 'p'
  • FIG. 1 is a block diagram of a measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates the operation of FIG.
  • FIGS. 1 and 2 An apparatus for measuring 3D vibration of a heavy electric machine using a laser according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a block diagram of a measuring device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows the operation of FIG.
  • the three-dimensional vibration measuring device 100 using a laser according to the present embodiment (100) for the convenience of the description 'unless otherwise described' three-dimensional vibration measuring device using a laser 'is simply referred to as' measuring device' Includes a transmitter 110, an optical unit 120, a receiver 130, a processor 140, and an output unit 150.
  • the transmitter 110 emits a laser.
  • a laser having a frequency of 40 kHz is used as the frequency of the laser used.
  • the laser can be visually identified, distinguished from other vibration frequencies, and easy to detect.
  • a condenser lens may be further provided in front of the laser to prevent the diffusion of light.
  • the optical unit 120 guides the laser light emitted from the transmitter 110 to the reflective mirror 128 attached to the measurement target 10 and guides the laser reflected by the reflective mirror 128 to the receiver 130. .
  • the first mirror 122 guides the laser light emitted from the transmitter 110 toward the center of the lens 126.
  • the second mirror 124 passes the laser guided by the first mirror 122 to the center of the lens 126 to guide the reflection mirror 128.
  • the lens 126 focuses the laser reflected by the reflection mirror 128 and guides the laser to the third mirror 132.
  • the reflective mirror 128 is attached to the surface of the measurement object 10 and reflects the laser guided by the second mirror 124 to the lens 126 and has a hemispherical shape.
  • the third mirror 132 sends the laser reflected by the reflection mirror 128 to the receiver 130.
  • the third mirror 132 transmits 50% of the laser reflected by the reflection mirror 128 to the position detection sensor 134 and the remaining 50% to the frequency detection sensor 136. It is preferable to carry out.
  • the position sensing sensor 134 measures the position displacement amount p of the laser reflected by the reflection mirror 128 and transmits the measured position displacement amount p to the processor 140.
  • the processor 140 calculates the displacement of the top, bottom, left and right of the measurement target 10 based on the light receiving position transmitted from the receiver 130, and divides the displacement in the vertical, left, and right directions as a function of time, Calculate the speed.
  • the distance between the lens 126 and the reflection mirror 128 is referred to as 'l'
  • the radius of the reflection mirror 128 is referred to as 'R'
  • the laser is reflected by the reflection mirror 128.
  • the reflection angle is referred to as ' ⁇ '
  • the position displacement amount measured by the position detection sensor 134 is referred to as 'p'
  • the processor 140 calculates the amount of displacement before and after the measurement object 10 based on the frequency information according to the Doppler effect, divides the amount of displacement in the front and rear direction as a function of time, and calculates the amplitude and velocity in the front and rear directions due to vibration. Transfer to section 150.
  • the Doppler effect is a phenomenon in which the frequency of the wave becomes higher when the distance between the wave source and the observer is narrowed and the frequency of the wave becomes lower when the distance is farther away. That is, when the measurement target 10 is moved backward, the frequency of the detected laser will be lowered, and when the measurement target 10 is moved forward, the frequency of the detected laser becomes high.
  • the processor 140 may calculate the moving direction and the moving speed of the measurement target 10 based on the change amount of the frequency.
  • the output unit 150 stores the three-axis displacement of the measurement target 10 received from the processing unit 140 and outputs it to the outside.
  • the storage device built in the output unit 150 may use a nonvolatile memory for storing the stored contents even when the power supply is cut off, and may transmit the stored contents to an external printer or monitor.
  • FIG. 3 is a flowchart of a measuring method according to an embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional vibration measuring method using a laser is simply a' measuring method ' Is measured using the vibration measuring apparatus 100 described above, and the light emitting step S100 is a step of emitting a laser beam at the transmitter.
  • an induction step (S110) of optically inducing the laser emitted in the light emitting step to the reflective mirror attached to the surface of the measurement object using a mirror and a lens is performed.
  • a light receiving step S120 is performed to receive that the laser guided to the reflection mirror by the induction step is reflected by the reflection mirror.
  • the position detection sensor detects the received position of the laser light received in the light receiving step and the frequency detection sensor detects the frequency change by using the Doppler effect to measure the three-dimensional vibration amount and the vibration speed of the measurement target ( S130).
  • the measuring step (S130) is the distance between the lens and the reflection mirror 'l', the radius of the reflection mirror is called 'R', the reflection angle reflected by the laser to the reflection mirror is called ' ⁇ ', the position detection
  • the displacement amount measured by the sensor is called 'p'
  • an output step S140 of storing and outputting the 3D vibration amount and the vibration speed measured in the measuring step to the outside is performed.
  • the laser emits light at the transmitter 110.
  • a lens is installed in front of the laser to prevent the diffusion of light to prevent diffusion of the laser.
  • the laser emitted from the transmitter 110 is reflected by the first mirror 122 to be guided to the second mirror 124, and the laser guided to the second mirror 124 is the center of the lens 126. It is led through the reflection mirror 128 attached to the surface of the object 10 to be measured.
  • the position of the reflection mirror 128 is 128 '. While moving to reflect the laser at an angle of ⁇ .
  • the laser reflected by the reflective mirror 128 is refracted while passing through the lens 126 and guided to the third mirror 132.
  • the third mirror 132 transmits 50% of the laser induced by the beam split operation to the position detection sensor 134 and the remaining 50% to the frequency detection sensor 136.
  • the position detection sensor 134 measures the position displacement of the laser and transmits it to the processor 140.
  • the frequency detection sensor 136 measures the frequency information of the laser and transmits it to the processor 140.
  • the processor 140 calculates the up, down, left, and right moving distances and moving speeds of the measurement target based on the displacements measured in the sixth step.
  • the position displacement amount 'p' detected by the position detection sensor 134 is , Where Is,
  • the moving distance 'd' of the measurement target Will be calculated as
  • the processor calculates the forward and backward movement distance and the movement speed of the measurement target based on the frequency information measured in the above-described seventh step. In other words, by comparing the frequency detected by the frequency detection sensor 136 and the frequency of the laser light emitted by the transmitter 110 through the Doppler equation, the forward and backward movement directions and the moving speed of the measurement target 10 can be confirmed.
  • the moving direction and the moving speed of the measurement target 10 calculated by the processing unit 140 are transmitted to the output unit 150, and the output unit 150 stores the information and can be used for a printer or a monitor.
  • the data is processed and sent to the outside.

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 중전기기의 진동으로 인한 수명단축 등을 개선하기 위해 진동을 측정하기 위하여, 레이저를 발광하는 송신부; 상기 송신부에서 발광된 레이저를 측정 대상에 부착된 반사거울로 유도하고, 상기 반사거울에 의해 반사된 레이저를 수신부로 유도하는 광학부; 상기 반사거울에서 반사된 레이저를 수광하고, 상기 수광된 레이저의 수광 위치와 주파수 정보를 처리부로 전달하는 수신부; 상기 수신부로부터 전달된 수광 위치를 기반으로 상기 측정 대상의 상하좌우의 변위량을 계산하고 상기 상하좌우 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 상하좌우 방향의 진폭과 속도를 계산하고, 주파수 정보를 기반으로 상기 측정 대상의 전후의 변위량을 도플러 효과에 따라 계산하고 상기 전후 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 전후 방향의 진폭과 속도를 계산하여 출력부로 전달하는 처리부; 및 신호처리된 데이터를 중전기기의 상태진단에 활용하기 위해 용이하게 분석하여 출력이 가능한 데이터로 변환하고 상기 처리부로부터 전달받은 상기 측정 대상의 3축 변위량을 저장하고 외부로 출력하는 출력부;를 포함한다.

Description

레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치 및 방법
본 발명은 레이저를 이용한 3차원 진동 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중전기기의 진동으로 인한 수명단축 등을 모니터링하고 개선하기 위한 자료로 활용하기 위해 진동을 측정하고 관리하는 기술에 관한 것이다.
대형, 대용량의 중전기기는 전자계 현상 또는 전기에너지가 운동에너지로 바뀌면서 발생하는 진동으로 인한 수명 단축, 효율 감소 등의 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제는 중전기기의 동작 중 어느 시점에서 발생하고 어느 정도의 진동이 있는지를 확인하여야 하는데, 종래의 기술에서는 유선에 의한 가속도센서를 이용한다든지 무선통신에 의한 방법이 제시되었으나 전자계 현상에 의한 잡음 등으로 정확한 결과를 확인하기에는 어려움이 많았으며, 레이저를 이용한 진동 검출에는 단축 또는 2축 진동만을 검출하는 기술이 통상의 기술이었으며, 3축 진동을 검출하고자 할 때는 매우 복잡한 방법에 의하거나 2회 이상의 측정이 필요한 문제가 있다.
본 발명은 전술된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 레이저를 이용하여 중전기기 절연을 확보함과 동시에 3차원의 진동 정보를 검출할 수 있는 기술의 제공을 목적으로 한다.
전술된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치는, 레이저를 발광하는 송신부; 상기 송신부에서 발광된 레이저를 측정 대상에 부착된 반사거울로 유도하고, 상기 반사거울에 의해 반사된 레이저를 수신부로 유도하는 광학부; 상기 반사거울에서 반사된 레이저를 수광하고, 상기 수광된 레이저의 수광 위치와 주파수 정보를 처리부로 전달하는 수신부; 상기 수신부로부터 전달된 수광 위치를 기반으로 상기 측정 대상의 상하좌우의 변위량을 계산하고 상기 상하좌우 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 상하좌우 방향의 진폭과 속도를 계산하고, 주파수 정보를 기반으로 상기 측정 대상의 전후의 변위량을 도플러 효과에 따라 계산하고 상기 전후 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 전후 방향의 진폭과 속도를 계산하여 출력부로 전달하는 처리부; 및 신호처리된 데이터를 중전기기의 상태진단에 활용하기 위해 용이하게 분석하여 출력이 가능한 데이터로 변환하고 상기 처리부로부터 전달받은 상기 측정 대상의 3축 변위량을 저장하고 외부로 출력하는 출력부;를 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 광학부는: 상기 송신부에서 발광된 레이저를 렌즈의 중심방향으로 유도하는 제1미러; 상기 제1미러에 의해 유도된 레이저를 상기 렌즈의 중심으로 통과시켜 상기 반사거울로 유도하는 제2미러; 상기 반사거울에서 반사된 레이저를 집광하여 제3미러로 유도하는 렌즈; 상기 측정 대상에 부착되며 상기 제2미러에 의해 유도된 레이저를 상기 렌즈로 반사시키는 반구형의 반사거울; 및 상기 반사거울에 의해 반사된 레이저를 상기 수신부로 보내는 제3미러;를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제3미러는: 상기 반사거울에 의해 반사된 레이저의 50%는 위치 검출 센서로 전달하고, 나머지 50%는 주파수 검출 센서로 전달하는 빔스플릿의 동작을 수행할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 수신부는: 상기 반사거울에서 반사된 레이저의 위치 변위량을 측정하여 처리부로 전달하는 위치 검출 센서; 및 상기 반사거울에서 반사된 레이저의 주파수 정보를 측정하여 처리부로 전달하는 주파수 검출 센서;를 포함할 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 처리부는: 상기 렌즈와 반사 거울 사이의 거리를 'ℓ'이라 하고, 상기 반사 거울의 반지름을 'R'이라 하고, 레이저가 상기 반사 거울에 반사되어 나온 반사각을 'θ'라 하고, 상기 위치 검출 센서에서 측정된 위치 변위량을 'p'라 할 때, 상기 반사 거울의 상하좌우의 이동 거리 'd'는 수학식 d = Rp/2ℓ 에 의해 계산될 수 있다.
전술된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 레이저를 이용한 3차원 진동 측정 방법은, 전술된 레이저를 이용한 3차원 진동 측정 장치를 이용한 진동 측정 방법으로, 송신부에서 레이저를 발광하는 발광 단계; 상기 발광 단계에서 발광된 레이저를 측정 대상의 표면에 부착된 반사 거울까지 미러와 렌즈를 사용하여 광학적으로 유도하는 유도 단계; 상기 유도 단계에 의해 반사 거울까지 유도된 레이저가 상기 반사 거울에 의해 반사된 것을 수광하는 수광 단계; 상기 수광 단계에서 수광된 레이저의 수광 위치를 위치 감지 센서가 감지하고 주파수 변화를 도플러 효과를 이용하여 감지하는 주파수 검출 센서가 감지하여 상기 측정 대상의 3차원 진동량과 진동 속도를 측정하는 측정 단계; 및 상기 측정 단계에서 측정된 3차원 진동량과 진동 속도를 저장하고 중전기기의 이상상태를 판단하여 외부로 출력하는 출력 단계;를 포함한다.
본 실시형태에서, 상기 측정 단계는: 상기 렌즈와 반사 거울 사이의 거리를 'ℓ'이라 하고, 상기 반사 거울의 반지름을 'R'이라 하고, 레이저가 상기 반사 거울에 반사되어 나온 반사각을 'θ'라 하고, 상기 위치 검출 센서에서 측정된 위치 변위량을 'p'라 할 때, 상기 반사 거울의 상하좌우의 이동 거리 'd'는 수학식 d = Rp/2ℓ 에 의해 계산될 수 있다.
본 발명에 따르면 측정 대상의 상하좌우 진동은 위치 감지 센서에 의해 측정하고, 전후 진동은 주파수 검출 센서에 의해 측정할 수 있어 한 번의 측정으로 3차원 진동의 진동 속도와 진동량을 측정할 수 있는 기술을 제공한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 측정 장치의 블럭도이다.
도2는 도1의 동작을 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법의 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치 및 방법을 각 실시예별로 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
(진동 측정 장치)
이하에서 첨부된 도면 도1 및 도2를 참조로 본 발명에 따른 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치를 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 측정 장치의 블럭도이고, 도2는 도1의 동작을 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저를 이용한 3차원 진동 측정 장치(100: 이하에서 설명의 편의를 위하여 별다른 설명이 없는 한 '레이저를 이용한 3차원 진동 측정 장치'는 간략히 '측정 장치'라 한다)는 송신부(110), 광학부(120), 수신부(130), 처리부(140) 및 출력부(150)를 포함한다.
송신부(110)는 레이저를 발광한다. 이때 사용되는 레이저의 주파수는 40㎑의 주파수를 갖는 레이저가 사용되는 것이 바람직하다. 더불어 레이저는 육안 식별이 가능하고 다른 진동주파수와의 구분이 편리하며 검출이 용이한 이점을 갖는다. 레이저의 전방에는 빛의 확산을 막도록 집광 렌즈가 추가로 구비될 수도 있다.
광학부(120)는 송신부(110)에서 발광된 레이저를 측정 대상(10)에 부착된 반사거울(128)로 유도하고, 반사거울(128)에 의해 반사된 레이저를 수신부(130)로 유도한다.
제1미러(122)는 송신부(110)에서 발광된 레이저를 렌즈(126)의 중심방향으로 유도한다.
제2미러(124)는 제1미러(122)에 의해 유도된 레이저를 렌즈(126)의 중심으로 통과시켜 반사거울(128)로 유도한다.
렌즈(126)는 반사거울(128)에서 반사된 레이저를 집광하여 제3미러(132)로 유도한다.
반사거울(128)은 측정 대상(10)의 표면에 부착되며 제2미러(124)에 의해 유도된 레이저를 렌즈(126)로 반사시키며 형상은 반구형을 갖는다.
제3미러(132)는 반사거울(128)에 의해 반사된 레이저를 수신부(130)로 보낸다. 이때, 제3미러(132)는 반사거울(128)에 의해 반사된 레이저의 50%는 위치 검출 센서(134)로 전달하고, 나머지 50%는 주파수 검출 센서(136)로 전달하는 빔스플릿의 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
수신부(130)는 반사거울(128)에서 반사된 레이저를 수광하고, 수광된 레이저의 수광 위치와 주파수 정보를 처리부(140)로 전달한다.
위치 검출 센서(134: Position Sensing Detector)는 반사거울(128)에서 반사된 레이저의 위치 변위량(p)을 측정하여 처리부(140)로 전달한다.
주파수 검출 센서(136: Frequency Sensing Detector)는 반사거울(128)에서 반사된 레이저의 주파수 정보를 측정하여 처리부(140)로 전달한다.
처리부(140)는 수신부(130)로부터 전달된 수광 위치를 기반으로 측정 대상(10)의 상하좌우의 변위량을 계산하고 상하좌우 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 상하좌우 방향의 진폭과 속도를 계산한다.
이를 상세히 설명하면, 렌즈(126)와 반사 거울(128) 사이의 거리를 'ℓ'이라 하고, 반사 거울(128)의 반지름을 'R'이라 하고, 레이저가 반사 거울(128)에 반사되어 나온 반사각을 'θ'라 하고, 위치 검출 센서(134)에서 측정된 위치 변위량을 'p'라 할 때, 반사 거울(128)의 상하좌우의 이동 거리 'd'는 수학식 d = Rp/2ℓ에 의해 계산될 수 있다.
또한 처리부(140)는 주파수 정보를 기반으로 측정 대상(10)의 전후의 변위량을 도플러 효과에 따라 계산하고 전후 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 전후 방향의 진폭과 속도를 계산하여 출력부(150)로 전달한다. 잘 알려진 바와 같이, 도플러 효과는 파원과 관측자 사이의 거리가 좁아질 때에는 파동의 주파수가 더 높게, 거리가 멀어질 때에는 파동의 주파수가 더 낮게 관측되는 현상이다. 즉, 측정 대상(10)이 뒤로 이동된 경우, 검출되는 레이저의 주파수는 낮아질 것이고, 측정 대상(10)이 앞으로 이동된 경우, 검출되는 레이저의 주파수는 높아지게 된다. 처리부(140)는 주파수의 변화량을 기반으로 측정 대상(10)의 이동 방향과 이동 속도를 계산할 수 있게 된다.
출력부(150)는 처리부(140)로부터 전달받은 측정 대상(10)의 3축 변위량을 저장하고 외부로 출력한다. 출력부(150)에 내장된 저장 장치는 전원 공급이 차단된 경우에도 저장 내용이 저장되는 비휘발성 메모리가 사용되는 것이 바람직하며, 외부의 프린터나 모니터로 저장된 내용을 전송할 수도 있다.
(진동 측정 방법)
이하에서 첨부된 도면 도3을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 방법을 설명한다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법의 흐름도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 레이저를 이용한 3차원 진동 측정 방법(이하에서 설명의 편의를 위하여, 별다른 설명이 없는 한 '레이저를 이용한 3차원 진동 측정 방법'은 간략히 '측정 방법'이라 한다)은 전술된 진동 측정 장치(100)를 사용하여 측정하게 되며, 발광 단계(S100)는 송신부에서 레이저를 발광하는 단계이다.
이후, 발광 단계에서 발광된 레이저를 측정 대상의 표면에 부착된 반사 거울까지 미러와 렌즈를 사용하여 광학적으로 유도하는 유도 단계(S110)를 수행한다.
이후, 유도 단계에 의해 반사 거울까지 유도된 레이저가 반사 거울에 의해 반사된 것을 수광하는 수광 단계(S120)를 수행한다.
이후, 수광 단계에서 수광된 레이저의 수광 위치를 위치 감지 센서가 감지하고 주파수 변화를 도플러 효과를 이용하여 감지하는 주파수 검출 센서가 감지하여 측정 대상의 3차원 진동량과 진동 속도를 측정하는 측정 단계(S130)를 수행한다. 이때 측정 단계(S130)는 렌즈와 반사 거울 사이의 거리를 'ℓ'이라 하고, 반사 거울의 반지름을 'R'이라 하고, 레이저가 반사 거울에 반사되어 나온 반사각을 'θ'라 하고, 위치 검출 센서에서 측정된 위치 변위량을 'p'라 할 때, 반사 거울의 상하좌우의 이동 거리 'd'는 수학식 d = Rp/2ℓ에 의해 계산하게 된다.
이후, 측정 단계에서 측정된 3차원 진동량과 진동 속도를 저장하고 외부로 출력하는 출력 단계(S140)를 수행한다.
(사용예)
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 측정 장치의 사용예를 설명한다.
제1단계, 송신부(110)에서 레이저가 발광된다. 이때 레이저의 전방에는 빛의 확산을 막는 렌즈가 별도로 설치되어 레이저의 확산을 방지하는 것이 바람직하다.
제2단계, 송신부(110)에서 발광된 레이저가 제1미러(122)에 의해 반사되어 제2미러(124)로 유도되고, 제2미러(124)로 유도된 레이저는 렌즈(126)의 중심을 통과하여 측정 대상(10)의 표면에 부착된 반사 거울(128)로 유도된다.
제3단계, 측정 대상(10)의 상하좌우의 방향으로 이동된 경우(도2에서 측정 대상은 위로 'd'의 거리만큼 이동된 것으로 도시되어 있다), 반사 거울(128)의 위치가 128'으로 이동되면서 θ의 각도로 레이저를 반사시키게 된다.
제4단계, 반사 거울(128)에서 반사된 레이저는 렌즈(126)를 통과하면서 굴절되어 제3미러(132)로 유도된다.
제5단계, 제3미러(132)는 빔스플릿 동작에 의해 유도된 레이저의 50%는 위치 검출 센서(134)로 전달하고, 나머지 50%는 주파수 검출 센서(136)로 전달한다.
제6단계, 위치 검출 센서(134)는 레이저의 위치 변위량을 측정하여 처리부(140)로 전달한다.
제7단계, 주파수 검출 센서(136)는 레이저의 주파수 정보를 측정하여 처리부(140)로 전달한다.
제8단계, 처리부(140)는 전술된 제6단계에서 측정된 변위량을 기반으로 측정 대상의 상하좌우 이동거리와 이동 속도를 계산하게 된다. 다시 말하면, 위치 검출 센서(134)에서 감지된 위치 변위량 'p'는
Figure PCTKR2011003848-appb-I000001
이고, 여기서
Figure PCTKR2011003848-appb-I000002
이며,
Figure PCTKR2011003848-appb-I000003
이므로 최종적으로 측정 대상의 이동거리 'd'는 치환 과정을 거쳐
Figure PCTKR2011003848-appb-I000004
로 계산되게 된다.
또한 처리부는 전술된 제7단계에서 측정된 주파수 정보를 기반으로 측정 대상의 전후 이동거리와 이동 속도를 계산하게 된다. 다시 말하면, 주파수 검출 센서(136)에서 감지된 주파수와 송신부(110)에서 발광된 레이저의 주파수를 도플러방정식을 통해 비교함으로써, 측정 대상(10)의 전후 이동 방향과 이동 속도를 확인할 수있게 된다.
제9단계, 처리부(140)에서 계산된 측정 대상(10)의 이동방향과 이동 속도는 출력부(150)에 전달되고, 출력부(150)는 이를 저장함과 동시에 프린터나 모니터에 사용할 수 있는 정보로 데이터를 가공하여 외부로 전달한다.
이상으로 본 발명의 특정 실시예들에 대하여 설명하였다.
그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 특별히 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해해야 할 것이다.
따라서, 전술된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

Claims (7)

  1. 레이저를 발광하는 송신부;
    상기 송신부에서 발광된 레이저를 측정 대상에 부착된 반사거울로 유도하고, 상기 반사거울에 의해 반사된 레이저를 수신부로 유도하는 광학부;
    상기 반사거울에서 반사된 레이저를 수광하고, 상기 수광된 레이저의 수광 위치와 주파수 정보를 처리부로 전달하는 수신부;
    상기 수신부로부터 전달된 수광 위치를 기반으로 상기 측정 대상의 상하좌우의 변위량을 계산하고 상기 상하좌우 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 상하좌우 방향의 진폭과 속도를 계산하고, 주파수 정보를 기반으로 상기 측정 대상의 전후의 변위량을 도플러 효과에 따라 계산하고 상기 전후 방향의 변위량을 시간의 함수로 나누어 진동에 의한 전후 방향의 진폭과 속도를 계산하여 출력부로 전달하는 처리부; 및
    상기 처리부로부터 전달받은 상기 측정 대상의 3축 변위량을 저장하고 중전기기의 상태를 판단하기 위한 자료의 분석이 외부로 출력하는 출력부;를 포함하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학부는:
    상기 송신부에서 발광된 레이저를 렌즈의 중심방향으로 유도하는 제1미러;
    상기 제1미러에 의해 유도된 레이저를 상기 렌즈의 중심으로 통과시켜 상기 반사거울로 유도하는 제2미러;
    상기 반사거울에서 반사된 레이저를 집광하여 제3미러로 유도하는 렌즈;
    상기 측정 대상에 부착되며 상기 제2미러에 의해 유도된 레이저를 상기 렌즈로 반사시키는 반구형의 반사거울; 및
    상기 반사거울에 의해 반사된 레이저를 상기 수신부로 보내는 제3미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제3미러는:
    상기 반사거울에 의해 반사된 레이저의 50%는 위치 검출 센서로 전달하고, 나머지 50%는 주파수 검출 센서로 전달하는 빔스플릿의 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수신부는:
    상기 반사거울에서 반사된 레이저의 위치 변위량을 측정하여 처리부로 전달하는 위치 검출 센서; 및
    상기 반사거울에서 반사된 레이저의 주파수 정보를 측정하여 처리부로 전달하는 주파수 검출 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 처리부는:
    상기 렌즈와 반사 거울 사이의 거리를 'ℓ'이라 하고, 상기 반사 거울의 반지름을 'R'이라 하고, 레이저가 상기 반사 거울에 반사되어 나온 반사각을 'θ'라 하고, 상기 위치 검출 센서에서 측정된 위치 변위량을 'p'라 할 때, 상기 반사 거울의 상하좌우의 이동 거리 'd'는 수학식
    d = Rp/2ℓ
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 레이저를 이용한 3차원 진동 측정 장치를 이용한 진동 측정 방법으로,
    송신부에서 레이저를 발광하는 발광 단계;
    상기 발광 단계에서 발광된 레이저를 측정 대상의 표면에 부착된 반사 거울까지 미러와 렌즈를 사용하여 광학적으로 유도하는 유도 단계;
    상기 유도 단계에 의해 반사 거울까지 유도된 레이저가 상기 반사 거울에 의해 반사된 것을 수광하는 수광 단계;
    상기 수광 단계에서 수광된 레이저의 수광 위치를 위치 감지 센서가 감지하고 주파수 변화를 도플러 효과를 이용하여 감지하는 주파수 검출 센서가 감지하여 상기 측정 대상의 3차원 진동량과 진동 속도를 측정하는 측정 단계; 및
    상기 측정 단계에서 측정된 3차원 진동량과 진동 속도를 저장하고 외부로 출력하는 출력 단계;를 포함하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 측정 단계는:
    상기 렌즈와 반사 거울 사이의 거리를 'ℓ'이라 하고, 상기 반사 거울의 반지름을 'R'이라 하고, 레이저가 상기 반사 거울에 반사되어 나온 반사각을 'θ'라 하고, 상기 위치 검출 센서에서 측정된 위치 변위량을 'p'라 할 때, 상기 반사 거울의 상하좌우의 이동 거리 'd'는 수학식
    d = Rp/2ℓ
    에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 중전기기의 3차원 진동 측정 방법.
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