KR101373858B1 - 피측정물의 수직변위 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피측정물에 광을 조사하는 발광부; 상기 발광부로부터 조사된 광을 수신하는 수광부; 상기 발광부와 수광부 사이에 위치하며 피측정물에 부착되어지는 측정봉; 및 상기 발광부로부터 조사된 광이 측정봉를 포함하는 조사영역을 통과하여 수광부에 생긴 측정봉의 그림자의 수직변위를 산출하는 신호처리부;
를 포함하는 피측정물의 수직변위 측정장치를 제공한다.

Description

피측정물의 수직변위 측정장치{DETECTION METHOD OF VERTICAL DIMENSION OF MATERIAL}

본 발명은 피측정물의 수직변위 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 과정을 통해 관심있는 피측정물의 수직변위를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 피측정물의 수직변위 측정장치에 관한 것이다.

굴삭기와 같은 장비의 성능을 평가하기 위한 방법 중 하나로 버킷의 성능을 평가하는 방법이 이용되고 있다.

이를 위해, 버킷을 이용하여 평탄화 작업을 수행함에 있어 버킷의 동작과정에서 어느 정도로 평탄하게 대상을 깎을 수 있는 지가 중요하다. 이러한 평가를 위해 종래에는 모래를 평탄하게 깔고, 그 위에 버킷을 동작시켜 모래를 일정한 두께로 깎아내는 작업을 수행하고, 모래의 일측에 배치된 카메라를 이용하여 촬영하여 소정의 이미지를 얻고 이로부터 깎인 부위의 모래 두께를 측정하는 방법이 이용된다.

하지만 이와 같은 방법 및 장치에 의하면, 정밀도가 높지 못하고, 별도로 모래를 준비하여야 하며 매 성능평가시마다 평탄화 작업을 수행해야 하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라 평탄화 작업 역시 정밀하게 이루어지기 어려워 결과적으로 정밀한 평가는 이루어지기 어렵다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 간단한 과정을 통해 관심있는 피측정물의 수직변위를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 측정장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 피측정물에 광을 조사하는 발광부; 상기 발광부로부터 조사된 광을 수신하는 수광부; 상기 발광부와 수광부 사이에 위치하며 피측정물에 부착되어지는 측정봉; 및 상기 발광부로부터 조사된 광이 측정봉를 포함하는 조사영역을 통과하여 수광부에 생긴 측정봉의 그림자의 수직변위를 산출하는 신호처리부;

를 포함하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(2) 제 1항에 있어서,

피측정물은 굴삭기의 버킷인 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(3) 제 2항에 있어서,

측정봉는 버킷의 측면 혹은 양면에 수직하게 부착된 봉상의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(4) 제 2항에 있어서,

상기 버킷에 버킷과 수평면사이의 각도를 측정하는 각도기(clinometer)가 부착된 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(5) 제 1항에 있어서,

상기 발광부는 레이저 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(6) 제 5항에 있어서,

상기 발광부는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기가 장착된 수직이동부재; 상기 수직이동부재와 링커로 연결된 회전부재를 포함하며, 상기 회전부재가 회전함에 따라 링커에 의해 수직이동부재가 수직으로 왕복운동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(7) 제 1항에 있어서,

상기 발광부는 엘이디 광원인 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(8) 제 1항에 있어서,

상기 수광부는 스크린을 포함하고, 상기 스크린에 맺힌 이미지를 촬영하는 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

(9) 제 1항에 있어서,

피측정물의 위치를 측정하기 위한 변위센서가 더 장착된 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 별도로 굴삭기의 성능을 평가하기 위하여 모래가 준비된 곳으로 굴삭기를 이동할 필요가 없으며, 굴삭기의 제조 현장에서 출하시점에 바로 시스템을 설치하여 성능을 평가할 수 있다는 점에서 그 과정이 매우 간단하고, 신속하면서 정확하게 평가할 수 있는 장점을 제공한다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 피측정물의 수직변위 측정장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 발광부의 세부구성도.
도 3은 버킷의 움직임과 측정봉의 변위사이의 관계에 대한 설명도.

본 발명은 피측정물에 광을 조사하는 발광부; 상기 발광부로부터 조사된 광을 수신하는 수광부; 상기 발광부와 수광부 사이에 위치하며 피측정물에 부착되어지는 측정봉; 및 상기 발광부로부터 조사된 광이 측정봉를 포함하는 조사영역을 통과하여 수광부에 생긴 측정봉의 그림자에 해당하는 암대의 수직변위를 산출하는 신호처리부;

를 포함하는 피측정물의 수직변위 측정장치를 제공한다.

이하 본 발명의 내용을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 피측정물의 수직변위 측정장치의 일 실시예에 해당하는 구성도이고, 도 2는 발광부를 구성하는 레이저 발생기의 세부적인 구성도이다.

본 발명에서 상기 피측정물의 범위는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 굴삭기의 버킷(100)에 장착되는 측정봉(13)이다.

측정봉(13)은 도시된 바와 같이 버킷(100)의 측면 소정위치에 수평방향으로 연장된 봉형상으로 버킷의 일면 혹은 양면에 지면과 수평하게 부착되어진다.

본 발명의 실시예에서는 상기 측정봉(13)은 봉형상으로 예시되어있지만, 반드시 이러한 봉형상일 것을 요하는 것은 아니다. 따라서, 발광부(200)에서 조사되는 광에 대하여 수광부(300)에 그림자를 형성할 수 있고, 이 그림자가 수직변이를 측정하기에 적합한 형태를 가지는 한 특별한 제한은 없다.

또한, 측정봉(13)은 통상적인 굴삭기 버킷(100)에 별도의 보조기구를 장착함이 없이 탈부착이 쉽도록 하기 위하여 상기 측정봉(13)은 마그네틱 재질로 하는 것이 좋다. 따라서, 측정시 필요한 경우에만 측정봉(13)을 버킷(100)의 일면 혹은 양면에 부착하고 측정이 완료되면 손쉽게 떼어낼 수 있다.

버킷(100)의 정면에서 발광부(200)로부터 조사된 빔(14)은 측정봉(13)를 포함한 조사영역을 지나면서 측정봉(13)를 제외한 나머지 영역은 광이 직진하여 수광부(300)에 도달되고, 측정봉(13)에 조사된 빔은 반사되어 수광부에 그림자의 형상을 나타낸다.

이때, 발광부(200)는 통상적인 레이저 광원을 포함하며, 레이저 광원은 특히 직진성이 우수하여 이로 인해 측정봉에 부딪힌 레이저 빔은 투과하지 못하고 반사되어지며, 측정봉(13)을 제외한 나머지 조사영역은 수광부에 도달하게 된다. 이러한 기능을 제공할 수 있다면 반드시 상기 발광부(200)는 레이저 광원을 포함할 필요가 없으며, 엘이디 광원 등 기타 광원을 이용할 수 있음은 물론이다.

이와 같이, 수광부(300)에 도달한 빔이 형성하는 이미지로부터 측정봉의 그림자의 이동을 검출함으로써 어느 정도의 폭으로 변위가 일어나는지에 대한 유용한 정보를 제공할 수 있게 된다.

발광부(200)의 구체적인 예로 본 발명의 실시예에서는 도 2에 도시한 바와 같이 레이저 발생기(18)로 반도체 레이저튜브(Semiconductor Laser Tube)를 장착할 수 있으며, 여기서 발생되는 레이저 빔을 도시된 바와 같은 상하운동 캠장치를 이용하여 타겟인 수광부(300)로 송출하도록 한다.

상기 상하운동 캠장치는, 상기 레이저 발생기(18)가 장착된 수직이동부재(11)와, 상기 수직이동부재(11)와 링커(21) 및 이와 연결된 커넥터(22)로 연결된 회전부재(10)를 포함하며, 상기 회전부재(10)가 회전함에 따라 커넥터(22)에 의해 수직이동부재(11)가 수직으로 상하 왕복운동하게 된다. 이때, 레이저 발생기(18)의 이동폭은 300mm 정도로 하면 충분하고, 120~360Hz로 연속하여 송출하도록 한다.

수광부(300)는 발광부(200)로부터 조사된 광을 수신하며, 통상적으로 레이저 발생기(18)를 발광부로 구성하는 경우 수광부(300)는 포토센서 등이 채택되어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1에 도시된 바와 같이 스크린(16)을 두고 스크린에 맺힌 상을 카메라(15)를 이용하여 촬영하여 이미지를 얻는 것도 본 발명의 수광부에 해당할 수 있음은 물론이다. 이때 카메라(15)는 에어리어 스캔카메라가 이용될 수 있다.

이하 본 발명의 피측정물의 수직변위 측정장치를 이용하여 굴삭기 버킷(100)의 성능을 측정하는 원리에 대하여 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

굴삭기의 버킷(100)에는 버킷의 말단(12)이 지면과 이루는 각도를 모니터링하기 위한 각도기(Inclinometer)(17)를 장착하고, 버킷 말단(12)과 측정봉 사이를 보상연산하도록 한다.

굴삭기의 성능은 버킷의 말단(12)과 지면이 이루는 간격의 변이정도에 따라 평가되어진다. 이상적인 버킷이라면 버킷의 말단과 지면은 등간격을 유지하여야 한다. 버킷(100)은 수평면을 따라 이동하는 과정에서 일정한 각도로 회전하게 되고, 이 과정에서 버킷에 장착된 측정봉(13)은 상승 및 하강이 이루어진다. 즉, 버킷이 전체 이동거리 중 중심위치에 이르기 전까지 측정봉(13)은 상승하게 되고, 중심위치에서 정점을 이루고 이후 하강하게 된다.

이상적인 굴삭기의 경우 평가단계에서 초기 버킷의 위치와 마지막 버킷의 위치가 정해지면, 버킷 말단과 측정봉사이의 직선(L)이 지면의 법선과 이루는 각도(θ)가 정해진다.

직선(L)의 길이가 정해지고, θ가 0으로 이동하는 과정, 즉 중심으로 이동하는 과정에서 측정봉의 변위폭이 결정되어진다. 이상적인 버킷의 운동이라면, 상기 측정봉(13)은 중심위치에서 최대변위는 도시된 바와 같이 L(1-cosθ)가 되며, 변위는 0에서 L(1-cosθ)로 선형적으로 변하게 된다.

따라서, 각도 θ를 알면 측정봉(13)의 위치가 어느 정도 상승하였는지는 간단한 수학적 계산에 의해 연산할 수 있다. 예를 들어, 각도가 θ에서 θ'으로 이동하면, 측정봉의 높이는 L(cosθ'- cosθ)가 되며, 이를 테이블로 정리하여 각도가 변할 때 마다, 즉 버킷의 말단(12)가 수평방향으로 이동할 때마다 말단의 지면에 대한 높이가 어떻게 변하는지 결과값을 산출해 낼 수 있다.

만일 굴삭기의 버킷(100)이 상기와 같은 변위폭내에서 선형적으로 이루어진다면 성능이 좋은 것으로 평가할 수 있지만, 상기 변위폭을 벗어나거나, 매 각도마다 정해진 변위폭 내지 이의 허용된 오차범위를 벗어나게 된다면 버킷 말단(12)의 운동은 수평면과 평행하게 이루어지는 것이 아니라 상하 요동(fluctuation)이 발생한 것으로 성능면에서 좋지 않은 평가를 내릴 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 측정봉(13)을 포함한 버킷의 조사영역에 대하여 레이저빔을 조사하여 측정봉(13)으로 인한 그림자의 운동을 수광부를 이루는 에어리어 스캔 카메라(15)로 촬영하여 얻어지는 이미지를 얻고, 얻어진 이미지는 신호처리부(미도시)에서 처리되어 측정봉의 이동거리가 산출되어지고, 이동거리와 그때의 각도정보로부터 버킷 말단(12)의 위치가 상기 변위폭 내지 허용된 오차범위내에 있는지 여부를 판단하여 성능평가를 수행한다.

변위센서(19)는 버킷의 현재의 위치를 측정하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에서는 레이저 거리센서를 이용하여 버킷으로부터 반사되어 들어오는 신호를 읽어 버킷의 현재의 위치를 실시간으로 정확하게 파악할 수 있도록 한다. 따라서, 검사자는 버킷의 이동거리 중 어느 위치에서 동작불량이 일어나는지를 정확하게 판단할 수 있게 된다.

상기 과정에 의하면 별도로 굴삭기의 성능을 평가하기 위하여 모래가 준비된 곳으로 굴삭기를 이동할 필요가 없으며, 굴삭기의 제조 현장에서 출하시점에 바로 시스템을 설치하여 성능을 평가할 수 있다는 점에서 그 과정이 매우 간단하고, 신속하면서 정확하게 평가할 수 있는 장점을 제공한다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 본 발명에 따른 측정장치는 자동차의 제동성능을 평가할 때 차 앞축이 주저앉는 정도 혹은 가속시 들뜨는 정도를 평가하는데 적용할 수 있다. 이를 위해 차체의 소정위치 예를 들어 앞범퍼 측면에 측정봉을 부착하고, 전면에서 레이저빔을 조사하여 후면의 수광부를 통한 이미지를 얻어 측정봉의 움직임을 관찰하는 것으로 간단하게 자동차의 제동성능을 평가할 수 있게 된다.

12: 버킷말단
13: 측정봉
15: 카메라
16: 스크린
17: 각도기
18: 레이저발생기
19: 변위센서
100: 버킷
200: 발광부
300: 수광부

Claims (9)

1. 피측정물에 광을 조사하는 발광부; 상기 발광부로부터 조사된 광을 수신하는 수광부; 상기 발광부와 수광부 사이에 위치하며 피측정물에 부착되어지는 측정봉; 및 상기 발광부로부터 조사된 광이 측정봉를 포함하는 조사영역을 통과하여 수광부에 생긴 측정봉의 그림자의 수직변위를 산출하는 신호처리부;를 포함하며,
   상기 발광부는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기가 장착된 수직이동부재, 상기 수직이동부재와 링커로 연결된 회전부재를 포함하며, 상기 회전부재가 회전함에 따라 링커에 의해 수직이동부재가 수직으로 왕복운동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,
   피측정물은 굴삭기의 버킷인 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
3. 제 2항에 있어서,
   측정봉는 버킷의 측면 혹은 양면에 수직하게 부착된 봉상의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 버킷에 버킷과 수평면사이의 각도를 측정하는 각도기(Inclinometer)가 부착된 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 발광부는 엘이디 광원인 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 수광부는 스크린을 포함하고, 상기 스크린에 맺힌 이미지를 촬영하는 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
9. 제 1항에 있어서,
   피측정물의 위치를 측정하기 위한 변위센서가 더 장착된 것을 특징으로 하는 피측정물의 수직변위 측정장치.
   
   

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