KR101732235B1 - 레이저 발신부 초점의 원거리 고정밀 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 발신부의 초점을 고정밀 제어하기 위한 제어장치로서, 상기 레이저 발신부 조사방향을 상하 및 좌우 조절하는 상하 및 좌우 조절용 베이스; 및 상기 상하 및 좌우 조절용 베이스에 장착되어 베이스를 구동하는 기어박스;를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 상기 기어박스는, 구동력을 발생시키는 스탭핑모터; 상기 스탭핑모터의 구동력을 웜휠에 전달하는 웜기어; 상기 웜휠과 결합되어 스탭핑모터의 회전력을 전달받아 실질적으로 베이스를 구동시키는 베이스 연결 스크류;를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 100m이상의 원거리 공간에서 레이저 발신부의 발광 각도를 제어할 때, 상하 및 좌우 조절용 스크류(133)의 회전에 따라 상하 및 좌우 조절용 베이스(210)를 이동시켜 상기 베이스에 연결된 레이저 발신부의 발광 각도를 정밀 제어하는 기능을 포함한다.
본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치 및 방법은, 레이저 발신부가 결합된 고정밀 제어장치를 통해 레이저 발신부의 발광 각도를 직접 제어하여 정합가능한 수신기의 설치범위를 넓혀 수신부 영역의 검출을 효율적으로 하는 효과가 있다.

Description

레이저 발신부 초점의 원거리 고정밀 제어방법{Long Distance High-Precision Control Method Of Laser Transmiter Focus}

본 발명은 최근 방범, 방재, 군사, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 레이저 감지 기술에 대한 것으로써, 레이저 광선의 단절 혹은 광량의 감쇄 등을 감지하여 다양한 상황변화를 인식하는 기술이다. 특히 레이저 광선의 수신여부와 광량의 측정을 위한 레이저 포인트의 수신부 초점을 정합시키는 고정밀 제어장치 및 방법에 대한 기술이다.

레이저 광선을 활용하여 다양한 상황을 감지하기 위해서는 먼저 레이저 포인트의 초점이 수신기 수신부 영역에 정확히 정합되어야 한다.

기존의 레이저 광선을 활용한 상황인식 기술은 국내특허 KR 10-2005-0044387와 같이 판금구조물의 용접을 위해서 주어진 궤도와 속도에서 부속물장치를 이동하여 비교적 짧은 거리의 공간 내에서 레이저빔의 초점 방향을 제어하는 등 물체 혹은 사람의 감지 및 다양한 액체, 기체 등의 투과성 물체 감도를 감지하는데 활용되었다. 그러나 레이저 발신기와 수신기 사이의 거리가 증가할 경우 이격된 거리에 비례하여 레이저 초점의 이동거리가 매우 민감하게 변화하므로, 수작업으로 초점을 정합하기란 불가능하다.

한편, 도 1과 같이 100m 이격된 공간상에서 레이저 광선 발신 각도 1도차에 따른 레이저 포인트 위치는 1m 이상 벗어난다. 따라서 레이저 수신부 영역의 크기를 100mm라고 가정할 때 레이저 발신각도를 최소 0.01도 이하로 제어하기 위한 고정밀제어장치가 필요하다.

한편, 국내특허 KR 10-2011-0107781에서는 레이저빔을 전송수단을 통해 전송받아 가공할 대상물에 조사하는 가공헤드를 포함하는 레이저 가공장치의 초점 조절방법에 대해 제안하고 있지만, 발신기의 각도를 직접제어하는 것이 아닌 브리지를 설치하여 상기 브리지에서 레이저가공장치가 이동가능하도록 결합하여 레이저포인트를 조절하였다. 상기와 같이 기존의 레이저 포인트는 도 2와 같이 발신과 수신 구조의 정합을 위한 장치에서 발신기의 각도를 직접제어하지 않고 발신부 자체를 상하, 좌우로 이동시켜 이동된 거리만큼 정합포인트의 위치를 이동시켜 정밀제어하였다. 상기와 같은 방법으로 레이저 포인트를 조절하는 방법은, 도 3과 같이 발신기 내부에서 발신부를 이동시킬 수 있는 범위가 제약되어 있으므로 원거리 레이저와 같이 수신기의 위치 자체가 발신부 제어범위 내에 없을 경우 초점의 정합자체가 불가능하다는 문제점이 있다.

KR 10-2005-0044387 KR 10-2011-0107781

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 필요성이 제기되는 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 적외선 레이저 감지장치의 레이저 포인트 초점정합을 위한 고정밀 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고정밀 제어장치는, 레이저 발신부의 초점을 고정밀 제어하기 위한 제어장치로서, 상기 레이저 발신부 조사방향을 상하 및 좌우 조절하는 상하 및 좌우 조절용 베이스; 및 상기 상하 및 좌우 조절용 베이스에 장착되어 베이스를 구동하는 기어박스;를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 상기 기어박스는, 구동력을 발생시키는 스탭핑모터; 상기 스탭핑모터의 구동력을 웜휠에 전달하는 웜기어; 상기 웜휠과 결합되어 스탭핑모터의 회전력을 전달받아 실질적으로 베이스를 구동시키는 베이스 연결 스크류;를 포함하여 구성되어 있다.

또한, 100m이상의 원거리 공간에서 레이저 발신부의 발광 각도를 제어할 때, 상하 및 좌우 조절용 스크류(133)의 회전에 따라 상하 및 좌우 조절용 베이스(210)를 이동시켜 상기 베이스에 연결된 레이저 발신부의 발광 각도를 정밀 제어하는 기능을 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치 및 방법은, 도 4와 같이 레이저 발신부가 결합된 고정밀 제어장치를 통해 레이저 발신부의 발광 각도를 직접제어하여 정합가능한 수신기의 설치범위를 넓혀 수신부 영역의 검출을 효율적으로 하는 효과가 있다.

도 1은 기본 발명에 따른 레이저 발신부의 각도차에 따른 레이저 수신부 크기오차를 도시한 예시도이다.
도 2는 기존 발명에 따른 레이저 발신부 및 수신구조의 정합을 위한 장치를 도시한 예시도이다.
도 3은 기존 발명에 따른 레이저 발신부 및 수신구조의 정합을 위한 장치를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 발신부가 결합된 고정밀 제어장치를 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 좌측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 우측면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 기어박스 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 기어박스 정면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 기어박스 측면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는 최근 물체나 사람의 감지나, 화재연기 감지 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 적외선 레이저 감지장치의 레이저 포인트 초점정합을 위한 고정밀 제어방법에 관한 것으로써, 레이저 발신부 발광 각도의 고정밀 제어를 위하여 레이저 발신기에 도5와 같은 고정밀 제어장치를 구성하고, 레이저 발신부 보드(20)를 레이저 발신부 브라켓(10)에 장착한다.

도 5는 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 정면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 좌측면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 우측면도이다. 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8을 참고하여 설명하면, 본 발명에 따른 레이저 발신부의 초점을 고정밀 제어하기 위한 제어장치는 상기 레이저 발신부 조사방향을 상하 및 좌우 조절하는 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110) 및 상기 상하 및 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110)에 장착되어 베이스를 구동하는 상하 및 좌우 조절용 기어박스(230, 130);로 구성된다. 상기 상하 및 좌우 조절용 기어박스(230, 130)는, 구동력을 발생시키는상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131); 상기 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 구동력을 웜휠에 전달하는 상하 및 좌우 조절용 웜기어(232,132); 상기 상하 및 좌우 조절용 웜기어(232,132)과 결합되어 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 회전력을 전달받아 실질적으로 베이스를 구동시키는 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133);로 구성된다.

상기 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110)는, 상기 기어박스가 각각 상하 조절용 베이스(210)와 좌우 조절용 베이스(110)에 결합되고, 상기 상하 조절용 베이스(210)의 경우 기어박스는 상기 상하 조절용 베이스(210)에 수직으로 장착되어 상하 조절이 가능하도록 하고, 상기 좌우 조절용 베이스(110)의 경우 기어박스는 상기 좌우 조절용 베이스(110)에 수평으로 장착되어 좌우 조절이 가능하도록 한다. 또한, 상기 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110)는, 일단부에 각각 상하 및 좌우 조절용 중심축(220, 120)을 가지며 이러한 중심축은 상기 레이저 발신부의 발광 각도에 중심이 된다.

도 9는 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 기어박스 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 기어박스 정면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 원거리 레이저 초점정합을 위한 고정밀 제어장치의 기어박스 측면도이다. 상기 상하, 좌우 조절용 기어박스의 내부 구조는 도 9, 도 10 및 도 11과 같다. 상기 좌우 조절용 기어박스(130) 좌우 스탭핑모터(131), 좌우 조절용 웜기어(132), 좌우 조절용 베이스연결 스크류(133)로 구성되고, 상하 조절용 기어박스(230)는 상하 스탭핑모터(231), 상하 조절용 웜기어(232), 상하 베이스 연결 스크류(233)로 구성된다. 상기 상하 및 좌우 조절용 기어박스(230,130)와 연결되는 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)의 회전축에 베어링을 구성하여 마찰저항을 줄여 회전저항 및 기어공차를 줄여 고정밀 제어의 정확성을 높이는 효과가 있다.

100m이상의 원거리 공간에서 레이저 발신부의 발광 각도를 제어할 때, 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)의 회전에 따라 상하 및 좌우 조절용 베이스(210,110)를 이동시켜 상기 베이스에 연결된 레이저 발신부의 발광 각도를 정밀 제어한다. 상기 좌우 조절용 베이스 연결 스크류(133)와 연결된 상기 좌우 조절용 베이스(110)를 좌우 스탭핑모터(131)의 회전제어를 통해 이동시켜 레이저 발신부의 발광 각도를 좌우로 제어하고, 상기 상하 베이스 연결 스크류(233)와 연결된 상기 상하 조절용 베이스(210)를 상하 스탭핑모터(231)의 회전제어를 통해 이동시켜 레이저 발신부의 발광 각도를 상하로 제어한다.

상기 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 회전제어는, 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 1스탭 제어 각도와 상하 및 좌우 조절용 웜기어(232,132)의 기어비, 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)의 피치를 활용하여 레이저 발광 각도를 고정밀 제어하고, 기어박스와 연결되는 스크류 회전축에 초소형 베어링을 구성하여, 회전 저항 및 기어공차를 줄여 고정밀 제어의 정확성을 높인다. 더욱 자세하게는 상하 및 좌우 조절용 웜기어(232,132)의 20:1의 기어비, 0.4mm 피치의 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)에 따라, 1-스탭 제어 각도가 7.5도 1스탭 모터를 사용하는 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 회전에 따라 0.0005mm 이상의 베이스 축 제어가 가능하다.

아울러, 본 발명에서 제안하는 고정밀 제어장치는 사용되는 부속품의 규격에 따라 성능의 차이가 있다. 본 발명에서 사용한 내부 부속품의 규격은 다음과 같다. 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)는 1스탭 7.5도 회전, 상하 및 좌우 조절용 웜기어(232,132)는 20:1 기어비의 웜기어와 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)는 0.4 피치 스크류를 사용하였다. 따라서 모터 1스탭 회전에 따른 베이스 이동길이(x)는 다음과 같다.

제어 가능한 최소제어 각도인 스탭핑 모터는 1스탭 제어에 따른 베이스 이동거리는 약 0.0005mm이다. 고정밀 제어장치의 베이스 연결 스크류와 축간의 거리를 약 100mm이고, 레이저 발신기와 수신기 사이의 이격 거리가 100m라고 가정할 때 1:10000 거리 비에 따라 레이저 포인트의 이동거리는 약 5mm 까지 제어가 가능하다. 따라서 레이저 수신부 영역(약 100mm) 내에서 레이저 포인트의 정합을 위한 제어가 가능하다.

기존에 레이저 포인트와 같이 발신과 수신 구조의 정합을 위한 장치에서는 도2와 같이 발신기의 각도를 직접 제어하지 않고 발신부 자체를 상하, 좌우 이동시켜, 이동된 거리만큼 정합 포인트의 위치를 이동시켜 정밀제어 하였다. 상기 장치의 경우 도 3과 같이 발신기 내부에서 발신부를 이동시킬 수 있는 범위가 제약되어 있으므로 원거리 레이저와 같이 수신기의 위치 자체가 발신부 제어 범위 내에 없을 경우에는 초점의 정합 자체가 불가능하다. 본 발명에서는 도 4와 같이 레이저 발신부가 결합된 고정밀 제어장치를 통해 레이저 발신부의 발광 각도를 직접 제어하여 정합가능한 수신기 설치 범위가 넓으며, 수신부 영역의 검출이 효율적이다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

10 레이저발신부 브라켓
20 레이저발신부 보드
100 좌우 조절용 보드
110 좌우 조절용 베이스
120 좌우 조절용 중심축
130 좌우 조절용 기어박스
131 좌우 스탭핑모터
132 좌우 조절용 웜기어
133 좌우 베이스연결 스크류
134 좌우 조절용 웜휠
200 상하 조절용 보드
210 상하 조절용 베이스
220 상하 조절용 중심축
230 상하 조절용 기어박스
231 상하 스탭핑모터
232 상하 조절용 웜기어
233 상하 베이스연결 스크류
234 상하 조절용 웜휠

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 레이저 발신부 조사방향을 상하 및 좌우 조절하는 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110); 및 상기 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110)에 장착되어 베이스를 구동하는 상하 및 좌우 조절용 기어박스(230, 130)로 구성되고,
   상기 상하 및 좌우 조절용 기어박스(230, 130)는,
   구동력을 발생시키는 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131);
   상기 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 구동력을 웜휠에 전달하고, 20:1의 기어비의 웜기어로 구성되는 상하 및 좌우 조절용 웜기어(232, 132);
   상기 웜휠과 결합되어 상하 및 좌우 스탭핑모터(231, 131)의 회전력을 전달받아 베이스를 구동시키고, 0.4mm 피치 스크류를 사용하는 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)를 포함하고,
   상하 및 좌우 스탭핑모터(231,131)의 제어각도는, 1-스탭 제어각도가 7.5도으로 하며,
   상기 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)의 회전축에 베어링을 구성하여 회전저항 및 기어공차를 줄이고,
   상기 베이스에 상기 레이저 발신부가 연결된
   레이저 발신부 초점 고정밀 제어장치로,
   상기 레이저 발신부의 발광 각도를 100m 이상의 원거리 공간에서 제어하는 레이저 발신부 초점의 원거리 고정밀 제어방법으로서,
   상기 상하 및 좌우 베이스 연결 스크류(233, 133)의 회전에 따라 상기 상하 및 좌우 조절용 베이스(210, 110)를 이동시켜 상기 베이스에 연결된 레이저 발신부의 발광 각도를 정밀 제어하는 단계를 포함하고,
   상기 정밀 제어하는 단계는
   상기 좌우 조절용 베이스(110)를 상기 좌우 스탭핑모터(131)의 회전제어를 통해 이동시켜 상기 레이저 발신부의 발광 각도를 좌우로 제어하는 단계, 및
   상기 상하 조절용 베이스(210)를 상하 스탭핑모터(231)의 회전제어를 통해 이동시켜 레이저 발신부의 발광 각도를 상하로 제어하는 단계
   중 하나 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 발신부 초점의 원거리 고정밀 제어방법.
7. 삭제
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11. 삭제
12. 삭제

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