KR101544828B1 - vibration measurement apparatus, vibration measurement method, optical system for the vibration measurement apparatus - Google Patents

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KR101544828B1
KR101544828B1 KR1020140026989A KR20140026989A KR101544828B1 KR 101544828 B1 KR101544828 B1 KR 101544828B1 KR 1020140026989 A KR1020140026989 A KR 1020140026989A KR 20140026989 A KR20140026989 A KR 20140026989A KR 101544828 B1 KR101544828 B1 KR 101544828B1
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김동규
황성의
장준환
박기환
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광주과학기술원
엠포시스(주)
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Abstract

A vibration measuring device according to the present invention comprises: a laser distance measuring device capable of obtaining shape information regarding a vibration measuring point of a measured object; a laser scanning vibration measuring device capable of measuring vibration contents for the vibration measuring point by irradiating the vibration measuring point to measure vibrations of the measured object with laser beam; and an optical filter capable of operating the laser distance measuring device and the laser scanning vibration measuring device at the same time by reflecting between the first laser irradiated from the laser distance measuring device and the second laser irradiated from the laser scanning vibration measuring device and transmitting to the other one. According to the present invention, the production is easily executed with a path match because the same optical path is used. Concerns about measuring errors are eliminated. Moreover, an advantage in which operating time of a product is reduced can be obtained because shape measurement and vibration measurement are executed at the same time. Thus, an operating time increase which becomes a problem when one laser scanner vibration measuring device is used is solved. Moreover, a problem by optical alignment discordance can be solved because the system of an optical system is intensive and optical warping is solved. Furthermore, the operating performance of the vibration measuring device can be improved by simply adding a shape measuring optical system to an existing device in which only the laser scanning vibration measuring device is provided.

Description

진동측정장치, 진동측정방법, 및 진동측정장치의 광학계{vibration measurement apparatus, vibration measurement method, optical system for the vibration measurement apparatus}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration measurement apparatus, a vibration measurement method, and an optical system of the vibration measurement apparatus,

본 발명은 진동측정장치, 진동측정방법, 및 진동측정장치의 광학계에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 물체의 형상정보와 진동정보를 동시에 취득할 수 있는 진동측정장치, 진동측정방법, 및 진동측정장치의 광학계에 관한 것이다. The present invention relates to a vibration measuring apparatus, a vibration measuring method, and an optical system of a vibration measuring apparatus. More particularly, the present invention relates to a vibration measuring device, a vibration measuring method, and an optical system of a vibration measuring device that can simultaneously acquire shape information and vibration information of an object.

레이저 스캐닝 진동측정기(LSV:Laser Scanning Vibrometer)는 레이저 빔을 측정대상에 입사시킬 때 측정대상의 진동에 의해 발생하는 도플러 신호를 광간섭계에 의해 측정하고 신호처리부를 이용하여 속도신호로 변환하여 진동을 측정하는 기기이다.Laser Scanning Vibrometer (LSV) measures the Doppler signal generated by the vibration of the object when the laser beam is incident on the object to be measured by the optical interferometer and converts it into the velocity signal by using the signal processor. It is a measuring device.

상기 레이저 스캐닝 진동측정기는, 여러 진동 측정점들을 자동으로 측정할 수 있다. 따라서 토목, 건축, 기계, 항공, 전기 시스템의 산업 구조물 등의 진동주파수, 진동모드, 운전 중 모드(ODS)에 대하여, 안전하고 빠른 실험적 측정이 가능하여, 진동으로 인해 발생할 수 있는 다양한 소음, 결함, 및 파괴를 미리 예측할 수 있다.The laser scanning vibration meter can automatically measure various vibration measurement points. Therefore, it is possible to perform safe and quick experimental measurements on vibration frequency, vibration mode, and operation mode (ODS) of industrial structures such as civil engineering, construction, machinery, aviation and electric system and various noise, defects , And destruction can be predicted in advance.

또한, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기는 비접촉식 측정 방식으로 동작한다. 따라서, 기존의 가속도계와 같은 접촉식 진동측정기를 사용하여 발생하는 하중영향, 회전체 측정불가, 긴 측정 시간 등의 단점을 극복할 수 있다. 이러한 이유로 상기 레이저 스캐닝 진동측정기는 회전체, 경량의 기구, 장거리 물체 측정에서 그 활용성이 더욱 높아지고 있다.In addition, the laser scanning vibration measuring apparatus operates in a noncontact measuring mode. Therefore, it is possible to overcome the drawbacks such as the influence of the load generated by using the contact type vibration measuring device such as the conventional accelerometer, the impossibility of measuring the rotating body, and the long measuring time. For this reason, the laser scanning vibration measuring apparatus is further utilized in the measurement of a rotating body, a lightweight instrument, and a long distance object.

상기 레이저 스캐닝 진동측정기는 그 기기의 특성상 하나의 레이저 스캐닝 진동측정기로는 1차원 진동만 측정할 수 있다. 따라서, 삼차원 진동을 측정하기 위해서는 3대의 레이저 스캐닝 진동측정기를 사용하여 3차원 진동을 측정하는 것이 일반적이다. 그러나, 기존의 3차원 진동 측정 시스템을 이용할 경우에는, 고가의 레이저 스캐닝 진동측정기가 3대나 필요하기 때문에 진동 측정에 많은 비용이 소요되는 단점이 있다. The laser scanning vibration measuring device can measure only one-dimensional vibration with one laser scanning vibration measuring device because of its characteristics. Therefore, in order to measure three-dimensional vibration, it is common to measure three-dimensional vibration using three laser scanning vibration meters. However, when the conventional three-dimensional vibration measurement system is used, three expensive laser scanning vibration measurement devices are required, which is disadvantageous in that a large amount of vibration measurement is required.

이러한 문제점을 감안하여 본 발명의 발명자는 대한민국 특허등록번호 10-1293040의 특허를 제안하여, 하나의 레이저 스캐닝 진동측정기를 이용하여 삼차원 진동을 측정할 수 있는 시스템을 제안한 바가 있다. 상기 인용특허에서는 세 지점을 이동하면서 형상정보와 진동정보를 획득함으로써 3대의 레이저 스캐닝 진동측정기가 사용되는 경우에 비하여 측정시간이 그만큼 더 소요되는 문제점이 있으나, 가격상의 장점으로 인하여 그 사용상의 효용성이 기대되는 효과를 얻을 수 있다. In view of these problems, the inventor of the present invention has proposed a patent of Korean Patent Registration No. 10-1293040 and proposed a system capable of measuring three-dimensional vibration using one laser scanning vibration meter. In the cited patent, there is a problem that the measurement time is much longer than that in the case where three laser scanning vibration meters are used by obtaining shape information and vibration information while moving three points. However, The expected effect can be obtained.

상기되는 장점에도 불구하고, 인용문헌에 따르면 각 측정지점에서 형상정보와 진동정보를 순차적으로 측정하기 때문에, 각 측정지점 마다의 측정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 구체적으로는 상기 인용문헌의 도 3을 참조하면, 형상정보를 획득하기 위한 레이저 거리측정기(310, 311미러참조)와 진동정보를 획득하기 위한 레이저 진동측정기(320, 323미러참조)가 스캐너(321 및 322의 스캐너참조)를 사이에 두고 위치하고 있다. 따라서, 스캐너의 회전각을 90도이상 회전시켜서, 레이저 거리측정기로부터의 레이저를 활용하는 때와, 레이저 진동측정기로부터의 레이저를 활용하는 때를 서로 분리하였다. 예를 들어, 스캐너를 중심으로 하여 어느 일측에 놓이는 레이저 거리측정기를 사용하고 난 다음에는, 스캐너를 90도이상 회전시켜서 다른 일측에 놓이는 레이저 진동측정기로부터의 레이저를 사용하도록 하였다. Despite the advantages described above, according to the cited document, since shape information and vibration information are sequentially measured at each measurement point, there is a problem that it takes a lot of time to measure each measurement point. More specifically, referring to FIG. 3 of the above cited document, a laser distance measurer (310, 311 mirror) for obtaining shape information and a laser vibration measurer (320, 323 mirror) And the scanner of 322). Therefore, the rotation angle of the scanner is rotated by 90 degrees or more to separate the laser from the laser range finder and the laser from the laser oscillator. For example, after using a laser range finder located on one side of the scanner, the scanner is rotated by 90 degrees or more to use a laser from a laser vibration meter placed on the other side.

그러나, 이와 같은 방식에 따르면, 스캐너를 90도이상 각도절환시켜야 하는 시간과, 상기 레이저 진동측정기와 상기 레이저 거리측정기를 개별적으로 동작하여야 하는 시간이 소요된다. 따라서, 한 대의 레이저 스캐닝 진동측정기에서 애초에 단점으로 지적되어 온 긴 측정시간의 문제가 더 악화되는 결과를 초래한다. However, according to this method, it takes time for the scanner to be angularly switched over 90 degrees, and the time required for operating the laser vibration meter and the laser distance meter separately. Therefore, the problem of long measurement time which has been pointed out as a disadvantage in a laser scanning vibration measuring apparatus is exacerbated.

또한, 각각의 측정기가 개별적인 광경로를 거치기 때문에, 레이저를 이용하는 장치에 있어서 오차가 발생하기 쉽고, 스캐너의 각도제어가 어렵고, 제품의 제작시에 어려운 문제를 일으킨다. Moreover, since each measuring device passes through individual optical paths, errors arise in an apparatus using a laser, angle control of a scanner is difficult, and problems in manufacturing a product are caused.

대한민국 특허등록번호 10-1293040의 도 3 및 관련설명Figure 3 and related description of Korean Patent Registration No. 10-1293040

본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위하여 제안되는 것으로서, 측정시간을 단축시키고, 광학계의 구성을 단순화시키고 광학경로를 일치시켜서 측정오차의 문제를 개선할 수 있고, 각도제어가 쉽고, 제작상의 어려움을 해소할 수 있는 진동측정장치 및 진동측정방법을 제안한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the problems described above, and it is an object of the present invention to shorten the measurement time, simplify the configuration of the optical system and to match the optical path to improve the problem of measurement error, We propose a vibration measurement device and a vibration measurement method that can solve this problem.

본 발명에 따른 진동측정장치에는, 측정대상물체의 진동 측정점에 관한 형상정보를 획득하는 레이저 거리측정기; 및 상기 측정대상물체의 진동을 측정할 진동 측정점에 레이저 빔을 조사하여, 상기 진동 측정점에 대한 진동성분을 측정하는 레이저 스캐닝 진동측정기가 포함되고, 상기 레이저 거리측정기에서 조사되는 제 1 레이저와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기에서 조사되는 제 2 레이저 중에서, 어느 하나는 반사하고 어느 하나는 투과하여, 상기 레이저 거리측정기와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기가 동시에 동작할 수 있도록 하는 광학필터를 포함된다. 본 발명에 따르면, 측정시간을 단축시키고, 광학계의 구성을 단순화시키고 광학경로를 일치시켜서 측정오차의 문제를 개선할 수 있고, 각도제어가 쉽고, 제작상의 어려움을 해소할 수 있다. A vibration measuring apparatus according to the present invention includes: a laser distance measurer for obtaining shape information about a vibration measuring point of an object to be measured; And a laser scanning vibration meter for measuring a vibration component of the vibration measuring point by irradiating a laser beam to a vibration measuring point for measuring the vibration of the object, wherein the first laser and the laser And an optical filter that reflects one of the second laser beams irradiated by the scanning vibration meter and transmits the other one of them so that the laser distance measurer and the laser scanning vibration meter can operate simultaneously. According to the present invention, it is possible to shorten the measurement time, simplify the configuration of the optical system, and match the optical path, thereby improving the problem of measurement error, easily controlling the angle, and solving the difficulty of fabrication.

상기 진동측정장치에 있어서, 상기 광학필터는, 레이저의 파장에 따라서 투과특성이 달라지는 것으로서, 노치필터, 밴드패스필터, 롱패스필터, 및 숏패스필터 중의 어느 하나를 사용할 수 있는데, 이에 따르면 다양한 필터를 다양한 방식으로 여러 산업계의 요청에 따라서 가변적용할 수 있다. 상기 레이저 스캐닝 진동측정기는, 적어도 세 지점의 측정 위치에서 상기 진동성분을 측정할 수 있는데, 이에 따르면 고가의 장비가 많이 필요하지 않아서 비용이 저렴하게 되는 장점을 얻을 수 있다. 상기 한 대의 레이저 거리측정기와 한 대의 레이저 스캐닝 진동측정기로 구성됨으로써 더욱 저렴하게 시스템을 구성할 수 있다. 상기 광학필터는, 상기 제 1 레이저는 투과시키고, 상기 제 2 레이저는 반사시킬 수 있다. 이로써 광학계를 일치시킴으로써 레이저의 동시조사가 가능할 수 있다. 상기 레이저 거리측정기로는 LIDAR가 사용될 수 있다. In the vibration measuring apparatus, the optical filter may be any one of a notch filter, a band-pass filter, a long-pass filter, and a short-pass filter having different transmission characteristics depending on the wavelength of the laser. Can be variably applied in various ways according to the requests of various industries. The laser scanning vibration measuring apparatus can measure the vibration component at at least three measuring points, and thus it is possible to obtain the advantage that the cost is low because expensive equipment is not required much. The system comprising the one laser distance measuring device and one laser scanning vibration measuring device can be configured at a lower cost. The optical filter may transmit the first laser and reflect the second laser. This allows simultaneous irradiation of the laser by matching the optical system. LIDAR can be used as the laser range finder.

본 발명의 다른 측면에 따른 진동측정장치의 광학계에는, 제 1 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 진동측정광학계; 제 2 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 형상측정광학계; 및 상기 진동측정광학계에서 출사된 레이저와 상기 형상측정광학계에서 출사된 레이저가 조사되는 광경로를 제공하는 공통광학계가 포함되고, 상기 공통광학계의 적어도 어느 일부에서는, 상기 진동측정광학계에서 출사된 레이저와 상기 형상측정광학계에서 출사된 레이저가 동시에 조사되는 것을 특징으로 한다. 이에 따른 동시에 두 개의 레이저를 사용할 수 있어서 계측장비의 단순화, 오류의 저감, 제작의 어려움이 저감되는 장점을 얻을 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an optical system of a vibration measuring apparatus, comprising: a vibration measuring optical system for providing an optical path through which a laser irradiated from a first light source passes; A shape measuring optical system for providing an optical path through which the laser irradiated by the second light source passes; And a common optical system for providing an optical path through which the laser emitted from the vibration measuring optical system and the laser emitted from the shape measuring optical system are irradiated, wherein at least a part of the common optical system includes a laser beam emitted from the vibration measuring optical system And the laser beam emitted from the shape measuring optical system is simultaneously irradiated. Accordingly, it is possible to use two lasers at the same time, thereby simplifying measurement equipment, reducing errors, and reducing the difficulty of fabrication.

상기 광학계에 있어서, 상기 공통광학계에는 광학필터와 스캐닝부가 포함되어 두 레이저가 공통으로 동일한 광로를 거칠 수 있기 때문에, 정렬의 어려움이 없어지는 장점이 있다. 여기서, 상기 진동측정광학계 및 상기 형상측정광학계는 모두, 상기 스캐닝부의 어느 일측에 놓이게 되므로, 구성이 더욱 컴팩트하게 되는 장점이 있다. 상기 광학필터는, 레이저의 파장에 따라서 투과특성 및 반사특성이 달라지는, 노치필터, 밴드패스필터, 롱패스필터, 및 숏패스필터 중의 어느 하나를 사용함으로써, 업계마다 필요로 하는 환경에 다양한 방식으로 적용할 수 있다. In the optical system, since the common optical system includes the optical filter and the scanning unit, the two lasers can pass through the same optical path in common, so that there is an advantage that alignment difficulty is eliminated. Here, since both the vibration measuring optical system and the shape measuring optical system are placed on either side of the scanning unit, there is an advantage that the configuration becomes more compact. The optical filter uses any one of a notch filter, a band-pass filter, a long-pass filter, and a short-path filter that has different transmission characteristics and reflection characteristics depending on the wavelength of the laser, Can be applied.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 진동측정장치의 광학계는, 제 1 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 진동측정광학계; 제 2 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 형상측정광학계; 및 상기 진동측정광학계에서 출사된 레이저와 상기 형상측정광학계에서 출사된 레이저가 조사되는 공통으로 지나는 광경로를 제공하는 공통광학계가 포함되고, 상기 공통광학계가 고정되는 제 1 고정면은, 상기 진동측정광학계가 고정되는 제 2 고정면에 비하여 낮게 위치하고, 상기 형상측정광학계가 제공되는 제 3 고정면은 상기 제 1 고정면 및 제 2 고정면과 직교하게 배치되는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 동시에 두 개의 레이저를 사용할 수 있어서 계측장비의 단순화, 오류의 저감, 제작의 어려움이 저감될 뿐만 아니라, 시스템이 컴팩트하게 구성되고, 그에 따른 이동편의성, 가격절감 등의 효과를 더 얻을 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an optical system of a vibration measuring apparatus, comprising: a vibration measuring optical system for providing an optical path through which a laser irradiated from a first light source passes; A shape measuring optical system for providing an optical path through which the laser irradiated by the second light source passes; And a common optical system for providing an optical path common to both the laser emitted from the vibration measuring optical system and the laser emitted from the shape measuring optical system, wherein the first fixing surface, on which the common optical system is fixed, And the third fixing surface on which the shape measuring optical system is provided is disposed orthogonal to the first fixing surface and the second fixing surface. According to this, since two lasers can be used at the same time, not only the simplification of measurement equipment, the reduction of errors and the difficulty of fabrication are reduced, but also the system is made compact and the effect of mobility and cost reduction can be further obtained have.

상기 광학계에 있어서, 상기 형상측정광학계는 분리가능하게 제공됨으로써, 제품의 효용가치를 더욱 높일 수 있다. 상기 공통광학계에는 광학필터가 제공되고, 상기 광학필터는 제 1 광원의 레이저와 제 2 광원의 레이저 중에서 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 반사시킬 수 있는데, 이에 따르면 컴팩트한 구성의 효과를 더욱 증대시킬 수 있다. In the optical system, the shape measuring optical system is detachably provided, so that the utility value of the product can be further increased. The common optical system is provided with an optical filter, which allows the laser of the first light source and the laser of the second light source to transmit and the other to reflect, thereby further enhancing the effect of the compact configuration .

본 발명의 더 다른 측면에 따른 진동측정방법에는, 측정대상물체의 거리를 측정하는 레이저와 상기 측정대상물체의 진동을 측정하는 레이저를 함께 조사하여, 상기 측정대상물체의 형상정보와 진동을 측정하는 진동 측정점에 대한 진동성분을 측정하는 것; 상기 형상정보를 이용하여, 측정하는 위치에 관한 제 1 내지 제 3 좌표계 및 상기 진동측정점에 관한 로컬좌표계 사이의 변환행렬을 구하는 것; 상기 진동성분의 측정시에 상기 로컬좌표계의 각 축의 단위벡터와, 상기 제 1 내지 제 3 좌표계를 기준으로 발신되는 상기 레이저 빔의 방향벡터가 이루는 각도를 측정하는 것; 및 상기 진동성분 및 상기 각도를 이용하여 상기 측정대상물체의 3차원 진동정보를 획득하는 것이 포함된다. 이에 따르면 측정시간을 단축시키고, 측정오차의 문제를 개선할 수 있고, 각도제어가 용이한 장점이 있다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a vibration measuring method comprising: irradiating a laser for measuring a distance of an object and a laser for measuring vibration of the object together to measure shape information and vibration of the object; Measuring the vibration component of the vibration measuring point; Obtaining a transformation matrix between the first to third coordinate systems related to the position to be measured and the local coordinate system with respect to the vibration measuring point using the shape information; Measuring an angle between a unit vector of each axis of the local coordinate system and a direction vector of the laser beam emitted based on the first to third coordinate systems when measuring the vibration component; And acquiring three-dimensional vibration information of the measurement object using the vibration component and the angle. According to this, the measurement time can be shortened, the problem of the measurement error can be improved, and the angle can be easily controlled.

본 발명에 따르면, 공통되는 광경로를 이용하므로 경로일치가 용이해져서 제작이 손쉽게 되고 측정오차의 우려가 없어지는 장점이 있다. 또한, 형상측정과 진동측정이 한꺼번에 수행될 수 있으므로 제품의 동작시간이 줄어드는 장점을 얻을 수 있다. According to the present invention, since a common optical path is used, path matching is facilitated, which facilitates fabrication and eliminates the fear of measurement error. In addition, since shape measurement and vibration measurement can be performed at the same time, the operation time of the product can be advantageously reduced.

도 1은 실시예에 따른 진동측정장치의 작동 개념을 설명하는 도면.
도 2는 실시예에 따른 진동측정방법을 설명하는 흐름도.
도 3은 실시예에 따른 진동측정장치를 설명하기 위해 도시한 블록도.
도 4는 실시예에 따른 진동측정장치의 광학계를 보이는 도면.
도 5는 도 4의 진동측정장치의 광학계를 블록도로 나타내는 도면.
도 6은 스캐닝부를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an operation concept of a vibration measuring apparatus according to an embodiment; FIG.
2 is a flow chart illustrating a vibration measurement method according to an embodiment.
3 is a block diagram illustrating a vibration measuring apparatus according to an embodiment.
4 is a view showing an optical system of a vibration measuring apparatus according to an embodiment.
Fig. 5 is a block diagram of an optical system of the vibration measuring apparatus of Fig. 4; Fig.
6 is a view showing a scanning unit;

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 볼 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. It will be understood that they are also included within the scope of the present invention.

한편, 이하의 설명에 있어서 좌표계의 수학적 모델링 및 그 해석에 대한 설명은 본 발명의 이해에 필요한 범위 내에서 수행하도록 하고, 상세한 사항 등에 대해서는 대한민국 특허등록번호 10-1293040의 모델링 및 그 모델링의 해석을 일 예로서 참조할 수 있고, 본 문헌의 설명에 포함되는 것으로 한다. In the following description, the description of the mathematical modeling of the coordinate system and the interpretation thereof is performed within the range necessary for understanding the present invention. For details, the modeling of Korean Patent Registration No. 10-1293040 and the interpretation thereof As an example, and shall be included in the description of this document.

도 1은 실시예에 따른 진동측정장치의 작동 개념을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining the operational concept of the vibration measuring apparatus according to the embodiment.

도 1을 참조하면, 한 대의 레이저 거리측정기(110)와 한 대의 레이저 스캐닝 진동측정기(120)가 분리가 가능한 상태에서 단일의 물품으로 구성될 수 있다. 상기 단일한 물품의 물리적인 구성은 도 4 및 도 5를 통하여 후술하도록 한다. 상기 레이저 거리측정기는 LiDAR를 사용할 수 있고, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기는 LSV를 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1, one laser distance measuring instrument 110 and one laser scanning vibration measuring instrument 120 can be configured as a single article in a detachable state. The physical configuration of the single article will be described later with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. The laser range finder may use LiDAR, and the laser scanning vibrometer may use LSV.

상기 레이저 거리측정기(110)와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)를 이용하여 측정 대상 물체(101)에 대한 3차원 진동을 측정하기 전에, 촬상 소자, 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device)(130)를 이용하여 상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102)을 정확하게 스캔(Scan)할 수 있다.For example, a CCD (Charge Coupled Device) 130, before measuring the three-dimensional vibration of the measurement object 101 by using the laser distance measuring device 110 and the laser scanning vibration measuring device 120, The vibration measurement point 102 of the measurement object 101 can be accurately scanned.

상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102)에 대한 스캔이 완료되면, 세 지점의 측정 위치(1st position, 2nd position, 3rd position)를 이동하면서, 각 측정 위치에서 상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102)에 대한 형상 정보 및 진동 성분을 획득 및 측정할 수 있다. 이로써, 상기 측정 대상 물체(101)의 3차원 진동을 측정할 수 있게 된다. 여기서, 상기 형상 정보는 상기 레이저 거리측정기(110)에 의해 획득되고, 상기 진동 성분은 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)에 의해서 측정될 수 있다. 이때 상기 상기 레이저 거리측정기(110)와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 동시에 동작하여 형상정보 및 진동성분을 획득할 수 있다. When the scanning of the vibration measurement point 102 of the measurement object 101 is completed, the measurement object 101 is moved at each measurement position while moving the measurement positions (1st position, 2nd position, 3rd position) It is possible to acquire and measure the shape information and the vibration component with respect to the vibration measurement point 102 of the vehicle. Thus, the three-dimensional vibration of the measurement object 101 can be measured. Here, the shape information is obtained by the laser range finder 110, and the vibration component may be measured by the laser scanning vibration meter 120. At this time, the laser distance measuring device 110 and the laser scanning vibration measuring device 120 may simultaneously operate to acquire shape information and vibration components.

도 2는 실시예에 따른 진동측정방법을 설명하는 흐름도이다.2 is a flow chart for explaining a vibration measurement method according to an embodiment.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 레이저 거리측정기(110) 및 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 각각 상기 측정 대상 물체(101)의 형상 정보 및 진동 성분을 동시에 측정한다(S1). Referring to FIGS. 1 and 2, the laser distance measuring instrument 110 and the laser scanning vibration measuring instrument 120 simultaneously measure the shape information and the vibration component of the measurement object 101 (S1).

구체적으로, 상기 레이저 거리측정기(110)는 레이저 빔을 발신하여 상기 측정 대상 물체(101)의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 이용하여 상기 측정 대상 물체(101)의 형상 정보를 획득할 수 있다. 이를 위해, 상기 레이저 거리측정기(110)는 상기 형상 정보를 획득하기에 앞서, 상기 CCD(130) 및 2개의 스캐닝 모터(도 4의 321, 322참조)를 이용하여 상기 측정대상물체(101)의 진동 측정점(102)을 정확하게 스캔할 수 있으며, 이를 통해 상기 형상 정보의 획득을 위한 환경을 미리 마련할 수 있다.Specifically, the laser distance measurer 110 measures a distance of the measurement object 101 by emitting a laser beam, and obtains shape information of the measurement object 101 using the measured distance have. For this purpose, the laser distance measurer 110 determines the position of the measurement target object 101 using the CCD 130 and two scanning motors (see 321 and 322 in FIG. 4) The vibration measurement point 102 can be accurately scanned, and an environment for acquiring the shape information can be prepared in advance.

상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 세 지점의 측정 위치별로 상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102)에 레이저 빔을 발신하여 상기 진동 측정점(102)에 대한 진동 성분을 측정한다. 이를 위해, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)를 이용하여 상기 세 지점의 측정 위치별로 상기 레이저 빔을 순차적으로 조사함으로써 상기 진동 측정점(102)에 대한 진동 성분을 측정할 수 있다. 여기서, 상기 세 지점의 측정 위치는 상기 측정 대상 물체(101)에 대한 3차원 진동 측정의 정확성을 높이기 위해, 삼각형의 배치 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.The laser scanning vibration meter 120 transmits a laser beam to a vibration measurement point 102 of the object 101 to measure the vibration component with respect to the vibration measurement point 102 at three measurement positions. For this purpose, the laser scanning vibration meter 120 may measure the vibration component of the vibration measurement point 102 by sequentially irradiating the laser beam with respect to the measurement positions of the three points. Here, the measurement positions of the three points are preferably arranged in a triangular arrangement in order to improve the accuracy of three-dimensional vibration measurement with respect to the measurement object 101.

상기 형상정보 및 상기 진동성분 획득단계에서, 상기 레이저 거리측정기(110)와, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 동시에 레이저를 조사하여, 상기 각 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 정보를 획득하는 시간이 단축되는 이점이 있고, 공통광로를 이용하기 때문에 미스메칭으로 인한 측정오차가 발생하지 않는 장점을 얻을 수 있다. In the shape information and the vibration component acquiring step, the laser distance measuring device 110 and the laser scanning vibration measuring device 120 can simultaneously irradiate a laser to acquire the respective information. Therefore, there is an advantage that the time for acquiring information is shortened, and since the common optical path is used, an advantage that measurement error due to mis-matching does not occur can be obtained.

상기 레이저 거리측정기(110)에서 얻은 상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102)에 대한 형상 정보를 이용하여, 상기 측정 대상 물체(101)의 진동을 측정할 세 지점의 측정 위치(1st position, 2nd position, 3rd position)에 관한 제 1 좌표계(X1Y1Z1)와 제 2 좌표계(X2Y2Z2), 제 3 좌표계(X3Y3Z3), 및 상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102)에 관한 로컬 좌표계(XLYLZL) 사이의 변환행렬을 구한다(S2). 상기 변환행렬은 수학적 연산에 의해서 획득될 수 있다. Using the shape information of the vibration measurement point 102 of the measurement object 101 obtained by the laser distance measurer 110, the measurement position of the three points to measure the vibration of the measurement object 101 (1st position (X 1 Y 1 Z 1 ), the second coordinate system (X 2 Y 2 Z 2 ), the third coordinate system (X 3 Y 3 Z 3 ) and the second coordinate system (X L Y L Z L ) related to the vibration measurement point 102 of the vibration sensor 101 (S2). The transformation matrix may be obtained by a mathematical operation.

상세하게, 상기 레이저 거리측정기(110)를 이용하여 얻은 형상정보는 상기 세 지점의 측정 위치에 따라 상기 제 1 내지 제 3 좌표계에 관한 정보를 포함하고 있다. 따라서, 상기 진동 측정점(102)의 법선벡터를 구함으로써 상기 로컬 좌표계에 관한 정보를 얻을 수 있다. 결국, 상기 제1 내지 제3 좌표계와 상기 로컬 좌표계 사이의 관계를 이용하면 상기 제1 좌표계와 상기 제2 좌표계와 내지 제3 좌표계 및 상기 로컬 좌표계 사이의 변환행렬을 구할 수 있다.In detail, the shape information obtained by using the laser range finder 110 includes information on the first to third coordinate systems according to the measurement positions of the three points. Therefore, information on the local coordinate system can be obtained by obtaining the normal vector of the vibration measurement point 102. [ As a result, the transformation matrix between the first coordinate system, the second coordinate system, the third coordinate system, and the local coordinate system can be obtained by using the relationship between the first to third coordinate systems and the local coordinate system.

이후에, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 진동성분의 측정 시, 상기 로컬 좌표계를 기준으로 하는 상기 로컬 좌표계의 각 축의 단위벡터와, 상기 제1 내지 제3 좌표계를 기준으로 발신되는 상기 제1 내지 제3 레이저 빔의 방향벡터가 이루는 각도를 측정한다(S3).Thereafter, when measuring the vibration component, the laser scanning vibration gauge 120 measures the unit vector of each axis of the local coordinate system with reference to the local coordinate system, and the unit vector of each axis of the local coordinate system with reference to the first to third coordinate systems. 1 to the direction vector of the third laser beam is measured (S3).

이를 위해, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는, 상기 로컬 좌표계와 상기 제1 좌표계 사이의 변환행렬을 이용하여 변환된 상기 제1 좌표계를 기준으로 하는 상기 로컬 좌표계의 각 축의 단위벡터와, 상기 제1 좌표계를 기준으로 발신되는 제1 레이저 빔의 방향벡터가 이루는 각도(α1, β1, γ1)를 측정할 수 있다. 또한, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 제1 좌표계를 기준으로 하는 상기 로컬 좌표계의 각 축의 단위벡터와 상기 제2 좌표계와 상기 제1 좌표계 사이의 변환행렬을 이용하여 변환된 제2 레이저 빔의 방향벡터가 이루는 각도(α2, β2, γ2)를 측정할 수 있다. 그리고, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 제1 좌표계를 기준으로 하는 상기 로컬 좌표계의 각 축의 단위벡터와 상기 제3 좌표계와 상기 제1 좌표계 사이의 변환행렬을 이용하여 변환된 제3 레이저 빔의 방향벡터가 이루는 각도(α3, β3, γ3)를 측정할 수 있다.For this purpose, the laser scanning vibration gauge 120 may calculate the unit vector of each axis of the local coordinate system based on the first coordinate system converted using the transformation matrix between the local coordinate system and the first coordinate system, 1,? 1,? 1 formed by the direction vector of the first laser beam emitted on the basis of the first coordinate system can be measured. In addition, the laser scanning vibration measuring apparatus 120 may measure the unit vector of each axis of the local coordinate system based on the first coordinate system, the second laser beam using the conversion matrix between the second coordinate system and the first coordinate system, The angle? 2,? 2,? 2 formed by the direction vector of? The laser scanning vibrometer 120 is configured to measure a unit vector of each axis of the local coordinate system based on the first coordinate system and a conversion matrix between the third coordinate system and the first coordinate system, (3, 3, 3) formed by the direction vectors of the first and second directions can be measured.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 제1 좌표계(상기 세 지점의 측정위치 중 첫 번째 측정 위치에서의 좌표계)와 상기 측정 대상 물체(101)의 진동 측정점(102) 각각에서의 상기 로컬 좌표계 사이에서 도출되는 변환행렬을 이용하여, 상기 로컬 좌표계의 각 축의 단위벡터를 상기 제1 좌표계로 변환할 수 있다. 또한, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 제1 좌표계(상기 세 지점의 측정 위치 중 첫 번째 측정 위치에서의 좌표계)와 상기 제2 내지 제3 좌표계(상기 세 지점의 측정 위치 중 두 번째 내지 세번째 측정 위치에서의 좌표계) 사이에서 도출되는 변환행렬을 이용하여, 상기 제1 내지 제3 레이저빔의 방향벡터를 상기 제1 좌표계로 변환할 수 있다. 그리고, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 변환된 로컬좌표계의 각 축의 단위벡터를 상기 변환된 제1 내지 제3 방향벡터와 내적하여 상기 각도(α, β, γ)를 측정할 수 있다.More specifically, the laser scanning vibration measuring apparatus 120 is configured to measure the vibration of the measurement object 101 by using the first coordinate system (the coordinate system at the first measurement position among the three measurement positions) The unit vector of each axis of the local coordinate system can be converted into the first coordinate system using the transformation matrix derived from the local coordinate system in the local coordinate system. In addition, the laser scanning vibration measuring apparatus 120 may measure the first and second coordinate systems (the coordinate system at the first measurement position among the measurement positions of the three points) and the second to third coordinate systems And the coordinate system at the third measurement position), the direction vector of the first to third laser beams can be converted into the first coordinate system. The laser scanning vibration meter 120 may measure the angles (?,?,?) By inserting the unit vectors of the respective axes of the converted local coordinate system with the converted first to third direction vectors.

다음으로, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 진동성분 및 상기 각도를 이용하여 상기 측정 대상 물체(101)의 3차원 진동을 측정한다(S4).Next, the laser scanning vibration meter 120 measures the three-dimensional vibration of the measurement object 101 using the vibration component and the angle (S4).

다시 말하면, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)는 상기 세 지점의 측정 위치별로 상기 진동 측정점(102)에 대해 측정한 진동 성분(V1, V2, V3) 및 상기 각도(α, β, γ)에 대한 코사인 값(cosα, cosβ, cosγ)을 이용하여, 상기 측정대상물체(101)의 진동 측정점(102)에서 측정면에 수직한 방향의 진동 성분, 및 수평한 방향의 진동 성분, 즉 3차원 진동을 측정할 수 있다.In other words, the laser scanning vibration meter 120 measures the vibration components (V1, V2, V3) and the angles (?,?,?) Measured with respect to the vibration measuring point 102 A vibration component in a direction perpendicular to the measurement surface and a vibration component in a horizontal direction, that is, a three-dimensional vibration at a vibration measurement point 102 of the measurement object 101 is calculated by using cosine values (cos? Can be measured.

도 3은 실시예에 따른 진동측정장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a vibration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 진동측정장치(300)는 레이저 거리측정기(310) 및 레이저 스캐닝 진동측정기(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 레이저 거리측정기(310)와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(320)는 분리가 가능한 개별적인 물품으로 구성될 수 있다. 이는 레이저 스캐닝 진동측정기(320)만이 포함되는 진동측정장치(300)에, 추가적으로 레이저 거리측정기(310)를 부가하여 진동측정장치(300)를 구성할 수 있도록 하여, 제품의 가치를 높이기 위한 목적을 가진다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 상기 레이저 거리측정기(310)와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(320)가 함께 제공되지 않은 종래의 제품은, 두 측정기가 서로 분리되는 형태로 제공된 종래의 물품을 예로 들 수 있다. Referring to FIG. 3, the vibration measuring apparatus 300 may include a laser range finder 310 and a laser scanning vibration meter 320. Here, the laser distance measuring device 310 and the laser scanning vibration measuring device 320 may be separated from each other. This is because it is possible to configure the vibration measuring apparatus 300 by adding the laser distance measuring apparatus 310 to the vibration measuring apparatus 300 including only the laser scanning vibration measuring apparatus 320 so as to increase the value of the product I have. The reverse is also true. A conventional product in which the laser distance measuring device 310 and the laser scanning vibration measuring device 320 are not provided together is a conventional product in which two measuring devices are provided separately from each other.

상기 진동측정장치(300)는 상기 측정대상물체를 촬영하기 위한 CCD(301), 상기 CCD(301)와 함께 상기 측정대상물체의 진동 측정점을 정확하게 스캔하기 위한 모터(324, 325), 상기 모터(324, 325)의 구동을 컨트롤하기 위한 모터 컨트롤러(328), 고정되어 있는 미러(311, 323)와 상기 모터(324, 325)의 구동에 따라 소정 각도로 조정되는 스캐너(321, 322), 상기 측정 대상 물체로부터 반사되는 레이저 빔을 수신하여 간섭 신호를 출력하는 레이저 간섭계(326), 상기 간섭 신호를 신호처리하여 진동성분(속도)을 출력하는 디모듈레이터(327), 상기 CCD(301)로부터 영상 정보를 입력받는 그래버 보드(Gabber board)(331)와, 상기 레이저 거리측정기(110) 및 상기 디모듈레이터(327)로부터 각각 거리 측정값과 진동 성분을 입력받는 DAQ 보드(332)를 구비하는 PC(330)를 더 포함하여 구성될 수 있다.The vibration measuring apparatus 300 includes a CCD 301 for photographing the object to be measured, motors 324 and 325 for precisely scanning the vibration measuring point of the object together with the CCD 301, A motor controller 328 for controlling the driving of the motors 324 and 325 and fixed mirrors 311 and 323 and scanners 321 and 322 adjusted at a predetermined angle in accordance with the driving of the motors 324 and 325, A laser interferometer 326 for receiving a laser beam reflected from an object to be measured and outputting an interference signal, a demodulator 327 for signal processing the interference signal to output a vibration component (velocity) A PC 330 having a DAB board 332 receiving a distance measurement value and a vibration component from the laser distance measuring device 110 and the demodulator 327, As shown in FIG.

상기 디모듈레이터(327)와 상기 모터 컨트롤러(328)는 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)에 내장 설치되거나 별도로 설치될 수 있다. 그리고, 상기 PC(330)는 상기 레이저 거리측정기(120) 및 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(120)에 내장 설치되거나 별도로 설치될 수 있다.The demodulator 327 and the motor controller 328 may be installed in the laser scanning vibration measuring apparatus 120 or installed separately. The PC 330 may be installed in the laser distance measuring device 120 and the laser scanning vibration measuring device 120 or installed separately.

상기 레이저 거리측정기(310)에는 제 2 광원(371)이 마련되어 미러(311)로 레이저빔을 제공하고, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(320)에는 제 1 광원(360)이 마련되어 미러(323)로 레이저 빔을 제공할 수 있다. The laser distance measuring device 310 is provided with a second light source 371 to provide a laser beam to the mirror 311. The laser scanning vibration measuring device 320 is provided with a first light source 360, Beam can be provided.

상기 도 3의 블록도에서 상기 레이저 거리측정기(310)과 상기 레이저 스캐닝 진동측정기(320)의 상세한 광학계의 상세한 구성은 도 4 및 도 5를 통하여 설명한다. The detailed configuration of the laser distance measuring device 310 and the laser scanning vibration measuring device 320 in the block diagram of FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

한편, 도 3을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 스캐너(321, 322)를 기준으로 할 때, 레이저 거리측정기(310)과 레이저 스캐닝 진동측정기(320)는 어느 일측에 함께 놓여있다. 이러한 구성에 따르면 광학필터(도 4의 361참조)의 같은 면에 레이저 거리측정기(310)과 레이저 스캐닝 진동측정기(320)로부터의 레이저 빔이 입사할 수 있고, 이로써, 동시에 형상정보와 진동성분을 한꺼번에 획득할 수 있다. 3, when the scanners 321 and 322 are used as a reference, the laser distance measuring device 310 and the laser scanning vibration measuring device 320 are placed together on either side. According to this configuration, the laser beam from the laser distance measuring device 310 and the laser scanning vibration measuring device 320 can be incident on the same side of the optical filter (see 361 in FIG. 4), whereby the shape information and the vibration component You can get it all at once.

도 4는 진동측정장치의 광학계를 보이는 도면이고, 도 5는 도 4의 진동측정장치의 광학계를 블록도로 나타내는 도면이다. FIG. 4 is a view showing an optical system of the vibration measuring apparatus, and FIG. 5 is a block diagram showing an optical system of the vibration measuring apparatus of FIG.

도 4 및 도 5를 참조하면, 스캐너(321, 322)가 적어도 포함되는 스캐닝부(362)와 광학필터(361)가 포함되는 공통광학계(370)와, 레이저 스캐닝 진동측정기(320)의 광학경로가 포함되는 진동측정광학계(400)와, 레이저 거리측정기(310)의 광학경로가 포함되는 형상측정광학계(500)가 도시된다. 상기 형상측정광학계(500) 및 상기 진동측정광학계(400)에서 각각 출사된 레이저 신호는, 광학필터(361)부터 상기 측정대상물체(101)의 사이에서는 동일한 경로를 거칠 수 있다. 따라서, 광경로의 일치를 위하여 많은 노력을 기울이지 않아도 된다. 4 and 5, a common optical system 370 including a scanning unit 362 and an optical filter 361 including at least the scanners 321 and 322 and a common optical system 370 including the optical path of the laser scanning vibration meter 320, And a shape measuring optical system 500 including an optical path of the laser distance measuring instrument 310 are shown. The laser signals emitted from the shape measuring optical system 500 and the vibration measuring optical system 400 can pass through the same path from the optical filter 361 to the object 101. [ Therefore, much effort is not required to match the light path.

상기 광학필터(361)는 일정한 파장의 레이저는 투과시키고, 일정한 파장의 레이저는 반사시키는 노치필터를 사용할 수 있다. 예시적으로 본 광학계에서는 상기 형상측정광학계(500)에서 조사되는 레이저는 IR레이저로서 광학필터(361)를 투과하고, 상기 진동측정광학계(400)에서 조사되는 레이저는 He-Ne레이저로서 광학필터(361)에서 반사될 수 있다. The optical filter 361 may use a notch filter that transmits a laser having a constant wavelength and reflects a laser having a constant wavelength. Illustratively, in the present optical system, the laser beam emitted from the shape measuring optical system 500 passes through the optical filter 361 as an IR laser, and the laser beam emitted from the vibration measuring optical system 400 is passed through an optical filter 361, respectively.

각 광학계의 상세한 구성을 설명한다. The detailed configuration of each optical system will be described.

먼저, 상기 진동측정광학계(400)는, 제 1 광원(360)에서 조사된 레이저가 미러(323)에서 반사된 다음에 PBS(352)(Polarizing Beam Splitter, 편광 빛살 가르개)로 입사된다. 예시적으로 상기 제 1 광원(360)에서 조사되는 레이저는 He-Ne레이저로서 어느 한쪽으로도 편광이 되지 않은 무편광빔일 수 있고, 상기 PBS(352)는 무편광빔 중에서 S편광, 즉 수직편광은 반사시키고, P편광, 즉 수평편광은 통과시킬 수 있다. First, in the vibration measuring optical system 400, the laser beam irradiated from the first light source 360 is reflected by the mirror 323, and then is incident on the PBS 352 (Polarizing Beam Splitter). Illustratively, the laser illuminated by the first light source 360 may be a non-polarized beam that is not polarized either as a He-Ne laser, and the PBS 352 may be an S polarized light, i.e., And allows P-polarized light, that is, horizontal polarized light, to pass through.

상기 PBS(352)에서 나뉘어진 광은 하나는 기준광으로서 사용되고, 다른 하나는 공통광학계(370)를 경유하여 측정대상물체(101)에 이르고 반사되어 신호광으로서 사용된다. 상기 기준광 및 신호광은 광감지기(358)에 의해서 감지되고, 신호처리될 수 있다. One of the lights split by the PBS 352 is used as a reference light and the other is passed through a common optical system 370 to be measured object 101 and reflected and used as a signal light. The reference light and the signal light can be sensed by the light sensor 358 and signal processed.

상기 진동측정광학계(400)에는 다수의 구성부품이 더 포함될 수 있다. 먼저, BS(357)(Beam Splitter, 빛살 가르개)는, 입사되는 빛의 편광 성질에 관계없이 빔을 두 방향으로 나눠주는 역할을 한다. AOM(354)(Acoustic Optic modulator, 음향 광학 변조기) : 입사되는 빔을 특정 주파수만큼 천이시키는 역할을 한다. 렌즈(L1, L2)는 He-Ne 레이저 소스로부터 생성되는 레이저를 원하는 거리에서 초점이 맺히도록 할 수 있다. QWP(359)(Quarter Wave Plate, 1/4파장판)는 입사되는 빛의 편광 상태를 90도 변화시키는 광학소자로, 선형 편광을 원형 편광으로 원형 편광을 선형 편광으로 바꿔주는 역할을 한다. HWP(356)(Half Wave Plate, 1/2파장판)은, 입사되는 빛의 편광 상태를 180도 변화시키는 광학소자로, 왼쪽 원형 편광을 오른쪽 원형 편광으로 바꿔주는 역할을 한다.The vibration measuring optical system 400 may further include a plurality of component parts. First, the BS 357 (Beam Splitter) divides the beam into two directions regardless of the polarization property of the incident light. AOM 354 (Acoustic Optic Modulator): AOM 354 is used to transition an incident beam by a specific frequency. The lenses L1 and L2 can cause the laser generated from the He-Ne laser source to focus at a desired distance. QWP (Quarter Wave Plate, quarter wave plate) is an optical element which changes the polarization state of incident light by 90 degrees, and converts linear polarization into circular polarization and circular polarization to linear polarization. The HWP 356 (Half Wave Plate, half wave plate) is an optical element that changes the polarization state of incident light by 180 degrees, and converts the left circular polarized light into the right circular polarized light.

상기 형상측정광학계(500)의 구성 및 작용을 설명한다. 먼저, 제 2 광원(371)에서 조사된 광원이 미러(311)에서 반사된 다음에 광학필터(361)를 투과한다. 이후에는 진동측정광학계(400)와 같은 경로를 거치고, 다시금 광학필터(361)를 투과하고 렌즈(373)를 경유하여 광감지기(374)에 의해서 감지된다. 상기 제 2 광원(371)에서 조사되는 레이저는 IR레이저가 사용될 수 있다. The configuration and operation of the shape measuring optical system 500 will be described. First, the light source irradiated by the second light source 371 is reflected by the mirror 311, and then passes through the optical filter 361. The light passes through the same path as the vibration measuring optical system 400 and again passes through the optical filter 361 and is detected by the optical sensor 374 via the lens 373. [ The laser irradiated from the second light source 371 may be an IR laser.

상기 공통광학계(370)는 적어도 광학필터(361)와 스캐닝부(362)를 포함하고, 상기 형상측정광학계(500)와 상기 진동측정광학계(400)로부터의 레이저가 같은 광경로를 거치도록 한다. 따라서, 두 레이저 광의 광경로가 일치할 수 있으므로 광경로를 일치시키기 위한 노력이 저감되는 이점을 얻을 수 있다. The common optical system 370 includes at least an optical filter 361 and a scanning unit 362 so that the laser beams from the shape measuring optical system 500 and the vibration measuring optical system 400 pass through the same optical path. Therefore, since the optical paths of the two laser beams can coincide with each other, there is an advantage that efforts for matching the optical paths are reduced.

도 6은 스캐닝부를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 상기 형상측정광학계(500)에서 조사된 레이저는 광학필터(361)를 통과하고 상기 진동측정광학계(400)에서 조사된 레이저는 광학필터(361)에서 반사되는 것을 볼 수 있다. 또한, 상기 광학필터(361)로부터는, 두 레이저는 공통경로를 거치게 된다. 구체적으로는 x축스캐너(322)와 y축스캐너(321)에서 함께 반사되어 측정대상물체(101)로 이르고, 측정대상물체에서 반사되어 되돌아오는 경로도 마찬가지로 공통경로를 따를 수 있다. 따라서, 두 레이저의 경로의 불일치로 인하여 진동측정장치의 정밀도가 저하되는 문제를 없앨 수 있다. 6 is a diagram showing a scanning unit. 6, it can be seen that the laser beam emitted from the shape measuring optical system 500 passes through the optical filter 361 and the laser beam emitted from the vibration measuring optical system 400 is reflected from the optical filter 361 . From the optical filter 361, the two laser beams pass through a common path. More specifically, the path reflected by the x-axis scanner 322 and the y-axis scanner 321 to reach the measurement object 101, reflected by the measurement object, and returned can also follow the common path. Therefore, it is possible to eliminate the problem that the accuracy of the vibration measuring apparatus is lowered due to the mismatch of the paths of the two lasers.

상기 스캐너(321, 322)는 모터에 의해서 회전될 수 있는 것은 물론이다. 다만, 레이저의 절환을 위한 90도에 이르는 큰 범위가 아닌 레이저의 반사각을 조절하기 위한 약간량의 각도조절로서 충분할 것이다. Needless to say, the scanners 321 and 322 can be rotated by a motor. However, a small amount of angle adjustment to adjust the reflection angle of the laser may be sufficient, not a large range of 90 degrees for switching the laser.

상기 광학필터(361)는, 상기 형상측정광학계(500)에서 조사되는 레이저(예를 들어, IR 레이저)는 투과시키고, 상기 진동측정광학계(400)에서 조사되는 레이저(예를 들어, He-Ne 레이저)는 반사시키도록 동작할 수 있다. 따라서 상기 광학필터(361)는 진동측정광학계(400)로부터 조사되는 레이저만을 반사시키는 노치필터를 사용할 수 있다. The optical filter 361 transmits a laser (for example, an IR laser) irradiated from the shape measuring optical system 500 and transmits a laser (for example, He-Ne Laser) can be operated to reflect. Therefore, the optical filter 361 can use a notch filter that reflects only the laser beam emitted from the vibration measuring optical system 400. [

상기 광학필터(361)와 제 1 광원(360)과 제 2 광원(371)은 다양한 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학필터(361)로서 노치필터(Notch filter)가 사용되는 경우에는, 제 1 광원의 레이저만을 반사시키고 제 2 광원의 레이저는 투과시키도록 할 수 있도록 각각의 광원의 레이저를 선택할 수 있다. 상기 광학필터(361)가 밴드패스필터(Bandpass filter)인 경우에는 특정 파장영역의 빛만 투과시키고 나머지는 반사시키므로, 제 2 광원의 레이저가 밴드패스필터의 투과파장에 해당되는 것을 선정하면 된다. 상기 광학필터(361)가 롱패스필터(Longpass filter)인 경우에는 특정 파장보다 긴 파장의 빛만 투과시키고 나머지는 반사시키므로, 제 2 광원의 레이저가 롱패스필터의 특정파장보다 길고 제 1 광원의 레이저는 상기 특정파장보다 작게 선정하면 된다. 상기 광학필터(361)가 숏패스필터(Shortpass filter)인 경우에는 특정 파장보다 짧은 파장의 빛만 투과시키고 나머지는 반사시키므로, 상기 롱패스필터와 반대의 경우로 제 1 광원과 제 2 광원의 레이저를 선정할 수 있다. Various combinations of the optical filter 361, the first light source 360 and the second light source 371 may be used. For example, when a notch filter is used as the optical filter 361, a laser of each light source may be selected so as to reflect only the laser of the first light source and transmit the laser of the second light source. . When the optical filter 361 is a bandpass filter, only the light of a specific wavelength range is transmitted and the rest of the optical filter 361 is reflected. Therefore, the laser of the second light source corresponds to the transmission wavelength of the band-pass filter. When the optical filter 361 is a long pass filter, only the light having a wavelength longer than a specific wavelength is transmitted and the remaining light is reflected. Therefore, the laser of the second light source is longer than the specific wavelength of the long- May be selected to be smaller than the specific wavelength. When the optical filter 361 is a short pass filter, only the light having a wavelength shorter than a specific wavelength is transmitted and the remaining light is reflected. Thus, in the opposite case to the long-pass filter, Can be selected.

한편, 상기 제 1 광원(360)과 제 2 광원(371)에서 사용되는 레이저의 파장은 50nm이상 차이가 나는 것을 바람직하다. 이로써, 광학필터의 원활한 선택투과성능을 이용할 수 있고, 측정대상물체(101)의 진동에 따라서 빛의 파장이 어느 변하더라도 필터에 의한 반사특성을 활용할 수 있다. It is preferable that the wavelength of the laser used in the first light source 360 and the second light source 371 is different by 50 nm or more. This makes it possible to utilize the smooth selective transmission performance of the optical filter and utilize the reflection characteristic of the filter regardless of the wavelength of the light depending on the vibration of the measurement object 101. [

상기 광학필터(361)의 구성에 따르면, 상기 형상측정광학계(500)에서 조사된 빛은 광학필터를 투과하고, 상기 진동측정광학계(400)에서 조사된 빛은 광학필터에서 반사된다. 따라서, 양측 광학계(400)(500)가 함께 동작되더라도, 어느 일측의 광학계의 신호가 다른 광학계로 전달될 우려가 없다. 따라서, 실시예에 따른 진동측정장치의 광학계에 따르면 진동측정장치의 동작에 필요한 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이때 각각의 광학계(400, 500)는 광학필터(361)로 광이 모이도록 배치될 수 있다. 구체적으로는 광경로 상에서 상기 광학필터(361)의 뒷쪽에 놓이는 상기 스캐닝부(362)의 어느 일측에 함께 제공되도록 할 수 있다. 이로써, 레이저의 직진성을 활용하면서도 시스템의 구성을 집약적으로 구성할 수 있고, 광학계를 효율적으로 구성할 수 있다. 광학계의 집약도는 광경로 상의 틀어짐과 측정값의 정확도를 좌우하는 중요한 요소이다. According to the configuration of the optical filter 361, the light emitted from the shape measuring optical system 500 is transmitted through the optical filter, and the light emitted from the vibration measurement optical system 400 is reflected by the optical filter. Therefore, even if both optical systems 400 and 500 are operated together, there is no possibility that the signal of one optical system is transmitted to another optical system. Therefore, according to the optical system of the vibration measuring apparatus according to the embodiment, the time required for the operation of the vibration measuring apparatus can be shortened. At this time, each of the optical systems 400 and 500 may be arranged so that light is collected by the optical filter 361. Specifically, it may be provided on one side of the scanning unit 362 placed on the rear side of the optical filter 361 on the optical path. As a result, the system configuration can be intensively configured while utilizing the linearity of the laser, and the optical system can be configured efficiently. The degree of intensification of the optical system is an important factor that determines the deviation of the optical path and the accuracy of the measured value.

다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 공통광학계(370)는 제 1 고정면(341)에 제공되고, 상기 진동측정광학계(400)는 제 2 고정면(342)에 제공될 수 있다. 이때 상기 제 1 고정면(341)은 상기 제 2 고정면(342)에 비하여 높이가 낮고, 각 고정면은 한 몸으로 체결될 수 있다. 이로써, 상기 x축스캐너(322)와 y축스캐너(321)가 배치될 수 있는 상하의 간격을 제공할 수 있고, 광학필터(361)의 반사광이 개공(346)을 통하여 진동측정광학계(400)에 바로 투사될 수 있다. 따라서, 광경로를 단축시키고, 광학계의 집약도를 향상시킬 수 있고, 광경로의 틀어짐을 방지할 수 있다. 즉, 제 3 고정면(343)이 전체적으로 진동측정광학계(400)에 고정될 수 있으므로, 광 경로상의 틀어짐을 방지할 수 있는 것이다. 4 and 5, the common optical system 370 may be provided on the first fixing surface 341, and the vibration measuring optical system 400 may be provided on the second fixing surface 342. [ At this time, the first fixing surface 341 is lower in height than the second fixing surface 342, and each fixing surface can be fastened together. Axis scanner 321 and the y-axis scanner 321 can be arranged in the vertical direction and the reflected light of the optical filter 361 can be incident on the vibration measuring optical system 400 through the aperture 346 It can be projected directly. Therefore, the optical path can be shortened, the degree of integration of the optical system can be improved, and the optical path can be prevented from being distorted. That is, since the third fixing surface 343 can be fixed to the vibration measuring optical system 400 as a whole, it is possible to prevent the optical path from being distorted.

상기 형상측정광학계(500)는 각 구성부품이 제 3 고정면(343)에 안착된 상태로 별도의 모듈로 제공될 수 있다. 상기 제 3 고정면(343)은, 고정틀(344) 및 고정프레임(345) 중의 적어도 어느 하나에 분리가능하게 체결부재를 사용하여 체결될 수 있다. 예를 들어 나사로 체결될 수 있다. 이때, 상기 제 3 고정면(343)은 도면을 기준으로 수직방향으로 놓이고, 상기 제 1, 2 고정면(341, 342)은 수평방향으로 놓인다. 이로써, 광경로를 간단하게 할 수 있고, 각 부품의 집약도를 한층 더 높일 수 있다. 상기 고정프레임(345)은 상기 진동측정광학계(400)를 수용하는 케이스일 수 있다. 이 때에는 기존에 진동측정광학계(400)만 있는 물품에 상기 형상측정광학계(500)를 부설함으로써 진동측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. The shape measuring optical system 500 may be provided as a separate module in a state where each component is seated on the third fixing surface 343. The third fixing surface 343 can be fastened to the fixing frame 344 and / or the fixing frame 345 using detachable fastening members. For example, by screws. At this time, the third fixing surface 343 is placed in the vertical direction with reference to the drawing, and the first and second fixing surfaces 341 and 342 are placed in the horizontal direction. This makes it possible to simplify the optical path and further increase the degree of integration of each component. The fixed frame 345 may be a case that accommodates the vibration measurement optical system 400. At this time, the accuracy of the vibration measurement can be improved by installing the shape measuring optical system 500 on an article having the vibration measuring optical system 400 only.

본 발명의 사상에 포함될 수 있는 다른 실시예를 설명한다. 상기 실시예에서는 형상측정광학계의 레이저는 통과하고 진동측정광학계의 레이저는 반사하는 구조의 광학계를 제시하고 있으나, 그러한 실시예에 제한되지 아니하고, 형상측정광학계의 레이저는 반사하고 진동측정광학계의 레이저는 통과하는 광학계의 경우에도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있을 것이다. Other embodiments that may be included in the spirit of the present invention will be described. In the above embodiment, the laser of the shape measuring optical system is passed through and the laser of the vibration measuring optical system is reflected. However, the present invention is not limited to such an embodiment, The same effect can be obtained in the case of an optical system passing through.

또 다른 경우로서, 실시예의 광학계는 세 대의 레이저 스캐닝 진동측정기와 세 대의 레이저 거리측정기가 사용되는 제품의 경우에 적용되어, 더욱 신속하게 진동을 측정할 수 있을 것이다. 그러나, 주지하는 바와 같이, 시간 소모가 많은 한 대의 레이저 스캐닝 진동측정기와 세 대의 레이저 거리측정기가 사용되는 제품의 경우에, 더 바람직하게 적용될 수 있을 것이다. As another example, the optical system of the embodiment can be applied to products in which three laser scanning vibration meters and three laser distance meters are used, so that the vibration can be measured more quickly. However, as will be appreciated, a more time-consuming laser scanning vibrometer and three laser range finders may be more advantageously applied.

본 발명에 따르면, 공통되는 광경로를 이용하므로 경로일치가 용이해져서 제작이 손쉽게 되고 측정오차의 우려가 없어지는 장점이 있다. 또한, 형상측정과 진동측정이 한꺼번에 수행될 수 있으므로 제품의 동작시간이 줄어드는 장점을 얻을 수 있다. 따라서 한 대의 레이저 스캐너 진동측정기를 사용하는 경우에 문제가 되는 동작시간이 증가문제를 해소할 수 있다. 또한, 광학계의 시스템이 집약적이고 광틀어짐을 해소할 수 있으므로, 광 정렬 불일치로 인한 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 기존에 레이저 스캐닝 진동측정기만이 제공되었던 장치에 형상측정광학계를 간단히 부가함으로써, 진동측정장치의 동작성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, since a common optical path is used, path matching is facilitated, which facilitates fabrication and eliminates the fear of measurement error. In addition, since shape measurement and vibration measurement can be performed at the same time, the operation time of the product can be advantageously reduced. Therefore, it is possible to solve the problem of increase in operation time which is a problem when using one laser scanner vibration meter. In addition, since the system of the optical system is intensive and the optical distortion can be solved, the problem caused by the optical alignment mismatch can be solved. Further, by simply adding a shape measuring optical system to a device in which only a laser scanning vibration measuring device has been provided, the operation performance of the vibration measuring device can be improved.

상기되는 장점으로 인하여 산업적인 적용이 크게 기대된다. Due to the advantages described above, industrial application is highly expected.

370: 공통광학계
400: 진동측정광학계
500: 형상측정광학계370: Common optical system
400: Vibration measuring optical system
500: Shape measuring optical system

Claims (14)

측정대상물체의 진동 측정점에 관한 형상정보를 획득하는 레이저 거리측정기; 및
상기 측정대상물체의 진동을 측정할 진동 측정점에 레이저 빔을 조사하여, 상기 진동 측정점에 대한 진동성분을 측정하는 레이저 스캐닝 진동측정기가 포함되고,
상기 레이저 거리측정기에서 조사되는 제 1 레이저와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기에서 조사되는 제 2 레이저 중에서, 어느 하나는 반사하고 어느 하나는 투과하여, 상기 레이저 거리측정기와 상기 레이저 스캐닝 진동측정기가 동시에 동작할 수 있도록 하는 광학필터와,
상기 측정대상물체와 상기 광학필터 사이의 상기 레이저의 광 경로에 놓이는 스캐닝부가 포함되는 진동측정장치.A laser distance measurer for obtaining shape information about a vibration measurement point of an object to be measured; And
And a laser scanning vibration measuring device for measuring a vibration component of the vibration measuring point by irradiating a laser beam to a vibration measuring point for measuring vibration of the object,
One of the first laser irradiated by the laser distance measuring device and the second laser irradiated by the laser scanning vibration measuring device is reflected and transmitted through one of them so that the laser distance measuring device and the laser scanning vibration measuring device can operate simultaneously An optical filter,
And a scanning unit placed in the optical path of the laser between the object to be measured and the optical filter. 제 1 항에 있어서,
상기 광학필터는, 레이저의 파장에 따라서 투과특성이 달라지는 것으로서, 노치필터, 밴드패스필터, 롱패스필터, 및 숏패스필터 중의 어느 하나인 진동측정장치. The method according to claim 1,
Wherein the optical filter is one of a notch filter, a band-pass filter, a long-pass filter, and a short-pass filter, the transmission characteristic of which varies according to the wavelength of the laser. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 스캐닝 진동측정기는, 적어도 세 지점의 측정 위치에서 상기 진동성분을 측정하는 진동측정장치. The method according to claim 1,
Wherein the laser scanning vibration measuring device measures the vibration component at a measurement position of at least three points. 제 3 항에 있어서,
상기 레이저 거리측정기는 한 대로 구성되고, 상기 레이저 스캐닝 진동측정기 한 대로 구성되는 진동측정장치. The method of claim 3,
Wherein the laser range finder is constituted by one unit, and the laser range finder comprises one of the laser scanning vibration measurers. 제 1 항에 있어서,
상기 광학필터는, 상기 제 1 레이저는 투과시키고, 상기 제 2 레이저는 반사시키는 진동측정장치. The method according to claim 1,
Wherein the optical filter transmits the first laser and reflects the second laser. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 거리측정기는 LIDAR인 진동측정장치. The method according to claim 1,
Wherein the laser range finder is a LIDAR. 제 1 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 진동측정광학계;
제 2 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 형상측정광학계; 및
상기 진동측정광학계에서 출사된 레이저와 상기 형상측정광학계에서 출사된 레이저가 조사되는 광경로를 제공하는 공통광학계가 포함되고,
상기 공통광학계의 적어도 어느 일부에서는, 상기 진동측정광학계에서 출사된 레이저와 상기 형상측정광학계에서 출사된 레이저가 동시에 조사되고,
상기 공통광학계에는 광학필터와 스캐닝부가 포함되는 진동측정장치의 광학계.A vibration measuring optical system for providing an optical path through which the laser irradiated from the first light source passes;
A shape measuring optical system for providing an optical path through which the laser irradiated by the second light source passes; And
And a common optical system for providing a light path through which the laser emitted from the vibration measuring optical system and the laser emitted from the shape measuring optical system are irradiated,
In at least some of the common optical system, the laser emitted from the vibration measurement optical system and the laser emitted from the shape measurement optical system are simultaneously irradiated,
Wherein the common optical system includes an optical filter and a scanning unit. 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 진동측정광학계 및 상기 형상측정광학계는 모두, 상기 스캐닝부의 어느 일측에 놓이는 진동측정장치의 광학계.8. The method of claim 7,
Wherein the vibration measurement optical system and the shape measurement optical system are all placed on either side of the scanning unit. 제 7 항에 있어서,
상기 광학필터는, 레이저의 파장에 따라서 투과특성 및 반사특성이 달라지는, 노치필터, 밴드패스필터, 롱패스필터, 및 숏패스필터 중의 어느 하나인 진동측정장치의 광학계. 8. The method of claim 7,
Wherein the optical filter is one of a notch filter, a band-pass filter, a long-pass filter, and a short-path filter, the transmission characteristic and the reflection characteristic being different depending on a wavelength of a laser. 제 1 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 진동측정광학계;
제 2 광원에서 조사되는 레이저가 통과하는 광경로를 제공하는 형상측정광학계; 및
상기 진동측정광학계에서 출사된 레이저와 상기 형상측정광학계에서 출사된 레이저가 조사되는 공통으로 지나는 광경로를 제공하는 공통광학계가 포함되고,
상기 공통광학계가 고정되는 제 1 고정면은, 상기 진동측정광학계가 고정되는 제 2 고정면에 비하여 낮게 위치하고, 상기 형상측정광학계가 제공되는 제 3 고정면은 상기 제 1 고정면 및 제 2 고정면과 직교하게 배치되며,
상기 공통광학계에는 광학필터와 스캐닝부가 포함되는 진동측정장치의 광학계.A vibration measuring optical system for providing an optical path through which the laser irradiated from the first light source passes;
A shape measuring optical system for providing an optical path through which the laser irradiated by the second light source passes; And
And a common optical system for providing an optical path common to both the laser emitted from the vibration measuring optical system and the laser emitted from the shape measuring optical system,
Wherein the first fixing surface on which the common optical system is fixed is located lower than the second fixing surface on which the vibration measuring optical system is fixed and the third fixing surface on which the shape measuring optical system is provided is fixed on the first fixing surface and the second fixing surface Respectively,
Wherein the common optical system includes an optical filter and a scanning unit. 제 11 항에 있어서,
상기 형상측정광학계는 분리가능하게 제공되는 진동측정장치의 광학계. 12. The method of claim 11,
Wherein the shape measuring optical system is detachably provided. 제 11 항에 있어서,
상기 광학필터는 제 1 광원의 레이저와 제 2 광원의 레이저 중에서 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 반사시키는 진동측정장치의 광학계.

12. The method of claim 11,
Wherein the optical filter transmits one of a laser of the first light source and a laser of the second light source while reflecting the other.

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